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 单体浓度表现出异常信号放大。
合成超分子宿主和人工受体在化学传感器或化学传感器方面有着令人兴奋的应用，它们有可能改变分子识别和实时生物医学传感领域。它们基于基本的锁与钥匙工作原理，即特定的化学底物完美地与酶(宿主)的活性位点相吻合，从而引发特定的化学反应，产生传感所需的信号。
然而，锁匙模型也有其缺点，而解决这些问题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，并正在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 (Tokyo Tech) 的研究人员在副教授 Gaku Fukuhara 的带领下与大阪大学合作，在 2024 年 5 月 31 日发表的一项最新科学报告研究中，发现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。
当被问及他们的运作方式时，福原回答道：“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。”
该团队首次利用弯曲π型巴基碗苏曼烯作为超分子聚合的单体，获得了变构触发器。他们还将苏曼烯基化学传感器 (SC) 纳入该系统，因为苏曼烯能够在溶液中自发聚合为超分子。此外，已知原始苏曼烯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·(苏曼烯) n )，研究人员发现这也是信号放大程度的决定因素。
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以作为进一步开发传感器的指导方针，用于识别难以通过使用传统的锁和钥匙型化学传感器识别的各种客体。“我们的化学传感器系统是一个强大的工具，证明了超分子聚合调整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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