AFM：投影式光固化制造高組織粘附力仿生微針

來(lái)源： EngineeringForLife  

微針因其微創(chuàng)、無(wú)痛、易于使用的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，但微針組織粘附性較差，這使其很難用于長(zhǎng)期的藥物控制傳遞。近期，來(lái)自Rutgers University的Howon Lee團(tuán)隊(duì)聯(lián)合University of Pisa的Giuseppe Barillaro團(tuán)隊(duì)利用投影式光固化技術(shù)設(shè)計(jì)了一種具有仿生倒鉤結(jié)構(gòu)的高組織粘附力微針，微針上的倒鉤通過(guò)利用光固化聚合物中的交聯(lián)密度梯度的去溶劑化誘導(dǎo)變形實(shí)現(xiàn)制造，倒鉤的厚度和彎曲率通過(guò)調(diào)節(jié)打印參數(shù)和材料組成控制。相關(guān)論文“4D Printing of a Bioinspired Microneedle Array with Backward-Facing Barbs for Enhanced Tissue Adhesion”發(fā)表于“Advanced Functinal Materials”雜志上。

首先，研究人員利用基于DLP的4D打印方法，通過(guò)打印工藝誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)交聯(lián)密度梯度，從而將打印的水平三角形結(jié)構(gòu)變形為后向彎曲的倒鉤結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 基于面投影微立體光刻技術(shù)的4D打印微針陣列

然后，研究人員探索了固化時(shí)間和前驅(qū)體溶液成分對(duì)倒鉤厚度和彎曲率的影響，從而研究了微針的組織粘附力（圖2）。當(dāng)前驅(qū)體溶液由濃度為72×10−3M的光引發(fā)劑、2.0×10−3M的光吸收劑組成，且固化時(shí)間為1.1s時(shí)，所打印倒鉤的厚度和彎曲率可滿足機(jī)械穩(wěn)定性以及粘附性的要求。

圖2 倒鉤厚度和彎曲率的影響曲線

隨后，研究人員通過(guò)穿透/撥出測(cè)試對(duì)微針的粘附性能進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)有倒鉤微針的組織粘附性比無(wú)倒鉤微針的要高。通過(guò)改變微針的幾何參數(shù)，研究人員觀察到5行6列倒鉤數(shù)量的微針的組織粘附力最優(yōu)（圖3）。

圖3 倒鉤數(shù)量對(duì)微針的組織粘附力的影響

最后，研究人員利用微針進(jìn)行透皮藥物輸送實(shí)驗(yàn)，通過(guò)體外觀察Rhodamine B的釋放（圖4），研究了微針陣列的載藥和釋藥性能，結(jié)果證明了在生物組織中插入的微針可實(shí)現(xiàn)藥物的持續(xù)釋放。

圖4 微針插入后Rhodamine B的釋放

綜上所述，該文章提出了一種4D打印方法來(lái)制造仿生微針，并通過(guò)研究倒鉤行列數(shù)量對(duì)微針粘附力的最優(yōu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了微針的組織粘附能力。另外，研究人員通過(guò)雞胸皮膚屏障模型實(shí)驗(yàn)證明了倒鉤微針可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的藥物釋放。該4D打印仿生微針陣列在透皮給藥、組織傷口愈合、長(zhǎng)期體內(nèi)給藥和生物傳感等軟組織應(yīng)用方面具有很大的潛力。

參考文獻(xiàn)

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