仿生贻贝足丝双界面粘附机制的超强粘附微针贴片实现长效深层药物递送

本文开发了一种受贻贝足丝-组织双界面粘附机制启发的超强粘附微针贴片（adhMN），其在干燥状态下呈刚性玻璃态便于穿透组织，遇体液后转变为水合橡胶态，通过分子间相互作用与机械互锁协同实现高达350 kPa的湿组织粘附强度，解决了传统微针（MNs）在体液环境中粘附不稳定的难题，为伤口管理、口腔念珠菌病等深层软组织病变提供了长效药物递送新策略。

　　

研究背景与挑战
微针（MNs）作为新兴透皮给药技术，虽能无痛穿透角质层，但传统材料如透明质酸（HA）和聚乙烯醇（PVA）缺乏固有粘附性，在富含体液的生理环境中难以维持稳定粘附。现有策略如4D打印倒刺结构或仿生吸盘仅通过形态改良提升粘附，但制造复杂且效果有限。海洋贻贝通过足丝与组织的双重粘附机制（化学键合与多级结构互锁）在潮湿环境中实现强韧锚定，为设计新型粘附材料提供了灵感。

仿生设计与材料特性
研究团队以丙烯酸（AAc）、N-羟基琥珀酰亚胺酯（AAc-NHS）和壳聚糖（CS）为基质，通过紫外光聚合制备adhMN贴片。干燥状态下，其杨氏模量达169.3 MPa，可轻松穿透猪皮肤至220 μm深度；遇水后10分钟内体积膨胀205.7%，模量降至753.6 kPa，形成柔性互锁结构。共聚焦显微镜显示，膨胀的微针在组织内径向扩展，与变形组织形成机械锚定，而残留的NHS酯基团与组织胺基共价结合，双重机制使剪切强度达315.6 kPa（10分钟），远超传统平片粘附剂（56.8 kPa）。

突破性性能验证
在模拟唾液和血液污染的组织上，adhMN仍保持165 kPa粘附力，200次循环拉伸后性能稳定。有限元模拟揭示：脱离过程中，分子间作用力延缓机械互锁失效，而互锁结构分散应力，协同使组织承受0.4 MPa应力（单一机制仅0.1-0.18 MPa）。该贴片还可密封猪结肠穿孔，在动态冲洗条件下维持心脏组织粘附，展现多器官应用潜力。

药物控释与抗菌效能
载药adhMN通过膨胀触发释放，6小时内释放小分子药物（如庆大霉素），12小时缓释万古霉素。透射电镜证实载药不影响粘附基团（1,696 cm^?1 C=O峰）。在Transwell模型中，载万古霉素adhMN穿透膜孔完全杀灭深层MRSA（存活率<1%），而平片组仅部分起效（存活率60.5%）。晶体紫染色显示adhMN使MRSA生物膜生物量减少67.7%，共聚焦活死染色呈现显著红色荧光（死菌），证实其穿透生物膜能力。

动物模型验证
在MRSA感染的全层皮肤伤口中，adhMN治疗组9天愈合率达89.9%（对照组45.8%），H&E染色显示更厚的上皮层和更低炎症因子（TNF-α、IL-6）表达。口腔念珠菌病模型中，载氟康唑adhMN使舌背伪膜评分降至1级（对照组3级），真菌载量降低3个数量级，PAS染色显示菌丝侵入显著减少。

临床转化前景
该技术通过一步光聚合实现规模化制备，且降解实验显示半胱氨酸环境中48小时降解45.4%，避免二次取出损伤。未来可拓展至口腔溃疡、皮下黑色素瘤等深层病变治疗，或用于生理信号监测（如心率、血糖），但需进一步优化微针几何参数与膨胀速率的匹配关系。

创新价值
adhMN首次将贻贝仿生双粘附机制与微针技术结合，突破了传统材料在湿环境中的性能天花板，为体液丰富区域的精准治疗提供了全新平台，被评价为"微针粘附领域的范式转变"。