将汗液的表面增强拉曼光谱定量分析与皮肤贴附型软微流体反应器相结合

为什么汗液贴片对日常健康很重要

想象一下只需出汗就能检测关键健康指标，无需扎针或去诊所。本文介绍了一种柔软、类似创可贴的贴片，贴附在皮肤上，将汗液引导通过微小通道，并把原本“看不见”的分子转化为可被手持光探头或智能手机相机读取的信号。目标是在体表实现可靠的物质测量，关注与肾功能和血糖相关的物质，从而为更舒适、更频繁的健康检测打开大门。

一个温和贴合、倾听皮肤的贴片

研究人员构建了一种薄而柔性的微流体器件——本质上是在硅胶中铸模的一组柔软微小通道迷宫——它能贴合皮肤并被动收集随汗液出现的液体。内部有成对的通路：一条通向为一种基于光的技术（称为拉曼传感）设计的区域，另一条通向用于颜色变化观察的浅观测井。随着汗液毛细作用流动，它填满这些微小腔室，无需泵或电子装置，使贴片能在骑行或在温暖房间坐着等日常活动中工作。

把沉默的分子变成可见信号

许多汗液中的重要分子，如与肾功能相关的肌酐和与血糖相关的葡萄糖，对直接光学测量几乎“不可见”。为了解决这一问题，团队使用了一种巧妙的化学方法。他们在贴片中预先装入了一种酶“混合物”和一种无色染料——白布绿（leucomalachite green）。当目标分子存在时，酶会将该染料转化为孔雀绿（malachite green），这种产物既在视觉上显著（呈绿色），又产生强烈的光散射特征。汗液中目标物浓度越高，生成的孔雀绿越多，使颜色和光学信号可以直接对应生物标志物的含量。

在真实环境中让测量更可靠

在体表进行测量时情况可能很复杂。光路可能发生偏移，贴片可能弯曲，敏感表面内部并非各处都能均匀增强信号。为增加稳定性，研究人员在汗液到达感应垫之前，预先将第二种染料罗丹明6G（rhodamine 6G）混入汗液流中。这种染料的信号稳定、行为良好，作为内部标尺：孔雀绿的响应始终与这个固定参考进行比较，从而校正仪器位置和“热点”强度的变化。他们也不依赖单一点测量；相反，对感应垫内的多个微小区域取样并取平均，平滑随机性并提高读数的可靠性。

颜色作为快速检测，光学信号做最终判定

驱动光学信号的同一化学反应也会使邻近的观测井颜色从近乎白色变为绿色。用户和临床人员可以瞥一眼该观测井，快速获得肌酐或葡萄糖水平高低的定性印象。但光照条件和相机设置通常会使基于颜色的测量不可靠。为此，团队将简单相机捕捉到的颜色转换为标准化的颜色空间，并使用一种反映人眼感知色差的度量。这种处理大幅减少了不同室内光源造成的误差，并有助于颜色读数与更精确的光散射测量以及标准实验室试剂盒的结果更好地对齐。

在真实志愿者身上验证性能

在大量台架测试之后，团队将贴片贴在十三名志愿者身上，志愿者通过坐在干热桑拿或踩动静态自行车来产生汗液。贴片成功从不同部位收集汗液，并对肌酐和葡萄糖给出一致的读数。当这些读数与商业试剂盒和血液检测的结果比较时，它们落在预期的健康范围内，并能较好地追踪参考方法。偶发的不一致——比如汗液流量低或凝结造成的问题——通常可以被检测到，因为颜色和光学两种模式不一致时可以标记出可疑读数，而不是盲目信任。

对无针监测意味着什么

总体而言，这项工作表明，结合化学放大、双光学读出与统计保障，软性贴附皮肤的贴片可以将汗液转化为可靠的内部健康窗口。尽管还需要更多且规模更大的临床研究，该平台为可穿戴诊断设备提供了一条有前景的路径，使其能持续且舒适地追踪与肾功能和葡萄糖相关的指标，并有潜力扩展到许多其他生物标志物，而无需破皮。

引用: Sung, D., Jekal, B., Lee, S.I. et al. Quantitative surface-enhanced Raman spectroscopy analysis of sweat integrated with a skin-mounted soft microfluidic reactor. npj Flex Electron 10, 47 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00549-1

关键词: 可穿戴汗液传感器, 无创诊断, 拉曼光谱, 微流体贴片, 葡萄糖与肌酐监测