人类对个人健康的迫切关注以及医院繁琐耗时的体检程序促使越来越多的人选择可穿戴传感器用于健康实时监测,特别是对一些慢性疾病进行预防、追踪、监测和管理。近年来,相关研究团队开发设计了一系列人体可穿戴电子设备用于实时健康监测(如心率、血氧、睡眠质量等),这些设备能够将人体部分生理信号转换为电/光学信号,并通过算法、机器学习等方式以将结果直接呈现给用户。
但这些指标并不能较全面反映人体的健康状况,因此需要开发更全面、更便捷、更直观的检测手段和方式。
人的体内每天发生着丰富且复杂的生物和化学反应,相关代谢产物携带着丰富的信息,可通过血液、汗液等载体排出,其能更好反应人体内部相关病理成分的含量,从而能够提醒个人对潜在的疾病进行早期的关注或是给予医生临床医学的辅助诊断。然而血液不便于收集,并且采血的过程易带给与患者疼痛和较大的心理压力。
汗液容易收集且采集过程无痛感,对其成分检测可实现无创伤的病理分析,并在一定程度上反映人体的健康状况。但由于汗液的组成复杂,可用于分析和测试的物质含量极低,传统的传感器难以对多种成分进行方便和极微量的测试。因此,这种局限性要求基于新机制的传感器设计,可以选择性地识别低浓度的复杂分析物。
表面增强拉曼散射(SERS)技术在痕量(浓度小于百万分之一)物质检测领域具有很大优势,该技术能够以无创的方式对复杂分析物进行高灵敏度、多通路的化学传感分析,而无需事先了解分析物组成。因此,开发基于 SERS 基底的可穿戴汗液传感器,并结合柔性基底和等离子体元件,使传感器具有轻质、便携、可定制和良好光学性能等优点,已经成为该领域研究热点。
近日,中国科学院近代物理研究所材料中心研究团队等开发了一种基于核径迹技术的可穿戴柔性多孔汗液传感器。科研人员利用兰州重离子研究装置(HIRFL)提供的重离子,辐照聚碳酸酯(PC)薄膜并在其内部形成平行排列的柱状损伤区域,再利用紫外灯敏化以及化学蚀刻的方式在薄膜上制造大量纳米尺寸孔道,最终得到具有直通孔道的纳米多孔 PC 膜。
随后,在膜表面原位一步合成星状金纳米颗粒(AuNSs),制备出性能稳定、成本低廉以及超薄透气的柔性可穿戴纳米多孔 AuNSs/PC 基底。
该基底在未经任何修饰的情况下可以作为汗液传感器用于监测人体汗液中的病理相关成分,并实现对多种汗液成分的有效检测(如尿酸、乳酸、尿素、葡萄糖等)。即使在难以收集汗液的情况下,依然能够对相应成分有较好的响应。该方法对于长期卧床或不能进行剧烈运动的人群开展无创检测,以及对患有慢性疾病的人群实现居家无创健康监测均具有非常重要的意义。