摘要：是人体里的“娇气宝贝”——其浓度多0.1mM，心脏可能玩“速度与激情”；少0.1mM，肌肉立马变“罢工咸鱼”。检测血液中的钾离子浓度，就像给身体的“电路系统”做安检，保障神经与肌肉的“电流”顺畅，活力满格不“跳闸”！传统检测方法像老式监控探头：抽血疼、等结果比
水凝胶特工的“破案工具箱”（图1）：
1. 智能捕手：15-冠-5“离子手铐”
水凝胶里埋伏着皇冠形分子陷阱（15-冠-5基团），专门识别钾离子并“铐”成2:1黄金搭档，具有高稳定系数！
2. 物理交联黑科技：Laponite XLG（L-XLG）“纸牌屋架构”
用Laponite XLG搭出“分子乐高”，通过电子、氢键构建的动态交联体系，既给水凝胶装上弹簧筋骨，加强水凝胶的机械性，又给离子开快速通道，传统化学交联水凝胶还在堵车，它已上演“速度与激情”。检测效率急剧提升！
3. 强强联合：3-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（MPS）“分子双面胶”
MPS中的硅氧烷基团（—Si(OCH3323)COO—）与水凝胶单体共聚，共价键手拉手，编织出3D分子网络铠甲。4. 变形发电报：电阻应变片“摩斯密码”
钾离子落网瞬间，水凝胶收缩触发“形变探戈”，急剧收缩，传导给电阻应变片转变为“钾语报告”——电阻变化比心电图还敏感！
图1 智能水凝胶应变传感器检测原理的示意图。
性能暴击：六边形战士的硬核技能
水凝胶/PI基底共价键结合，水凝胶如何形变，都不脱离基底（图2）。
2. 血钾浓度1mM 9mM全段监控（图3）。
3. 2 min 超快响应效果，16 μL 超少血清样品用量（图4）。
4. 15-冠-5对K+的高选择性，面对血清中常见的钠离子（Na）、钙离子（Ca2+）、镁离子（Mg2+）等“干扰天团”，水凝胶传感器对K5. 2分钟快速检测（K+5 mM） 8分钟复位（去离子水冲洗） 循环12次任务不掉链（图5c,d）。6. 水凝胶内置智能温控芯片——聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）的温度响应特性，实现25°C（空调房） 40°C（发烧模式）全场景作战（图6）。
图2 水凝胶和PI基底之间结合强度的表征。c, d) 改性PI基材和在25 °C下用不同浓度交联剂制备的水凝胶之间的剥离强度(c)和剪切强度(d)。e) 由1%L-XLG共聚成的PNB水凝胶结合到改性PI基底上制备的双层的温度依赖性变形。
总结：四川大学褚良银、潘大伟等开发出的一种新型智能水凝胶应变传感器，只需一滴血清（16微升）就能在2分钟内精准检测血钾浓度。这项研究将具有特异识别能力的PNB水凝胶与高灵敏度电阻应变片巧妙结合，利用15-冠-5单元像“分子手铐”般精准捕获钾离子，同时通过Laponite XLG纳米片构建的“纸牌屋”结构加速离子传输，使水凝胶快速收缩并转化为可测应变信号。该传感器不仅实现了超快速、微量样本检测，更展现出惊人的抗干扰能力和重复使用稳定性，为血钾浓度的高效定量监测带来了创新解决方案，未来还可拓展应用于其他生物标志物（Biomarker）、环境污染物、农药残留物等多种检测场景。
通讯作者简介：
褚良银，四川大学二级教授，国家杰出青年科学基金获得者（2008），教育部长江学者特聘教授（2009），英国皇家化学会会士（2014），中国化工学会会士（2022）。长期从事传质与分离、微化工、膜材料与膜过程、控释系统、功能材料等领域的研究。
潘大伟，四川大学副研究员、博导。长期从事微化工技术、功能材料等方面的研究。
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来源：高分子科学前沿一点号1
