3D生物打印水凝膠微針陣列應(yīng)用于間質(zhì)流體生物標(biāo)志物的提取和比色檢測(cè)

歡迎來到【LUMEN X Gen 3】
用光構(gòu)筑生命應(yīng)用案例系列！

在這個(gè)系列中，我們將帶您深入探索生物打印技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，探討其所帶來的變革和革新。

LUMEN X Gen 3 是一種將光固化生物打印物技術(shù)，通過利用高度精確的激光束來控制細(xì)胞的生長和形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維生物結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)打印。我們將通過一系列案例，向您展示這項(xiàng)技術(shù)在組織工程、醫(yī)學(xué)研究、生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，為您呈現(xiàn)一個(gè)嶄新的、光構(gòu)筑的生命世界。

應(yīng)用案例 【三】
使用3D打印技術(shù)制作的水凝膠微針陣列，用于間質(zhì)流體生物標(biāo)志物的提取和比色檢測(cè)。

 

讓我們深入了解一項(xiàng)成功的應(yīng)用案例，展示了使用3D打印水凝膠微針陣列進(jìn)行間質(zhì)流體生物標(biāo)志物提取和比色檢測(cè)的方法。

該研究利用了3D打印機(jī) LUMEN X 制造了微米級(jí)的針狀結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于間質(zhì)流體中生物標(biāo)志物的提取和檢測(cè)。通過將樣品與微針陣列接觸，生物標(biāo)志物被捕獲并集中在微針上，然后可以通過比色檢測(cè)方法進(jìn)行定量分析。

該研究的結(jié)果表明，這種3D打印水凝膠微針陣列的方法在生物標(biāo)志物提取和檢測(cè)方面具有潛在的應(yīng)用前景，并展示了高效、靈敏和可重復(fù)的性能。
 

客戶應(yīng)用案例【三】
3D Printed Hydrogel Microneedle Arrays for Interstitial Fluid Biomarker Extraction and Colorimetric Detection

連續(xù)監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物在醫(yī)學(xué)和健康管理中具有重要意義，然而傳統(tǒng)的血液采樣和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方式存在侵入性的缺陷。為了克服這些限制，研究人員不斷探索非侵入性的生物標(biāo)志物檢測(cè)方法，如尿液、淚液、汗液和唾液。然而，這些方法在濃度和動(dòng)力學(xué)方面存在限制，并且與血液中的生物標(biāo)志物相關(guān)性較弱。為了解決這一問題，皮下組織間質(zhì)液（ISF）作為一種生物標(biāo)志物來源備受關(guān)注，其分子組成與血漿最為接近，并且具有其他獨(dú)特的特征。

微針陣列（MNA）作為提取皮膚ISF的有效方法，具有非侵入性和適用于診所或資源有限環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。在眾多的MNA材料中，水凝膠基的MNA表現(xiàn)出更好的ISF提取效率、生物相容性、制造成本低、產(chǎn)量高以及對(duì)皮膚無損傷等優(yōu)勢(shì)。為了對(duì)ISF進(jìn)行原位表征，研究人員開始在MNA上附著生物傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為了制造更復(fù)雜和精確的MNA結(jié)構(gòu)，研究人員將目光轉(zhuǎn)向了三維打印技術(shù)。相比傳統(tǒng)的制造方法，三維打印技術(shù)具有更高的分辨率和制造靈活性，可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的MNA結(jié)構(gòu)。本研究便介紹了使用三維打印技術(shù)制造的彩色MNA，以實(shí)現(xiàn)多重透皮代謝物檢測(cè)。其中包括pH和葡萄糖濃度的實(shí)時(shí)比色檢測(cè)，為連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了全新的可能性。

該研究的目標(biāo)是評(píng)估PEGDA水凝膠MNA在ISF檢測(cè)應(yīng)用中的可行性，并尋找最佳規(guī)格的MNA。通過提供可自行管理的連續(xù)監(jiān)測(cè)方案，該技術(shù)為安全和長期監(jiān)測(cè)以及慢性疾病的優(yōu)化管理提供了前景。未來，基于三維打印技術(shù)的彩色MNA有望為生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)領(lǐng)域帶來革命。
 

圖1。（a）基于水凝膠的微針貼片的應(yīng)用過程示意圖；（b） MNA的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（c） 具有不同橫截面的印刷微針；（d） 微針貼片。
 

數(shù)字光處理生物打印方法制造微針陣列

本文介紹了使用數(shù)字光處理（DLP）生物打印 LUMEN X 方法制造微針陣列的過程。

通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件生成（四乘四）的3D模型，然后將模型分割成多個(gè)橫截面圖像。這些數(shù)字圖像被發(fā)送到數(shù)字微鏡裝置（DMD），該裝置會(huì)產(chǎn)生圖案化的光（波長為405nm）。通過投影透鏡將光集中在光固化前體溶液的表面上，投影光使液體光固化前體溶液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w圖案化層。通過逐層重復(fù)這一過程，可以創(chuàng)建出三維的微針陣列。

在本研究中，我們采用分子量為700 Da的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA 700）作為MNA的單體材料。為了實(shí)現(xiàn)光固化，我們使用檸檬黃作為光吸收劑，并利用苯基-2，4，6-三甲基苯甲酰基膦酸鋰（LAP）作為光引發(fā)劑。這種組合材料能夠有效地實(shí)現(xiàn)微針陣列的制造，并具有良好的生物相容性和光固化特性。

通過數(shù)字光處理生物打印方法制造微針陣列，我們可以為多重透皮代謝物檢測(cè)提供創(chuàng)新的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)具有制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高分辨率和制造靈活性的優(yōu)勢(shì)，為連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了可行性，并為安全和長期的慢性疾病管理提供了新的前景。
 

圖2:微針陣列的制造工藝。（a） MNA的DLP打印示意圖；（b） 具有不同橫截面形狀的MNA的CAD設(shè)計(jì)；（c） 針頭的尺寸，（i）針頭的高度、尖端角度和拐角半徑，（ii）不同形狀的針頭截面的比較；（d） 具有不同橫截面形狀的印刷微針的SEM圖像。

研究人員將受測(cè)蚊子放置在裝有攝像頭的透明塑料箱中，這可以清楚地觀測(cè)到昆蟲的行為，如每個(gè)站點(diǎn)的著陸頻率，它們的停留時(shí)間，它們是否咬人，還有它們花多長時(shí)間進(jìn)食。研究人員測(cè)試了一些變量，包括應(yīng)用基于DEET或檸檬桉樹油的驅(qū)蟲劑的影響。但他們也進(jìn)行了選餐實(shí)驗(yàn)，觀察蚊子對(duì)去纖維蛋白血、紅色印度墨水或PBS的反應(yīng)。
 

通過本研究，我們展示了使用3D打印的PEGDA微針提取皮膚間質(zhì)液（ISF）并檢測(cè)生物標(biāo)志物的可行性。我們研究了PEGDA濃度和針頭直徑對(duì)微針陣列的機(jī)械強(qiáng)度和提取性能的影響，并確定了最佳的MNA規(guī)格。

微針陣列不僅包括多路傳感器，可用于對(duì)提取的ISF中的多種生物標(biāo)志物（特別是pH和葡萄糖）進(jìn)行原位比色檢測(cè)，而且微針貼片的使用非常簡單，甚至可以用肉眼進(jìn)行觀察。通過安裝專門開發(fā)的應(yīng)用程序，智能手機(jī)可以用于定量RGB分析。此外，類似的方法也可以用于測(cè)試其他代謝產(chǎn)物，如膽固醇和乳酸。

所開發(fā)的設(shè)備具有潛力在慢性疾病的醫(yī)療實(shí)踐中得到應(yīng)用。通過提供可靠的、非侵入性的連續(xù)監(jiān)測(cè)方案，這項(xiàng)技術(shù)有望為安全性和長期管理方面的慢性疾病提供新的解決方案。未來的研究可以進(jìn)一步探索這種技術(shù)在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用，并優(yōu)化其性能，以滿足不同疾病和個(gè)體的需求。

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總結(jié)

LUMEN X 是一款高端的光固化生物打印機(jī)，提供了DLP生物打印技術(shù)，制造了精確的MNA。通過CAD軟件和DMD，實(shí)現(xiàn)了光固化前體溶液的轉(zhuǎn)化，為制備復(fù)雜MNA提供了方法。其技術(shù)允許逐層光固化，創(chuàng)造了三維MNA結(jié)構(gòu)，滿足我們的研究需求。LUMEN X 推動(dòng)了監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，為醫(yī)學(xué)實(shí)踐和慢性病管理帶來新的前景。

通過用光構(gòu)筑生命

希望我們所介紹的內(nèi)容能夠?yàn)槟鷰�來一些有用的信息和啟發(fā)。如果您正在尋找一個(gè)可靠的生物打印機(jī)，LUMEN X 將是您的理想之選。

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