血液循环系统中存储了大量与人体健康相关的化学信息，对其高灵敏选择性的检测可为疾病诊疗或筛查提供重要的检测方法和技术支撑。血液循环系统是成分高度复杂的流动体系，不仅对检测方法的灵敏度和抗干扰能力提出更大的挑战，流体力学的引入也需要构建适用于流动体系的新方法和新材料，重新揭示疾病标志物与捕获界面的相互作用规律。 

　　在国家自然科学基金等资助下，中科院化学所活体分析化学院重点实验室研究人员在经过近5年的持续研究，在流动复杂体系的分析检测领域取得重要研究进展。 

　　该研究组制备了一系列适用于流动状态复杂样品吸附、分析、检测的功能材料（Adv. Mater. 2018, 1801441; Anal. Chem.2017, 89, 12054; Adv. Mater.2016, 28, 8740; Adv. Funct. Mater.2015, 25, 5159），实现细胞生理活动的监控（Anal. Chem. 2017, 89, 12843; Adv. Mater.2016, 28, 9589）。构建了新颖的用于清除流动血液中病原菌的血液净化器（Nat. Commun. 2018，9，444），解决了因蛋白非特异吸附导致纳米材料对生物分子产生安全性威胁的问题（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14211），开创性地解决了气体与检测界面接触时间过短，作用力弱导致检测灵敏度低的问题（Adv. Mater. 2018, 30, 1702275; Anal. Chem. 2017, 89, 1416）。并应邀该领域的前沿发展和未来趋势设计（Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1483-1509）撰写了综述。 

　　最近，科研人员组发现血液流经纳米粒子会在其表面产生剪切力，能诱导杨氏模量低的纳米粒子发生形变，抑制对蛋白的非特异性吸，避免细胞对纳米材料的吞噬产生的副作用，显著提高纳米材料的生物相容性，相关成果发表在J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14211上。 

　　但过低的杨氏模量会降低对血液中病原菌的捕获效率。病原菌是引起各种严重感染性疾病的重要因素，如果是耐药性细菌引起的疾病目前临床并无有效的治疗手段。科研人员通过在透析器上修饰纤毛状的纳米线，通过精确调控杨氏模量发现，当纳米线接触到细菌时，纳米线的顶端立即卷起来，形成三维纳米捕手状的笼型结构，可以把在血液中捕获耐药性细菌的效率从10%提高到97%。研究成果发表在Nat. Commun.2018, 9, 444，并被Nature Communications作为当周热点文章以《Medical research: Nanoclaws snatch bacteria》为题进行推送，该研究引起广泛关注。其中，Nanotechweb.org以《Bendable nanowires capture bacteria in blood》为题对该工作进行了介绍和评论。该文指出：“在三维炭泡沫上接枝纳米线制成的一种新型的渗析器，可有效的清除血液中的细菌和其他病原体”(A new dialyzer made from 3D carbon foam pre-grafted with nanowires could more efficiently remove bacteria and other pathogens from blood than existing technologies.)，“该研究建立的纳米技术平台，可能被用于制造多功能人造肾脏”(It might thus be used to create a nano-biotechnology platform for fabricating multifunctional artificial kidneys.)。此外，新华社外刊(Xinhua Net)以《China develops new dialyzer to isolate bacteria from unprocessed blood》为题、科学网(ScienceNet.cn)以《纳米线：血液中的“捕蝇草”》为题也对王铁研究员进行了专题采访，介绍了本研究的设计思路及本团队近期系列工作。 

　　可弯曲纳米线阵列在流动血液中的细菌捕获模型、可变形纳米卷形貌及生物应用 

　　活体分析化学院重点实验室 

2018年11月22日