マイクロニードルパッチで皮膚に供給される生体適合性近赤外の量子ドットはワクチン接種を記録します

正確な医療記録管理は、適切に維持された集中データベースが存在しない多くの低リソース設定で大きな課題であり、毎年150万人のワクチン予防可能な死亡に貢献しています。ここでは、真皮における生体適合性の近赤外量子ドット（NIR QDS）の空間分布を使用して、患者に病歴をコードするアプローチを提示します。QDは肉眼では見えませんが、NIR光にさらされると検出できます。銅インジウムセレニドコアとアルミニウムドープ硫化亜鉛シェルを備えたQDは、化学量論と砲撃時間を制御することにより、NIRスペクトルで放出するように調整されました。色素性のあるヒト皮膚を介した日光暴露（5年の等価）をシミュレートした後の光退色に対する最大の耐性を示す定式化は、in vivoで使用するために微粒子にカプセル化されました。並行して、マイクロニードルジオメトリはシリコで最適化され、ブタと合成ヒト皮膚を使用してex vivoを検証しました。次に、QD含有微粒子を溶解可能なマイクロニードルに埋め込み、ワクチンの有無にかかわらずラットに投与しました。NIR Lightを検出するために適応したスマートフォンを使用した縦断的なin vivoイメージングは、マイクロニードルで配信されたQDパターンが明るいままであり、適用後9か月後に機械学習アルゴリズムを使用して正確に識別できることを示しました。さらに、不活性化ポリオウイルスワクチンを含むコードシリーズは、保護と見なされるしきい値を超える中和抗体力価を生成しました。これらの調査結果は、皮内QDを使用して情報を確実にエンコードするために使用できることを示唆しており、ワクチンで配信できます。これは、発展途上国で特に価値があり、分散型のデータストレージとバイオセンシングの新しい道を開くことができます。

Accurate medical recordkeeping is a major challenge in many low-resource settings where well-maintained centralized databases do not exist, contributing to 1.5 million vaccine-preventable deaths annually. Here, we present an approach to encode medical history on a patient using the spatial distribution of biocompatible, near-infrared quantum dots (NIR QDs) in the dermis. QDs are invisible to the naked eye yet detectable when exposed to NIR light. QDs with a copper indium selenide core and aluminum-doped zinc sulfide shell were tuned to emit in the NIR spectrum by controlling stoichiometry and shelling time. The formulation showing the greatest resistance to photobleaching after simulated sunlight exposure (5-year equivalence) through pigmented human skin was encapsulated in microparticles for use in vivo. In parallel, microneedle geometry was optimized in silico and validated ex vivo using porcine and synthetic human skin. QD-containing microparticles were then embedded in dissolvable microneedles and administered to rats with or without a vaccine. Longitudinal in vivo imaging using a smartphone adapted to detect NIR light demonstrated that microneedle-delivered QD patterns remained bright and could be accurately identified using a machine learning algorithm 9 months after application. In addition, codelivery with inactivated poliovirus vaccine produced neutralizing antibody titers above the threshold considered protective. These findings suggest that intradermal QDs can be used to reliably encode information and can be delivered with a vaccine, which may be particularly valuable in the developing world and open up new avenues for decentralized data storage and biosensing.