近日，浙江大学智能生物产业装备创新团队（IBE）刘湘江教授在《Science》子刊发表题为“Wearable plasmonic-metasurface sensor for noninvasive and universal molecular fingerprint detection on biointerfaces”的研究论文。该文首次报道了一种新型的柔性SERS传感器，可实现生物体内多目标物分子的无损、实时、在线监测，填补了现有可穿戴式传感技术的空白。
图1 柔性可穿戴式SERS传感器的示意图
柔性传感器是获得生物个体差异化生理信息的重要手段。柔性传感器件通常由构筑在低弹性模量材料上的传感单元构成，相对于传统硅基传感器件，能消除器件对生物组织的物理损伤，从而能在直接贴敷在生物体表面，实现生物体生理信息不间断监测。但是，目前绝大部分基于电信号的柔性传感器，仅能监测几个宏观物理量（湿度、温度、应变等），以及少数化合物，不具有广义上的分子识别能力。因此，实现在分子层面对生理过程进行监测仍具有很大挑战性。
图2 传感器的检测原理
针对上述难题，该研究首次将表面增强拉曼散射（SERS）作为柔性传感器的底层传感原理。SERS利用具有等离激元的金属纳米结构（SERS 活性基底）尖端和间隙处产生很强的局域电磁场方法目标分子拉曼信号，具有高选择性（每个分子都有唯一拉曼光谱“指纹”）和检测灵敏度（单分子检测）。该研究解决脆弱的金属纳米结构在各种变形下保持SERS活性的技术难题，结合无创样品提取技术，成功实现了体内微量化合物的实时动态检测，为评估生物体健康状态提供了一种通用、灵敏的分子跟踪手段。针对可穿戴式传感器特殊的应用场景，该研究团队还研发了便携式拉曼光谱扫描设备“Raman scanner”。
图3 体内微量化合物的实时动态检测。
图4 课题组开发的便携式拉曼扫描仪器。
参考文献：
Yingli Wang, Chen Zhao, Jingjing Wang, Xuan Luo, Lijuan Xie, Shijie Zhan, Jongmin Kim, Xiaozhi Wang, Xiangjiang Liu,* Yibin, Ying. Wearable Plasmonic-Metasurface Sensor for Non-invasive and Universal Molecular Fingerprint Detection on Biointerfaces. Science Advances, 2021, 7(4), eabe4553.
原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/4/eabe4553.full
