自然啟示：微納3D打印仿生微針助力精準(zhǔn)醫(yī)療“提速”

來源：摩方精密

在精準(zhǔn)醫(yī)療時(shí)代，如何安全有效地穿透人體第一道防線——皮膚屏障，成為藥物遞送和生物傳感的核心挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)注射器帶來的疼痛與感染風(fēng)險(xiǎn)，以及口服藥物的生物利用度瓶頸，科研人員從大自然中汲取靈感，從而催生出了仿生微針技術(shù)。

然而制造這些仿生精密結(jié)構(gòu)曾讓科研人員舉步維艱。傳統(tǒng)微加工技術(shù)難以兼顧復(fù)雜幾何形狀與微米級精度，材料選擇也極為受限。當(dāng)全球科研團(tuán)隊(duì)在微針制造的道路上摸索前行時(shí)，摩方精密微納3D打印技術(shù)以2μm的工業(yè)級超高精度，為這場醫(yī)療革命提供了關(guān)鍵支撐。

無痛高效醫(yī)療的破局者：仿生微針的創(chuàng)新應(yīng)用
從細(xì)菌感染性口炎治療，到肌肉萎縮的神經(jīng)再生，再到慢性傷口的智能管理，微針技術(shù)憑借其微創(chuàng)無痛、高效遞送的特性，讓我們一起來看看微納3D打印仿生微針如何重新定義精準(zhǔn)醫(yī)療的邊界。

仿生海參微針神經(jīng)導(dǎo)管
蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院范增杰教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種具有海參仿生特性的微針神經(jīng)導(dǎo)管（MNGCs），用于周圍神經(jīng)損傷及其導(dǎo)致的肌肉萎縮的協(xié)同高效治療。該MNGCs是由摩方精密 microArch® S230 （精度：2μm）高精度3D打印設(shè)備加工模具后經(jīng)PDMS翻模制備而成。

具有海參仿生特性的PZG-MNGCs能高效產(chǎn)生并傳導(dǎo)壓電電刺激（ES），在確保穩(wěn)定橋接缺損神經(jīng)和可以向肌肉傳遞ES的前提下，通過內(nèi)側(cè)的微通道共同促進(jìn)SCs遷移以促進(jìn)神經(jīng)再生，同時(shí)將ES通過MNs傳遞至周圍肌肉，最終在協(xié)同緩解肌肉萎縮和促進(jìn)神經(jīng)再生中取得了相當(dāng)接近自體移植治療這一“金標(biāo)準(zhǔn)”的治療效果。

仿生珊瑚中空微針
四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院萬乾炳教授團(tuán)隊(duì)從尖角珊瑚的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特點(diǎn)中獲得啟發(fā)，依靠高精度生物3D打印技術(shù)開發(fā)了一種負(fù)載智能水凝膠的中空多孔微針貼片，用于慢性傷口內(nèi)潛行感染的快速指示、智能給藥、微創(chuàng)治療。

研究團(tuán)隊(duì)選擇了生物相容性良好、機(jī)械強(qiáng)度較高、遇水不溶脹的聚己內(nèi)酯類材料作為基材，通過甲基丙烯酰化改性使其滿足光固化3D打印的制造需求。通過摩方精密nanoArch® S130(精度：2μm）3D打印系統(tǒng)，將中空的微針陣列及其內(nèi)部內(nèi)貫通孔道直接打印成型，每一根微針都具有完全標(biāo)化的外型尺寸和內(nèi)部空間，且微針表面都具有形狀規(guī)則的方孔開窗以及用于放大毛細(xì)作用的凹槽導(dǎo)流道。

DOI：10.1002/adfm.202314071

仿生果蠅微針貼片
蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院范增杰教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種具有果蠅仿生特性的水凝膠仿生微針貼片，用于細(xì)菌感染性口炎的高效治療。該微針貼片制備所使用的模板是由摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（microArch® S230，精度：2μm）加工而成的。
仿生微針貼片針對細(xì)菌感染性口炎的獨(dú)特微環(huán)境量身定制，以“濕環(huán)境穩(wěn)定黏附+NO智能可控釋放+細(xì)菌高效抑制+機(jī)械收縮促進(jìn)愈合”這些優(yōu)越性能，促進(jìn)細(xì)菌感染性口炎的高效愈合。

DOI：10.1002/advs.202500432

精度破局：微納3D打印打破制造瓶頸
傳統(tǒng)微針制造面臨三重困境：尖端精度不足影響穿透效率；復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)；材料兼容性和可選性有限。這些瓶頸使得注塑、蝕刻及激光微加工等常規(guī)工藝在精度與復(fù)雜性之間難以兼顧，最終成為科研產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵障礙。

摩方精密的面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)以2μm的工業(yè)級精度（相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的1/40），徹底改變了這一局面。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以企及的復(fù)雜結(jié)構(gòu)：如多通道微針，可實(shí)現(xiàn)直徑10μm的貫穿孔道實(shí)現(xiàn)多藥物協(xié)同遞送。如今，摩方設(shè)備已成為全球頂尖實(shí)驗(yàn)室的首選，從Science、Nature等多篇頂刊論文，到臨床醫(yī)療終端的落地轉(zhuǎn)化，處處可見其身影。

盡管微納3D打印在研發(fā)階段表現(xiàn)優(yōu)異，微針技術(shù)要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化落地仍需突破多重壁壘：生產(chǎn)成本控制、工藝一致性保障、材料生物相容性優(yōu)化等。摩方精密正積極推動科研產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，全新升級的超高精度3D打印系統(tǒng)microArch® S230A（精度：2μm）和最新技術(shù)復(fù)合精度3D打印系統(tǒng)microArch® D0210（精度：2&10μm），均搭配自動水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)，集成平臺自動調(diào)平、繃膜動態(tài)校準(zhǔn)與滾刀智能調(diào)節(jié)功能，工藝參數(shù)設(shè)置、液面平衡及流平時(shí)間控制等關(guān)鍵工序自動化，大幅度提升了復(fù)雜微針結(jié)構(gòu)以及微針模具的生產(chǎn)效率，目前已在多個(gè)生物醫(yī)療客戶中實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)。

為適配不同微針材料要求，摩方精密已開發(fā)多元光敏材料體系：
高性能樹脂體系：高韌性樹脂（ST1400）、耐高溫樹脂（HT200）、耐候性樹脂（RG）、可溶性犧牲樹脂（SR），強(qiáng)韌性樹脂（Tough），透明樹脂（Clear）等，其中犧牲樹脂可高效制備微針模板，結(jié)合PDMS翻模工藝實(shí)現(xiàn)高精度微針結(jié)構(gòu)復(fù)制，已應(yīng)用于北大倒鉤微針、中科大雙藥微針等科研項(xiàng)目。

高精度陶瓷漿料：包括氧化鋁、氧化鋯等新型陶瓷漿料，并突破傳統(tǒng)陶瓷打印精度極限，成功實(shí)現(xiàn)10μm孔徑和17μm桿徑的精密結(jié)構(gòu)加工，攻克微通道結(jié)構(gòu)精密成型、梯度孔隙可控構(gòu)建、微孔加工等長期制約行業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

高精度水凝膠：與素靈科技合作開發(fā)高精度甲基丙烯�；�明膠-GelMA，通過nanoArch® S140 BIO生物3D打印系統(tǒng)，支持12μm線條打印，可在雙層螺旋微針中實(shí)現(xiàn)真皮間質(zhì)液高效提取。

依托摩方材料庫與全流程標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)（建模設(shè)計(jì)→打印→后處理），形成從研發(fā)到量產(chǎn)的閉環(huán)支持，加速微針技術(shù)在藥物遞送、組織工程等領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)程和產(chǎn)業(yè)化落地。

摩方精密將繼續(xù)深化“產(chǎn)學(xué)研”資源整合，通過微納3D打印技術(shù)賦能創(chuàng)新科技研發(fā)與孵化，推動研究成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化落地，為我國高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。