氢键增强光聚合3D打印负载胰岛素/GOx的ZIF-8微针用于透皮给药研究

本研究针对糖尿病治疗中胰岛素透皮递送的难题，创新性地将金属有机框架ZIF-8与聚合物深共晶溶剂(PDES)结合，通过DLP 3D打印技术构建葡萄糖/pH双重响应的载药微针。该微针系统通过氢键催化光聚合实现快速成型，兼具机械强度与智能释药特性，为生物大分子透皮递送提供了可规模化生产的新方案。

　　

论文解读
在糖尿病治疗领域，胰岛素注射带来的患者依从性差和血糖波动问题长期困扰临床。尽管透皮给药可避免注射痛苦，但皮肤角质层对生物大分子（如胰岛素）的天然屏障作用使其难以穿透。传统微针系统又面临机械强度不足、药物释放不可控等瓶颈。北京理工大学的研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究中，开创性地将金属有机框架(ZIF-8)与聚合物深共晶溶剂(PDES)相结合，通过数字光处理(DLP)3D打印技术，开发出具有葡萄糖/pH双重响应特性的胰岛素/葡萄糖氧化酶(GOx)共载微针系统。

研究采用PDES墨水（含甜菜碱、甲基丙烯酸(MAA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和光引发剂T-POL），利用组分间强氢键作用加速光聚合，实现微针的高精度打印。ZIF-8载体不仅提高胰岛素负载量，其pH响应特性还与GOx的葡萄糖敏感特性协同，构建智能释药系统。通过体外释放实验和KM小鼠模型验证，该微针展现出优异的机械性能（穿刺力达0.5 N/针）和葡萄糖浓度依赖性释药行为（高血糖条件下释放量提升2.3倍）。

关键技术方法

1. PDES墨水设计：通过氢键网络优化光聚合动力学
2. DLP 3D打印：实现50μm精度的微针阵列制备
3. ZIF-8原位负载：采用溶剂扩散法包封胰岛素/GOx
4. 体外释药评估：建立动态透析模型模拟透皮过程
5. 动物实验：使用KM小鼠验证降血糖效果

研究结果

1. 材料表征：FTIR证实PDES中羧基与羟基形成分子间氢键，使固化时间缩短至15秒；SEM显示微针阵列具有均一的锥形结构（高度800μm，尖端直径10μm）。
2. 机械性能：微针可穿透300μm厚猪皮，断裂力达3.2 N，优于传统水凝胶微针。
3. 药物释放：在pH 5.0/10 mM葡萄糖条件下，24小时累积释放率达92%，而生理条件下仅释放35%。
4. 生物相容性：CCK-8实验显示细胞存活率>90%，皮肤刺激试验未见明显炎症反应。
5. 体内效果：糖尿病模型小鼠应用后，血糖在6小时内从18.6降至6.2 mmol/L，效果与皮下注射相当。

结论与意义
该研究通过氢键增强的光聚合策略，成功实现ZIF-8基智能微针的精准制造。Aminov Nail等研究者开发的PDES-ZIF-8复合系统突破传统微针在机械强度和可控释药方面的局限：①利用MOFs的高载药量特性（ZIF-8负载率达18.7 wt%）；②通过GOx/ZIF-8协同实现葡萄糖浓度-释药速率的线性响应；③PDES墨水使3D打印效率提升3倍。这种可定制化、可规模化的微针平台，不仅为糖尿病治疗提供新思路，其模块化设计理念还可拓展至其他生物大分子（如疫苗、抗体）的透皮递送领域，标志着智能给药系统向临床转化迈出关键一步。