Mit der Entwicklung der Fusion von Materialwissenschaften, Mikroverarbeitungstechnologien und moderner Medizin hat sich die Mikronadel als bahnbrechende Technologie im Bereich der minimal invasiven Interventionstherapie durch ihre Fähigkeit, die Haut zu durchdringen, die Effizienz der Arzneimittellieferung erheblich zu verbessern und die Echtzeitüberwachung von Biomarkern zu erreichen, zu einer wichtigen Forschungsrichtung an der Spitze der biomedizinischen Technik geworden.

Kürzlich zeigte die Universität Koç in der Türkei eine Studie, die in der Zeitschrift "Advanced Materials Technologies" veröffentlicht wurde, dass ein ultrahydrophiler hohler Mikronadel-Patch, der mit der Mikronano-3D-Drucktechnologie hergestellt wurde, effektiv die Intergewebenflüssigkeit der Haut (ISF) aufnimmt und die Erkennung von Biomarkern vor Ort ermöglicht. In dieser bahnbrechenden Studie hat die präzise MicroArch ® Das 3D-Drucksystem S230 (Genauigkeit: 2 μm) spielt eine entscheidende Rolle und bietet Kerntechnologie zur Präzisionsfertigung von Mikronadelstrukturen.

Intergewebenflüssigkeiten, die als direkte flüssige Umgebung des Zelllebens dienen, machen etwa 75% der extrazellulären Flüssigkeit aus und ihre biomarkerische Zusammensetzung ähnelt dem Blut in hohem Maße. Studien zeigen, dass ISF eine Vielzahl von krankheitsbezogenen Indikatoren enthält, die eine ideale Probenquelle als Alternative zur herkömmlichen Blutdiagnose sein können. ISF ist jedoch in sehr niedrigen Mengen in der Hautkortex und die Extraktionstechnik steht vor großen Herausforderungen. Traditionelle ISF-Erfassungsmethoden, wie Fibroscopie und Biopsie-Piercing, verursachen nicht nur Unbehagen und Hautschäden, sondern können auch Verzerrungen der Biomarkerkonzentration durch Gewebeschäden verursachen. Die Mikrodialysetechnik dauert mehrere Stunden, bis die Probenahme abgeschlossen ist, und die Membranperformabilität begrenzt den Bereich der erfassbaren Analysate.

Daher ist die Entwicklung neuer Technologien, die eine schnelle und ausreichende Menge an ISF (≥1 μL) extrahieren können, eine dringende Priorität. In dieser Studie entwickelte das Forscherteam erfolgreich mehrkanale hohle Mikronadeln mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Biokompatibilität unter Verwendung der Technologie der PμSL (Micro-Stereolithographie). Durch MicroArch ® Mit dem S230 3D-Drucksystem haben die Forscher kegelförmige Mikronadel-Arrays mit unterschiedlichen Höhen, Grunddurchmessern und Anzahl von Mikrokanälen entworfen und hergestellt. Jeder Mikronadel-Patch enthält eine 10 x 10-Array von Mikronadeln mit einer Abdeckungsfläche von 16 x 16 mm². Die Analyse des Scan-Elektronenmikroskops (SEM) zeigte, dass der Durchmesser der hergestellten Mikronadel-Spitze etwa 5 μm beträgt, was dem Radius der Mikronadel-Spitze entspricht, der auf der Lithographie basierend hergestellt wurde.

Die anschließende Studie beschichtete eine Schicht von Siliziumdioxid durch chemische Gasphase-Ablagerung auf der Oberfläche des Mikronadelkanals, was die Hydrophilität erheblich verbesserte und somit die ISF-Adsorptionsfähigkeit durch den Mikrokanal verbesserte. Nach der Modifizierung sank der statische Wasserkontaktwinkel der Mikronadel von etwa 72° auf 9°, was auf eine deutliche Verbesserung der Hydrophilität hindeutet. Diese ultra-hydrophile Beschichtung ermöglicht es Mikronadeln, Flüssigkeiten aus dem Gel zu extrahieren, während unbehandelte Mikronadeln keine Flüssigkeiten aus dem Gel extrahieren können. Die Siliziumdioxid-beschichtete Mikronadel füllt die blaue Flüssigkeit innerhalb weniger Sekunden nach dem Einfügen des Gels aus und zeigt eine passive Flüssigkeitsabsorption. Mechanische Eigenschaften-Tests haben gezeigt, dass 3D-gedruckte Mikronadeln bei Kompression, Schneiden und Durchdringen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zeigen. Bei einer Kompressionsbelastung von bis zu 0,40 N/Nadel zeigte die Mikronadel keine Anzeichen eines Bruchs, was ihre mechanische Festigkeit bestätigte, die die Haut durchdringt, ohne dass eine mechanische Unterwerfung auftritt.

Anschließend bestätigten zytotoxische Experimente die Biokompatibilität von 3D-gedruckten Mikronadelplastern vor und nach Siliziumdioxidbeschichtungen. Im Vergleich zu der Kontrollgruppe zeigten Zellen, die in einem Medium eingetaucht waren, das Mikronadeln enthielt, eine erhebliche Zellvinalität nach 24 und 72 Stunden, was darauf hindeutet, dass 3D-gedruckte Mikronadeln vor und nach der Beschichtung nicht toxisch waren.

Die Forscher ermöglichten eine direkte, quantitative Analyse der Biomarker in der Abnahmeflüssigkeit durch die Integration der Farbvergleichsanalyse in Mikronadelplaster. Und Harnstoff und pH als Zielbiomarker ausgewählt, enthält die integrierte Mikroflüssigkeitskammer eine papierbasierte Harnstoff- und pH-Vergleichsanalyse zur Erkennung von Harnstoff- und pH-Spiegeln im extrahierten ISF. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der Patch in der Lage war, Harnstoff- und pH-Spiegel in ISF effektiv zu erkennen, mit einem Messbereich, der physiologisch relevante Konzentrationen abdeckt. Der lineare Korrelationskoeffizient R² = 0,98 für den Harnstofftest mit einer Detektionsgrenze von 0,83 mM zeigt die Machbarkeit und Wirksamkeit der Methode in der Praxis.

Die von dieser Forschung entwickelten ultra-hydrophilen Mikronadel-Patches können in eine Vielzahl von ISF-Geräten integriert werden, um ihre Anwendungen für die Erkennung einer Vielzahl von Biomarkern in ISF zu erweitern, und die passive ISF-Extraktionsfähigkeit bietet erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung und Herstellung von Geräten zur kontinuierlichen Gesundheitsüberwachung.

Diese bahnbrechende Forschung zeigt das enorme Anwendungspotenzial des Mikronano-3D-Drucks in der Biomedizin. Um die Druckeffizienz der Geräte umfassend zu verbessern, wurde der S230 auf den S230A aktualisiert, wobei der Vorteil der ultrahohen Druckgenauigkeit von 2 μm fortgesetzt wird und sein integriertes automatisches horizontales Regelsystem die Automatisierung von Schlüsselprozessen wie die automatische Abgleichung der Plattform, die dynamische Kalibrierung der Bandage und die intelligente Regelung der Rollen ermöglicht.

Durch intelligente Prozessparameteroptimierung erzielt der S230A eine erhebliche Produktionseffizienz unter Gewährleistung der Oberflächenqualität und der AbmessungsgenauigkeitErhöhenErfüllen Sie die Anforderungen an ultrapräzisen 3D-Druck im biomedizinischen Bereich, einschließlich der Präzisionsstrukturvorbereitung von Mikronadeln, Mikrofluiden, Organchips und Bionikgeräten.

In Zukunft wird erwartet, dass diese ultrahydrophile Mikronadel-Beschichtung in Bereichen wie klinischer Forschung, pharmazeutischem Fortschritt, Kosmetik und kontinuierlicher Gesundheitsüberwachung weit verbreitet wird, insbesondere bei chronischem Krankheitsmanagement, bei dem häufige Überwachung von Biomarkern erforderlich ist. In Kombination mit der präzisen Micronano-3D-Drucktechnologie von Morgon können Forscher und Ingenieure präzisere und komfortablere Gesundheitsüberwachungsgeräte entwickeln, die neue Möglichkeiten für die personalisierte Medizin eröffnen.