С интеграцией материаловедения, технологии микрообработки и современной медицины микроигла, как прорывная технология в области минимально инвазивной интервенционной диагностики и лечения, стала важным направлением исследований на переднем крае биомедицинской инженерии, благодаря своим преимуществам, которые могут проникать в роговой слой кожи, значительно повышать эффективность доставки лекарств и осуществлять мониторинг биомаркеров в режиме реального времени.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials Technologies в Университете Коча в Турции, демонстрирует ультрагидрофильный полый пластырь микроиглы, разработанный с использованием технологии 3D - печати на микронах, который может эффективно собирать межтканевые жидкости кожи (ISF) и проводить полевые испытания биомаркеров. В этом прорывном исследовании MOPAN MicroArch ® Система 3D - печати S230 (точность: 2 мкм) играет ключевую роль, обеспечивая основную техническую поддержку для точного производства микроигл.

Межтканевая жидкость, как непосредственная жидкая среда, в которой живут клетки, составляет около 75% внеклеточной жидкости, а ее биомаркер по составу очень похож на кровь. Исследования показывают, что ISF содержит богатый набор показателей, связанных с болезнями, и, как ожидается, станет идеальным источником образцов для замены традиционной диагностики крови. Тем не менее, содержание ISF в коже крайне низкое, и технология экстракции сталкивается с серьезными проблемами. Традиционные методы сбора ISF, такие как герпесизация и биопсия, не только вызывают дискомфорт и повреждение кожи у пациентов, но и могут привести к искажению концентрации биомаркеров из - за повреждения тканей. Метод микродиализа занимает несколько часов, чтобы завершить отбор проб, а мембранная проницаемость ограничивает диапазон собираемых анализов.

Поэтому разработка новых технологий, способных быстро извлекать достаточное количество ISF (≥ 1 мкл), становится приоритетной задачей. В этом исследовании команда успешно подготовила многоканальные полые микроиглы с отличными механическими свойствами и биологической совместимостью, используя технологию микростереолитографии с прецизионной проекцией поверхности Морфана (P - μSL). Прецизионный MicroArch ® Система 3D - печати S230 была спроектирована и изготовлена коническими микроиглами различной высоты, диаметра основания и количества микроканалов. Каждый пластырь с микроиглой содержит массив 10×10 микроигл, охватывающий площадь 16×16 мм². Анализ сканирующей электронной микроскопии (SEM) показал, что диаметр подготовленных кончиков микроигл составляет около 5 мкм, что соответствует радиусу кончиков микроигл, подготовленных на основе фотолитографии.

Затем это исследование покрыло слой диоксида кремния на поверхности микроиглового канала химическим осаждением в газовой фазе, что значительно улучшило гидрофильность, тем самым повысив адсорбционную способность ISF через микроканал. После модификации статические водные контактные щупальца микроиглы снизились примерно с 72° до 9°, что свидетельствует о значительном улучшении гидрофильности. Это сверхгидрофильное покрытие позволяет микроиглам извлекать жидкость из агаринового геля, в то время как необработанные микроиглы не могут извлекать какую - либо жидкость из агаринового геля. Микросиглы, покрытые диоксидом кремния, заполняют синий краситель в течение нескольких секунд после вставки агаринового геля, демонстрируя пассивную способность к поглощению жидкости. Тесты на механические свойства показывают, что 3D - печатные микроиглы демонстрируют отличные механические свойства при сжатии, сдвиге и проникновении. При сжатии до 0,40 Н / иглы микроигла не показала признаков разрушения, что подтверждает механическую прочность, с которой она проникает в кожу без механической текучести.

Впоследствии эксперименты по цитотоксичности подтвердили биологическую совместимость 3D - печатных микроигл до и после покрытия диоксидом кремния. По сравнению с контрольной группой клетки, пропитанные питательной средой, содержащей микроиглы, показали значительную клеточную активность через 24 и 72 часа, что указывает на то, что 3D - печатные микроиглы не оказывают токсического воздействия до и после покрытия.

Интегрируя колориметрический анализ в пластырь микроиглы, исследователи провели прямой количественный анализ биомаркеров в жидкостях, отобранных для отбора проб. И выбирая мочевину и pH в качестве целевых биомаркеров, интегрированная микрожидкостная камера содержит бумажный анализ мочевины и цвета pH для обнаружения уровней мочевины и pH в извлеченных ISF. Эксперименты показали, что пластырь может эффективно обнаруживать уровни мочевины и pH в ISF, охватывая уровни, связанные с физиологией. Коэффициент линейной корреляции для определения мочевины R² = 0,98, ограничение обнаружения 0,83 мм указывает на осуществимость и эффективность этого метода в практическом применении.

Разработанные в этом исследовании ультрагидрофильные микроиглы могут быть интегрированы в различные устройства ISF, расширяя их применение для обнаружения различных биомаркеров в ISF, а пассивные возможности извлечения ISF обеспечивают значительный прогресс в проектировании и производстве оборудования для непрерывного мониторинга здоровья.

Это прорывное исследование демонстрирует огромный потенциал применения микронано - 3D - печати в биомедицине. Для комплексного повышения эффективности печати оборудования S230 был обновлен до S230A, продолжая преимущество сверхвысокой точности печати 2 мкм, интегрированная система автоматического горизонтального регулирования реализовала автоматизацию ключевых процессов, таких как автоматическая выравнивание платформы, динамическая калибровка натяжной пленки и интеллектуальная регулировка ролика.

S230A Благодаря интеллектуальной оптимизации технологических параметров, обеспечивая качество поверхности и точность размера, достигается значительная производительностьповышениеДля удовлетворения потребностей в сверхвысокоточной 3D - печати в области биомедицины, включая микроиглы, микроуправление потоком, органные чипы, бионические устройства и другую точную конструкционную подготовку.

Ожидается, что в будущем эта ультрагидрофильная микроигла будет широко использоваться в клинических исследованиях, фармацевтических разработках, косметике и непрерывном мониторинге здоровья, особенно в борьбе с хроническими заболеваниями, требующими частого мониторинга биомаркеров. В сочетании с современными технологиями микро - нано - 3D - печати, исследователи и инженеры смогли разработать более точные и удобные устройства для мониторинга здоровья, которые открывают новые возможности для персонализированной медицины.