基于Photo-PISA技术的原位封装方法：将纳米簇传感器封装在响应刺激的聚合物囊泡中，用于实现与（AND）逻辑门传感功能

《ACS Sensors》：Photo-PISA Driven In Situ Encapsulation of Nanocluster-Based Sensors within Stimuli-Responsive Polymersomes for AND Logic Gate Sensing

颜色化学生感技术通过整合肽模板化催化性金纳米簇（AuNCs）与pH响应性聚合物体，构建了基于AND逻辑门的分级传感平台。该平台通过光引发自组装技术实现纳米传感器在酸性环境下的选择性释放，并在目标酶（如凝血酶或MMP-9）存在下催化TMB显色反应，显著提升复杂生物样本检测的特异性与灵敏度。研究验证了该系统在生理pH下聚合物体对酶的隔绝保护作用，双重刺激下实现低至2 nM的检测限，适用于肿瘤或炎症微环境的原位诊断及尿液便捷检测。

　　本研究开发了一种基于逻辑门机制的双重响应型传感平台，结合了催化活性的金纳米簇（AuNCs）与酶响应的肽连接复合物，并将其封装于pH响应型的聚合物囊泡中。这种设计不仅提高了传感器在复杂疾病状态下的特异性，还实现了对特定生物标志物的灵敏检测。通过引入双条件触发机制，即酸性环境和特定酶的存在，传感器仅在两种条件同时满足时才会产生可检测的信号，从而显著降低了单刺激引起的假阳性信号，提升了检测的准确性。此外，这种平台的设计使其能够用于体内检测，通过肾脏清除后的尿液进行颜色读取，具有非侵入性和简便性，特别适用于资源有限的环境。

在医学诊断和疾病监测中，简便、低成本且高灵敏度的检测方法至关重要。传统技术如色谱和光谱分析虽然具有高精度和准确性，但通常需要复杂的仪器设备，限制了其在现场检测中的应用。因此，开发简单、高效且可视觉读取的诊断技术成为迫切需求。颜色变化型方法因其操作简便、成本低廉和适用于快速检测而受到关注。然而，如何提高颜色传感方法的特异性与灵敏度仍然是一个重大挑战。为此，研究者们探索了多种策略，例如引入逻辑门机制，其中只有当两个不同的输入条件同时存在时，才会产生输出信号，从而有效减少单一刺激导致的误判。

催化活性的AuNCs因其独特的光学特性和催化能力，展现出在颜色传感中的巨大潜力。这些纳米材料在与特定分子反应时能够引发明显的颜色变化，例如在过氧化氢（H?O?）存在下，3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）可被AuNCs催化氧化，导致颜色从无色变为蓝色，从而实现视觉检测。AuNCs的可修饰性使其能够通过肽模板或共轭方式被用于构建复杂的酶传感器系统。其超小尺寸（通常小于5 nm）使得它们能够在体内被肾脏清除，并在尿液中实现颜色读取，这为非侵入式检测提供了新的可能性。

在较大尺度（通常为20–500 nm）上，聚合物纳米颗粒（NPs）提供了用于封装各种传感单元的微环境，使得多目标检测成为可能。此外，聚合物NPs还具备对多种刺激的响应能力，例如pH变化或酶活性，从而赋予其环境适应性。近年来，聚合物NPs的研究进展表明，它们可以通过可控制备方式获得可控的形态和响应特性。例如，通过聚合物化诱导自组装（PISA）技术，可以制备出具有pH响应性的聚合物囊泡，这些囊泡在酸性条件下会经历结构变化，释放内部封装的传感单元。这一特性可用于靶向肿瘤或炎症等酸性微环境的生物传感和治疗应用。

双重响应型和逻辑门机制的生物传感器为复杂生物环境中的特异性提升提供了有效策略。这些传感器通过结合两种或多种刺激条件，仅在特定条件下产生响应，从而显著提高检测的准确性。纳米颗粒技术在多刺激传感中的应用包括脂质纳米颗粒和聚合物纳米颗粒，它们能够响应两种或更多刺激，并实现AND门或OR门的识别模式。例如，通过pH响应和酶响应的双重触发，传感器能够实现精准的信号输出，避免了单一刺激导致的干扰。

在本研究中，我们构建了一个基于AND逻辑门的传感平台，该平台结合了AuNCs的催化特性、酶响应型肽连接复合物以及pH响应型聚合物囊泡的环境适应性。首先，我们优化了酶响应型纳米传感器的组成，通过调整肽与GSH的比例，提高了纳米传感器的催化效率。随后，我们将这些纳米传感器封装于pH响应型聚合物囊泡中，利用光引发的PISA（photo-PISA）技术，实现了对传感单元的有效包裹。这种双重响应机制确保了只有在酸性环境和特定酶同时存在时，才会释放AuNCs并产生颜色变化，从而实现了精确的信号输出。

为了验证该平台的性能，我们进行了多种实验条件的测试。例如，在模拟体内环境的缓冲液中，只有当pH降低至5.5并加入特定酶时，才会观察到明显的颜色变化。这表明我们的传感器能够在酸性微环境和酶活性同时存在的情况下产生信号，而单一条件则无法触发反应。此外，我们还通过动态光散射（DLS）和Zeta电位测量，评估了传感器在不同pH条件下的稳定性。结果表明，优化后的聚合物囊泡在中性pH条件下保持稳定，而在酸性条件下能够有效释放纳米传感器，从而实现信号检测。

通过进一步的实验，我们验证了该传感平台的灵敏度和特异性。使用不同浓度的酶进行测试，结果表明该平台能够检测到低至纳摩尔级别的酶活性，具有良好的检测限（LoD）。同时，我们还评估了该系统的细胞相容性，通过MTS细胞活力检测实验，发现该传感器在RAW 264.7细胞中表现出良好的生物相容性，表明其在体内应用的可行性。此外，我们还利用透射电子显微镜（TEM）观察了纳米传感器和聚合物囊泡的结构，确认了其在不同条件下的形态变化。

本研究的创新之处在于将催化活性的AuNCs与pH响应型聚合物囊泡结合，形成了一种具有双重响应能力的传感平台。这种设计不仅提高了传感器在复杂生物环境中的特异性，还使其能够通过肾脏清除，在尿液中实现非侵入式检测。未来，我们计划将这一系统应用于体内检测，特别是在肿瘤和炎症等酸性微环境中，以实现对疾病状态的实时监测。通过这种简单的颜色读取方法，患者无需复杂的仪器即可获得诊断信息，这对于资源有限的地区具有重要意义。

此外，本研究还展示了该平台的模块化特性。通过调整肽模板，AuNCs可以被设计成针对不同的酶或蛋白质，从而实现对多种生物标志物的检测。这种灵活性使得该系统能够适应不同的疾病监测需求。同时，该平台在体内环境中的稳定性也得到了验证，表明其在实际应用中的可靠性。未来，我们希望通过进一步优化，提高其在复杂生物流体中的性能，并拓展其在更多疾病诊断中的应用潜力。