Microneedle-Coupled Epidermal Sensors for In-Situ-Multiplexed Ion Detection in Interstitial Fluids

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作者
Dan Zhu,Yu Rong Tan,Le Wen Zheng,Jia Zheng Lao,Ji Yang Liu,Jing Yu,Peng Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (11): 14146-14154 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00573
摘要

Maintaining the concentrations of various ions in body fluids is critical to all living organisms. In this contribution, we designed a flexible microneedle patch coupled electrode array (MNP-EA) for the in situ multiplexed detection of ion species (Na+, K+, Ca2+, and H+) in tissue interstitial fluid (ISF). The microneedles (MNs) are mechanically robust for skin or cuticle penetration (0.21 N/needle) and highly swellable to quickly extract sufficient ISF onto the ion-selective electrochemical electrodes (∼6.87 μL/needle in 5 min). The potentiometric sensor can simultaneously detect these ion species with nearly Nernstian response in the ranges wider enough for diagnosis purposes (Na+: 0.75–200 mM, K+: 1–128 mM, Ca2+: 0.25–4.25 mM, pH: 5.5–8.5). The in vivo experiments on mice, humans, and plants demonstrate the feasibility of MNP-EA for timely and convenient diagnosis of ion imbalances with minimal invasiveness. This transdermal sensing platform shall be instrumental to home-based diagnosis and health monitoring of chronic diseases and is also promising for smart agriculture and the study of plant biology.
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