我國正面臨嚴重的人口老齡化問題,，跌倒已成為65歲以上老年人因傷害死亡的主要原因,。夜間頻繁排尿（夜尿癥）顯著增加了老年人跌倒的風(fēng)險，通常需要依賴合成抗利尿藥物（如去氨加壓素）進行治療,，但這些藥物可能引發(fā)抗利尿激素紊亂綜合征（SIADH）,，導(dǎo)致體液潴留和鈉離子、尿酸平衡紊亂,，甚至引發(fā)嚴重不良反應(yīng),。傳統(tǒng)抽血檢測方法在獲取鈉離子和尿酸時存在不便及感染風(fēng)險，而基于微針提取組織液的生物傳感技術(shù)為微創(chuàng),、無痛的體內(nèi)鈉離子檢測提供了新思路,。然而，目前組織液提取量較低,、耗時長且成分復(fù)雜,，給鈉離子和尿酸的即時檢測帶來了挑戰(zhàn)。因此,，研發(fā)如何實現(xiàn)快速,、高效的組織液提取及便捷的鈉離子和尿酸檢測技術(shù)，具有重要的臨床價值,，尤其在使用去氨加壓素時可有效預(yù)警藥物的不良反應(yīng),。
為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，深圳大學(xué)蘇磊教授課題組研發(fā)了一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）增強的智能可穿戴微針陣列比色傳感器（WMNC）,，能夠獨立檢測體內(nèi)組織液中的鈉離子和尿酸水平變化,。該傳感器利用負壓輔助微針陣列集成紙基比色檢測系統(tǒng)，以實現(xiàn)高效,、無創(chuàng)的組織液（ISF）采集與分析,。相關(guān)成果以“A smart lab on a wearable microneedle patch with convolutional neural network-enhanced colorimetry for early warning of syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion"為題發(fā)表在《Aggregate》期刊上。這項研究的主要貢獻者包括謝媛婷,、李凱迪,、劉靜、周映,、張創(chuàng)杰,、于艷。通訊作者為北京醫(yī)院的王建龍教授,、深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的蘇磊教授和深圳大學(xué)的張學(xué)記講席教授,。深圳大學(xué)為該論文的第一通訊單位,。
團隊使用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch®S140，精度：10μm）對雙通道空心微針陣列進行打印,，實現(xiàn)了高精度的微針和空心通道打印效果,，確保其檢測性能、機械強度和重復(fù)使用性（如圖2所示）,。
通過特定的酶催化系統(tǒng)，比色紙作為傳感單元與鈉離子和尿酸等目標分析物反應(yīng),，產(chǎn)生明顯的顏色變化（如圖3所示）。研究結(jié)果表明,，在特定濃度范圍內(nèi),，顏色變化與分析物濃度呈線性關(guān)系，同時通過智能手機拍攝的圖像分析獲得了相應(yīng)的紅,、綠,、藍（RGB）值。
研究人員探討了不同照明條件對WMNC傳感器比色分析結(jié)果的影響,，并展示了自主設(shè)計的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）模型對非標準環(huán)境光源下顯色結(jié)果的分類能力,。結(jié)果表明，不同色溫和照度會顯著影響檢測結(jié)果的RGB值,，干擾檢測準確性,。為此，團隊利用CNN模型學(xué)習(xí)多種光照條件下的比色圖像,，有效減少誤差,，實現(xiàn)了對鈉離子和尿酸濃度的快速、準確分類,，提高了比色檢測在POCT應(yīng)用中的可靠性和實用性（見圖4,、圖5）。
總結(jié)：本研究介紹了一種集成了CNN增強型比色法的智能可穿戴微針貼片傳感器,，用于抗利尿激素分泌綜合征的早期預(yù)警。該傳感器通過負壓輔助的空心微針陣列和內(nèi)置比色傳感單元,，在多種光照條件下能高效,、快速、準確地檢測間質(zhì)液中鈉離子和尿酸的變化,，為個人化醫(yī)療和遠程患者監(jiān)護提供了新的可能性,。
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