當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在賽道上全力沖刺，或是工人在高溫環(huán)境下作業(yè)時(shí)，汗液里藏著關(guān)乎健康的關(guān)鍵信息 —— 乳酸濃度。作為肌肉缺氧代謝的產(chǎn)物，乳酸水平不僅能幫運(yùn)動(dòng)員評(píng)估耐力、調(diào)整訓(xùn)練強(qiáng)度，還能預(yù)警乳酸酸中毒等潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。如今，商用汗液傳感器已能追蹤脫水、電解質(zhì)流失，但在乳酸檢測(cè)上卻長(zhǎng)期受困于一個(gè)難題：汗液的酸性環(huán)境（pH 約 4.0）會(huì)讓傳感器核心的乳酸氧化酶（LOx）活性驟降，導(dǎo)致檢測(cè)精度大打折扣。近日，日本東京理科大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)找到了解決方案 —— 他們用一種糖基化合物 “蔗糖單月桂酸酯” 作為穩(wěn)定劑，讓 LOx 在酸性條件下仍能保持高效活性，為更可靠的實(shí)時(shí)汗液乳酸監(jiān)測(cè)掃清了障礙。相關(guān)成果已發(fā)表在《Langmuir》期刊上。

要理解這一突破的意義，首先得弄清汗液乳酸傳感器的工作原理。這類(lèi)傳感器的核心是附著在生物相容性電極上的乳酸氧化酶（LOx）：當(dāng)汗液中的乳酸（L - 乳酸）與 LOx 接觸時(shí)，酶會(huì)催化乳酸氧化成丙酮酸，同時(shí)產(chǎn)生過(guò)氧化氫；過(guò)氧化氫在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，生成與乳酸濃度對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，最終轉(zhuǎn)化為可讀取的檢測(cè)結(jié)果。整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵在于 LOx 的活性 —— 可這種酶天生 “怕酸”，在中性環(huán)境（pH7.0）下表現(xiàn)最佳，一旦處于汗液的酸性環(huán)境中，活性就會(huì)大幅流失，直接影響檢測(cè)準(zhǔn)確性。

此前，科研人員曾嘗試用麥芽糖等傳統(tǒng)糖類(lèi)穩(wěn)定 LOx，但效果有限。而東京理科大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，在副教授飯?zhí)锕Γ↖sao Shitanda）的帶領(lǐng)下，發(fā)現(xiàn)蔗糖單月桂酸酯能帶來(lái)質(zhì)的飛躍。為驗(yàn)證其效果，團(tuán)隊(duì)制作了三種電極：無(wú)穩(wěn)定劑的空白電極、添加麥芽糖的電極，以及添加蔗糖單月桂酸酯的電極，并在中性（pH7.0）、弱酸性（pH6.0）和強(qiáng)酸性（pH5.0，模擬汗液酸性）環(huán)境中測(cè)試。結(jié)果顯示，無(wú)穩(wěn)定劑的電極在 pH5.0 時(shí)，LOx 活性?xún)H剩 50%；添加麥芽糖的電極在 pH6.0 時(shí)略有改善，但到 pH5.0 時(shí)幾乎失效；而添加蔗糖單月桂酸酯的電極，在 pH5.0 時(shí)仍能保留約 80% 的 LOx 活性，檢測(cè)精度遠(yuǎn)超前兩者。

是什么讓蔗糖單月桂酸酯有如此出色的保護(hù)能力？團(tuán)隊(duì)通過(guò)掠入射小角 X 射線(xiàn)散射（GI-SAXS）技術(shù)，觀察到了電極表面的微觀結(jié)構(gòu)秘密：蔗糖單月桂酸酯會(huì)在電極表面自組裝成整齊的六邊形陣列和層狀納米結(jié)構(gòu)，當(dāng) LOx 被固定在電極上時(shí)，會(huì)恰好嵌入這些結(jié)構(gòu)的 “空隙” 中。這種納米級(jí)的 “保護(hù)殼” 有兩大關(guān)鍵作用：一方面能阻擋汗液中的氫離子（導(dǎo)致酸性的核心成分）接觸 LOx，避免酶的結(jié)構(gòu)被破壞；另一方面又能讓水分子和乳酸分子順利通過(guò)，確保 LOx 仍能與乳酸反應(yīng)，不影響檢測(cè)過(guò)程。更巧妙的是，在稀釋溶液中，蔗糖單月桂酸酯還會(huì)形成核殼型膠束，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)酶的包裹保護(hù)，形成 “雙重防護(hù)”。

除了性能優(yōu)勢(shì)，蔗糖單月桂酸酯還具備商業(yè)化的關(guān)鍵特質(zhì)：安全、廉價(jià)且易于量產(chǎn)。作為一種常見(jiàn)的食品級(jí)添加劑，它對(duì)人體無(wú)毒副作用，避免了傳感器長(zhǎng)期接觸皮膚可能帶來(lái)的安全隱患；同時(shí)，其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于其他新型穩(wěn)定劑，適合大規(guī)模生產(chǎn)。飯?zhí)锕Ω苯淌谥赋觯骸皩?shí)時(shí)汗液乳酸監(jiān)測(cè)對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、中暑預(yù)防都至關(guān)重要，我們的研究不僅解決了酸性環(huán)境下的酶穩(wěn)定性問(wèn)題，更為高穩(wěn)定性酶電極和高性能生物設(shè)備的研發(fā)提供了新思路。”

這項(xiàng)技術(shù)的潛力還不止于乳酸檢測(cè)。研究團(tuán)隊(duì)表示，蔗糖單月桂酸酯的穩(wěn)定機(jī)制可遷移到其他場(chǎng)景 —— 比如針對(duì)不同 pH 環(huán)境的傳感器，或是需要穩(wěn)定其他酶（如葡萄糖氧化酶，用于血糖監(jiān)測(cè)）的生物設(shè)備。這意味著，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)更多基于糖基穩(wěn)定劑的汗液傳感器，既能檢測(cè)乳酸，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血糖、尿酸等指標(biāo)，為個(gè)性化健康管理、運(yùn)動(dòng)科學(xué)甚至臨床診斷提供更便捷、可靠的工具。

從運(yùn)動(dòng)員手腕上的實(shí)時(shí)乳酸監(jiān)測(cè)儀，到高溫作業(yè)者的中暑預(yù)警手環(huán)，蔗糖單月桂酸酯的出現(xiàn)，讓汗液傳感器擺脫了 “酸敏感” 的束縛，向 “連續(xù)、精準(zhǔn)、安全” 的目標(biāo)邁出了關(guān)鍵一步。當(dāng)小小的糖基分子為酶筑起 “防護(hù)盾”，汗液里的健康密碼，正被更清晰地解讀。