基于3D打印微针的电化学传感器，改善连续血糖监测系统
2026-02-15 21:29:28   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

麦姆斯咨询获悉，美国华盛顿州立大学（WSU）的研究团队近期在糖尿病护理领域取得了重大进展，他们基于3D打印中空微针开发了一种创新的可穿戴电化学生物传感器，旨在变革患者的血糖监测方式。现有的连续血糖监测系统（CGM）通常采用侵入性方法，会给用户带来不适和皮肤刺激。这项新技术为当前的连续血糖监测系统提供了一种有前景的替代方案。该电化学生物传感器采用微针和复杂的信号放大技术，为糖尿病患者改善监测效果提供了新机遇。相关研究成果已经以“3D-printed hollow microneedle-based electrochemical sensor for wireless glucose monitoring”为题发表于近期的Analyst期刊。

这款可穿戴电化学生物传感器采用尖端的3D打印技术，打造出一款既经济实惠又高效的用户友好型设备。它集成了微针，与传统针头相比更加友好，仅需轻微刺入皮肤，从而减轻了传统血糖检测带来的疼痛感。这对糖尿病患者来说尤为有益，因为传统的血液检测通常需要刺入皮肤深处，往往会导致皮疹或炎症等不良反应。

基于3D打印空心微针的电化学传感器设计

所开发的生物相容性3D打印微针电化学传感器包含三个关键组件：（1）用于增强液体提取的触摸激活泵；（2）用于原位和实时电化学葡萄糖分析的自组装纳米结构（SAN）功能化丝网印刷电极（SPE）；（3）用于微创提取间质液的3D打印中空微针阵列。

通过手指按压柔性3D打印泵产生负压，促进间质液通过中空微针采样并将其输送到传感区域表面。移除手指压力后，泵可自行恢复至初始状态。SPE芯片的工作电极经SAN功能化处理，用于灵敏检测间质液中的葡萄糖。SPE通过环氧胶粘剂固定在泵和微针贴之间。

3D打印微针电化学传感器概念图

此外，这种电化学生物传感器还有一个突出特点是能够将葡萄糖数据实时无线传输到智能手机。这不仅提高了用户的便利性，还支持持续监测，让用户能更好地控制自己的血糖水平。该设备提供的实时反馈可以帮助用户根据即时的血糖读数做出明智的饮食和生活方式选择。

中空微针贴片的制备与表征

华盛顿州立大学药学院的研究教授Annie Du，也是该研究成果的共同通讯作者，她强调了他们通过独特的单原子催化剂在信号放大方面取得的重要进展。这种创新方法能制造出更小、更灵敏的传感器，可检测细胞周围间质液中的低水平葡萄糖。此外，这种新型电化学传感器也为检测其它疾病生物标志物奠定了坚实基础，除了糖尿病管理之外，其应用前景十分广阔。

这种生物传感器的研发不仅会对个体患者带来深远影响，对更广泛的医疗健康市场也具有重要意义。根据《糖尿病管理技术及市场-2025版》预测，连续血糖监测市场的营收预计将大幅增长，其市场规模将从2024年的约72亿美元增长到2033年的约268亿美元。这种增长预期表明，市场迫切需要先进且价格更经济的血糖监测方案，这使得该创新成果极具现实意义。

除了提高准确性和降低侵入性外，研究人员还希望通过应用3D打印技术来降低生产成本。这种生产方法有望降低与先进医疗设备相关的成本门槛，使更多患者能够使用这些设备。通过结合创新材料和制造技术，该团队旨在让更多人能够获得有效的糖尿病管理解决方案，进而对用户的生活质量产生积极影响。

这种微针方法不仅提高了患者的舒适度，还最大限度地减少了与传统血糖监测方法相关的毒性反应。这种生物传感器通过按钮激活的泵运作，以收集间质液进行分析，实现无痛检测体验。由于检测在体外进行，检测部位出现炎症反应的可能性大大降低，这使得该生物传感器有望成为下一代糖尿病管理设备。

模仿皮肤及人工组织液进行葡萄糖检测实验

该电化学传感器阵列中的每个微针长度不到一毫米，与现有血糖监测针头相比，凸显了其微创特性。这种物理设计充分体现了研究人员以用户为中心的开发理念，确保该电化学生物传感器不仅能有效发挥作用，还兼顾了患者的舒适度和依从性。

这项技术还利用了创新的纳米酶。这些纳米酶增强了葡萄糖检测的信号强度，使传感器能够识别相关生物标志物的微量浓度。因此，这种生物传感器不是传统监测设备的简单迭代，它更代表着葡萄糖检测灵敏度和准确性方面的一次飞跃。

目前，研究人员已经开始朝着商业化迈进，他们已向华盛顿州立大学创新与创业办公室提交了临时专利申请。接下来，他们将对该生物传感器进行动物测试，以评估其在活体系统中的性能。此外，他们还在探索该传感器在检测多种生物标志物方面的潜在应用，有望将其应用于更广泛的早期疾病检测。

这种电化学生物传感器的多功能性，以及血糖监测市场的持续扩张，凸显了医疗健康领域的重大转变。即时数据可以为患者的主动决策提供依据，随着这项技术逐渐成熟并得到广泛应用，它有望在实际场景中对慢性病管理产生重大影响。

总结而言，这项创新的血糖监测技术更便于患者使用且更精准，将成为糖尿病管理领域的关键转折。该成果不仅是一项技术成就，更是一种富有同情心的解决方案，旨在提高糖尿病患者的生活质量。随着新兴技术与可持续生产的成功融合，这种可穿戴生物传感器的未来不仅前景光明，且更具变革意义。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D5AN01058F

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《基于拉曼光谱的血糖监测专利态势分析-2024版》

《糖尿病管理技术及市场-2025版》