최근 전자과학기술대학 집적회로과학공정대학 연구진은 국제저널'Microsystems & Nanoengineering'(IF:9.9)에'3D-printed barbed microneedle electrodes for biosensing and drug delivery in wound management'라는 연구논문을 발표했다.이 논문에서 연구원들은 상하이 텅발 Universal TA 연구형 질량구조기를 이용하여 3D 프린팅 테이프 거꾸로 찌르는 마이크로바늘의 찌르는 힘과 뽑는 저항력을 측정하는 데 사용했다.

만성 트라우마는 중대한 것이다quanqiu는성의료건강부담은 상처의 지속적인 감시측정과 수요에 따른 치료간섭을 고루 돌볼수 있는 일체화해결방안이 시급히 수요된다.이 연구는 외상 임피던스 센싱을 위한 일체형 역가시 마이크로바늘(3D-BMN)과 약물 배달용 역가시 공심 마이크로바늘(3D-BHMN) 두 가지 부품을 제시했는데, 둘 다 고정밀 투영 마이크로 입체 광각(P μ SL) 3D 프린팅 기술을 통해 제작되었다.이 거꾸로 찌르는 구조의 설계는 꿀벌이 침을 쏘는 등 자연계의 거꾸로 찌르는 구조에서 영감을 얻었으며, 그 기하학적 형태는 천자 효율과 기계 상호 잠금 성능의 균형을 실현하여 상처 드레싱에 고정시킬 수 있다.염화은/은 (Ag/AgCl) 과 금나노입자 (AuNPs) 의 전도화 처리를 거친 후, 부품은 우수한 전기화학 성능을 갖추고 있으며, 상처의 치유 상태와 밀접한 관련이 있는 임피던스 신호를 정확하게 모니터링할 수 있다.3D-BHMN은 효율적인 약물 배달을 위해 초음파 분무기를 통합합니다.연구는 3D-BMN과 3D-BHMN을 결합하여 폐쇄 루프 피드백 시스템을 구축한다;이 시스템은 실시간으로 감지되는, 상처의 동적 치유 상태와 일치하는 임피던스 수치에 따라 치료제의 주문형 배달을 조정할 수 있다.이 일체화 플랫폼은 진단과 치료 기능을 일체화하여 스마트 트라우마 관리의 발전을 추진하였으며 광활한 전환 응용 전망을 가지고 있다.

본 연구는 역침 구조를 최적화하여 설계한 후 마이크로바늘에 통합하여 마이크로바늘을 상처 드레싱 안에 단단히 고정시켜 장기간 착용하는 과정에서 탈락이 발생하지 않도록 할 수 있을 뿐만 아니라 마이크로바늘이 극소의 저항력으로 드레싱을 원활하게 관통하고 피부 조직을 찌를 수 있도록 보장할 수 있다.역가시의 각 구조 파라미터(역가시 각도, 역가시 수량 및 층수 포함)가 미침 찌르기와 뽑힘에 미치는 영향을 체계적으로 탐구하기 위해 본 연구는 고정밀 질구조기를 사용하여 경지당기 창면 드레싱 모델로 상술한 동적 역학 작용 과정을 모의하였다(그림2a).글리세린 하이드로겔은 흔히 사용하는 트라우마 드레싱 모델로 미침역학적 성능의 실제 응용 평가에 생리적 관련성을 가진 테스트 플랫폼을 제공할 수 있다.

실험장치는 다음과 같이 구축되였다. 마이크로바늘을 질구조기의 프로브우에 튼튼히 설치하고 조지당모형의 바로 우에 수직으로 놓는다.프로브는 마이크로침 wanquan이 하이드로겔 내부를 찔러 넣을 때까지 1mm/s의 일정한 속도로 트라우마 드레싱 모델 (이 속도는 임상 실제 찌르기 속도와 일치합니다.) 을 하압합니다.그 후 프로브는 같은 속도로 철수하여 마이크로바늘의 뽑기 저항력을 측정한다.무작위 오차의 영향을 제거하기 위해 각 그룹의 실험 조건은 세 번 반복적으로 테스트하여 힘-변위 곡선을 획득하고 이 곡선을 기반으로 정량의 역학 성능 지표를 계산한다.

본 연구는 일련의 역가시 각도, 역가시 수량 및 계층 구조가 체계적으로 조정된 마이크로핀 원형을 제조하고 테스트하였다 (그림 2b-d).실험 관찰과 시각화 분석을 용이하게 하기 위해 한 번에 하나의 마이크로핀만 3D로 인쇄하여 관측에 사용한다.실험의 핵심 목표는 zuiyou 역가시 구조 방안을 선별하여 관통의 편리성과 앵커 강도의 균형을 실현하는 것이다. 즉 zuida 한도에서 관통 저항력을 낮추어 환자의 불편감을 줄이고 조직 손상을 줄이는 동시에 zuidahua는 앵커 강도를 높여 마이크로 바늘이 예기치 못한 탈락이 발생하지 않도록 하는 것이다.실험에 사용된 트라우마 드레싱 모델은 품질 점수가 5% 인 글리세린 워터 젤로 만들어졌으며, 그 경도와 탄성 모델은 시판 워터 젤 드레싱과 고도로 일치하여 생리적 관련성이 있는 테스트 환경을 구축했다.또한 이 하이드로겔은 투명한 특성을 갖추고 있어 미세 침으로 찌르고 뽑는 전 과정에서 역찌르기와 드레싱의 상호작용을 실시간으로 직관적으로 관찰할 수 있다.상술한 독특한 우세는 글리세린을 미침생물역학성능시험령역의 금표준재료로 만들었다.

실험 결과는 여러 가지 중요한 역학 작용 메커니즘을 밝혀냈다 (그림 2b-d).우선, 마이크로 바늘의 찌르기와 빼는 힘은 모두 거꾸로 찌르는 각도와 현저하게 상관관계가 있다.거꾸로 찌르는 각도가 커짐에 따라 접촉 면적이 증가하여 찌르는 저항력이 상승하지만, 마이크로침과 글리세린 드레싱 사이의 기계적 상호 잠금 작용도 따라서 강화되어 앵커 강도가 향상된다.주의해야 할 점은 너무 큰 거꾸로 찌르는 각도는 찌르는 과정에 하이드로겔에 엄중한 형태변화를 초래하여 흔히 바늘끝이 파손되거나 드레싱이 찢어지는 문제를 초래할수 있다.상술한 연구 결과를 바탕으로45 ° 역가시 각도가 후속 연구의 zuiyou 설계 방안으로 확정되었다, 이 각도는 좋은 성능 균형을 실현할 수 있다: 찌르는 힘은 낮은 수준을 유지할 수 있고, zuida는 환자의 불편함을 최소화할 수 있다;동시에 힘을 빼면 마이크로바늘이 장기간 착용하는 과정에서 안정적인 앵커를 실현할 수 있도록 충분히 보장할 수 있다.

거꾸로 찌르는 각도를 제외하고 거꾸로 찌르는 수량과 구조 층수를 증가하면 마이크로바늘의 부착 강도를 더욱 높일 수 있다.이 성능 향상의 원인은 거꾸로 찌르는 수량의 증가와 층수의 증가가 더 많은 닻 위치점을 가져올 수 있으며, 동시에 거꾸로 찌르는 것과 글리세린 사이의 접촉 인터페이스를 확대하여 기계 하중이 더욱 균일하게 분포되고, zuida는 국부 절단 실효의 발생을 최소화할 수 있기 때문이다.이를 바탕으로이 연구는 다음 실험의 표준 구조로 각 층에 45 ° 역가시를 6 개 설정하는 이중 구조를 사용합니다.

이번 구조 최적화는 장기 연속 생물 신호 모니터링에 적용되는 높은 안정성 마이크로 바늘 시스템을 구축했다.마이크로침의 견고한 앵커 작용으로 이 시스템은 센서 표류 현상의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 빈번하게 다시 붙이는 조작 절차도 줄일 수 있어 환자의 부담을 줄이고 감염 위험을 줄일 수 있다.종합적으로, 최적화된 3D 프린팅 밴드 역가시 마이크로핀 (3D-BMN) 은 임상 실용성과 역학적 신뢰성을 겸비하고 있다.

그림 2 3D-BMN의 역학적 성능.a 역학 성능 테스트 장치 설명도 b 서로 다른 역가시 각도 마이크로바늘의 응력-변위 곡선 c 서로 다른 역가시 수량 마이크로바늘의 응력-변위 곡선 d 서로 다른 역가시 층수 마이크로바늘의 응력-변위 곡선

참조 문헌: Xinyu Fu, et al.상처 관리에서 바이오센싱 및 약물 배달을 위한 3D 인쇄 바바바바이오센싱 및 약물 배달. 마이크로시스템 및 나노엔지니어링, 2026