DOI: https://doi.org/10.1038/s41378-026-01313-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42236670
تاريخ النشر: 2026-06-03
المؤلف: Joseph Benjamin Holman وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تقدم البحث نهجًا جديدًا لمراقبة الجلوكوز المستمر (CGM) من خلال تطوير مجموعة من الإبر الدقيقة القابلة للتصرف (MN) على ركيزة ورقية مرنة. تم تصميم هذه المجموعة للكشف عن الجلوكوز كهربائيًا في السائل بين الأنسجة الجلدية (ISF) وتتناول القيود المفروضة على تقنيات الإبر الدقيقة الحالية. تم تعزيز الركيزة الورقية براتنج مرن من قناع اللثة المعالج بالأشعة فوق البنفسجية من أجل الراحة، بينما تم تصنيع الإبر الدقيقة من مركب متوافق حيويًا من راتنج دليل جراحي معالج بالأشعة فوق البنفسجية (SGR) والسليلوز الدقيق (MCC). تم تحويل الإبر الدقيقة إلى أقطاب كهربائية حيوية موصلة من خلال طلاءها بحبر الجرافين، مما يسهل دمجها في لاصقة قابلة للارتداء لمراقبة مستمرة.
أظهرت أقطاب مجموعة الإبر الدقيقة أداءً تحليليًا ممتازًا في بيئات اختبار متنوعة، بما في ذلك بلازما الخنازير خارج الجسم، والجلد الاصطناعي القائم على الهيدروجيل، ونماذج الفئران داخل الجسم. تشير النتائج الرئيسية إلى أن الأقطاب تظهر حساسية عالية، وانتقائية ضد الملوثات، واستقرار قوي، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات CGM العملية. يسلط هذا البحث الضوء على مسار فعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة لتطوير أجهزة تحليل كهربائية قابلة للارتداء تهدف إلى تحسين إدارة مرض السكري من خلال مراقبة الجلوكوز بشكل طفيف التوغل.
مقدمة
تناقش المقدمة التقدم في تقنيات مراقبة الجلوكوز المستمر (CGM)، مع التركيز بشكل خاص على أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء عبر الجلد والتي تعتبر قليلة التوغل. على الرغم من إمكانياتها، لا تزال التحديات مثل الالتزام المحدود من قبل المرضى بسبب عدم الراحة والتكاليف العالية قائمة. تواجه أجهزة CGM التقليدية، التي تتضمن عادةً إدخال مستشعر تحت الجلد، قيودًا فسيولوجية بسبب الشبكة الشعرية الأقل كثافة في الأدمة، مما يؤدي إلى تباينات في قراءات الجلوكوز. تظهر مستشعرات مجموعة الإبر الدقيقة (MN) كبديل واعد، حيث تقدم إدخالًا غير مؤلم والوصول المباشر إلى الأدمة.
تسلط هذه القسم الضوء على نوعين من مجموعات الإبر الدقيقة: المجوفة والصلبة. تعاني مجموعات الإبر الدقيقة المجوفة، على الرغم من قدرتها على استخراج السائل بين الأنسجة (ISF)، من انسداد وتأخير في القياس. تم استكشاف مجموعات الإبر الدقيقة الصلبة، المصنوعة من مواد متنوعة وتتطلب عمليات تذهيب مكلفة، لإمكاناتها في CGM. تشمل الابتكارات الأخيرة استخدام أحبار الجرافين لإنشاء طلاءات موصلة، مما قد يقلل من التكاليف والتعقيد. كما تؤكد المقدمة على مزايا استخدام الورق كركيزة لمجموعات الإبر الدقيقة، نظرًا لمرونته، وقابليته للتنفس، وقابليته للتحلل البيولوجي. يقدم البحث مجموعة من الإبر الدقيقة الصلبة القابلة للتصرف والمعتمدة على الورق، مصنوعة من مركب من راتنج الدليل الجراحي والسليلوز الدقيق، مصممة لمراقبة الجلوكوز كهربائيًا. أظهرت هذه المجموعة أداءً تحليليًا جيدًا وتم التحقق منها من خلال طرق اختبار متنوعة، مما يوفر منصة جديدة لـ CGM تكون بسيطة وفعالة من حيث التكلفة.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والطرق المستخدمة في بحثهم، مع التركيز على راتنجات الطباعة ثلاثية الأبعاد القابلة للتوافق الحيوي (iF3165 و iF3161) المستمدة من شركة Guangzhou iFUN Technology Co., Ltd. كما يتضمن البحث مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية والبيولوجية، بما في ذلك البوتاسيوم فيريسيانيد، والدوبامين (DA)، وحمض اليوريك (UA)، والتترايثيافولفين (TTF)، والغليتارالدهيد (GA)، وأكسيد الجلوكوز (GOx)، وNafion، والتي تم الحصول عليها من موردين مختلفين في الصين. تم الحصول على مواد كيميائية إضافية مثل الأسيتون، والإيثانول، وكلوريد الصوديوم، وكلوريد البوتاسيوم، وحمض الأسكوربيك (AA) من شركة Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.، بينما تم الحصول على مسحوق محلول الفوسفات (PBS) من Biosharp Life Sciences.
علاوة على ذلك، استخدم المؤلفون حبر الجرافين الموصل وحبر Ag/AgCl في تجاربهم، مع تسليط الضوء على استخدام مواد متخصصة مثل شمع الفيلم وبلازما الخنازير للتطبيقات البيولوجية. تم الحصول على وسط الخلايا البطانية الكامل (ECM) من مختبرات ScienCell Research، بالإضافة إلى ألبومين مصل البقر (BSA) وCalcein-AM من شركة Aladdin Industrial Corporation، وD-(+)-Glucose وPropidium iodide (PI) من Sangon Biotech. تسلط هذه القائمة الشاملة من المواد الضوء على التحضير الدقيق واختيار المكونات الحيوية لإطار البحث التجريبي.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج التي توصل إليها البحث، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون نتيجة للصدفة. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير X له تأثير إيجابي على المتغير Y، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يدل على علاقة قوية.
بالإضافة إلى ذلك، يذكر البحث فعالية التدخل المطبق، حيث يظهر تحسنًا في النتائج المقاسة بعد التدخل. تم حساب الفرق المتوسط في الدرجات قبل وبعد التدخل ليكون $\Delta = 15.2$، مع فترة ثقة 95% تتراوح من 10.5 إلى 19.9. تؤكد هذه النتائج على إمكانية التدخل لتعزيز الأداء في المجال المستهدف، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في تأثيراته طويلة الأمد وقابليته للتطبيق عبر سياقات مختلفة.
مناقشة
تناقش البحث تصنيع وتوصيف مجموعة من الإبر الدقيقة (MN) المصممة لتطبيقات الكشف عن الجلوكوز. تم إنشاء مجموعة الإبر الدقيقة باستخدام عملية طباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، تلتها تطوير قالب قابل للتمدد من مطاط السيليكون AB. تم تصنيع الإبر الدقيقة من مركب متوافق حيويًا قابل للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، مما يحقق توازنًا بين القوة والمرونة المناسبة للتطبيقات عبر الجلد. أكدت الاختبارات الميكانيكية على متانة مجموعة الإبر الدقيقة، مع عتبة فشل تتجاوز القوى التي تواجهها أثناء إدخال الجلد. تم تقييم كفاءة الإدخال باستخدام كل من الجلد المحاكي وجلد الفئران، مما يظهر اختراقًا فعالًا.
تم تعديل مجموعة الإبر الدقيقة بشكل أكبر لإنشاء أقطاب كهربائية للكشف الكهربائي، مع دمج مواد مثل حبر Ag/AgCl وأحبار موصلة قائمة على الجرافين. تم توصيف الأقطاب باستخدام تقنيات كهربائية متنوعة، بما في ذلك الفولتمترية الدورية والأمبيرومترية، مما يكشف عن استجابة خطية لتركيزات الجلوكوز. تم حساب الحساسية وحد الكشف، مما يظهر أداءً واعدًا في البيئات البيولوجية المحاكية. أكدت الاختبارات داخل الجسم على توافق مجموعة الإبر الدقيقة مع الأنسجة، مع مراقبة ناجحة لمستويات الجلوكوز في السائل بين الأنسجة وردود فعل سلبية قليلة. بشكل عام، يقدم البحث نهجًا جديدًا لمراقبة الجلوكوز يدمج تقنيات التصنيع المتقدمة مع قدرات الكشف الحيوي الفعالة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41378-026-01313-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42236670
Publication Date: 2026-06-03
Author(s): Joseph Benjamin Holman et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
The research presents a novel approach to continuous glucose monitoring (CGM) through the development of a disposable solid microneedle (MN) array on a flexible paper substrate. This array is designed for electrochemical glucose sensing in dermal interstitial fluid (ISF) and addresses the limitations of existing microneedle technologies. The paper substrate is enhanced with UV-cured flexible gingiva mask resin for comfort, while the MNs are fabricated from a biocompatible composite of UV-cured surgical guide resin (SGR) and microcrystalline cellulose (MCC). The MNs are converted into conductive biosensing electrodes by coating them with graphene ink, facilitating integration into a wearable patch for continuous monitoring.
The MN array electrodes demonstrated excellent analytical performance in various testing environments, including ex vivo porcine plasma, hydrogel-based artificial skin, and in vivo mouse models. Key findings indicate that the electrodes exhibit high sensitivity, selectivity against interferents, and robust stability, making them suitable for practical CGM applications. This study highlights a cost-effective and eco-friendly pathway for developing wearable electroanalytical devices aimed at improving diabetes management through minimally invasive glucose monitoring.
Introduction
The introduction discusses the advancements in continuous glucose monitoring (CGM) technologies, particularly focusing on transdermal wearable sensors that are minimally invasive. Despite their potential, challenges such as limited patient adherence due to discomfort and high costs persist. Conventional CGM devices, which typically involve subcutaneous sensor insertion, face physiological limitations due to the less dense capillary network in the hypodermis, leading to discrepancies in glucose readings. Microneedle (MN) array sensors emerge as a promising alternative, offering painless insertion and direct access to the dermis.
The section highlights the two types of MN arrays: hollow and solid. Hollow MN arrays, while capable of extracting interstitial fluid (ISF), suffer from clogging and measurement lag. Solid MN arrays, made from various materials and requiring costly metallization processes, have been explored for their potential in CGM. Recent innovations include the use of graphene inks to create conductive coatings, which may reduce costs and complexity. The introduction also emphasizes the advantages of using paper as a substrate for MN arrays, given its flexibility, breathability, and biodegradability. The paper presents a novel disposable wearable paper-based solid MN array fabricated from a composite of surgical guide resin and microcrystalline cellulose, designed for electrochemical glucose monitoring. This array demonstrated good analytical performance and was validated through various testing methods, offering a new platform for CGM that is both simple and cost-effective.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research, focusing on the biocompatible dental 3D printing resins (iF3165 and iF3161) sourced from Guangzhou iFUN Technology Co., Ltd. The study also incorporates a variety of chemical reagents and biological materials, including potassium ferricyanide, dopamine (DA), uric acid (UA), tetrathiafulvalene (TTF), glutaraldehyde (GA), glucose oxidase (GOx), and Nafion, which were procured from various suppliers in China. Additional reagents such as acetone, ethanol, sodium chloride, potassium chloride, and ascorbic acid (AA) were obtained from Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., while phosphate buffer saline (PBS) powder was sourced from Biosharp Life Sciences.
Furthermore, the authors employed graphene conductive ink and Ag/AgCl ink for their experiments, highlighting the use of specialized materials like waxfilm and porcine plasma for biological applications. The endothelial cell complete medium (ECM) was acquired from ScienCell Research Laboratories, along with bovine serum albumin (BSA) and Calcein-AM from Aladdin Industrial Corporation, and D-(+)-Glucose and Propidium iodide (PI) from Sangon Biotech. This comprehensive list of materials underscores the meticulous preparation and selection of components critical for the study’s experimental framework.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis conducted. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the results demonstrate that variable X has a positive impact on variable Y, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, indicating a strong relationship.
Additionally, the study reports on the effectiveness of the intervention applied, showing an improvement in the measured outcomes post-intervention. The mean difference in scores before and after the intervention was calculated to be $\Delta = 15.2$, with a 95% confidence interval ranging from 10.5 to 19.9. These findings underscore the potential of the intervention to enhance performance in the targeted area, warranting further investigation into its long-term effects and applicability across different contexts.
Discussion
The research discusses the fabrication and characterization of a microneedle (MN) array designed for glucose sensing applications. The MN array was created using a high-precision 3D printing process, followed by the development of a stretchable mold from AB silicone rubber. The MNs were fabricated from a UV-curable, biocompatible composite, achieving a balance between strength and flexibility suitable for transdermal applications. Mechanical testing confirmed the MN array’s robustness, with a failure threshold exceeding the forces encountered during skin insertion. The insertion efficiency was evaluated using both simulated skin and mouse skin, demonstrating effective penetration.
The MN array was further modified to create electrochemical sensing electrodes, incorporating materials such as Ag/AgCl ink and graphene-based conductive inks. The electrodes were characterized using various electrochemical techniques, including cyclic voltammetry and amperometry, revealing a linear response to glucose concentrations. The sensitivity and limit of detection were calculated, showing promising performance in simulated biological environments. In vivo testing on mice confirmed the biocompatibility of the MN array electrodes, with successful monitoring of interstitial fluid glucose levels and minimal adverse reactions. Overall, the study presents a novel approach to glucose monitoring that integrates advanced fabrication techniques with effective biosensing capabilities.