论文信息：

Smart polymers advance analytical chemistry

Yahui Zhang, Xinjia Zhao, and Guangyan Qing*

TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2025, DOI: 10.1016/j.trac.2025.118198

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993625000664?via%3Dihub

精准医学可定义为一种医疗保健模式，它在制定有效的预防和治疗策略时会考虑个体差异。该方法最初由奥巴马总统于 2015 年提出，旨在提供更精准有效的治疗方案，以应对治疗效果不佳和副作用高发等挑战。随后，2016 年奥巴马总统宣布了 “癌症登月计划”，2022 年拜登总统重启该计划，重点聚焦于癌症的预防、早期诊断和有效治疗。精准医学的成功实施需要整合多种技术，包括智能生物材料的研发、医疗器械的探索以及生物数据库的建立。这种整合对分析化学提出了更高的要求。为实现精准医学的目标，新材料的开发至关重要。在过去几十年里，大量功能材料被研发出来，包括凝胶 [7]、智能材料、超分子体系、功能肽以及复合材料。这些以功能为导向的材料可以通过合理设计，改变其形状、颜色、渗透性、电荷、密度、形态或其他宏观及微观层面的特性。它们在众多领域发挥着关键作用，涵盖化学、生物学、医学、食品科学和工业等。在分析化学领域，这些功能材料被广泛用作传感器、吸附剂、组织模板和指示剂。然而，随着分析要求的提高 —— 对于复杂样品需要更温和、更精准、更高效且成本更低的方法，迫切需要在先进材料的开发上取得突破，这些材料应具备更高的选择性、更强的灵敏度、更快的响应速度、更好的可控性以及更低的成本。这对于分析方法和技术的升级至关重要。

智能聚合物，也称为刺激响应性聚合物，因其通过改变化学组成易于调节，已成为材料科学领域的一个突出焦点。此外，这些聚合物在受到特定外部刺激时，还能够精确控制自身的构象、物理或化学变化。此类刺激范围广泛，包括 pH 值、温度、光、磁场以及特定分子，如小分子、酶和抗体（图 1 内圈所示）。值得注意的是，一旦外部刺激消除，这些智能聚合物能迅速恢复到初始状态。这一特性源于分子和 / 或超分子层面以及相形态层面发生的刺激敏感过程，这些过程进一步转化并放大到宏观层面。此外，智能聚合物能够将不同类型和数量的功能单体整合到其聚合物骨架中。这使得它们能够调节聚合物链的界面行为，并通过氢键、静电力和配位键等多种相互作用与特定目标结合。

        智能聚合物的快速发展重新点燃了人们对其应用的兴趣，并有望推动进一步的创新。凭借这些优异特性，智能聚合物可以轻松接枝到各种器件表面，以改变其表面性质，如润湿性、电荷分布、形态、粘弹性和粘附性，使其成为化学测量极具吸引力的候选材料。它们卓越的性能通过优化灵敏度、选择性、速度和特异性等关键参数，促进并加速了分析方法的发展。如图 1 外圈所示，智能聚合物在特定应用中具有多种优势。在传感方面，聚合物链显著的构象变化可以识别、转化、传递微弱的生物分子识别信号，并将其放大为材料性质的宏观变化，从而显著提高分析方法的灵敏度。在色谱分离中，由于基于智能聚合物的固定相具有可调节的物理和化学性质，分析物的保留行为可以方便地进行调控。对于翻译后修饰（PTM）蛋白质组学，聚合物可调节的亲和力有助于洗脱捕获的生物分子，从而促进下游质谱（MS）分析。此外，在接收到外部信号时，智能聚合物的聚合物聚集体解离、构象变化以及网络基质或孔径的调整，也可应用于其他分析领域。因此，智能聚合物是化学测量应用的理想平台。

        尽管已有一些关于智能聚合物在生物分离、传感、驱动、药物递送、组织工程和环境应用等各个领域进展的精彩综述，但对于其在通过化学测量研究化学信息（具体而言，物质的组成、含量、结构和形态）方面的应用，尚未有系统的总结。在本综述中，我们旨在总结过去五年智能聚合物在分析化学中的前沿应用，包括传感、分离、PTM 蛋白质组学以及其他方面（交联剂递送、组织工程、环境分析、食品安全等）。最后，我们将讨论智能聚合物在化学测量应用中面临的挑战及可行的解决方案。