摘要：微针技术（Microneedles）被誉为“下一代透皮给药工具”，其核心在于通过微米级针体穿透表皮层，绕过真皮层痛觉神经，实现无痛药物递送。高精密3D打印技术的介入，使得微针在制备精度、结构设计、材料选择上突破传统工艺限制，成为生物医学领域的颠覆性创新。
微针技术（Microneedles）被誉为“下一代透皮给药工具”，其核心在于通过微米级针体穿透表皮层，绕过真皮层痛觉神经，实现无痛药物递送。高精密3D打印技术的介入，使得微针在制备精度、结构设计、材料选择上突破传统工艺限制，成为生物医学领域的颠覆性创新。
一、材料科学：生物相容性与功能化的双重要求
微针材料的选择直接决定其机械强度、药物负载能力和生物安全性。高精密3D打印技术通过多材料兼容性和功能化改性 ，实现了传统工艺难以实现的性能突破。
1. 微针制备材料
可降解聚合物：如聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸（PGA）等，通过热塑性加工或光固化成型 （如DLP技术），实现微针的精准成形。
水凝胶：通过交联密度调控增强吸水膨胀性，适用于湿性皮肤环境下的药物缓释。摩方精密携手长沙素灵智造科技有限公司，联合推出全新的微纳生物3D打印系统——nanoArch® S140 BIO。同时，素灵科技利用物化协同光散射抑制技术，成功研发出高精度生物墨水——甲基丙烯酰化明胶（GelMA）。该材料兼具生物相容性、可降解性、组织相似性、力学调控性及细胞亲和性等多重特性，其最小打印精度突破≤5微米，且经载活细胞打印培养测试，展现出优异的细胞增殖效果。
金属材料：钛合金、镍钛诺等通过微纳金属3D打印 （如SLM）制造高精度微针，用于微创手术中的组织固定或传感电极植入。
2. 功能化改性技术
表面涂层：通过原子层沉积（ALD）或等离子体处理，在微针表面覆盖壳聚糖或透明质酸层，增强细胞粘附性并降低免疫反应。
载药微胶囊：采用微流控-3D打印集成技术 ，在针体内嵌入脂质体或纳米颗粒，实现药物控释，例如北京大学南昌创新研究院（以下简称“北大南昌院”）与摩方精密，携手北京某研究院，基于高精度3D打印微流控芯片技术的载药微球制备领域取得了重要技术突破。利用microArch® S240（10μm），microArch® S230（2μm），结合专业三维建模软件，可实现微流控芯片结构的灵活设计与多模式集成，显著简化了传统芯片制备工艺。
二、制造工艺：从微米级精度到复杂结构的突破
高精密3D打印的核心在于突破传统模具注塑工艺的局限，实现无模具化、高复杂度、批量化生产 。摩方精密创新的PμSL技术，通过数字微镜器件（DMD）投射紫外光图案，逐层固化树脂或陶瓷浆料，实现2μm/10μm/25μm高打印精度，且兼具±10μm/±25μm/±50μm超高公差控制能力。
三、结构设计：仿生学与拓扑优化的协同创新
微针的结构设计直接影响其力学性能和药物传递效率。高精密3D打印通过拓扑优化算法和仿生建模 ，突破传统针体设计的性能瓶颈。
1. 仿生结构设计
海参结构：模仿海参体表外侧规律排列的锥形状疣足结构，受此启发，来自兰州大学大学口腔医院的团队开发出海参生理特性和解剖特征的微针贴片。该结构使用摩方精密高精度3D打印设备microArch® S230（2μm）构建，再通过PDMS翻模得到目标结构。
兰州大学成果：缓解肌肉萎缩促进神经再生的仿生海参微针神经导管
2. 力学性能优化
拓扑优化算法：通过模拟微针受力分布，去除冗余材料，使针体抗弯强度提升 。
梯度孔隙结构：针体从尖端到基底的孔隙率渐变设计，实现药物梯度释放。
高精密3D打印微针技术的本质，是微纳尺度下的材料工程与生物力学的深度融合 。未来的微针或将具备实时监测、智能释药、自适应调节等功能，成为个性化医疗的核心载体。
来源：科学新学生