综述：下一代闭环精密系统的开发：多尺度工程纳米复合水凝胶微针

《Bio-Design and Manufacturing》：Development of a next-generation closed-loop precision system: multiscale-engineered nanocomposite hydrogel microneedles

微针技术通过水凝胶载体与纳米材料多尺度整合，实现智能闭环诊疗系统发展，解决机械强度、药物释放和响应延迟问题，结合生物传感器和可穿戴电子设备，推动个性化医疗应用。

　　

摘要

微针技术已经从基本的经皮药物输送方式转变为智能的、闭环式的诊疗系统。水凝胶材料因其出色的生物相容性、高效的药物装载能力和提升的患者依从性而成为核心载体。此外，通过纳米材料的跨尺度集成，可以解决水凝胶微针存在的一些关键瓶颈问题，如机械强度低、药物释放过快以及治疗反应迟缓等。本文系统地概述了几种多尺度工程策略来克服这些限制。构建纳米拓扑结构并结合动态交联调节可以协同提升水凝胶微针的机械性能、药物装载稳定性以及导电性。此外，配备生物传感器的响应型纳米载体有助于建立监测功能与治疗功能之间的闭环联系。我们强调了这些技术在伤口调节和肿瘤-免疫微环境等场景中的协同诊疗优势，并展示了其在智能医学中将柔性电子设备与可穿戴系统结合中的作用。我们还总结了纳米复合水凝胶微针（NHMNs）的生物安全性和可扩展制造工艺的研究进展，提供了临床转化的实例，以阐明从基础研究到产业应用的路径。作为纳米技术、生物材料和柔性电子学的融合体，NHMNs为经皮诊疗技术树立了新的标准，并为个性化医学中智能诊疗设备的迭代发展提供了路线图。它们从材料属性到宏观设备功能集成的跨尺度协同设计，有望推动下一代闭环诊疗系统的重大突破。

微针技术已经从基本的经皮药物输送方式转变为智能的、闭环式的诊疗系统。水凝胶材料因其出色的生物相容性、高效的药物装载能力和提升的患者依从性而成为核心载体。此外，通过纳米材料的跨尺度集成，可以解决水凝胶微针存在的一些关键瓶颈问题，如机械强度低、药物释放过快以及治疗反应迟缓等。本文系统地概述了几种多尺度工程策略来克服这些限制。构建纳米拓扑结构并结合动态交联调节可以协同提升水凝胶微针的机械性能、药物装载稳定性以及导电性。此外，配备生物传感器的响应型纳米载体有助于建立监测功能与治疗功能之间的闭环联系。我们强调了这些技术在伤口调节和肿瘤-免疫微环境等场景中的协同诊疗优势，并展示了其在智能医学中将柔性电子设备与可穿戴系统结合中的作用。我们还总结了纳米复合水凝胶微针（NHMNs）的生物安全性和可扩展制造工艺的研究进展，提供了临床转化的实例，以阐明从基础研究到产业应用的路径。作为纳米技术、生物材料和柔性电子学的融合体，NHMNs为经皮诊疗技术树立了新的标准，并为个性化医学中智能诊疗设备的迭代发展提供了路线图。它们从材料属性到宏观设备功能集成的跨尺度协同设计，有望推动下一代闭环诊疗系统的重大突破。