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加州大学圣地亚哥分校Joseph Wang教授和Patrick P. Mercier教授在Nature子刊biomedical engineering (IF=29.234)上发表了题为 An integrated wearable microneedle array for the continuous monitoring of multiple biomarkers in interstitial fluid 的研究。

本研究报告介绍了一种全新的、完全集成的可穿戴微针阵列的开发与测试。这种阵列能够无线、连续且实时地监测日常活动中间质液中的两种代谢物（乳酸和葡萄糖，或酒精和葡萄糖）的含量。

在本篇文章中，作者全面而深入地阐述了可穿戴微针阵列检测装置的多个核心方面。这涵盖了装置所使用的材料、独特的一次性微针阵列的设计与制造流程、生物传感器的精细制备技术、微针阵列的力学特性分析、严格的灭菌与细胞毒性试验、电子系统的精细制造与组装步骤、电化学传感操作的详细过程，以及电源控制技术和无线充电功能的实现。这些内容在原文链接中有详细的展现，为读者提供了全面而深入的了解。

一个集多功能于一体的微针传感系统，汇聚了多个传感探头和专属电子装置。这个综合体系由九个差异化的子单元构成，涵盖了如保护帽、充电绕组、能源电池以及微针阵列等。这些单元被精心组合为两大核心部分：“即用型传感器”和“可循环电子装备”。当佩戴者的间质液中的分子级电化学信号被微针尖端所捕获时，这些信号会经过特别设计的低噪音、可循环使用的电子设备进行无线传输，直达佩戴者的移动手机APP进行直观的数据解析。

传感器系统的电子设备兼具功能性、紧凑性与低功耗特性。作者精心优化了微电极的尺寸、几何形态及配置，同时合理调控了参比电极比率，确保机械稳定性与分析性能的最大化。

微针尖端集成了乳酸、酒精和葡萄糖生物传感器。传感器的最内层采用聚邻苯二胺（PPD），中层则融合了壳聚糖与相应的氧化酶，而最外层则以聚氯乙烯（PVC）作为扩散限制外膜。这一微针生物传感器在特定的动态范围内，对三种目标分析物的检测展现出卓越性能。具体来说，葡萄糖的检测范围为0-40 mM，乳酸的检测范围为0-28 mM，而酒精的检测范围则为0-100 mM。

（1）单个分析物传感器的体内性能

实验被划分为两大组。第一大组主要针对五名不同的参与者，对他们进行乳酸、血糖和酒精的监测。第二大组则专注于对单一参与者进行多指标的监测。

具体来说，a-d组的研究集中在五名参与者在经过4分钟高强度运动后休息期间的乳酸传感器性能上。同时，进行了乳酸血液验证，并绘制了相应的曲线图。为了对比数据，选择了血乳酸测定仪（NOVA Biomedical）作为对照组。此外，还研究了这五名参与者在同一膳食摄入事件后的葡萄糖传感器性能，并进行了血糖验证。对照组使用了呼气测试仪（BACtrack S80 Pro）。关于酒精传感器性能的研究，同样涉及了五名参与者，并绘制了相应的图表，对照组选用了血糖仪（ACCU-CHEK）。

e-h组则聚焦于单一（同一）参与者在上述情况下乳酸、血糖和酒精的监测。通过对该参与者的持续监测，我们获得了详细的数据并绘制了相应的图表。

（2）多重传感器的体内性能

实验a利用酒精-葡萄糖传感器，对参与者在饮酒后（iA）和用餐后（iB）的血糖和酒精水平进行了持续监测，并据此绘制了相应的动态变化曲线图。而实验b则借助乳酸-葡萄糖复合传感器，对参与者在运动后（iA）和进食后（iB）的乳酸和血糖水平进行了实时监控，并绘制了相应的变化曲线图。

作者深入研究了全新的可穿戴微针技术，实现了对间质液中生物分子的低成本、无痛、连续、实时及同步测量。该技术利用专门设计的电子设备收集数据，并通过无线方式将数据传输至附带的智能手机应用进行记录与可视化。为了验证这一可穿戴设备的性能，作者监测了佩戴者在日常生活中的各种行为，如运动、食物和酒精摄入等外部刺激，与体内乳酸、酒精和葡萄糖水平变化之间的相互关系。

同时，该技术还与临床上常用的标准检测方法进行了对比，进一步证明了其有效性。这一创新技术不仅解决了传统可穿戴设备在表皮汗液测量方面的局限性，还克服了连续葡萄糖监测（CGM）的侵入性和单一分析物的问题，实现了对人体多种生物标记物的无痛、非侵入性同步监测。