材料科学、マイクロ加工技術と現代医学の融合発展に伴い、マイクロニードルはマイクロ侵襲介入診療分野の画期的な技術として、皮膚角質層を貫通し、薬物送達効率を著しく向上させ、バイオマーカーのリアルタイムモニタリングを実現できる利点により、生物医学工学の最前線の重要な研究方向となっている。

トルコのコージ大学がこのほど発表した「Advanced Materials Technologies」の研究によると、皮膚組織間液（ISF）を効果的に採取し、バイオマーカーの現場検査を実現するマイクロナノ3 Dプリント技術を用いて製造された超親水中空マイクロニードルパッチが展示された。この画期的な研究では、モアレ精密なmicroArch® S 230（精度：2μm）3 D印刷システムは重要な役割を果たし、マイクロニードル構造の精密製造にコア技術の支持を提供した。

組織間液は細胞生活の直接液体環境として、細胞外液の約75%を占め、そのバイオマーカー組成は血液と高度に類似している。研究によると、ISFには豊富な疾病関連指標が含まれており、伝統的な血液診断に代わる理想的なサンプル源になることが期待されている。しかし、皮膚真皮層中のISFの含有量は極めて低く、抽出技術は重大な挑戦に直面している。従来のISF採取方法、例えば水疱吸引法と生検穿刺は、患者に不快感と皮膚損傷をもたらすだけでなく、組織損傷によるバイオマーカー濃度の歪みを引き起こす可能性がある。マイクロ透析技術はサンプリングを完了するのに数時間かかり、膜透過性は分析物を採取できる範囲を制限している。

そのため、十分な量のISF（≧1μL）を迅速かつ抽出できる新技術の開発が急務となっている。この研究では、研究チームは、優れた機械的性質と生物学的互換性を持つ多チャンネル中空マイクロニードルの製造に成功した。モアレ精密microArchによる® S 230 3 D印刷システム、研究者は異なる高さ、基底直径とマイクロチャネル数の円錐形マイクロニードルアレイを設計し、製造した。各マイクロニードルパッチは10×10アレイのマイクロニードルを含み、カバー面積は16×16 mm²である。走査電子顕微鏡（SEM）分析によると、調製したマイクロニードルの針先直径は約5μmで、フォトリソグラフィ技術に基づいて調製したマイクロニードルの針先半径に相当する。

その後、本研究は化学蒸着によりマイクロニードルチャネル表面にシリカ層をコーティングし、親水性を著しく向上させ、マイクロチャネルを通過するISF吸着能力を増強した。改質後、マイクロニードルの静的水接触角は約72°から9°に低下し、親水性が顕著に改善されたことを示した。このような超親水性コーティングにより、マイクロニードルはアガロースゲルから液体を抽出することができ、未処理のマイクロニードルはアガロースゲルからいかなる液体も抽出することができない。シリカ被覆マイクロニードルはアガロースゲル挿入後数秒以内に青色染液を充填でき、受動液体吸収能力を示す。力学性能試験により、3 D印刷マイクロニードルは圧縮、せん断、貫通力の下で優れた機械性能を示した。0.40 N/針までの圧縮荷重下では、マイクロ針に破断の兆候は見られず、機械的降伏を起こさずに皮膚を貫通する機械的強度が確認された。

その後、細胞毒性実験によりシリカコーティング前後における3 Dプリントマイクロニードルパッチの生体適合性を検証した。対照群と比較して、マイクロニードルを含む培地に浸漬した細胞は24時間と72時間後にかなりの細胞活力を示し、3 Dプリントマイクロニードルはコーティング前後に毒性作用がないことを示した。

研究者は比色分析法をマイクロニードルパッチに集積することにより、サンプリング液体中のバイオマーカーの直接、定量分析を実現した。そして尿素とpHを目標バイオマーカーとして選択し、集積されたマイクロ流体室は紙ベースの尿素とpH比色分析法を含み、抽出されたISF中の尿素とpHレベルを検出する。実験結果によると、このパッチはISF中の尿素とpHレベルを効果的に検出でき、検出範囲は生理関連濃度をカバーする。尿素検出の線形相関係数R²=0.98、検出限界は0.83 mMであり、この方法の実際の応用における実行可能性と有効性を示している。

この研究開発された超親水性マイクロニードルパッチは各種ISF装置に統合され、ISF中の多種のバイオマーカーを検出するための応用を拡大することができ、受動的ISF抽出能力は連続健康モニタリング装置の設計と生産に重大な進展を提供した。

この画期的な研究は、生物医学分野におけるマイクロナノ3 Dプリントの巨大な応用潜在力を体現している。総合的に設備の印刷効率を向上させるために、S 230はS 230 Aにアップグレードし、2μmの超高印刷精度の優位性を継続すると同時に、その集積した自動水平調節システムはプラットフォームの自動レベリング、包膜の動態校正とローラーの知能調節などの重要な工程の自動化を実現した。

S 230 Aはインテリジェント化されたプロセスパラメータ最適化により、表面品質と寸法精度を保証する前提の下で、生産効率の大幅な向上を実現する向上、マイクロニードル、マイクロフロー制御、臓器チップ、生体模倣装置などの精密構造の製造を含む生物医療分野の超高精度3 D印刷需要を満たす。

将来的には、このような超親水性マイクロニードル貼付面は臨床研究、製薬進展、化粧品と連続健康モニタリングなどの分野に広く応用されることが期待され、特にバイオマーカーの頻繁なモニタリングが必要な慢性病管理の面で広い将来性がある。摩方精密なマイクロナノ3 D印刷技術を結合して、研究者とエンジニアはより正確で快適な健康モニタリング設備を開発することができて、個性的な医療のために新しい可能性を開拓することができます。