研究背景

连续量化不同生物流体中的葡萄糖浓度对慢性疾病和代谢过程的评估具有重要的临床意义。尽管存在同位素稀释气相色谱-质谱法的金标准测量，但连续和实时监测葡萄糖浓度并精确满足临床要求仍然是健康管理和慢性病治疗中的一项艰巨挑战。为应对这一挑战，各种可穿戴形式的光学或电化学传感器应运而生。根据工作波长，利用光与葡萄糖分子之间相互作用的光学传感器可分为近红外、中红外、拉曼和光声光谱。由于葡萄糖浓度是通过透射或反射强度校准的，因此光学传感器通常涉及使用复杂、昂贵且笨重的光学系统，这严重限制了其在护理点环境中的应用。带有生物贴片或微针形式的集成电化学传感器的柔性/可拉伸电子设备允许对生物流体中的葡萄糖浓度进行非侵入性、实时和现场测量，包括唾液、眼泪、汗水和组织液。通过利用血糖与其他生物流体中的相关性来推断血液中的葡萄糖浓度是可行的。但目前仍然存在酶依赖性问题和pH敏感问题。

这项工作介绍了第一个激光制造的基于 OECT 的柔性非酶葡萄糖传感器，由化学改性的激光诱导石墨烯 （LIG） 电极进行门控，具有增强的灵敏度、LOD、出色的长期稳定性以及针对各种生物流体中 pH/温度波动的精确测量。

研究原理

该设备的组装过程及工作原理如图一所示，其主要原件及核心步骤如下：

图1 基于OECT的非酶葡萄糖传感器的工作原理及优点

1. AuNC/LIG门电极：

- 多孔结构（孔径~4 μm）提供高比表面积（图2a） 

- Au纳米花增强葡萄糖电催化氧化（图2c）

图2 材料的表征

2. OECT跨导放大： 

- 葡萄糖氧化改变有效门电压V

- PEDOT:PSS通道通过脱掺杂效应将信号放大

3. 自pH校准： 

- 零栅压下PEDOT:PSS电导率与pH线性相关

- 双步测量法：先测pH，再按校准曲线计算葡萄糖浓度 

研究结果

1. 超灵敏检测（图3h-i）

图3 基于 OECT 的非酶葡萄糖传感器的表征和优化

不同pH下，该传感器的LOD、线性范围如下：

2. 抗干扰能力（图4g）

图4 基于OECT的非酶葡萄糖传感器的传感性能

即使存在10倍浓度的干扰物（DA/AA/UA/乳糖等），响应偏差<5%，关键设计：

- Nafion涂层：静电排斥抗坏血酸（AA） 

- AuNC特异性：对果糖/蔗糖等单糖无响应 

3. 汗液-血糖相关性（图5e-g） 

图5 完全集成、可穿戴、基于OECT的汗液传感器，用于实时血糖监测

在十名健康人类受试者身上对完全集成的汗液葡萄糖传感器的体内评估证明了其实际应用的可行性。每个受试者在饭前和饭后进行30分钟的轻度锻炼（例如室内跑步），以产生汗水用于血糖测量，同时使用商用手指点刺血糖仪测量血糖水平（图5d），在所有10个人类受试者中观察到汗液和血糖水平之间存在很强的线性相关性（R2= 0.97 或 0.96）（图 5e）。尽管个体存在差异，但汗液和血糖水平对于每个人类受试者，餐前和餐后几乎保持不变，差异可以忽略不计 （<5 %）（图 5f）。

4. 自pH校准临床价值（图5i） 

巧克力摄入导致汗液pH从6.5→6.0，在未校准的情况下，该设备的检测误差为6.4%，但是在自校准之后，误差降低至0.71%，与商业的有创血糖仪精度相近。

总结及展望

现阶段，该传感器每次检测仅需要8.4 uL汗液，在100秒内就可以充满微流控腔体实现检测，并且能够通过蓝牙传输至手机APP实现实时检测。并且在自校准pH 的功能下，该设备具有高灵敏度、高稳定性、准确性的优点，在不同的食物摄入、生理条件下均可以实现准确的检测。在pH7.4时，检出限低至0.08 uM，超过了之前报道过的所有的非酶葡萄糖传感器。未来可以朝着多生物标志物联检发展，可以通过不同的适配体实现不同标志物的检测。

 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2025.117677