《Bioact. Mater.》綜述：3D打印可定制“微針”的設計和制造
時間：2023-10-24 10:21 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
微針（MNs）是一種新興的微創技術，采用高度在10到1000微米之間的針頭用于治療、疾病監測和診斷。常用微針的制造方法是微注射成型技術，具有可擴展的優勢，但微成型無法快速定制尺寸、幾何形狀和結構，而此正是決定MN功能和效果的關鍵因素。3D打印技術提供了一種有前景的替代方案，可以制造出高精度的MN，從而提高微針的性能。3D打印MN具有可定制性和可一步成型，在個體化和按需治療領域具有巨大的應用潛力。近日，來自新加坡科技研究局
(A*STAR)的Kun Liang教授團隊進行了3D打印生物醫學應用可定制微針的設計和制造的相關綜述。成果以“Design and
fabrication of customizable microneedles enabled by 3D printing for
biomedical applications”為題于10月12日發表在《Bioactive Materials》上。
本綜述概述了設計MNs的關鍵參數，并介紹制造新一代MNs的各種3D打印技術，重點介紹3D打印MNs在生物醫學應用方面取得的進展。最后，對3D打印MN的未來轉化和進入市場方面前景提出見解。
主要亮點：
1. 微針設計對其功能至關重要。
2. 通過3D打印技術制造微針可實現定制和復雜設計
3. 3D打印微針可用于多種生物醫學應用：藥物遞送、生物采集和生物傳感等
4. 3D打印微針可實現復雜設計和個體化，促進臨床轉化
1.1 MNs設計考慮因素
在設計MN時應考慮以下幾個因素，確保能以最佳方式發揮功能。在理想情況下，MN應能穿透皮膚，穿透深度應能將受試者的疼痛和不適感降至最低，接著遞送活性成分或提取生物物質。MN的參數不僅影響MN的功能，還可用來提高其功效。（1）MN的尺寸和幾何形狀是影響MN皮膚穿透的最重要參數（2）縱橫比（定義為MN高度與基底寬度之比）會影響MN皮膚插入難易度和機械強度（3）同樣，必須優化MN的高度，控制其所需的穿透深度，盡量減少疼痛、出血和感染（4）增加MN密度可增加單個貼片的載藥量，但超過最佳密度會減少MN間距，并由于"釘床"效應而降低皮膚插入效率（5）MN的幾何形狀是另一個可用于增強皮膚穿透力、機械強度、輸送效果和組織粘附性的因素。
1.2 MN的制造
為實現所需的設計，人們已經探索了許多制造方法，包括微成型、微沖壓、光刻和液滴空氣吹塑以及電拉伸等。其中，微成型是最廣泛采用的方法。這是一種分兩步進行的工藝，首先利用蝕刻或其他方法制造模具，然后將模具用作鑄造MN的反模板。雖然微成型工藝能有效重復生產標準化MN，但MN的設計復雜性和可定制性有限。隨著對更簡單、一致和低成本生產用于特定應用復雜MN設計的需求不斷增加，研究人員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打印方法主要有兩種：材料沉積和大桶光聚合。最常見的材料沉積方法是熔融沉積成型（FDM）和材料噴射（MJ）。大桶光聚合（VP）是一種用于制造MN的光基3D打印方法，包括立體光刻（SLA）、數字光處理（DLP）、連續液體界面生產（CLIP）和雙光子聚合（TPP）等技術。
本綜述概述了設計MNs的關鍵參數，并介紹制造新一代MNs的各種3D打印技術，重點介紹3D打印MNs在生物醫學應用方面取得的進展。最后，對3D打印MN的未來轉化和進入市場方面前景提出見解。
主要亮點：
1. 微針設計對其功能至關重要。
2. 通過3D打印技術制造微針可實現定制和復雜設計
3. 3D打印微針可用于多種生物醫學應用：藥物遞送、生物采集和生物傳感等
4. 3D打印微針可實現復雜設計和個體化，促進臨床轉化
圖1 綜述設計及機制示意圖
1.1 MNs設計考慮因素
在設計MN時應考慮以下幾個因素，確保能以最佳方式發揮功能。在理想情況下，MN應能穿透皮膚，穿透深度應能將受試者的疼痛和不適感降至最低，接著遞送活性成分或提取生物物質。MN的參數不僅影響MN的功能，還可用來提高其功效。（1）MN的尺寸和幾何形狀是影響MN皮膚穿透的最重要參數（2）縱橫比（定義為MN高度與基底寬度之比）會影響MN皮膚插入難易度和機械強度（3）同樣，必須優化MN的高度，控制其所需的穿透深度，盡量減少疼痛、出血和感染（4）增加MN密度可增加單個貼片的載藥量，但超過最佳密度會減少MN間距，并由于"釘床"效應而降低皮膚插入效率（5）MN的幾何形狀是另一個可用于增強皮膚穿透力、機械強度、輸送效果和組織粘附性的因素。
圖2 創新的設計結構
1.2 MN的制造
為實現所需的設計，人們已經探索了許多制造方法，包括微成型、微沖壓、光刻和液滴空氣吹塑以及電拉伸等。其中，微成型是最廣泛采用的方法。這是一種分兩步進行的工藝，首先利用蝕刻或其他方法制造模具，然后將模具用作鑄造MN的反模板。雖然微成型工藝能有效重復生產標準化MN，但MN的設計復雜性和可定制性有限。隨著對更簡單、一致和低成本生產用于特定應用復雜MN設計的需求不斷增加，研究人員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打印方法主要有兩種：材料沉積和大桶光聚合。最常見的材料沉積方法是熔融沉積成型（FDM）和材料噴射（MJ）。大桶光聚合（VP）是一種用于制造MN的光基3D打印方法，包括立體光刻（SLA）、數字光處理（DLP）、連續液體界面生產（CLIP）和雙光子聚合（TPP）等技術。
圖3 用于MN制造的3D打印技術
(責任編輯：admin)
Fabric8Labs推出AI芯片定
Titomic又一合作，將與nuF
荷蘭公司將開設3D打印船舶
Chicago Additive推出AMOS
590MHz帶寬+超90%輻射效率
威斯康星大學麥迪遜分校工最新內容
突破性生物3D打印
迪拜LEAP 71公司
3D生物打印構建內
《Small Science
南洋理工-劍橋大
清華大學：抗拉強熱點內容
