钌在医学领域的应用

钌在不同领域中具有广泛的应用。下面列出了有关钌的应用。

一般应用

钌在电子工业和化学工业中都有应用。在电气工业中，它用于制造电子芯片。在化学上，它以阳极的形式用于电化学电池中的氯生产。当钌与其他金属混合形成合金时，它可用作硬化剂。钌的这个特性时的钯饰品的制备中使用的。当钌与钛形成合金时，会提高其耐腐蚀性。钌合金也可用于喷气发动机涡轮。钢笔笔尖也包含Ru笔尖。钌也可用于治疗。例如Ru的106同位素已应用于眼睛恶性细胞的放射治疗。由于RuO 4与二氧化钌颜料的形成，会与任何具有皮脂性色素的脂肪或脂肪物质发生反应而产生黑色或棕色，因此被用于刑事调查。

钌络合物倾向于吸收可见光谱的光线。钌的这种性质可用于制造用于生产太阳能的太阳能电池。钌蒸气沉积在基材表面上，并具有磁阻特性。Ru的这种特性用于在硬盘驱动器上制作层或膜。

生物医学及诊断中的应用

钌用于测定血液中的降钙素水平。该确定有助于诊断和治疗与甲状腺和甲状旁腺有关的疾病。在甲状腺髓样癌（MTC）的治疗中，降钙素水平的测定起着重要的作用。降钙素水平的测定过程涉及一步夹心测定法。

叶酸是DNA合成的主要成分。这对于红细胞的形成也是必不可少的。叶酸缺乏会导致巨叶性贫血。通过测定红细胞和血清中的叶酸水平来估计叶酸缺乏。钌在Elecys叶酸RBC分析中对估计RBC中的叶酸缺乏起重要作用。叶酸测定过程涉及竞争原理。

钌还用于通过Elecsys环孢素测定法检测环孢素。测定环孢素是治疗接受环孢素治疗的肝，肾，心肺和骨髓移植患者的重要方面。

治疗中的应用

医学史显示，像金这样的金属一直被用于医疗目的。尽管已知金属可能对健康有益，但确切的活动方式仍然未知。

免疫抑制剂： 免疫抑制剂是用于抑制人体免疫系统过度活跃的药物。广泛用于治疗贫血和牛皮癣湿疹等疾病的免疫抑制剂环孢菌素A已显示出诸如恶心，肾脏疾病和高血压等副作用。为了改变环孢菌素A的作用，用Ru（III）制成复合物。钌环孢菌素复合物可产生稳定的化合物，从而对T淋巴细胞的增殖产生抑制作用。

抗菌作用： 抗菌药物是抑制人体微生物生长的药物。钌配合物具有针对多种寄生虫疾病的功效。暴露于某种抗菌治疗的微生物菌株对该药具有耐药性。产生耐药性是因为微生物会针对药物的有机化合物发生突变。但是随着与某些金属形成络合物，由于微生物无法处理药物有机金属络合物的金属部分，因此药物的功效增强。在氯喹的情况下，疟原虫对它产生抵抗力，而当氯喹与钌络合时，不会产生耐药性。

抗生素作用： 抗生素是由一种特定的微生物制成并作用于另一种微生物的药物。如今，合成抗生素也在实验室生产。抗生素通过进入微生物细胞并靶向任何重要的生物合成途径来发挥作用。如果钌与合成抗生素复合，则具有优势。药物成分之间电荷的变化增加了有利于药物的细胞成分的渗透性。

钌在癌症研究中的应用

抗癌活性： 癌或癌是机体细胞不受控制地增殖并具有侵袭性和转移特性的阶段。为了治疗癌症，药物治疗的目的是抑制癌蛋白的合成以及抑制DNA复制。市场上有使用铂作为抗癌药的顺铂等药物。尽管铂在治疗癌症方面显示出更好的结果，但是在某些癌症中，铂无法显示出阳性结果。铂金的这一缺点为使用钌作为治疗癌症的新进入者铺平了道路。钌具有与DNA结合并抑制其复制以及蛋白质合成的能力。钌具有低的水溶性，这是其唯一的缺点。通过使用钌的二烷基亚砜衍生物克服了该缺点。钌作为抗癌剂的作用机理是它通过在DNA水平上起作用而导致肿瘤细胞凋亡。凋亡是细胞的受控破坏。

放射疗法： 在癌症治疗中也已使用放射疗法 。仅当放射治疗靠近癌细胞时，放射治疗才变得有益。放射治疗中使用的药物称为放射增敏剂。为了增加邻近癌细胞无线电敏化剂与钌络合物被用作茹具有结合DNA容易的亲和力。

光动力疗法： 这是一种使用化学药品和电磁辐射的疗法。在这种疗法中，化学药品靶向癌细胞，这些化学药品与电磁辐射相互作用时会产生细胞毒性。在这种疗法钌找到其应用，因为它增加了这些化学品对癌细胞。

对癌性线粒体的作用： 线粒体是任何细胞的动力源。这使其成为抗癌治疗的潜在目标。钌红是钌的一种，用于染色线粒体。线粒体表面上有一些钙实体。当加入钌红时，它会与钙反应并染色线粒体。钌红还具有抑癌活性。然而，钌红，不太优选使用临床上，因为它有大的副作用。

对转移的影响： 转移是癌细胞通过淋巴或循环系统在体内扩散的能力。直径超过1毫米的肿瘤细胞需要额外的血液供应才能在体内扩散。新血管的形成称为血管生成。用作抗转移的药物可抑制这种作用。钌络合物抗转移药NAMI-A通过与mRNA结合并产生变性蛋白来产生相同的作用，变性蛋白积聚在肿瘤表面，形成硬膜并阻止任何血液供应到肿瘤细胞。该作用抑制了转移。钌具有附加的益处，即它容易跨越任何细胞的药物的增加。

本章简要介绍了Ru的各种特性，这些特性已在医学领域得到应用。

得了甲流、支原体、腺病毒还是混合感染？一枚芯片同时检测12种呼吸道病原体

“是细菌还是病毒感染，到底什么病菌，还是混合感染呢？”引起呼吸道感染的病原体复杂多样，给全球公共卫生健康带来严重威胁，迫切需要精准有效的诊断方法。

解放日报·上观新闻记者5日获悉，中国科学院上海微系统与信息技术研究所赵建龙、贾春平团队联合上海海洋大学卞晓军团队，成功开发一种高度集成的微流控芯片，能够高效、灵敏地同时检测12种常见呼吸道病原体，实现了从样本到结果的快速全自动化诊断流程，为现场多重病原体检测提供了有前景的分子诊断平台。

用于同时检测多种呼吸道病原体的集成微流控芯片示意图。

近日，相关研究以“Simultaneous Detection of Multiple Respiratory Pathogens Using an Integrated Microfluidic Chip”为题，发表于国际期刊《分析化学（Analytical Chemistry）》。这些可同时检测的病原体包括人类腺病毒、甲型流感病毒、呼吸道合胞病毒A、肺炎链球菌、肺炎支原体等。

声流混合的优化结果。

“这项创新技术的核心在于其高度集成化的设计，它整合了磁珠核酸提取与纯化、声流驱动混合、液体等量分配，以及多重PCR扩增和原位荧光检测等多个步骤，实现了样本处理到结果分析的全自动化流程。”卞晓军介绍，芯片的设计巧妙，利用微柱和气泡捕获阵列结构实现磁珠的高效混合，同时采用油包水体系有效防止了交叉污染。

（A）磁珠被油相推入等分腔室的图像。（B）不同体积的磁珠在4个腔室中的平均灰度值。（C）在有两个矩形腔室和（D）没有两个矩形腔室的情况下，磁珠在等分腔室中的残留情况。

微观上，磁珠作为分子诊断的样本载体。卞晓军解释，该芯片实现磁珠高效混合的方式主要包括多个方面，分别是微柱设计、气泡捕获阵列结构、声流驱动混合、共振频率的应用、油相驱动、微柱间隙的优化。通过这一系列设计和操作，该芯片能够在大约35秒内实现磁珠的高效混合，为后续的核酸提取和检测提供了均匀的磁珠混合物。

使用荧光显微镜读取FAM、HEX和ROX通道的片上荧光结果。图A、B、C和D分别对应1、2、3和4号孔。误差条表示至少3次重复实验的标准偏差。

“这一成果不仅提高了检测效率，也大大缩短了诊断时间，整个检测过程仅需约70分钟，其多重病原体分析能力、灵敏度和速度均优于现有的大多数微流控芯片分子诊断方法。”卞晓军说，芯片的检测灵敏度极高，检出限低至10拷贝/微升（μL），确保了对低浓度病原体的有效检测。

临床鼻拭子样本中各种呼吸道病原体的荧光分析。

据悉，在临床鼻拭子样本的验证中，芯片展现了出色的多重病原体分析能力，无论是单一病原体还是混合感染，都能准确检测。研发团队表示，“我们期待芯片能够提供快速、准确的诊断信息，为疾病控制和治疗赢得宝贵时间。”

图片来源：受访高校

题图说明：集成微流控芯片。

来源：作者：徐瑞哲 徐凌

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