前沿 | 中科院合肥研究固體所在可穿戴水凝膠貼片及體液中尿素視覺監測方面取得新突破！

【資料圖】

近期，中科院合肥研究院固體所能源材料與器件制造研究部蔣長龍研究員團隊在可穿戴水凝膠貼片及體液中尿素視覺監測方面取得新進展，通過在三維多孔聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠中嵌入上轉換光學探針，設計制備一種可穿戴傳感貼片，并將該貼片與智能手機的顏色識別器結合，實現對尿素的現場快速定量分析。相關研究成果發表在國際分析領域TOP期刊Analytical Chemistry ( Anal. Chem., 2023, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c03806)上。

尿素是人體含氮物質最終代謝的主要產物，會通過汗液、尿液、唾液和血液排出，其在臨床診斷中被認為是腎功能的重要指標，因此有效檢測尿素水平對于疾病的研究和早期診斷至關重要。可穿戴傳感器由于可以直接佩戴在人體皮膚上且具有非侵入性的特性受到廣泛關注，三維網絡狀結構的水凝膠具有良好的柔韌性、拉伸性和生物相容性，這些特性使其成為可穿戴傳感器的理想材料，然而目前報道的大多數熒光水凝膠都是由短波長激發的，在檢測生物樣品時容易受到自發熒光和背景熒光的干擾。上轉換納米粒子（UCNPs）與傳統的熒光材料相比，能消除生物樣品的自熒光和背景干擾，提高檢測靈敏度。因此，利用UCNPs設計可穿戴傳感器是檢測人類生物標志物的有效策略。

鑒于此，研究團隊設計了一種基于上轉換光學探針的聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠傳感器。探針由UCNPs和對二甲氨基肉桂醛（p-DMAC）組成，基于內濾效應（IFE），尿素與p-DMAC反應產生的紅色產物猝滅UCNPs的綠色熒光，使上轉換熒光從黃色轉變為紅色，實現尿素的熒光檢測。在此基礎上結合PAM水凝膠制作了柔性可穿戴傳感器，并利用3D打印技術構建便攜式傳感平臺。

研究團隊設計的上轉換熒光探針和水凝膠傳感器的檢測限（LOD）分別為1.4μM和30μM。水凝膠傳感貼片為檢測體液中的生物標志物提供了便利和準確的傳感策略，在疾病預警和臨床診斷設備上具有應用潛力。

圖. (a)設計可穿戴水凝膠傳感貼片；(b)汗液中尿素的傳感和水凝膠的SEM圖像；(c)水凝膠傳感貼片在980 nm激發光和日光下對尿素的響應；(d)便攜式尿素檢測傳感平臺；(e) G/R比值與尿素濃度在0-40 mM范圍內的線性關系。

上述研究工作得到了國家重點研究與發展計劃、國家自然科學基金項目、安徽省重點研究與發展計劃、安徽省自然科學基金的支持。

關鍵詞： 臨床診斷 聚丙烯酰胺 發展計劃