可穿戴SERS傳感器，或可用於血糖和病毒監測_風聞

文|洞察新科技

如今，隨着移動通信、人工智能等技術的不斷創新融合，可穿戴設備已經進入了人們的日常生活當中。在全球應用和體驗式消費驅動下，可穿戴設備成為增長最快的高科技市場之一。據統計，全球可穿戴設備出貨量從2014年的0.29億部增長至2021年的5.34億部，預計到2024年將達到6.37億部。

目前的可穿戴傳感器，已經可以實現在日常條件下跟蹤佩戴者的運動和生命體徵，例如步數、心率、血壓、血氧，並且也已逐漸發展出以非侵入性方式對佩戴者的生物流體，如汗液、唾液、眼淚和尿液進行原位化學傳感（in situ chemical sensing）的技術。

但是，傳統的可穿戴傳感器往往無法在一次測量中同時準確區分不同的化學物質。如果想要設計成可用於測量多種化學物質的設備，需要更大的尺寸的系統以及高昂的成本。為此，東京大學的研究團隊開發出一種基於表面增強拉曼光譜(SERS，Surface-Enhanced Raman Spectroscopy)技術的新型可穿戴超薄傳感器。

拉曼光譜（Raman spectra），是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基於印度科學家C.V.拉曼（Raman）所發現的拉曼散射效應，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息，並應用於分子結構研究的一種分析方法。拉曼技術對可穿戴生物監測具有重要意義，因為它們無需分子標記即可進行靈敏和多路化學分析的能力。

**只是困難在於，生物系統的固有的拉曼信號較為微弱，需要將目標分子結合到合適的底物上，以放大拉曼響應。**金是一種已知可有效用作SERS基底的材料，多個研究項目已經研究了在實際SERS平台中使用金屬的不同方法，因此東京大學的研究人員選擇黃金作為基底來加強拉曼信號。

此外，該可穿戴傳感器由納米網格狀的PVA纖維製成，纖維上覆蓋了150納米的金層，將塗覆的纖維納米網附着到目標表面（例如人體皮膚），能夠用水將PVA溶解掉，只留下完整的金納米網在目標表面。

研究人員通過減小納米線的直徑來優化單位體積中的熱點數量，同時保持足夠的機械強度以實現耐磨性。實驗中，志願者佩戴該貼片，並暴露在不同的化學物質中，然後用商用785納米拉曼光譜儀進行檢測。

**結果證明，該系統不僅能夠檢測尿素和抗壞血酸等生物分子，並識別水中的微塑料污染，還可以檢測到常見的濫用藥物，或可用於血糖監測，甚至可以病毒檢測。**目前，該系統還需要外部光源和光譜儀配合使用，未來研究人員可將其發展集成到可穿戴式SERS傳感器中。