迈向无痛血糖监测：可溶胀微针与生物传感器的新突破

糖尿病作为一种慢性代谢性疾病，其有效管理在很大程度上依赖于频繁、可靠的血糖监测。传统的指尖采血（毛细血管全血检测）方式虽已普及，但其带来的疼痛、不适以及感染风险，影响了患者的监测依从性。尽管连续血糖监测（CGM）系统提供了动态数据，但其成本较高、需植入传感器且通常存在延迟。因此，开发一种兼具微创、便捷、低成本且准确的血糖监测技术，一直是科研与临床关注的焦点。

近期，澳大利亚阳光海洋大学在《Biosensors and Bioelectronics》发表了题为“Single-use microneedle biosensor for detecting clinically relevant glucose in interstitial fluid"的研究。研究中提出了一种集可溶胀微针阵列与电化学生物传感器于一体的单次使用平台，能够快速提取皮肤组织间液（ISF）并检测其中具有临床相关性的葡萄糖浓度。

该研究采用了一种螺旋状设计的可溶胀微针。这种设计不仅能增强微针在皮肤中的锚定稳定性，其尖部直径仅约7.6 μm，远小于传统采血针，确保了插入过程的微创特性。微针由明胶、聚乙烯醇、麦芽糖和一种高吸水性聚合物制成，使其在接触组织间液后能迅速吸水溶胀，在5分钟内即可通过产生的渗透压差汲取超过5 μL的ISF。研究通过定制化的应用器辅助插入，在离体猪皮模型上验证了其有效性，无论是否施加振动，ISF采集量均能稳定在6.55至7.06 μL之间。

为了实现这种高精度的微针制造，研究团队采用了摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）（microArch® S240，精度：10 μm）3D打印技术来制备微针的母模具，精准地复现螺旋状、带锥形尖部的复杂微针三维结构，为后续复制出性能一致、可快速溶胀的功能性微针阵列奠定了至关重要的基础。随后，通过聚二甲基硅氧烷（PDMS）翻模技术，从母模具上大规模复制出最终的水凝胶微针。

采集到的微量ISF需要被精准分析。研究人员构建了一个多层修饰的丝网印刷电极（SPEs）。其工作电极依次修饰了普鲁士蓝、壳聚糖-单壁碳纳米管复合材料、葡萄糖氧化酶和Nafion膜。普鲁士蓝作为电子介体，降低了工作电位；碳纳米管增加了导电性和比表面积；葡萄糖氧化酶是识别葡萄糖的关键酶；Nafion膜则提高了抗干扰能力。

该传感器在优化条件下表现出优异的性能：对葡萄糖的灵敏度高达12.26 μA mM⁻¹ cm⁻²，检测限低至0.08 mM。它对组织间液中常见的干扰物，如抗坏血酸、尿酸、乳酸和对乙酰氨基酚，响应微弱，显示出很高的选择性。在重复性测试中，相对标准偏差仅为4.6%，表明传感器性能稳定可靠。

研究团队在模拟人体环境的琼脂糖凝胶模型和更接近真实的离体猪皮模型中，对整个系统进行了集成验证。

体外测试：将微针阵列插入含有不同浓度葡萄糖的琼脂糖凝胶中，吸收液体后，溶解微针基质释放葡萄糖，并用传感器检测。结果显示，传感器读数与商用血糖仪结果高度吻合，在0.5-15 mM的临床相关浓度范围内呈现优秀的线性关系，相关系数达0.989，回收率超过70%。

离体测试：在离体猪皮上的测试进一步模拟了实际应用的复杂性。尽管皮肤结构的不均匀性导致葡萄糖回收率有所下降（约56%-63%），但传感器响应依然与葡萄糖浓度保持良好的线性，相关系数为0.978。这证明了该平台在更接近生理的条件下，仍能进行有效的葡萄糖检测。

总结：这项研究成功展示了一个完整的、微创的血糖监测原型系统。它将可快速采集ISF的溶胀微针与高性能一次性电化学生物传感器相结合，无需复杂的泵或外部设备，即可在数分钟内完成从采样到检测的全过程。其灵敏度、选择性和在离体模型中的表现，证明了其在床旁诊断或家庭日常监测中的应用潜力。