Với sự phát triển hội tụ của khoa học vật liệu, công nghệ vi xử lý và y học hiện đại, microneedling là một công nghệ đột phá trong lĩnh vực điều trị can thiệp xâm lấn tối thiểu, nhờ vào khả năng thâm nhập vào lớp biểu bì của da, cải thiện đáng kể hiệu quả phân phối thuốc và nhận ra lợi thế của giám sát thời gian thực dấu ấn sinh học, nó đã trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng đi đầu trong kỹ thuật y sinh.

Gần đây, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials Technologies của Đại học Koci, Thổ Nhĩ Kỳ, đã chứng minh một miếng vá microneedling rỗng siêu ưa nước được chuẩn bị bằng công nghệ in 3D micronano, có thể thu thập hiệu quả chất lỏng giữa các mô da (ISF) và cho phép phát hiện tại chỗ các dấu ấn sinh học. Trong nghiên cứu đột phá này, microArch của Morfone Precision ® Hệ thống in 3D S230 (Độ chính xác: 2μm) đóng một vai trò quan trọng, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cốt lõi cho việc sản xuất chính xác các cấu trúc microneedle.

Dịch liên mô hoạt động như một môi trường lỏng trực tiếp trong đó các tế bào sống, chiếm khoảng 75% dịch ngoại bào và thành phần dấu ấn sinh học của nó rất giống với máu. Nghiên cứu cho thấy sự phong phú của các chỉ số liên quan đến bệnh tật được bao gồm trong ISF hứa hẹn sẽ là nguồn mẫu lý tưởng để thay thế chẩn đoán máu truyền thống. Tuy nhiên, ISF có lượng cực thấp trong lớp hạ bì của da và công nghệ chiết xuất phải đối mặt với những thách thức đáng kể. Các phương pháp thu thập ISF truyền thống, chẳng hạn như phương pháp hút phồng rộp và chọc sinh thiết, không chỉ gây khó chịu và tổn thương da cho bệnh nhân mà còn có thể gây biến dạng nồng độ dấu ấn sinh học do tổn thương mô. Công nghệ vi lọc máu mất vài giờ để hoàn thành việc lấy mẫu và tính thấm của màng giới hạn phạm vi phân tích có thể thu thập được.

Do đó, việc phát triển các công nghệ mới cho phép chiết xuất đủ ISF (≥1 μL) nhanh chóng trở thành ưu tiên hàng đầu. Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in li-tô lập thể vi mô dự kiến bề mặt chính xác của MOFONE (PμSL) để chuẩn bị thành công các vi kim rỗng đa kênh với các tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học. Thông qua MicroArch chính xác ® Hệ thống in 3D S230, nơi các nhà nghiên cứu thiết kế và sản xuất các mảng microneedle hình nón với chiều cao khác nhau, đường kính cơ sở và số lượng microchannel. Mỗi miếng vá microneedling chứa một mảng microneedling 10 × 10 với diện tích 16 × 16 mm². Phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy đường kính đầu microneedling chuẩn bị là khoảng 5 μm, tương đương với bán kính đầu microneedling chuẩn bị dựa trên công nghệ in thạch bản.

Sau đó, nghiên cứu này được phủ một lớp silica trên bề mặt của kênh microneedling bằng cách lắng đọng hơi hóa học, làm tăng đáng kể tính ưa nước và do đó tăng cường khả năng hấp phụ ISF qua kênh microneedling. Sau khi sửa đổi, góc tiếp xúc với nước tĩnh của microneedling giảm từ khoảng 72 ° xuống 9 °, cho thấy sự cải thiện đáng kể về tính ưa nước. Lớp phủ siêu ưa nước này cho phép microneedling chiết xuất chất lỏng từ gel agarose, trong khi microneedling không được xử lý không thể chiết xuất bất kỳ chất lỏng nào từ gel agarose. Microneedling phủ silica có thể được lấp đầy với thuốc nhuộm màu xanh trong vòng vài giây sau khi được đưa vào gel agarose, cho thấy khả năng hấp thụ chất lỏng thụ động. Các bài kiểm tra tính chất cơ học đã chỉ ra rằng microneedling in 3D thể hiện các tính chất cơ học tuyệt vời dưới sự nén, cắt và thâm nhập. Ở tải trọng nén lên đến 0,40 N/kim, microneedling không có dấu hiệu gãy, xác nhận độ bền cơ học của nó để thâm nhập vào da mà không có năng suất cơ học.

Sau đó, các thí nghiệm độc tế bào đã xác minh khả năng tương thích sinh học của các miếng vá microneedling in 3D trước và sau khi phủ silica. So với nhóm đối chứng, các tế bào ngâm trong môi trường có chứa microneedling cho thấy sức sống tế bào đáng kể sau 24 giờ và 72 giờ, cho thấy microneedling in 3D không có tác dụng độc hại trước và sau khi phủ.

Các nhà nghiên cứu đã đạt được phân tích trực tiếp, định lượng các dấu ấn sinh học trong chất lỏng lấy mẫu bằng cách tích hợp phân tích so sánh màu vào các miếng vá microneedling. Và urê và pH được chọn làm dấu ấn sinh học mục tiêu, buồng vi chất lỏng tích hợp chứa phân tích tỷ lệ urê và pH dựa trên giấy để phát hiện nồng độ urê và pH trong ISF được chiết xuất. Kết quả thí nghiệm cho thấy miếng dán có thể phát hiện hiệu quả nồng độ urê và pH trong ISF, bao gồm các nồng độ liên quan đến sinh lý. Hệ số tương quan tuyến tính của xét nghiệm urê R²=0,98 và giới hạn phát hiện là 0,83 mM, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong ứng dụng thực tế.

Các miếng vá microneedling siêu ưa nước được phát triển trong nghiên cứu này có thể được tích hợp vào nhiều thiết bị ISF khác nhau, mở rộng ứng dụng của chúng để phát hiện nhiều dấu ấn sinh học trong ISF và khả năng chiết xuất ISF thụ động mang lại tiến bộ đáng kể trong thiết kế và sản xuất thiết bị theo dõi sức khỏe liên tục.

Nghiên cứu đột phá này thể hiện tiềm năng to lớn cho việc sử dụng in 3D vi nạp trong lĩnh vực y sinh học. Để nâng cao hiệu quả in ấn của thiết bị toàn diện, S230 được nâng cấp lên S230A. Trong khi tiếp tục những lợi thế về độ chính xác in siêu cao 2 μm, hệ thống điều chỉnh ngang tự động tích hợp của nó thực hiện tự động hóa các quy trình quan trọng như cân bằng tự động nền tảng, hiệu chuẩn động của màng căng và điều chỉnh thông minh của con lăn.

S230A được tối ưu hóa thông qua các thông số quy trình thông minh, để đạt được hiệu quả sản xuất đáng kể dưới tiền đề đảm bảo chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thướcnâng caoĐể đáp ứng nhu cầu in 3D siêu chính xác trong lĩnh vực y tế sinh học, bao gồm microneedling, microfluiding, chip cơ quan, thiết bị bionic và các cấu trúc chính xác khác.

Trong tương lai, loại veneer microneedling siêu ưa nước này hứa hẹn sẽ được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nghiên cứu lâm sàng, tiến bộ dược phẩm, mỹ phẩm và giám sát sức khỏe liên tục, đặc biệt là trong quản lý các bệnh mãn tính đòi hỏi phải theo dõi thường xuyên các dấu ấn sinh học. Kết hợp với công nghệ in 3D vi nạp tinh vi của MOFONE, các nhà nghiên cứu và kỹ sư có thể phát triển các thiết bị theo dõi sức khỏe chính xác và thoải mái hơn, mở ra những khả năng mới cho y học cá nhân.