可穿戴微激光器揭示汗液中的葡萄糖含量

可穿戴传感器是一种极具吸引力的健康监测和生物标志物检测方法，而柔性光子技术的发展也使得这类设备的用途越来越广泛。近日据外媒报道，新加坡南洋理工大学（NTU）的一个研究团队现已开发出一种光子设备，可以像贴膏药一样穿戴在人体皮肤上并可以从汗液中提取有关疾病的信息。

该研究成果发表在《分析化学》杂志上，通过可穿戴传感器改善用户的健康监测，同时展示了薄膜激光技术的进步在可穿戴设备领域的具体应用。汗液中含有葡萄糖、乳酸和尿素等有价值的生物标志物，而该传感器是NTU专为分析人体汗液而开发的。通过新方法，得以让这些生物标志物可以指示出各种健康状况，且以非侵入性和无痛的方式收集，因此非常适合日常监测。

研究团队在论文中评论道，光学谐振器已成为柔性光子传感器的一种工具，但由于微妙的生物信号和复杂的组织界面，直接监测人体皮肤上的信息仍具有挑战性。为了应对当前的挑战，项目组开发了一种功能性薄膜激光器，将液晶液滴激光器封装在柔性水凝胶中，用于监测人体汗液中的代谢物。

研究人员开发的膏药由嵌入式液晶液滴的微型激光传感器组成。传感器经过定制，可采集3种不同类型的生物标记物（乳酸、葡萄糖和尿素）。膏药上不同颜色的液晶点可区分每种生物标记物

更好地监测糖尿病和健康并发症
NTU设备的核心是液晶液滴激光器，该激光器基于对正确化学成分的液晶相以及掺杂了合适增益介质的液晶相如何作为光学谐振器工作并发光的研究。研究人员将这些液晶液滴激光源封装在柔性水凝胶中，以三维交联亲水聚合物作为粘合层，制造出了功能性薄膜激光器。当附着在皮肤上时，小分子（如汗液）会穿透这种结构，影响微激光器发出的光量，这是因为它们会对谐振器固有的模式产生影响。

因此，微激光器发出的光量会根据这些分子生物标记物的浓度而波动。据研究小组称，将光源照射在膏药上后再分析微激光传感器发出的光，就可以将其转化为有关汗液的数据。

在试验中，NTU的膏药成功捕捉到了汗液中葡萄糖、乳酸和尿素水平的波动，其性能比目前的类似技术好100倍。NTU认为，这是第一个能够以超高灵敏度和动态范围测量汗液中多种生物标志物的可穿戴传感设备，是向提供病人健康综合信息迈出的一步。

“我们的设备能够检测出生物标志物水平的高低范围，”南洋理工大学的Nie Ningyuan说，“这对糖尿病患者尤其有益，因为目前类似的健康监测设备只关注追踪高血糖水平，而不关注可能预示其他健康并发症的异常或低血糖水平。”