用于檢測人體汗液中葡萄糖的紗線微流控比色傳感裝置

糖尿病是世界上增長最快的慢性疾病之一。雖然血糖濃度可用便攜式設備精確測量，但侵入式采血過程常常給受試者帶來不適。汗液包含有多種代謝物、小分子和蛋白質，是一種非常有潛力的血液替代生物樣本，且可通過非侵入方式從人體皮膚表面收集。

紗線基微流控汗液比色傳感裝置具有成本低、透氣/透濕性好、可與傳統紡織工藝兼容、信號肉眼直接讀取等優點，在可穿戴汗液分析領域備受關注。然而，其性能（包括靈敏度和檢測限）難以與電化學汗液分析傳感器相比，尤其是在葡萄糖濃度低至20 μM 以下的汗液樣本中，其實際應用仍有困難。因此，為了滿足人體汗液葡萄糖監測的需求，提高紗線基微流控比色傳感器性能極為必要。

近日，西南大學魯志松教授和余玲教授帶領研究團隊開發了一種以鹽響應棉紗線為微流控單元的葡萄糖傳感裝置，并成功將其用于人體汗液分析，實現了人體汗液樣本中葡萄糖的高靈敏檢測。

該工作通過表面引發原子轉移自由基聚合（SI-ATRP）將兩性離子聚合物刷（PSBMA）接枝到棉紗線上，成功制備了可用作微流控單元的鹽離子響應棉紗線。在離子作用下，PSBMA的聚合物鏈構象可從塌陷狀態向舒張狀態轉變，令改性紗線具有更好的離子捕獲能力、更明顯的溶脹效果和更高的吸水能力。

當鹽溶液流經改性紗線時，所含的離子和水分子被大量捕獲，從而使得流出溶液中的葡萄糖分子在一定時間內得到顯著富集。 以鹽響應棉紗線為微流控單元構建了線/紙基微流控比色傳感裝置，并進一步將其用于人工汗液中葡萄糖濃度監測，其靈敏度和檢出限分別為-0.255/μM和14.7 μM。這一性能顯著優于基于未修飾棉線的微流控汗液分析裝置，并可與部分汗液葡萄糖電化學傳感器相媲美。

通過編織技術將鹽離子響應紗線整合到疏水織物中，構建了可用于人體汗液葡萄糖檢測的頭帶。借助智能手機圖像分析系統，該頭帶可以監測志愿者運動過程中的汗液葡萄糖濃度。 總體而言，該工作有望擴展鹽響應聚合物在分析化學領域的應用，并為穿戴式汗液分析紗線基微流控傳感器制備提供一種簡便的新方法。

相關成果以“Smart salt-responsive thread for highly sensitive microfluidic glucose detection in sweat”為題，發表在英國皇家化學會期刊Lab on a Chip上。

審核編輯：劉清