上海
细胞外囊泡（EVs）是细胞间通讯的关键介质，也是癌症发病过程的重要生物标志物。然而，复杂生物体液中EVs丰度低，现有分离技术如超速离心、聚乙二醇沉淀和尺寸排阻色谱等，普遍存在耗时长、操作繁琐、纯度与收率不理想等问题，且多数EVs检测需预纯化，易造成样本损失。针对上述问题，水凝胶为EVs分离提供了新思路，其可调的三维网络结构，能够匹配EVs的物理尺寸实现选择性捕获。同时，良好生物相容性可维持EVs的膜结构和生物活性，避免传统超速离心等方法的机械损伤。此外，可修饰性则允许在水凝胶网络中引入特异性识别单元，实现靶向分离。
近日，吉林大学化学学院马强教授课题组在Biosensors and Bioelectronics杂志上发表题为“A trifunctional bio-inspired hydrogel-integrated biosensor: Capture substrate, sensing interface, and quasi-solid-state electrolyte for tumor-derived extracellular vesicles detection”的论文。构建了一种基于贻贝仿生PAGTA-Ca2+水凝胶ECL生物传感器，用于胃癌腹水样本中肿瘤来源EVs的原位捕获和检测。论文第一作者为硕士研究生潘芷贤，通讯作者为马强教授。
图1. 基于PAGTA-Ca2+水凝胶集成的电化学发光生物传感器的示意图
如图1所示，该PAGTA-Ca2+水凝胶的核心设计在于三功能集成：（1）作为捕获基底，通过孔径物理限域和单宁酸中的多酚基团与EVs磷脂膜上的磷酸基团形成可逆非共价键，显著降低样本损失，实现EVs温和高效捕获；（2）作为准固态电解质，凭借强化氢键网络抑制析氢副反应，稳定ECL信号；（3）作为传感界面，结合邻近连接分析的双阳性膜蛋白识别策略，实现肿瘤来源EVs的高特异性原位检测。PAGTA-Ca2+水凝胶的三功能协同作用成功地完成EVs的捕获
与检测。
图2 PAGTA-Ca2+水凝胶的构建及准固态电解质性能分析
如图2所示，为实现原位捕获外泌体，水凝胶通过冻融循环将水凝胶孔径精确调控至100-200 nm（图2C），使其匹配EVs尺寸。同时作为准固态电解质，PAGTA-Ca2+水凝胶的Tafel斜率较液相电解质提高46.7%（图2H），表明其有效提高了水解离步骤的活化能垒，避免析氢竞争消耗电子，确保ECL发光过程高效稳定进行。
图3 PAGTA-Ca2+水凝胶ECL传感器对腹水EVs的检测性能及对胃癌患者腹水样本的分析结果
为了实现对胃癌腹水中肿瘤来源EVs的高特异性识别，该研究基于邻近连接分析技术构建了双阳性膜蛋白（MUC1和PD-L1）识别策略。PAGTA-Ca2+水凝胶通过孔径物理限域和多酚-磷酸可逆非共价键的协同作用，对EVs捕获效率可达CD63适配体修饰水凝胶的79.29%（图3A和3B），证明其孔结构与多酚协同作用可有效富集EVs。
基于上述捕获与识别机制，该水凝胶用于临床胃癌腹水样本检测。结果表明（图3D-3G）PAGTA-Ca2+水凝胶ECL传感器在真实样本能够有效区分胃癌腹膜转移来源EVs，具备优异的诊断特异性和准确性。这项工作为胃癌腹膜转移的辅助诊断提供了一种稳健且高效的液体活检方案。
参考文献：
A trifunctional bio-inspired hydrogel-integrated biosensor: Capture substrate, sensing interface, and quasi-solid-state electrolyte for tumor-derived extracellular vesicles detection, Biosensors and Bioelectronics, 10.1016/j.bios.2026.119285.
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