《BB》水凝胶比色传感器用于汗液中氯离子和葡萄糖的现场检测！

非侵入性检测在健康监测、疾病筛查等评估中具有非常重要的意义。汗液是一种生物流体，内含许多生物分子，如电解质、金属离子、代谢物、外源性物质以及可以作为临床生物标志物的蛋白质等。对汗液中生物标志物的快速分析，不仅符合非侵入性的特点，能够最大限度地减少传统采样方法带来的创伤和风险，同时可以实现“实验室外迁”，突破传统实验室检测的限制。另一方面，汗液中的生物标志物丰富，可以在结合微流控、智能设备的基础上，实现多目标物集成化和智能化的检测需求。基于此，国立阳明交通大学（台湾，中国）的Fu-Hsiang Ko教授课题组报道了一种基于细菌纤维素（BC）、羧甲基壳聚糖（CMC）和壳聚糖（Ch）的水凝胶微流控比色传感器，用于汗液中Cl-和葡萄糖的快速分析；并将该研究成果于国际权威期刊Biosensors and Bioelectronics上进行了发表。

研究思路

1、提出研究问题：针对传统汗液检测仪器昂贵、操作复杂及现有传感器材料性能不足的问题，开发一种低成本、高选择性、可同时检测Cl-和葡萄糖的水凝胶比色传感器。

2、构建研究框架：以BC-CMC-Ch复合水凝胶为传感基底，结合银氯苯胺酸盐（Cl-检测）和葡萄糖氧化酶（GOx）-辣根过氧化物酶（HRP）-KI体系（葡萄糖检测），集成3D打印PDMS微流控装置实现汗液收集与分析。

3、选择研究方法：通过FTIR、FE-SEM表征水凝胶化学结构与形貌；拉伸实验测试机械性能；比色法结合小型色度计量化Cl-（b值）和葡萄糖（-b值）浓度；选择性实验排除干扰物质影响。

4、分析数据：绘制浓度与色差值的标准曲线，计算检测限和线性范围，验证传感器在实际汗液样本中的准确性。

5、得出结论：评估传感器的灵敏度、选择性、稳定性及临床适用性，确认其在CF和糖尿病诊断中的潜在价值。

论文亮点

1、将BC-CMC-Ch复合水凝胶用于汗液双指标检测，兼具高吸水性、机械性能和抗菌性；

2、结合3D打印PDMS微流控装置，实现低功耗、可穿戴设计，符合碳中和政策；

3、肉眼可见的比色变化与小型色度计结合，兼顾定性与定量分析。

研究实验图示

1.水凝胶传感器制备及其力学性能

图1.(A) 微流体设备结构示意图，包括 (B) 粘合层、(C) 通道层和 (D) 装配好的微流体汗液传感器。(E）描述汗液贴片在拉伸、弯曲和扭曲等各种机械操作下的光学图像。

2.细菌纤维素（BC）、细菌纤维素-羧甲基纤维素（BC-CMC）及细菌纤维素-羧甲基纤维素-壳聚糖（BC-CMC-Ch）三种水凝胶的FTIR光谱及化学结构

图2.BC 、 CMC 和 Ch 的傅立叶变换红外光谱和化学结构。

图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的扫描电镜图像。比例尺：1μm。

4.BC-CMC-Ch水凝胶传感器的氯离子浓度响应性能

图4.(A) BC-CMC-Ch水凝胶化学传感器在不同氯离子浓度下的照片和 (B) b*性能，通过颜色测量分光光度法测定。(有关本图例中颜色的解释，请读者参阅本文的网络版）。

5.BC-CMC-Ch水凝胶传感器的葡萄糖浓度响应性能

图5.(A) BC-CMC-Ch水凝胶生物传感器在不同葡萄糖浓度下的照片和 (B) -b*性能，通过颜色测量分光光度法确定。(图例中有关颜色的解释，请读者参阅本文的网络版）。

6.在汗液干扰物质中BC-CMC-Ch水凝胶传感器对Cl-和葡萄糖响应的选择性测试

图6.基于 BC-CMC-Ch 水凝胶的氯化物和葡萄糖传感器的比色响应。(A) 氯离子和各种汗液成分存在时氯离子传感器的 ΔE* 比率和 (B) a* 值性能。(C) 葡萄糖传感器在多种汗液成分存在时对葡萄糖和各种共存汗液成分的比色响应的 ΔE* 比率和 (D) b* 值性能。

研究总结

成功开发了基于BC-CMC-Ch水凝胶的比色传感器，可同时检测汗液中Cl⁻和葡萄糖。传感器具有低检测限（Cl⁻0.56 mM，葡萄糖0.1μM）、宽线性范围、良好选择性和稳定性（一个月），适用于CF和糖尿病的现场诊断，为非侵入式健康监测提供了实用工具。

文献来源：

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