具有纳米结构修饰电极的生物流体可变葡萄糖传感系统，用于便携式监测多种病理状况

《Biosensors and Bioelectronics》：Biofluid-changeable glucose sensing system with nanostructures modified electrode for portable monitoring of distinct pathologic conditions

　　便携式葡萄糖检测系统开发：采用Pt-Ni纳米复合材料与硅胶纳米孔膜修饰电极，通过氢氧化钠稀释法实现血液和腹水双流体检测，配合蓝牙智能手机应用，验证准确率达0.9309，适用于资源有限地区。

　　这项研究开发了一种便携式的葡萄糖监测系统，旨在提升医疗诊断的效率，尤其是在医疗资源有限的地区。葡萄糖作为人体内重要的碳源和能量来源，广泛存在于多种生物流体中，例如血液、腹水等，并且在多种病理过程中具有重要的生物标志物作用。例如，血液中的葡萄糖浓度是诊断和评估糖尿病的关键指标，而腹水中的葡萄糖浓度则与腹膜癌转移和腹膜炎密切相关。在健康个体中，腹水中的葡萄糖浓度通常与血液中的浓度保持一致，但在患有腹膜癌转移或腹膜炎的患者中，由于微生物或肿瘤细胞对葡萄糖的摄取，腹水中的葡萄糖浓度可能会显著下降，这种下降往往与疾病的严重程度相关。因此，开发一种能够同时检测血液和腹水葡萄糖浓度的便携式设备，具有重要的临床价值。

目前，尽管非侵入式葡萄糖监测设备在可穿戴传感器技术的发展下迅速兴起，但其在不同生物流体中的应用仍存在争议。特别是，非侵入式方法获取的生物流体，如汗液和眼泪，其葡萄糖浓度与糖尿病之间的关系尚未明确。相比之下，血液中的葡萄糖浓度仍被视为诊断糖尿病的“金标准”。然而，对于腹膜癌转移和腹膜炎等疾病，腹水中的葡萄糖浓度同样具有重要的诊断意义。因此，设计一种能够同时适用于多种生物流体的便携式葡萄糖监测系统，是当前医疗领域亟需解决的问题之一。

为了实现这一目标，研究团队开发了一种基于铂-镍（Pt-Ni）纳米复合材料和硅纳米多孔膜（SNM）的葡萄糖电极，并结合了一个拇指大小的电化学电路板和一个支持蓝牙连接的智能手机应用程序。这种设计使得设备不仅体积小巧，还具备无线数据传输的功能，能够实时监测葡萄糖浓度并反馈结果。此外，研究团队还引入了一种简单的稀释方法，通过使用氢氧化钠溶液对血液和腹水样本进行不同比例的稀释，使单一设备能够同时适用于这两种生物流体的检测。这一方法有效提升了检测的灵敏度，并降低了不同生物流体之间可能存在的干扰因素。

电化学检测技术在生物流体中的应用面临诸多挑战。首先，不同生物流体中葡萄糖的浓度范围差异较大。例如，在糖尿病患者中，血液中的葡萄糖浓度可能因β细胞功能障碍或药物使用不当而波动显著，而在腹膜癌转移或腹膜炎患者中，腹水中的葡萄糖浓度通常处于较低水平，且波动范围较小。因此，设计一种能够在不同浓度范围内保持高灵敏度和选择性的检测系统至关重要。其次，生物流体中存在多种干扰物质，这些物质可能会影响电化学检测的准确性。例如，血液中含有较高浓度的电活性药物，如对乙酰氨基酚，而腹水则可能因尿液渗入而含有较高的乳酸浓度。这些干扰物质的存在可能会导致检测信号的失真，从而影响结果的可靠性。

此外，生物流体的离子强度和粘度变化也对电化学检测系统的性能产生显著影响。离子强度的变化会影响生物流体的导电性，进而影响电极界面处的电子转移效率。粘度的变化则会影响分析物的扩散速率，导致目标分子在电极表面的到达不一致，从而影响检测的稳定性和准确性。因此，在设计便携式葡萄糖监测系统时，必须充分考虑这些因素，并通过优化电极材料和检测方法来提高系统的整体性能。

研究团队在本研究中采用的Pt-Ni纳米复合材料和硅纳米多孔膜的结合，为解决上述问题提供了新的思路。Pt-Ni纳米复合材料因其良好的催化性能和稳定的电化学特性，被广泛应用于非酶促葡萄糖检测领域。这种材料能够有效增强葡萄糖氧化反应的效率，提高检测灵敏度，同时减少对其他物质的干扰。而硅纳米多孔膜则因其微小的孔径和亲水、带负电的表面特性，能够有效过滤掉一些干扰物质，提高检测的选择性。这两种材料的结合不仅提升了检测的灵敏度和选择性，还增强了系统的稳定性，使其能够在不同的生物流体中保持一致的性能。

为了验证该便携式系统的准确性，研究团队使用了来自不同患者的临床样本，包括糖尿病患者的全血样本和腹膜癌转移或腹膜炎患者的腹水样本。通过将这些样本与传统的生化分析仪进行对比，研究团队发现该系统在检测葡萄糖浓度方面表现出较高的准确性，其相关系数（r值）达到了0.9309，表明该系统能够提供可靠的数据。这一结果不仅证明了该系统的有效性，也为其在临床环境中的应用提供了依据。

在系统设计方面，研究团队采用了双层结构的电化学电路板，这种结构有助于减小系统的整体体积，同时确保其具备足够的性能。电化学电路板的顶部层包含微控制器单元（MCU），负责接收智能手机发送的检测指令并控制检测过程。而底部层则包含电化学检测单元，用于执行检测任务并收集数据。通过蓝牙技术，智能手机能够实时获取检测结果，并进行数据处理和显示。这种设计使得系统不仅具备便携性，还具备智能化和数据可视化的特点，便于医护人员和患者进行监测和管理。

为了进一步提升系统的适用性，研究团队还开发了一种适用于不同疾病类型的葡萄糖监测智能手机应用程序。该应用程序能够根据不同的生物流体类型自动调整检测参数，并提供个性化的监测建议。这种智能化的设计不仅提高了系统的用户友好性，还增强了其在临床环境中的实用性。此外，该应用程序还支持数据的长期存储和分析，有助于医生对患者的病情进行更全面的评估。

本研究的成果不仅为葡萄糖检测技术的发展提供了新的方向，也为医疗资源有限地区的疾病监测和诊断提供了切实可行的解决方案。通过开发一种能够在多种生物流体中进行检测的便携式系统，研究团队克服了传统检测方法在适用性和便捷性方面的不足。该系统的成功应用表明，未来的医疗设备设计应更加注重多功能性和适应性，以满足不同临床需求。

此外，该研究还强调了跨学科合作的重要性。从材料科学到电化学检测，再到软件开发和临床验证，研究团队整合了多个领域的专业知识，共同推动了这一创新技术的发展。这种多学科协作的方式不仅加快了研究的进程，也提高了研究成果的实用性和可靠性。未来，随着技术的不断进步，这种便携式葡萄糖监测系统有望进一步优化，成为医疗领域的重要工具。

总的来说，这项研究通过创新的材料设计和系统集成，成功开发了一种便携、高效且准确的葡萄糖监测设备。该设备不仅能够检测血液和腹水中的葡萄糖浓度，还具备良好的稳定性和选择性，为糖尿病、腹膜癌转移和腹膜炎等疾病的诊断和监测提供了新的可能性。未来，随着更多临床数据的积累和技术的不断完善，这种设备有望在更广泛的医疗场景中得到应用，从而提升医疗服务的可及性和质量。