武汉大学施晓文教授《AFM》：图案化水凝胶具有

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

　　生物使用离子传导信号来执行各种功能，包括通过感觉、神经和肌肉系统与环境发生相互作用。生物的交流可以通过生物膜内外离子浓度差来控制离子的流动，瞬时打开跨膜通道使离子通过。新兴的生物学研究表明，氧化还原模式对于生物与其环境的相互作用也特别重要，其为生物通讯提供了一种独特的方式。生物体使用不同的机制来控制电荷载流子的流动：可溶性离子的流动是使用结构屏障（例如膜）和门（例如跨膜蛋白通道）来控制的，而不溶性电子的流动是使用氧化还原反应网络来控制的（图1）。

　　图1.(a) 离子通道涉及可溶性离子跨膜运输。(b) 基于电子的氧化还原活性涉及不溶性电子的流动，通过氧化还原反应形成了网络结构。

　　为模拟生物体内氧化还原模式的电子流动，作者采用了一种简单的电化学方法，将邻苯二酚图案化修饰到壳聚糖/琼脂糖多糖水凝胶上，通过邻苯二酚节点的电子流改变水凝胶的氧化还原状态，该节点的氧化还原状态可以通过被动观察其光学吸光度，或主动电化学方法来检测（即“读取”）。并发现了图案化的邻苯二酚区域，可以作为氧化还原反应介导的电子流动的节点（图2）。此外，该邻苯二酚节点可以通过生物机制进行切换，这使得制备的邻苯二酚节点能够嵌入生物化学氧化还原反应网络中，促进生物电子的通讯。因此，具有氧化还原活性的图案化水凝胶可以作为一个重要的分子电路元件，应用于小型化、可部署和可持续的氧化还原生物电子学领域。

　　相关成果以“Hydrogel Patterning with Catechol Enables Networked Electron Flow”为题，发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。论文第一作者为武汉大学博士吴思，通讯作者为武汉大学施晓文教授和美国马里兰大学帕克分校Gregory F. Payne教授。DOI：10.1002/adfm.202007709

　　图2.模拟和实验演示了网状电子流动。（a，b，c）邻苯二酚修饰的水凝胶能够与氧化还原介质形成网状电子流动。（d，e，f）非网状电子流动模型。