關于用于微創(chuàng)、連續(xù)血糖監(jiān)測的DLP技術高分辨率3D打印微針

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，對于全世界4.22億糖尿病患者中的很多人來說，血糖監(jiān)測是必要的，同時也是令人不舒服的，因為日常需要通過痛苦的針刺采血來檢測血糖水平。雖然類似雅培血糖儀FreeStyle Libre這樣的新技術可以提供連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM），但這款儀器仍要求將5 mm的剛性金屬針植入皮膚。雖然不像普通針刺那么麻煩，但對病人來說還是有些不舒服。

為了開發(fā)一種對用戶更友好的解決方案，奧地利理工學院（AIT）與DirectSens、In-Vision合作啟動了NUMBAT研究項目。該研究項目旨在利用高分辨率DLP 3D打印技術制造一系列聚合物微針，用于微創(chuàng)、痛苦較少的連續(xù)血糖監(jiān)測。

NUMBAT項目概念驗證的成功為個性化微針陣列的開發(fā)打開了大門，甚至顯示出在其他應用領域（如經(jīng)皮給藥）的發(fā)展前景。

一種更舒適的連續(xù)血糖監(jiān)測方法

根據(jù)之前的研究文獻，奧地利理工學院團隊了解到，他們設想的微針解決方案需要三個組成部分：微針本身、金屬化（使其可以作為電化學測試的電極）、生物功能層（表面修飾，可直接將電子轉(zhuǎn)移到電極上進行葡萄糖檢測）。

所有這些都將被集成在一個柔性箔片上，當它像貼片一樣貼在皮膚上時，將實時監(jiān)測皮下間質(zhì)液中的葡萄糖水平。奧地利理工學院團隊設計的微針只作用于皮膚表層之下，不會觸及神經(jīng)或血管。

奧地利理工學院團隊很快確定傳統(tǒng)的金屬化工藝就足夠了，但是生物功能化和微針本身需要一種新的方法實現(xiàn)。傳統(tǒng)的指尖血糖儀包含葡萄糖氧化酶，它能夠在血液樣本中含有葡萄糖的情況下產(chǎn)生信號。然而，為了將電子信號傳輸?shù)诫姌O，血糖儀還需要一些“有毒”介質(zhì)，因此，這限制了傳統(tǒng)指尖血糖儀的微創(chuàng)應用。

為了解決這個問題，奧地利理工學院與第三代生物傳感器的先驅(qū)DirectSens展開了合作。DirectSens的技術為奧地利理工學院設想的新型表面修飾提供了一種安全、直接的電子轉(zhuǎn)移酶生物功能化的方法。這使得研究小組能夠降低NUMBAT生物傳感器的啟動電壓，從而減少干擾，延長使用壽命。

微針挑戰(zhàn)

隨著生物功能化問題的解決，接下來是微針問題。因為研究團隊的目標是非常小的針（只有500微米或0.5毫米高，針尖只有2微米寬），他們知道用傳統(tǒng)技術生產(chǎn)如此精細的針將是一項挑戰(zhàn)。

例如，傳統(tǒng)的微型注塑成型模具對于定制的微針布局并不適用，這會阻礙實驗的進展。雖然在生產(chǎn)環(huán)境中，定制的微針布局可能會實現(xiàn)，但在試驗期間，每次嘗試都需要創(chuàng)建新的高精度模具，這將增加研究的時間、成本和復雜性。同時，奧地利理工學院也知道TPP的3D打印技術速度太慢，成本也更高。

速度、靈活性和精度

奧地利理工學院決定將基于DLP技術的微型立體光刻作為最佳的解決方案，以滿足基板材料選取和試驗的靈活性。為了構(gòu)建這種微型立體光刻3D打印機，奧地利理工學院與In-Vision開展了合作，In-Vision提供了配備定制鏡頭的Firebird UV DLP投影儀。憑借2微米像素間距和2560 × 1600原始分辨率，F(xiàn)irebird投影儀滿足了NUMBAT對精確度和定制化的要求。

“光學引擎的高分辨率是關鍵因素。”奧地利理工學院健康與生物資源中心的分子診斷高級研究工程師Giorgio Mutinati說道，“憑借其2微米像素分辨率和光學設計，投影儀超出了我們所需要的最先進水平，從而推進了研究項目的開發(fā)進程。”

In-Vision還與奧地利理工學院團隊合作制造出了打印機，并提供和幫助編程所需的軟件?！俺送队皟x之外，In-Vision編寫的基于LabView的軟件也是這個項目的核心部分?！盙iorgio說道，“In-Vision與我們合作建立了符合我們要求的系統(tǒng)，并繼續(xù)給我們提供幫助?！?/p>

微針的新潛力

隨著NUMBAT研究項目已經(jīng)達到第4等級的技術成熟度，該項目團隊準備在生物傳感器層面證明這些技術的可行性，但同時也在制定新的項目計劃，以進一步探索他們開發(fā)的印刷技術。前景包括開發(fā)一種用于乳酸等其他生物標志物的微針貼片及在同一貼片上整合多種生物標志物的傳感器，甚至包括用于創(chuàng)建使用空心針進行藥物輸送的閉環(huán)解決方案。

“這臺打印機的高分辨率能力給了我們很多選擇，我們正在尋找合作伙伴，通過對微針和各種針形的研究來進一步發(fā)展這項技術?！盙iorgio表示，“這項技術擁有速度和靈活性優(yōu)勢，為許多新穎的應用打開了大門?！?/p>

編輯：jq