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液晶生物传感技术：小分子分析检测的新前沿

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代科学与技术的快速发展进程中，小分子分析检测作为一项关键技术，在多个重要领域中发挥着不可或缺的作用。在医学领域，小分子分析检测为疾病的早期诊断、精准治疗以及病情监测提供了关键依据。人体内的许多小分子物质，如神经递质、激素、代谢产物等，它们的含量变化往往与各种疾病的发生发展密切相关。例如，血糖作为一种重要的小分子代谢产物，其浓度的异常波动是糖尿病诊断与治疗监测的关键指标。通过精准检测血糖水平，医生能够及时调整治疗方案，有效控制病情发展，提高患者的生活质量。在环境监测领域，小分子分析检测则是评估环境质量、保障生态安全的重要手段。随着工业化进程的加速，大量的有机污染物、重金属离子等小分子物质被排放到环境中，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。对水体中的农药残留、土壤中的重金属含量以及空气中的有害气体进行准确检测，能够帮助我们及时发现环境问题，采取有效的治理措施，保护生态环境。

传统的小分子分析检测方法，如高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）等，虽然具有较高的准确性和灵敏度，但这些方法往往需要复杂的样品前处理过程，耗费大量的时间和试剂，并且对操作人员的专业技能要求较高，设备成本也较为昂贵，这在一定程度上限制了它们的广泛应用。因此，开发一种简单、快速、灵敏且低成本的小分子分析检测技术，成为了当前研究的热点和迫切需求。

液晶生物传感技术作为一种新兴的生物传感技术，近年来受到了广泛的关注和研究。液晶是一种介于液体和晶体之间的特殊物质形态，它既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性和分子取向有序性。液晶分子对界面性质的微小变化极为敏感，当液晶与生物分子相互作用时，生物分子的特异性识别或化学反应会导致液晶分子的取向发生改变，进而引起液晶光学性质的变化，如颜色、亮度和图案的改变。通过偏光显微镜等简单的光学仪器，就能够直观地观察到这些变化，从而实现对生物分子的检测和分析。

液晶生物传感技术具有许多独特的优势，使其在小分子分析检测领域展现出巨大的应用潜力。液晶生物传感技术无需对目标小分子进行标记，避免了标记过程对小分子结构和活性的影响，同时也简化了检测流程，降低了检测成本。该技术具有较高的灵敏度，能够检测到极低浓度的小分子物质。液晶分子的取向变化能够有效地放大生物分子与目标小分子之间的相互作用信号，使得即使是微量的小分子也能够被准确检测。液晶生物传感技术还具有响应速度快、操作简单、检测成本低等优点，能够实现现场快速检测，适用于多种复杂样品的分析。

综上所述，小分子分析检测在医学、环境监测等领域具有重要的意义，而液晶生物传感技术作为一种具有独特优势的新兴技术，为小分子分析检测提供了新的思路和方法。开展用于小分子分析检测的液晶生物传感研究，不仅能够丰富生物传感技术的理论和方法体系，推动生物传感技术的发展，还能够为医学诊断、环境监测等领域提供更加高效、便捷的检测手段，具有重要的理论研究价值和实际应用意义。

1.2国内外研究现状

液晶生物传感技术作为一种新兴的生物分析技术，近年来在国内外受到了广泛的关注和研究。在小分子分析检测领域，众多科研人员开展了大量富有成效的研究工作，取得了一系列重要的研究成果。

在国外，美国威斯康星-麦迪逊大学的NicholasL.Abbott课题组在液晶生物传感技术用于小分子分析检测方面的研究处于国际领先水平。1998年，该课题组首次提出将液晶用于生物传感检测，为液晶生物传感技术的发展奠定了基础。此后，他们利用液晶液滴实现了对不同类型的细菌（革兰氏阴性和阳性细菌）和病毒（包膜和非包膜型）的检测区分。研究发现，当裸液晶液滴与革兰氏阴性细菌和包膜型病毒接触后，其表面存在的两亲性磷脂会迁移并吸附到液晶液滴表面，导致液晶液滴发生由两极取向至径向取向的转变；而与表面不含两亲性磷脂的革兰氏阳性细菌和非包膜型病毒接触后液晶液滴保持两极取向。通过这一原理，该体系能够灵敏地响应出浓度低至103pfu/mL的病毒。此外，他们还进一步提出利用液晶液滴对大肠杆菌内毒素进行实时、高灵敏的检测，发现pg/mL级别的大肠杆菌内毒素就可以诱导液晶液滴由两极缺陷至中心缺陷的转变，这一现象与大肠杆菌内毒素主要成分磷脂A在液晶液滴表面的吸附有关。通过将液晶液滴传感器与机器学习方法结合，实现了对内毒素不同细菌来源的分类及定量。

英国的一些研究团队也在液晶生物传感技术方面取得了重要进展。他们通过对液晶表面进行特定的化学修饰，使其能够特异性地识别和结合小分子物质，从而实现对小分子的检测。例如，通过在液晶表面固定抗体或核酸适配体等生物识别分子，利用其与目标小分子的特异性结合作用，诱导液晶分子取向