非侵入性檢測在健康監測、疾病篩查等評估中具有非常重要的意義。汗液是一種生物流體，內含許多生物分子，如電解質、金屬離子、代謝物、外源性物質以及可以作為臨床生物標志物的蛋白質等。對汗液中生物標志物的快速分析，不僅符合非侵入性的特點，能夠最大限度地減少傳統采樣方法帶來的創傷和風險，同時可以實現“實驗室外遷”，突破傳統實驗室檢測的限制。另一方面，汗液中的生物標志物豐富，可以在結合微流控、智能設備的基礎上，實現多目標物集成化和智能化的檢測需求。基于此，國立陽明交通大學（臺灣，中國）的Fu-Hsiang Ko教授課題組報道了一種基于細菌纖維素（BC）、羧甲基殼聚糖（CMC）和殼聚糖（Ch）的水凝膠微流控比色傳感器，用于汗液中Cl-和葡萄糖的快速分析；并將該研究成果于國際權威期刊Biosensors and Bioelectronics上進行了發表。

研究思路

1、提出研究問題：針對傳統汗液檢測儀器昂貴、操作復雜及現有傳感器材料性能不足的問題，開發一種低成本、高選擇性、可同時檢測Cl-和葡萄糖的水凝膠比色傳感器。

2、構建研究框架：以BC-CMC-Ch復合水凝膠為傳感基底，結合銀氯苯胺酸鹽（Cl-檢測）和葡萄糖氧化酶（GOx）-辣根過氧化物酶（HRP）-KI體系（葡萄糖檢測），集成3D打印PDMS微流控裝置實現汗液收集與分析。

3、選擇研究方法：通過FTIR、FE-SEM表征水凝膠化學結構與形貌；拉伸實驗測試機械性能；比色法結合小型色度計量化Cl-（b值）和葡萄糖（-b值）濃度；選擇性實驗排除干擾物質影響。

4、分析數據：繪制濃度與色差值的標準曲線，計算檢測限和線性范圍，驗證傳感器在實際汗液樣本中的準確性。

5、得出結論：評估傳感器的靈敏度、選擇性、穩定性及臨床適用性，確認其在CF和糖尿病診斷中的潛在價值。

論文亮點

1、將BC-CMC-Ch復合水凝膠用于汗液雙指標檢測，兼具高吸水性、機械性能和抗菌性；

2、結合3D打印PDMS微流控裝置，實現低功耗、可穿戴設計，符合碳中和政策；

3、肉眼可見的比色變化與小型色度計結合，兼顧定性與定量分析。

研究實驗圖示

1.水凝膠傳感器制備及其力學性能

圖1.(A) 微流體設備結構示意圖，包括 (B) 粘合層、(C) 通道層和 (D) 裝配好的微流體汗液傳感器。(E）描述汗液貼片在拉伸、彎曲和扭曲等各種機械操作下的光學圖像。

2.細菌纖維素（BC）、細菌纖維素-羧甲基纖維素（BC-CMC）及細菌纖維素-羧甲基纖維素-殼聚糖（BC-CMC-Ch）三種水凝膠的FTIR光譜及化學結構

圖2.BC 、 CMC 和 Ch 的傅立葉變換紅外光譜和化學結構。

圖3.(A) BC、(B) BC-CMC、(C) BC-CMC-Ch-0.4、(D) BC-CMC-Ch-0.6 和 (E) BC-CMC-Ch-0.8的掃描電鏡圖像。比例尺：1μm。

4.BC-CMC-Ch水凝膠傳感器的氯離子濃度響應性能

圖4.(A) BC-CMC-Ch水凝膠化學傳感器在不同氯離子濃度下的照片和 (B) b*性能，通過顏色測量分光光度法測定。(有關本圖例中顏色的解釋，請讀者參閱本文的網絡版）。

5.BC-CMC-Ch水凝膠傳感器的葡萄糖濃度響應性能

圖5.(A) BC-CMC-Ch水凝膠生物傳感器在不同葡萄糖濃度下的照片和 (B) -b*性能，通過顏色測量分光光度法確定。(圖例中有關顏色的解釋，請讀者參閱本文的網絡版）。

6.在汗液干擾物質中BC-CMC-Ch水凝膠傳感器對Cl-和葡萄糖響應的選擇性測試

圖6.基于 BC-CMC-Ch 水凝膠的氯化物和葡萄糖傳感器的比色響應。(A) 氯離子和各種汗液成分存在時氯離子傳感器的 ΔE* 比率和 (B) a* 值性能。(C) 葡萄糖傳感器在多種汗液成分存在時對葡萄糖和各種共存汗液成分的比色響應的 ΔE* 比率和 (D) b* 值性能。

研究總結

成功開發了基于BC-CMC-Ch水凝膠的比色傳感器，可同時檢測汗液中Cl?和葡萄糖。傳感器具有低檢測限（Cl?0.56 mM，葡萄糖0.1μM）、寬線性范圍、良好選擇性和穩定性（一個月），適用于CF和糖尿病的現場診斷，為非侵入式健康監測提供了實用工具。

文獻來源：

TAI Y T, WEI C Y, KO F H. Hydrogel-based colorimetric power-saving sensors for on-site detection of chloride ions and glucose in sweat[J/OL]. Biosensors and Bioelectronics, 2025, 271: 117041. DOI:10.1016/j.bios.2024.117041.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566324010480?via%3Dihub