近期，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所王麗麗研究員研究團(tuán)隊(duì)在Nature Communications期刊上發(fā)表了題為「An epidermal serine sensing system for skin healthcare」的研究論文。該研究開發(fā)了一種新型即時(shí)診斷型（POCT）傳感生物芯片，旨在對(duì)表皮絲氨酸進(jìn)行直接采樣和原位定量。通過與定制的手持式絲氨酸檢測(cè)儀集成，絲氨酸智能檢測(cè)系統(tǒng)能夠原位、快速測(cè)量表皮絲氨酸水平。這種便攜式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能用于評(píng)估護(hù)膚品的保濕效果，并跟蹤特應(yīng)性皮炎（AD）患者皮膚屏障功能在用藥治療過程中的恢復(fù)進(jìn)度。

研究背景

便攜式生物傳感系統(tǒng)主要側(cè)重于檢測(cè)生物體液中的生物標(biāo)志物，而忽略了表皮角質(zhì)層上豐富的皮膚生物標(biāo)志物，這些生物標(biāo)志物與皮膚屏障的功能和完整性密切相關(guān)。其中，絲氨酸作為表皮天然保濕因子中含量最高的成分（20%以上），在維持表皮保濕狀態(tài)和屏障作用中扮演著至關(guān)重要的角色。這一特性使得絲氨酸有潛力開發(fā)為評(píng)估皮膚屏障功能的關(guān)鍵生物標(biāo)志物，用于個(gè)性化精準(zhǔn)皮膚健康管理。

研究內(nèi)容

為了填補(bǔ)便攜式皮膚分子級(jí)健康管理的技術(shù)研究空白，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所王麗麗研究員研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型即時(shí)診斷型（POCT）傳感生物芯片，旨在對(duì)表皮絲氨酸進(jìn)行直接采樣和原位定量。該生物芯片架構(gòu)由用于絲氨酸溶解、擴(kuò)散和離子傳導(dǎo)的多孔水凝膠以及基于分子印跡聚合物的絲氨酸傳感器組成。通過與定制的手持式絲氨酸檢測(cè)儀集成，絲氨酸智能檢測(cè)系統(tǒng)能夠原位、快速測(cè)量表皮絲氨酸水平。這種便攜式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能用于評(píng)估護(hù)膚品的保濕效果，并跟蹤特應(yīng)性皮炎（AD）患者皮膚屏障功能在用藥治療過程中的恢復(fù)進(jìn)度。

圖文導(dǎo)讀

圖1展示了表皮絲氨酸智能檢測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)以及工作原理，包含生物芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)方法、角質(zhì)層絲氨酸采樣與檢測(cè)原理以及具體的系統(tǒng)使用步驟。該智能檢測(cè)系統(tǒng)的操作便利性與家用血糖儀相媲美的同時(shí)，還具備無創(chuàng)檢測(cè)的能力，能夠?qū)崟r(shí)追蹤表皮絲氨酸濃度水平，為皮膚保濕功能的精準(zhǔn)評(píng)估以及慢性皮膚病的科學(xué)管理，提供了堅(jiān)實(shí)有力的技術(shù)支撐。相比于傳統(tǒng)皮膚生物標(biāo)記物檢測(cè)方法，該研究提出的技術(shù)方案具有可隨身攜帶、無創(chuàng)檢測(cè)、快速響應(yīng)及用戶友好性等核心優(yōu)勢(shì)。

圖1 | 表皮絲氨酸智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作流程

圖2展示了分子印跡傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與功能特性，闡釋其特異性識(shí)別絲氨酸的分子機(jī)制，具有寬的濃度動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍以及高靈敏度。通過系列對(duì)照實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳感器在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性和可靠性，證實(shí)其適用于復(fù)雜皮膚表面的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求。

圖2 | 絲氨酸傳感芯片的性能在圖3中，作者驗(yàn)證了該技術(shù)在護(hù)膚品功效評(píng)價(jià)中的實(shí)用價(jià)值，成功捕捉護(hù)膚品使用前后表皮絲氨酸水平的變化規(guī)律。通過多部位對(duì)比測(cè)量揭示絲氨酸分布的生理特征，并與傳統(tǒng)皮膚屏障指標(biāo)建立關(guān)聯(lián)性，證明其作為新型皮膚屏障健康評(píng)估工具的可行性。

圖3 | 智能檢測(cè)系統(tǒng)在評(píng)估護(hù)膚品保濕效果方面的應(yīng)用驗(yàn)證在圖4中，作者對(duì)一位AD患者的用藥治療過程中開展縱向研究，追蹤治療過程中病變皮膚區(qū)域絲氨酸水平的恢復(fù)過程。表皮絲氨酸檢測(cè)結(jié)果與臨床皮膚鏡照片及皮膚屏障修復(fù)進(jìn)程高度一致，凸顯該系統(tǒng)在慢性皮膚病精準(zhǔn)健康管理中的轉(zhuǎn)化潛力。

圖4 | 智能檢測(cè)系統(tǒng)在追蹤監(jiān)測(cè)AD患者治療進(jìn)程方面的應(yīng)用驗(yàn)證總結(jié)展望該論文展示了一種表皮絲氨酸智能檢測(cè)系統(tǒng)，通過集成絲氨酸傳感生物芯片和便攜式手持測(cè)試儀，可實(shí)現(xiàn)表皮絲氨酸的原位采樣和定量檢測(cè)，為化妝品功效驗(yàn)證及慢性皮膚病管理提供了首個(gè)分子水平的便攜式解決方案。更重要的是，本文提出的系統(tǒng)架構(gòu)和方法具有廣泛的通用性，可擴(kuò)展用于原位、無創(chuàng)和實(shí)時(shí)檢測(cè)表皮角質(zhì)層中的其他具有重要生理意義的水溶性小分子。