本文介绍了一项关于无创血糖监测技术的研究，题为《通过高密度硅微针阵列贴片进行经皮电化学葡萄糖监测》。该研究由Muamer Dervisevic、Maria Alba、Li Yan、Mehmet Senel、Thomas R. Gengenbach、Beatriz Prieto-Simon和Nicolas H. Voelcker等作者共同完成，发表于2021年的《Advanced Functional Materials》期刊。研究团队来自澳大利亚莫纳什大学制药科学研究所、澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、美国加州大学欧文分校以及西班牙罗维拉-威尔吉利大学等机构。
血糖监测是糖尿病管理中的关键环节，传统的血糖监测方法依赖于指尖采血，这种方法不仅疼痛，还无法实现连续监测。近年来，间质液（Interstitial Fluid, ISF）作为一种替代生物液体受到关注。ISF的生化成分与血液非常相似，且可以通过微创方法进行连续监测，避免了疼痛和感染风险。本研究旨在开发一种基于微针阵列（Microneedle Array, MNA）的经皮传感系统，用于无痛监测ISF中的葡萄糖水平。
研究分为多个步骤，主要包括微针阵列的制备、电化学传感器的构建、体外和体内实验验证。
微针阵列的制备：
研究团队使用高密度硅微针（约9500根微针/cm²）制备了三电极贴片。微针阵列通过紫外光刻和深反应离子刻蚀（DRIE）技术制造，硅材料因其生物相容性、高刚度和机械强度被选为基底材料。微针表面镀有一层150纳米厚的金膜，以提高其电化学性能。
电化学传感器的构建：
微针阵列贴片包含工作电极、参比电极和对电极，所有电极均由硅微针制成。工作电极表面通过自组装单分子层（SAM）修饰，并结合了含有氧化还原介体（二茂铁核聚酰胺胺树枝状大分子，Fc-PAMAM）和葡萄糖氧化酶（GOx）的生物识别元件。通过电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）对电极进行了表征，验证了其电化学性能。
体外实验：
研究团队首先在人工间质液（AISF）中测试了微针阵列贴片的性能。结果显示，该传感器对葡萄糖具有高选择性和灵敏度，灵敏度为0.1622 µA mM⁻¹ cm⁻²，检测限为0.66 mM。此外，传感器在生理pH和温度范围内表现出良好的稳定性。
体内实验：
为了验证传感器的实际应用效果，研究团队在小鼠体内进行了实验。通过在小鼠体内注射葡萄糖溶液，监测ISF中的葡萄糖浓度变化。结果显示，微针阵列贴片检测到的ISF葡萄糖浓度与商用血糖仪测得的血液葡萄糖浓度高度相关，证明了该传感器在体内应用的可行性。
微针阵列的表征：
扫描电子显微镜（SEM）图像显示，微针阵列具有高密度、尖锐的针尖，能够无痛穿透皮肤并到达ISF丰富的表皮和真皮层。
电化学性能：
电化学测试表明，微针阵列贴片在人工间质液中对葡萄糖的检测具有高灵敏度和选择性，且在不同pH和温度条件下表现稳定。
体内实验结果：
小鼠实验表明，微针阵列贴片能够准确检测ISF中的葡萄糖浓度变化，且与血液葡萄糖浓度高度一致，证明了其在无创血糖监测中的潜力。
本研究首次报道了一种基于高密度硅微针阵列的经皮葡萄糖监测系统。该传感器具有高灵敏度、选择性和稳定性，能够无痛、微创地监测ISF中的葡萄糖浓度。研究结果表明，该技术有望成为传统血糖监测方法的替代方案，为糖尿病患者提供更便捷的监测工具。
高密度微针阵列：
研究团队开发了高密度硅微针阵列，能够无痛穿透皮肤并到达ISF丰富的区域，避免了传统采血方法的疼痛和感染风险。
电化学传感器的创新设计：
通过结合氧化还原介体和葡萄糖氧化酶，研究团队设计了一种高灵敏度的电化学传感器，能够在低电位下工作，减少干扰物质的影响。
体内实验验证：
小鼠实验成功验证了该传感器在体内应用的可行性，为未来的临床研究奠定了基础。
该研究为无创血糖监测技术的发展提供了新的思路，具有重要的科学和应用价值。通过微针阵列技术，研究人员成功实现了对ISF中葡萄糖的连续监测，为糖尿病患者提供了更便捷、无痛的监测方案。未来，该技术有望进一步优化，应用于多种生物标志物的检测，推动个性化医疗的发展。