水凝胶传感器用于裸眼检测生物指标分子

孙旭平

（中科院长春应化所电分析国家重点实验室，吉林长春130022）

超分子水凝胶可以对多种多样的外界刺激物做出肉眼可见的响应，因此成为最有发展前景的软物质材料应用在生物传感器、可控药物释放以及可再生药物等领域。最近，日本科学技术机构的Hamachi课题组报道了一种基于超分子水凝胶的生物传感器用于生物指标分子的裸眼检测。该项研究成果发表于Journal of the American Chemical Society 杂志上[1]。

研究人员制备了一个超分子水凝胶，其内部含有的由分子（BPmoc-F3）自组装形成的纤维网络结构会在过氧化氢分子存在时发生降解，由此引发的“凝胶-溶胶”相转换是裸眼可见的。通过在水凝胶内部构建的基于可自行降解的树枝状分子网络和嵌入的具有特异性的酶组成的信号放大系统，该团队探索了该水凝胶对过氧化氢的实际检测效果。该项研究成果的突破之处是在前人工作的基础上[2-3]改进设计的信号放大系统。该信号放大器中含有苯硼酸和肌氨酸氧化酶。在外界过氧化氢存在下，硼酸基团部分会和其反应生成肌氨酸，产生双倍的肌氨酸分子进一步被肌氨酸氧化酶氧化生成双倍的过氧化氢分子，该链式反应起到了信号放大的作用。经过该信号放大器得到的放大量的过氧化氢会对形成水凝胶网络结构的分子进行化学破坏，从而引发“凝胶-溶胶”现象。所以，只要被分析物分子可以和酶反应生成过氧化氢，就可以通过该水凝胶传感器实现对其裸眼检测，例如葡萄糖和尿酸。含有信号放大系统的水凝胶对过氧化氢的响应值为0.16 mmol/L,而不含信号放大系统的水凝胶在0.32 mmol/L过氧化氢存在下仍然无法发生变化，体现出该信号放大系统在整个传感器中的重要性。

研究人员还制备了一个阵列芯片并将其使用到人体血浆中的尿酸检测中，它能在接近可用于监测疾病的实际数值水平对尿酸进行检测。该传感器可在复杂的基质例如人体血浆中对生物标志分子进行检测的能力是预示其在临床诊断中应用潜力的一项十分重要的指标。

[1]Tatsuyuki Yoshii,Shoji Onogi,Hajime Shigemitsu,et al.Chemically Reactive Supramolecular Hydrogel Coupled with a Signal Amplification System for Enhanced Analyte Sensitivity[J].J.Am.Chem.Soc.,2015,137(9):3360-3365.

[2]Eran Sella,Doron Shabat.Dendritic Chain Reaction[J].J.Am.Chem.Soc.,2009,131(29):9934-9936.

[3]Eran Sella,Ariel Lubelski,Joseph Klafter,et al.Two-Component Dendritic Chain Reactions:Experiment and Theory[J].J.Am.Chem.Soc.,2010,132(11):3945-3952.