Biosens Bioelectron：用于黄疸现场诊断与核黄疸预防的低成本传感器Bilisense

     新生儿黄疸极为常见，超过80%的新生儿会出现不同程度的胆红素（BR）升高，其中8%–11%可发展为临床高胆红素血症。若未及时干预，游离胆红素可透过血脑屏障引发核黄疸，造成不可逆的神经损伤。目前标准检测依赖血清分光光度法，需采血、离心、加试剂及大型仪器，难以在资源匮乏地区或家庭场景中开展；经皮测量虽无创，但受肤色影响，且无法区分胆红素的不同生理形式（游离、结合及白蛋白结合态）。针对这一痛点，研究团队开发了一种基于激光诱导石墨烯（LIG）电极和微流控通道的低成本电化学传感器（Bilisense)。其检测机理为：胆红素在LIG电极表面发生直接电化学氧化，于约0.480 V产生氧化峰，峰电流与浓度成正比。微流控通道将血样分流至两个传感区，一区裸电极直接检测游离及结合胆红素（直接胆红素），另一区预浸咖啡因苯甲酸钠（NaCB）以释放白蛋白结合的δ-胆红素，所得信号对应总血清胆红素（TSB），二者差值即为间接胆红素。该设计旨在实现直接、间接及总血清胆红素的现场快速区分与定量，为新生儿黄疸筛查和核黄疸预防提供可及的技术手段。

• 首次实现即时检测中胆红素形态区分：通过双传感区微流控设计，一区裸电极直接检测游离与结合胆红素，另一区利用 NaCB 释放白蛋白结合胆红素后检测总胆红素，二者差值即为间接胆红素，为黄疸病因鉴别提供了关键信息。

• 低成本 LIG 电极与无泵微流控集成：采用激光诱导石墨烯（LIG）免掩模制备高表面积柔性电极，结合无泵玻璃纤维微流控通道，器件成本仅约1.68美元，检测时间约2分钟，样本量160 μL。电极在4周储存期内信号稳定，满足即时检测对低成本、易储运的核心要求。

• 临床相关性能与与抗干扰能力：在未稀释人血清中，150和250 μmol/L加标回收率分别为119%和104%，满足FDA允许的20%误差要求；尿酸、抗坏血酸、葡萄糖及NaCB等常见干扰物对0.480 V处胆红素氧化峰无明显影响，展现出良好的复杂基质适用性。

图1.  研究动机与设备概览：（A）胆红素由血红素分解产生，经肝脏结合后排出；新生儿肝功能不成熟，胆红素易升高。（B、C）疑似高胆红素血症婴儿需每24小时采血监测，昂贵、痛苦且耗时。（D）Bilisense 为低样本量、经济型即时检测传感器，可快速电化学检测胆红素与总血清胆红素。

图2. Bilisense 制造流程：（A）从粘性PI胶带切割激光保护掩模。（B）用计算机控制刀片从玻璃纤维垫切割导流通道。（C）激光雕刻PI薄膜制备LIG。（D）部分微流控通道预浸NaCB。（E）在参比电极上加Ag/AgCl墨并用PI胶带限定面积。（F）三层堆叠组装。（G）插入可重复使用PCB连接恒电位仪。

图3. 激光雕刻参数优化与 LIG 表征：（A–C）优化激光功率、速度和离焦量，以获得高表面积和近1:1氧化还原峰比（n=3）。（D）在铁氰化物/KCl体系中，LIG工作电极、Ag/AgCl参比和Pt对电极在不同扫速下的CV。（E）氧化和还原峰电流对扫速平方根的线性关系。（F）低接触角表明LIG表面亲水。（G）SEM显示LIG高度多孔。（H）EDX表明高碳、低氮氧，证实光热反应。（I）拉曼光谱显示D、G、2D峰，G/2D比值高说明多层无序石墨烯。

图4. 胆红素氧化表征：（A）BR经两步双电子氧化：约0.250 V生成胆绿素，约0.480 V生成红紫素；BR和BRc均出现这两个峰。（B、C）PBS中BR的线性浓度响应。（D、E）PBS中BRc的线性浓度响应。

图5.  选择性与验证：（A、B）集成电极对BR溶液的响应。（C、D）集成电极对BRc溶液的响应。（E、F）加入NaCB改善信号，并从白蛋白释放δ-BR（缓冲液和人血清中）。（G）尿酸、抗坏血酸、葡萄糖和NaCB的SWV，证实对0.480 V处BR氧化峰无干扰。（H、I）PBS和人血清中BR与BRc（80:20）混合物的校准曲线。

图6. 微流控集成验证：（A）人混合血清加标BR后，经Whatman滤纸或玻璃纤维导流，在电极上测SWV。（B）人血清加标BR与不同浓度NaCB混合后SWV峰电流（n=3），确定NaCB/HSA最佳比例。（C、D）完全集成Bilisense（双传感区，一区含NaCB，一区不含）在未稀释人血清中的校准曲线。

图7. 传感器流体学演示：在加入 160 μL 水溶液（添加蓝色染料以提高可见度）后 20 秒，对所有微流控通道进行注液。

     Bilisense 成功实现了胆红素不同生理形式的即时检测区分。该传感器在未稀释人血清中对总胆红素的线性响应范围为100–500 μmol/L，覆盖新生儿光疗及换血治疗的关键阈值；150和250 μmol/L加标回收率分别为119%和104%，满足FDA允许的20%误差要求。器件成本仅约1.68美元，检测时间约2分钟，样本量160 μL，电极在4周内保持稳定。这是目前首个能够在即时检测场景下区分胆红素不同生理形式的传感器，为资源匮乏地区的黄疸筛查和核黄疸预防提供了可行方案。

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