圖片來(lái)源：北卡羅來(lái)納州立大學(xué)

研究人員開發(fā)了一種自供電微針貼片，無(wú)需抽血、無(wú)需依賴電池或外部設(shè)備即可監(jiān)測(cè)一系列健康生物標(biāo)志物。在利用合成皮膚進(jìn)行的概念驗(yàn)證測(cè)試中，研究人員證明，該貼片可以在 15 分鐘到 24 小時(shí)內(nèi)收集生物標(biāo)志物樣本。

“生物標(biāo)志物是生物過(guò)程的可測(cè)量指標(biāo)，可以幫助我們監(jiān)測(cè)健康狀況和診斷醫(yī)療狀況，”該研究論文的通訊作者邁克爾·丹尼爾 (Michael Daniele) 表示，該論文發(fā)表在《芯片實(shí)驗(yàn)室》雜志上。

絕大多數(shù)傳統(tǒng)生物標(biāo)志物檢測(cè)依賴于采集血液樣本。采集血液樣本不僅對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)不方便，也給醫(yī)療專業(yè)人員和技術(shù)開發(fā)人員帶來(lái)了挑戰(zhàn)。這是因?yàn)檠菏且粋€(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要先去除血小板、紅細(xì)胞等，然后才能對(duì)相關(guān)液體進(jìn)行檢測(cè)。

“我們開發(fā)的貼片使用微針對(duì)皮膚最外層細(xì)胞下方的真皮層和表皮層細(xì)胞周圍的液體進(jìn)行取樣，”丹尼爾說(shuō)道，他是北卡羅來(lái)納州立大學(xué)電氣工程教授，也是北卡羅來(lái)納州立大學(xué)和北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校蘭佩聯(lián)合生物醫(yī)學(xué)工程系的教授。

這被稱為真皮間質(zhì)液 (ISF)，它幾乎包含血液中發(fā)現(xiàn)的所有生物標(biāo)志物。更重要的是，ISF 樣本更“干凈”——它不需要像血液那樣經(jīng)過(guò)處理才能進(jìn)行檢測(cè)。從本質(zhì)上講，它簡(jiǎn)化了生物標(biāo)志物檢測(cè)流程。

具體來(lái)說(shuō)，丹尼爾和他的同事們制作了一種完全被動(dòng)的微針貼片，它不依賴電池或外部能源來(lái)采集或儲(chǔ)存腸內(nèi)液體樣本。它的工作原理如下。

該貼片由四層組成：聚合物“外殼”——也就是貼片上肉眼可見的部分；一層凝膠；一層紙；以及微針本身。微針由一種接觸間充質(zhì)干細(xì)胞（ISF）時(shí)會(huì)膨脹的材料制成。ISF 會(huì)通過(guò)微針吸收，就像水通過(guò)紙巾吸收一樣——直到接觸到紙。

當(dāng)紙開始吸收ISF時(shí)，液體會(huì)與紙另一側(cè)的凝膠接觸。該凝膠含有高濃度的甘油。凝膠和ISF之間的甘油不平衡會(huì)產(chǎn)生滲透壓，促使更多的ISF滲透紙層，直至紙層飽和。

“這張紙就是儲(chǔ)存ISF的地方，”丹尼爾說(shuō)?！爱?dāng)你取下貼片時(shí)，就可以取出紙條，然后分析樣本?！?/span>

研究人員在兩種合成皮膚模型上測(cè)試了該貼片。

“效果很好，”丹尼爾說(shuō)?！斑@些貼片只需15分鐘就能收集到可測(cè)量的結(jié)果，并且能夠保存生物標(biāo)志物樣本至少24小時(shí)?！?/span>

為了進(jìn)行概念驗(yàn)證測(cè)試，研究人員監(jiān)測(cè)了皮質(zhì)醇——一種在一天中波動(dòng)的壓力生物標(biāo)志物。

“這意味著人們可能希望每天監(jiān)測(cè)多次，而無(wú)需反復(fù)抽血，”丹尼爾說(shuō)?！岸疫@種貼片對(duì)ISF中發(fā)現(xiàn)的許多生物標(biāo)志物沒有理由不起作用。”

這些貼片的另一個(gè)吸引人的地方是它們是由相對(duì)便宜且廣泛可用的材料制成的。

“貼片最大的成本在于制造微針，但我們認(rèn)為其價(jià)格與血液檢測(cè)的成本相比很有競(jìng)爭(zhēng)力，”丹尼爾說(shuō)。“抽血需要小瓶、針頭，通常還需要采血師。而貼片完全不需要這些東西?！?/span>

研究人員已經(jīng)開始對(duì)這些貼片進(jìn)行人體測(cè)試，并正在開發(fā)電子設(shè)備來(lái)“讀取”微針貼片上的紙條。

“我們已經(jīng)開發(fā)出一種可以從紙條上‘讀取’皮質(zhì)醇水平的電子設(shè)備，并且正在研發(fā)另一種可以評(píng)估不同生物標(biāo)志物的設(shè)備，”丹尼爾說(shuō)。

“我們目前正在尋找兩個(gè)領(lǐng)域的行業(yè)合作伙伴。我們很樂(lè)意與診斷領(lǐng)域的公司洽談，探索更多應(yīng)用；我們也希望與潛在合作伙伴探討擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模?！?/span>