葡萄糖作为人体能量来源及重要的生理活性物质之一，在许多重要的生理和病理过程中发挥着关键的作用。因此，精准地检测并基于涉及大脑功能和神经传导的葡萄糖传感器来分析研究葡萄糖在生物体内的含量及其动态变化是认识众多疾病诊疗相关机制的关键。目前的研究工作普遍认为：构建葡萄糖传感器的难点是如何排除半乳糖、甘露糖和果糖等类似物的干扰。葡萄糖传感器的检测方法主要基于如下两种策略：一种是基于葡萄糖氧化酶的酶促反应方法；另一种是基于非酶反应的选择性检测方法，即利用双羟基 (如：1,2-二醇和1,3-二醇) 与苯基硼酸的快速可逆结合来设计葡萄糖传感器。不过，这些方法均依赖于在复杂样品中加入探针来检测葡萄糖的策略，不可避免地会出现其它糖类的干扰。
为了提高葡萄糖检测的选择性，中国科学院化学研究所的齐莉研究员课题组在前期工作中采用在具有多反应位点的聚合物链上键合苯硼酸及茜素红的策略，利用葡萄糖与茜素红的竞争关系，构建了高选择性荧光检测分析鼠脑脑脊液中葡萄糖的方法（Anal. Chem., 2014, 86, 9758）；还进一步发展了聚合物链结合纳米金簇和苯硼酸的非酶型葡萄糖检测传感器，用于大鼠急性肝中毒过程中的鼠血葡萄糖分析（Microchimica Acta, 2019, 186, 366）。
受启发于在复杂环境中“捕捞”的理念，该课题组近日基于“选择性捕获-可控检测”的策略，设计制备了一种基于苯硼酸聚合物链作为捕获配体的热刺激-响应型酶反应器。利用苯硼酸聚合物链的立体选择性来特异地识别葡萄糖并将葡萄糖从复杂环境体系中“捕捞”出来，再采用热刺激方法使囊泡型酶反应器打开，通过高效级联酶解反应，实现了对鼠脑缺血前后脑透析液中葡萄糖的高选择性分析检测。相较于传统的小分子苯硼酸，苯硼酸聚合物链具有立体的选择结构且可特异性识别具有椅式结构的葡萄糖，而不受其它类似物的干扰（图1）。所构建的酶反应器利用级联酶催化反应的优点并结合苯硼酸聚合物链的精确定位反应，有效避免了其它种类糖分子的影响，实现了热刺激-响应型酶反应器在活体高选择性检测葡萄糖的分析应用。该传感器不仅为葡萄糖的高选择性检测提供了一种新的平台，而且为活体脑缺血过程中生理和病理的分子机制研究提供了新思路。
图1. 刺激-响应型葡萄糖传感器的设计构建及其可控、高选择性分析检测鼠脑透析液中葡萄糖示意图
上述成果发表在Analytical Chemistry 上，论文第一作者为乔娟副研究员，通讯作者为齐莉研究员，该研究得到了毛兰群研究员和王铁研究员的帮助和支持。
Selective Capture and in Situ Controllable Detection of D‑Glucose in Cerebral Systems
Juan Qiao, Han Wu, Huan Wei, Lanqun Mao, Tie Wang, Li Qi
Anal. Chem., 2020, 92, 4445-4450, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b05393
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