研究背景及结论：囊性纤维化(cystic fibrosis，CF)是最常见的一种常染色体隐性遗传病，其病因是囊性纤维化跨膜传导调节因子的基因突变导致大量黏液阻塞全身外分泌腺，临床表现为慢性阻塞性肺疾病、胰腺功能不全及汗腺受累所致的汗液钠、氯异常增高等。铜绿假单胞菌风是引起广泛急性和慢性感染的机会致病菌。研究表明，感染的局部往往有显著的炎症反应，尤其是大量的中性粒细胞在发病部位聚集。


研究人员主要就慢性假单胞菌肺感染的囊性纤维化患者的痰液中的氧化亚氮进行相关测试，研究不同患者痰液中的氧化亚氮的浓度来探索这类患者产生疾病的原因，从而为治愈和预防这类疾病提供新的策略。


微电极的具体使用过程介绍:应用unisense微剖面分析系统对CF患者的痰液中的O2和N2O进行了原位的测试，测试数据表明慢性铜绿假单胞菌感染患者的痰标本由离痰表面约3mm以下的上含氧区和下缺氧区组成。细菌常数的一氧化二氮主要是局限于低氧区，一氧化二氮的最大平均浓度为41.8μm。无感染的囊性纤维化患者的对照痰标本中N2O明显减少。


N2O是反硝化途径中的一个中间体，数据表明，铜绿假单胞菌具有较强的反硝化能力，当没有O2时，是可以通过反硝化作用获得生长所需的能量。用Unisense微电极传感器获得高空间分辨率的O2和N2O浓度梯度，可以探索痰液中的微环境，首次在感染囊性纤维化患者的临床样本中证实了N2O的产生。


应用微电极测试痰液中的氧气和氧化亚氮的化学浓度梯度分布情况。图a表示的是应用微电极插入囊性纤维化绿脓杆菌肺部感染患者的痰液样本测试示意图。图b表示是痰液中氧气和氧化亚氮浓度的分布剖面图。图c表示的是介绍了在CF患者痰液中涉及的多形核白细胞（PMN）和生物膜产生反硝化过程的示意图。

CF患者痰液样本中不同时间段内的氧化亚氮和氧气的浓度剖面分析图