近日，北京科技大學化學與生物工程學院溫永強教授與張學記教授科研團隊在英國Nature集團旗下的子刊《Nature Communications》（影響因子：12.35）上發表題為“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研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。
DNA分子是一種可以編輯的生物大分子功能材料，通常可以由人工合成或天然提取的方式得到，通過三維交聯形成空間網絡則可以制備得到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（SELEX）的快速發展，DNA水凝膠的優秀特異識別和響應特性得到分析化學家的廣泛青睞。然而由于人工合成DNA的成本高昂，DNA水凝膠的DNA用量巨大以及現有基于DNA水凝膠的傳感裝置的定量讀取依賴大型的設備，都在一定程度上限制了基于DNA水凝膠傳感器件的長足發展。
北京科技大學溫永強教授與張學記教授和上海交通大學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水凝膠具有熱響應特性，當熱的空毛細玻璃管接觸DNA水凝膠時，水凝膠流動性增加，毛細作用導致水凝膠進入毛細玻璃管內，溫度下降時在毛細管中形成水凝膠膜。將這種形成凝膠膜的毛細玻璃管固定在具有刻度的硬板上，組裝形成簡易的傳感裝置。
圖1 毛細管中靶向響應水凝膠膜的方案用于視覺定量檢測
圖2 水凝膠膜的制備工藝
本研究中，特定靶標分子的加入可以增加毛細管內凝膠膜的滲透性，水凝膠膜的不同滲透性引起了毛細管自驅動行為的可視變化。他們通過時間量化這種毛細行為的變化進而實現了對靶標分子的定量可視檢測，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 傳感器件的實際檢測效果
該工作通過可卡因作為試驗靶標，實現了在不依賴其他檢測設備的條件下對可卡因高靈敏、高特異性以及可視定量的檢測。
