一、微针技术简介

经皮给药制剂是指药物经皮肤吸收而发挥疗效的制剂。经皮肤吸收的药物即可在局部发挥疗效，也可渗透到皮肤的深层组织或经吸收入血而发挥全身疗效。这种给药方式的历史可追溯到2000余年以前，《内经•素问》中就记载有宋国大夫使用经皮肤吸收的膏药进行局部治疗的案例。然而虽然膏药贴剂使用便捷、患者接受度高，但是因为皮肤的天然屏障作用，药物的吸收利用率低、疗效不佳。

皮肤的天然屏障作用主要来自角质层，角质层中的角质细胞和细胞间质脂质组成的砖墙结构，阻滞了药物的吸收。为克服传统经皮给药制剂的缺点，提高其生物利用度，必须突破角质层的屏障结构。第三代经皮给药制剂的尖端科技——微针技术，能以较低的痛感打破角质层的屏障，产生几百个微米级的孔道，大大促进药物的渗透（见图1）。

早期微针贴片的针头是由金属和硅等硬质材料制成的，将这种贴片贴于皮肤上，硬质的针头很容易折断并残留在皮肤内，引起患者产生疼痛、发炎等不适症状，商业化的应用前景比较差。为解决这个技术难题并依据治疗各类疾病的需要，各国学者相继开发出了各种类型微针技术。如高分子材料微针、生物可降解微针、以及水溶性微针等，现就各类微针贴片的最新研究成果做一个简要介绍。

图1 微针技术

二、微针技术产品类型

1.高分子材料微针

与金属或者硅材料微针不同，高分子材料普遍韧性强，不易折断，使用后可以完整的取出，不残留在皮肤内，提高了长期使用的安全性。以此为基础，并结合糖尿病的特点，美国北卡罗来纳州立大学生物医学工程系华人教授顾臻及其团队研制出一种可控制血糖水平的“智能胰岛素贴片”，并将之发表在《美国国家科学院院刊》上。该项发明是将数百个承载了胰岛素的软质的生物不可降解材料制成的微针附在一个可移除的贴片上。这种由特殊材料制成的微针具有葡萄糖敏感性（见图2）：当暴露在高血糖条件下时微针溶胀，促使胰岛素扩散到皮肤组织中；而当血糖浓度恢复正常时，微针停止溶胀，减缓胰岛素的释放速度，从而达到控制血糖的浓度的目的。“智能胰岛素贴片”大大减少糖尿病患者每天皮下注射胰岛素带来的痛苦，并能有效预防胰岛素递送过量，降低低血糖的风险。

图2 智能胰岛素贴片作用机理

2.生物可降解微针

为克服金属或者硅等硬质微针的缺点，可选用生物可降解的材料制成微针，这类材料即使残留在体内也不会对身体产生影响。以此为灵感，美国乔治亚州理工学院的Mark R. Prausnitz教授及其团队设计出了一款长效避孕微针贴片，并将相关研究结果发表在《Science Advances》杂志上。该类产品（见图3）的设计特点是将避孕微针贴片上镶嵌一块微针矩阵，其中微针长度为600微米，针尖直径为10微米，微针由生物可降解材料制成，将避孕药物左炔诺孕酮封装于其中；此外，在贴片和微针之间，有一层由PVP、柠檬酸和碳酸氢钠制成的衬垫。当微针刺入皮肤后柠檬酸和碳酸氢钠遇组织中水分而发生化学反应，让微针脱落留在皮肤中，其中包裹的药物随包封材料的降解而释放，选择不同降解速度的微针材料，即可控制避孕效果的时效。

图3避孕微针贴片作用机理

3.可溶性微针

可溶性微针的材料为水溶性聚合物，干燥时坚硬，贴在皮肤上能轻易刺破角质层，刺入皮肤后针尖吸收真皮层的液体成分溶解而释放药物。可溶性微针采用的是生物可降解材料，在皮肤内可自行降解，避免了微针断裂在皮肤内部造成的有害残留，生物相容性好。目前可溶性微针技术的应用主要集中在医疗美容领域，现已有产品上市。以玻尿酸微针眼贴膜为例（见图4），将玻尿酸制成长度为200微米的微针，并以微针阵列的形式附于可移除的贴片上。将这种微针贴片贴在眼膜皮肤上，微针刺破角质层直达真皮层，当通道打开后，玻尿酸快速溶解并向周围扩散，从而将原本无法透过皮肤的玻尿酸即其它有效成分快速渗透到周围组织中，达到深层美容的效果。

图4 玻尿酸微针贴膜

微针技术能促进经皮给药制剂药物的透皮吸收，可应用于外用药、医美产品、生物制剂、部分化药等，市场空间非常巨大。

参考文献

[1]Jicheng Yu,Jinqiang Wang,Yuqi Zhang,Guojun Chen,Weiwei Mao,Yanqi Ye,Anna R. Kahkoska,John B. Buse,Robert Langer,Zhen Gu.Glucose-responsive insulin patch for the regulation of blood glucose in mice and minipigs[J].Nature Biomedical Engineering,2020,4(5):.

[2]Li Wei,Tang Jie,Terry Richard N,Li Song,Brunie Aurelie,Callahan Rebecca L,Noel Richard K,Rodríguez Carlos A,Schwendeman Steven P,Prausnitz Mark R.Long-acting reversible contraception by effervescent microneedle patch.[J].Science advances,2019,5(11):

[3]郭新东,陈晓丽.高分子微针,针小用大[J].大学生,2017,(12):92.

[4]//news.hexun.com/2020-05-15/201354361.html.

昆明卫生职业学院

                                                    药学院

                                                  药剂教研室

2020年11月26日