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監測人體各項生理指標可為疾病篩查、診斷及健康管理提供重要信息。人的體液（如血液、汗液等）中富含代謝物、電解質(zhì)等化學(xué)成分，是健康監測的有效來(lái)源。血液檢測作為臨床生化分析的金標準，具有準確性高的優(yōu)勢，但有創(chuàng )的檢測方式卻極大降低了用戶(hù)的依從性，影響了長(cháng)期監測的可行性。近年來(lái)，隨著(zhù)柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，基于電化學(xué)檢測原理的柔性生化指標監測平臺成為研究熱點(diǎn)，實(shí)現了對汗液、唾液、淚液等體液中相關(guān)指標的檢測，但這些分泌的體液和血液成分不同，并且檢測滯后、表皮污染等問(wèn)題限制了其實(shí)際應用。因此，開(kāi)發(fā)可直接檢測體液中健康相關(guān)生物標志物的微創(chuàng )傳感新平臺成為亟待解決的問(wèn)題。
針對以上問(wèn)題，西安交通大學(xué)生命學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所研究人員開(kāi)發(fā)了一種由水凝膠微針貼片制備的智能紋身，用于多種健康相關(guān)生化指標的同時(shí)監測。該智能紋身的制備模擬紋身的形成過(guò)程，使用可溶性微針貼片作為“紋身槍”，將作為“紋身墨水”的顯色試劑釋放至皮下進(jìn)行檢測。該智能紋身的工作原理為，微針刺入皮膚后針尖溶解，釋放針尖內的檢測試劑至真皮層，其與目標物發(fā)生顯色反應，由于顯色試劑與間質(zhì)液中不同濃度的目標物反應后顯現的顏色各異，因此根據肉眼讀取的智能紋身顏色變化即可對目標物濃度進(jìn)行定性評估，也可用手機攝像頭捕捉色調變化實(shí)現半定量分析。通過(guò)進(jìn)一步將微針貼片分隔成多個(gè)裝載不同檢測試劑的獨立區域，團隊還在動(dòng)物體內同時(shí)檢測了四種典型的慢性病相關(guān)的生物標志物（pH值、葡萄糖、尿酸和體溫）。為進(jìn)一步驗證智能紋身在長(cháng)期健康監測中的應用潛力，研究人員使用智能紋身監測了pH值和溫度。實(shí)驗結果表明，該智能紋身可監測至少4天的pH和溫度變化。此外，動(dòng)物實(shí)驗表明，使用該智能紋身傳感器并未產(chǎn)生明顯皮膚毒性（如皮疹、發(fā)紅、水泡或丘疹、生裂和皮膚變厚），證明其良好的生物相容性（圖1）。該研究中提出的智能紋身可實(shí)現對多種目標物的原位監測，證明了其應用于健康管理的可行性。
圖1.智能紋身在健康管理中的應用 （A）用于智能紋身的水凝膠微針貼片的制備過(guò)程 （B）微針貼片的形貌和尺寸表征 （C）微針貼片制備的智能紋身 （D）用于監測健康相關(guān)指標的智能紋身墨水 （E）智能紋身同時(shí)監測多種健康相關(guān)指標
以上研究成果以《基于微針貼片的多生理指標監測紋身》（A Colorimetric Dermal Tattoo Biosensor Fabricated by Microneedle Patch for Multiplexed Detection of Health-related Biomarkers）為題發(fā)表于國際高影響力期刊《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)。論文的第一作者為西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生何榕晏和特聘研究員劉灝，通訊作者為李菲教授和徐峰教授。參與該研究的還有碩士生方天舒，博士生牛艷、張慧卿，韓斐博士和高彬博士。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、陜西省自然科學(xué)基金、高層次留學(xué)人才回國資助計劃、中國博士后科學(xué)基金等的共同資助。
該研究成果是生命學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所繼成功開(kāi)發(fā)新型傳感結構、新型軟材料、新型柔性器件之后，在軟物質(zhì)、智能柔性傳感領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。
