據(jù)麥姆斯咨詢介紹，對(duì)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(shí)也是令人不舒服的，因?yàn)槿粘Ｐ枰ㄟ^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(shù)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(duì)病人來說還是有些不舒服。

為了開發(fā)一種對(duì)用戶更友好的解決方案，奧地利理工學(xué)院（AIT）與DirectSens、In-Vision合作啟動(dòng)了NUMBAT研究項(xiàng)目。該研究項(xiàng)目旨在利用高分辨率DLP 3D打印技術(shù)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(xiàng)目概念驗(yàn)證的成功為個(gè)性化微針陣列的開發(fā)打開了大門，甚至顯示出在其他應(yīng)用領(lǐng)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(xiàn)，奧地利理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)了解到，他們設(shè)想的微針解決方案需要三個(gè)組成部分：微針本身、金屬化（使其可以作為電化學(xué)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(jìn)行葡萄糖檢測）。

所有這些都將被集成在一個(gè)柔性箔片上，當(dāng)它像貼片一樣貼在皮膚上時(shí)，將實(shí)時(shí)監(jiān)測皮下間質(zhì)液中的葡萄糖水平。奧地利理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的微針只作用于皮膚表層之下，不會(huì)觸及神經(jīng)或血管。

奧地利理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)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(shí)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(hào)。然而，為了將電子信號(hào)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(yīng)用。

為了解決這個(gè)問題，奧地利理工學(xué)院與第三代生物傳感器的先驅(qū)DirectSens展開了合作。DirectSens的技術(shù)為奧地利理工學(xué)院設(shè)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(dòng)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?yàn)檠芯繄F(tuán)隊(duì)的目標(biāo)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(shù)生產(chǎn)如此精細(xì)的針將是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

例如，傳統(tǒng)的微型注塑成型模具對(duì)于定制的微針布局并不適用，這會(huì)阻礙實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展。雖然在生產(chǎn)環(huán)境中，定制的微針布局可能會(huì)實(shí)現(xiàn)，但在試驗(yàn)期間，每次嘗試都需要?jiǎng)?chuàng)建新的高精度模具，這將增加研究的時(shí)間、成本和復(fù)雜性。同時(shí)，奧地利理工學(xué)院也知道TPP的3D打印技術(shù)速度太慢，成本也更高。

速度、靈活性和精度

奧地利理工學(xué)院決定將基于DLP技術(shù)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(yàn)的靈活性。為了構(gòu)建這種微型立體光刻3D打印機(jī)，奧地利理工學(xué)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(duì)精確度和定制化的要求。

“光學(xué)引擎的高分辨率是關(guān)鍵因素?！眾W地利理工學(xué)院健康與生物資源中心的分子診斷高級(jí)研究工程師Giorgio Mutinati說道，“憑借其2微米像素分辨率和光學(xué)設(shè)計(jì)，投影儀超出了我們所需要的最先進(jìn)水平，從而推進(jìn)了研究項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)程?！?/p>

In-Vision還與奧地利理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)合作制造出了打印機(jī)，并提供和幫助編程所需的軟件。“除了投影儀之外，In-Vision編寫的基于LabView的軟件也是這個(gè)項(xiàng)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(xiàng)目已經(jīng)達(dá)到第4等級(jí)的技術(shù)成熟度，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備在生物傳感器層面證明這些技術(shù)的可行性，但同時(shí)也在制定新的項(xiàng)目計(jì)劃，以進(jìn)一步探索他們開發(fā)的印刷技術(shù)。前景包括開發(fā)一種用于乳酸等其他生物標(biāo)志物的微針貼片及在同一貼片上整合多種生物標(biāo)志物的傳感器，甚至包括用于創(chuàng)建使用空心針進(jìn)行藥物輸送的閉環(huán)解決方案。

“這臺(tái)打印機(jī)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(duì)微針和各種針形的研究來進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)。”Giorgio表示，“這項(xiàng)技術(shù)擁有速度和靈活性優(yōu)勢，為許多新穎的應(yīng)用打開了大門。”

編輯：jq