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(shè)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(zhì)，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(tǒng)紡織工藝兼容、信號(hào)肉眼直接讀取等優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴汗液分析領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，其性能（包括靈敏度和檢測限）難以與電化學(xué)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(shí)際應(yīng)用仍有困難。因此，為了滿足人體汗液葡萄糖監(jiān)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(xué)魯志松教授和余玲教授帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種以鹽響應(yīng)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(shí)現(xiàn)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(fā)原子轉(zhuǎn)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(yīng)棉紗線。在離子作用下，PSBMA的聚合物鏈構(gòu)象可從塌陷狀態(tài)向舒張狀態(tài)轉(zhuǎn)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(dāng)鹽溶液流經(jīng)改性紗線時(shí)，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(shí)間內(nèi)得到顯著富集。 以鹽響應(yīng)棉紗線為微流控單元構(gòu)建了線/紙基微流控比色傳感裝置，并進(jìn)一步將其用于人工汗液中葡萄糖濃度監(jiān)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(yōu)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(xué)傳感器相媲美。

通過編織技術(shù)將鹽離子響應(yīng)紗線整合到疏水織物中，構(gòu)建了可用于人體汗液葡萄糖檢測的頭帶。借助智能手機(jī)圖像分析系統(tǒng)，該頭帶可以監(jiān)測志愿者運(yùn)動(dòng)過程中的汗液葡萄糖濃度。 總體而言，該工作有望擴(kuò)展鹽響應(yīng)聚合物在分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)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(guān)成果以“Smart salt-responsive thread for highly sensitive microfluidic glucose detection in sweat”為題，發(fā)表在英國皇家化學(xué)會(huì)期刊Lab on a Chip上。

審核編輯：劉清