“表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)未來(lái)或可用于血糖監(jiān)測(cè)和病毒檢測(cè)?！?/strong>

(資料圖)

作者：Claire

編輯：tuya

出品：財(cái)經(jīng)涂鴉（ID：caijingtuya）

目前的可穿戴傳感器，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在日常條件下跟蹤佩戴者的運(yùn)動(dòng)和生命體征，例如步數(shù)、血壓、血氧和心率，并且也已逐漸發(fā)展出以非侵入性方式對(duì)佩戴者的生物流體（如汗液、唾液、眼淚和尿液）進(jìn)行原位化學(xué)傳感（in situ chemical sensing）的技術(shù)。

但是，傳統(tǒng)的可穿戴傳感器通常無(wú)法在一次測(cè)量中同時(shí)區(qū)分不同的化學(xué)物質(zhì)。如果想要設(shè)計(jì)成可用于測(cè)量多種化學(xué)物質(zhì)，則需要更大的尺寸和非常昂貴的成本。

能夠檢測(cè)多種化學(xué)分子和生物標(biāo)志物對(duì)及時(shí)、準(zhǔn)確和全面了解佩戴者復(fù)雜的生理和病理狀況至關(guān)重要。為此，東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種基于表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS，Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)技術(shù)的新型可穿戴超薄傳感器。

該研究成果發(fā)表在6月22日的Advanced Optical Materials雜志，題為“高度可擴(kuò)展、可穿戴的表面增強(qiáng)拉曼光譜”（Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy）。

拉曼技術(shù)對(duì)可穿戴生物監(jiān)測(cè)具有重要意義，因?yàn)樗鼈儞碛袩o(wú)需分子標(biāo)記即可進(jìn)行靈敏和多路化學(xué)分析的能力。困難在于，生物系統(tǒng)的固有的拉曼信號(hào)較為微弱，需要將目標(biāo)分子結(jié)合到合適的底物上，以放大拉曼響應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)選擇了黃金作為基底。金是一種已知可有效用作SERS基底的材料，多個(gè)研究項(xiàng)目已經(jīng)研究了在實(shí)際SERS平臺(tái)中使用金屬的不同方法。研究團(tuán)隊(duì)的靈感來(lái)自于制造鍍金聚乙烯醇 (PVA) 納米纖維的最新進(jìn)展，該納米纖維用于可長(zhǎng)時(shí)間佩戴在人體皮膚上的電子傳感器。

團(tuán)隊(duì)成員 Limei Liu 解釋，“這些 PVA 裝置由涂有金的超細(xì)線紡制而成，因此可以毫無(wú)問(wèn)題地附著在皮膚上，因?yàn)榻鸩粫?huì)以任何方式與皮膚發(fā)生反應(yīng)或刺激皮膚?！?/p>

這種可穿戴傳感器由納米網(wǎng)格狀的PVA纖維制成，在纖維上覆蓋150納米的金層，將涂覆的纖維納米網(wǎng)附著到目標(biāo)表面（例如人體皮膚），然后用水將 PVA 溶解掉，只留下完整的金納米網(wǎng)在目標(biāo)表面。

納米線的尖銳邊緣作為局部SERS效應(yīng)的“熱點(diǎn)”（hot spot），研究人員通過(guò)減小納米線的直徑來(lái)優(yōu)化單位體積中的熱點(diǎn)數(shù)量，同時(shí)保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)耐磨性。

在概念驗(yàn)證試驗(yàn)中，志愿者佩戴該貼片，并暴露在不同的化學(xué)物質(zhì)中，然后用商用785納米拉曼光譜儀進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能夠檢測(cè)尿素和抗壞血酸等生物分子，并識(shí)別水中的微塑料污染。還可以檢測(cè)到常見(jiàn)的濫用藥物，以及應(yīng)用于執(zhí)法。

該系統(tǒng)目前需要外部光源和光譜儀配合使用，但研究人員未來(lái)將把半導(dǎo)體納米激光器和納米光譜儀通過(guò)直接鍵合的方式，集成到可穿戴式SERS傳感器中。

助理教授Tinghui Xiao表示：“目前，我們的傳感器需要進(jìn)行微調(diào)以檢測(cè)特定物質(zhì)，我們希望在未來(lái)進(jìn)一步提高靈敏度和特異性。有了這個(gè)，我們認(rèn)為像血糖監(jiān)測(cè)這樣的應(yīng)用是可能的，非常適合糖尿病患者，甚至可以用于病毒檢測(cè)?！?/p>

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