#557 1956 · Alfred Free and Helen Murray Free (Miles Laboratories) · Medical diagnostics / chemistry
测糖尿病要试管和滴管，直到有人问：干嘛不直接把试纸浸进尿里
问题
测尿糖需要试管、滴管，用完还得清洗
背景
在 1940 年代到 1950 年代初，测患者尿里的葡萄糖要做一场小型的湿化学实验：把尿和试剂片混在试管里，观察颜色变化。Miles 公司自家 1941 年推出的 Clinitest 试剂片，比早先的 Benedict 试剂测试确实进步了不少（不用本生灯了），但做一次测试仍要试管、用滴管量取尿样，测完了还要把玻璃器皿洗净才能轮到下一个病人——对医生想经常做的例行检查来说，这是实打实的麻烦。
Alfred 和 Helen Free 是 Miles 公司 Ames 分部的生物化学家夫妇，他们花了好几年改进「试剂片＋试管」这套玩法：让它更灵敏，又加了一种叫 Acetest 的试剂，既能测酮体也能测葡萄糖。但所有改进都还困在同一套基本装备里——试剂做成固体、尿用滴管量进试管、靠肉眼读色。当时没人质疑过：试管和滴管到底是不是真的必不可少。
换别人会怎么做
每一位改进尿检的人，包括 Free 夫妇自己在内多年来的做法，都困在 Clinitest 已经定下的那套基本装备里：试剂做成片、尿用滴管量进试管、靠肉眼读色。此后的改进——更高的灵敏度、多加一种测酮体的试剂——都只是让反应本身更准，却从没质疑试管、滴管和清洗玻璃器皿是否真的必不可少。
他们看到了什么
Al Free 的发问改写了问题本身：试剂不必呆在容器里等尿量好倒进来，它可以放在一样让病人直接浸进尿里的东西上。把试剂化学做到一条滤纸上，量取的那整套装备就消失了——不再需要滴管量出固定体积的液体，因为试纸本身只需浸进去再抽出来就能触发反应。
那一手
据 Helen Free 后来回忆，Al Free 问了一个简单的问题："只要把纸浸进尿里，我们就不用滴管了。"他们不再往盛着试剂的容器里量尿，而是把试剂化学直接做在一条滤纸上——裁好、浸过试剂溶液、烘干——医生或病人只需把试纸直接浸入尿样，再读颜色变化即可。1956 年推出的 Clinistix 用的是两步酶反应（葡萄糖氧化酶和过氧化物酶），这使它只对葡萄糖有反应，不像 Clinitest 试剂片那样对任何糖都会起反应。
为什么管用
因为试剂活在试纸上，而不是呆在容器里等量好的剂量，于是不再有需要精确量出的尿量体积，不再有测间隔洗净的试管，也不再需要常备玻璃器皿——一次门诊，或者后来病人家里的卫生间，就能做此前医院化验室要靠专用设备才能做的同一项测试。再配上只对葡萄糖起反应的「双酶反应」来代替 Clinitest 那种对任何糖都起反应的旧法，简化后的形态并没有牺牲准确性——这正是浸入即读试纸能取代试管法成为行业标准、而不是退成二等便利选项的原因。
值了多少
浸入即读省掉了试管、滴管、玻璃器皿清洗和量取——医生、护士、后来病人在家都能靠一条试纸出结果，不需任何化验设备。Miles 又推广到测蛋白（Albustix，1957）、合并多试剂于一条（Uristix，1957），到 1981 年做到十条的 Multistix 10 SG。
什么时候会失灵
这只有在反应本身能耐受「烘干在基材上、一次浸入即可干净地重新触发」时才成立；需要精确体积、定时混合或多次依次加试剂的操作，静态的一张试纸是做不到的——Free 夫妇自己走到 Clinistix 也靠了大量真正的化学工作，才让干燥的酶反应表现得稳定而有选择性。它还要假设简单的颜色变化读数，对要做出的判断够用；有些测量要求的定量精度超出了试纸颜色梯度的表达范围，那就仍要回到旧式的容器法，或者用专门读数的仪器来解读试纸。
后来呢
浸入即读的尿检试纸成了全球医生诊室、诊所和医院筛查糖尿病以及肝、肾疾病的首选常规检查，同一套「把试剂做在试纸上」的原理也正是如今家用测血糖试纸的基础。美国化学学会在 2010 年把诊断试纸的研发列为「国家级化学史里程碑」。
资料来源
- [1]Helen Free Advanced Diagnostic ChemistryNational Inventors Hall of Fame, 2023invent.org
- [2]Helen M. Free and Alfred FreeScience History Institute, 2021sciencehistory.org