用于非侵入性监测哺乳生物标志物的多孔硅电化学生物传感器

为什么母乳能讲述健康故事

人类母乳远不止营养物；它是母亲和婴儿健康状况不断变化的化学快照。某些分子的细微变化可以在乳汁产量出现问题之前很久就发出信号。本研究介绍了一种由多孔硅制成的新型微型传感器，能够无需针刺或医院化验就读取母乳中的关键信号，为简便检测铺平道路，帮助母亲更成功地维持母乳喂养。

母乳中的隐蔽信号

母乳含有复杂的营养物质、激素、脂类、免疫细胞和遗传信息分子，这些成分共同引导婴儿的生长与免疫。其中特别值得关注的是激素胰岛素和被称为 microRNA 的小型 RNA 分子，它们与乳汁产量密切相关。肥胖或糖尿病等情况的女性常伴随胰岛素信号改变，更容易出现奶量不足。某些母乳中的 microRNA 在产量受限的母亲中亦会发生变化，这表明对母乳化学成分的细致解读可能早期预警问题。

当前监测为何不足

尽管这些信号重要性明确，但对母乳的常规、个性化监测几乎不存在。实验室技术可以测量胰岛素和 microRNA，但成本高、耗时且需要专业人员与设备。母乳本身也是一种挑战性液体：目标分子含量极低，且与脂肪和蛋白混杂，这会干扰常规检测。作者认为所需的是一种小型、稳健且灵敏的设备，能在靠近母亲的环境中工作——理想情况下作为现场检测工具——无需复杂前处理。

构建微型多孔硅探测器

为满足这一需求，研究者采用了多孔硅，这是一种充满纳米级孔洞的海绵状硅材料。该结构提供了巨大的内部表面积，可附着大量传感分子以提高灵敏度。团队精确刻蚀硅晶片，制得约 23 纳米宽的孔道，然后在富碳气体中加热稳定表面，使其在液体中既耐用又高度导电。随后，他们通过分步表面化学方法将定制的 DNA 链和能结合胰岛素的适配体（短 DNA 片段，能够折叠成捕获特定目标的构象）连接到表面，同时设计以抵抗复杂母乳混合物中的非特异性吸附。

在真实母乳中检测激素和 microRNA

在构建好传感平台后，团队测试了其检测胰岛素及两种选定 microRNA（miR148a 和 let-7g）的能力，先在简单缓冲液中，再在人类母乳样本中加入已知量目标物进行测试。利用电化学读数，胰岛素传感器在临床相关范围内呈现清晰且可预测的响应，检测下限达到健康哺乳妇女典型的低皮摩尔（picomolar）水平，同时也覆盖与代谢问题相关的更高浓度。每种 microRNA 传感器都携带设计识别特定目标的序列，达到了类似的低检测极限，甚至在复杂的母乳成分存在下也能区分几乎相同的 microRNA 序列。

这对母婴意味着什么

总之，该研究表明多孔硅传感器能够灵敏且选择性地直接从母乳中读取重要生物标志物，而无需侵入性取样或复杂的实验室处理。尽管仍处于概念验证阶段，这种方法为紧凑、甚至可能为可穿戴的设备打下基础，可实时跟踪母亲的哺乳化学状况。在实际应用中，此类工具可能及早识别奶量不足风险的女性，指导个性化支持，帮助更多家庭从母乳喂养的确证健康益处中受益。

引用: Sánchez-Salcedo, R., Voelcker, N.H. Porous silicon electrochemical biosensor for non-invasive monitoring of lactation biomarkers. npj Biosensing 3, 25 (2026). https://doi.org/10.1038/s44328-026-00085-y

关键词: 母乳生物标志物, 哺乳监测, 多孔硅生物传感器, 胰岛素检测, microRNA 检测