超亲水微针技术突破！微纳3D打印推动无创健康监测新时代

随着材料科学、微加工技术和现代医学的融合发展，微针作为微创介入诊疗领域的一项突破性技术，凭借其能够穿透皮肤角质层、显著提升药物递送效率及实现生物标志物实时监测的优势，已成为生物医学工程前沿的重要研究方向。

近日，土耳其科奇大学发表于《Advanced Materials Technologies》的研究展示了利用微纳3D打印技术制备的超亲水空心微针贴片，该贴片能够有效采集皮肤组织间液（ISF）并实现生物标志物的现场检测。在这项突破性研究中，摩方精密的microArch® S230（精度：2μm）3D打印系统发挥了关键作用，为微针结构的精密制造提供了核心技术支撑。

组织间液作为细胞生活的直接液体环境，占细胞外液的约75%，其生物标志物组成与血液高度相似。研究表明，ISF中包含了丰富的疾病相关指标，有望成为替代传统血液诊断的理想样本源。然而，ISF在皮肤真皮层中的含量极低，提取技术面临重大挑战。传统的ISF采集方法，如吸疱法和活检穿刺，不仅会给患者带来不适和皮肤损伤，还可能因组织损伤导致生物标志物浓度失真。微透析技术则需要数小时才能完成采样，且膜通透性限制了可采集分析物的范围。

因此，开发能够快速、提取足量ISF（≥1μL）的新技术成为当务之急。在这项研究中，研究团队采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术，成功制备了具有优异机械性能和生物兼容性的多通道空心微针。通过摩方精密microArch® S230 3D打印系统，研究人员设计并制造了不同高度、基底直径和微通道数量的圆锥形微针阵列。每个微针贴片包含10×10阵列的微针，覆盖面积为16×16mm²。扫描电子显微镜（SEM）分析显示，制备的微针针尖直径约为5μm，与基于光刻技术制备的微针针尖半径相当。

随后本研究通过化学气相沉积在微针通道表面涂覆二氧化硅层，显著提高了亲水性，从而增强了通过微通道的ISF吸附能力。改性后，微针的静态水接触角从约72°降至9°，表明亲水性得到显著改善。这种超亲水涂层使微针能够从琼脂糖凝胶中提取液体，而未经处理的微针无法从琼脂糖凝胶中提取任何液体。二氧化硅涂覆的微针在插入琼脂糖凝胶后几秒钟内即可填充蓝色染液，展现出被动液体吸收能力。力学性能测试表明，3D打印微针在压缩、剪切和穿透力下均表现出优异的机械性能。在高达0.40 N/针的压缩载荷下，微针未出现断裂迹象，证实了其穿透皮肤而不会发生机械屈服的机械强度。

随后，细胞毒性实验验证了3D打印微针贴片在二氧化硅涂层前后的生物相容性。与对照组相比，浸泡在含有微针的培养基中的细胞在24小时和72小时后表现出相当的细胞活力，表明3D打印微针在涂层前后均无毒性作用。

研究人员通过将比色分析法集成到微针贴片中，实现了对取样液体中生物标志物的直接、定量分析。并选择尿素和pH作为目标生物标志物，集成的微流体室包含基于纸质的尿素和pH比色分析法，用于检测提取的ISF中的尿素和pH水平。实验结果显示，该贴片能够有效检测ISF中的尿素和pH水平，检测范围覆盖生理相关浓度。尿素检测的线性相关系数R²=0.98，检测限为0.83 mM，表明该方法在实际应用中的可行性和有效性。

这项研究开发的超亲水微针贴片可集成到各种ISF设备中，扩展其用于检测ISF中多种生物标志物的应用，被动ISF提取能力为连续健康监测设备的设计和生产提供了重大进展。

这一突破性研究体现了微纳3D打印在生物医学领域的巨大应用潜力。为综合提升设备打印效率，S230升级为S230A，在延续2μm超高打印精度优势的同时，其集成的自动水平调节系统实现了平台自动调平、绷膜动态校准与滚刀智能调节等关键工序的自动化。

S230A通过智能化的工艺参数优化，在保证表面质量和尺寸精度的前提下，实现生产效率的大幅提升，满足生物医疗领域的超高精度3D打印需求，包括微针、微流控、器官芯片、仿生器件等精密结构制备。

未来，这种超亲水微针贴面有望广泛应用于临床研究、制药进展、化妆品和连续健康监测等领域，特别是在需要频繁监测生物标志物的慢性病管理方面具有广阔前景。结合摩方精密的微纳3D打印技术，研究人员和工程师能够开发出更为精准、舒适的健康监测设备，为个性化医疗开辟新的可能性。