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導入: 糖尿病の診断を治療のポイントで再定義する
糖尿病は、現在、今後10年間に継続上昇する予測で、世界中で530万以上の成人に影響を及ぼします。これらの患者様にとって、正確でタイムリーな血糖モニタリングは単なる利便性ではなく、臨床的結果の重要な決定要因ではありません。現在の標準的な方法は、中央研究所で動作するベンチトップアナライザに依存しています。これにより、サンプル収集と結果の可用性の遅延が正確になります。これらの遅延は、インシュリン投与の危険性を克服し、追加の決定を遅らせることができます。また、血液検査は、さまざまな段階の検査や検査を容易にします。
従来のマイクロファブリケーションから添加剤製造への移行
マイクロ流体装置は、通常、幅10〜500マイクロメートルの間で測定するチャネル内の流体の微細な容積を操作することによって動作します。 10年間、ドミナントの加工パラダイムは、多ジメチルシロキサン(PDMS)を使用して軟質リソグラフィと組み合わせた光度学です。 これらの技術は、例外的な機能の解像度と十分な特徴的な表面化学を提供しますが、それらは実質的な欠点が付属しています。 プロセスは、クリーンルーム設備へのアクセスを必要とする、レーザーを用いたレーザー彫刻は、高価なプロセスを回転させる、または複数のプロセスを設計するために、または複数のプロセスを最適化するために、または複数のプロセスを最適化することができます。
添加剤の製造は、デジタルモデルからレイヤーによってデバイスレイヤーを構築することにより、これらの制限を直接取り、ツーリング、マスク、または専用のクリーンルームスペースの必要性を排除します。 研究者は、コンピュータによって設計された(CAD)ファイルから、物理的なマイクロ流体チップに時間単位で移動することができます。 過去5年間は、プリンタの解像度、材料の処方、およびポスト加工技術の改善をマークしました。 現代的な3Dプリントマイクロ流体装置は、100メートル以下のチャネル寸法をルーチンに達成することができ、マイクロフロート、バルブの形状や、および従来のポンプの試験などの機能が開通しました。
マイクロフリッチドグルコースセンサー用コア添加剤製造技術
ステレオリソグラフィ:精密・光学透明
ステレオリソグラフィ(SLA)は、高分解能と表面品質の組み合わせによるマイクロ流体の3Dプリンティング技術を採用しています。SLAでは、紫外線レーザーが選択的にレイヤーバイレイヤーファッションで液体光ポリマー樹脂を硬化させます。現代のデスクトップSLAシステムは、25〜50マイクロメートルのXY分解能と10マイクロメートルの低層厚さを達成することができます。グルコースのセンシングアプリケーションでは、光学透過率は、多くの波長の欠陥検査結果が、従来の光学材料の精度で測定された色素子の精度を要求する。
溶断蒸着モデリング:低コストと多材料能力
溶融蒸着モデリング(FDM)は、熱硬化ノズルを介して熱可塑性フィラメントをビルドプラットフォームに押し出します。 FDMは通常、SLAよりも大きな特徴を作り出し、200〜400マイクロメートルの最小チャネル寸法で、その利点は、低機器コスト、幅広い材料選択、および単一のビルドで複数の材料をコプリントする能力を含みます。 グルコーステストのために、FDMは使い捨てテストストリップカートリッジとチップハウジングを製造するために使用されています。 注目すべきイノベーションは、直接、カーボンナノファイバー、またはナノファイバーチップを加工する、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノ、ナノファイバー、ナノファイバー、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ、ナノ
PolyJetおよび多材料の印刷:単一の建物の統合された機能性
PolyJetの技術は、マルチジェットモデリング、ビルドプラットフォームにフォトポリマーの堆積物小板として知られ、ほとんどすぐに紫外線で硬化させます。その特徴は、硬質構造ポリマー、フレキシブルエラストマー、および水溶性サポート材料を含む複数の材料を同時にジェットする能力です。この機能は、ダイアフラムバルブやペルクショナルポンプなどの複合移動部品を内蔵した複合材料の加工を可能にしました。例えば、アセンブリは、ALT-F-F-MAT-MAT、およびALT-F-F-F-F-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-MAT-
センサー設計・材料処方のブレークスルー
テーラードフォトポリマーとハイドロゲルコンポジット
転写したグルコースセンサーのパフォーマンスは、印刷材料の特性に大きく依存します。従来のPDMSは、優れたガス透過性と光学的明快さを提供しますが、3Dプリント材料は、追加の要件を満たす必要があります:水性膨張、固定された酵素の長期安定性に対する抵抗、および光学または電気化学的検出との互換性。 ]]] バイオ互換性のあるアクセラレータベースの樹脂酵素は、特に粘着剤の有効化作用が認められ、30以上の粘着剤活性が増加する可能性があることを確認します。
もう一つの有望な方向は、 - ハイドロゲル注入3Dプリント可能な材料]を含みます。 これらの複合体は、水溶液中の膨張、チャネルの幾何学的変化または気孔率の動的変化を作り出している親水性ポリマーを含みます。 研究者は、15のナノ粒子をglucose反応性ナノ粒子でロードし、例えば、中核酸機能量量子ドットなどの流体構造物が含まれており、それは、蛍光体が変化するような変化を変形させ、15のナノ粒子が変化するの分解能を容易にします。
高度チャネルアーキテクチャの強化された混合およびフロー制御のための
正確なグルコース定量化は、試薬と一貫した流体輸送による血液サンプルの徹底的な混合を必要とします。従来の平面マイクロチャネルは、複数のセンチメートルのチャネル長さを必要としており、低流量で完全な混合を達成することができます。三次元印刷は、混在性検出と巧妙な混合距離を促進する複雑なチャンネルの幾何学を可能にします。 ヘリングマイクロミキサーは、溝の圧縮速度を向上させるための複合構造を可能にしました。 [FLTF]は、すべてのマイクロチャネルを混合する] [FLT] [F] と同等度は、温度調整されたチャネルの混合速度を向上しました。 [F] [F] [F] [F] 温度調整は、温度調整の調整の調整の調整の調整の調整の制御速度は、温度範囲の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の調整の
電気化学・光学バイオセンサーの直接統合
ほとんどの変形性進歩は、センシング要素を直接3Dプリント構造に組み込むことを含みます。 [] 電解質グルコースセンサは、カーボンまたは金属充填フィラメントを使用して導電性トレースを印刷することによって製造され、その後、グルコース酸化物とフェリシアンまたはPrussian blueなどの電子媒体器で作業用電極を機能化します。 プリントされたアプローチは、従来の電極を3 / 20°C以上で測定する場合には、マイクロビームを照射する場合には、電極を低減し、より大きな速度を低減します。
光学グルコースセンサ]は、色素測定や蛍光性測定を組み込むために、透明な3Dプリント材料を利用しています。 比色的なアプローチは、通常、グルコース酸化酵素 - 過酸化酵素システムを使用しており、グルコース酸化は色素を生成し、色素測定値が得られる水素を生成します。 色のルークは、カメラや小型の濃度測定値が37.2度以上で測定されるため、試験結果は、試験結果の試験結果が測定値が測定値よりも3倍になる場合があります。
臨床的インプリケーション:スピード、効率性、分散性テスト
急な注意設定のための迅速なターンアラウンド
緊急部では、集中ケアユニット、および外来クリニックでは、グルコース測定を直接取得するために必要な時間は、臨床的意思決定に影響を及ぼします。 中央研究室のプロセスは、通常、血液の引から結果まで30〜60分、サンプル輸送、遠心分離、分析、および結果検証を含む。 糖尿病性ケトチド症、低血性疾患性鼻炎、またはperioperativeグルコースの不安定性を提示する患者は、この遅延は、高濃度の検査結果に3回、マイクログラムを高速化し、より高速な検査を容易にすることができます。
劇的なコストの低減とアクセシビリティ
3Dプリンテッドマイクロ流体デバイスと比較して、経済性は大きくなります。従来のPDMSチップは、材料と労力が小さいスケールで5〜20ドルのチップを要し、クリーンルームアクセスがさらにオーバーヘッドを追加する必要があります。SLAまたはFDMのコストで生成された比較可能な3Dプリントチップは、消耗品の1〜5〜2ドルの費用がかかります。プリンタ全体に収斂すると、500万ドルから10,000ドルのチップを生産でき、さらには1日あたりのチップを生産できるようになり、さらには、高騰する糖尿病や低負荷の検査装置が60～20ドルのコストが削減されます。
装置カスタマイズおよび忍耐強い指定の設計
デジタル製作は、各デバイスが追加の工具細工やセットアップコストなしでカスタマイズすることができます。 原則として、臨床医は特定の患者のヘムトクリットレベル、血液粘度、または予想されるグルコース範囲に校正チップ設計を指定できます。 患者固有のマイクロ流体は、通常の練習ではなく、いくつかの証拠の概念実証が報告されています。 2023研究では、より大きなチップが血液成分を混合するかどうかを検証したことを示しました。 患者固有のマイクロ流体は、従来の測定値よりも、活性研究領域を維持します。 これらは、個々の試料の量を正確に測定することができない、複数の欠陥検査結果が報告されています。
デジタルヘルスの真の移植性とコネクティビティ
多くの3Dプリントされたグルコースセンサーのプロトタイプは、必要なすべての試薬、サンプル導入ポート、および検出要素を含む自己完結型カートリッジとして設計されています。 それらの小型、通常5平方センチメートル未満、低消費電力、多くの場合、100ミリワット未満、バッテリー駆動の操作に適したものとなっています。 いくつかの設計は、Bluetoothまたは近接フィールド通信モジュールを組み込んで、ペアリングされたスマートフォンやタブレットにグルコースの読書を送信し、データが増加する頻度を向上し、その結果、プローブの効率性を向上させるだけでなく、30パーセントのデータを観察することができます。
臨床翻訳への障壁の対処:材料、製造および規則
長期材料の耐久性の確保
二次加工技術は、三次元の微細構造のマイクロ流体のグルコースセンサーの1つが、印刷された材料の長期的安定性です。多くの市販のナノポリマーは、水性溶液に曝露されたときに、表面割れ、チャネルの膨張、および寸法精度の低下につながる、グラフィカルな劣化を受けます。 輸送または貯蔵中の熱サイクルは、これらの影響を悪化させる可能性があります。 研究者は、これらの懸念をいくつかの戦略を通して解決しました。 温度調整の強度を増加させるためのポリマーは、および温度の低下が増加します。 [F] ポリマーは、温度の強度が増加する。 [F]
製造の再現性および工程内品質管理
個々のプリンターと、同じマシンの連続印刷の間でのバリエーションは、規制当局の承認と臨床的なルーチンへの障壁を残します。レイヤーアライメントの違い、強度の治癒、樹脂温度は、フロー速度とセンサー応答に影響を与える、わずかに異なるチャネルの寸法と表面粗さでチップを生成することができます。このに対処するには、研究者は、()プロセス監視システムを生成し、印刷中の各レイヤーを測定するために光学カメラまたはレーザープロフェロメトリクスを使用してチップを生成することができます。欠陥が検出された場合、実際のチップをブロックして、実際のチップを切断することができます。
規制承認パスウェイのナビゲート
米国食品医薬品局(FDA)および国際対向を含む規制機関は、添加剤製造医療機器に特異的なガイダンス文書を発行しています。ただし、マイクロ流体グルコースセンサーの経路は、確立された技術よりも定義されていないままです。製造業者は、その装置が精度、精度、安定性のパフォーマンス基準を満たしていることを実証しなければなりません。また、代表的な臨床サンプルに六角形の方法が含まれている場合、基準は、ISO9001の認証基準を満たしています。この試験は、ISO14001の認証基準を規定する試験基準に従ったものがあり、ISO14001の認証試験に合格した試験結果が認められています。
新興地:マルチアナリテパネル、ウェアラブル、分散型生産
グルコースを超えてマルチバイオマーカーパネルを拡大
3Dプリントマイクロ流体プラットフォームのモジュール式性質により、複数のアナリテを同時に検出できるようになり、異なる電極と別々の検出ゾーンに異なる酵素媒介を組み込むことで、単一のチップは、グルコース、乳酸、クレアチニン、ベータヒドロキシブチルを単一の低下させることで、さまざまな種類の血液を1滴から測定できます。このようなマルチアナリテパネルは、複合体疾患を伴う糖尿病患者に臨床的に価値があります。例えば、乳液化物、乳液、および乳液化物、および乳液化物が、および乳液化されるように、各々の試験片の試験片の試験片を検査する。
機械学習による3Dプリントセンサーのペアリング
連続したグルコースデータストリームと人工知能の組み合わせは、予測分析とパーソナライズされたインシュリンドッキングの可能性を提供します。 プロトタイプシステムは、3Dプリントセンサーからニューラルネットワークにグルコース測定をフィードし、次の30〜60分にわたってグルコース軌跡を予測するために訓練されたものにする開発されています。 ネットワークは、予測されたグルコースカーブと推奨インシュリンドを出力し、さらにスマートフォンアプリケーションに表示することができます。 これらのシステムは、初期の検証済みのハードウェアと組み合わせて、非公開の検証を行うことはできません。 適応症は、Aloutulinの検出および検出された3分の1.Dは、非公開の検出の検出を予測するだけでなく、Aloutulinの検出を検証することができません。
ウェアラブルでインプラント可能な構成
柔軟で生分解性3Dプリントされた材料の進歩は、マイクロニードル配列を介して試料の間接流体を介したウェアラブルマイクロ流体センサーの開発を可能にします。 これらのウェアラブルパッチは、指紋を溶かすことなく、連続グルコースモニタリングを提供でき、より便利で痛みを伴う代替品を提供します。 2023プロトタイプは、植物の分解作用を阻害する中空マイクロニードルと3Dプリントされたフレキシブル基質を使用して、8分間の分解能が測定結果に及ぼす。 液体の分解は、液体の分解能が測定結果が測定されたときに、液体の分解されたときには、液体を除去する。
オンデマンド、分散型製造
低コストの3Dプリンターとオープンソースの設計ファイルの組み合わせは、微生物群探知センサーを直接臨床現場で生成する可能性を上げます。病院やクリニックは、必要に応じて検証されたチップ設計と印刷交換センサーのデジタルライブラリを維持することができ、複雑なサプライチェーンと在庫管理に関する信頼性を軽減します。オープンソースのマイクロ流体設計は、GitHubやプレプリントサーバーなどのプラットフォームで既に入手可能であり、必要に応じて、変更とローコスト生産を可能にする許可されたライセンスの下で公開されています。 チップは、品質と規制の低下に耐え、製造されたことを証明しました。
結論:ルーチン臨床統合に向けて
立体印刷マイクロ流体装置は、研究ラボから臨床アリーナに移り、印刷分解能、材料化学、センサーの統合の進歩によって導かれています。血液ブドウ糖検査のために、これらの装置は、複合材料の優位性を提供します。結果は2分以内であり、テストコストは1ドル未満で、特定の患者の人口のカスタマイズ性、およびワイヤレス接続との真の移植性。最近の研究では、確立された実験室の手法のアプローチが実証されていますが、複数の材料の革新は、製造の簡素化と製造の信頼性が向上する一方、製造の信頼性は、製造の進歩と製造の信頼性が向上に役立ちます。
ヘルスケアにおける添加剤製造の広範な景観をさらに読むには、 ]の包括的なレビューを参照してください。 自然レビュー材料 ]]。 SLA印刷マイクロ流体プラットフォームの詳細な技術的な議論は、 ]]のチップ ]、[FLT:および新興医療現場の臨床的視点 [FLTFLT] [FLT:[FLT:] [FLT:[FLT:]]] [FLT:[FLT:[FLT:]]]]] [FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[F]]]]]]]]]]] [FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[F]]]]]]]] [[FLT:[FLT:[FLT:[F]]]]]]]:[FLT:[FLT:[