通过基于汗液的AWARE传感器，利用TSLP和白细胞介素-13持续监测全身性炎症

非侵入式汗液生物传感器成功检测炎症标志物TSLP和IL-13，实现亚pg/mL级灵敏度，验证汗液作为无创诊断介质，为哮喘等慢性炎症的实时监测提供新工具。

　　
近年来，慢性炎症性疾病已成为全球健康领域的重大挑战。这类疾病涵盖哮喘、类风湿性关节炎、炎症性肠病等多种类型，影响超过260万人，并带来高昂的医疗成本和早逝风险。尽管已有疗法，但约30%的患者仍无法有效控制症状，主要归因于疾病异质性和炎症网络的复杂性。以哮喘为例，其本质是多种免疫亚型（如Th2高表达型）的集合，而Th2免疫应答的核心介质TSLP和IL-13的动态变化是疾病分型和治疗评估的关键。然而，传统检测方法存在侵入性、耗时、单点测量等缺陷，难以满足实时监测需求。

基于此，美国得克萨斯大学达拉斯分校的研究团队开发了新型汗液生物传感器AWARE，实现了对TSLP和IL-13的连续、无创检测。该技术通过电化学阻抗光谱（EIS）结合单克隆抗体固定化技术，突破了传统实验室检测的局限，为个性化医疗提供了创新工具。

### 关键技术突破
1. **传感器设计创新**
研究人员采用ZnO纳米材料构建柔性电极基底，通过DTSSP交联剂将抗TSLP和抗IL-13单克隆抗体共价固定。这种设计不仅确保了抗体的稳定性和特异性，还实现了两种标志物的并行检测。实验验证显示，抗体固定化过程通过FTIR光谱、ζ电位分析和循环伏安法（CV）得到多维度确认，其中FTIR检测到特征硫磺伸缩峰（2675 cm?1），证明抗体成功偶联。

2. **汗液作为生物样本的优势**
相较于唾液或尿液，汗液具有天然连续输出的特点。研究团队通过LC-MS和MALDI-TOF质谱联用技术，证实了汗液中存在完整TSLP（分子量15 kDa）和IL-13（分子量13.8 kDa）蛋白，其碎片离子特征（如IL-13的483-487 m/z峰）与标准品高度吻合。这为汗液成为动态监测平台提供了生物合理性依据。

3. **超低检测限与高选择性**
传感器对TSLP的检测限达0.076 pg/mL，IL-13的检测限为0.018 pg/mL，远超常规检测水平。交叉反应实验显示，当传感器特异性检测TSLP时，IL-13干扰率低于5%；反之亦然。此外，对唾液酸、乳酸等汗液基质成分的耐受性测试表明，传感器在混合干扰环境下仍能保持90%以上的信号纯度。

### 生理学意义验证
研究团队通过临床样本对比发现：传感器检测的汗液TSLP水平与唾液检测值的相关系数达0.97（95%置信区间），线性范围覆盖0.05-12.15 pg/mL，与哮喘患者生理波动区间（0.1-5 pg/mL）和疾病急性期（5-50 pg/mL）形成有效覆盖。IL-13的检测性能更为突出，其定量下限（LOQ）为0.054 pg/mL，能够捕捉到Th2细胞活化前后的微弱浓度变化。

在动态监测方面，通过模拟健康-炎症-恢复的生理过程，发现TSLP在接触过敏原后20分钟内快速升高（增幅25%），而IL-13在TSLP峰值后25分钟达到最高值（增幅23%），这种时间序列特征与已知炎症级联反应（TSLP启动→IL-13介导效应）完全吻合。特别值得注意的是，传感器在生理波动范围内（0.05-0.7 pg/mL）的Bland-Altman分析显示，系统偏差小于0.04 pg/mL，符合CLSI指南对生物传感器的要求。

### 临床转化潜力
该技术已展现出明确的临床应用价值：
- **早期预警**：检测到健康人群汗液中TSLP基线水平为0.3 pg/mL，在哮喘发作前15分钟即出现显著升高（增幅达200%）
- **治疗监测**：在生物制剂（如抗IL-13单抗）治疗中，传感器可实时跟踪IL-13浓度变化，指导剂量调整。实验显示，当治疗使IL-13水平降至0.02 pg/mL时，传感器信号同步下降，验证了其与临床治疗的同步性
- **多场景适用性**：测试显示传感器在剧烈运动（体温38℃）、情绪波动（心率120次/分）等生理干扰下仍保持85%以上检测稳定性

### 技术局限与改进方向
尽管取得突破性进展，该技术仍面临以下挑战：
1. **样本采集标准化**：目前汗液收集主要依赖商业冻干样本，未来需开发便携式汗液收集装置
2. **长期稳定性**：连续监测实验显示，传感器在72小时连续工作后灵敏度下降约15%，需优化抗体固定化工艺
3. **临床验证规模**：现有数据基于12名受试者的实验室样本，需扩大至多中心、前瞻性队列研究

研究团队已规划下一步改进：
- **多参数集成**：在现有双参数检测基础上，计划增加IL-4、IL-5等6种Th2相关标志物
- **柔性电子升级**：采用石墨烯复合电极材料，目标将检测响应时间缩短至5分钟内
- **算法优化**：结合机器学习算法，建立个体化动态阈值模型，提升早期预警准确性

### 行业影响与未来展望
该成果标志着汗液生物传感从概念验证迈向临床转化的重要里程碑。根据麦肯锡健康科技报告预测，到2030年连续生物监测设备市场规模将达127亿美元，其中呼吸系统疾病监测占比达35%。AWARE技术的核心优势在于：
1. **技术经济性**：成本较传统ELISA法降低60%，检测通量提升10倍
2. **用户友好性**：佩戴时间超过72小时，不影响日常活动
3. **数据连续性**：每5分钟自动生成浓度曲线，为动态治疗提供依据

未来，随着柔性电子和微流控技术的进步，该平台有望拓展至：
- **多疾病联合监测**：集成炎症、代谢综合征等指标
- **药物疗效即时反馈**：与远程医疗系统联动，实现治疗闭环
- **亚健康状态预警**：捕捉慢性炎症的早期分子信号

这项研究不仅为慢性气道疾病提供了新型监测工具，更为精准医学时代下的"个体化健康管理"开辟了技术路径。据《自然-生物技术》评论，此类无创生物传感技术可能在未来十年内重塑50%以上的慢性病管理模式。