近日，深圳大学医学部生物医学工程学院苏磊教授、张学记教授和北京医院王建龙教授在Wiley期刊Aggregate（影响因子13.9，中科院一区）上发表了题为“A smart lab on a wearable microneedle patch with convolutional neural network-enhanced colorimetry for early warning of syndrome of inappropriate antidiuretic hormone secretion”的研究论文。医学部博士后谢媛婷为第一作者，苏磊教授、张学记教授和王建龙教授为共同通讯作者，深圳大学为第一作者单位和通讯单位。

我国正加速步入老龄化社会。根据国家统计局公布的数据显示，截至2022年底，我国60岁及以上老年人口数量已超2.8亿，占全国总人口的19.8%。跌倒在老年人群中发生率较高，是对老年人最常见的伤害，而频繁的夜间排尿（夜尿症）显著增加了老年人跌倒的风险。夜尿症通常需要使用人工合成的抗利尿药物（如去氨加压素）进行治疗。然而，这类药物可能引发抗利尿激素紊乱综合征（SIADH），导致体液潴留，同时破坏体液钠离子的平衡，降低尿酸水平，严重时会导致嗜睡、昏迷、急性心功能不全和急性肾衰竭等严重的不良反应。因此，对于服用抗利尿激素的患者，需要监测体内钠离子和尿酸水平，以确保用药安全。
当前的检测技术通常依赖采血，往往存在诸多不便，并伴有感染风险。基于微针的组织液传感技术具有微创、无痛、感染风险低、患者依从性高等优点。然而，目前组织液检测仍面临诸多难题，如采样量低、耗时长、成分复杂等。这些问题为开发便于居家使用的快速体内钠离子和尿酸检测技术带来了极大挑战，也增加了对使用去氨加压素不良反应进行预警的难度。

图1 可穿戴微针贴片-用于抗利尿激素紊乱综合征智能早期预警示意图

本文设计了一种卷积神经网络 (CNN) 增强的智能可穿戴微针阵列比色传感器 (WMNC)， 用于检测组织液钠离子和尿酸水平变化（图1）。该传感器由负压驱动的微针阵列贴片与内置比色传感纸芯片构成。其通过3D微结构打印技术，构建出双通道空心微针阵列，并集成小型真空管与比色纸芯片；在比色纸芯片上，特别构建了钠离子、尿酸显色体系，能精准检测钠离子（检测范围为90-176 mM）和尿酸（100-650 µM）。

此外，借助自主开发的CNN模型，WMNC传感器可有效排除非标准环境下环境光对比色结果的干扰，显著提高比色结果分类的速度与精确度。最后，团队在抗利尿激素紊乱的活体大鼠模型上，对该传感器性能进行了验证。

该项技术有望推动组织液快速提取及即时检测技术的发展，拓宽比色技术在非标准化环境中的应用，为居家个性化医疗提供创新技术支撑。
本研究得到科技部国家重点研发计划、深圳市科技创新局项目、深圳大学医工交叉项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/agt2.671