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為糖尿病的持續監測和治療提供有效途徑 北京大學崔悅課題組研制出微針生物傳感裝置
2022年03月10日 13:48:50
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5072
近日，北京大學崔悅課題組首次展示了集成微針生物傳感裝置對糖尿病的連續監測。該裝置采用3D打印工藝、電鍍工藝和酶固定化步驟制造。
【化工儀器網 項目成果】糖尿病是一種流行慢性代謝性疾病，具有多種臨床表現和并發癥，是死亡的主要原因之一。連續血糖監測可加強糖尿病管理，通過及時了解血糖水平波動情況來調整治療方案，可減少住院次數并節約醫療費用，減少無效藥物的使用從而挽救生命。
但是，持續葡萄糖測試的痛苦就是每次將手指針刺采血來檢測，十分不方便。并且目前可以使用連續的葡萄糖檢測裝置十分昂貴，需要將傳感器嵌入通過粘合劑固定在適當位置的皮膚中。
時至今日，其實已有不少學者開發出了用于糖尿病監測的微針生物傳感器。如18年WSU 研究團隊開發了一種3D打印血糖監測儀，其穩定性和靈敏度，均優于傳統制造方法；21年奧地利理工學院團隊與In-Vision合作，聯合利用高分辨率DLP 3D打印技術制造出了一系列聚合物微針，能夠用于微創、痛苦較少的連續血糖監測。然而，這些傳感器的血糖檢測范圍仍然有限，這使得對血糖水平高的患者的監測不準確，且對實時的葡萄糖濃度的反映不夠靈敏。此外，目前尚未有相關傳感器將工作電極、參比電極和計數電極集成在同一芯片中。
近日，北京大學崔悅課題組首次展示了集成微針生物傳感裝置對糖尿病的連續監測。該裝置采用3D打印工藝、電鍍工藝和酶固定化步驟制造。將該裝置插入小鼠皮膚真皮層，對正常或糖尿病小鼠皮下葡萄糖水平的監測具有準確的傳感性能。
該工作設計并使用面投影微立體光刻技術打印了9×9的微針陣列，微針陣列確保工作電極和皮膚之間有足夠的接觸面積，通過減小器件尺寸，形成穩定的傳感器-皮膚界面。在整個傳感器構建完成后，將微針插入小鼠皮膚真皮層，在皮下葡萄糖的存在下，工作電極上的酶促反應產生過氧化氫，從而產生電流信號響應。該生物傳感裝置會顯示出可靠和穩定的葡萄糖檢測，微加工和電化學鍍步驟使傳感器能夠線性和靈敏地檢測葡萄糖，且檢測范圍得到拓寬。進一步地，將傳感器插入小鼠皮膚真皮層，傳感器在小鼠進食或被注射胰島素的情況下，能夠準確地連續實時監測皮下葡萄糖水平。
該工作的檢測結果與商業血糖儀的檢測結果水平相當。這項研究有望為糖尿病的監測和治療提供有效的途徑，同時也為皮下電子設備的基礎研究開辟道路。相關研究結果以“Continuous monitoring of diabetes with an integrated microneedle biosensing device through 3D printing”為題發表于《Microsystems & Nanoengineering》。
微針生物傳感器件整體方案及材料表征
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