近幾十年來，我國急性心梗的發(fā)病率呈明顯上升趨勢，每年新發(fā)病例至少50萬人次，且發(fā)病人群日趨年輕化，嚴重威脅人民的健康和生命。快速、準確的急性心梗診斷是病患救治的關鍵，也一直是備受關注的研究熱點與難點。現有的心梗確診依賴于醫(yī)院的心電圖和對心梗三項的實驗室檢測，存在耗時長、操作復雜、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志現場檢測技術，將大幅節(jié)省診斷時間從而縮短心肌缺血時間，推動心梗治療方案革命性的發(fā)展。

近日，東南大學王著元教授課題組開發(fā)了一種可穿戴雙模態(tài)貼片，通過結合表面增強拉曼散射（SERS）微針陣列與柔性電子技術，實現了急性心肌梗死的院前快速輔助診斷。相關成果以“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。

該貼片以內含有SERS探針的柔性微針陣列作為間質液中標志物提取和檢測單元，以柔性電子貼片為器件基礎和心電監(jiān)測單元（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（nanoArch?S130，精度：2 μm）制備而成。結合翻模和光固化技術，得到了30×3微針組成的陣列系統，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現了穩(wěn)定的適形固定。同時，貼片佩戴方式對獲取多模態(tài)信息的影響也很小。實驗結果表明，來自三名健康志愿者的生化檢測數據均為陰性，心電圖數據也沒有顯示異常，證實貼片的特異性和穩(wěn)定性。此外，該貼片還具有良好的防水性能（圖2）。

圖2. e-SERS貼片在可穿戴應用中的驗證。

在實驗中，微針陣列表現出超高的靈敏度和均一性，檢測限低至100 fM的檢測限。此外，該SERS貼片能夠配合商用便攜式拉曼光譜儀實現現場檢測（圖3）。與研究級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，檢測范圍可從微摩爾（μM）級過渡到飛摩爾（fM）級。這種簡便的檢測配置有望直接在救護車等院前轉運階段實現。

圖3. 微針貼片配合手持式拉曼光譜儀的現場檢測。

為驗證該方法的可行性，研究人員急性心肌梗塞模型SD大鼠背部安裝了貼片，對間質液中心肌損傷標志物的濃度進行了量化，同時連續(xù)監(jiān)測心電信號。手術后 20 分鐘，I 導聯心電圖的 ST 段出現異常升高。在 50 分鐘時，在 間質液中同時檢測到三種典型的心肌損傷標志物水平升高（圖4）。按照臨床標準，貼片有能力在心肌梗塞發(fā)生后50 分鐘內為急性心肌梗塞的診斷提供可靠的評估建議。

圖4. e-SERS貼片在動物模型中的應用。

總結：研究團隊開發(fā)的一種集成SERS微針傳感與柔性電子技術的可穿戴雙模貼片，能夠在心肌梗死后50分鐘內提供可靠的早期預警信息，這一能力在以往解決方案中是前所未有的。整套系統整合了便攜式拉曼光譜儀和智能終端，實現了院前專業(yè)級診斷能力。這一突破不僅為急性心血管事件的早期預警提供了創(chuàng)新工具，其技術路線還可拓展應用于其他重大疾病的實時監(jiān)測。

https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05461

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