?綜述：基于類酶材料的微流控技術(shù)在生物分析方面的應(yīng)用

隨著生物分析需求的不斷增長(zhǎng)，如何實(shí)現(xiàn)快速、高效、即時(shí)的檢測(cè)成為目前生物分析領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)方法相比，微流控芯片具有小型化、自動(dòng)化和樣品消耗低的優(yōu)點(diǎn)，在生物分析領(lǐng)域大放異彩。但傳統(tǒng)微流控芯片由于成本高、功能有限，難以滿足日益增長(zhǎng)的分析需求，阻礙了微流控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。基于類酶納米材料的微流控技術(shù)，發(fā)展了許多新興的生物分析方法，在生物分析中展現(xiàn)了其發(fā)展?jié)摿?。近期，山東大學(xué)于麗教授，山東省科學(xué)院胡瓊政研究員和武文麗助理研究員在TrAC Trends in Analytical Chemistry雜志上發(fā)表了題為“Enzyme-like nanomaterials-integratedmicrofluidic technology for bioanalysis”的綜述。文章總結(jié)并討論了類酶納米材料的種類和應(yīng)用以及基于類酶納米材料集成微流控平臺(tái)用于各種生物分析的最新進(jìn)展。

類酶納米材料的制備和應(yīng)用

下圖所示為類酶納米材料的概覽圖。在這一部分，作者將類酶納米材料按照活性中心分為金屬基類酶納米材料和非金屬類酶納米材料，并詳細(xì)地綜述了近年來(lái)各種類酶納米材料的最新進(jìn)展。

類酶納米材料概覽

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)在生物分析方面的應(yīng)用

第二部分詳細(xì)介紹了近年來(lái)基于類酶納米材料的微流控技術(shù)在生物分析中的應(yīng)用。按照檢測(cè)的生物標(biāo)志物的種類主要分為生物小分子檢測(cè)（H?O?、葡萄糖和尿酸）、蛋白質(zhì)（癌胚抗原）檢測(cè)、酶檢測(cè)、細(xì)菌檢測(cè)和病毒檢測(cè)。

（1）H?O?是生物體內(nèi)重要的代謝物，在細(xì)胞分化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著重要作用。然而，H?O?水平異常對(duì)細(xì)胞和組織有害，最終導(dǎo)致一系列疾病。因此，開(kāi)發(fā)廉價(jià)、快速、靈敏的H?O?檢測(cè)方法對(duì)相關(guān)疾病的初步診斷和保護(hù)人類健康具有重要意義。在H?O?的參與下，基于過(guò)氧化酶的顯色反應(yīng)或氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)顏色或者電化學(xué)信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)H?O?的檢測(cè)。下圖為基于類過(guò)氧化物酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)H?O?。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)H?O?

（2）葡萄糖是生物機(jī)體新陳代謝不可或缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。急性低血糖可危及生命，并導(dǎo)致許多并發(fā)癥和嚴(yán)重?fù)p害人體器官。因此，開(kāi)發(fā)化學(xué)/生物改性工藝簡(jiǎn)單、檢測(cè)靈敏度高、成本低的葡萄糖生物傳感器仍然是一個(gè)熱點(diǎn)。大多數(shù)葡萄糖的比色檢測(cè)是通過(guò)葡糖糖氧化酶將葡萄糖轉(zhuǎn)化成過(guò)氧化氫，然后利用H?O?實(shí)現(xiàn)顯色反應(yīng)或電化學(xué)信號(hào)輸出。下圖為基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)葡萄糖。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)葡萄糖

（3）尿酸被認(rèn)為是診斷嘌呤代謝相關(guān)疾病的重要生物標(biāo)志物。體液中尿酸的定量檢測(cè)對(duì)關(guān)節(jié)炎、腎病、心血管疾病等相關(guān)疾病的診斷具有重要意義。尿酸是一類具有抗氧化性的物質(zhì)，主要是通過(guò)其對(duì)氧化反應(yīng)的抑制性作用來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。下圖為基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)尿酸。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)尿酸

（4）癌胚抗原是臨床常用的廣譜腫瘤標(biāo)志物。開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單、高效的檢測(cè)工具來(lái)檢測(cè)癌胚抗原具有重要意義?；陬惷覆牧系奈⒘骺丶夹g(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)識(shí)別目標(biāo)物，檢測(cè)結(jié)果令人滿意。下圖為基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)癌胚抗原。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)癌胚抗原

（5）生物酶的異常表達(dá)與一些惡性疾病的發(fā)生密切相關(guān)，生物酶常被用作相關(guān)臨床疾病診斷的生物標(biāo)志物。基于類酶材料的生物酶檢測(cè)常用的是化學(xué)酶促級(jí)聯(lián)法。下圖為基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)生物酶。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)生物酶

（6）臨床細(xì)菌感染的日益加重和耐藥菌的出現(xiàn)，對(duì)細(xì)菌的靈敏和快速檢測(cè)顯得尤為重要。在具有類酶活性的材料表面修飾上特定的抗體，然后利用特異性結(jié)合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌的特異性檢測(cè)。下圖為基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)細(xì)菌。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)細(xì)菌

（7）病毒通過(guò)破壞和操縱宿主的免疫反應(yīng)來(lái)適應(yīng)宿主的保護(hù)機(jī)制，從而引起重大疾病。每年，病毒感染奪去了成千上萬(wàn)人的生命。因此，快速、靈敏、特異地檢測(cè)病毒是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。將類酶納米材料與傳統(tǒng)的層析條帶法結(jié)合，構(gòu)筑成用于病毒檢測(cè)的微流控芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)病毒的快速檢測(cè)。下圖為基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)病毒。

基于類酶納米材料的微流控技術(shù)用于檢測(cè)病毒

總體而言，當(dāng)前微流控技術(shù)正蓬勃發(fā)展，該篇綜述為發(fā)展基于類酶納米材料的微流控技術(shù)在生物分析方面的應(yīng)用提供了詳細(xì)的說(shuō)明和潛在的指導(dǎo)。此外，單原子催化、3D打印、納米材料精確可控改性等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，為微流控技術(shù)與類酶納米材料集成在生物分析領(lǐng)域提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇。

審核編輯：湯梓紅