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北科大許利蘋教授、中科院理化所王樹濤研究員《Adv. Sci.》：受葉片啟發(fā)的油水凝膠圖案化表面，用于超寬時間范圍生物傳感
2023-02-26  來源：高分子科技

  生物芯片由于具有低試劑消耗量、高通量、易制備等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用到臨床診斷和藥物研發(fā)等領(lǐng)域。然而，大多數(shù)生物芯片可利用的樣品體積很小，液滴蒸發(fā)速度快，檢測時反應(yīng)條件不易控制，會導(dǎo)致反應(yīng)不充分和檢測過程被迫終止，影響檢測結(jié)果的準確性。以往的研究通常使用非互溶性液體覆蓋液滴陣列或PDMS密封液滴陣列來抑制蒸發(fā)，但這可能會造成樣品污染或需要復(fù)雜的設(shè)備。因此探索一種簡單可行的策略來制備高保濕性的生物芯片，從而滿足超寬時間范圍生物傳感的各種需求，仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。


  近日，北京科技大學(xué)許利蘋教授團隊聯(lián)合中科院理化技術(shù)研究所王樹濤研究員團隊在開放式生物芯片方面取得了重要進展。眾所周知，自然界的葉片通過表皮上的氣孔控制水分進出，同時蠟層作為疏水屏障抑制水分蒸發(fā)。 受葉片可控的水分管理結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，該團隊采用浸潤誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移策略制備了油水凝膠圖案化表面，在開放環(huán)境中實現(xiàn)了從幾分鐘到五個多小時超寬時間范圍的生物傳感，涉及各種分析物，如金屬離子、維生素、核酸和蛋白質(zhì)，為超寬時間范圍的傳感反應(yīng)提供了一個可靠的生物傳感平臺。相關(guān)論文以題目“Leaf-Inspired Patterned Organohydrogel Surface for Ultrawide Time-Range Open Biosensing”發(fā)表在“Advanced Science”上，北京科技大學(xué)博士研究生高洪曉和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士后萬茜子為共同作者，北京科技大學(xué)許利蘋教授和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所王樹濤研究員為通訊作者。


圖1. 受葉片啟發(fā)的油水凝膠圖案化表面具有高保濕性能，用于超寬時間范圍的生物傳感


  該團隊采用一步法浸潤誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移策略，選擇了具有高親水性、中性電荷的丙烯酸羥乙酯(HEA)作為水凝膠單體，疏水性的甲基丙烯酸月桂酯(LMA) 作為油凝膠單體，通過固液界面上的親水/疏水相互作用和原位乳液聚合后，得到一種仿葉片的PHEA@PLMA油水凝膠圖案化表面，該表面整合了親水性水凝膠區(qū)域和疏水性油凝膠區(qū)域。表面上的水凝膠區(qū)域可以錨定液滴，并作為生物傳感反應(yīng)的容器，油凝膠區(qū)域可以抑制水分的過快蒸發(fā)。同時，下方油水凝膠本體中水凝膠的毛細管通道可為表面水凝膠區(qū)域進行有效和連續(xù)的供水，為生物傳感提供長時間的高保濕環(huán)境。這種基于油水凝膠圖案化表面的開放式生物芯片具有普適性，可用于離子、維生素、核酸和蛋白質(zhì)等多種目標物的檢測。另外，由于該材料優(yōu)異、高效的液滴保濕性能，這種生物芯片可用于耗時的生物傳感過程，并可將信號放大過程整合到生物芯片中，實現(xiàn)痕量目標檢測物的高效、靈敏、可靠的檢測。這種基于油水凝膠圖案化表面的高保濕生物芯片避免了傳感過程的提前終止，為構(gòu)筑新一代高保濕生物芯片提供了新思路，在疾病診斷、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202207702

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