本文介绍了一项关于无痛微针贴片用于皮肤间质液（interstitial fluid, ISF）采集的研究，该研究由Federico Ribet、Annika Bendes、Claudia Fredolini、Mikolaj Dobielewski、Michael Böttcher、Olof Beck、Jochen M. Schwenk、Göran Stemme和Niclas Roxhed等作者共同完成，并于2023年发表在《Advanced Healthcare Materials》期刊上。该研究的主要目标是开发一种低成本、紧凑且无痛的微针设备，用于采集皮肤间质液，并实现多分析物（如小分子、SARS-CoV-2抗体和蛋白质）的定量分析。

研究背景

传统的血液采样方法虽然广泛应用于健康监测和诊断，但其侵入性和疼痛感给患者带来了不适。特别是在COVID-19大流行期间，对更便捷、患者友好的采样方法的需求日益增加。皮肤间质液（ISF）作为一种新兴的生物样本，具有与血浆浓度动态高度相关的特点，且可以通过微创方式从皮肤中采集。然而，目前缺乏适用于临床转化的ISF采样设备。因此，本研究旨在开发一种基于单微针的设备，能够在几分钟内无痛采集1.1微升的ISF，并将其稳定存储在分析级纸张中，便于后续实验室分析。

研究流程

1. 设备设计：该设备由一个可重复使用的压力施加器和一个一次性采样装置组成。微针用于穿透皮肤表皮，进入真皮层采集ISF。设备通过施加径向压力，将ISF引导至微流控芯片中，最终存储在分析级纸张中。设备的设计考虑了无痛采样、成本效益、采样时间短、样本纯净度、分析兼容性和体积计量等关键因素。

2. 采样过程：在健康志愿者身上进行了ISF采样实验。微针插入皮肤后，施加轻微压力，ISF被引导至设备中。采样时间在1.5到10分钟之间，平均为5分钟。采样完成后，样本被干燥并存储在纸张中，便于后续邮寄和实验室分析。

3. 体积计量可靠性：通过泵送已知流速的ISF替代溶液，验证了设备的体积计量功能。实验表明，设备能够准确采集1.1微升的ISF，误差在±3.5%以内。

4. 微针插入与皮肤恢复：微针的插入速度和几何形状对皮肤穿透过程至关重要。实验表明，使用商业化的不锈钢微针能够有效减少疼痛和出血风险。皮肤在采样后5小时内完全恢复，未留下永久性痕迹。

5. 咖啡因浓度测量：通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，测量了ISF样本中的咖啡因浓度。结果显示，ISF样本中的咖啡因浓度与干燥血斑（DBS）样本中的结果一致，证明了该设备能够准确测量生理相关浓度的化合物。

6. SARS-CoV-2抗体检测：研究首次在ISF样本中检测到了SARS-CoV-2抗体（抗刺突蛋白IgG）。尽管ISF样本中的抗体浓度低于DBS样本，但仍能有效区分阳性和阴性个体。

7. ISF蛋白质组分析：通过亲和扩展分析（Olink）技术，对ISF样本中的蛋白质进行了分析。结果显示，ISF样本中检测到了数百种蛋白质，其中一些蛋白质在ISF中的相对丰度高于DBS样本，表明ISF具有丰富的生物信息潜力。

研究结果

1. 设备性能：该设备能够在几分钟内无痛采集1.1微升的ISF，并通过体积计量确保样本的准确性。采样过程对皮肤损伤极小，且皮肤在短时间内完全恢复。

2. 多分析物检测：该设备能够从微量的ISF样本中定量分析咖啡因、SARS-CoV-2抗体和数百种蛋白质，展示了其在健康监测中的广泛应用潜力。

3. 临床转化潜力：该设备的低成本、紧凑设计和无痛采样特性使其适用于家庭护理、慢性病患者的重复采样以及大规模临床试验。

结论

本研究开发了一种无痛、微创的ISF采样设备，能够在几分钟内采集1.1微升的ISF，并实现多分析物的定量分析。该设备具有显著的成本效益和临床转化潜力，特别适用于家庭护理、慢性病监测和大规模筛查研究。通过该设备，患者可以在家中进行无痛采样，样本可以通过普通邮件寄送至实验室进行分析，极大地提高了健康监测的便捷性和患者依从性。

研究亮点

1. 无痛采样：该设备通过微针技术实现了无痛采样，显著提高了患者的舒适度和依从性。
2. 多分析物检测：设备能够从微量的ISF样本中定量分析多种生物标志物，包括小分子、抗体和蛋白质。
3. 低成本与便携性：设备采用低成本材料和制造工艺，便于大规模生产和临床应用。
4. 临床转化潜力：该设备适用于家庭护理、慢性病监测和大规模筛查，具有广泛的应用前景。

研究意义

该研究为无痛、微创的生物样本采集提供了新的解决方案，特别是在COVID-19大流行期间，展示了其在抗体检测和健康监测中的潜力。该设备的成功开发不仅推动了ISF作为生物样本的临床应用，还为未来的个性化医疗和远程健康监测提供了技术支持。