液晶微滴形变：一种用于铅离子检测的新型传感模式

《Sensing and Bio-Sensing Research》：Deformation of liquid crystal droplets: A new sensing mode for Pb2+ detection

本研究针对传统传感模式信号单一的瓶颈，创新性地提出以液晶微滴形变作为检测信号，构建了一种高灵敏、低样本消耗的Pb2+传感平台。通过优化微滴尺寸和表面活性剂浓度，实现了对Pb2+的特异性检测（LODc=106.4?μg/mL），并借助智能手机显微镜技术拓展了现场检测潜力。该工作为分析化学提供了新型检测信号范式。

　　

在环境监测和生物医学领域，高灵敏度、快速便捷的检测技术始终是科研界追逐的目标。传统的传感方法如荧光、电化学等虽广泛应用，但往往依赖复杂仪器或标记过程。液晶（Liquid Crystal, LC）材料因其独特的光学各向异性，在传感领域展现出潜力，然而现有液晶传感多基于双折射信号变化，探索新型检测信号成为突破现有技术局限的关键。

发表于《Sensing and Bio-Sensing Research》的一项研究，开创性地提出以液晶微滴的形变作为直接检测信号，为铅离子（Pb²⁺）检测提供了新思路。该团队发现，当十二烷基硫酸钠（Sodium Dodecyl Sulfate, SDS）包覆的液晶微滴遇到Pb²⁺时，铅离子与SDS结合导致界面稳定性破坏，引发微滴形变或融合。这种形变程度与Pb²⁺浓度正相关，可通过普通光学显微镜直接观测，无需复杂标记或昂贵设备。

研究的关键技术方法包括：利用微流控技术制备尺寸可控的SDS包覆液晶微滴；通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）验证SDS对Pb²⁺的吸附机制；采用智能手机显微镜实现便携式形变观测；系统优化微滴尺寸（84.3?μm时灵敏度最高）和SDS浓度（2?mM为最优条件）。

材料与方法

研究通过微流控芯片制备均一液晶微滴，系统评估了微滴尺寸、SDS浓度对检测灵敏度的影响。结果表明，当SDS浓度降至2?mM时，液晶微滴对Pb²⁺的检测限可达106.4?μg/mL，且形变率与浓度呈正相关。金属特异性实验发现，Fe³⁺虽会产生干扰，但可通过抗坏血酸还原消除。

结果与讨论

形变信号与Pb²⁺浓度的量化关系显示，在416.6-1665.8?μg/mL范围内形变率从20%升至100%。更值得注意的是，该方法仅需0.4?μL样本即可实现检测，质量检测限（LOD_m）低至8.5?μg。通过智能手机显微镜捕获的微滴形变图像，验证了该策略的现场应用潜力。此外，研究还发现α-烯烃磺酸钠（Sodium Alpha-olefin Sulfonate, AOS）和植物油可替代SDS与液晶，拓展了传感平台的灵活性。

结论与展望

该研究不仅建立了以液晶微滴形变为核心的新型传感模式，更开创了“形态信号”在分析化学中的应用先例。其低样本消耗、设备简易及可便携化特点，为环境重金属检测提供了新范式。未来通过开发更多表面活性剂-油相组合，有望构建针对不同分析物的“形变传感库”，推动检测技术向更智能、更经济的方向发展。