结构色微马达助力生物检测

IMAGE: Scheme of the design of the jellyfish-liked structural color barcode micromotors and their application in biosensing. view more 

Credit: Science China Press

《国家科学评论》在线发表了东南大学赵远锦教授团队的最新研究成果。该团队利用溶剂萃取过程中胶体纳米粒子的快速组装，制备出具有口型红细胞形貌的结构色胶体晶体簇，并用功能水凝胶复制其结构得到了具有显著结构色的微马达。该微马达因特有的结构色和自主运动的能力，能够被应用于生物多元检测并且可以有效地降低检测限。

自微马达的概念被提出以来，科学家们致力于各种的微马达的制备与应用。大量研究表明，微马达在生物医学工程等领域具有广泛的应用价值。特别地，当用于传感时，微马达的自主运动的特性可以增加其表面固定的探针与目标物的接触率，这引起了生物传感领域科学家的研究兴趣。虽然目前这方面的研究已取得了许多进展，但大多数微马达只能进行单指标检测，不能满足多元分析和高通量分析的需要。

为了打破上述局限，赵远锦教授率领团队进行了新型微马达的开发研究。团队通过快速溶剂萃取法完成二氧化硅胶体纳米粒子液滴模板的自组装。由于溶剂萃取速度快,萃取界面的移动速度比胶体粒子在液滴中的扩散速度快得多，液滴的顶部向内折叠形成具有口型红细胞形态的胶体晶体簇。由于胶体纳米粒子形成了六方密堆积的微观结构，该晶体簇具有光子禁带，展现出了显著的结构色。随后，团队利用混合有铂微米粒子的水凝胶前驱体复制胶体晶体簇的结构形态。水凝胶前驱体可以进入二氧化硅纳米粒子间隙，进行微观结构复制；因铂微米颗粒粒径大于二氧化硅纳米粒子的间隙，铂微米粒子被聚集在空腔内。因此，复制得到的水凝胶不仅可以具有显著的结构色，还可以在过氧化氢环境下展现出优良稳定的自主运动性能。

该团队为了验证该结构色微马达在生物检测中的应用成效，他们将该微马达应用于核酸检测。由于微马达的自主运动可以促进探针和靶标的接触，该微马达能够降低检测限至10-13mol/L,比无自主运动功能的微球低了3个数量级。此外，为了验证其多元检测能力，他们在具有不同结构色的微马达表面修饰不同的探针，用于检测不同的目标物。通过结合结构色编码和荧光信号的强度，即可区分所检测的目标物。由于该微马达的结构色源于物理结构，所以该结构色微马达的编码十分稳定。

以上研究结果表明，基于该新型结构色微马达可以开发出简单、灵敏、高效的检测方法，在生物检测领域具有无限的应用潜能。研究工作得到了国家自然科学基金、NASF联合基金重点支持项目等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz185