科学家开发无创生物传感器用于早期肾脏疾病检测

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科学家开发无创生物传感器用于早期肾脏疾病检测

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肾脏疾病是一个全球性的健康问题，但检查肌酐水平的传统测试往往忽略了损害的早期迹象。为了解决这个问题，研究人员开发了一种创新的生物传感器，可以检测对称二甲基精氨酸（SDMA），这是蛋白质分解的副产物。该传感器使用特殊肽来测量尿液中的SDMA，准确度高，不需要额外的诊断设备。这种简单、成本效益高的工具能够早期发现肾脏问题，支持及时干预并改善患者预后。

传统上，肾脏健康是通过测量血液肌酐水平来监测的，这表明肌肉衰竭。高肌酐水平表明肾脏不能有效地过滤废物。然而，肌酐水平会受到一个人的肌肉量的影响，只有在肾功能丧失75%以上时，肌酐水平才会显著上升。作为一种替代方案，蛋白质分解的副产品SDMA已经成为肾脏功能更可靠的指标。SDMA在血液中积累，因为它不能被代谢，主要由肾脏排出。测量尿液中的SDMA可以更准确地显示肾脏健康状况。与肌酐不同，SDMA水平即使在轻度肾损害（损失25-40%）时也会升高，并且不受肌肉质量的显著影响。

在最近的一项研究中，由韩国中央大学的JongPilPark教授领导的研究人员引入了一种生物传感器来检测尿液中的SDMA水平。这种非侵入性的方法提供了一种可靠的替代血液检查，允许早期发现和治疗肾脏疾病。这项研究于2024年10月22日在线发布，并将于2025年1月1日发表在《生物传感器与生物电子学》杂志第267卷上。

Park教授说：“由于肾脏疾病的诊断通常很晚，我们的目标是开发一种传感工具，患者或临床医生可以使用它来轻松监测肾脏健康，以便进行有效的治疗，从而实现及时的干预和潜在的长期结果。”

这种生物传感器的核心包括特异性结合SDMA的小的线性肽。这些肽被合成并结合到具有氧化石墨烯（NCL-GO）纳米结构的Ni-Cr层状双氢氧化物表面，并集成到金（Au）电极上。为了设计传感器，研究人员使用了一种称为滴投法的技术。他们用含有NCL-GO的溶液涂覆金电极，并使其干燥，形成稳定的肽功能化电极涂层（称为肽/NCL-GO/Au）。NCL-GO具有独特的二维结构，由Ni-Cr层状双氢氧化物纳米片与导电氧化石墨烯纳米片相互连接组成。这种设置创造了多孔的、连接良好的网络，促进了更好的电荷转移和分子扩散，提高了电导率和电极的表面积。这增强了肽和SDMA之间的相互作用，提高了传感器的检测能力。

而其他SDMA检测方法，如色谱法，提供更高的灵敏度，这种新的电化学生物传感器更容易使用，不需要先进的设备。这使得它在许多情况下更实惠和实用，包括小型诊所、偏远地区和资源较少的地方。它有一个简单的设计，显示快速的结果，使它成为定期健康检查和监测的合适选择。

“该传感器可以促进早期诊断，先进的肾功能监测，并改善全球数百万患者的治疗效果。此外，我们的平台技术具有用于检测其他生物标志物的潜力，使其成为适用于医疗保健各个领域的多功能工具，”Park教授说。