微针（Microneedles）作为一种新型微创诊疗技术，为药物递送、诊断和健康监测等应用提供了创新的解决方案。微针是通过穿透角质层，以实现无痛给药或分析组织间质液（ISF）中的生物标志物。组织间质液与血浆中的生物标志物具有高度相似性，因此连续监测组织间质液中的蛋白质生物标志物对于改善患者护理和治疗效果至关重要。
据麦姆斯咨询报道，近期，科奇大学（Koc University）的研究团队提出一种新型电化学阻抗谱（EIS）传感器，该传感器采用基于叉指电极的微针（MidE），可以实现血管内皮生长因子（VEGF）检测。这种创新方法提高了生物标志物检测的灵敏度和特异性，为诊断和预防医学中的连续监测应用奠定了基础。相关研究成果以“Microneedles with Interdigitated Electrodes for In Situ Impedimetric VEGF Sensing”为题发表在Advanced Materials Interfaces期刊上。
在这项研究工作中，研究人员开发了基于叉指电极的微针，专门用于VEGF原位阻抗传感，VEGF是多种临床疾病中的关键生物标志物。这项研究通过结合微创采样的优势和先进的阻抗传感功能，旨在改善患者监测和治疗效果。研究人员采用聚乳酸（PLA）作为微针的基底材料，通过模塑技术制备微针，并使用蒸发法沉积叉指金（Au）电极，制备过程如图1所示。图2为制备好的基于叉指电极的微针贴片，每个贴片包含约36个固体微针，排列在7 mm x 7 mm的区域中。每个微针的高度为1.5 mm，相邻微针之间的中心距为1.2 mm。由于其光滑的几何形状和精细的针尖，这些微针可以快速插入并完全穿透表皮层，有利于皮肤快速愈合。多组微针可以同时插入患者皮肤，提高操作效率。
图1 基于叉指电极的微针制备工艺示意图
图2 基于叉指电极的微针光学图像
为了评估该微针的机械性能及其在插入皮肤过程中的承压性能，研究人员使用力学测试装置对微针的机械性能进行了表征。结果表明，该微针可以承受每针0.275 N的压力，足以穿透人体皮肤而不会断裂。此外，研究人员还对微针进行了剪切测试，结果表明，使用力传感探针施加剪切力（0.27 N）时，微针未受到损伤，表现出良好的抗剪切性能。
图3 基于叉指电极的微针的机械性能测试
为了展示其电容式生物传感应用，研究人员进一步开发了基于叉指电极的微针传感器来检测VEGF水平。研究人员使用抗VEGF抗体对微针进行功能化，并逐步引入VEGF抗原，观察到目标生物标志物的电容显著增加。电容的变化可能是由于微针上的不饱和抗VEGF抗体，即使在复杂的混合物中，这些抗体也对VEGF保持高度特异性。
图4 基于叉指电极的微针传感器对VEGF的响应特性
综上所述，这项研究所提出的基于叉指电极的柔性微针微加工技术将极大地推动原位电容传感技术的发展。这种微针具有出色的柔韧性和弹性，能够确保在大鼠皮肤上使用时不会断裂，这对于优先考虑用户舒适度的未来可穿戴传感器应用至关重要。此外，这种原位针上传感方法避免了传统采样系统的复杂性，有助于实现蛋白质生物标志物的无痛、微创连续监测。研究人员称，未来的研究将侧重于优化该传感器的灵敏度和特异性，以实现更广泛的临床应用。
论文信息：
https://doi.org/10.1002/admi.202400789
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