医用微针的创新发展
2014-12-15 22:28:41   来源：微迷   评论：0   点击：

一、微针定义

微针是指制作材料包括金属、硅、二氧化硅、玻璃、镍、钛及可生物降解的聚合物等，采用微机电系统（MEMS）工艺等制备成高10-2000µm、宽10-50µm的实心或空心微米级尺寸的针。

​二、微针种类

​制造微针的材料主要有金属、硅、二氧化硅及可生物降解的聚合物等。不同材料的微针具有不同的特性和用途。

​1、金属微针

​​不锈钢、钛及镍是制造金属微针常用的材料，采用激光切割、刻蚀、电镀或超精密机械加工等方法可制备出各种实用的金属微针。金属微针造价低廉、工艺简单，适合批量化生产，且针尖尖锐，硬度较大，易于刺穿皮肤而不易断裂在皮肤中，对人体无害，是制造微针的良好材料。在聚合物或硅微型模具上完全或部分电镀金属也可制备金属微针。

​2、硅及二氧化硅微针​

​硅及二氧化硅材料是制造微针的常用材料，具有良好的传感性能和机电性能，对其的微加工工艺也已成熟。易于大批量生产，但比金属微针的加工成本高，且易断裂滞留于皮肤，这是制约其发展的因素。尖而细的硅微针能减少人体不适感，但硅材料表面会吸附蛋白质，会促使白血球和微针粘合，被刺入区域可能会产生应激性反应，所以硅微针不能直接用于人体治疗，需在其表面进行修饰如涂以二甲苯薄层来改善其生物兼容性。此外，硅微针的硬度要强于其它材料微针，但也很脆易断裂。

​3、聚合物微针​

​为了增加微针的安全性，可生物降解的聚合物微针成为微针发展的另一个方向。聚合物微针具有很好的生物相容性且可生物降解，成本较低，加上新高分子材料的层出不穷，聚合物微针将会具有很好的研究和应用前景。但是与金属微针和硅微针相比，这种微针的强度较差，一定压力作用下会产生塑性形变，刺穿皮肤时会有困难，在材料的选择及加工工艺方面均有待提高。

​综上考虑，硅材料尽管应用广泛，处理方法成熟，但相对昂贵，易碎且非生物相容的，而许多金属则廉价许多，强度好且生物相容，聚合物也不昂贵，生物兼容且可降解、处理简单，但其机械性能不如前两种，因此相对来看，金属和聚合物微针更具有发展前途。

​三、微针应用​​

​微针有实心针和空心针两种类型，实心微针是通过药物附着在微针表面达到输送药物的目的，空心微针是采用微注射的形式输送药物。目前研究的微针给药方式有如下4种：(1)先将微针阵列刺人皮肤形成孔洞，再将含药贴剂敷在治疗部位上，这种给药方式使用实心和空心微针均可；(2)在实心微针表面包裹药物后，将微针刺人皮肤持续释药；(3)将药物包囊于可生物降解的聚合物微针中，再将微针刺人皮肤释放药物；(4)通过空心微针采用微注射的形式给药。

​1、贴针​

​贴针是指将微针刺人皮肤角质层，产生微小孔洞后很快拔出，在有孔的皮肤上敷上含药贴剂进行药物输送的微针给药技术。经过贴针预处理的皮肤，药物的经皮吸收显著增加。贴针是最早应用的微针辅助的经皮给药方式。

​2、包衣微针​

​包衣微针是指在实心微针表面包裹一层药物，再将微针刺人皮肤使其持续释药的微针给药技术。药物的渗透速率与包衣的药物浓度直接相关。

​3、包囊药物的微针

​​将药物包裹在用可生物降解材料制成的微针中进行给药，是微针辅助的经皮给药的一种更安全的方式。这种微针最大的优势在于选用的材料(如PICA、CMC)可生物降解，控制释药更加安全，且大规模生产成本很低。但是这种聚合物包囊药物的微针也有一定的局限性：在包裹药物时需要升温，会使一些大分子药物(如BsA)不可逆地聚集成团或引起蛋白质的变性；另外在剂量方面，由于药物被包囊在微针中，空间极小，最大给药量一般不超过1 mg，适用的药物范围受到限制。

​4、微注射方式给药的微针

​​空心微针一般采用微注射的方式给药。虽然目前已经制造出很多不同种类的空心微针，但相对于实心微针来说，空心微针在经皮给药系统的应用却是有限的。

​不论采用何种形式给药，真正能打开市场的微针应满足如下特征：（1）适合批量化生产且成本低；（2）能轻易刺进皮肤而不易断裂分层，且刺入深度可控；（3）有效增强皮肤渗透性，经皮给药的剂量和速度可控；（4）方便携带，易于患者接受；（5）生物相容性好。因此，商业化之前需要完善从微针阵列的设计加工到基于微针阵列的药物释放系统的装配，以及临床试验。短期内微针贴片仍将是主要发展形式，且以金属和聚合物材料为主，理想的产品则应是集监测和智能控制于一体的集成系统。

​微针还有下列潜在应用:（1）微针针头的列阵排列采用简单的扩散或连接微型泵系统可持续将药物释入体内; （2）微针与微型传感器和微型驱动器相结合可精密释药;（3）中空微针可抽吸供化验使用的微量体液, 如血糖测定, 随后注入微升容积的胰岛素或其他治疗药物; （4）由于微针只要人员稍加医疗培训即会使用, 可用于大规模接种疫苗, 可保证发展中国家的免疫计划有效实施, 在生化事故发生时给予解毒剂;（5）非常小的微针可针对个体细胞提供靶向选择性非常高的药物和基因等。

​四、发展前景​​

​近年来，随着微机电加工技术的发展，对微针经皮给药技术的研究日益增多，许多著名公司开发出了相关技术的产品，如美国AIzA公司用于大分子药物经皮给药的Macroflux@技术。Macroflux@皮肤贴片由钛金属微针阵列和聚合物背衬层组成，通常在贴片上外加一个助推器，形成Macroflux@装置。AIzA公司还与Theratechnologies公司合作，利用Macroflux技术开发多种大分子药物，如生长激素释放因子GRF、甲状旁腺激素PHT1．34等的经皮给药贴片。

​美国3M公司也开发了类似的经皮释放装置MicrostructuredTransdenml System(MTS) J，微针长250～ 400 tan，可达到每平方厘米针头数1200支。这种微针阵列可将多种大分子药物(如疫苗、蛋白质、多肽等)进行靶向经皮输送。​

​以色列纳米通道技术公司(NanoPass Techonologies)开发了中空微针器具，商品名Micropyramid。

​美国生物阀(Biovalve)公司制备了不同长度和直径的空心或实心微针阵列，商品名为MicroTram，这种微针阵列能传送分子大小不同的药物。该公司已与多家药厂结成战略联盟。

​综上所述，使用微针用来皮肤角质层屏障，促进药物吸收是近年来研究的热点。微针辅助的经皮给药能显著提高大分子药物的透皮速率和吸收量，具有很好的市场前景。同时，微针还可与其他物理方法(如离子导入法、超声波导入法等)联合使用，使更多药物的经皮吸收成为可能。但是，微针作为一种新型的药物输送技术，在经皮给药系统的应用还处于研究的初期阶段，微针的发展还有赖于新材料的开发及微细加工技术的发展。此外，微针对于人体的安全性还需进一步地研究。相信不久的将来，更多类型的适合经皮给药的微针将不断涌现，微针的潜力将得到更大的发挥。​