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水凝胶“智能纹身”:未来健康检测“晴雨表”

2021-12-1514:04:31来源:科技日报

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水凝胶“智能纹身”:未来健康检测“晴雨表”

进行微针贴片检测时,微针仅刺入皮下不足1毫米处,不会触及神经和血管,因此不会流血,患者无痛感。微针刺入皮下后作为“墨水”的4种检测剂会对人体葡萄糖、pH值、尿酸和温度进行检测,并在受测部位呈现不同颜色。

近日,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”,或可成为未来健康检测的“晴雨表”。此项研究成果以“基于微针贴片的多生理指标监测纹身”为题发表于国际高影响力期刊《先进科学》上。

多年来,血液检测是临床生化分析的金标准,有准确性高等优点,但血液检测是有创检测,极大降低了用户的依从性,影响长期监测的可行性。为此,开发可直接检测体液中相关生物标志物的微创传感新平台成为迫切需求。

水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,可以在水中迅速吸水并溶胀,生活中常见的水凝胶有果冻、芦荟胶等。西安交通大学研究人员开发出的“智能纹身”,其实是一种水凝胶微针贴片。

一个边长1.5厘米正方形的微针贴片上,分布着100个由透明质酸做成的微针,这些微针被分成4个区域,每个区域的微针分别装载不同检测试剂。不同的检测试剂就相当于“纹身”时所用的不同颜色的“墨水”。

进行微针贴片检测时,可选皮肤平整处贴上贴片,微针仅刺入皮下不足1毫米处,不会触及神经和血管,因此进行微针检测时不流血、无痛感。微针刺入皮下后,透明质酸遇皮肤下间质液会溶解,此时作为“墨水”的4种检测剂犹如“猎手”,会在几分钟内迅速穿透表皮层,抵达真皮层,它们寻找的“猎物”是人体葡萄糖、pH值、尿酸和温度。很多慢性病检测时都需要将这4个指标作为辅助诊断手段。

当不同的检测剂分别遇到自己的“猎物”时,它们就开始了各自的“表演”——检测pH值的试剂会发生酸碱反应,检测葡萄糖和尿酸的试剂会发生氧化还原反应,反应所产生的新物质,会在皮肤表面呈现出某种特定的颜色,就造成了给表皮“纹身”的效果。检测温度使用的检测剂主要是温敏粉,温敏粉遇到不同温度会发生颗粒聚集度改变,也就是说,不同温度也会显示成不同颜色。检测通常在两三分钟内完成,受测部位会呈现出4种不同的颜色,仿佛是用不同“墨水”进行了“纹身”。

此时,医生可以通过将“纹身”显示出的颜色与标准图卡进行比对,判断人体葡萄糖、pH值、尿酸和温度值。

目前,研究团队已在活体兔子身上进行了pH值、葡萄糖、尿酸和体温检测,实验结果表明,该“智能纹身”可监测至少4天的pH值和温度变化。

另据动物实验表明,使用该“智能纹身”并未产生明显皮肤毒性,如皮疹、发红、水泡或丘疹、生裂和皮肤变厚等,证明其具有良好的生物相容性。“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。

责任编辑:祝文琪(EN094)

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