一种用于非酶法乳酸测定的即时检测平台

《Talanta》：A point-of-care testing platform for non-enzymatic lactate determination

基于光催化还原的非酶促乳酸快速检测POCT平台开发

　　

Kamil STRZELAK | Justyna G?OWACKA-GUDANEK | Iwona PI?TKA | Agnieszka WI?NIEWSKA | Olga CIEPIELA

华沙大学化学系，波兰华沙

摘要

乳酸是一种关键的代谢指标，在诊断和治疗监测中起着至关重要的作用。目前的乳酸分析通常依赖于酶法，这些方法既用于临床分析仪，也用于即时检测（POCT）设备。尽管这些酶法具有选择性和灵敏度，但它们存在一些局限性，如成本较高、使用寿命较短以及稳定性较差，尤其是对POCT应用的影响较大。本研究介绍了一种新型的POCT乳酸测定平台，采用非酶法进行检测。该分析系统基于铁(III)-乳酸复合物的光还原反应，随后利用Ferrozine检测生成的铁(II)。系统的微型化主要通过两项创新实现：首先，整个分析过程在直径为6毫米的反应盘上进行，这些反应盘由纤维素和玻璃微纤维滤膜制成，便于储存和处理，并且试剂和样品消耗量极低（仅几微升）；其次，光电光度系统结合了RGB LED光源和光电二极管检测器，可以同时实现光还原（使用蓝光）和Fe(II)-Ferrozine复合物的检测（使用绿光）。该POCT平台能够在50秒内快速测定脑脊液中的乳酸浓度，且分析参数支持样品稀释至最高100倍。

章节摘录

引言

在过去40年中，人们对乳酸在人体代谢中的作用有了显著的认识。乳酸分子于1780年由Karl Wilhelm Scheele在酸牛奶中发现，其存在于血液中的事实则由Johann Joseph Scherer和Carl Folwarczny在19世纪中叶证实[1]。从那时起到20世纪80年代，乳酸一直被视为代谢过程中的一个无足轻重的副产物，常被认为对人体有害。然而，这种看法已经发生了改变。

化学试剂

L-乳酸钠（商品编号71718）、Ferrozine（商品编号82950）、六水合氯化铁（商品编号31232）和低分子量壳聚糖（商品编号448869）均购自德国Merck公司。在整个研究过程中，Ferrozine溶液是在醋酸缓冲液（0.1 mol L^-1，pH = 4.5）中配制的。其他分析级试剂购自波兰Avantor Performance公司。所有实验均使用二次蒸馏水。

POCT平台分析性能评估

在评估这种用于脑脊液样品中非酶法乳酸测定的POCT平台之前，首先需要研究各种因素对测试结果的影响，并确定最佳测量条件。在本研究中，反应盘设计和光照强度等因素并未经过系统优化。光催化反应区域尺寸的选择主要是为了确保能够完全覆盖反应区域。

结论

本研究介绍了一种新型的、简化的非酶法乳酸测定POCT平台。该分析系统的微型化主要体现在两个方面：首先，系统使用单个RGB LED作为光源，可在不到一分钟的时间内完成背景信号检测、光还原反应及分析信号检测等全部步骤；换句话说，可以在同一过程中同时进行差分测量和光还原反应。

CRediT作者贡献声明

Agnieszka WI?NIEWSKA：撰写、审稿与编辑、验证、资料准备。 Olga CIEPIELA：撰写、审稿与编辑、验证、资料准备。 Justyna G?OWACKA-GUDANEK：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件应用、实验设计、数据分析、数据管理。 Iwona PI?TKA：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件应用、实验设计、数据分析、数据管理。 Kamil Strzelak：撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了波兰国家科学中心（项目编号NCN Opus 2019/33/B/NZ9/00921）的财政支持。