微针经皮给药技术研究进展

朱凤，金凡茂，赵昱,3，余正勇，胡园，高鹏飞,3Δ

(1.大理大学 昆虫生物医药研究院 云南省昆虫生物医药研发重点实验室，云南 大理 671000；2.药用特种昆虫开发国家地方联合工程研究中心，云南 大理 671000；3.大理大学 中国西南药用昆虫及蛛形类资源开发利用2011协同创新中心，云南 大理 671000)

微针经皮给药技术研究进展

朱凤1,2，金凡茂1,2，赵昱1,2,3，余正勇1,2，胡园1,2，高鹏飞1,2,3Δ

(1.大理大学 昆虫生物医药研究院 云南省昆虫生物医药研发重点实验室，云南 大理 671000；2.药用特种昆虫开发国家地方联合工程研究中心，云南 大理 671000；3.大理大学 中国西南药用昆虫及蛛形类资源开发利用2011协同创新中心，云南 大理 671000)

动物药物含有大量多肽且其生物活性较强，注射、口服、皮下均不失其生物特性，因此国内外学者不断研究并且结合中国传统医学针灸、穴位疗法和经皮给药技术创造了微针技术。微针经皮给药技术的研发日趋成熟，微针给药高效、安全、无痛、低成本，具有临床运用的可能。本文阐述了微针的特点、分类及近几年微针在科研领域的研究进展，同时，本文也简述了经皮给药微针的制作方法，为今后更方便的了解微针及微针的制作奠定理论基础。

微针；经皮给药；研究进展

皮肤是人体的天然屏障，也是人体主要的排泄器官，对人体具有重要的保护作用。当药物经皮肤进入血液循环时，可以避免消化道内的消化酶破坏及肝脏的首过效应，不会引起胃肠道反应，能直接作用于靶部位发挥疗效，是药物吸收的重要系统之一。但是，皮肤表皮层中的角质层对药物具有一定的阻碍作用，使药物的转运效率降低，只有微量药物能够到达真皮层的毛细血管而被吸收和利用，从而影响药物疗效。微针能够刺穿皮肤的角质层，使药物顺利到达真皮层的毛细血管而被吸收，具有稳定、快速、无痛等特点，同时能够降低给药误差，显著提高药物的生物利用度等[1]。本文综述了近年来微针在促进给药方面的研究，并具体说明微针的原理、分类、优点、应用及制作方法。

1 微针经皮给药的原理

微针是由硅、金属或其他材料通过微电子制造技术或微铸模技术制成的直径为30～80 μm，长度为几百微米到几毫米不等的细小的针。它能有效刺穿皮肤的角质层，通过在皮肤表面形成微小通道，药物可到达皮肤指定深度，被吸收进入血液而发挥作用，是一种集透皮贴片与皮下注射双重释药特点于一体的微经皮给药系统。微针主要的给药方式有贴针、蘸针、包衣微针、包囊药物微针和微针注射等[2]，具有生物利用度高，无损伤性、剂量可控、稳定、无痛感的优点。主要用于大分子物质如蛋白质、核酸、疫苗等的经皮吸收，此外，在美容界也有广泛的用途，微针产生的微小通道可以使皮下腺产生的汗液更好的排出体外，使缓解毛孔堵塞性及油性皮肤得到缓解；另外，可增加皮肤用品如乳剂、凝胶和洗液等的吸收量，提高有效成分的利用率。

2 微针的分类及特点

随着20世纪90年代微纳米加工技术的发展，微针在药学领域的运用逐渐成为可能，并先后开发出了金属微针(主要材料有不锈钢、钛合金、镍、钯等)、硅及二氧化硅微针、玻璃微针、聚合物微针等类型[3]。在实际运用中，可根据中心是否有微型通道将微针分为实心微针和空心微针。实心微针按给药方式不同又可分为可溶性载药微针、不可溶性药物涂层微针、组织预处理微针。此外，还可分为生物微针与人造微针、异面微针与同面微针等。

2.1 实心微针

2.1.1 可溶性载药微针:可溶性载药微针由可生物降解的或完全使用水溶性的聚合物制备而成，将药物与高分子聚合物混合后封存于微针的针体之中，微针刺入皮肤时溶解或降解，释放被包封于微针内部的药物，在不留下任何废弃物的同时，具备一定的缓释效果[4]。

Migalsk等[5]用MA(马来酸酐)和PMVE(乙烯基甲醚)制备的可降解(可溶性)微针阵列，用其对胰岛素的传输性能进行评价：将携带胰岛素的可溶性微针阵列从背部插入糖尿病大鼠皮肤内，测量糖尿病大鼠在不同时间点的血糖浓度；同时与皮下注射胰岛素对比。一方面降低了血糖含量，另一方面体现出持续给药的效果，表明微针是糖尿病临床治疗非常有潜力的剂型。

但是，可溶性微针在制作过程中加入的部分有机溶剂可能会对皮肤有一定的刺激作用，同时，某些条件对药物的活性也会有影响。国外报道表明[6]，针体含药量超过10%时，牛血清蛋白和钙黄绿素的可溶性微针的机械性能就会受到影响，说明可溶性载药微针的载药量受到微针自身因素的限制。

2.1.2 不可溶性药物涂层微针:不可溶性药物涂层微针又称为包衣微针，主要是指将药物包裹在实心微针上，在微针刺入皮肤时表面上的药物溶解脱落，从而被皮肤吸收，发挥药效。包衣的方法主要有喷雾法、蘸取法等，主要适用于水溶性药物，此种方法优点是可以增加给药的安全性和可靠性，但是由于各种药物与微针针体的表面张力不同，故包裹的药物含量较小，且对针尖的锐度影响较大[7]。一般提高针体载药量的方法有增加药液黏度、增加药物在针体表面的厚度或者使用高分子材料预处理等方式[4]。

Cormier等[8]使用Macroflux微针经皮给药系统，使用阵列面积为2cm2，在微针的针尖部包裹不同剂量的去氨加压素后，经过豚鼠在体实验，去氨加压素的生物利用度可增加为85%，检测豚鼠体内活性去氨加压素血药浓度，显示其药动学与静脉注射相似，提示不存在皮肤的滞留和储库。另外，此微针经皮给药系统还显示出极好的皮肤耐受性。

2.1.3 实心组织预处理微针:组织预处理微针指微针作用于皮肤后，在皮肤角质层上形成微小的孔隙，然后在皮肤表面敷上药贴，药物经孔隙进入真皮层被吸收来发挥作用[9]。已有研究显示[10]，实体微针经皮给药的方式不会引起人体的不良反应，是一种安全、有效的透皮吸收促进技术。岳瑞峰等[11]研究表明：硅基实心微针阵列的高度和阵列密度分别为140 μm和730 cm-2时可以显著提高钙黄绿素的体外透皮速率和胰岛素的透皮吸收速率。

陈华兵等[12]对不同形状的不锈钢微针进行了研究，发现微针预处理后透皮速率有明显提高，三角形微针、梯形微针、矛形微针对鬼臼毒素的促渗能力依次增强，并且同种针形微针预处理皮肤时间越长，鬼臼毒素的透皮速率越大。法国布尔格尼大学医学院等[13]研究了用新型真皮/表皮微针给药系统对成熟体狂犬疫苗接种的安全性和有效性。用微针接种狂犬病毒疫苗毒素后，志愿者在临床评估中发现微针经皮注射的抗体剂量在1/4肌肉注射剂量时是安全、有效和可靠的；相反，无微针处理的表皮传输不会产生针对狂犬疫苗的免疫反应。美国肯塔基大学[14]研究了经微针预处理的皮肤对纳曲酮聚乙二醇前药的渗透情况。研究表明：经过微针处理后，对于药物经皮给药后渗透性的提高有显著的影响。

2.2 空心微针 空心微针是指与实心微针尺寸相似，在针的轴线上有类似与传统注射功能的小孔，跟微注射相似。与实心微针相比，空心微针既可以刺入皮肤，也可以允许流体通过，对药物的吸收有良好的促进作用。单只空心微针可以充当皮下注射针头，其无痛的特点可以改善患者的顺应性；空心微针整列一次性输送的药物量远大于实心微针的载药量，有生物利用度高及起效快等特点[15]。

对于空心微针的使用，主要有注入和抽取2种方式。此列微针都具有微注系统，通过将各种药物液体注入角质层下，可显著提高经皮给药的效率且不易产生疼痛；如此通过微针定时吸取体液，进行实时在线分析。McAllister等[16]利用单根玻璃微针对糖尿病大鼠皮肤进行了30 min胰岛素微注，在5 h以内可引起引起大鼠血糖下降70%。此外，Smart等[17]还使用微针从皮肤抽取纳升级的血液，进行血糖分析。孔祥清等[18]研究发现：白纹伊蚊刺入人体皮肤的针就类似于空心微针，这种蚊子口针用几乎与蚊子体重相当的力就可以刺穿皮肤，属于空心微针发展中一个很好的仿生模型。

3 微针发展中的实际应用

自上世纪90年代首次报道微针在经皮给药中的运用以来，微针的运用就备受关注。正是由于微针在经皮给药方面的诸多优点，引起了人们将微针与药物结合的不断研究和探索，并在疫苗、光敏剂、胰岛素、低分子肝素等的皮肤给药应用方面有了一定进展[19]。并且在国外已经有部分药物运用于体内的研究，具有很高的评价，微针正在朝着越来越有利于人类健康的方向发展。

微针处理后在皮肤表面形成的微小孔道可以提高重组DNA质粒的经皮吸收速率，使重组质粒在体内更好的发挥作用。尹东锋等[20]报道，微针阵列可以将DNA疫苗成功接种到动物体内，使外源抗原基因在体内表达，产生抗原，激活机体的免疫系统，引发免疫反应，产生保护性免疫，并且速率较传统方法更快，能够提高用药的安全性和顺应性。同时，微针预处理小鼠活体皮肤后所产生的孔洞，能够为阳离子聚合物/乙肝DNA疫苗复合物穿透角质层提供通道，使阳离子聚合物/乙肝DNA疫苗复合物在转染4 h达到最大吞噬率，并且相比于肌肉注射和常规给药，DNA疫苗复合物微针经皮给药能显著的提高机体内的体液及细胞免疫，说明微针经皮给药后大部分DNA疫苗被抗原提呈细胞所捕获。胡英[21]研究也表明在微针作用下，抗肿瘤DNA疫苗纳米粒的经皮透过速率显著提高，产生了较显著的肿瘤抑制效应。

纳米粒具有缓控释特性，除了在口服和非胃肠道给药中运用广泛外，其缓控释特性还可用于经皮给药，以保持皮层内的药物浓度，使药物达到缓控释的效果。但是由于皮肤角质层的阻隔作用，纳米粒透过毛囊进入皮肤的量有限。张玮等[22]用微针处理裸鼠皮肤，并给予纳米粒混悬液，用HPLC法测定纳米粒的分布，发现微针能够显著增加纳米粒在皮肤内的滞留量，使纳米粒中的药物缓慢释放、降低药物刺激性等。

蛋白质、多肽等大分子药物，由于胃肠道黏膜的低透过性和肝脏的首过效应使口服给药几乎无效，用微针预处理后给药或者将药物包入可降解微针中，就可以改变患者用药的顺应性，使药物发挥最大作用。Matriano等[23]研究了卵白蛋白的微针经皮给药方式，发现将卵白蛋白涂于微针表面经皮传输，其抗体增强反应明显提高。刘姝等[24]将胰岛素包入可溶解性透明质酸微针中，进行大鼠体内的溶解性能测试和人离体皮肤透皮吸收速率检测，发现胰岛素的经皮吸收有明显的提高，且以透明质酸为基质制备的微针有良好的溶解性及轻度的刺激性。

微针也能使部分化学药物的透皮吸收速率明显提高。如唐人杰等[25]研究了星型硅微针阵列对吲哚美辛、美索巴莫、酮洛芬、更昔洛韦的促渗作用，发现星型硅微针阵列对水溶性药物的促透效果比脂溶性药物显著。李晓光等[26]研究表明无痛微针透皮贴片对局部应用利多卡因促渗作用良好，并且能够提高安全性和疗效。张娟娟等[27]研究表明：滚轮微针能有效提高维A酸的经皮渗透量，且微针密度不同促透作用不同。此外，研究发现，微针在对熊果苷[28]、神经生长因子[29]、盐酸青藤碱[30]等的透皮给药中都有不同程度的促渗作用。

4 微针阵列的制作工艺[31]

微针的制作主要分为激光切割和微机电加工技术，其中微机电加工技术包括微电子机械系统(MEMS)和光刻—电铸—铸塑LIGA。激光切割技术主要用于金属微针的制作。微机电加工技术主要通过离子刻蚀或者电镀技术制出微针模具，再通过浇铸、电镀、离子刻蚀等步骤制备金属微针，或者通过药物与聚合物结合制备可溶性微针。

其中，离子刻蚀技术制作模具的步骤大致如下：a.清洗硅片；b.氧化硅片表面；c.使氧化层图形化；d.化学光刻胶图形化；e.光刻胶保护深反应离子刻蚀，刻蚀深度约200 μm；d.去除光刻胶保护；e.氧化层保护深反应离子刻蚀,刻蚀深度约100 μm；f.去除氧化层，并整片表面生长很薄的氧化层用于表面的修饰。电镀技术制作圆锥形异平面微针模具的步骤大致如下：第一步：将掩模板固定在涂有SU-8胶的玻璃基底层上，并且要将掩模板上有图形的一面与SU-8胶紧贴后固定到电极板上，将水平基板倾斜，基片与掩模板随电机旋转曝光；第二步：经中烘、显影后得到凹锥形阵列模具；第三步：在第二步得到的结构中填充PDMS，脱模后得到PDMS圆锥形异平面微针结构；第四部：在第三步所得的PDMS上溅射Cr/Cu层，再次填充PDMS脱模后得到PDMS凹圆锥形异平面针状结构；第五步：再脱模后的PDMS凹圆锥形异平面针状结构上溅射Cr/Cu层后电镀金属材料，脱模后即得到该电镀金属材料的圆锥形异平面针。

5 结语

微针给药受微针自身条件、微针预处理方式、药物的性质、给药时间、皮肤性质等的影响，因此，虽然微针有无痛、稳定、快速等特点，同时具有注射给药和透皮给药的双重优势，但其还处于应用研究的初级阶段，安全性和有效性等还需要进一步的研究。不过相信随着科技的进步和研究的深入及3D技术的发展，微针面临的问题也会迎刃而解。由于经皮给药制剂的疗效显著[32-33]，在疾病中的应用研究已经日益广泛，由此将来会有越来越多的新型微针透皮给药系统，微针将在医药领域的中发挥重要作用。

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(编校：吴茜)

Research progress in transdermal deliver technology of micro needle

ZHU Feng1,2, JIN Fan-mao1,2, ZHAO Yu1,2,3, YU Zheng-yong1,2, HU Yuan1,2, GAO Peng-fei1,2,3Δ

(1.Yunnan Provincial Key Laboratory of Entomological Biopharmaceutical R&D,Institute of Entomoceutics Research,Dali University,Dali 671000,China;2.National-Local Joint Engineering Research Center of Entomoceutics,Dali 671000,China;3.Yunnan Provincial 2011 Collaborative Innovation Center for Entomoceutics,Dali University,Dali 671000,China)

Animal medicine contains a large number of polypeptide and its biological activity is stronger,but it’s biological characteristics not contains injection,oral and subcutaneous.Therefore,domestic and foreign scholars continue to study the combination of traditional Chinese medicine acupuncture,acupoint therapy and transdermal drug delivery technology of micro needle technology.With the development of science and technology,micro needle percutaneous drug delivery technology research and development has become increasingly mature.The advantages of high efficiency,safe,painless delivery and low cost have also provided a possibility for clinical application.This article elaborated the characteristics of micro needle,classification and research progress in scientific field of micro needle in recent years.Meanwhile,this article summarizes the producing method of transdermal drug delivery micro needle,and also lays a theoretical foundation for the further understanding of the micro needle and it’s fabrication.

micro needle;transdermal drug delivery;research progress

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.08.042

国家自然科学基金(81360679)；云南省应用基础研究重点项目(2014FA007)；2011省级协同创新中心建设项目(云教科[2012]25号)；云南省高新技术产业发展项目(云发改高技[2012]1956号)

朱凤，女，硕士，研究方向：药剂学，E-mail：18255380707@163.com；高鹏飞，通信作者，男，副教授，研究方向：药物制剂，E-mail：gpf1113@126.com。

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