血液分析主要是利用血液分析仪对血细胞数量、形态和比例；或者对血液指标，例如乳酸、葡萄糖等进行监测，以对相关疾病做出诊断。目前血液分析技术的准确性和及时性不够，在美国，每年大约有1200万病人被误诊，21%的死亡率可以避免。市售监测全血或者血液分离设备实时性不够高，监测数据单一，不能满足及时的病情诊断以及手术等紧急情况。
对此，南京工业大学金万勤教授与南京大学医学院附属医院马正良教授合作，提出一种新型的分离传感膜（SepSen membrane）它是一种异质纳米结构材料，表面是纳米多孔层，用来连续提取血清；下层是生物传感通道，动态识别目标生物分子，实现1分钟内对各种疾病患者血糖和乳酸的精确在线监测，比现有技术快一个数量级。该成果以“A novel separation–sensing membraneperforming precise real-time serum analysis during blood drawing ”为题于2020年7月9日发表于《Angewandte Chemie International Edition》
[SepSen膜的制备与结构]
普鲁士蓝（PB）对酶反应具有很高的电化学活性，但多孔结构的构建能力较弱；反之，聚吡咯（PPy）在聚合过程中很容易生成均匀多孔膜，但缺乏催化能力，因此利用PB和PPy构建电催化与成膜之间功能平衡的纳米复合膜，以同时实现分离和生物传感功能。
首先，将铁和铁氰化物的前体溶液填充于陶瓷中空纤维中（图1b），随后，Py溶液扩散至中空纤维，与Fe3+氧化引发聚合反应形成PPy，接着Fe2+与[Fe（CN）6]3-发生配位反应形成PB。因一开始Py浓度较高，因此合成早期可以在表面快速形成PPy层；之后，由于Fe3+和[Fe（CN）6]3-填充的缘故，Py沿孔道方向逐渐降低，PPy形成速率降低，产生的Fe2+较少，因此PB逐渐从不规则形状变为规整的纳米立方体，由此产生异质纳米结构。
图1c显示，SepSen膜具有2种不同的纳米结构，上层是一个200nm的连续层，为细胞分离提供通道；下层是由PB晶体和聚合物层组成，为识别生物分子提供通道。
[血细胞无损分离]
血液分析关键在于对细胞损伤降到最低。因此对血细胞受损风险进行评估。图2e显示膜对水和血清的表面亲水性：初始水接触角为77.4°，3s内迅速渗透到孔隙中；而初始血清接触角为58.5°，表现出缓慢的渗透速率，表明SepSen膜可以与血清中的其他组分（而非水）存在界面相互作用。除水外，血清中还包含许多蛋白质与电解质，因此血清中的蛋白质可以减缓血清向膜孔的渗透，从而为流经膜表面的血细胞提供润滑作用，减少细胞损伤。根据Gouy–Chapman方程，发现膜表面始终带负点（图2f），同时红细胞表面带有负电荷，静电斥力防止细胞表面损伤，红细胞可以在膜表面移动而不会出现明显损伤或形态变化（图2g）。
[SepSen膜的分离和生物传感检测]
纤维蛋白原（FIB）存在于血浆，分子量最小（340000Da），为实现白细胞、红细胞、血小板和纤维蛋白原与血清完全分离，膜孔径应小于但约为340000Da。文章发现，通过控制前体溶液中Fe3+的浓度可以有效调节孔径（图3d），从而直接控制分离通道的截留分子量（MWCO）。当Fe3+浓度为1mM时，MWCO为315000Da，完全满足血清与全血的分离。
以葡萄糖、乳酸盐等5种不同物质进行生物传感监测，图3b-e所示，SepSen膜通过电化学氧化还原放大监测信号，并且表现出电流与浓度的线性关系（图f-h），灵敏度高。因此SepSen膜广泛适用于各类识别，用于小分子、酶和生物标志物的即时监测。
[不同医疗场景下的临床表现]
如图4a所示，在血液分析过程中，监测信号和分离血清的流速迅速稳定，可以在约60s左右生成监测结果。通过对分离过程的观察，发现收集的血清是透明的浅黄色，全血是红色不透明的（图4b），进一步分析血清样本，确认血清中不含白细胞、红细胞、血小板或纤维蛋白，分离效果好；与全血相比，血清中主要电解质（Na+和K+）和监测目标（葡萄糖和乳酸）浓度几乎相同，表明分离过程中细胞没有破坏，SepSen膜具有良好的生物相容性；图4d所示，对5位不同疾病患者进行血液分析，发现SepSen膜分析的结果与市售仪器一致。
[小结]
文章提出一种新型分离传感膜，在血液抽取过程中能够实时、连续地监测血清中各种成分，与现阶段使用的血液分析仪器效果相同，且速度更快，为手术和急诊期间对患者的在线监测提供技术支持，提高确诊率，降低死亡率，为临床医学提供帮助。
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