Aggregation-State Engineered Melamine-Carbon Dots: Ultrasensitive Ethanol Quantification for Diagnosing and Classifying of Auto-Brewery Syndrome

化学 检出限 荧光 堆积 失调 生物物理学 生物标志物 乙醇 肠道菌群 纳米传感器 生物标志物发现 磷脂病 纳米技术 生物化学 计算生物学 灵敏度(控制系统) 诊断生物标志物 荧光光谱法 内生 代谢组学 乙醇代谢 费斯特共振能量转移 肺表面活性物质 分析灵敏度
作者
Shouming Wang,Hongyang Niu,Lijuan Huang,Ji Liu,Chunyan Wang,Bingtao Hu,Jing Yuan,Xue Liu,Shouming Wang,Hongyang Niu,Lijuan Huang,Ji Liu,Chunyan Wang,Bingtao Hu,Jing Yuan,Xue Liu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c05609
摘要

As a crucial biomarker in physiological systems, ethanol manifests dual health impacts through both exogenous intake and endogenous biosynthesis by gut microbiota. Current detection methods face challenges in balancing sensitivity and practicality for clinical applications. We developed a micelle-assisted fluorescence sensing platform (SCH-NPs) through rational self-assembly of hydrophobic carbon dots (H-CDs) and sodium cholate (SC), addressing two fundamental limitations in physiological ethanol detection: impractical low limit of detection (LOD) and poor physiological stability. The micellar core creates a confined microenvironment for ultrasensitive detection (LOD = 50 nM) across 0-2.75 mM dynamic range, exhibiting 50 nM LOD with 3-order magnitude enhanced sensitivity versus state-of-the-art fluorescence platforms. Meanwhile, the surfactant shell provides hydrophilic protection enabling stable operation in complex biofluids (blood/bacterial medium). Molecular dynamics simulations revealed that ethanol penetration modulates H-CDs' intramolecular rotation restriction and π-π stacking interactions, inducing a characteristic fluorescence transition from red (aggregated state) to blue (dispersed state). Clinical validation demonstrated superior performance in identifying Klebsiella pneumoniae strains with differential ethanol metabolic capacities (low, <20 mM; high, >40 mM) from autobrewery syndrome patients. This microbial metabolite-responsive platform bridges gut microbiota dysbiosis with ethanol-related pathologies, offering a molecular diagnostic paradigm for personalized management of autobrewery syndrome and other metabolic disorders.
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