Sensores nanoplasmônicos microfluídicos flexíveis para reconhecimento atualizável e portátil da impressão digital bioquímica do suor

Jun 24, 2023

npj Flexível Electronics volume 6, Número do artigo: 60 (2022) Citar este artigo

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Sensores de suor vestíveis com vários sistemas de detecção podem fornecer diagnósticos médicos não invasivos e monitoramento de saúde. Aqui, demonstramos um sensor nanoplasmônico microfluídico vestível capaz de informações de impressão digital de reconhecimento atualizáveis ​​e portáteis de biomarcadores direcionados, incluindo uréia, lactato e pH no suor. Uma metasuperfície plasmônica fina e miniatura com pontos quentes homogêneos em forma de cogumelo e alta atividade de espalhamento Raman aprimorado na superfície (SERS) foi projetada e integrada a uma plataforma microfluídica. Comparado às plataformas SERS vestíveis convencionais com o risco de efeito misto entre suor novo e antigo, o sistema SERS microfluídico permite a administração de suor de forma controlável e de alta resolução temporal, fornecendo análise SERS atualizável. Usamos um analisador Raman portátil e personalizado com uma interface homem-máquina amigável para reconhecimento portátil das assinaturas espectroscópicas de biomarcadores de suor. Este estudo integra a microfluídica epidérmica com o reconhecimento molecular SERS portátil, apresentando um sistema de detecção de biofluido controlável, prático e dinâmico para medicina personalizada.

A eletrônica inteligente flexível revolucionou nossa cognição, metodologia e técnicas em pele eletrônica, interação homem-máquina, assistência médica personalizada1,2,3,4,5,6,7,8,9. Mais especificamente, sensores de suor vestíveis que permitem a cognição de assinaturas de nível molecular relacionadas a informações fisiológicas no suor disponível na epiderme são considerados um dispositivo extremamente competitivo10,11,12,13. Um progresso notável foi feito nesses sensores de suor vestíveis, combinando métodos de reconhecimento molecular, fabricantes de dispositivos micro-nano, sistemas integrados de hardware/software e várias técnicas analíticas14,15,16. Os sensores de suor colorimétricos17,18,19 e fluorescentes20,21,22 vestíveis ofereceram acesso de detecção visual por meio da observação da profundidade de cor/absorvância/fluorescência relacionada à reação cromogênica/luminosa entre o indicador e os analitos. Os sensores eletroquímicos são amplamente adotados para a análise do suor, transduzindo o conteúdo alvo em correntes ou sinais potenciais em superfícies de eletrodos em miniatura e específicos23,24,25,26,27,28. Técnicas eletroquímicas são caracterizadas com alta sensibilidade e seletividade, onde os eletrodos também podem ser projetados de forma flexível em diferentes formas e tamanhos. Cada estratégia de detecção tem seus próprios méritos e deficiências (tabela complementar 1). Inovações contínuas para o desenvolvimento de novas técnicas de leitura de sinal são necessárias para fornecer nossas opções para projetar sensores de suor vestíveis.

O SERS é uma técnica analítica comumente usada capaz de alcançar alto aprimoramento de sinais Raman por meio de excitação e espalhamento aprimorados por plasmon localizado29,30,31. Dispositivos plasmônicos flexíveis pela integração de SERS com técnicas vestíveis têm atraído grande atenção para diversas aplicações biomédicas vestíveis32,33,34,35,36,37. No momento, apenas alguns sensores de suor SERS vestíveis foram demonstrados35,38,39. No entanto, esses sistemas de suor não microfluídicos dependem de substratos SERS permeáveis ​​ao suor (porosos) que permitem que o suor se espalhe e ocupe os pontos quentes. No entanto, o custo é que esses substratos SERS permeáveis ​​são geralmente estruturalmente instáveis ​​e vulneráveis ​​à deformação epidérmica ao tocar a pele. Em comparação, a microfluídica pode controlar espacialmente a localização dos substratos SERS, e os substratos SERS podem ser escolhidos e configurados com flexibilidade. Além disso, o transporte dinâmico do suor ativado pela microfluídica pode minimizar a mistura e o efeito de transferência do suor novo e antigo40, garantindo que a análise SERS seja realizada de maneira atualizável e com alta resolução temporal. Outra questão significativa das plataformas SERS de suor vestíveis propostas anteriormente é o sistema de leitura. O pesado instrumento Raman convencional limita a análise SERS vestível em configurações laboratoriais padronizadas, o que enfraquece drasticamente a praticidade e as circunstâncias aplicáveis.