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用于人體皮膚微生物組采樣的3D打印經(jīng)表皮微探針陣列

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導(dǎo)讀：目前，皮膚微生物組取樣是通過(guò)棉簽和膠帶條等工具來(lái)收集皮膚表面的微生物。這些傳統(tǒng)方法可能無(wú)法檢測(cè)到表皮深處或表皮內(nèi)陷的微生物。為此有研究者提出了可以深度取樣的工具，即經(jīng)表皮微注射陣列（MPA），它可以從表皮表面和更深的皮膚層捕捉微生物。

2022年7月，來(lái)自新加坡的研究者們利用3D打印的快速可定制性，對(duì)人類皮膚采樣的MPA進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，他們的研究成果已經(jīng)發(fā)表在了《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上，題目為《A 3D-printed transepidermal microprojection array for human skin microbiome sampling》（《用于人類皮膚微生物組采樣的3D打印經(jīng)表皮微注射陣列》）。

為了評(píng)估MPA的各種物理屬性對(duì)微生物提取的影響，研究人員制作了具有不同陣列尺寸、密度和幾何形狀的定制MPA。由于這些MPA包含高度復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)，他們選擇了數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)，這是一種能夠快速、準(zhǔn)確和高分辨率打印的3D打印技術(shù)。研究人員選擇了螺絲釘、帽狀物和圓錐型進(jìn)行打印。結(jié)果表明，圓錐型的微投影幾何形狀對(duì)微生物的提取功效最為有效。

除了微注射的大小、密度和幾何形狀外，穿透深度也是一個(gè)重要的考慮因素。雖然較長(zhǎng)的微注射有利于提取深層微生物--包括SC、皮脂腺和毛囊，可以延伸到亞毫米的深度，但它們會(huì)使受試者感到不適并有更高的血管穿刺風(fēng)險(xiǎn)。所以需要在不適感和更深的皮膚區(qū)域的微生物采樣之間取得平衡，考慮到1.2和1.5毫米高度的MPA具有相似的微生物提取功效，1.5mm MPA的使用者具有更高的不適和受傷風(fēng)險(xiǎn)，因此研究人員選擇了1.2mm的MPA對(duì)人類志愿者進(jìn)行后續(xù)研究。

對(duì)人體頭皮的采樣效果評(píng)估顯示，優(yōu)化后的MPA在靈敏度上與棉簽相當(dāng)，優(yōu)于膠帶條，尤其是對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)的皮膚表面。從物種多樣性的差異方面進(jìn)行分析，MPA比其他方法更容易檢測(cè)到臨床相關(guān)的真菌。這項(xiàng)工作為復(fù)雜的皮膚微生物組取樣領(lǐng)域提供了一個(gè)工具，有可能解決我們對(duì)其在健康和疾病中的作用的理解上的差距。

總結(jié)

此文報(bào)告了一種由3D打印制作的MPA，它是為了解決現(xiàn)有皮膚微生物組采樣方法的局限性而開發(fā)的，具有極強(qiáng)的在皮膚微生物組采樣方面的實(shí)用性，是對(duì)拭子和帶狀采樣方法的補(bǔ)充。選擇3D打印來(lái)制造MPA是因?yàn)樗梢愿鶕?jù)計(jì)算機(jī)的可定制設(shè)計(jì)快速生成原型。與用于制造MPA的傳統(tǒng)微成型和注射成型技術(shù)不同，3D打印在通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件實(shí)現(xiàn)MPA設(shè)計(jì)參數(shù)方面提供了更大的通用性和自由性，不需要模具模板。此外，使用3D打印可以相當(dāng)容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的MPA設(shè)計(jì)的制造，否則通過(guò)微注塑成型是很難產(chǎn)生的。