用于汗液中葡萄糖無創(chuàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測的可穿戴微流控芯片

汗液是一種典型的非侵入性代謝物，通過收集與檢測，可以在無創(chuàng)的情況下獲得相關(guān)的臨床信息，以用于健康研究。葡萄糖是汗液中的重要成分之一，與血糖水平密切相關(guān)，其濃度的變化可以反映人體的健康狀況，尤其對于糖尿病的檢測與治療有重要的意義。因此，汗液是血液樣本最有希望的替代品，可通過無創(chuàng)方式評估體內(nèi)葡萄糖水平。因此，具有無創(chuàng)采集、存儲和檢測功能的可穿戴葡萄糖檢測設(shè)備是現(xiàn)在所亟需關(guān)注的問題。

近日，深圳大學(xué)閆昇研究員在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上發(fā)表了用于汗液中葡萄糖檢測的具有可擦除液態(tài)金屬拉曼熱點(diǎn)的自粘性微流控芯片研究。這種自粘、可穿戴的微流控芯片由具有增強(qiáng)粘性的改性聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，可以與身體表皮很好的貼合，進(jìn)而達(dá)到收集、輸送、儲存和檢測汗液的目的。此外，微流控通道內(nèi)部的等離子體熱點(diǎn)是在液態(tài)金屬鎵（Ga）上合成銀納米（AgNPs）結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，可以在堿性溶液中去除。當(dāng)汗液流經(jīng)微流控通道中可擦除的液態(tài)金屬拉曼熱點(diǎn)的位置時(shí)，可以通過檢測拉曼信號強(qiáng)度來獲取汗液中葡萄糖含量的信息。此外，液態(tài)金屬拉曼熱點(diǎn)的可擦除-再生的性質(zhì)使得芯片可以重復(fù)利用，從而大大降低制備成本。

總之，該研究制備的微流控芯片的亮點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）無需潔凈室和光刻即可輕松制造；（2）無需等離子體鍵合方法即可生成整個芯片，并能夠避免液體泄漏問題；（3）生物流體可以通過毛細(xì)作用簡單輸送，無需外部泵源；（4）微腔能夠存儲等離子體傳感器；（5）該微流控芯片可以及時(shí)生成表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）熱點(diǎn)，從而避免氧化問題；（6）該微流控芯片產(chǎn)生的SERS熱點(diǎn)具有可擦除-再生的特性，使其可以用于葡萄糖變化的多次測量。

相關(guān)論文以“Self-Adhesive, Biocompatible, Wearable Microfluidics with Erasable Liquid Metal Plasmonic Hotspots for Glucose Detection in Sweat”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上，深圳大學(xué)碩士研究生袁慶偉與深圳大學(xué)微納光電子學(xué)研究院方暉教授為文章共同第一作者，深圳大學(xué)高等研究院閆昇研究員為通訊作者。

圖1 自粘性、可穿戴汗液檢測微流控芯片的設(shè)計(jì)

利用直寫技術(shù)制備微流控通道

微流控通道的制備方法多種多樣，但是常用方法所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求相對較高且操作復(fù)雜。該研究采取了一種更為簡便的直寫技術(shù)來制備微流控通道。其主要包括三個步驟：（1）使用直寫裝置制備用作通道模具的鎵（Ga）線；（2）微流控芯片的封裝；（3）微流控通道的沖洗。

圖2 基于直寫技術(shù)的微流控芯片通道制備

可擦除拉曼熱點(diǎn)用于汗液中的葡萄糖檢測

SERS的使用可以很好的解決微量元素的檢測，但是現(xiàn)階段拉曼基底的制備方法大多比較復(fù)雜，成本高昂?；诖耍芯咳藛T提出了一種具有可擦除拉曼熱點(diǎn)的LM拉曼基底的制備方案?；椎闹苽涫墙?jīng)過兩個步驟完成的，首先是利用置換反應(yīng)在Ga表面生成AgNPs，其次是對Ga表面的AgNPs進(jìn)行修飾。此時(shí)通入汗液，便可以達(dá)到檢測其中葡萄糖濃度的目的。當(dāng)再向其中通入堿性溶液時(shí)，便可以將表面的AgNPs“清洗”掉，達(dá)到擦除的效果，重復(fù)上述制備操作便可以重新“再生”出顆粒，以再次用于檢測。

圖3 利用可穿戴微流控裝置檢測汗液中的葡萄糖

綜上所述，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有自粘性的可穿戴微流控裝置，可以利用表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)以無創(chuàng)方式檢測人體汗液中葡萄糖濃度的變化?；谝簯B(tài)金屬基底的可擦除-再生液態(tài)拉曼熱點(diǎn)使得該芯片可被重復(fù)使用，具有巨大的應(yīng)用潛力。并且所有關(guān)鍵部件（自粘性彈性體、可擦除液態(tài)金屬拉曼熱點(diǎn)）都是通過簡單、低成本的方法獲得的。除了葡萄糖檢測之外，這種微流控芯片在人體汗液中其他生物標(biāo)志物的無創(chuàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測方面也有著巨大潛力。

審核編輯：劉清