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南京(jing)工業(ye)大(da)學高(gao)兵兵團隊：仿生(sheng)超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片，用(yong)於(yu)高(gao)效傷口(kou)管(guan)理(li)

更(geng)新(xin)時間：2024-02-21

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在(zai)過(guo)去的(de)幾(ji)十(shi)年(nian)中，微(wei)流(liu)控芯(xin)片作(zuo)為(wei)處(chu)理微(wei)小液滴(di)或小體(ti)積液體(ti)樣品的小型實驗室裝(zhuang)置，具(ju)有(you)快(kuai)速分析(xi)、小容量(liang)處(chu)理和(he)成(cheng)本效益高等(deng)優點。然(ran)而，微(wei)流(liu)控芯(xin)片在(zai)臨(lin)床(chuang)分析(xi)領(ling)域(yu)面臨(lin)著諸多(duo)局(ju)限(xian)性(xing)。為(wei)了提(ti)高(gao)適(shi)應(ying)性(xing)和(he)集成(cheng)度(du)，有必(bi)要(yao)向更(geng)小、更(geng)復(fu)雜的(de)尺(chi)寸發展(zhan)。現(xian)有的(de)微(wei)流(liu)控芯(xin)片缺(que)乏(fa)三維（3D）分析(xi)能(neng)力，急需(xu)開(kai)發(fa)壹種高(gao)度(du)集成(cheng)的超構微(wei)流(liu)控芯(xin)片，以(yi)實現(xian)多(duo)維流(liu)體(ti)控制(zhi)。近(jin)年(nian)來，基於光(guang)子(zi)晶體(ti)（PC）膜的(de)分析(xi)方法因其具(ju)有(you)非(fei)接(jie)觸(chu)、可視化(hua)的傳(chuan)感(gan)特性(xing)而備(bei)受(shou)關註(zhu)，具(ju)有(you)將(jiang)生(sheng)物(wu)化(hua)學信(xin)號轉(zhuan)換成(cheng)光信號的能力，當其(qi)結(jie)合(he)上(shang)微(wei)流(liu)控微(wei)針時，可以(yi)實現(xian)傷口(kou)部位(wei)的(de)原位監測(ce)和(he)高效(xiao)管(guan)理(li)。

圖片(pian)

圖1 超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針（MMMs）用於智(zhi)能(neng)傷口(kou)管(guan)理(li)（包(bao)括(kuo)運(yun)動傳感(gan)、生化(hua)分析(xi)和(he)傷口(kou)愈合(he)）的(de)示意(yi)圖

據麥姆(mu)斯(si)咨詢(xun)報道(dao)，近(jin)日(ri)，南京(jing)工業(ye)大(da)學藥(yao)學院高兵兵副教授(shou)團隊在(zai)國際(ji)材料(liao)科學學術(shu)期(qi)刊(kan)《Advanced Functional Materials》（IF=19.00）上(shang)發(fa)表(biao)題(ti)為(wei)“Rolling Stone Gathers Moss: Rolling Microneedles Generate Meta Microfluidic Microneedles (MMMs)"的研(yan)究成(cheng)果，報道(dao)了基於滾(gun)動微(wei)針制(zhi)備(bei)仿生(sheng)超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針芯(xin)片（MMMs）用(yong)於(yu)高(gao)效傷口(kou)管(guan)理(li)的(de)最(zui)新研究。研究人員(yuan)采用(yong)市售滾(gun)動微(wei)針（RMNs）實現(xian)雙(shuang)面滲透(tou)和(he)圖案(an)化(hua)設計(ji)，使(shi)其(qi)既能用(yong)於(yu)制(zhi)備(bei)微(wei)針，又可以(yi)構建三維多(duo)層微(wei)流(liu)控通道。這種(zhong)制(zhi)備(bei)方法具(ju)有(you)快(kuai)速簡(jian)便高(gao)效(xiao)的優勢，該生(sheng)物(wu)啟(qi)發的超構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片在(zai)傷口(kou)管(guan)理(li)、臨(lin)床(chuang)給(gei)藥以(yi)及(ji)即(ji)時(shi)診(zhen)斷（POCT）等(deng)領(ling)域(yu)都具(ju)有(you)巨大(da)的(de)發展(zhan)潛力。南京(jing)工業(ye)大(da)學藥(yao)學院碩士(shi)二年(nian)級研究生周錢為第壹作(zuo)者(zhe)，高兵兵副教授(shou)為該論(lun)文的通訊作(zuo)者(zhe)。

該研究使(shi)用(yong)了壹(yi)種(zhong)特(te)殊的工具(ju)——滾(gun)動微(wei)針（RMNs）。利用滾動微(wei)針，研究人員(yuan)首先在(zai)拉(la)伸(shen)的聚二甲(jia)基矽氧(yang)烷(wan)（PDMS）模具(ju)上(shang)垂(chui)直(zhi)滾(gun)動出(chu)負模，再(zai)填(tian)充所(suo)需(xu)的材料(liao)，真(zhen)空幹燥，最(zui)終(zhong)得(de)到(dao)所(suo)需(xu)的微(wei)針（圖2）。滾(gun)動微(wei)針在(zai)本(ben)文研究中發揮(hui)了兩(liang)種(zhong)作(zuo)用，除(chu)了上(shang)文提(ti)及(ji)的作(zuo)為(wei)制(zhi)備(bei)微(wei)針的模具(ju)，另(ling)壹(yi)作用(yong)是在(zai)膜(mo)上(shang)創(chuang)建孔(kong)洞，這些(xie)孔(kong)洞被設(she)計在(zai)特(te)定的(de)位(wei)置，完(wan)成(cheng)3D微(wei)流(liu)控通道的(de)構建，實現(xian)雙(shuang)面滲透(tou)和(he)圖案(an)化(hua)設計(ji)，以(yi)方便藥(yao)物(wu)和(he)待測(ce)液的(de)輸送。當(dang)待(dai)測(ce)液順(shun)著(zhe)微(wei)流(liu)控通道自驅流(liu)動，到(dao)孔(kong)洞位置時(shi)，待測(ce)液將(jiang)會(hui)流(liu)入(ru)第二層，再順(shun)著(zhe)通道及(ji)孔(kong)洞到(dao)達第三層，直(zhi)至(zhi)到(dao)達檢(jian)測(ce)區(qu)。滾動微(wei)針這種(zhong)簡便的(de)工具(ju)，為(wei)創(chuang)建多(duo)層次微(wei)流(liu)控通道提(ti)供了新(xin)思路。

圖2 超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針芯(xin)片貼(tie)片的(de)制(zhi)作過(guo)程和(he)表(biao)征

受(shou)到(dao)大(da)自然中生物(wu)體(ti)（閃蝶(die)翅膀(pang)，孔(kong)雀(que)羽毛(mao)）利用(yong)周期性(xing)微(wei)觀結構創(chuang)造出(chu)許(xu)多(duo)引(yin)人(ren)註(zhu)目的結(jie)構色(se)的啟(qi)發，研究人員(yuan)利用(yong)排列(lie)有(you)序(xu)的單(dan)分散(san)電(dian)致(zhi)變(bian)色(se)光子(zi)晶體(ti)（EPC）納(na)米(mi)粒子(zi)，自組(zu)裝(zhuang)幹燥制(zhi)備(bei)了人(ren)工合(he)成(cheng)的光子(zi)晶體(ti)。其具(ju)備(bei)周期性(xing)結(jie)構，能夠(gou)有(you)選擇(ze)性(xing)地(di)透(tou)過(guo)或反射(she)特(te)定波長的(de)光(guang)。研究人員(yuan)將(jiang)滾(gun)動微(wei)針與光子(zi)晶體(ti)膜結(jie)合，設(she)計的(de)3D多(duo)層微(wei)流(liu)控通道解(jie)決(jue)了流(liu)體(ti)自發流(liu)動的問題。在(zai)毛(mao)細力的作(zuo)用(yong)下(xia)，流(liu)體(ti)無需(xu)外部驅動力即(ji)可(ke)自發流(liu)動。流(liu)體(ti)在(zai)流(liu)過光子(zi)晶體(ti)膜時(shi)會產(chan)生明(ming)顯(xian)的(de)顏(yan)色(se)反應(ying)，還(hai)具(ju)有(you)熒光(guang)增強的(de)功(gong)能（圖3），因此可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)監測(ce)小鼠(shu)傷口(kou)的炎(yan)癥因子(zi)（IL-6、CRP）。基於這些(xie)特點(dian)，這種(zhong)超構微(wei)流(liu)控微(wei)針芯(xin)片在(zai)促進組(zu)織再生(sheng)、創(chuang)面愈合和(he)傷口(kou)管(guan)理(li)方面的實用(yong)性(xing)能(neng)已通過小鼠(shu)傷口(kou)模型(xing)的全層皮膚(fu)創(chuang)面得(de)到(dao)證(zheng)實（圖4）。這些(xie)結果(guo)表(biao)明(ming)，超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片在(zai)傷口(kou)愈合(he)、組(zu)織工程等(deng)生物(wu)醫學領(ling)域(yu)具(ju)有(you)廣(guang)闊的應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。

圖3 超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片對(dui)熒光(guang)的選擇(ze)性(xing)增強示(shi)意(yi)圖

圖4 超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片對(dui)表(biao)皮傷口(kou)的活(huo)體(ti)治(zhi)療評(ping)估

綜上(shang)所(suo)述，該(gai)研(yan)究受(shou)生物啟(qi)發使(shi)用(yong)滾(gun)動微(wei)針設計了基於光(guang)子(zi)晶體(ti)的新(xin)型超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片。以(yi)軸(zhou)向陣(zhen)列排列(lie)的(de)滾動微(wei)針作為簡便的(de)微(wei)針設計模板(ban)，同時(shi)在(zai)光(guang)子(zi)晶體(ti)膜上(shang)進(jin)行了圖案(an)化(hua)設計(ji)促進了雙(shuang)面滲透(tou)，形成(cheng)了3D超(chao)構微(wei)流(liu)控通道。與光子(zi)晶體(ti)膜的(de)結合(he)，可以(yi)產(chan)生特別的結構色(se)和(he)熒光(guang)增強作(zuo)用(yong)。研究人員(yuan)對(dui)小鼠(shu)傷口(kou)中的炎(yan)癥因子(zi)（如(ru)IL-6和(he)CRP）進行的(de)實時(shi)監測(ce)證(zheng)明(ming)了超(chao)構微(wei)流(liu)控微(wei)針貼(tie)片在(zai)傷口(kou)管(guan)理(li)和(he)生物(wu)醫(yi)學應(ying)用(yong)方面的潛力。本研(yan)究在(zai)流(liu)體(ti)控制(zhi)方面實現(xian)了突(tu)破，為(wei)臨(lin)床(chuang)給(gei)藥和(he)護理(li)點(dian)檢(jian)測(ce)的應用提(ti)供了新(xin)的(de)可(ke)能性(xing)。

該(gai)研(yan)究工作(zuo)得(de)到(dao)了國家自然基金、江(jiang)蘇省自然科學基金、南京(jing)工業(ye)大(da)學藥(yao)學院學科基金等(deng)項目的支(zhi)持。

上(shang)壹(yi)條(tiao)PμSL微(wei)納(na)3D打(da)印技術在(zai)能(neng)源領域(yu)的(de)進展(zhan)
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