痛风已经成为我国仅次于糖尿病的第二大代谢类疾病，其发病原因和人体体液中尿酸含量直接相关，因此研究如何高效快捷地检测出人体中的尿酸含量具有非常重要的实际意义。目前尿酸含量检测主要依赖于临床抽血化验，侵入式的检测方式给患者带来较大的痛苦及创伤。汗液作为一种易于采集和可以无创检测的体液，它含有丰富的生物标志物，包括电解质、代谢物和外源性药物等成分。体表汗液监测成为一种快捷、高效、无创的检测方式受到极大重视，然而长时间稳定的汗液监测对可穿戴式生物传感器仍然具有很大的挑战。

    近日，西湖大学文燎勇课题组针对可穿戴式汗液传感器稳定性差、难以长期有效监测等问题开发了一种基于激光诱导石墨烯（LIG）的表面工程新方法。通过对LIG进行适当表面处理后的生物传感器可实现人体汗液中尿酸含量和pH值连续十天以上的跟踪检测，能够有效反映出人体每天摄入食物中嘌呤含量的高低（嘌呤高会导致尿酸高），并具有抗生物污染性能，对LIG在可穿戴式生物传感器的实际应用具有重要意义。该成果以“Surface engineering of laser-induced graphene enables long-term monitoring of on-body uric acid and pH simultaneously”为题发表在期刊《Nano Letters》，第一作者为西湖大学工学院博士后张丽强，通讯作者为西湖大学工学院助理教授文燎勇。该项目得到了未来产业研究中心、国家自然科学基金、浙江省博士后科学基金会的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01500

    经研究发现，激光诱导石墨烯（LIG）电极在日常环境中存放几天或单次使用后性能均会急剧下降，无法进行长期有效的生物传感检测。因此研究团队采用金颗粒和壳聚糖对LIG进行表面处理，测试发现修饰后的LIG（即C-Au-LI）不仅电化学性能提高为原来LIG的两倍，最为重要的是其稳定性获得极大提升，在日常环境中存放一个月、连续使用十天以上均未出现明显的衰减（图1）。

图1. C-Au-LIG的制备、修饰及电化学性能测试

    研究团队表示，随着LIG电极在日常环境中的存放时间变长，LIG电极的接触角会变大，从而使电极表面变得非常疏水，不利于汗液检测物在其表面的有效浸润和检测。而C-Au-LIG电极中的壳聚糖可以帮助其长时间保持良好的亲水性，同时表面沉积的少量金颗粒能够有效提高LIG的导电性且不会破坏LIG的3D多孔结构，研究证实这是C-Au-LIG具有卓越性能和高度稳定性的主要原因。良好的亲水性也成为电极抗生物污染的重要基础之一。研究团队将C-Au-LIG电极在模拟血浆中存放一个月，发现其仍能展示出良好的长期稳定性。

    研究团队还进一步发现，C-Au-LIG除具有良好的稳定性及抗污性能外，在不同pH溶液中，C-Au-LIG电极对尿酸检测的偏移度与pH值的变化呈线性关系，这意味着该电极可同时检测出汗液中尿酸及pH的准确数值（图2）。

图2. 基于C-Au-LIG电极的尿酸和pH值同时检测

    最后，研究团队将该C-Au-LIG电极与汗液采集器及后端电路集成为可穿戴生物传感器，贴附于人体皮肤进行测试。通过对十组不同志愿者汗液中尿酸和pH数值的测试，发现其准确度与标准测试方法基本一致，表明C-Au-LIG电极在可穿戴生物传感器上的巨大潜力。因此，通过连续监测志愿者汗液中尿酸含量的变化，可追踪其每天摄入食物中的嘌呤含量，为人们生活饮食习惯提供警示和指导（图3）。‍

图3. 可穿戴C-Au-LIG传感器的制备及实际样本测试

    相比于汗液，人体内血液环境更加复杂，需要检测的生物标志物也更多。未来，我们希望能够更进一步实现人体血液中多种生物标志物长期有效的连续监测，为早期临床症状的发现、治疗以及药物反应提供及时有效的数据支持。