動態(tài)光散射（DLS）和電泳光散射（ELS）是納米材料表征的常用手段。DLS通過分析顆粒布朗運動獲得水力學(xué)尺寸及其分布，ELS則通過測量電泳遷移率計算Zeta電位，反映表面電荷狀態(tài)。兩項技術(shù)聯(lián)用，可在短時間內(nèi)提供納米顆粒的尺寸、分布、表面電荷等核心參數(shù)。
以發(fā)表于 Biosensors and Bioelectronics 的一篇論文為例，該研究聚焦于甲肝病毒（HAV）的快速檢測——傳統(tǒng)PCR和ELISA方法雖靈敏可靠，但依賴專業(yè)實驗室和操作人員，難以滿足現(xiàn)場篩查需求。分子印跡聚合物作為人工合成受體，兼具成本低、穩(wěn)定性高、可批量制備等優(yōu)勢。作者探索以HAV衣殼蛋白表面的短肽片段（表位）為模板，制備溫敏印跡納米凝膠并與QCM傳感器結(jié)合，實現(xiàn)免標(biāo)記病毒檢測。研究選取了兩個序列不同的表位（Epitope-2和Epitope-3）分別制備納米凝膠，系統(tǒng)比較其物理化學(xué)性質(zhì)和識別性能——這便引入了對DLS和ELS的核心需求。
一、DLS揭示尺寸差異及其對結(jié)合行為的影響
DLS提供的尺寸數(shù)據(jù)不僅是常規(guī)的物理參數(shù)，更是理解納米材料結(jié)合熱力學(xué)和動力學(xué)行為的關(guān)鍵線索。為確認(rèn)納米凝膠的合成狀態(tài)并比較兩種配方的物理差異，研究者在38°C（即后續(xù)病毒檢測的工作溫度）下對兩種納米凝膠進(jìn)行了DLS表征。
Fig1. （A）Epitope-2和（B）Epitope-3印跡納米凝膠的流體動力學(xué)粒徑分布。
結(jié)果如Fig. 1所示，Epitope-2印跡納米凝膠的水力學(xué)直徑為 52.8 ± 0.5 nm，而Epitope-3印跡納米凝膠為 101.4 ± 1.6 nm。兩組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差均很小，表明固相合成法制備的納米凝膠尺寸分布較窄、均一性良好。兩種尺寸的差異可追溯至單體配方的不同：Epitope-2體系額外添加了N-苯基丙烯酰胺（PAA，5 mol%），同時將NIPAM比例降至80 mol%，改變了交聯(lián)密度和鏈段柔性，使塌縮態(tài)粒徑明顯小于未添加PAA的Epitope-3體系（85 mol% NIPAM）。更有意思的是，這一尺寸差異直接關(guān)聯(lián)到后續(xù)熒光結(jié)合實驗中的不同表現(xiàn)。在等質(zhì)量濃度下，粒徑更大的Epitope-3納米凝膠顆粒數(shù)密度更低，單位體積內(nèi)可提供的印跡空腔總量較少，因此當(dāng)質(zhì)量濃度超過100 μg/mL時表位肽的結(jié)合便趨于飽和；而粒徑較小的Epitope-2體系因顆粒數(shù)密度更高，在相同質(zhì)量濃度范圍內(nèi)仍呈線性上升。
二、ELS測定Zeta電位：驗證表面化學(xué)一致性
在確認(rèn)尺寸差異后，研究者進(jìn)一步利用ELS評估兩種納米凝膠的表面電荷狀態(tài)，以判斷配方中單體比例的變化是否影響了表面化學(xué)性質(zhì)。測量在38°C下進(jìn)行，結(jié)果顯示Epitope-2 MIP-NGs的Zeta電位為 14.8 ± 1.4 mV，Epitope-3 MIP-NGs為 13.1 ± 2.8 mV（Fig. 2），兩者幾乎一致。這一結(jié)果與配方設(shè)計吻合——兩種納米凝膠均含有5 mol%的功能單體AB（帶正電荷基團(tuán)），ELS數(shù)據(jù)驗證了表面化學(xué)環(huán)境的可比較性。Fig2. (A) Epitope-2 MIP-NGs和Epitope-3 MIP-NGs在38°C、1 mM NaCl溶液中的Zeta電位測量結(jié)果(n=3)。這一數(shù)據(jù)的價值在于：它排除了表面電荷差異作為結(jié)合親和力不同之干擾因素的可能性。后續(xù)SPR測試中，Epitope-3體系（KD = 5.07×10?13 M）的親和力遠(yuǎn)優(yōu)于Epitope-2體系（KD = 2.49×10?11 M），這一差異可以更可靠地歸因于表位結(jié)構(gòu)本身和印跡空腔質(zhì)量的差別，而非表面電荷的干擾。此外，正Zeta電位也提示納米凝膠可通過靜電吸引增強(qiáng)與目標(biāo)病毒的結(jié)合，為理解識別機(jī)制提供了佐證。
三、DLS與ELS貫穿材料性能評估與批間質(zhì)控
DLS和ELS提供的基礎(chǔ)物理參數(shù)，為理解該材料在傳感檢測中的多項性能優(yōu)勢提供了關(guān)鍵支撐，同時也成為批間質(zhì)量監(jiān)控的核心工具。
- 高親和力與特異性識別的物理解釋。 Epitope-3印跡納米凝膠在SPR測試中KD值達(dá) 5.07×10?13 M，對HAV的響應(yīng)信號分別是對BSA、EAV和HSV的 3.4倍、3.7倍和4.3倍。DLS顯示的均一尺寸分布保證了納米凝膠在傳感器表面的均勻排布，ELS確認(rèn)的正電荷表面則有助于通過靜電吸引增強(qiáng)對目標(biāo)病毒的捕獲效率——兩者共同為高親和力識別提供了物理化學(xué)基礎(chǔ)。
- 溫敏再生行為的尺寸依賴。 PNIPAM骨架賦予納米凝膠溫敏“開關(guān)"特性。DLS在該材料體系中的關(guān)鍵作用在于：只有在38°C（塌縮態(tài)）下測得的尺寸，才能真正代表納米凝膠在實際工作條件下的有效尺寸和空腔暴露狀態(tài)。研究者正是基于DLS在38°C下確認(rèn)的塌縮態(tài)尺寸，才得以合理解釋后續(xù)4°C溶脹釋放、38°C重新捕獲的可逆再生行為。電沉積傳感器經(jīng)冷緩沖液再生后可恢復(fù)約76%的初始響應(yīng)，這一再生效率與納米凝膠在兩種溫度下明確的尺寸變化密切相關(guān)。
- 復(fù)雜基質(zhì)中保持性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在1%人血清中，傳感器回收率為80.62%~107.85%，檢測限與緩沖液中基本持平（電沉積平臺：緩沖液1.05 pM，血清1.26 pM）。DLS和ELS在此的意義在于：兩者在合成后即確認(rèn)了納米凝膠的尺寸均一性和表面電荷穩(wěn)定性，這兩項指標(biāo)正是材料在復(fù)雜生物基質(zhì)中抵抗非特異性蛋白吸附、保持印跡空腔識別功能的結(jié)構(gòu)前提。
- 批間質(zhì)控的核心工具。在納米材料的實際應(yīng)用中，批次間一致性是決定材料能否從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。研究者對四個獨立合成批次進(jìn)行了平行表征（Fig.3），DLS測得的水力學(xué)尺寸、ELS測得的Zeta電位以及納米凝膠產(chǎn)率在四個批次間均保持高度一致。這一數(shù)據(jù)不僅證明了固相合成法的良好可控性，更展示了DLS和ELS作為質(zhì)控工具的實際價值——通過尺寸和表面電荷兩個最核心的物性指標(biāo)，快速、非破壞性地判斷每批產(chǎn)品是否合格。
Fig3.基于流體動力學(xué)尺寸、Zeta電位和產(chǎn)率評估MIP-NG的批次間可重復(fù)性此外，QCM集成后無需標(biāo)記或信號放大，單個濃度點結(jié)合時間15分鐘，操作流程顯著簡化。而DLS和ELS作為前期的表征與質(zhì)控工具，確保了每一批納米凝膠在投入QCM測試前均達(dá)到一致的物理化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，從而保障了最終檢測結(jié)果的可靠性。
四、技術(shù)特點與應(yīng)用優(yōu)勢
本研究所采用的DLS和ELS測量方法，體現(xiàn)了以下在實踐中值得關(guān)注的特點：
- 原位狀態(tài)測量：直接在38°C的工作溫度下測定，獲得的是納米凝膠在實際應(yīng)用構(gòu)象下的尺寸，使表征數(shù)據(jù)與使用性能直接對應(yīng)。
- 樣品消耗極少：僅需1 mL洗脫液即可完成完整測量，對于珍貴樣品尤為友好。
- 快速獲取多參數(shù)：DLS和ELS可在同一儀器上連續(xù)完成，單次測量僅數(shù)分鐘，大幅提高表征效率。
- 數(shù)據(jù)統(tǒng)計可靠：研究中采用6次（DLS）和3次（ELS）重復(fù)測量，保證了數(shù)據(jù)的統(tǒng)計可靠性。
- 批間質(zhì)控的有效工具：通過尺寸和Zeta電位的批間比對，可快速判斷合成重現(xiàn)性，為質(zhì)量監(jiān)控提供了客觀量化指標(biāo)。
五、結(jié)語
在Sehit等人的研究中，DLS和ELS所提供的粒徑、分布和Zeta電位信息，不僅驗證了納米凝膠的成功合成，還揭示了不同配方體系的物理差異及其對結(jié)合性能的影響，同時證明了合成路徑的可靠重現(xiàn)性。這些數(shù)據(jù)貫穿于材料篩選、性能解讀和質(zhì)控評估的全過程，展現(xiàn)出DLS與ELS在智能納米材料研發(fā)中的實際應(yīng)用價值。對于從事納米載體、分子印跡材料或生物傳感界面研究的科研人員而言，合理運用DLS與ELS進(jìn)行系統(tǒng)表征，有助于建立材料物性與功能之間的關(guān)聯(lián)，從而為理性設(shè)計和工藝優(yōu)化提供可靠依據(jù)。貝拓科學(xué)DLS100納米粒度及ZETA電位分析儀同樣基于動態(tài)光散射與電泳光散射原理，粒度測量范圍0.7 nm–10 μm，ZETA電位范圍-500 mV~+500 mV，溫控精度0.1℃，符合ISO 22412、GB/T 29022等多項標(biāo)準(zhǔn)，可為納米凝膠、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)等體系的粒徑與Zeta電位測定提供可靠解決方案。Sehit, E., Marquant, R., Haupt, K., & Altintas, Z. (2026). Epitope-imprinted nanogels for high-performance mass-based detection of pathogenic viruses. *Biosensors and Bioelectronics*, *312*, 118966.
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