血液一直被認為是檢測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估和疾病診斷有關(guān)的生物標志物，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創(chuàng)檢測方式，對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/團簇和有機橋接配體配位而成的一維、二維或三維結(jié)構(gòu)。金屬有機框架具有結(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不飽和性等特點。近年來，金屬有機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。然而，目前，基于金屬有機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，為了解決以上問題，來自北京信息科技大學(xué)的研究人員設(shè)計了一種基于微納米金屬有機框架的汗液生物傳感界面，用于人體汗液的比色檢測。這種微納米金屬有機框架制備方法簡單、成本低廉、穩(wěn)定性好，而且可以長時間保存。此外，該研究通過比色法對汗液中的葡萄糖、pH進行檢測，可以較為直觀地觀察到反應(yīng)過程中的顏色變化，操作方便，檢測快速、靈敏。相關(guān)研究成果以“基于微納米金屬有機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框架的汗液生物傳感界面表征

圖1為微納米金屬有機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，有利于待測物的牢固吸附與富集，可以提高檢測靈敏度。

圖1 微納米金屬有機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框架在光學(xué)接觸角張力測試儀下的圖像，當2 μL的液滴觸碰到微納米界面后會完全鋪展，接觸角接近于0°，呈超親水性；圖2（b）為微納米金屬有機框架經(jīng)表面改性后在光學(xué)接觸角張力測試儀下的圖像，接觸角為154.3 ± 3.0°，呈超疏水性，因此，通過圖案化處理形成的超疏水-超親水傳感界面能夠使待測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物圖，從圖中可以看出，由于浸潤性差異，液滴完全位于超親水微孔中且沒有溢出，液滴之間不會互相干擾，這使得待測液滴能夠富集在檢測區(qū)域內(nèi)，有利于后續(xù)樣本的分析檢測。

圖2 超浸潤傳感界面表征

基于微納米金屬有機框架的汗液生物傳感界面檢測性能

（1）工作液中葡萄糖濃度的檢測

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的檢測柱狀圖，從圖中可以看出，隨著葡萄糖溶液濃度的增加，其對應(yīng)的R、G、B值有著明顯的變化趨勢，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

（2）工作液pH檢測

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。圖4是pH 為6、6.5、7、7.5、8的檢測柱狀圖，從圖中可以看出，隨著pH的變大，溶液由酸性變?yōu)閴A性，其對應(yīng)的R值逐漸減小，G、B值的整體趨勢呈先增大后減小。

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圖4 工作液pH檢測

（3）人體汗液中葡萄糖濃度的檢測

收集志愿者有氧運動半小時后的汗液，取1 μL滴加在基于微納米金屬有機框架的功能化微孔中，進行實際人體汗液的葡萄糖與pH檢測，分別進行6組檢測。圖5（a）是實際汗液的葡萄糖檢測柱狀圖，與圖3進行比對，可以得出，該志愿者的汗液中幾乎沒有葡萄糖，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）是實際汗液的pH檢測柱狀圖，與圖4進行比對，可以得出，該志愿者的汗液pH在6.5 ～ 7之間。上述檢測結(jié)果可以得出，該研究的基于微納米金屬有機框架的生物傳感界面可實現(xiàn)人體汗液的高靈敏、可靠檢測，具有一定的實際應(yīng)用價值。

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圖5 實際人體汗液中的葡萄糖濃度和pH檢測

綜上所述，該研究制備了微納米金屬有機框架，對其進行表面改性、圖案化處理以及功能化修飾，設(shè)計出了一種制備簡單、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框架的汗液生物傳感界面實現(xiàn)了葡萄糖、pH的準確比色分析，可用于實際人體汗液檢測。本研究的基于微納米金屬有機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