科技日報記者 史俊斌 通訊員 李莉
紋身，是人類文化中伴隨著疼痛的一種獨特美。而無痛感、不流血的“智能紋身”或可成為人體健康的“小衛士”。
西安交大宣傳部供圖
近日，由西安交通大學生命學院仿生工程與生物力學研究所研究人員開發的一種由水凝膠微針貼片制備的“智能紋身”，模仿紋身的原理，或可成為未來健康檢測的“晴雨表”。
“智能紋身”智能在哪？不同顏色代表不同的健康指標
多年來，血液檢測是臨床生化分析的金標準，具有準確性高等優點，但血液檢測是有創檢測，極大降低了用戶的依從性，影響長期監測的可行性。隨著柔性電子技術的快速發展，開發可直接檢測體液中健康相關生物標志物的微創傳感新平臺成為亟待解決的問題。
水凝膠是一類極為親水的三維網絡結構凝膠，可以在水中迅速吸水并溶脹，生活中常見的水凝膠有果凍、蘆薈膠等。西安交通大學研究人員開發出的“智能紋身”，其實是一種水凝膠微針貼片。
這種微針貼片相當于“紋身槍”。每個微針貼片由100個微針陣列組成，每個貼片被分隔成4個區域，各個區域的微針針尖分別裝載不同的檢測試劑。也就是說，一個1.5cm*1.5cm大小的微針貼片上，分布著100個由透明質酸做成的微針，每個微針的針尖內都裝載著檢測試劑，不同的檢測試劑就相當于紋身時使用的不同顏色的“紋身墨水”。
進行微針貼片檢測時，可選皮膚平整處貼上微針貼片，針長1.2mm-1.5mm的微針可刺入皮下不足1mm處，不會觸及神經和血管，因此進行微針檢測時不流血、無痛感。微針刺入皮下后，透明質酸遇皮膚下間質液會溶解，此時，作為“紋身墨水”的4種檢測劑猶如“獵手”，會在幾分鐘內迅速穿透表皮層，抵達真皮層，它們尋找的“獵物”是人體葡萄糖、pH、尿酸和溫度。為什么選這四個作為“獵物”呢？因為很多慢性病檢測時都需要將這四個指標作為輔助診斷手段。
當不同的檢測劑分別遇到自己的“獵物”時，他們就開始了各自的“表演”——檢測ph的試劑會發生酸堿反應，檢測葡萄糖和尿酸的試劑會發生氧化還原反應，反應所產生的新物質，會在皮膚表面呈現出某種特定的顏色，就造成了給表皮“紋身”的效果。檢測溫度使用的檢測劑主要是溫敏粉，溫敏粉遇到不同溫度會發生顆粒聚集度改變，也就是說，不同溫度也會顯示成不同顏色。這個檢測通常在兩三分鐘內完成，受測部位會呈現出四種不同的顏色，仿佛是用不同“墨水”進行了紋身。
但這種“紋身”與傳統紋身的區別在于，傳統紋身圖案傳遞出文化習俗、社會功能等訊息，無法通過紋身判斷人體健康指標。“智能紋身”呈現出的顏色卻可以給醫生提供判斷葡萄糖、pH、尿酸和溫度四個關鍵指標的數值，為醫生的診斷提供參考，因此被稱為“智能紋身”。
“智能紋身”技術可監測至少4天的pH和溫度變化
“智能紋身”針對葡萄糖、pH、尿酸和溫度這四個指標，使用的是不同的檢測試劑。用于pH的檢測試劑由三種pH指示劑（即百里酚藍、甲基紅和酚酞）的混合溶液組成。用于尿酸的檢測試劑由尿酸酶、過氧化氫氧化酶和3,3",5,5"-四甲基聯苯胺（TMB）三種試劑組成。比如，在尿酸濃度過高時，紋身會呈現出藍色。
“智能紋身”后，皮膚表面會在檢測劑的作用下，出現不同的變色反應。此時，醫生可以將紋身顯示出的顏色與標準圖卡比對后，判斷人體葡萄糖、pH、尿酸和溫度值，也可以用手機攝像頭拍攝，捕捉紋身區域的色調變化，從而實現半定量分析，為后續的診療提供輔助。
目前，研究團隊已在活體兔子身上進行了pH值、葡萄糖、尿酸和體溫檢測，研究人員還用“智能紋身”監測了pH值和溫度。實驗結果表明，該“智能紋身”可監測至少4天的pH和溫度變化。
另據動物實驗表明，使用該智能紋身傳感器并未產生明顯皮膚毒性，如皮疹、發紅、水泡或丘疹、生裂和皮膚變厚，證明其具有良好的生物相容性。該研究中提出的“智能紋身”可實現對多種目標物的原位監測，證明了其應用于健康管理的可行性。
此項研究成果以《基于微針貼片的多生理指標監測紋身》為題，不久前發表于國際高影響力期刊《先進科學》。相信未來某一天，也許醫生輕輕“按”了一下你的手臂，就迅速了解到了你的身體pH值、葡萄糖值、尿酸濃度以及體溫。
圖 智能紋身在離體皮膚中檢測pH值和尿酸。
圖 智能紋身在離體皮膚中檢測葡萄糖和溫度。
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