在生命科学研究、临床诊断和环境监测等领域，钙离子（Ca²⁺）扮演着至关重要的角色。

在细胞层面，钙离子是公认的“第二信使”，其基础浓度（静息态浓度）的微小波动，直接调控着神经信号传递、肌肉收缩、基因表达、细胞增殖与凋亡等核心生理过程。精确掌握细胞内钙离子的本底水平及其动态变化，是揭示众多生命活动机制和疾病病理的关键窗口。

在体外检测中，例如在药物筛选、水质分析或体液检测中，稳定、准确地监测钙离子浓度，同样是评估生化反应、环境健康与疾病标志物的核心需求。

然而，传统的钙离子检测技术（如荧光探针法、原子吸收光谱、离线电化学检测）面临着巨大挑战：

1、难以“在线”与“实时”：多数方法需要采样、预处理，无法对动态过程进行连续、无损的监测。

2、可能干扰被测体系：如荧光染料可能产生光毒性，并存在淬灭、泄露等问题。

3、无法反映基础浓度：一些方法在测量时会主动刺激细胞或改变环境，难以捕捉到最初始、最真实的静息态钙离子水平。

在现有挑战与实际需求的双重驱动下，我们选择聚焦于微流控与电化学传感相结合的技术路径——微流控电极在线检测系统。该系统前端采用微透析技术，支持在动物自由清醒活动状态下，实现对钙离子的在线实时监测。

微流控技术与高性能电化学传感电极的集成，构建了一个高效的检测平台，具备以下核心功能：

1、在线、实时、连续地监测动态体系（如活体脑区、细胞培养液等）中的钙离子浓度变化。

2、在基本不干扰生理状态的条件下，精准捕获并长期追踪钙离子的基础浓度，为揭示生理与病理过程的初始机制提供新的观测视角。

小鼠脑内在线检测钙离子实例展示

实验成果展示：

图：通过手术将微透析探针植入小鼠脑内，待其清醒后，对海马脑区进行微透析采集，透析液经管路流入在线检测系统实现实时分析。

实验流程包括：

• 首先在体建立电极校准曲线，确保检测系统在真实生理环境中的响应准确性；

• 随后测定探针体外回收率（约10%），用于将检测信号准确换算为体内真实的钙离子含量；

• 最终连接动物进行在体监测，测得小鼠海马区脑内钙离子真实浓度为 1.24 mM。

总结

综上所述，本研究构建的微流控电极在线检测系统，融合微透析、微流控与电化学传感技术，其核心突破在于实现了对钙离子基础浓度（静息态水平）的连续、实时、在体监测。该系统在几乎不干扰正常生理过程的条件下，可长期、稳定地捕捉钙离子的动态，为揭示生理调控与病理发生的初始机制提供了直接而可靠的技术窗口，在神经科学、疾病机理研究与药物开发等领域具有重要的应用价值。