面向全球肾脏疾病早筛的迫切需求，武汉大电子信息学院先进光谱与智能传感团队、中南医院肾内科等多学科联合提出一体化的“纸基材料—双荧光探针—移动端读数”技术路线，构建出面向尿液肌酐（Creatinine, Cr）的便携式比率荧光传感器，实现从基础纳米材料设计、机理阐释到临床可用性的系统打通。论文以此为切入点，提出在纸基载体上集成“比色-荧光双探针+FRET耦合”的便携式比率读数体系，通过材料设计与工程实现，面向现场快速判读、降低装备依赖与缩短检测链路，服务于初筛、分级与随访的连续化应用。该研究明确了从传感原理到应用验证的技术闭环与临床价值取向，定位为对传统检测范式的工程化补充与替代。该研究以氮掺杂碳点（N-CDs，绿光发射约520 nm）与铜纳米簇（CuNCs，红光发射约680 nm）为双通道读数核心，并引入金纳米颗粒（AuNPs）构建与N-CDs发射峰高度重叠的表面等离子体吸收，以荧光共振能量转移（FRET）显著提升灵敏度与选择性。体系在1–50 mM范围内稳定响应，并在临床关键阈值17 mM处呈现由红向绿的明显跃迁，支持肉眼快速判别。

图 1 纸基传感器的构建与反应机理。

该团队作从“材料—机理—应用”三个层面实现协同突破：N-CDs/CuNCs/AuNPs三元体系在纸基基底上构建双通道读数，AuNPs与N-CDs在约520 nm处形成强重叠，诱发显著FRET淬灭；当Cr存在时，N-CDs与AuNPs间有效距离被拉开，绿光恢复，同时Cr与CuNCs配位导致红光逐步衰减，从而触发“红→绿”的可视化转变，实现比率型读数的抗环境扰动优势。体系工作区间1–50 mM，17 mM附近跃迁最为敏感；pH 4–11范围内稳定；常见尿液离子与生物分子（如葡萄糖、尿素、氨基酸与多种维生素）干扰低于10%；以I520/I680标定的校准曲线给出约0.938 mM的LOD（3σ/S），覆盖并优于临床判别所需灵敏度。采用Whatman滤纸浸渍干燥制备传感纸片，365 nm手持紫外光下读取，配套智能手机App完成人机交互、白平衡校正与CIE/Lab色度空间分析，并基于预标定模型给出Cr浓度与风险分级：低风险<15 mM，过渡区15–20 mM，高风险>20 mM，适配基层与资源受限场景的即时判断。

图 2 墨水的流变特性及刮涂成型流程示意。

稳态/时间分辨荧光与UV-Vis表征证明N-CDs发射与AuNPs的SPR在≈520 nm处高重叠，为FRET通道提供能量学基础；随Cr升高，N-CDs与AuNPs有效距离增大、FRET效率下降、绿光恢复，与“CuNCs被络合淬灭”的红光衰减共同构成比率跃迁。分子动力学模拟给出N-CDs/AuNPs相互作用的径向分布函数（RDF）随Cr浓度增加而显著衰减，在最高浓度下主峰接近消失，指示两相纳米界面相互作用被Cr削弱并促成颗粒分离；同时Cr对AuNPs的吸附强于对N-CDs，从而进一步降低FRET耦合几率，这一机理证据与实验光谱-成像结果相互印证。

图 3Cr、AuNPs及N-CDs的径向分布函数(RDFs)以及分子模拟示意图

在真实尿液样本条件下，体系围绕17 mM阈值实现分级识别：低浓度呈红光主导，跨越阈值区间出现红绿并存，高浓度以绿光主导；在多温度与多湿度条件下的纸基读数保持一致性，表明对现场环境具有鲁棒性。配套开发的智能手机应用在365 nm手持UV光源下获取图像，完成白平衡校正、RGB→CIE转换，并基于预标定逻辑回归模型输出“<15 mM（低风险）、15–20 mM（过渡）、>20 mM（高风险）”的分级判定，支持数据记录与导出，形成“纸基-移动端”的一体化POC工作流。该体系以低成本、快速、可复制的工程特征面向基层与资源受限场景，具备向微流控集成与智能随访扩展的可转化潜力。

图 4 真实样品检测以及模拟结果。

相比传统基于Jaffe反应或高端质谱的检测方式，本研究在检测精度、稳定性与便携性方面均实现突破，显著降低了对大型仪器与专业人员的依赖。该成果以“Portable Ratiometric Fluorescence Sensor for Immediate Creatinine Detection in Early Medical SCreening”为题发表在 Advanced Healthcare Materials 期刊，标志着武汉大学刘兴海团队在医工交叉与现场诊断技术领域的又一重要进展。