组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
荧光素标记血（fluorescein-labeled blood）、急性上消化道出血（upper GI bleeding, UGIB）；样品基质：胃内血液/胃内容物（猪模型）
检测原理
静脉注射荧光素（fluorescein）后，荧光素在体内循环48–72小时，约80%结合血浆白蛋白、10%–15%结合红细胞，血浆半衰期4–6小时，因此可作为新鲜血液的外源标记。当胃内发生急性上消化道出血时，含荧光素的新鲜血液接触植入胃窦的专有传感元件，传感元件对荧光素产生可测信号；体外实验中1.5 μmol荧光素/血液持续灌注2分钟可产生0.3–0.9 V信号，平均信号比空胃、红色或黄色染料高5–13倍。信号经超低功耗CPU处理后，通过无线电与天线无线传输至外部接收器和笔记本电脑，电脑判断出血事件并向手机发送紧急短信。信号随荧光素标记血浓度或出血量增加而增强，达到阈值即触发警报。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率及R^2；体外1.5 μmol荧光素/血信号0.3–0.9 V，平均信号为空胃/红黄染料5–13倍。
效应效果
在5头猪中，传感器均成功经内镜夹固定于胃窦，并检测到所有急性出血事件；无线数据传输和手机紧急短信发送成功率均为5/5（100%）。导致传感器激活的平均估计失血量为30 mL，摘要报告范围10–75 mL，结果部分报告10–50 mL。台式实验中，荧光素/血液的平均信号比空胃、红色染料和黄色染料高5–13倍，提示对非血液染料具有较好区分能力。电池可支持数天至一周运行，但植入24–48小时后的体内功能、诊断敏感性/特异性、重现性RSD及实际样品回收率未报告。作者认为该装置可弥补生命体征、血细胞比容/血红蛋白和临床观察不能实时、精确发现再出血的不足，适用于内镜止血后高风险再出血期的远程监测。
传感器的构成
- 封装外壳：外部外壳（external casing），封装并保护内部电子组件。
- 传感元件：专有传感元件（proprietary sensor component），检测荧光素（fluorescein）标记血液。
- 信号标记物：荧光素（fluorescein），静脉注射后标记新鲜血液，供传感器识别。
- 信号处理单元：超低功耗中央处理单元（CPU），处理传感读数并控制激活与传输。
- 无线通信模块：无线电与天线（radio and antenna），将信号传输至体外接收器。
- 电源：电池（battery），支持传感器运行数天至一周。
- 固定附件：缝线环（suture loop）与内镜夹（Resolution clip），用于胃窦黏膜固定。
- 外部读出单元：外部接收器/笔记本电脑（external transceiver/laptop computer），接收数据并转发手机。
中文摘要
背景：急性上消化道出血（UGIB）内镜止血后早期再出血率可接近20%，并增加发病率和死亡率，但出血后即时监测手段数十年未显著改变。目的：开发并测试一种可内镜植入的无线生物传感器，用于在离体和在体猪UGIB模型中实时检测荧光素标记的血液。设置：动物实验室。设计：台式和急性动物研究。对象：5头猪。干预：在活猪中外科建立UGIB模型，使用标准内镜夹将生物传感器内镜下植入胃内，记录检测急性UGIB及导致传感器激活的估计失血量，并评估向体外计算机和手机无线传输数据的可行性。主要结局：技术可行性和即时并发症。结果：成功建立猪UGIB模型；传感器检测到所有急性出血事件，并成功向体外无线传输，在所有病例中向指定手机发送紧急短信；导致传感器激活的平均估计失血量为30 mL（10–75 mL）。局限：动物研究、样本量小。结论：可内镜植入的无线生物传感器在猪UGIB模型中成功检测急性出血，并实时发送手机警报。
英文摘要
BACKGROUND: Early recurrent hemorrhage after endoscopic intervention for acute upper GI bleeding (UGIB) can approach 20% and leads to increased morbidity and mortality. Little has changed over the past several decades regarding immediate posthemorrhage surveillance, and there has likewise been no significant improvement in outcomes.
OBJECTIVE: To develop and test an endoscopically implantable wireless biosensor for real-time detection of fluorescein-labeled blood in ex vivo and in vivo porcine models of UGIB.
SETTING: Animal laboratory.
DESIGN: Benchtop and acute animal studies.
SUBJECTS: Five pigs.
INTERVENTIONS: UGIB models were surgically created in living pigs. Biosensors were endoscopically deployed in the stomach using standard endoscopic clips. The ability to detect acute UGIB and estimated blood loss leading to biosensor activation were recorded. Feasibility of wireless data transmission out of the body to an external computer and cell phone was assessed.
MAIN OUTCOME MEASUREMENTS: Technical feasibility and immediate complications.
RESULTS: A porcine UGIB model was successfully created. Biosensors were able to detect all acute bleeding events and wirelessly transmit out of the body, and successfully sent an emergency text message to the intended cell phone in all cases. Average estimated blood loss leading to biosensor activation was 30 mL (10-75 mL).
LIMITATIONS: Animal study; small numbers.
CONCLUSIONS: An endoscopically implantable wireless biosensor successfully detected acute hemorrhage in a porcine UGIB model and sent an emergency cell-phone alert in real time.