下肢外周动脉疾病(PAD)是仅次于冠心病和中风的第三大最常见的动脉粥样硬化性血管疾病。它与高达三倍的心血管风险增加有关，在严重的情况下可能导致截肢。由PAD引起的血流中断会导致缺血症状，如间歇性跛行和劳累疼痛。然而，大多数轻度或慢性PAD患者没有临床症状来使他们意识到疾病的发生或进展。PAD可以通过临床问卷和踝臂收缩压的比较来诊断和监测，称为踝肱指数(ABI)。虽然ABI提供了很高的敏感性和特异性，但它不能评估血液流动受损和缺氧性损害所造成的组织损伤。监测pH值的变化可以充分反映缺血损伤造成的组织损伤，因为缺氧促进无氧糖酵解，导致乳酸酸中*。然而，由于汗液、水和化妆品等污染物的影响，记录皮肤的pH值存在着不准确的缺点。此外，皮肤的正常菌群会改变皮肤的pH值水平，而感染性皮肤状况会妨碍存在血管灌注测量的准确性。为了准确评估PAD疾病，直接测量大面积皮肤酸度是很重要的。因此，对于绘制PAD疾病的pH分布图，诊断工具有两个特点：穿透皮肤的能力和在大面积皮肤适应的能力。
微针平台是令人满意的穿透方案之一。最早在硅芯片上实现的微针(称为犹他州阵列)穿透大脑，从深部获取生物电信号进行手术。此外，微针已经用于外部传感平台，无需手术，通过哺乳动物的皮肤接触真皮部位，以高精度测量生理信号。他们还测量了生化参数，包括pH、血糖水平和其他诊断标记物。为了获得大面积的覆盖和空间信息，人们在亚微米厚的衬底上开发了高灵敏度的柔性电子系统。为了同时获得渗透性和大面积覆盖率，利用聚合物将药物输送到皮肤，无需手术即可进入透皮区，从而开发出一种柔性微针。此外，微针上的电极或聚合物涂层可用于传感应用。因此，这种柔性微针系统显示出作为能够进入真皮部位并覆盖大面积的诊断工具的潜力。
创新点韩国先进科学技术研究院的WonryungLee和Byeong-SooBae的科研团队通过以高杨氏模量的环氧硅氧烷为微针，以低杨氏模量的聚二甲基硅氧烷为基板，研制了一种基于混合基板的微针传感器。将聚苯胺沉积在微针上，用于pH传感。通过将该装置插入猪皮次，评估了该装置的机械耐久性。最后，柔性微针pH传感器在外周动脉疾病模型中显示了它们在监测大鼠体内pH分布的有效性。
文章解析图1.带环氧硅氧烷聚合物微针的柔性pH传感器阵列
(A)柔性微针pH传感器阵列结构示意图。插图：设备的横截面。(B)带微针的5×5pH传感器阵列。比例尺，5毫米。(C)微针的扫描电镜图像。比例尺，毫米。插图：多胺沉积在微针上的图像。比例尺，5毫米。
图2.带有微针的pH传感器阵列的电特性
(A)5×5pH传感器阵列的显微镜图像。比例尺，5毫米。(B)微针的3D显微镜图像。(C)单个pH传感器的开路电位(OCP)随pH变化的时间曲线。(D)25个酸碱度传感器开路电位的变化。(E)pH灵敏度在5×5pH传感器阵列中的分布。(F)PMC3A镀膜后5×5pH传感器阵列的pH灵敏度分布。
图3.带微针的pH传感器阵列的机械特性
(A)纳米压痕测试性能示意图。(B)对纳米压痕后的SU-8、环氧硅氧烷聚合物的SEM图像基板进行评价。刻度尺，25mm(插图)和5mm。(C)插入猪皮的循环过程中5×5pH传感器阵列的显微镜图像。比例尺，毫米。(D)PANI电极与Ag/AgCl参比电极之间位置阻抗的长期稳定性。(E)单一pH传感器OCP曲线的长期稳定性。
图4.血管阻塞模型大鼠腿部活体记录
(A)单个柔性pH传感器在血管阻塞大鼠身上的设置照片。比例尺，10毫米。(B)记录了带有微针的酸碱度传感器的开路电位变化。(C)外周动脉疾病(PAD)模型手术照片。比例尺，2.5毫米。(D)分别用微针型传感器(左)和非针型传感器(右)显示位置和pH值分布的照片。比例尺，10毫米。
读后感本文采用通过集成两种不同杨氏模量的硅氧烷聚合物，在软基上开发了一种新型的多微针pH传感器阵列。分别以PDMS和环氧硅氧烷为软基和微针。这些材料的杨氏模量分别为5MPa和3GPa。通过这些集成基底，该装置具有两个优点，分别是高杨氏模量环氧硅氧烷的皮肤渗透性和低杨氏模量PDMS的皮肤整合性。此外，与SU-8和硅等其他微针材料相比，环氧硅氧烷表现出较高的时间依赖回复力。在一种可整合的微针杂化衬底上沉积了30nm厚的金电极。采用对二甲苯作为钝化层。将聚苯胺(PANI)化学沉积在金电极上，用于pH传感。所有pH传感器表面均覆盖有聚丙烯酸3-甲氧基丙酯(PMC3A)，与蛋白质的粘附性较低。新研制的适形微针pH传感器的机械稳定性是通过反复插入猪的皮肤来评估的。最后，通过外周血管疾病大鼠模型真皮层pH分布的测量，验证了这些适形微针pH传感器的医用适用性，但仍需进一步通过人体实验来验证其相关数据。