在精准医疗快速发展的今天，人们已经能够通过可穿戴设备实时监测心率、血氧甚至血糖。然而，对于抑郁症等精神健康问题，医学诊断却仍主要依赖问卷量表和临床访谈等主观评估手段。如何实现对情绪相关生物信号的客观、连续监测，成为精神健康领域长期悬而未解的难题。神经科学研究表明，多巴胺等神经递质的浓度变化与情绪状态密切相关，被认为是潜在的重要生物标志物。然而，这类分子在体液中的含量极低，且随生理状态快速波动，使得稳定检测极具挑战。如果希望将检测技术真正应用于日常生活场景，还必须解决一系列现实难题：传感器需要足够灵敏以识别痕量分子，同时又要柔软贴肤、稳定可靠，并能够持续采集人体汗液信号。在现有技术体系中，这些需求往往难以兼顾。

  面向真实人体环境的可穿戴生物传感器，本质上是一项跨尺度系统工程。理想的可穿戴传感平台，不仅需要在复杂体液环境中实现对痕量生物标志物的精准识别与稳定放大，还应具备低检测限、高重复性和长期稳定性；在宏观层面，则必须与人体皮肤在力学性能上高度匹配，在弯曲、拉伸和运动状态下依然保持共形贴合与信号稳定。同时，材料体系还需要具备良好的生物相容性与佩戴安全性。换言之，真正的可穿戴传感器不再是单一性能的优化，而是多功能协同耦合下的系统级整合。

  近年来，围绕可穿戴光学生物传感与纳米结构工程，杭州师范大学黄又举教授团队在界面自组装超晶格膜构筑、等离子体纳米结构调控以及柔性光学传感集成方面开展了系统性研究（Sci. Adv. 2021, 7, eabk2852; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147,10369; Angew. Chem. Inter. Ed. 2025, 64, e202502129; Angew. Chem. Inter. Ed. 2026, 65, e21361; Adv. Mater. 2026, 38, e19060）。团队通过精准调控纳米粒子在气液界面的自组装过程，发展了系列大面积、高有序度的超晶格膜构筑方法，形成了具有密集“热点”的等离子体增强衬底，为表面增强拉曼散射提供了高效、均匀的信号放大平台。在此基础上，研究团队进一步构建了一种皮肤共形夹心超晶格SERS可穿戴光学生物芯片，实现了对抑郁症关键指标物——多巴胺的快速、无创和超灵敏检测。该芯片创新性地引入了高分子凝胶人工皮肤，其模量与人体表皮高度匹配，可在弯曲、拉伸等动态条件下与皮肤表面保持共形贴合，显著降低运动伪影与佩戴不适感；同时，该凝胶层兼具优异的生物相容性与透汗性，保障了长期佩戴的安全性。传感平台内部集成了微流体汗液管理系统，结合DNA“纳米锁”分子识别机制，实现了对汗液中痕量多巴胺的高选择性捕获与稳定信号输出。

  相关研究工作以“Skin-Conformal Sandwich-Structured SERS Superlattice Platform for Non-Invasive Depression Detection”为题发表在ACS Sensors（2026, DOI: 10.1021/acssensors.5c04789 ）上。

图1. 可穿戴SERS光学生物芯片的多功能结构设计与无创高灵敏检测原理。

  传统可穿戴生物传感器通常依赖单一功能模块或单一信号放大机制，难以同时满足高灵敏检测、稳定信号输出以及长期贴肤使用等关键需求。针对这一长期存在的技术瓶颈，研究团队提出了一种多功能集成的可穿戴光学生物芯片：将凝胶界面、微流体通道以及等离子体增强SERS传感模块整合于同一柔性平台中，实现从人体界面到纳米光学结构的跨尺度协同。其核心技术源于有序金纳米粒子超晶格膜与双壳Au@Au-Ag纳米笼构成的“三明治”夹心增强结构。通过精确调控纳米间隙，在界面上形成均匀且稳定的等离子体“热点”，从而显著提升拉曼信号的灵敏度与重复性。同时，引入皮肤自粘附PEG水凝胶构建仿生人工皮肤界面，使器件能够与人体皮肤实现稳定共形贴合，并有效降低运动带来的信号干扰。进一步结合微流体通道，实现汗液的自动采集、导流与可视化传输，从而提升检测过程的稳定性与实用性。实验结果表明，该系统能够在真实佩戴条件下实现对汗液中痕量生物标志物的高灵敏检测，展现出优异的信号稳定性与长期监测潜力，为可穿戴实时健康监测提供了一种全新的光学生物芯片解决方案。

图2. 构建由有序Au纳米粒子超晶格与Au@Au-Ag纳米笼组成的异质三明治SERS平台，实现对生理范围内多巴胺的高灵敏、良好均一性及高选择性检测。

  为获得稳定而强烈的拉曼增强信号，研究团队构建了由有序金纳米粒子超晶格膜与双壳Au@Au-Ag纳米笼组成的异质三明治结构。在该结构中，底层金纳米粒子通过有序自组装形成大面积超晶格阵列，使纳米颗粒间距高度均一，从而在整个界面上构建出密集且分布均匀的等离子体耦合“纳米热点”。进一步在其上引入Au@Au-Ag纳米笼形成夹层结构，使上下纳米结构之间产生强烈的电磁场耦合，显著放大局域电磁场强度。相比传统随机分布的SERS基底，这种有序组装的超晶格结构不仅大幅提升拉曼信号增强能力，还有效降低了热点分布的不均一性，从而实现高灵敏度与高重复性的协同提升，为痕量生物分子的可靠检测提供了稳定的光学增强平台。

图3. 可穿戴SERS光学生物芯片的结构设计，以及其在人工汗液中对多巴胺实现无创、稳定且线性响应检测的性能验证。

  在实现纳米尺度信号增强的基础上，研究团队进一步将该高性能SERS结构与人体界面工程相结合，构建出从纳米结构到可穿戴系统的跨尺度集成平台。具体而言，具有强拉曼增强能力的超晶格三明治纳米结构被嵌入柔性基底中，并与皮肤自粘附PEG水凝胶构成仿生“人工皮肤”，使器件能够与人体皮肤表面实现稳定共形贴合。同时，通过在水凝胶内部引入微流体通道，实现对汗液的自动采集、导流与富集，从而将人体产生的生理信号高效传输至纳米传感界面进行检测。通过这种从纳米光学结构、微流体管理到柔性人体界面的系统级整合，器件不仅保持了高灵敏度和信号稳定性，还具备良好的佩戴舒适性与实际应用潜力，为可穿戴实时健康监测提供了一种新的技术路径。

  该工作第一作者为杭州师范大学材料与化学化工学院硕士生邵航喆，通讯作者为杭州师范大学吴双双博士、宋丽平副教授和黄又举教授，杭州师范大学为第一单位。该工作得到了浙江省“尖兵领雁”（2024C03195, and 2025C02250(SD2)），国家自然科学基金（22304042, 52222316, 52573293），中国博士后科学基金（2024M763695）及杭州师范大学启动基金（4095C50223204052, 4095C5022421510）等项目的支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.5c04789

通讯作者黄又举教授简介

  黄又举，教授，博士生导师，国家优青，杭师大材料与化学化工学院副院长。2010年博士毕业于中国科学技术大学，师从李良彬教授。2010-2014年在新加坡南洋理工大学做博士后。2014-2019年在中科院宁波材料所工作，任副研究员/项目研究员。2017-2018年，在德国马普所高分子所做访问学者。2019年9月入职杭州师范大学，组建纳米生物传感器关键材料团队。长期从事纳米生物传感器探针材料基础及应用研究，提出了智能高分子调控“纳米晶核补丁”策略，量身定制出30多种高效可医用探针材料；发展了探针材料的智能多功能表面修饰策略，实现了不同维度（1D、2D和3D）的宏观可控自组装，揭示了探针材料与传感器性能内在关联性；研发了系列高性能纳米生物检测技术，探索了在食品安全和医疗领域的产业化应用。近五年，以通讯作者在Science Advances，Advanced Materials，Journal of the American Chemical Society， Chemical Society Reviews等期刊上发表SCI论文80余篇。被引用11000余次，H因子为55。授权中国和美国发明专利35件。主持科研项目20余项，包括6项国家自然科学基金。获首届浙江省青年科技英才奖（2021年），浙江省自然科学二等奖（2023年，第一完成人）和全国"挑战杯"揭榜挂帅专项赛一等奖（2024年，指导老师）。入选浙江省海外高层次人才引进计划（2016年）和国家自然基金委优秀青年项目（2022年）。

吴双双博士简介

  吴双双，杭州师范大学—中南大学联合培养博士后。2023年于中国科学院宁波材料技术与工程研究所获得博士学位，师从陈涛研究员和路伟研究员。主要从事功能化荧光纳米材料的设计与合成，以及新型荧光防伪平台的构建。相关研究以第一作者或通讯作者身份在 Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Science Bulletin, Advanced Science等国际知名期刊发表SCI论文十余篇，并参与发表二十余篇科研论文。主持中国博士后科学基金1项，参与多项国家自然科学基金、省部级重大项目及企业关键技术攻关项目。

宋丽平副教授简介

  宋丽平，博士，副教授，硕士生导师。长期围绕功能高分子材料、胶体与界面化学、生物传感检测开展工作。发展了系列纳米粒子超晶格自组装薄膜技术，并探索了以其为基底调控SERS生物监测性能相关研究。目前以第一/通讯作者身份在Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Inter. Ed.，ACS Nano，Adv. Sci.等期刊发表SCI论文20余篇，授权发明专利10余件，其中一件已成功转化。主持两项国家自然科学基金(面上项目、青年项目)及两项省部级基金项目，以主要参与人技术骨干参与国家(区域联合重点项目)及省部级基金项目。以第二完成人身份获得2023年浙江省自然科学二等奖，并获得2023年度浙江省青年科技工作者优秀论文奖等奖项。