中山大学：研究一种用于糖尿病并发症实时监测的微创传感技术

一、摘要

监测多种生化标志物有助于全面评估糖尿病相关并发症。然而，由于酶电极材料在修饰过程中存在交叉串扰，难以实现阵列化制备。此外，传感电极易受皮下生化物质干扰，导致信号稳定性下降。因此，本研究开发了一种自校准多路复用微针（microneedle ，MN）电极阵列(self-calibrating multiplexed microneedle electrodearray, SC-MMNEA)，能够在皮下空间持续、实时监测多种生物分析物。每种分析物通过独立的微针电极检测，并集成于阵列中。多路复用微针传感器阵列的组装策略，实现了以单微针分辨率检测分析物，有效解决了直接化学修饰微针阵列带来的串扰问题。微针电极表面的杂化纳米涂层提升了传感器的灵敏度和线性范围，同时确保材料稳定性。此外，基于微针介导的自校准技术克服了长期植入电极后因组织变化和酶降解导致的精度下降问题，从而增强了微针传感器的可靠性。在大鼠模型中的体内实验表明，该设备能够实现多路复用分析物浓度的实时监测，尤其在自校准后表现出较高的准确性。设备具有原位和最小侵入性监测健康状态的优势，有望推动可穿戴诊断设备在体内长期化学物种监测中的应用。

离散的微针（MN）电极可以自由配对和拼接，以适应多种生物分析物的参数需求。

离散的微针阵列有助于实时监测复杂的糖尿病状态。

微针电极可选择性地测量葡萄糖、胆固醇、尿酸、乳酸、活性氧（ROSs）、Na+、K+、Ca2+和pH值。

微针自校准模块可以在体内校正信号。

微针自校准无需通过侵入性采血进行校准。

二、背景介绍

糖尿病是一种影响广泛的慢性疾病，传统的连续葡萄糖监测（CGM）技术虽然有效，但存在疼痛和感染等副作用。近年来，微针设备因其无痛、微创的特性成为研究热点，能够穿透皮肤角质层而不触及血管或神经，实现多路分析物的检测。研究表明，监测多种生化标志物对全面评估糖尿病至关重要，但现有非侵入性技术难以准确反映皮下液或血液中的分析物浓度。为此，研究开发了一种自校准多路复用微针电极阵列（SC-MMNEA），能够在皮下实时监测多种生物分析物，并通过自校准技术提高传感器的可靠性和准确性。该技术在大鼠模型中表现优异，未来有望推动可穿戴诊断设备在长期化学物质监测中的应用。

三、内容详解

图2 SC-MMNEA的概念以及微针电极加工和系统集成的示意图。

图3 SC-MMNEA的微针电极表征。

图4 微针电极的体外电化学性能表征。

图5 自校准技术的体外验证。

图6 SC-MMNEA在体内传感性能的表征。

图7 SC-MMNEA在体内传感性能的表征。

四、全文总结

SC-MMNEA是一种多功能微针阵列工具，能够在皮下空间实时、持续监测多种关键分析物，为糖尿病并发症患者的健康和生理状态提供深入理解。该设备采用混合制造策略，微针电极可灵活更换，并集成中空微针传输模块和自校准功能，有效解决了长期植入导致的精度下降问题。通过COMSOL仿真、体外实验和大鼠模型验证，SC-MMNEA实现了多种分析物浓度的实时连续记录，显著提高了数据准确性。该设备以安全、微创的方式监测皮下组织中的分析物，并具备扩展检测目标的潜力。未来将优化传感器一致性和涂层均匀性，适用于工业化生产。与传统血糖试纸和单一功能的CGM相比，SC-MMNEA能够实时监测多种生化指标，为全面评估病患健康提供了重要支持。

五、文献信息

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.

审核编辑 黄宇