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微針陣列（MN）是一種用于穿透皮膚最外層角質(zhì)層的微創(chuàng)裝置，角質(zhì)層是局部用藥的主要屏障。它們被廣泛應(yīng)用于包括化妝品和藥品在內(nèi)的一系列應(yīng)用中。它們的使用涉及到一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)、安全和只需要少量訓(xùn)練的有效技術(shù)。微針陣列最初被用作面部疤痕和皮膚再生的膠原蛋白誘導(dǎo)療法，至今仍然如此使用，但現(xiàn)在也被廣泛用作治療藥物和疫苗的透皮給藥系統(tǒng)。

在學(xué)術(shù)和工業(yè)環(huán)境中，已經(jīng)有無(wú)數(shù)關(guān)于微針特性和使用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行藥物輸送的研究發(fā)表。

以下是主要的研究領(lǐng)域：

l     將陣列壓縮到已知軟基底（如動(dòng)物皮膚或合成類(lèi)似物）中，評(píng)估每個(gè)陣列所需的穿透力。

l     測(cè)量人體對(duì)軟基板上的陣列施加的力，通常在質(zhì)構(gòu)儀的校準(zhǔn)平臺(tái)上進(jìn)行。

l     使用拉伸試驗(yàn)測(cè)量陣列背襯材料的特性。

l     以已知的力將陣列壓縮到硬基片中。針強(qiáng)度是陣列的一個(gè)重要特性。針頭應(yīng)足夠堅(jiān)固，能夠插入皮膚而不會(huì)發(fā)生故障。針剛度可從力-位移圖中測(cè)量，并且在某些情況下，極限強(qiáng)度可以作為圖上的斷裂點(diǎn)來(lái)測(cè)量。見(jiàn)的是，微針高度因彎曲或鈍化而發(fā)生的百分比變化通過(guò)校準(zhǔn)光學(xué)或電子顯微鏡中的測(cè)量進(jìn)行評(píng)估。將針頭壓入金屬底座與將針頭插入皮膚是不同的方法。該測(cè)試僅用于比較不同批次的陣列并確認(rèn)制造的一致性，或評(píng)估不同制造工藝對(duì)針強(qiáng)度的影響。

下面概述了一些研究的例子。

Navarra大學(xué)的研究人員一直在研究微針對(duì)皮內(nèi)菌病皮內(nèi)注射的溶解作用。疫苗接種是預(yù)防和控制傳染病的主要策略之一。然而，近幾十年來(lái)，人們做出了許多努力，以獲得傳統(tǒng)肌肉注射或皮下注射疫苗給藥途徑的替代方案，這些途徑主要通過(guò)皮下注射針給藥并且需要訓(xùn)練有素的醫(yī)護(hù)人員。這項(xiàng)研究考察了微針陣列的機(jī)械性能和溶解性能，以及它們?cè)谛∈篌w內(nèi)的免疫原性和保護(hù)能力。他們使用TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行壓縮測(cè)試，以評(píng)估微針高度的百分比變化以及插入基材的力。由于目前沒(méi)有針對(duì)志賀桿菌病的許可疫苗，因此該制劑是一種很有前途的候選疫苗，可作為疫苗遞送系統(tǒng)，可以在發(fā)展中國(guó)家進(jìn)行簡(jiǎn)單和廣泛的免疫接種。

Greenwich大學(xué)的科學(xué)家們一直在研究用于皮膚腫瘤抗癌治療的3D打印微針。在過(guò)去的20年中，微針裝置已廣泛用于各種藥物的非侵入性透皮給藥。在皮膚上應(yīng)用微針陣列的進(jìn)展涉及用于治療皮膚腫瘤的抗癌劑的遞送。在這項(xiàng)研究中，制備了新型3D打印聚合物微針陣列，用于增強(qiáng)（Cisplatin）對(duì)A-431表皮樣皮膚腫瘤的治療效果。他們使用TA.HD plus質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量微針陣列穿透皮膚的能力。這項(xiàng)研究證明了3D打印微針在提供抗癌藥物體內(nèi)透皮給藥方面的適用性。

Kent大學(xué)的研究人員正在研究一種新型的3D打印空心微針微機(jī)電系統(tǒng)，用于控制、個(gè)性化的透皮給藥。藥物遞送裝置的進(jìn)步對(duì)于患者治療的個(gè)性化和醫(yī)療保健的改善至關(guān)重要。本文介紹了3DMNMEMS，這是一種結(jié)合了3D打印、微針（MNs）和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的新型設(shè)備，允許用戶(hù)進(jìn)行多功能和可控的透皮給藥。空心微針采用立體光刻技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和3D打印，然后集成到MEMS中。通過(guò)采用的成像技術(shù)，他們實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備輸送的液體在皮膚組織內(nèi)的分布。他們使用TA.HD plus質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量微針穿透豬皮的能力，并確定穿透力。體內(nèi)試驗(yàn)表明，與皮下注射相比，使用3DMNMEMS輸送胰島素可改善糖尿病動(dòng)物的血糖控制。這些結(jié)果證明了3DMNMEMS作為一種用于個(gè)性化護(hù)理的通用透皮給藥系統(tǒng)的潛力。

Kent大學(xué)的科學(xué)家們一直在研究?jī)?yōu)化3D 打印實(shí)心微針的設(shè)計(jì)和制造參數(shù)，以提高強(qiáng)度、銳度和藥物輸送。3D打印已成為一種強(qiáng)大的制造技術(shù)，并且在制造微針介導(dǎo)的透皮系統(tǒng)中引起了廣泛關(guān)注。本文描述了3D打印微針的優(yōu)化策略，從設(shè)計(jì)到藥物遞送階段。系統(tǒng)地探討了設(shè)計(jì)和制造參數(shù)與質(zhì)量和性能之間的關(guān)鍵關(guān)系。使用TA.HD plus質(zhì)構(gòu)儀在豬皮上對(duì)3D打印微針進(jìn)行拼接測(cè)試。發(fā)現(xiàn)打印和打印后設(shè)置參數(shù)分別影響質(zhì)量和材料力學(xué)性能。結(jié)果表明，微針幾何形狀影響穿刺行為、斷裂和涂層形態(tài)。通過(guò)噴墨涂布的微針在豬皮中的胰島素遞送被證明受微針設(shè)計(jì)的影響。

Belfast皇后大學(xué)的科學(xué)家們一直在研究大型微針貼片的透皮給藥效率，目的是將該技術(shù)應(yīng)用于臨床給藥。他們最近發(fā)表了一篇題為“人類(lèi)志愿者成功應(yīng)用大型微針貼片”的論文。微針陣列由志愿者自行應(yīng)用于皮膚，并測(cè)量經(jīng)皮水分損失，以確認(rèn)成功應(yīng)用。在SMS的 TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀上，使用軸向壓縮試驗(yàn)在設(shè)定的力下測(cè)量這些貼片的針強(qiáng)度，使用雙面膠帶將陣列連接到質(zhì)構(gòu)儀的移動(dòng)測(cè)試探針上。使用手持式數(shù)碼顯微鏡監(jiān)測(cè)針頭高度的變化。質(zhì)構(gòu)儀還用于將微針陣列控制應(yīng)用于折疊薄膜人造皮膚，以便在薄板展開(kāi)后檢查每個(gè)深度的孔數(shù)。

Aveiro大學(xué)的科學(xué)家們一直在研究魯蘭多糖微針貼片，以有效的透皮給藥來(lái)設(shè)想糖尿病治療。本研究報(bào)告了使用普魯蘭多糖（PL）制備可溶性微針（MN）貼片，普魯蘭多糖是一種具有優(yōu)異成膜能力的水溶性多糖，用于胰島素的透皮給藥。通過(guò)微模壓成功制備了PL-MNs貼片，并顯示出良好的熱穩(wěn)定性（Tdmax=294°C）和機(jī)械性能，如體外皮膚試驗(yàn)所示，可穿透381μm深度的皮膚。他們使用TA.XT2質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行針強(qiáng)度的壓縮試驗(yàn)以及對(duì)基底的滲透試驗(yàn)。在體外應(yīng)用于人腹部皮膚后，微針在2小時(shí)內(nèi)溶解，釋放高達(dá)87%的胰島素。當(dāng)在4、20和40°C下儲(chǔ)存4周時(shí)，胰島素能夠保留其二級(jí)結(jié)構(gòu)，如圓二色譜分光光度法所示。制備的PL-MN對(duì)人角質(zhì)形成細(xì)胞無(wú)細(xì)胞毒性，適合皮膚應(yīng)用。這些發(fā)現(xiàn)表明PL-MNs具有透皮遞送胰島素的潛力，從而避免皮下注射。

評(píng)估微針陣列的機(jī)械性能是其研發(fā)的一個(gè)強(qiáng)制性階段。這些性質(zhì)可能會(huì)因原材料、輸送的藥物和所使用的制造工藝變化而改變。必須在每次成分或工藝修改迭代后對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。