《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A 3D-printed hand-held visible spectrophotometric detector for point-of-care uric acid detection
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•3D光固化打印制备手持式便携式尿液尿酸即时检测（POCT）检测设备。•该设备性能与商业分光光度计相当，回收率为94.1%–103.8%，相对标准偏差（RSD）< 5%。•低成本微型传感器在家用尿酸监测方面展现出巨大潜力。•该3D光固化打印检测设备还展现出前景广阔的磷酸盐检测
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3D光固化打印制备手持式便携式尿液尿酸即时检测（POCT）检测设备。
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该设备性能与商业分光光度计相当，回收率为94.1%–103.8%，相对标准偏差（RSD）< 5%。
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低成本微型传感器在家用尿酸监测方面展现出巨大潜力。
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该3D光固化打印检测设备还展现出前景广阔的磷酸盐检测能力。
引言
尿酸是嘌呤的代谢产物[1]，其体内浓度受嘌呤代谢速率和肾脏排泄能力两方面调控[2], [3], [4], [5]。临床上，尿酸检测涵盖尿液和血液标本的检测。尿液尿酸水平的测定有助于区分嘌呤过度生成引起的尿酸血症与肾脏排泄障碍引起的尿酸血症，是指导痛风临床分型和药物治疗的成熟工具[6], [7]。它在肾脏疾病评估中也发挥一定作用[8]，包括评估尿酸肾结石风险和早期肾损伤。此外，虽然流行病学研究将血清尿酸（而非尿液尿酸）与代谢综合征联系起来[9], [10], [11], [12]，但在该背景下，尿液尿酸测定仍主要作为研究工具而非临床诊断标准。
目前，尿液尿酸测定主要分为三大方法：传统临床生化检测；以同位素稀释质谱法为代表的实验室精密参考方法[13]；以及近年来开发的各种新型快速传感检测技术[14], [15], [16], [17], [18], [19]。其中，尿酸氧化酶（UAOD）-过氧化物酶偶联显色法[20]仍是全球临床实验室24小时尿液尿酸测定的最广泛采用的标准方法。传统的磷钨酸还原显色法是一种早期的化学显色方案，其原理基于尿酸在碱性条件下的还原性：尿酸将磷钨酸还原生成呈钨蓝（钨酸盐蓝色）的有色产物，自身被氧化为尿囊素和二氧化碳。该显色产物在特征波长处的吸光度与尿液尿酸浓度在一定范围内成正比。因此，通过使用标准品建立标准曲线，该方法能够实现尿液尿酸的精确定量显色测定。
用于即时检测（POCT）的便携式生化检测设备[21], [22], [23]发展迅速，商业产品主要基于电化学[24], [25], [26]或酶-显色原理检测血液尿酸。然而，由于酶的不稳定性、高昂的成本以及尿液还原剂的干扰，用于尿液尿酸检测的类似设备仍然稀缺。传统实验室仪器虽然精度较高，但受限于体积、供电和集中操作条件，难以在床旁和初级保健场景中使用。便携式设备克服了这些限制，可在多种环境下进行现场检测，便于居家监测，并有望降低痛风和肾脏并发症的风险[27]。
微型紫外光源的可获得性以及微电子元件批量生产的成熟，推动了传统大型紫外-可见分光光度计向微型化和便携化方向转变[28]。虽然传统紫外-可见分光光度计具有较高的检测精度和成熟的分析方法，适合作为尿酸定量测定的参考标准，但其通常价格昂贵且体积庞大。此外，传统氘灯或钨灯依赖市电供电，限制了其在固定环境（如实验室）之外的适用性。将紫外-可见分光光度计微型化并集成到便携设备中[29], [30]，结合基于分析物固有紫外吸收特征的定量检测，使紫外光谱技术得以走出实验室环境，从而拓展了其在临床即时检测场景中的应用范围。目前，便携式紫外检测设备已广泛应用于水质分析和食品安全检测，但在临床尿液分析中的应用推广相对缓慢。当前大多数商业产品主要面向环境监测领域。相比之下，专门针对尿液样本分析和尿酸靶标定量设计的集成式便携式紫外-可见分光光度计仍处于实验室原型阶段，面临消除尿液浊度干扰和优化系统集成等方面的技术挑战。
为推动这一进展，我们采用3D光固化打印技术制备了一款手持式尿酸检测设备。该技术可根据数字模型一体化集成流道、光学插槽和检测腔[31]，消除了装配导致的泄漏和错位问题，简化了制造流程，并实现了拓扑优化的轻量化设计。它还允许快速调整参数并进行材料级别的基线干扰降低。我们课题组此前已展示了3D打印的色谱检测器[32]、荧光检测器[33]和偏振显微镜[34]，验证了该方法的通用性和成本效益。基于3D打印技术，我们开发了三种设备：紫外检测器、紧凑型荧光检测器和便携式偏振光显微镜。这些设备性能稳定、成本低廉，分别可实现色谱组分的实时监测、荧光物质的识别以及药物晶型的现场表征，并有望应用于检测各种各向异性材料，如有机液体晶体、微塑料和植物组织等。
在本研究中，我们将紫外-可见分光光度法原理[35], [36]应用于尿液尿酸的定量分析。通过建立吸光度与浓度之间的线性校准关系，我们发现所制备的3D打印检测器与紫外-可见分光光度计之间的结果具有高度一致性。这些结果证实了3D打印手持式设备用于尿液尿酸检测的实际可行性，为分布式临床诊断提供了有前景的解决方案。
章节摘要
3D光固化打印手持式尿酸检测设备的结构与外观
设计这款3D光固化打印手持式尿酸检测设备的主要目标是实现传统检测设备的微型化和便携化，从而降低硬件成本并增强现场检测能力。无论是整体结构还是光学路径系统，均展现出显著的创新的实用性。传统紫外-可见分光光度计体积庞大、重量较重且难以携带，其操作高度依赖于固定的实验室
结论
本研究采用3D光固化打印技术独立开发了一款手持式尿酸检测设备，用于测量尿酸浓度。在特定条件下，尿酸与磷钨酸溶液反应，在可见光范围内产生钨蓝色，该设备直接由此获得电压读数。为验证仪器对样品在可见光范围内光学吸收的响应，我们进行了一系列验证实验
实验部分
化学试剂与仪器（S1.1），各光学元件光谱特性的表征（S1.2），紫外-可见分光光度法监测不同浓度亚甲基蓝溶液的吸光度（S1.3），使用紫外-可见分光光度计进行标准定量分析与显著性差异分析（S1.4），恒功率下不同电压下设备的吸光度测量（S1.5），游离磷酸盐对照液的制备（S1.6），
利益冲突声明
作者声明他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能被视为影响本文所述工作的内容。
致谢
作者感谢国家自然科学基金（项目编号：22204095）、广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2025A1515011553、2024A1515010890、2026A1515010152）以及SUMC科研启动基金（项目编号：510858045）的资助。
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