葡萄糖傳感器是糖尿病人監控血糖濃度的必備工具。基于柔性基底開發可用于血糖濃度實時監測的柔性葡萄糖傳感器是近年來研究的熱點，也是未來應用發展的重要方向。蠶絲具有優異的力學性能、生物相容性及生物可降解性，以蠶絲及蠶絲蛋白與導電活性物質復合開發的柔性葡萄糖傳感器展現出優異的傳感性能及出色的長期穩定性。

據麥姆斯咨詢報道，近期，來自西南大學和蘇州大學的研究人員于《絲綢》期刊共同發表了題為“蠶絲基葡萄糖傳感器研究進展”的綜述性文章，總結了基于蠶絲纖維、蠶絲絲織物以及絲蛋白等開發的柔性葡萄糖傳感器的研究進展，對比了所開發的蠶絲基柔性葡萄糖傳感器的傳感性能及作用機制，并對蠶絲基柔性葡萄糖傳感器在柔性可穿戴傳感器領域的發展前景進行了展望。

基于蠶絲纖維、蠶絲絲織物的葡萄糖傳感器

天然蠶絲不具導電性，對不同外界刺激的敏感性、響應性和對溫濕度的自適應較弱。為構建蠶絲傳感器，需要通過表面涂層或自身碳化處理兩種方式制備成導電復合物，再通過負載酶或其他葡萄糖敏感材料，如金屬及其氧化物等，制備成葡萄糖傳感器。

通過在蠶絲織物表面進行涂層或印刷導電活性物質可以獲得手感好、耐用性高、導電性能佳的傳感元件，再通過電化學沉積等方法負載葡萄糖響應材料可開發出柔性葡萄糖傳感器。Cai等利用三元溶劑對蠶絲織物進行前處理，再將其浸漬于聚苯胺或還原氧化石墨烯分散液中，通過多次循環干燥復合，制備出具有超高電容保留率的多功能柔性蠶絲織物電極（圖1(a)）。在此基礎上，再通過電化學沉積銅納米粒子制備成非酶葡萄糖傳感器，其靈敏度可達199.8 μA/mM（圖1(b)）。

圖1 基于蠶絲纖維、織物開發的葡萄糖傳感器

高溫碳化絲織物可使其熱分解轉化為碳材料，從而賦予其良好的導電性能，再通過負載葡萄糖敏感元件可開發出具有高靈敏度的葡萄糖傳感器。He等利用不同碳化溫度下得到的蠶絲織物作為工作電極和對電極，負載葡萄糖氧化酶（GOD）后制備成葡萄糖傳感器貼片，用于實時和多路汗液中的葡萄糖監測分析，其靈敏度為6.3 μA/mM，檢測下限低至5 μM（圖1(c)）。

基于絲素蛋白的葡萄糖傳感器

蠶絲主要由絲素蛋白（SF）和絲膠蛋白（SS）組成，其中絲素蛋白約占蠶絲質量的70%～80%。絲素蛋白含有大量活性基團，易與葡萄糖氧化酶結合，因此，可以用于固定及負載葡萄糖氧化酶。此外，基于SF極易制備出纖維、膜、水凝膠等不同結構的材料，可開發出具有不同形態和功能的葡萄糖傳感器，如圖2所示。

圖2 基于絲素蛋白（SF）開發葡萄糖傳感器

Liu等通過將絲素孵育得到絲素納米纖維（SFNFs），由于SFNFs具有更高結晶度，在納米纖維表面有大量殘基，因此，其具有更好的穩定性和更多的結合位點，有助于提高酶的固定效率。通過戊二醛將酶與SFNFs交聯形成多孔酶膜，再將其與納米鉑/石墨烯膜嵌合，制備成葡萄糖傳感器（圖2(a)）。由于納米鉑/石墨烯復合膜表面的羥基和羧基能牢牢地與酶結合，所產生的多孔酶膜能提供更大的比表面積用于與反應物葡萄糖相互作用，該傳感器在2 μM ~ 1 mM范圍內對葡萄糖具有良好的線性關系，靈敏度為31.02 μA/mM，且具有良好的循環重復性和長期穩定性（25 h）。

Lu等研究了包括GOD在內的三種具有不同物理和化學性質的酶在水溶性和不溶性絲素蛋白膜中的長期穩定性，并分別從絲素結構的變化、膜中酶的空間分布及酶的變性/復性等方面探討這些體系中酶穩定性的機理（圖2(b)）。結果表明，絲素能在長達10個月的保存時間中保留75%的酶活性，且酶滲漏率僅為0.05%。這是由于絲素蛋白的結晶結構、豐富的氫鍵交聯網絡及絲素蛋白鏈與酶分子之間的疏水作用，可限制GOD鏈的流動性，從而提高酶的穩定性。研究表明，再生絲素蛋白是GOD的良好載體，是制備酶基葡萄糖傳感器的優異材料。

Marquez等通過將酶直接溶解在SF的水溶液中，干燥結晶成膜后直接用于葡萄糖的傳感測試。結果表明，負載GOD的SF膜具備過濾血細胞的能力，通過SF基質與酶反應產生的分子反應可將葡萄糖測定的靈敏度提高2.5倍（圖2(c)）。

Zhao等通過將SF/D-山梨醇復合材料和鉑、銀絲結合，再將GOD固定在微針集成鉑絲中，制備成新型微針葡萄糖生物傳感器系統，用于血糖的微創連續監測（圖2(d)）。結果表明，GOD被固定在絲素/D-山梨醇基質中，表現出更好的穩定性，制備的傳感器具有低糖濃度下響應快、生理條件下易于讀數等優點。

綜上所述，由于其出色的性能，蠶絲可應用于柔性葡萄糖傳感器的研究，所開發制備的葡萄糖傳感器展現出良好的傳感性能。但同時，葡萄糖氧化酶的固定率和穩定性不高、蠶絲與導電材料復合后的牢度差、絲素蛋白膜力學性能不佳等問題也直接影響到蠶絲基葡萄糖傳感器的綜合性能，還有待進一步解決。此外，蠶絲基葡萄糖傳感器的成本及維護也是應用發展前不容忽視的因素。目前對于蠶絲基葡萄糖傳感器的開發主要集中在對蠶絲蛋白膜和碳化蠶絲織物的研究上，對于以蠶絲纖維、織物本身為基底的研究還較少。通過養蠶添食法及紡絲技術制備的功能化蠶絲，也可以應用到蠶絲基葡萄糖傳感器的研究，這些都可能是未來蠶絲基葡萄糖傳感器研究的重要方向。總之，盡管蠶絲基葡萄糖傳感器的開發研究還處于起步階段，但其應用前景不容忽視，未來發展值得期待。

審核編輯：劉清