#文献分享# BB：适配体 微针 实现无痛检测胰岛素浓度
推荐语
本文开发了用于检测组织间液胰岛素的高密度微针阵列生物传感器。其原理为胰岛素与微针表面适体结合，引起电化学阻抗变化从而定量。创新点在于采用新型聚合物微针，优化电极修饰与检测条件，性能出色且能直接检测组织间液胰岛素。意义重大，为胰岛素检测提供新方法，有望推动糖尿病监测从实验室走向即时检测，助力患者更好地管理疾病，提高生活质量，对糖尿病诊疗领域发展有积极推动作用
今天介绍一篇最新发表在Biosensors and Bioelectronics上的文章High-density microneedle array-based wearable electrochemical biosensor for detection of insulin in interstitial fluid，本文推出一种基于适配体的电化学透皮生物传感器，借高密度聚合物微针阵列探测间质液中的胰岛素。其以金包覆聚合物微针阵列经胰岛素适配体修饰而成，可提取并电化定量胰岛素。经过体内外实验验证，微针可触及间质液、提取胰岛素并精准测量，期望有力推动胰岛素检测迈向个性化即时护理新阶段。
研究背景
全球糖尿病患者众多，疾病致大量死亡并带来沉重经济负担。胰岛素水平监测对糖尿病管理意义重大，其浓度在健康者与患者中于分泌、清除率等方面差异显著，现有检测法如酶联免疫吸附测定（ELISA）、化学发光免疫分析、高效液相色谱法等虽精确，但存在成本高、设备昂贵复杂、样本处理繁琐、耗时久及需专业人员操作等缺陷，故急需便捷、精准、快速、灵敏且具性价比的胰岛素监测工具微针可无痛刺穿皮肤接触间质液（ISF）获取生物标志物，已用于多种 ISF 生物标志物检测及胰岛素经皮递送，但此前尚无基于微针阵列（MNA）的电化学胰岛素生物传感器及体内检测研究报道。
研究目的
研究内容
1. 材料与制备流程
图 1. 基于微针阵列（MNA）的胰岛素生物传感器的制备及应用过程示意图。
基于OrmoComp聚合物的 MNA 基电极采用先前由高密度 Si - MNA 制得的 PDMS 模具制造，该模具制备涉及光刻和深反应离子刻蚀处理硅片。随后将微加工的聚合物 MNA 样品附着于 3D 打印支架并镀 250nm 厚的金层形成电极。
2. 结构表征
图 2. 基于微针阵列（MNA）的贴片和商用采血针的形态表征。
扫描电子显微镜（SEM）显示聚合物 MNA 电极的 MNA 高约 250μm、基径约 45μm、尖端约 2μm，呈高密度六边形排列（约 10000 MN/cm²），比糖尿病患者常用采血针更细小尖锐，利于无痛刺穿皮肤接触 ISF，为开发胰岛素检测传感器奠定结构基础。
3. 电化学特性
图 3. 基于微针阵列的胰岛素生物传感器的表面表征。
电化学活性面积与重现性：CV 测试表明 MNA 基电极活性表面积约为平面电极四倍，在硫酸与铁氰化钾溶液中多电极测试显示其氧化还原峰电流强度相近、标准差低，证明电极制备过程重现性好。
4. 光谱特性
图 4. 基于微针阵列（MNA）的适配体生物传感器的体外电化学阻抗谱（EIS）分析。
表面修饰验证：EIS 监测电极修饰各步骤，电荷转移电阻（Rct）随修饰进程递增，适配体与胰岛素结合致 Rct 剧增，证实修饰成功；ATR - FTIR 与 XPS 分析表明修饰后出现特定官能团振动峰、元素比例合理变化，进一步佐证修饰效果。
5. 传感器优化
经实验确定电极修饰适配体浓度 20μM 达饱和、胰岛素孵育 30 分钟结合最佳，此优化参数下传感器性能优且检测时间短于同类研究。
6. 分析性能评估
图 5. 基于微针阵列（MNA）的胰岛素生物传感器的体外和体内测试。
体外检测性能：在 aISF 中，EIS 测不同浓度胰岛素时传感器 Rct 随浓度升高而增，线性范围 0.01 - 4nM，灵敏度约 65Ω nM⁻¹，检测限 10pM，相关系数 0.9989，回收率 93.1% - 96.2%，对胰岛素特异性、选择性佳，能区分干扰物，性能优于多数同类 aptamer 基电化学传感器，可直接测 ISF 胰岛素，免采血与样本预处理复杂流程。
体内外测试效果：体外小鼠皮肤实验线性范围 0.01 - 4nM、灵敏度 -20Ω nM⁻¹，体内 ISF 胰岛素水平变化与血液胰岛素（ELISA 测）变化相关，虽不连续监测，但可间歇测 ISF 胰岛素浓度，助于早期胰岛素抵抗检测，为人体应用提供依据，不过人体与小鼠 ISF 胰岛素浓度及皮肤解剖结构差异待深入研究，需大样本动物实验完善。
研究结论
开发基于聚合物 MNA 的 ISF 胰岛素监测生物传感器，经多种表征手段与测试验证其可行性与有效性。体外性能优异，体内外实验证实能刺穿皮肤取 ISF 胰岛素并检测，虽非连续监测，但为糖尿病管理提供新思路与技术支撑，推进经皮胰岛素监测技术发展，有望改善患者生活质量，后续可深入研究人体适用性及拓展监测功能。
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