综述：从制备到功能：GelMA微针阵列的机械特性解析

这篇综述系统探讨了明胶甲基丙烯酰（GelMA）微针（MN）的制造技术、机械特性及医学应用，首次全面分析了其作为生物相容性材料的优势与挑战。文章重点阐述了模塑法、3D打印等制备方法，揭示了GelMA微针在药物递送（如抗癌药DOX）、创面修复和间质液（ISF）采样中的双重功能（溶胀提取与降解释放），并指出增材制造和混合技术是未来规模化生产的关键方向。

　　

从制备到功能：GelMA微针阵列的机械特性解析

Abstract
明胶甲基丙烯酰（GelMA）因其优异的生物相容性和成本效益，成为微针（MN）制备的理想材料。尽管GelMA水凝胶技术已取得显著进展，但针对其制造技术和机械性能的系统综述仍属空白。本文首次全面评估了GelMA微针在不同医疗应用中的制造方法和力学特性，探讨了机械表征的多样化手段，并指出当前生产技术的局限性。此外，文章还展望了GelMA微针在疾病诊断和药物递送中的潜力，提出增材制造和混合技术是未来大规模生产的优选方案。

1. Introduction
微针作为药物递送领域的突破性技术，相比传统注射器具有体积小、患者友好性强等优势。其应用范围涵盖疫苗抗原、胰岛素等药物的递送，以及间质皮肤液（ISF）的无创采集。其中，聚合物微针（尤其是水凝胶型）凭借可调节的交联比例实现可控药物释放，而GelMA因其稳定的紫外交联网络和保留的RGD（Arg-Gly-Asp）生物活性序列，成为性能更优的候选材料。

1.1. GelMA微针的研究进展
自2019年Luo等首次开发GelMA微针以来，其应用领域迅速扩展。例如，Zhu等设计的11×11阵列微针实现了高效ISF采样，而Liu等通过负载AAV-VEGF促进中风后血管再生。研究趋势显示，49%的文献聚焦药物递送，35%关注创面修复，而ISF采样研究相对较少（图1）。

2. Surveying GelMA MN Applications
2.1. 药物递送应用
GelMA微针通过溶胀和降解实现药物控释。例如，Luo等通过调节交联时间优化了阿霉素（DOX）的释放速率，而Zhou等开发的GelMA-β-环糊精复合物显著提高了疏水性药物（如姜黄素）的递送效率。

2.2. 非皮肤科应用
在肝纤维化治疗中，GelMA微针可持续释放吡非尼酮（PFD）；帕金森病治疗则通过近红外（NIR）调控L-DOPA释放。此外，心肌梗死模型中使用GelMA/碳纳米管复合微针贴片，显著改善了心脏功能。

3. Manufacturing Approaches
3.1. 模塑技术
传统方法依赖光刻、微蚀刻等复杂工艺，而新兴的连续液相界面生产（CLIP）技术可在10分钟内完成微针原型制作（图3）。两光子聚合（2PP）技术则以低成本实现高精度模具制备。

3.2. 增材制造
数字光处理（DLP）打印可直接成型载药微针，如Erkus等制备的阿霉素负载微针（高650μm，基底宽400μm）展现出优异的穿透力（图5a）。而Lin等开发的3D打印-模塑混合法，通过葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根过氧化物酶（HRP）的双层设计，实现了实时血糖监测。

4. Mechanical Properties
4.1. 压缩与穿透性能
GelMA浓度和紫外交联时间是关键参数。例如，25% GelMA微针的压缩模量达7.21±1.74 MPa，而0.22 N/针的穿透力可确保600μm的皮肤穿透深度（表3）。几何优化（如仿章鱼触手结构）进一步提升了肿瘤表面的粘附性。

4.2. 溶胀与降解的双重功能
溶胀率与交联度呈负相关，如5分钟交联的微针溶胀率降至305%。酶降解方面，基质金属蛋白酶（MMP）可加速GelMA分解，而硅酸盐纳米片（SNs）的加入使微针在两周内保持结构稳定，适合长效药物释放。

5. Discussion and Future Directions
未来研究需解决大规模生产的瓶颈，例如通过等离子体改性PLGA外壳保护生物分子活性。仿生微针（BMNs）的设计或将成为突破点——如Fu等受章鱼触手启发的粘附微针，为不规则组织给药提供了新思路。

6. Conclusion
GelMA微针在个性化医疗中展现出巨大潜力，但其工业化仍面临制造工艺复杂、机械性能调控精细等挑战。通过整合仿生学设计和智能化生产，下一代GelMA微针有望实现更精准的诊疗一体化应用。