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西安交大科研人员在智能健康监测研究方面取得新进展

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监测人体各项生理指标可为疾病筛查、诊断及健康管理提供重要信息。人的体液(如血液、汗液等)中富含代谢物、电解质等化学成分,是健康监测的有效来源。血液检测作为临床生化分析的金标准,具有准确性高的优势,但有创的检测方式却极大降低了用户的依从性,影响了长期监测的可行性。近年来,随着柔性电子技术的快速发展,基于电化学检测原理的柔性生化指标监测平台成为研究热点,实现了对汗液、唾液、泪液等体液中相关指标的检测,但这些分泌的体液和血液成分不同,并且检测滞后、表皮污染等问题限制了其实际应用。因此,开发可直接检测体液中健康相关生物标志物的微创传感新平台成为亟待解决的问题。

针对以上问题,西安交通大学生命学院仿生工程与生物力学研究所研究人员开发了一种由水凝胶微针贴片制备的智能纹身,用于多种健康相关生化指标的同时监测。该智能纹身的制备模拟纹身的形成过程,使用可溶性微针贴片作为“纹身枪”,将作为“纹身墨水”的显色试剂释放至皮下进行检测。该智能纹身的工作原理为,微针刺入皮肤后针尖溶解,释放针尖内的检测试剂至真皮层,其与目标物发生显色反应,由于显色试剂与间质液中不同浓度的目标物反应后显现的颜色各异,因此根据肉眼读取的智能纹身颜色变化即可对目标物浓度进行定性评估,也可用手机摄像头捕捉色调变化实现半定量分析。通过进一步将微针贴片分隔成多个装载不同检测试剂的独立区域,团队还在动物体内同时检测了四种典型的慢性病相关的生物标志物(pH值、葡萄糖、尿酸和体温)。为进一步验证智能纹身在长期健康监测中的应用潜力,研究人员使用智能纹身监测了pH值和温度。实验结果表明,该智能纹身可监测至少4天的pH和温度变化。此外,动物实验表明,使用该智能纹身传感器并未产生明显皮肤毒性(如皮疹、发红、水泡或丘疹、生裂和皮肤变厚),证明其良好的生物相容性(图1)。该研究中提出的智能纹身可实现对多种目标物的原位监测,证明了其应用于健康管理的可行性。

以上研究成果以《基于微针贴片的多生理指标监测纹身》(A Colorimetric Dermal Tattoo Biosensor Fabricated by Microneedle Patch for Multiplexed Detection of Health-related Biomarkers)为题发表于国际高影响力期刊《先进科学》(Advanced Science)。论文的第一作者为西安交通大学生命科学与技术学院博士生何榕晏和特聘研究员刘灏,通讯作者为李菲教授和徐峰教授。参与该研究的还有硕士生方天舒,博士生牛艳、张慧卿,韩斐博士和高彬博士。该研究得到了国家重点研发计划、陕西省自然科学基金、高层次留学人才回国资助计划、中国博士后科学基金等的共同资助。

该研究成果是生命学院仿生工程与生物力学研究所继成功开发新型传感结构、新型软材料、新型柔性器件之后,在软物质、智能柔性传感领域取得的又一重要进展。

论文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202103030

仿生工程与生物力学研究所主页http://bebc.xjtu.edu.cn

2021-11-11
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