摘要：由于个体差异对治疗效果有重大影响，因此需要精确调节药物分子在血液中的浓度，特别是对于甲氨蝶呤（MTX）等高风险药物。而在复杂的生物环境中实现药物分子的选择性识别是一个巨大的挑战。

由于个体差异对治疗效果有重大影响，因此需要精确调节药物分子在血液中的浓度，特别是对于甲氨蝶呤（MTX）等高风险药物。而在复杂的生物环境中实现药物分子的选择性识别是一个巨大的挑战。

2025年2月18日，华东师范大学张中海在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Implantable photoelectrochemical-therapeutic methotrexate monitoring system with dual-atomic docking strategy》的研究论文，Xiankui Xu为论文第一作者，张中海为论文共同通讯作者。

张中海，华东师范大学教授，国家优青（2018）。2003年和2008年本博毕业于华东师范大学，博士生导师为金利通教授。2008-2009年在上海市消防物证鉴定中心工作，2009-2013年先后在日本富山大学、乔治华盛顿大学、阿卜杜拉国王科技大学分别担任Postdoctoral Fellow、Senior Research Associate和Postdoctoral Fellow，2013年加入华东师范大学担任教授。

张中海教授率先实现光电分析化学技术在活体生物体内的高灵敏检测，为深入理解生物神经系统的工作机制提供了有效的测量方法与基础数据。近年来在Nature Communications、Joule、Nano Letters、ACS Nano、Analytical Chemistry等国际著名学术期刊上发表高质量学术论文100余篇。

在本文中，作者提出了一种协同的原子-分子对接策略，即利用混合双原子Fe1-Zn1附着在TiO2光电极上，并分别选择性地结合到MTX的羧基和氨基嘧啶基团。

通过将这个Fe1-Zn1-TiO2光电极与微计算机系统集成，研究团队开发了一个可植入的光电化学治疗药物监测（PEC-TDM）系统，用于实时、持续的体内MTX监测。

该系统有助于个性化治疗决策和智能药物输送，从而实现癌症的个体化治疗，有可能彻底改变肿瘤治疗方法，并提高患者的预后效果。

图1：PEC-TDM系统

图2：Fe1-Zn1-TiO2光电极的合成与表征

图3：MTX的选择性PEC检测

图4：MTX的体内PEC-TDM

综上，本研究提出了一种基于混合双原子（Fe1-Zn1）的TiO2光电极（Fe1-Zn1-TiO2），通过协同原子-分子对接策略，实现了对药物分子甲氨蝶呤（MTX）的高选择性识别和实时监测。研究团队进一步开发了一种可植入的光电化学治疗药物监测系统（PEC-TDM），用于体内MTX浓度的持续监测，并结合智能药物输送系统实现了个性化治疗。

该研究成功实现了对MTX的高选择性检测，检测限低至0.684 μM，能够实时监测体内药物浓度变化。通过小鼠实验，证明了该系统在抑制肿瘤生长和减少药物毒性方面的有效性。

这一成果不仅为个性化医疗提供了新的技术手段，还为未来开发智能药物监测和输送系统奠定了基础，有望在癌症治疗等领域实现精准医疗，改善患者预后。

Xu, X., Xu, D., Zhou, X.et al. Implantable photoelectrochemical-therapeutic methotrexate monitoring system with dual-atomic docking strategy. Nat Commun16, 1747 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57084-2

来源：华算科技