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抗利尿激素紊亂綜合征（SIADH），導致體液潴留和鈉離子、尿酸平衡紊亂，甚至引發嚴重不良反應。傳統抽血檢測方法在獲取鈉離子和尿酸時存在不便及感染風險，而基于微針提取組織液的生物傳感技術為微創、無痛的體內鈉離子檢測提供了新思路。然而，目前組織液提取量較低、耗時長且成分復雜，給鈉離子和尿酸的即時檢測帶來了挑戰。因此，研發如何實現快速、高效的組織液提取及便捷的鈉離子和尿酸檢測技術，具有重要的臨床價值，尤其在使用去氨加壓素時可有效預警藥物的不良反應。
為了應對這一挑戰，深圳大學蘇磊教授課題組研發了一種卷積神經網絡（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，以實現高效、無創的組織液（ISF）采集與分析。相關成果以“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、張創杰、于艷。通訊作者為北京醫院的王建龍教授、深圳大學醫學部生物醫學工程學院的蘇磊教授和深圳大學的張學記講席教授。深圳大學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（nanoArch®S140，精度：10μm）對雙通道空心微針陣列進行打印，實現了高精度的微針和空心通道打印效果，確保其檢測性能、機械強度和重復使用性（如圖2所示）。
通過特定的酶催化系統，比色紙作為傳感單元與鈉離子和尿酸等目標分析物反應，產生明顯的顏色變化（如圖3所示）。研究結果表明，在特定濃度范圍內，顏色變化與分析物濃度呈線性關系，同時通過智能手機拍攝的圖像分析獲得了相應的紅、綠、藍（RGB）值。
研究人員探討了不同照明條件對WMNC傳感器比色分析結果的影響，并展示了自主設計的卷積神經網絡（CNN）模型對非標準環境光源下顯色結果的分類能力。結果表明，不同色溫和照度會顯著影響檢測結果的RGB值，干擾檢測準確性。為此，團隊利用CNN模型學習多種光照條件下的比色圖像，有效減少誤差，實現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應用中的可靠性和實用性（見圖4、圖5）。
總結：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警。該傳感器通過負壓輔助的空心微針陣列和內置比色傳感單元，在多種光照條件下能高效、快速、準確地檢測間質液中鈉離子和尿酸的變化，為個人化醫療和遠程患者監護提供了新的可能性。
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