用于引流液淀粉酶检测的微波生物传感器：实现吻合口漏早期与长期监测的新突破

本综述介绍了一种创新型微波生物传感器，用于术后引流液中淀粉酶（Amylase）的准连续监测，以实现对结直肠癌术后吻合口漏（AL）的早期诊断与长期监护。该传感器利用特异性淀粉包被层实现高选择性检测，在复杂生物样本中仍保持稳定性能，为床旁即时检测（POC）提供了低成本、高可靠性的解决方案，显著提升了术后监护水平与患者预后。

　　

Highlight

淀粉酶（Amylase）作为一种存在于腹膜液中的潜力生物标志物，为吻合口漏（AL）的早期与长期检测带来了新希望。

Introduction

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见确诊癌症，并在2022年成为癌症相关死亡的第二大原因。尽管外科技术已有显著进步，但吻合口漏（AL）等并发症仍带来严峻挑战，导致死亡率上升、住院时间延长及不良长期预后。尽管关于AL的定义存在争议，国际直肠癌研究组将其定义为吻合口处肠壁缺损，导致肠腔内与腔外相通。

AL相关挑战之一是诊断延迟，从而导致高发病率与死亡率。如图1所示，AL的时间线从手术延伸至诊断与治疗，突显早期检测对改善患者预后的重要性。部分泄漏早期即显现，另一些则在术后后期出现，表现更为隐匿。AL的平均检出时间为术后8.8天，个别案例甚至延迟至数月后才被发现。早期与持续长期检测至关重要，及时干预可降低发病率与死亡率，改善患者预后。

因此，近年來研究者积极寻找可靠生物标志物以实现AL早期诊断。目前尚无临床可靠的AL检测方法，传统指标如体温、白细胞计数、血压和呼吸频率并不 consistently 指示泄漏发生。血液或血清中研究最充分的生物标志物如C反应蛋白（CRP），也被发现并非AL的可靠阳性预测指标。

注意力因此转向腹膜引流液中的特定生物标志物，如乳酸、pH和细胞因子水平升高，作为更可靠的AL指标。腹膜引流液生物标志物因其直接从泄漏部位收集，能局部、即时反映泄漏情况而备受关注。这种局部化特性使得其识别速度快于血液或血清标志物，并可检测系统循环中不显著的标记物。

其中，淀粉酶是一种敏感、响应快且易于从引流液样本中测量的潜力生物标志物。Clark等人的研究发现，在未进行转流性回肠造口的回肠贮袋手术后发生AL的患者中，腹膜引流液淀粉酶水平中位数为1373.5 U/L，显著高于非泄漏案例的参考值130 U/L。此外，一项关于胰腺术后淀粉酶诊断AL准确性的荟萃分析确定，术后第5天（POD 5） cutoff 值为4000 U/L时，灵敏度为75%，特异性为99%。

淀粉酶检测通常为比色法，需专业人员与 equipped 临床实验室以确保结果准确，因此不适合床旁检测（POC）应用。开发一种能识别淀粉酶浓度显著升高的POC系统，对AL的早期与长期检测至关重要。

在择期结直肠手术中，外科医生可选择在吻合口旁放置引流管，目的是帮助排出吻合口周围液体积聚，防止潜在有害液体积聚。该液体含多种生物标志物，淀粉酶是重要研究对象。预防性引流在吻合术后的效用仍有争议，因部分研究显示其使用并无显著益处。然而，当与先进监测系统整合时，其效用可能被重新评估。这类系统能实时分析淀粉酶等生物标志物，或可改进AL等并发症的检测，从而证明引流管在术后监护中的常规使用合理性。

虽已有许多传感器开发用于检测淀粉酶，但这些设备主要聚焦于唾液或血清中的淀粉酶水平测量，多为一次性POC设备。尚无设备或测量方法被证明用于AL监测。至今，仅有两种传感器创作用于监测引流液中的淀粉酶。第一种是光学淀粉酶生物传感器，利用塑料光纤中的表面等离子体共振，金属化覆盖60 nm金层并用白光 interrogated，该传感器功能化 with 抗淀粉酶抗体用于胰腺切除术后引流液中的淀粉酶检测。初步测试显示其线性检测范围为0.8至25.8 U/L，检测限（LOD）为0.5 U/L。尽管与胰腺引流液中胰瘘检测相关，此操作范围显著低于结直肠术后引流液中典型水平。这一限制可能源于传感器表面抗淀粉酶抗体在较高浓度下饱和，暗示检测更高淀粉酶水平需不切实际的大表面积。第二种传感器采用便携式滴微流体将引流液封装于含淀粉试剂的纳升级液滴中，这些液滴与α-淀粉酶发生反应，释放后测量 resulting 荧光。滴微流体设备的挑战在于其在变化环境条件下及显著患者移动期间（如床边使用中可能发生） deliver 可靠测量的能力。因此，未来工作仍有很大空间改进淀粉酶传感器，通过分析引流液检测AL。

本文提出一种微波生物传感器的概念验证开发，通过检测引流液中的淀粉酶监测AL。为实现此目标，设计了印刷电路板（PCB）传感器，并利用商用全波仿真软件优化其几何结构与性能。传感器 then 制备并通过化学功能化 with 淀粉包被层增强其对淀粉酶检测的特异性。该平台旨在实现复杂介质中淀粉酶浓度的定量测量，特别 targeting 与泄漏事件相关的高浓度 surge。此外，传感器设计保持在不同环境条件下的稳健性，提供床边整合潜力，实现引流液中淀粉酶水平的实时、连续监测。

Experimental Materials

实验材料

3-巯基丙磺酸钠（C₃H₇NaO₃S₂）、淀粉（C₃₀H₅₂O₂₆）、Span? 85（C₆₀H₁₀₈O₈）和猪胰淀粉酶购自Sigma-Aldrich（美国）。模拟腹膜液（SPF, BZ289）获自Biochemazone（加拿大），为定制制备不含淀粉酶。所有化学品均为分析纯级别。实验均使用去离子水。

Sensing Principle

传感原理

微波传感器基于材料的电学特性（如介电常数）区分不同物质。

Results and Discussion

结果与讨论

微波生物传感器作为概念验证设备开发，用于检测多种介质中的淀粉酶浓度，作为术后腹膜引流液中AL的潜力生物标志物。为评估传感器性能，进行了一系列实验与仿真以优化其设计、特异性、对环境因素的响应能力及准连续监测潜力。结果表明，该传感器不仅对淀粉酶敏感，而且……

Conclusion

结论

本文介绍了微波生物传感器的开发，用于检测腹膜引流液中的淀粉酶， targeting 结直肠术后吻合口漏（AL）事件相关的淀粉酶升高。传感器几何结构与性能参数首先通过全波仿真优化，然后利用印刷电路板（PCB）制备，在FR4基板上具有叉指铜电极，并采用锡或金涂层钝化。为增强特异性……