新(xin)型(xing)叉指電(dian)極微(wei)針(zhen)傳(chuan)感器(qi)，壹(yi)步實(shi)現血(xue)管內皮(pi)生(sheng)長因子(zi)的(de)微創連續監(jian)測

隨(sui)著材(cai)料科學、微加(jia)工(gong)技(ji)術和現代(dai)醫(yi)學的(de)融(rong)合(he)發(fa)展(zhan)，微針(zhen)作(zuo)為微創介入診(zhen)療(liao)領(ling)域的(de)壹(yi)項(xiang)突(tu)破性技術(shu)，憑(ping)借其能夠無痛(tong)穿透(tou)皮(pi)膚(fu)角(jiao)質(zhi)層、顯(xian)著提升(sheng)藥物遞送(song)效(xiao)率及(ji)實(shi)現生(sheng)物標誌物(wu)實(shi)時(shi)監(jian)測的(de)優勢(shi)，已(yi)成(cheng)為生物(wu)醫學工(gong)程(cheng)前沿(yan)的(de)重要研究方(fang)向。

然(ran)而，該技(ji)術從(cong)實(shi)驗室(shi)研(yan)究向臨床轉(zhuan)化(hua)與(yu)規模(mo)化(hua)生(sheng)產(chan)的(de)過程(cheng)中，仍面臨嚴(yan)峻的(de)制(zhi)備(bei)挑(tiao)戰(zhan)：微針(zhen)需(xu)同時(shi)滿(man)足微(wei)米級(ji)結(jie)構(gou)精(jing)度(du)、優良(liang)生(sheng)物(wu)相(xiang)容性(xing)、足夠機(ji)械強度(du)以(yi)及(ji)復(fu)雜(za)功能集(ji)成等(deng)多重要求(qiu)，而傳統(tong)機(ji)加工(gong)技(ji)術在材(cai)料適應性、復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)實(shi)現能力(li)及(ji)大規(gui)模(mo)生(sheng)產(chan)壹(yi)致(zhi)性(xing)方(fang)面仍存在顯(xian)著局(ju)限。

以(yi)土(tu)耳(er)其科(ke)奇大學團(tuan)隊(dui)開發的(de)血管內皮(pi)生(sheng)長因子(zi)（VEGF）檢測微(wei)針(zhen)為例，其(qi)采用(yong)叉指電(dian)極結(jie)構(gou)有(you)效(xiao)提(ti)升(sheng)了生(sheng)物傳(chuan)感(gan)的(de)靈敏度(du)，然(ran)而在微針(zhen)陣(zhen)列成型(xing)環(huan)節(jie)仍(reng)依賴傳統(tong)翻模(mo)工(gong)藝，對材(cai)料兼(jian)容性(xing)、工(gong)藝穩(wen)定性及(ji)設備(bei)精度(du)提出(chu)了高(gao)要求(qiu)。在此背景下(xia)，摩方(fang)精(jing)密(mi)面投(tou)影(ying)微立(li)體光(guang)刻(ke)（PμSL）技(ji)術(shu)可(ke)實(shi)現高(gao)精度(du)模(mo)具的(de)快(kuai)速制(zhi)造，為微針(zhen)結(jie)構(gou)的(de)復(fu)雜(za)功能集(ji)成、性(xing)能提升及(ji)後(hou)續產(chan)業(ye)化(hua)落地(di)提(ti)供(gong)了創新性(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

研究團(tuan)隊(dui)提出壹(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)電(dian)化(hua)學阻抗譜(pu)（EIS）傳(chuan)感(gan)器(qi)，該傳(chuan)感(gan)器(qi)采用(yong)基(ji)於叉指電(dian)極的(de)微針(zhen)（MidE），可(ke)以(yi)進行(xing)VEGF檢測。這種(zhong)創新方(fang)法提高(gao)了生(sheng)物標(biao)誌物(wu)檢(jian)測的(de)靈敏度(du)和特(te)異(yi)性(xing)，為診斷(duan)和預(yu)防(fang)醫(yi)學中的(de)連續監(jian)測應用(yong)奠定了基(ji)礎(chu)。相(xiang)關(guan)研究成果以(yi)“Microneedles with Interdigitated Electrodes for In Situ Impedimetric VEGF Sensing"為題發表(biao)在國(guo)際期(qi)刊《Advanced Materials Interfaces》上(shang)。

這項(xiang)研(yan)究通過結(jie)合微(wei)創采樣(yang)的(de)優勢(shi)和(he)先進的(de)阻抗傳感(gan)功能，旨在提升(sheng)患者(zhe)健康監(jian)測的(de)質(zhi)量和治(zhi)療(liao)的(de)有(you)效(xiao)性(xing)。研(yan)究人員先利用(yong)摩方(fang)精(jing)密(mi)面投(tou)影(ying)微立(li)體光(guang)刻(ke)（PμSL）技(ji)術(shu)（microArch® S230，精度(du)：2 μm）制(zhi)備(bei)聚(ju)乳(ru)酸(suan)（PLA）微針(zhen)的(de)陽模(mo)，隨(sui)後(hou)通過PDMS翻(fan)模(mo)得到具有(you)精細(xi)結(jie)構(gou)的(de)陰(yin)模(mo)，最終(zhong)通過蒸發(fa)沈(chen)積(ji)工(gong)藝制(zhi)備(bei)出金(jin)質(zhi)叉(cha)指電(dian)極，整(zheng)個(ge)制(zhi)備(bei)流程(cheng)如(ru)圖(tu)1所(suo)示。

如(ru)圖(tu)2所(suo)示，最終(zhong)制(zhi)得的(de)微針(zhen)貼(tie)片集(ji)成了叉(cha)指電(dian)極結(jie)構(gou)，每個(ge)貼(tie)片在7 mm×7 mm的(de)基(ji)底(di)上(shang)分布約36根(gen)微針(zhen)。每根(gen)微(wei)針(zhen)高(gao)度(du)為1.5 mm，相(xiang)鄰微針(zhen)中心間距為1.2 mm。憑(ping)借其光(guang)滑的(de)表面和極(ji)細(xi)的(de)針(zhen)尖(jian)，該微(wei)針(zhen)可(ke)實(shi)現快(kuai)速表(biao)皮穿透(tou)，並(bing)最大(da)限度(du)地減(jian)輕(qing)組(zu)織(zhi)損(sun)傷(shang)，有(you)助於刺入部(bu)位(wei)快(kuai)速愈(yu)合。

為檢驗微(wei)針(zhen)的(de)力(li)學強度(du)及(ji)其在皮膚(fu)穿刺過程(cheng)中的(de)機(ji)械穩(wen)定性，研究團(tuan)隊(dui)使用(yong)力(li)學測試(shi)裝置對(dui)微針(zhen)的(de)機(ji)械性能進行(xing)了表(biao)征。結(jie)果(guo)顯(xian)示，每根(gen)微(wei)針(zhen)可(ke)以(yi)承(cheng)受的(de)最大(da)力(li)為0.275 N，高於人體(ti)皮(pi)膚角(jiao)質(zhi)層的(de)典型(xing)穿刺閾(yu)值(zhi)（通常約為0.05–0.1 N/針(zhen)），表(biao)明其具備(bei)足夠的(de)機(ji)械強度(du)以(yi)完(wan)整(zheng)穿透(tou)皮(pi)膚(fu)而不發(fa)生斷(duan)裂(lie)或變形。此外(wai)，團(tuan)隊(dui)還通過橫(heng)向剪(jian)切實(shi)驗評(ping)估了微(wei)針(zhen)的(de)抗側向應力(li)能力(li)，當采(cai)用(yong)力(li)傳感(gan)探頭施加(jia)0.27 N的(de)剪(jian)切力(li)時(shi)，微(wei)針(zhen)結(jie)構(gou)未(wei)觀(guan)察(cha)到可(ke)見(jian)損(sun)傷(shang)或功能性失效(xiao)，顯(xian)示其具有(you)良好(hao)的(de)機(ji)械韌性(xing)和(he)抗剪(jian)切特(te)性，能夠在復(fu)雜(za)力(li)學環(huan)境(jing)中保(bao)持結構(gou)完(wan)整(zheng)性。

為驗證(zheng)該(gai)微(wei)針(zhen)在電(dian)容式(shi)生物傳(chuan)感中的(de)應用(yong)潛力(li)，研究團(tuan)隊(dui)構(gou)建(jian)了基(ji)於叉指電(dian)極的(de)微針(zhen)傳(chuan)感器(qi)系(xi)統(tong)，用(yong)於檢測VEGF的(de)濃度(du)。該傳(chuan)感(gan)器(qi)通過固定抗VEGF抗體進行(xing)功能化(hua)修(xiu)飾，形成特(te)異(yi)性(xing)識別(bie)界面。在逐步添加VEGF抗原的(de)過程(cheng)中，觀(guan)察(cha)到目標(biao)生(sheng)物(wu)標(biao)誌物(wu)的(de)電(dian)容值(zhi)出現顯(xian)著上(shang)升(sheng)。電(dian)容的(de)變化(hua)可(ke)能是由於微針(zhen)上(shang)的(de)不飽和(he)抗VEGF抗體，即(ji)使(shi)處於復(fu)雜(za)生(sheng)物(wu)基(ji)質(zhi)環(huan)境(jing)下，這些抗體也(ye)對(dui)VEGF保(bao)持高度(du)特(te)異(yi)性(xing)。

總結：本(ben)研(yan)究開發的(de)基(ji)於叉指電(dian)極的(de)微針(zhen)制(zhi)備(bei)方(fang)法，有(you)望顯(xian)著促進原位(wei)電(dian)容傳(chuan)感技術(shu)的(de)進步。此類(lei)微針(zhen)兼(jian)具優異(yi)的(de)柔韌性(xing)和(he)高彈(dan)性，能夠在大鼠(shu)皮膚實(shi)驗中保(bao)持結構(gou)完(wan)整(zheng)、無斷裂，這對(dui)於註重舒適度(du)的(de)未來可(ke)穿戴(dai)傳(chuan)感(gan)設(she)備(bei)應用(yong)具有(you)重要意(yi)義。同時(shi)，該(gai)技(ji)術(shu)采(cai)用(yong)的(de)原位(wei)針(zhen)上(shang)傳(chuan)感策(ce)略(lve)規避了傳(chuan)統(tong)采樣(yang)方(fang)法常見(jian)的(de)復(fu)雜(za)流(liu)程(cheng)，為蛋(dan)白質(zhi)生(sheng)物(wu)標(biao)誌物(wu)實(shi)現無(wu)痛、微創的(de)連續監(jian)測提(ti)供(gong)了支(zhi)持。