針型化學傳感器研制及其在體檢測的應(yīng)用及前景展望

房鈺鑫 郭義 尹飛

摘要 針型化學傳感器是以針狀物（針刺針、不銹鋼針頭、鎢絲、針型塑料和鉑絲等）為基體的一類檢測儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)生命體內(nèi)某些特定化學物質(zhì)的微創(chuàng)、在體和實時監(jiān)測。本文結(jié)合團隊國家中醫(yī)藥管理局科研三級實驗室——醫(yī)用化學傳感器實驗室多年的工作，參考國內(nèi)針型化學傳感器研究，對針型化學傳感器檢測鈣離子、氫離子、氧分壓、多巴胺、5-羥色胺、乙酰膽堿、去甲腎上腺素和腺苷等化學量的基本原理和研究、應(yīng)用進展特別是在中醫(yī)研究中的應(yīng)用進行介紹，以期推動針型化學傳感器的研究，為中醫(yī)針灸研究提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞 化學傳感器;離子型傳感針;氧分壓傳感針;神經(jīng)遞質(zhì)傳感針

Abstract Needle-type chemical sensor is a kind of detection instrument based on needle-like object（acupuncture needle，stainless steel needle，tungsten wire，needle plastic and platinum wire，etc.），which can realize the micro invasive in vivo and real-time monitoring of some specific biochemical substances in animals.Based on the work of iatrochemistry sensor laboratory，the third level scientific research laboratory of the National Administration of Traditional Chinese medicine，and referring to the research of needle sensor in China，this paper introduced the basic principals，research，application progress，especially the applicaton in TCM research of needle-type chemical sensor detecting calcium ion，hydrogen ion，oxygen partial pressure，dopamine，5-hydroxytryptamine，acetylcholine，noradrenaline and adenosine，in the hope of promoting the research of needle type chemical sensor and provide technical support for acupuncture research of traditional Chinese medicine.

Keywords Chemical sensor; Needle type ionic sensor; Needle type oxygen partial pressure sensor; Needle type neurotransmitter sensor

生命體內(nèi)化學物質(zhì)的變化是動態(tài)的，如何在體連續(xù)動態(tài)的檢測有關(guān)化學物質(zhì)在組織中的變化，實時提供化學物質(zhì)變化的信息，是生命科學研究中多年來追求的技術(shù)之一，針型化學傳感器可望實現(xiàn)這一目標。針型化學傳感器是化學傳感器的一個分支，最早出現(xiàn)于1988年，首先用于氫離子的檢測。它是一種基于分子識別原理的以針型導電物體為基體的全固態(tài)針型化學傳感器，檢測性能主要取決于針尖上修飾的敏感膜對待測化學量的識別能力，一般由針型導電物體、敏感膜、鍍金膜和絕緣膜組成，制作過程通常為：針型導電物體表面清潔-敏感膜修飾-高分子功能材料保護膜修飾-針體鍍絕緣膜-消毒-干燥備用。在實際應(yīng)用中，針型化學傳感器能夠檢測并傳感待測化學量在機體組織內(nèi)的實時變化信息，具有輕便小巧、操作簡單、微創(chuàng)、在體深部和實時動態(tài)檢測的優(yōu)點，目前研究者們已經(jīng)研制了多種針型化學傳感器用于鈣離子、鈉離子、鉀離子等多種離子、氧分壓和多巴胺、腺苷等神經(jīng)遞質(zhì)類物質(zhì)的檢測中，并用于中醫(yī)針灸的研究。本文結(jié)合本團隊多年來對針型化學傳感器在針灸領(lǐng)域的探索，對針型化學傳感器的研究進展及相關(guān)應(yīng)用進行總結(jié)和分析，以期對針型化學傳感器的開發(fā)以及針灸的現(xiàn)代化研究提供一些思路與幫助。

1 鈣離子針型化學傳感器

1.1 基本檢測原理 根據(jù)鈣離子選擇性電極的基本原理，以修飾有鈣離子敏感膜的針型化學傳感器（將鈣離子選擇性玻璃或塑料管電極，穿入空心針灸針或注射針頭內(nèi)組成），為工作電極，以飽和甘汞電極或針灸針和注射針頭為參比電極，含有鈣離子的溶液為待測液，三者組成一個雙電極閉合回路，檢測時，針尖上的敏感膜能夠選擇性吸附待測液中的鈣離子，引起傳感器的膜電勢發(fā)生改變，由于膜電勢與敏感鈣離子濃度符合能斯特關(guān)系式，因此根據(jù)膜電勢的變化就可以計算鈣離子的濃度。

1.2 研制及應(yīng)用進展 1991年，李忠華等[1]將聚乙烯空心塑料管制備的多通道內(nèi)管插入用針頭制成的外套管中制備了能同時檢測鈣離子、鉀離子、氫離子和鈉離子的復合離子選擇性電極，該電極已經(jīng)成功用于不同穴位內(nèi)這4種離子的檢測，檢測效果良好，并且該電極的性能測試結(jié)果較滿意。2002年，王章金等[2]以針灸針為基體，分別采用直接浸漬法、直接刷涂法和LB法制備了3種鈣離子針型化學傳感器，比較了這3種成膜對傳感針性能和鈣離子的不同檢測性能，發(fā)現(xiàn)成膜方法會對傳感器的穩(wěn)定性、耐磨性和響應(yīng)時間產(chǎn)生影響，并且不同成膜方法制備的鈣離子針型化學傳感器對鈣離子的檢測能力也有所不同。2004年，夏蓉等[3]以針灸針為基體，采用仿雙層類脂膜（BLM）技術(shù)將所制備的鈣離子敏感膜溶液修飾于針灸針尖端上，研制了一種能夠在體檢測小白鼠大腿肌肉組織中鈣離子濃度的針型化學傳感器。該檢測體系以所制備的針型化學傳感器為工作電極，甘汞電極為參比電極，生理鹽水為電解液。研究發(fā)現(xiàn)，該傳感器能夠響應(yīng)被測鈣離子濃度的水平，具有良好的檢測重現(xiàn)性，但是敏感膜成分和提膜技術(shù)有待進一步優(yōu)化以提高傳感器的性能，并且由于手工成膜，該傳感器存在一定的個體差異。2006年，任霞等[4]以鉑絲為基體，高溫熔封的玻璃毛細管為絕緣膜，將上述二者復合后套入不銹鋼針管中制備基體傳感器，并將該基體傳感器表面進行敏感膜溶液浸入、迅速提取、烘烤等多次重復修飾步驟，從而得到對鈣離子特異性響應(yīng)的針型化學傳感器，實現(xiàn)了不同濃度氯化鈣標準溶液中鈣離子濃度的快速檢測，該傳感器具有良好的選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，適用的pH值范圍為5～8。此外該傳感器體積小，使用的敏感材料安全無毒，有望用于人體內(nèi)鈣離子濃度的檢測。任寧等[5]以自制的鈣離子針型化學傳感器為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，對山羊大腸俞、肝俞和關(guān)元俞這3個針刺穴位和非穴位鈣離子濃度進行比較，發(fā)現(xiàn)這3個穴位鈣離子濃度都明顯高于非穴位，提示了穴位的特異性。2012年，韓沛課題組[6]以針灸針為基體，采用直接浸漬法制備了鈣離子針型化學傳感器，對1 μmol/L至0.1 mol/L濃度范圍的氯化鈣溶液進行檢測，該傳感器表現(xiàn)出較好的檢測性能。此外，該研究團隊指出，敏感膜的厚度與針型化學傳感器的穩(wěn)定性和響應(yīng)時間有密切關(guān)系。

本團隊對鈣離子針型化學傳感器的研究始于上世紀八十年代，郭義等[7]應(yīng)用鈣離子針型化學傳感器首次比較了家兔的8個腧穴及與其對應(yīng)的非穴處鈣離子濃度的差異以及“足陽明胃經(jīng)”“任脈”與其對應(yīng)的非經(jīng)非穴處鈣離子濃度的差異。首次發(fā)現(xiàn)，穴位上的鈣離子濃度與非穴位處比較有統(tǒng)計學意義，經(jīng)絡(luò)上的鈣離子濃度與非經(jīng)非穴處比較也有統(tǒng)計學意義。另外用鈣離子針型化學傳感器檢測到，當臟腑發(fā)生病變時，相應(yīng)的經(jīng)穴處存在鈣離子濃度的變化[8]。而后又用研制的塑料管針型鈣離子傳感器，檢測了人體穴位的鈣離子濃度分布，研究結(jié)果與動物實驗一致[9]。2005年，本團隊[10]研制了鈣離子單管玻璃針型化學傳感器、雙管玻璃針型化學傳感器和單管塑料電極傳感器，用于不同濃度鈣離子的檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這3種電極對鈣離子的檢測性能大致相同，其中，玻璃電極的響應(yīng)速度快，蘸膜后對膜溶液影響不大，但制作復雜，刺入皮膚容易折斷，不適用于人體試驗;塑料電極響應(yīng)速度慢，蘸膜后對膜溶液影響較大，但制作簡單，不易折斷，可用于人體實驗。進一步將塑料電極傳感器用于家兔肌肉中鈣離子濃度變化的檢測，發(fā)現(xiàn)該傳感器能夠靈敏反應(yīng)鈣離子濃度的變化。所研制的塑料電極傳感器雖然有望于用于人體檢測，但膜活性材料的污染問題仍需要進一步解決。

2 pH針型化學傳感器

2.1 基本檢測原理 pH針型化學傳感器，又稱合金型pH傳感針。以修飾氫離子敏感合金的針灸針/鉑絲/鎢絲/不銹鋼針為工作電極，以飽和甘汞電極或Ag/AgCl電極為參比電極，通過敏感合金和氫離子之間的靜電作用和吸附作用對氫離子進行檢測[11]。

2.2 研制及應(yīng)用進展 李統(tǒng)平等[12]于1988年最早成功研制對氫離子具有特異敏感性的合金材料用于制備pH針型化學傳感器。1992年，任恕等[13]將氫離子敏感合金熱鍍于針尖制備針型化學傳感器，用于不同pH值的0.1 mol/L PBS溶液的檢測，檢測線性為pH值4.0～7.8。1993年，孔鄂生等[14]將尖端鍍有對氫離子敏感的特殊金屬膜作為工作電極，與參比電極組合成電化學測量電池。研究發(fā)現(xiàn)，該電池電動勢與被測對象的pH值在一定范圍內(nèi)呈線性相關(guān)。俞鳳蘭等[15]用pH針型化學傳感器研究了人體穴位和非穴位的pH值差異以及同一穴位針刺治療前后pH值的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，半數(shù)以上健康人體穴位pH值低于非穴位，而同一穴位行針后pH值與行針前比較明顯上升，差異均有統(tǒng)計學意義。1995年，沈杰等[16]將某些金屬按一定比例熔合制備化學穩(wěn)定性強、機械強度好的符合在體檢測要求的pH敏感合金材料，將其熱鍍于普通針灸針針尖制備了pH針型化學傳感器，用酸堿滴定實驗證明了該傳感器的有效性，線性范圍為pH值3.0～8.0，此外，該傳感器對一些常見的離子如鈉離子、鉀離子和鈣離子等具有良好的抗干擾能力。杜建中等[17]采用自制的鎢-氧化鎢絲微電極和自改進的飽和甘汞微電極制備出pH針型化學傳感器兩電極系統(tǒng)，對水果的汁液酸度進行檢測，結(jié)果顯示該傳感器受外界因素影響較大。1996年，林昌健等[18]采用自制的IrO2/Pt微探針和Ag/AgCl微參比電極研制了復合型IrO2/Pt pH微型傳感器，能夠原位檢測靠近金屬溶液界面二維方向微區(qū)pH的變化。江琦等[19]介紹了一種以金屬氧化物作為氫離子敏感材料的pH針型化學傳感器，該傳感器可用于針刺前后運動員pH值在體監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)針刺會改變運動員舉重過程中的pH值。2000年，王朝瑾等[20]以聚苯胺修飾的鎢絲作為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極制備pH復合針型化學傳感器并應(yīng)用于河鯽魚肌肉中pH的檢測中，將測得的pH值與商用pH計測量值進行比較，證實了所研制傳感器的可靠性。之后，又以電聚合法制備的聚苯胺修飾鎢絲電極為工作電極，Ag/AgCl針型塑料管為參比電極制備出復合式針型微pH傳感器并用于檢測不同水果的pH值分布。研究發(fā)現(xiàn)，同一個水果不同部位pH值不同，并且腐爛的水果pH值含量更高[21-22]。2002年，劉煥來等[23]以電化學鍍銥的不銹鋼針絲為工作電極，Ag/AgCl不銹鋼注射針頭為參比電極，制備復合金屬/金屬氧化物pH針型化學傳感器，將其用于不同pH值標準緩沖液的檢測，檢測性能較好。之后，將其用于檢測家兔肌肉收縮過程中局部肌肉組織pH變化，結(jié)果表明，該傳感器具有活體檢測的潛力。2011年，周長強等[24]首先在微型不銹鋼針管外表面采用電解法制備了針型Ag/AgCl參比電極，之后與自制的氧化銥修飾的不銹鋼工作電極組裝成針型復合式pH傳感器，并對該電極的pH響應(yīng)范圍、響應(yīng)時間、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性和準確性進行檢測，發(fā)現(xiàn)該傳感器具有較好的檢測性能。2016年，凌茜等[25]將自制的鎢/氧化鎢工作電極和Ag/AgCl參比電極組裝于不銹鋼注射針頭中研制了一種復合式pH針型化學傳感器并應(yīng)用于雪梨不同部位pH值的檢測中。研究發(fā)現(xiàn)雪梨從果皮到果心，pH值逐漸下降，研究者認為這種現(xiàn)象可能與陽光照射量和照射強度相關(guān)。2017年，唐麗娜等[26]將納米技術(shù)引入傳統(tǒng)針型化學傳感器制備中，采用電化學方法將石墨烯和金納米粒子修飾于針灸針的尖端，研制了一種納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)修飾的針型化學傳感器，探討了該傳感器對pH值的檢測性能，發(fā)現(xiàn)未修飾的針灸針和僅用金納米粒子修飾的針灸針對pH值均沒有良好的檢測響應(yīng)，只有加入石墨烯修飾的針灸針才對pH值有較滿意的響應(yīng)。2018年，周錦秀等[27]以無菌針灸針為基體，金納米粒子、二硫化鉬和聚苯胺為敏感材料，制備了pH針型化學傳感器并應(yīng)用于不同pH值PBS緩沖液的檢測、血清pH值檢測和大鼠腦脊液pH值檢測。2019年，丁帆課題組[28]以無菌針灸針為基體，研制了一種聚多巴胺/碳納米管/金納米粒子修飾的pH針型化學傳感器，以該電極為工作電極，鉑電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極，對不同pH值的PBS溶液進行檢測，線性pH值范圍為3.0～9.0，該傳感器對血清中存在的干擾物質(zhì)具有較好的抗干擾能力并且實時pH電位響應(yīng)性能良好。

本團隊最早于1995年開始研制pH針型化學傳感器。苗文方等[29]將經(jīng)特殊工藝處理的鎢絲插入不銹鋼注射針頭中制備pH復合針型化學傳感器，pH值檢測的線性范圍為2.0～11.0，該傳感器能夠滿足在體檢測的要求。之后，將該傳感器用于檢測家兔肌肉收縮過程中的局部肌肉pH值變化，結(jié)果顯示，在肌肉收縮1 min時，氫離子濃度增加明顯，pH值下降，收縮30 min時，pH值約下降0.4～0.5。而后又用此傳感針檢測到家兔心律失常狀態(tài)下，外周心經(jīng)和心包經(jīng)穴位處的pH值濃度存在特異性變化，為阿是穴產(chǎn)生的機制提供了科學依據(jù)[30]。此外本團隊用此傳感針檢測到大鼠腦缺血狀態(tài)下由于乳酸堆積，缺血區(qū)pH值存在變化，而針刺可以緩解乳酸的堆積，保護腦細胞[31]。

3 氧分壓針型化學傳感器

3.1 基本檢測原理 基于極譜檢測原理，以修飾氧敏感材料的毛細玻璃管/注射針頭/針灸針為工作電極，飽和甘汞電極或Ag/AgCl電極為參比電極，構(gòu)成二電極電解電池;或再加上鉑電極作為對電極，構(gòu)成一個三電極傳感器體系。在外加特定極化電壓下，生物體微區(qū)組織液中的溶解氧在工作電極上會發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生還原電流，根據(jù)還原電流與溶解氧濃度的正比關(guān)系，實現(xiàn)對氧濃度的實時動態(tài)檢測[11，32]。

3.2 研制及應(yīng)用進展 氧分壓針型化學傳感器在早期研究較多。1992年，任恕等[13]用自制的氧分壓針型化學傳感器（三電極體系）檢測了大鼠右后腿組織的氧分壓。1993年，孔鄂生等[14]將修飾有敏感材料的針灸針與氧分壓檢測器結(jié)合組成氧分壓測量系統(tǒng)，用于人體某特定微區(qū)氧分壓值的檢測。1994年，許冰等[33]將貴金屬鍍在針灸針的針尖表面制備了氧分壓針型化學傳感器，與參比電極組成氧傳感器檢測系統(tǒng)對大鼠尾巴中氧分壓進行測量。王華等[34]采用氧分壓針型化學傳感器對人體經(jīng)穴深部氧分壓進行了在體檢測，發(fā)現(xiàn)穴位氧分壓低于相應(yīng)的非經(jīng)穴部位，推測此結(jié)果與經(jīng)穴深部組織代謝較為旺盛，耗氧量較大有關(guān)。1995年，孔鄂生等[35]將修飾有敏感膜的針灸針作為工作電極，與參比電極組成雙電極測試系統(tǒng)用于大鼠右后肢肌肉組織的氧分壓測量。1996年，沈安華等[36]將高純金膜鍍在針灸針的針尖表面，制備了一種氧分壓針型化學傳感器，將其用于大鼠大腿肌氧分壓的檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該傳感器能夠較好的應(yīng)用于在體檢測。此外，還用該傳感器檢測了經(jīng)絡(luò)與非經(jīng)絡(luò)組織中的氧分壓，發(fā)現(xiàn)了它們之間的差異規(guī)律，并研究測定了經(jīng)絡(luò)寬度、厚度和深度。2000年，謝遠軍等[37]應(yīng)用氧傳感針檢測了手陽明大腸經(jīng)和手厥陰心包經(jīng)循經(jīng)上組織的氧分壓，發(fā)現(xiàn)正常情況下，循經(jīng)組織氧分壓明顯高于非經(jīng)對照部位，并且，針刺會降低循經(jīng)組織和非經(jīng)對照部位的氧分壓，針刺后循經(jīng)組織氧分壓與針刺前差異有統(tǒng)計學意義，而非經(jīng)對照部位差異無統(tǒng)計學意義。2001年，馮彥博等[38]用氧分壓針型化學傳感器觀察脊髓損傷后脊髓氧分壓的變化，發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后氧分壓會降低，使脊髓組織缺氧嚴重，引起一系列繼發(fā)性損害的病理生理變化，提示早期提高脊髓組織氧分壓的必要性。2002年，許小洋等[39]利用氧分壓針型化學傳感器觀測了督脈循行線上的5個點及與其對應(yīng)的非經(jīng)對照點的氧分壓值，發(fā)現(xiàn)督脈循行線上深部組織中的氧分壓明顯高于其兩側(cè)的非經(jīng)對照部位，實驗結(jié)果初步表明，與經(jīng)脈循行路線相關(guān)的組織能量代謝活動可能較強。許威亞等[40]采用自制的金絲工作電極、Ag/AgCl參比電極，和多通道生物活體氧分析儀組成了氧分壓檢測體系，對高空缺氧模擬環(huán)境中長白兔腹壁血管周隙及其旁開氧分壓的變化情況進行檢測。研究發(fā)現(xiàn)，血管周隙及其旁開的氧會隨外界氧的減少而減少。2005年，陳勝利等[41]將高純度鉑絲固定在玻璃毛細管內(nèi)，再套于不銹鋼管中制備出一種新型的氧分壓針型化學傳感器，并進行氧分壓離體及在體的檢測。結(jié)果表明所制備的傳感器對氧分壓具備較好的檢測性能并且證實了經(jīng)絡(luò)是參與機體的能量轉(zhuǎn)化和信息傳遞的基礎(chǔ)。2006年，任寧等[5]應(yīng)用自制的氧分壓針型化學傳感器對山羊肝俞和后三里及其對應(yīng)非穴位點的氧分壓情況進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)穴位和非穴位處氧分壓在監(jiān)測時間內(nèi)都有下降的趨勢，且穴位下降的幅度低于非穴位。

本團隊在上世紀90年代開展了氧分壓針型化學傳感器的研究。應(yīng)用氧分壓針型化學傳感器研究發(fā)現(xiàn)，人體穴位處的氧分壓和非穴處存在差異，在大鼠腦缺血模型上發(fā)現(xiàn)，針刺可緩解缺血區(qū)的缺血缺氧狀態(tài)，保護腦細胞[42]。2005年，尹飛等[43]以銅質(zhì)漆包線為基體，金為敏感修飾膜制作陰極工作電極，將陰極工作電極和陽極參比電極組裝在一個注射針頭內(nèi)從而制備成復合式針型氧傳感器，并用該傳感器觀察家兔窒息過程中局部肌肉氧分壓的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在缺氧情況下，家兔氧分壓值會降低;恢復供氧時，氧分壓值又會升高。而后進一步采用該傳感器研究比較人體足陽明胃經(jīng)穴位處和其相應(yīng)的非穴位處氧分壓的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，穴位和非穴位的氧分壓差異有統(tǒng)計學意義。此外，左足經(jīng)穴處的氧分壓有低于其對照點非穴處的氧分壓的趨勢，右足經(jīng)穴處的氧分壓趨勢則相反。吳麗平等[44]以不銹鋼注射針為參比電極，將工作電極穿入注射針內(nèi)制備出復合式針型氧傳感器，并測試了該傳感器的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性、響應(yīng)性和使用壽命。之后，將該傳感器用于檢測急性胃損傷后家兔“胃俞”穴處氧分壓變化情況，發(fā)現(xiàn)家兔左側(cè)胃俞穴與旁開點的氧分壓在正常情況下無差異，造模后2、4、6 h可出現(xiàn)明顯的統(tǒng)計學意義，但變化趨勢不同。該傳感器用不銹鋼注射針作為參比電極取代了以往的復合針尖端鍍銀氯化銀膜為參比電極，避免了銀氯化銀膜的脫落及落入生物體內(nèi)造成的不良影響，延長了復合針的使用壽命。2015年，房鈺鑫、郭義等[45]進一步優(yōu)化了氧分壓傳感針的制備方法，提高了其響應(yīng)靈敏度和重復性。

4 神經(jīng)遞質(zhì)針型化學傳感器

4.1 基本檢測原理 根據(jù)神經(jīng)遞質(zhì)在修飾有敏感材料的針型化學傳感器上發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流和濃度的線性關(guān)系實現(xiàn)對神經(jīng)遞質(zhì)的檢測。

4.2 研究及應(yīng)用進展 1996年，林志紅等[46]以不銹鋼針頭為基體，菠菜組織為敏感材料，研制了多巴胺針型化學傳感器，探討了菠菜組織含量、溫度和pH值對多巴胺檢測的影響，進行了離體實驗和在體實驗，研究結(jié)果證實該傳感器對多巴胺具有良好的檢測能力，進一步微型化有望同時實現(xiàn)治療和監(jiān)測的功能。2000年，王智芳等[47]用含有兒茶酚胺氧化酶、香蕉組織和石墨粉制成焦?jié){碳糊敏感材料，以穿入拉制毛細管的銅絲為基體，研制了一種針型化學傳感器對活體大鼠的鉛神經(jīng)毒理進行研究，該傳感器對多巴胺的檢出限可達納摩爾水平，在腦內(nèi)持續(xù)工作時間超過10 h，并且對于多巴胺共存的腦內(nèi)其他活性物質(zhì)具有良好的抗干擾能力。2008年，李黎等[48]將高純度鉑絲穿入拉制的毛細玻璃管之后套入不銹鋼管內(nèi)作為基體針，以殼聚糖為載體，酪氨酸酶為敏感物質(zhì)，Nafion為抗干擾膜，分別采用麥芽糊精修飾和靜電自組裝方法研制了2種多巴胺針型化學傳感器，對這2種傳感器的離體和在體檢測性能均進行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著多巴胺濃度增加，這2種傳感器對多巴胺的響應(yīng)值增加，證實這2種傳感器能夠較好的實時監(jiān)測多巴胺。2017年，何成等[49]以直徑為250 μm的金絲為基體，采用計時電流法在金絲表面電鍍了導電聚合物薄層，之后用點涂法將多巴胺敏感材料修飾于導電聚合物薄層表面，制備了一種多巴胺針狀傳感器。該傳感器對醋酸/醋酸鈉緩沖液中的多巴胺具有特異性響應(yīng)，檢測性能較好。唐麗娜等[26]將金納米粒子和氧化石墨烯電沉積于針灸針尖端研制了金納米粒子/還原氧化石墨烯納米針型化學傳感器并用于PBS溶液和血清中多巴胺的檢測，實驗結(jié)果表明該傳感器對多巴胺具有良好的響應(yīng)性能，提示該傳感器有望用于活體多巴胺檢測中。2019年，郭曜華等[50]將修飾有高質(zhì)量硼摻雜金剛石薄膜的鎢絲穿入毛細玻璃管內(nèi)從而研制了一種多巴胺針狀傳感器，采用差分脈沖伏安法和循環(huán)伏安法對不同濃度的多巴胺進行檢測，檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)該傳感器對多巴胺具有優(yōu)異的電化學響應(yīng)，有望成為電化學在體檢測低濃度多巴胺的有力分析工具。

2016年，李玉桃課題組[51]將修飾有納米材料敏感膜的針灸針直接插入活體實時監(jiān)測足三里穴位的5-羥色胺水平。2017年，何成課題組[49]以金絲為電極主體，分別采用電涂和電聚合方法將導電聚合物固定于金絲表面，之后采用浸漬法將乙酰膽堿敏感膜修飾于導電聚合物薄層上研制了2種針狀電極。而后進一步將點涂法制備的乙酰膽堿針狀電極用于大鼠腦勻漿液中乙酰膽堿的檢測，將電聚合法制備的乙酰膽堿針狀電極用于人工腦脊液中乙酰膽堿的檢測，2個實驗均取得了較滿意的結(jié)果，表明所研制的2種針狀電極具有在體實時監(jiān)測腦內(nèi)乙酰膽堿的潛力。

2019年，丁帆課題組[28]以傳統(tǒng)不銹鋼針為電極基底，將聚多巴胺、金納米粒子和碳納米管修飾于該電極表面制備了一種去甲腎上腺素針型化學傳感器，該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)去甲腎上腺素的靈敏檢測并且抗干擾性能強。而后進一步將該傳感器用于大鼠腦藍斑核去甲腎上腺素的在體實時監(jiān)測，證實α2受體拮抗劑育亨賓給藥后會在一定程度上增強藍斑核處去甲腎上腺素的釋放，β受體激動劑異丙腎上腺素會在一定程度上抑制藍斑核處去甲腎上腺素的釋放。

本團隊長期以來一直致力于神經(jīng)遞質(zhì)微型傳感針的研制和應(yīng)用研究，1994年，本團隊張春煦等[52]將碳纖維穿入注射器針頭內(nèi)，制備了一種同心軸針型化學傳感器，將其用于PBS溶液（pH值7.4）中去甲腎上腺素的檢測，檢測限可達5×10-8 mol/L。并將其用于針刺作用原理的研究，取得了一定的研究結(jié)果。房鈺鑫、郭義等近年來先后研制了2種柔性多電極一體式的微型傳感針，能夠進行在體葡萄糖和腺苷的實時檢測[53-54]?；诖朔N腺苷微型傳感器，研究了大鼠針刺后足三里穴區(qū)腺苷的動態(tài)響應(yīng)及與針效的實時變化規(guī)律。結(jié)果表明在針刺起效的過程中，針刺捻轉(zhuǎn)能夠促進穴區(qū)腺苷含量明顯增多，只針刺不捻轉(zhuǎn)則無明顯變化，這與Goldman N.課題組[55]的研究結(jié)果一致，此外在行針30 min的過程中，穴區(qū)腺苷濃度明顯升高，差異有統(tǒng)計學意義，證實了穴區(qū)腺苷介導了針刺鎮(zhèn)痛的作用。

5 總結(jié)與展望

針型化學傳感器是多學科結(jié)合的產(chǎn)物，針狀外形使用方便、創(chuàng)傷小，能夠真正實現(xiàn)在體、深部、實時檢測特定生命物質(zhì)的作用，特別是在有關(guān)組織內(nèi)的檢測，解決了以往離體檢測的不足，在中醫(yī)針灸的研究方面，有助于動態(tài)研究針刺后某些特定物質(zhì)與針刺效應(yīng)的時效、量效關(guān)系，為深入揭示針刺效應(yīng)的作用機制提供一定的方法學依據(jù)。

目前針型化學傳感器的研究及應(yīng)用已經(jīng)取得一定成果，但距離臨床應(yīng)用還有很長的路要走：首先，手工制作的針型化學傳感器，敏感膜厚度不均勻并且刺入組織時容易脫落，不僅影響信號傳輸能力、穩(wěn)定性和產(chǎn)品合格率，而且落入生物體內(nèi)的敏感膜可能會對機體造成不良影響;其次，針型化學傳感器可測量的參數(shù)雖然越來越多，但是研究的對象主要集中于某些離子和神經(jīng)遞質(zhì)，研究對象不全面。第三，針型化學傳感器的在體測量的響應(yīng)時間還有待于提高。隨著科技水平的發(fā)展，未來針型化學傳感器將克服上述缺點，朝著以下幾個方向發(fā)展：1）智能化和自動化。與計算機技術(shù)和納米技術(shù)結(jié)合，機器制備的敏感膜更加牢固，檢測精度高、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品合格率高，具有實時監(jiān)控、自動采樣、數(shù)據(jù)處理與保存和病例查詢功能;2）微型化。新技術(shù)和新工藝將使針型化學傳感器進一步微型化，有望徹底實現(xiàn)無創(chuàng)檢測;3）多參數(shù)。同時檢測并準確反映多種生物活性物質(zhì)在生物體中的動態(tài)變化和變化規(guī)律。隨著交叉學科逐漸受到重視，未來針型化學傳感器必將發(fā)展得越來越快，最終實現(xiàn)臨床應(yīng)用和商品化，帶來巨大的社會效益并帶動人體科學研究和中醫(yī)學的發(fā)展。

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（2020-03-10收稿 責任編輯：王明）