基于无限配位聚合物的活体在线电化学传感

活体分析由于能够在活动物层次提供生命活动过程中的化学信息，因而备受分析化学和生命科学的广泛关注。活体在线电化学分析由于电极/溶液界面可设计性强、灵敏度高、响应时间短、样品保真度高等优点，在活体分析的研究中具有独特的优势。然而，由于活体在线电化学分析避免了样品的收集和分离，因此选择性成为该类方法研究中的瓶颈之所在。酶型生物电化学传感器由于利用了酶对于底物的高度专一性识别的性能，因而具有很高的选择性，在活体在线电化学分析中备受青睐。目前，已发展的酶型生物电化学传感器涉及多个传感元件（如电子转移酶介体/电化学催化剂、酶、辅酶、电子导体等），因此，这些传感元件在电极表面的简单而稳定的固定将直接决定生物电化学传感器的性能。

中国科学院化学研究所活体分析化学重点实验室的毛兰群研究员近些年来一直致力于基于表界面化学的活体分析新原理和新方法的研究，并取得了系列创新性的研究成果（Acc. Chem. Res. 2012， 45： 533-543）。近期，他们发现，由金属离子或金属离子簇和多齿桥联配体通过配位自组装而形成的无限配位聚合物（Infinite coordination polymers，简称ICPs）在活体分析化学的研究中具有很好应用价值。ICPs由于具有尺寸和形貌的可调性，已被应用于传感、催化、光化学、气体存储和药物释放等领域。值得一提的是，此类新型材料具有很强的自适应性（Adaptive）， 客体分子可以在其形成过程中以自组装方式包裹于所形成的骨架结构内。利用这种性质，毛兰群课题组率先开展了基于ICP的生物电化学传感器研究，发现了生物电化学传感器所涉及到的所有传感元件，如酶（葡萄糖脱氢酶），辅酶（烟酰胺辅酶），电化学催化剂（亚甲基绿）等均可以在ICP形成的过程中以自组装的方式包裹于形成的框架中。基于此，他们合成了具有电化学传感功能的ICP纳米粒子（图1）。该纳米离子对葡萄糖具有很好的生物电化学催化活性，可用于葡萄糖的生物电化学传感。与传统方法相比，该方法不仅大大简化了传感器的制备，而且ICP纳米粒子合成条件温和、环境友好（Chem. Eur. J. 2011， 17： 11390-11393）。

然而，由于ICP本身不具有导电性，电子在ICP粒子之间以及与电极表面的传递相对较难，导致传感器的灵敏度较低，很难满足活体在线电化学分析之需求。毛兰群课题组成功地将三维导电网络的概念引入其中，利用单壁碳纳米管（SWNTs）良好的电子导电性与丰富的表面化学性质，将其与具有电化学传感功能的ICP纳米粒子进行有效复合，从而构筑了具有三维导电网络结构的ICP/SWNT纳米复合物，加快了ICP粒子之间以及与电极表面的电子转移速率，大大提高了传感器的性能（图2）。所制备的基于ICP/SWNT的传感器具有很高的灵敏度、稳定性和重现性，可用于豚鼠纹状体脑内葡萄糖的活体在线电化学分析（Anal. Chem. 2013， 85， /10.1021/ac303743a）。该系统研究不但为高性能生物电化学传感器的构筑提供了新的方法，而且也拓宽了活体电化学分析的研究思路。