新型可视化晶基传感器：淡水环境生物分子检测技术获突破性进展

研究背景：淡水环境中生物分子（如特定核酸）的检测是生态保护、水质安全的关键环节。传统检测手段如荧光定量 PCR、高效液相色谱等，存在流程复杂、依赖大型仪器、检测周期长等缺陷，难以满足野外快速监测需求。介孔材料因大比表面积、可控孔结构的特性，在传感器领域应用潜力巨大。如何将介孔材料与分子识别元件结合，打造操作简便、可视化、高灵敏度的检测平台，成为环境分析领域的研究焦点。

主要发现：

材料协同构建高效检测体系

研究团队整合 DMOAP、CTAB 和 ssDNA 三种核心材料：

· DMOAP 提供介孔结构，增加反应位点（如图 1 所示，展示了 DMOAP 在不同浓度下的微观结构变化）；

图1  DMOAP 在不同浓度下的微观结构变化

· CTAB 调控界面性质，优化生物分子吸附过程；

· ssDNA 作为特异性识别元件，精准捕获目标分子。三者协同使传感器识别能力显著提升。

可视化检测实现肉眼判读

该传感器具备直观颜色变化的特性：当淡水样品中存在目标生物分子时，传感器会发生明显色阶转变，无需专业仪器即可初步判断结果，极大降低操作门槛。

图2 不同浓度下传感器的颜色差异

高灵敏度捕捉痕量分子

实验表明，传感器对目标生物分子的检测限低至纳摩尔级别，远优于传统方法。即使淡水环境中目标分子浓度极低，也能被精准识别，为早期污染预警提供技术支撑。

图3 各因素交互作用响应曲面图

强选择性抗复杂干扰

在模拟淡水的复杂体系中（含多种干扰物质），传感器对目标生物分子仍保持高特异性识别，有效避免假阳性，确保实际检测的可靠性。

图4 选择性实验结果

多参数优化提升性能

团队通过系统优化 DMOAP 浓度、CTAB 浓度、ssDNA 浓度等参数，明确最佳配比：当 DMOAP 浓度为 10 mmol/L、CTAB 浓度为 10 mmol/L 时，传感器性能最优（如图5的参数优化曲线所示）。

图5 适配体浓度优化及 POM 灰度强度统计图

结论：

本研究开发的可视化晶基传感器，凭借高灵敏度、可视化、强选择性的优势，突破了传统淡水生物分子检测的技术瓶颈。其操作简便、成本可控的特点，使其在野外环境监测、突发水污染应急筛查等场景中具有极高应用价值。

参考文献

[1]刘中天,李红花,杜明阳,等. 液晶-水界面生物传感器的构建及其对食源性致病菌的可视化检测[J/OL].分析测试学报,1-13[2025-11-06].