3D打印帶刺微針系統，實現傷口實時監測與智能給藥一體化

慢性傷口已成為全球重大醫療負擔，目前全球患者超過6000萬人。僅在我國，糖尿病足潰瘍每年導致的醫療支出就高達數百億元。傳統傷口敷料采用被動護理，缺乏動態響應能力、無法實時量化監測傷口狀態、難以實現個體化按需給藥等固有缺陷。此外，頻繁更換敷料還可能導致二次損傷，嚴重影響愈合進程。微針技術雖為經皮傳感與給藥提供了微創解決方案，但現有產品普遍存在機械錨定不足、制備流程復雜等問題，限制了其在長期傷口管理中的應用。

近期，電子科技大學張曉升教授、張翼教授團隊在《Microsystems & Nanoengineering》期刊上在線發表了題為“3D-printed barbed microneedle electrodes for biosensing and drug delivery in wound management”的研究論文。該團隊成功研制出一款集實時阻抗監測、超聲增強給藥、閉環智能調控于一體的3D打印帶刺微針系統，為慢性傷口的智能化管理提供了創新解決方案，有望推動臨床傷口護理模式變革。

研究團隊基于摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術（microArch? S240，精度：10μm）開發了兩類高性能微針：傳感型帶刺微針（3D-BMN）與中空給藥型帶刺微針（3D-BHMN）。其結構靈感來源于蜜蜂尾刺，如圖1所示，采用45°雙層倒刺設計，在實現輕柔刺入的同時，通過機械互鎖效應與傷口敷料穩固結合，有效解決了傳統微針易脫落的問題，為長期、穩定的傷口監測與給藥奠定基礎。

圖1. 3D-BMN與3D-BHMN的制備工藝及實物表征圖。

在傳感方面，如圖2所示，團隊通過Ag/AgCl噴涂與金納米顆粒原位沉積工藝，對3D-BMN表面進行改性，構筑微納分級結構，大幅提升電極的導電性、穩定性與有效傳感面積。該系統可實時監測傷口阻抗變化，該指標直接反映傷口濕度、炎癥水平與細菌數量，為評估愈合進程提供量化依據。

圖2. 3D-BMN的結構與電化學表征。

在給藥方面，如圖3所示，3D-BHMN融合超聲波霧化技術，通過110kHz共振頻率將藥物轉化為亞微米級氣溶膠，經中空微針精準輸送至傷口深處。實驗顯示，該系統的透皮效率顯著優于傳統外敷與被動微針給藥，實現藥物通量數倍提升。

圖3. 基于3D-BHMN的藥物遞送模塊的驗證與測試。

更關鍵的是，如圖4所示，研究團隊構建了基于阻抗反饋的閉環智能控制系統。該系統以單片機為核心，實時采集傷口阻抗數據。當阻抗低于設定閾值（提示感染或炎癥加劇），系統自動啟動霧化給藥；待阻抗恢復正常即停止釋放，形成“監測?→?判斷?→?干預”的全程自動化管理，既提升治療及時性，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：該研究通過摩方微納3D打印技術，將強效錨定、實時傳感與智能給藥三大功能融為一體，突破了傳統傷口護理中“監測”與“治療”分離的局限。該一體化智能平臺可為慢性傷口提供個性化、響應式的精準護理，降低并發癥風險，減輕患者與醫療系統負擔，具備顯著的臨床轉化潛力。

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

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