生酮饮食正在诊疗慢性疾病方面惹起了人们极大的兴味，但持久的生酮饮食也存正在强壮危险。虽然今世医学正在诊断和诊疗要领上博得了先进，但正在这种饮食战略的性格化强壮执掌方面仍存正在浩大差异。所以，本磋议提出了一种用于及时监测酮体和葡萄糖的可穿着微针生物传感器。这种微针阵列拥有出多的呆滞功能，可对间质生物标帜物举行络续取样，同时删除皮肤穿刺带来的疾苦饮食。笔直石墨烯拥有出多的导电性，使传感用拥有 234.18 μA mM -1 cm -2 的高机敏度和 1.21 μM 的低检测限。将这种所有集成的生物传感器用于人体愿望者时，它正在跟踪动态代谢物水准方面显示出了极具吸引力的说明才力。另表，评估结果与贸易血液丈量结果拥有明显的联系性。总之，这种经济高效的传感平台有潜力鼓动生酮饮食正在部分养分和强壮执掌中的渊博行使。

　　过去几十年来，跟着环球肥胖人丁的增补，低碳水化合物饮食应运而生。生酮饮食（KD）因其行动癫痫饮食疗法的得胜而大受接待。它是一种高脂肪、低碳水化合物饮食，迫使人体燃烧脂肪行动能量源泉并出现酮体。当人体正在极低糖形态下无法通过耗费葡萄糖出现能量时，就会出现酮体。酮体是脂肪氧化代谢经过中的中心代谢产品，蕴涵乙酰乙酸、β-羟基丁酸（HB）和丙酮。此中，HB 是生酮饮食中内源性出现的首要能量底物，目前已被渊博用于诊疗百般强壮指征，如癫痫产生、糖尿病、肥胖症、阿尔茨海默病、 及其他疾病。用于诊疗癫痫和阿尔茨海默病的生酮饮食或者会导致低血糖症。关于糖尿病患者来说，酮体的太甚积蓄或者会导致糖尿病酮症酸中毒，而这被界说为一种或者危及人命的疾病。

　　目前，丈量酮体和葡萄糖水准的要领首要凭借穿刺手指屡次按期采血，这会给患者带来心绪和心理上的难过。无创酮体监测技能相当有吸引力，但群多半磋议正在筑设与血液采样的牢靠联系性方面面对离间。间质液（ISF）是血液流经毛细血管时调换变成的一种体液，它与血清和血浆样本拥有多种生物标记物。能够运用多种要领征采和说明 ISF，蕴涵离子电泳法、声波电泳法、微透析法、微针法。正在这些要领中，微针阵列供给了一种直接搜集ISF的无痛要领。固然少许磋议一经表知道运用微针监测间质酮体水准的可行性，但群多半磋议仅正在体表磋议中取得了表明。

　　迄今为止，电化学传感器因其机敏度高PG电子官方网站、本钱低、运用利便等长处，正在生物标帜物的监测和检测中取得了渊博行使。近来，石墨烯因其比轮廓积大、导电率高、化学安稳性好等优异特质而被渊博行使于传感器的修建中。笔直发展正在基底上的石墨烯拥有奇异的特质，如非聚会的三维网状样子、大批怒放的超薄角落和可控构造。这些特质使得笔直石墨烯拥有高电化学活性和导电率等惊人特质。

　　正在这里，深圳大学张学记、许太林、刘轻舟课题组研发了一种基于微针的生物传感器，它也许及时监测间质酮和葡萄糖，可用于对依旧生酮饮食的人举行主动强壮执掌。这种生物传感器由3D打印的微针和笔直石墨烯电极组成，可告终间质液标记物的双重检测。当微针按压并刺入皮肤后，空心微针阵列可络续征采 ISF，双说明电极则可对其举行检测。另表，还集成了一个最幼的电化学说明仪，可通过无线数据传输与智能摆设同步。这种所有集成的生物传感摆设有帮于鼓动生酮饮食正在肥胖症、癫痫、糖尿病和阿尔茨海默病等疾病诊疗中的行使。

　　图1. 微针生物传感器道理图及图像。(a)性格化生酮饮食执掌的可穿着传感平台观念。(b)可穿着微针传感器示希图。该可穿着传感器首要由微针阵列、粘附层、银层、笔直石墨烯、衬底和液腔构成。(c)可穿着微针传感器的光学照片。(d) HB和葡萄糖传感电极的试剂筑设。(e)装置正在愿望者手臂上的所有集成的微针生物传感器图像。

　　笔直石墨烯拥有三维六角蜂窝晶格构造，所以拥有比轮廓积大、导电性好和化学安稳性好等优异特质，不停是可穿着传感器磋议职员的兴味所正在。正在本磋议中，磋议团队挑选笔直石墨烯行动电极资料，以提升生物传感器的电化学传感功能。

　　图2. 笔直石墨烯基生物传感器的表征与电化学功能。(a)笔直石墨烯电极的光学照片。(b)笔直石墨烯的顶部和(c)横切面SEM显微图。(d)笔直石墨烯的拉曼光谱。差异电极正在pbs加标(e) 1.0 mM HB和(f) 5.0 mM葡萄糖下的轮回伏安图。(g)基于HBD的生物传感条带对人为ISF中延续增加0.1 mM至1.0 mM的HB的时序电流反映以及插图中相应的校准图。(h)基于GOx的生物传感条带对人为ISF中差异葡萄糖浓度的电流反映，延续增补1mM。(i和j)可老练扰物质的挑选性试验:100 μM抗坏血酸(AA)、100 μM尿酸(UA)、1.0 mM乳酸(LA)。(k) 0.1 mM HB和(l) 1.0 mM葡萄糖正在ISF基质中心隔10分钟的操作安稳性评议。

　　微针技能行动是一种远景宽阔的管理计划，也许有用地穿透皮肤角质层，从而加强透皮提取或药物输送的效劳。要紧的是，这些微针需求具备足够的强度，以接受插入和穿透皮肤时的力气。正在可穿着行使中，基于微针的摆设惹起的疾苦题目一经成为通常强壮执掌中的一个环节题目。影响疾苦水平的首要受微针长度的影响。以往的磋议解说，当长度高出1000 μm时，微针惹起的疾苦明白增补。所以，正在这项磋议中，微针的高度被优化为1000 μm，以最局势限地减轻行使于人体皮肤时的痛感饮食。金字塔构造基于偏幸通道计划，通过正在中央依旧稳固的支柱来加强微针抵拒力以便刺穿皮肤，微针的其他几何参数如图S3所示。磋议团队欺骗摩方周密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技能（nanoArch® S140，精度：10 μm）得胜造备了微针阵列，其尺寸为15.75 mm×15.75 mm。多个微针和单个微针的SEM图像如图3a和3b所示。

　　图3. 微针功能评议。(a)多个微针和(b)单个微针的SEM图像。(c和d)一个微针的构造模仿结果。(e)微针刺入别致猪皮后的图像。(f)空心微针阵列插入皮肤前后的完备率。(g-i)插入和取出微针贴片后插手者的皮肤照片。(j和k)流体说明模仿结果。(l)毛细影响下微针提取人为ISF的流量随工夫漫衍。

　　本磋议通过跟踪ISF中人体代谢物水准的变革，对基于微针的强壮监测传感器的有用性举行了评估。用户佩带配有电化学微职责站的微针传感器，并记载每30分钟(30、60、90和120分钟)摄入酮和葡萄糖填充剂之前(0分钟)和之后的电流反映。同时，将微针传感器丈量的结果与市售血酮/血糖仪丈量的数据举行对照，以筑设生物传感器用于皮下检测的牢靠性。结果解说，ISF样本与血液样本之间酮类说明和葡萄糖说明吐露较高的联系性。

　　图4. 微针生物传感器的身体功能。(a)身体测试经过示希图，插手者佩带微针传感器并摄入贸易酮或葡萄糖填充剂，电化学职责站举行酮和葡萄糖说明，这与血酮和葡萄糖水准联系。(b和c)区别记载酮葡萄糖填充前(0 min)和填充后(30、60、90和120 min)的联系浓度。(d) HB和(e)葡萄糖血液和ISF样本的联系性说明。(f和g)动态丈量。

　　综上所述，本磋议供给了一种用于ISF双重检测的微创传感装备。行动传感器的环节部件，3d打印微针阵列拥有优异的呆滞功能，不光能够延续提取ISF标记物，还能够确保皮肤穿刺时的安然性。另表，电极的资料、几何形式和试剂筑设都源委周到优化，以最局势限地提升生物传感器的说明功能。正在这两种因素的协同影响下，生物传感器展现出优异的说明功能。正在身体监测时候，磋议团队记载受试者服用酮或葡萄糖填充剂前后的HB/葡萄糖水准，并将结果与血酮或葡萄糖水准举行对照。与血液丈量的强联系性解说，本磋议中开拓的传感器有潜力行动测定代谢物水准的代替要领。通过集成电化学职责站，电化学传感器的信号能够通过无线传输技能发送到挪动摆设，这关于告终以患者为中央的长途监测拥有要紧旨趣。综上所述，本磋议表知道开拓用于生酮执掌的微针生物传感器的可行性，鼓动了生酮饮食正在部分医疗保健中的实行和发扬。

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