全球“隐性饥饿”问题持续加剧，超过20亿人处于营养素摄入不足状态，其中维生素缺乏尤为普遍，与多种慢性疾病发生风险密切相关。尽管维生素膳食补充剂已在国内外广泛使用，但当前补充模式仍主要依赖经验，缺乏基于个体营养状态的有效评估，维生素的补充效果无法持续追踪。传统血液检测虽可用于维生素水平评估，但其侵入性强、操作复杂且难以实现连续实时检测，限制了营养状态的动态评估及干预方法的及时调整优化。因此，发展无创、便捷、实时的人体维生素检测技术，构建人体“营养检测-精准补充-效果监测”的动态闭环体系具有重要意义。据麦姆斯咨询介绍，近日，中国农业大学营养与健康系任发政院士团队针对全球数十亿人面临的营养素缺乏问题，开发了一种高灵敏可穿戴汗液电化学传感器，能够无创实时检测人体维生素水平。相关研究成果已经以“Real-time Nanomolar Vitamin Monitoring in Sweat using an Electrochemical Skin-attached Device”为题发表于近期的Nature Communications期刊。该平台融合了三项关键技术突破：（1）一种基于亲和结合机制的生物传感器，采用金纳米花/硫氮共掺杂碳（AuNF/SNC）纳米复合材料实现信号放大，能够以纳摩尔量级对维生素进行高灵敏度电化学检测；（2）模块化生物识别元件（BREs），突破单一分析物限制，可对六种必需维生素进行定量检测；（3）自主微流控系统，支持按需诱导汗液采集，并通过实时检测与校准实现可靠的体表汗液监测。图1 用于动态监测汗液中维生素的全集成可穿戴系统设计及作用机制研究团队开发的全集成可穿戴系统包含一块柔性一次性传感器贴片，该贴片与可重复使用的柔性印刷电路板（FPCB）相连。一次性贴片集成了多个关键组件：采用低成本、高通量丝网印刷工艺制备的多路电化学传感器阵列，用于检测维生素、pH值和离子强度；离子电渗电极，并结合离子电渗凝胶，实现按需提取汗液；聚二甲基硅氧烷（PDMS）试剂腔；以及带有多个入口的激光雕刻微流控模块。此外，集成的微控制器单元（MCU）的低功耗蓝牙模块负责信号处理，并通过无线传输将数据发送至智能手机APP。得益于其柔性设计，该系统在实时人体汗液分析过程中能与皮肤紧密贴合，并保持稳定的电化学性能。该微流控贴片采用多层叠结构，包含用于汗液收集的四个功能层以及一个PDMS试剂腔。各层均通过二氧化碳激光切割机进行精密图案化加工，从皮肤界面向上依次组装为：（1）收集层，由高粘度双面胶带制成；（2）入口层，由0.025 mm聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜构成；（3）通道层，由AR亲水性单面胶制备；（4）储液层，采用3M 468MP胶粘剂构建。所有层均图案化有离子电渗凝胶轮廓，确保来自顶部电极的电流能够施加，以实现体表离子电渗汗液诱导。图3 用于汗液诱导、采样和分析的全集成可穿戴维生素传感器的设计与表征汗液作为无创且可连续获取的体液，为实现维生素的实时检测提供了可能，然而汗液中维生素浓度极低对准确检测提出很大挑战。针对这一问题，该研究构建了基于亲和结合机制的维生素电化学检测体系。通过引入AuNF/SNC纳米复合材料以增强电极界面电子传递能力，并结合特异性生物识别元件构建可穿戴电化学传感界面，实现对VB1、VB2、VB7、VB9、VB12及VD等多种低丰度维生素的高灵敏检测，检测限低至0.33-0.62 nM。一体化可穿戴系统，实现“无创、实时、自动、无线”检测为满足无创连续检测的实际应用需求，研究团队构建了高度集成的一体化可穿戴检测系统。通过集成离子电渗诱导排汗、微流控精准采样、电化学检测电极、试剂预存模块及pH/离子强度实时校准单元，并结合柔性电路与无线传输，实现从汗液获取到信号输出的紧密集成。用户可通过手机APP实时获取并查看汗液中维生素浓度变化信息，从而为补充干预过程中的动态检测提供支撑。人体实验进一步证明了汗液维生素检测的生理相关性与应用价值。实验结果表明，该研究所构建的汗液传感器能够实时检测VB9摄入引起的汗液维生素动态变化，并发现汗液VB9水平与血液VB9水平呈显著正相关（r = 0.849）；同时可有效区分吸烟与非吸烟人群的VB9营养水平差异。以上结果表明，汗液具有可靠的营养信息表征能力，研究团队所构建的汗液传感器能够在维生素补充过程中提供可量化的动态响应信息，为维生素补充的效果评估提供重要支撑。总结而言，这款生物传感平台有望成为缓解“隐性饥饿”、优化个性化营养干预的重要工具。除维生素检测外，该平台的模块化设计与高灵敏度特性，还可发展为可扩展的精准健康工具，在人工智能驱动的数字健康新时代，有望拓展应用于多种低丰度生物标志物的检测，实现全面的生理体征分析。https://doi.org/10.1038/s41467-026-72356-1延伸阅读：
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