科技日?qǐng)?bào)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(dú)特美。而無(wú)痛感、不流血的“智能紋身”或可成為人體健康的“小衛(wèi)士”。

西安交大宣傳部供圖

近日，由西安交通大學(xué)生命學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所研究人員開發(fā)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(lái)健康檢測(cè)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(biāo)

多年來(lái)，血液檢測(cè)是臨床生化分析的金標(biāo)準(zhǔn)，具有準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，但血液檢測(cè)是有創(chuàng)檢測(cè)，極大降低了用戶的依從性，影響長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的可行性。隨著柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)可直接檢測(cè)體液中健康相關(guān)生物標(biāo)志物的微創(chuàng)傳感新平臺(tái)成為亟待解決的問題。

水凝膠是一類極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(xué)研究人員開發(fā)出的“智能紋身”，其實(shí)是一種水凝膠微針貼片。

這種微針貼片相當(dāng)于“紋身槍”。每個(gè)微針貼片由100個(gè)微針陣列組成，每個(gè)貼片被分隔成4個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域的微針針尖分別裝載不同的檢測(cè)試劑。也就是說(shuō)，一個(gè)1.5cm*1.5cm大小的微針貼片上，分布著100個(gè)由透明質(zhì)酸做成的微針，每個(gè)微針的針尖內(nèi)都裝載著檢測(cè)試劑，不同的檢測(cè)試劑就相當(dāng)于紋身時(shí)使用的不同顏色的“紋身墨水”。

進(jìn)行微針貼片檢測(cè)時(shí)，可選皮膚平整處貼上微針貼片，針長(zhǎng)1.2mm-1.5mm的微針可刺入皮下不足1mm處，不會(huì)觸及神經(jīng)和血管，因此進(jìn)行微針檢測(cè)時(shí)不流血、無(wú)痛感。微針刺入皮下后，透明質(zhì)酸遇皮膚下間質(zhì)液會(huì)溶解，此時(shí)，作為“紋身墨水”的4種檢測(cè)劑猶如“獵手”，會(huì)在幾分鐘內(nèi)迅速穿透表皮層，抵達(dá)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(gè)作為“獵物”呢？因?yàn)楹芏嗦圆z測(cè)時(shí)都需要將這四個(gè)指標(biāo)作為輔助診斷手段。

當(dāng)不同的檢測(cè)劑分別遇到自己的“獵物”時(shí)，他們就開始了各自的“表演”——檢測(cè)ph的試劑會(huì)發(fā)生酸堿反應(yīng)，檢測(cè)葡萄糖和尿酸的試劑會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)所產(chǎn)生的新物質(zhì)，會(huì)在皮膚表面呈現(xiàn)出某種特定的顏色，就造成了給表皮“紋身”的效果。檢測(cè)溫度使用的檢測(cè)劑主要是溫敏粉，溫敏粉遇到不同溫度會(huì)發(fā)生顆粒聚集度改變，也就是說(shuō)，不同溫度也會(huì)顯示成不同顏色。這個(gè)檢測(cè)通常在兩三分鐘內(nèi)完成，受測(cè)部位會(huì)呈現(xiàn)出四種不同的顏色，仿佛是用不同“墨水”進(jìn)行了紋身。

但這種“紋身”與傳統(tǒng)紋身的區(qū)別在于，傳統(tǒng)紋身圖案?jìng)鬟f出文化習(xí)俗、社會(huì)功能等訊息，無(wú)法通過紋身判斷人體健康指標(biāo)。“智能紋身”呈現(xiàn)出的顏色卻可以給醫(yī)生提供判斷葡萄糖、pH、尿酸和溫度四個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)值，為醫(yī)生的診斷提供參考，因此被稱為“智能紋身”。

“智能紋身”技術(shù)可監(jiān)測(cè)至少4天的pH和溫度變化

“智能紋身”針對(duì)葡萄糖、pH、尿酸和溫度這四個(gè)指標(biāo)，使用的是不同的檢測(cè)試劑。用于pH的檢測(cè)試劑由三種pH指示劑（即百里酚藍(lán)、甲基紅和酚酞）的混合溶液組成。用于尿酸的檢測(cè)試劑由尿酸酶、過氧化氫氧化酶和3,3",5,5"-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）三種試劑組成。比如，在尿酸濃度過高時(shí)，紋身會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色。

“智能紋身”后，皮膚表面會(huì)在檢測(cè)劑的作用下，出現(xiàn)不同的變色反應(yīng)。此時(shí)，醫(yī)生可以將紋身顯示出的顏色與標(biāo)準(zhǔn)圖卡比對(duì)后，判斷人體葡萄糖、pH、尿酸和溫度值，也可以用手機(jī)攝像頭拍攝，捕捉紋身區(qū)域的色調(diào)變化，從而實(shí)現(xiàn)半定量分析，為后續(xù)的診療提供輔助。

目前，研究團(tuán)隊(duì)已在活體兔子身上進(jìn)行了pH值、葡萄糖、尿酸和體溫檢測(cè)，研究人員還用“智能紋身”監(jiān)測(cè)了pH值和溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該“智能紋身”可監(jiān)測(cè)至少4天的pH和溫度變化。

另?yè)?jù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，使用該智能紋身傳感器并未產(chǎn)生明顯皮膚毒性，如皮疹、發(fā)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(shí)現(xiàn)對(duì)多種目標(biāo)物的原位監(jiān)測(cè)，證明了其應(yīng)用于健康管理的可行性。

此項(xiàng)研究成果以《基于微針貼片的多生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)紋身》為題，不久前發(fā)表于國(guó)際高影響力期刊《先進(jìn)科學(xué)》。相信未來(lái)某一天，也許醫(yī)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(cè)pH值和尿酸。

圖 智能紋身在離體皮膚中檢測(cè)葡萄糖和溫度。

關(guān)鍵詞： 紋身 心也 智能