4月27日消息，近日，日本 SIT 的研究人员设计了一种以石墨基分子印迹聚合物为电极的低成本传感器，该芯片可用于检测和监测茶碱水平。

图片来源：日本 SIT 的 Yasuo Yoshimi

茶碱或 THO 是一种天然有机化合物，其分子结构与咖啡和可可中的咖啡因非常相似。多年来，由于其治疗特性，THO 已成为研究最广泛的黄嘌呤类衍生物之一。THO 用于扩张呼吸困难患者的呼吸道，并用作肌肉松弛剂、抗哮喘剂和利尿剂（用于增加尿液产生和降低血压的药物）。另外，它还具有抗炎和抗肿瘤特性，也可以调节我们的免疫反应。

虽然 THO 有利于治疗多种疾病，但该药物的治疗窗非常窄。这意味着如果给药超过一定限度（并且很容易达到该限度），它可能会产生不利影响。意外或故意过量服用可能具有剧毒，并导致癫痫发作、心跳加快、神经系统兴奋甚至死亡等问题。这使得在治疗期间密切监测 THO 水平非常重要。

来自日本芝浦工业大学 (SIT) 的一组研究人员描述了他们如何开发一种低成本且快速的电化学传感器用于 THO 检测。Yasuo Yoshimi 教授（文章的通讯作者）详细阐述了他们的研究动机，

他说：“传统的药物监测依赖于医院外的实验室来分析血液中药物的分子水平。我们的无试剂传感工具可以轻松地在不到 3 秒的时间内直接从全血中检测 THO，就像葡萄糖传感器一样。”

治疗药物监测对于优化化疗等治疗效果至关重要，化疗需要严格控制药物在患者血液中的浓度，以防止出现严重的副作用。然而，大多数监测技术通常很耗时，并且需要只能由专家执行的复杂程序，THO 检测方法也是如此。

为了缓解这些问题，研究人员多年来开发了简单、高灵敏度和快速的低成本电化学方法。其中之一是最近获得发展势头的一类电化学工具，即分子印迹聚合物 (MIP)。这些工具具有量身定制的分子腔，可以识别并结合特定的目标分子，就像我们自己体内的受体一样。他们这样做的能力被广泛用于多种应用，包括药物检测。

在这项研究中，科学家团队开发了一种一次性纸基 THO 传感器，该传感器由一个由分子印迹石墨制成的电极组成。由于 MIP 是使用目标分子作为模板设计的，因此该团队在开发传感器的碳基电极糊剂时使用 THO 作为模板。然后将合成的糊状物加载到印刷的传感器芯片上，并测试其 THO 检测能力。

该传感器被发现是高度敏感的（这意味着它甚至可以检测到少量的 THO）并且对药物表现出很大的选择性。事实上，即使在 THO 浓度低至 2.5 µg/mL（µg=微克，即 1/1000 毫克）的样品中，传感器也可以识别 THO。更重要的是，这款传感器只需 3 秒即可检测到 THO！它甚至可以在全牛血中这样做。

这种便携式、低成本、可靠、快速的传感器具有长期稳定性，可用于实时检测THO等药物，无需我们依赖精密设备。此外，本研究中提供的制造策略可用于开发用于各种其他临床干预的高效电化学传感器。

Aaryashree 助理教授（文章的第一作者）总结道：“现有的血液中药物分析方法价格昂贵，需要专门的设备。这对于缺乏资源和技术人员的发展中国家来说可能是个问题。我们研发的纸质传感器不仅使用方便，而且经济实惠，可以减轻发展中国家药物分析的负担。”