北科大许利苹教授、中科院理化所王树涛研究员《Adv. Sci.》：受叶片启发的油水凝胶图案化表面，用于超宽时间范围生物传感

2023-02-26 来源：高分子科技

生物芯片由于具有低试剂消耗量、高通量、易制备等优势，被广泛应用到临床诊断和药物研发等领域。然而，大多数生物芯片可利用的样品体积很小，液滴蒸发速度快，检测时反应条件不易控制，会导致反应不充分和检测过程被迫终止，影响检测结果的准确性。以往的研究通常使用非互溶性液体覆盖液滴阵列或PDMS密封液滴阵列来抑制蒸发，但这可能会造成样品污染或需要复杂的设备。因此探索一种简单可行的策略来制备高保湿性的生物芯片，从而满足超宽时间范围生物传感的各种需求，仍然是一个巨大的挑战。

近日，北京科技大学许利苹教授团队联合中科院理化技术研究所王树涛研究员团队在开放式生物芯片方面取得了重要进展。众所周知，自然界的叶片通过表皮上的气孔控制水分进出，同时蜡层作为疏水屏障抑制水分蒸发。受叶片可控的水分管理结构的启发，该团队采用浸润诱导转移策略制备了油水凝胶图案化表面，在开放环境中实现了从几分钟到五个多小时超宽时间范围的生物传感，涉及各种分析物，如金属离子、维生素、核酸和蛋白质，为超宽时间范围的传感反应提供了一个可靠的生物传感平台。相关论文以题目“Leaf-Inspired Patterned Organohydrogel Surface for Ultrawide Time-Range Open Biosensing”发表在“Advanced Science”上，北京科技大学博士研究生高洪晓和中国科学院理化技术研究所博士后万茜子为共同作者，北京科技大学许利苹教授和中国科学院理化技术研究所王树涛研究员为通讯作者。

图1. 受叶片启发的油水凝胶图案化表面具有高保湿性能，用于超宽时间范围的生物传感

该团队采用一步法浸润诱导转移策略，选择了具有高亲水性、中性电荷的丙烯酸羟乙酯(HEA)作为水凝胶单体，疏水性的甲基丙烯酸月桂酯(LMA) 作为油凝胶单体，通过固液界面上的亲水/疏水相互作用和原位乳液聚合后，得到一种仿叶片的PHEA@PLMA油水凝胶图案化表面，该表面整合了亲水性水凝胶区域和疏水性油凝胶区域。表面上的水凝胶区域可以锚定液滴，并作为生物传感反应的容器，油凝胶区域可以抑制水分的过快蒸发。同时，下方油水凝胶本体中水凝胶的毛细管通道可为表面水凝胶区域进行有效和连续的供水，为生物传感提供长时间的高保湿环境。这种基于油水凝胶图案化表面的开放式生物芯片具有普适性，可用于离子、维生素、核酸和蛋白质等多种目标物的检测。另外，由于该材料优异、高效的液滴保湿性能，这种生物芯片可用于耗时的生物传感过程，并可将信号放大过程整合到生物芯片中，实现痕量目标检测物的高效、灵敏、可靠的检测。这种基于油水凝胶图案化表面的高保湿生物芯片避免了传感过程的提前终止，为构筑新一代高保湿生物芯片提供了新思路，在疾病诊断、医学、生物学等领域展现出很大的应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202207702

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（责任编辑：xu）

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