"表面增強拉曼光譜（SERS）技術(shù)未來或可用于血糖監(jiān)測和病毒檢測。"

作者：Claire

編輯：tuya

目前的可穿戴傳感器，已經(jīng)可以實現(xiàn)在日常條件下跟蹤佩戴者的運動和生命體征，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法在一次測量中同時區(qū)分不同的化學(xué)物質(zhì)。如果想要設(shè)計成可用于測量多種化學(xué)物質(zhì)，則需要更大的尺寸和非常昂貴的成本。

能夠檢測多種化學(xué)分子和生物標(biāo)志物對及時、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)隊開發(fā)出一種基于表面增強拉曼光譜(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“高度可擴展、可穿戴的表面增強拉曼光譜”（Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy）。

拉曼技術(shù)對可穿戴生物監(jiān)測具有重要意義，因為它們擁有無需分子標(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，多個研究項目已經(jīng)研究了在實際SERS平臺中使用金屬的不同方法。研究團(tuán)隊的靈感來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時間佩戴在人體皮膚上的電子傳感器。

團(tuán)隊成員 Limei Liu 解釋，“這些 PVA 裝置由涂有金的超細(xì)線紡制而成，因此可以毫無問題地附著在皮膚上，因為金不會以任何方式與皮膚發(fā)生反應(yīng)或刺激皮膚。”

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”（hot spot），研究人員通過減小納米線的直徑來優(yōu)化單位體積中的熱點數(shù)量，同時保持足夠的機械強度以實現(xiàn)耐磨性。

在概念驗證試驗中，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。實驗證明，該系統(tǒng)能夠檢測尿素和抗壞血酸等生物分子，并識別水中的微塑料污染。還可以檢測到常見的濫用藥物，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，但研究人員未來將把半導(dǎo)體納米激光器和納米光譜儀通過直接鍵合的方式，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)以檢測特定物質(zhì)，我們希望在未來進(jìn)一步提高靈敏度和特異性。有了這個，我們認(rèn)為像血糖監(jiān)測這樣的應(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。”