一种无创监测胆红素水平的表皮汗液贴片及其制备方法和应用

本发明属于电化学检测，更具体地，涉及一种无创监测胆红素水平的表皮汗液贴片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、胆红素是体内血红蛋白代谢过程中的主要产物。胆红素的代谢和排泄过程主要依赖于肝脏功能，因此，胆红素水平常被用作诊断和监测肝脏疾病的指标。临床上常见于病毒性/酒精性肝炎、胆汁淤积性肝病、肝硬化/失代偿期、药物性肝损伤等，并与黄疸表现密切相关。胆红素浓度的变化不仅是肝脏疾病的预警信号，且对治疗效果和疾病进展的评估至关重要。

2、现有临床监测主要依赖血液分析。然而，常规的血液分析存在以下几方面的局限：（1）侵入性取样导致不适与感染风险，限制高频复测；（2）检测多为间歇、离线，只能获得胆红素的瞬时水平，难以反映胆红素快速波动；（3）住院/门诊场景外的居家与长期管理依从性较低及成本较高。

3、随着电子信息和传感技术的快速发展，可穿戴电化学传感技术的出现为生化指标的无创监测带来了曙光。其中，汗液可穿戴电化学传感技术已广泛应用于葡萄糖、乳酸、无机离子等生化指标的监测，其目标人群多为慢性疾病患者或运动健康管理人群。但针对肝病门诊随访、药物不良反应监测、术后恢复评估、胆汁淤积进展监测以及新生儿/婴幼儿黄疸风险筛查等肝脏疾病场景应用仍处于空白阶段。因此，开发一种无创且持续监测胆红素水平的产品，对于肝脏疾病的早期诊断、治疗效果评估以及长期管理具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无创监测胆红素水平的表皮汗液贴片及其制备方法和应用。

2、本发明提供了一种无创监测胆红素水平的表皮汗液贴片，包括：

3、微流控汗液采集检测芯片，其包括微流控芯片层和传感电极层，所述传感电极层包括电极基底以及设置于电极基底表面的工作电极、对电极和参比电极；所述工作电极表面修饰有用于识别胆红素的对甲苯磺酸功能化金气凝胶；所述微流控芯片层包括芯片本体，芯片本体上设置有流道；所述微流控芯片层设有流道的一面与传感电极层设有电极的一面通过不可逆键合封装；

4、柔性便携式电化学工作站，其与所述传感电极层的电极连接；

5、所述对甲苯磺酸功能化金气凝胶由如下步骤制备：将质量分数为5%~15%的氯金酸溶液、β-环糊精和浓度为0.5~1.5mg/ml的硼氢化钠溶液混合，采用一锅湿化学法合成得到金纳米颗粒悬浮液，将质量分数为0.1%~1%的甲苯磺酸水溶液滴加入金纳米颗粒悬浮液中，静置30~40h后冷冻干燥得到对甲苯磺酸功能化金气凝胶；

6、所述氯金酸溶液、β-环糊精、硼氢化钠溶液和甲苯磺酸水溶液的质量体积比为20~30µl：300~400mg：400~600µl：100µl。

7、本发明首次将可穿戴电化学传感技术拓展至肝脏疾病管理场景，构建“汗液采集－微流控输运－特异性识别－电化学定量－无线传输”全链条集成方案。通过将对甲苯磺酸功能化金气凝胶修饰于工作电极表面，形成三维分级多孔导电骨架，既大幅提升比表面积和电荷转移速率，又通过磺酸根负电荷界面与胆红素共轭结构间的静电及π-π协同作用，赋予电极优异的选择性富集能力。相比未修饰或其它芳香/酚/羧基修饰的气凝胶，该材料在循环伏安、差分脉冲伏安和开路电位测试中均显示更强的响应、更宽线性范围（0.01~1000μmol/l）及更低检测限，且对葡萄糖、乳酸等常见干扰物几乎无响应。配合pdms微流控芯片实现被动式汗液导流与储液，结合柔性电化学工作站的信号调理、蓝牙传输和手机app显示，使胆红素监测从单点抽血升级为连续动态无创监测。该构思为肝病家庭管理、术后恢复跟踪及新生儿黄疸早筛提供了全新的可穿戴解决方案。

8、进一步的，所述微流控芯片层的材质为pdms，所述流道包括依次连通的进液口、储液腔和出口，所述进液口的数量为2~4个，直径为0.5~1.5mm，通过毛细作用力驱动汗液通过进液口进入储液腔；所述储液腔的直径为5~15mm，多余汗液由出口排出，所述出口的直径为1~3mm；所述微流控芯片层进液口、储液腔和出口的深度为0.1~0.2mm。

9、进一步的，所述电极基底为pdms，所述工作电极与所述对电极为碳电极，所述参比电极为ag/agcl电极。

10、进一步的，所述工作电极表面还修饰有壳聚糖层，所述壳聚糖层覆盖于所述对甲苯磺酸功能化金气凝胶外层。

11、进一步的，所述不可逆键合封装包括将所述微流控芯片层设有流道的一面与传感电极层设有电极的一面进行亲水处理。

12、进一步的，所述亲水处理采用氧等离子体处理，条件为氧流量10~20sccm，射频功率30~50w，腔体真空度0.3~0.5torr，处理时间40~60s。

13、本发明还提供了所述的表皮汗液贴片的制备方法，包括如下步骤：

14、s1、将pdms与固化剂按照5~15：1的质量比混合均匀，真空脱气后浇筑于模具上，50~70℃固化，脱模后得到微流控芯片层；

15、s2、将对甲苯磺酸功能化金气凝胶以0.5~1.5mg/ml分散液形式滴涂于工作电极表面，滴涂量为4~6µl，再在对甲苯磺酸功能化金气凝胶外层修饰壳聚糖层，得到传感电极层；

16、s3、将微流控芯片层设有流道的一面与传感电极层设有电极的一面通过不可逆键合封装后获得微流控汗液采集检测芯片使自进液口导入的汗液在储液腔汇聚后，可完全覆盖工作电极、对电极和参比电极，传感电极采用差分脉冲伏安法对汗液中的胆红素进行电化学定量检测后输出电信号；

17、s4、将微流控汗液采集检测芯片中传感电极层的电极与柔性便携式电化学工作站通过电极接口连接，获得表皮汗液贴片。

18、本发明还提供了所述的表皮汗液贴片在制备用于肝病、药物不良反应监测、术后恢复评估、胆汁淤积监测或新生儿/婴幼儿黄疸风险筛查设备中的应用。

19、本发明具有以下有益效果：

20、1、本发明采用对甲苯磺酸功能化金气凝胶作为胆红素识别元件，利用金气凝胶三维分级多孔网络提升电极有效比表面积和电子传输效率，同时利用对甲苯磺酸分子提供的芳香环和磺酸基识别位点增强胆红素界面富集能力。

21、2、与未修饰金气凝胶相比，对甲苯磺酸功能化金气凝胶在胆红素检测中表现出更强的循环伏安和差分脉冲伏安响应、更宽的线性检测范围、更低的检测限、更快的开路电位响应和更好的重复性，说明对甲苯磺酸修饰带来了明确的性能提升。

22、3、与对甲苯酚、多巴胺、对甲基苯甲酸等其他修饰分子相比，对甲苯磺酸功能化金气凝胶对胆红素表现出更强的响应和更好的界面吸附能力，说明其技术效果并非任意分子修饰均可获得，而是对甲苯磺酸与金气凝胶协同作用的结果。

23、4、在葡萄糖、乳酸、尿素、抗坏血酸和尿酸等常见汗液干扰物存在时，对甲苯磺酸功能化金气凝胶电极的响应变化较小，而对胆红素产生明显响应，说明其在复杂汗液基质中具有良好的选择性和抗干扰性能。

24、5、本发明集成微流控汗液采集、柔性电化学传感、信号处理和无线传输，可实现胆红素水平由传统离线点检测向连续动态监测转变，适用于肝病门诊随访、药物不良反应监测、术后恢复评估和新生儿/婴幼儿黄疸风险筛查等场景。