超聲輔助可(ke)替(ti)換式(shi)六(liu)角星(xing)形水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)高效采(cai)集(ji)皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)

皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)（Dermal interstitial fluid）是(shi)存在於(yu)皮(pi)膚(fu)細(xi)胞與組(zu)織(zhi)間(jian)的液(ye)體(ti)，富(fu)含生物標誌物。它(ta)不僅(jin)含有與血(xue)液(ye)中(zhong)相(xiang)當(dang)的系(xi)統性(xing)生物標誌物，還(hai)能(neng)提供(gong)比(bi)血(xue)液(ye)更(geng)為精確(que)的(de)局(ju)部(bu)疾(ji)病(bing)相(xiang)關(guan)標誌物。此外，皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)被(bei)廣(guang)泛(fan)用(yong)於監(jian)測治療(liao)藥(yao)物，與血(xue)液(ye)藥(yao)代(dai)動(dong)力學(xue)相比(bi)，監(jian)測皮(pi)膚(fu)藥(yao)代(dai)動力學(xue)能提供(gong)治(zhi)療藥物在病(bing)變和非病變皮(pi)膚(fu)中(zhong)分(fen)布(bu)的更(geng)精確(que)信息(xi)。重要的是(shi)，皮(pi)膚(fu)藥(yao)代(dai)動力學(xue)數據(ju)有助於(yu)全面了解(jie)新(xin)型(xing)局部(bu)藥物遞(di)送系(xi)統的生物性能，並(bing)在臨(lin)床開發(fa)中(zhong)實現制劑(ji)配(pei)方優(you)化(hua)。傳統的皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)提取方法(fa)主要包括(kuo)皮(pi)膚(fu)活(huo)檢(jian)、水皰(pao)吸(xi)引(yin)法(fa)、微(wei)透析和開放微(wei)灌註。然(ran)而，這些方法(fa)不(bu)僅(jin)過程繁瑣(suo)耗(hao)時(shi)，而且具(ju)有較高(gao)的侵入(ru)性(xing)，容(rong)易(yi)對皮(pi)膚(fu)造(zao)成(cheng)局部(bu)損傷(shang)，限制(zhi)了其(qi)在臨(lin)床環境(jing)中的(de)頻(pin)繁使(shi)用(yong)。因(yin)此，開發(fa)壹(yi)種(zhong)無(wu)痛(tong)、微創(chuang)且高(gao)效的皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)采(cai)樣(yang)策略顯得(de)尤(you)為重(zhong)要。

為此(ci)，中(zhong)國科學(xue)院(yuan)杭州(zhou)醫(yi)學(xue)研(yan)究所常皓(hao)研(yan)究員(yuan)團(tuan)隊開發(fa)了壹(yi)款(kuan)超聲輔助的可(ke)替(ti)換式(shi)六(liu)角星(xing)形水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)貼(tie)片(pian)（圖1）。該(gai)微針具(ju)備良好的力學(xue)強度，能(neng)夠輕(qing)松穿(chuan)刺(ci)皮(pi)膚(fu)，準(zhun)確(que)到(dao)達(da)富含皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)的(de)真皮(pi)層(ceng)。微(wei)針在穿(chuan)刺(ci)皮(pi)膚(fu)後(hou)能(neng)迅(xun)速(su)膨(peng)脹(zhang)，並(bing)在商業化(hua)手持超聲儀產生的(de)局(ju)部(bu)超聲效果的(de)助(zhu)力下(xia)，快(kuai)速(su)足(zu)量(liang)的(de)吸(xi)取(qu)皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)。該(gai)方法(fa)的(de)采集效率(lv)比(bi)現(xian)有方法(fa)提高了20倍(bei)以(yi)上，操作簡便且(qie)無(wu)痛(tong)，提取的(de)皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)與生(sheng)物標誌物可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)從微(wei)針(zhen)中分(fen)離(li)用(yong)於後(hou)續檢(jian)測。這壹(yi)方法(fa)為皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)及(ji)生物標誌物的快(kuai)速(su)、足(zu)量(liang)獲(huo)取提供(gong)了新(xin)途(tu)徑，有助於(yu)生理指(zhi)標檢(jian)測、疾(ji)病(bing)診(zhen)斷(duan)、治(zhi)療幹(gan)預(yu)響應(ying)監(jian)測、致病(bing)機制研(yan)究以(yi)及(ji)新藥開發(fa)等(deng)多(duo)個(ge)領域的發(fa)展。

該(gai)研(yan)究成(cheng)果以(yi)題(ti)為“Efficient extraction of interstitial fluid using an ultrasonic-powered replaceable hexagram-shaped hydrogel microneedle patch for monitoring of dermal pharmacokinetics and psoriatic biomarkers"於(yu)2026年(nian)01月10日(ri)發表在工(gong)程技術領域學(xue)術期刊《Chemical Engineering Journal》上。醫(yi)學(xue)所與浙(zhe)江(jiang)工(gong)業大(da)學(xue)的聯培(pei)碩(shuo)士(shi)生陸少傑（材(cai)料(liao)科學(xue)與工(gong)程學(xue)院(yuan)）為第壹(yi)作(zuo)者(zhe)，課(ke)題(ti)組原(yuan)科研(yan)助理(li)黎智(zhi)銘為共(gong)同(tong)第壹(yi)作(zuo)者(zhe)，常(chang)皓(hao)研(yan)究員(yuan)為通(tong)訊(xun)作者。

研(yan)究團(tuan)隊采(cai)用(yong)摩方精密(mi)nanoArch® S130（精度(du)：2 μm）高精度(du)3D打(da)印(yin)設備(bei)與模(mo)具(ju)微成(cheng)型(xing)制備(bei)技術，利(li)用(yong)可(ke)光交聯的甲(jia)基丙(bing)烯酸透明(ming)質(zhi)酸(suan)（MeHA），成(cheng)功制備出(chu)具(ju)有不同(tong)形狀(zhuang)結(jie)構(gou)的水(shui)凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)貼(tie)片(pian)。通過(guo)體外實驗和COMSOL仿真模擬(ni)，證明(ming)了六(liu)角(jiao)星(xing)形水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)在穿(chuan)刺(ci)性能(neng)和皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)采(cai)集(ji)速(su)度方面(mian)顯著優(you)於其(qi)他(ta)形狀(zhuang)的(de)水(shui)凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)（圖2）。

真皮(pi)中的(de)致密(mi)細(xi)胞外基(ji)質(zhi)產生(sheng)了高(gao)液(ye)壓阻力，限制(zhi)了皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)的(de)流(liu)動(dong)，這(zhe)對(dui)水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)僅(jin)通過(guo)擴(kuo)散提取大(da)量(liang)皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)構(gou)成(cheng)了重(zhong)大(da)挑戰。為此(ci)，團(tuan)隊進(jin)壹(yi)步(bu)開發(fa)了壹(yi)種(zhong)可(ke)替(ti)換的(de)裝(zhuang)置(zhi)基座(zuo)，將(jiang)六角(jiao)星(xing)形水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)貼(tie)片(pian)固定在基(ji)座(zuo)上(shang)，並(bing)與商業化(hua)的手持超聲儀相結(jie)合(he)。這種(zhong)設(she)計使得(de)在使(shi)用(yong)完(wan)畢後(hou)，貼(tie)片(pian)能夠輕(qing)松替(ti)換。在超聲的輔助下(xia)，該(gai)微(wei)針在1分(fen)鐘(zhong)內能從豬(zhu)皮(pi)中采(cai)集超過15微升的皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)，采(cai)集(ji)效(xiao)率比(bi)無(wu)超聲輔助的水(shui)凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)提高了2倍(bei)以(yi)上（圖3）。

研(yan)究團(tuan)隊在小鼠皮(pi)下註射(she)小分(fen)子(zi)藥物甲(jia)氨蝶(die)呤（MTX）後(hou)，利(li)用(yong)該微(wei)針(zhen)采(cai)集皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)進(jin)行(xing)藥代(dai)動(dong)力學(xue)檢(jian)測。通過(guo)這(zhe)種方法(fa)檢(jian)測的MTX皮(pi)膚(fu)藥(yao)代(dai)動力學(xue)曲線與臨(lin)床目(mu)前采用(yong)的皮(pi)膚(fu)活(huo)檢(jian)方法(fa)壹(yi)致，而與血(xue)液(ye)中(zhong)的(de)藥(yao)代動(dong)力學(xue)趨(qu)勢(shi)則有所不同(tong)，表明(ming)了該(gai)方法(fa)能(neng)夠代(dai)替(ti)臨床采用(yong)的皮(pi)膚(fu)活(huo)檢(jian)取樣(yang)方法(fa)用(yong)於皮(pi)膚(fu)藥(yao)代(dai)動力學(xue)的檢(jian)測，也可(ke)以(yi)看出(chu)皮(pi)膚(fu)藥(yao)代(dai)動力學(xue)無法(fa)通(tong)過血(xue)液(ye)藥(yao)代(dai)動(dong)力學(xue)來替(ti)代（圖(tu)4）。緊接(jie)著，團(tuan)隊建(jian)立了自免性皮(pi)膚(fu)病(bing)銀(yin)屑病的小鼠模型(xing)，在銀(yin)屑(xie)病發(fa)展的過程中，通(tong)過(guo)該方法(fa)成(cheng)功獲取間(jian)隙(xi)液(ye)，實(shi)現(xian)了對(dui)銀(yin)屑病(bing)相(xiang)關大分(fen)子(zi)標誌物IL-17和IL-22的檢(jian)測，結(jie)果與通(tong)過(guo)采(cai)血(xue)檢(jian)測的結(jie)果趨(qu)勢(shi)壹(yi)致（圖(tu)5）。這證明(ming)了超聲輔助的可(ke)替(ti)換式(shi)六(liu)角星(xing)形水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)有望在皮(pi)膚(fu)病(bing)檢(jian)測中替(ti)代傳(chuan)統的(de)采血(xue)方法(fa)。

綜(zong)上所述，該(gai)超聲輔助的可(ke)替(ti)換式(shi)六(liu)角星(xing)形水凝(ning)膠(jiao)微針(zhen)為皮(pi)膚(fu)間(jian)隙(xi)液(ye)的(de)采(cai)集(ji)提供(gong)了壹(yi)種(zhong)便(bian)捷、高效且患(huan)者友(you)好的全新方案(an)。它(ta)有望替(ti)代現(xian)有的采(cai)血(xue)和皮(pi)膚(fu)活(huo)檢(jian)等(deng)侵入(ru)性(xing)方法(fa)，廣(guang)泛應(ying)用(yong)於多(duo)種生(sheng)物醫(yi)學(xue)檢(jian)測和診斷領域。