尿液生物传感器新突破：揭示 TMAO、葡萄糖与 UACR 的关联及肾病风险监测新途径

《Analytica Chimica Acta》：Pixel array-based urine biosensor for detection of trimethylamine N-oxide and glucose for early detection of diabetic kidney disease

来自相关研究团队的研究人员为探寻心血管和慢性肾病早期检测方法，开展尿液生物传感器研究，发现 TMAO 与 UACR 的线性关系，有助于慢性肾病风险监测。

　　三甲胺 N - 氧化物（Trimethylamine N-oxide，TMAO）作为心血管疾病和慢性肾病早期检测与预防的关键生物标志物，备受关注。此次研究设计并实施了一种新型基于像素阵列的尿液生物传感器，用于探究尿液中 TMAO 水平、葡萄糖与尿白蛋白肌酐比（UACR）之间的关系。该尿液生物传感器集成了专门的读出电路，能在不同 UACR 范围测量 TMAO。研究发现，在 UACR 达到 1100mg/g 之前，TMAO 与 UACR 呈线性相关，斜率为 8.5mV/mg/g。虽然葡萄糖水平也随 UACR 上升，但当 UACR 超过 30mg/g 时，二者出现显著差异，表明葡萄糖并非始终与 UACR 的增加相关。这款生物传感器灵敏度高达 41 ADC 计数 /μM（4.5mV/μM），响应时间仅 10 秒，重现性达 98%，长时间漂移仅 0.3mV，且仅需 5μL 尿液就能全面分析 TMAO 和葡萄糖。该研究极大地提高了时间效率，为监测糖尿病等慢性肾病风险提供了更快捷便利的方案。

研究中，分析物和干扰物的材料方面，TorA 酶和葡萄糖氧化酶（GO_x）来源于 MyBioSource, Inc.。使用中段尿液直接进行测试，无需纯化。人口统计学中的肾病学和尿液细胞因子数据来自临床报告。在干扰测试中，肌酸和肌酐的浓度分别设定为 1mg/dL 和 50mg/dL，还确定了 TMAO 的定量限（LOQ） 。

在尿液生物传感器的实施和校准程序上，该传感器集成了实验室自主研发的读出电路片上系统（SoC），有四个传感器单元，通过连接器与主印刷电路板（PCB）相连。主 PCB 上的 SoC 芯片负责读取生物传感器的信号，读出芯片包含四个传感单元以及多个功能模块，如低抖动低压差稳压器、双失调消除比较器、10 位逐次逼近寄存器（SAR）型模块等。

总之，该研究利用这款尿液生物传感器，揭示了 TMAO 水平、尿液葡萄糖和 UACR 之间的关联。生物传感器能在较宽的 UACR 值范围内测量 TMAO 浓度，其读取的 TMAO 数据与 UACR 呈线性关系。该研究由林口长庚纪念医院（Lin-kou Chang Gung Memorial Hospital）项目（Grant No. CMRPG3M1331 和 CMRPG3N1111） 以及台湾科技部（TAIWAN MOST）资助（Grant 110 - 2221 - E?182 - 063 和 108 - 2218 - E?182 - 008） 。研究人员感谢太赫兹实验室工作人员在样品制备和测量方面的帮助，且声明无利益冲突。