電子科大Nature子刊： 3D打印帶刺微針系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傷口實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能給藥一體化

導(dǎo)讀：慢性傷口已成為全球重大醫(yī)療負(fù)擔(dān)，目前全球患者超過6000萬人。僅在我國，糖尿病足潰瘍每年導(dǎo)致的醫(yī)療支出就高達(dá)數(shù)百億元。傳統(tǒng)傷口敷料采用被動(dòng)護(hù)理，缺乏動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、無法實(shí)時(shí)量化監(jiān)測傷口狀態(tài)、難以實(shí)現(xiàn)個(gè)體化按需給藥等固有缺陷。此外，頻繁更換敷料還可能導(dǎo)致二次損傷，嚴(yán)重影響愈合進(jìn)程。微針技術(shù)雖為經(jīng)皮傳感與給藥提供了微創(chuàng)解決方案，但現(xiàn)有產(chǎn)品普遍存在機(jī)械錨定不足、制備流程復(fù)雜等問題，限制了其在長期傷口管理中的應(yīng)用。

2026年1月，電子科技大學(xué)張曉升教授、張翼教授團(tuán)隊(duì)在《Microsystems & Nanoengineering》期刊上在線發(fā)表了題為“3D-printed barbed microneedle electrodes for biosensing and drug delivery in wound management”的研究論文。該團(tuán)隊(duì)成功研制出一款集實(shí)時(shí)阻抗監(jiān)測、超聲增強(qiáng)給藥、閉環(huán)智能調(diào)控于一體的3D打印帶刺微針系統(tǒng)，為慢性傷口的智能化管理提供了創(chuàng)新解決方案，有望推動(dòng)臨床傷口護(hù)理模式變革。

研究團(tuán)隊(duì)基于摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（microArch? S240，精度：10μm）開發(fā)了兩類高性能微針：傳感型帶刺微針（3D-BMN）與中空給藥型帶刺微針（3D-BHMN）。其結(jié)構(gòu)靈感來源于蜜蜂尾刺，如圖1所示，采用45°雙層倒刺設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)輕柔刺入的同時(shí)，通過機(jī)械互鎖效應(yīng)與傷口敷料穩(wěn)固結(jié)合，有效解決了傳統(tǒng)微針易脫落的問題，為長期、穩(wěn)定的傷口監(jiān)測與給藥奠定基礎(chǔ)。

圖1. 3D-BMN與3D-BHMN的制備工藝及實(shí)物表征圖。

在傳感方面，如圖2所示，團(tuán)隊(duì)通過Ag/AgCl噴涂與金納米顆粒原位沉積工藝，對(duì)3D-BMN表面進(jìn)行改性，構(gòu)筑微納分級(jí)結(jié)構(gòu)，大幅提升電極的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性與有效傳感面積。該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測傷口阻抗變化，該指標(biāo)直接反映傷口濕度、炎癥水平與細(xì)菌數(shù)量，為評(píng)估愈合進(jìn)程提供量化依據(jù)。

圖2. 3D-BMN的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)表征。

在給藥方面，如圖3所示，3D-BHMN融合超聲波霧化技術(shù)，通過110kHz共振頻率將藥物轉(zhuǎn)化為亞微米級(jí)氣溶膠，經(jīng)中空微針精準(zhǔn)輸送至傷口深處。實(shí)驗(yàn)顯示，該系統(tǒng)的透皮效率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)外敷與被動(dòng)微針給藥，實(shí)現(xiàn)藥物通量數(shù)倍提升。

圖3. 基于3D-BHMN的藥物遞送模塊的驗(yàn)證與測試。

更關(guān)鍵的是，如圖4所示，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于阻抗反饋的閉環(huán)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，實(shí)時(shí)采集傷口阻抗數(shù)據(jù)。當(dāng)阻抗低于設(shè)定閾值（提示感染或炎癥加劇），系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)霧化給藥；待阻抗恢復(fù)正常即停止釋放，形成“監(jiān)測?→?判斷?→?干預(yù)”的全程自動(dòng)化管理，既提升治療及時(shí)性，也避免了藥物濫用問題。

圖4. 基于3D-BMN與3D-BHMN的阻抗反饋按需藥物遞送。

總結(jié)：該研究通過摩方微納3D打印技術(shù)，將強(qiáng)效錨定、實(shí)時(shí)傳感與智能給藥三大功能融為一體，突破了傳統(tǒng)傷口護(hù)理中“監(jiān)測”與“治療”分離的局限。該一體化智能平臺(tái)可為慢性傷口提供個(gè)性化、響應(yīng)式的精準(zhǔn)護(hù)理，降低并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，減輕患者與醫(yī)療系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，具備顯著的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41378-025-01136-6