随着材料科学、微加工技术和现代医学的融合发展，微针作为微创介入诊疗领域的一项突破性技术，凭借其能够无痛穿透皮肤角质层、显著提升药物递送效率及实现生物标志物实时监测的优势，已成为生物医学工程前沿的重要研究方向。
然而，该技术从实验室研究向临床转化与规模化生产的过程中，仍面临严峻的制备挑战：微针需同时满足微米级结构精度、优良生物相容性、足够机械强度以及复杂功能集成等多重要求，而传统机加工技术在材料适应性、复杂结构实现能力及大规模生产一致性方面仍存在显著局限。
以土耳其科奇大学团队开发的血管内皮生长因子（VEGF）检测微针为例，其采用叉指电极结构有效提升了生物传感的灵敏度，然而在微针阵列成型环节仍依赖传统翻模工艺，对材料兼容性、工艺稳定性及设备精度提出了极高要求。在此背景下，摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术可实现高精度模具的快速制造，为微针结构的复杂功能集成、性能提升及后续产业化落地提供了创新性的解决方案。
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），可以进行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”为题发表在国际期刊《Advanced Materials Interfaces》上。
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，旨在提升患者健康监测的质量和治疗的有效性。研究人员先利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（microArch® S230，精度：2 μm）制备聚乳酸（PLA）微针的阳模，随后通过PDMS翻模得到具有精细结构的阴模，最终通过蒸发沉积工艺制备出金质叉指电极，整个制备流程如图1所示。
图1. 基于叉指电极的微针制备工艺示意图。
如图2所示，最终制得的微针贴片集成了叉指电极结构，每个贴片在7 mm×7 mm的基底上分布约36根微针。每根微针高度为1.5 mm，相邻微针中心间距为1.2 mm。凭借其光滑的表面和极细的针尖，该微针可实现快速表皮穿透，并最大限度地减轻组织损伤，有助于刺入部位快速愈合。
图2. 基于叉指电极的微针光学图像。
为检验微针的力学强度及其在皮肤穿刺过程中的机械稳定性，研究团队使用力学测试装置对微针的机械性能进行了表征。结果显示，每根微针可以承受的最大力为0.275 N，高于人体皮肤角质层的典型穿刺阈值（通常约为0.05–0.1 N/针），表明其具备足够的机械强度以完整穿透皮肤而不发生断裂或变形。此外，团队还通过横向剪切实验评估了微针的抗侧向应力能力，当采用力传感探头施加0.27 N的剪切力时，微针结构未观察到可见损伤或功能性失效，显示其具有良好的机械韧性和抗剪切特性，能够在复杂力学环境中保持结构完整性。
图3. 基于叉指电极的微针的机械性能测试。
为验证该微针在电容式生物传感中的应用潜力，研究团队构建了基于叉指电极的微针传感器系统，用于检测VEGF的浓度。该传感器通过固定抗VEGF抗体进行功能化修饰，形成特异性识别界面。在逐步添加VEGF抗原的过程中，观察到目标生物标志物的电容值出现显著上升。电容的变化可能是由于微针上的不饱和抗VEGF抗体，即使处于复杂生物基质环境下，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。
总结：本研究开发的基于叉指电极的微针制备方法，有望显著促进原位电容传感技术的进步。此类微针兼具优异的柔韧性和高弹性，能够在大鼠皮肤实验中保持结构完整、无断裂，这对于注重舒适度的未来可穿戴传感设备应用具有重要意义。同时，该技术采用的原位针上传感策略规避了传统采样方法常见的复杂流程，为蛋白质生物标志物实现无痛、微创的连续监测提供了支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/admi.202400789
