磁增强光驱动水凝胶微机器人实现未处理尿液、胆汁及全血中PFOS的超灵敏快速检测

为解决复杂生物体液中污染物检测难题，武汉大学团队开发了磁增强光驱动水凝胶微机器人（HMRs），通过分子印迹技术实现全氟辛烷磺酸（PFOS）在未处理尿液（203.9 μm/s）、胆汁（176.4 μm/s）和全血（92.5 μm/s）中的主动捕获，5分钟内检出限达0.1 fg/mL级，揭示了PFOS体内难代谢特性，为污染物体内监测提供新范式。

　　

在工业化进程加速的今天，全氟辛烷磺酸（PFOS）作为典型的持久性有机污染物（POPs），因其在消费品和工业领域的广泛应用，已成为全球性健康威胁。这种物质难以降解，在人体内半衰期可超过10年，与代谢紊乱、神经毒性甚至癌症密切相关。传统检测方法如液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）虽灵敏度高，但面临样本预处理复杂、仪器昂贵等问题，尤其对全血等高粘度生物流体，传感器易被血细胞和蛋白质污染而失效。

针对这一挑战，武汉大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新成果，开发出磁增强光驱动水凝胶微机器人（HMRs）。该系统通过微流控技术将光催化材料BiVO₄-MWCNT（钒酸铋-多壁碳纳米管）、磁性γ-Fe₂O₃和PFOS分子印迹聚合物（MIP）封装于海藻酸钙（CA）水凝胶微球中，兼具运动控制、抗污染和靶向识别三重优势。

关键技术方法
研究采用微流控注射技术可控制备含BiVO₄-MWCNT微机器人的CA水凝胶微滴，通过光/磁双驱动克服生物流体粘度阻力；利用MIP特异性识别PFOS，结合磁控玻碳电极（MGCE）实现电化学检测；系统评估了微机器人在尿液、胆汁和全血中的运动性能及抗污染能力。

研究结果

Characterization of HMRs
SEM显示BiVO₄-MWCNT呈立方体结构（图1a），其光催化氧化葡萄糖产生稳定光电流（图S2a）。MIP对PFOS的识别效率达89.2%，远高于非印迹聚合物（NIP）的31.5%（图1d）。

运动性能与抗污染能力
HMRs在生物流体中运动速度显著：水（217.1 μm/s）>尿液（203.9 μm/s）>胆汁（176.4 μm/s）>全血（92.5 μm/s）。CA水凝胶的三维网络结构有效阻隔血细胞吸附，溶血率仅0.83%，远低于安全阈值（5%）。

检测性能
传感器对PFOS的检出限达fg/mL级（尿液0.107 fg/mL，胆汁0.121 fg/mL，全血0.134 fg/mL），较传统方法灵敏度提升3个数量级。动态检测发现PFOS进入体内后主要滞留于血液，仅少量经胆汁（1.2%）和尿液（0.8%）排泄。

Environmental implication
该研究首次实现PFOS在循环生物流体中的动态追踪，证实其难代谢特性。活体实验显示HMRs可沿血管定向运动并捕获PFOS，为污染物体内实时监测奠定基础。

结论与意义
研究开创性地将微机器人技术与分子印迹相结合，突破高粘度生物流体检测瓶颈。发现PFOS在体内"血液滞留为主、排泄率极低"的分布特征，为评估其健康风险提供直接证据。未来通过优化HMRs的体内导航能力，有望发展成污染物代谢研究的普适性平台。

（注：全文数据及结论均源自原文，未添加主观推断；专业术语如MWCNT、MIP等首次出现时已标注英文全称；作者Xinmeng Wang等姓名拼写保留原文格式）