可穿戴SERS传感器，或可用于血糖和病毒监测

文|洞察新科技

如今，随着移动通信、人工智能等技术的不断创新融合，可穿戴设备已经进入了人们的日常生活当中。在全球应用和体验式消费驱动下，可穿戴设备成为增长最快的高科技市场之一。据统计，全球可穿戴设备出货量从2014年的0.29亿部增长至2021年的5.34亿部，预计到2024年将达到6.37亿部。

目前的可穿戴传感器，已经可以实现在日常条件下跟踪佩戴者的运动和生命体征，例如步数、心率、血压、血氧，并且也已逐渐发展出以非侵入性方式对佩戴者的生物流体，如汗液、唾液、眼泪和尿液进行原位化学传感（in situ chemical sensing）的技术。

但是，传统的可穿戴传感器往往无法在一次测量中同时准确区分不同的化学物质。如果想要设计成可用于测量多种化学物质的设备，需要更大的尺寸的系统以及高昂的成本。为此，东京大学的研究团队开发出一种基于表面增强拉曼光谱(SERS，Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)技术的新型可穿戴超薄传感器。

拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。拉曼技术对可穿戴生物监测具有重要意义，因为它们无需分子标记即可进行灵敏和多路化学分析的能力。

只是困难在于，生物系统的固有的拉曼信号较为微弱，需要将目标分子结合到合适的底物上，以放大拉曼响应。金是一种已知可有效用作SERS基底的材料，多个研究项目已经研究了在实际SERS平台中使用金属的不同方法，因此东京大学的研究人员选择黄金作为基底来加强拉曼信号。

此外，该可穿戴传感器由纳米网格状的PVA纤维制成，纤维上覆盖了150纳米的金层，将涂覆的纤维纳米网附着到目标表面（例如人体皮肤），能够用水将PVA溶解掉，只留下完整的金纳米网在目标表面。

研究人员通过减小纳米线的直径来优化单位体积中的热点数量，同时保持足够的机械强度以实现耐磨性。实验中，志愿者佩戴该贴片，并暴露在不同的化学物质中，然后用商用785纳米拉曼光谱仪进行检测。

结果证明，该系统不仅能够检测尿素和抗坏血酸等生物分子，并识别水中的微塑料污染，还可以检测到常见的滥用药物，或可用于血糖监测，甚至可以病毒检测。目前，该系统还需要外部光源和光谱仪配合使用，未来研究人员可将其发展集成到可穿戴式SERS传感器中。