浙江大学计剑、王幽香团队Mater.Horiz.：利用光实现微针精准以及可编程的刺入！

微针（Microneedle，MN）技术，作为一种起初用于增强透皮给药效率而开发的平台工具，近年来在一系列生物医学应用中受到了关注，包括眼部给药、生物制剂的口服给药、心脏贴片、生物标志物提取诊断、医疗信息记录等。时空高度可控的MN刺入技术能够保障安全性，充分发挥MN在这些生物医学应用中的使用潜力，但目前仍充满挑战性。

近日，浙江大学高分子系计剑、王幽香研究团队首次提出光触发MN刺入的概念验证策略，利用光热响应形状记忆材料（Shape memory polymers, SMPs）的回复应力实现MN精准、可编程的刺入。该策略通过调节光照强度能够以15mN的精度实现对MN刺入压力的控制。SMP的预拉伸应变可以进一步预先确定，以控制刺入深度保障安全性。此外，阵列化的刺入单元允许可编程插入以进行多级化和图案化的药物递送。这种远程、精确和时空可控的MN插入策略可能会激发 MN 相关应用的进一步发展。该工作以“Microneedle system with light trigger for precise and programmable insertion”为题发表在《Materials Horizons》上。浙江大学博士生余伟江、已毕业硕士沈介泽为文章的共同第一作者，浙江大学计剑教授、王幽香副教授为本文的共同通讯作者。

图1：微针形状记忆聚合物刺入系统（MN SMP penetration system, MSPS）的制备示意图以及光照条件调控刺入压力的探究。

作者通过多巴胺的原位自聚对形状记忆聚合物Nafion薄膜进行改性，以获得具有光热转化能力的形状记忆复合物Nafion/PDA。之后，MN被装配在预拉伸的Nafion/PDA中部，且Nafion/PDA两端固定在基板上。当近红外光照射时，Nafion/PDA在两端受限的条件下进行形变回复从而产生向下的合力驱动MN刺入。

图2：调控刺入压力用于实现对不同模量水凝胶以及离体猪组织的精准刺入

基于不同时温条件下形状记忆效应不同的现象，通过改变光照条件可以实现对刺入压力的精准调控，以15mN的力调控精度实现了对不同弹性模量的水凝胶以及不同猪离体器官组织的精准刺入。

图3：改变Nafion/PDA预拉伸应变实现在水凝胶中对刺入深度的精准控制

图4：模型药物在兔角膜基质层内的安全递送

Nafion/PDA的预拉伸应变可以进行设置，以调节MN刺入深度的上限。这被用于在水凝胶中精准地控制MN的刺入深度，也被当作刺入行为的“安全阀”在动物模型兔子上实现了模型药物在角膜基质层内的安全递送。

图5：光调控的多级化以及图案化的微针刺入和药物递送

阵列化的刺入单元能够在光的调控下，实现多级化以及图案化的药物递送。

综上所述，作者报告了一种光触发的MN刺入策略，能够以精确、远程和按需的方式对MN刺入压力、刺入深度和刺入位置进行控制。作为一个概念验证策略，这或许可以激发 MN 刺入技术的进一步发展，从而使更为广泛的MN相关应用受益。

该研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金，浙江省自然科学基金的支持。

封面来源于图虫创意