基于分子印迹的纸基电化学传感器，实时精准检测茶碱水平
2022-04-29 16:07:35   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

日本研究人员开发出一种无需试剂的一次性纸基电化学传感器，可用于快速检测茶碱（theophylline，THO）水平。茶碱常被用作为支气管扩张剂。

虽然茶碱能有效治疗呼吸系统疾病和炎症，但是过量服用可能会产生毒副作用，因此需要精准、快速的传感装置来检测患者的茶碱水平。据麦姆斯咨询报道，近期，来自日本芝浦工业大学（Shibaura Institute of Technology，SIT）的研究人员开发出一种用于检测茶碱的纸基电化学传感器，响应时间为3秒，具备高度选择性和灵敏度。该传感器还使用牛全血成功地进行了测试验证。

可实时监测茶碱水平的一次性纸基电化学传感器

茶碱是一种天然有机化合物，其分子结构与咖啡和可可中的咖啡因非常相似。由于其治疗特性，目前已成为研究最广泛的黄嘌呤类衍生物之一。茶碱常被用于呼吸困难患者支气管扩张，以及作为肌肉松弛剂、抗哮喘药和利尿剂（用于增加排尿和降低血压的药物）。它还具有抗炎和抗肿瘤特性，可以调节人体的免疫反应。

尽管茶碱可有效治疗多种疾病，但是该药物在使用时有很多限制，超量使用（该限度很容易达到）会对人体产生不利影响，如果意外或故意过量服用则会产生中毒反应，极易导致癫痫发作、心跳加快、神经系统兴奋甚至死亡等问题。这使得在治疗期间密切监测茶碱水平至关重要。针对此问题，日本芝浦工业大学研究人员开发了一种用于快速检测茶碱的低成本电化学传感器，该创新性研究成果已发表于Molecules期刊。Yoshimi教授（论文通讯作者）表示：“传统的药物监测依赖于医院外的实验室来分析血液中药物的分子水平。我们的纸基电化学传感器可以在3秒内直接从牛全血中轻松检测出茶碱，就像葡萄糖传感器一样。”

化疗等治疗需要严格控制患者血液中的药物浓度，以防止发生严重的副作用，因此血药浓度监测对于优化治疗效果至关重要。然而，目前大多数监测技术通常非常耗时且流程复杂，只能由特定专家执行，茶碱的检测方法也是如此。

为了解决相应问题，近年来，研究人员开发了多种低成本的电化学检测方法，这些方法不仅简单、快速且灵敏度高。基于分子印迹聚合物（MIP）的电化学传感器正是近期广泛被采用的方法之一。这些分子印迹聚合物具有量身定制的分子腔，可以像人体内自身的受体一样，识别并结合特定的目标分子，因此被广泛用于药物检测等领域。

在该项研究中，研究人员开发了一种一次性纸基电化学传感器，由石墨分子印迹电极组成。由于分子印迹聚合物是使用目标分子作为模板设计的，研究人员在开发传感器的石墨基电极浆料时，使用茶碱作为模板，并将合成的浆料附在传感器芯片上，以验证其茶碱检测能力。

一次性纸基电化学传感器的制备方法

研究发现该传感器对茶碱高度敏感（可以检测微量茶碱），并且对药物表现出非常高的选择性。即使在茶碱浓度低至2.5μg/mL的样品中，该传感器也可以识别茶碱。更关键的是，响应时间只需要3秒。

该传感器具有便携性、低成本、高可靠性、响应快速，以及长期稳定性等特点，无需先进设备即能实时检测茶碱等药物。此外，该研究提出的制备方法还可用于开发其它面向临床干预的高效电化学传感器。助理教授Aaryashree（论文第一作者）总结道：“现有的血液中药物分析方法费用昂贵，且需要专用设备。对于缺乏医疗资源和技术人员的发展中国家来说可能是个负担。我们开发的纸基电化学传感器不仅易于使用且成本低廉，可以减轻发展中国家进行药物分析的财务负担。此外，该传感器的设计原型还可用于开发临床治疗药物监测系统，该系统可对过量用药进行提醒，避免患者过量服用产生副作用。”因此，该项创新性的研究意义重大！

论文信息：https://doi.org/10.3390/molecules27082456

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