一、摘要

監測多種生化標志物有助于全面評估糖尿病相關并發癥。然而，由于酶電極材料在修飾過程中存在交叉串擾，難以實現陣列化制備。此外，傳感電極易受皮下生化物質干擾，導致信號穩定性下降。因此，本研究開發了一種自校準多路復用微針（microneedle ，MN）電極陣列(self-calibrating multiplexed microneedle electrodearray, SC-MMNEA)，能夠在皮下空間持續、實時監測多種生物分析物。每種分析物通過獨立的微針電極檢測，并集成于陣列中。多路復用微針傳感器陣列的組裝策略，實現了以單微針分辨率檢測分析物，有效解決了直接化學修飾微針陣列帶來的串擾問題。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，同時確保材料穩定性。此外，基于微針介導的自校準技術克服了長期植入電極后因組織變化和酶降解導致的精度下降問題，從而增強了微針傳感器的可靠性。在大鼠模型中的體內實驗表明，該設備能夠實現多路復用分析物濃度的實時監測，尤其在自校準后表現出較高的準確性。設備具有原位和最小侵入性監測健康狀態的優勢，有望推動可穿戴診斷設備在體內長期化學物種監測中的應用。

離散的微針（MN）電極可以自由配對和拼接，以適應多種生物分析物的參數需求。

離散的微針陣列有助于實時監測復雜的糖尿病狀態。

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。

微針自校準模塊可以在體內校正信號。

微針自校準無需通過侵入性采血進行校準。

二、背景介紹

糖尿病是一種影響廣泛的慢性疾病，傳統的連續葡萄糖監測（CGM）技術雖然有效，但存在疼痛和感染等副作用。近年來，微針設備因其無痛、微創的特性成為研究熱點，能夠穿透皮膚角質層而不觸及血管或神經，實現多路分析物的檢測。研究表明，監測多種生化標志物對全面評估糖尿病至關重要，但現有非侵入性技術難以準確反映皮下液或血液中的分析物濃度。為此，研究開發了一種自校準多路復用微針電極陣列（SC-MMNEA），能夠在皮下實時監測多種生物分析物，并通過自校準技術提高傳感器的可靠性和準確性。該技術在大鼠模型中表現優異，未來有望推動可穿戴診斷設備在長期化學物質監測中的應用。

三、內容詳解

圖2 SC-MMNEA的概念以及微針電極加工和系統集成的示意圖。

圖3 SC-MMNEA的微針電極表征。

圖4 微針電極的體外電化學性能表征。

圖5 自校準技術的體外驗證。

圖6 SC-MMNEA在體內傳感性能的表征。

圖7 SC-MMNEA在體內傳感性能的表征。

四、全文總結

SC-MMNEA是一種多功能微針陣列工具，能夠在皮下空間實時、持續監測多種關鍵分析物，為糖尿病并發癥患者的健康和生理狀態提供深入理解。該設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功能，有效解決了長期植入導致的精度下降問題。通過COMSOL仿真、體外實驗和大鼠模型驗證，SC-MMNEA實現了多種分析物濃度的實時連續記錄，顯著提高了數據準確性。該設備以安全、微創的方式監測皮下組織中的分析物，并具備擴展檢測目標的潛力。未來將優化傳感器一致性和涂層均勻性，適用于工業化生產。與傳統血糖試紙和單一功能的CGM相比，SC-MMNEA能夠實時監測多種生化指標，為全面評估病患健康提供了重要支持。

五、文獻信息

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