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许多强效药物（如抗生素、抗惊厥药和免疫抑制剂）具有极窄的治疗窗口，剂量稍低则无效，稍高则具有毒性。目前的“治疗药物监测（TDM）”高度依赖稀疏的静脉抽血和中心实验室分析，这导致医生难以及时、动态地调整给药方案。近期，由加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）、澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）、蒙纳士大学、悉尼大学以及生物传感技术公司 Nutromics 组成的国际顶尖联合研究团队，在 Nature Biotechnology 上发表了题为 “Pilot phase clinical trial of a wearable, electrochemical aptamer-based patch for continuous drug concentration measurement” 的重磅研究。该团队成功开发了一款基于电化学核酸适配体（EAB）的微针穿戴贴片，并在首次人体临床试验（First-in-human pilot trial）中实现了对真皮间质液中万古霉素（一种关键抗生素）浓度的高频连续监测。
本研究标志着电化学核酸适配体（EAB）技术正式从动物实验迈向人类临床应用。
联合研发阵容
由加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）的 Kevin W. Plaxco 团队（EAB技术的先驱）与悉尼大学 Sophie L. Stocker 团队领衔，联合了 UNSW、蒙纳士医疗中心以及 Nutromics 公司的工程与临床团队。
技术突破点
传统连续监测（如CGM连续血糖仪）高度依赖“酶”的催化反应，难以扩展到非代谢类药物。本研究采用电化学核酸适配体（EAB）技术，利用带有氧化还原探针的DNA适配体，在结合靶标药物（万古霉素）时发生构象变化产生电信号，实现了无需酶参与的、高度特异性的实时药物浓度读取。
图 1 | EAB传感器作为微创可穿戴“贴片”的部署设计与原理。上图展示了传感器利用DNA适配体构象变化捕捉万古霉素分子的原理，以及将其集成在微型实心穿刺针和柔性贴片上的系统架构。同时附带了大鼠皮肤的组织病理学结果，证明了其微创且安全的特性。
该设备在 6 名健康人类志愿者身上进行了初步安全性与性能验证，展现了极高的临床转化潜力：
卓越的安全性与无痛体验
研究团队将带有微型实心针（直径仅250微米，长3毫米）的传感器贴片贴附在志愿者的手臂、腹部和腿部。临床结果显示，该贴片不仅没有引起任何严重的不良反应，且在哈佛疼痛量表上，受试者对穿刺和移除过程的痛感评分大多低于 2（满分10），实现了近乎“无痛”的佩戴体验。
5分钟级的高频动态追踪
在静脉输注万古霉素后，该贴片能够以 5分钟/次 的高分辨率，在长达 24 小时的时间内连续追踪真皮间质液（ISF）中的游离药物浓度。
图 2 | 人体真皮间质液（ISF）中万古霉素的连续原位测量。图表对比了单个贴片传感器连续捕获的 ISF 万古霉素浓度轨迹（蓝色）与通过抽血获取的总血清药物浓度（红色）。这清晰地展示了药物在血液与间质液之间分布与清除的动态过程。
高度的贴内可重复性与位置一致性
在佩戴的前 12 小时内，同一贴片上两个独立传感器的数据一致性极高（中位决定系数R²= 0.82）。更重要的是，贴在身体不同部位（上臂、下腹部、小腿）的传感器记录到了高度一致的药物代谢动力学（PK）曲线。
图 3 | ISF的药物代谢动力学在不同身体部位之间没有系统性差异。上图展示了分布在身体四个不同位置的传感器捕获的浓度曲线高度重合，表明在测量系统性药物浓度时，贴片的具体佩戴位置并不会造成严重的信号偏差。
为了明确本研究在生物传感领域的突破性地位，我们将其与现有的几类主流药物与代谢物监测技术进行了横向对比：
核心评估： 相较于以往在活体大鼠身上使用中空微流控针头连接外部笨重仪器的 EAB 实验，本研究的最大跨越在于实现了“全集成化（Fully integrated）”与“人体原位（In situ in humans）”。它证明了核酸适配体这种原本极其脆弱的生物识别元件，可以在人体的复杂生理环境中（如真皮层）保持数小时的稳定工作，这为非代谢类药物的连续监测打开了全新纪元。
尽管这项“首例人体试验”取得了巨大成功，但该技术走向临床大规模普及仍面临实质性挑战：
传感器寿命衰减
实验数据表明，传感器在佩戴 12 小时后，其信号再现性和准确度会出现明显下降（R²降至 0.69）。如何抵抗体内酶的降解和生物污损，延长探针的有效工作寿命至数天，是材料学攻关的重点。
ISF与血液的浓度转换延迟
药物从血液渗透到真皮间质液存在明显的生理性时间差（本研究中万古霉素在输注后 2.5-6.6 小时才在 ISF 中达到峰值）。这要求设备不仅是一个传感器，还需要内嵌复杂的房室药代动力学模型（Compartmental modeling）来逆向推导血液浓度，指导精准给药。
实时数据通信整合
目前的原型机将数据存储在本地闪存中，需要在测试结束后下载。未来的迭代版本必须集成低功耗蓝牙（BLE）等实时无线传输模块，才能真正实现闭环的自动化药物输注。
由 UCSB、新南威尔士大学及 Nutromics 领衔的这项多学科联合研究，将基于核酸适配体的传感技术推向了一个新的历史节点。它成功地展示了：未来我们不仅可以实时监测血糖，还能像看手表一样随时追踪体内的抗生素、抗癌药或免疫抑制剂浓度。随着传感器寿命和无线通信的进一步完善，这项技术有望彻底终结盲目的“经验性用药”，开启真正的“精准剂量调节（Precision dosing）”时代。
Booth, M.A., Erdal, M.K., Larson, M. et al. Pilot phase clinical trial of a wearable, electrochemical aptamer-based patch for continuous drug concentration measurement. Nat Biotechnol (2026).
https://doi.org/10.1038/s41587-026-03010-w
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撰文 | 张越青
编辑 | 周宇茜
审核 | 医工学人理事会
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