Adv. Mater | 一种可穿戴光子器件让血液检测告别针头

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医工学人评论

开创性地实现了无需采血的高灵敏多标志物检测，预示着无创血液检测迈向实用化。

血液生物标志物包含广泛的物质，从小分子和离子到肽、蛋白质、RNA 和 DNA 等大实体。这些生物标志物在各种生物过程中由细胞、组织和器官释放到循环中。他们的血液浓度反映了局部和全身水平的健康和病理状态。测量这些生物标志物对于疾病诊断、预后和监测非常重要。

每一次去医院抽血，都可能让人感到紧张。无论是常规体检，还是慢性病管理，针头、刺痛以及之后的淤青和等待结果，都是现代医疗的“标配”。这种沿用数百年的方式，也许即将迎来一次颠覆性的改变。

5月6日，哈佛医学院的研究者们在《Advanced Materials》上发表了他们的最新研究，一种无需抽血即可实现多重血液生物标志物检测的可穿戴光子设备，不仅解决了传统采血带来的痛苦和感染风险，更有望将疾病诊断推向一个更快、更便捷的未来。

图1 光热诱导外渗装置（PiED）用于血液采样和血液生物标志物的多重检测

光的力量：用LED激发体内生物标志物“泄露”

这项创新的核心，是一个直径约4厘米的圆柱形设备——看起来像是一个超迷你的“实验室”。它由三大核心部件构成：微透镜阵列（MLA）、光学微针阵列（OMNA）以及LED光源。

其工作原理堪称巧妙。LED光（595 nm）通过MLA聚焦后，沿着每根微针精准地传导进入皮肤，直达毛细血管密集的真皮层。光在这里并不是单纯的“照亮”，而是通过温和的光热效应引发毛细血管短暂扩张，从而使血液中的生物标志物“渗出”到真皮层，而不会造成出血或组织损伤。

更有趣的是，这些被释放出来的生物标志物会立刻被每根微针上固定的特异性抗体“捕捉”。每根微针专属检测一种生物标志物——真正实现了一针多测。

图2 OMNA 的光学特性和血液采样

图3 PiED 组件及其光学表征

多重检测：一次“无痛”检测，锁定复杂疾病

图4 小鼠模型中生物标志物的多重检测

现代医学已经认识到，单一的生物标志物往往无法揭示疾病的全貌。心血管疾病、感染性疾病乃至癌症，往往涉及多个信号通路，因此多标志物检测正成为趋势。

然而，现有的家用检测产品如血糖仪、抗原快速检测棒，大多只能测单一样本指标。而该设备的突破之一，就是在一次操作中同时检测多个生物标志物。在小鼠实验中，研究团队检测了C反应蛋白（CRP）、白细胞介素6（IL-6）和流感病毒特异性抗体三种指标，不仅成功区分了细菌感染与病毒感染，还验证了该方法对炎症监测的高效性。

超越ELISA：高灵敏度的新一代传感技术

传统血液检测依赖于酶联免疫吸附（ELISA）等方法，这些检测手段虽然精准，但对设备和环境要求高，通常仅限于实验室内完成。而该团队开发的检测方式，通过生物素-酪胺介导的信号放大机制，让设备的检测灵敏度达到甚至超越ELISA的水平，能够检测到皮肤中极微量的目标分子。

更重要的是，整个采样和检测过程几乎无创，应用的光强安全可控，没有因穿刺引起的出血和感染风险。

从实验室走向现实

这种创新设备的潜力令人兴奋。想象一下，未来的糖尿病或心血管病患者，只需佩戴这样一个设备，就能实现自我监测，实时获取血液中炎症因子的变化；临床医生也可以借助这种设备，在不到半小时内完成快速筛查，大幅缩短诊疗周期。

此外，这项技术在面对全球卫生挑战时同样意义重大。低资源地区由于缺乏专业医护人员和实验室条件，难以及时进行常规检测，而这种易用、无创、便携的设备为实现“点对点”的健康监测提供了新路径。

当然，距离商业化和大规模应用，这项技术还有不少路要走。如何确保长期佩戴的舒适性和稳定性、如何降低成本，以及如何应对多样化的皮肤类型与生物学差异，都是接下来的工程与临床挑战。

Z.-T. Lin, B. Jana, S. Korupolu, Y. Kong, G. Liu, Y. Dong, Y. Li, Q. Zhang, W. Shou, P. Upadhyay, Z. Wang, Z. Ran, M. X. Wu, Wearable Photonic Device for Multiple Biomarker Sampling and Detection without Blood Draws. Adv. Mater. 2025, 2416240. https://doi.org/10.1002/adma.202416240