基于智能纺织物的光学纳米生物传感器：过氧化氢与葡萄糖实时监测新策略

本文报道了一种基于棉织物柔性平台的创新光学纳米生物传感器，通过水凝胶固定氧化铈纳米颗粒（CeO2-NPs）和葡萄糖氧化酶（GOx），实现了对H2O2（检测限0.028 mM）和葡萄糖（0.42 mM）的高灵敏度比色检测。该技术利用Ce3+/Ce4+氧化还原转换机制，解决了传统刚性基底传感器的局限性，为即时诊断（POCT）提供了低成本、可扩展的智能纺织品解决方案。

　　

Highlight

将纳米材料整合到智能柔性界面是实时诊断应用发展的关键需求。本研究开发的新型织物光学传感器通过CeO₂-NPs的氧化还原显色特性，实现了对葡萄糖和H₂O₂的"肉眼可见"检测，为医疗、工业安全和环境监测提供了创新解决方案。

Introduction

智能纺织品正从被动材料转变为主动诊断工具。相比传统ELISA和PCR技术，本研究采用的CeO₂-NPs织物传感器展现出三大突破：1）通过溶胶-凝胶法将纳米颗粒直接嵌入棉纤维，解决了传统固定化工艺的稳定性问题；2）利用Ce³⁺/Ce⁴⁺可逆氧化还原产生的显著色变，无需复杂设备即可读数；3）整合GO_x酶的特异性催化，使血清葡萄糖检测达到医疗级精度。这种"纳米酶-纺织品"复合系统完美符合WHO对ASSURED诊断设备（Affordable, Sensitive, Specific, User-friendly, Rapid, Equipment-free, Deliverable）的要求。

Chemical reagents

实验采用高纯度试剂：四甲氧基硅烷（TMOS）作为溶胶-凝胶基质，葡萄糖氧化酶（GO_x）作为生物识别元件，PEG修饰提升纳米颗粒分散性。特别值得注意的是，碳酸盐化CeO₂-NPs表面（通过FTIR在1010 cm^-1特征峰确认）显著增强了其催化活性。

Characterization of CeO₂ nanoparticles

如图1A所示（注：原文有附图），CeO₂-NPs的红外光谱显示典型的Ce-O振动带（400-600 cm^-1），而表面碳酸盐基团的存在证实了其优异的氧空位形成能力——这正是其模拟过氧化物酶活性的结构基础。这种"自备氧库"特性使传感器在复杂样本中仍保持稳定响应。

Conclusion

这项研究开创性地将纳米酶智能纺织品推向实际应用：就像给棉布装上"分子开关"，遇分析物即变色。其检测限（H₂O₂ 0.028 mM/葡萄糖0.42 mM）完全满足临床需求，而柔性织物基底可无缝集成到衣物或绷带中，真正实现"穿着做检测"的未来医疗场景。