尿酸钠晶体的晶体学表征与裂解机理分析

注：文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析

痛风是一种常见但又复杂的关节炎类型。据网上披露来源于《2017年中国痛风现状报告白皮书》信息，中国患痛风人数已经达到8000万，并且正以每年9.7%的年增长率迅速增加。造成痛风的主要原因是人体内尿酸含量水平过高。以尿酸钠晶体为主的痛风石在关节部位结晶并引发对关节处的堵塞和侵蚀，进而造成关节水肿和炎症。尿酸钠晶体的针状形貌使得它们更容易在关节处聚集。

对于痛风病人，当务之急是尽快将已经形成的痛风石溶解，以便减小病人的痛苦和缓解炎症，目前尚无高效的治疗手段。药物治疗难免产生比较大的副作用。人们已经注意到超声波可以减小尿酸钠晶体。但是超声波对尿酸钠晶体的具体裂解机理并不清楚。

英国圣安德鲁斯大学的科研团队通过透射电子显微像和选区电子衍射的方法确定了针状尿酸钠晶体的形成方式是：沿长轴[0001]方向，尿酸根由钠离子相连形成长链聚合分子；而在针状晶体的横截面上尿酸钠的长链聚合分子则是由相对较弱的氢键相连。超声波具有足够的能量使这些氢键断裂，针状尿酸钠晶体有可能沿长轴方向一条一条地剥下来。该团队用扫描电子显微像和X射线衍射图演示，在超声处理的不同时间，尿酸钠晶体被逐步剥离后成为更加细，更加软的晶体，完全无定型的非晶态聚合分子，最后可能分解为尿酸单分子、二聚物、三聚物等更小的分子，并溶解于pH值为7.4的水中。

该工作为超声波裂解尿酸钠晶体提供了理论基础，为物理方法治疗痛风做出有意义的的铺垫。这一工作由英国圣安德鲁斯大学的周午纵教授科研团队完成，于近期发表在Chemical Communications 上。

该论文作者为：Rachael G. E. Molloy, Weihao Sun, Jialu Chen and Wuzong Zhou

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Structure and cleavage of monosodium urate monohydrate crystals

Chem. Commun., 2019, 55, 2178, DOI: 10.1039/C8CC10050K

研究人员简介

Rachael Molloy，圣安德罗斯大学化学学院本科五年级学生。该研究为其毕业研究课题，完成了主要的实验工作。

孙炜浩，2017年获得上海师范大学化学工程与财务管理双学位，2018年获得圣安德鲁斯大学化学硕士学位，目前在周午纵教授研究组攻读博士学位。

陈佳璐，2015年毕业于复旦大学化学系，于2015年9月开始在周午纵教授研究组攻读博士学位。

周午纵，1982年毕业于复旦大学化学系，1988年获得英国剑桥大学博士学位，现任英国圣安德鲁斯大学化学学院教授。他在固态化学和电子显微学研究领域发表论文300余篇。

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：痛风石作为较难去除的结石之一，困扰着很多人。我们想通过在晶体学角度研究痛风石主要成分尿酸钠晶体的生长和在超声波作用下裂解的机理，以达到为医学上治疗痛风新方法做铺垫。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：该研究遇到的最大挑战是尿酸钠的表征部分。有机酸盐尿酸钠晶体因其较轻的元素组成（氢、碳、氮、氧、钠），在电子束下极易分解。故如何在不破坏结构的情况下拍到透射电镜及选区衍射图是一个难点。

Q：该研究成果可能有哪些重要应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：这项研究成果从晶体学角度出发，表征了尿酸钠晶体在超声下的裂解机理以及裂解后的无定型尿酸钠组分，为医学上研究尿酸钠在关节处的结晶以及痛风石的形成和消除打下基础。该工作也为如何研究生命体中的晶体组分提供参考。