B.B. 结合酶衍生的4D打印针板仪表用于生物样本中尿素和葡萄糖的分析

现场分析技术随着现代技术的进步而不断发展。为了证明四维打印(4DP)技术在直接制造现场测定尿素和葡萄糖的刺激响应分析装置中的适用性，台湾国立中兴大学苏成宽团队使用数字光处理三维打印(3DP)和2-羧乙基丙烯酸酯(CEA)掺入的光固化树脂来制造一体化针板仪表。当将pH值高于CEA pKa(约4.6-5.0)的样品添加到制作的针板测量仪中时，使用CEAincorporated光固化树脂打印的针的[Hþ]响应层由于共聚物解离的羧基之间的静电排斥而膨胀，导致依赖[Hþ]的针弯曲。当与衍生化反应(脲酶介导的尿素水解以降低[H+];葡萄糖氧化酶介导的葡萄糖氧化增加[H+])，当参照预先校准的浓度标度时，弯曲的针头可以可靠地定量尿素或葡萄糖。方法优化后，在0.1 ~ 10 mM的工作浓度范围内，该方法对尿素和葡萄糖的检出限分别为4.9和7.0 μM。通过对人尿、胎牛血清和大鼠血浆中尿素和葡萄糖浓度进行spike分析，并与商品化试剂盒进行比较，验证了该方法的可靠性。他们的研究结果证实了4DP技术可以直接制造用于定量化学分析的刺激响应器件，并且它们可以促进3dp使能分析方法的发展和适用性。

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图 1 测量针的弯曲度，绘制出(A)掺入CEA的浓度，(B)针的长度，(C)针的宽度，(D)掺入CEA和无反应层的厚度。

图 2 测量针的弯曲度，与(A)脲酶浓度和孵育时间，(B) GOx浓度和孵育时间，(C)反应温度，(D)反应缓冲液，(E)尿素和葡萄糖浓度(校准曲线)，(F)干扰离子。将样品(用脲酶或GOx处理)从无分析物切换到有分析物后，使用游标卡尺测量针的弯曲度。

综上所述，他们使用DLP 3DP光固化树脂，在存在和不存在CEA的情况下，制作了针板仪表，其针头具有可逆性[H+]响应弯曲，从而在适当的衍生反应下，可以可靠地定量复杂生物样品中的尿素和葡萄糖。与普通的比色法或电化学装置测定尿素或葡萄糖相比，这种方法有几个特点。(1)制造过程高效，设计的针板仪表完全采用刺激响应材料3D打印，无需成型、粘合或打印后功能化。(2)此装置操作非常简单易懂，大大简化了化学定量分析的方案。仅通过物理测量或目测观察针的弯曲程度来进行测量，不需要电子设备或精密仪器。(3)与粗略评估颜色变化或强度时获得的半定量信息相比，使用这种分析方法获得的定量数据与商业试剂盒获得的定量数据一样可靠。(4)分析性能与反应温度、反应缓冲液和干扰离子无关，这使其优于易受反应动力学或共存离子影响的传统方法。(5)针板测量仪具有灵敏度高、可重复使用、耐用、制造成本低的特点，使这种分析方法具有很高的成本效益，是在资源有限或暂时无法获得仪器时定量尿素和葡萄糖的一种有前景的替代方法。虽然这些4D打印的针板仪表需要与酶衍生化过程耦合，从而引起反应介质的[H+]值的变化，在未来的研究中，他们将为氧化还原响应分析设备的4DP设计包含氧化还原响应材料的光固化树脂，从而能够基于特定氧化酶氧化后活性氧诱导的几何变化对更多底物进行定量分析，并扩大使用4D打印的刺激响应分析设备进行的化学分析的范围。他们相信，引入性能更加优异的刺激响应材料，优化制造程序和几何设计，将使4DP能够制造对其他领域有用的刺激响应分析设备，从而增强其对其他领域的适用性。

论文题目：4D-printed needle panel meters coupled with enzymatic derivatization for reading urea and glucose concentrations in biological samples

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115500

转自：“NANO学术”微信公众号

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