《Advanced Science》：An Epidermal Sweat Patch for Tracking Metabolite Levels and Correlation Analysis in Biofluids
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连续、原位的汗液代谢物监测为非侵入性代谢评估提供了新路径，但其实际转化受限于传感稳定性不足，以及汗液与系统体液（间质液、血液）之间生理关联界定不清。研究人员开发了一种集成非酶促电化学界面的表皮汗液贴片：该界面基于金–氢氧化镍（Au–Ni(OH)2）双气凝胶，用
连续、原位的汗液代谢物监测为非侵入性代谢评估提供了新路径，但其实际转化受限于传感稳定性不足，以及汗液与系统体液（间质液、血液）之间生理关联界定不清。研究人员开发了一种集成非酶促电化学界面的表皮汗液贴片：该界面基于金–氢氧化镍（Au–Ni(OH)2）双气凝胶，用于葡萄糖监测。Ni(OH)2介导的葡萄糖吸附与金（Au）辅助的电氧化作用形成互补，使传感器具备高灵敏与高稳定特性，计算检出限达0.1 μM，5周后信号保留率大于95%。结合微流控汗液采样、信号处理与无线通讯，该贴片可在日常活动中实时追踪体表汗液葡萄糖。人体研究显示，汗液葡萄糖与间质液（ISF）及血液葡萄糖呈正相关，Pearson相关系数最高达0.828；亚组分析进一步揭示个体间差异。结果表明，汗液葡萄糖可作为代谢监测的互补生理信号。该研究将非酶促传感、可穿戴系统集成与跨体液分析整合于同一平台，为可解释的汗液葡萄糖监测提供了实用框架。
论文解读：非酶促表皮汗液贴片与跨体液葡萄糖监测平台
研究背景与立项逻辑
代谢性疾病已成为全球公共健康负担，传统代谢物检测依赖采血与台式仪器，有创且仅能提供单时间点快照，难以支撑连续个性化管理。皮肤接口可穿戴汗液生物传感器（WSB）具备无创、纵向、日常可集成优势，但两方面的瓶颈制约其临床转化：一是主流酶促传感对环境pH、温度、离子强度敏感，稳定性与寿命不足；二是汗液与间质液（ISF）、血液之间代谢物浓度的生理量化关联长期未被系统验证，导致汗液信号“可读不可解释”。针对上述缺口，研究人员以葡萄糖这一糖尿病核心标志物为模型，构建集成非酶促传感、微流控采集、无线读取与跨体液相关分析的单平台，试图把汗液传感从“孤立检测”推向“生理可解释的代谢监测”。该工作发表于《Advanced Science》。
主要关键技术方法
研究采用材料–器件–人体验证三级技术链：通过一步凝胶法制备Au–Ni(OH)2双气凝胶（气凝胶指三维互联多孔网络纳米材料），结合扫描电镜、透射电镜、X射线衍射与X射线光电子能谱表征结构；用电化学方法（循环伏安、计时电流、开路电位）评估催化与传感性能，并以密度泛函理论（DFT）计算吸附与反应自由能；微流控芯片经光刻与聚二甲基硅氧烷（PDMS）成型，配合无线电路与蓝牙传输实现原位读取；人体实验依托西安交通大学第二附属医院伦理审批，队列含健康者与糖尿病患者，同时用商用设备测ISF与血液葡萄糖，进行时序匹配与Pearson相关分析。
研究结果
2.1 表皮汗液贴片的设计与总体构架
研究人员将微流控层（四入口、储液腔、蒸发口）与非酶促Au–Ni(OH)2电化学传感芯片集成，外接电路与蓝牙模块。多孔双气凝胶提供大电化学活性面积与连续导电通路，在中性条件下完成葡萄糖氧化，实现汗液收集、传输、传感与原位无线输出的闭环。
2.2 非酶促传感材料设计与合成
通过pH调控一步凝胶获得Au纳米链与Ni(OH)2纳米片交织的双气凝胶。结构表征证实金属Au与无定形Ni(OH)2共存，元素均匀分布呈核壳状。Au提供电氧化活性位，Ni(OH)2强化葡萄糖吸附，二者电子相互作用降低反应势垒。
2.3 葡萄糖电催化与传感性能
循环伏安与开路电位实验显示，Ni(OH)2主导吸附，Au主导脱氢与电氧化；液相色谱与原位红外确认产物为葡萄糖酸。DFT计算表明Au–Ni(OH)2界面使脱氢步骤热力学更有利。传感器在1 μM–3 mM区间双线性响应，检出限0.1 μM；对乳酸、尿素、尿酸等干扰物响应可忽略，5周存储保留率大于95%，连续运行8小时衰减小于12%，且对pH与温度波动鲁棒。
2.4 可穿戴应用验证
微流控芯片经COMSOL模拟与体表实验匹配，弯曲30°–60°时信号漂移小于1.0 nA。三名健康受试者运动期实时监测显示汗液葡萄糖稳定在约56–62 μM；与高效液相色谱（HPLC）九组配对数据的Bland–Altman分析偏差为?1.53 μM，证明器件定量可靠性。
2.5 多体液葡萄糖关联分析
在餐前–餐后范式下，汗液、ISF、血液葡萄糖同步动态变化：健康人餐后升幅温和，糖尿病患者升幅显著放大。十例受试者（健康5例、糖尿病5例）终点值相关分析显示，血液–ISF相关系数0.828，ISF–汗液0.662，血液–汗液0.613；亚组探索显示糖尿病患者跨体液关联更强，但受样本量限制属探索性结论。研究强调零滞后相关，生理传输延迟可能削弱同步相关性。
讨论与结论翻译
讨论指出，从血液到ISF再到汗液的转运存在生物流体特异性时间延迟，这会在零滞后匹配下弱化相关系数并放大个体变异；因此汗液葡萄糖应被理解为系统代谢的互补信号，而非血液葡萄糖的直接等价替代。未来需更高时间分辨率与个体滞后校正，才能将其转化为可定量解读的临床 Biomarker。
结论部分翻译如下：
为克服现有汗液传感技术局限及汗液与其他体液关系不清的问题，研究人员开发了可原位、连续、贴肤集成的葡萄糖监测表皮汗液贴片。器件利用Au–Ni(OH)2双气凝胶，借助Ni(OH)2增强反应物吸附与Au活性位优化热力学，实现高灵敏稳定检测。结合微流控采集与板载无线传输，贴片可实时追踪体表葡萄糖动态。人体研究揭示汗液、ISF与血液葡萄糖的正向跨体液关联及日常波动特征，证明汗液传感可作为代谢监测的可行路径。该工作为非侵入性葡萄糖监测及慢病管理中的代谢健康评估提供了实用基础。
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