Dual Detection of Urea and Glucose in Sweat Using a Portable Microfluidic SERS Sensor with Silver Nano-Tripods and 1D-CNN Model Analysis

材料科学 纳米技术 纳米- 纳米银 对偶(语法数字) 微流控 连续血糖监测 光电子学 复合材料 医学 文学类 内分泌学 艺术 胰岛素 血糖性
作者
Siyue Xiong,Chengxuan Wang,Chushu Zhu,Peitao Dong,Xuezhong Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (48): 65918-65926 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.4c14962
摘要

Sweat, a noninvasive metabolic product of normal physiological responses, offers valuable clinical insights into body conditions without causing harm. Key components in sweat, such as urea and glucose, are closely linked to kidney function and blood glucose levels. Portable sweat sensors, equipped with diverse sensing systems, can monitor fluctuations in urea and glucose concentrations, thus providing methods for assessing kidney function and monitoring diabetes. This study presents a flexible, portable microfluidic surface-enhanced Raman scattering (SERS) sensor designed to detect the unique fingerprint of target biomarkers. This flexible, self-adhesive microfluidic chip, constructed from modified polydimethylsiloxane, features silver nanotripods (AgNTs) with densely distributed "hotspots" created via the oblique angle deposition technique. These AgNTs act as active substrates for SERS within the microfluidic platform, enabling direct skin contact to collect, transport, store, and analyze sweat. The chip functions as a quantitative urea sensor with a limit of detection (LOD) of 10-7 M. For enhanced sensitivity for glucose detection, the SERS substrate is modified with 4-mercaptophenylboronic acid, achieving a LOD of 10-7 M. This satisfies the measurement requirements for both urea and glucose in sweat under physiological conditions. Furthermore, the one-dimensional convolutional neural network model significantly enhances the accuracy of biomarker detection, facilitating the quantitative analysis of urea and glucose. This advancement contributes to the development of a controlled, convenient, and dynamic biosensing system for personalized point-of-care testing and supports the creation of intelligent wearable and nondestructive devices.
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