微針技術(shù)已成為一種備受矚目的微創(chuàng)透皮模式

可穿戴的生命體征傳感器件開啟了個(gè)體化健康監(jiān)測(cè)的潮流，如使用運(yùn)動(dòng)手表、智能手環(huán)等追蹤日常心率、監(jiān)測(cè)睡眠質(zhì)量等。不僅如此，人們還迫切地需要能監(jiān)測(cè)身體內(nèi)部生理狀況的透皮可穿戴設(shè)備，例如血糖、乳酸值等，這就對(duì)新一代的傳感器構(gòu)建提出了微創(chuàng)性、生物安全性、患者依從性和多功能性的新需求。

微針技術(shù)已成為一種備受矚目的微創(chuàng)透皮模式，它將通常短于2 mm的針頭以單根、多根或陣列的模式排列，從而有效地穿透角質(zhì)層到達(dá)真皮區(qū)域。微針在采樣、檢測(cè)和傳感方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：

首先，精巧的形狀設(shè)計(jì)使微針以最小化侵入的模式插入體表，病人依從性高；其次，多樣化的材料選擇與簡(jiǎn)易化的制造流程允許了微針與其他部件的靈活耦合，為集成化的生物傳感器件搭建提供了豐富的可能性；最后，微針的制造工藝具有成本效益，可大規(guī)模生產(chǎn)，為產(chǎn)品化、市場(chǎng)化和終端化描繪了廣闊的藍(lán)圖。

迄今為止，微針檢測(cè)體系與傳感器件不僅在管理日常健康和跟蹤疾病進(jìn)展等領(lǐng)域備受推崇，還在預(yù)防農(nóng)作物病毒、控制藥物濫用和監(jiān)控食品安全等領(lǐng)域獨(dú)出機(jī)杼。

近日，著名期刊Lab on Chip出版了該期刊首期綜述特刊，其中浙江大學(xué)的顧臻教授與張宇琪研究員團(tuán)隊(duì)綜述了目前最先進(jìn)的微針采樣、檢測(cè)和傳感器件（圖1）。該綜述題為“Microneedle-based transdermal detection and sensing devices”，并被選做期刊的封面文章。

圖1 基于微針的透皮檢測(cè)體系與傳感器件 首先，介紹了皮膚的微觀結(jié)構(gòu)與生物流體的物理性質(zhì)，總結(jié)并提出了目前微針提取生物流體或生物標(biāo)志物的物理機(jī)理，從而用于指導(dǎo)微針的形狀設(shè)計(jì)與材料優(yōu)化。

圖2 微針提取生物流體和標(biāo)志物的機(jī)理示意圖：（A）基于溶脹的提??；（B）基于抗體的提取 其次，綜述了微針作為輔助器件用于檢測(cè)的面向靶標(biāo)與生理意義，包括生理信號(hào)、離子、小分子、核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、細(xì)菌，以及多靶標(biāo)檢測(cè)等，進(jìn)而揭示了這些微針的現(xiàn)有性能和應(yīng)用體系。

圖3 用于不同靶標(biāo)檢測(cè)的微針示意圖 隨后，通過強(qiáng)調(diào)不同的傳感原理（比色法、熒光法和電子法），闡述了微針作為高度集成傳感器的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。最后，討論了當(dāng)下微針技術(shù)需解決的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展的前景等。

圖4 微針集成傳感平臺(tái)原理圖

圖5 集成診斷和治療功能的智能微針示意圖

總體而言，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相比，微針檢測(cè)具有微創(chuàng)性、快速讀出、病人依從性高、小型化等優(yōu)點(diǎn)，從而能夠在社區(qū)診所、家庭保健和野外場(chǎng)景中工作。這篇綜述著重強(qiáng)調(diào)了微針檢測(cè)/傳感器件面向高度集成化、數(shù)字化和智能化健康管理的發(fā)展趨勢(shì)。

可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，微針將與更多的新興技術(shù)耦合，在體外和體內(nèi)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、個(gè)性化的日常健康管理。伴隨著新的間質(zhì)液標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、傳感器的體表/體內(nèi)穩(wěn)定性改善、以及診療一體化可穿戴設(shè)備的開發(fā)，微針技術(shù)將進(jìn)一步獲得前所未有的廣泛應(yīng)用。

審核編輯 ：李倩