圖片來源：北卡羅來納州立大學

研究人員開發(fā)了一種自供電微針貼片，無需抽血、無需依賴電池或外部設備即可監(jiān)測一系列健康生物標志物。在利用合成皮膚進行的概念驗證測試中，研究人員證明，該貼片可以在 15 分鐘到 24 小時內(nèi)收集生物標志物樣本。

“生物標志物是生物過程的可測量指標，可以幫助我們監(jiān)測健康狀況和診斷醫(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《芯片實驗室》雜志上。

絕大多數(shù)傳統(tǒng)生物標志物檢測依賴于采集血液樣本。采集血液樣本不僅對大多數(shù)人來說不方便，也給醫(yī)療專業(yè)人員和技術開發(fā)人員帶來了挑戰(zhàn)。這是因為血液是一個復雜的系統(tǒng)，需要先去除血小板、紅細胞等，然后才能對相關液體進行檢測。

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

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)過處理才能進行檢測。從本質(zhì)上講，它簡化了生物標志物檢測流程。

具體來說，丹尼爾和他的同事們制作了一種完全被動的微針貼片，它不依賴電池或外部能源來采集或儲存腸內(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)干細胞（ISF）時會膨脹的材料制成。ISF 會通過微針吸收，就像水通過紙巾吸收一樣——直到接觸到紙。

當紙開始吸收ISF時，液體會與紙另一側的凝膠接觸。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。

“這張紙就是儲存ISF的地方，”丹尼爾說。“當你取下貼片時，就可以取出紙條，然后分析樣本。”

研究人員在兩種合成皮膚模型上測試了該貼片。

“效果很好，”丹尼爾說。“這些貼片只需15分鐘就能收集到可測量的結果，并且能夠保存生物標志物樣本至少24小時。”

為了進行概念驗證測試，研究人員監(jiān)測了皮質(zhì)醇——一種在一天中波動的壓力生物標志物。

“這意味著人們可能希望每天監(jiān)測多次，而無需反復抽血，”丹尼爾說。“而且這種貼片對ISF中發(fā)現(xiàn)的許多生物標志物沒有理由不起作用。”

這些貼片的另一個吸引人的地方是它們是由相對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，但我們認為其價格與血液檢測的成本相比很有競爭力，”丹尼爾說。“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。”

研究人員已經(jīng)開始對這些貼片進行人體測試，并正在開發(fā)電子設備來“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)醇水平的電子設備，并且正在研發(fā)另一種可以評估不同生物標志物的設備，”丹尼爾說。

“我們目前正在尋找兩個領域的行業(yè)合作伙伴。我們很樂意與診斷領域的公司洽談，探索更多應用；我們也希望與潛在合作伙伴探討擴大生產(chǎn)規(guī)模。”