四川大学李建树教授、秦萌副研究员团队 Small：超分子结构色水凝胶通过协同驱动力实现高灵敏碱性磷酸酶检测

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将水凝胶引入到薄膜或光子晶体结构中制备的具有结构色的水凝胶在可视化生物传感方面极具应用潜力。该类传感器的设计通常是基于传感器-待测物相互作用引起水凝胶基质内的电荷变化，或通过化学方法将识别基团接枝到聚合物链上，以实现水凝胶的显著体积变化，从而引起传感器颜色变化。通过前者制备的传感器抗干扰能力较差，而基于后一类策略设计的传感器虽然具有较好的检测特异性，但通常涉及较复杂的合成，因此亟待开发一种简便制备高性能结构色水凝胶传感器的方法。

四川大学李建树教授、秦萌副研究员团队设计了一种易于制备的超分子结构色水凝胶生物传感器用于碱性磷酸酶(ALP)的高灵敏检测。首先将丙烯酰胺（AAm）和[2-(丙烯酰氧基)乙基]三甲基氯化铵(DMAEA-Q) 引入光子晶体结构中，共聚制备聚阳离子水凝胶PAD，再通过浸泡焦磷酸钠溶液引入焦磷酸根离子(PPi)，制备超分子水凝胶PAD-PPi。PPi通过静电相互作用与PAD水凝胶的季铵基团结合，形成超分子交联，导致水凝胶收缩。柔软的水凝胶基质与相对坚硬的光子晶体自组装纳米颗粒之间弹性失配，产生的内应力克服颗粒之间的排斥力将光子晶体挤压成致密结构。待测物ALP能够水解PPi，破坏超分子交联网络，从而产生渗透压，引起水凝胶溶胀。颗粒之间的排斥力协同渗透压驱动光子晶体的晶格间距显著增大，导致结构色水凝胶的带隙红移，从而提供ALP的可视化传感信息。该超分子结构色水凝胶传感器具有高灵敏度，每1 mU/mL ALP 可以带来7.3 nm 的带隙位移，检测限为0.52 mU/mL。同时，该生物传感器具有较好的抗干扰性，能够实现复杂生物体液(如血清)中的ALP检测。该传感器可以与手机联用，通过分析样品照片的颜色自动给出检测结果，促进了其在即时（point-of-care, POC）检测方面的应用。图1. 超分子结构色水凝胶生物传感器检测ALP的原理。图2. PAD和PAD-PPi水凝胶的表征以及密度函理论计算。图3. PAD结构色水凝胶与PPi形成超分子交联以及响应碱性磷酸酶后的形貌和光学性质的变化。图4. 超分子结构色水凝胶传感器对ALP的检测性能。图5. 血清中ALP的可视化检测。与智能手机联用，检测ALP。论文的第一作者为四川大学高分子科学与工程学院硕士研究生陆登峰。通讯作者为李建树教授和秦萌副研究员。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202206461?saml_referrer

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