基于聚轮烷增强水凝胶衍射光栅的无标记C反应蛋白(CRP)检测技术研究

本研究针对传统水凝胶生物传感器机械稳定性差的问题，创新性地将甲基化聚轮烷(PR-Met)作为交联剂引入磷酸胆碱功能化水凝胶体系，开发出具有优异弹性和衍射性能的表面浮雕光栅(SRGs)。该传感器实现了对心血管疾病关键标志物C反应蛋白(CRP)的高灵敏度无标记检测，检测限达0.3 mg L-1，在认证人血清样本中回收率达91%-99%，为临床诊断提供了新型光学检测平台。

　　

在生物医学检测领域，C反应蛋白(CRP)作为心血管疾病和炎症反应的关键标志物，其快速精准检测对临床诊断至关重要。然而传统免疫检测方法存在标记步骤繁琐、抗体成本高昂等问题，而无标记光学传感器又面临水凝胶机械性能差、检测灵敏度不足等技术瓶颈。这些挑战促使科学家们不断探索新型生物传感材料与技术。

来自西班牙马德里理工大学（Universidad Politécnica de Madrid）的研究团队在《Sensing and Bio-Sensing Research》发表创新成果，通过将"滑轮效应"的聚轮烷引入水凝胶交联网络，成功开发出兼具优异机械性能和光学响应特性的衍射光栅传感器。该研究巧妙融合甲基化聚轮烷(PR-Met)的增强效应与磷酸胆碱(MPC)的特异性识别能力，构建的B8PC水凝胶在保持1057%溶胀度的同时，压缩模量达44.99 kPa，较传统水凝胶检测灵敏度提升9倍，为无标记生物传感提供了新材料范式。

研究采用四大关键技术：甲基化聚轮烷合成与¹H NMR表征、水凝胶溶胀与SEM形貌分析、机械压缩测试评估弹性模量、以及双波长(532/660 nm)衍射效率检测系统。通过优化AAm/MBA/MPC/PR-Met配比，最终筛选出性能最优的B8PC配方，其3D多孔结构(平均孔径152.3±21.9 μm)显著促进CRP扩散。

【水凝胶合成与表征】
冷冻干燥SEM显示B8PC具有均匀微米级孔道结构，溶胀实验证实其吸水能力达1057%，远超常规水凝胶。压缩测试揭示PR-Met的"滑轮效应"使材料可承受40 N载荷，断裂应变提升40%，模量接近人体皮肤水平。

【荧光检测特异性】
Alexa647标记实验证实B8PC对CRP的专属识别能力，在50 mg L^-1浓度下，CRP信号强度达对照抗体(anti-BSA)的15倍，且荧光分布均匀，表明分析物在凝胶内充分扩散。

【无标记光学生物传感】
表面浮雕光栅(SRGs)在660 nm激光下展现最佳性能，检测限0.3 mg L^-1，线性范围2-100 mg L^-1，IC₅₀为6.8 mg L^-1。认证血清检测回收率91%-99%，完全满足临床需求(80%-120%)。

该研究突破性地将滑动交联网络概念引入光学生物传感领域，PR-Met的引入不仅解决水凝胶脆性问题，更通过增强溶胀特性提升检测灵敏度。相比传统抗体检测，磷酸胆碱识别策略大幅降低成本，3μm周期光栅结构实现垂直检测简化光学系统。研究成果为开发可穿戴生物传感器奠定基础，对心血管疾病和脓毒症的早期诊断具有重要临床价值。未来通过优化光栅参数和集成微流控技术，该平台有望拓展为多指标即时检测(POCT)系统。