《BB》水凝膠比色傳感器用于汗液中氯離子和葡萄糖的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)！

非侵入性檢測(cè)在健康監(jiān)測(cè)、疾病篩查等評(píng)估中具有非常重要的意義。汗液是一種生物流體，內(nèi)含許多生物分子，如電解質(zhì)、金屬離子、代謝物、外源性物質(zhì)以及可以作為臨床生物標(biāo)志物的蛋白質(zhì)等。對(duì)汗液中生物標(biāo)志物的快速分析，不僅符合非侵入性的特點(diǎn)，能夠最大限度地減少傳統(tǒng)采樣方法帶來(lái)的創(chuàng)傷和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室外遷”，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的限制。另一方面，汗液中的生物標(biāo)志物豐富，可以在結(jié)合微流控、智能設(shè)備的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)物集成化和智能化的檢測(cè)需求。基于此，國(guó)立陽(yáng)明交通大學(xué)（臺(tái)灣，中國(guó)）的Fu-Hsiang Ko教授課題組報(bào)道了一種基于細(xì)菌纖維素（BC）、羧甲基殼聚糖（CMC）和殼聚糖（Ch）的水凝膠微流控比色傳感器，用于汗液中Cl-和葡萄糖的快速分析；并將該研究成果于國(guó)際權(quán)威期刊Biosensors and Bioelectronics上進(jìn)行了發(fā)表。

研究思路

1、提出研究問(wèn)題：針對(duì)傳統(tǒng)汗液檢測(cè)儀器昂貴、操作復(fù)雜及現(xiàn)有傳感器材料性能不足的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種低成本、高選擇性、可同時(shí)檢測(cè)Cl-和葡萄糖的水凝膠比色傳感器。

2、構(gòu)建研究框架：以BC-CMC-Ch復(fù)合水凝膠為傳感基底，結(jié)合銀氯苯胺酸鹽（Cl-檢測(cè)）和葡萄糖氧化酶（GOx）-辣根過(guò)氧化物酶（HRP）-KI體系（葡萄糖檢測(cè)），集成3D打印PDMS微流控裝置實(shí)現(xiàn)汗液收集與分析。

3、選擇研究方法：通過(guò)FTIR、FE-SEM表征水凝膠化學(xué)結(jié)構(gòu)與形貌；拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試機(jī)械性能；比色法結(jié)合小型色度計(jì)量化Cl-（b值）和葡萄糖（-b值）濃度；選擇性實(shí)驗(yàn)排除干擾物質(zhì)影響。

4、分析數(shù)據(jù)：繪制濃度與色差值的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算檢測(cè)限和線性范圍，驗(yàn)證傳感器在實(shí)際汗液樣本中的準(zhǔn)確性。

5、得出結(jié)論：評(píng)估傳感器的靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性及臨床適用性，確認(rèn)其在CF和糖尿病診斷中的潛在價(jià)值。

論文亮點(diǎn)

1、將BC-CMC-Ch復(fù)合水凝膠用于汗液雙指標(biāo)檢測(cè)，兼具高吸水性、機(jī)械性能和抗菌性；

2、結(jié)合3D打印PDMS微流控裝置，實(shí)現(xiàn)低功耗、可穿戴設(shè)計(jì)，符合碳中和政策；

3、肉眼可見(jiàn)的比色變化與小型色度計(jì)結(jié)合，兼顧定性與定量分析。

研究實(shí)驗(yàn)圖示

1.水凝膠傳感器制備及其力學(xué)性能

圖1.(A) 微流體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，包括 (B) 粘合層、(C) 通道層和 (D) 裝配好的微流體汗液傳感器。(E）描述汗液貼片在拉伸、彎曲和扭曲等各種機(jī)械操作下的光學(xué)圖像。

2.細(xì)菌纖維素（BC）、細(xì)菌纖維素-羧甲基纖維素（BC-CMC）及細(xì)菌纖維素-羧甲基纖維素-殼聚糖（BC-CMC-Ch）三種水凝膠的FTIR光譜及化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖2.BC 、 CMC 和 Ch 的傅立葉變換紅外光譜和化學(xué)結(jié)構(gòu)。

圖3.(A) BC、(B) BC-CMC、(C) BC-CMC-Ch-0.4、(D) BC-CMC-Ch-0.6 和 (E) BC-CMC-Ch-0.8的掃描電鏡圖像。比例尺：1μm。

4.BC-CMC-Ch水凝膠傳感器的氯離子濃度響應(yīng)性能

圖4.(A) BC-CMC-Ch水凝膠化學(xué)傳感器在不同氯離子濃度下的照片和 (B) b*性能，通過(guò)顏色測(cè)量分光光度法測(cè)定。(有關(guān)本圖例中顏色的解釋，請(qǐng)讀者參閱本文的網(wǎng)絡(luò)版）。

5.BC-CMC-Ch水凝膠傳感器的葡萄糖濃度響應(yīng)性能

圖5.(A) BC-CMC-Ch水凝膠生物傳感器在不同葡萄糖濃度下的照片和 (B) -b*性能，通過(guò)顏色測(cè)量分光光度法確定。(圖例中有關(guān)顏色的解釋，請(qǐng)讀者參閱本文的網(wǎng)絡(luò)版）。

6.在汗液干擾物質(zhì)中BC-CMC-Ch水凝膠傳感器對(duì)Cl-和葡萄糖響應(yīng)的選擇性測(cè)試

圖6.基于 BC-CMC-Ch 水凝膠的氯化物和葡萄糖傳感器的比色響應(yīng)。(A) 氯離子和各種汗液成分存在時(shí)氯離子傳感器的 ΔE* 比率和 (B) a* 值性能。(C) 葡萄糖傳感器在多種汗液成分存在時(shí)對(duì)葡萄糖和各種共存汗液成分的比色響應(yīng)的 ΔE* 比率和 (D) b* 值性能。

研究總結(jié)

成功開(kāi)發(fā)了基于BC-CMC-Ch水凝膠的比色傳感器，可同時(shí)檢測(cè)汗液中Cl?和葡萄糖。傳感器具有低檢測(cè)限（Cl?0.56 mM，葡萄糖0.1μM）、寬線性范圍、良好選擇性和穩(wěn)定性（一個(gè)月），適用于CF和糖尿病的現(xiàn)場(chǎng)診斷，為非侵入式健康監(jiān)測(cè)提供了實(shí)用工具。

文獻(xiàn)來(lái)源：

TAI Y T, WEI C Y, KO F H. Hydrogel-based colorimetric power-saving sensors for on-site detection of chloride ions and glucose in sweat[J/OL]. Biosensors and Bioelectronics, 2025, 271: 117041. DOI:10.1016/j.bios.2024.117041.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566324010480?via%3Dihub