综述：水凝胶微针与先进传感技术的集成：从生物标志物检测到临床应用

本综述系统阐述水凝胶微针（HMN）在生物传感、药物递送和健康监测领域的创新应用。通过整合电化学、荧光、比色和拉曼光谱等传感技术，HMN展现出优异的生物相容性、可定制理化特性和间质液原位分析能力，为糖尿病管理、慢性伤口监测等场景提供无创解决方案。文章重点探讨HMN在闭环诊疗系统（如连续葡萄糖监测CGM）中的潜力，同时指出材料稳定性、信号漂移等临床转化挑战，为个性化医疗和智能医疗发展提供新思路。

　　

概述水凝胶微针技术

水凝胶微针（HMN）作为微针（MN）技术的重要分支，凭借其亲水聚合物构建的三维网络结构，在穿透角质层提取间质液（ISF）方面展现出独特优势。与传统硅/金属微针相比，HMN的溶胀率可达300%以上，能高效捕获生物标志物如葡萄糖、乳酸和炎症因子。其多孔结构允许负载功能纳米材料（如金纳米颗粒AuNPs），通过调控交联密度（如聚乙烯醇PVA与海藻酸钠Alg复合）实现力学性能（杨氏模量>1MPa）与生物相容性的平衡。

基于不同信号类型的水凝胶微针传感器

电化学传感：通过集成工作电极（如普鲁士蓝修饰碳糊电极）与HMN阵列，实现对葡萄糖的线性检测（灵敏度达3.8μA/mM）。最新研究将酶联反应（葡萄糖氧化酶GOx）与电子媒介体（二茂铁）共固定，使检测限低至0.2μM。
荧光传感：基于荧光共振能量转移（FRET）原理的量子点（QDs）标记HMN，在pH响应型检测中实现肿瘤标志物CA125的动态监测，斯托克斯位移>100nm可有效避免自体荧光干扰。
比色传感：利用等离子体效应（如银纳米线AgNWs）的HMN贴片，在慢性伤口感染模型中实现金黄色葡萄球菌可视化检测，颜色变化阈值达10³ CFU/mL。

即时检测技术整合

HMN与微流控芯片的联用推动便携式设备发展，如商用化Dexcom G6系统通过皮下植入式HMN实现血糖每5分钟连续监测。实验室阶段的多模态集成装置（如结合拉曼光谱与电导率检测）可同步分析伤口渗出液的IL-6和pH值，相关系数R²>0.98。

临床转化挑战与策略

当前瓶颈包括：1）长期植入导致的材料溶胀失控（聚乙烯吡咯烷酮PNIPAM在37℃相变）；2）酶活性衰减引发的信号漂移（GOx半衰期<72小时）；3）个体差异引起的提取效率波动（皮肤厚度变异系数CV>15%）。解决方案聚焦仿生涂层（聚多巴胺PDA修饰）和人工智能算法补偿（LSTM神经网络预测衰减曲线）。

未来展望

下一代HMN将融合柔性电子（可拉伸电路）与闭环系统（胰岛素自动反馈），在癫痫预警（脑脊液谷氨酸检测）和疫苗递送（COVID-19 mRNA缓释）等领域突破。通过机器学习优化针体拓扑结构（分形几何设计），有望将穿刺力降低40%以上，推动无痛诊疗革命。