基于生物的微流控技术利用蜗牛黏液：这种农业副产品在全球微流控反应室的化学研究中发挥着重要作用

《Macromolecular Rapid Communications》：Bio-Based Microfluidics With Snail Slime: A By-Product of Agriculture Plays an Exciting Role in the Chemistry of Microfluidic Reaction Chambers

本研究利用蜗牛粘液合成金纳米颗粒（Au-NPs），并构建其水凝胶微流控芯片。优化显示0.5 mg/mL粘液浓度下催化降解Rhodamine 6G效果最佳，较工业提取粘液，手动采集自H. aspersa和H. pomatia的粘液活性更高，验证了生物基材料在可持续微流控应用中的潜力。

　　近年来，随着可持续材料和绿色化学技术的发展，自然界中某些生物分泌物因其独特的化学组成和生物活性，逐渐成为科研和工业应用中的热点。其中，蜗牛黏液（也称为“snail slime”）因其富含多种功能性成分，如结构蛋白（Mucins）、糖蛋白和生物活性化合物（如透明质酸和尿囊素）而备受关注。这些成分不仅赋予了蜗牛黏液良好的抗菌和促愈合特性，还使其在化妆品、医疗和化学合成领域展现出巨大的应用潜力。在本研究中，科学家们探索了如何将蜗牛黏液的独特性质与纳米材料技术相结合，开发出一种新型的绿色纳米金粒子（Au-NPs）嵌入型水凝胶结构，并成功应用于微流控反应器中，用于Rhodamine 6G（罗丹明6G）的降解实验。

蜗牛黏液在化学合成中的潜力首先体现在其作为纳米金粒子的还原剂和稳定剂的功能上。传统上，纳米金粒子的合成通常依赖于强酸或化学试剂，而蜗牛黏液则提供了一种温和、环保的替代方案。研究表明，蜗牛黏液能够有效将Au3?离子还原为金属金原子，并通过其自身的生物分子对纳米金粒子进行稳定，从而避免其在溶液中聚集或沉降。这种天然来源的还原和稳定能力，使得蜗牛黏液在合成纳米金粒子的过程中表现出显著的化学活性，为开发绿色纳米材料提供了新的思路。

为了进一步拓展蜗牛黏液的应用范围，研究团队将其与水凝胶技术结合，构建出一种多功能、可持续的微流控反应系统。水凝胶作为一种具有三维网络结构的生物材料，能够为纳米金粒子提供一个稳定的载体环境，使其在微流控反应器中保持活性并持续参与化学反应。在这一过程中，蜗牛黏液不仅作为还原剂和稳定剂，还作为水凝胶的化学构建单元，使其能够同时承担多种功能。通过这种集成方式，蜗牛黏液被赋予了更高的化学价值，为微流控系统的设计和应用开辟了新的可能性。

研究团队采用了一种基于蜗牛黏液的水凝胶微流控反应器，成功实现了Rhodamine 6G的快速降解。Rhodamine 6G是一种常用于荧光检测的染料，其降解过程可以作为评估纳米金粒子催化活性的重要指标。实验结果显示，即使在较低的蜗牛黏液浓度下，纳米金粒子仍然能够表现出良好的催化性能，并且在水凝胶环境中保持较高的稳定性。这种稳定性使得纳米金粒子能够在微流控系统中持续发挥作用，而不会因环境变化而失效。

此外，研究还比较了不同蜗牛种类和采集方式对纳米金粒子催化活性的影响。实验选取了两种常见的蜗牛种类：*Helix aspersa*（欧洲蜗牛）和 *Helix pomatia*（意大利蜗牛），分别采用工业采集和手工采集的方式获取蜗牛黏液。结果表明，手工采集的蜗牛黏液在催化活性方面略优于工业采集的黏液，这可能与其更纯净的成分和更少的化学干扰有关。同时，实验还引入了人工合成的Mucin蛋白作为对照，结果显示，Mucin蛋白在催化活性方面表现出更高的效率，进一步验证了蜗牛黏液中Mucin蛋白在纳米金粒子合成和催化过程中的关键作用。

微流控技术作为一项新兴的化学和生物分析手段，以其低样品消耗、快速反应和高灵敏度的特点，在环境监测、临床诊断和生物传感等领域具有广阔的应用前景。然而，目前市面上的微流控芯片大多依赖于矿物油和塑料材料，这不仅增加了环境污染的风险，也限制了其在可持续发展领域的应用。因此，研究团队提出了一种基于蜗牛黏液的生物基微流控反应器，旨在解决这一问题。通过将纳米金粒子嵌入水凝胶结构中，该系统不仅能够实现对Rhodamine 6G的高效降解，还具备良好的环境友好性和可重复使用性。

在实验设计中，研究团队首先对蜗牛黏液进行了系统的处理和纯化，以确保其化学成分的稳定性。随后，利用蜗牛黏液作为还原剂和稳定剂，合成了纳米金粒子，并将其嵌入水凝胶结构中。为了提高水凝胶的机械性能和反应效率，研究团队采用了聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）作为交联剂，并通过光聚合技术构建了具有特定结构的水凝胶微点阵列。这些微点阵列被集成到微流控芯片中，通过精确控制反应条件，实现了对Rhodamine 6G的高效降解。

实验结果表明，蜗牛黏液在微流控系统中的应用不仅提升了纳米金粒子的催化活性，还增强了整个系统的稳定性和功能性。通过荧光强度的监测，研究团队发现，在0.5 mg/mL的蜗牛黏液浓度下，纳米金粒子对Rhodamine 6G的降解效率最高，达到了93.9%。相比之下，较高浓度的蜗牛黏液虽然能够生成更多的纳米金粒子，但由于粒子之间的聚集现象，导致其实际的催化活性有所下降。这一发现表明，纳米金粒子的催化效率不仅与浓度有关，还受到其分散状态和表面活性的影响。

在微流控芯片的构建过程中，研究团队采用了多种材料和工艺，以确保系统的稳定性和可靠性。玻璃基板被用作承载水凝胶微点的平台，而PDMS（聚二甲基硅氧烷）则被用于制作微流控反应腔。为了防止PDMS与玻璃基板之间的粘连和泄漏，研究团队使用了铝框架和丙烯酸玻璃窗进行封装。这种封装方式不仅提高了系统的密封性，还增强了其在实际应用中的耐用性。

此外，研究团队还优化了微流控系统的反应条件，以确保纳米金粒子在水凝胶中的均匀分布和高效催化。实验中使用的反应溶液包括Rhodamine 6G和NaBH?（硼氢化钠），这两种物质在微流控系统中能够模拟实际的化学反应环境。通过持续的流体流动，反应溶液在微流控芯片中实现了快速混合和反应，从而提高了催化效率。实验结果显示，在2小时的反应时间内，Rhodamine 6G的荧光强度显著下降，表明纳米金粒子的催化作用得到了有效发挥。

蜗牛黏液在微流控系统中的应用不仅限于Rhodamine 6G的降解，还可能拓展到其他类型的化学反应，如氧化反应和降解反应。这种多功能性使得蜗牛黏液成为一种极具潜力的生物基材料，能够在多种化学反应中发挥关键作用。同时，研究团队还指出，蜗牛黏液的化学组成和结构特性使其在微流控系统中具有较高的适应性和可调控性，这为未来开发更复杂的微流控反应系统提供了理论基础和技术支持。

在本研究中，蜗牛黏液被用作一种天然的、可再生的资源，其在微流控系统中的应用不仅减少了对传统化学试剂的依赖，还降低了环境负担。研究团队强调，这种基于蜗牛黏液的微流控反应系统具有良好的可持续性和可扩展性，能够在未来的生物传感器、环境监测和医疗诊断等领域发挥重要作用。此外，蜗牛黏液的采集方式也被优化，以减少对动物的干扰并提高材料的纯度和活性。

总体而言，本研究通过将蜗牛黏液的生物活性与微流控技术相结合，开发出一种新型的绿色纳米材料体系，为可持续化学和生物分析技术提供了重要的创新方向。蜗牛黏液作为还原剂、稳定剂和水凝胶构建单元的多重功能，使其成为一种极具应用前景的天然资源。未来的研究可以进一步探索蜗牛黏液在不同反应条件下的表现，以及其在更复杂化学体系中的应用潜力。同时，随着对蜗牛黏液化学成分的深入研究，可能会发现更多具有催化活性的生物分子，从而推动这一领域的进一步发展。