微针:纳米大小，影响巨大
药物输送、血液提取、造影剂注射——现代医学中的许多程序如果没有针头是完全不可能的。尽管有好处，但将尖头金属管插入患者体内也有一些缺点。通过将该工具缩小到微米大小，日本研究人员为针头开辟了更多的应用领域，同时绕过了一些最重要的问题。我们与东京大学的集成微机电系统实验室主任Beomjoon Kim教授谈了微针、生产和医疗应用方面的挑战。
报告：沃尔夫冈·贝伦兹
使用微而普通尺寸的则能将对组织的损害降到最低，这不仅能减轻疼痛，还能降低感染的风险。然而，制造用于医疗目的的微针是一个巨大的挑战，因为针头需要满足以下几个标准:它们必须不超过一定的尺寸才能利用毛细管效应(例如从组织中提取液体)。
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规模小，不容出错
到目前为止，这项技术的商业化还很困难。一个主要的障碍是在确保针头形状一致的同时还要坚持极小的尺寸。“即使出现最轻微的变化，这些贴片也会给佩戴者带来疼痛，”Kim说。“基本上没有误差余地，因为任何大于30微米的结构在穿透皮肤时都会被检测到。”这对于目前的制造工艺，如微成型和滴入空气吹制(DAB)，是一个问题。
研究人员成功地克服了这些挑战与先进的新利18官方使用阴影蒙版以更高的精度分布材质。使用添加剂制造和湿成型的组合，甚至可以使药物涂层微针具有足够的稳定性。
第一个应用领域是糖尿病前期的早期检测。这些针头贴在一块粘合贴片上，将间隙液体（ISF）提取到一个纸张传感器上，该传感器用于检查液体中的葡萄糖。这可以与自动胰岛素泵配套使用，自动胰岛素泵根据传感器监测的血糖水平来管理其剂量。“当然，这项技术可以用于监测其他生物标志物，例如胆固醇，”Kim指出。
鉴于当前的大流行，该团队正在研究一个传感器补丁来检查冠状病毒ISF中的抗体。“微针的一个特殊优点是可以长时间监测，而不会给佩戴者带来不适。”与普通石膏一样，传感器贴片可以由患者自己使用。
针的设计可以适应不同的用途
微针贴片也可以设计成透皮贴片，而不是从佩戴者身上提取液体药物输送. Kim强调，根据要使用的药物成分的类型，针头可以生产各种形状、长度和材料，同时保持针头的质量标准。与用于监测目的的针头相比，药物输送结构需要更大的强度。然而，由于制造方法的精细化，它们的应用仍然是无痛的。
微针贴片目前处于试验阶段，但Kim估计它将在未来18个月内上市。“我们正在与日本的主要医疗器械制造商合作，这大大有利于开发过程。”
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未来计划
展望未来，LIMMS的研究人员正在努力将该技术应用于补丁，以实现持续使用。“这些补丁将能够在大约6个小时内从ISF收集生物标志物，”Kim说。这将为微型针开辟新的应用领域。进一步的计划包括具有多重功能的传感器，可以同时监测多个生物标志物。
金教授还希望利用这项技术改进疫苗接种。“通过我们的微针，我们可以促进在发展中国家的分销，例如在非洲，因为不需要冷链运输。”这可以用来防止尼帕病毒的传播，但也可以抑制新冠病毒-19感染。“我们的目标是创造一种微创无痛的自我诊断芯片，使用可生物降解的多孔微针贴片早期检测新的冠状病毒。”
简介:
Beomjoon KIM教授，Ph.D.，是综合微机电系统实验室（LIMMS）的实验室主任，日本东京大学和法国国家科学研究中心（CNRS）的联合研究单位。
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