这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是对该研究的详细学术报告：

主要作者及研究机构

该研究由Dan Dan Zhu、Lewen Zheng、Phan Khanh Duong、Reanne Hui Cheah、Xin Yi Liu、Jun Ren Wong、Wen Jun Wang、Steven Thng Tien Guan、Xin Ting Zheng和Peng Chen共同完成。研究团队来自多个机构，包括新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院、新加坡理工学院、中国聊城大学物理科学与信息技术学院、新加坡皮肤研究所、新加坡科技研究局材料研究与工程研究所，以及南洋理工大学李光前医学院数字分子分析与科学研究所。该研究于2022年发表在《Biosensors and Bioelectronics》期刊上。

学术背景

慢性疾病（如糖尿病、肥胖症和心血管疾病）的长期管理需要对相关生物标志物进行持续监测。传统的生物标志物检测方法依赖于侵入性血液采样和繁琐的实验室程序，限制了其在家庭环境中的应用。近年来，非侵入性传感器被开发用于从汗液、泪液、唾液和尿液中检测生物标志物，但这些生物流体中的标志物种类有限，且与血液中的浓度和动态变化相关性较差，诊断价值有限。

皮肤间质液（Interstitial Fluid, ISF）是血液通过毛细血管过滤形成的，其成分与血浆有79%的相似性，并且包含一些疾病特异性标志物（如黑色素瘤）。然而，由于角质层的屏障作用，ISF中的代谢物难以渗透到皮肤表面进行检测。现有的ISF提取方法（如吸疱技术）需要在诊所由专业人员操作，且可能引起不适甚至感染。微针（Microneedles, MNs）技术能够微创穿透角质层，通过毛细管力或真空抽吸提取ISF，但其采样时间长且需要额外的设备进行分析。

研究目标

本研究旨在开发一种高度可膨胀的微针贴片（Microneedle Patch, MNP），用于快速、无痛、无血地提取ISF，并结合蜡图案化和传感试剂修饰的试纸（Test Paper, TP）进行多路比色检测代谢物（葡萄糖、乳酸、胆固醇和pH）。该技术旨在实现家庭环境中对慢性疾病的长期监测和管理。

研究流程

1. 材料制备：研究使用甲基丙烯酸修饰的透明质酸（Methacrylated Hyaluronic Acid, MeHA）作为微针基质材料，并通过添加可溶性渗透剂（纤维素、蔗糖或透明质酸）增强其膨胀性和机械强度。
2. 微针贴片制备：通过微模塑法制备微针，将MeHA溶液与光引发剂混合后注入聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具中，离心干燥后形成微针阵列。
3. 试纸嵌入微针贴片：在硝化纤维素膜上打印蜡图案，形成疏水边界以定义不同的检测区域。将葡萄糖氧化酶（GOD）、乳酸氧化酶（LOD）、胆固醇氧化酶（COD）和溴甲酚绿染料分别固定在试纸上，用于比色检测。
4. 微针贴片表征：通过拉伸压缩机和扫描电子显微镜（SEM）对微针的机械性能和形态进行表征。使用钴盐试纸研究微针的水吸收速率。
5. 体外实验：在模拟皮肤的琼脂糖凝胶上进行代谢物检测实验，记录试纸的颜色变化并通过RGB分析定量。
6. 体内实验：在小鼠和人类志愿者身上进行微针贴片的性能测试，比较微针贴片与商用血糖仪的检测结果。

主要结果

1. 微针性能：添加透明质酸显著提高了微针的机械强度（0.6 N/针）和膨胀能力（20分钟内吸收16.22 µL液体），使其能够快速有效地提取ISF。
2. 比色检测：试纸嵌入微针贴片能够在几分钟内对ISF中的葡萄糖、乳酸、胆固醇和pH进行比色检测，颜色变化与代谢物浓度相关。
3. 体内验证：在小鼠实验中，微针贴片能够准确反映血糖水平的变化，并与商用血糖仪的检测结果一致。在人类志愿者实验中，微针贴片成功检测了四种代谢物的水平，且未引起皮肤不适或残留。

结论

本研究开发了一种基于透明质酸的可膨胀微针贴片，结合蜡图案化和传感试剂修饰的试纸，实现了对ISF中多种代谢物的快速、无痛、无血检测。该技术具有家庭应用的潜力，能够为慢性疾病的长期监测和管理提供便利。

研究亮点

1. 创新性：首次将透明质酸作为渗透剂引入微针贴片，显著提高了微针的膨胀性和机械强度。
2. 多路检测：通过蜡图案化试纸实现了对四种代谢物的同时检测，扩展了微针贴片的应用范围。
3. 家庭应用：该技术无需专业操作和设备，适合家庭环境中的长期监测。

其他有价值的内容

该研究还探讨了微针贴片与其他传感器（如荧光、电化学传感器）结合的可能性，展示了其在未来医学实践中的广阔应用前景。

参考文献

研究引用了大量相关文献，支持了其方法的科学性和创新性。