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為糖尿病的持續(xù)監(jiān)測和治療提供有效途徑 北京大學(xué)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(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5051
近日，北京大學(xué)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(xù)監(jiān)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(wǎng) 項(xiàng)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(xiàn)和并發(fā)癥，是死亡的主要原因之一。連續(xù)血糖監(jiān)測可加強(qiáng)糖尿病管理，通過及時(shí)了解血糖水平波動(dòng)情況來調(diào)整治療方案，可減少住院次數(shù)并節(jié)約醫(yī)療費(fèi)用，減少無效藥物的使用從而挽救生命。
但是，持續(xù)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(xù)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(dāng)位置的皮膚中。
時(shí)至今日，其實(shí)已有不少學(xué)者開發(fā)出了用于糖尿病監(jiān)測的微針生物傳感器。如18年WSU 研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種3D打印血糖監(jiān)測儀，其穩(wěn)定性和靈敏度，均優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法；21年奧地利理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)與In-Vision合作，聯(lián)合利用高分辨率DLP 3D打印技術(shù)制造出了一系列聚合物微針，能夠用于微創(chuàng)、痛苦較少的連續(xù)血糖監(jiān)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(jiān)測不準(zhǔn)確，且對實(shí)時(shí)的葡萄糖濃度的反映不夠靈敏。此外，目前尚未有相關(guān)傳感器將工作電極、參比電極和計(jì)數(shù)電極集成在同一芯片中。
近日，北京大學(xué)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(xù)監(jiān)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?；蛱悄虿⌒∈笃は缕咸烟撬降谋O(jiān)測具有準(zhǔn)確的傳感性能。
該工作設(shè)計(jì)并使用面投影微立體光刻技術(shù)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(wěn)定的傳感器-皮膚界面。在整個(gè)傳感器構(gòu)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(yīng)產(chǎn)生過氧化氫，從而產(chǎn)生電流信號響應(yīng)。該生物傳感裝置會顯示出可靠和穩(wěn)定的葡萄糖檢測，微加工和電化學(xué)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(jìn)一步地，將傳感器插入小鼠皮膚真皮層，傳感器在小鼠進(jìn)食或被注射胰島素的情況下，能夠準(zhǔn)確地連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測皮下葡萄糖水平。
該工作的檢測結(jié)果與商業(yè)血糖儀的檢測結(jié)果水平相當(dāng)。這項(xiàng)研究有望為糖尿病的監(jiān)測和治療提供有效的途徑，同時(shí)也為皮下電子設(shè)備的基礎(chǔ)研究開辟道路。相關(guān)研究結(jié)果以“Continuous monitoring of diabetes with an integrated microneedle biosensing device through 3D printing”為題發(fā)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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