基于仿生润湿差异图案的导湿快干SERS织物实现汗液生物标志物高灵敏原位监测

针对传统SERS基底无法有效富集汗液导致信号衰减和穿戴不适的问题，研究人员受蜘蛛丝集水机制启发，开发出具有润湿差异图案的聚酯包棉导湿快干织物。通过Al2 O3 纳米颗粒增强热导率、疏水试剂图案化印刷及银层蒸镀技术，实现汗液定向传输与靶向富集，使尿素检测灵敏度提升且穿戴舒适，为可穿戴健康监测传感器提供新范式。

　　

在健康监测领域，汗液作为富含生物标志物的体液，其无创检测一直备受关注。表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)技术虽具有高灵敏度优势，但传统刚性基底易碎且无法有效富集汗液，而现有柔性基底又面临汗液扩散不均、蒸发效率低等瓶颈。更棘手的是，剧烈运动时大量汗液会稀释检测信号，同时潮湿的佩戴体验令人不适——这些矛盾严重制约着可穿戴SERS传感器的实际应用。

受自然界蜘蛛丝通过周期性纺锤节段实现水滴定向聚集的启发，河北某高校研究团队创新性地将仿生润湿调控与SERS技术结合，开发出具有图案化亲疏水差异的导湿快干智能织物。该研究通过三步关键设计：首先在聚酯包棉织物上固定Al₂
O₃
纳米颗粒提升热导率，加速汗液蒸发；其次在疏水侧构建Janus结构实现汗液单向传输；最后模仿蜘蛛丝纺锤节图案，在亲水棉层印刷疏水网格限制汗液扩散。这种"定向输送-定点富集-快速蒸发"的协同机制，不仅解决了汗液富集难题，还显著提升了穿戴舒适度。相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。

关键技术包括：1) 采用振荡加热法将Al₂
O₃
纳米颗粒固着于聚酯包棉织物；2) 通过丝网印刷在亲水棉层构建周期性疏水网格；3) 物理气相沉积法蒸镀银纳米颗粒形成SERS活性位点。

【结构表征】
FT-IR和XRD证实Al₂
O₃
纳米颗粒成功负载，棉侧结合量更高(564 cm^-1
处Al-O键特征峰更强)。热导率测试显示改性织物导热系数提升47%，这是实现快干功能的关键。

【性能验证】
润湿性测试显示Janus结构的单向传输指数达1270%，疏水网格能将液滴限制在200 μm亲水区域内。对10^-6
M尿素溶液的SERS检测中，特征峰强度较传统基底提高8倍，且经50次弯曲后信号衰减<5%。

【应用展示】
在实际汗液监测中，该基底可稳定捕获运动状态下尿素浓度变化，检测限低至0.2 nM，同时皮肤接触面湿度始终保持在舒适阈值(相对湿度<65%)以下。

这项研究开创性地将仿生流体控制与SERS检测相结合，其科学价值体现在三方面：1) 提出"润湿梯度设计-热管理调控"协同增强SERS信号的新策略；2) 开发的Al₂
O₃
-Janus-SERS织物兼具机械稳定性(经100次洗涤仍保持80%活性)和穿戴舒适性；3) 为糖尿病肾病等疾病的汗液标志物监测提供了普适性平台。正如研究者Xin Yan和Fengyan Ge在讨论部分强调的，这种模块化设计思路可拓展至其他柔性电子领域，例如通过替换不同抗体实现多指标联合检测。该工作被审稿人评价为"柔性SERS基底设计范式的突破性进展"。