一枚貼膚“小方片”，像把實驗室裝進了皮膚表面?！禔CS Sensors》期刊的 2025 年 6 月刊登的一項來自東北師范大學(xué)團隊的工作，報道了一款用于汗液肌醇（myo-inositol）監(jiān)測的全功能一體化可穿戴系統(tǒng)（ES-WSMB）。它在靜息狀態(tài)下即可電滲析誘導(dǎo)出汗，自動微流控遞送新鮮汗液，電化學(xué)識別并實時校準目標信號，并將數(shù)據(jù)經(jīng)板載電路處理后輸出，完成從樣本到結(jié)果的閉環(huán)，在汗液分子監(jiān)測賽道里屬于系統(tǒng)層面的整合。

肌醇作為細胞內(nèi)第二信使，與胰代謝、神經(jīng)系統(tǒng)、骨代謝與生殖等生理過程相關(guān)，亦被多項研究提示與抑郁、阿爾茨海默病、胰島素抵抗、多囊卵巢綜合征及糖尿病腎病等存在代謝學(xué)聯(lián)系。

但傳統(tǒng)定量依賴 HPLC-MS/MS 或 GC-MS 等實驗室平臺，日常與連續(xù)使用門檻高。作者將目標定位于在體、非侵入、連續(xù)監(jiān)測的工程實現(xiàn)，并驗證汗液肌醇與血漿肌醇的關(guān)聯(lián)度。

這套 ES-WSMB 的結(jié)構(gòu)更像一個“皮膚上的小系統(tǒng)”，由四個單元協(xié)同完成工作——電滲析誘導(dǎo)（IP）、自動微流控、汗液分析與智能控制。

圖：A：肌醇在健康管理中的角色與通過皮膚汗液實現(xiàn)的非侵入、連續(xù)監(jiān)測的總體思路。B：表皮貼片的三層集成布局，包含電滲析誘導(dǎo)（IP）、自動微流控與汗液分析單元

IP 單元以膽堿能激動劑 carbachol 作為誘導(dǎo)介質(zhì)，在恒流下促發(fā)局部出汗；自動微流控單元負責(zé)就地采集、傳輸、存儲并按設(shè)定節(jié)律刷新汗液；汗液分析單元則在同一枚柔性貼片上并行測定肌醇、pH 與 Na?，后兩者用于對肌醇讀數(shù)進行實時校準；智能控制單元是一塊可復(fù)用 PCB，負責(zé)信號采集、處理與通信。

圖：貼片結(jié)構(gòu)示意與實物照片（尺標 8 mm）

在傳感材料與選擇性上，研究作者沒有走生物酶路線，而是采用了分子印跡聚合物（MIP）+ 普魯士藍（Prussian Blue, PB）固態(tài)信號體 + 氮摻雜分級微/介孔碳氣凝膠（NHMCAs）電極基底的組合：貼片上的肌醇工作電極使用 NHMCAs 作為高比表面積與高缺陷位點的導(dǎo)電骨架，嵌入 PB 作為固態(tài)氧化還原報告體，再以針對肌醇的 MIP 提供“形狀-化學(xué)雙識別”的位點。由于 PB 為固態(tài)嵌入，電化學(xué)讀出與電再生不需要外加溶液，更利于在體復(fù)用。這一設(shè)計解決了汗液原位復(fù)雜基質(zhì)下靈敏度、選擇性與可再生三難題的工程平衡。

圖：可復(fù)用肌醇電極的在體識別與電再生原理示意圖

性能數(shù)據(jù)方面，作者表示，在優(yōu)化條件下，肌醇傳感器對數(shù)線性范圍 0.01–100 μM，檢出限 3.7 nM（S/N=3）；與常見汗液干擾物及結(jié)構(gòu)近似分子相比表現(xiàn)出高選擇性；通過同時獲取的 pH 與 Na? 對肌醇信號做實時校準，提升原汗樣在體測量的準確度。

微流控的“更新速度”**是連續(xù)監(jiān)測的關(guān)鍵。作者結(jié)合 COMSOL 數(shù)值模擬與體上實驗，確定 6 個入口、單入口 0.3 μL/min 的條件下，腔室溶質(zhì)濃度達到新水平的 95％ 刷新時間約 342 s，與體上觀測基本吻合。這意味著貼片能夠以幾分鐘級的時間分辨率獲取“新鮮汗液”，支撐動態(tài)曲線描繪。

人體驗證分為兩層。其一，貼片讀數(shù)與 GC-MS/MS 的對照驗證，報告相關(guān)系數(shù) r=0.95；其二，圍繞“攝入-吸收-排泄”的動力學(xué)情境設(shè)計了劑量-反應(yīng)與代謝干擾測試：標準劑量口服肌醇后汗液肌醇在約 3 小時達到峰值，半劑量時峰值顯著降低；連續(xù)飲用咖啡一周的情境下，汗液肌醇顯著下降。作者基于既往血漿藥動學(xué)數(shù)據(jù)，在近似給藥方案下對比汗液-血漿曲線，給出汗液與血漿肌醇水平相關(guān)系數(shù) r=0.901。需要強調(diào)的是，這里的“相關(guān)”基于健康受試者與具體受控條件，尚不指向疾病診斷效能。

圖：可復(fù)用智能控制單元的 PCB 實物（尺標 10 mm）

對制藥與醫(yī)療科技企業(yè)而言，這類系統(tǒng)級整合的價值主要體現(xiàn)在兩端——

一端是技術(shù)棧遷移——電滲析誘導(dǎo)、自動微流控、多路電化學(xué)與板載算法的集成，為更多“非傳統(tǒng)目標分子”的汗液監(jiān)測提供了可復(fù)用的工程母版，尤其是以 MIP-PB-碳氣凝膠為核心的無酶識別+固態(tài)讀出路徑，在穩(wěn)定性與在體再生方面具有可拓展性。

另一端是早期臨床與真實世界研究的工具化——在嚴格倫理與方法學(xué)框架中，可作為膳食補充劑或代謝研究的伴隨監(jiān)測手段，探索給藥-代謝-排泄的個體差異。但距離疾病分層、療效判斷或處方級決策，還需要多中心、大樣本的臨床驗證與跨體液標定學(xué)研究，且需明確不同人群、不同場景下的汗液-血漿映射模型邊界。

這項工作把「出汗-換液-識別-校準-傳輸」五個環(huán)節(jié)壓縮進一體化貼片，給汗液分子監(jiān)測的系統(tǒng)工程打樣。對產(chǎn)業(yè)界的實際啟發(fā)，在于平臺化可穿戴分子監(jiān)測的可行性與可復(fù)制性，而非“立刻替代血檢”。下一步能否進入疾病相關(guān)的前瞻研究，取決于對生物標志物-體液轉(zhuǎn)換關(guān)系的更嚴謹刻畫與工程系統(tǒng)在長期佩戴下的安全性與一致性評估。

參考材料：

Deng, W., Bai, J., & Zhou, M. (2025). Skin-Interfaced Entirely Self-Contained Wearable Biosensor for the Noninvasive and Dynamic Monitoring of Sweat Myo-Inositol. ACS sensors.

來源：國際醫(yī)藥商情

作者：John Xie