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  監測人體各項生化指標可為疾病篩查、診斷及健康管理提供重要信息。人的體液（如血液、汗液等）中富含代謝物、電解質等化學成分，是健康監測的有效來源。血液檢測作為臨床生化分析的金標準，具有準確性高的優勢，但有創的檢測方式卻極大降低了用戶的依從性，影響了長期監測的可行性；近年來，隨著柔性電子技術的快速發展，基于電化學檢測原理的柔性生化指標監測平臺成為研究熱點，實現了對汗液、唾液、淚液等體液中相關指標的檢測，但這些分泌的體液和血液之間成分不同，并且檢測滯后、表皮污染等問題限制了其實際應用。因此，亟待開發可直接檢測體液中健康相關生物標志物的微創傳感新平臺。

  針對此，西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（簡稱BEBC）研究人員開發了一種由水凝膠微針貼片制備的真皮紋身生物傳感器，用于多種健康相關生化指標的同時監測。如圖1，該傳感器的制備模擬真皮紋身的形成過程，可溶性透明質酸制備的微針貼片作為“紋身槍”，微針貼片分隔成獨立的四個區域，每個區域的針尖裝載了不同的檢測試劑，微針刺入皮膚后針尖溶解，檢測試劑被釋放至真皮層，形成能同時檢測四種目標物的智能紋身。

圖1基于微針貼片的紋身傳感器。（A）基于微針貼片的紋身傳感器的制備流程。（B）微針的表面形貌和尺寸。（C）微針貼片制作的皮膚紋身圖案；與設計的紋身圖案相比，皮膚紋身保真度。

  如圖2，與目標物發生顯色反應的試劑作為“紋身墨水”，顯色試劑與間質液中不同濃度的目標物反應后顯現出不同的顏色，通過皮下紋身的顏色能肉眼讀取目標物濃度的檢測結果（圖2（A-D））。并通過ImageJ軟件處理，提取每張圖片中的色調值（Hue）以實現目標物濃度的半定量分析。

圖2 （A-D）紋身生物傳感器的比色傳感試劑在體外檢測四個生物標志物（pH值、尿酸、葡萄糖和溫度）。（E-H）從（A-D）的圖像中提取的色調值與pH值、尿酸、葡萄糖和溫度的水平之間的關系。圖中左邊是色調的比色條。

  為驗證該水凝膠微針貼片生物傳感器的多目標物檢測能力，該團隊同時檢測了四種典型的慢性病相關的生物標志物（pH值、葡萄糖、尿酸和體溫），通過微針貼片將比色反應試劑注射到真皮中，形成真皮紋身生物傳感器。該生物傳感器對pH值、葡萄糖、尿酸和體溫的變化表現出顏色變化，可直接用肉眼讀取并進行定性檢測，也可用手機攝像頭捕捉色調變化實現半定量分析（圖3）。

圖3. 使用基于微針貼片的皮膚紋身生物傳感器在體內同時檢測四種生物標志物。（A）用微針紋身生物傳感器在體內同時檢測多種生物標志物的比色檢測結果。(B）用色調值分析（A）中的圖像的顏色。

  最后，為進一步驗證真皮紋身生物傳感器在長期健康監測中的應用潛力，研究人員使用皮膚紋身生物傳感器監測了pH值和溫度（圖4）。實驗結果表明，該皮膚紋身傳感器可監測至少4天的pH和溫度變化。此外，動物實驗表明，使用該智能紋身傳感器并未產生明顯皮膚毒性（如皮疹、發紅、水泡或丘疹、生裂和皮膚變厚），證明其良好的生物相容性。該研究中提出的基于微針貼片的紋身傳感器可實現對多種目標物的原位監測，證明了其應用于健康管理的可行性。

圖4. 使用皮膚紋身生物傳感器在體內監測兩個典型的生物標志物（即pH值和溫度）。（A）“T”型皮膚紋身生物傳感器在體監測pH和溫度。（B）A圖像中的色調值分析。

  以上相關成果以“A Colorimetric Dermal Tattoo Biosensor Fabricated by Microneedle Patch for Multiplexed Detection of Health-related Biomarkers”為題發表在Advanced Science上 (Advanced Science, 2021, DOI: 10.1002/advs.202103030)。論文的第一作者為西安交通大學生命科學與技術學院博士生何榕晏和劉灝特聘研究員，通訊作者為李菲教授和徐峰教授。參與該研究的還有碩士生方天舒，博士生牛艷、張慧卿，韓斐博士和高彬博士。該研究得到了國家重點研發計劃、陜西省自然科學基金、高層次留學人才回國資助計劃、中國博士后科學基金等的共同資助。

  西安交大BEBC圍繞“力學基礎理論-生物技術研發-應用推廣”學術思想，以科學研究產業化為目標。該研究所從生物力學、生物傳熱學、生物醫學等理論體系出發，依托組織工程、細胞打印、柔性傳感等相關前沿生物技術，著力于解決生物醫學工程的基礎性研究問題以及臨床醫學治療方案的設計、優化。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202103030

  BEBC主頁：http://bebc.xjtu.edu.cn