AFM：投影式光固化制造高組織粘附力仿生微針

來源： EngineeringForLife  

微針因其微創(chuàng)、無痛、易于使用的特點被廣泛應用于生物醫(yī)學領域，但微針組織粘附性較差，這使其很難用于長期的藥物控制傳遞。近期，來自Rutgers University的Howon Lee團隊聯(lián)合University of Pisa的Giuseppe Barillaro團隊利用投影式光固化技術設計了一種具有仿生倒鉤結構的高組織粘附力微針，微針上的倒鉤通過利用光固化聚合物中的交聯(lián)密度梯度的去溶劑化誘導變形實現(xiàn)制造，倒鉤的厚度和彎曲率通過調(diào)節(jié)打印參數(shù)和材料組成控制。相關論文“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，通過打印工藝誘導實現(xiàn)交聯(lián)密度梯度，從而將打印的水平三角形結構變形為后向彎曲的倒鉤結構（圖1）。

圖1 基于面投影微立體光刻技術的4D打印微針陣列

然后，研究人員探索了固化時間和前驅體溶液成分對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）。當前驅體溶液由濃度為72×10−3M的光引發(fā)劑、2.0×10−3M的光吸收劑組成，且固化時間為1.1s時，所打印倒鉤的厚度和彎曲率可滿足機械穩(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，研究人員通過穿透/撥出測試對微針的粘附性能進行評估，發(fā)現(xiàn)有倒鉤微針的組織粘附性比無倒鉤微針的要高。通過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)量對微針的組織粘附力的影響

最后，研究人員利用微針進行透皮藥物輸送實驗，通過體外觀察Rhodamine B的釋放（圖4），研究了微針陣列的載藥和釋藥性能，結果證明了在生物組織中插入的微針可實現(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打印方法來制造仿生微針，并通過研究倒鉤行列數(shù)量對微針粘附力的最優(yōu)設計，增強了微針的組織粘附能力。另外，研究人員通過雞胸皮膚屏障模型實驗證明了倒鉤微針可以實現(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、長期體內(nèi)給藥和生物傳感等軟組織應用方面具有很大的潛力。

參考文獻

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