近日，深圳大學(xué)蘇磊課題組開發(fā)了一種創(chuàng)新的微針陣列電化學(xué)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮膚間質(zhì)液中的尿酸濃度。該研究成果以“MOFs-on-MOFs modified wearable electrochemical microneedle array for uric acid detection"為題發(fā)表在《Biosensors and Bioelectronics》上。

 1. 微針陣列與MOFs材料的結(jié)合 

本研究利用金屬有機(jī)框架（MOFs）材料的優(yōu)異性能，結(jié)合了“MOFs-on-MOFs"策略，將HKUST-1和Eu-MOF納米復(fù)合物修飾在絲網(wǎng)印刷電極（SPE）上，以提高電極的表面積、電極材料的孔隙度和電子轉(zhuǎn)移效率。通過這種設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)成功地開發(fā)了一種高靈敏度的尿酸檢測(cè)傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)皮膚間質(zhì)液（ISF）中尿酸濃度的精確監(jiān)測(cè)。

圖1. 展示了HKUST-1@Eu-MOF納米復(fù)合材料的合成過程。

 2. 創(chuàng)新的微針陣列設(shè)計(jì) 

為了進(jìn)一步提升檢測(cè)性能，團(tuán)隊(duì)使用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)（nanoArch^® S140，精度：10μm）制備空心微針陣列（HMNsAP）與帶有微閥和真空管的裝置結(jié)合，優(yōu)化了皮膚間質(zhì)液的提取過程。在實(shí)際應(yīng)用中，該微針陣列可以沒創(chuàng)地穿透皮膚，收集到足夠的間質(zhì)液樣本進(jìn)行尿酸分析，極大地提升了檢測(cè)的便捷性與舒適性。該設(shè)備通過微閥有效調(diào)控液體流動(dòng)，避免了反向流動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，確保了操作的安全性。

圖2. 展示了微針陣列傳感器（HMNsAP）的設(shè)計(jì)和集成過程。（a）展示了HMNsAP的3D打印設(shè)計(jì)及其幾何參數(shù)；（b-e）則展示了微針陣列的掃描電鏡圖像，重點(diǎn)展示了不同微針的形狀、尺寸及其結(jié)構(gòu)。（f-h）展示了該設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的集成和組裝。

 3. 高效的尿酸檢測(cè)性能 

通過對(duì)大鼠皮膚樣本進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，傳感器在不同濃度的尿酸檢測(cè)中表現(xiàn)出優(yōu)異的回收率（98.6%–100.4%）和高度的選擇性。值得一提的是，該傳感器的檢測(cè)限為20 nM，具有很強(qiáng)的重復(fù)性和穩(wěn)定性，能夠長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)尿酸水平。通過實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)電位掃描（DPV）測(cè)試，傳感器能夠精確地檢測(cè)到從0.02 μM到600 μM范圍內(nèi)的尿酸濃度，顯示出其廣泛的應(yīng)用潛力。

表格1. 通過差分脈沖伏安法對(duì)大鼠離體皮膚樣本中尿酸檢測(cè)的定量分析。

圖3. 展示了使用電化學(xué)傳感器（HKUST-1@Eu-MOF/SPE集成的HMNsAP）進(jìn)行尿酸（UA）檢測(cè)的性能。

 4. 個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)的未來(lái) 

本研究不僅展示了一種具有高靈敏度、高選擇性和高穩(wěn)定性的新型穿戴式尿酸監(jiān)測(cè)傳感器，還為個(gè)性化健康管理提供了新的解決方案。通過結(jié)合高性能MOFs材料和創(chuàng)新的微針系統(tǒng)，這種傳感器可以在非侵入性的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮膚間質(zhì)液中的尿酸水平，為早期診斷、病情監(jiān)控和個(gè)性化醫(yī)療提供了強(qiáng)有力的支持。未來(lái)，我們相信這種微針陣列傳感器將在臨床和生物醫(yī)學(xué)研究中發(fā)揮重要作用，尤其是在尿酸相關(guān)的疾病（如痛風(fēng)和慢性腎病）的早期發(fā)現(xiàn)和管理方面。