如何測量溶液中的三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate, ATP）濃度？ 在近日發(fā)表于《國家科學(xué)評論》（National Science Review, NSR）的一篇文章中，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的夏帆、黃羽課題組提出了一種新方法：將處理過的溶液滴在一塊特制的平板上，按照特定的方向慢慢傾斜平板，并測量當(dāng)液滴剛剛開始滑動(dòng)時(shí)平板的傾斜角，就可以反推出ATP濃度。

除檢測ATP之外，這種“固相液相正交雙調(diào)控生物傳感策略”也可以超靈敏地檢測出miRNA、凝血酶、卡那霉素等多種生物標(biāo)志物，甚至可以用于多種靶標(biāo)的辨別分析，如區(qū)分不同類型的DNA（包括Lamda DNA、Linear DNA、Fish sperm DNA、M13和PUC119）。

特制的生物溶液樣品

用于此種檢測的生物溶液樣品中含有DNA及其他相應(yīng)成分，當(dāng)ATP濃度較高時(shí)，可以發(fā)生顯著的“滾環(huán)擴(kuò)增”反應(yīng)（rolling circle amplification, RCA），形成長鏈DNA，而在ATP不存在或濃度較低時(shí)，無法觸發(fā)或僅發(fā)生少量的RCA反應(yīng)，使得溶液中的DNA以小片段單元形式存在。

類似的，通過調(diào)整溶液的組分，也可以促使RCA反應(yīng)在溶液中含有miRNA、凝血酶、卡那霉素等其他生物標(biāo)志物時(shí)發(fā)生。

特制的“板子”

檢測中使用的“板子”當(dāng)然也是特制的。研究者首先在固體平板上雕刻出微米尺度的溝槽結(jié)構(gòu)，然后又向平板注入潤滑劑正癸烷（n-decane），使其進(jìn)入溝槽并覆蓋于平板表面。

液滴在板子上的流動(dòng)性能① 液相調(diào)控：液滴與潤滑劑的相互作用潤滑劑正癸烷可以與短DNA片段發(fā)生強(qiáng)烈的疏水相互作用，但無法與長鏈DNA發(fā)生相互作用，而這種作用會(huì)改變液滴在平板上的運(yùn)動(dòng)行為。具體來說：

當(dāng)液滴中ATP含量較低時(shí)，液滴中的DNA以短片段形式存在，與潤滑劑中的正癸烷發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用（見下圖E、F），使得液滴要在更大的平板傾斜角下，才能開始流動(dòng)；

當(dāng)液滴中ATP含量較高時(shí)，液滴中的DNA以長鏈形式存在，不與潤滑劑中的正癸烷相互作用（下圖C、D），所以平板只需要較小的傾斜角，液滴就可以開始流動(dòng)。

因此，液滴中的ATP濃度與臨界滑動(dòng)角之間存在定量關(guān)系。② 固相調(diào)控：微槽帶來的各向異性由于平板上刻有微槽，所以液滴在不同方向上的滑動(dòng)性能是不同的：當(dāng)平板傾斜方向與微槽平行時(shí)，液滴滑動(dòng)最容易，而垂直時(shí)滑動(dòng)最困難，也就是需要最大的傾斜角才能開始流動(dòng)。③ 固相-液相正交耦合，實(shí)現(xiàn)“雙調(diào)節(jié)”研究者用多種方法證實(shí)，上述固相調(diào)控與液相調(diào)控之間是相互“正交”的，因此，這一系統(tǒng)就可以構(gòu)成“固相-液相雙重調(diào)節(jié)”策略，實(shí)現(xiàn)對液滴運(yùn)動(dòng)行為的精確控制，從而對多種生物標(biāo)志物進(jìn)行超靈敏的檢測與辨別。從下圖可以看出，當(dāng)液滴滑動(dòng)方向與凹槽平行時(shí)，可以獲得最寬的動(dòng)態(tài)測量范圍，而液滴滑動(dòng)方向與凹槽垂直時(shí)，可以獲得最高的檢測靈敏度。

精確控制液滴運(yùn)動(dòng)的雙重調(diào)節(jié)策略，及其傳感應(yīng)用。圖中紅色系為固相調(diào)控部分，綠色系為液相調(diào)控部分。最下方三個(gè)圖為不同流動(dòng)方向（0°、45°、90°）下ATP濃度與開始滑動(dòng)的平板傾斜角（臨界滑動(dòng)角）之間的依賴關(guān)系。 在論文最后，作者指出這種雙重調(diào)節(jié)策略仍有改進(jìn)空間，在進(jìn)一步完善之后，將可能為超浸潤生物傳感器、視覺檢測等提供新的方向。

審核編輯 ：李倩