全球“隱性饑餓”問題持續(xù)加劇，超過20億人處于營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入不足狀態(tài)，其中維生素缺乏尤為普遍，與多種慢性疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)。盡管維生素膳食補(bǔ)充劑已在國(guó)內(nèi)外廣泛使用，但當(dāng)前補(bǔ)充模式仍主要依賴經(jīng)驗(yàn)，缺乏基于個(gè)體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的有效評(píng)估，維生素的補(bǔ)充效果無法持續(xù)追蹤。傳統(tǒng)血液檢測(cè)雖可用于維生素水平評(píng)估，但其侵入性強(qiáng)、操作復(fù)雜且難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，限制了營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)評(píng)估及干預(yù)方法的及時(shí)調(diào)整優(yōu)化。因此，發(fā)展無創(chuàng)、便捷、實(shí)時(shí)的人體維生素檢測(cè)技術(shù)，構(gòu)建人體“營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)-精準(zhǔn)補(bǔ)充-效果監(jiān)測(cè)”的動(dòng)態(tài)閉環(huán)體系具有重要意義。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)營(yíng)養(yǎng)與健康系任發(fā)政院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)全球數(shù)十億人面臨的營(yíng)養(yǎng)素缺乏問題，開發(fā)了一種高靈敏可穿戴汗液電化學(xué)傳感器，能夠無創(chuàng)實(shí)時(shí)檢測(cè)人體維生素水平。相關(guān)研究成果已經(jīng)以“Real-time Nanomolar Vitamin Monitoring in Sweat using an Electrochemical Skin-attached Device”為題發(fā)表于近期的Nature Communications期刊。該平臺(tái)融合了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破：（1）一種基于親和結(jié)合機(jī)制的生物傳感器，采用金納米花/硫氮共摻雜碳（AuNF/SNC）納米復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，能夠以納摩爾量級(jí)對(duì)維生素進(jìn)行高靈敏度電化學(xué)檢測(cè)；（2）模塊化生物識(shí)別元件（BREs），突破單一分析物限制，可對(duì)六種必需維生素進(jìn)行定量檢測(cè)；（3）自主微流控系統(tǒng)，支持按需誘導(dǎo)汗液采集，并通過實(shí)時(shí)檢測(cè)與校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)可靠的體表汗液監(jiān)測(cè)。圖1 用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)汗液中維生素的全集成可穿戴系統(tǒng)設(shè)計(jì)及作用機(jī)制研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的全集成可穿戴系統(tǒng)包含一塊柔性一次性傳感器貼片，該貼片與可重復(fù)使用的柔性印刷電路板（FPCB）相連。一次性貼片集成了多個(gè)關(guān)鍵組件：采用低成本、高通量絲網(wǎng)印刷工藝制備的多路電化學(xué)傳感器陣列，用于檢測(cè)維生素、pH值和離子強(qiáng)度；離子電滲電極，并結(jié)合離子電滲凝膠，實(shí)現(xiàn)按需提取汗液；聚二甲基硅氧烷（PDMS）試劑腔；以及帶有多個(gè)入口的激光雕刻微流控模塊。此外，集成的微控制器單元（MCU）的低功耗藍(lán)牙模塊負(fù)責(zé)信號(hào)處理，并通過無線傳輸將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能手機(jī)APP。得益于其柔性設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)在實(shí)時(shí)人體汗液分析過程中能與皮膚緊密貼合，并保持穩(wěn)定的電化學(xué)性能。該微流控貼片采用多層疊結(jié)構(gòu)，包含用于汗液收集的四個(gè)功能層以及一個(gè)PDMS試劑腔。各層均通過二氧化碳激光切割機(jī)進(jìn)行精密圖案化加工，從皮膚界面向上依次組裝為：（1）收集層，由高粘度雙面膠帶制成；（2）入口層，由0.025 mm聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜構(gòu)成；（3）通道層，由AR親水性單面膠制備；（4）儲(chǔ)液層，采用3M 468MP膠粘劑構(gòu)建。所有層均圖案化有離子電滲凝膠輪廓，確保來自頂部電極的電流能夠施加，以實(shí)現(xiàn)體表離子電滲汗液誘導(dǎo)。圖3 用于汗液誘導(dǎo)、采樣和分析的全集成可穿戴維生素傳感器的設(shè)計(jì)與表征可測(cè)量可感知的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)汗液作為無創(chuàng)且可連續(xù)獲取的體液，為實(shí)現(xiàn)維生素的實(shí)時(shí)檢測(cè)提供了可能，然而汗液中維生素濃度極低對(duì)準(zhǔn)確檢測(cè)提出很大挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問題，該研究構(gòu)建了基于親和結(jié)合機(jī)制的維生素電化學(xué)檢測(cè)體系。通過引入AuNF/SNC納米復(fù)合材料以增強(qiáng)電極界面電子傳遞能力，并結(jié)合特異性生物識(shí)別元件構(gòu)建可穿戴電化學(xué)傳感界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)VB1、VB2、VB7、VB9、VB12及VD等多種低豐度維生素的高靈敏檢測(cè)，檢測(cè)限低至0.33-0.62 nM。圖4 全集成可穿戴傳感器的體表佩戴評(píng)估一體化可穿戴系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“無創(chuàng)、實(shí)時(shí)、自動(dòng)、無線”檢測(cè)為滿足無創(chuàng)連續(xù)檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用需求，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了高度集成的一體化可穿戴檢測(cè)系統(tǒng)。通過集成離子電滲誘導(dǎo)排汗、微流控精準(zhǔn)采樣、電化學(xué)檢測(cè)電極、試劑預(yù)存模塊及pH/離子強(qiáng)度實(shí)時(shí)校準(zhǔn)單元，并結(jié)合柔性電路與無線傳輸，實(shí)現(xiàn)從汗液獲取到信號(hào)輸出的緊密集成。用戶可通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)獲取并查看汗液中維生素濃度變化信息，從而為補(bǔ)充干預(yù)過程中的動(dòng)態(tài)檢測(cè)提供支撐。圖5 利用汗液傳感器進(jìn)行無創(chuàng)VB9監(jiān)測(cè)汗液維生素能反映血液維生素水平，具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值人體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了汗液維生素檢測(cè)的生理相關(guān)性與應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該研究所構(gòu)建的汗液傳感器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)VB9攝入引起的汗液維生素動(dòng)態(tài)變化，并發(fā)現(xiàn)汗液VB9水平與血液VB9水平呈顯著正相關(guān)（r = 0.849）；同時(shí)可有效區(qū)分吸煙與非吸煙人群的VB9營(yíng)養(yǎng)水平差異。以上結(jié)果表明，汗液具有可靠的營(yíng)養(yǎng)信息表征能力，研究團(tuán)隊(duì)所構(gòu)建的汗液傳感器能夠在維生素補(bǔ)充過程中提供可量化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)信息，為維生素補(bǔ)充的效果評(píng)估提供重要支撐。總結(jié)而言，這款生物傳感平臺(tái)有望成為緩解“隱性饑餓”、優(yōu)化個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)干預(yù)的重要工具。除維生素檢測(cè)外，該平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)與高靈敏度特性，還可發(fā)展為可擴(kuò)展的精準(zhǔn)健康工具，在人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)字健康新時(shí)代，有望拓展應(yīng)用于多種低豐度生物標(biāo)志物的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)全面的生理體征分析。https://doi.org/10.1038/s41467-026-72356-1延伸閱讀：
《微流控技術(shù)及市場(chǎng)-2024版》
《可穿戴傳感器技術(shù)及市場(chǎng)-2025版》
《即時(shí)診斷應(yīng)用的生物傳感器技術(shù)及市場(chǎng)-2022版》
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《蘋果在無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)明專利與產(chǎn)業(yè)布局分析》
《基于拉曼光譜的血糖監(jiān)測(cè)專利態(tài)勢(shì)分析-2024版》
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