科學(xué)家設(shè)計(jì)了用于無(wú)痛藥物遞送的3D打印微針貼片

來(lái)源：捷泰技術(shù)

亞利桑那州立大學(xué)和南加州大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出3D打印的微針貼片，可用于無(wú)痛地輸送藥物。受帽貝(一種具有極強(qiáng)力的牙齒的水生蝸牛)的層次結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)增強(qiáng)的微針陣列，該陣列顯示出對(duì)長(zhǎng)期使用的增強(qiáng)抵抗力。此外，利用磁場(chǎng)輔助3D打印(MF-3DP)工藝，該設(shè)備的形態(tài)可以在將來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，以在不使患者在臨床試驗(yàn)中感到不適的情況下提供藥物。

聯(lián)合研究小組的生物啟發(fā)式針頭是使用注入鐵的聚合物制成的。圖片來(lái)自“高級(jí)功能材料”期刊。

注射劑：3D打印消除了痛苦
皮下注射針由于其低成本和相對(duì)大的容量而可能已經(jīng)使用了150多年，但是插入時(shí)通常會(huì)伴有疼痛，并且會(huì)產(chǎn)生大量醫(yī)療廢物。為了解決這些問(wèn)題，在1970年代引入了微針貼片，這種貼片更方便，能夠攜帶多種藥物并在使用時(shí)減輕疼痛。

如果要對(duì)這些微針進(jìn)行3D打印，則可以使用自定義的幾何形狀來(lái)創(chuàng)建它們，以提高不同藥物的有效性，但是到目前為止，由于缺乏精確性，這種情況無(wú)法避免。例如，熔融沉積建模(FDM)和基于噴墨打印的方法需要大量且昂貴的后處理，以增強(qiáng)和完善設(shè)備的功能。

此外，以前的實(shí)驗(yàn)用針必須相對(duì)較大以提供足夠的強(qiáng)度，但是發(fā)現(xiàn)這種增大的尺寸會(huì)增加插入過(guò)程中的疼痛。為了克服這些限制，科學(xué)家們轉(zhuǎn)向了一個(gè)不太可能的來(lái)源：帽貝。最近的研究表明，海洋生物的牙齒由許多層次的納米纖維組成，是自然界中發(fā)現(xiàn)的最堅(jiān)固的材料之一。據(jù)中國(guó)3D打印網(wǎng)了解，基于帽貝的進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)試圖設(shè)計(jì)一種具有生物啟發(fā)性的針頭陣列，具有改善的機(jī)械性能和無(wú)痛藥物輸送的潛力。

研究人員使用了創(chuàng)新的磁場(chǎng)輔助3D打印工藝來(lái)創(chuàng)建他們的微針。圖片來(lái)自“高級(jí)功能材料”期刊。

研究人員的生物啟發(fā)式微針陣列
帽貝牙齒的強(qiáng)度歸因于針鐵礦礦物的獨(dú)特排列，使其很難使用傳統(tǒng)的微細(xì)加工方法進(jìn)行復(fù)制。結(jié)果，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)選擇部署MF-3DP技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)，磁場(chǎng)用于在可光固化聚合物材料中對(duì)齊氧化鐵納米顆粒(aIOs)。

然后，團(tuán)隊(duì)使用立體光刻(SLA)系統(tǒng)選擇性地固化復(fù)合材料，并通過(guò)調(diào)整不同點(diǎn)處的磁性顆粒濃度來(lái)調(diào)節(jié)針的直徑。最終的微針以四邊形圖案制造，每個(gè)圓錐形設(shè)備的直徑為200 μm，但發(fā)現(xiàn)分辨率受針頭寬度的影響。通過(guò)調(diào)整打印機(jī)的光穿透深度，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們能夠更精確地調(diào)整其設(shè)備的寬度，最終使寬度僅為8 μm。更重要的是，科學(xué)家的生物啟發(fā)性陣列在測(cè)試過(guò)程中被證明比以純聚合物印刷的相同設(shè)計(jì)更堅(jiān)固，后者具有較低的交聯(lián)度，并且在插入時(shí)會(huì)彎曲。為了評(píng)估其微針貼片的減輕疼痛的元素，研究人員將其應(yīng)用于小鼠，并觀察到有和沒(méi)有貼片的行為無(wú)差異。該團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了其設(shè)備在豬皮膚上的藥物輸送能力，并發(fā)現(xiàn)熒光素可以成功注射并在兩天內(nèi)釋放。

總體而言，科學(xué)家們認(rèn)為他們的方法是成功的，因?yàn)樗麄兊奈⑨樣捎趯?duì)齊方式而表現(xiàn)出更高的機(jī)械完整性。將來(lái)，該團(tuán)隊(duì)MF-3DP工藝的精確性將有助于開(kāi)發(fā)具有可定制的微觀特征的針，以用于生物醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用。

3D打印藥物輸送系統(tǒng)
微針貼片自1970年代就已問(wèn)世，因此，近年來(lái)3D打印技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致了眾多添加劑變體的發(fā)展也就不足為奇了。羅格斯大學(xué)(Rutgers University)的一個(gè)小組已經(jīng)部署了一種投影微立體光刻(PμSL)技術(shù)，以創(chuàng)建生物啟發(fā)性的程序單抗微針�；�于寄生蟲(chóng)的微鉤，蜜蜂的帶刺刺的刺和豪豬的羽毛，該設(shè)備被設(shè)計(jì)為可水平變形，從而在插入過(guò)程中具有最小的侵入性。

同樣，天普大學(xué)的科學(xué)家也從蜜蜂中汲取了靈感，以優(yōu)化手術(shù)針的設(shè)計(jì)。該小組基于聚合物的3D打印設(shè)備具有“倒刺”狀的蜜蜂狀布局，他們認(rèn)為這種布局可以減少針頭插入過(guò)程中的組織損傷。在其他地方，得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校(UT Dallas)的研究人員創(chuàng)造了一種新的低成本制造微針陣列的方法。通過(guò)將臺(tái)式3D打印機(jī)與化學(xué)蝕刻技術(shù)相結(jié)合，該團(tuán)隊(duì)能夠制造出可在多個(gè)醫(yī)療設(shè)備中使用的細(xì)針。