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研究中的质地分析:微针

研究中的质地分析:微针

2021-11-05

微针阵列(MN)是一种用于穿透皮肤最外层角质层的微创装置,角质层是局部用药的主要屏障。它们被广泛应用于包括化妆品和药品在内的一系列应用中。它们的使用涉及到一种简单、廉价、安全和只需要少量训练的有效技术。微针阵列最初被用作面部疤痕和皮肤再生的胶原蛋白诱导疗法,至今仍然如此使用,但现在也被广泛用作治疗药物和疫苗的透皮给药系统。

在学术和工业环境中,已经有无数关于微针特性和使用质构仪进行药物输送的研究发表。

以下是主要的研究领域:

l     将阵列压缩到已知软基底(如动物皮肤或合成类似物)中,评估每个阵列所需的穿透力。

l     测量人体对软基板上的阵列施加的力,通常在质构仪的校准平台上进行。

l     使用拉伸试验测量阵列背衬材料的特性。

l     以已知的力将阵列压缩到硬基片中。针强度是阵列的一个重要特性。针头应足够坚固,能够插入皮肤而不会发生故障。针刚度可从力-位移图中测量,并且在某些情况下,极限强度可以作为图上的断裂点来测量。最常见的是,微针高度因弯曲或钝化而发生的百分比变化通过校准光学或电子显微镜中的测量进行评估。将针头压入金属底座与将针头插入皮肤是完全不同的方法。该测试仅用于比较不同批次的阵列并确认制造的一致性,或评估不同制造工艺对针强度的影响。

下面概述了一些最新研究的例子。

Navarra大学的研究人员一直在研究微针对皮内菌病皮内注射的溶解作用。疫苗接种是预防和控制传染病的主要策略之一。然而,近几十年来,人们做出了许多努力,以获得传统肌肉注射或皮下注射疫苗给药途径的替代方案,这些途径主要通过皮下注射针给药并且需要训练有素的医护人员。这项研究考察了微针阵列的机械性能和溶解性能,以及它们在小鼠体内的免疫原性和保护能力。他们使用TA.XT plus质构仪进行压缩测试,以评估微针高度的百分比变化以及插入基材的力。由于目前没有针对志贺杆菌病的许可疫苗,因此该制剂是一种很有前途的候选疫苗,可作为疫苗递送系统,可以在发展中国家进行简单和广泛的免疫接种。

Greenwich大学的科学家们一直在研究用于皮肤肿瘤抗癌治疗的3D打印微针。在过去的20年中,微针装置已广泛用于各种药物的非侵入性透皮给药。在皮肤上应用微针阵列的最新进展涉及用于治疗皮肤肿瘤的抗癌剂的递送。在这项研究中,制备了新型3D打印聚合物微针阵列,用于增强顺铂(Cisplatin)对A-431表皮样皮肤肿瘤的治疗效果。他们使用TA.HD plus质构仪测量微针阵列穿透皮肤的能力。这项研究证明了3D打印微针在提供抗癌药物体内透皮给药方面的适用性。

Kent大学的研究人员正在研究一种新型的3D打印空心微针微机电系统,用于控制、个性化的透皮给药。药物递送装置的进步对于患者治疗的个性化和医疗保健的改善至关重要。本文介绍了3DMNMEMS,这是一种结合了3D打印、微针(MNs)和微机电系统(MEMS)的新型设备,允许用户进行多功能和可控的透皮给药。空心微针采用立体光刻技术进行设计和3D打印,然后集成到MEMS中。通过采用先进的成像技术,他们实时监测设备输送的液体在皮肤组织内的分布。他们使用TA.HD plus质构仪测量微针穿透猪皮的能力,并确定穿透力。体内试验表明,与皮下注射相比,使用3DMNMEMS输送胰岛素可改善糖尿病动物的血糖控制。这些结果证明了3DMNMEMS作为一种用于个性化护理的通用透皮给药系统的潜力。

Kent大学的科学家们一直在研究优化3D 打印实心微针的设计和制造参数,以提高强度、锐度和药物输送。3D打印已成为一种强大的制造技术,并且在制造微针介导的透皮系统中引起了广泛关注。本文描述了3D打印微针的优化策略,从设计到药物递送阶段。系统地探讨了设计和制造参数与质量和性能之间的关键关系。使用TA.HD plus质构仪在猪皮上对3D打印微针进行拼接测试。发现打印和打印后设置参数分别影响质量和材料力学性能。结果表明,微针几何形状影响穿刺行为、断裂和涂层形态。通过喷墨涂布的微针在猪皮中的胰岛素递送被证明受微针设计的影响。

Belfast皇后大学的科学家们一直在研究大型微针贴片的透皮给药效率,目的是将该技术应用于临床给药。他们最近发表了一篇题为“人类志愿者成功应用大型微针贴片”的论文。微针阵列由志愿者自行应用于皮肤,并测量经皮水分损失,以确认成功应用。在SMS TA.XT plus质构仪上,使用轴向压缩试验在设定的力下测量这些贴片的针强度,使用双面胶带将阵列连接到质构仪的移动测试探针上。使用手持式数码显微镜监测针头高度的变化。质构仪还用于将微针阵列控制应用于折叠薄膜人造皮肤,以便在薄板展开后检查每个深度的孔数。

Aveiro大学的科学家们一直在研究鲁兰多糖微针贴片,以有效的透皮给药来设想糖尿病治疗。本研究报告了使用普鲁兰多糖(PL)制备可溶性微针(MN)贴片,普鲁兰多糖是一种具有优异成膜能力的水溶性多糖,用于胰岛素的透皮给药。通过微模压成功制备了PL-MNs贴片,并显示出良好的热稳定性(Tdmax=294°C)和机械性能,如体外皮肤试验所示,可穿透381μm深度的皮肤。他们使用TA.XT2质构仪进行针强度的压缩试验以及对基底的渗透试验。在体外应用于人腹部皮肤后,微针在2小时内溶解,释放高达87%的胰岛素。当在42040°C下储存4周时,胰岛素能够保留其二级结构,如圆二色谱分光光度法所示。制备的PL-MN对人角质形成细胞无细胞毒性,适合皮肤应用。这些发现表明PL-MNs具有透皮递送胰岛素的潜力,从而避免皮下注射。

评估微针阵列的机械性能是其研发的一个强制性阶段。这些性质可能会因原材料、输送的药物和所使用的制造工艺变化而改变。必须在每次成分或工艺修改迭代后对其进行测量。