《Bioact. Mater.》综述：3D打印可定制“微针”的设计和制造

时间：2023-10-24 10:21 来源：南极熊作者：admin 阅读：次

微针（MNs）是一种新兴的微创技术，采用高度在10到1000微米之间的针头用于治疗、疾病监测和诊断。常用微针的制造方法是微注射成型技术，具有可扩展的优势，但微成型无法快速定制尺寸、几何形状和结构，而此正是决定MN功能和效果的关键因素。3D打印技术提供了一种有前景的替代方案，可以制造出高精度的MN，从而提高微针的性能。3D打印MN具有可定制性和可一步成型，在个体化和按需治疗领域具有巨大的应用潜力。近日，来自新加坡科技研究局 (A*STAR)的Kun Liang教授团队进行了3D打印生物医学应用可定制微针的设计和制造的相关综述。成果以“Design and fabrication of customizable microneedles enabled by 3D printing for biomedical applications”为题于10月12日发表在《Bioactive Materials》上。
本综述概述了设计MNs的关键参数，并介绍制造新一代MNs的各种3D打印技术，重点介绍3D打印MNs在生物医学应用方面取得的进展。最后，对3D打印MN的未来转化和进入市场方面前景提出见解。

主要亮点：

1. 微针设计对其功能至关重要。

2. 通过3D打印技术制造微针可实现定制和复杂设计

3. 3D打印微针可用于多种生物医学应用：药物递送、生物采集和生物传感等

4. 3D打印微针可实现复杂设计和个体化，促进临床转化

图1 综述设计及机制示意图

1.1 MNs设计考虑因素
在设计MN时应考虑以下几个因素，确保能以最佳方式发挥功能。在理想情况下，MN应能穿透皮肤，穿透深度应能将受试者的疼痛和不适感降至最低，接着递送活性成分或提取生物物质。MN的参数不仅影响MN的功能，还可用来提高其功效。（1）MN的尺寸和几何形状是影响MN皮肤穿透的最重要参数（2）纵横比（定义为MN高度与基底宽度之比）会影响MN皮肤插入难易度和机械强度（3）同样，必须优化MN的高度，控制其所需的穿透深度，尽量减少疼痛、出血和感染（4）增加MN密度可增加单个贴片的载药量，但超过最佳密度会减少MN间距，并由于"钉床"效应而降低皮肤插入效率（5）MN的几何形状是另一个可用于增强皮肤穿透力、机械强度、输送效果和组织粘附性的因素。

图2 创新的设计结构

1.2 MN的制造
为实现所需的设计，人们已经探索了许多制造方法，包括微成型、微冲压、光刻和液滴空气吹塑以及电拉伸等。其中，微成型是最广泛采用的方法。这是一种分两步进行的工艺，首先利用蚀刻或其他方法制造模具，然后将模具用作铸造MN的反模板。虽然微成型工艺能有效重复生产标准化MN，但MN的设计复杂性和可定制性有限。随着对更简单、一致和低成本生产用于特定应用复杂MN设计的需求不断增加，研究人员一直在共同努力探索其他制造方法。

2. 3D打印MNs
用于制造MN的3D打印方法主要有两种：材料沉积和大桶光聚合。最常见的材料沉积方法是熔融沉积成型（FDM）和材料喷射（MJ）。大桶光聚合（VP）是一种用于制造MN的光基3D打印方法，包括立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）、连续液体界面生产（CLIP）和双光子聚合（TPP）等技术。

图3 用于MN制造的3D打印技术

(责任编辑：admin)

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