肯特大學(xué)和斯特拉斯克萊德大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新穎的設(shè)備，該設(shè)備結(jié)合了3D打印，微針和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），可控的透皮給藥。 透皮藥物遞送是指藥物或藥物通常通過使用粘性貼劑通過皮膚施用。對(duì)于他們的方法，研究人員開發(fā)了一種復(fù)合設(shè)備，該復(fù)合設(shè)備由3D打印的微針貼片與MEMS組成，可以使用戶直接控制給藥。 該設(shè)備名為3DMNMEMS，其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的臨床治療，并且過去一直采用“一刀切”的方法進(jìn)行藥物輸送。肯特大學(xué)的研究人員之一索菲亞·埃科諾米杜（Sophia Economidou）表示：“微針是一種小的穿刺裝置，可破壞皮膚的最外層，最不滲透的層，從而將藥物直接輸送到真皮微循環(huán)中。它們的微型尺寸意味著它們的應(yīng)用無痛，可解決患者不適和針頭恐懼癥等問題。同時(shí)還簡化了微型皮膚系統(tǒng)，消除了對(duì)經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人士進(jìn)行干預(yù)的需求，從而減少了治療成本。”
3DMNMEMS系統(tǒng)。圖片來自Sophia Economidou。 微成型與3D打印 典型地，常規(guī)的微針是通過微模制造的，微模是一種難以定制且與高初始加工成本相關(guān)的技術(shù)。研究人員還觀察到，使用微模技術(shù)不可能在自己的微針中制造內(nèi)部微結(jié)構(gòu)。 因此，研究人員轉(zhuǎn)向3D打印，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的3DMNMEMS器件，可重復(fù)和可復(fù)制的制造。此外，3D打印可以輕松定制設(shè)備，從而制造商可以調(diào)整設(shè)計(jì)以適應(yīng)單個(gè)患者的需求。微針貼片也可以按需生產(chǎn)，從而消除了對(duì)診所和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)存儲(chǔ)空間的需求。 在此之前已經(jīng)進(jìn)行了這一領(lǐng)域的研究，例如在2018年，得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的科學(xué)家開發(fā)了一種使用FFF 3D打印機(jī)制造微針陣列的新型低成本方法。從那時(shí)起，羅格斯大學(xué)的研究人員就一直使用Projection微立體光刻技術(shù)來創(chuàng)建4D打印的生物啟發(fā)式可編程微針，以增強(qiáng)組織粘附力。 最近，來自亞利桑那州立大學(xué)和南加州大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了3D打印的微針貼片，其靈感來自帽貝的分層結(jié)構(gòu)。這些貼片是使用磁場輔助3D打印（MF-3DP）制成的，將來可用于向患者無痛地輸送藥物。
4D打印微針具有倒刺，倒刺在插入時(shí)可與組織互鎖，從而增強(qiáng)附著力。圖片來自羅格斯大學(xué)。 3D打印微針貼片 使用標(biāo)準(zhǔn)CAD軟件設(shè)計(jì)的微針貼片由空心微針桿身及其孔，內(nèi)部微通道，微儲(chǔ)器和用于流體供應(yīng)的開口組成。使用立體平版印刷術(shù)和生物相容性聚合物對(duì)微針進(jìn)行3D打印，但是研究人員發(fā)現(xiàn)其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及對(duì)準(zhǔn)確，可復(fù)制的打印的需求對(duì)3D打印機(jī)的功能提出了挑戰(zhàn)。特別是，他們觀察到要達(dá)到所需的刀頭鋒利度并確保內(nèi)部微結(jié)構(gòu)沒有可能限制液體流動(dòng)的堵塞是特別困難的。“在微觀尺度上，印刷參數(shù)對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響加劇，因此我們必須開發(fā)和應(yīng)用一系列優(yōu)化步驟，包括定制印刷參數(shù)和進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整以獲得所需的結(jié)果并建立可復(fù)制的印刷方案”，Economidou解釋說。 “值得注意的是，該貼片的設(shè)計(jì)易于安裝在此處使用的MEMS以及典型的注射器上。”
3D打印微針貼片的示意圖。圖片來自Sophia Economidou。
測試3D打印設(shè)備 為了探索3DMNMEMS設(shè)備在活體內(nèi)生物體內(nèi)的有效性，研究人員使用該設(shè)備向糖尿病小鼠施用胰島素。然后他們將這一組小鼠與另一組在皮膚下注射相同量胰島素的小鼠進(jìn)行了比較。根據(jù)Economidou的說法，3DMNMEMS可以更快地降低血糖水平（一小時(shí)），而注射則需要三個(gè)小時(shí)才能達(dá)到相同的降血糖作用。研究結(jié)果還表明，由于微針在皮膚組織內(nèi)廣泛分布了藥物，器械治療組的胰島素濃度隨著時(shí)間的推移更加持久。
Economidou解釋說：“注射劑往往會(huì)在皮膚上局部形成一個(gè)貯庫，藥物通過被動(dòng)擴(kuò)散從循環(huán)中釋放出來。這在給藥和效果達(dá)到頂峰之間出現(xiàn)了滯后。另一方面，微針在組織內(nèi)散布藥物，從而可以更快，更持久地吸收藥物。”
來源：中國3D打印網(wǎng)
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