一种用于人类尿液代谢健康分析的多路复用及原位自校准生物传感器集成系统

《Advanced Functional Materials》：A Multiplexed and In Situ Self-Calibration Biosensor Integrated System for Metabolic Health Analysis in Human Urine

代谢健康是关乎全球疾病负担的重要问题，研究提出的多通道自校准生物传感系统（MSSCBS）可有效监测尿液中的代谢物和电解质，解决复杂样本干扰难题。该系统通过自组装纳米结构和动态归一化最小二乘法实现自校准，在未处理尿液中展现高灵敏度（如尿酸0.04μA/μm）和稳定性（>20天），支持糖尿病、肾病等患者的长期连续监测，为家庭健康监测提供新方案。

　　

摘要

代谢健康是一个重大的全球性健康挑战，与残疾风险增加、癌症发病率上升、过早死亡以及患者生活质量下降密切相关。对人类尿液中的生物标志物（包括代谢物和电解质）进行精确监测对于治疗具有至关重要的指导意义。然而，尿液中的复杂杂质会导致生物传感器阵列产生交叉干扰，使得同时分析和可靠检测多种生物标志物变得困难。为了解决这些问题，本文提出了一种多重化的、原位自校准的生物传感系统（MSSCBS），该系统在未经处理的尿液样本中表现出极高的稳定性和灵敏度。这些优异的特性是通过设计具有自组装纳米结构的多个电化学通道以及一种基于动态归一化最小二乘法的原位生物信号自校准方法实现的。MSSCBS能够提供可靠的灵敏度（例如，尿酸的灵敏度为0.04 μA/μm），宽广的线性检测范围（例如，葡萄糖的检测范围为0.2–23.6 mM），并且能够长期抵抗尿液中的杂质干扰（超过20天）。结合定制的信号处理电路和无线数据传输功能，该系统支持对尿液进行便捷且长期的连续监测。本研究验证了MSSCBS在评估健康人群及糖尿病、肾病患者代谢状态方面的适用性，展示了这种家庭生物传感平台在医疗健康应用中的潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。