血液一直被認(rèn)為是檢測(cè)人體健康的首選分析物。但是，抽血檢查容易使人體受到感染，具有一定的創(chuàng)傷性。相比之下，汗液檢測(cè)是一種非侵入性的分析手段。汗液較容易在表皮上獲取和收集，而且汗液中含有多種與健康評(píng)估和疾病診斷有關(guān)的生物標(biāo)志物，如pH、葡萄糖、乳酸、蛋白質(zhì)、鈣離子、氯離子等。因此，汗液傳感分析作為一種無(wú)創(chuàng)檢測(cè)方式，對(duì)于疾病診斷有著極其重大的意義。

隨著納米材料的引入，基于納米材料的新型生物傳感界面發(fā)展迅速。金屬有機(jī)框架（metal-organic framework，MOF）材料是一類新型多孔晶體材料，是由金屬離子/團(tuán)簇和有機(jī)橋接配體配位而成的一維、二維或三維結(jié)構(gòu)。金屬有機(jī)框架具有結(jié)構(gòu)與孔道尺寸可調(diào)控性、多孔性、比表面積大、組成多樣和金屬位點(diǎn)不飽和性等特點(diǎn)。近年來(lái)，金屬有機(jī)框架也作為一種新興傳感材料被廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境、重金屬、有毒氣體等檢測(cè)。然而，目前，基于金屬有機(jī)框架材料的熒光生物傳感器、電化學(xué)生物傳感器等，多借助外用精密設(shè)備，檢測(cè)流程較為復(fù)雜，且其在汗液生物傳感中的應(yīng)用較少。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，為了解決以上問(wèn)題，來(lái)自北京信息科技大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種基于微納米金屬有機(jī)框架的汗液生物傳感界面，用于人體汗液的比色檢測(cè)。這種微納米金屬有機(jī)框架制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、穩(wěn)定性好，而且可以長(zhǎng)時(shí)間保存。此外，該研究通過(guò)比色法對(duì)汗液中的葡萄糖、pH進(jìn)行檢測(cè)，可以較為直觀地觀察到反應(yīng)過(guò)程中的顏色變化，操作方便，檢測(cè)快速、靈敏。相關(guān)研究成果以“基于微納米金屬有機(jī)框架的汗液生物傳感研究”為題，發(fā)表在《傳感器世界》期刊上。

基于微納米金屬有機(jī)框架的汗液生物傳感界面表征

圖1為微納米金屬有機(jī)框架在掃描電子顯微鏡下的表面微觀形貌圖像。從圖中可以看出，金屬有機(jī)框架呈大小均勻的米粒狀，參差不齊，相互交疊，孔隙較多，具有較高的粗糙度及較大的比表面積，有利于待測(cè)物的牢固吸附與富集，可以提高檢測(cè)靈敏度。

圖1 微納米金屬有機(jī)框架的表面微觀形貌表征

圖2（a）為制備出的微納米金屬有機(jī)框架在光學(xué)接觸角張力測(cè)試儀下的圖像，當(dāng)2 μL的液滴觸碰到微納米界面后會(huì)完全鋪展，接觸角接近于0°，呈超親水性；圖2（b）為微納米金屬有機(jī)框架經(jīng)表面改性后在光學(xué)接觸角張力測(cè)試儀下的圖像，接觸角為154.3 ± 3.0°，呈超疏水性，因此，通過(guò)圖案化處理形成的超疏水-超親水傳感界面能夠使待測(cè)液滴完全限制在超親水區(qū)域內(nèi)；圖2（c）為2 μL不同濃度的紫色染料滴加到圖案化傳感界面的實(shí)物圖，從圖中可以看出，由于浸潤(rùn)性差異，液滴完全位于超親水微孔中且沒(méi)有溢出，液滴之間不會(huì)互相干擾，這使得待測(cè)液滴能夠富集在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)，有利于后續(xù)樣本的分析檢測(cè)。

圖2 超浸潤(rùn)傳感界面表征

基于微納米金屬有機(jī)框架的汗液生物傳感界面檢測(cè)性能

（1）工作液中葡萄糖濃度的檢測(cè)

葡萄糖氧化酶能夠催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸，繼而產(chǎn)生紅棕色絡(luò)合物。圖3是葡萄糖溶液在濃度梯度為0 mmol/L、1.25 mmol/L、2.5 mmol/L、3.75 mmol/L、5 mmol/L的檢測(cè)柱狀圖，從圖中可以看出，隨著葡萄糖溶液濃度的增加，其對(duì)應(yīng)的R、G、B值有著明顯的變化趨勢(shì)，都隨著葡萄糖溶液濃度的增加而顯著降低。

圖3 工作液中葡萄糖濃度的檢測(cè)

（2）工作液pH檢測(cè)

紫色石蕊試劑是一種常用的酸堿指示劑，遇酸變紅，遇堿變藍(lán)。圖4是pH 為6、6.5、7、7.5、8的檢測(cè)柱狀圖，從圖中可以看出，隨著pH的變大，溶液由酸性變?yōu)閴A性，其對(duì)應(yīng)的R值逐漸減小，G、B值的整體趨勢(shì)呈先增大后減小。

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圖4 工作液pH檢測(cè)

（3）人體汗液中葡萄糖濃度的檢測(cè)

收集志愿者有氧運(yùn)動(dòng)半小時(shí)后的汗液，取1 μL滴加在基于微納米金屬有機(jī)框架的功能化微孔中，進(jìn)行實(shí)際人體汗液的葡萄糖與pH檢測(cè)，分別進(jìn)行6組檢測(cè)。圖5（a）是實(shí)際汗液的葡萄糖檢測(cè)柱狀圖，與圖3進(jìn)行比對(duì)，可以得出，該志愿者的汗液中幾乎沒(méi)有葡萄糖，健康狀況良好。由于出汗率的差異，人體汗液的pH正常范圍一般為4.2 ～ 7.5。圖5（b）是實(shí)際汗液的pH檢測(cè)柱狀圖，與圖4進(jìn)行比對(duì)，可以得出，該志愿者的汗液pH在6.5 ～ 7之間。上述檢測(cè)結(jié)果可以得出，該研究的基于微納米金屬有機(jī)框架的生物傳感界面可實(shí)現(xiàn)人體汗液的高靈敏、可靠檢測(cè)，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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圖5 實(shí)際人體汗液中的葡萄糖濃度和pH檢測(cè)

綜上所述，該研究制備了微納米金屬有機(jī)框架，對(duì)其進(jìn)行表面改性、圖案化處理以及功能化修飾，設(shè)計(jì)出了一種制備簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好的汗液生物傳感界面。這種基于微納米金屬有機(jī)框架的汗液生物傳感界面實(shí)現(xiàn)了葡萄糖、pH的準(zhǔn)確比色分析，可用于實(shí)際人體汗液檢測(cè)。本研究的基于微納米金屬有機(jī)框架的汗液生物傳感界面，在多組分生物傳感和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用前景。

審核編輯：劉清