재료 과학, 마이크로 가공 기술과 현대 의학의 융합 발전에 따라 마이크로 침은 마이크로 창조가 진료 분야에 개입하는 획기적인 기술로서 피부 각질층을 관통할 수 있고 약물 배달 효율을 현저하게 향상시킬 수 있으며 생물 표지물의 실시간 모니터링을 실현할 수 있는 우세로 이미 생물 의학 공정의 최전방의 중요한 연구 방향이 되었다.

최근 터키 코치 대학이'Advanced Materials Technologies'에 발표한 연구는 피부 조직 간액 (ISF) 을 효과적으로 채취하고 생체 표지물의 현장 검사를 실현할 수 있는 마이크로나 3D 프린팅 기술을 이용해 만든 초친수 공심 마이크로핀 패치를 선보였다.이 획기적인 연구에서 모방의 정밀한 microArch® S230(정밀도: 2μm) 3D 프린팅 시스템은 마이크로핀 구조의 정밀 제조에 핵심 기술을 뒷받침하는 핵심 역할을 수행한다.

조직간액은 세포생활의 직접적인 액체환경으로서 세포외액의 약 75% 를 차지하는데 그 생물표지물의 구성은 혈액과 고도로 비슷하다.연구에 따르면 ISF에는 질병 관련 지표가 풍부하게 포함돼 있어 전통적인 혈액 진단을 대체하는 이상적인 샘플원이 될 것으로 보인다.그러나 ISF는 피부 진피층에 함량이 매우 낮아 추출 기술이 중대한 도전에 직면해 있다.흡포법과 생검 천자와 같은 전통적인 ISF 채집 방법은 환자에게 불편과 피부 손상을 줄 뿐만 아니라 조직 손상으로 인해 생체 표지자 농도가 왜곡될 수도 있다.마이크로 투석 기술은 샘플링을 완료하는 데 몇 시간이 걸리며 필름 투과성은 채집 가능한 분석물의 범위를 제한합니다.

이에 따라 충분한 양의 ISF(≥1μL)를 빠르고 추출할 수 있는 신기술 개발이 급선무로 떠오르고 있다.이 연구에서 연구진은 모방 정밀면 투영 마이크로 입체 광각(P μSL) 기술을 적용해 우수한 기계적 성능과 생체 호환성을 갖춘 다채널 공심 마이크로바늘을 성공적으로 제작했다.모방 정밀 microArch를 통해® S230 3D 프린팅 시스템, 연구원들은 다양한 높이, 기저 지름 및 마이크로 채널 수의 원추형 마이크로 핀 패턴을 설계 및 제조했습니다.각 마이크로핀 패치는 16 × 16mm² 범위의 10 × 10 배열의 마이크로핀을 포함합니다.스캔전자현미경(SEM) 분석에 따르면 제조된 마이크로바늘끝의 지름은 약 5μm로 광각기술을 기반으로 제조된 마이크로바늘끝과 반지름이 비슷하다.

그 후 본 연구는 화학 기상을 통해 마이크로핀 통로 표면에 이산화규소층을 침적하여 친수성을 현저하게 향상시켜 마이크로 통로를 통한 ISF 흡착 능력을 강화하였다.변성 후, 마이크로침의 정적 물 접촉각은 약 72 ° 에서 9 ° 로 낮아져 친수성이 현저하게 개선되었음을 나타낸다.이런 초친수 코팅은 마이크로침으로 하여금 글리세린 겔에서 액체를 추출할 수 있게 하고, 처리되지 않은 마이크로침은 글리세린 겔에서 어떠한 액체도 추출할 수 없게 한다.이산화규소를 코팅한 마이크로침은 글리세린 겔을 삽입한 후 몇 초 안에 파란색 염색액을 채울 수 있어 수동적인 액체 흡수 능력을 보여준다.역학 성능 테스트에 따르면 3D 프린팅 마이크로핀은 압축, 절단 및 투과력에서 우수한 기계적 성능을 보여줍니다.0.40N/바늘에 달하는 압축 하중에서 마이크로 바늘은 끊어질 기미가 보이지 않아 기계적 굴복이 일어나지 않고 피부를 관통하는 기계적 강도를 확인했다.

그 후 세포 독성 실험은 이산화규소 코팅 전후의 3D 프린팅 마이크로핀 패치의 생체 적합성을 검증했다.대조군에 비해 미세침이 함유된 배지에 담근 세포는 24시간과 72시간 뒤 상당한 세포 활력을 보여 3D 프린팅 미세침이 코팅 전후 독성 작용이 없음을 보여줬다.

연구진은 비색분석법을 마이크로핀 패치에 통합함으로써 샘플링 액체 속 생물표지물에 대한 직접적이고 정량적인 분석을 실현했다.또한 요소와 pH를 목표 생물 표지물로 선택하고, 통합된 마이크로 유체실에는 추출된 ISF의 요소와 pH 수준을 측정하기 위한 종이 기반 요소와 pH 비색 분석법이 포함되어 있다.실험 결과 이 패치는 ISF의 요소수와 pH 수준을 효과적으로 측정할 수 있으며, 검사 범위는 생리 관련 농도를 포괄하는 것으로 나타났다.요소수 검출의 선형 상관계수 R² = 0.98, 검출 한도는 0.83 mM으로 이 방법이 실제 응용에서의 타당성과 유효성을 나타낸다.

이 연구에서 개발한 초친수 마이크로핀 패치는 각종 ISF 설비에 통합되어 ISF의 다양한 생물 표지물을 검측하는 데 사용되는 응용을 확장할 수 있으며, 패시브 ISF 추출 능력은 연속 건강 검측 설비의 설계와 생산에 중대한 진전을 제공한다.

이 획기적인 연구는 생물의학 분야에서 마이크로 나노 3D 프린팅의 거대한 응용 잠재력을 보여준다.설비의 인쇄효률을 종합적으로 제고하기 위하여 S230은 S230A로 승격되여 2μm의 초고인쇄정밀도의 우세를 이어가는 동시에 그 통합된 자동수평조절시스템은 플랫폼의 자동평평화, 붕막동태교정과 롤러지능조절 등 관건적인 공정의 자동화를 실현하였다.

S230A는 지능화된 공정 매개 변수 최적화를 통해 표면 품질과 사이즈 정밀도를 보장하는 전제하에 생산 효율의 대폭적인 실현을 실현한다향상마이크로침, 마이크로흐름제어, 장기칩, 생체모방부품 등 정밀구조제조를 포함한 생물의료분야의 초고정밀도 3D프린팅수요를 만족시켜야 한다.

앞으로 이런 초친수미침밀착면은 림상연구, 제약진전, 화장품과 련속건강감시 등 분야에 널리 응용될수 있으며 특히 생물표지물을 빈번히 감시해야 하는 만성병관리면에서 광활한 전망을 갖고있다.모방의 정밀한 마이크로나 3D 프린팅 기술과 결합하여 연구원과 엔지니어는 더욱 정확하고 편안한 건강 모니터링 설비를 개발하여 개성화 의료에 새로운 가능성을 개척할 수 있다.