由于表皮創(chuàng )傷的普遍性和復雜性，許多傷口因處理不當、治療不及時(shí)、基礎疾病干擾等發(fā)展為慢性感染傷口，每年有超千萬(wàn)患者正遭受創(chuàng )口感染帶來(lái)的困擾。在慢性傷口中，細菌與免疫系統之間的反復戰爭將致使組織壞死/愈合交替發(fā)生，極易在痂殼或肉芽組織下滋生潛在感染。這類(lèi)隱匿感染不僅難以被及時(shí)診斷，其表面覆蓋的痂殼也阻礙了抗菌藥物的進(jìn)入，增加了傷口治療的難度。因此，針對這類(lèi)傷口內感染，其治療方案的關(guān)鍵在于：如何有效識別內部的隱匿感染、高效實(shí)現病灶的精準給藥以及減少新生組織的二次損傷。

據此，四川大學(xué)華西口腔醫院萬(wàn)乾炳教授團隊從尖角珊瑚的形態(tài)結構和生理特點(diǎn)中獲得啟發(fā)，依靠高精度生物3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種負載智能水凝膠的中空多孔微針貼片，用于慢性傷口內潛行感染的快速指示、智能給藥、微創(chuàng )治療。相關(guān)工作 “Coral-inspired Hollow Microneedle Patch with Smart Sensor Therapy for Wound Infection" 發(fā)表于《Advanced Functional Materials》。浙江大學(xué)機械工程學(xué)院賀永教授，四川大學(xué)華西口腔醫院朱舟副教授為該論文的通訊作者，四川大學(xué)華西口腔醫院劉艷華博士為第一作者。

1. 高精度3D打印，助力微針制造及水凝膠加載
   

模仿尖角珊瑚多孔而堅硬的珊瑚礁殼，研究團隊首先確定了微針尖銳、多孔、中空的外形，保證其能夠穿透痂殼及肉芽組織。載藥智能水凝膠被灌注進(jìn)入微針內部的空腔中，并借由微針表面的開(kāi)孔均與外界連通，以幫助微針毛細吸收并儲存所接觸到的感染組織液。為保證微針具有強韌的機械性能，研究團隊選擇了生物相容性良好、機械強度較高、遇水不溶脹的聚己內酯類(lèi)材料作為基材，通過(guò)甲基丙烯?；男允蛊錆M(mǎn)足光固化3D打印的制造需求。通過(guò)摩方精密高精度3D打?。╪anoArch® S130，精度：2 μm），將中空的微針陣列及其內部?jì)蓉炌椎乐苯哟蛴〕尚?，每一根微針都具有標化的外型尺寸和內部空間，且微針表面都具有形狀規則的方孔開(kāi)窗以及用于放大毛細作用的凹槽導流道。微針內空腔同時(shí)也是智能水凝膠的容納空間：微針外殼打印完成后，通過(guò)其背部的孔道陣列，將負載抗生素的甲基丙烯?；嗡貜秃纤z灌注入微針內腔，光交聯(lián)固化后再凍干即可獲得完整的智能微針貼片。

2. 診療一體水凝膠，實(shí)現感染可視化指示和自適應治療

微針貼片對傷口內感染的快速指示感知和有序抗菌治療依賴(lài)于微針內部所加載的載藥智能水凝膠。與珊瑚休眠過(guò)程類(lèi)似，當未被激活時(shí)，微針內部的水凝膠呈干燥狀態(tài)而不具有釋藥能力。當微針刺入組織內并同時(shí)吸收到感染性滲出液時(shí)，疏松多孔的智能水凝膠將快速潮化并激活。該水凝膠將首先對膿液不同pH進(jìn)行顯色，以指示傷口內細菌感染的階段并自適應地進(jìn)行藥物控釋?zhuān)喝籼幱谠缙诒l(fā)階段，吸收酸性滲出液的智能水凝膠將快速降解以快速釋放足量藥物對抗感染；若處于遲發(fā)不愈階段，吸收堿性滲出液的水凝膠則會(huì )延緩自身降解時(shí)間以緩釋治療。此外，微針內智能水凝膠還能感知傷口好轉/滲出液減少的過(guò)程，逐漸放慢甚至停止藥物釋放。

3. 應用檢驗與探索

為評估治療效果，該仿生微針首先被用于直接對抗感染性細菌的生長(cháng)。在體外抗菌治療效果檢驗中，仿生微針貼片表現出了優(yōu)異的抗菌能力，能夠有效殺傷常見(jiàn)的感染性細菌。

在體內感染傷口的實(shí)際治療應用中，仿生微針貼片也展示出了符合預期的感染指示和治療效果。微針應用于慢性傷口治療，能夠有效刺穿痂殼或肉芽組織進(jìn)入傷口內部，并對傷口內有無(wú)過(guò)量滲出液以及滲出液性質(zhì)進(jìn)行可視化指示。當應用于無(wú)感染傷口時(shí)，由于沒(méi)有過(guò)量滲出液的激活，微針貼片背部指示凝膠處于休眠狀態(tài)，意味著(zhù)此類(lèi)傷口無(wú)需額外抗菌治療。當應用于慢性感染傷口時(shí)，吸收堿性滲出液的微針被激活并變色顯示，此時(shí)微針應當被保留于傷口區域發(fā)揮抗菌作用。實(shí)驗顯示，加載有完整智能水凝膠的微針貼片能夠有效遏制傷口痂殼下的潛行感染，并顯著(zhù)加速傷口的愈合進(jìn)程。