Self-calibrating Multiplexed Microneedle Electrode Array：开启糖尿病皮下多分析物实时监测新征程

为解决现有间质液多分析物检测技术的局限，如电极材料检测困难、酶基传感电极信号稳定性差等问题，研究人员开展了自校准多路微针电极阵列（SC-MMNEA）用于糖尿病皮下多分析物连续监测的研究。结果显示该装置能准确实时监测多种生物分析物，有望推动可穿戴设备发展。

　　在当今社会，糖尿病已成为严重威胁人类健康的慢性疾病。连续血糖监测（CGM）技术虽已获批用于糖尿病管理，但传统的较长植入式电极存在诸多弊端，如伴随疼痛、感染和组织炎症等问题。而且，仅监测血糖无法全面评估糖尿病及其并发症，监测多种生化标志物对于了解糖尿病患者的身体状况至关重要 。然而，目前能够同时、实时、原位监测皮下生物分析物浓度的技术却十分匮乏。在此背景下，中山大学的研究人员开展了一项重要研究，致力于开发一种创新的监测技术，以填补这一空白。该研究成果发表在《The Innovation》上。
研究人员开发了一种自校准多路微针电极阵列（SC-MMNEA），它能够连续、实时地监测皮下空间中的多种生物分析物，包括葡萄糖、胆固醇、尿酸、乳酸、活性氧（ROSs）、Na⁺、K⁺、Ca²⁺和 pH。
在技术方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：一是通过多种材料制备方法，如对针灸针进行电镀、化学修饰等，制备出具有不同功能的微针电极；二是利用 COMSOL Multiphysics 进行理论模拟，探究微针介导的自校准技术机制；三是开展动物实验，以雄性 Sprague-Dawley（SD）大鼠为实验对象，验证 SC-MMNEA 在体内的监测性能。
研究结果如下：

• SC-MMNEA 的设计与制备：该系统模拟猫科动物带刺舌头的结构和功能，由多分析物微针阵列传感器、自校准模块和电子电路模块组成。通过混合制造策略，包括化学修饰、激光微加工等技术，成功制备出具有高灵敏度和选择性的微针电极，并将其组装成阵列。同时，该阵列中的微针电极可自由组合和替换，能根据需求定制检测功能12。
• 微针电极的表征：通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等多种表征手段，对微针电极在不同制备阶段的结构和表面形态进行分析。结果表明，所制备的微针电极具有良好的形貌和材料特性，且修饰后的电极在电化学性能上有显著提升，如 Au/CNT/PEDOT:PSS/Pt MN 电极表现出较低的电荷转移电阻和较高的电催化活性34。
• 电化学性能表征：在体外对微针电极的检测性能进行评估，结果显示不同的微针电极对各自的目标分析物具有良好的检测性能。例如，Au/CNT/PEDOT:PSS/Pt/GOx MN 葡萄糖电极灵敏度高，线性范围宽，且能有效抵抗干扰物质的影响。同时，研究还验证了微针电极阵列对组织中葡萄糖浓度空间分布的检测能力56。
• 自校准技术验证：利用 COMSOL 模拟和体外实验，验证了空心微针自校准技术的可行性。该技术通过空心微针将已知浓度的溶液输送到组织液中，相邻的微针电化学电极快速测量局部组织液中目标分析物的浓度，从而实现对检测信号的校准，有效提高了检测的准确性78。
• 体内传感性能：在大鼠模型中进行体内实验，结果表明 SC-MMNEA 能够准确监测皮下间质液（ISF）中多种生物分析物的浓度变化。通过与标准参考方法对比，发现该装置检测葡萄糖和胆固醇的误差在临床可接受范围内，且自校准技术进一步提高了监测的准确性。同时，研究还分析了其他生物分析物的检测情况，结果显示电极对乳酸、尿酸等物质的检测也具有较高的准确性910。
  在结论与讨论部分，SC-MMNEA 展现出了巨大的应用潜力。它能够在不进行有创血液采样的情况下，实现对糖尿病患者皮下多种生物分析物的实时、连续监测，为全面了解患者的健康和生理状态提供了有力支持。此外，该装置具有微创、无痛、可穿戴等优点，有望推动可穿戴设备在体内化学物质长期监测领域的发展。然而，该技术在临床应用前仍面临一些挑战，如设备制造的可重复性、涂层制备的均一性以及传感器批次的一致性等问题，需要进一步优化和改进。但总体而言，这项研究为糖尿病的监测和管理提供了新的思路和方法，具有重要的科学意义和临床应用价值。