​综述：基于类酶材料的微流控技术在生物分析方面的应用

随着生物分析需求的不断增长，如何实现快速、高效、即时的检测成为目前生物分析领域面临的挑战。与传统方法相比，微流控芯片具有小型化、自动化和样品消耗低的优点，在生物分析领域大放异彩。但传统微流控芯片由于成本高、功能有限，难以满足日益增长的分析需求，阻碍了微流控技术的进一步发展。基于类酶纳米材料的微流控技术，发展了许多新兴的生物分析方法，在生物分析中展现了其发展潜力。近期，山东大学于丽教授，山东省科学院胡琼政研究员和武文丽助理研究员在TrAC Trends in Analytical Chemistry杂志上发表了题为“Enzyme-like nanomaterials-integratedmicrofluidic technology for bioanalysis”的综述。文章总结并讨论了类酶纳米材料的种类和应用以及基于类酶纳米材料集成微流控平台用于各种生物分析的最新进展。

类酶纳米材料的制备和应用

下图所示为类酶纳米材料的概览图。在这一部分，作者将类酶纳米材料按照活性中心分为金属基类酶纳米材料和非金属类酶纳米材料，并详细地综述了近年来各种类酶纳米材料的最新进展。

类酶纳米材料概览

基于类酶纳米材料的微流控技术在生物分析方面的应用

第二部分详细介绍了近年来基于类酶纳米材料的微流控技术在生物分析中的应用。按照检测的生物标志物的种类主要分为生物小分子检测（H₂O₂、葡萄糖和尿酸）、蛋白质（癌胚抗原）检测、酶检测、细菌检测和病毒检测。

（1）H₂O₂是生物体内重要的代谢物，在细胞分化和信号转导中起着重要作用。然而，H₂O₂水平异常对细胞和组织有害，最终导致一系列疾病。因此，开发廉价、快速、灵敏的H₂O₂检测方法对相关疾病的初步诊断和保护人类健康具有重要意义。在H₂O₂的参与下，基于过氧化酶的显色反应或氧化还原反应实现颜色或者电化学信号输出，从而实现对H₂O₂的检测。下图为基于类过氧化物酶纳米材料的微流控技术用于检测H₂O₂。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测H₂O₂

（2）葡萄糖是生物机体新陈代谢不可或缺的营养物质。急性低血糖可危及生命，并导致许多并发症和严重损害人体器官。因此，开发化学/生物改性工艺简单、检测灵敏度高、成本低的葡萄糖生物传感器仍然是一个热点。大多数葡萄糖的比色检测是通过葡糖糖氧化酶将葡萄糖转化成过氧化氢，然后利用H₂O₂实现显色反应或电化学信号输出。下图为基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测葡萄糖。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测葡萄糖

（3）尿酸被认为是诊断嘌呤代谢相关疾病的重要生物标志物。体液中尿酸的定量检测对关节炎、肾病、心血管疾病等相关疾病的诊断具有重要意义。尿酸是一类具有抗氧化性的物质，主要是通过其对氧化反应的抑制性作用来实现检测。下图为基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测尿酸。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测尿酸

（4）癌胚抗原是临床常用的广谱肿瘤标志物。开发一种简单、高效的检测工具来检测癌胚抗原具有重要意义。基于类酶材料的微流控技术可以在短时间内识别目标物，检测结果令人满意。下图为基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测癌胚抗原。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测癌胚抗原

（5）生物酶的异常表达与一些恶性疾病的发生密切相关，生物酶常被用作相关临床疾病诊断的生物标志物。基于类酶材料的生物酶检测常用的是化学酶促级联法。下图为基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测生物酶。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测生物酶

（6）临床细菌感染的日益加重和耐药菌的出现，对细菌的灵敏和快速检测显得尤为重要。在具有类酶活性的材料表面修饰上特定的抗体，然后利用特异性结合反应实现对细菌的特异性检测。下图为基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测细菌。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测细菌

（7）病毒通过破坏和操纵宿主的免疫反应来适应宿主的保护机制，从而引起重大疾病。每年，病毒感染夺去了成千上万人的生命。因此，快速、灵敏、特异地检测病毒是医学领域的关键问题。将类酶纳米材料与传统的层析条带法结合，构筑成用于病毒检测的微流控芯片，实现了对病毒的快速检测。下图为基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测病毒。

基于类酶纳米材料的微流控技术用于检测病毒

总体而言，当前微流控技术正蓬勃发展，该篇综述为发展基于类酶纳米材料的微流控技术在生物分析方面的应用提供了详细的说明和潜在的指导。此外，单原子催化、3D打印、纳米材料精确可控改性等先进技术的出现，为微流控技术与类酶纳米材料集成在生物分析领域提供了巨大的发展机遇。

审核编辑：汤梓红