穿戴式电化学传感器：基于3D打印微针阵列的尿酸监测新进展

近日，深圳大学苏磊课题组开发了一种创新的微针阵列电化学传感器，用于实时监测皮肤间质液中的尿酸浓度。该研究成果以“MOFs-on-MOFs modified wearable electrochemical microneedle array for uric acid detection"为题发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。

 1. 微针阵列与MOFs材料的结合 

本研究利用金属有机框架（MOFs）材料的优异性能，结合了“MOFs-on-MOFs"策略，将HKUST-1和Eu-MOF纳米复合物修饰在丝网印刷电极（SPE）上，以提高电极的表面积、电极材料的孔隙度和电子转移效率。通过这种设计，团队成功地开发了一种高灵敏度的尿酸检测传感器，能够实现对皮肤间质液（ISF）中尿酸浓度的精确监测。

图1. 展示了HKUST-1@Eu-MOF纳米复合材料的合成过程。

 2. 创新的微针阵列设计 

为了进一步提升检测性能，团队使用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch^® S140，精度：10μm）制备空心微针阵列（HMNsAP）与带有微阀和真空管的装置结合，优化了皮肤间质液的提取过程。在实际应用中，该微针阵列可以没创地穿透皮肤，收集到足够的间质液样本进行尿酸分析，极大地提升了检测的便捷性与舒适性。该设备通过微阀有效调控液体流动，避免了反向流动的风险，确保了操作的安全性。

图2. 展示了微针阵列传感器（HMNsAP）的设计和集成过程。（a）展示了HMNsAP的3D打印设计及其几何参数；（b-e）则展示了微针阵列的扫描电镜图像，重点展示了不同微针的形状、尺寸及其结构。（f-h）展示了该设备在实际应用中的集成和组装。

 3. 高效的尿酸检测性能 

通过对大鼠皮肤样本进行体外实验，传感器在不同浓度的尿酸检测中表现出优异的回收率（98.6%–100.4%）和高度的选择性。值得一提的是，该传感器的检测限为20 nM，具有很强的重复性和稳定性，能够长期监测尿酸水平。通过实时的动态电位扫描（DPV）测试，传感器能够精确地检测到从0.02 μM到600 μM范围内的尿酸浓度，显示出其广泛的应用潜力。

表格1. 通过差分脉冲伏安法对大鼠离体皮肤样本中尿酸检测的定量分析。

图3. 展示了使用电化学传感器（HKUST-1@Eu-MOF/SPE集成的HMNsAP）进行尿酸（UA）检测的性能。

 4. 个性化健康监测的未来 

本研究不仅展示了一种具有高灵敏度、高选择性和高稳定性的新型穿戴式尿酸监测传感器，还为个性化健康管理提供了新的解决方案。通过结合高性能MOFs材料和创新的微针系统，这种传感器可以在非侵入性的情况下，实时监测皮肤间质液中的尿酸水平，为早期诊断、病情监控和个性化医疗提供了强有力的支持。未来，我们相信这种微针阵列传感器将在临床和生物医学研究中发挥重要作用，尤其是在尿酸相关的疾病（如痛风和慢性肾病）的早期发现和管理方面。