在糖尿病管理领域,连续血糖监测(CGM)技术正经历从侵入式向微创乃至无创方向的深刻变革。经皮可穿戴传感器因微创特性备受关注,但传统设备通常需将5至11毫米长的柔性传感器条插入皮下组织,这不仅带来佩戴不适,且由于皮下毛细血管网络较真皮层稀疏,导致间质液(ISF)葡萄糖浓度与血液存在滞后差异,影响监测准确性。微针(MN)阵列技术因其能无痛穿透角质层直达真皮层获取ISF,成为极具潜力的替代方案。现有微针传感器在商业化进程中仍面临材料成本高、制造复杂、易堵塞及佩戴舒适度不足等瓶颈。
针对上述挑战,中国科学技术大学工程与材料实验中心联合广州iFUN科技有限公司等机构,提出了一种基于柔性纸基底座的 disposable(一次性)固体微针阵列传感器。该创新方案采用紫外固化生物相容性手术引导树脂(SGR)与微晶纤维素(MCC)的新型复合材料构建微针主体,既保证了穿刺所需的机械强度,又确保了皮肤接触的安全性。底座则选用浸透紫外固化柔性牙龈遮罩树脂的纸张,兼具透气、可降解及佩戴舒适特性,有效解决了传统刚性基底导致的皮肤刺激问题。
在制造工艺上,研究团队开发了一种简便的双浇铸技术。通过自制双向拉伸器控制AB硅胶模具的形变,使高粘度SGR/MCC复合树脂能够均匀填充模腔,形成锐利、底部直径300微米、高度1毫米的微针阵列。经优化,MCC与树脂的重量比定为1:5,此比例在保持微针结构完整性的实现了强度与柔韧性的平衡。随后,利用喷枪技术将石墨烯导电墨水喷涂于微针表面,并依次修饰四硫富瓦烯(TTF)、葡萄糖氧化酶、壳聚糖及Nafion溶液,成功将非导电微针转化为高灵敏度的电化学工作电极。这一工艺避免了传统贵金属镀膜的高昂成本与复杂设备需求。
性能测试显示,该纸基微针传感器在体外猪血浆、水凝胶人工皮肤及体内小鼠模型中均展现出卓越的分析性能。其具有高灵敏度、优异的抗干扰能力(对多巴胺、尿酸等物质不敏感)以及长期使用的稳定性。细胞毒性实验证实,该材料对人体脐静脉内皮细胞无显著毒性,生物相容性良好。在活体实验中,传感器能够实时、准确地监测小鼠ISF中的葡萄糖水平,数据与商用血糖仪结果高度吻合。
这一研究成果不仅提供了一种简单、低成本且环保的微针阵列制造方法,更通过整合可重复使用的电子元件与移动应用程序,构建了一套完整的可穿戴CGM系统原型。该方案为突破现有血糖监测技术的局限,推动无创、连续、个性化的健康管理设备走向大众市场提供了重要的技术支撑与实践参考。
