監(jiān)測(cè)生物體液（例如血液、汗液、唾液、尿液、淚液和間質(zhì)液）中與生理代謝相關(guān)的分子濃度是一種廣泛采用的健康管理以及疾病診斷和治療策略。例如，血糖水平是診斷糖尿病的重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的報(bào)告，全球糖尿病患者人數(shù)已經(jīng)從1980年的1.08億人增加到2014年的4.22億人，其中，95%以上的糖尿病患者患有2型糖尿病。因此，研究人員已經(jīng)為各種葡萄糖傳感器的開(kāi)發(fā)付出了巨大的努力。另一方面，血液中尿酸（UA）濃度的持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致高尿酸血癥。高尿酸血癥會(huì)導(dǎo)致痛風(fēng)、高血壓、高甘油三酯血癥、腎結(jié)石及腎損害、心血管疾病等。此外，高尿酸血癥與胰島素抵抗具有雙向因果關(guān)系。血液中尿酸濃度的升高通常先于胰島素抵抗和2型糖尿病的發(fā)展進(jìn)程，因而被認(rèn)為是糖尿病最好的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)之一。因此，高尿酸血癥的早期識(shí)別可能是預(yù)防2型糖尿病的一個(gè)有前途的策略。

電化學(xué)傳感平臺(tái)為代謝化合物提供了高靈敏度、低成本、緊湊且便攜的評(píng)估工具。近年來(lái)，人們對(duì)基于電化學(xué)傳感平臺(tái)的葡萄糖和尿酸同時(shí)檢測(cè)進(jìn)行了大量的研究工作。然而，這些研究很少關(guān)注可穿戴傳感策略。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，上海理工大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器，用于同時(shí)檢測(cè)汗液中的尿酸和葡萄糖。相關(guān)研究成果以“A Dual-Function Wearable Electrochemical Sensor for Uric Acid and Glucose Sensing in Sweat”為題，發(fā)表在Biosensors期刊上。

該電化學(xué)傳感器是通過(guò)在普通橡膠手套上印刷墨水來(lái)制備的四電極系統(tǒng)。此外，研究人員所提出的四電極傳感器由用于連接電化學(xué)工作站的四根蛇形銀/氯化銀（Ag/AgCl）導(dǎo)線組成。導(dǎo)線的另一端用碳或銀/氯化銀（Ag/AgCl）墨水印刷，分別用作工作電極、對(duì)電極（輔助電極）和參比電極。蛇形設(shè)計(jì)可以在一定程度上提高傳感器的可拉伸性。在此基礎(chǔ)上，研究人員采用羧基功能化多壁碳納米管（MWCNT-COOH）和普魯士藍(lán)（PB）-葡萄糖氧化酶（GOD）-羧基功能化多壁碳納米管復(fù)合材料分別制備了尿酸傳感器（Sensor-UA）和葡萄糖傳感器（Sensor-glucose）。在無(wú)需刺破手指的情況下，整個(gè)傳感過(guò)程僅需1分鐘。

圖1 用于葡萄糖和尿酸傳感的雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器 ?

接著，研究人員利用循環(huán)伏安法（CV）和計(jì)時(shí)電流法對(duì)所制備的傳感器的電化學(xué)傳感性能進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示，該傳感器對(duì)磷酸鹽緩沖溶液中尿酸和葡萄糖的電化學(xué)傳感在0 ~ 1.6 mM和0 ~ 3.7 mM范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢測(cè)限分別為3.58 μM和9.10 μM。

圖2 雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器在pH = 7.4的磷酸鹽緩沖溶液中的電化學(xué)傳感性能 ?

隨后，研究人員進(jìn)一步采用計(jì)時(shí)電流法對(duì)該雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器的穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。其中，尿酸傳感器的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果如圖3B所示，在15次測(cè)試中，電流響應(yīng)幾乎保持不變。此外，圖3B中的插圖顯示了15次測(cè)試后的電流響應(yīng)衰減程度。可以發(fā)現(xiàn)，電流響應(yīng)衰減幾乎可以忽略不計(jì)，表明尿酸傳感器具有出色的穩(wěn)定性。對(duì)應(yīng)地，圖3C顯示了葡萄糖傳感器的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。同時(shí)，圖3C中的插圖顯示了與第一次計(jì)時(shí)電流響應(yīng)相比，15次測(cè)試的電流響應(yīng)衰減程度。與尿酸傳感器的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果類似，葡萄糖傳感器的電流響應(yīng)衰減幾乎可以忽略不計(jì)，表明葡萄糖傳感器也具有良好的穩(wěn)定性。

圖3 雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器的穩(wěn)定性、選擇性和真實(shí)樣品傳感性能 ?

選擇性是傳感器的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。在恒定電位下，該研究利用計(jì)時(shí)電流法對(duì)傳感器的選擇性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。將處于各自生理濃度水平的不同干擾物質(zhì)（例如，50 μM尿酸（用于葡萄糖傳感）、300 μM葡萄糖（用于尿酸傳感）、5 mM乳酸、0.5 M氯化鈉（NaCl）和10 μM抗壞血酸（AA））分別添加到傳感器上。如圖3D、3E所示，傳感器對(duì)其檢測(cè)靶標(biāo)“尿酸”和“葡萄糖”表現(xiàn)出特定的響應(yīng)。并且，干擾物質(zhì)的加入對(duì)電流響應(yīng)的影響可以忽略不計(jì)。這表明該雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器具有良好的選擇性檢測(cè)性能。

最后，研究人員對(duì)該傳感器在真實(shí)汗液樣品中的傳感可行性進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，該傳感器對(duì)汗液中尿酸（0 ~ 40 μM）和葡萄糖（0 ~ 1.6 mM）的線性檢測(cè)范圍可以很好地覆蓋其在生理?xiàng)l件下的濃度范圍。因此，該研究所制備的雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器具有制備簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、靈敏度高、選擇性好等優(yōu)勢(shì)，在尿酸和葡萄糖傳感方面具有實(shí)際的應(yīng)用潛力。

綜上所述，在這項(xiàng)研究中，研究人員提出了一種雙功能可穿戴電化學(xué)傳感器，用于同時(shí)檢測(cè)汗液中的尿酸和葡萄糖。該傳感器具有快速、高靈敏度和選擇性傳感性能。此外，該研究所提出的傳感器經(jīng)過(guò)測(cè)試，證明了其在真實(shí)汗液樣品傳感中的可行性，并且其傳感范圍可以很好地覆蓋生理?xiàng)l件下尿酸和葡萄糖的濃度范圍。因此，研究人員所提出的雙功能可穿戴化學(xué)傳感器可以為尿酸和血糖相關(guān)疾病的管理和治療提供無(wú)創(chuàng)、全面的監(jiān)測(cè)策略。

審核編輯：劉清