Direct 3D printing of triple-responsive nanocomposite hydrogel microneedles for controllable drug delivery

透皮 材料科学 自愈水凝胶 药物输送 纳米技术 纳米复合材料 制作 甲基丙烯酸酯 聚合物 单体 复合材料 高分子化学 医学 替代医学 病理 药理学
作者
Xinmeng Zhou,Huan Liu,Zilian Yu,Hao Yu,Decheng Meng,Liran Zhu,Huanjun Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:670: 1-11 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.05.045
摘要

Hydrogel microneedle patches have emerged as promising platforms for painless, minimally invasive, safe, and portable transdermal drug administration. However, the conventional mold-based fabrication processes and inherent single-functionality of such microneedles present significant hurdles to broader implementation. Herein, we have developed a novel approach utilizing a precursor solution of robust nanocomposite hydrogels to formulate photo-printable inks suitable for the direct 3D printing of high-precision, triple-responsive hydrogel microneedle patches through digital light processing (DLP) technology. The ink formulation comprises four functionally diverse monomers including 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, N-isopropylacrylamide, acrylic acid, and acrylamide, which were crosslinked by aluminum hydroxide nanoparticles (AH NPs) acting as both reinforcing agents and crosslinking centers. This results in the formation of a nanocomposite hydrogel characterized by exceptional mechanical strength, an essential attribute for the 3D printing of hydrogel microneeedle patches. Furthermore, this innovative 3D printing strategy facilitates facile customization of microneedle geometry and patch dimensions. As a proof-of-concept, we employed the fabricated hydrogel microneedles for transdermal delivery of bovine serum albumin (BSA). Importantly, these hydrogel microneedles displayed no cytotoxic effects and exhibited triple sensitivity to pH, temperature and glucose levels, thereby enabling more precise on-demand drug delivery. This study provides a universal method for the rapid fabrication of hydrogel microneedles with smart responsiveness for transdermal drug delivery applications.
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