隨著材料科學(xué)、微加工技術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的融合發(fā)展，微針作為微創(chuàng)介入診療領(lǐng)域的一項(xiàng)突破性技術(shù)，憑借其能夠穿透皮膚角質(zhì)層、顯著提升藥物遞送效率及實(shí)現(xiàn)生物標(biāo)志物實(shí)時(shí)監(jiān)測的優(yōu)勢，已成為生物醫(yī)學(xué)工程前沿的重要研究方向。

近日，土耳其科奇大學(xué)發(fā)表于《Advanced Materials Technologies》的研究展示了利用微納3D打印技術(shù)制備的超親水空心微針貼片，該貼片能夠有效采集皮膚組織間液（ISF）并實(shí)現(xiàn)生物標(biāo)志物的現(xiàn)場檢測。在這項(xiàng)突破性研究中，摩方精密的microArch® S230（精度：2μm）3D打印系統(tǒng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為微針結(jié)構(gòu)的精密制造提供了核心技術(shù)支撐。

組織間液作為細(xì)胞生活的直接液體環(huán)境，占細(xì)胞外液的約75%，其生物標(biāo)志物組成與血液高度相似。研究表明，ISF中包含了豐富的疾病相關(guān)指標(biāo)，有望成為替代傳統(tǒng)血液診斷的理想樣本源。然而，ISF在皮膚真皮層中的含量極低，提取技術(shù)面臨重大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的ISF采集方法，如吸皰法和活檢穿刺，不僅會(huì)給患者帶來不適和皮膚損傷，還可能因組織損傷導(dǎo)致生物標(biāo)志物濃度失真。微透析技術(shù)則需要數(shù)小時(shí)才能完成采樣，且膜通透性限制了可采集分析物的范圍。

因此，開發(fā)能夠快速、提取足量ISF（≥1μL）的新技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，成功制備了具有優(yōu)異機(jī)械性能和生物兼容性的多通道空心微針。通過摩方精密microArch® S230 3D打印系統(tǒng)，研究人員設(shè)計(jì)并制造了不同高度、基底直徑和微通道數(shù)量的圓錐形微針陣列。每個(gè)微針貼片包含10×10陣列的微針，覆蓋面積為16×16mm2。掃描電子顯微鏡（SEM）分析顯示，制備的微針針尖直徑約為5μm，與基于光刻技術(shù)制備的微針針尖半徑相當(dāng)。

隨后本研究通過化學(xué)氣相沉積在微針通道表面涂覆二氧化硅層，顯著提高了親水性，從而增強(qiáng)了通過微通道的ISF吸附能力。改性后，微針的靜態(tài)水接觸角從約72°降至9°，表明親水性得到顯著改善。這種超親水涂層使微針能夠從瓊脂糖凝膠中提取液體，而未經(jīng)處理的微針無法從瓊脂糖凝膠中提取任何液體。二氧化硅涂覆的微針在插入瓊脂糖凝膠后幾秒鐘內(nèi)即可填充藍(lán)色染液，展現(xiàn)出被動(dòng)液體吸收能力。力學(xué)性能測試表明，3D打印微針在壓縮、剪切和穿透力下均表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能。在高達(dá)0.40 N/針的壓縮載荷下，微針未出現(xiàn)斷裂跡象，證實(shí)了其穿透皮膚而不會(huì)發(fā)生機(jī)械屈服的機(jī)械強(qiáng)度。

隨后，細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了3D打印微針貼片在二氧化硅涂層前后的生物相容性。與對(duì)照組相比，浸泡在含有微針的培養(yǎng)基中的細(xì)胞在24小時(shí)和72小時(shí)后表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)募?xì)胞活力，表明3D打印微針在涂層前后均無毒性作用。

研究人員通過將比色分析法集成到微針貼片中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)取樣液體中生物標(biāo)志物的直接、定量分析。并選擇尿素和pH作為目標(biāo)生物標(biāo)志物，集成的微流體室包含基于紙質(zhì)的尿素和pH比色分析法，用于檢測提取的ISF中的尿素和pH水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該貼片能夠有效檢測ISF中的尿素和pH水平，檢測范圍覆蓋生理相關(guān)濃度。尿素檢測的線性相關(guān)系數(shù)R2=0.98，檢測限為0.83 mM，表明該方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性。

這項(xiàng)研究開發(fā)的超親水微針貼片可集成到各種ISF設(shè)備中，擴(kuò)展其用于檢測ISF中多種生物標(biāo)志物的應(yīng)用，被動(dòng)ISF提取能力為連續(xù)健康監(jiān)測設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供了重大進(jìn)展。

這一突破性研究體現(xiàn)了微納3D打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。為綜合提升設(shè)備打印效率，S230升級(jí)為S230A，在延續(xù)2μm超高打印精度優(yōu)勢的同時(shí)，其集成的自動(dòng)水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平、繃膜動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)與滾刀智能調(diào)節(jié)等關(guān)鍵工序的自動(dòng)化。

S230A通過智能化的工藝參數(shù)優(yōu)化，在保證表面質(zhì)量和尺寸精度的前提下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的大幅提升，滿足生物醫(yī)療領(lǐng)域的超高精度3D打印需求，包括微針、微流控、器官芯片、仿生器件等精密結(jié)構(gòu)制備。

未來，這種超親水微針貼面有望廣泛應(yīng)用于臨床研究、制藥進(jìn)展、化妝品和連續(xù)健康監(jiān)測等領(lǐng)域，特別是在需要頻繁監(jiān)測生物標(biāo)志物的慢性病管理方面具有廣闊前景。結(jié)合摩方精密的微納3D打印技術(shù)，研究人員和工程師能夠開發(fā)出更為精準(zhǔn)、舒適的健康監(jiān)測設(shè)備，為個(gè)性化醫(yī)療開辟新的可能性。