低成本的空心微针阵列：可用于安全无痛、大批量疫苗经皮注射

空心微针具有无痛、安全、载药量高、可连接外在给药或检测装置等优点；在新型药物研发及经皮检验中具有很好的应用前景。然而，由于微细空腔结构加工难度大、制备成本高、批次间一致性差，导致空心微针难以批量制备，限制了空心微针技术的发展。近日，南方医科大学南方医院周翠萍博士与中山大学周建华课题组合作，共同报道了一种工艺简单、造价低的空心微针复制制备技术，实现了空心微针阵列的低成本、高批次一致性批量制备，并展示了微针在疫苗安全无痛注射的应用（图1）。

图1. 空心微针阵列的可控制、大批量制备策略及疫苗注射应用

自20世纪90年代中期首次面世，微针由于其无痛、使用方便、降低穿刺风险、病人依从性高等优点，受到广泛关注。其中，空心微针保留了内腔或空腔结构，还具备载药量高、连接外在给药或检测装置等优点，不仅保留了传统皮下针的用途，还在新兴药物开发中具有很好的应用前景。但由于微细空腔结构加工难度大，目前用于制造空心微针的微加工技术主要包括光刻、干/湿蚀刻、3D打印等，这些技术通常依赖于昂贵的仪器（例如电子束光刻系统、高性能紫外光源或高功率激光器），所制造出来的空心微针几何结构不一，在穿刺性能评估时难以统一；工艺复杂和仪器昂贵导致目前空心微针制备成本高、批次间一致性差，难以投入大规模生产的现况，阻碍了空心微针技术在市场上的进一步推广。

传统皮下针是一种广泛应用的医疗器械。经过140多年的临床实践，锐利的针尖的几何结构设计精良，可减少穿透皮肤的阻力，减轻疼痛。其空腔结构允许药物的装载及液体运输。周翠萍博士等采用传统皮下针为蓝本，剪取其针尖，制作成金属空心微针阵列，然后将此阵列作为原始模板，复制制备出与模板阵列结构一致的空心微针。这一方法可实现微针阵列的低成本和大规模生产（每个微针造价：≤5美分），同时还可用于不同材料的空心微针制备。所复制出的空心微针很好地保留了传统皮下针的中空结构特点，具有批次一致性高、穿刺性能好、细胞相容性高、载药量大等优点。该团队还以前列腺酸性磷酸酶粒-巨噬细胞集落刺激因子融合蛋白为模型疫苗，在小鼠上进行微针疫苗接种，其接种效果与传统皮下针疫苗接种效果相当（图2）。

图2. 空心微针阵列用于小鼠疫苗注射（有效抗体滴度达1:1000）

总的来说，该空心微针制备技术具有下述特点：（1）成本低、制备简单、易于批量生产；（2）高度保留了传统皮下针的中空结构和几何结构，载药量大、穿刺性能好；（3）微创、无痛，生物安全性高、患者依从性高。目前正处于全球大批量接种新冠疫苗时期，大批量的微针复制技术应用于疫苗领域，有助于解决当下新冠疫苗冷链运输和安全注射的问题，有利于大批量疫苗注射的推进。在未来，该技术还可用于经皮检测，有助于推动新型检验的发展。

相关结果近期以封面文章的形式发表在Advanced Engineering Materials 杂志上。

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Hollow Microneedle Arrays Produced by Low-Cost, High-Fidelity Replication of Hypodermic Needle Tips for High-Dose Transdermal Drug Delivery

Cuiping Zhou, Hao Tang, Li Zhang, Hong An, Yunjin Wu, Ding Tang, Jianhua Zhou

Adv. Eng. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adem.202001355