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科技日报记者 史俊斌 通讯员 李莉 纹身，是人类文化中伴随着疼痛的一种独特美。而无痛感、不流血的“智能纹身”或可成为人体健康的“小卫士”。
西安交大宣传部供图 近日，由西安交通大学生命学院仿生工程与生物力学研究所研究人员开发的一种由水凝胶微针贴片制备的“智能纹身”，模仿纹身的原理，或可成为未来健康检测的“晴雨表”。 “智能纹身”智能在哪？不同颜色代表不同的健康指标 多年来，血液检测是临床生化分析的金标准，具有准确性高等优点，但血液检测是有创检测，极大降低了用户的依从性，影响长期监测的可行性。随着柔性电子技术的快速发展，开发可直接检测体液中健康相关生物标志物的微创传感新平台成为亟待解决的问题。 水凝胶是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，可以在水中迅速吸水并溶胀，生活中常见的水凝胶有果冻、芦荟胶等。西安交通大学研究人员开发出的“智能纹身”，其实是一种水凝胶微针贴片。 这种微针贴片相当于“纹身枪”。每个微针贴片由100个微针阵列组成，每个贴片被分隔成4个区域，各个区域的微针针尖分别装载不同的检测试剂。也就是说，一个1.5cm*1.5cm大小的微针贴片上，分布着100个由透明质酸做成的微针，每个微针的针尖内都装载着检测试剂，不同的检测试剂就相当于纹身时使用的不同颜色的“纹身墨水”。 进行微针贴片检测时，可选皮肤平整处贴上微针贴片，针长1.2mm-1.5mm的微针可刺入皮下不足1mm处，不会触及神经和血管，因此进行微针检测时不流血、无痛感。微针刺入皮下后，透明质酸遇皮肤下间质液会溶解，此时，作为“纹身墨水”的4种检测剂犹如“猎手”，会在几分钟内迅速穿透表皮层，抵达真皮层，它们寻找的“猎物”是人体葡萄糖、pH、尿酸和温度。为什么选这四个作为“猎物”呢？因为很多慢性病检测时都需要将这四个指标作为辅助诊断手段。 当不同的检测剂分别遇到自己的“猎物”时，他们就开始了各自的“表演”——检测ph的试剂会发生酸碱反应，检测葡萄糖和尿酸的试剂会发生氧化还原反应，反应所产生的新物质，会在皮肤表面呈现出某种特定的颜色，就造成了给表皮“纹身”的效果。检测温度使用的检测剂主要是温敏粉，温敏粉遇到不同温度会发生颗粒聚集度改变，也就是说，不同温度也会显示成不同颜色。这个检测通常在两三分钟内完成，受测部位会呈现出四种不同的颜色，仿佛是用不同“墨水”进行了纹身。 但这种“纹身”与传统纹身的区别在于，传统纹身图案传递出文化习俗、社会功能等讯息，无法通过纹身判断人体健康指标。“智能纹身”呈现出的颜色却可以给医生提供判断葡萄糖、pH、尿酸和温度四个关键指标的数值，为医生的诊断提供参考，因此被称为“智能纹身”。 “智能纹身”技术可监测至少4天的pH和温度变化 “智能纹身”针对葡萄糖、pH、尿酸和温度这四个指标，使用的是不同的检测试剂。用于pH的检测试剂由三种pH指示剂（即百里酚蓝、甲基红和酚酞）的混合溶液组成。用于尿酸的检测试剂由尿酸酶、过氧化氢氧化酶和3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）三种试剂组成。比如，在尿酸浓度过高时，纹身会呈现出蓝色。 “智能纹身”后，皮肤表面会在检测剂的作用下，出现不同的变色反应。此时，医生可以将纹身显示出的颜色与标准图卡比对后，判断人体葡萄糖、pH、尿酸和温度值，也可以用手机摄像头拍摄，捕捉纹身区域的色调变化，从而实现半定量分析，为后续的诊疗提供辅助。 目前，研究团队已在活体兔子身上进行了pH值、葡萄糖、尿酸和体温检测，研究人员还用“智能纹身”监测了pH值和温度。实验结果表明，该“智能纹身”可监测至少4天的pH和温度变化。 另据动物实验表明，使用该智能纹身传感器并未产生明显皮肤毒性，如皮疹、发红、水泡或丘疹、生裂和皮肤变厚，证明其具有良好的生物相容性。该研究中提出的“智能纹身”可实现对多种目标物的原位监测，证明了其应用于健康管理的可行性。 此项研究成果以《基于微针贴片的多生理指标监测纹身》为题，不久前发表于国际高影响力期刊《先进科学》。相信未来某一天，也许医生轻轻“按”了一下你的手臂，就迅速了解到了你的身体pH值、葡萄糖值、尿酸浓度以及体温。
图 智能纹身在离体皮肤中检测pH值和尿酸。
图 智能纹身在离体皮肤中检测葡萄糖和温度。 |
