综述：纳米颗粒整合水凝胶作为多功能比色传感器

（编辑推荐）本综述系统阐述了纳米颗粒（NPs）与水凝胶协同构建比色传感器的创新策略，通过表面等离子体共振（SPR）、局域表面等离子体共振（LSPR）等光学特性，解决了NPs易聚集、稳定性差的难题。水凝胶的高含水量、溶胀特性及浓度效应显著增强了对生物/环境靶标（如微生物组、生物标志物）的检测灵敏度，为即时检测（POCT）提供了新范式。

　　

Abstract
纳米颗粒（NPs）因其表面易功能化和独特的光学/催化特性，已成为比色传感器的核心探针。然而，其固有聚集倾向会削弱纳米尺度下的等离子体特性与催化活性，影响长期稳定性。近年研究通过将NPs整合至水凝胶网络，限制NPs扩散，突破传统比色传感瓶颈。这种复合体系不仅能维持NPs胶体稳定性，还通过水凝胶的高含水量、浓度效应和溶胀特性放大传感信号，实现游离NPs难以企及的现场检测性能。

Introduction
在医疗、环境监测等领域，传统检测方法常受限于复杂流程与昂贵设备。比色传感器凭借可视化读数优势脱颖而出，如侧流层析试纸条和pH试纸。金属纳米颗粒（如Au/Ag）的表面等离子体共振（SPR）效应与超高消光系数，使其对环境变化极为敏感。而水凝胶的三维亲水网络不仅可固定NPs防止聚集，其溶胀行为还能浓缩靶标分子，显著提升检测限。

Advantages of nanoparticle-integrated hydrogels
水凝胶与NPs的协同作用体现在三方面：

1. 信号放大：水凝胶溶胀收缩可调制NPs间距，引发等离子体耦合效应，产生肉眼可见的颜色变化；
2. 稳定性增强：共价键（如硫醇-金键）或非共价作用（静电/氢键）可稳定NPs-水凝胶界面；
3. 多靶标检测：通过分区负载不同NPs，实现多重检测（如同时筛查病原体与毒素）。

Sensing mechanism
金/银纳米颗粒的局域表面等离子体共振（LSPR）是比色响应的物理基础。当靶标分子（如细菌代谢物）触发水凝胶溶胀时，NPs间距增大导致LSPR峰红移，溶液颜色由红变蓝；而靶标诱导的催化反应（如葡萄糖氧化酶-AuNPs体系）则通过酶级联反应产生显色产物。

Applications

• 微生物组检测：针对大肠杆菌^O157:H7设计的AgNPs-藻酸盐水凝胶，通过细菌膜蛋白特异性结合引发聚集变色；
• 疾病标志物：前列腺特异性抗原（PSA）响应性水凝胶可释放封装的AuNPs，产生浓度依赖性比色信号；
• 环境毒素：汞离子（Hg²⁺）能诱导DNA修饰的AuNPs从水凝胶中解离，实现ppb级检测。

Conclusions and outlook
未来方向包括开发刺激响应性智能水凝胶（如pH/温度双敏感型）、结合机器学习优化读数准确性，以及探索可穿戴传感器形式。该技术有望在传染性疾病早期诊断、环境污染实时监测等领域实现突破性应用。