《Science Advances》 受咀嚼系统启发的微针诊疗平台,可实现糖尿病的智能化管理

糖尿病治疗的集成系统提供了先进的技术来调节糖尿病，但在准确性、长期监测和侵袭性方面仍面临着关键挑战。受动物咀嚼系统的特点和功能启发，中山大学谢曦教授和Lelun Jiang等人提出了一种可实现智能和精确糖尿病管理的仿生微针治疗平台（MNTP）。MNTP由微型电路支持，而该电路则利用微针阵列按需穿透皮肤，提取间质液体（ISF）以同时检测葡萄糖和生理离子，以及实现皮下胰岛素输送。此外，利用混合碳纳米材料功能化的内置表皮传感器并提取间质流体也使得在富氧环境中进行检测成为功能，这一特点解决了植入电极引起的生物安全问题和体内“缺氧”问题。研究显示，MNTP能够准确检测葡萄糖和离子，并输送胰岛素以调节高血糖。相关工作以“Masticatory system–inspired microneedle theranostic platform for intelligent and precise diabetic management”为题发表在Science Advances。

人体功能系统的仿生技术推动了许多创新技术。例如，由咬肌、牙齿、舌头和口腔粘膜组成的动物咀嚼系统，该系统可以实现组织渗透、味觉感应和唾液分泌等功能，受此启发人们已经开发出了电子眼和人工耳蜗。而在此，作者提出了一种高度集成的非植入MN治疗平台（MNTP），用于以闭环方式同时测量和调节糖尿病。作者设计了一条电路连接的加压带，以驱动MN阵列穿透角质（SC）层，模拟咬肌驱动尖牙穿透食物外层的过程。当MN阵列从皮肤中取出时，皮下ISF可以沿着MN刺穿的皮肤微孔渗出。为了模拟舌头感知化学物质的功能，作者还构建了一个平面多电极阵列，其可以灵敏地检测MN阵列下方渗出ISF中的葡萄糖、钠离子和钾离子。另一方面，为了模拟口腔粘膜和唾液腺，作者在MN阵列下方建立了一个与蠕动泵相连的药物储存层，触发该药物储存层可以通过MN诱导的皮肤微孔将胰岛素溶液输送到皮下空间。

二、糖尿病诊疗功能

此外，ISF渗出特征使得能够通过表皮传感器贴片在富氧环境中进行传感，表皮传感器贴片以混合碳纳米材料作为电子媒介，解决了电极表面积有限和体内“缺氧”问题的挑战。为了模拟口腔粘膜和唾液腺，作者在MN阵列下方建立了一个与蠕动泵相连的药物储存层，触发该药物储存层可以通过MN诱导的皮肤微孔将胰岛素溶液输送到皮下空间。在MNTP中，传感器和药物输送装置与微型电路集成，可通过集成蠕动泵机械控制MN的自动加压和药物输送，形成高度智能的闭环系统。因此，MNTP能够对糖尿病大鼠模型中的葡萄糖波动和按需治疗进行系统和长期监测。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6900

被报道在公众号【BioMed科技】 https://mp.weixin.qq.com/s/x0aZwf21VbXPhv81AyjooQ