上海交大王侃课题组在汗液多指标联合检测方面取得重要进展

　　

近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院感知科学与工程学院王侃副研究员团队的研究论文“Dual-signal readout paper-based wearable biosensor with a 3D origami structure for multiplexed analyte detection in sweat”（汗液多指标联合检测的双信号纸基微流控芯片的开发）在期刊《Microsystems & Nanoengineering》上发表。该研究以实现人体汗液中多指标联合无创检测为目的，设计开发了基于纸基微流控芯片的贴片式电化学比色传感器，通过一系列优化研究和在体实验，实现人体汗液中六个关键生物标志物的快速检测和分析，具有重要应用前景。

研究背景

基于双信号纸基微流控芯片的汗液多指标联合检测平台示意图

人体汗液中存在大量生物标志物，通过检测相关物质浓度的变化可以追踪一些疾病的发病机制，对于人体健康监测至关重要。各传感器通过与汗液发生化学反应所产生的颜色信号/电信号与对应的物质浓度成强线性关系。因此通过所设计的传感器捕获和分析该信号大小就可以定量对应物质的浓度大小，进而为人体健康状况的评估提供重要参考价值。

创新成果

通过化学盖印法构建亲疏水通道，设计和制备了3D折纸结构的纸基微流控芯片，实现电化学比色传感信号的检测，芯片具有体积小、成本低和无需外置驱动泵等优点。微流控芯片包括微流控通道、生物传感模块和汗液流速控制模块。微流控通道使用化学盖印法构建，通过折纸法组装成3D结构。生物传感模块由五个比色反应区（检测葡萄糖、乳酸、尿酸、pH、镁离子）和一个电化学丝网印刷三电极（检测皮质醇）组成。流速控制模块通过对棉质线基进行亲疏水改性来控制汗液流速，以同步捕获最佳比色信号。通过优化汗液中六种生物标记物（葡萄糖、乳酸、尿酸、pH、镁离子和皮质醇）的反应条件，确定最佳联合检测方案，实验结果具有较宽的检测范围，满足临床需求。

纸基微流控通道及传感区域的立体示意图（左：为传感器折叠示意图，右：为折叠后贴附于皮肤上示意图）

利用亲疏水优化的线基控制汗液流速，能在同一采样时间多指标同时达到最优检测条件，实现了汗液多指标比色信号的同时检测。最终，离体/在体实验证明所设计的可穿戴传感器在人体汗液检测方面具有较高的准确性和可靠性。

(a)在体实验，(b)葡萄糖，(c)乳酸，(d)尿酸，(e)pH，(f)镁离子，(g)皮质醇

论文信息

上海交通大学电子信息与电气工程学院硕士生成月萌和第九人民医院冯少清副主任医师为论文的共同第一作者，王侃副研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和上海交通大学医工交叉学科项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-023-00514-2

期刊信息：《Microsystems & Nanoengineering》（微系统与纳米工程）于2015年创刊，位于JCR分区仪器仪表学科Q1区和中科院分区工程技术大类1区。自2017年被SCIE收录，稳居“仪器仪表学科”中国排名第一；2017年-2021年连续五年被评为“中国最具国际影响力学术期刊”；2019年11月，入选中国科技期刊卓越行动计划领军类期刊项目。

作者：

电子信息与电气工程学院

供稿单位：

电子信息与电气工程学院