依靠體液中生物標記物的即時診斷技術已引起人們的興趣，可用于個性化醫學以及作為可增加獲得醫療保健機會的技術。大多數此類診斷涉及通過靜脈穿刺對血液進行采樣，這需要醫療保健專業人員，并且可能導致疼痛和不適。
間質液（ISF）是在血液流動過程中通過毛細血管交換形成的體細胞和組織周圍的液體，并在細胞，血液和淋巴毛細血管之間運輸營養物質和廢物，這也是生物標志物的豐富來源。此外，由于ISF不會凝結，因此對于連續監視可能是有利的。自從1999年獲得美國FDA的首次連續葡萄糖監測系統（Medtronic Minimed）以來，ISF主要用于通過皮下植入傳感器對糖尿病患者進行葡萄糖水平監測。
但是，由于很難對ISF進行采樣，因此開發基于ISF的設備進行其他生物標記物定量分析具有挑戰性。而微針可以留在皮下傳感器中，而不是留在皮下傳感器中，或者以微創的方式直接捕獲目標生物標志物。
成果簡介
鑒于此， 華盛頓大學Srikanth Singamaneni等人在Nature Biomedical Engineering雜志上的報道現在表明，微針陣列可以在短時間內（最多20分鐘）應用于皮膚，以采集ISF，微針可以選擇性地在其表面捕獲生物標志物，并且針免疫分析可以定量捕獲捕獲的生物標記物。
制備雙層微針
提高800倍！
為了獲得高靈敏度，Singamaneni等人使用了等離子熒光（plasmonic-fluor，一種超亮熒光納米結構）來增強ISF中蛋白質生物標記物的檢測限。
等離子熒光通過金納米棒（含通用生物連接劑（生物素））和牛血清白蛋白（用作支架并防止納米棒的非特異性結合和聚集）整合等離子體增強熒光。因此，納米結構可以在各種基于熒光的生物分析方法中用作特定標記，以增強信噪比。作者表明，用捕獲抗體功能化的微針和使用等離子熒光放大熒光信號作為常規熒光連接免疫吸附測定的最后一步，相對于常規方法，研究人員使用等離子熒光將各種間質液蛋白生物標記物的檢測限提高了近800倍，并使用磁性背襯層在貼片上實施常規免疫分析程序，從而提高了測量的一致性。
圖|微針上的p-FLISA可進行超靈敏檢測
多種蛋白標記物的選擇性檢測
特別是，他們使用微針陣列來檢測和定量檢測檢出限低于1 pg ml–1的小鼠真皮ISF中的炎癥生物標記物水平，通過檢測免疫小鼠中ISF中的可卡因抗體來評估可卡因疫苗的免疫原性，并對顱蓋骨膜進行了有效采樣（顱骨骨膜是生物標志物檢測的一個挑戰性站點）及其定量基質細胞蛋白骨膜素的水平，這不能從血液或其他系統生物流體中準確推斷。總體而言，作者的微針為檢測和定量這些各種蛋白質生物標記物優化了選擇性和靈敏度。
圖|在免疫小鼠模型中可卡因特異性抗體的微創檢測
圖|用微針貼片檢測骨膜中的骨膜素
小結：
總而言之，該課題組設計了一種基于雙層微針貼片的等離子增強熒光免疫測定的微創、超靈敏和定量生物檢測技術。通過使用一系列小鼠模型，證明了該技術能夠實現簡單，及時的目標生物標志物檢測，包括縱向監測炎性免疫反應，以微創方式評估疫苗效力以及定量蛋白質含量的局部變化在組織微環境中。因此，該感測技術可以潛在地用于即時護理和資源有限的環境中，以更友好的患者方式促進快速疾病診斷和有效的治療干預。
但是，作者也注意到，ISF中的各種蛋白質生物標志物水平尚未得到很好的表征和理解，這是該技術臨床轉化的重要瓶頸。在將該技術用于臨床診斷之前，需要付出大量研究來了解ISF中的生物標志物水平，它們與血液的相關性。這里展示的技術是生物醫學和臨床研究人員填補這一知識空白并將技術推向臨床應用的有效工具。
參考文獻：
Wang, Z., Luan, J., Seth, A. et al. Microneedle patch for the ultrasensitive quantification of protein biomarkers in interstitial fluid. Nat Biomed Eng 5, 64–76 (2021). https://doi.org/10.1038/s41551-020-00672-y
