一、摘要

監(jiān)測多種生化標(biāo)志物有助于全面評估糖尿病相關(guān)并發(fā)癥。然而，由于酶電極材料在修飾過程中存在交叉串?dāng)_，難以實(shí)現(xiàn)陣列化制備。此外，傳感電極易受皮下生化物質(zhì)干擾，導(dǎo)致信號穩(wěn)定性下降。因此，本研究開發(fā)了一種自校準(zhǔn)多路復(fù)用微針（microneedle ，MN）電極陣列(self-calibrating multiplexed microneedle electrodearray, SC-MMNEA)，能夠在皮下空間持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測多種生物分析物。每種分析物通過獨(dú)立的微針電極檢測，并集成于陣列中。多路復(fù)用微針傳感器陣列的組裝策略，實(shí)現(xiàn)了以單微針分辨率檢測分析物，有效解決了直接化學(xué)修飾微針陣列帶來的串?dāng)_問題。微針電極表面的雜化納米涂層提升了傳感器的靈敏度和線性范圍，同時(shí)確保材料穩(wěn)定性。此外，基于微針介導(dǎo)的自校準(zhǔn)技術(shù)克服了長期植入電極后因組織變化和酶降解導(dǎo)致的精度下降問題，從而增強(qiáng)了微針傳感器的可靠性。在大鼠模型中的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)多路復(fù)用分析物濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，尤其在自校準(zhǔn)后表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性。設(shè)備具有原位和最小侵入性監(jiān)測健康狀態(tài)的優(yōu)勢，有望推動可穿戴診斷設(shè)備在體內(nèi)長期化學(xué)物種監(jiān)測中的應(yīng)用。

離散的微針（MN）電極可以自由配對和拼接，以適應(yīng)多種生物分析物的參數(shù)需求。

離散的微針陣列有助于實(shí)時(shí)監(jiān)測復(fù)雜的糖尿病狀態(tài)。

微針電極可選擇性地測量葡萄糖、膽固醇、尿酸、乳酸、活性氧（ROSs）、Na+、K+、Ca2+和pH值。

微針自校準(zhǔn)模塊可以在體內(nèi)校正信號。

微針自校準(zhǔn)無需通過侵入性采血進(jìn)行校準(zhǔn)。

二、背景介紹

糖尿病是一種影響廣泛的慢性疾病，傳統(tǒng)的連續(xù)葡萄糖監(jiān)測（CGM）技術(shù)雖然有效，但存在疼痛和感染等副作用。近年來，微針設(shè)備因其無痛、微創(chuàng)的特性成為研究熱點(diǎn)，能夠穿透皮膚角質(zhì)層而不觸及血管或神經(jīng)，實(shí)現(xiàn)多路分析物的檢測。研究表明，監(jiān)測多種生化標(biāo)志物對全面評估糖尿病至關(guān)重要，但現(xiàn)有非侵入性技術(shù)難以準(zhǔn)確反映皮下液或血液中的分析物濃度。為此，研究開發(fā)了一種自校準(zhǔn)多路復(fù)用微針電極陣列（SC-MMNEA），能夠在皮下實(shí)時(shí)監(jiān)測多種生物分析物，并通過自校準(zhǔn)技術(shù)提高傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性。該技術(shù)在大鼠模型中表現(xiàn)優(yōu)異，未來有望推動可穿戴診斷設(shè)備在長期化學(xué)物質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用。

三、內(nèi)容詳解

圖2 SC-MMNEA的概念以及微針電極加工和系統(tǒng)集成的示意圖。

圖3 SC-MMNEA的微針電極表征。

圖4 微針電極的體外電化學(xué)性能表征。

圖5 自校準(zhǔn)技術(shù)的體外驗(yàn)證。

圖6 SC-MMNEA在體內(nèi)傳感性能的表征。

圖7 SC-MMNEA在體內(nèi)傳感性能的表征。

四、全文總結(jié)

SC-MMNEA是一種多功能微針陣列工具，能夠在皮下空間實(shí)時(shí)、持續(xù)監(jiān)測多種關(guān)鍵分析物，為糖尿病并發(fā)癥患者的健康和生理狀態(tài)提供深入理解。該設(shè)備采用混合制造策略，微針電極可靈活更換，并集成中空微針傳輸模塊和自校準(zhǔn)功能，有效解決了長期植入導(dǎo)致的精度下降問題。通過COMSOL仿真、體外實(shí)驗(yàn)和大鼠模型驗(yàn)證，SC-MMNEA實(shí)現(xiàn)了多種分析物濃度的實(shí)時(shí)連續(xù)記錄，顯著提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。該設(shè)備以安全、微創(chuàng)的方式監(jiān)測皮下組織中的分析物，并具備擴(kuò)展檢測目標(biāo)的潛力。未來將優(yōu)化傳感器一致性和涂層均勻性，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)血糖試紙和單一功能的CGM相比，SC-MMNEA能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測多種生化指標(biāo)，為全面評估病患健康提供了重要支持。

五、文獻(xiàn)信息

Li X., Zheng S., He M., et al. (2025). Self-calibrating multiplexed microneedle electrode array for continuous mapping of subcutaneous multi-analytes in diabetes.The Innovation6: 100781.

審核編輯 黃宇