炎症标志物的下一代生物传感模块，连接实时分子传感与个体化医疗

炎症是机体警报与防御体系的重要组成部分，既参与感染清除和组织修复，长期失控又会推动自身免疫病、心血管疾病、癌症及神经退行性疾病进展。传统炎症评估多依赖间断采血与中心实验室检测，难以捕捉快速变化的免疫状态。本综述系统讨论从实验室检测向可穿戴、微创及可摄入式实时监测技术转变所需的关键模块，包括生物识别元件、电化学与光学换能、体液获取、抗生物污损界面、柔性材料、低功耗电子学、无线通信及人工智能信号处理。作者进一步提出，通过整合分子、生命体征和情境信息，可形成个体化“炎症指纹”，区分急性保护性反应与慢性病理性炎症，并支持疾病早期预警、治疗监测和闭环干预。未来临床转化仍需解决标准化验证、长期生物相容性、可靠校准、数据安全、规模制造和算法可解释性等问题。

图1：炎症标志物监测现状及由间断检测向连续监测转变的愿景。

A，炎症可按诱因、免疫机制、受累范围和持续时间划分为感染性、自身免疫性、自炎症性、器官/组织特异性以及急性或慢性炎症，不同类型具有不同的细胞、细胞因子和分子标志物网络。B，现有临床检测主要依赖ELISA、血液分析仪、流式细胞术、红细胞沉降率、侧向层析和微流控芯片，但只能获得离散时间点信息；下一代微针、皮肤贴片和可摄入胶囊可从汗液、组织间液、泪液、唾液及胃肠液持续采样，并结合机器学习完成状态分类、变化预测和远程医疗共享。

图2：面向炎症监测的可穿戴生物传感策略。

A，识别模块包括抗体、适配体、纳米抗体、酶、细胞膜、分子印迹聚合物（MIP）和纳米酶等天然或合成元件。B，换能方式涵盖安培法、伏安法、电化学阻抗谱、场效应晶体管和构象摆动传感，以及荧光、比色、SPR、SERS、石英晶体微天平、声表面波、薄膜体声波谐振器和巨磁阻等光学、声学或磁学策略。C，信号放大可通过DNA折纸与多重氧化还原标签、纳米多孔金电极、适配体构象优化、叉指电极氧化还原循环、酶-纳米颗粒耦合、CRISPR-Cas荧光反应及仿生膜受体实现，从而提高低丰度细胞因子的检测灵敏度。

图3：用于非侵入炎症标志物监测的代表性可穿戴平台。

A，柔性皮肤贴片整合离子导入式汗液刺激、CRP免疫传感、柔性电路和无线通信，实现按需取汗与信号传输。B，微流控辅助侧向层析平台收集热诱导汗液，并以比色方式检测CRP。C，依靠汗液被动扩散的贴片同时检测IL-6与钙卫蛋白，展示无主动刺激的多标志物免疫传感。D，微针进入组织间液，电极表面固定双链DNA“分子摆”，并连接抗体或适配体；靶标结合引起构象及电子传递变化，从而实现身体佩戴状态下的电化学炎症监测。

图4：下一代实时炎症监测设备的关键设计因素。

A–B，设备形态需与目标部位和体液匹配：皮肤贴片可监测汗液、组织间液和伤口渗出液；可摄入胶囊用于胃肠液；隐形眼镜、口罩、牙套或安抚奶嘴分别适配泪液、呼气和唾液。C，传感界面应加入抗生物污损保护层以维持长期稳定性，可选带电聚合物、核酸/PEG刷层以及胆碱末端单分子层等策略。D，结合机器学习、能量采集与储能模块，可校正漂移和生理差异、降低分析延迟，并提高设备自主性及长期连续运行能力。

图5：面向个体化闭环管理的理想可穿戴和可摄入炎症监测系统。

A，理想可穿戴系统在可拉伸基底上整合太阳能单元、柔性电池、低功耗fPCB、汗液提取与微流控通道、微针和电化学传感阵列、光学及温度/惯性/声学传感器，同时连接药物递送模块，实现多模态感知和闭环治疗。B，概念性可摄入胶囊采用耐胃酸柔性外壳，内部集成硬币电池、可降解蓝牙电路板、电化学传感阵列和药物负载电极；传感数据经电路处理并无线传输，电活性聚合物驱动微型药物载体释放与主动运输，从而实现胃肠道局部炎症监测和按需给药。

研究总结

综述定位：文章不只罗列炎症标志物，而是从“系统如何长期、可靠工作”出发，把识别元件、换能器、体液获取、抗污界面、柔性材料、电源、无线通信和算法视为相互制约的完整工程链条，强调从单点实验室测量转向连续、个体化炎症监测。

技术主线：识别层需要兼顾选择性、可逆结合和长期稳定；换能层可采用电化学、场效应、光学、声学或磁学策略；低丰度细胞因子的实时检测依赖纳米结构、氧化还原循环、酶促反应、CRISPR及构象设计等放大机制。汗液、组织间液、泪液、唾液和胃肠液的浓度范围、传输延迟及干扰物差异，则决定具体器件形态和校准方式。

临床价值：多标志物分子信号若与温度、运动、心率及环境信息联合分析，可形成个体化炎症指纹，减少对单一阈值的依赖，并有望更早识别疾病发作、区分急性保护性反应和慢性病理性炎症、评估药物响应，最终支撑自适应闭环治疗。

关键挑战：当前平台仍面临生物污损、识别元件不可逆、体液与血液相关性不稳定、传感器漂移、个体差异、低功耗连续运行、数据隐私、规模制造和临床验证不足等问题。可摄入系统还需重点解决胃肠道极端pH、密封、生物安全、定位、通信和可靠排出。未来应建立统一验证标准，开展大规模纵向人群研究，并提升算法的可解释性和临床可操作性。

参考文献

Saha, T.; Moonla, C.; Nandhakumar, P.; Ji, G.; Fishman, H.; Jiang, X.; Ding, S.; Sabbagh, B.; Wang, J. Next-Generation Biosensing Modules for Inflammatory Markers: Bridging Real-Time Molecular Sensing with Personalized Healthcare. Matter 2026, 9, 102967.