leyu.乐鱼(中国)-谁说微针只能用一次？“凹”个造型试一试，医疗器械博览会速递这一技术
2023-06-29
微针（Microneedles，MN）是一种新型的物理促透技能，由多个微米级的藐小针尖以阵列的方式毗连于基座上构成，针体一般高10－2000微米、宽10－50微米。微针的长度、巨细及外形可按照医治的需求举行个别化设计。微针能定向穿过角质层，孕育发生微米尺寸的机械通道，将药物直接置在表皮或者上部真皮层，不消经由过程角质层便可介入微轮回，阐扬药理反映。
微针(MN)技能已经成为替换基在血液的测试的替换要领，以得到更具成本效益、个性化、易在利用及快速陈诉的透皮传感装备，合用在及时生物标记物检测。MN的光鲜明显上风是它们可以轻松绕过皮肤的最外层并直接进入皮肤微轮回或者间质液(ISF)，而不会刺破血管、毁伤真皮神经。是以，基在MN或者MN阵列技能的透皮电化学传感器正于成为康健监测及诊断中个性化可穿着装备的前沿技能。
然而，透皮传感器的机能重要会遭到位在MN外貌的传感层的毁坏或者变形的影响，这凡是是因为MN外貌及皮肤构造之间孕育发生的磨擦而发生的。为此，来自Australia的蒙纳士年夜学的Nicolas H. Voelcker团队开发了一种4×4聚合物MN阵列(PMNA)，其单个MN高度为~720 μm，并于MNs外貌集成导电凹陷微腔(MC)，以于插入及移除了历程中掩护传感层皮。作者使用猪皮举行了相干表征及观点验证，注解MNA的三维纳米布局为插入皮肤后连结机能的要害问题提供了替换解决方案。
相干研究结果以“Microneedles with Recessed Microcavities for Electrochemical Sensing in Dermal Interstitial Fluid”为题在近期发表于《ACS Materials Letters》上。
包括微针于内的更多打针器相干产物，尽于医疗器械展览会。曾经于医疗器械展览会中表态的过滤器及静脉打针产物供给商，包括颇尔药液/疏水呼吸通途经滤器、疏水性混淆纤维素膜、自排气周详过滤器、4TipTM 系列吸头滤芯、血液透析器封装体系、鲁尔接头、微流量调治器等。
PMNA的设计如图1所示，这些MC是位在金字塔形MN尖真个导电微型袋，它可以(i)容纳传感层或者生物辨认元件并答应举行电化学阐发技能，(ii)掩护传感层于插入或者移除了，以和(iii)将传感层放置于皮肤（真皮）的适量深层以举行ISF拜候。为了演示该要领，作者预备了一个生物传感器，该传感器由一个电极构成，该电极具备一个4×4 MN阵列，此中包罗用葡萄糖氧化酶(GOx)润色的MC。电极由涂有一层薄薄的Au(Au-PMNA)的生物相容性OrmoComp光刻胶制成（图1a），MC凹陷于MNs外貌（Au-PMNA/MC）（图1b）。
图1 PMNA的设计示用意
起首，经由过程SEM对于掺入MC以前及以后的MN举行形态学表征。顶部（图2a）及歪斜（图2b）视图的SEM显微照片显示4×4的金字塔形MN阵列，间距约800 μm。Au-PMNA的侧视图显示MN高度为～680 μm，底部为～400 μm，MN尖真个锐度为～2.5 μm。图2c及d中的SEM显示乐成制造的MC位在阵列中所有MN的尖端。MC位在金字塔形MN的每一一侧（是以每一个MN有4个MC），每一个MC的底部约为100 μm，双侧约为200 μm，而且从OrmoComp 层的顶部凹进约20 μm 。于AuPMNA 外貌上沉积薄的OrmoComp层致使尺寸发生变化，此中Au-PMNA/MC中的 MNs 具备~ 330 μm的底部及~ 720 μm的高度，而MN尖真个锐度年夜致连结稳定（图2c、d）。
图2 微针的外貌描摹
除了了形态表征外，还有利用电化学技能对于电极制造及外貌改性历程举行了表征。为了测试 Au-PMNA/MC 电极掩护传感层的能力，试验利用猪皮举行研究，以不雅察 MNA 外貌缺乏 (Au-PMNA) 及存于 MC 对于传感器相应的影响。用 GOx 酶润色的 Au-PMNA（图1a）及Au-PMNA/MC（图1b）电极运用在猪皮肤，于此时期MNs遭到磨擦，随后利用 CV、DPV 及 EIS 技能举行测试（图 3）。经由过程记载两个电极的旌旗灯号举行电化学丈量，Au-PMNA（图3a）及Au-PMNA/MC（图3b）的CV图注解，于固定GOx后，氧化还有原峰的电流强度降低。这是因为酶层的外貌拦截作用，它降低了氧化还有原探针到 Au 层的扩散动力学。
利用DPV技能不雅察到近似的举动，此中年夜部门记载低电容电流，提供高敏捷度。Au-PMNA（图3c）电极的DPV图清晰地显示峰值电流强度于于猪皮肤中插入MN后约为0.2 V，而对于具备MC的MN没有不雅察到光鲜明显影响（图3d）。CV及DPV成果与EIS阐发不雅察到的成果一致。按照EIS成果，固定GOx后Au-PMNA的Rct值从 70 ± 5增长到 275 ± 12 Ω，而于将MNs插入猪皮肤后这些值最先降落，注解酶从MN外貌分层（图3e)。相反，Au-PMNA/MC 电极插入猪皮肤后的 Rct 值没有变化（图3f）。
总的来看，CV、DPV及EIS成果清晰地注解，凹陷MC的引入于刺穿皮肤以和从皮肤上去除了MN时期掩护传感层。
图3 电化学表征：CV、DPV及EIS
接着，AuPMNA及Au-PMNA/MC润色的氧化石墨烯电极的拉曼光谱如图所示（图4a-b）。拉曼活性带的强度跟着 Au-PMNA 电极的每一次运用而降低，注解氧化石墨烯从MN外貌丧失。相反，Au-PMNA/MC 电极没有不雅察到统计学上的光鲜明显变化（图4b）。利用 GOx 润色电极不雅察到近似的拉曼成果，此中 GOx 酶被氧化石墨烯非共价标志。此外，为了检测猪尸身皮肤外貌的分层氧化石墨烯（图 4c），于 MN 运用先后对于皮肤外貌举行了阐发。图 4d 显示了运用 AuPMNA/MC (ii) 及 Au-PMNA (iii) 电极以前 (i) 及以后猪皮肤的拉曼光谱，以和皮肤运用 (iv) 以前 Au-PMNA 外貌上氧化石墨烯的参考光谱。参考样品 (iv) 中存于的氧化石墨烯拉曼活性带于 (i) 以前及运用具备凹陷 MC (ii) 的 MN 以后的猪皮肤样品上未不雅察到。但运用Au-PMNA电极 (iii)后的皮肤外貌显示出较着的氧化石墨烯拉曼活性带，注解皮肤外貌存于分层氧化石墨烯。图4中显示的成果与图3中显示的电化学丈量成果一致，证明了凹陷MC的引入于皮肤穿刺及从皮肤上去除了MN时期掩护传感层的发明。
图4 (a) Au-PMNA 及 (b) Au-PMNA/MC电极的拉曼光谱
末了，作者经由过程记载 Au-PMNA-GOx的安培相应及Au-PMNA/MC-GOx电极于(i)以前及反复(ii, iii, (iv))运用在猪皮肤以前差别的葡萄糖浓度（图5）。Au-PMNA及Au-PMNA/MC 电极对于于 10 mM PBS (pH 7.4)中以0.7 V记载的持续添加2 mM葡萄糖的安培相应如图5a及b所示。于第一次将 Au-PMNA 电极（图5a）运用在猪皮肤后，与(i)皮肤运用以前的传感器相应比拟，电流相应急剧降落。跟着第二次(iii)及第三次(iv) 皮肤插入，安培计反映继承降落，注解固定化GOx酶的丧失或者降解。然而，AuPMNA/MC-GOx电极（图5b）于第一次(i)或者第一次(ii)、第二次(iii)或者第三次(iv)皮肤运用以前没有显示安培相应的光鲜明显变化。从安培相应患上出的校准曲线（图5c-d）可以看出 MC 的较着上风。
图5 (a)Au-PMNA-GOx 及(b) Au-PMNA/MC-GOx电极于猪皮上的安培丈量
综上，本文陈诉了一种MNA的开发设计，重点是解决避免由MN外貌及皮肤构造之间的磨擦引起的传感层毁坏或者变形的要害挑战。该MN外貌具备集成及凹陷的MC，导电Au层位在MC内部，这使患上合用在电化学丈量的导电外貌的功效化及生物辨认元件于该外貌上的固定化成为可能。最主要的是，与没有MC的MN差别，MC可以避免于皮肤插入及从皮肤移除了历程中酶层的分层及变性，纵然于屡次皮肤运用后也是云云。Au-PMNA/MC传感平台的保留功效已经经由过程猪皮测试及电化学丈量乐成证实。
医疗器械展览会相识到，除了了为上述挑战提供解决方案外，这项事情还有旨于为新型MNA奠基基础，此中触及对于MN外貌举行工程设计以开发合适平移的透皮传感装备。这将经由过程降服挑战、降低可穿着传感器制造历程的成本及时间以和提高基在MN的诊断及康健监测的靠得住性来帮忙推进透皮传感技能。
文章来历：https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00441
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