文/王涵玉（北京科技大學(xué)）

傳統(tǒng)的生物檢測方法不僅成本高，而且特別需要專業(yè)人員的操作，導(dǎo)致檢測的步驟十分繁瑣，普通患者不能自己動手檢測，且需要很長的時間才能得到檢測結(jié)果。針對于這些難點，現(xiàn)場快檢 POCT (point-of-care testing) 被提出，即在現(xiàn)場進行采樣并使用便攜式的分析檢測儀器以及配套的試劑和試紙, 在病人身邊進行快速分析、準確診斷并現(xiàn)場快速得到檢測結(jié)果。實現(xiàn)了儀器的小型化、操作過程簡便化、檢測現(xiàn)場實時化，體現(xiàn)了當(dāng)代科技的信息化。當(dāng)然，POCT技術(shù)的實現(xiàn)離不開微針技術(shù)。微針，顧名思義，即細小的針，通常它的針長在 50 ～ 2000 微米之間，針尖直徑在1 ～ 100微米之間，由于微針的長度短，可以恰好穿過角質(zhì)層同時又不會觸及痛覺神經(jīng)，常被認為無痛且微創(chuàng)。

糖尿病作為對人類健康影響最嚴重的疾病之一，近年來已越來越受到人們的關(guān)注，在現(xiàn)在的各種血糖檢測技術(shù)中，高準確性和無痛優(yōu)點的微創(chuàng)檢測技術(shù)深受人們的歡迎，微針通常作為微創(chuàng)檢測中最常用的器件。在傳統(tǒng)的生物檢測中，大部分檢測需要采集血液或組織間液，這就產(chǎn)生了不可避免的穿刺皮膚的疼痛感和開放性的創(chuàng)口，給病患帶來心理壓力和生理創(chuàng)傷，尤其是像糖尿病這類需要頻繁進行檢測的患者。這種傳統(tǒng)檢測產(chǎn)生了大量醫(yī)療廢棄物如針頭、檢測試紙等，不僅帶來一系列環(huán)境污染問題，同時造成了資源浪費，更嚴重的是，在一些發(fā)展中國家可能會重復(fù)使用未經(jīng)消毒或不正確消毒的針頭造成常見的血源性疾病的傳播。在醫(yī)療安全和廢物處理方面，沒有經(jīng)過培訓(xùn)的人很難在家中將自行使用的皮下注射針頭和注射器等廢棄物進行正確處理，帶來嚴重的安全隱患；另一方面，有一部分人尤其是兒童存在針頭恐懼癥，使他們不愿意尋求常規(guī)的醫(yī)療護理以致疾病無法得到有效的治療。

通過將微針與藥物或生物傳感器的結(jié)合，可以實現(xiàn)無痛微創(chuàng)的藥物輸送和體液生物標志物的檢測，經(jīng)過特殊設(shè)計的微針還能夠?qū)w液中目標物質(zhì)的濃度進行實時監(jiān)測，延長單次檢測的有效時間，減少了長期反復(fù)采集體液帶來的痛苦。另外，微針結(jié)構(gòu)簡單、制作成本低、操作簡便的特點還消除了實驗廢棄物存在安全隱患和造成環(huán)境污染、資源浪費的問題，同時也讓低收入地區(qū)的患者能夠承擔(dān)得起治療費用，以及能夠自我診斷而不再依靠專門的設(shè)備和專業(yè)人員的監(jiān)督。相比于傳統(tǒng)的檢測方式，微針貼片可以根據(jù)患者所喜愛而設(shè)計成不同的圖案和排列方式，像文身貼片一樣。我們的微針也通過在不同區(qū)域的針尖里裝載不同的檢測試劑，可以實現(xiàn)一個微針貼片，同時檢測不同的生物標志物的功能，方便又快捷。此外，微針貼片還可以減少檢測試劑與空氣的直接接觸，提高了試劑的有效性。

對廣大糖尿病患者群體來說，現(xiàn)行常規(guī)的檢測方法是指尖釆血法檢測血糖（如圖1），大概統(tǒng)計，每人每天平均手指采血次數(shù)為7次，這種方式只能獲得單一時間點的血糖濃度，無法對糖尿病患者全天的血糖濃度進行監(jiān)測。基于微針貼片的血糖監(jiān)測設(shè)備的出現(xiàn)為這些問題帶來了解決方法。用基于微針貼片的檢測方法，微針所注射的檢測試劑可以在之后的7天左右時間里停留在人表皮中，并且會隨著組織間液中的血糖濃度的變化作出相應(yīng)的顏色反應(yīng)，為患者提供實時的連續(xù)的血糖監(jiān)測?？梢灶A(yù)見，如果這些新型的微針血糖檢測設(shè)備能夠得到大面積的推廣使用，那么全世界將會有更少的醫(yī)療廢物產(chǎn)生，更少的人因為糖尿病死亡，更少的醫(yī)療衛(wèi)生支出花費在糖尿病上。微針的形狀和結(jié)構(gòu)通常因使用場景和功能需求的不同而不同，其精細的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其很難在短時間內(nèi)大量生產(chǎn)。3D 打印可以制備復(fù)雜的組合和幾何形狀，可以對微針的長度和形狀進行精確的控制，可用于制備定制化微針以滿足患者的需求。3D 打印技術(shù)既不需要復(fù)雜昂貴的制造設(shè)施，也不需要微細加工方面的專業(yè)知識。

我們利用3D打印技術(shù)通過倒模法制備了不同直徑與高度的微針模型并制備出微針成品。我們分析了微針成品與微針模型設(shè)計參數(shù)之間的數(shù)據(jù)差異，并通過力學(xué)強度測試以及微針插入豬皮實驗篩選出最佳直徑與高度微針參數(shù)即穿刺效果最好的微針，為后續(xù)基于微針貼片的血糖檢測打下堅實的基礎(chǔ)。

在實驗的過程中，由于對微針的長徑比、角度的設(shè)計不能一步到位，需要很多的數(shù)據(jù)支持來確定一個最佳的微針參數(shù)，需要大量的人力，以及后續(xù)智能手機識別色度的軟件的開發(fā)，由于對軟件開發(fā)沒有嘗試過，所以可能需要投入大量的時間與信息來完成血糖軟件的設(shè)計。在繪圖方面，作為科研小白的我第一次接觸到用AI軟件來繪圖，完全自學(xué)了該軟件，來繪制實驗過程中的示意圖。

雖然迄今為止大多數(shù)低成本的 3D 打印微針顯示出低縱橫比和較差的尖端銳度，但團隊會努力實驗，獲得高縱橫比的微針，滿足患者的使用需求。我們或許能在不久的將來看到微針驅(qū)動的多路傳感設(shè)備的面世。在進一步推進研究中，隨著低功耗電子設(shè)備、無線通信技術(shù)和自供電生物傳感器技術(shù)不斷取得重大突破，小型化的無電池微針傳感的電化學(xué)設(shè)備也將逐漸出現(xiàn)在我們的生活中。通過針對不同用戶進行個性化定制，這些新型的微針生物傳感器將在智慧醫(yī)療保健服務(wù)中發(fā)揮核心的作用（如圖2）。微針傳感器與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能相結(jié)合，傳感器檢測生物標志物并將結(jié)果上傳到云端。由醫(yī)生或人工智能結(jié)合病人的醫(yī)療記錄進行遠程診斷，之后醫(yī)療決策觸發(fā)微針中的預(yù)載藥物釋放到患者體內(nèi)?；颊邔倪@種新型的醫(yī)療保健模式的分散化治療中受益，在家中就能進行疾病治療，解決醫(yī)療資源短缺的問題。

1.測量糖尿病相關(guān)生物標志物的不同體外和體內(nèi)傳感方法的代表性實例

2.個性化微針將來用于智慧治療（微針生物傳感器與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，在患者表皮采集數(shù)據(jù)上傳到云端，實現(xiàn)遠程智能診斷和治療）