用于汗液葡萄糖监测的多层贴片功能化纤维素纸基传感器
2024-10-12 14:29:34 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究团队开发出一种基于微纤化纤维素（MFC）的纸基葡萄糖监测传感器，并引入了一种基于MFC纸基传感器的“多层贴片系统”改进策略，通过将三个传感装置组装在一起提高检测精度。
随着微电子技术的发展和自动化的逐步实现，电化学传感器在血糖监测中展现出了可靠的性能，逐渐在实际临床应用中崭露头角。无需通过痛苦的采血进行血糖监测的电化学分析方法，为糖尿病患者提供了全新的无创监测途径。
据麦姆斯咨询报道，近期，MoRe Research公司、玛希隆大学（Mahidol University）等机构的研究团队开发出一种基于微纤化纤维素（MFC）的纸基葡萄糖监测传感器，并引入了一种基于MFC纸基传感器的“多层贴片系统”改进策略，通过将三个传感装置组装在一起提高检测精度。基于己糖激酶介导功能化的MFC纸可以通过提高汗液的毛细吸附能力，实现对葡萄糖的精确检测。这种多层贴片系统仅需1 µl汗液即可准确检测葡萄糖水平。此外，这项研究还介绍了糖尿病药物的控释机制。相关研究成果以“Multilayer patch functionalized microfibrillated cellulosic paper sensor for sweat glucose monitoring”为题发表在Scientific Reports期刊上。
为了提高MFC纸的亲水性，研究人员使用己糖激酶介导的磷酸化（–OH转化为–SO₃²⁻）对其进行功能化处理，功能化后的磷酸化MFC纸表面电荷密度从36.2 ± 3.4 µmol/g增加到118.4 ± 1.2 µmol/g，接触角由45°降低至22°，亲水性显著提升，仅需少量（1 µl）汗液便可实现对葡萄糖的精确分析。此外，化学诱导的甲基（–CH₃）使传感器对其它化学物质更具阻隔性。结合多层贴片设计与传感器小型化设计，进一步提高了汗液收集和检测的效率。
研究人员将这种纸基传感器与人工透皮药物递送单元（琼脂糖凝胶模拟皮肤）集成，用于监测汗液中的葡萄糖水平。结果表明，该多层贴片系统在汗液量（1 ~ 4 µl）、温度（20 ~ 70°C）和pH（4.0 ~ 7.0）的波动范围内，检测精度显著提升。为了精确、及时地给药，研究人员在相变材料（PCM）涂层微针中嵌入了两种装载二甲双胍的相变纳米颗粒（PCN）。通过多通道加热器控制，热响应微针能够根据汗液中的葡萄糖水平实现多阶段、空间图案化的透皮药物释放。
图1 本研究的传感器工艺流程图示
图2 基于MFC纸基传感器的一次性多层贴片系统和基于微针的透皮给药模块
图3 MFC纸基传感器及其性能
图4 PCN和微针的表征
图5 基于汗液的血糖监测
这项研究所报道的基于MFC纸基传感器的一次性多层贴片系统为无创汗液糖尿病管理提供了一种创新的闭环解决方案。研究人员表示，为了使该系统实现实际应用，未来还有几方面需要改进。首先，该传感器的长期稳定性和一致性对于其在实际应用中的推广尤为关键，这能够避免频繁的重新校准。此外，还可以加载其它药物（如氯磺丙脲）用于协同治疗或快速调节血糖水平。随着这些改进的逐步实现，该系统有望实现基于汗液葡萄糖监测和反馈治疗的临床转化，进而为无痛、无压力的糖尿病护理提供新的解决方案。
论文信息：https://doi.org/10.1038/s41598-024-74899-z
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