隨著材料科學(xué)、微加工技術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的融合發(fā)展，微針作為微創(chuàng)介入診療領(lǐng)域的一項突破性技術(shù)，憑借其能夠無痛穿透皮膚角質(zhì)層、顯著提升藥物遞送效率及實現(xiàn)生物標志物實時監(jiān)測的優(yōu)勢，已成為生物醫(yī)學(xué)工程前沿的重要研究方向。

然而，該技術(shù)從實驗室研究向臨床轉(zhuǎn)化與規(guī)模化生產(chǎn)的過程中，仍面臨嚴峻的制備挑戰(zhàn)：微針需同時滿足微米級結(jié)構(gòu)精度、優(yōu)良生物相容性、足夠機械強度以及復(fù)雜功能集成等多重要求，而傳統(tǒng)機加工技術(shù)在材料適應(yīng)性、復(fù)雜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)能力及大規(guī)模生產(chǎn)一致性方面仍存在顯著局限。

以土耳其科奇大學(xué)團隊開發(fā)的血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）檢測微針為例，其采用叉指電極結(jié)構(gòu)有效提升了生物傳感的靈敏度，然而在微針陣列成型環(huán)節(jié)仍依賴傳統(tǒng)翻模工藝，對材料兼容性、工藝穩(wěn)定性及設(shè)備精度提出了高要求。在此背景下，摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)可實現(xiàn)高精度模具的快速制造，為微針結(jié)構(gòu)的復(fù)雜功能集成、性能提升及后續(xù)產(chǎn)業(yè)化落地提供了創(chuàng)新性的解決方案。

研究團隊提出一種新型電化學(xué)阻抗譜（EIS）傳感器，該傳感器采用基于叉指電極的微針（MidE），可以進行VEGF檢測。這種創(chuàng)新方法提高了生物標志物檢測的靈敏度和特異性，為診斷和預(yù)防醫(yī)學(xué)中的連續(xù)監(jiān)測應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“Microneedles with Interdigitated Electrodes for In Situ Impedimetric VEGF Sensing”為題發(fā)表在國際期刊《Advanced Materials Interfaces》上。

這項研究通過結(jié)合微創(chuàng)采樣的優(yōu)勢和先進的阻抗傳感功能，旨在提升患者健康監(jiān)測的質(zhì)量和治療的有效性。研究人員先利用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（microArch® S230，精度：2 μm）制備聚乳酸（PLA）微針的陽模，隨后通過PDMS翻模得到具有精細結(jié)構(gòu)的陰模，最終通過蒸發(fā)沉積工藝制備出金質(zhì)叉指電極，整個制備流程如圖1所示。

如圖2所示，最終制得的微針貼片集成了叉指電極結(jié)構(gòu)，每個貼片在7 mm×7 mm的基底上分布約36根微針。每根微針高度為1.5 mm，相鄰微針中心間距為1.2 mm。憑借其光滑的表面和極細的針尖，該微針可實現(xiàn)快速表皮穿透，并最大限度地減輕組織損傷，有助于刺入部位快速愈合。

為檢驗微針的力學(xué)強度及其在皮膚穿刺過程中的機械穩(wěn)定性，研究團隊使用力學(xué)測試裝置對微針的機械性能進行了表征。結(jié)果顯示，每根微針可以承受的最大力為0.275 N，高于人體皮膚角質(zhì)層的典型穿刺閾值（通常約為0.05–0.1 N/針），表明其具備足夠的機械強度以完整穿透皮膚而不發(fā)生斷裂或變形。此外，團隊還通過橫向剪切實驗評估了微針的抗側(cè)向應(yīng)力能力，當采用力傳感探頭施加0.27 N的剪切力時，微針結(jié)構(gòu)未觀察到可見損傷或功能性失效，顯示其具有良好的機械韌性和抗剪切特性，能夠在復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中保持結(jié)構(gòu)完整性。

為驗證該微針在電容式生物傳感中的應(yīng)用潛力，研究團隊構(gòu)建了基于叉指電極的微針傳感器系統(tǒng)，用于檢測VEGF的濃度。該傳感器通過固定抗VEGF抗體進行功能化修飾，形成特異性識別界面。在逐步添加VEGF抗原的過程中，觀察到目標生物標志物的電容值出現(xiàn)顯著上升。電容的變化可能是由于微針上的不飽和抗VEGF抗體，即使處于復(fù)雜生物基質(zhì)環(huán)境下，這些抗體也對VEGF保持高度特異性。

總結(jié)：本研究開發(fā)的基于叉指電極的微針制備方法，有望顯著促進原位電容傳感技術(shù)的進步。此類微針兼具優(yōu)異的柔韌性和高彈性，能夠在大鼠皮膚實驗中保持結(jié)構(gòu)完整、無斷裂，這對于注重舒適度的未來可穿戴傳感設(shè)備應(yīng)用具有重要意義。同時，該技術(shù)采用的原位針上傳感策略規(guī)避了傳統(tǒng)采樣方法常見的復(fù)雜流程，為蛋白質(zhì)生物標志物實現(xiàn)無痛、微創(chuàng)的連續(xù)監(jiān)測提供了支持。