新品亮点

1、降维加工法将片状微针组装成三维微针阵列；

2、基于三维微针阵列的离子传感微针阵列系统包含离子传感阵列、辅助电路和应用程序；

3、能实时、原位地监测皮下钠、钾和钙离子的浓度变化。

研究背景

人体健康监测和早期疾病检测在现代医学中意义重大。基于智能传感器的可穿戴健康监测系统可以附着在人体上，实时检测健康特征，并提供及时的预警和反馈。近几十年来，随着新技术的出现，科学家们在基础研究和临床医学方面取得了喜人的进展。可穿戴式传感器可以轻松地贴附到人体上，采集一系列生理信息，如脉搏、血压和血糖水平等，并将数据传输到智能设备，加以提取和分析疾病概况。近年来，多种可穿戴传感器被用于人体健康信息的无创检测。尽管这些非侵入性传感器具有极好的生物安全性，但因为只能接触到皮肤表面的物质，所以无法直接测量体内的生化分析物。

目前这些可穿戴传感器的测量目标主要限于物理信号，如脉搏、心电图、生理压力，或分泌物如汗液、泪液中的分子。人体内的生化标志物如离子（Na+、K+、Ca2+、pH值）和代谢物（葡萄糖、乳酸、尿酸），是人体生化检测的重要指标，但皮肤作为身体的保护层，会阻碍外部设备对体内生化标志物的检测。组织间液存在于细胞间隙中，其所含小分子分析物，如代谢物（葡萄糖、乳酸）和电解质较血浆内的浓度接近。目前测量离子浓度多通过金属针头取血，容易造成创伤，导致疼痛和感染风险，因而阻碍了对体内离子波动的长期和连续监测。长度为500-800微米的微针头可以穿透皮肤角质层但不接触血管或神经，引起了很多人的关注。然而，基于微针阵列的可穿戴检测设备，尤其是同时检测不同离子的器件很少。这是因为，相比平面电极，在三维微针阵列上制备不同功能的传感器的加工要求更高。同时，在间隔紧密、结构紧凑的微针针尖上的修饰难度也更大。

在文章中，作者基于降维加工技术，将片状微针集成为三维微针阵列，开发了一个离子传感微针阵列系统，用于实时连续检测皮下离子。通过激光微机械加工制造的片状微针，并加以组装，解决了制造具有多个电极通道的三维微针结构的局限性，也解决了将间隔紧密的微针尖修改为不同功能类型的电极的难题。离子传感微针阵列系统在检测钠、钾和钙离子浓度的实时变化方面具有足够的敏感性，并表现出良好的线性响应范围、传感检测选择性和持续稳定性。结果表明，离子传感微针阵列可以实时监测大鼠皮下组织液中钠、钾和钙离子的浓度变化。作者将这些微针电极集成为一个可穿戴的监测系统，该系统可作为实时监测人体健康的重要工具，并有可能为与生理离子变化有关的疾病提供信息反馈。

来源：传感器专家网