基于双极电极的数字化比色葡萄糖传感器：一种高灵敏度即时检测新策略

为解决传统双极电极(BPE)传感器依赖复杂光学设备的问题，研究人员开发了基于聚苯胺(PANi)电致变色的封闭式BPE葡萄糖传感器，通过电极形态改造将颜色梯度转化为数字化读数，实现0.1 mM级灵敏度检测，为即时诊断(POC)设备提供新型可视化解决方案。

　　

在感染性疾病防控和慢性病管理中，即时诊断（Point-of-care, POC）技术正面临重大挑战：传统检测方法需要复杂仪器，而简易比色法又难以实现精确量化。尤其对于糖尿病等需频繁监测的疾病，现有血糖检测设备要么依赖昂贵电化学工作站，要么受限于试纸条的定性判断。更矛盾的是，虽然双极电极（Bipolar Electrode, BPE）因其免直接接触、易微型化的特性被视为POC理想平台，但常规BPE传感器仍需要通过电化学发光（ECL）或荧光检测，这又回到了依赖光电倍增管等笨重设备的困境。

韩国健康产业开发院（KHIDI）资助的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表突破性成果，他们巧妙利用聚苯胺（PANi）的多色电致变特性，构建了全球首个封闭式BPE葡萄糖传感器。该传感器通过"梳齿状"电极设计将反应距离转化为可计数的颜色区块，首次实现葡萄糖浓度的数字化比色读数，检测限达亚毫摩尔级（<1 mM），分辨率达0.1 mM，为无仪器化精准检测树立新标杆。

研究采用三项核心技术：1）光刻法制备图案化氧化铟锡（ITO）双极电极；2）电聚合构建PANi-Prussian blue（PB）异质结传感界面；3）聚二甲基硅氧烷（PDMS）微通道实现检测/报告区物理隔离。通过队列测试证实，该传感器对临床相关浓度葡萄糖（0.5-10 mM）呈现线性响应，且抗干扰能力优于传统试纸。

【Reagents and apparatus】部分显示，研究团队选用铁氰化钾（K₃Fe(CN)₆）作为电子介体，葡萄糖氧化酶（GOx）为生物识别元件，通过优化FeCl₃/aniline聚合条件获得高对比度电致变色层。

【Fabrication and working principle】揭示创新设计：阴极端的PB层催化葡萄糖氧化反应，产生的电信号通过BPE传导至阳极端引发PANi颜色变化。特殊设计的"梳齿"电极结构使颜色变化呈现离散式推进，每个齿间距对应0.1 mM浓度差，实现"肉眼可读"的数字化输出。

【Conclusion】强调该传感器三大优势：1）封闭式设计消除背景干扰；2）多色电致变比单色体系更易辨识；3）距离-数字双模读数提升可靠性。作者特别指出，该策略可拓展至其他代谢物检测，通过更换氧化酶即可构建系列POC传感器。

这项研究的意义在于突破POC领域"灵敏度与便捷性不可兼得"的困局。Song Yi Yeon等开发的数字化比色策略，既保留BPE的高灵敏度优势，又通过巧妙的电极工程实现"所见即所得"的读数方式。其技术路线对发展中国家基层医疗具有特殊价值——无需电源、无需仪器，仅凭颜色区块数量即可完成精准定量，为资源匮乏地区的疾病筛查提供全新可能。未来通过与智能手机图像分析结合，有望建立新一代全民健康监测网络。