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“二元化一”:分离传感膜实现血液动态监测

血液检验是疾病诊断最主要的手段之一,许多突发性死亡均由特定组分浓度的急剧改变所造成。在临床手术中,呼吸、心跳、血氧等指标均已实现了在线监控,然而,由于血液的凝血特性与易溶血性,现有检验技术难以在线跟踪血液关键指标的动态波动。针对以上难题,近日,南京工业大学金万勤点击查看介绍团队融合膜分离与生物传感技术,设计了一种具有梯度纳米结构的分离传感膜(SepSen),并联合南京大学医学院附属鼓楼医院的马正良团队,成功实现临床术中多种血液指标的动态精准监控。


在血液检验中,血液的自凝性易造成测试元件的污染,同时红细胞离体后因渗透压改变极易破损,造成检测结果的偏差。因此,现有临床血液检测技术大多需要提前对全血离心分离或以一次性试纸模式实现特定组分的定量检测。然而,以上技术均为非在线式且仅能采集离散样本,无法反映一段时间内患者体内血组分的动态波动。

Figure 1. (a) Schematic illustration of the nano-architecture and principle of the separation-sensing (SepSen) membrane and its device configuration. (b) Synthetic approach that couples PPy polymerisation and PB coordination reactions. (c) FESEM images of the separation channel surface, c1, and biosensing channel wall, c2. (d) TEM and mapping images showing the surface morphology of the biosensing channel and the distributions of iron and carbon.


金万勤团队利用限域纳米调控技术,在陶瓷中空纤维表面与孔道内同步梯度生长兼具成膜性及电催化活性的普鲁士蓝/聚吡咯双功能膜层。在外表面,由于反应动力学速率较大,材料的晶间交互生长行为起主导作用,形成具有多孔结构的血液分离膜层;而孔道内,晶体生长被限定在200 nm的受限空间内,其结晶速率降低,趋向于形成规整立方结构晶体,形成高电催化活性的传感膜层。当血液连续抽取时,分离膜层可动态无损截留血细胞及纤维蛋白原,仅让血清进入孔道内;血清中的特定组分在酶、DNA或抗体的识别下产生电信号,并经由孔内纳米立方材料的电催化放大后输出。该分离传感膜可将传统血检中抽血、分离、分析等过程集为一体,时间由30分钟以上缩短为1分钟,实现对血糖、乳酸、谷氨酸、转氨酶及癌标物的高灵敏检测。同时,所开发分离传感膜微型器件,实现了在多种临床手术中血糖及血乳酸的精准动态监测,表现出优异的长时间稳定性。该技术可为临床手术及急救中构建关键血液指标的新型动态监控平台,为膜科学与临床医学的交叉研究提供新的思路。

Figure 2. Clinical performance of the separation–sensing (SepSen) membrane device to patients from a variety of medical scenarios (a) Online recordings of the biosensing current signal (red line) and the dynamic separation rate (blue line) during simultaneous separation and glucose analysis of patient blood. (b) Digital photographic (left) and microscopy (right) images of whole blood (top) and serum (bottom) separated using the device. (c) Separation performance of blood cells, fibrinogen, the vital ions. (d) Glucose and lactate detection by the as-prepared membrane devicein blood samples from five patients in different medical scenarios, and comparisons with hospital assay results.


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章第一作者是南京工业大学储震宇副教授。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

A novel separation–sensing membrane performing precise real‐time serum analysis during blood drawing

Zhenyu Chu, Wei Zhang, Qiannan You, Xiaoyue Yao, Tao Liu, Gongping Liu, Guangru Zhang, Xiaoping Gu, Zhengliang Ma, Wanqin Jin

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202008241


导师介绍

金万勤

https://www.x-mol.com/university/faculty/11665


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