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血液生物標(biāo)志物包含廣泛的物質(zhì)，從小分子和離子到肽、蛋白質(zhì)、RNA 和 DNA 等大實體。這些生物標(biāo)志物在各種生物過程中由細胞、組織和器官釋放到循環(huán)中。他們的血液濃度反映了局部和全身水平的健康和病理狀態(tài)。測量這些生物標(biāo)志物對于疾病診斷、預(yù)后和監(jiān)測非常重要。

每一次去醫(yī)院抽血，都可能讓人感到緊張。無論是常規(guī)體檢，還是慢性病管理，針頭、刺痛以及之后的淤青和等待結(jié)果，都是現(xiàn)代醫(yī)療的“標(biāo)配”。這種沿用數(shù)百年的方式，也許即將迎來一次顛覆性的改變。

5月6日，哈佛醫(yī)學(xué)院的研究者們在《Advanced Materials》上發(fā)表了他們的最新研究，一種無需抽血即可實現(xiàn)多重血液生物標(biāo)志物檢測的可穿戴光子設(shè)備，不僅解決了傳統(tǒng)采血帶來的痛苦和感染風(fēng)險，更有望將疾病診斷推向一個更快、更便捷的未來。

圖1 光熱誘導(dǎo)外滲裝置（PiED） 用于血液采樣和血液生物標(biāo)志物的多重檢測

1.光的力量：用LED激發(fā)體內(nèi)生物標(biāo)志物“泄露”

這項創(chuàng)新的核心，是一個直徑約4厘米的圓柱形設(shè)備——看起來像是一個超迷你的“實驗室”。它由三大核心部件構(gòu)成：微透鏡陣列（MLA）、光學(xué)微針陣列（OMNA）以及LED光源。

其工作原理堪稱巧妙。LED光（595 nm）通過MLA聚焦后，沿著每根微針精準(zhǔn)地傳導(dǎo)進入皮膚，直達毛細血管密集的真皮層。光在這里并不是單純的“照亮”，而是通過溫和的光熱效應(yīng)引發(fā)毛細血管短暫擴張，從而使血液中的生物標(biāo)志物“滲出”到真皮層，而不會造成出血或組織損傷。

更有趣的是，這些被釋放出來的生物標(biāo)志物會立刻被每根微針上固定的特異性抗體“捕捉”。每根微針專屬檢測一種生物標(biāo)志物——真正實現(xiàn)了一針多測。

圖2 OMNA 的光學(xué)特性和血液采樣

圖3 PiED 組件及其光學(xué)表征

2.多重檢測：一次“無痛”檢測，鎖定復(fù)雜疾病

圖4 小鼠模型中生物標(biāo)志物的多重檢測

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)認識到，單一的生物標(biāo)志物往往無法揭示疾病的全貌。心血管疾病、感染性疾病乃至癌癥，往往涉及多個信號通路，因此多標(biāo)志物檢測正成為趨勢。

然而，現(xiàn)有的家用檢測產(chǎn)品如血糖儀、抗原快速檢測棒，大多只能測單一樣本指標(biāo)。而該設(shè)備的突破之一，就是在一次操作中同時檢測多個生物標(biāo)志物。在小鼠實驗中，研究團隊檢測了C反應(yīng)蛋白（CRP）、白細胞介素6（IL-6）和流感病毒特異性抗體三種指標(biāo)，不僅成功區(qū)分了細菌感染與病毒感染，還驗證了該方法對炎癥監(jiān)測的高效性。

3.超越ELISA：高靈敏度的新一代傳感技術(shù)

傳統(tǒng)血液檢測依賴于酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）等方法，這些檢測手段雖然精準(zhǔn)，但對設(shè)備和環(huán)境要求高，通常僅限于實驗室內(nèi)完成。而該團隊開發(fā)的檢測方式，通過生物素-酪胺介導(dǎo)的信號放大機制，讓設(shè)備的檢測靈敏度達到甚至超越ELISA的水平，能夠檢測到皮膚中極微量的目標(biāo)分子。

更重要的是，整個采樣和檢測過程幾乎無創(chuàng)，應(yīng)用的光強安全可控，沒有因穿刺引起的出血和感染風(fēng)險。

4.從實驗室走向現(xiàn)實

這種創(chuàng)新設(shè)備的潛力令人興奮。想象一下，未來的糖尿病或心血管病患者，只需佩戴這樣一個設(shè)備，就能實現(xiàn)自我監(jiān)測，實時獲取血液中炎癥因子的變化；臨床醫(yī)生也可以借助這種設(shè)備，在不到半小時內(nèi)完成快速篩查，大幅縮短診療周期。

此外，這項技術(shù)在面對全球衛(wèi)生挑戰(zhàn)時同樣意義重大。低資源地區(qū)由于缺乏專業(yè)醫(yī)護人員和實驗室條件，難以及時進行常規(guī)檢測，而這種易用、無創(chuàng)、便攜的設(shè)備為實現(xiàn)“點對點”的健康監(jiān)測提供了新路徑。

當(dāng)然，距離商業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用，這項技術(shù)還有不少路要走。如何確保長期佩戴的舒適性和穩(wěn)定性、如何降低成本，以及如何應(yīng)對多樣化的皮膚類型與生物學(xué)差異，都是接下來的工程與臨床挑戰(zhàn)。

Z.-T. Lin, B. Jana, S. Korupolu, Y. Kong, G. Liu, Y. Dong, Y. Li, Q. Zhang, W. Shou, P. Upadhyay, Z. Wang, Z. Ran, M. X. Wu, Wearable Photonic Device for Multiple Biomarker Sampling and Detection without Blood Draws. Adv. Mater. 2025, 2416240. https://doi.org/10.1002/adma.202416240