基于电化学适体微针传感器阵列的L-色氨酸实时连续监测技术及其在临床与精准农业中的应用

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Real-Time and Continuous L-Tryptophan Monitoring by Electrochemical Aptamer-Enabled Microneedle Sensor Array

本文推荐一种基于微针阵列的电化学适体传感器，可实现色氨酸（L-Trp）的实时连续监测。该传感器采用双频方波伏安法与动力学差分测量校准技术，在1 nM至1 mM范围内呈现高线性度（R2=0.997），并能特异性识别生理浓度（5–100 μM）的L-Trp。通过大鼠皮下组织及生菜茎部的活体实验，验证了其动态追踪能力，为临床代谢监测和精准农业提供了新技术方案。

　　

Highlight

该传感器通过硫醇化DNA适体在金涂层微针阵列上的自组装，成功构建了一个电化学适体传感平台，实现了对啮齿类动物皮下间质液（ISF）和生菜茎-叶柄连接处L-色氨酸（L-Trp）的最小侵入性实时连续监测。传感器动态范围覆盖1 nM至1 mM，在生理浓度窗口（5–100 μM）内线性优异（R2=0.997），并具备抗干扰性和可逆响应能力。

Characterizations of Sensor

微针传感器阵列通过精密模具设计与复制成型技术成功制备，微针高度约1,500 μm，基部直径225 μm，针尖半锥角18°。经3D激光扫描共聚焦显微镜和扫描电子显微镜（SEM）确认其形态均一。通过湿化学银镜反应与金电镀两步金属化工艺，微针表面形成致密导电层，为适体固定提供理想基底。电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）验证了电极修饰过程中界面电荷转移效率的逐步优化。

Conclusion

本研究开发的微针适体传感器平台，首次实现了动植物体内L-Trp的长期动态追踪。该技术无需复杂样本前处理，为临床代谢疾病诊断（如抑郁、慢性疲劳综合征）和作物生长调控（如逆境响应）提供了实时分析工具，有望拓展至其他小分子及蛋白质的监测应用。

Ethics Approval Statement

动物实验方案经国立阳明交通大学机构动物护理与使用委员会（IACUC）批准（批准号：1130458 R）。

Uncited references

[9], [28]

CRediT authorship contribution statement

Yen-Ting Wu：验证，方法学；Hung-Ming Chen：验证，数据整理；Hao-Ran Chen：方法学，概念化；You-Yin Chen：资源支持；Liu Tachung：写作审阅、监督、资源管理、项目管理、研究设计、资金获取；Li-Huan Chen：方法学，概念化；Xin-Jie Lin：验证、方法学、数据分析；Pin-Ju Chiang：原始写作、方法学、研究实施、数据整理、概念化。

Declaration of Generative AI and AI-assisted technologies in the writing process

研究撰写过程中，作者使用ChatGPT进行语言润色、逻辑清晰度提升及期刊格式规范辅助，完成后已全面审核并对内容负责。

Declaration of Competing Interest

作者声明无已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

Acknowledgments

感谢国家科学和技术委员会（NSTC）项目（NSTC 113-2221-E-A49-021-）资助；感谢You-Yin Chen教授与Yen-Ting Wu教授协调动物实验，以及Tse-Ying Liu教授与Yu-Chi Wang教授提供动物照料支持。