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探究关于DLP技术的高分辨率3D打印微针

微流控 2021-06-27 11:05 次阅读

据麦姆斯咨询介绍,对于全世界4.22亿糖尿病患者中的很多人来说,血糖监测是必要的,同时也是令人不舒服的,因为日常需要通过痛苦的针刺采血来检测血糖水平。虽然类似雅培血糖仪FreeStyle Libre这样的新技术可以提供连续血糖监测(CGM),但这款仪器仍要求将5 mm的刚性金属针植入皮肤。虽然不像普通针刺那么麻烦,但对病人来说还是有些不舒服。

为了开发一种对用户更友好的解决方案,奥地利理工学院(AIT)与DirectSens、In-Vision合作启动了NUMBAT研究项目。该研究项目旨在利用高分辨率DLP 3D打印技术制造一系列聚合物微针,用于微创、痛苦较少的连续血糖监测。

NUMBAT项目概念验证的成功为个性化微针阵列的开发打开了大门,甚至显示出在其他应用领域(如经皮给药)的发展前景。

一种更舒适的连续血糖监测方法

根据之前的研究文献,奥地利理工学院团队了解到,他们设想的微针解决方案需要三个组成部分:微针本身、金属化(使其可以作为电化学测试的电极)、生物功能层(表面修饰,可直接将电子转移到电极上进行葡萄糖检测)。

所有这些都将被集成在一个柔性箔片上,当它像贴片一样贴在皮肤上时,将实时监测皮下间质液中的葡萄糖水平。奥地利理工学院团队设计的微针只作用于皮肤表层之下,不会触及神经或血管。

奥地利理工学院团队很快确定传统的金属化工艺就足够了,但是生物功能化和微针本身需要一种新的方法实现。传统的指尖血糖仪包含葡萄糖氧化酶,它能够在血液样本中含有葡萄糖的情况下产生信号。然而,为了将电子信号传输到电极,血糖仪还需要一些“有毒”介质,因此,这限制了传统指尖血糖仪的微创应用。

为了解决这个问题,奥地利理工学院与第三代生物传感器的先驱DirectSens展开了合作。DirectSens的技术为奥地利理工学院设想的新型表面修饰提供了一种安全、直接的电子转移酶生物功能化的方法。这使得研究小组能够降低NUMBAT生物传感器的启动电压,从而减少干扰,延长使用寿命。

微针挑战

随着生物功能化问题的解决,接下来是微针问题。因为研究团队的目标是非常小的针(只有500微米或0.5毫米高,针尖只有2微米宽),他们知道用传统技术生产如此精细的针将是一项挑战。

例如,传统的微型注塑成型模具对于定制的微针布局并不适用,这会阻碍实验的进展。虽然在生产环境中,定制的微针布局可能会实现,但在试验期间,每次尝试都需要创建新的高精度模具,这将增加研究的时间、成本和复杂性。同时,奥地利理工学院也知道TPP的3D打印技术速度太慢,成本也更高。

速度、灵活性和精度

奥地利理工学院决定将基于DLP技术的微型立体光刻作为最佳的解决方案,以满足基板材料选取和试验的灵活性。为了构建这种微型立体光刻3D打印机,奥地利理工学院与In-Vision开展了合作,In-Vision提供了配备定制镜头的Firebird UV DLP投影仪。凭借2微米像素间距和2560 × 1600原始分辨率,Firebird投影仪满足了NUMBAT对精确度和定制化的要求。

光学引擎的高分辨率是关键因素。”奥地利理工学院健康与生物资源中心的分子诊断高级研究工程师Giorgio Mutinati说道,“凭借其2微米像素分辨率和光学设计,投影仪超出了我们所需要的最先进水平,从而推进了研究项目的开发进程。”

In-Vision还与奥地利理工学院团队合作制造出了打印机,并提供和帮助编程所需的软件。“除了投影仪之外,In-Vision编写的基于LabView的软件也是这个项目的核心部分。”Giorgio说道,“In-Vision与我们合作建立了符合我们要求的系统,并继续给我们提供帮助。”

微针的新潜力

随着NUMBAT研究项目已经达到第4等级的技术成熟度,该项目团队准备在生物传感器层面证明这些技术的可行性,但同时也在制定新的项目计划,以进一步探索他们开发的印刷技术。前景包括开发一种用于乳酸等其他生物标志物的微针贴片及在同一贴片上整合多种生物标志物的传感器,甚至包括用于创建使用空心针进行药物输送的闭环解决方案。

“这台打印机的高分辨率能力给了我们很多选择,我们正在寻找合作伙伴,通过对微针和各种针形的研究来进一步发展这项技术。”Giorgio表示,“这项技术拥有速度和灵活性优势,为许多新颖的应用打开了大门。”

编辑:jq

原文标题:基于DLP技术的高分辨率3D打印微针,用于微创、连续血糖监测

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