糖尿病作為一種慢性代謝性疾病，其有效管理在很大程度上依賴于頻繁、可靠的血糖監(jiān)測。傳統(tǒng)的指尖采血（毛細血管全血檢測）方式雖已普及，但其帶來的疼痛、不適以及感染風險，影響了患者的監(jiān)測依從性。盡管連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）系統(tǒng)提供了動態(tài)數(shù)據(jù)，但其成本較高、需植入傳感器且通常存在延遲。因此，開發(fā)一種兼具微創(chuàng)、便捷、低成本且準確的血糖監(jiān)測技術，一直是科研與臨床關注的焦點。

近期，澳大利亞陽光海洋大學在《Biosensors and Bioelectronics》發(fā)表了題為“Single-use microneedle biosensor for detecting clinically relevant glucose in interstitial fluid"的研究。研究中提出了一種集可溶脹微針陣列與電化學生物傳感器于一體的單次使用平臺，能夠快速提取皮膚組織間液（ISF）并檢測其中具有臨床相關性的葡萄糖濃度。

該研究采用了一種螺旋狀設計的可溶脹微針。這種設計不僅能增強微針在皮膚中的錨定穩(wěn)定性，其尖部直徑僅約7.6 μm，遠小于傳統(tǒng)采血針，確保了插入過程的微創(chuàng)特性。微針由明膠、聚乙烯醇、麥芽糖和一種高吸水性聚合物制成，使其在接觸組織間液后能迅速吸水溶脹，在5分鐘內(nèi)即可通過產(chǎn)生的滲透壓差汲取超過5 μL的ISF。研究通過定制化的應用器輔助插入，在離體豬皮模型上驗證了其有效性，無論是否施加振動，ISF采集量均能穩(wěn)定在6.55至7.06 μL之間。

為了實現(xiàn)這種高精度的微針制造，研究團隊采用了摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）（microArch® S240，精度：10 μm）3D打印技術來制備微針的母模具，精準地復現(xiàn)螺旋狀、帶錐形尖部的復雜微針三維結(jié)構(gòu)，為后續(xù)復制出性能一致、可快速溶脹的功能性微針陣列奠定了至關重要的基礎。隨后，通過聚二甲基硅氧烷（PDMS）翻模技術，從母模具上大規(guī)模復制出最終的水凝膠微針。

采集到的微量ISF需要被精準分析。研究人員構(gòu)建了一個多層修飾的絲網(wǎng)印刷電極（SPEs）。其工作電極依次修飾了普魯士藍、殼聚糖-單壁碳納米管復合材料、葡萄糖氧化酶和Nafion膜。普魯士藍作為電子介體，降低了工作電位；碳納米管增加了導電性和比表面積；葡萄糖氧化酶是識別葡萄糖的關鍵酶；Nafion膜則提高了抗干擾能力。

該傳感器在優(yōu)化條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：對葡萄糖的靈敏度高達12.26 μA mM?1 cm?2，檢測限低至0.08 mM。它對組織間液中常見的干擾物，如抗壞血酸、尿酸、乳酸和對乙酰氨基酚，響應微弱，顯示出很高的選擇性。在重復性測試中，相對標準偏差僅為4.6%，表明傳感器性能穩(wěn)定可靠。

研究團隊在模擬人體環(huán)境的瓊脂糖凝膠模型和更接近真實的離體豬皮模型中，對整個系統(tǒng)進行了集成驗證。

體外測試：將微針陣列插入含有不同濃度葡萄糖的瓊脂糖凝膠中，吸收液體后，溶解微針基質(zhì)釋放葡萄糖，并用傳感器檢測。結(jié)果顯示，傳感器讀數(shù)與商用血糖儀結(jié)果高度吻合，在0.5-15 mM的臨床相關濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)優(yōu)秀的線性關系，相關系數(shù)達0.989，回收率超過70%。

離體測試：在離體豬皮上的測試進一步模擬了實際應用的復雜性。盡管皮膚結(jié)構(gòu)的不均勻性導致葡萄糖回收率有所下降（約56%-63%），但傳感器響應依然與葡萄糖濃度保持良好的線性，相關系數(shù)為0.978。這證明了該平臺在更接近生理的條件下，仍能進行有效的葡萄糖檢測。

總結(jié)：這項研究成功展示了一個完整的、微創(chuàng)的血糖監(jiān)測原型系統(tǒng)。它將可快速采集ISF的溶脹微針與高性能一次性電化學生物傳感器相結(jié)合，無需復雜的泵或外部設備，即可在數(shù)分鐘內(nèi)完成從采樣到檢測的全過程。其靈敏度、選擇性和在離體模型中的表現(xiàn)，證明了其在床旁診斷或家庭日常監(jiān)測中的應用潛力。