Носимый плазмонно-метаповерхностный сенсор для универсального детектирования молекулярных отпечатков на биоинтерфейсах
Носимые сенсоры — ключевое звено персонализированной медицины, требующее одновременного отслеживания множества аналитов в организме. В статье в Science Advances Иинли Ван и международная команда ученых представили носимый плазмонно-электронный сенсор с «универсальной» способностью молекулярного распознавания.
Устройство и принцип работы сенсора
Платформа состоит из двух основных компонентов:
- Гибкая плазмонная метаповерхность с активностью поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния (SERS) в качестве сенсорного элемента.
- Гибкая электронная система для неинвазивного автоматического извлечения пота и аналитов из организма.
Механизм действия:
- Для экстракции пота используется ионофорез: спиральные фрактальные сетчатые электроды подают мягкий ток, доставляя агонист (ацетилхолин хлорид) из гидрогелевого слоя к потовым железам.
- Сенсорный компонент — упорядоченная сверхрешетка из нанокубов серебра, создающая сильные локализованные электромагнитные поля (эффект SERS). Это позволяет «снимать отпечаток» с молекул по их уникальному спектру рассеяния.
Ключевые характеристики и испытания
- Механическая устойчивость: Сенсор интегрирован на ультратонкую полимерную пленку с низким модулем упругости, что обеспечивает воздухопроницаемость, прочность и комфортное сцепление с кожей. Использована конструкция «взаимосвязанных островов» для совмещения хрупкой SERS-пленки с мягкой электроникой. Электроника выдержала 100 циклов тестирования без деградации сигнала.
- Биологическое применение (in vivo): На добровольцах продемонстрирована возможность отслеживания фармакокинетики. В качестве модельного препарата использовали никотин. Сенсор, размещенный на предплечье, показал совпадение SERS-спектра никотина в поте со спектром стандартного образца, позволив построить индивидуальный метаболический профиль.
Значение и перспективы
Этот сенсор преодолевает разрыв между жесткой сенсорикой и мягкими биоинтерфейсами. По сравнению с существующими электрохимическими носимыми датчиками он обладает:
- Более широкой специфичностью к мишеням.
- Более высокой стабильностью.
Перспективы применения:
- Мониторинг физиологических сигналов и концентраций лекарств в системах доставки препаратов с обратной связью.
- Реальное отслеживание важных биохимических соединений для персонализированной диагностики и прецизионной медицины.
Ограничение: Сенсор эффективно детектирует мишени, находящиеся в неглубоких слоях под эпидермисом. Требуются дальнейшие исследования для корреляции этих данных с концентрациями в крови или интерстициальной жидкости.