面向经皮给药的空心微针阵列关键问题研究

以胰岛素为代表的多肽、蛋白质等生物技术药口服无效；而针剂注射会造成药物在人体内的峰谷效应和疼痛；利用空心微针阵列穿透角质层给药，具有注射和经皮贴的双重优点，为它们提供了一种持续、恒定、可控、安全、无痛的给药方法。由于现有理论预测采用电化学腐蚀法难以制造出大间距、高深宽比的硅孔阵列，目前国际上均采用DRIE法制备空心硅针阵列的通孔甚至整个硅针，导致成本高昂、成品率很低，微针结构与药效、使用安全与否的相关性资料匮乏。本项目首次采用电化学腐蚀法制造出大间距、高深宽比的硅孔阵列，并将其与各项异性湿法化学腐蚀法相结合制备出空心硅针阵列芯片；通过动物体内外实验进行药效与安全性评价和硅针结构的优化设计，并制备出适于胰岛素经皮给药的空心硅针阵列，探讨空心微针给药与传统皮下注射方法的药效差异性，为今后的研发提供依据。本项目属于MEMS与生物医药的交叉前沿课题，是空心硅针经皮给药发展必须解决的关键问题。

基于微针阵列的经皮给药系统是近年来国际上的一个研究热点，对以胰岛素、蛋白质、DNA、疫苗等为代表的生物技术药的经皮输运具有重要意义。在过去3年多的时间内，本项目在上述领域开展了深入系统的研究工作并取得了一系列具有创新性的成果。在硅针阵列芯片方面，研发出了高质量、低成本实心硅针阵列芯片的制备工艺，并利用其进行了生物体内外的评价试验；在金属实心、空心微针阵列芯片的研发方面，获得了多种具有自主知识产权并具有重要实用价值或应用前景的金属微针阵列芯片及其注射器件和经皮贴，并利用金属微针进行了生物体内外的评价试验。其中，独创性的提出了一种面向胰岛素笔用的一次性阵列式注射针头，其可以方便的在人体各个部位进行轮换垂直、快速注射而无需任何技巧，且注射时无痛、使用安全方便，具有重要的实用价值。对空心微针给药系统进行了建模与模拟工作，系统分析了在给定压差下的出口流量特性，研究结果对于给药系统的结构设计具有重要指导作用。最后，鉴于微针给药系统的一个重要应用是输运胰岛素给糖尿病患者，我们在此期间研发了一款基于微针阵列的便携式无痛连续监测血糖仪样机，其具有灵敏度高、抗干扰性强、无痛的特点，并在中国重要传感器学术会议上获奖。