基于海绵状纤维素SERS水凝胶贴片的可穿戴汗液尿素与乳酸分析技术

本文创新性地开发了一种集成海绵状纤维素SERS芯片的柔性水凝胶贴片，通过表面增强拉曼光谱（SERS）技术实现汗液中尿素（10-6 M）和乳酸（10-5 M）的高灵敏度检测。该传感器兼具优异机械性能、生物相容性（98.75%细胞存活率）和抗菌性（92.03%金黄色葡萄球菌抑制率），为个性化健康监测、运动生理评估等领域提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过形态转换（3D-2D-3D）策略显著增强SERS信号采集能力，同时保持表皮适应性。高比表面积和丰富活性位点使S-CNF/SA/Ag NPs复合材料能高效富集汗液生物标志物。

材料与仪器

硝酸银（AgNO₃, 99.8%）、丙烯酰胺（AM）、过硫酸铵（APS）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺（TENED）、海藻酸钠（SA，源自褐藻；CAS号：9005-38-3；分子量：193000 Da；甘露糖醛酸与古洛糖醛酸比例：1.51）、单宁酸（TA）、硼砂（SDB）、羧甲基纤维素（CMC, 99.0%；CAS号：9004-32-4；取代度=0.7；分子量：90000 Da）、罗丹明6G（R6G）、二水合柠檬酸钠等。

S-CNF/SA/Ag NPs表征

通过紫外-可见光谱分析发现Ag NPs溶胶在404 nm处出现显著吸收峰（图S1(a)），证明银纳米颗粒成功制备且均匀分散。纳米颗粒粒径和zeta电位分析显示Ag NPs平均粒径为70±5 nm，zeta电位为-40 mV（图S1(b-c)），表明溶胶具有良好稳定性。

结论

这款表皮SERS传感器采用水凝胶-海绵状复合结构，可实现汗液生物标志物实时分析。双网络水凝胶基质（AM/SA）提供机械韧性和保湿性，而SERS活性海绵状基底实现了尿素/乳酸的高灵敏度检测。CMC（结构增强）、SDB（动态交联）和TA（生物功能化）的合理引入优化了抗菌性能（92.03%金黄色葡萄球菌抑制率）、生物相容性和组织粘附性。