超親(qin)水(shui)微針(zhen)技(ji)術(shu)突(tu)破！微納3D打印(yin)推(tui)動無創(chuang)健康(kang)監(jian)測新時(shi)代(dai)

隨著材料科學(xue)、微加工(gong)技(ji)術(shu)和(he)現代(dai)醫(yi)學(xue)的融(rong)合(he)發(fa)展，微針(zhen)作為微創(chuang)介(jie)入(ru)診(zhen)療(liao)領(ling)域的壹項突(tu)破性技(ji)術(shu)，憑借(jie)其(qi)能(neng)夠穿透皮(pi)膚(fu)角質層、顯(xian)著(zhu)提升(sheng)藥物遞(di)送(song)效率及實現生物標(biao)誌(zhi)物實時監(jian)測的優(you)勢(shi)，已(yi)成(cheng)為(wei)生物醫(yi)學(xue)工(gong)程前沿的(de)重(zhong)要研(yan)究方(fang)向(xiang)。

近日(ri)，土(tu)耳(er)其(qi)科奇大(da)學(xue)發(fa)表於《Advanced Materials Technologies》的(de)研(yan)究展示了(le)利(li)用(yong)微納3D打印(yin)技(ji)術(shu)制(zhi)備(bei)的(de)超親(qin)水(shui)空(kong)心(xin)微針(zhen)貼(tie)片，該(gai)貼(tie)片能(neng)夠有效采集皮(pi)膚(fu)組織(zhi)間(jian)液(ye)（ISF）並實現生物標(biao)誌(zhi)物的(de)現(xian)場檢測。在(zai)這(zhe)項突(tu)破性研(yan)究中(zhong)，摩(mo)方(fang)精(jing)密(mi)的(de)microArch® S230（精(jing)度：2μm）3D打印(yin)系統發(fa)揮(hui)了(le)關鍵作用，為(wei)微針(zhen)結構的精(jing)密(mi)制(zhi)造(zao)提供了(le)核心(xin)技(ji)術(shu)支(zhi)撐。

組織(zhi)間(jian)液(ye)作為細(xi)胞生活(huo)的直接液(ye)體(ti)環境，占細(xi)胞外液(ye)的(de)約(yue)75%，其(qi)生物標(biao)誌(zhi)物組成(cheng)與(yu)血(xue)液(ye)高(gao)度相似(si)。研究表明(ming)，ISF中(zhong)包含(han)了(le)豐(feng)富(fu)的(de)疾病相關指(zhi)標，有望(wang)成(cheng)為(wei)替(ti)代(dai)傳(chuan)統血(xue)液診(zhen)斷的理(li)想(xiang)樣(yang)本(ben)源。然而，ISF在(zai)皮(pi)膚(fu)真皮(pi)層中(zhong)的含(han)量(liang)極低(di)，提取(qu)技(ji)術(shu)面(mian)臨(lin)重(zhong)大(da)挑戰(zhan)。傳統的(de)ISF采集方(fang)法，如吸(xi)皰(pao)法和(he)活(huo)檢穿刺，不僅(jin)會給(gei)患(huan)者(zhe)帶來(lai)不適(shi)和(he)皮(pi)膚(fu)損傷(shang)，還(hai)可(ke)能(neng)因(yin)組織(zhi)損(sun)傷導致生物標(biao)誌(zhi)物濃(nong)度失(shi)真。微透析(xi)技(ji)術(shu)則(ze)需要數(shu)小(xiao)時才(cai)能(neng)完成(cheng)采(cai)樣(yang)，且(qie)膜(mo)通透性(xing)限(xian)制(zhi)了(le)可(ke)采(cai)集分(fen)析物的(de)範(fan)圍(wei)。

因此(ci)，開(kai)發(fa)能(neng)夠快速(su)、提取(qu)足量(liang)ISF（≥1μL）的新(xin)技(ji)術(shu)成(cheng)為(wei)當務之(zhi)急(ji)。在(zai)這(zhe)項研究中(zhong)，研究團(tuan)隊(dui)采(cai)用(yong)摩(mo)方(fang)精(jing)密(mi)面(mian)投影微立體(ti)光(guang)刻(ke)（PμSL）技(ji)術(shu)，成(cheng)功(gong)制(zhi)備(bei)了(le)具(ju)有(you)優(you)異機械性能(neng)和(he)生物兼(jian)容性(xing)的(de)多通道空(kong)心(xin)微針(zhen)。通過(guo)摩(mo)方(fang)精(jing)密(mi)microArch® S230 3D打印(yin)系統，研(yan)究人(ren)員(yuan)設(she)計並制(zhi)造(zao)了(le)不同(tong)高(gao)度、基(ji)底直徑(jing)和(he)微通(tong)道(dao)數量(liang)的圓(yuan)錐形(xing)微針(zhen)陣列。每(mei)個微針(zhen)貼(tie)片包(bao)含(han)10×10陣列的微針(zhen)，覆蓋(gai)面(mian)積為16×16mm²。掃(sao)描電(dian)子(zi)顯微鏡(jing)（SEM）分(fen)析顯(xian)示，制(zhi)備(bei)的(de)微針(zhen)針(zhen)尖直徑(jing)約(yue)為(wei)5μm，與(yu)基(ji)於光(guang)刻(ke)技(ji)術(shu)制(zhi)備(bei)的(de)微針(zhen)針(zhen)尖半徑(jing)相當。

隨後本研究通過(guo)化(hua)學(xue)氣相沈積在(zai)微針(zhen)通道(dao)表面(mian)塗覆二(er)氧化(hua)矽(gui)層，顯(xian)著(zhu)提高(gao)了(le)親(qin)水(shui)性(xing)，從(cong)而增強了(le)通(tong)過(guo)微通(tong)道(dao)的ISF吸(xi)附能(neng)力(li)。改(gai)性(xing)後(hou)，微針(zhen)的靜(jing)態(tai)水(shui)接觸(chu)角從(cong)約(yue)72°降(jiang)至(zhi)9°，表明(ming)親(qin)水(shui)性(xing)得(de)到(dao)顯(xian)著(zhu)改(gai)善(shan)。這(zhe)種(zhong)超親(qin)水(shui)塗層使微針(zhen)能(neng)夠從(cong)瓊脂糖凝膠(jiao)中(zhong)提取(qu)液體，而未(wei)經(jing)處理(li)的(de)微針(zhen)無法從(cong)瓊脂糖凝膠(jiao)中(zhong)提取(qu)任(ren)何(he)液體(ti)。二(er)氧化(hua)矽(gui)塗覆的(de)微針(zhen)在(zai)插(cha)入(ru)瓊脂糖凝膠(jiao)後幾(ji)秒鐘內(nei)即(ji)可填充(chong)藍(lan)色(se)染(ran)液(ye)，展現出被(bei)動液體(ti)吸收(shou)能(neng)力(li)。力(li)學(xue)性能(neng)測試表(biao)明(ming)，3D打印(yin)微針(zhen)在(zai)壓(ya)縮(suo)、剪(jian)切和(he)穿透力(li)下(xia)均(jun)表現(xian)出優(you)異(yi)的機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)。在(zai)高(gao)達0.40 N/針(zhen)的壓(ya)縮載(zai)荷(he)下(xia)，微針(zhen)未(wei)出現(xian)斷(duan)裂跡象，證(zheng)實了(le)其(qi)穿(chuan)透皮(pi)膚(fu)而不會發(fa)生機(ji)械(xie)屈(qu)服(fu)的(de)機械強度。

隨後，細(xi)胞毒性實驗驗(yan)證(zheng)了(le)3D打印(yin)微針(zhen)貼(tie)片在(zai)二(er)氧化(hua)矽(gui)塗層前後的(de)生物相容性(xing)。與(yu)對(dui)照(zhao)組相比，浸泡在(zai)含(han)有微針(zhen)的培(pei)養基(ji)中(zhong)的細(xi)胞在(zai)24小(xiao)時和(he)72小(xiao)時後(hou)表(biao)現(xian)出相當的細(xi)胞活(huo)力(li)，表明(ming)3D打印(yin)微針(zhen)在(zai)塗層前後均(jun)無毒性作用。

研(yan)究人(ren)員(yuan)通過將比色(se)分(fen)析法集成(cheng)到(dao)微針(zhen)貼(tie)片中(zhong)，實現了(le)對(dui)取(qu)樣(yang)液體中(zhong)生物標(biao)誌(zhi)物的(de)直接、定(ding)量(liang)分(fen)析。並(bing)選(xuan)擇尿素和pH作為目(mu)標生物標(biao)誌(zhi)物，集成(cheng)的(de)微流(liu)體(ti)室包(bao)含(han)基(ji)於紙(zhi)質的尿素和pH比色(se)分(fen)析法，用(yong)於檢(jian)測提取(qu)的ISF中(zhong)的尿素和pH水(shui)平(ping)。實驗結果顯示，該貼(tie)片能(neng)夠有效檢測ISF中(zhong)的尿素和pH水(shui)平(ping)，檢(jian)測範(fan)圍(wei)覆蓋(gai)生理(li)相關濃度。尿素檢測的線性相關系數(shu)R²=0.98，檢(jian)測限(xian)為0.83 mM，表(biao)明(ming)該方(fang)法在(zai)實際應用中(zhong)的可行性(xing)和(he)有效性。

這(zhe)項研究開(kai)發(fa)的超親(qin)水(shui)微針(zhen)貼(tie)片可(ke)集成(cheng)到(dao)各(ge)種(zhong)ISF設(she)備(bei)中(zhong)，擴展其用(yong)於檢(jian)測ISF中(zhong)多種(zhong)生物標(biao)誌(zhi)物的(de)應用，被(bei)動ISF提取(qu)能(neng)力(li)為連(lian)續(xu)健(jian)康(kang)監(jian)測設(she)備(bei)的(de)設(she)計和生產(chan)提供了(le)重(zhong)大(da)進(jin)展。

這(zhe)壹突(tu)破性研(yan)究體現(xian)了(le)微納3D打印(yin)在(zai)生物醫(yi)學(xue)領域(yu)的巨大(da)應用潛力(li)。為綜(zong)合(he)提升(sheng)設(she)備(bei)打印(yin)效率，S230升級(ji)為(wei)S230A，在(zai)延續(xu)2μm超高打印(yin)精(jing)度優勢(shi)的(de)同(tong)時(shi)，其(qi)集成(cheng)的(de)自動水(shui)平(ping)調(tiao)節(jie)系統實現了(le)平(ping)臺(tai)自動調平(ping)、繃膜(mo)動態(tai)校準與(yu)滾(gun)刀(dao)智能(neng)調(tiao)節(jie)等(deng)關鍵工(gong)序(xu)的自動化(hua)。

S230A通(tong)過智能(neng)化(hua)的(de)工(gong)藝參數優(you)化(hua)，在(zai)保(bao)證(zheng)表面(mian)質量(liang)和尺(chi)寸精(jing)度的前提下(xia)，實現生產(chan)效率的大(da)幅(fu)提升(sheng)，滿足生物醫(yi)療(liao)領域的(de)超高精(jing)度3D打印(yin)需求(qiu)，包(bao)括(kuo)微針(zhen)、微流(liu)控(kong)、器官芯(xin)片、仿生器件(jian)等(deng)精(jing)密(mi)結構制(zhi)備(bei)。

未(wei)來(lai)，這(zhe)種(zhong)超親(qin)水(shui)微針(zhen)貼(tie)面(mian)有(you)望(wang)廣(guang)泛(fan)應用於臨(lin)床(chuang)研究、制(zhi)藥進(jin)展、化(hua)妝(zhuang)品和連續(xu)健(jian)康(kang)監(jian)測等(deng)領(ling)域(yu)，特別(bie)是(shi)在(zai)需要頻(pin)繁(fan)監(jian)測生物標(biao)誌(zhi)物的(de)慢(man)性病管理(li)方(fang)面(mian)具(ju)有(you)廣(guang)闊(kuo)前景(jing)。結合(he)摩(mo)方(fang)精(jing)密(mi)的(de)微納3D打印(yin)技(ji)術(shu)，研(yan)究人(ren)員(yuan)和工(gong)程師能(neng)夠開(kai)發(fa)出更為(wei)精(jing)準、舒(shu)適(shi)的(de)健(jian)康(kang)監測設(she)備(bei)，為(wei)個性化(hua)醫(yi)療開(kai)辟(pi)新(xin)的可能(neng)性(xing)。