科學家設計了用于無痛藥物遞送的3D打印微針貼片

來源：捷泰技術

亞利桑那州立大學和南加州大學的研究人員已經開發(fā)出3D打印的微針貼片，可用于無痛地輸送藥物。受帽貝(一種具有極強力的牙齒的水生蝸牛)的層次結構的啟發(fā)，該團隊創(chuàng)建了一個增強的微針陣列，該陣列顯示出對長期使用的增強抵抗力。此外，利用磁場輔助3D打印(MF-3DP)工藝，該設備的形態(tài)可以在將來進行優(yōu)化，以在不使患者在臨床試驗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。圖片來自“高級功能材料”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大的容量而可能已經使用了150多年，但是插入時通常會伴有疼痛，并且會產生大量醫(yī)療廢物。為了解決這些問題，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減輕疼痛。

如果要對這些微針進行3D打印，則可以使用自定義的幾何形狀來創(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，以增強和完善設備的功能。

此外，以前的實驗用針必須相對較大以提供足夠的強度，但是發(fā)現(xiàn)這種增大的尺寸會增加插入過程中的疼痛。為了克服這些限制，科學家們轉向了一個不太可能的來源：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)的最堅固的材料之一。據(jù)中國3D打印網了解，基于帽貝的進化優(yōu)勢，該團隊試圖設計一種具有生物啟發(fā)性的針頭陣列，具有改善的機械性能和無痛藥物輸送的潛力。

研究人員使用了創(chuàng)新的磁場輔助3D打印工藝來創(chuàng)建他們的微針。圖片來自“高級功能材料”期刊。

研究人員的生物啟發(fā)式微針陣列
帽貝牙齒的強度歸因于針鐵礦礦物的獨特排列，使其很難使用傳統(tǒng)的微細加工方法進行復制。結果，聯(lián)合團隊選擇部署MF-3DP技術，通過該技術，磁場用于在可光固化聚合物材料中對齊氧化鐵納米顆粒(aIOs)。

然后，團隊使用立體光刻(SLA)系統(tǒng)選擇性地固化復合材料，并通過調整不同點處的磁性顆粒濃度來調節(jié)針的直徑。最終的微針以四邊形圖案制造，每個圓錐形設備的直徑為200 μm，但發(fā)現(xiàn)分辨率受針頭寬度的影響。通過調整打印機的光穿透深度，該團隊發(fā)現(xiàn)他們能夠更精確地調整其設備的寬度，最終使寬度僅為8 μm。更重要的是，科學家的生物啟發(fā)性陣列在測試過程中被證明比以純聚合物印刷的相同設計更堅固，后者具有較低的交聯(lián)度，并且在插入時會彎曲。為了評估其微針貼片的減輕疼痛的元素，研究人員將其應用于小鼠，并觀察到有和沒有貼片的行為無差異。該團隊還測試了其設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釋放。

總體而言，科學家們認為他們的方法是成功的，因為他們的微針由于對齊方式而表現(xiàn)出更高的機械完整性。將來，該團隊MF-3DP工藝的精確性將有助于開發(fā)具有可定制的微觀特征的針，以用于生物醫(yī)學和臨床應用。

3D打印藥物輸送系統(tǒng)
微針貼片自1970年代就已問世，因此，近年來3D打印技術的進步導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(Rutgers University)的一個小組已經部署了一種投影微立體光刻(PμSL)技術，以創(chuàng)建生物啟發(fā)性的程序單抗微針�；�于寄生蟲的微鉤，蜜蜂的帶刺刺的刺和豪豬的羽毛，該設備被設計為可水平變形，從而在插入過程中具有最小的侵入性。

同樣，天普大學的科學家也從蜜蜂中汲取了靈感，以優(yōu)化手術針的設計。該小組基于聚合物的3D打印設備具有“倒刺”狀的蜜蜂狀布局，他們認為這種布局可以減少針頭插入過程中的組織損傷。在其他地方，得克薩斯大學達拉斯分校(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。通過將臺式3D打印機與化學蝕刻技術相結合，該團隊能夠制造出可在多個醫(yī)療設備中使用的細針。