水凝胶微针的三维成型、物理性能调控与应用研究

作     者：姚蔚 

作者单位：安徽医科大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨润怀

授予年度：2021年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

主      题：数字光处理打印技术 水凝胶微针 生物相容性 应用研究 

摘      要：安全、高效、可控地将药物输送到人体损伤部位有利于损伤组织的恢复。使用经皮给药,药物将通过皮下毛细血管直接进入人体血液循环,从而降低了尚未在靶区发挥作用的药物在肝内的直接代谢,有效避免经消化道给药所导致的首过效应。但是经皮给药方式存在药物渗透效率相对较低的问题,为了提高经皮给药的效率,微针经皮给药方法近年来被提出。相较传统的注射给药,微针经皮给药具有无痛微创等优点,微针已成为经皮给药方式中的研究热点。其中水凝胶型微针具有在插入皮肤时迅速吸收皮肤间质液体,形成连续的、畅通无阻的水凝胶通道的特性。本文研发了数字光固化3D打印平台,并利用该平台制作水凝胶型微针,并对水凝胶微针的三维成型、物理性能调控和应用进行研究,初步研发了控制微纳复合材料局部原位生长的系统。主要内容如下:调研现有微针种类和主流的几种3D打印技术的原理与特点,设计并研发高精度数字光处理3D打印平台系统。介绍微针种类和其在经皮给药方面的应用前景,以及水凝胶型微针的独特优势。比较主流的几种3D打印技术制作水凝胶型微针的优缺点,并说明了研发高精度数字光处理3D打印平台的使用的硬件和软件,以及如何调试与应用本高精度数字光处理3D打印平台。使用自研发高精度数字光处理3D打印平台在不同的打印参数下制作PEGDA材料水凝胶微针针体。经过几组机械测试和测量后,实验结果认为300ms是构建PEGDA水凝胶微针针体的理想暴露时间,精度和刚度之间达到平衡。同时完成人造皮肤微针穿刺的模拟实验以及PEGDA水凝胶微针注射和提取药物的模拟实验。定量分析了药物注射和药物检测的结果,为PEGDA水凝胶微针在生物注射和药物提取中的应用提供一定的参考。对微针响应以及利用响应实现智能操作应用进行研究,验证了改变基底的水凝胶微针制作的可行性。本文研究了两种不同的材料作为功能化微针的基底:一种是以PLA/PET复合膜为基底,复合PLA/PET复合膜能对近红外和温度发生响应,具备了尺寸小、生物相容性好等优点,且易于与水凝胶微针针体结合;另外一种是以TPU材料为基底,并在TPU结构内设计脉管通道,利用TPU材料的形状记忆特性,实现基底结构的形状记忆功能。研发打印后处理的微纳复合材料局部原位生长的系统。传统的整体制作的复合材料作为微针基底存在着反应面积大、可控性差、功能性受限的不足。为了克服这种不利,也为了探索一种新的水凝胶微针的功能化实践方向,尝试研发这种控制微纳复合材料局部原位生长的系统,并计划把这种方法应用于微针基底制作。通过实践这种控制微纳复合材料局部原位生长的系统的验证性实验,验证了这种控制微纳复合材料局部原位生长的系统的应用可行性。