口炎是口腔黏膜的炎症性疾病，表现为黏膜的红肿、疼痛、溃疡、糜烂或水疱等症状，在口腔内部多表现为溃疡发作。其中，细菌感染性口炎（Bacterial infectious stomatitis，BIS）的致病因素多为链球菌、葡萄球菌等细菌。作为一种相对常见的口炎，其治疗策略一直是口腔医学研究的重点之一。目前，BIS的治疗策略与口腔溃疡相似，即以对症治疗为主，以消除病因、缓解疼痛、控制感染、促进愈合为核心思路。其中，以药物治疗最为常见，如使用氯己定、地塞米松、利多卡因等。

然而，由于口腔内环境始终处于高度动态变化中，微生物的种类复杂数量多，以及溃疡表面假膜形成的屏障，这三点因素对药物治疗的效果造成了显著的影响。 水凝胶因具有高含水量、良好的生物相容性、易于修饰改性以及能与多种药物兼容等优势，在BIS的治疗中逐渐崭露头角。可以根据BIS及口腔环境的特性对水凝胶的性能进行针对性调整，使其更契合BIS的治疗要求。例如提升水凝胶的黏附特性以对抗高度动态的口腔环境，降低水凝胶的药物释放速度以保证药物长期利用率等。同时，为了进一步提升水凝胶对于BIS的治疗效果，可将其制成微针贴片，在无痛无血、快速便捷的前提下，有效提升药物的递送效率和水凝胶黏附于治疗部位的稳定性。 

近期，兰州大学口腔医学院范增杰教授团队设计开发了一种具有果蝇仿生特性的水凝胶仿生微针贴片，用于BIS的高效治疗。该微针贴片制备所使用的模板是由摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（microArch® S230，精度：2μm）加工而成的。相关研究成果以“Bionic Microneedle Patch Inspired by Drosophila Tarsal Paws Boosts Healing in Bacterial Infectious Stomatitis”为题发表在国际知名学术期刊《Advanced Science》上。兰州大学口腔医学院硕士研究生覃佳绮为第一作者，兰州大学口腔医学院范增杰教授、刘斌教授和张洁教授为共同通讯作者。

果蝇是一种体型较小的双翅目果蝇科昆虫，其足部被称为跗爪，形似吸盘，长有大量刚毛。跗爪的这种结构为果蝇提供巨大的吸力，使其能在各种表界面上稳定站立及行走。受到果蝇跗爪结构的启发，作者设计了一种具有仿生特性的吸盘式水凝胶微针贴片。首先，选择聚乙烯醇（PVA）和羧甲基纤维素钠（CMC-Na）为基质材料。PVA能与口腔粘膜形成有效的化学键，确保仿生微针贴片在潮湿的口腔环境中与组织界面形成有效的黏附；而CMC-Na可以有效改善PVA的机械性能和降解性能，使仿生微针贴片可以顺利刺入组织中。

其次，向其中加入S-亚硝基谷胱甘肽（GSNO）和季铵盐壳聚糖（HACC）。这一方面可以使仿生微针贴片释放一氧化氮（NO）以改善BIS的高炎性微环境，另一方面可以提升仿生微针贴片的抗菌性能。最后，将聚（N-异丙烯酰胺）（PNIPAM）这种智能温度响应性材料加入基质材料中，仅在生理性温度条件下控制GSNO释放的同时，自身产生收缩形变以带动创面愈合。以上多种因素共同产生作用，协同促进BIS的高效治疗。 

图1. 研究示意图。 

研究团队使用摩方精密microArch® S230（精度：2μm）制备了微针的主模板并根据此模板依次制备了相应的PDMS模板与仿生微针贴片（图1-A）。初步验证了仿生微针贴片的温敏特性与穿刺效果后（图1-B，C）并进行后续实验。 

图2. 仿生微针贴片的特性。 

对仿生微针贴片的形貌、组分与基础理化性能进行了表征。发现仿生微针贴片的针尖均集中在吸盘内部，与果蝇跗爪的结构高度相似（图3-A）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射的图谱均证明了材料中各组分均存在（图3-B，C）。溶胀与降解实验的结果显示，仿生微针贴片的溶胀水平与HACC的含量成正比，但降解速率与HACC的含量成反比（图3-D，E）。用于治疗BIS的材料体系应当同时具有较低的溶胀水平和较慢的降解速率，因此，HACC含量适中的两组用于后续研究的潜力相对更高。

图3. 仿生微针贴片的形貌、组分与基础理化性能表征。 

对仿生微针贴片的热响应、力学与NO释放性能进行了进一步研究。首先发现仿生微针贴片的热响应特性（基于温度变化引发的体积变化）与HACC的含量成反比（图4-A）。其中，HACC的含量较低的一组的体积变化较明显，这是材料降解过快导致的。其次对仿生微针贴片的拉伸、压缩性能进行研究，发现HACC含量适中的那一组综合来说较好（图4-B，C，D，E）。同时对仿生微针贴片的黏附性能进行研究，发现水凝胶吸盘结构所产生的黏附力显著大于单纯水凝胶所产生的黏附力，这充分展示了具有仿生特性的水凝胶吸盘的优越性（图4-F，G，H，I）。最后对仿生微针贴片的NO释放性能进行研究，发现在生理性温度（~37℃）及偏酸性的环境条件下，即类似BIS病损区域的环境条件下，GSNO含量较高的仿生微针贴片能长时且稳定地释放NO，有效调节BIS病损区域的炎性微环境（图4-J，K，L）。 

图4. 仿生微针贴片的力学、热响应与NO释放性能。 

对仿生微针贴片的抗菌性能进行了研究。发现HACC和GSNO均能有效降低金黄色葡萄球菌（S.aureus）与大肠杆菌（E.coli）的生存率。扫描电镜显示，HACC和GSNO通过对细菌的细胞膜造成伤害以破坏细菌，进而发挥抗菌效果。

对仿生微针贴片的生物相容性和抗炎效果进行了研究。所有实验组的细胞存活率均高于80%，证明均无毒无害。而ELISA试验则证明了仿生微针贴片（NACH2G0.2）对IL-6与TNF-α的抑制效果要显著高于商用溃疡凝胶（OUG）。 

建立了BIS模型大鼠，以研究仿生微针贴片在体内环境下对BIS的治疗效果。在为期六天的治疗过程中，仿生微针贴片（NACH2G0.2）组的溃疡创面愈合速度不仅显著高于未经任何处理的Control组，还显著高于商用溃疡凝胶（OUG）组。 

最后通过免疫荧光染色进一步研究了仿生微针贴片在体内环境下对BIS的治疗效果。其中，CD11b，IL-6与TNF-α这三种标记物用于评价仿生微针贴片调节炎症水平的效果；而CK-5与CK-13这两种标记物用于评价仿生微针贴片促进组织再生的效果。仿生微针贴片（NACH2G0.2）组的炎症调节与组织新生水平要显著高于其他所有组，与先前的实验结果均相匹配。

总结：研究团队以果蝇跗爪的结构为线索，设计制备了一种仿生微针贴片。仿生微针贴片的主要成分为黏附、温敏性水凝胶，其结构为微针针尖和吸盘。仿生微针贴片针对BIS的独特微环境量身定制，以“湿环境稳定黏附+NO智能可控释放+细菌高效抑制+机械收缩促进愈合”这些优越性能，促进BIS的高效愈合。 

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202500432