微针传感器钝化策略的开发、表征与比较研究：迈向新一代无创连续监测系统

本研究针对微针(MN)生物传感器开发中基底干扰的关键问题，系统比较了PMMA、Epotek 353ND、SiO2、聚对二甲苯、清漆和医用胶带六种钝化技术的性能。通过电化学测试、SEM成像和接触角分析，发现胶带和聚对二甲苯钝化效果最佳，为开发高精度无创连续监测设备提供了重要技术参考。

　　

在医疗监测领域，如何实现无痛、连续的生物标志物检测一直是重大挑战。传统采血方法不仅带来疼痛，还无法实现实时监测。皮肤最外层的角质层(SC)就像一道天然屏障，阻碍着对富含葡萄糖、乳酸等生物标志物的真皮间质液(ISF)的获取。虽然微针(MN)技术能穿透这层屏障，但当这些"微型探针"被金属化处理后，基底部分会产生干扰信号，严重影响检测准确性——这就像在嘈杂的派对上试图听清一段重要对话，背景噪音让信号变得模糊不清。

来自国外研究机构的研究团队在《Sensors and Actuators Reports》发表的研究，系统评估了六种微针钝化技术。研究人员首先通过湿法KOH蚀刻制作硅模板，采用复制成型工艺制备500 μm高的八边形金字塔状环氧树脂微针阵列，随后通过电子束沉积进行钛/铂金属化。六种钝化技术包括：手工涂刷清漆、双掩模溅射600 nm SiO₂、旋涂PMMA和Epotek 353ND环氧树脂、激光切割55 μm医用胶带(ARcare 7759)，以及化学气相沉积2 μm聚对二甲苯并配合氧等离子体刻蚀。通过SEM形貌分析、循环伏安法(CV)和接触角测量，全面评估了各钝化层的性能。

在材料与方法部分，研究采用了一系列创新技术：1)基于KOH蚀刻和复制成型的微针阵列制备；2)六种差异化钝化工艺的实施；3)通过SEM和光学显微镜进行形貌表征；4)采用含1 mM FcCOOH的PBS溶液进行CV测试评估电化学活性面积(ESA)；5)接触角测量分析表面润湿性。

研究结果部分揭示了关键发现：

2.1 微针阵列制备
成功开发出500 μm高、1750 μm间距的八边形金字塔微针阵列。复制成型工艺实现了良好的结构保真度，为后续钝化研究提供标准化平台。

2.2 微针阵列钝化
六种钝化技术展现出显著差异：SiO₂溅射存在"掩膜下扩散"现象；聚对二甲苯沉积均匀但刻蚀后出现边缘缺陷；医用胶带操作简便但存在贴合度问题；三种液态涂层(PMMA、清漆、Epotek)均出现过度覆盖问题。

2.3 微针测试
形貌分析显示，Epotek钝化使可用高度减少74%，而聚对二甲苯仅减少4%。电化学测试表明，聚对二甲苯和医用胶带ESA最接近理论值(TSA)，分别为12.3 mm²和7.9 mm²，而Epotek仅0.006 mm²。接触角测量显示SiO₂(65.35°)和清漆(64.3°)疏水性最强。

1. 结果
   定量分析表明，聚对二甲苯和医用胶带表现最佳，ESA/TSA比值分别为1.29和1.23。液态涂层普遍表现不佳，Epotek的ESA甚至比TSA低55倍。表面特性分析显示，疏水性材料可能更适合减少生物分子非特异性吸附。

2. 讨论与结论
   这项研究首次系统比较了微针生物传感器的多种钝化策略。聚对二甲苯和医用胶带展现出最佳综合性能，前者具有优异的均匀性和可控性，后者则操作简便。研究同时揭示了液态涂层的局限性——难以控制的覆盖度和显著的高度损失。特别值得注意的是，SiO₂溅射虽具有工业可行性，但存在掩膜下扩散的技术瓶颈。这些发现为开发新一代无创连续监测设备提供了重要指导：在需要高精度控制的场景可选择聚对二甲苯，而大规模生产则可考虑优化后的医用胶带方案。该研究填补了微针传感器关键制备工艺的空白，对糖尿病、败血症等需要实时监测的疾病管理具有重要价值。