关键词:
POCT
电化学传感
浓差电池
自供电
摘要:
近年来,现场快速检测(point-of-care testing,POCT)技术由于其具有检测速度快、装置小巧便携以及不受测试场地限制等优点,已经被广泛应用于临床诊断、家庭健康监测等多个领域中。POCT对于提高临床诊断效率,提升患者生活质量,减轻医院的门诊压力等方面均具有重要意义,在各级诊所、社区、家庭等生物医学检测现场正发挥着重要作用。其中,基于电化学传感的POCT技术可将待测物的浓度定量地转化为电学信号进行测量,具有灵敏度高、操作简便、装置便携和成本低等优点,已被成功应用于个人家用血糖监测。然而相对于传统的生物分析测试方法,电化学传感在多个方面还存在着不足之处。如生物样本中存在的电活性干扰物质,会给检测结果带来较大误差;传统电化学传感方法需要使用贵金属电极,虽然规模化生产可以降低成本,但仍然限制了其大规模的应用。因此,发展新的电化学传感原理和系统具有重要意义。本工作基于浓差电池原理发展了新的电化学传感方法,并构建和优化了传感系统,将该系统应用于人体生理指标和心理指标的检测,解决传统电化学传感器检测背景高、干扰大、操作复杂等问题;同时,还发展了基于浓差电池原理的自供电系统,初步应用于可穿戴设备的供电。主要研究内容如下:(1)发展了基于浓差电池原理的生物小分子电化学传感方法,并成功用于全血样本中葡萄糖的定量检测。该方法通过葡萄糖氧化酶催化葡萄糖氧化,在两个电极上造成氧化还原电对的浓度变化,从而通过电位的测量,实现了全血中葡萄糖的定量检测。与传统电化学传感体系相比,该方法基于浓差电池原理,测量两个电极上由浓度差产生的电位差,可显著消除样本背景和副反应干扰,实现了超低背景干扰的全血电化学检测。同时该传感系统无需贵金属电极,大大降低了成本,具有很好的应用前景。我们还构建了基于智能手机平台的电化学传感系统,并对医院取得的人全血样本中的葡萄糖、乳酸、尿酸进行了检测,初步验证了其临床应用潜力。(2)在工作(1)的基础上,我们发展了一种多步骤的生物大分子的电化学传感方法,该方法受水银温度计原理启发,在虹吸通道中增加一个疏水区域,在第一步反应结束后将传感器进行甩动,从而开始第二步反应。我们将该方法应用于唾液淀粉酶的检测中,检测所需的两步反应在一个传感试纸条上完成,无需使用额外的仪器进行试剂转移,大大简化了操作步骤。基于唾液淀粉酶的现场快速检测技术,我们对多名志愿者进行了心理压力的测评,同时将唾液淀粉酶检测结果与测谎结果进行了对照,为心理学研究和心理疾病诊断提供了新的思路。(3)发展了一种基于浓差电池原理供电的方法,可应用于小型设备的供电。该方法通过浓差电池,将高浓度盐溶液和汗液中低浓度盐分之间的浓度差转化为电能,并通过升压电路进行电能的收集并进行储存,构建出自供电系统,从而实现对小功率电子设备的供电。该方法相对于酶燃料电池方法,稳定性强,可靠性高,可长期使用,有望在可穿戴设备电化学现场快速检测中得到应用。