自20世纪70年代微针技术概念的提出，到90年代末的实际制备，这一技术以其卓越的安全性和低不良反应率，逐渐成为皮下注射的理想替代。二十年来，微针制造技术取得了突飞猛进的进展，催生了MicronJet、Soluvia、MicroCor、Nanopatch等系列产品，广泛应用于体液样本采集和透皮药物递送。如今，跨学科工程的前沿进展更是推动了微针技术的新一代发展，预示着其功能和应用的全新扩展，以及更广阔的临床应用前景。因此，对“微针技术还能做什么？”这一主题进行全面总结和讨论显得尤为重要。近日，浙江大学药学院高建青教授团队在《Advanced Materials》上发表综述论文“Engineering the Functional Expansion of Microneedles”（DOI：10.1002/adma.202411112），全面回顾了在先进工程技术支持下，微针功能和应用的创新扩展。
综述详细阐述了为特定应用场景量身定制的工程设计，探讨如何通过整合尖端工程学技术，进一步扩展微针的功能。特别关注了电子工程、电磁和磁工程、光子工程和机械工程领域的创新进展，这些技术赋予了微针执行复杂任务的能力，以应对更广泛的临床和非临床挑战。
图1. 工程技术对于微针功能扩展的进展总结
在电子工程的支持下，已开发出用于生物传感、可控治疗和闭环诊疗系统的微针设备，实现个性化医疗服务的目标。
图2. 电子工程微针的功能总结
结合电生理监测、离子渗透、和电化学传感技术，电子工程化微针可实现生物信号的记录。基于微针的干电极穿透角质层，减少阻抗影响，提供稳定的接触界面，减少运动伪影，增强电生理设备的灵敏度和便携化。反向离子渗透的功能性和定制的电化学反应特性为微针设备提供有效的生化指标富集和监测方案。
将电刺激元件和光电转换器整合于微针电子设备中，通过可控电刺激辅助组织修复和视觉恢复。此外，通过电/热响应材料的设计或离子渗透技术的集成，微针设备可在电流控制下释放药物。因此，生物电子工程可根据患者的个性化需求提供动态可调的治疗方法，构成闭环诊断治疗系统。微针传感装置记录的生物信号通过控制算法输出至微针执行器，电刺激器和药物输送单元可以利用通过自建控制算法检测到的直接反馈数据，实时动态调整药物释放的剂量。电磁和磁控制系统为微针设备提供了远程智能控制。电磁控制系统通过电磁感应实现电能的传输和转换，能够迅速响应输入信号的变化，从而实现对扭矩或电流强度的精确和灵活控制。这种能力为远程或可编程的药物输送、电刺激治疗以及热疗提供了显著的优势。此外，磁驱动系统通过使用电磁线圈或移动的永磁体，能够精确地控制微针的位置和运动，以适应磁场的变化。这种功能特别有利于在体内进行远程操作，尤其是在胃肠道导航和精确药物输送方面展现出其独特的价值。光子工程通过设计和集成与光相互作用的定制结构，以实现对光子的精确引导和操控。利用先进的功能性光学制造技术，开发工程化微针在增强光学治疗和传感的波导技术方面展现出巨大潜力。此外，光子工程微针在可视化药物管理、监测疾病治疗过程的成像技术中也扮演着关键角色。这些技术的进步不仅提高了治疗效果，还为可视化药物管理和疾病监测提供了更为精确的手段。具有实时跟踪治疗反应来优化治疗方案的潜力，从而提升患者的治疗效果和生活质量。此外，为了应对多样化的生理环境挑战，对微针的几何形状进行优化和微机械运动的精确控制，有助于与动态生理环境中的多种解剖结构相适应。微针的几何设计不仅决定了其应力分布，而且通过调整其机械性能和柔韧性，使其能够适应不同的生物环境，从而增强其皮肤穿透和液滴泵送功能性；此外，几何设计的进步还促进了微针与组织界面的粘附性和组织牵引力调节的新功能实现。机械工程的改进使得微针设备能够自主控制其机械运动，根据周围环境的变化而调整形状和注射方向，这有助于实现更精准和高效的药物输送。最后，论文讨论了当前工程微针在临床应用中的瓶颈和未来发展的展望。当前瓶颈包括微针自身功能的局限性、微针功能评估技术手段的不足、和成本-效益中的风险不明确。但是，越来越多的工程化微针正在被开发和应用，这已经反映了当前的发展趋势和潜在的研究热点。面对当前的一些临床挑战，对比于全新的设备开发，现有工具平台的进一步开发和功能扩展可能是更经济的选择。正如曹冲称象的故事，曹冲使用旧工具——船和石头，解决了当时的工具不可能实现的目标——称象。这种“老物新用”的智慧一直流传了两千多年，一直启发着后人。因此我们相信，对于已有平台的功能和应用扩展是非常有必要探讨的问题，微针平台“还能做什么？”这个主题仍然会继续探索下去。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202411112声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
