基于比色反应的分析方法是一种非常简便的现场即时检测（point-of-care testing，POCT）方法，在生物靶标物的快速测定中具有重要的应用。对于POCT中经常使用的血液样品，其中的红细胞和血红蛋白分子将严重干扰显色反应，影响小分子靶标物的测定，因此需要借助离心分离等手段从全血样品中分离血清或血浆，这种预处理过程无疑限制了快速检测的效率和准确性。
近期，东北师范大学杨丽教授课题组开发了一种基于水凝胶的比色纸基分析系统 (colorimetric paper-based analytical device，c-PAD) 很好的解决了这一问题。该方法利用生物酶诱导海藻酸钠水凝胶，形成纳米量级网络状结构，包覆酶（如GOx、HRP）和显色试剂（如TMB）实现靶标物的显色反应测定（如将无色的TMB变成了蓝色的TMBox），同时利用其纳米尺寸筛选效应，有效地阻止血液中红细胞（7-8 μm）和血红蛋白（5-6 nm）等大分子通过，从而实现全血中生物小分子的原位无分离检测。所制备的c-PAD具有制作过程极其简单、无需繁琐的前处理即可实现血样的一步分析、高通量分析等优点。
图1. 高通量水凝胶c-PAD的制备与检测示意图。(A) 水凝胶c-PAD的制备。(B) 水凝胶c-PAD检测人全血中葡萄糖的工作原理。(C) 用智能手机和颜色识别软件进行数据采集和分析。图片来源：Anal. Chem.
值得一提的是，该c-PAD可根据包埋的酶和显示剂不同，制备多个不同的传感区域，实现对不同靶标物的同时检测。如图2展示了一个具有9个传感区域的c-PAD，可对同一份全血样品中的甘油三酯、葡萄糖和胆固醇三种不同目标物的含量实现同时测定，c-PAD的正面显示的都是留在滤纸表明的血液大分子的颜色，而背面则呈现不同的颜色信号，从而得到不同靶标物的含量。研究结果表明，该水凝胶c-PAD具有广泛的适用性，对血液样品中各种生物分子的POCT具有实际应用价值。
图2. (A-B) 同时检测全血中胆固醇((A,1)， (B,1)，和(C,1))，葡萄糖((A,2)， (B,2)，和(C,2))和甘油三酯((A,3)、(B,3)和(C,3))。（C-D）分析信号与血液中甘油三酯、葡萄糖、胆固醇浓度的半对数图。图片来源：Anal. Chem.
这一成果近期发表在Analytical Chemistry，文章的第一作者为东北师范大学化学学院博士生徐嘉，东北师范大学杨丽教授为通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委和吉林省科技厅的资助。
Hydrogel Paper-Based Analytical Devices: Separation-Free In Situ Assay of Small-Molecule Targets in Whole Blood
Jia Xu, Habib Khan, and Li Yang*
Anal. Chem., 2021, 93, 14755–14763, DOI: 10.1021/acs.analchem.1c03347
杨丽，东北师范大学化学学院教授、博士生导师。2002年于中国科学技术大学取得理学博士学位，其后在爱尔兰科克大学、美国路易斯安那州立大学、美国马里兰大学和美国Calibrant Biosystem , Inc. 从事博士后研究工作。2008年就职于东北师范大学。
研究方向为发展新型分离分析技术、生物传感及其在生命、医药、环境、社会安全等领域的应用研究。至今在Anal. Chem., ACS Sensors., Biosens. Bioelectron., Anal. Chim. Acta, Sens. Actuators, B, Talanta, J. Chromatgr. A等刊物上发表SCI收录论文70余篇，已授权国家专利5项。主持国家基金委、教育部、吉林省科技厅等科研项目多项。
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