清华大学《Advanced Materials》基于DNA折纸的微针器件定量检测血糖技术

本文概览

临床上可接受的血糖监测仪的探索一直在进行在过去的几十年里，定量检测血糖的能力无痛、准确且高度敏感的方式仍然有限。

在此，清华大学医学院生物医学工程系刘冉课题组联合国家纳米科学中心吴燕团队、蒋乔、丁宝全团队，及北京清华长庚医院赵邑团队构建了装载荧光分子对修饰的DNA管状折纸结构和葡萄糖氧化酶的微针贴片，可以直接贴于患者皮肤上，实现皮下组织间液中的血糖定量检测。葡萄糖氧化酶将微针贴片原位收集的葡萄糖转换成质子信号，随后质子信号驱动DNA管状结构展开，因此将荧光分子和相邻的淬灭剂分开，导致荧光信号恢复。通过评估微针贴片中DNA折纸荧光信号恢复的程度，定量检测患者的血糖水平。

相关工作以“Fluorescence-Amplified Origami Microneedle Device for Quantitatively Monitoring Blood Glucose”为题发表在《Advanced Materials》.

本文亮点

利用折纸技术制备出无痛微针设备,实现简便监测。

设计融合了荧光增强效应的血糖传感策略。

该设备可以实现定量检测皮下组织和血液中的血糖水平。

具有良好的线性响应范围和检测下限。

采用鼠尾静脉内实时监测验证了该设备的使用效果。

提供了一种无创、定量监测血糖的新方法。

折纸技术使微针制备简便,有望实现批量化生产。

设计新颖,利用荧光增强原理提高了检测灵敏度。

为非注射式血糖监测提供了创新策略。

具有推广应用的价值,可望替代传统血糖测试。

图文参考

图1|基于DNA折纸的微针系统设计及监测血糖原理

图2|DNA管状折纸结构的设计及其荧光信号转换表征

图3| FAOM器件的制备与表征

图4|FAOM安全性与可行性评估

总结

该研究临床受试者建立的函数方程表明FAOM 可以以高度敏感且可靠的方式报告血糖定量的方式。 在临床盲测中，FAOM 取得了很好的匹配与商业血液生化试剂相比准确度 (98.70 ± 4.77%)分析仪，完全满足准确血糖的要求监控。 FAOM 装置可以轻松插入皮肤组织痛苦的方式和DNA折纸的最小泄漏，基本上提高血糖测试的耐受性和依从性。通过整合荧光成像，DNA折纸和微针贴片的优势，发展了一种安全无痛、可定量、高灵敏度和准确度的血糖测试方法。大大提高了患者对血糖检测的顺从型和耐受性，为糖尿病人实时进行血糖检测提供了一种新的技术。