一种温磁响应整体偏转微针及其制备方法和用途

本发明属于微针，具体涉及一种温磁响应整体偏转微针及其制备方法和用途。

背景技术：

1、微针作为一种微创透皮给药和组织介入器件，近年来在药物递送、生理信号监测和微创手术等领域得到了广泛研究。传统的微针通常设计为直立刚性结构，其微针针尖的轴线垂直于基底平面，依赖针体自身的机械强度刺入组织并依靠摩擦力或表面粘附力维持固定。然而，现有微针在应用中仍存在以下显著不足：

2、第一，锁定能力差。现有直立刚性结构的微针，植入后锁定能力差。在关节、心脏表面、胃肠道蠕动粘膜等高动态区域，刚性微针易与组织产生相对位移、松动，导致给药位点偏移或传感器信号失稳，严重时甚至造成组织机械损伤。

3、第二，如果尝试采用弯曲形式的微针，则容易出现应力分布不均的问题。部分已报道的可弯曲微针采用柔性材料制备，但其弯曲变形往往集中于针体局部（如针尖或针颈处），而非整体均匀偏转。这种局部应力集中不仅降低了微针的结构疲劳寿命，还容易在反复形变过程中引发断裂，增加植入风险。

4、第三，如果尝试采用弯曲形式的微针，现有技术缺乏几何参数的系统优化。现有技术缺少对微针形状、微针圆柱段与圆锥段组合结构的长径比、段长比例等关键参数的定量分析和正交优化，导致微针力学性能与制备工艺可靠性之间存在矛盾，例如大长径比虽有利于偏转但易断针，对组织造成损伤风险。

5、综上，现有微针技术在高动态环境锚固、信号稳定采集、微创锚合以及组织工程固定等方面均存在明显不足，亟需一种兼具强锁定功能、优异力学性能和良好生物相容性的新型微针结构。

技术实现思路

1、针对现有技术的问题，本发明提供一种温磁响应整体偏转微针及其制备方法和用途。

2、一种温磁响应整体偏转微针，所述微针的形状为包括圆柱段和圆锥段的一体式弯曲结构，形状和尺寸参数包括：

3、圆柱段直径为100 μm至200 μm；圆柱段高度为250 μm至1500 μm；圆锥段高度为50μm至600 μm；微针轴线与基底平面的夹角为10°至55°，所述微针轴线为针尖与底部圆心连接形成的直线；

4、用于制备所述微针的材料由如下重量份的组分复合而成：

5、油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒 1-15份、

6、形状记忆聚氨酯材料 85-99份。

7、优选的，圆柱段直径为100 μm，圆柱段高度为600 μm，圆锥段高度为150 μm，微针针尖的轴线与基底平面的夹角为30°。

8、优选的，用于制备所述微针的材料由如下重量份的组分复合而成：

9、油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒 3-13份、

10、形状记忆聚氨酯材料 87-97份。

11、优选的，所述形状记忆聚氨酯材料是玻璃化转变温度37~45 ℃的无定型聚合物或熔点为37~45 ℃的半结晶型聚合物，它由二异氰酸酯、软段聚合物和按照摩尔比1.2-8 : 1 : 0.2-7聚合而成的线性聚合物，其分子量为30000-150000；

12、所述软段聚合物是聚乳酸、聚乙醇酸、聚己内酯、聚多元醇或其中两种及以上的共聚物。

13、优选的，所述形状记忆聚氨酯材料结构式如式ⅰ所示：

14、

15、式ⅰ

16、其中，x选自1-10，y选自1-10；

17、为所述软段聚合物的重复单元；

18、为二异氰酸酯的重复单元，或二异氰酸酯与的共聚物的重复单元。

19、优选的，所述软段聚合物为乳酸和多元醇的聚合物；

20、和/或，所述软段聚合物的结构式如式ⅱ所示：

21、式ⅱ

22、其中，m、n分别独立选自4-50，r选自1-20；

23、和/或，所述二异氰酸酯选自脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯，所述脂肪族二异氰酸酯选自六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或其中两种及以上的混合物，所述芳香族二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或其中两种及以上的混合物。

24、本发明还提供所述微针的制备方法，包括如下步骤：

25、将制备所述微针的材料预热至充分软化，施加压力将软化的温磁响应复合材料填充至微针的模具中，自然冷却后脱模，即得。

26、本发明还提供任一项所述温磁响应整体偏转微针的用途，用于制备如下器械中的至少一种：

27、a，高动态区域的长期给药载体；

28、所述高动态区域包括：关节、心脏表面、胃肠道蠕动粘膜；

29、b，肌电、脑电或间质液生化指标监测的微型传感器电极；

30、c，无缝线缝合装置、软组织修复支架的固定件，或用于微型手术器械的末端抓取结构；

31、d，在人工皮肤、人工软骨或组织工程支架的植入过程中，利用所述微针将支架固定在宿主组织表面。

32、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

33、第一，本发明通过将油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒与形状记忆聚氨酯复合，赋予微针温磁双响应特性。在一定的温度条件下，形状记忆聚氨酯由玻璃态转变为高弹态，同时在外部磁场作用下，磁性纳米颗粒产生驱动力，使微针由预设弯曲状态转变为直立状态，从而便于微针穿刺和植入。植入完成后，在人体生理温度作用下，形状记忆聚氨酯发生回复，使微针恢复至初始弯曲形态，并通过弯曲结构与周围组织形成机械嵌合作用，提高植入后的固定稳定性。该机制避免了传统直立微针主要依靠摩擦力固定导致的易迁移问题，为长期稳定的组织介入、局部递送和微型传感提供了新的技术方案。

34、第二，复合几何结构确保形变均匀且应力分散。本发明将微针设计为圆柱段与圆锥段的组合结构，经理论计算和仿真验证，证明两段形变同步性良好。圆柱段作为“等刚度载体”提供稳定的外力传递路径，有效避免了局部应力集中。正交实验表明，优化后的微针在最大偏转角度下内部应力分布均匀，未发现明显应力集中点及尖端形变异常，显著提高了微针形态转换过程中的结构稳定性和植入可靠性。

35、第三，温磁双响应机制提升了调控灵活性和响应速度。本发明引入磁性纳米颗粒使微针具备磁场快速驱动能力，可在外部磁场作用下实现快速、非接触式形态调节；同时温度响应提供了可逆的“形状锁定-回复”循环能力，温磁双响应机制实现了微针植入前与植入后形态转换过程的分阶段调控，提高了微针操作便利性和植入稳定性，为智能化组织介入和局部治疗提供了新的技术方案。

36、第四，系统化的正交实验优化了微针力学性能与工艺可靠性的平衡。本发明通过9组正交实验，系统考察了圆柱段直径（即圆锥段的底面直径d2）、圆柱段高度（l1）、圆锥段高度（l2）对等效应力和应变的影响，极差分析明确影响主次为d2>l1>l2。在此基础上，将最初优选参数（(l1+l2)/d2=9）修正为（d2=100 μm，l1=600 μm，l2=150 μm），使长径比降至8以内，既保证了优异的整体偏转性能，又避免了大长径比易断针的组织损伤风险，实现了力学性能与制备可靠性的最优统一。

37、第五，现有钛夹在ct下存在伪影，且不可降解。本发明优选方案中，采用油酸修饰四氧化三铁磁性纳米颗粒与形状记忆聚氨酯的复合材料制备微针，在ct下可清晰显影，无伪影，且可降解，为临床钛夹提供一种具有可降解潜力和较低成像伪影的候选替代方案。

38、综上，本发明通过微针复合几何结构的优化设计及温磁响应形状记忆材料的引入，克服了传统微针在高动态环境易脱落、信号采集易受运动伪影干扰、缺乏主动锚固机制以及组织工程支架固定依赖化学粘合剂或缝线等多重技术难题。

39、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

40、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。