北卡罗来纳大学最新生物医疗创新应用

1789年创立的北卡罗来纳大学（UNC），作为美国公立高等教育的先驱，在医学创新的征途上，UNC稳居前沿，利用微纳3D打印技术开发创新性生物医疗解决方案。在生物医学工程联合部门，Roger Narayan教授及其团队选择了摩方精密的面投影微立体光刻（PµSL）3D打印技术（nanoArch® S130，精度：2 μm），应用于pH值传感、组织间液提取、5-HT感应等多项科研挑战。在这些精细化的应用中，分辨率、准确性与精密度成为至关重要的考量标准，而这正是传统制造工艺所难以触及的高度。 ①基于微针技术的比色pH传感贴片（图2） Narayan团队精心研制出一种基于机器学习技术的微针比色pH传感贴片。这款创新性的贴片旨在实现双重目标：一方面监测食品质量，另一方面评估伤口健康状况。经过一系列严谨的体外实验验证，通过借助摩方精密的高精密3D打印机，该团队成功生产出了分辨率高达2-25 μm的精密零部件，从而实现了微针的精细化和精确化制造。 ②微针阵列用于组织间液提取与监测 （图3） Narayan团队开创性地开发了一种基于3D打印MN阵列的即时护理微尺度设备，旨在高效提取ISF并进行分析物监测。该设备采用压力驱动的对流方式，有效地实现了ISF的提取。集成化的MN设备成功地收集到了足够的ISF体积（3.0 μL），为后续的分析工作提供了保障。MN的倾斜设计显著提高了针尖处表皮层的拉伸，有效避免了皮肤在针尖附近的折叠，从而提升了皮肤的穿透效率。UNC团队利用摩方精密3D打印设备制备出了500 μm至1.4 mm之间的微针。 ③碳纤维集成多接触电极用于5-HT感测 （图4） UNC的研究团队成功研发了一种专用于5-HT感测的碳纤维集成多接触电极（MCCFEs）配置。该MCCFEs的独特之处在于其采用了灵活且高密度的布局，每个电极均保持独立，成功克服了先前设计的局限性。MCCFEs具备众多的电活性位点、适当的抗拉强度以及良好的化学稳定性，这些特性对于基于纤维平台的电化学感测效率至关重要。通过初始的超声波处理，团队诱导了碳纤维的空化，促进了其光滑碳质层的剥离，从而显著提升了电极界面的性能，例如增强了电解质的渗透性。