一種能實時跟蹤體內多種重要分子的可穿戴式傳感器

2021-02-25 紡織導報

可穿戴式傳感器技術是未來個性化醫療的發展方向，這種傳感器需克服剛性矽基傳感器與柔軟的彈性生物之間的不匹配缺陷，從而持續監測人類的生命體徵情況。

無創的分子跟蹤技術可以在更深遠的分子水平上洞悉人體的動態，根據個人的獨特狀況進行更準確的診斷或定製治療，對於個性化的精密醫療至關重要。但目前的可穿戴式傳感器通常只能一次檢測一種分析物。因此，開發具有通用目標特異性、能同時跟蹤多個目標的可穿戴傳感器成為重要的研究課題。

浙江大學的研究人員提出了一種具有「通用」分子識別能力的可穿戴等離子電子集成傳感平臺。該傳感器可將汗水中提取的目標物進行「指紋」化，實時跟蹤人體內部藥物濃度的變化，以獲得個人的藥物代謝特徵。

等離子體超材料集成的可穿戴SERS傳感設備

該等離子體超材料集成的可穿戴傳感設備由兩個主要部分組成。首先，載有刺激汗腺分泌分子（乙醯膽鹼氯化物）的水凝膠作為汗液提取成分，附著在兩個螺旋形分形網狀電極上。由銀納米立方體（NC）超晶格形成的等離子超膜作為傳感組件，安裝在水凝膠層的通孔中，用於分子檢測。然後以超低模量聚合物薄膜作支撐物，通過施加適度的電流，水凝膠層中的乙醯膽鹼氯化物可被輸送至分泌性汗腺，刺激汗液迅速產生，接近傳感組件。傳感器依靠銀NC超晶格超膜所產生的表面增強拉曼散射（SERS）效應來檢測提取汗液中的目標物。

SERS傳感組件的特性

為減小變形的影響，研究者採用「互連島」設計SERS傳感組件。這種設計成功地將脆性SERS超薄膜與柔軟有彈性的電子系統結合在一起，將較大的變形隔離到軟彈性體中，從而避免了脆性材料潛在的塑性應變。傳感器可不受限制地隨皮膚的自然變形而變化，即使經過1000次鬆弛放鬆循環後，其SERS效應依然保持穩定。

設備的機械特性

對可穿戴SERS傳感器的集成進行系統級演示發現，刺激後不久皮膚汗液含量就顯著增加。同時，傳感器可通過監測皮膚中藥物的實際濃度，評估每個人的藥物輸送、攝取和代謝情況。

傳感器的體內感測性能

該研究中的集成式可穿戴傳感器可以彌補個性化診斷或治療中的現有差距，以實時跟蹤體內重要分子，有利於擴展可穿戴傳感器的更多應用領域。

相關文章以「Wearable plasmonic-metasurface sensor for noninvasive and universal molecular fingerprint detection on biointerfaces」為題發表在《Science Advances》。

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