综述：间质液光学生物传感器

这篇综述系统阐述了基于间质液（ISF）的光学生物传感器技术进展，聚焦其作为血液替代样本在无创/微创（MNs）检测中的优势。文章详细梳理了比色法（colorimetric）、荧光法（fluorometric）和表面增强拉曼光谱（SERS）三类传感器的设计原理与应用，涵盖葡萄糖、pH、H2 O2 等靶标检测，并探讨了微针（microneedles）采样技术与生物安全性挑战，为个性化医疗提供新思路。

　　

间质液光学生物传感器

引言

近年来，光学生物传感器因其高重复性和可靠性成为生物医学检测的重要工具。相较于传统血液检测，间质液（Interstitial Fluid, ISF）凭借其与血液相似的成分（>60%相似性）和微创采样特性脱颖而出。ISF作为细胞外基质中的透明液体，含有电解质、葡萄糖、激素等物质，能反映机体生化状态。通过微针（microneedles, MNs）、反离子电渗等技术可无痛获取ISF，为连续健康监测开辟新途径。

间质液基比色生物传感器

比色法凭借直观、低成本的优势成为ISF检测的主流技术。例如，He等开发的聚乙烯醇/壳聚糖（PVA/CS）水凝胶微针（HMNs）可通过热降解释放ISF中的葡萄糖、乳酸等标志物，结合纸基传感器实现0.02×10^?3
M的检测限。而Yetisen团队将3′,3′′,5′,5′′-四氯酚磺酞等染料作为“纹身墨水”注入真皮层，通过智能手机成像定量pH（5.0–9.0）和白蛋白（0–5.0 g·L^?1
）。更创新的设计如Zhu的溶胀微针阵列，20分钟内可同步检测葡萄糖（16 mM）、乳酸（3.2 mM）和胆固醇，满足家庭慢病管理需求。

间质液基SERS生物传感器

表面增强拉曼光谱（SERS）技术通过纳米结构增强信号，实现超灵敏检测。Mei等设计的金核-卫星纳米颗粒微针，以3-巯基苯硼酸（3-MPBA）为拉曼报告分子，可监测腹膜炎小鼠ISF中3–100 μM的H₂
O₂
。Yang团队则用4-MPBA修饰的金纳米颗粒（AuNPs）捕获细菌，结合机器学习区分10⁷
–10¹⁰
CFU/mL的病原体，为感染诊断提供新工具。

间质液基荧光生物传感器

荧光传感凭借高灵敏度备受青睐。Brambilla课题组将聚乙二醇化花菁（Cy7.5）通过可溶解微针递送至真皮，近红外信号可追踪淋巴引流异常。而Tabatabaee开发的碳量子点（CQDs）荧光纹身传感器，基于内滤效应（IFE）和胆红素（BIL）光异构化特性，实现新生儿黄疸的3–20 mg·dL^?1
动态监测，检测限达0.5 mg·dL^?1
。

生物安全与未来展望

尽管ISF传感器优势显著，微针穿刺仍存在感染风险和生物分子降解问题。未来需通过ISO 10993兼容材料、实时校准算法提升安全性。多学科交叉将推动传感器与人工智能、物联网（IoT）融合，例如Hu设计的FRET水凝胶微针，通过体积膨胀效应实现葡萄糖（4–20 mM）的连续监测，为糖尿病管理提供智能解决方案。

结语

间质液光学生物传感器正逐步突破血液检测的局限，其微创性、实时性和多靶标检测能力，有望在慢病管理、感染诊断等领域引发变革。随着纳米材料、光子学和微流控技术的进步，这类传感器将加速迈向临床实用化，重塑未来医疗图景。