加州大學洛杉磯分校(UCLA) 的研究人員開發出一種微型感測器，它可以比目前的方法更廣泛地幫助監測代謝物（人體在代謝過程中分解食物、藥物甚至自身的脂肪和肌肉時產生或使用的物質）。

TMR 感測器能夠即時監測多種代謝物；光譜影像顯示驅動代謝物感測反應的電極上分子（插圖） 程宣兵和李宗琪/Emaminejad Lab

這項技術可以開啟檢測和管理疾病和病症的新方法，追蹤患者對治療的反應，並加速更有效藥物的開發。特別有趣的是感測器如何追蹤自然生化過程，例如分子在我們體內轉化和相互作用的方式。

加州大學洛杉磯分校的加州奈米系統研究所的研究團隊將其發明稱為“串聯代謝反應感測器”，簡稱TMR 感測器。它們的工作原理類似於微型化學實驗室，用於監測代謝物。這些感測器安裝在由極小的單壁奈米碳管製成的微型電極上。科學家將酵素和輔助分子（稱為輔因子）放在這些電極上，這些輔助分子有助於化學反應。

當特定代謝物（它們想要檢測的分子）靠近感測器時，酶會引起化學反應。此反應對目標代謝物非常特定。有時，感測器可以透過此反應直接檢測代謝物。其他時候，如果代謝物無法直接檢測到，酵素會先將其轉化為另一種可檢測到的分子。這種轉化可以透過一系列步驟進行，就像體內的自然代謝途徑一樣。這種運行多個反應的能力就是它們被稱為「串聯代謝反應感測器」的原因。

這些反應的關鍵部分是電子交換。當酶作用於代謝物時，它們會導致電子移動。這些電子運動在碳奈米管表面產生電流。然後感測器測量該電流。電流量告訴科學家有多少代謝物存在。因此，電流越大意味著代謝物越多，電流越低意味著代謝物越少。

本質上，TMR 感測器利用自然界自身的化學反應（發生在微小的電錶面上），將代謝物的存在轉化為可測量的電訊號。

透過轉換步驟，這些感測器可以檢測出人體產生的三分之二以上的不同代謝物。這可以讓我們詳細了解患者的狀況以及他們對治療的反應。

研究人員指出，這項技術可以幫助及早發現心臟病，並根據患者的代謝情況制定個人化治療方案。它可以透過追蹤運動員在壓力下身體的能量代謝情況來優化運動員的身體素質。 TMR 感測器還可以揭示正在研發的藥物如何影響代謝途徑，並指出優化其效果的方法。

上個月發表在《美國國家科學院院刊》上的這篇論文的資深作者薩姆·埃馬明賈德(Sam Emaminejad)表示，這可以幫助我們理解腸道和大腦之間複雜而神秘的聯繫。

「了解腸道和大腦如何相互影響的一個主要挑戰是捕捉隨時間的變化，」科學家解釋。 「一種持續追蹤代謝物的工具，而不是依賴單一的實驗室測量，可以幫助揭示這種雙向交流。我們終於有能力測試缺乏關鍵數據的重要假設——幫助我們更好地了解腸道活動如何影響整體健康，從引發炎症、影響心理健康到塑造慢性疾病進展。”