ChemBioChem：基于泰勒升行为的可视化即时检测方法

传统的毛细现象（Capillary rising）是将细小的玻璃管插入水中，水在管中上升到一定高度后固、液、气三相界面上产生的毛细作用。除此之外，还有一类不常提起的毛细现象：两个几乎平行的亲水平板形成小角度楔形，将平板垂直插入水中，在毛细力的作用下，水会在两块平板的夹角间迅速上升，达到平衡后，从侧面看会发现水的液面为双曲线形，这个现象叫作泰勒升（Taylor rising）。泰勒升是流体在杆角上升的毛细现象，用于制备毛细驱动的传感器件时，其优点是不需要密封过程。因此，泰勒升现象可为构建新型基于毛细管行为的可视化即时检测（Point-of-care testing, POCT）传感器提供契机。

图1. 泰勒升示意图。（A）泰勒升原理图；（B）泰勒升液柱侧视图。

近日，湖北工业大学徐保明教授团队和临沂大学高中锋教授合作报告了一种基于泰勒升的可视化POCT方法检测三磷酸腺苷（ATP）。研究发现，在一定的温度范围内，泰勒升的影响因素是液体的密度、接触角、表面张力。通过设计ATP调控的滚换扩增反应（Rolling circle amplification, RCA），旨在控制样品的特性，如密度、接触角和表面张力。在ATP存在的情况下，T4连接酶被激活，在引物探针的辅助下将单链DNA连接成环状DNA，在DNA聚合酶的作用下发生聚合反应，样品性质由溶液转变为溶胶。当并列管插入溶液中时，液面几乎不会上升，出现一个较低的高度。相反，没有ATP存在时不能触发RCA反应，样品保持其液态性质，易产生泰勒升现象，造成液柱上升。因此，可以通过测量液柱上升的距离可实现ATP的灵敏检测。

图2. 基于泰勒升的可视化POCT方法检测ATP原理图。

与传统的单毛细管传感器相比，基于泰勒升的传感系统不仅避免了繁琐的密封过程，而且解决了灵敏度低的问题。实验结果表明，在ATP存在情况下，由于接触角、密度的增加和表面张力的降低，RCA反应有效地抑制了泰勒升行为，实现了对ATP的可视化灵敏检测。该方法无需其他仪器，只需5μL液滴即可实现对ATP裸眼灵敏检测，具有良好的选择性和较低的检测限(17 nM)。此方法建立了ATP浓度与液体运动参数(如高度)之间的直接定量关系，通过裸眼可以简单地观察到液体的行为，从而实现了不依赖于其他设备的定量检测，为生物传感提供了一种全新的可视化检测策略。

图3. （A）ATP浓度与液面上升高度的响应性变化。（B）高度变化（DH）与ATP浓度之间的关系。（C）ATP检测的线性范围。

论文信息：

Visual Detection of Adenosine Triphosphate by Taylor Rising: A Simple Point-of-Care Testing Method Based on Rolling Circle Amplification

Yong Pan, Chen Zhu, Wen Bin Zeng, Pei Fu, Chi Chen, Bao Ming Xu, Zhong Feng Gao

ChemBioChem

DOI: 10.1002/cbic.202100407