电化学生物传感器构建及在生物医药分析中的应用

电化学生物传感器构建及在生物医药分析中的应用

林丽清将周倩蔡小辉刘宗恩

福建医科大学药学院350004

【摘要】电化学生物传感器是电化学与分子生物学的交叉学科，因灵敏、快速、易于操作和微型化等优点在生物分析中受到广泛关注，成为生命科学研究的热门。本文将介绍电化学生物传感器结构与工作原理、纳米材料在生物传感器中的应用等，并对电化学传感器在医药领域的相关应用进行阐述。【关键词】电化学生物传感器；纳米；检测；医药应用【中图分类号】R9【文献标志码】A生物传感技术是融电化学、生物学、物理学、医学、信息科学

及相关技术于一体，是现代科技发展中一种先进的监控与检测技术。1967年，UPdike和Hicks将葡萄糖氧化酶固定在电极表面，研制出第一支葡萄糖生物传感器，实现了生物组织和溶液中葡萄糖的测定[1]，这一成果开创了生物传感器的新纪元。近年来，随着生物传感器基础理论及应用研究的不断深入，生物传感器与纳米技术、光电子学、微细加工技术及微电子学等新技术、新学科的结合，呈现出自动化、集成化、微型化和实用化等发展趋势，不断扩大应用领域。各种类型的生物传感器被开发出来，并用于实际检测。生物传感器已发展成为一个独立的新兴领域，在生物医学、生物工程等领域得到了广泛应用[2]。

一、电化学生物传感器的结构与工作原理

传感器是按一定规律转换成可测信号的特殊装置，而电化学生物传感器是是以固定化生物敏感材料作为生物敏感基元，与物理或化学换能器及信号放大装置结合组成的一种传感器[3-4]。它通过各种信号转换器捕捉特定目标物与敏感基元之间的反应，将反应的程度用信号表达出来，从而获得被测物质的浓度。传感器的结构由两部分组成，其一是生物分子识别元件，是指将具有催化活性或亲和作用的生物敏感材料固定在电极表面形成生物敏感膜，该敏感膜能够专一识别溶液中各种特定待测物质，与之作用并发生物理、化学或生物化学变化;其二是能把生物活性表达的信号转换为可定量的电、声、光等信号的物理或化学换能器，将两者结合，利用现代微电子和自动化仪表技术对信号进行再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置和仪器[5]。

电化学生物传感器的工作原理是传感器的生物敏感膜与复杂样品中的特定目标分析物之间(如酶与底物、抗体与抗原、核酸与互补链等)的识别反应会产生一些物理信号的变化，这些信号的变化经特定仪器放大后加以显示或记录[6]。一定范围内的响应信号与待测物质的浓度成线性关系，从而达到定量检测特定目标分析物含量的目的。

二、纳米材料在电化学生物传感器中的应用

自1991年碳纳米管首次被报道以来，成为研究最多的纳米材料[7]。碳纳米管可通过非共价吸附或共价键和的方式组装生物分子，用于电化学生物传感器的构建[8-9]。2004年，两位英国利学家发现了一种新的碳纳米材料———石墨烯，是一种有碳原子以sp2杂化而成的平面薄膜，它是只有一个碳原子厚度的二维纳米材料[10]。石墨烯作为二维的碳纳米材料，具有良好的导电性能和大的比表面积。由于石墨烯独特的导电、导热和机械性能，已经在很多领域引起了广泛的研究[11-12]。而氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，其表面含有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、环氧基等含氧基团，所以氧化石墨烯具有良好的水溶性和生物相容性，可以用作固定不同生物分子的基底。如李根喜科研团队利用ssDNA与石墨烯之间的非共价相互作用[13]，调节电极表面石墨烯与氧化还原探针的电子转移，从而达到高灵敏高选择性检测DNA的目的。纳米材料因其在电学性能、光学性能、力学性能和磁学性能等方面表现出独特性能，在生物传感器得以广泛应用。

三、电化学生物传感器的应用

电化学生物传感器因其具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等特点，逐步成为当前科学研究中普遍使用的检测方法之一。近年来，主要在医药领域及食品分析领域得以应用。其中，电化学生物传感器在生物医学、药学等领域有着重要应用价值。DNA传感器可用于基因遗传病的快速诊断，由于大多数遗传性疾病是由于核苷酸碱基序列错配引起，可通过检测DNA序列从而达

到诊断遗传性疾病的目的[14]。生物传感器还可以用于一些DNA结合药物的检测以及新型药物分子的设计。了解DNA与药物作用前后的的响应，研究其作用机理，有效进行药物定量和药物筛选工作，同时也能够更好研究DNA与其他生物或外源分子的相互作用[15]。为今后研究某些药物与DNA的相互作用机理及建立简便的药物筛选方法作探索性的工作。

本课题组一直从事功能纳米材料的制备、电化学生物传感器的构建及用于临床肿瘤基因检测等，先后开展了纳米生物传感器检测慢性粒细胞白血病BCR/ABL融合基因、急性早幼粒细胞白血病PML-RARα融合基因、胰腺癌K-ras突变基因等研究工作，取得了一系列令人满意的成果[16-18]。电化学传感器作为一种新型的生物传感器，因其简单、灵敏度高、选择性好、快速、便宜的特点，为疾病的早期诊断、预后评估及药物筛选提供一种新的、可推广的检测和筛选技术，在生物医药分析领域将广泛应用。参考文献：

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··4临床医药文献杂志（电子版）

腹腔神经丛毁损术治疗顽固性上腹部脏器晚期癌痛

郭勇王达建

河南省邓州市中心医院

474150

【摘要】本文通过观察CT引导下乙醇毁损腹腔神经丛，治疗顽固性上腹部癌痛的效果及并发症发生率，进而得出结论：CT引导下乙醇毁损腹腔神经丛治疗顽固性上腹部癌痛，疗效确切，安全可靠。【关键词】上腹部脏器晚期癌痛；无水乙醇；腹腔神经丛毁损【中图分类号】R730.5【文献标志码】A上腹部脏器肿瘤，发展到晚期，引起顽固性疼痛，一般治疗

效果不佳，应用三阶梯治疗方案止痛，可获较好的治疗效果，但仍有一部分患者无效，处于极度痛苦之中，迫切要求寻找一种安全、有效的治疗方法，2006~2013年，我院麻醉科选择应用三阶梯治疗方案无效，行腹腔神经丛阻滞，可获良好、短暂的除痛效果的患者40例，在CT引导下行腹腔神经丛无水乙醇毁损，取得了长期良好的治疗效果，现报告如下。

一、资料与方法

（一）研究对象40例上腹部脏器晚期癌痛患者，男性22例，女性18例，年龄35～63岁，其中胰腺癌19例，肝癌15例，胃6例。40例患者均确诊为上腹部脏器肿瘤。口述描绘4级评分法(VRS)3级，口服非甾体类消炎镇痛药、阿片类镇痛药、三阶梯治疗方案治疗均无效，而行腹腔神经丛阻滞，获良好、短暂的除痛效果。而选择CT引导下行无水乙醇腹腔神经丛毁损治疗。

（二）治疗前准备所有患者，均查血常规、尿常规，出凝血试验，肝功能、肾功能、血脂，心电，腰椎CT，腰椎DR，腰椎MR。排除腰背部感染、凝血功能异常，严重心、肝、肾功能障碍，L1椎体两侧有巨大性转移瘤等疾患。停用镇痛药12h，对患者及家属讲明治疗方法及可能发生的意外和风险，取得患者的配合，并签署知情同意书。治疗前30min静脉点滴抗生素。用平车将患者推进CT扫描间，联接心电监测仪、生命体征监测仪、血氧饱和度监测仪，开放两条静脉输液，维持生命体征平稳。

（三）治疗方法患者俯卧于CT扫描床上，行T12～L1椎体区域薄层扫描（层厚0.3mm），在CT显示器上确认L1椎体、主动脉、隔角、脚后间隙、主动脉、动脉裂孔、角前间隙、腹腔及腹膜后器官位置。在显示器上选择显示动脉裂孔层面的下一层面，为穿刺层面，在该层面上设计皮肤穿刺点、穿刺靶点及穿刺入路。设计穿刺入路时，尽量避开大血管及腹腔脏器。皮肤穿刺点、L1椎体外侧缘、穿刺靶点三点一线。用CT测量软件测出穿刺点至棘突中线距离、皮肤穿刺点至靶点的距离，进针角度。再利用CT激光定位设置，在患者腰部标出皮肤穿刺点，常规皮肤消毒、铺巾，局麻下持22G麻醉穿刺针，针体上套一进针深度标志，按照设计的穿刺点垂直快速刺入皮肤，再按照设计的进针角度缓慢进针。穿刺针经皮肤→皮下→竖脊肌→腰大肌→L1椎体侧缘→隔脚依次刺入脚后间隙。当进针深度标志接触皮肤时停止进针，行穿刺区域CT扫描，CT扫描显示，穿刺针尖经椎体侧前缘，进入脚后间隙内，拔除针芯接注射器，回抽无血、注气无阻力，注入2%利多卡因4ml+复方泛影葡胺液1ml混合液，再次行穿刺区域CT扫描，CT扫描显示，造影剂大部分分布于脚后间隙，少部分经动脉裂孔进入脚前间隙，分布于主动脉周围，注药后5min，患者上腹部疼痛消失，血压轻度下降，无运动麻痹及感觉障碍。证明穿刺针尖位置正确，经穿刺针注入99.7%无水乙醇8~10ml，退出穿刺针，当穿刺针退至肌层时接含有5ml1%利多卡因的注射器，边退针边注药。穿刺针退出后，观察生命体征平稳，将患者移至病床，俯卧1h后改仰卧休息24h。二、结果

（一）治疗效果参照口述描绘4级评分法(VRS)评分。0级无痛。1级：有疼痛，但可以忍受，能正常生活，睡眠不受干扰。2级：疼痛明显，不能忍受，要求服用止痛剂，睡眠受到干扰。3级：疼痛剧烈，不能忍受，需要止痛剂，睡眠受到严重干扰，可伴有植物神经混乱或被动体征。对40例患者于治疗后，1h、6h、12h、18h、24h、2d、3d、4d、5d、6d进行临床观察。按照VRS进行分级，评估疼痛缓解程度，结果0级28例，1级5例，2级4例，3级3例，有效率92.5%，优良率85%。40例患者经随1-3个月的随访，第1个月随访到患者31例，有效率90.3%，优良率83.9%,第2个月随访到患者23例，有效率91.3%，优良率82.6%,第3个月随访到患者11例，有效率90.9%，优良率81.8%。多数患者在毁损后3个月内死亡，死亡患者中，除了合并其他脏器肿痛转移外，所有患者临终前均仍未出现不能忍受的疼痛。

（二）并发症本组治疗患者40例，一般并发症共21例，发生率52.5%。1例背部烧灼疼患者、2例腹部烧灼疼患者、4例腹泻患者于72h内症状消失，其他并发症患者，均经对症处理后于3h内恢复正常。无1例发生严重并发症。

三、讨论

（一）乙醇毁损腹腔神经丛治疗上腹部癌痛机制上腹内脏痛觉通路在腹腔丛，后者位于腹腔后腹主动脉前方围绕腹腔干和肠系膜根部，位于T12～L1之间水平，一旦该神经丛遭到破坏，脏器的痛觉传入通路就会中断，顽固性腹部疼痛症状就会消失。乙醇可使神经元和神经纤维变性、脱髓鞘，丧失正常传导功能，局部注射可有效解除上腹部疼痛［1］。

（二）CT引导下行腹腔毁损的评价行腹腔毁损的疗效，取决于腹腔神经丛有效的破坏，即与穿刺尖的位置正确与否有关，与乙醇弥散的范围和乙醇的浓度、剂量有关。该治疗穿刺的靶位准确性要求较高，针尖必须穿刺到脚间隙内，注入的药液必须经动脉裂孔扩散到腹腔干的位置，同时对周围的血管脏器又无损伤，故难度较大。要确保穿刺针尖位置。第一，CT薄层扫描，精心设计，谨慎操作，确认穿刺尖位于最佳位置；第二，局麻药与造影剂的注入，是确认药液扩散范围与镇痛效果的前提，同时可观察到穿刺针尖周围血管与脏器损伤与否。第三，穿刺针尖到靶点后要固定针尾和针体，防止针尖移动，损伤周边的血管和脏器，再者严防针尖离开靶点疗效欠佳。第四，乙醇的注入量。资料显示，目前常用毁损的浓度为50%～95%，用量10～40ml［2］，低密度的乙醇使神经组织发生坏死、变性的程度较轻，用量较大，易形成较大范围的弥散，维持时间较短。高浓度的乙醇使神经组织发生坏死、变性的程度较重，用量较小，易形成较小范围的弥散，维持时间较长。腹腔神经丛周边重要脏器多，若较大范围的弥散可能会引起较多的不良反应和并发症，本研究穿刺针尖确认达靶后注入8~10ml无水乙醇即可获得100%的治疗效果。经3个月的随访，仍有较好的除痛效果。故针尖的最佳位置很重要。注入乙醇的浓度与剂量同样重要。

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