四川大学：科学家开发多路光纤传感器，可连续探测脑脊液中多种生物标志物

【蜂耘网 仪器仪表】这是一个“脑和科学家”的故事。最近，四川大学华西基础医学与法医学院特聘研究员姜楠课题组、联合英国帝国理工学院化学工程系副教授阿里·K. 叶迪森（Ali K. Yetisen）课题组再次完成一项新成果。

此前，双方合作实现了利用光纤进行体液中葡萄糖的光学连续检测。后来，他们考虑能否在开发光纤传感器同时，实现体液中多种标志物的连续检测。在最近的一次研究中，他们利用光学方法，提出一种能够进行多参数测量的脑监测传感器。

该传感器的主要应用场景如下：针对脑创伤疾病的监控和诊断，旨在解决目前临床上难以同时且连续监测多种生理指标并即时诊断等问题。 最直接的应用就是给脑创伤的病人提供治疗监控的方法。其能替代现有的临床诊断监控方法，提供安全、方便、以及多参数的监控，弥补临床现有技术的不足。

同时，该成果还可以延伸到其他生物标志物的识别和监控，也可以延伸到临床中其他疾病、以及其他器官的监控。此外，本次方法还可普及到不同的光纤传感领域，尤其是进行基于光纤的多参数传感领域。

据介绍，脑的多参数监测具备较强的临床应用前景，可解决当下临床在脑监测上难以实现多参数连续监测的弊端。

之所以选择创伤性脑损伤（TBI，Traumatic brain injury）作为研究背景，是因为该疾病的死亡率和致残率较高，同时也是导致昏迷的第一大原因。而很多青年人也因为车祸等起因患有脑创伤并导致死亡或残疾。

因此，TBI 的精准的疾病诊断和治疗的需求在临床不断增加。近年来，也有越来越多的研究开始关注脑损伤的诊断和治疗。

目前，临床上常用的脑组织监测方法主要有 Licox 氧探针、以及颅内压（ICP，Intracranial Pressure）探针，它们可分别用于测量脑组织和颅内压。

然而，这些探针只能用于单一生物标志物监测。当进行多生物标志物的监测时，需要将多根探针同时插入脑组织，这会导致进一步的组织损伤并增加炎症的风险。而微透析（MD，Microdialysis）是目前监测多种脑生物标志物的主要手段，包括检测葡萄糖、谷氨酸、电解质和蛋白质等。

尽管它在多模态脑功能监测方面取得了进展，但 MD 是一种基于采样的方法，需要定期将脑脊液提取到外部试验台，以进行后续的体外分析。

这一过程需要医务人员反复手动操作，采样间隔可能高达到 30 分钟，因此很难提供连续实时监测。

为了解决这些临床问题，已有学者报道过多参数、高精度、高分辨率的脑传感监测设备，同时将电化学传感器用于脑部监测的研究也多有报道。然而，该类型传感器存在成本高、选择性差和磁共振兼容性差等问题，难以临床环境中长时应用。

而以光纤为平台的光学传感器，因其尺寸小、不受电磁干扰、信号稳定、选择性高、易实现远程探测等优势，有望克服电化学传感器的不足，实现长时间在体脑监测。但是，光学传感器之间的光信号串扰、以及多参量的交叉敏感问题，给多生物标志物的同时动态监测带来了挑战。

在该项研究中，作者开发了一种多路复用光纤传感器，用于同时检测四种不同的脑组织生物标志物。在Y型光纤的尖端连接四种不同光学传感薄膜，另两端分别连接光源和光谱仪进行反射光谱分析，以实现生物标志物浓度的读取和分析。利用反射光谱的特征开发和优化了基于机器学习的回归模型，消除了四种光学传感器之间的串扰，并提供生物标志物浓度的高精度和定量分析。通过对羊脑的离体组织研究，证明了该多路复用传感器可以快速实现对不同阶段、不同标志物的实时检测，疾病不同阶段的变化能够得到准确反映，可以帮助医生准确跟踪病程，以做出正确的临床决策和治疗。该多路复用光纤传感器可以潜在地应用于医疗诊断，为颅内精准诊断和治疗提供新的途径，在临床上具有巨大的应用前景。

（蜂耘仪器仪表网  责任编辑：江吟）