3D列印帽貝牙齒啟發性微針貼劑，以實現無痛藥物輸送

從研究者亞利桑那州立大學和美國南加州大學開發的3D列印可用於無痛輸送藥物微針貼片。

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，該團隊創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列印（MF-3DP）工藝，該設備的形態可以在將來進行優化，以在不引起臨床試驗中患者不適的情況下進行藥物輸送。

聯合研究小組的生物啟發式針頭是使用注入鐵的聚合物製成的。圖片來自「高級功能材料」期刊。

注射：3D列印消除痛苦

皮下注射針由於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，並且會產生大量醫療廢物。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，能夠攜帶多種藥物並在使用時減輕疼痛。

如果要對這些微針進行3D列印，則可以使用自定義的幾何形狀來創建它們，以提高不同藥物的功效，但是到目前為止，由於缺乏精確性，這種情況無法避免。例如，熔融沉積建模（FDM）和基於噴墨列印的方法需要大量且昂貴的後處理，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，但是發現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，是自然界中發現的最堅固的材料之一。

基於帽貝的進化優勢，該團隊試圖設計一種具有生物啟發性的針頭陣列，具有改善的機械性能和無痛藥物輸送的潛力。

研究人員使用創新的磁場輔助3D列印工藝來創建他們的微針。圖片來自「高級功能材料」期刊。

研究人員的生物啟發式微針陣列

帽貝的牙齒的強度歸因於針鐵礦礦物的獨特排列，使其難以使用傳統的微細加工方法進行複製。結果，聯合團隊選擇部署MF-3DP技術，該技術通過磁場將光固化聚合物材料內部的氧化鐵納米粒子（aIOs）對準。

然後，團隊使用立體光刻（SLA）系統選擇性地固化複合材料，並通過調整不同點處的磁性顆粒濃度來調節針的直徑。所得的微針以四邊形圖案製造，每個圓錐形裝置的直徑為200 µm，但發現解析度受針頭寬度的影響。

通過調整印表機的光穿透深度，該團隊發現他們能夠更精確地調整其設備的寬度，最終實現僅為8 µm的寬度。此外，科學家的生物啟發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要強，後者具有較低的交聯度，並且在插入時會彎曲。

為了評估其微針貼片的減輕疼痛的元素，研究人員將其應用於小鼠，並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，發現螢光素可以成功注射並在兩天內釋放。

總的來說，科學家們認為他們的方法是成功的，因為他們的微針由於對齊方式而表現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於開發具有可定製的微觀特徵的針，以用於生物醫學和臨床應用。

3D列印藥物輸送系統

自從1970年代以來，微針貼片就已經問世了，因此，近年來3D列印的進步導致了眾多添加劑變體的開發也就不足為奇了。

羅格斯大學（Rutgers University）的一個團隊已經部署了一種投影微立體光刻技術（PµSL），以創建具有生物啟發性的可編程微針。基於寄生蟲的微鉤，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，以優化手術針的設計。該團隊基於聚合物的3D列印設備具有「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，德克薩斯大學達拉斯分校（UT Dallas）的研究人員創造了一種新的低成本製造微針陣列的方法。通過將臺式3D印表機與化學蝕刻技術相結合，該團隊能夠製造出可在多個醫療設備中使用的細針。