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  在精準醫療快速發展的今天，人們已經能夠通過可穿戴設備實時監測心率、血氧甚至血糖。然而，對于抑郁癥等精神健康問題，醫學診斷卻仍主要依賴問卷量表和臨床訪談等主觀評估手段。如何實現對情緒相關生物信號的客觀、連續監測，成為精神健康領域長期懸而未解的難題。神經科學研究表明，多巴胺等神經遞質的濃度變化與情緒狀態密切相關，被認為是潛在的重要生物標志物。然而，這類分子在體液中的含量極低，且隨生理狀態快速波動，使得穩定檢測極具挑戰。如果希望將檢測技術真正應用于日常生活場景，還必須解決一系列現實難題：傳感器需要足夠靈敏以識別痕量分子，同時又要柔軟貼膚、穩定可靠，并能夠持續采集人體汗液信號。在現有技術體系中，這些需求往往難以兼顧。

  面向真實人體環境的可穿戴生物傳感器，本質上是一項跨尺度系統工程。理想的可穿戴傳感平臺，不僅需要在復雜體液環境中實現對痕量生物標志物的精準識別與穩定放大，還應具備低檢測限、高重復性和長期穩定性；在宏觀層面，則必須與人體皮膚在力學性能上高度匹配，在彎曲、拉伸和運動狀態下依然保持共形貼合與信號穩定。同時，材料體系還需要具備良好的生物相容性與佩戴安全性。換言之，真正的可穿戴傳感器不再是單一性能的優化，而是多功能協同耦合下的系統級整合。

  近年來，圍繞可穿戴光學生物傳感與納米結構工程，杭州師范大學黃又舉教授團隊在界面自組裝超晶格膜構筑、等離子體納米結構調控以及柔性光學傳感集成方面開展了系統性研究（Sci. Adv. 2021, 7, eabk2852; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147,10369; Angew. Chem. Inter. Ed. 2025, 64, e202502129; Angew. Chem. Inter. Ed. 2026, 65, e21361; Adv. Mater. 2026, 38, e19060）。團隊通過精準調控納米粒子在氣液界面的自組裝過程，發展了系列大面積、高有序度的超晶格膜構筑方法，形成了具有密集“熱點”的等離子體增強襯底，為表面增強拉曼散射提供了高效、均勻的信號放大平臺。在此基礎上，研究團隊進一步構建了一種皮膚共形夾心超晶格SERS可穿戴光學生物芯片，實現了對抑郁癥關鍵指標物——多巴胺的快速、無創和超靈敏檢測。該芯片創新性地引入了高分子凝膠人工皮膚，其模量與人體表皮高度匹配，可在彎曲、拉伸等動態條件下與皮膚表面保持共形貼合，顯著降低運動偽影與佩戴不適感；同時，該凝膠層兼具優異的生物相容性與透汗性，保障了長期佩戴的安全性。傳感平臺內部集成了微流體汗液管理系統，結合DNA“納米鎖”分子識別機制，實現了對汗液中痕量多巴胺的高選擇性捕獲與穩定信號輸出。

  相關研究工作以“Skin-Conformal Sandwich-Structured SERS Superlattice Platform for Non-Invasive Depression Detection”為題發表在ACS Sensors（2026, DOI: 10.1021/acssensors.5c04789 ）上。

圖1. 可穿戴SERS光學生物芯片的多功能結構設計與無創高靈敏檢測原理。

  傳統可穿戴生物傳感器通常依賴單一功能模塊或單一信號放大機制，難以同時滿足高靈敏檢測、穩定信號輸出以及長期貼膚使用等關鍵需求。針對這一長期存在的技術瓶頸，研究團隊提出了一種多功能集成的可穿戴光學生物芯片：將凝膠界面、微流體通道以及等離子體增強SERS傳感模塊整合于同一柔性平臺中，實現從人體界面到納米光學結構的跨尺度協同。其核心技術源于有序金納米粒子超晶格膜與雙殼Au@Au-Ag納米籠構成的“三明治”夾心增強結構。通過精確調控納米間隙，在界面上形成均勻且穩定的等離子體“熱點”，從而顯著提升拉曼信號的靈敏度與重復性。同時，引入皮膚自粘附PEG水凝膠構建仿生人工皮膚界面，使器件能夠與人體皮膚實現穩定共形貼合，并有效降低運動帶來的信號干擾。進一步結合微流體通道，實現汗液的自動采集、導流與可視化傳輸，從而提升檢測過程的穩定性與實用性。實驗結果表明，該系統能夠在真實佩戴條件下實現對汗液中痕量生物標志物的高靈敏檢測，展現出優異的信號穩定性與長期監測潛力，為可穿戴實時健康監測提供了一種全新的光學生物芯片解決方案。

圖2. 構建由有序Au納米粒子超晶格與Au@Au-Ag納米籠組成的異質三明治SERS平臺，實現對生理范圍內多巴胺的高靈敏、良好均一性及高選擇性檢測。

  為獲得穩定而強烈的拉曼增強信號，研究團隊構建了由有序金納米粒子超晶格膜與雙殼Au@Au-Ag納米籠組成的異質三明治結構。在該結構中，底層金納米粒子通過有序自組裝形成大面積超晶格陣列，使納米顆粒間距高度均一，從而在整個界面上構建出密集且分布均勻的等離子體耦合“納米熱點”。進一步在其上引入Au@Au-Ag納米籠形成夾層結構，使上下納米結構之間產生強烈的電磁場耦合，顯著放大局域電磁場強度。相比傳統隨機分布的SERS基底，這種有序組裝的超晶格結構不僅大幅提升拉曼信號增強能力，還有效降低了熱點分布的不均一性，從而實現高靈敏度與高重復性的協同提升，為痕量生物分子的可靠檢測提供了穩定的光學增強平臺。

圖3. 可穿戴SERS光學生物芯片的結構設計，以及其在人工汗液中對多巴胺實現無創、穩定且線性響應檢測的性能驗證。

  在實現納米尺度信號增強的基礎上，研究團隊進一步將該高性能SERS結構與人體界面工程相結合，構建出從納米結構到可穿戴系統的跨尺度集成平臺。具體而言，具有強拉曼增強能力的超晶格三明治納米結構被嵌入柔性基底中，并與皮膚自粘附PEG水凝膠構成仿生“人工皮膚”，使器件能夠與人體皮膚表面實現穩定共形貼合。同時，通過在水凝膠內部引入微流體通道，實現對汗液的自動采集、導流與富集，從而將人體產生的生理信號高效傳輸至納米傳感界面進行檢測。通過這種從納米光學結構、微流體管理到柔性人體界面的系統級整合，器件不僅保持了高靈敏度和信號穩定性，還具備良好的佩戴舒適性與實際應用潛力，為可穿戴實時健康監測提供了一種新的技術路徑。

  該工作第一作者為杭州師范大學材料與化學化工學院碩士生邵航喆，通訊作者為杭州師范大學吳雙雙博士、宋麗平副教授和黃又舉教授，杭州師范大學為第一單位。該工作得到了浙江省“尖兵領雁”（2024C03195, and 2025C02250(SD2)），國家自然科學基金（22304042, 52222316, 52573293），中國博士后科學基金（2024M763695）及杭州師范大學啟動基金（4095C50223204052, 4095C5022421510）等項目的支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.5c04789

通訊作者黃又舉教授簡介

  黃又舉，教授，博士生導師，國家優青，杭師大材料與化學化工學院副院長。2010年博士畢業于中國科學技術大學，師從李良彬教授。2010-2014年在新加坡南洋理工大學做博士后。2014-2019年在中科院寧波材料所工作，任副研究員/項目研究員。2017-2018年，在德國馬普所高分子所做訪問學者。2019年9月入職杭州師范大學，組建納米生物傳感器關鍵材料團隊。長期從事納米生物傳感器探針材料基礎及應用研究，提出了智能高分子調控“納米晶核補丁”策略，量身定制出30多種高效可醫用探針材料；發展了探針材料的智能多功能表面修飾策略，實現了不同維度（1D、2D和3D）的宏觀可控自組裝，揭示了探針材料與傳感器性能內在關聯性；研發了系列高性能納米生物檢測技術，探索了在食品安全和醫療領域的產業化應用。近五年，以通訊作者在Science Advances，Advanced Materials，Journal of the American Chemical Society， Chemical Society Reviews等期刊上發表SCI論文80余篇。被引用11000余次，H因子為55。授權中國和美國發明專利35件。主持科研項目20余項，包括6項國家自然科學基金。獲首屆浙江省青年科技英才獎（2021年），浙江省自然科學二等獎（2023年，第一完成人）和全國"挑戰杯"揭榜掛帥專項賽一等獎（2024年，指導老師）。入選浙江省海外高層次人才引進計劃（2016年）和國家自然基金委優秀青年項目（2022年）。

吳雙雙博士簡介

  吳雙雙，杭州師范大學—中南大學聯合培養博士后。2023年于中國科學院寧波材料技術與工程研究所獲得博士學位，師從陳濤研究員和路偉研究員。主要從事功能化熒光納米材料的設計與合成，以及新型熒光防偽平臺的構建。相關研究以第一作者或通訊作者身份在 Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Science Bulletin, Advanced Science等國際知名期刊發表SCI論文十余篇，并參與發表二十余篇科研論文。主持中國博士后科學基金1項，參與多項國家自然科學基金、省部級重大項目及企業關鍵技術攻關項目。

宋麗平副教授簡介

  宋麗平，博士，副教授，碩士生導師。長期圍繞功能高分子材料、膠體與界面化學、生物傳感檢測開展工作。發展了系列納米粒子超晶格自組裝薄膜技術，并探索了以其為基底調控SERS生物監測性能相關研究。目前以第一/通訊作者身份在Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Inter. Ed.，ACS Nano，Adv. Sci.等期刊發表SCI論文20余篇，授權發明專利10余件，其中一件已成功轉化。主持兩項國家自然科學基金(面上項目、青年項目)及兩項省部級基金項目，以主要參與人技術骨干參與國家(區域聯合重點項目)及省部級基金項目。以第二完成人身份獲得2023年浙江省自然科學二等獎，并獲得2023年度浙江省青年科技工作者優秀論文獎等獎項。