監測人體各項生理指標可為疾病篩查、診斷及健康管理提供重要信息。人的體液（如血液、汗液等）中富含代謝物、電解質等化學成分，是健康監測的有效來源。血液檢測作為臨床生化分析的金標準，具有準確性高的優勢，但有創的檢測方式卻極大降低了用戶的依從性，影響了長期監測的可行性。近年來，隨著柔性電子技術的快速發展，基于電化學檢測原理的柔性生化指標監測平臺成為研究熱點，實現了對汗液、唾液、淚液等體液中相關指標的檢測，但這些分泌的體液和血液成分不同，并且檢測滯后、表皮污染等問題限制了其實際應用。因此，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。
針對以上問題，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了一種由水凝膠微針貼片制備的智能紋身，用于多種健康相關生化指標的同時監測。該智能紋身的制備模擬紋身的形成過程，使用可溶性微針貼片作為“紋身槍”，將作為“紋身墨水”的顯色試劑釋放至皮下進行檢測。該智能紋身的工作原理為，微針刺入皮膚后針尖溶解，釋放針尖內的檢測試劑至真皮層，其與目標物發生顯色反應，由于顯色試劑與間質液中不同濃度的目標物反應后顯現的顏色各異，因此根據肉眼讀取的智能紋身顏色變化即可對目標物濃度進行定性評估，也可用手機攝像頭捕捉色調變化實現半定量分析。通過進一步將微針貼片分隔成多個裝載不同檢測試劑的獨立區域，團隊還在動物體內同時檢測了四種典型的慢性病相關的生物標志物（pH值、葡萄糖、尿酸和體溫）。為進一步驗證智能紋身在長期健康監測中的應用潛力，研究人員使用智能紋身監測了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。此外，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），證明其良好的生物相容性（圖1）。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。
圖1.智能紋身在健康管理中的應用 （A）用于智能紋身的水凝膠微針貼片的制備過程 （B）微針貼片的形貌和尺寸表征 （C）微針貼片制備的智能紋身 （D）用于監測健康相關指標的智能紋身墨水 （E）智能紋身同時監測多種健康相關指標
以上研究成果以《基于微針貼片的多生理指標監測紋身》（A Colorimetric Dermal Tattoo Biosensor Fabricated by Microneedle Patch for Multiplexed Detection of Health-related Biomarkers）為題發表于國際高影響力期刊《先進科學》(Advanced Science)。論文的第一作者為西安交通大學生命科學與技術學院博士生何榕晏和特聘研究員劉灝，通訊作者為李菲教授和徐峰教授。參與該研究的還有碩士生方天舒，博士生牛艷、張慧卿，韓斐博士和高彬博士。該研究得到了國家重點研發計劃、陜西省自然科學基金、高層次留學人才回國資助計劃、中國博士后科學基金等的共同資助。
該研究成果是生命學院仿生工程與生物力學研究所繼成功開發新型傳感結構、新型軟材料、新型柔性器件之后，在軟物質、智能柔性傳感領域取得的又一重要進展。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202103030
仿生工程與生物力學研究所主頁：http://bebc.xjtu.edu.cn
