監(jiān)測(cè)人體各項(xiàng)生理指標(biāo)可為疾病篩查、診斷及健康管理提供重要信息。人的體液（如血液、汗液等）中富含代謝物、電解質(zhì)等化學(xué)成分，是健康監(jiān)測(cè)的有效來源。血液檢測(cè)作為臨床生化分析的金標(biāo)準(zhǔn)，具有準(zhǔn)確性高的優(yōu)勢(shì)，但有創(chuàng)的檢測(cè)方式卻極大降低了用戶的依從性，影響了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的可行性。近年來，隨著柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，基于電化學(xué)檢測(cè)原理的柔性生化指標(biāo)監(jiān)測(cè)平臺(tái)成為研究熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汗液、唾液、淚液等體液中相關(guān)指標(biāo)的檢測(cè)，但這些分泌的體液和血液成分不同，并且檢測(cè)滯后、表皮污染等問題限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)可直接檢測(cè)體液中健康相關(guān)生物標(biāo)志物的微創(chuàng)傳感新平臺(tái)成為亟待解決的問題。
針對(duì)以上問題，西安交通大學(xué)生命學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所研究人員開發(fā)了一種由水凝膠微針貼片制備的智能紋身，用于多種健康相關(guān)生化指標(biāo)的同時(shí)監(jiān)測(cè)。該智能紋身的制備模擬紋身的形成過程，使用可溶性微針貼片作為“紋身槍”，將作為“紋身墨水”的顯色試劑釋放至皮下進(jìn)行檢測(cè)。該智能紋身的工作原理為，微針刺入皮膚后針尖溶解，釋放針尖內(nèi)的檢測(cè)試劑至真皮層，其與目標(biāo)物發(fā)生顯色反應(yīng)，由于顯色試劑與間質(zhì)液中不同濃度的目標(biāo)物反應(yīng)后顯現(xiàn)的顏色各異，因此根據(jù)肉眼讀取的智能紋身顏色變化即可對(duì)目標(biāo)物濃度進(jìn)行定性評(píng)估，也可用手機(jī)攝像頭捕捉色調(diào)變化實(shí)現(xiàn)半定量分析。通過進(jìn)一步將微針貼片分隔成多個(gè)裝載不同檢測(cè)試劑的獨(dú)立區(qū)域，團(tuán)隊(duì)還在動(dòng)物體內(nèi)同時(shí)檢測(cè)了四種典型的慢性病相關(guān)的生物標(biāo)志物（pH值、葡萄糖、尿酸和體溫）。為進(jìn)一步驗(yàn)證智能紋身在長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用潛力，研究人員使用智能紋身監(jiān)測(cè)了pH值和溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該智能紋身可監(jiān)測(cè)至少4天的pH和溫度變化。此外，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，使用該智能紋身傳感器并未產(chǎn)生明顯皮膚毒性（如皮疹、發(fā)紅、水泡或丘疹、生裂和皮膚變厚），證明其良好的生物相容性（圖1）。該研究中提出的智能紋身可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種目標(biāo)物的原位監(jiān)測(cè)，證明了其應(yīng)用于健康管理的可行性。
圖1.智能紋身在健康管理中的應(yīng)用 （A）用于智能紋身的水凝膠微針貼片的制備過程 （B）微針貼片的形貌和尺寸表征 （C）微針貼片制備的智能紋身 （D）用于監(jiān)測(cè)健康相關(guān)指標(biāo)的智能紋身墨水 （E）智能紋身同時(shí)監(jiān)測(cè)多種健康相關(guān)指標(biāo)
以上研究成果以《基于微針貼片的多生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)紋身》（A Colorimetric Dermal Tattoo Biosensor Fabricated by Microneedle Patch for Multiplexed Detection of Health-related Biomarkers）為題發(fā)表于國(guó)際高影響力期刊《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)。論文的第一作者為西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生何榕晏和特聘研究員劉灝，通訊作者為李菲教授和徐峰教授。參與該研究的還有碩士生方天舒，博士生牛艷、張慧卿，韓斐博士和高彬博士。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、陜西省自然科學(xué)基金、高層次留學(xué)人才回國(guó)資助計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金等的共同資助。
該研究成果是生命學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所繼成功開發(fā)新型傳感結(jié)構(gòu)、新型軟材料、新型柔性器件之后，在軟物質(zhì)、智能柔性傳感領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202103030
仿生工程與生物力學(xué)研究所主頁：http://bebc.xjtu.edu.cn
