《AHM》：3D打印空心微針實現遠程控制傳感和藥物傳遞
時間：2024-06-19 08:56 來源：EngineeringForLife 作者：admin 閱讀：次
相關研究內容以“Remote-Controlled Sensing and Drug Delivery via 3D-Printed Hollow Microneedles”為題于2024年5月23日發表在《Advanced Healthcare Materials》。
圖1 MNAs制備
圖2 3D打印傳感、藥物遞送MNA的圖像
該系統采用3D打印空心微針，帶有集成的超聲波霧化器，可實現按需藥物和精確的生物傳感室（圖1A）。數字光處理（DLP）打印過程如圖1B所示。圖1C顯示智能手機控制支持的傳感和藥物傳遞系統；3D打印MNA的SEM圖像如圖1D、E所示。
生物傳感室呈正方形，形狀和尺寸如圖2A所示。用于傳感和藥物傳遞的MNA尺寸、形狀和部件如圖2A-C所示。使用測力計對MNA進行機械測試，力-位移圖如圖2D所示。通過穿透豬皮膚來評估MNA穿透皮膚的性能。圖2E顯示用藍色染料插入MNA前后的豬皮膚。MNA穿透后豬皮膚的橫截面如圖2E（iv）所示。
圖3 生物傳感
圖3A代表用于單個生物標志物感知的MNA，圖3B顯示同時感知各種生物標志物的MNA。與孔直徑為400µm的MNA相比，孔直徑更大的MNA促進更多的液體轉移（圖3C）。對于直徑為400μm的陣列，在不到4分鐘的時間內完成傳感器顏色變化，響應時間明顯更快（由潤濕面積表示，圖3D）。當MNA將提取的溶液引入傳感器時，其顏色會發生瞬時變化，這取決于pH值（圖3E），pH值更高時，傳感器的顏色變為藍色。當葡萄糖引入傳感器時，其氧化以及氧還原產生過氧化氫，反過來又引發過氧化物酶氧化成碘氧化物，導致顏色變化。如圖3F所示，顏色從淺黃色（沒有葡萄糖）變為紅色（16 mM葡萄糖）。0到3.2的乳酸濃度結果如圖3G所示。在檢測過程之后，從傳感器拍攝的照片在紅色、綠色和藍色通道中進行仔細檢查，隨著乳酸濃度的增加，紅、綠通道呈上升趨勢，而藍色通道呈下降趨勢（圖3G）。
圖4 藥物傳遞
本研究使用一個以瓊脂糖水凝膠層為膜的Franz細胞室，用于模擬皮膚屏障（圖4A）。超聲輔助MNA的藥物遞送率比局部和僅微針高得多，而微針的藥物傳遞率比局部好得多（圖4B）。使用Micro 3D打印機制作孔直徑為200µm、300µm和500µm的MNA進行比較，增加孔徑可以增加藥物遞送率（4C），表明通過使用不同的MNA孔徑來控制藥物遞送率是可能的。MNA能有效地滲透水凝膠，超聲振動能促進藥物傳遞（圖4F）。
圖5 細胞毒性
本研究目的是比較藥物傳遞裝置的性能與直接添加到介質中的條件。通過使用1、2天后拍攝的明場圖像監測劃痕區域。結果如圖5-C所示，超聲輔助MNA與直接添加補充劑相似，表明該系統可以有效地傳遞藥物。進行細胞活力測定以評估該系統的細胞毒性，將3D打印的MNA在培養基中孵育，并將這些孵育的提取物轉移到含有細胞的孔中，然后記錄不同時間點的細胞活力，與對照組相比，24h、48h后細胞活力下降，但均無統計學意義（圖5D），表明所測試的材料適用于制造用于藥物遞送和傳感應用的MNA。
總之，本研究探索了一種具有3D打印空心MNA的設備在生物標志物傳感和按需藥物傳遞方面的潛力。生物標志物比色監測和按需藥物遞送的雙重功能為閉環按需給藥提供一種通用、創新的方法。通過對pH、葡萄糖和乳酸的比色分析，證明了MNA的傳感能力。此外，通過涉及局部應用、微針穿透和超聲輔助微針遞送的比較研究來評估該設備的藥物傳遞性能。與其他方法相比，超聲輔助微針的方法在藥物傳遞方面明顯更有效，顯示了控制和增強藥物傳遞的潛力。綜上所述，具有DLP-3D打印空心MNA的可穿戴設備為按需給藥和健康監測提供一個多方面的解決方案。
文章來源：
https://doi.org/10.1002/adhm.202400881
(責任編輯：admin)
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