Interstitielle Flüssigkeit spiegelt viele im Blut vorkommende Biomarker wider und hat als Ziel für schmerzfreie Diagnostik wachsendes Interesse geweckt. Mikronadeln bieten eine Möglichkeit, über die Haut auf diese Flüssigkeit zuzugreifen, bestehende Designs unterliegen jedoch erheblichen Einschränkungen. Hohlnadeln können verstopfen. Quellbare und herkömmliche poröse Nadeln extrahieren Flüssigkeit oft zu langsam oder brechen unter mechanischer Belastung. Eine zunehmende Porosität schwächt normalerweise die Nadel, während eine Verstärkung der Struktur den Flüssigkeitsfluss verlangsamt. Bei vielen porösen Designs schränken schlecht verbundene Poren die Flüssigkeitsextraktionsleistung zusätzlich ein. Aufgrund dieser Herausforderungen besteht ein starker Bedarf an Mikronadeln, die eine schnelle Flüssigkeitsextraktion mit zuverlässiger mechanischer Festigkeit kombinieren.
Ein Forschungsteam der Universität Tokio und der Seoul National University Berichte (DOI: 10.1038/s41378-025-01103-1) Ein neues Mikronadeldesign in Mikrosysteme und NanotechnikIm Jahr 2025 verbessert sich dadurch erheblich, wie schnell interstitielle Flüssigkeit aus der Haut gesammelt werden kann. Das Team baute poröse Mikronadeln mit präzise gesteuerten internen Kanälen, die Flüssigkeit effizient leiten und gleichzeitig die strukturelle Integrität bewahren. In Laborhautmodellen extrahierten die Mikronadeln Flüssigkeit mit Rekordraten und ermöglichten eine schnelle Glukoseerkennung mithilfe eines einfachen papierbasierten Sensors, was ihr Potenzial für eine schmerzlose Point-of-Care-Diagnostik verdeutlichte.
Der Durchbruch entsteht durch ein Überdenken der Porenbildung im Inneren von Mikronadeln. Anstatt zufällige Hohlräume zu erzeugen, bauten die Forscher gleichmäßige Polymermikrokügelchen zu nadelförmigen Formen zusammen und verbanden sie miteinander. Die Räume zwischen den Kugeln bildeten kontinuierliche Mikrokanäle, die als Autobahnen für den Flüssigkeitsfluss fungierten.
Durch die Anpassung der Größe monodisperser Mikrokügelchen konnte das Team die Breite dieser Kanäle fein abstimmen. Diese Kontrolle erwies sich als kritisch. Zu breite Kanäle reduzierten die Kapillarkraft, während zu schmale Kanäle die Konnektivität störten. Bei optimalem Design erreichten die Mikronadeln eine In-vitro-Extraktionsrate von ca 0,95 Mikroliter pro Minute und Nadel, der höchste für poröse Mikronadeln gemeldete Wert.
Die Oberflächenbehandlung verbesserte die Leistung weiter. Eine dünne hydrophile Beschichtung erhöhte den Flüssigkeitsfluss, ohne die Kanäle zu blockieren oder die Nadeln zu schwächen. Durch die mechanische Optimierung wurde sichergestellt, dass die Mikronadeln sauber in die Hautmodelle eindrangen, ohne sich zu verbiegen oder zu brechen.
Um die reale Nutzung zu demonstrieren, integrierten die Forscher die Mikronadeln mit einem farbverändernden Papiersensor. Die extrahierte Flüssigkeit verteilt sich gleichmäßig über eine Diffusionsschicht und erzeugt klare und gleichmäßige Farbveränderungen. Die Farbintensität nahm linear mit der Glukosekonzentration zu, was eine genaue und schnelle Erfassung direkt anhand von Hautmodellen bestätigte.
Diese Mikronadeln könnten eine neue Generation schmerzloser, blutfreier Diagnosewerkzeuge unterstützen. Eine schnelle interstitielle Flüssigkeitsextraktion ermöglicht eine schnelle Überwachung von Glukose und könnte auf andere Biomarker wie Elektrolyte, Metaboliten und Proteine ausgeweitet werden. Da die Sensormethode auf einfachen Farbänderungen beruht, eignet sich die Technologie gut für kostengünstige Point-of-Care-Tests ohne komplexe Elektronik. Mit der Weiterentwicklung könnte die Plattform tragbare Gesundheitsmonitore, Früherkennung von Krankheiten und dezentrale Diagnostik ermöglichen, insbesondere in Umgebungen, in denen herkömmliche Bluttests unpraktisch sind.
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