清洁室兼容的聚合物纳米结构微针贴片：面向先进可穿戴应用的突破性技术

本研究针对传统微针(MNs)刚性基底与皮肤顺应性难以兼容的难题，开发了一种集成SU-8微针阵列与柔性可拉伸基底的创新传感器平台。通过单步背光刻技术结合纳米结构化表面处理，实现了兼具穿透力与皮肤贴合性的微针贴片，其电化学传感性能在H2O2检测中得到验证。该技术为实时无创诊断(POC)提供了可规模化生产的清洁室兼容解决方案。

　　

在医疗技术飞速发展的今天，微针(Microneedles, MNs)技术正悄然改变着传统药物递送和生物传感的格局。这种微型装置能够穿透皮肤最外层的角质层，直达皮下组织，却几乎不会引起疼痛或出血，堪称"无痛注射"的理想选择。然而，现有微针技术面临着一个看似矛盾的挑战：针体需要足够坚硬以穿透皮肤，而基底又必须足够柔软以适应皮肤的不规则表面。更棘手的是，大多数微针制造工艺要么无法兼容标准化清洁室生产，要么难以同时满足结构精度和规模化生产的需求。

针对这些行业痛点，KU Leuven（比利时鲁汶大学）的研究团队开发了一种革命性的聚合物微针贴片。这项发表在《Biosensors and Bioelectronics》的研究，巧妙地将SU-8光敏聚合物微针阵列与柔性可拉伸基底相结合，通过创新的背光刻(backside lithography)技术和纳米结构化表面处理，实现了"刚柔并济"的微针系统。

研究团队主要采用了三项关键技术：1）基于COMSOL Multiphysics的有限元分析(FEA)优化背光刻参数；2）单步清洁室兼容的纳米结构化表面处理；3）将SU-8微针与聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底集成。通过皮肤模拟模型验证，该系统成功实现了对过氧化氢(H₂O₂)的高灵敏度电化学检测。

Fabrication Process Flow
研究人员开发了一套完整的清洁室兼容工艺流程：首先在硼硅酸盐玻璃晶圆上旋涂LOR 10B光刻胶作为牺牲层，随后沉积SU-8层并通过优化的背光刻参数（90 μm掩模开口，500 mJ/cm²曝光剂量）形成高纵横比微针。关键的纳米结构化步骤通过简化蚀刻工艺实现，显著提升了表面粗糙度。

Simulation for the Mechanical Assessment of the MNs
有限元分析显示，优化后的SU-8微针（杨氏模量4.5 GPa）可承受0.15 N/针的穿透力而不断裂，同时PDMS基底（弹性模量1.8 MPa）确保了与皮肤的紧密贴合。双层皮肤模型模拟证实了微针成功穿透角质层（厚度约20 μm）的能力。

Case study: electrochemical sensing of H₂O₂
在概念验证实验中，纳米结构化的微针电极表现出优异的H₂O₂检测性能：灵敏度达3.5 μA/mM，线性范围0.05-20 mM，阻抗降低一个数量级。这种性能提升主要归功于纳米结构增加的表面积和改善的电子转移效率。

这项研究的突破性意义在于：首先，它解决了微针技术中刚性针体与柔性基底难以集成的行业难题；其次，全清洁室兼容的工艺流程为规模化生产铺平了道路；最重要的是，纳米结构化处理不仅提升了传感性能，还为后续集成各种生物受体（如酶）提供了理想平台。正如通讯作者Michael Kraft教授团队强调的，这项技术将推动微针从实验室走向临床，为糖尿病监测、药物递送等应用提供更精准、更舒适的无创解决方案。随着欧盟即时诊断(POC)市场预计在2029年达到133.5亿欧元的规模，这种可规模化生产的微针技术无疑将在未来医疗领域扮演重要角色。