电化学在诊断和治疗的器件的应用

电化学在诊断和治疗的器件的应用摘要：本文主要介绍应用电化学方法诊断和治疗的器件，主要从生物燃料电池、FET和DNA生物传感器、利用电刺激传导的治疗方法、人工肾脏的电氧化除脲。关键词：生物燃料电池、FET生物传感器、DNA生物传感器、生物兼容性电极电刺激传导、血液透析、血液过滤、人工肾脏中的电氧化除脲.前言电化学是从研究电能和化学能的相互转换开始形成的。1791年，Galvani的 “青蛙试验”不仅为以后电化学学科的形成奠定了基础也首次揭示出电化学与生物学之间存在着密切的关系。进入20世纪70年代之后，电化学及其相关技术突破宏观和介观领域进入到微观世界，实现了可以在原子及分子水平上研究界面电荷传递的行为。这些技术上的突破为在细胞及分子水平上深入理解和研究生命过程的化学本质创造了更多的机会与条件，使电化学在生命科学研究中的地位与作用日益突出。在此背景下，一门新的交叉学科生物电化学应运而生【1】。生物电化学是在20世纪70年代初由电生物学、生物物理学、生物化学、电生理及电化学等多门学科交叉形成的独立学科，其主要研究的内容是生物分子电化学、生物电催化、光合作用、活组织电化学、生物技术中的电化学技术等内容。随着生命科学特别是分子生物学和临床医学的发展，其研究开始对生命起源、癌症成因、遗传突变、药理机制、衰老过程等的研究，有关生物分子的检查和分子间作用机制的研究也就愈显重要。电化学作为重要的实验手段，结合其自身的优点，尤其基于近期在光谱电化学等方面的研究进展，可以预计，电化学方法不仅在上面提到的几个方面的应用将得到加强，而且电化学方法对于研究生物体系或模拟某些生物过程中发生的重要生化反应，揭示生物体内的物质代谢和能量转换，发展高灵敏度和高选择性的生化分析方法和生物分子器件等都将有很大的应用前景【2】。应用电化学方法诊断和治疗的器件主要从生物燃料电池、FET生物传感器和DNA生物传感器、利用电刺激传导的治疗方法、人工肾脏中的电氧化除脲这四方面进行探讨和研究。1.生物燃料电池(biological fuel cell,BFC)【3】1.1生物燃料电池的原理与定义1.11生物燃料电池的原理目前，正在研发的生物燃料电池种类很多，结构也有一定的差异，但其原理基本相似。原理：在生物燃料电池中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，反应过程中释放电子，电子经外电路由阳极流至阴极产生电流，通过生物代谢过程，不断向电解液里补充反应所需的各种离子，促进循环电路的电流不断产生。通常，生物燃料电池是利用微生物的细胞外酶和分离酶等作为催化剂，无需使用铂之类的贵金属催化剂，酶可以固定在固体电极的表面。1.1.2生物燃料电池的定义Palmore和Whitesides依据生物在生物燃料电池中的功能将其定义如下：生物燃料电池是一种燃料电池，其结构中至少有一部分是以酶为催化剂，以电化学方式将化学能转化为电能的体系或装置。广义的生物燃料电池的定义如下：生物燃料电池是以酶或非酶蛋白质为催化剂，通过生物化学途径将化学能转化为电能的装置。广义的生物燃料电池的定义比较全面正确，但是，随着生物燃料电池技术的发展，其定义的外延也在不断扩大。因此，为了适应研究和发展的需要，可以对生物燃料电池做出以下定义：生物燃料电池是一种以生物电化学的方式将生物质的生物和化学能转化为电能的体系或装置，其中生物燃料电池的结构中至少有一部分以酶、非酶蛋白质活细胞或微生物为催化剂。1.2生物燃料电池的基本特点和分类1.2.1生物燃料电池的基本特点 生物燃料电池的基本特点主要有可持续性、维护成本低、安全性强、操作条件温和、良好的生物相容性。 1.2.2生物燃料电池的基本分类 1985年，Higgins等依据生物燃料电池与传统电池和燃料电池的关系，将生物燃料电池分为以下三类：（1）在电化学装置内，微生物、活体生物细胞或转移酶将非活性物质转化为电化学活性物质的生物燃料电池。（2）在电化学装置中，微生物、活体生物细胞或酶还原再生燃料化合物，并进行电化学反应的再生燃料生物燃料电池。（3）在电化学装置内，微生物、活体生物细胞或酶在电极上作为催化剂，在电极表面进行电化学反应，并且直接传递电子的去极化型。由于生物燃料电池的分类很多，为了方便叙述，将采用生物催化剂来源和生物燃料提供的方式进行分类，而将生物燃料电池分为微生物型燃料电池、酶型燃料电池和生物催化单元与燃料电池结合的耦合型燃料电池三大类。当然，随着生物燃料电池的发展其分类方法还将不断完善。1. 3生物燃料电池在电化学方面的应用 植入人体内的电化学系统能够完成生物学和医学研究，以及诊断和治疗各种任务。例如当心脏不能进行协同动作，而且病态从一部分区域漫延到大部分心肌，就会造成心脏停跳；在这种情况下，必须靠一个植入的心脏起搏器来拯救生命，这就要把人工脉冲传送给心脏，刺激它的功能活性。植入器件需要电源，Li/I2电池用于临床试验已有较好的效果，但若利用人体内的活性物质进行发电则更理想。按照燃料电池的原理，对“肉体物质”进行体内电化学能量转换，即直接将生物化学能转变为电能。使用体内的氧和生物燃料如葡萄糖，在生理体液中启动燃料电池。葡萄糖是体内最重要的燃料，它在血液和体液中的含量接近1g/L。因为缺少可以迅速是葡萄糖定量氧化到CO2的催化系统，5W以上的功率的目标尚未达到，故人们更倾向于发展提供低功率的生物燃料电池，如心脏起搏器用的电池。Li/I2电池具有高能量密度和低自放电速率，用胶囊把它完成包封后可植入体内，临床寿命接近十年。这一突破使需求生物燃料电池的迫切性减少了，但是可把生物燃料电池应用到探测器，例如葡萄糖传感器。生物电功率的产生也是很有魅力的研究课题，例如植入的药物释放器所用的电源。2.FET生物传感器和DNA生物传感器21生物传感器的简介【4】自20世纪中叶以来，随着人类生命本质、生命过程和生命体与其生存环境的信息交流的认识的不断深入，研究发展新的分析手段越来越重要。分析生物技术的一个重要领域便是生物传感器（biosensor）,它是一个典型的多学科交叉产物，结合了生命科学、分析化学、物理学和信息科学及其相关技术，能够对所需要检查的物种进行快速分析和追踪。生物传感器的出现，是科学家的兴趣和科学技术发展及社会发展需求多方面双驱动的结果，经过30多年的发展，已经成为一个涉及内容广泛、多学科介入和交叉、充满创新活力的领域。2.1.1生物传感器的原理和特点生物传感器的传感原理如图（1）所示，其结构包括两部分：生物敏感膜和换能器（又称一次仪表）。生物敏感膜（biosensitive membrane）又称分子识别元件（molecular recognition element）,它们是生物传感器的关键元件，直接决定了传感器的功能和质量。生物传感器有多样性、无试剂分析、操作简便、快速、准确、易于联机、可以重复使用、连续使用、一次性使用等特点。可定量加工的电信号换能器生物敏感膜待分析物化学量或物理量变化 图（1）2.1.2生物传感器的基本概念与类型生物传感器的概念来源于Clark关于酶电极的描述，关键是传感器的构成中分子识别元件为具有生物活性的材料。Turner教授将它简化定义为：“生物传感器是一种精致的分析器件，它结合一种生物的或生物衍生的敏感元件与一只理化换能器，能够产生间断或连续的数字电信号，信号强度与被分析物成比例”。这种描述如今已经被广泛接受。生物传感器的类型和命名方法较多且不尽统一，主要有两种分类法，即分支识别元件分类法和器件分类法。【5】根据分子识别元件的不同可以将生物传感器分为七大类，即酶传感器（enzyme sensor）、免疫传感器（immunosensor）、组织传感器（tissue sensor）、细胞传感器（organelle sensor）、核酸传感器（DNA/RNA sensor）、微生物传感器（microbial sensor）、分子印迹生物传感器（molecular imprinted biosensor）。其中前分子印迹识别元件属于生物衍生物。器件分类法是根据所用换能器不同队生物传感器进行分类，主要包括电化学生物传感器（electrochemical biosensor）或生物电极（bioelectrode）、光生物传感器（optical biosensor）、热生物传感器（calorimetric biosensor或thermal biosensor）、半导体生物传感器（semiconduct biosensor）、电导/阻抗生物传感器（conductive/impedance biosensor）、声波生物传感器(acoustic wave biosensor)、微悬臂梁生物传感器（cantilever biosensor）。依据生物传感器的特性还有一些命名或分类。如尺寸在微米级甚至更小的生物传感器称为微型生物传感器（micro biosensor）、纳米生物传感器（nano biosensor），这类传感器在活体测定方面有重要意义。凡是以分子之间特异识别并结合为基础的生物传感器统称为亲和生物传感（affinity biosensor），以免疫传感器、酶PZ生物传感器和SPR生物传感器为代表。能够同时测定两种以上指标或综合指标的生物传感器称为多功能传感器（multifunctional biosensor），如滋味传感器、嗅觉传感器、鲜度传感器、血液成分传感器等。有两种以上不同的分子识别元件组成的生物传感器或采用两种或多种反应原理构成的生物传感器称为杂合生物传感器（hybridized biosensor），如多酶传感器、酶-微生物杂合传感器、电化学-热生物传感器等。关于个别生物传感器的命名，一般采用“功能+构成特征”的方法，以符合1975年国际化学和应用化学协会（IUPAC）分析化学分会分析命名委员的推荐方法。2.2 FET生物传感器（field-effect transistor biosensor）【6】 场效应晶体管（field-effect transistor，FET）是现代微电子学的主要组成部分，它是基于自由载流子向半导体中可控注入的有源器件。2.2.1场效应生物传感器的原理场效应生物传感器主要有场效应管和感受器构成，感受器是具有分子识别功能的敏感膜，而场效应管则起着信号转换的作用。研究使用的生物敏感场效应管绝大部分为ISFET,采用该法测量时，为降低ISFET对恒压源的要求，应使其在饱和区工作。在ISFET的栅极固定生物敏感膜，连接参比电极并组成相应的测量电路，便构成了完整的场效应生物传感器。当敏感膜与待测物接触时，会发生特定反应，引起敏感膜局部pH或其他离子浓度发生变化，导致ISFET膜电位的改变，从而检测出待测物质的量。【7】2.2.2场效应生物传感器的分类（1）酶场效应管 酶场效应管是由ISFET的栅极表面上固定一层含酶物质构成的。它通过酶与底物之间高效、专一的反应能选择性测定分析物，是研究的最多的一种场效应管生物传感器。当分析底物与酶接触时，会发生反应生成新物质，并使敏感膜附近的离子浓度局部变化，导致电荷变化，产生依赖于分析底物浓度的电信号。在酶场效应管的研究中，绝大多数都是有H+ -离子敏场效应管构成。用于场效应管生物传感器研究的酶很多，如葡萄糖氧化酶、青霉素酶和乙酰胆碱酯酶等。检查对象主要是酶的相应底物或相关作用物，其中对葡萄糖、尿素和青霉素等的测定研究较多，检测甲醛、乙酰胆碱酯酶以及乳酸盐等方法也有研究。此外，利用一些毒物、重金属离子（如Cu2+，Ag+等）和其他如氰化物等对酶活性的抑制作用，可间接进行测定。而利用一些物质对酶的激活或复活作用，也可测定酶的激活剂和其他物质的含量。场效应管上还可同时固定几种酶，构成多酶体系以检测某些特定物质。在实际样品测定中，葡萄糖氧化酶场效应管还可以测定血清和尿液中的葡萄糖；脲酶场效应管还可以测定血清和血液透析液中的尿素；而青霉素G酰基转移酶场效应管则可用于青霉素发酵液中青霉素G的测定。（2）免疫场效应管 免疫场效应管由ISFET和具有免疫分子识别功能的敏感膜组成，一般可分为两类。一类是在膜基质上固定抗体，固定的抗体与抗原结合形成抗体-抗原复合物，是膜的电荷密度和离子迁移发生变化，进而导致膜电位变化，这种称为非标记免疫场效应管；另一类是在抗原中加入一定量酶标记抗原，让未标记抗原和酶标记抗原竞争结合膜表面的抗体，形成抗体-抗原复合物，通过测定标定酶的量来获取待测抗原的信息，这种类型称为标记免疫场效应管。除了固定抗体外，还可以固定抗原，利用同样的原理进行检测。（3）组织场效应管 将一些有特殊功能或含有功能物质的动植物组织或器官固定在ISFET的栅极上，便制成了所谓的组织场效应管。组织场效应管的作用原理类似于酶场效应管。一些动植物的组织或器官具有某些特殊功能，如辨别味道、识别气体等。将这些组织与ISFET结合，就可制备出电子舌、电子鼻等高灵敏检测器。（4）细胞场馆效应管 细胞场效应管是在ISFET的敏感栅极上固定单个细胞或细胞体系构成的，而敏感栅极最好是具有生物相容性的基体。细胞场效应管对单个细胞或细胞体系的监控大体可分为两类：测定细胞呼吸和能量代谢等引起的变化；测定一些细胞（如神经细胞）和细胞网络受到某些物质或信号刺激时产生的电位变化。细胞场效应管在考察某些药物对细胞的作用和监测细胞新陈代谢等方面有潜在的应用价值。（5）微生物场效应管和基因（DNA）场效应管 所谓的微生物场效应管是将具有特定功能的微生物固定在ISFET的敏感栅极上，利用微生物对一些特定物质的转化作用，产生能被ISFET检测到的信号。基因（DNA）场效应管由ISFET和固定有核酸的酶组成。一般是将单链DNA固定在ISFET的敏感栅极表面，当其与互补DNA链选择性结合后，使栅表面电荷发生变化，从而产生可测信号。其检查原理与非标记免疫场效应管相似。目前，基因（DNA）场效应管的研究还刚刚起步，随着基因技术的发展，这类传感器的发展必将逐步深入。22.3 场效应生物传感器的应用 场效应生物传感器是生物传感器的一个重要分支，它集生物传感器的高灵敏度、高选择性和场效应管器件易于集成化、微型化等优点于一体，在在线、实时、智能化等方面具有较大优势，因此在化工、食品、医药、环境监测和科学研究中具有广阔的应用前景。虽然近年来国内生物传感器的研究发展较快，但多数报道是用于临床检测的葡萄糖传感器，用于环境监测的传感器报道并不多见。电化学酶生物传感器（EBS）因为结构简单、灵敏度高、检测范围宽等优点被普遍采用，在传感器领域占有重要地位，下面主要介绍离子敏场效应管（ISFET）EBS的研究状况及应用。在胆碱酯酶（ChE）和有机膦水解酶（OPs）的反应中，pH都会发生变化，因此对H+敏感的ISFET常被作为EBS的信号转换器。ISFEET既具有离子选择电极的特性，又有场效应晶体管的特性，与采用pH敏感电极的EBS相比，使用ISFET的EBS对OPs具有更高的检查能力。Ristori将乙酰胆碱酯酶（AChE）固定在尼龙膜上，所制成的敏感词效应结晶管能检测到水样中低至0.1mg.L-1马拉硫磷。由于选用的酶的种类多，如尿素酶的活性不会被农药抑制，故可通过分析BChE和AChE的抑制剂水平来确定OPs的类型。 Flounders等把用溶胶-凝胶修饰过的Si3N4涂在的FET栅极上，然后利用戊二醛将OPH和氨丙基三乙氧基硅烷（aminopropyltriethoxysilane，APTS）共价交联在敏感膜上制成OPH的ISFET传感器。这类传感器采用差分电路来实现检测，在不到10s的响应时间内，检测对氧磷的最低限达到110-6mol/L。他们制备的EBS的特点是响应时间快、重复性好，采用的差分法减小了外界环境的不利影响，提高了检测的准确度。汪正孝将BChE和牛血清蛋白通过戊二醛交联固定在氢离子敏感场效应管的栅极上，制成了双管差分式FET传感器。余孝颖等用同样的方法将AChE固定在氢离子敏感场效应管的栅极上制备了FET传感器，其检测敌敌畏的线性范围510-7810-4mol/L，检出限为110-7mol/L。魏福祥等制备了电流型EBS，对敌敌畏的检出限为2.810-10mol/L。另外，近期也有文献报道了用戊二醛交联法固定AChE在H+敏感Si3N4膜上的光寻址电位式EBS。2.3 DNA生物传感器随着人类基因组计划（human genome project，HGP）的实施与逐步完成，通过基因检测等技术对人体、病毒和细菌核酸中特定 碱基序列的检测，已经逐步在临床诊治、食品安全、法医鉴定和环境监测等领域开始发挥越来越重要的作用。许多生物新技术的出现，为开发高灵敏、高特异性的基因检测方法注入了活力。其中，利用DNA双链的碱基互补配对原则发展起来的各种DNA生物传感技术，近年来受到生物分析工作者的高度重视。利用DNA分子作为敏感元件，与电化学、表面等离子体共振和石英晶体微天平等其他传感检测技术相结合，开发出无需标记、能给出实时基因结合信息的DNA传感器（DNA sensor）也已经发展成为生物传感器研究的重要内容之一。2.3.1 DNA生物传感器的原理 DNA生物传感器的识别机制涉及脱氧核苷酸（DNA）或者核苷酸（RNA）的基因杂交（gene hybrid）。腺嘌呤：胸腺嘧啶（A：T）和胞嘧啶：鸟嘌呤（C:G）在DNA中的互补配对是DNA生物传感器中特异性识别的基础，此类传感器也经常被称作是基因传感器（genosensors）。如果知道某一段DNA分子序列的组成，那么被称为探针（probe）的该段DNA分子的互补序列就能合成，并可以用能进行光学检测的复合物所标记（如荧光标记）。将DNA双链解成单链，即单链DNA（single stranded DNA，ssDNA）添加探针，然后退火双链，标记的探针会和目标分子上的互补序列相结合。核酸技术主要基于已知分子DNA探针与实验样本中的互补链杂交。在核酸生物传感器的研究中，目标DNA被识别层（探针DNA）所捕获，后续传感器将杂交信号转换成可用的电信号用于显示和分析。在电子和电化学生物传感器研究实例中，信号转换也就非常简单，因为信号原本就是电信号，核酸分析通常需要大量的样本准备、放大、杂交和检测。理论上说，核酸分析比抗体技术的确定性更高，因为抗体偶尔会与抗原交叉反应，而不是和感兴趣的被测物。因此，DNA生物传感器是一种能将目标DNA的存在转变为可检测的电学、光学或声学等信号的传感装置，以适应生命研究和临床诊断领域的需要。和其他的生物传感器一样，DNA传感器也同样由两部分组成，即分子识别元件（DNA）和转能器（传感器）。识别元件主要用来感知样品中是否含有（或含有多少）待测物质，转换器件则将识别元件感知的信号转化为可以观察记录的信号（如电流大小、频率变化、荧光强度、吸收光强度等）。在待测物、识别元件以及转换器件之间由一些生物、化学、生化作用或物理作用过程彼此联系。【8】DNA生物传感器根据工作原理的不同可分为电流型DNA传感器、电致化学发光型DNA传感器及电导型DNA传感器等。其中，电流型DNA传感器主要由固定了单链DNA的电极和电化学活性识别物质构成，其基本结构及工作原理如图（2）所示。【9】电极电极 电极活化 单链DNA固定电化学检测电极杂交池 互补的单链DNA 标识物图（2）2.3.2 DNA生物传感器中的标识物 在电化学DNA传感器中必须引入电化学活性识别物，通常有以下3种类型：（1）以电化学活性的杂交指示剂作为识别物 许多电化学活性的小分子物质能与DNA分子发生可逆性相互作用，其中一些物质能够专一性地嵌入d.sDNA分子双螺旋结构的碱基对之间，这一类物质称为杂交指示剂。在杂交过程中杂交指示剂与电极表面的d.sDNA结合能力的差异，通过测定其氧化还原峰电流和峰电势可以识别和测定DNA分子。能够选择性识别s.sDNA和d.sDNA而又不与DNA链发生不可逆的共价结合，同时又能给出电流或电势识别信号的杂交指示剂是该类电化学DNA生物传感器的关键。（2）寡聚合核苷酸上修饰电化学活性的官能团作为识别物 合成带有电化学活性基团的寡聚核苷酸与电极表面的靶基因选择性地进行杂交反应，在电极表面形成带有电活性官能团的杂交分子，通过测定其电信号可以识别和测定DNA分子。（3）利用酶的化学放大功能在DNA分子上标记酶作为识别物 标记酶的s.sDNA与电极表面的互补s.sDNA发生杂交反应后，相当于在电极表面修饰了一层酶，酶具有很强的催化功能，通过测定反应生成物的变化量可以间接测定DNA。2.3.3 DNA生物传感器的应用（1）基因分析 电化学DNA生物传感器可以用于特定基因的检测，并且具有简便、快速、成本低等优点。如Millan等人将18个碱基的寡聚脱氧核糖核酸固定在修饰十八胺或十八酸的炭糊电极上作为DNA电化学传感器的支持电极，采用亚毫摩尔量级的Co(bpy)3(ClO4)3、Os(bpy)3Cl3及Co(phen)3(ClO4)3作为杂交指示剂，完全互补的靶序列才能与电极表面的寡聚核苷酸杂交形成杂交分子，从而是杂交指示剂的峰电流增加，因此能选择性地检测囊性纤维变性基因F508序列，获得满意的结果，测量时间为10min。（2）药物分析 许多药物与核酸之间存在可逆作用，而且核酸是当代新药发展的首选目标，因此电化学DNA生物传感器可用于一些DNA结合药物的检测以及新型药物分子的设计。如Maeda等人采用指示化合物铁氰化钾的阳极峰电流作为检测信号，在DNA修饰电极上实现了抗疟药阿的平的电化学检测。（3）环境污染监测中的应用 DNA传感器除可用于受感染微生物的核酸序列分析、微量污染物的监测外，还可用于研究污染物与DNA之间的相互作用，为解释污染物毒性作用（包括致畸、致癌、致突变作用）机理提供可可能。电化学DNA传感器具有重要的理论意义和应用价值，它开辟了电化学与分子生物学交叉学科的新领域，为生命科学的研究提供了一种新方法。它将成为生物电化学的一个非常有生命力的前沿领域。3. 利用电刺激传导的治疗方法【10】 在生物组织或血液中插入生物导电的植入物（通常为各种微电极），可使电子在电极和生物物质之间的界面上发生转移，从而对生物物质产生电刺激，达到恢复组织功能或进行治疗的目的。 心脏起搏器就是一种用电刺激帮助心脏恢复功能的器件，已广泛用于临床。心脏起搏器包括电源、电子仪器和起搏器电极（即刺激电极，通常为Pt-Ir电极）三部分；前二者用适当的树脂包封在一起，形成一个起搏器单元（燃料罐）。用钛做的燃料罐外壳常作为大面积阳极，这个燃料罐一般被植入腹部、肩窝或胸腔中；另一电极，即起搏器电极则与心脏直接接触，用绝缘导线与燃料罐连接，通过静脉到达右心房。大面积的钛电极通过小电流密度，而且阻抗低，故不会引起肌肉痉挛或金属电化学腐蚀。目前临床上植入的起搏器通常用两只串联的2.7V的Li-I2电池作为电源，以平均电流30A工作，电源决定了起搏器的大小和寿命。1997年。，美国开始生产一种叫“自由臂”的手臂刺激器，将刺激电极植入瘫痪的手臂中，利用异侧肩部传感器控制臂和手指的活动。1999年，美国还开始生产一种“Vocare”刺激器，将电极植入在骶骨下的神经节，可使由于脊椎受损后大、小便失禁患者恢复大、小便功能。电刺激还可以减轻病痛，如颤、镇痛、抑制癫痫、抑制震颤等。Parkinson病的主要症状有震颤、僵硬和动作迟缓，而四肢的震颤常使患者痛苦不堪。1997年美国Mtronics公司开始制作“Avtiva”刺激器，将电极植入丘脑下的神经核，发出脉冲时可以抑制震颤，患者可以通过遥控器调节刺激强度。4.人工肾脏中的电化学系统治疗晚期慢性尿毒症患者的人工肾脏能对血液中存在的各种毒物，如脲、肌酸酐和尿酸进行血液透析和血液过滤。清除这些有毒分子和维持透析液的电解平衡，这是人工肾脏需解决的关键问题。在人工肾脏工作回路中体外串联电解池，将有机毒物电化学降解或分解为非毒产物是排除毒物的有效方法之一。透析是利用膜两侧溶质浓度差，从溶液中分离出小分子物质而截留大分子物质的过程。一般来说，透析过程中同时存在着渗透作用，只是溶剂的运动方向与小分子运动方向是相反。渗透的结果使原溶液的浓度降低，即削弱了透析过程赖以进行的推动力。这是透析操作中需要集中考虑的关键问题。如果能不断除去扩散出来的小分子，就有可能彻底分离大小不同分子的混合物。透析还可添加盐和小分子物质，如将大分子溶液对生理盐水或缓冲液透析，可将大分子的溶剂换成生理盐水或缓冲液，当然要更换多次透析液（生理盐水或缓冲液）。【11】适当选择电化学条件，在缓冲溶液（NaCl+HCl溶液）中，脲可完全氧化为无毒产物，其反应如下：阳极反应 6Cl- 3Cl2 + 6e- (NH2)3CO + 3Cl2 + H2O N2 + CO2 + 6H+ + 6Cl-阴极反应 6H+ + 6e- 3H2总反应 （NH2）2CO + H2O N2 + CO2 + 3H2从上述反应可知，脲的去除是利用阳极析出氯气将阳极电解液中的脲分解，故称为间接电氧化除脲。其工作流程如图（3）所示。 肝素剂量 电解池 动脉 静脉 碳过滤器 阳极 阴极 超滤器 碳过滤器 气泡阀 图（3）用脲的体外间接电氧化方法，可以实现血液过滤盒过滤液的再生。用这样的电解池或几个电解池联合工作，能够以7.2g/h的速度消除脲。5.总结及展望上面列举了生物燃料电池、治疗糖尿病的葡萄传感器、心脏起搏器以及血液过滤解脲毒等，这些都是电化学方法应用于生物学和医学的例子。电化学方法在这些领域中的应用还有许多可能性，继续进行研究，将对保护和提高生命的价值作出更大的贡献。参考文献【1】罗安国，王宗花，王义明.生物兼容性电极构置及应用.北京：科学出版社，2006【2】杨绮琴，方北龙，童叶翔.应用电化学.广州：中山大学出版社，2011.12【3】 王黎，姜彬慧.环境生物燃料电池理论技术与应用.北京：科学出版社，2010.5【4】张先恩.生物传感器.北京:化学工业出版社，2006.1【5】张先恩.生物传感技术原理与应用.长春：吉林科技出版社，1991【6】左伯莉，刘国宏.化学传感器原理及应用.北京：清华大学出版社，2007.6【7】罗细亮，徐静娟，陈洪渊.场效应晶体光生物传感器.分析化学评述与进展，2004【8】王平，刘清军.生物医学传感与检测.杭州：浙江大学出版社，2010.10【9】贾梦秋，杨文胜.应用电化学.北京：高等教育出版社，2004.7【10】王卫，黄英，张德昌。医疗卫生装备，2003.4【11】陈来同.生化工艺学.北京：科学出版社，2005.7