用于汗液中葡萄糖无创实时监测的可穿戴微流控芯片

汗液是一种典型的非侵入性代谢物，通过收集与检测，可以在无创的情况下获得相关的临床信息，以用于健康研究。葡萄糖是汗液中的重要成分之一，与血糖水平密切相关，其浓度的变化可以反映人体的健康状况，尤其对于糖尿病的检测与治疗有重要的意义。因此，汗液是血液样本最有希望的替代品，可通过无创方式评估体内葡萄糖水平。因此，具有无创采集、存储和检测功能的可穿戴葡萄糖检测设备是现在所亟需关注的问题。

近日，深圳大学闫昇研究员在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上发表了用于汗液中葡萄糖检测的具有可擦除液态金属拉曼热点的自粘性微流控芯片研究。这种自粘、可穿戴的微流控芯片由具有增强粘性的改性聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，可以与身体表皮很好的贴合，进而达到收集、输送、储存和检测汗液的目的。此外，微流控通道内部的等离子体热点是在液态金属镓（Ga）上合成银纳米（AgNPs）结构产生的，可以在碱性溶液中去除。当汗液流经微流控通道中可擦除的液态金属拉曼热点的位置时，可以通过检测拉曼信号强度来获取汗液中葡萄糖含量的信息。此外，液态金属拉曼热点的可擦除-再生的性质使得芯片可以重复利用，从而大大降低制备成本。 

总之，该研究制备的微流控芯片的亮点主要体现在：（1）无需洁净室和光刻即可轻松制造；（2）无需等离子体键合方法即可生成整个芯片，并能够避免液体泄漏问题；（3）生物流体可以通过毛细作用简单输送，无需外部泵源；（4）微腔能够存储等离子体传感器；（5）该微流控芯片可以及时生成表面增强拉曼散射（SERS）热点，从而避免氧化问题；（6）该微流控芯片产生的SERS热点具有可擦除-再生的特性，使其可以用于葡萄糖变化的多次测量。

相关论文以“Self-Adhesive, Biocompatible, Wearable Microfluidics with Erasable Liquid Metal Plasmonic Hotspots for Glucose Detection in Sweat”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上，深圳大学硕士研究生袁庆伟与深圳大学微纳光电子学研究院方晖教授为文章共同第一作者，深圳大学高等研究院闫昇研究员为通讯作者。

图1 自粘性、可穿戴汗液检测微流控芯片的设计  

利用直写技术制备微流控通道

微流控通道的制备方法多种多样，但是常用方法所需要的实验设备要求相对较高且操作复杂。该研究采取了一种更为简便的直写技术来制备微流控通道。其主要包括三个步骤：（1）使用直写装置制备用作通道模具的镓（Ga）线；（2）微流控芯片的封装；（3）微流控通道的冲洗。

图2 基于直写技术的微流控芯片通道制备

可擦除拉曼热点用于汗液中的葡萄糖检测

SERS的使用可以很好的解决微量元素的检测，但是现阶段拉曼基底的制备方法大多比较复杂，成本高昂。基于此，研究人员提出了一种具有可擦除拉曼热点的LM拉曼基底的制备方案。基底的制备是经过两个步骤完成的，首先是利用置换反应在Ga表面生成AgNPs，其次是对Ga表面的AgNPs进行修饰。此时通入汗液，便可以达到检测其中葡萄糖浓度的目的。当再向其中通入碱性溶液时，便可以将表面的AgNPs“清洗”掉，达到擦除的效果，重复上述制备操作便可以重新“再生”出颗粒，以再次用于检测。

图3 利用可穿戴微流控装置检测汗液中的葡萄糖

综上所述，研究团队开发了一种具有自粘性的可穿戴微流控装置，可以利用表面增强拉曼散射技术以无创方式检测人体汗液中葡萄糖浓度的变化。基于液态金属基底的可擦除-再生液态拉曼热点使得该芯片可被重复使用，具有巨大的应用潜力。并且所有关键部件（自粘性弹性体、可擦除液态金属拉曼热点）都是通过简单、低成本的方法获得的。除了葡萄糖检测之外，这种微流控芯片在人体汗液中其他生物标志物的无创实时监测方面也有着巨大潜力。

审核编辑：刘清