3D打印技術(shù)在微針制備中的價值，主要體現(xiàn)在將“高精度、小批量、快速迭代”的研發(fā)需求轉(zhuǎn)化為可實現(xiàn)的工程路徑。它不僅可以快速構(gòu)建微針陣列的模型、模具或母模，用于驗證針尖形貌、陣列間距、針長及整體結(jié)構(gòu)設計的合理性，還能夠通過高精度模具配合硅膠翻模、澆注、注塑或離心成型等工藝，實現(xiàn)兼顧效率與批量一致性的微針制造。對于部分樹脂、聚合物和金屬材料，3D打印還可直接成型微針結(jié)構(gòu)，從而減少傳統(tǒng)微加工中蝕刻、光刻和雕刻等復雜步驟。與此同時，3D打印便于根據(jù)不同皮膚部位、藥物載量、穿刺深度和治療目標進行結(jié)構(gòu)定制，也更容易實現(xiàn)中空微針、分段式微針等復雜幾何設計，因而在無痛給藥和生物傳感等應用中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。總體而言，3D打印提升了微針結(jié)構(gòu)設計的自由度與制造靈活性，正在推動微針技術(shù)從實驗研究走向更智能、更功能化的實際應用。
近期，廣州醫(yī)科大學的何根教授、余細勇教授和張靈敏教授團隊在《Journal of Nanobiotechnology》期刊在線發(fā)表題為“A spatiotemporally coordinated curcumin-based microneedle patch for SDF-1α delivery and synergistic myocardial infarction therapy”的原創(chuàng)性論著，文章的第一作者為廣州醫(yī)科大學江雪燕副教授、碩士研究生羅源和楊揚。該研究采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，結(jié)合實際研究需求優(yōu)化微針結(jié)構(gòu)，利用樹脂打印制備硬度適宜的微針模具，再通過倒模澆注獲得機械性能優(yōu)良的姜黃素微針貼片。經(jīng)工程化設計的微針貼片顯著提高了姜黃素的溶解度和生物利用度，實現(xiàn)姜黃素的快速釋放及SDF-1α的持續(xù)釋放，從而促進心肌梗死的靶向修復。
首先，作者將姜黃素（Cur）共價鍵合于GelMA網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，有效解決了Cur水溶性差導致療效受限的問題。在此基礎上，作者進一步將促血管生成因子（SDF-1α）加入至該網(wǎng)絡體系中。隨后，將得到的混合溶液澆注于由摩方精密nanoArch? S140（精度：10 μm）制作打印模板隨后通過倒模制備的PDMS模具中，最終獲得SDF-1α@Cur-MN，流程如圖1所示。
圖1. 微針貼片制備流程。
作者隨后對微針貼片的結(jié)構(gòu)及性能進行了系統(tǒng)表征。首先，通過NMR（核磁共振）和FTIR（傅里葉變換紅外光譜）證實Cur已成功共價接枝至PBA修飾的GelMA中(圖2B、C)。如圖2F所示，制備得到的Cur-GelMA微針貼片呈規(guī)則的10×10陣列排列，微針形貌均一，針尖完整。貼片整體，包括微針尖端和背襯層，均呈均勻黃色，表明共價結(jié)合的姜黃素在水凝膠網(wǎng)絡中分布良好。掃描電子顯微鏡結(jié)果進一步顯示（圖2G），微針具有清晰的錐形結(jié)構(gòu)，平均高度約為800 μm，基底直徑約為250 μm。在微針硬度測試中，實驗結(jié)果表明該微針具備穿透心肌進行治療的能力（圖2H、I）。此外， 在微針的黏彈性測試和藥物釋放實驗（圖2J - M）中，結(jié)果表明該微針具備應對心臟跳動從而實現(xiàn)治療的可行性，并可在心臟修復過程中實現(xiàn)時空協(xié)調(diào)的藥物釋放，從而在一定程度上提高治療的精準性。
圖2. 姜黃素水凝膠和微針貼片的制備與表征。
在治療方面，作者通過體外實驗評估了微針對巨噬細胞極化的影響。流式細胞術(shù)結(jié)果顯示，微針治療可促進M1型巨噬細胞向M2型巨噬細胞極化。同時，微針治療后，促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α的mRNA表達水平顯著降低。相反，抗炎因子IL-10的表達水平顯著升高。此外，文章也同步驗證了SDF-1α在促進血管生成方面的重要作用。
作者在體內(nèi)動物實驗進行了進一步的治療驗證。在對大鼠心臟的左前降支血管進行結(jié)扎后，將微針貼放在結(jié)扎處，實現(xiàn)心肌梗死的修復治療。動物超聲實驗結(jié)果表明，相較于心肌梗死組，微針治療組在第14天和第28天的心臟功能保留更好，心臟功能重要指標EF（射血分數(shù)）和FS（左室短軸縮短率）都有不同程度的提高。同時，微針治療組的心肌梗死處纖維化程度也比心肌梗死組低。
總結(jié)：研究團隊利用3D打印技術(shù)，設計出適用于心肌梗死治療的微針結(jié)構(gòu)，并基于“抗炎+促血管生成”的聯(lián)合治療策略，開發(fā)了一種負載SDF-1α的姜黃素水凝膠微針貼片（SDF-1α@Cur-MN）。該貼片能夠?qū)崿F(xiàn)早期炎癥治療與長期促血管生成，從而發(fā)揮“1+1>2”的協(xié)同效應。雙藥微針系統(tǒng)的療效顯著優(yōu)于單組分治療，凸顯了同時靶向多種病理過程治療心肌梗死的優(yōu)勢。此外，3D打印技術(shù)推動了微針從傳統(tǒng)給藥工具向智能化、個性化和診療一體化方向發(fā)展，促進了復雜結(jié)構(gòu)材料、多功能復合材料及生物醫(yī)用材料的快速創(chuàng)新。
原文鏈接：https://doi.org/10.1186/s12951-026-04473-4
