化学传感器的信号可以通过各种触发器放大，在跨学科科学领域具有巨大潜力。然而，开发这样的系统被认为是一项极具挑战性的任务，直到东京工业大学的一组研究人员最近发明了一种新型信号放大系统，该系统可以通过动态变构效应器或触发器灵活地操纵。这种新的化学传感器系统通过改变sumanene单体浓度表现出卓越的信号放大能力。

合成超分子宿主和人工受体以化学传感器或化学传感器的形式找到了令人兴奋的应用，它们有可能改变分子识别和实时生物医学传感领域。

它们基于基本的锁和钥匙工作原理，其中特定的化学底物完美地融入酶(宿主)的活性位点，从而导致特定的化学反应，产生传感所需的信号。

然而，锁和钥匙模型也有其缺点，解决这些缺点的有效方法是通过提高宿主和目标分子之间的结合常数来增强信号。

众所周知，生物系统会通过一种称为变构的过程来放大其结合常数。为了确保化学传感器更加灵敏和高效，科学家一直在寻找放大信号的方法，并寻找可以通过各种变构效应物或触发器操纵的信号放大化学传感器。

为了支持这项工作，东京工业大学(TokyoTech)的研究人员在副教授GakuFukuhara的带领下与大阪大学合作，在2024年5月31日发表的一份科学报告研究中介绍了一种超越自然的新型信号放大系统，可以通过动态变构效应物或触发器灵活地操纵。

“超分子聚合物由功能单体组成，这些单体通过非共价相互作用自发地相互堆叠。据推测，可以通过改变单体浓度来控制聚合度。我们利用这一知识对变构效应物进行了动态改变，”福原说。

该团队首次利用弯曲π巴基碗sumanene作为超分子聚合的单体，获得了变构引发剂。

他们还在系统中加入了基于sumanene的化学传感器(SC)，因为sumanene能够在溶液中自发聚合为超分子。此外，原始的sumanene分子会逐渐堆积在化学传感器的凸面上，形成异质超分子聚合物(SC·(sumanene)n)，研究人员发现这也是信号放大程度的原因。

研究团队还发现，通过控制单体效应分子的聚合程度，进而灵活操控结合位点的电子性质，可以改变聚合程度。该系统表现出的出色信号放大系统可以归因于客体分子复合时荧光的变化。

为了测试该系统对生物重要材料的适用性并推广当前的信号放大方法，该团队使用睾酮、皮质酮和烯丙雌醇等类固醇作为目标分子。实验表明，改变sumanene单体浓度可使类固醇的信号放大62.5倍。

本研究提出的传感策略可作为进一步开发传感器的指导，用于检测通过使用传统的锁和钥匙型化学传感器难以识别的各种客人。

“我们的化学传感器系统是一个强大的工具，它证明了超分子聚合调节作为操纵信号放大的一种模式的有效性。因此，它可以为开发由各种触发器触发的替代化学传感器和信号放大系统开辟新途径，”福原总结道。

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