基于自供能生物燃料电池的微针贴片实现组织液乳酸无线无创分析

《Microchemical Journal》：Self-powered biofuel cell-based wearable microneedle patch for wireless and non-invasive lactic acid analysis in interstitial fluids

本文报道了一种基于生物燃料电池（BFC）的自供能可穿戴微针（MN）贴片，用于无创监测组织间液（ISF）中的乳酸。该传感器以碳纳米管（CNT）增强环氧树脂构建导电微针阵列，分别固定乳酸氧化酶（LOx）阳极和铂纳米粒子（PtNP）阴极，通过测量开路电位（OCP）实现乳酸定量（0–10 mM），检测限达0.11 mM，并在小鼠模型中验证了其性能，为个性化家庭健康监测提供了新平台。

　　

Highlight

试剂与化学品

羧基功能化碳纳米管（CNT）、Nafion全氟化树脂溶液、H₂PtCl₆、乳酸、D-(+)-葡萄糖、尿素、尿酸和L-抗坏血酸购自Sigma-Aldrich（中国上海）。乳酸氧化酶（LOx）采购自碧云天生物技术有限公司（中国上海）。壳聚糖（CS）、甲酸、K₃[Fe(CN)₆]和K₄[Fe(CN)₆]购自麦克林试剂有限公司。NaCl和琼脂糖购自国药集团化学试剂有限公司。环氧树脂...

微针表征

图1A-B展示了硅胶模具和制备的微针贴片，其为10×10的针阵列。碳纳米管（CNT）的加入使微针呈现均匀的黑色，且固化的环氧树脂硬度高。图1C证实每个微针具有完整的圆锥形几何结构，无弯曲或损坏。微针阵列占据6.15×6.15 mm的区域，而整个贴片为正方形（10×10 mm），具有2.0 mm厚的基层，并带有一个...

结论

本研究展示了一种可穿戴导电微针贴片，其作为自供能乳酸生物燃料电池（BFC）传感器，能够无创检测组织间液（ISF）中的乳酸。这种微创传感系统可在静息条件下于2分钟内完成乳酸测量，线性检测范围为0–10 mM，检测限低至0.11 mM。在乳酸浓度为10 mM时，该生物燃料电池可实现0.27 V的开路电位（OCP）和18.49 μW/cm²的功率密度...

CRediT作者贡献声明

Huiting Diao： 撰写初稿，方法论，研究，数据整理，概念化。

Yuting Liu： 撰写初稿，可视化，验证，方法论，形式分析，概念化。

Xuelin Tian： 验证，方法论，研究。

Qianli Jiang： 验证，方法论。

Ning Gan： 审阅编辑，可视化，方法论，研究，形式分析。

Zhenzhong Yu： 审阅编辑，可视化，验证，监督，方法论。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本工作报告。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（No. 22204086）和宁波大学K. C. Wong Magna基金的资助。