近幾十年來，我國急性心梗的發(fā)病率呈明顯上升趨勢(shì)，每年新發(fā)病例至少50萬人次，且發(fā)病人群日趨年輕化，嚴(yán)重威脅人民的健康和生命。快速、準(zhǔn)確的急性心梗診斷是病患救治的關(guān)鍵，也一直是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。現(xiàn)有的心梗確診依賴于醫(yī)院的心電圖和對(duì)心梗三項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，存在耗時(shí)長、操作復(fù)雜、需要侵入式抽血等局限性。倘若能突破專業(yè)儀器和專業(yè)人員的限制，開發(fā)快速、靈敏、易于操作的心梗理化標(biāo)志現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)，將大幅節(jié)省診斷時(shí)間從而縮短心肌缺血時(shí)間，推動(dòng)心梗治療方案革命性的發(fā)展。
近日，東南大學(xué)王著元教授課題組開發(fā)了一種可穿戴雙模態(tài)貼片，通過結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）微針陣列與柔性電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了急性心肌梗死的院前快速輔助診斷。相關(guān)成果以“A Wearable Dual-Modal Patch for Rapid Pre-Hospital Diagnosis of Acute Myocardial Infarction”為題在國際重要期刊《ACS Nano》發(fā)表。
該貼片以內(nèi)含有SERS探針的柔性微針陣列作為間質(zhì)液中標(biāo)志物提取和檢測(cè)單元，以柔性電子貼片為器件基礎(chǔ)和心電監(jiān)測(cè)單元（圖1）。其中微針陽模是由摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch? S130，精度：2 μm）制備而成。結(jié)合翻模和光固化技術(shù)，得到了30×3微針組成的陣列系統(tǒng)，微針的高度為600 μm，基底直徑為300 μm。
圖1. e-SERS貼片的制備與表征。
該貼片由醫(yī)用級(jí)透明聚氨酯（PU）薄膜覆蓋，可以像創(chuàng)可貼一樣緊貼在皮膚表面，在健康志愿者身體的不同部位實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的適形固定。同時(shí)，貼片佩戴方式對(duì)獲取多模態(tài)信息的影響也很小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，來自三名健康志愿者的生化檢測(cè)數(shù)據(jù)均為陰性，心電圖數(shù)據(jù)也沒有顯示異常，證實(shí)貼片的特異性和穩(wěn)定性。此外，該貼片還具有良好的防水性能（圖2）。
圖2. e-SERS貼片在可穿戴應(yīng)用中的驗(yàn)證。
在實(shí)驗(yàn)中，微針陣列表現(xiàn)出超高的靈敏度和均一性，檢測(cè)限低至100 fM的檢測(cè)限。此外，該SERS貼片能夠配合商用便攜式拉曼光譜儀實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)（圖3）。與研究級(jí)拉曼光譜儀獲得的光譜相比，幾乎未觀察到頻率偏移或失真，檢測(cè)范圍可從微摩爾（μM）級(jí)過渡到飛摩爾（fM）級(jí)。這種簡便的檢測(cè)配置有望直接在救護(hù)車等院前轉(zhuǎn)運(yùn)階段實(shí)現(xiàn)。
圖3. 微針貼片配合手持式拉曼光譜儀的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
為驗(yàn)證該方法的可行性，研究人員急性心肌梗塞模型SD大鼠背部安裝了貼片，對(duì)間質(zhì)液中心肌損傷標(biāo)志物的濃度進(jìn)行了量化，同時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)心電信號(hào)。手術(shù)后 20 分鐘，I 導(dǎo)聯(lián)心電圖的 ST 段出現(xiàn)異常升高。在 50 分鐘時(shí)，在 間質(zhì)液中同時(shí)檢測(cè)到三種典型的心肌損傷標(biāo)志物水平升高（圖4）。按照臨床標(biāo)準(zhǔn)，貼片有能力在心肌梗塞發(fā)生后50 分鐘內(nèi)為急性心肌梗塞的診斷提供可靠的評(píng)估建議。
圖4. e-SERS貼片在動(dòng)物模型中的應(yīng)用。
總結(jié)：研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種集成SERS微針傳感與柔性電子技術(shù)的可穿戴雙模貼片，能夠在心肌梗死后50分鐘內(nèi)提供可靠的早期預(yù)警信息，這一能力在以往解決方案中是前所未有的。整套系統(tǒng)整合了便攜式拉曼光譜儀和智能終端，實(shí)現(xiàn)了院前專業(yè)級(jí)診斷能力。這一突破不僅為急性心血管事件的早期預(yù)警提供了創(chuàng)新工具，其技術(shù)路線還可拓展應(yīng)用于其他重大疾病的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05461
