AFM：投影式光固化制造高组织粘附力仿生微针

来源： EngineeringForLife  

微针因其微创、无痛、易于使用的特点被广泛应用于生物医学领域，但微针组织粘附性较差，这使其很难用于长期的药物控制传递。近期，来自Rutgers University的Howon Lee团队联合University of Pisa的Giuseppe Barillaro团队利用投影式光固化技术设计了一种具有仿生倒钩结构的高组织粘附力微针，微针上的倒钩通过利用光固化聚合物中的交联密度梯度的去溶剂化诱导变形实现制造，倒钩的厚度和弯曲率通过调节打印参数和材料组成控制。相关论文“4D Printing of a Bioinspired Microneedle Array with Backward-Facing Barbs for Enhanced Tissue Adhesion”发表于“Advanced Functinal Materials”杂志上。

首先，研究人员利用基于DLP的4D打印方法，通过打印工艺诱导实现交联密度梯度，从而将打印的水平三角形结构变形为后向弯曲的倒钩结构（图1）。

图1 基于面投影微立体光刻技术的4D打印微针阵列

然后，研究人员探索了固化时间和前驱体溶液成分对倒钩厚度和弯曲率的影响，从而研究了微针的组织粘附力（图2）。当前驱体溶液由浓度为72×10−3M的光引发剂、2.0×10−3M的光吸收剂组成，且固化时间为1.1s时，所打印倒钩的厚度和弯曲率可满足机械稳定性以及粘附性的要求。

图2 倒钩厚度和弯曲率的影响曲线

随后，研究人员通过穿透/拨出测试对微针的粘附性能进行评估，发现有倒钩微针的组织粘附性比无倒钩微针的要高。通过改变微针的几何参数，研究人员观察到5行6列倒钩数量的微针的组织粘附力最优（图3）。

图3 倒钩数量对微针的组织粘附力的影响

最后，研究人员利用微针进行透皮药物输送实验，通过体外观察Rhodamine B的释放（图4），研究了微针阵列的载药和释药性能，结果证明了在生物组织中插入的微针可实现药物的持续释放。

图4 微针插入后Rhodamine B的释放

综上所述，该文章提出了一种4D打印方法来制造仿生微针，并通过研究倒钩行列数量对微针粘附力的最优设计，增强了微针的组织粘附能力。另外，研究人员通过鸡胸皮肤屏障模型实验证明了倒钩微针可以实现持续的药物释放。该4D打印仿生微针阵列在透皮给药、组织伤口愈合、长期体内给药和生物传感等软组织应用方面具有很大的潜力。

参考文献

Daehoon Han,Riddish S. Morde,Stefano Mariani,Antonino A. La Mattina,Emanuele Vignali,Chen Yang,Giuseppe Barillaro,Howon Lee. 4D Printing of a Bioinspired Microneedle Array with Backward-Facing Barbs for Enhanced Tissue Adhesion. Advanced Functinal Materials
https://doi.org/10.1002/adfm.201909197