Гибкие микрофлюидные наноплазмонные датчики для обновляемого и портативного распознавания биохимических отпечатков пота

Jun 24, 2023

npj Flexible Electronics, том 6, номер статьи: 60 (2022 г.) Цитировать эту статью

3758 Доступов

18 цитат

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Носимые датчики пота с различными сенсорными системами могут обеспечить неинвазивную медицинскую диагностику и мониторинг состояния здоровья. Здесь мы демонстрируем носимый микрожидкостный наноплазмонный датчик, способный обновлять и портативно распознавать информацию отпечатков пальцев о целевых биомаркерах, включая мочевину, лактат и pH в поту. Миниатюрная тонкая плазмонная метаповерхность с однородными горячими точками грибовидной формы и высокой активностью комбинационного рассеяния света (SERS) с усиленным поверхностью спроектирована и интегрирована в платформу микрофлюидики. По сравнению с обычными носимыми платформами SERS с риском смешанного эффекта между новым и старым потом, микрофлюидная система SERS позволяет вводить пот контролируемым образом с высоким временным разрешением, обеспечивая обновляемый анализ SERS. Мы используем портативный специализированный рамановский анализатор с дружественным человеко-машинным интерфейсом для портативного распознавания спектроскопических сигнатур биомаркеров пота. Это исследование объединяет эпидермальную микрофлюидику с портативным молекулярным распознаванием SERS, представляя управляемую, удобную и динамичную систему обнаружения биожидкостей для персонализированной медицины.

Гибкая интеллектуальная электроника произвела революцию в нашем познании, методологии и методах в области электронной кожи, взаимодействия человека и машины, персонализированного здравоохранения1,2,3,4,5,6,7,8,9. В частности, носимые датчики пота, которые позволяют распознавать сигнатуры молекулярного уровня, связанные с физиологической информацией в поте, доступном в эпидермисе, считаются чрезвычайно конкурентоспособными устройствами10,11,12,13. Замечательный прогресс был достигнут в этих носимых датчиках пота за счет объединения методов молекулярного распознавания, производства микронаноустройств, интегрированных систем аппаратного и программного обеспечения и различных аналитических методов14,15,16. Носимые колориметрические17,18,19 и флуоресцентные20,21,22 датчики пота обеспечивают доступ к визуальному измерению путем наблюдения за цветом/поглощением/глубиной флуоресценции, связанными с хромогенной/световой реакцией между индикатором и аналитами. Электрохимические датчики широко применяются для анализа пота путем преобразования целевого содержимого в токи или потенциальные сигналы на миниатюрных и специфических поверхностях электродов23,24,25,26,27,28. Электрохимические методы отличаются высокой чувствительностью и селективностью, при этом электродам также можно гибко придавать различные формы и размеры. Каждая стратегия зондирования имеет свои преимущества и недостатки (дополнительная таблица 1). Чтобы предоставить нам возможности для разработки носимых датчиков пота, необходимы постоянные инновации в разработке новых методов считывания сигналов.

SERS — широко используемый аналитический метод, позволяющий добиться значительного усиления сигналов комбинационного рассеяния света за счет локализованного плазмонного возбуждения и рассеяния29,30,31. Гибкие плазмонные устройства за счет интеграции SERS с носимыми устройствами привлекли огромное внимание в различных биомедицинских приложениях носимых устройств32,33,34,35,36,37. В настоящее время было продемонстрировано лишь несколько носимых датчиков пота SERS35,38,39. Однако эти немикроблюидные потовые системы основаны на проницаемых для пота (пористых) подложках SERS, которые позволяют поту впитывать влагу и занимать горячие точки. Однако цена заключается в том, что эти проницаемые субстраты SERS обычно структурно нестабильны и уязвимы для деформации эпидермиса при прикосновении к коже. Для сравнения, микрофлюидика может пространственно контролировать локализацию субстратов SERS, а субстраты SERS можно гибко выбирать и настраивать. Кроме того, динамическая транспортировка пота, обеспечиваемая микрофлюидикой, может минимизировать эффект смешивания и переноса нового и старого пота40, гарантируя, что SERS-анализ выполняется с возможностью обновления и с высоким временным разрешением. Еще одной важной проблемой ранее предложенных носимых платформ SERS является система считывания. Обычный тяжелый рамановский прибор ограничивает возможности портативного SERS-анализа в стандартизированных лабораторных условиях, что резко снижает практичность и применимые обстоятельства.