穿戴式(shi)電化(hua)學傳感器(qi)：基於(yu)3D打(da)印微針(zhen)陣(zhen)列的尿酸(suan)監測新進(jin)展(zhan)

近日(ri)，深圳(zhen)大(da)學蘇(su)磊課題(ti)組(zu)開發了壹(yi)種(zhong)創新(xin)的微針(zhen)陣(zhen)列電化(hua)學傳感器(qi)，用於(yu)實(shi)時監測皮膚(fu)間質(zhi)液中(zhong)的尿酸(suan)濃(nong)度(du)。該(gai)研(yan)究成果(guo)以(yi)“MOFs-on-MOFs modified wearable electrochemical microneedle array for uric acid detection"為題(ti)發表在《Biosensors and Bioelectronics》上。

 1. 微針(zhen)陣(zhen)列與MOFs材(cai)料(liao)的結合 

本研(yan)究利用金(jin)屬(shu)有(you)機(ji)框架（MOFs）材料的優(you)異(yi)性能(neng)，結合了“MOFs-on-MOFs"策(ce)略(lve)，將(jiang)HKUST-1和(he)Eu-MOF納米復(fu)合物(wu)修飾(shi)在絲網(wang)印刷電極（SPE）上(shang)，以(yi)提高(gao)電極的表面積(ji)、電極材(cai)料的孔隙(xi)度(du)和(he)電子轉(zhuan)移(yi)效(xiao)率。通(tong)過這種(zhong)設計，團隊(dui)成功(gong)地(di)開(kai)發了壹(yi)種(zhong)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)的尿酸(suan)檢(jian)測傳感器(qi)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)對皮膚(fu)間質(zhi)液（ISF）中尿酸(suan)濃(nong)度(du)的精(jing)確監測。

圖(tu)1. 展(zhan)示(shi)了HKUST-1@Eu-MOF納米復(fu)合材料(liao)的合成過程。

 2. 創(chuang)新的微針(zhen)陣(zhen)列設計 

為了進(jin)壹(yi)步(bu)提(ti)升(sheng)檢(jian)測性能(neng)，團(tuan)隊(dui)使(shi)用(yong)摩方(fang)精(jing)密面(mian)投(tou)影(ying)微立體光(guang)刻（PμSL）3D打(da)印技術(shu)（nanoArch^® S140，精(jing)度(du)：10μm）制備空心(xin)微針(zhen)陣(zhen)列（HMNsAP）與帶(dai)有微閥(fa)和(he)真(zhen)空管(guan)的裝置(zhi)結合，優(you)化(hua)了皮膚(fu)間質(zhi)液的提取(qu)過程。在實(shi)際(ji)應用中，該微針(zhen)陣(zhen)列可以(yi)沒(mei)創地(di)穿透皮膚(fu)，收集(ji)到(dao)足(zu)夠(gou)的間質(zhi)液樣(yang)本進行(xing)尿(niao)酸(suan)分(fen)析，極大(da)地(di)提升(sheng)了檢(jian)測的便(bian)捷(jie)性與(yu)舒適(shi)性。該(gai)設備通過微閥(fa)有效(xiao)調控(kong)液(ye)體流(liu)動，避(bi)免(mian)了反向流(liu)動的風險，確保(bao)了操作(zuo)的安(an)全性。

圖(tu)2. 展(zhan)示(shi)了微針(zhen)陣(zhen)列傳感器(qi)（HMNsAP）的設計和(he)集成過程。（a）展(zhan)示(shi)了HMNsAP的3D打印設計及其(qi)幾何(he)參(can)數；（b-e）則(ze)展(zhan)示(shi)了微針(zhen)陣(zhen)列的掃描(miao)電鏡圖(tu)像，重點展(zhan)示(shi)了不(bu)同(tong)微針(zhen)的形狀(zhuang)、尺(chi)寸(cun)及(ji)其(qi)結構(gou)。（f-h）展(zhan)示(shi)了該(gai)設備在實(shi)際(ji)應用中的集成和(he)組裝(zhuang)。

 3. 高(gao)效(xiao)的尿酸(suan)檢(jian)測性能(neng) 

通(tong)過對大(da)鼠(shu)皮膚(fu)樣本進行(xing)體(ti)外實驗(yan)，傳感器(qi)在不(bu)同(tong)濃(nong)度(du)的尿酸(suan)檢(jian)測中表現(xian)出優(you)異(yi)的回收率（98.6%–100.4%）和(he)高(gao)度(du)的選(xuan)擇性。值(zhi)得壹(yi)提(ti)的是，該(gai)傳感器(qi)的檢測限(xian)為20 nM，具(ju)有很(hen)強(qiang)的重復(fu)性和(he)穩定(ding)性，能(neng)夠(gou)長期(qi)監測尿酸(suan)水(shui)平。通過實時(shi)的動態(tai)電位(wei)掃(sao)描(miao)（DPV）測試，傳感器(qi)能(neng)夠(gou)精(jing)確地(di)檢測到(dao)從(cong)0.02 μM到(dao)600 μM範(fan)圍內的尿酸(suan)濃(nong)度(du)，顯(xian)示(shi)出其廣(guang)泛的應用潛(qian)力。

表格(ge)1. 通(tong)過差分(fen)脈(mai)沖伏安(an)法對(dui)大鼠(shu)離(li)體皮膚(fu)樣本中尿(niao)酸(suan)檢(jian)測的定(ding)量分(fen)析(xi)。

圖(tu)3. 展(zhan)示(shi)了使(shi)用(yong)電化(hua)學傳感器(qi)（HKUST-1@Eu-MOF/SPE集成的HMNsAP）進行(xing)尿酸(suan)（UA）檢(jian)測的性能(neng)。

 4. 個性化(hua)健康(kang)監測的未來(lai) 

本研(yan)究不(bu)僅(jin)展(zhan)示(shi)了壹(yi)種(zhong)具(ju)有高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)、高(gao)選(xuan)擇性和(he)高(gao)穩(wen)定(ding)性的新型(xing)穿(chuan)戴式(shi)尿酸(suan)監測傳感器(qi)，還為個性化(hua)健康(kang)管理(li)提供(gong)了新(xin)的解(jie)決方(fang)案(an)。通(tong)過結合高(gao)性能(neng)MOFs材(cai)料(liao)和(he)創新(xin)的微針(zhen)系統，這種(zhong)傳感器(qi)可以(yi)在非侵(qin)入性的情況(kuang)下(xia)，實時(shi)監測皮膚(fu)間質(zhi)液中(zhong)的尿酸(suan)水(shui)平，為早期(qi)診斷、病情(qing)監控和(he)個性化(hua)醫(yi)療提(ti)供(gong)了強(qiang)有(you)力的支持(chi)。未來(lai)，我(wo)們相信(xin)這(zhe)種微針(zhen)陣(zhen)列傳感器(qi)將(jiang)在臨(lin)床(chuang)和(he)生物(wu)醫(yi)學研(yan)究中發揮重要(yao)作(zuo)用，尤其(qi)是(shi)在尿(niao)酸(suan)相關(guan)的疾病（如(ru)痛(tong)風和(he)慢性腎病）的早期(qi)發現(xian)和(he)管理(li)方(fang)面(mian)。