能够检测不同类型生物分子的传感器在生物医学研究领域有着广泛的应用，但尽管经过多年的研究，研发一种在资源短缺地区适用的床旁检测生物传感器仍然极具挑战性。由于光子晶体水凝胶(PCHs)传感器具有成本低、检测手段简单且可以试纸化裸眼检测等优点，因而PCHs在生物传感器领域前景广阔。然而，目前报道的PCH生物传感器在分析物的种类上都有一定的局限性，而且无法实现裸眼检测。借助抗体-抗原相互作用，姚少钦教授与中国海洋大学王玮教授合作，首次提出了基于竞争策略的广谱通用型PCH生物传感器，相关成果以”Competition-Based Universal Photonic Crystal Biosensors by Using Antibody-Antigen Interaction”为题发表于Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.9b11116).

  通过游离抗原分子与水凝胶中已连接的抗原-抗体的竞争实现水凝胶交联键断裂的目的，从而引起水凝胶体积大幅度膨胀并带动内部光子晶体结构变化实现检测。该传感器设计理念中只需改变抗体种类，即能够高灵敏度/选择性的裸眼检测各种生物分子(如蛋白质、多肽和小分子)，并且具有良好的可逆性。不仅如此，作者还证明了此种PCH设计策略可以扩展至不同的酶检测生物传感器。

设计原理图

裸眼/智能手机检测效果

  所制备的水凝胶薄膜传感材料厚度在微米级, 面积尺寸仅有毫米或厘米大小，与待测样品发生相互作用时可呈现出明显的颜色变化，这种颜色变化源于光子晶体材料对可见光产生的衍射作用，且相应的光谱位移能够随检测目标分子的浓度变化而产生定量反映。该方法对多种类型生物分子的检测限可低至μg/mL量级，并且通过智能手机等设备分析颜色信息，可实现裸眼半定量检测。本研究中所设计的传感器在人体血清、胎牛血清样品中均得到验证，体现了优良的应用前景。这种新型广谱通用性的生物传感器使得疾病分子的床旁检测成为可能。

  该工作由中国海洋大学博士研究生秦俊杰为第一作者，中国海洋大学王玮教授与新加坡国立大学姚少钦教授为联合通讯作者的科研团队共同完成。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11116