“表面增強拉曼光譜（SERS）技術未來或可用于血糖監測和病毒檢測。”

(資料圖)

作者：Claire

編輯：tuya

出品：財經涂鴉（ID：caijingtuya）

目前的可穿戴傳感器，已經可以實現在日常條件下跟蹤佩戴者的運動和生命體征，例如步數、血壓、血氧和心率，并且也已逐漸發展出以非侵入性方式對佩戴者的生物流體（如汗液、唾液、眼淚和尿液）進行原位化學傳感（in situ chemical sensing）的技術。

但是，傳統的可穿戴傳感器通常無法在一次測量中同時區分不同的化學物質。如果想要設計成可用于測量多種化學物質，則需要更大的尺寸和非常昂貴的成本。

能夠檢測多種化學分子和生物標志物對及時、準確和全面了解佩戴者復雜的生理和病理狀況至關重要。為此，東京大學的研究團隊開發出一種基于表面增強拉曼光譜(SERS，Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)技術的新型可穿戴超薄傳感器。

該研究成果發表在6月22日的Advanced Optical Materials雜志，題為“高度可擴展、可穿戴的表面增強拉曼光譜”（Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy）。

拉曼技術對可穿戴生物監測具有重要意義，因為它們擁有無需分子標記即可進行靈敏和多路化學分析的能力。困難在于，生物系統的固有的拉曼信號較為微弱，需要將目標分子結合到合適的底物上，以放大拉曼響應。

研究團隊選擇了黃金作為基底。金是一種已知可有效用作SERS基底的材料，多個研究項目已經研究了在實際SERS平臺中使用金屬的不同方法。研究團隊的靈感來自于制造鍍金聚乙烯醇 (PVA) 納米纖維的最新進展，該納米纖維用于可長時間佩戴在人體皮膚上的電子傳感器。

團隊成員 Limei Liu 解釋，“這些 PVA 裝置由涂有金的超細線紡制而成，因此可以毫無問題地附著在皮膚上，因為金不會以任何方式與皮膚發生反應或刺激皮膚。”

這種可穿戴傳感器由納米網格狀的PVA纖維制成，在纖維上覆蓋150納米的金層，將涂覆的纖維納米網附著到目標表面（例如人體皮膚），然后用水將 PVA 溶解掉，只留下完整的金納米網在目標表面。

納米線的尖銳邊緣作為局部SERS效應的“熱點”（hot spot），研究人員通過減小納米線的直徑來優化單位體積中的熱點數量，同時保持足夠的機械強度以實現耐磨性。

在概念驗證試驗中，志愿者佩戴該貼片，并暴露在不同的化學物質中，然后用商用785納米拉曼光譜儀進行檢測。實驗證明，該系統能夠檢測尿素和抗壞血酸等生物分子，并識別水中的微塑料污染。還可以檢測到常見的濫用藥物，以及應用于執法。

該系統目前需要外部光源和光譜儀配合使用，但研究人員未來將把半導體納米激光器和納米光譜儀通過直接鍵合的方式，集成到可穿戴式SERS傳感器中。

助理教授Tinghui Xiao表示：“目前，我們的傳感器需要進行微調以檢測特定物質，我們希望在未來進一步提高靈敏度和特異性。有了這個，我們認為像血糖監測這樣的應用是可能的，非常適合糖尿病患者，甚至可以用于病毒檢測。”

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