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的生物標志物，如pH、葡萄糖、乳酸、蛋白質、鈣離子、氯離子等。因此，汗液傳感分析作為一種無創檢測方式，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、二維或三維結構。金屬有機框架具有結構與孔道尺寸可調控性、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用于食品、環境、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、電化學生物傳感器等，多借助外用精密設備，檢測流程較為復雜，且其在汗液生物傳感中的應用較少。

據麥姆斯咨詢介紹，為了解決以上問題，來自北京信息科技大學的研究人員設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過程中的顏色變化，操作方便，檢測快速、靈敏。相關研究成果以“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表面改性后在光學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域內；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域內，有利于后續樣本的分析檢測。

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，繼而產生紅棕色絡合物。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，溶液由酸性變為堿性，其對應的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人體汗液的高靈敏、可靠檢測，具有一定的實際應用價值。

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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，設計出了一種制備簡單、成本低、穩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學等領域具有巨大的潛在應用前景。

審核編輯：劉清