新型可穿戴皮肤传感器检测人体汗液中炎症生物标志物CRP

据麦姆斯咨询报道，近日，美国加州理工学院（Caltech）的科学家首创了一款可无线检测人体汗液中炎症生物标志物C反应蛋白（CRP）的可穿戴皮肤传感器。该传感器集成了离子电渗汗液提取，用于汗液采样和试剂路径调整的微流控通道，以及用于量化C反应蛋白的基于石墨烯的传感器阵列（通过具有C反应蛋白抗体功能的电极捕获抗体结合金纳米颗粒），量化离子强度、pH和温度以实现C反应蛋白传感器的实时校准。该传感器将使患者和医疗专业人员更容易跟踪他们的健康状况，无需进行高侵入性血液检测。

炎症对我们每个人来说都非常熟悉，例如皮肤发红、疼痛和肿胀，许多生化标志物也与之有关。

C反应蛋白作为其中一种标志物，也被称为CRP，由肝脏分泌，其在血液中的浓度是基本健康状况的有力指标，浓度变化往往与炎症相关。

Wei Gao所在的实验室负责开发一系列可穿戴汗液传感器，比如本文提到的新型可穿戴皮肤传感器，他表示，与其它汗液传感器可检测到的分子相比，C反应蛋白更难被检测到。其中一个原因是，与其它生物标志物相比，C反应蛋白在血液中的浓度要低得多。

这主要是因为与其它生物标志物分子相比，C反应蛋白分子要大得多，这意味着它们很难从血液中分泌到汗液中。而另一个原因是敏感的C反应蛋白检测需要独特的实验室步骤来清洗样本，以确保检测的一致性。

“以前，这些都是阻碍人们进行可穿戴C反应蛋白传感的主要障碍。我们需要高灵敏度传感器来自动监测皮肤上浓度非常低的C反应蛋白。”加州理工学院医学工程助理教授Wei Gao表示。

与Wei Gao和他所在团队研发的其它传感器一样，这款C反应蛋白传感器是在激光雕刻的石墨烯上构建而成的。石墨烯是多小孔结构，这些小孔形成了巨大的表面积。而这些孔由固定C反应蛋白的抗体和在某些条件下能够产生小电流的独特分子（氧化还原分子）固定。

此外，该传感器包含金纳米颗粒，携带一组分离的C反应蛋白抗体（检测抗体）。

当C反应蛋白分子通过汗液进入传感器时，它们会固定在金纳米颗粒的检测抗体和石墨烯的抗体上，暂时将纳米颗粒粘合在石墨烯上，并激活氧化还原分子以产生电流，该电流可以通过固定在传感器上的电子组件进行量化。

由于每个金纳米颗粒都包含几种检测抗体，它们可以放大单个C反应蛋白分子所提供的不同的微小信号。

考虑到不同人体之间汗液成分的不同对生物传感器电化学信号的影响，研究人员还开发了其它功能来量化汗液中的离子浓度、皮肤温度和汗液pH。

Wei Gao表示，这项工作初步表明，汗液中C反应蛋白可以被精确检测，并且与血液中的对应物具有良好的相关性，这对他的实验室工作和实际医学应用都有一定影响。

“这是一个通用平台，可以让我们监测体液中极低浓度水平的分子。我们希望将这个平台扩展到监测其它临床相关的蛋白质和激素分子。”Wei Gao表示。

他补充道：“我们也想看看这是否可以用于慢性病管理。炎症对许多患者来说是一种潜在风险。如果他们可以居家监测，就可以识别风险，并得到及时治疗。”

这项研究得到了美国心脏协会（American Heart Association，AHA）、美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）、美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）、海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）、烟草相关疾病研究计划（Tobacco-Related Disease Research Program，TRDRP）、斯隆研究奖（Sloan Research Fellowship）和雪松西奈（Cedars-Sinai）科技风险投资内部项目基金（Technology Ventures Internal Project Fund）的资助。

审核编辑：刘清