摘要：本文介绍了用于检测多种生化参数的手持式多通道微系统的研制过程。该系统通过使用具有不同参数的薄膜电极传感器，可以测量多种生化参数。本文还介绍了利用薄膜电极传感器对其它多种生化参数（酮体、胆固醇、血红素、肌酸激酶等）进行的响应特性研究，并对传感器的响应线性范围、相关系数和精密度进行了详述。

      一、引言

      目前随着人民生活水平的提高，对医疗保健的需求也越来越高，医疗保健正逐渐社区化、家庭化。然而目前的情况是，一方面，大多生化参数的测量仍然需要在大型医院内进行，需要大型的生化分析仪器以及专业的操作人员，测试过程复杂，成本高，不便于社区医疗保健、家庭和个人使用。另一方面，虽然已经有一些便携式产品问世并进入市场，但大都是针对单一生化参数的检测，如血糖仪、乳酸仪等，多参数血液生化检测仪仍然为数不多。

      针对这种情况，我们研制了一种可用于检测多种生化参数的手持式多通道生化检测微系统（图1）。这套系统是在单参数仪表硬件电路的基础之上，添加具有多参数测量功能的传感器和显示屏，通过编制多通道测量监控软件，在不增加太多成本的情况下研制成功的。该微系统与传统的大型生化分析仪相比，具有无可比拟的优点：无需进行标记、不需处理测试样品、功耗低、需要的样品量更少、检测快速（只要1-2分钟）、操作简单、易实现检测自动化等。与单一功能的系列化参数检测仪相比，则功能更全面、性价比更高[3]。

      基于生物酶催化反应原理的电极型传感器是目前国内外关于生化传感器研究的热点之一，它们在医学领域具有广泛的应用前景[1,2]。我们在上述手持式多通道生化检测微系统采用的传感器，即为薄膜电极结合各种敏感材料制成的，可用于检测多种生化参数，并能批量加工，有效地降低了成本，达到一次性使用的目的，且避免了交叉感染。

      二、制作过程

      1、传感器的制备

      手持式多通道生化检测微系统所采用的传感器为使用了薄膜技术的两电极传感器（结构如图2所示），其制作过程如下：

      （1）以塑料作为电极衬底，在其上做出电极图形，再溅射NiCr/Au（10nm/100nm）形成薄膜基础电极，然后在基础电极上加隔离层和敏感试剂材料，干燥后通过加覆盖层形成容积小于3μl的毛细管取样沟道。目前大面积制备基础金电极工艺技术已经攻克，可在实验室批量加工该类传感器电极，如图3为制成的产品照片。

      2、检测系统的设计及测试原理

      手持式多通道生化检测微系统主要由以下部分组成：酶电极电流信号检测单元[4]、信号滤波放大单元、A/D转换单元、信号处理单元MPU、测量结果显示单元以及其它辅助电路。检测仪原理框图如图4所示。

      测量时，首先利用电化学电流方法，在酶电极的反应区域滴加待测试样，待测成分与电极上的酶试剂发生化学反应产生电流信号，该信号大小与待测成分浓度大小成正比关系，由检测仪获取该信号并按一定的算法处理，得出被测物质浓度的大小，并由显示屏显示检测结果。

      三、结果与讨论

      1、手持式多通道生化检测微系统检测葡萄糖和乳酸浓度

      首先制备葡萄糖和乳酸传感器电极，待测溶液由葡萄糖（或乳酸钠）和0.01mol/l、pH值为7.4的PBS缓冲溶液配制而成。利用美国CHI660电化学工作站进行测试，得出酶电极电流信号与葡萄糖溶液浓度的标定曲线关系式为y=0.846x-5.67，采样时间为15s；与乳酸溶液浓度的关系曲线为y=0.643x-4.705,采样时间为25s。其中，x为电流（μΑ），y为测得的葡萄糖或乳酸浓度（mol/l）。

      将两种标定曲线和相应采样时间分别写入手持式生化检测微系统，利用微系统对葡萄糖和乳酸进行了示范性检测，图5为仪表测量值和测量溶液葡萄糖（图5a）、乳酸（图5b）浓度值溶液的关系曲线。其中对每个浓度的溶液均测量了三次，相关系数分别为0.9895、0.9877。

      2、传感器对多种生化参数响应特性的测试

      在试验中，我们利用CHI660电化学工作站对各种生化参数传感器进行了检测，图6为不同浓度血红素的电流响应曲线，曲线1~9分别对应10mmol/l、20mmol/l、50mmol/l、100mmol/l、200mmol/l、500mmol/l、1000mmol/l、2000mmol/l、3000mmol/l。由曲线看出电流信号在加样后快速达到峰值并渐渐趋于稳定；若将采样时间定为90s，则在测量值为10mmol/l~3mmol/l的范围内可获得线性相关系数为0.995的电流响应和浓度线性关系曲线。

      表1为利用CHI660电化学工作站获得的对多种生化参数（葡萄糖Glucose、乳酸Lactate、酮体b-Hydroxybutyrate、胆固醇Cholesterol、血红素Hemoglobin、肌酸激酶Creatinekinase）测试的基本响应特性汇总表[6]。由表看出，对多种生物分子生物，如葡萄糖、乳酸、酮体、胆固醇、血红素标准溶液检测范围覆盖了临床检测范围，但对于胆固醇和血红素全血检测待进一步进行，对肌酸激酶大分子的检测复杂、需要时间较长，有待进一步研发。

      四、结论与展望

      我们成功的采用薄膜电极电化学生物传感器进行了多种生化参数的检测，并利用生化检测微系统进行了多参数的示范检测。试验证明：该传感器不但选择性高、分析速度快、操作简单（也适合非专业人员使用），且有能批量生产、成本低、功耗低等优点。该类传感器及其检测仪的发展趋势是小型化、数字化和具有高可靠性，其将在生化信息检测、疾病的诊断和体育领域发挥重要作用，并会替代现有常规的实验室大型生化分析仪器提供基础和技术支撑，是未来介于信息和生物技术之间的新增长点.