在過(guò)去的幾十年中，微流控芯片作為處理微小液滴或小體積液體樣品的小型實(shí)驗室裝置，具有快速分析、小容量處理和成本效益高等優(yōu)點(diǎn)。然而，微流控芯片在臨床分析領(lǐng)域面臨著(zhù)諸多局限性。為了提高適應性和集成度，有必要向更小、更復雜的尺寸發(fā)展?，F有的微流控芯片缺乏三維（3D）分析能力，急需開(kāi)發(fā)一種高度集成的超構微流控芯片，以實(shí)現多維流體控制。近年來(lái)，基于光子晶體（PC）膜的分析方法因其具有非接觸、可視化的傳感特性而備受關(guān)注，具有將生物化學(xué)信號轉換成光信號的能力，當其結合上微流控微針時(shí)，可以實(shí)現傷口部位的原位監測和高效管理。
圖1 超構微流控微針（MMMs）用于智能傷口管理（包括運動(dòng)傳感、生化分析和傷口愈合）的示意圖
據麥姆斯咨詢(xún)報道，近日，南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院高兵兵副教授團隊在國際材料科學(xué)學(xué)術(shù)期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.00）上發(fā)表題為“Rolling Stone Gathers Moss: Rolling Microneedles Generate Meta Microfluidic Microneedles (MMMs)"的研究成果，報道了基于滾動(dòng)微針制備仿生超構微流控微針芯片（MMMs）用于高效傷口管理的最新研究。研究人員采用市售滾動(dòng)微針（RMNs）實(shí)現雙面滲透和圖案化設計，使其既能用于制備微針，又可以構建三維多層微流控通道。這種制備方法具有快速簡(jiǎn)便高效的優(yōu)勢，該生物啟發(fā)的超構微流控微針貼片在傷口管理、臨床給藥以及即時(shí)診斷（POCT）等領(lǐng)域都具有巨大的發(fā)展潛力。南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院碩士二年級研究生周錢(qián)為第一作者，高兵兵副教授為該論文的通訊作者。
該研究使用了一種特殊的工具——滾動(dòng)微針（RMNs）。利用滾動(dòng)微針，研究人員首先在拉伸的聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具上垂直滾動(dòng)出負模，再填充所需的材料，真空干燥，最終得到所需的微針（圖2）。滾動(dòng)微針在本文研究中發(fā)揮了兩種作用，除了上文提及的作為制備微針的模具，另一作用是在膜上創(chuàng )建孔洞，這些孔洞被設計在特定的位置，完成3D微流控通道的構建，實(shí)現雙面滲透和圖案化設計，以方便藥物和待測液的輸送。當待測液順著(zhù)微流控通道自驅流動(dòng)，到孔洞位置時(shí)，待測液將會(huì )流入第二層，再順著(zhù)通道及孔洞到達第三層，直至到達檢測區。滾動(dòng)微針這種簡(jiǎn)便的工具，為創(chuàng )建多層次微流控通道提供了新思路。圖2 超構微流控微針芯片貼片的制作過(guò)程和表征受到大自然中生物體（閃蝶翅膀，孔雀羽毛）利用周期性微觀(guān)結構創(chuàng )造出許多引人注目的結構色的啟發(fā)，研究人員利用排列有序的單分散電致變色光子晶體（EPC）納米粒子，自組裝干燥制備了人工合成的光子晶體。其具備周期性結構，能夠有選擇性地透過(guò)或反射特定波長(cháng)的光。研究人員將滾動(dòng)微針與光子晶體膜結合，設計的3D多層微流控通道解決了流體自發(fā)流動(dòng)的問(wèn)題。在毛細力的作用下，流體無(wú)需外部驅動(dòng)力即可自發(fā)流動(dòng)。流體在流過(guò)光子晶體膜時(shí)會(huì )產(chǎn)生明顯的顏色反應，還具有熒光增強的功能（圖3），因此可應用于監測小鼠傷口的炎癥因子（IL-6、CRP）?；谶@些特點(diǎn)，這種超構微流控微針芯片在促進(jìn)組織再生、創(chuàng )面愈合和傷口管理方面的實(shí)用性能已通過(guò)小鼠傷口模型的全層皮膚創(chuàng )面得到證實(shí)（圖4）。這些結果表明，超構微流控微針貼片在傷口愈合、組織工程等生物醫學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。綜上所述，該研究受生物啟發(fā)使用滾動(dòng)微針設計了基于光子晶體的新型超構微流控微針貼片。以軸向陣列排列的滾動(dòng)微針作為簡(jiǎn)便的微針設計模板，同時(shí)在光子晶體膜上進(jìn)行了圖案化設計促進(jìn)了雙面滲透，形成了3D超構微流控通道。與光子晶體膜的結合，可以產(chǎn)生特別的結構色和熒光增強作用。研究人員對小鼠傷口中的炎癥因子（如IL-6和CRP）進(jìn)行的實(shí)時(shí)監測證明了超構微流控微針貼片在傷口管理和生物醫學(xué)應用方面的潛力。本研究在流體控制方面實(shí)現了突破，為臨床給藥和護理點(diǎn)檢測的應用提供了新的可能性。該研究工作得到了國家自然基金、江蘇省自然科學(xué)基金、南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院學(xué)科基金等項目的支持。
已獲得轉載權
更新時(shí)間：2024-02-21
點(diǎn)擊次數：828
當前位置：
