ノースカロライナ大学（UNC）は、医療革新の最前線に立ち、マイクロ3Dプリンティング技術を活用して最先端の医療ソリューションを開発しています。バイオメディカル工学共同部門のRoger Narayan教授とそのチームは、BMF社のマイクロスケール3Dプリント技術（microArch® S130、光学解像度2 μm）を駆使し、pHセンサーや間質液抽出装置、5-HTセンサーなど、さまざまな研究課題に取り組んでいます。これらの精密な応用においては、解像度、精度、正確さが極めて重要であり、従来の製造方法では達成できませんでした。
マイクロニードルベースの比色pHセンシングパッチの開発
pH値は生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たし、栄養レベル、創傷治癒、化学反応に影響を与えます。食品産業と医療分野では、低コストの光学pHセンサーの開発がますます重視されており、肉の腐敗検出や創傷の健康状態の監視などの用途に利用されています。こうしたニーズに応えるため、Narayanチームは機械学習技術に基づくマイクロニードルベースの比色pHセンサーパッチを開発しました。この革新的なパッチは、食品の品質監視と創傷の健康状態の評価を目的としています。in vitro実験の結果、このパッチは創傷のpH監視と肉類の腐敗検出において優れた性能を発揮することが確認されました。チームは、BMFの高精度3Dプリント技術を利用し、さまざまな構造・解像度とサイズにカスタマイズされたマイクロニードルの製造に成功し、センサーの製造精度が向上しました。この多用途で費用対効果の高いpHセンシングパッチは、医療と食品安全分野に深い影響を与え、食品安全の確保と創傷ケア管理の向上に大きく貢献しています。
出典：https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.110350
ISF抽出およびモニタリングのためのマイクロニードルアレイベースデバイスの開発
UNCの研究チームは、拡散、真空対流、毛細管現象、浸透、中空マイクロニードル（MN）アレイなど、組織間液（ISF）の採取方法を研究しました。研究によれば、ISFの流動速度は対流力に影響され、技術効率は拡散、毛細管現象、浸透、圧力を/吸引の順に高くなります。ただし、真空駆動システムは複雑で扱いにくく、組織の水分変動に敏感であるため、応用が制限されることが判明しました。
これらの課題に対応するため、Narayanチームは 3D プリント MN アレイを基にしたポイント・オブ・ケア用マイクロスケールデバイスを開発し、圧力駆動の対流方式で効率的にISFを抽出しました。MNの傾斜構造により、皮膚の貫通効率が大幅に向上しました。チームは、高さが500 μmから1.4 mmのマイクロニードルを製造することを目指しており、BMFの3Dプリント技術は、これらの要求される精度と正確さを満たす唯一の技術でした。このデバイスは、ISF採取と監視技術における大きな進歩を示し、ポイント・オブ・ケアアプリケーションに大きな可能性を提供するとともに、臨床環境でのISF採取と分析の正確性と容易さを向上させました。
出典：https://doi.org/10.1002/smsc.202200087
5-HTセンシング用のカーボンファイバー統合多接触電極の開発
従来の分析物検出法では、銅線に取り付けられた直径10μm、長さ約5cmの炭素繊維が使用されており、小型化にも関わらず、電極相互接続や組み立てプロセス、空間構成の制御に限界があります。これに対抗するため、UNCの研究チームは5-HTセンシング専用のカーボンファイバー統合型多接点電極（MCCFE）を開発しました。MCCFEは、柔軟で高密度な構成で個々の記録電極を備え、従来の設計制約を克服しています。電極は多数の電気活性部位、適切な引張強度、および化学的安定性を持ち、ファイバーベースのプラットフォームで効果的な電気化学センサーとして機能します。超音波処理によるキャビテーション現象により、炭素層の剥離が促進され、電解質の浸透などの界面電極の性能が向上しました。MCCFEの開発は、電気化学センサー技術における重要な進展を示し、より正確で信頼性の高い分析物検出を可能にし、科学および医療分野での応用拡大が期待されます。
出典：https://doi.org/10.1021/acsabm.3c01089
