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2023年6月1-3日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

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2022年医疗设备展精准医疗研究:微针制造技术及类型一览

2022-07-15

微针(Microneedles, MNs)是指用于透皮给药、组织液采样、信号检测、生物传感和其他目标的微尺度针头,具有无痛、微创、操作方便等优点。

近年来,透皮微针 (MN) 技术因便捷、微创、高效等优点,已成为精准医疗研究的热门工具,广泛应用于胰岛素递送、免疫治疗、疫苗递送、采样和避孕等研究中。基于水凝胶的微针因其具有给药方便、通透性高,毒副作用低等优点,被广泛应用于采样、药物负载与递送等领域。

MNs的典型长度为25~2000 μm,针尖尺寸在10~20 μm,比皮下注射针头的针尖要尖得多,以便能够轻松刺破角质层,形成微型的输送通道,而不需要接触位于表皮和皮肤层的神经纤维和血管。1976年,研究者首次提出MNs制造技术,以克服传统透皮给药的局限性。20世纪90年代以后,随着现代微细加工技术的发展,已经成功地制备出了各种各样的MNs,在生物医学领域具有广泛应用。面对众多微针种类,想必大家可能会“眼花缭乱”,本期2022年医疗设备展Medtec China将按照微针特点进行分类,分享各类MNs及其制备方法并附上学习案例。


五类MNs:实心、中空、涂层、溶解、水凝胶形式(https://doi.org/10.1016/j.addr.2019.10.004)

01
实心微针

实心微针(Solid microneedles,SMNs)是在一个平面上制造的,排列范围可从5´5到20´20,类似于一个有尖刺的板。 方法:通过激光切割和机械/化学腐蚀,可以从固体材料上直接切割出SMNs,也可由主模铸造、电镀而成。给药方式:将SMNs刺入皮肤,在皮肤表面形成微孔。去除SMNs后,使用药物贴片,药物制剂通过残留的孔隙缓慢扩散到深层组织。SMNs也可以用来划伤皮肤,在皮肤表面形成条状损伤,然后药物就会扩散到皮肤中。优点:由于具有相对较高的硬度,SMNs具有足够的硬度,容易刺入皮肤。缺点:硬度较高导致比较脆,SMNs在运输和使用过程中容易发生断裂。案例:https://doi.org/10.1007/s00170-018-2596-3


02
中空微针

当传统的皮下注射针在长度和直径上缩小到微米尺寸时,就成了中空微针(Hollow microneedles,HMNs)。它可以是一个单针或多个针,连接在一个板/底座上,该板/底座可以连接到一个设备,该设备提供外部驱动力,通过内部孔或腔注射液体或药物。

方法:热塑性挤压拉伸工艺等。给药方式:与皮下注射类似,液体药物可在压力驱动下通过HMNs纳米管流入皮肤。优点:允许根据病人的需要轻松控制剂量。缺点:由于皮肤紧致,给药率和药液体积可能受到限制。


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03
涂层微针

利用各种生物可降解和生物相容性材料制备的涂层微针(Coated microneedles,CMNs),可以将高分子量的分子药物快速输送到皮肤中。将药物储存在固体相中,作为微针的涂层,可以增强其长期稳定性。

方法:浸涂、滚涂、逐层涂和喷涂等多种涂布方法。给药方式:将涂覆有水溶性药物的CMNs插入皮肤后,药物从CMNs涂层中溶解进入皮肤,然后将微针拉起。优点:成本效益高、操作简单,能以大剂量的方式输送药物。缺点:涂层在插入过程中易脱落,涂层在皮肤中的溶解动力学会影响药物的释放情况,但不易控制。


04
溶解微针

溶解微针(Dissolving microneedles,DMNs)是由一些生物相容性的水溶性基质材料制成的,不需要考虑是否会在皮肤上断裂和生物相容性问题。当微针插入皮肤时,针尖被组织液溶解,被包裹的药物自然释放,从而达到给药的目的。

方法:两步铸造法、液滴气吹法、离心光刻法、光聚合法、拉丝光刻法等。给药方式:生物可降解聚合物和水溶性糖类药物通常被包裹在微针基质中。DMNs插入皮肤后,会在皮肤中完全降解或溶解,从而实现药物释放。优点:生物相容性好,给药方式简单便捷,皮肤内溶解即可,省略两步给药步骤。缺点:药物负荷低,机械强度和皮肤穿刺能力不佳,药物活性不能很好地保持。


05
水凝胶微针

水凝胶微针(Hydrogel-forming microneedles,HFMNs)是由形成水凝胶的聚合基质制备的。这种微针阵列在插入皮肤时迅速吸收液体,导致水凝胶膨胀。这将产生连续、畅通的水凝胶导管,使药物渗透到皮肤中。

方法:利用模具法和投影式光固化(DLP)法等构建。给药方式:HFMNs在插入皮肤时迅速吸收液体,导致水凝胶膨胀,产生连续的、畅通的水凝胶导管,使药物渗透到皮肤中。优点:a具有载药量大和可控的药物控释效果;b针体材料由高分子生物材料构成,生物相容性良好,避免了针尖断裂对皮肤造成的潜在损伤;c采用交联的高分子生物材料制备的微针可实现微针在皮下溶胀而不溶解,进而有效控制负载药物的释放速率。缺点:因聚合物柔性问题,水凝胶微针的硬度问题尚待解决。


以上各类MNs分别适用于不同的应用场景,2022年医疗设备展Medtec China提醒,在设计微针类课题时,可从待解决的问题和使用便捷性等方面,选取合适的微针。

来源:EngineeringForLife