水凝膠微針的機(jī)械強(qiáng)度是其臨床應(yīng)用的核心指標(biāo)——既要能穿透皮膚、黏膜等生物屏障，又要避免過(guò)度損傷組織，同時(shí)需在體內(nèi)保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以實(shí)現(xiàn)藥物控釋。
本期，EFL團(tuán)隊(duì)結(jié)合5篇最新用戶案例，梳理了水凝膠微針機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵表征方法，附具體文獻(xiàn)圖表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為相關(guān)研究者提供參考。
案例1：《Nature Communications》：持續(xù)遞送細(xì)胞外囊泡的多孔微針貼片減輕嚴(yán)重脊髓損傷
實(shí)驗(yàn)方法：研究者使用了兩種類(lèi)型的水凝膠微針（傳統(tǒng) GelMA和多孔GelMA），通過(guò)壓縮試驗(yàn)評(píng)估其機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)中，微針被放置在壓縮試驗(yàn)機(jī)上，以0.005 mm/s的速度施加壓力，記錄微針在不同壓縮應(yīng)變下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：傳統(tǒng) GelMA 微針的壓縮模量為30.92 kPa，而多孔GelMA 微針的壓縮模量為 10.77 kPa，后者更接近軟脊髓組織的力學(xué)特性（約8.1 kPa）。這表明多孔GelMA 微針在機(jī)械強(qiáng)度上更適合用于脊髓損傷治療，能夠更好地與脊髓組織匹配，減少對(duì)組織的損傷。
DOI：10.1038/s41467-023-39745-2
案例2：《Journal of Nanobiotechnology》：抗菌微針貼片促進(jìn)感染傷口的功能性愈合
實(shí)驗(yàn)方法：研究者使用配有50 kg載荷傳感器的位移-力測(cè)試站評(píng)價(jià)ApoEVs-AT@MNP的機(jī)械強(qiáng)度。將針頭垂直放置在剛性不銹鋼平臺(tái)上，并以0.1 mm/s的速率降低傳感器。最初，傳感器和微針尖端相距1 cm。當(dāng)傳感器與微針尖接觸時(shí)開(kāi)始測(cè)量位移和力，速度調(diào)節(jié)為0.01 mm/s，并持續(xù)測(cè)量直至傳感器移動(dòng)800 μm。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：ApoEVs-AT@MNP的應(yīng)力-位移曲線為0.125 N/針，遠(yuǎn)高于皮膚組織的抗拉強(qiáng)度（約0.03 N/針），表明該微針具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度穿透皮膚并固定在組織中。
DOI：10.1186/s12951-024-02845-2
案例3：《Advanced Healthcare Materials》：巨鈣素水凝膠微針貼片減輕膿毒癥
實(shí)驗(yàn)方法：研究者使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì) GCA@NHS/GelMA-MNPs 微針進(jìn)行機(jī)械壓縮強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)試對(duì)象為不同 UV 交聯(lián)時(shí)間（15 s、30 s、45 s）制備的微針，通過(guò)對(duì)微針施加軸向壓縮力，記錄力-位移曲線，以此評(píng)估不同交聯(lián)時(shí)間下微針的機(jī)械強(qiáng)度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：UV 交聯(lián)時(shí)間超過(guò)15 s時(shí)，微針的單針強(qiáng)度均超過(guò)0.6 N；其中交聯(lián)30 s的微針力學(xué)性能最優(yōu)，既能保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度以穿透皮膚，又能通過(guò)后續(xù)的溶脹和降解實(shí)現(xiàn)藥物的緩釋，滿足在膿毒癥治療中對(duì)微針機(jī)械性能的要求。
DOI：10.1002/adhm.202501218
案例4：《Advanced Materials》：淀粉樣蛋白模板化二氧化鈰納米酶增強(qiáng)微針用于糖尿病傷口愈合
實(shí)驗(yàn)方法：研究者使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同hydrogel基微針（LFTG、LFCTG、LFTG-C）進(jìn)行機(jī)械壓縮力測(cè)試。將微針貼片固定于測(cè)試臺(tái)，使傳感器以1 mm/s的速度接近針尖，接觸后減速至0.2 mm/s，測(cè)試位移設(shè)為420 μm，持續(xù)記錄微針的位移及對(duì)應(yīng)受力，繪制力-位移曲線，以此評(píng)估單針的機(jī)械強(qiáng)度，驗(yàn)證其穿刺能力。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：糖尿病傷口皮膚較硬，LFCTG微針需更高強(qiáng)度。壓縮曲線顯示單針強(qiáng)度達(dá)0.90 N，3次循環(huán)測(cè)試中強(qiáng)度無(wú)明顯衰減，滿足反復(fù)穿刺需求。
DOI: 10.1002/adma.202417774
案例5：《Materials Today Bio》：具有金屬-多酚網(wǎng)絡(luò)封裝的天然衍生微針用于慢性軟組織缺損修復(fù)
實(shí)驗(yàn)方法：研究者使用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同濃度 SilMA水凝膠制備的Cu-Cur-NMs微針進(jìn)行拉伸測(cè)試，以10 mm/min的速率拉伸尺寸為30 mm×10 mm的樣品，直至樣品斷裂，記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并以豬脫細(xì)胞真皮基質(zhì)（PADM）作為對(duì)照，通過(guò)曲線計(jì)算微針的拉伸強(qiáng)度和彈性模量，評(píng)估其整體力學(xué)性能。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：250 mg/mL SilMA 組拉伸強(qiáng)度達(dá)2.80 MPa，彈性模量10.10 MPa，顯著高于商用豬脫細(xì)胞真皮基質(zhì)（PADM），滿足腹壁支撐需求。
DOI: 10.1016/j.mtbio.2025.101539
EFL Tips：
測(cè)試方法：常用壓縮或拉伸試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)機(jī)記錄應(yīng)力-應(yīng)變、力-位移曲線，獲取模量、強(qiáng)度等參數(shù)。
關(guān)鍵指標(biāo)：需關(guān)注壓縮模量、單針強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等，匹配目標(biāo)組織力學(xué)特性。
影響因素：材料類(lèi)型、交聯(lián)時(shí)間、濃度等會(huì)顯著影響機(jī)械強(qiáng)度，可針對(duì)性優(yōu)化。
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