组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
pH（氢离子浓度，H+）、葡萄糖（glucose）、乳酸（lactate）；样品基质：0.1 M 磷酸盐缓冲液及复杂介质（模拟组织间液/肿瘤微环境）
检测原理
微针将组织间液导入碳糊电极。葡萄糖被 GOx 氧化生成葡萄糖酸和 H2O2；乳酸被 LOx 氧化生成丙酮酸和 H2O2。在固定电位（葡萄糖 -0.05 V，乳酸 -0.15 V）下，Rh 修饰碳糊催化还原 H2O2，产生与底物浓度成正比的安培还原电流；选择电位抑制抗坏血酸、尿酸、对乙酰氨基酚等干扰。pH 检测中，Fast Blue RR 重氮盐化学沉积在碳糊上形成醌基氧化还原对，溶液酸度增加使醌基阳极峰电位负移，通过循环伏安峰电位变化定量 pH。多通道独立寻址实现同时检测，酶催化提供信号放大。
检测灵敏度
pH 线性范围: 5.0–8.0；R2 = 99%；葡萄糖线性范围: 2 mM–12 mM。
效应效果
该阵列在复杂介质中实现 pH、葡萄糖和乳酸的同时选择性检测。选择性测试中，4 mM 葡萄糖加入后乳酸电极无响应，4 mM 乳酸产生约 38 nA 电流；同一溶液中 4 mM 乳酸对葡萄糖电极无响应，4 mM 葡萄糖产生约 10 nA 电流，均与校准曲线一致。检测电位选择可抑制抗坏血酸、尿酸和对乙酰氨基酚等常见电活性干扰。pH 在 5.0–8.0 范围内线性良好（R2 = 99%），葡萄糖在 2–12 mM 范围内线性，乳酸在生理相关浓度范围内线性。Lipidure 涂层显著抑制巨噬细胞黏附，48 h 内未观察到涂层剥离。作者认为该器件可用于肿瘤微环境和剧烈运动等代谢性酸中毒的实时原位监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：柔性扁平电缆（FFC）导体，经 CO2 激光烧蚀开窗，提供导电通路和独立寻址。
- 微针/流体通道：E-shell 300 丙烯酸酯聚合物（acrylate-based polymer）中空微针阵列，由动态光微立体光刻制备，用于微创插入并引导样品。
- 工作电极基体：碳糊（carbon paste）填充 FFC 孔，作为电化学传感界面。
- 葡萄糖识别层：铑修饰碳糊（Rh-CP）负载葡萄糖氧化酶（GOx），选择性氧化葡萄糖并产生 H2O2。
- 乳酸识别层：铑修饰碳糊（Rh-CP）负载乳酸氧化酶（LOx），选择性氧化乳酸并产生 H2O2。
- pH 识别层：Fast Blue RR 重氮盐化学沉积修饰碳糊，利用醌基氧化还原电位随 pH 变化实现检测。
- 抗污涂层：Lipidure 共聚物涂覆 E-shell 300 微针，抑制巨噬细胞黏附并维持 48 h 不剥离。
- 外部电极/读出：Ag/AgCl 参比电极、Pt 对电极及低插入力连接器，用于安培/循环伏安信号采集。
中文摘要
本文报道了一种用于多重原位检测运动诱导代谢性酸中毒、肿瘤微环境及其他组织化学变化的微针生物传感器阵列。该阵列由可独立寻址的中空微针与柔性扁平电缆中的碳糊电极组成，能够在复杂介质中对 pH、葡萄糖和乳酸进行同时且选择性的安培检测，覆盖生理相关浓度范围。葡萄糖和乳酸检测采用铑修饰碳糊电极负载相应氧化酶，通过催化还原酶反应产生的过氧化氢产生电流信号；pH 检测通过化学沉积 Fast Blue RR 重氮盐修饰碳糊电极，利用其醌基阳极峰电位随酸度增加负移实现监测。此外，采用细胞抗性 Lipidure 涂层修饰微针材料，可抑制巨噬细胞黏附，48 h 内未观察到涂层剥离。该器件有望用于实时表征肿瘤微环境和剧烈运动等复杂生物环境中的代谢性酸中毒。
英文摘要
The development of a microneedle-based biosensor array for multiplexed in situ detection of exercise-induced metabolic acidosis, tumor microenvironment, and other variations in tissue chemistry is described. Simultaneous and selective amperometric detection of pH, glucose, and lactate over a range of physiologically relevant concentrations in complex media is demonstrated. Furthermore, materials modified with a cell-resistant (Lipidure(®)) coating were shown to inhibit macrophage adhesion; no signs of coating delamination were noted over a 48-h period.