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厦门大学侯旭教授团队 ACS Nano 展望:基于特定液基界面行为的可视化生物传感
2024-02-29  来源:高分子科技

  由生物分子诱导的液基界面行为将我们带入了一个崭新的传感领域,促进了对可视化生物传感的更深层次的理解和创新。这种基于特定液基界面行为的变革性传感技术,重新定义了在资源有限的环境中如何检测、监测和诊断疾病方式,为当前的医疗保健领域提供了快速、经济高效和自我检测的解决方案。迄今为止,在各种液基材料、先进的纳米制造技术以及对界面-材料相互作用的深刻理解的推动下,该领域在可视化生物传感方面取得了重大进展。


  近日,厦门大学侯旭教授最新邀稿展望论文探讨了如何利用功能性液体的连续动力学和响应性来创建独特的多功能液基界面,阐明了界面传感的工作机制,它起源于三种类型的基于液体的界面行为,包括固体-液体、液体-液体和气体-液体界面,为开发先进的生物传感系统提供更深入的基础理解,并进一步对视觉生物传感应用的挑战和未来发展提出了见解。


  液基界面的分子级响应性、可重构性和可设计性为创建和理解界面传感提供了一个全新的领域。基于液基界面的物理化学功能设计在生物传感中是关键的,因为界面上的分子间动态相互作用强烈地影响目标生物分子的信息转换过程(图1)。对于液-固界面,其响应性的润湿行为为构建可视化生物传感注入了新的活力。生物传感原理是基于目标分子刺激引起的润湿行为变化,这些变化直接产生可观察的信号,例如接触角、滚动/滑动角、毛细作用和液滴移动等。对于液-液界面,它是一种理想的液体传感平台,具有无缺陷、刺激响应和可重构的界面特性。在液-液界面附近,由分子相互作用引起的界面分子重排、界面张力变化和界面重构可导致液基材料的动力学行为。这些行为为开发基于液-液界面生物传感机制创造了良好的机会。对于液-气界面,它是一个动态的边界,影响着各种物理和化学现象,并蕴含着丰富的传感信息。理解分子相互作用与界面性质之间的关系,对于任何液-气界面生物传感设计都是至关重要的。最近,厦门大学侯旭团队提出了一种基于液体门控技术的液-气界面传感机制,用于可视化化学/生物传感。利用分析物介导的表面活性剂界面重排,改变液-气界面性质。这一改变可以从跨膜门控行为的变化中获得相关信息,并最终可以通过压力驱动的标记运动来直观地反馈分析物信息。

 

1基于特定液基界面行为在可视化生物传感中的应用。


  基于多种液基界面行为为检测目标分子提供了多样化的信号转换模式,使其成为可视化生物传感基础研究和应用的良好候选者。目前,其在生物传感应用中已展现出其潜力,但相关研究尚处于起步阶段。挑战在于开发出既经济高效又稳定可靠、能够实现高通量的生物传感器。此外,深入探索和理解分子在界面上的微观作用及其产生的宏观信号是实现这些传感器高级功能的关键。我们相信该传感策略具有给环境评估、医疗保健监测和药物筛选等带来革命性的变化的潜力,而且可以预见的是,随着跨学科研究的不断深入和技术的进步,更多基于液基材料的检测策略将被引入到液基界面生物传感平台中,未来的研究将大大扩展这一领域。


  以上相关成果以“Visual Biosensing with Specific Liquid-Based Interface Behaviors”为题发表在《ACS Nano》上。论文第一作者为厦门大学博士后王辉猛,通讯作者是厦门大学侯旭教授。上述研究工作得到国家自然科学基金项目(52025132, 21621091, 22021001, 22121001, 22304143T2241022),福建省国家科学基金项目(2022J02059, 2023J05012),111项目(B17027, B16029),中国博士后科学基金项目(2023M742918),国家资助博士后研究人员计划资助(GZC20231406),福建省能源材料科学与技术创新实验室(IKKEM)科技项目(RD2022070601),新基石科学基金会所设立的科学探索奖(XPLORER PRIZE)等资助


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.3c08396

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