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文献和实验
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提供商 ：创赛生物
服务名称 ：微针材料
Part 1. 背景介绍
透皮药物递送是除口服和静脉内给药外的有效药物递送方式。传统注射给药所产生的疼痛导致依从性差。口服给药方便，但给药效率受到首过效应的限制。
微针是一种克服这些限制的给药新方法，它在皮肤表面形成微米级的毛孔，使药物以侵入性最小的方式通过皮肤的角质层进入真皮层。这种给药方式不仅提高了透皮给药的渗透效率，而且提高了药物递送的生物利用度。
微针可用于透皮和非透皮给药。在透皮给药中，微针可以减轻或消除注射的疼痛。微针的长度范围为25至2000μm，可以在不损伤神经组织的情况下穿透皮肤屏障。此外，微针是一种连续给药，因此可以减少给药频率，特别是糖尿病患者的胰岛素注射。非透皮给药用于颊粘膜和手术暴露的组织，如眼球、血管组织和胃肠道。
Part 2. 微针主要类型及应用
根据微针装置的不同，微针可分为固体微针、药物包被微针、可溶微针、空心微针和水凝胶微针五类。 微针主要应用： 1.伤口修复。微针自身能够减少成纤维细胞产生的收缩和机械应力，通过降低整合素-FAK 信号通路的表达，从而下调 TGF-β1、α-SMA、I 型胶原蛋白和纤连蛋白的表达，有助于显着减少疤痕的形成。 2.糖尿病治疗。频繁注射胰岛素可导致长期并发症和依从性差，胰岛素过量可导致严重休克甚至死亡。微针作为一种无痛、无创、可重复使用的自我给药方式，可将药物剂量要根据实际需要进行调整。 3.癌症治疗。具有纳米颗粒的微针在治疗浅表肿瘤方面非常有前途。 4.疫苗。一些疫苗经过多次冻干、稀释和注射等增加了成本和浪费，使用微针可以降低成本，还可确保持续给药产生的更强的免疫应答。 5.生物传感器。MNs体积小，对皮肤的侵入性较小，可以经常更换所生物污染效应较小，为更大的电流提供更大的电极表面积。
Part 3. 应用实例
固体微针
固体微针是由金属、硅等材料制成，通常不携带药物，最常见用途是用作物理促渗剂，以增加药物透过皮肤的量。 固体微针常用材料： 1.一些金属，如不锈钢、钛、镍、钯等具有良好的综合力学性能，包括高韧性、强度和硬度，可以保证微针的良好力学性能。与硅微针相比，金属微针可以通过电镀、光化学蚀刻、微铣、激光切割等方式生产，成本相对较低，不锈钢、钛等材料广泛应用于医疗器械中，安全性更好。 2.硅微针常用的制备方法主要采用反应离子刻蚀技术、干法刻蚀、湿法刻蚀和微光刻制备硅微针。由于硅是一种脆性材料，硅微针在运输和应用中很容易断裂。
（参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167931719300619）
空心微针
空心微针是预先在微针针体留下细小孔洞，当针体刺入皮肤后，在压力、浓度差、电位等因素影响下释放药物进入真皮层的一种给药形式。 用于空心微针的材料包括： 1.金属。主要是不锈钢、钛、镍、钯和钴合金等。 2.高分子材料。主要包括聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、PMMA、聚对苯二甲酸、聚丙烯、SAN等。主要的制备工艺有微成型和热压成型。3. 硅。
（参考文献： https://link.springer.com/article/10.1007/s10544-012-9683-2）
涂层微针
涂层微针是指将药物涂抹覆盖于固体微针的针体外，当固体微针刺入角质层时，涂层进入真皮层溶解，释放药物的微针。涂层微针具有良好的机械性能，操作简便，但其载药量过低，且涂层可能提早脱落。药物包衣微针可用于递送活性分子，如小分子、蛋白质和疫苗。 用于涂层微针的材料有：不锈钢、钛、硅、陶瓷、PC、PLA、PGA、 PLGA、PCL等。
（参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365918303250）
可溶性微针
可溶性微针大多由可溶或可降解聚合物和碳水化合物制成，具有生物相容性好、毒性低、可塑性好、成本低等特点。在给药过程中，微针插入皮肤，针体与皮肤间质液溶解，药物局部释放。该类型微针还可以根据治疗需要选择不同的制备材料和针体形状，定制快速释放、控释、缓释、刺激反应释放药物等新型可溶性/可降解微针。 常用的微针制备材料有：由可生物降解的聚合物制成，如普鲁兰多糖、糊精、硫酸软骨素、海藻糖、明胶、透明质酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等。操作简便，高安全性，无生物污染。
（参考文献： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202103359）
水凝胶微针
水凝胶微针是由可溶胀聚合物构成的，当其刺入皮肤后，针体吸收皮肤间质液体溶胀为凝胶状态，从而释放药物或提取皮肤中的液体进行生物学检测。 水凝胶微针常用的材料：1. 天然高分子材料，如明胶、丝素蛋白、海藻酸钠、透明质酸、葡聚糖、壳聚糖等。2. 改性化合物如HA-MA、DexMA、PMVE/MA、PAMA/PVA、（PVA+PVA）/CA、Gantrez S-97/PEG等。
（参考文献： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202203064）
刺激响应性微针
刺激响应微针可以快速响应周围环境，如pH、温度、光、电场、酶等，实现药物释放。当刺激反应微针接收到外部刺激信号时，药物主要以分离、降解、裂解和肿胀的形式释放。 用于制备刺激响应型微针可分为： 1.pH响应性微针。感知人体生理pH的变化，实现时空控制的药物释放。 2.光响应型。光触发MNs中使用的光响应材料主要包括低熔点材料，光响应聚合物以及附着/包覆/嵌入光敏剂的纳米材料等。 3.温度响应型。可分为外部温度响应型和内部温度响应型。外部温度响应型主要由低熔点材料制成，当接受外部热量时，低熔点材料熔化引起药物释放。内部温度响应型主要由热敏聚合物制成，根据人体温度的变化而变化。4.磁响应型。磁场响应MNs可以通过外部磁场或射频场刺激或诱导来定位患者位置并按需输送药物，一般由磁性纳米颗粒或磁性高分子材料制成。5.电响应型。通常由可生物降解的聚合物和导电聚合物制成，例如PPy，聚（3,4-乙烯二氧噻吩），聚呋喃和聚苯胺。
（参考文献：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.8b04484 、https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.1c01073 、https://www.tandfonline.com/doi/10.1080/00914037.2018.1517347）
离子电渗疗法微针
离子透入微针是一种利用物理渗透增强方法来增强生物膜药物渗透性的给药系统。离子电渗疗法微针的出现为经皮递送亲水性和大分子药物提供了新的研究思路。 离子电渗疗法微针优点：1. 可增加许多分子的皮肤渗透和递送范围，可用于增强离子和非离子药物的透皮递送。 2.离子电渗疗法和微针的组合产生的通量比两者的单次应用更高。 3.药物释放的速率和量也可以通过调节外部电流密度来调节。
（参考文献： https://www.nature.com/articles/s41378-020-00224-z）
仿生微针
仿生微针是通过模拟自然界中的各种样品制成的，通过仿真得到更优良的几何形状，从而具有优异的性能。 仿生微针的好处： 1.仿生微针优异的几何形状和机械性能可以大大减少针表面与皮肤组织的接触面积，有助于切割皮肤组织并降低插入力。 2.对物理、电生理或生化刺激具有高响应性的响应系统已与仿生微针相结合，以实现时空可控的药物递送。
（参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720328692、https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c06279 、https://www.nature.com/articles/ncomms2715 https://www.science.org/doi/full/10.1126/scitranslmed.aaw3329）
3D打印微针
3D打印是一种增材制造技术，根据材料逐层沉积的方式快速生产3D原型。3D打印所具有的多功能性和可定制性可以制造出高精度的复杂结构，为具有特殊要求和材料的患者制造宏观和微观尺度的微针。 3D打印微针的应用范围有： 1.药物和疫苗递送。3d打印微针可增强皮肤中药物递送的潜力，并改善了非侵入性、自我接种疫苗的体液免疫反应。 2.化妆品应用。微针可以在不到达神经的情况下通过创建微通道将活性化妆品分子输送到皮肤中。 3.诊断和样品提取。可用于抽取含有生物标志物的间质液，分析患者的健康状况并潜在地检测疾病和肿瘤。 4.生物传感应用。可用于POC(护理点)生物传感应用，微针阵列收集的样品很容易检测到目标分子和生物标志物。
（参考文献： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/EXP.20210109）
透皮药物递送是除口服和静脉内给药外的有效药物递送方式。传统注射给药所产生的疼痛导致依从性差。口服给药方便，但给药效率受到首过效应的限制。
微针是一种克服这些限制的给药新方法，它在皮肤表面形成微米级的毛孔，使药物以侵入性最小的方式通过皮肤的角质层进入真皮层。这种给药方式不仅提高了透皮给药的渗透效率，而且提高了药物递送的生物利用度。
微针可用于透皮和非透皮给药。在透皮给药中，微针可以减轻或消除注射的疼痛。微针的长度范围为25至2000μm，可以在不损伤神经组织的情况下穿透皮肤屏障。此外，微针是一种连续给药，因此可以减少给药频率，特别是糖尿病患者的胰岛素注射。非透皮给药用于颊粘膜和手术暴露的组织，如眼球、血管组织和胃肠道。
Part 2. 微针主要类型及应用
根据微针装置的不同，微针可分为固体微针、药物包被微针、可溶微针、空心微针和水凝胶微针五类。 微针主要应用： 1.伤口修复。微针自身能够减少成纤维细胞产生的收缩和机械应力，通过降低整合素-FAK 信号通路的表达，从而下调 TGF-β1、α-SMA、I 型胶原蛋白和纤连蛋白的表达，有助于显着减少疤痕的形成。 2.糖尿病治疗。频繁注射胰岛素可导致长期并发症和依从性差，胰岛素过量可导致严重休克甚至死亡。微针作为一种无痛、无创、可重复使用的自我给药方式，可将药物剂量要根据实际需要进行调整。 3.癌症治疗。具有纳米颗粒的微针在治疗浅表肿瘤方面非常有前途。 4.疫苗。一些疫苗经过多次冻干、稀释和注射等增加了成本和浪费，使用微针可以降低成本，还可确保持续给药产生的更强的免疫应答。 5.生物传感器。MNs体积小，对皮肤的侵入性较小，可以经常更换所生物污染效应较小，为更大的电流提供更大的电极表面积。
Part 3. 应用实例
固体微针
固体微针是由金属、硅等材料制成，通常不携带药物，最常见用途是用作物理促渗剂，以增加药物透过皮肤的量。 固体微针常用材料： 1.一些金属，如不锈钢、钛、镍、钯等具有良好的综合力学性能，包括高韧性、强度和硬度，可以保证微针的良好力学性能。与硅微针相比，金属微针可以通过电镀、光化学蚀刻、微铣、激光切割等方式生产，成本相对较低，不锈钢、钛等材料广泛应用于医疗器械中，安全性更好。 2.硅微针常用的制备方法主要采用反应离子刻蚀技术、干法刻蚀、湿法刻蚀和微光刻制备硅微针。由于硅是一种脆性材料，硅微针在运输和应用中很容易断裂。
（参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167931719300619）
空心微针
空心微针是预先在微针针体留下细小孔洞，当针体刺入皮肤后，在压力、浓度差、电位等因素影响下释放药物进入真皮层的一种给药形式。 用于空心微针的材料包括： 1.金属。主要是不锈钢、钛、镍、钯和钴合金等。 2.高分子材料。主要包括聚氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚苯乙烯、PMMA、聚对苯二甲酸、聚丙烯、SAN等。主要的制备工艺有微成型和热压成型。3. 硅。
（参考文献： https://link.springer.com/article/10.1007/s10544-012-9683-2）
涂层微针
涂层微针是指将药物涂抹覆盖于固体微针的针体外，当固体微针刺入角质层时，涂层进入真皮层溶解，释放药物的微针。涂层微针具有良好的机械性能，操作简便，但其载药量过低，且涂层可能提早脱落。药物包衣微针可用于递送活性分子，如小分子、蛋白质和疫苗。 用于涂层微针的材料有：不锈钢、钛、硅、陶瓷、PC、PLA、PGA、 PLGA、PCL等。
（参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365918303250）
可溶性微针
可溶性微针大多由可溶或可降解聚合物和碳水化合物制成，具有生物相容性好、毒性低、可塑性好、成本低等特点。在给药过程中，微针插入皮肤，针体与皮肤间质液溶解，药物局部释放。该类型微针还可以根据治疗需要选择不同的制备材料和针体形状，定制快速释放、控释、缓释、刺激反应释放药物等新型可溶性/可降解微针。 常用的微针制备材料有：由可生物降解的聚合物制成，如普鲁兰多糖、糊精、硫酸软骨素、海藻糖、明胶、透明质酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等。操作简便，高安全性，无生物污染。
（参考文献： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202103359）
水凝胶微针
水凝胶微针是由可溶胀聚合物构成的，当其刺入皮肤后，针体吸收皮肤间质液体溶胀为凝胶状态，从而释放药物或提取皮肤中的液体进行生物学检测。 水凝胶微针常用的材料：1. 天然高分子材料，如明胶、丝素蛋白、海藻酸钠、透明质酸、葡聚糖、壳聚糖等。2. 改性化合物如HA-MA、DexMA、PMVE/MA、PAMA/PVA、（PVA+PVA）/CA、Gantrez S-97/PEG等。
（参考文献： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202203064）
刺激响应性微针
刺激响应微针可以快速响应周围环境，如pH、温度、光、电场、酶等，实现药物释放。当刺激反应微针接收到外部刺激信号时，药物主要以分离、降解、裂解和肿胀的形式释放。 用于制备刺激响应型微针可分为： 1.pH响应性微针。感知人体生理pH的变化，实现时空控制的药物释放。 2.光响应型。光触发MNs中使用的光响应材料主要包括低熔点材料，光响应聚合物以及附着/包覆/嵌入光敏剂的纳米材料等。 3.温度响应型。可分为外部温度响应型和内部温度响应型。外部温度响应型主要由低熔点材料制成，当接受外部热量时，低熔点材料熔化引起药物释放。内部温度响应型主要由热敏聚合物制成，根据人体温度的变化而变化。4.磁响应型。磁场响应MNs可以通过外部磁场或射频场刺激或诱导来定位患者位置并按需输送药物，一般由磁性纳米颗粒或磁性高分子材料制成。5.电响应型。通常由可生物降解的聚合物和导电聚合物制成，例如PPy，聚（3,4-乙烯二氧噻吩），聚呋喃和聚苯胺。
（参考文献：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.8b04484 、https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.1c01073 、https://www.tandfonline.com/doi/10.1080/00914037.2018.1517347）
离子电渗疗法微针
离子透入微针是一种利用物理渗透增强方法来增强生物膜药物渗透性的给药系统。离子电渗疗法微针的出现为经皮递送亲水性和大分子药物提供了新的研究思路。 离子电渗疗法微针优点：1. 可增加许多分子的皮肤渗透和递送范围，可用于增强离子和非离子药物的透皮递送。 2.离子电渗疗法和微针的组合产生的通量比两者的单次应用更高。 3.药物释放的速率和量也可以通过调节外部电流密度来调节。
（参考文献： https://www.nature.com/articles/s41378-020-00224-z）
仿生微针
仿生微针是通过模拟自然界中的各种样品制成的，通过仿真得到更优良的几何形状，从而具有优异的性能。 仿生微针的好处： 1.仿生微针优异的几何形状和机械性能可以大大减少针表面与皮肤组织的接触面积，有助于切割皮肤组织并降低插入力。 2.对物理、电生理或生化刺激具有高响应性的响应系统已与仿生微针相结合，以实现时空可控的药物递送。
（参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720328692、https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c06279 、https://www.nature.com/articles/ncomms2715 https://www.science.org/doi/full/10.1126/scitranslmed.aaw3329）
3D打印微针
3D打印是一种增材制造技术，根据材料逐层沉积的方式快速生产3D原型。3D打印所具有的多功能性和可定制性可以制造出高精度的复杂结构，为具有特殊要求和材料的患者制造宏观和微观尺度的微针。 3D打印微针的应用范围有： 1.药物和疫苗递送。3d打印微针可增强皮肤中药物递送的潜力，并改善了非侵入性、自我接种疫苗的体液免疫反应。 2.化妆品应用。微针可以在不到达神经的情况下通过创建微通道将活性化妆品分子输送到皮肤中。 3.诊断和样品提取。可用于抽取含有生物标志物的间质液，分析患者的健康状况并潜在地检测疾病和肿瘤。 4.生物传感应用。可用于POC(护理点)生物传感应用，微针阵列收集的样品很容易检测到目标分子和生物标志物。
（参考文献： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/EXP.20210109）
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