基于無限配位聚合物的活體在線電化學傳感

活體分析由于能夠在活動物層次提供生命活動過程中的化學信息，因而備受分析化學和生命科學的廣泛關注。活體在線電化學分析由于電極/溶液界面可設計性強、靈敏度高、響應時間短、樣品保真度高等優點，在活體分析的研究中具有獨特的優勢。然而，由于活體在線電化學分析避免了樣品的收集和分離，因此選擇性成為該類方法研究中的瓶頸之所在。酶型生物電化學傳感器由于利用了酶對于底物的高度專一性識別的性能，因而具有很高的選擇性，在活體在線電化學分析中備受青睞。目前，已發展的酶型生物電化學傳感器涉及多個傳感元件（如電子轉移酶介體/電化學催化劑、酶、輔酶、電子導體等），因此，這些傳感元件在電極表面的簡單而穩定的固定將直接決定生物電化學傳感器的性能。

中國科學院化學研究所活體分析化學重點實驗室的毛蘭群研究員近些年來一直致力于基于表界面化學的活體分析新原理和新方法的研究，并取得了系列創新性的研究成果（Acc. Chem. Res. 2012， 45： 533-543）。近期，他們發現，由金屬離子或金屬離子簇和多齒橋聯配體通過配位自組裝而形成的無限配位聚合物（Infinite coordination polymers，簡稱ICPs）在活體分析化學的研究中具有很好應用價值。ICPs由于具有尺寸和形貌的可調性，已被應用于傳感、催化、光化學、氣體存儲和藥物釋放等領域。值得一提的是，此類新型材料具有很強的自適應性（Adaptive）， 客體分子可以在其形成過程中以自組裝方式包裹于所形成的骨架結構內。利用這種性質，毛蘭群課題組率先開展了基于ICP的生物電化學傳感器研究，發現了生物電化學傳感器所涉及到的所有傳感元件，如酶（葡萄糖脫氫酶），輔酶（煙酰胺輔酶），電化學催化劑（亞甲基綠）等均可以在ICP形成的過程中以自組裝的方式包裹于形成的框架中。基于此，他們合成了具有電化學傳感功能的ICP納米粒子（圖1）。該納米離子對葡萄糖具有很好的生物電化學催化活性，可用于葡萄糖的生物電化學傳感。與傳統方法相比，該方法不僅大大簡化了傳感器的制備，而且ICP納米粒子合成條件溫和、環境友好（Chem. Eur. J. 2011， 17： 11390-11393）。

然而，由于ICP本身不具有導電性，電子在ICP粒子之間以及與電極表面的傳遞相對較難，導致傳感器的靈敏度較低，很難滿足活體在線電化學分析之需求。毛蘭群課題組成功地將三維導電網絡的概念引入其中，利用單壁碳納米管（SWNTs）良好的電子導電性與豐富的表面化學性質，將其與具有電化學傳感功能的ICP納米粒子進行有效復合，從而構筑了具有三維導電網絡結構的ICP/SWNT納米復合物，加快了ICP粒子之間以及與電極表面的電子轉移速率，大大提高了傳感器的性能（圖2）。所制備的基于ICP/SWNT的傳感器具有很高的靈敏度、穩定性和重現性，可用于豚鼠紋狀體腦內葡萄糖的活體在線電化學分析（Anal. Chem. 2013， 85， dx.doi.org/10.1021/ac303743a）。該系統研究不但為高性能生物電化學傳感器的構筑提供了新的方法，而且也拓寬了活體電化學分析的研究思路。