3D打印带刺微针系统，实现伤口实时监测与智能给药一体化

慢性伤口已成为全球重大医疗负担，目前全球患者超过6000万人。仅在我国，糖尿病足溃疡每年导致的医疗支出就高达数百亿元。传统伤口敷料采用被动护理，缺乏动态响应能力、无法实时量化监测伤口状态、难以实现个体化按需给药等固有缺陷。此外，频繁更换敷料还可能导致二次损伤，严重影响愈合进程。微针技术虽为经皮传感与给药提供了微创解决方案，但现有产品普遍存在机械锚定不足、制备流程复杂等问题，限制了其在长期伤口管理中的应用。

近期，电子科技大学张晓升教授、张翼教授团队在《Microsystems & Nanoengineering》期刊上在线发表了题为“3D-printed barbed microneedle electrodes for biosensing and drug delivery in wound management”的研究论文。该团队成功研制出一款集实时阻抗监测、超声增强给药、闭环智能调控于一体的3D打印带刺微针系统，为慢性伤口的智能化管理提供了创新解决方案，有望推动临床伤口护理模式变革。

研究团队基于摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（microArch® S240，精度：10μm）开发了两类高性能微针：传感型带刺微针（3D-BMN）与中空给药型带刺微针（3D-BHMN）。其结构灵感来源于蜜蜂尾刺，如图1所示，采用45°双层倒刺设计，在实现轻柔刺入的同时，通过机械互锁效应与伤口敷料稳固结合，有效解决了传统微针易脱落的问题，为长期、稳定的伤口监测与给药奠定基础。

图1. 3D-BMN与3D-BHMN的制备工艺及实物表征图。

在传感方面，如图2所示，团队通过Ag/AgCl喷涂与金纳米颗粒原位沉积工艺，对3D-BMN表面进行改性，构筑微纳分级结构，大幅提升电极的导电性、稳定性与有效传感面积。该系统可实时监测伤口阻抗变化，该指标直接反映伤口湿度、炎症水平与细菌数量，为评估愈合进程提供量化依据。

图2. 3D-BMN的结构与电化学表征。

在给药方面，如图3所示，3D-BHMN融合超声波雾化技术，通过110kHz共振频率将药物转化为亚微米级气溶胶，经中空微针精准输送至伤口深处。实验显示，该系统的透皮效率显著优于传统外敷与被动微针给药，实现药物通量数倍提升。

图3. 基于3D-BHMN的药物递送模块的验证与测试。

更关键的是，如图4所示，研究团队构建了基于阻抗反馈的闭环智能控制系统。该系统以单片机为核心，实时采集伤口阻抗数据。当阻抗低于设定阈值（提示感染或炎症加剧），系统自动启动雾化给药；待阻抗恢复正常即停止释放，形成“监测 → 判断 → 干预”的全程自动化管理，既提升治疗及时性，也避免了药物滥用问题。

图4. 基于3D-BMN与3D-BHMN的阻抗反馈按需药物递送。

总结：该研究通过摩方微纳3D打印技术，将强效锚定、实时传感与智能给药三大功能融为一体，突破了传统伤口护理中“监测”与“治疗”分离的局限。该一体化智能平台可为慢性伤口提供个性化、响应式的精准护理，降低并发症风险，减轻患者与医疗系统负担，具备显著的临床转化潜力。

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

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