1 引 言

介绍了液晶液滴的基本概念、光学特性及其在生物检测领域的应用潜力。液晶液滴具有液态的流动性和晶态的取向性，可通过目标物诱导的取向转变产生肉眼可见的光学信号，实现对目标物的检测。液晶生物传感器主要分为三类：基于液晶-固体界面、液晶-水相界面和液晶液滴。其中，基于液晶液滴的传感器因具有较大的比表面积和独特的光学性质而受到关注。本文综述了液晶液滴的制备方法、生物传感器的发展现状、复合材料的制备及其应用、表面固定技术，以及当前面临的挑战和未来的研究方向。

2 液晶液滴的取向

介绍了液晶液滴的取向特性及其在生物检测中的应用。5CB作为常用的小分子液晶，因其在室温下具有向列相而受到青睐。液晶液滴的取向主要分为两极取向和径向取向，其取向方式受液滴尺寸影响，大尺寸液滴倾向于两极取向，而小尺寸液滴则呈现径向取向。此外，液晶液滴表面化学和生物物质的吸附可诱导取向转变。通过偏光显微镜或流式细胞仪监测取向变化，可实现对目标物的检测。液晶液滴的尺寸均一性对同步转变取向至关重要，而表面修饰则赋予其特异响应性。因此，可控制备具有精确尺寸和表面化学特性的液晶液滴是提高传感器检测性能的关键。

3 液晶液滴的制备

详细介绍了多种液晶液滴的制备方法及其特点。2006年，Nicholas L. Abbott课题组首次使用超声法制备出尺寸为1~10 μm的液晶液滴乳液，但尺寸不够均一。2011年，该课题组通过超声涡流法提高了液晶液滴的尺寸单分散性，但仍未达到理想状态。2000年，David A. Weitz课题组首次利用微流控装置制备出液晶液滴，2011年Soo-Young Park课题组改进该方法，成功制备出尺寸可调、分散窄的液晶液滴，但存在流动干扰和难以制备小尺寸液滴的问题。2008年，Frank Caruso课题组采用胶囊模板法，基于层层自组装技术，实现了小尺寸单分散液晶液滴的可控制备，解决了液滴聚并和粘附问题，为生物响应性液晶液滴传感器设计提供了新思路。2017年，Zhongqiang Yang课题组提出利用超重力技术，通过巨大剪切力将液体撕裂成微纳米级液滴，实现了大量、单分散液晶液滴的快速、简易制备，为工业化生产提供了新平台。

4 液晶液滴生物传感器的检测应用

液晶液滴生物传感器的检测应用章节详细探讨了液晶液滴在生物检测领域的多种应用。通过两亲分子在液晶液滴表面的吸附和解吸附，液晶液滴的取向转变可以被用来检测特定目标物，如细菌、病毒、蛋白质和生物分子间相互作用。

在2009年，Nicholas L. Abbott课题组利用液晶液滴检测并区分了不同类型的细菌和病毒。通过PMA/PVPON胶囊模板法制备的液晶液滴，能够通过两极取向至径向取向的转变来响应革兰氏阴性细菌和包膜型病毒。该研究还发现，液晶液滴对病毒的检测灵敏度可达到104 pfu mL-1。

2011年，同一课题组进一步实现了对大肠杆菌内毒素的实时、高灵敏检测。通过超声涡流法制备的液晶液滴，能够在内毒素存在下发生取向转变，且尺寸在2-6 μm的液晶液滴对内毒素的响应率超过90%。该方法的灵敏度比传统方法高出六个数量级，并且具有免标记、快速、生态友好等优点。

2021年，Nicholas L. Abbott课题组与Victor M. Zavala课题组合作，将液晶液滴传感器与机器学习结合，实现了对不同细菌来源内毒素的分类和定量。通过测量液晶液滴的光散射数据，结合机器学习技术，可以在宽范围内对内毒素进行分类和定量，有望应用于水质监测。

David M. Lynn课题组在2020年报道了利用液晶液滴监测细菌群体感应信号和毒性。通过检测细菌产生的化学信号分子AHL，液晶液滴可以响应并发生取向转变，为细菌群体感应和毒性的检测提供了新平台。

在酶活性检测方面，2009年Nicholas L. Abbott课题组利用修饰的液晶液滴实现了对磷脂酶A2的酶活性检测。通过酶解反应破坏两亲分子在液滴表面的吸附，诱导液晶液滴发生取向变化，实现了对酶活性的检测。

2014年，Chih-Hsin Chen课题组报道了利用寡肽修饰的液晶液滴检测蛋白酶活性。通过设计含有酶切位点的两亲性寡肽，实现了对丝氨酸蛋白酶的检测。2019年，Zhongqiang Yang课题组通过设计两亲性多肽，利用液晶液滴实现了对胰蛋白酶的检测。

在蛋白及分子间相互作用检测方面，2011年Kun-Lin Yang课题组首次将液晶液滴传感器与抗原-抗体相互作用结合，实现了蛋白免疫分析。通过液滴取向的转变，实现了对特定蛋白的检测，最低响应浓度低至0.01 μg/mL AIgG和0.02 μg/mL AHSA。

2015年，Soo-Young Park课题组利用微流控法制备的液晶液滴研究了抗生物素和生物素之间的相互作用。这些研究表明，液晶液滴传感器在生物检测领域具有广泛的应用潜力，为开发简易、便携式和低成本的免疫分析提供了新平台。

5 液晶液滴复合材料的制备及其在生物传感中的应用

介绍了美国中佛罗里达大学Jiyu Fang课题组在2016年研发的液晶液滴复合材料及其在生物传感领域的应用。通过将液晶液滴嵌入水凝胶膜材料中，利用水凝胶的成型性和生物分子渗透性，实现了对肝脏和肠道疾病生物标志物脱氧胆酸（DCA）和胆酸（CA）的免标记检测。研究中采用针尖超声法制备了尺寸为1~5 μm的5CB乳液，并通过加入十四烷基硫酸钠盐（SC14S）诱导液滴形成径向取向。随后，通过Ag+离子触发的凝胶化反应，形成了镶嵌5CB液滴的CHI水凝胶膜。该水凝胶膜具有良好的机械性能，可被切割成所需形状和尺寸，用于后续检测实验。实验结果表明，镶嵌5CB液滴的水凝胶膜对DCA和CA的响应时间受待检测物的浓度和种类的影响，可实现特异性定量检测。该便携式材料具有易制备、成本低、稳定性好、使用方便等优点，为实时检测DCA和CA提供了新方法，未来有望应用于点对点检测和远程理疗中。

6 液晶液滴的表面固定及其应用

介绍了液晶液滴的表面固定技术及其在生物检测领域的应用。2010年，Nicholas L. Abbott课题组开发了一种聚合物胶囊包裹的液晶液滴，通过弱/可逆离子相互作用或强/共价相互作用锚定到基底表面，保持体系稳定性。通过胶囊模板法制备带正电的PEI外层、PEI/PVDMA聚电解质层层包裹的液晶液滴，利用阴阳离子相互作用或共价键固定在基底表面。液晶液滴在干燥条件下可长期保存，至少6个月，恢复水环境后可恢复响应性。2022年，Zhongqiang Yang课题组利用DNA碱基特异性识别作用，通过微接触印刷技术和碱基互补配对实现液晶液滴在图案化基底表面的固定，赋予图案温度响应性，并通过升高温度破坏碱基互补配对实现图案的可重复印刷。该方法结合了液晶液滴、DNA序列可编程性和微接触印刷技术，为表面信息可视化、产品防伪提供了新方法，也为检测试剂盒设计提供了新思路。

7 结论与展望

总结了液晶液滴生物传感器的快速发展，指出了其在检测生物大分子、微生物、生物分子相互作用及小分子方面的应用。同时，指出了液晶液滴尺寸对检测灵敏度和准确性的影响，以及界面特异性化学/生物修饰的重要性。此外，提出了结合深度学习技术提升传感器性能，以及改进制备工艺以推动产业化的展望。