乳酸通过乳酸脱氢酶催化的丙酮酸还原生成，是糖酵解代谢、组织灌注和氧合状态的重要生物标志物 [1], [2]。由于糖酵解加速、氧化代谢受损和清除减少，其浓度可能在剧烈运动、缺氧、循环不足和热应激期间迅速升高 [3], [4], [5]。在严重的运动性热应激，特别是运动性中暑中，乳酸升高可能表明组织灌注不足和全身代谢功能障碍，凸显了快速可及评估的需求 [6], [7], [8]。传统的乳酸分析主要依赖于侵入性血液采样和酶基检测方法，限制了重复、现场和可现场部署的测量 [9], [10], [11], [12], [13]。组织间液与循环中的低分子量代谢物进行交换，同时也反映局部组织代谢，使其成为微创乳酸检测的理想替代基质 [14], [15]。水凝胶微针可以以最小的组织损伤穿透角质层，吸收组织间液 [19]，并在单一设备中集成采样和传感组件，从而为组织间液中的乳酸检测提供了一个有前景的平台 [20], [21], [22]。
近年来，基于微针的皮肤组织间液传感取得了快速发展。将微针与微流控传输、电化学检测和光学传感相结合，已实现了将组织间液获取、分析物传输、信号转导和数据采集相结合的设备 [16], [17], [18]。电化学传感系统可以提供低检测限、快速响应和连续监测；然而，其性能可能受到酶稳定性、局部氧气可用性、电活性干扰物和校准需求的影响。光学策略，包括表面增强拉曼散射（SERS）、比色法和荧光法，提供了替代的信号转导模式，并具备高灵敏度、可视或基于图像的读出以及降低对电活性干扰物敏感性的优势，支持其在组织间液乳酸检测中的潜力 [23], [24], [25]。上转换纳米颗粒（UCNPs）由于其近红外激发、反斯托克斯发射、长发光寿命、低生物自荧光和高光化学稳定性而尤为引人注目 [26], [27], [28], [29]。适配体是通过指数富集配体系统进化（SELEX）产生的合成核酸配体 [30]。其易于合成、化学可修饰性、高稳定性和低批间变异使其成为小分子传感的有前景的识别元件 [31], [32], [33], [34], [35]。这些性质对于乳酸尤为相关，因为乳酸的小分子尺寸和低免疫原性使传统抗体检测方法的开发变得复杂 [36], [37]。因此，将适配体介导的FRET探针与水凝胶微针相结合，提供了一种互补的无酶策略，用于微创组织间液获取、选择性乳酸识别和光信号转导，无需体戴电子设备。
在此，我们开发了一种FRET使能的复合水凝胶微针贴片，用于快速微创地检测组织间液中的乳酸。传感探针由适配体功能化的核壳UCNPs作为发光供体（UCNPs@apt）和四甲基罗丹明标记的部分互补DNA链（cDNA–TAMRA）作为能量受体组成。乳酸结合引起适配体构象重排，破坏适配体–cDNA双链，增加供体–受体距离并恢复UCNPs发光。该探针的检测限为0.82 mM。随后将其整合到生物相容性的甲基丙烯酸酯化透明质酸（MeHA）水凝胶中，并通过紫外固化制成微针贴片，从而在单一平台中集成了组织间液采样、分子识别和信号转导（方案1a）。集成贴片在2–20 mM范围内表现出浓度依赖性的荧光响应（R2 = 0.961），检测限为0.47 mM。在乳酸水平升高的大鼠模型中，智能手机辅助的荧光成像实现了组织间液乳酸的定量评估，结果与同时测定的血液乳酸浓度相符（方案1b）。本研究提供了微创按需乳酸评估的概念验证，并提出了一种模块化的传感策略，可通过替换适配体识别元件来适应其他生物标志物。
