微针阵列贴片耐热疫苗的使用分析

探讨微针阵列贴片(MAP)疫苗的应用价值,通过分析MAP疫苗与传统疫苗的成本构成和特点,并从接种者感受,疫苗免疫效果、包装、回收,运输等方面进行对比分析。进一步讨论MAP疫苗取代传统针剂疫苗的效益和限制。微针阵列贴片(Microneedle array patch,MAP)的出现提供了耐热疫苗,降低了疫苗流通过程中对低温控制的要求,从而使得冷链温控这一焦点问题可以缓解。MAP耐热疫苗预计可以降低疫苗的制造、运输、储存与回收成本。

中山大学电子与信息工程学院谢曦教授团队在微针阵列电子导管研究中取得重要进展

谢曦教授团队研制了一种多功能微针阵列传感器集成的生物电子导管,克服了现有微创手术导管设备的传感功能有限、无法探测组织内生化信息、难以在手术中实时定位病灶生化信息的局限性。该成果以“Petromyzontidae-biomimetic multimodal microneedles-integrated bioelectronic catheters for theranostic endoscopic surgery”为题,发表在Advanced Functional Materials。

浙江大学研究人员开发了一种智能微针阵列贴片

经典的伤口愈合过程主要由止血、炎症、增殖和重塑四个阶段组成,其中免疫微环境的调节以顺序方式促进伤口愈合,但是免疫调节功能障碍的伤口愈合受损可能导致慢性伤口的产生,临床上迫切需要在不同修复阶段对伤口微环境进行特定调节。近期,浙江大学研究人员成功开发了一种智能微针阵列贴片(PF-MN)。研究成果发表在《Nature Communications》期刊,论文标题为“Scarless wound healing programmed by core-shell microneedles”。

MEMS微针阵列及其在生物医学上的应用

利用微机械技术制作的 MEMS微针阵列是 MEMS技术在生物医学上一个重要应用 ,它为生物医学领域提供了新的医疗手段。微针技术在精确药物注射、临床监测、生化检测等领域有着广泛的发展前景。本文介绍了MEMS微针阵列在生物医学领域的三个方面的重要应用 :生物医学微针电极、经皮药物传输及流体采样 ,对他们的应用原理和当前的最新技术进展进行了概述 ,说明了 MEMS微针应用的特点 ,它为患者提供了无痛、高效、安全的医疗手段 ,更符合医学研究人性化的特点。另外 ,讨论了微针阵列制作的一系列工艺方法。

MEMS微针阵列干电极及其在生理电信号采集中的应用

生理电信号能直接反映人们的身体状况,且随着各种便携式设备、穿戴式设备的出现,生理电信号的采集得到越来越多的重视。近年来,许多研究人员致力于生理电信号采集电极的研究,因此基于MEMS技术的微针阵列干电极逐渐成熟。微针阵列干电极通过微针刺入被测者的皮肤,实现连续、长期、高效的生理电信号采集,由于其成本低、操作简单、不会使被测者感到不适、采集质量高等优点,逐渐取代传统湿电极而得到越来越广泛的应用。通过将微针阵列干电极与湿电极进行对比,突出微针阵列干电极的研究价值;结合国内外最新研究,综述微针阵列干电极的制作工艺、微针阵列干电极的改进技术、在生理电信号采集中的应用现状;讨论目前微针阵列干电极存在的不足,并对以后的发展趋势进行展望。

盐酸青藤碱在微针阵列作用下的透皮给药研究

目的探索盐酸青藤碱在微针阵列作用下的透皮给药规律与微针促进药物透皮吸收的机制。方法高效液相色谱法测定青藤碱的含量,裸鼠皮肤用微针阵列预刺处理,采用水平双室扩散池法研究微针的针尖形状、刺入力、滞留时间以及阵列数对于盐酸青藤碱透皮给药的影响规律。将微针预刺处理的皮肤制备成切片,并用显微镜观察皮肤的变化。结果微针阵列预刺处理与被动扩散比较能显著提高盐酸青藤碱透皮给药的累积渗透量(P<0.01),但平顶微针比尖顶微针更能有效促进药物的透皮吸收;药物的累积渗透量随着微针处理皮肤的刺入力的增加而增加,但当刺入力超过5.0 N时,药物的累积渗透量不再显著增加;随着微针在皮肤中滞留时间的延长药物的累积渗透量不断增大,当滞留时间超过60 s时药物的累积渗透量不再显著增加;尽管药物的累积渗透量随着微针阵列数的增加而增加,但是二者之间无正向线性关系。皮肤切片表明微针刺入皮肤后能够在皮肤上形成跨越角质层的微孔道。结论微针可以在皮肤上形成微孔道而增强皮肤对药物的渗透性,从而为盐酸青藤碱透皮给药系统提供一种新型、高效的透皮给药新技术,具有广泛的应用前景。

5-氟尿嘧啶无痛微针阵列治疗寻常疣的临床观察

目的观察5-氟尿嘧啶无痛微针阵列用于寻常疣治疗的临床疗效及对细胞免疫功能的影响。方法将60例寻常疣患者随机分为无痛微针阵列治疗组(微针治疗组)、涂药组及注射给药组,各20例,应用5-氟尿嘧啶等量用药治疗,每周2次,共12次;分别于治疗前、治疗后、治疗后3个月观察疗效及感染、疼痛、红肿、出血、瘙痒等不良反应和毒副作用。另于治疗前、后分别抽取微针治疗组患者及正常人对照组外周血,测定细胞免疫功能:CD4+、CD8+T细胞数量(百分比)并进行比较。结果微针治疗组痊愈18例,显效2例,好转0例,无效0例,总有效率为100%;涂药组痊愈8例,显效6例,好转4例,无效2例,总有效率为70%;注射给药组痊愈12例,显效6例,好转2例,无效0例,总有效率为90%。微针治疗组疗效优于涂药组(P<0.05),而与注射给药组比较差异无统计学意义(P>0.05)。微针治疗组治疗前与正常人对照组的CD4+、CD8+T细胞数量及CD4+/CD8+比值差异均有统计学意义;微针治疗后与治疗前比较差异亦有统计学意义。不良反应及复发率均以微针治疗组为最低。结论 5-氟尿嘧啶无痛微针阵列用于寻常疣疗效显著,皮肤刺激性小,复发率低,并能改善细胞免疫功能。

基于移动LIGA工艺的微针阵列的设计与制作

提出了一种聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微针阵列的微细加工工艺，即移动X光光刻在光刻胶上得到与LIGA掩模板图形相似的曝光能量分布图，再利用显影技术获得了其断面形状与LIGA掩模板图形相似的PMMA微针阵列结构．为了解决空心微针阵列的加工问题，通过对准曝光实现空心孔的微细加工．用此纳米加工技术获得了高度为350～700μm、针锋尖锐度为1μm的PMMA的微针阵列．该阵列面积约为1cm^2，微针数约为900根，实验结果表明，利用这种新方法可以非常方便地加工出高质量的实心微针、空心微针和带流体沟道的分又微针等各种微针．该微针阵列可与微泵、微通道等集成为一体，实现无痛化注射或无痛化采血。

基于转写技术的微针阵列制备与强度特性测试

为达到低成本、批量化制备微针阵列的目的,提出了一种分别制备微针针尖模具和微针立柱模具的微针模具制备方法.制备微针针尖硅模具是采用湿法刻蚀方法,SU-8微针的立柱部分则采用套刻工艺制备.以此模具为母版,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)二次转写技术获得PDMS二次母版.以PDMS母版为模具,分别用浇铸法制备了3种不同聚合物材料(左旋聚乳酸(PLLA),聚苯乙烯(PS),透明质酸(HA))的微针阵列;还以PDMS母版为模具,用电铸法制备了金属Ni微针阵列.该微针阵列的密度约为300根针/cm2.对制备的4种微针进行力学特性测试,实验结果表明,加工出的微针有足够的力学强度,可用于无痛注射.

用于药物透皮传输的微针阵列加工工艺

尽管现代生物技术制造出了许多新型的合成药物,但是利用目前的给药方式(比如口服或肌肉注射),不能将这些药物有效的输入人体。透皮给药是解决这个问题的一个有效途径,但由于人体皮肤的渗透性很差,使透皮给药方式的应用受到限制。透皮给药的最大障碍是皮肤表层12μm厚的角质层,而神经处在更深层的组织中,因此利用硅微加工技术制作了一种微针阵列,既可以穿透皮肤的角质层,又不触及到深层组织中的神经,从而形成一种渗透性好且无任何痛苦的新型透皮给药方式,这种给药方式的关键技术是微针阵列的加工,着重讨论硅材料微针阵列加工的各向同性刻蚀和各向异性刻蚀两种工艺。

空心微针阵列的研究进展

由于皮肤对药物的吸收有阻碍作用,以传统透皮方式给药难以达到治疗效果。微针是一种结合皮下注射与经皮给药双重释药的新技术。在一些特定情况下,空心微针阵列较传统的皮下注射具有生物利用度更高、起效更快等特点,此外,液体制剂通过这一类型的微针可快速到达更广阔的区域。本文对最新的空心微针阵列的制备材料、制备样式及空心微针阵列的应用进行了综述,对其未来研究奠定了基础。

微针阵列经皮促透NGF对家兔皮肤感觉神经再生的影响

目的探索NGF(Nerve growth factor,NGF)促进移植皮肤感觉恢复的微创给药方法。方法亚甲蓝染色经微针阵列处理后的离体兔皮,观察微孔的分布和排列,冰冻切片HE染色观察微孔的深度。兔皮片移植模型分别采用直接涂布、微针促透和皮内注射给药,ELISA法检测皮肤匀浆液中NGF的含量。皮肤组织切片免疫组化染色观察NGF的分布和神经纤维的再生情况。结果微针阵列处理后离体兔皮微孔排列均匀,深度可达真皮浅层。动物模型给药6h后,微针促透组和皮内注射组皮肤组织匀浆液中NGF含量分别高于直接涂布组5.48倍和6.45倍,差异均有统计学意义(P<0.05);NGF免疫组化染色显示,微针促透组真皮组织中有大量NGF存在,且分布均匀;动物模型给药30d后,皮肤组织S100免疫组化染色显示,微针促透组和皮内注射组真皮中可见再生的神经纤维,两组差异无统计学意义(q=2.36,P>0.05),并均显著高于直接涂布组(q1=7.74,q2=6.15,P<0.05)。结论通过微针阵列可使NGF透过兔皮肤角质层到达真皮,促进兔移植皮肤感觉重建。

经皮给药用微针阵列的设计与加工

传统经皮给药严重受限于皮肤的阻碍,如何破坏角质层打开一条允许大分子药物通过的通道是一个重要课题。微机电系统的发展使得微针阵列增强经皮给药成为可能,它除了能有效增强皮肤对药物的渗透性外,还可以用来直接传输胰岛素、疫苗等药物到皮肤,为药物释放系统提供了一个新的发展方向。对经皮给药用微针阵列的发展和现状进行了回顾和评述,并指出了其商业化前景和未来研究的方向。

基于空心微针阵列的连续监测葡萄糖传感器

研制了一种基于空心微针阵列并可微痛刺入皮下实时连续监测人体血糖浓度的葡萄糖传感器。微针阵列由等间距的三根微针组成,分别作为工作电极、辅助电极和参比电极,其中工作电极与辅助电极采用表面溅射了Ti/Pt的空心不锈钢微针来制作,采用戊二醛—牛血清白蛋白交联法将葡萄糖氧化酶固定并仅置于作为工作电极的针尖通孔处;参比电极采用Ag/Ag Cl实心微针制作。测试结果表明：葡萄糖浓度在0~21 mmol·L-1范围内传感器输出电流为线性,灵敏度为0.575μA/（mmol·L-1）,响应时间为16 s,且具有很好的抗干扰性。

基于微加工工艺的聚苯乙烯微针阵列研制

提出了一种聚苯乙烯(PS)微针阵列的微细加工工艺,即利用紫外线光刻技术在光刻胶上得到与准LIGA(Lithograpie(光刻),Galvanoformung(电铸),Abformung(铸塑))掩膜板图形相似的曝光能量分布图,再利用显影和转写技术获得断面形状与掩膜板图形相似的PS微针阵列结构.为了解决微针载药的加工问题,通过设计4孔凹槽结构实现空心孔的微细加工,获得了高度为400μm的PS微针阵列.该阵列面积约为22.18cm2,微针数约为6 240根.实验结果显示,新方法加工高质量高密度带凹槽结构实心微针的效果非常好.

微针阵列用于生物大分子药物的递送

生物大分子药物难以跨过皮肤的角质层屏障,而微针作为一种微创、无痛、高效的经皮给药方式,能有效破解大分子药物透皮速率和吸收量低下的难题.本文详细综述了微针阵列技术在各类生物大分子药物经皮递送中的应用进展,包括单独微针阵列(固体实心微针、空心微针、涂层微针和可溶性微针)以及微针与其他制剂技术(如微粒给药系统)、医疗器械和智能释药系统等结合对大分子药物的促渗作用和控释作用.同时对微针用于大分子药物递送领域目前面临的问题、发展前景等作出分析.

X光光刻工艺微针阵列的制备、测试和仿真

为了提高透皮给药的效率,降低传统注射对人体的疼痛感,需要制备微针阵列结构。本文介绍了一种新的微针阵列结构的制造技术。利用日本立命馆大学的同步辐射光源AURORA进行两次X光移动光刻和一次固定X光光刻技术,在PMMA光刻胶上得到微针阵列。通过采用不同的掩膜版图形以及对不同位置的空心孔进行X光光刻,获得了不同规格的空心微针阵列,针对固定X光光刻时对准的问题,自行研制了X光光刻对准装置,实验结果证明,该装置能实现空心微针阵列的制备。并且进行了微针刺穿测试,结果证明微针有足够的强度。为了达到低成本批量复制微针阵列的目的,还进行了微针模具的倒模和复制实验,成功得到金属镍实心微针阵列。最后,针对光刻过程中微针阵列结构的侧面形状发生畸变的情况,对移动X光光刻建立了仿真预测,将仿真预测结果与实验结果进行了比较,结果表明显影深度的误差为5%。

微针阵列干电极的研究进展

生物电信号与人体的健康状况密切相关。如何实现长期监测心电(ECG)、脑电(EEG)、肌电(EMG)和其他各种生物电信号成为当前研究中亟待解决的难题。微针阵列干电极(MNAE)采用刺入式微针电极突破角质层高阻抗特性,有望实现连续、长期、高效的生物电信号采集。结合国内外最新研究进展,在对不同生物电极进行分类和对比的基础上,概述了MNAE在信号采集方面的优势。对MNAE使用过程中影响生物电信号采集质量的主要因素进行了分析,综述了不同种类MNAE的制作工艺、改进技术,同时指出了不同种类MNAE存在的不足,并对以后的发展趋势进行展望。

E玻璃纤维微针阵列的化学腐蚀制备

以E玻璃纤维为模板,通过聚合物灌注、切片和化学腐蚀、聚合物去除等步骤,获得了大面积、形貌一致的针状微结构阵列。利用SEM等对其形貌进行了表征,结果表明,在不存在微流体对流行为的条件下依然可以形成针状形貌。据此探讨了玻璃微针的形成机理,认为E玻璃纤维微针阵列的形成是受限于空间(如微腔等)中反应物和生成物的扩散行为。这为微纳受限空间中固体腐蚀反应行为动力学的进一步研究提供了实验证据,同时也拓展了E玻璃纤维的应用领域。

基于移动X射线光刻工艺的采血微针阵列的制备

为了降低传统采血对人体的疼痛感和损伤,制备了采血微针阵列结构。该微针阵列结构是采用日本立命馆大学的同步辐射光源AURORA进行两次移动X射线光刻,在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）光刻胶上得到与光刻、电铸和注塑（LIGA）掩膜版图形相似的曝光能量分布图,再利用显影技术获得了断面形状与LIGA掩膜版图形相似的PMMA微针阵列结构,密度为1 024针/cm^2,微针尖端直径达到300 nm。通过采用不同的掩膜版图形,获得了形状各异的微针阵列结构。并且进行了采血实验,通过毛细效应,测试液在流入沟槽后被提取并保持,拔出的微针且不受损伤,1 cm^2微针阵列可以提取0.5μL测试液。最后,针对光刻过程中微针阵列结构的侧面形状发生畸变的情况,对移动X射线光刻建立了仿真预测,并且对LIGA掩膜版进行补偿,增强了采血微针阵列强度。