近日，北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院溫永強(qiáng)教授與張學(xué)記教授科研團(tuán)隊(duì)在英國Nature集團(tuán)旗下的子刊《Nature Communications》（影響因子：12.35）上發(fā)表題為“Control of Capillary Behavior through Target-Responsive Hydrogel Permeability Alteration for Sensitive Visual Quantitative Detection”的文章（DOI: 10.1038/s41467-019-08952-1），該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
DNA分子是一種可以編輯的生物大分子功能材料，通？梢杂扇斯ず铣苫蛱烊惶崛〉姆绞降玫，通過三維交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)則可以制備得到DNA水凝膠。由于DNA本身具有良好的可編輯特性，以及近年來體外篩選技術(shù)（SELEX）的快速發(fā)展，DNA水凝膠的優(yōu)秀特異識(shí)別和響應(yīng)特性得到分析化學(xué)家的廣泛青睞。然而由于人工合成DNA的成本高昂，DNA水凝膠的DNA用量巨大以及現(xiàn)有基于DNA水凝膠的傳感裝置的定量讀取依賴大型的設(shè)備，都在一定程度上限制了基于DNA水凝膠傳感器件的長足發(fā)展。
北京科技大學(xué)溫永強(qiáng)教授與張學(xué)記教授和上海交通大學(xué)楊朝勇教授課題組合作，制備了一種新型的基于DNA水凝膠的傳感裝置，同時(shí)解決了上述的所有問題。研究工作基于DNA水凝膠具有熱響應(yīng)特性，當(dāng)熱的空毛細(xì)玻璃管接觸DNA水凝膠時(shí)，水凝膠流動(dòng)性增加，毛細(xì)作用導(dǎo)致水凝膠進(jìn)入毛細(xì)玻璃管內(nèi)，溫度下降時(shí)在毛細(xì)管中形成水凝膠膜。將這種形成凝膠膜的毛細(xì)玻璃管固定在具有刻度的硬板上，組裝形成簡(jiǎn)易的傳感裝置。
圖1 毛細(xì)管中靶向響應(yīng)水凝膠膜的方案用于視覺定量檢測(cè)
圖2 水凝膠膜的制備工藝
本研究中，特定靶標(biāo)分子的加入可以增加毛細(xì)管內(nèi)凝膠膜的滲透性，水凝膠膜的不同滲透性引起了毛細(xì)管自驅(qū)動(dòng)行為的可視變化。他們通過時(shí)間量化這種毛細(xì)行為的變化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)靶標(biāo)分子的定量可視檢測(cè)，使用的DNA水凝膠只有約0.01 μL。
圖3 傳感器件的工作原理
圖4 傳感器件的實(shí)際檢測(cè)效果
該工作通過可卡因作為試驗(yàn)靶標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了在不依賴其他檢測(cè)設(shè)備的條件下對(duì)可卡因高靈敏、高特異性以及可視定量的檢測(cè)。
