房鈺鑫 郭義 尹飛

摘要 針型化學(xué)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(cè)儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)生命體內(nèi)某些特定化學(xué)物質(zhì)的微創(chuàng)、在體和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文結(jié)合團(tuán)隊(duì)國(guó)家中醫(yī)藥管理局科研三級(jí)實(shí)驗(yàn)室——醫(yī)用化學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)室多年的工作，參考國(guó)內(nèi)針型化學(xué)傳感器研究，對(duì)針型化學(xué)傳感器檢測(cè)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(xué)量的基本原理和研究、應(yīng)用進(jìn)展特別是在中醫(yī)研究中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，以期推動(dòng)針型化學(xué)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(xué)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(xué)物質(zhì)的變化是動(dòng)態(tài)的，如何在體連續(xù)動(dòng)態(tài)的檢測(cè)有關(guān)化學(xué)物質(zhì)在組織中的變化，實(shí)時(shí)提供化學(xué)物質(zhì)變化的信息，是生命科學(xué)研究中多年來(lái)追求的技術(shù)之一，針型化學(xué)傳感器可望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。針型化學(xué)傳感器是化學(xué)傳感器的一個(gè)分支，最早出現(xiàn)于1988年，首先用于氫離子的檢測(cè)。它是一種基于分子識(shí)別原理的以針型導(dǎo)電物體為基體的全固態(tài)針型化學(xué)傳感器，檢測(cè)性能主要取決于針尖上修飾的敏感膜對(duì)待測(cè)化學(xué)量的識(shí)別能力，一般由針型導(dǎo)電物體、敏感膜、鍍金膜和絕緣膜組成，制作過(guò)程通常為：針型導(dǎo)電物體表面清潔-敏感膜修飾-高分子功能材料保護(hù)膜修飾-針體鍍絕緣膜-消毒-干燥備用。在實(shí)際應(yīng)用中，針型化學(xué)傳感器能夠檢測(cè)并傳感待測(cè)化學(xué)量在機(jī)體組織內(nèi)的實(shí)時(shí)變化信息，具有輕便小巧、操作簡(jiǎn)單、微創(chuàng)、在體深部和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，目前研究者們已經(jīng)研制了多種針型化學(xué)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(cè)中，并用于中醫(yī)針灸的研究。本文結(jié)合本團(tuán)隊(duì)多年來(lái)對(duì)針型化學(xué)傳感器在針灸領(lǐng)域的探索，對(duì)針型化學(xué)傳感器的研究進(jìn)展及相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和分析，以期對(duì)針型化學(xué)傳感器的開(kāi)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(xué)傳感器

1.1 基本檢測(cè)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(xué)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(cè)液，三者組成一個(gè)雙電極閉合回路，檢測(cè)時(shí)，針尖上的敏感膜能夠選擇性吸附待測(cè)液中的鈣離子，引起傳感器的膜電勢(shì)發(fā)生改變，由于膜電勢(shì)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(shì)的變化就可以計(jì)算鈣離子的濃度。

1.2 研制及應(yīng)用進(jìn)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(shí)檢測(cè)鈣離子、鉀離子、氫離子和鈉離子的復(fù)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(cè)，檢測(cè)效果良好，并且該電極的性能測(cè)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(xué)傳感器，比較了這3種成膜對(duì)傳感針性能和鈣離子的不同檢測(cè)性能，發(fā)現(xiàn)成膜方法會(huì)對(duì)傳感器的穩(wěn)定性、耐磨性和響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響，并且不同成膜方法制備的鈣離子針型化學(xué)傳感器對(duì)鈣離子的檢測(cè)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(cè)小白鼠大腿肌肉組織中鈣離子濃度的針型化學(xué)傳感器。該檢測(cè)體系以所制備的針型化學(xué)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(cè)鈣離子濃度的水平，具有良好的檢測(cè)重現(xiàn)性，但是敏感膜成分和提膜技術(shù)有待進(jìn)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(gè)體差異。2006年，任霞等[4]以鉑絲為基體，高溫熔封的玻璃毛細(xì)管為絕緣膜，將上述二者復(fù)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(jìn)行敏感膜溶液浸入、迅速提取、烘烤等多次重復(fù)修飾步驟，從而得到對(duì)鈣離子特異性響應(yīng)的針型化學(xué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了不同濃度氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液中鈣離子濃度的快速檢測(cè)，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(wú)毒，有望用于人體內(nèi)鈣離子濃度的檢測(cè)。任寧等[5]以自制的鈣離子針型化學(xué)傳感器為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，對(duì)山羊大腸俞、肝俞和關(guān)元俞這3個(gè)針刺穴位和非穴位鈣離子濃度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)這3個(gè)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(xué)傳感器，對(duì)1 μmol/L至0.1 mol/L濃度范圍的氯化鈣溶液進(jìn)行檢測(cè)，該傳感器表現(xiàn)出較好的檢測(cè)性能。此外，該研究團(tuán)隊(duì)指出，敏感膜的厚度與針型化學(xué)傳感器的穩(wěn)定性和響應(yīng)時(shí)間有密切關(guān)系。

本團(tuán)隊(duì)對(duì)鈣離子針型化學(xué)傳感器的研究始于上世紀(jì)八十年代，郭義等[7]應(yīng)用鈣離子針型化學(xué)傳感器首次比較了家兔的8個(gè)腧穴及與其對(duì)應(yīng)的非穴處鈣離子濃度的差異以及“足陽(yáng)明胃經(jīng)”“任脈”與其對(duì)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(jì)學(xué)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(jì)學(xué)意義。另外用鈣離子針型化學(xué)傳感器檢測(cè)到，當(dāng)臟腑發(fā)生病變時(shí)，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(cè)了人體穴位的鈣離子濃度分布，研究結(jié)果與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一致[9]。2005年，本團(tuán)隊(duì)[10]研制了鈣離子單管玻璃針型化學(xué)傳感器、雙管玻璃針型化學(xué)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(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這3種電極對(duì)鈣離子的檢測(cè)性能大致相同，其中，玻璃電極的響應(yīng)速度快，蘸膜后對(duì)膜溶液影響不大，但制作復(fù)雜，刺入皮膚容易折斷，不適用于人體試驗(yàn);塑料電極響應(yīng)速度慢，蘸膜后對(duì)膜溶液影響較大，但制作簡(jiǎn)單，不易折斷，可用于人體實(shí)驗(yàn)。進(jìn)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(cè)，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(cè)，但膜活性材料的污染問(wèn)題仍需要進(jìn)一步解決。

2 pH針型化學(xué)傳感器

2.1 基本檢測(cè)原理 pH針型化學(xué)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(guò)敏感合金和氫離子之間的靜電作用和吸附作用對(duì)氫離子進(jìn)行檢測(cè)[11]。

2.2 研制及應(yīng)用進(jìn)展 李統(tǒng)平等[12]于1988年最早成功研制對(duì)氫離子具有特異敏感性的合金材料用于制備pH針型化學(xué)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(xué)傳感器，用于不同pH值的0.1 mol/L PBS溶液的檢測(cè)，檢測(cè)線性為pH值4.0～7.8。1993年，孔鄂生等[14]將尖端鍍有對(duì)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(xué)測(cè)量電池。研究發(fā)現(xiàn)，該電池電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)對(duì)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(xué)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(jì)學(xué)意義。1995年，沈杰等[16]將某些金屬按一定比例熔合制備化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度好的符合在體檢測(cè)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(xué)傳感器，用酸堿滴定實(shí)驗(yàn)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(duì)一些常見(jiàn)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(jìn)的飽和甘汞微電極制備出pH針型化學(xué)傳感器兩電極系統(tǒng)，對(duì)水果的汁液酸度進(jìn)行檢測(cè)，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(fù)合型IrO2/Pt pH微型傳感器，能夠原位檢測(cè)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(xué)傳感器，該傳感器可用于針刺前后運(yùn)動(dòng)員pH值在體監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)針刺會(huì)改變運(yùn)動(dòng)員舉重過(guò)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(fù)合針型化學(xué)傳感器并應(yīng)用于河鯽魚肌肉中pH的檢測(cè)中，將測(cè)得的pH值與商用pH計(jì)測(cè)量值進(jìn)行比較，證實(shí)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(fù)合式針型微pH傳感器并用于檢測(cè)不同水果的pH值分布。研究發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)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(lái)等[23]以電化學(xué)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(fù)合金屬/金屬氧化物pH針型化學(xué)傳感器，將其用于不同pH值標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的檢測(cè)，檢測(cè)性能較好。之后，將其用于檢測(cè)家兔肌肉收縮過(guò)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(cè)的潛力。2011年，周長(zhǎng)強(qiáng)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(fù)合式pH傳感器，并對(duì)該電極的pH響應(yīng)范圍、響應(yīng)時(shí)間、重現(xiàn)性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該傳感器具有較好的檢測(cè)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(fù)合式pH針型化學(xué)傳感器并應(yīng)用于雪梨不同部位pH值的檢測(cè)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(rèn)為這種現(xiàn)象可能與陽(yáng)光照射量和照射強(qiáng)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(xué)傳感器制備中，采用電化學(xué)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(xué)傳感器，探討了該傳感器對(duì)pH值的檢測(cè)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(duì)pH值均沒(méi)有良好的檢測(cè)響應(yīng)，只有加入石墨烯修飾的針灸針才對(duì)pH值有較滿意的響應(yīng)。2018年，周錦秀等[27]以無(wú)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(xué)傳感器并應(yīng)用于不同pH值PBS緩沖液的檢測(cè)、血清pH值檢測(cè)和大鼠腦脊液pH值檢測(cè)。2019年，丁帆課題組[28]以無(wú)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(xué)傳感器，以該電極為工作電極，鉑電極為對(duì)電極，Ag/AgCl電極為參比電極，對(duì)不同pH值的PBS溶液進(jìn)行檢測(cè)，線性pH值范圍為3.0～9.0，該傳感器對(duì)血清中存在的干擾物質(zhì)具有較好的抗干擾能力并且實(shí)時(shí)pH電位響應(yīng)性能良好。

本團(tuán)隊(duì)最早于1995年開(kāi)始研制pH針型化學(xué)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(fù)合針型化學(xué)傳感器，pH值檢測(cè)的線性范圍為2.0～11.0，該傳感器能夠滿足在體檢測(cè)的要求。之后，將該傳感器用于檢測(cè)家兔肌肉收縮過(guò)程中的局部肌肉pH值變化，結(jié)果顯示，在肌肉收縮1 min時(shí)，氫離子濃度增加明顯，pH值下降，收縮30 min時(shí)，pH值約下降0.4～0.5。而后又用此傳感針檢測(cè)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(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)[30]。此外本團(tuán)隊(duì)用此傳感針檢測(cè)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(hù)腦細(xì)胞[31]。

3 氧分壓針型化學(xué)傳感器

3.1 基本檢測(cè)原理 基于極譜檢測(cè)原理，以修飾氧敏感材料的毛細(xì)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(duì)電極，構(gòu)成一個(gè)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(huì)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(shí)現(xiàn)對(duì)氧濃度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)[11，32]。

3.2 研制及應(yīng)用進(jìn)展 氧分壓針型化學(xué)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(xué)傳感器（三電極體系）檢測(cè)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(cè)器結(jié)合組成氧分壓測(cè)量系統(tǒng)，用于人體某特定微區(qū)氧分壓值的檢測(cè)。1994年，許冰等[33]將貴金屬鍍?cè)卺樉尼樀尼樇獗砻嬷苽淞搜醴謮横樞突瘜W(xué)傳感器，與參比電極組成氧傳感器檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)大鼠尾巴中氧分壓進(jìn)行測(cè)量。王華等[34]采用氧分壓針型化學(xué)傳感器對(duì)人體經(jīng)穴深部氧分壓進(jìn)行了在體檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)穴位氧分壓低于相應(yīng)的非經(jīng)穴部位，推測(cè)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(cè)試系統(tǒng)用于大鼠右后肢肌肉組織的氧分壓測(cè)量。1996年，沈安華等[36]將高純金膜鍍?cè)卺樉尼樀尼樇獗砻?，制備了一種氧分壓針型化學(xué)傳感器，將其用于大鼠大腿肌氧分壓的檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該傳感器能夠較好的應(yīng)用于在體檢測(cè)。此外，還用該傳感器檢測(cè)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(cè)定了經(jīng)絡(luò)寬度、厚度和深度。2000年，謝遠(yuǎn)軍等[37]應(yīng)用氧傳感針檢測(cè)了手陽(yáng)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(duì)照部位，并且，針刺會(huì)降低循經(jīng)組織和非經(jīng)對(duì)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(jì)學(xué)意義，而非經(jīng)對(duì)照部位差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2001年，馮彥博等[38]用氧分壓針型化學(xué)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(huì)降低，使脊髓組織缺氧嚴(yán)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(xué)傳感器觀測(cè)了督脈循行線上的5個(gè)點(diǎn)及與其對(duì)應(yīng)的非經(jīng)對(duì)照點(diǎn)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(duì)照部位，實(shí)驗(yàn)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(dòng)可能較強(qiáng)。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(cè)體系，對(duì)高空缺氧模擬環(huán)境中長(zhǎng)白兔腹壁血管周隙及其旁開(kāi)氧分壓的變化情況進(jìn)行檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，血管周隙及其旁開(kāi)的氧會(huì)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(xì)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(xué)傳感器，并進(jìn)行氧分壓離體及在體的檢測(cè)。結(jié)果表明所制備的傳感器對(duì)氧分壓具備較好的檢測(cè)性能并且證實(shí)了經(jīng)絡(luò)是參與機(jī)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(xué)傳感器對(duì)山羊肝俞和后三里及其對(duì)應(yīng)非穴位點(diǎn)的氧分壓情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)穴位和非穴位處氧分壓在監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)都有下降的趨勢(shì)，且穴位下降的幅度低于非穴位。

本團(tuán)隊(duì)在上世紀(jì)90年代開(kāi)展了氧分壓針型化學(xué)傳感器的研究。應(yīng)用氧分壓針型化學(xué)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(hù)腦細(xì)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(yáng)極參比電極組裝在一個(gè)注射針頭內(nèi)從而制備成復(fù)合式針型氧傳感器，并用該傳感器觀察家兔窒息過(guò)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(huì)降低;恢復(fù)供氧時(shí)，氧分壓值又會(huì)升高。而后進(jìn)一步采用該傳感器研究比較人體足陽(yáng)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(jì)學(xué)意義。此外，左足經(jīng)穴處的氧分壓有低于其對(duì)照點(diǎn)非穴處的氧分壓的趨勢(shì)，右足經(jīng)穴處的氧分壓趨勢(shì)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(fù)合式針型氧傳感器，并測(cè)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(cè)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(kāi)點(diǎn)的氧分壓在正常情況下無(wú)差異，造模后2、4、6 h可出現(xiàn)明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但變化趨勢(shì)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(fù)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(zhǎng)了復(fù)合針的使用壽命。2015年，房鈺鑫、郭義等[45]進(jìn)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(fù)性。

4 神經(jīng)遞質(zhì)針型化學(xué)傳感器

4.1 基本檢測(cè)原理 根據(jù)神經(jīng)遞質(zhì)在修飾有敏感材料的針型化學(xué)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(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)的檢測(cè)。

4.2 研究及應(yīng)用進(jìn)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(xué)傳感器，探討了菠菜組織含量、溫度和pH值對(duì)多巴胺檢測(cè)的影響，進(jìn)行了離體實(shí)驗(yàn)和在體實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果證實(shí)該傳感器對(duì)多巴胺具有良好的檢測(cè)能力，進(jìn)一步微型化有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)治療和監(jiān)測(cè)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(xì)管的銅絲為基體，研制了一種針型化學(xué)傳感器對(duì)活體大鼠的鉛神經(jīng)毒理進(jìn)行研究，該傳感器對(duì)多巴胺的檢出限可達(dá)納摩爾水平，在腦內(nèi)持續(xù)工作時(shí)間超過(guò)10 h，并且對(duì)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(xì)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(xué)傳感器，對(duì)這2種傳感器的離體和在體檢測(cè)性能均進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著多巴胺濃度增加，這2種傳感器對(duì)多巴胺的響應(yīng)值增加，證實(shí)這2種傳感器能夠較好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多巴胺。2017年，何成等[49]以直徑為250 μm的金絲為基體，采用計(jì)時(shí)電流法在金絲表面電鍍了導(dǎo)電聚合物薄層，之后用點(diǎn)涂法將多巴胺敏感材料修飾于導(dǎo)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(duì)醋酸/醋酸鈉緩沖液中的多巴胺具有特異性響應(yīng)，檢測(cè)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(xué)傳感器并用于PBS溶液和血清中多巴胺的檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該傳感器對(duì)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(cè)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(xì)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(duì)不同濃度的多巴胺進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)該傳感器對(duì)多巴胺具有優(yōu)異的電化學(xué)響應(yīng)，有望成為電化學(xué)在體檢測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(dǎo)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(dǎo)電聚合物薄層上研制了2種針狀電極。而后進(jìn)一步將點(diǎn)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(cè)，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(cè)，2個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(xué)傳感器，該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)去甲腎上腺素的靈敏檢測(cè)并且抗干擾性能強(qiáng)。而后進(jìn)一步將該傳感器用于大鼠腦藍(lán)斑核去甲腎上腺素的在體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，證實(shí)α2受體拮抗劑育亨賓給藥后會(huì)在一定程度上增強(qiáng)藍(lán)斑核處去甲腎上腺素的釋放，β受體激動(dòng)劑異丙腎上腺素會(huì)在一定程度上抑制藍(lán)斑核處去甲腎上腺素的釋放。

本團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)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(tuán)隊(duì)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(xué)傳感器，將其用于PBS溶液（pH值7.4）中去甲腎上腺素的檢測(cè)，檢測(cè)限可達(dá)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(lái)先后研制了2種柔性多電極一體式的微型傳感針，能夠進(jìn)行在體葡萄糖和腺苷的實(shí)時(shí)檢測(cè)[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(dòng)態(tài)響應(yīng)及與針效的實(shí)時(shí)變化規(guī)律。結(jié)果表明在針刺起效的過(guò)程中，針刺捻轉(zhuǎn)能夠促進(jìn)穴區(qū)腺苷含量明顯增多，只針刺不捻轉(zhuǎn)則無(wú)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(guò)程中，穴區(qū)腺苷濃度明顯升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，證實(shí)了穴區(qū)腺苷介導(dǎo)了針刺鎮(zhèn)痛的作用。

5 總結(jié)與展望

針型化學(xué)傳感器是多學(xué)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(shí)現(xiàn)在體、深部、實(shí)時(shí)檢測(cè)特定生命物質(zhì)的作用，特別是在有關(guān)組織內(nèi)的檢測(cè)，解決了以往離體檢測(cè)的不足，在中醫(yī)針灸的研究方面，有助于動(dòng)態(tài)研究針刺后某些特定物質(zhì)與針刺效應(yīng)的時(shí)效、量效關(guān)系，為深入揭示針刺效應(yīng)的作用機(jī)制提供一定的方法學(xué)依據(jù)。

目前針型化學(xué)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(zhǎng)的路要走：首先，手工制作的針型化學(xué)傳感器，敏感膜厚度不均勻并且刺入組織時(shí)容易脫落，不僅影響信號(hào)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(huì)對(duì)機(jī)體造成不良影響;其次，針型化學(xué)傳感器可測(cè)量的參數(shù)雖然越來(lái)越多，但是研究的對(duì)象主要集中于某些離子和神經(jīng)遞質(zhì)，研究對(duì)象不全面。第三，針型化學(xué)傳感器的在體測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間還有待于提高。隨著科技水平的發(fā)展，未來(lái)針型化學(xué)傳感器將克服上述缺點(diǎn)，朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：1）智能化和自動(dòng)化。與計(jì)算機(jī)技術(shù)和納米技術(shù)結(jié)合，機(jī)器制備的敏感膜更加牢固，檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品合格率高，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)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(xué)傳感器進(jìn)一步微型化，有望徹底實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)檢測(cè);3）多參數(shù)。同時(shí)檢測(cè)并準(zhǔn)確反映多種生物活性物質(zhì)在生物體中的動(dòng)態(tài)變化和變化規(guī)律。隨著交叉學(xué)科逐漸受到重視，未來(lái)針型化學(xué)傳感器必將發(fā)展得越來(lái)越快，最終實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用和商品化，帶來(lái)巨大的社會(huì)效益并帶動(dòng)人體科學(xué)研究和中醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

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（2020-03-10收稿 責(zé)任編輯：王明）