孫旭平

（中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所電分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130022）

超分子水凝膠可以對(duì)多種多樣的外界刺激物做出肉眼可見(jiàn)的響應(yīng)，因此成為最有發(fā)展前景的軟物質(zhì)材料應(yīng)用在生物傳感器、可控藥物釋放以及可再生藥物等領(lǐng)域。最近，日本科學(xué)技術(shù)機(jī)構(gòu)的Hamachi課題組報(bào)道了一種基于超分子水凝膠的生物傳感器用于生物指標(biāo)分子的裸眼檢測(cè)。該項(xiàng)研究成果發(fā)表于Journal of the American Chemical Society 雜志上[1]。

研究人員制備了一個(gè)超分子水凝膠，其內(nèi)部含有的由分子（BPmoc-F3）自組裝形成的纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)在過(guò)氧化氫分子存在時(shí)發(fā)生降解，由此引發(fā)的“凝膠-溶膠”相轉(zhuǎn)換是裸眼可見(jiàn)的。通過(guò)在水凝膠內(nèi)部構(gòu)建的基于可自行降解的樹(shù)枝狀分子網(wǎng)絡(luò)和嵌入的具有特異性的酶組成的信號(hào)放大系統(tǒng)，該團(tuán)隊(duì)探索了該水凝膠對(duì)過(guò)氧化氫的實(shí)際檢測(cè)效果。該項(xiàng)研究成果的突破之處是在前人工作的基礎(chǔ)上[2-3]改進(jìn)設(shè)計(jì)的信號(hào)放大系統(tǒng)。該信號(hào)放大器中含有苯硼酸和肌氨酸氧化酶。在外界過(guò)氧化氫存在下，硼酸基團(tuán)部分會(huì)和其反應(yīng)生成肌氨酸，產(chǎn)生雙倍的肌氨酸分子進(jìn)一步被肌氨酸氧化酶氧化生成雙倍的過(guò)氧化氫分子，該鏈?zhǔn)椒磻?yīng)起到了信號(hào)放大的作用。經(jīng)過(guò)該信號(hào)放大器得到的放大量的過(guò)氧化氫會(huì)對(duì)形成水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分子進(jìn)行化學(xué)破壞，從而引發(fā)“凝膠-溶膠”現(xiàn)象。所以，只要被分析物分子可以和酶反應(yīng)生成過(guò)氧化氫，就可以通過(guò)該水凝膠傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)其裸眼檢測(cè)，例如葡萄糖和尿酸。含有信號(hào)放大系統(tǒng)的水凝膠對(duì)過(guò)氧化氫的響應(yīng)值為0.16 mmol/L,而不含信號(hào)放大系統(tǒng)的水凝膠在0.32 mmol/L過(guò)氧化氫存在下仍然無(wú)法發(fā)生變化，體現(xiàn)出該信號(hào)放大系統(tǒng)在整個(gè)傳感器中的重要性。

研究人員還制備了一個(gè)陣列芯片并將其使用到人體血漿中的尿酸檢測(cè)中，它能在接近可用于監(jiān)測(cè)疾病的實(shí)際數(shù)值水平對(duì)尿酸進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器可在復(fù)雜的基質(zhì)例如人體血漿中對(duì)生物標(biāo)志分子進(jìn)行檢測(cè)的能力是預(yù)示其在臨床診斷中應(yīng)用潛力的一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。

[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.