一种用于皮肤健康护理的表皮丝氨酸传感系统：开启个性化皮肤健康管理新征程

为解决传统便携式生物传感器忽视表皮生物标志物检测，以及表皮生物标志物直接提取和原位检测困难的问题，研究人员开展了表皮丝氨酸传感系统的研究。结果显示该系统能原位定量检测表皮丝氨酸，评估护肤品效果并跟踪特应性皮炎（AD）患者皮肤屏障恢复进程，对皮肤健康护理意义重大。

　　在皮肤健康管理的领域中，随着科技的发展，便携式或可穿戴生物传感器成为了研究热点。它们凭借独特优势，在监测人体生理过程和疾病状态方面展现出巨大潜力，比如能检测汗液、唾液等生物流体中的生物标志物。然而，这类传感器大多聚焦于生物流体，却忽视了表皮角质层中丰富的生物标志物。这些表皮生物标志物源自皮肤代谢，对皮肤屏障的功能和完整性至关重要，在皮肤病学和化妆品领域的检测中意义重大。例如，它们可以反映皮肤屏障的完整性，为多种皮肤疾病的早期诊断和治疗提供重要依据。

但目前，表皮生物标志物的检测面临诸多难题。在提取方面，传统的皮肤采样方法，像皮肤活检或胶带剥离，不仅具有侵入性，让患者难以忍受，还可能导致局部创伤或感染。即便有非侵入性采样技术，也往往需要复杂的样本处理步骤，这不仅增加了检测成本和时间，还可能影响结果的准确性和可靠性。在检测环节，常见的测量技术，如液相色谱 - 质谱联用（LCMS）和酶联免疫吸附测定（ELISA），存在仪器繁琐、操作耗时费力等缺点。所以，开发一种能直接采样并原位测量表皮代谢物的通用技术迫在眉睫。

在这样的背景下，中国科学院半导体研究所、中国科学院大学材料科学与光电工程中心等机构的研究人员开展了一项研究。他们致力于开发一种可穿戴的丝氨酸传感贴片（sensing patch），用于直接采样和原位检测表皮丝氨酸，该研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在传感器制备方面，通过层层修饰构建了基于分子印迹聚合物（MIP）的丝氨酸传感器，利用激光切割技术制作传感器结构和贴片封装材料。为实现原位检测，开发了定制的手持式丝氨酸测试仪，将贴片与测试仪集成，构成丝氨酸传感系统。在实验过程中，招募了健康个体和特应性皮炎（AD）患者作为研究对象，通过对比不同个体、不同皮肤区域的丝氨酸水平，评估系统性能。

下面来看具体的研究结果。

• 表皮丝氨酸传感系统的设计与操作：该系统的核心是丝氨酸传感器，由用于丝氨酸扩散和离子传导的多孔聚乙烯醇（PVA）水凝胶，以及基于 MIP 的电化学电极阵列组成。传感器被封装成可穿戴贴片，采用独特的三电极结构，相比传统结构，能使水凝胶、电极和皮肤接触更紧密，减少对患病皮肤的刺激。当贴片贴在皮肤上，丝氨酸会从皮肤扩散到水凝胶，再被 MIP 层识别，最终转化为电化学信号。配合手持式测试仪，该系统实现了表皮丝氨酸的无创原位检测，操作简单便捷，可用于区分 AD 患者的皮损区和正常皮肤区域，并跟踪治疗恢复过程。
• 基于 MIP 的丝氨酸传感器的表征：研究人员制备的多层敏感且选择性的工作电极，具备良好的性能。在 0.1M KCl 溶液中，丝氨酸与 MIP 传感电极的结合在 5 分钟达到准稳态，传感器对丝氨酸的检测范围为 48μM 至 30mM，具有高灵敏度（2.22μA / 每十倍浓度变化）和优异的选择性，对表皮中的其他非目标分析物响应不明显。在优化后的 0.3mm 厚 PVA 水凝胶中，传感器的检测性能依然良好，灵敏度可达 2.85μA / 每十倍浓度变化，且在皮肤温度范围内电流响应稳定，贴片在空气中至少可保存 4 天。
• 系统对皮肤保湿功能的评估：为评估该系统在皮肤保湿功能评估方面的应用，研究人员以一款含保湿成分（包括丝氨酸）的商业护肤品（L’Oréal Black Essence）为研究对象。通过对比使用该护肤品前后，受试者皮肤的丝氨酸水平、经表皮水分流失（TEWL）和角质层含水量（SCH）等指标，发现使用护肤品后，皮肤的丝氨酸水平和 SCH 升高，TEWL 降低，且表皮丝氨酸水平与 TEWL 呈强负相关。这表明该系统能有效评估护肤品对皮肤保湿功能的提升效果，且不同个体、不同身体部位的丝氨酸含量存在差异，均与 SCH 值呈正相关，进一步验证了系统的可靠性。
• 系统对特应性皮炎患者治疗跟踪的评估：特应性皮炎（AD）是一种慢性炎症性皮肤病，主要由丝聚蛋白（filaggrin）基因突变引起，导致皮肤屏障功能受损，丝氨酸水平下降。研究人员利用丝氨酸传感系统对 AD 患者颈部皮损区和健康皮肤区域的丝氨酸水平进行定量监测。结果显示，用药前，皮损区丝氨酸水平低于正常皮肤区；用药后，皮损区丝氨酸水平逐渐上升，第三周时甚至超过正常皮肤区，同时皮肤外观和 TEWL 值也呈现相应的改善，表明皮肤屏障功能得到修复，这说明丝氨酸可作为评估 AD 恢复进程的潜在生物标志物。

综合上述研究，研究人员开发的丝氨酸传感系统集成了可穿戴贴片和定制手持式测试仪，实现了表皮丝氨酸水平的原位采样和测量。该系统操作简单高效，可与商业血糖仪相媲美，有望广泛应用于皮肤健康护理领域。通过评估护肤品的保湿功效和跟踪 AD 患者的治疗过程，充分展示了其在皮肤健康监测方面的实用价值，为个性化皮肤健康管理提供了新的手段。同时，该系统的架构和方法具有通用性和可扩展性，为其他与皮肤疾病和化妆品相关的水溶性小分子的原位实时检测开辟了新途径，对推动皮肤健康护理领域的发展具有重要意义。