《Cell Reports Physical Science》：Blood-free detection strategy based on swellable microneedle patches for neonatal infection and adult health management
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为解决新生儿感染管理中血管脆弱导致采血困难的问题，Li等人开发了基于可膨胀微针贴片（SMNP）的无痛组织间液（ISF）采样技术。该策略通过SMNP实现CRP、UA、TC等多指标检测，在新生大鼠模型10分钟内完成感染诊断，46名志愿者验证显示ISF与血清指标高度相关（r2>0.90），为无血化健康管理提供转化方案。
新生儿感染是导致全球5岁以下儿童死亡的主要原因，每年约631万新生儿感染，其中23万例死亡，占新生儿死亡总数的25%以上。由于新生儿免疫系统尚未发育完全，感染症状往往不典型，给临床诊断带来巨大挑战。目前英国国家卫生与临床优化研究所（NICE）指南要求对疑似感染的新生儿在出生1小时内启动静脉抗生素治疗，并在36小时和72小时通过系列血液分析评估疗效。然而，新生儿血管直径小、血管壁脆弱，静脉穿刺不仅技术难度高，还可能引起血管损伤、血肿形成，甚至影响后续采血。反复采血带来的疼痛更会导致患儿依从性下降，而操作过程中的感染风险也不容忽视。
面对这些难题，组织间液（ISF）作为一种充满潜力的替代检测样本进入研究视野。ISF是毛细血管超滤液，含有蛋白质、肽段、代谢物和核酸等一系列生物标志物。研究表明，ISF与血清中的生物标志物存在显著重叠，例如免疫球蛋白的血清-ISF比值接近1，白介素-6（IL-6）在两者中也呈现强正相关和并行动态变化。虽然ISF位于更接近皮肤表面的位置，理论上可以通过微创技术采集，但角质层的屏障作用限制了生物标志物向皮肤表面的渗透。传统ISF采集方法如吸疱法和反向离子电渗疗法存在操作复杂、耗时长、可能引起不适或感染风险等问题。
针对这些挑战，研究人员开发了基于可膨胀微针贴片（SMNP）的通用检测策略。该研究发表在国际知名期刊《Cell Reports Physical Science》上，通过将SMNP与现有检测技术相结合，实现了对多种生物标志物的快速、准确、便捷检测。
研究团队采用了几项关键技术方法：首先通过一步溶液浇铸法制备SMNP，使用聚甲基乙烯醚-马来酸酐（PMVE/MA）和聚乙二醇（PEG）生物相容性材料；利用微操纵技术精确评估单根微针的力学性能；通过体外皮肤模型和动物实验验证SMNP的渗透能力和生物相容性；在46名人类志愿者中进行临床验证，比较ISF与血清中生物标志物的相关性。
SMNP的制备与表征
研究人员通过一步溶液浇铸法制备了包含10×10阵列的SMNP，针高560μm，基底直径380μm。扫描电镜显示针尖形态均匀，力学测试表明单针可承受700mN以上的压缩力，远超穿透猪皮所需的32mN/针，安全系数达21.8。杨氏模量为363±66MPa，显著高于皮肤（约0.13MPa），确保持续穿透能力。在猪皮和活体大鼠皮肤中的渗透实验显示，SMNP可形成深度约340μm的微孔，超过人体表皮厚度（100-150μm）。
溶胀性能与生物相容性
SMNP在磷酸盐缓冲液（PBS）中5分钟内快速膨胀至原质量的3.8倍，45分钟达到溶胀平衡（约28.0倍）。在人工组织液中30分钟达到溶胀平衡（约9.5倍），差异源于离子强度对Donnan平衡的影响。溶胀后SMNP形态保持完整，孔隙率增加，表明其具备有效的样本提取能力。细胞毒性实验显示，在PMVE/MA-PEG浓度为160μg/mL时，L929细胞和3T3细胞存活率均超过89%，证明材料生物相容性良好。
新生大鼠感染检测应用
在5日龄大鼠模型中，研究人员构建了SMNP-试纸条检测策略，用于C反应蛋白（CRP）的定性检测。SMNP可在5分钟内提取约0.9mg ISF，足够后续检测需求。试纸条检测范围0.01-10μg/mL，常见离子和SMNP基质材料不干扰检测结果。实验显示，该策略可在10分钟内有效区分对照组和感染组，与商业ELISA试剂盒结果一致。ISF与血清CRP浓度呈现强线性相关（r2=0.93），平均ISF/血清比值为0.52。
人类健康管理验证
在46名志愿者（22-32岁）中，SMNP可提取约1.95μL ISF，疼痛评分显著低于静脉采血。皮肤仅出现轻度红斑，1小时内消退，无炎症、水肿或出血。通过商业试剂盒检测ISF中尿酸（UA）和总胆固醇（TC）含量，发现与血清浓度存在梯度差异：UA的ISF/血清比值约为0.65，TC约为0.24，这与两者不同的理化性质和转运途径相关。k-均值聚类分析（k=6）后，UA和TC的ISF-血清相关系数分别达0.90和0.97，表明ISF能可靠反映血液生物标志物水平。
研究结论与意义
该研究开发的SMNP基检测策略成功解决了新生儿采血难题，实现了无痛、微创的生物标志物检测。通过将SMNP作为通用采样工具与现有检测平台结合，避免了针对特定生物标志物的定制化设计，显著提高了临床转化潜力。在新生大鼠模型中，该策略可在10分钟内完成感染诊断；在人类志愿者中，验证了对UA、TC等健康相关指标的有效检测。SMNP与标准检测技术的兼容性，以及大规模生产的可行性，使其在疾病诊断和健康管理领域具有广阔应用前景。未来研究可着重建立校准模型，进一步优化该平台在定量生物标志物检测中的准确性和适用性。
