《BB》水凝膠比色傳感器用于汗液中氯離子和葡萄糖的現(xiàn)場檢測！

非侵入性檢測在健康監(jiān)測、疾病篩查等評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)采樣方法帶來的創(chuàng)傷和風(fēng)險，同時可以實(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需求。基于此，國立陽明交通大學(xué)（臺灣，中國）的Fu-Hsiang Ko教授課題組報道了一種基于細(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、提出研究問題：針對傳統(tǒng)汗液檢測儀器昂貴、操作復(fù)雜及現(xiàn)有傳感器材料性能不足的問題，開發(fā)一種低成本、高選擇性、可同時檢測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）和葡萄糖氧化酶（GOx）-辣根過氧化物酶（HRP）-KI體系（葡萄糖檢測），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，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，通過顏色測量分光光度法測定。(有關(guān)本圖例中顏色的解釋，請讀者參閱本文的網(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，通過顏色測量分光光度法確定。(圖例中有關(guān)顏色的解釋，請讀者參閱本文的網(wǎng)絡(luò)版）。

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

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對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)

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

文獻(xiàn)來源：

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