东京大学开发出新一代低成本可穿戴拉曼传感器

       虽然检测心率和运动的可穿戴传感器现在已经普遍应用，但如果能研制出能够检测化学分子和生物标记物的传感器，将是对复杂生化条件进行监测的重要一步。 但是，目前传统的传感器通常一次只对一种化学生物标志物敏感。如果想要设计成可用于测量多种化学物质，则需要更大的尺寸和非常昂贵的成本，无法实现真正的可穿戴技术。

       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)技术的新型可穿戴超薄传感器，它能够制作成任意形状并佩戴在任何表面上进行检测。

       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多路化学灵敏分析。目前的阻碍在于生物系统的固有拉曼信号较为微弱，需要相关分子与合适的基质结合，从而放大拉曼响应。 

金标准：不同缩放级别的纳米网格

       研究团队选用金作为基底。金是一种已知有效的 SERS 基底材料，多个研究项目已经证明了金在实际 SERS 平台中的不用应用。

       上海的一个团队最近在其 SERS 平台中使用了结合金和黑磷的纳米颗粒，以评估供体肾脏是否适合移植。此外，Wasatch Photonics 和 Nikalyte 合作开发了在真空中生成和沉积的金纳米颗粒，确保它们超纯且分布均匀，以实现最佳的 SERS 性能。

       正如 Advanced Optical Materials 报道的那样，研究团队的灵感来自于制造镀金聚乙烯醇 (PVA) 纳米纤维的最新进展，该纳米纤维用于可长时间佩戴在人体皮肤上的电子传感器。

       团队成员 Limei Liu 解释，“这些 PVA 装置由涂有金的超细线纺制而成，因此可以毫无问题地附着在皮肤上，因为金不会以任何方式与皮肤发生反应或刺激皮肤。作为传感器，它们仅限于检测运动，我们正在寻找能够感知化学特征、生物标志物和药物的东西。”

       这种可穿戴传感器由PVA纳米纤维制成; 在纤维上覆盖150纳米的金层; 将涂覆的纤维纳米网附着于包括人体皮肤在内的目标表面; 然后用水溶解PVA，留下一个完整的金纳米网，并附着在表面。 

       纳米线的尖锐边缘作为局部SERS效应的“热点”，研究人员通过减小纳米线的直径来优化单位体积内的热点数量，同时保持足够的机械强度以实现耐磨性。

       在概念验证试验中，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。实验表明，该系统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。还可以检测常见的滥用药物，在执法中具有潜在应用。

       目前该系统需要外部光源和光谱仪配合使用，但研究人员未来将半导体纳米激光器和纳米光谱仪通过直接键合的方式集成到可穿戴 SERS 传感器中。

       东京大学的 Keisuke Goda 表示，除了拉曼光谱，传感器还有可能与其他化学分析方法结合，比如电化学分析，但这些想法都需要进一步的研究。团队希望通过该研究能够研制出新一代的低成本生物传感器，它将彻底改变健康监测现状，并减少卫生保健的经济负担。