在皮肤中，过氧化氢（H₂O₂）既是一种重要的信号分子，也是通过直接氧化和自由基生成引发氧化应激的驱动因素[1]。H₂O₂水平升高是白癜风和皮肤上皮瘤等皮肤疾病的常见特征，这证实了它作为关键病理生物标志物的地位[2]。因此，准确且原位定量检测皮肤中的H₂O₂动态对于阐明疾病机制和指导治疗至关重要。
传统的H₂O₂检测技术（如色谱法、荧光测定法和电分析法）依赖于侵入性采样和体外分析，这使得它们复杂、耗时且不适合连续监测。此外，它们的侵入性引发了患者不适和感染风险的担忧[3]。因此，开发一种能够进行非侵入性和原位监测H₂O₂的传感平台仍然是一个亟待解决的挑战。
为此，快速可靠的信号转导机制至关重要。纳米酶是一种模仿天然酶催化功能的纳米材料，已成为一种强有力的方法[4]。特别是，模拟过氧化物酶（POD）的纳米酶可以在H₂O₂存在下催化显色底物的氧化，产生可通过智能手机相机量化的独特显色信号[5]。这一能力使它们成为强大的分子转换器，将局部的H₂O₂水平转换为光学读数，适用于即时诊断[6]。在各种纳米酶中，钯（Pd）纳米颗粒以其极高的POD样活性而闻名[7]。然而，它们倾向于聚集，从而影响催化稳定性并阻碍实际应用[8]。克服这一限制的一个有前景的策略是将Pd纳米颗粒稳定在坚固的多孔支架中。本研究采用了多孔配位网络-224（PCN-224），这是一种基于卟啉的锆金属有机框架（MOF），我们之前的工作已经证明它是一种安全有效的皮肤载体[9]，[10]。由于MOF的基本特性——具有明确的孔隙[11]，PCN-224不仅能够限制和稳定Pd纳米颗粒的聚集，还能协同增强其催化性能，从而产生高活性和稳定的复合纳米酶Pd-PCN。
对于皮肤应用，这种纳米酶传感器需要一个微创平台来穿透皮肤屏障。在这方面，微针（MN）阵列已成为一种非常有前景的方法[12]。虽然基于纳米酶的微针在医疗治疗中已经得到广泛应用[13]，但它们在传感领域的应用仍是一个新兴领域。目前的显色微针传感器大多依赖于类似过氧化物酶的纳米酶来分析还原剂，或者依赖于与天然酶结合的混合系统来分析特定分子（如葡萄糖）[14]，[15]。然而，在微针传感器中使用模拟POD的纳米酶通常会引入由多组分反应系统带来的组成复杂性，导致微针仅用于采样或输送[16]，[17]。这种分离阻碍了完全集成和原位平台的开发。在这里，我们展示了一个集成系统（Pd-PCN/TMB@MN），该系统将模拟POD的Pd-PCN和TMB共同固定在单个微针基质中，用于直接检测H₂O₂。与基于电化学的皮肤H₂O₂微针传感器（例如，将中空微针与普鲁士蓝/碳纳米管复合电极结合的系统）[18]不同，我们的工作专注于显色传感策略。因此，一个关键挑战在于开发一个能够保证在整个测量期间稳定信号采集和优异生物相容性的多功能微针基质。
在这里，我们设计了一种可持续使用的（即从应用到移除期间保持完整性的）水凝胶微针贴片。Pd-PCN纳米酶和显色底物TMB依次被纳入其基质中，确保了使用过程中的结构完整性和生物相容性。微针在皮肤中创建了暂时的微通道。水合后，膨胀的基质提供了理想的水性微环境，其中扩散的H₂O₂触发了与TMB的纳米酶催化显色反应，产生局部蓝色信号。该信号通过智能手机相机实时捕获，并通过RGB分析进行定量分析，提供了一个可靠的现场H₂O₂监测平台。
