用于同时监测葡萄糖和尿酸的单通道电化学生物传感器

《Biosensors and Bioelectronics》：Single-channel electrochemical biosensor for simultaneous monitoring of glucose and uric acid

新型单通道电化学传感器首次实现血糖与尿酸同步检测，仅需一滴血和一个试纸，线性范围宽（血糖0-5.5 mmol/L，尿酸0-9.8 mmol/L），回收率95.9%-104.9%，RSD<5%，抗干扰能力强，显著降低检测成本与采血次数。

　　这项研究提出了一种创新的电化学生物传感器设计，首次实现了仅使用一滴血液和一张测试条即可同时检测血糖和尿酸浓度。这一突破性进展在医学检测领域具有重要意义，尤其对于患有“双高”（即高血糖和高尿酸）的患者而言，能够显著提高检测效率并降低长期监测的成本。在现代医学实践中，血糖和尿酸的检测是糖尿病和高尿酸血症管理的重要组成部分，而这两者之间的代谢相互作用使得它们的监测变得尤为复杂和必要。

随着生活水平的提高，糖尿病和高尿酸血症的患病人数逐年上升。很多患者同时受到这两种慢性疾病的影响，因此需要定期同时监测血糖和尿酸水平。对于这些患者来说，传统的检测方法通常需要分别采集血液样本，这不仅增加了患者的痛苦，也提高了检测成本和时间。此外，长期监测对患者的依从性提出了更高的要求，而目前市场上虽然有一些多参数检测设备，但它们大多采用多通道设计，每个通道对应一种物质的检测，这在一定程度上限制了其使用便捷性和经济性。

在医院和实验室环境中，血糖和尿酸浓度的检测主要依赖于生化分析仪，这些设备虽然精度高，但通常需要较大的血液样本，并且操作较为复杂，不适合日常家庭使用。而在家庭或零售市场，常见的做法是使用传统的便携式血糖或尿酸检测仪，这些设备通过指尖采血，配合电化学测试条进行检测。尽管这些方法已经相对成熟，但它们仍然存在一定的局限性。例如，每次检测都需要单独采集血液样本，这可能导致患者多次刺破手指，增加不适感。此外，多参数检测设备的使用通常需要同时使用两种测试条，这不仅增加了成本，也使得操作变得更加繁琐。

针对上述问题，研究人员提出了一种基于单通道电化学检测的创新方案。该方案通过将血糖和尿酸的检测整合到一个单一的测试条上，从而实现了同时测量两种物质的能力。这种设计的关键在于利用了电化学检测技术的特性，使得在同一个测试通道中能够区分并检测两种不同的代谢物。通过实验验证，该传感器在性能方面表现出色，包括宽广的线性范围、良好的可重复性、长期稳定性以及对干扰物质的强抗干扰能力。在实际应用中，研究人员通过血样回收实验评估了该传感器的准确性，结果显示血糖的回收率在95.9%至103.2%之间，尿酸的回收率在99.7%至104.9%之间，同时相对标准偏差均低于5%，表明该传感器具有较高的可靠性和重复性。

此外，该传感器的使用方式极大地简化了检测流程。只需要一滴血液即可完成两种物质的检测，避免了传统方法中需要多次采血的问题。这不仅减少了患者的不适，还降低了整体的检测成本，使得家庭自测和长期监测变得更加可行。在实际应用中，这一技术可以为糖尿病和高尿酸血症患者提供更便捷、更经济的检测手段，从而更好地支持他们的健康管理。

为了实现这一目标，研究人员采用了丝网印刷技术来构建传感器的电化学检测通道。丝网印刷是一种高效、低成本的制造工艺，能够将电极结构精确地印刷在测试条上。通过这种方式，研究人员不仅简化了传感器的结构，还提高了其生产的可扩展性，为未来的商业化应用奠定了基础。同时，该设计避免了传统多通道传感器在结构上的复杂性，从而降低了生产成本，使得这种新型检测设备能够在更广泛的范围内推广和应用。

从科学角度来看，这一研究的成功在于其对电化学检测原理的深入理解和创新应用。电化学检测技术通过测量物质在电极表面发生的氧化还原反应所产生的电流变化来确定其浓度。在这一研究中，研究人员巧妙地利用了血糖和尿酸在电化学反应中的不同特性，使得它们能够在同一个检测通道中被区分和同时检测。这一过程不仅需要对电极材料和反应条件进行精确的控制，还需要对传感器的结构设计进行优化，以确保两种物质的检测信号不会相互干扰。

在实际应用中，这一新型传感器的优势显而易见。首先，它能够显著减少血液样本的使用量，这对于需要频繁检测的患者来说无疑是一种福音。其次，它降低了检测成本，使得更多的患者能够负担得起长期的健康监测。此外，由于只需一滴血液即可完成检测，因此减少了患者多次刺破手指的痛苦，提高了检测的便利性和用户体验。这些优势使得该传感器在家庭健康监测和临床诊断中具有广泛的应用前景。

同时，该研究还揭示了血糖和尿酸之间复杂的代谢关系。研究表明，高尿酸血症和痛风患者体内尿酸水平的持续升高会导致尿酸晶体的形成，这些晶体可能直接攻击胰岛β细胞，引发局部炎症和氧化应激，从而损害β细胞功能，甚至导致细胞死亡。这一过程会干扰胰岛素的分泌，进而可能诱发或加重2型糖尿病的发生。相反，糖尿病患者由于胰岛素抵抗或肾脏功能受损，尿酸的排泄能力可能下降，导致尿酸水平升高，进而引发高尿酸血症和痛风。因此，血糖和尿酸的相互影响使得它们的同步监测成为一种必要手段，以更好地评估患者的健康状况并制定相应的治疗策略。

为了进一步验证该传感器的性能，研究人员还进行了广泛的实验测试，包括不同浓度下的电化学行为分析、血样回收实验以及稳定性测试等。这些实验不仅评估了传感器的检测能力，还确保了其在实际应用中的可靠性和稳定性。实验结果显示，该传感器在不同浓度范围内均能保持良好的检测性能，且在长期使用过程中表现出较强的稳定性，能够满足日常监测的需求。此外，该传感器对干扰物质的抗干扰能力也得到了验证，这表明它在复杂样本中的检测效果不会受到其他物质的显著影响，从而提高了其在实际应用中的适用性。

从技术角度来看，这一研究的创新点在于其对单通道电化学检测技术的改进和优化。传统的多通道检测设备虽然能够同时检测多种物质，但其结构复杂，制造成本高，且需要用户同时使用多个测试条，这在实际操作中存在一定的不便。而该研究通过优化电极结构和反应条件，使得两种物质的检测能够在同一个通道中完成，从而简化了设备结构，提高了检测效率。此外，该传感器的制造工艺采用了丝网印刷技术，这一技术不仅能够保证电极结构的精确性，还能够实现大规模生产，为未来的商业化应用提供了有力的支持。

从临床应用的角度来看，这一新型传感器的出现将对糖尿病和高尿酸血症的管理产生深远的影响。首先，它能够帮助患者更方便地进行自我监测，从而提高他们的依从性。其次，它能够为医生提供更准确的检测数据，有助于更精确地评估患者的病情并制定个性化的治疗方案。此外，由于该传感器能够在短时间内完成检测，因此可以提高诊断和治疗的效率，为患者的健康管理提供更加及时的支持。

在研究过程中，研究人员还对多种试剂和实验设备进行了详细的描述和选择。例如，D-葡萄糖、尿酸等检测物质均采用了高纯度的试剂，以确保检测的准确性。同时，电极材料的选择也经过了严格的实验验证，以确保其在检测过程中的稳定性和灵敏度。此外，实验设备的使用也遵循了严格的科学规范，确保了实验结果的可靠性和可重复性。

从研究方法来看，该研究采用了多种实验手段来验证传感器的性能。其中包括循环伏安法（CV）用于分析传感器的电化学行为，血样回收实验用于评估检测的准确性和重复性，以及稳定性测试用于验证传感器在长期使用中的表现。这些实验方法不仅确保了传感器的检测能力，还为后续的优化和改进提供了科学依据。

总的来说，这项研究为同时检测血糖和尿酸提供了一种全新的解决方案，其创新性和实用性在医学检测领域具有重要意义。通过将两种检测功能整合到一个单一的测试条上，该传感器不仅提高了检测效率，还降低了成本，为患者的日常健康监测提供了更加便捷和经济的手段。此外，该研究还揭示了血糖和尿酸之间复杂的代谢关系，强调了同步监测的重要性，为未来的临床研究和应用提供了新的思路和方向。