用于皮肤代谢管理的分子水平智能传感系统
来源：MEMS
发布时间：2025-4-9
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近期，中国科学院半导体研究所王丽丽研究员研究团队在Nature Communications期刊上发表了题为「An epidermal serine sensing system for skin healthcare」的研究论文。该研究开发了一种新型即时诊断型（POCT）传感生物芯片，旨在对表皮丝氨酸进行直接采样和原位定量。通过与定制的手持式丝氨酸检测仪集成，丝氨酸智能检测系统能够原位、快速测量表皮丝氨酸水平。这种便携式监测系统能用于评估护肤品的保湿效果，并跟踪特应性皮炎（AD）患者皮肤屏障功能在用药治疗过程中的恢复进度。
研究背景
便携式生物传感系统主要侧重于检测生物体液中的生物标志物，而忽略了表皮角质层上丰富的皮肤生物标志物，这些生物标志物与皮肤屏障的功能和完整性密切相关。其中，丝氨酸作为表皮天然保湿因子中含量最高的成分（20%以上），在维持表皮保湿状态和屏障作用中扮演着至关重要的角色。这一特性使得丝氨酸有潜力开发为评估皮肤屏障功能的关键生物标志物，用于个性化精准皮肤健康管理。
研究内容
为了填补便携式皮肤分子级健康管理的技术研究空白，中国科学院半导体研究所王丽丽研究员研究团队开发了一种新型即时诊断型（POCT）传感生物芯片，旨在对表皮丝氨酸进行直接采样和原位定量。该生物芯片架构由用于丝氨酸溶解、扩散和离子传导的多孔水凝胶以及基于分子印迹聚合物的丝氨酸传感器组成。通过与定制的手持式丝氨酸检测仪集成，丝氨酸智能检测系统能够原位、快速测量表皮丝氨酸水平。这种便携式监测系统能用于评估护肤品的保湿效果，并跟踪特应性皮炎（AD）患者皮肤屏障功能在用药治疗过程中的恢复进度。
图文导读
图1展示了表皮丝氨酸智能检测系统的整体架构以及工作原理，包含生物芯片架构设计方法、角质层丝氨酸采样与检测原理以及具体的系统使用步骤。该智能检测系统的操作便利性与家用血糖仪相媲美的同时，还具备无创检测的能力，能够实时追踪表皮丝氨酸浓度水平，为皮肤保湿功能的精准评估以及慢性皮肤病的科学管理，提供了坚实有力的技术支撑。相比于传统皮肤生物标记物检测方法，该研究提出的技术方案具有可随身携带、无创检测、快速响应及用户友好性等核心优势。
图1 | 表皮丝氨酸智能检测系统的设计和操作流程
图2展示了分子印迹传感器的结构设计与功能特性，阐释其特异性识别丝氨酸的分子机制，具有宽的浓度动态响应范围以及高灵敏度。通过系列对照实验验证传感器在不同环境条件下的稳定性和可靠性，证实其适用于复杂皮肤表面的动态监测需求。
图2 | 丝氨酸传感芯片的性能在图3中，作者验证了该技术在护肤品功效评价中的实用价值，成功捕捉护肤品使用前后表皮丝氨酸水平的变化规律。通过多部位对比测量揭示丝氨酸分布的生理特征，并与传统皮肤屏障指标建立关联性，证明其作为新型皮肤屏障健康评估工具的可行性。
图3 | 智能检测系统在评估护肤品保湿效果方面的应用验证在图4中，作者对一位AD患者的用药治疗过程中开展纵向研究，追踪治疗过程中病变皮肤区域丝氨酸水平的恢复过程。表皮丝氨酸检测结果与临床皮肤镜照片及皮肤屏障修复进程高度一致，凸显该系统在慢性皮肤病精准健康管理中的转化潜力。
图4 | 智能检测系统在追踪监测AD患者治疗进程方面的应用验证总结展望该论文展示了一种表皮丝氨酸智能检测系统，通过集成丝氨酸传感生物芯片和便携式手持测试仪，可实现表皮丝氨酸的原位采样和定量检测，为化妆品功效验证及慢性皮肤病管理提供了首个分子水平的便携式解决方案。更重要的是，本文提出的系统架构和方法具有广泛的通用性，可扩展用于原位、无创和实时检测表皮角质层中的其他具有重要生理意义的水溶性小分子。
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