Biofluidix压电式纳升点样分液喷头Pipejet用于制备透皮给药微针系统

2026-06-08 14:01:49, 环亚生物环亚生物科技有限公司

近十年来，可溶性微针阵列（Dissolving microneedle arrays，dMNAs）用于透皮给药已取得极大发展。与传统的肌肉注射和皮下注射相比，dMNAs可溶性微针阵列可诱导相似或更高水平的免疫反应，同时溶解在微针中的抗原更稳定，且无需冷链运输，可自行完成接种，减少医疗系统压力。

目前，dMNAs可溶性微针阵列主要通过抗原和构成微针的聚合物混合，浇筑模型后采用离心的方式进行制备。然而，该过程存在大量的抗原残留，成本的增加限制了dMNAs可溶性微针阵列技术的应用。

荷兰莱顿大学莱顿药物研究中心的研究团队于2021年在《International Journal of Pharmaceutics》杂志发表了一篇名为《Engineering of an automated nano-droplet dispensing system for fabrication of antigen-loaded dissolving microneedle arrays》的文章。在该研究中，研究团队使用自动纳升级分液技术开发了一种新型dMNA可溶性微针阵列制备工艺，不但保留了原有dMNA可溶性微针阵列的优势，且极大提升了抗原使用效率，大大降低了透皮接种疫苗的成本。

实验流程与结果

1. 微针聚合物材料筛选

以聚乙烯吡咯烷酮/聚乙二醇（PVP/PEG）、聚乙烯醇（PVA）、透明质酸（HA）、羧甲基纤维素（CMC）和明胶作为微针聚合物的候选材料，利用传统离心法制备dMNA可溶性微针阵列，根据制备dMNA可溶性微针阵列的热稳定性、脆性、粘度等因素筛选最为合适的聚合物候选材料。

测试结果表明，除部分配方不适合制备微针（如 3.25% （w/v）的 PVP/PEG会导致微针过脆而断裂，50% （w/v） PVA的粘度太高无法浇筑在模具上）外，其余均进入后续实验。

2. 离体人体皮肤的渗透实验和溶解实验

利用离体人体皮肤，测试上述不同配方制备的dMNAs可溶性微针阵列穿透效果和溶解效果。

渗透实验结果表明，所有选定的dMNAs可溶性微针阵列在人体腹部皮肤中都显示出优异的渗透效率，即使穿透效果最低的40% （w/v）明胶 dMNAs可溶性微针阵列，其穿透效果也达到了91.7%，表明一个9微针的阵列中至少有8个针可以穿透皮肤。

溶解实验结果表明，在透皮5分钟后，不同材质的dMNAs可溶性微针阵列溶解效率有较大差别，其中溶解效果最好的是6.5% （w/v） PVP/PEG。溶解的越充分，疫苗利用率越高，因此选用该材料作为后续微针制备的标准配方。

3. 利用压电式纳升级分液喷头/喷液阀制备微针

在选定聚合物候选材料后，研究团队搭建了一套全自动纳升级分液装置，其核心部件为德国Biofluidix公司的可集成 PipeJet 压电式纳升级微量分液模块/工作站。Pipejet移液喷头可转移小至2nL的液滴，将其加入14nl的微针腔体内。该系统以Pipejet为核心，配套质控相机、真空室、XYZ移动平台等设备搭建完成。（图1）

图1 用于可溶性微针dMNAs 制备的自动系统示意图（a）Pipejet纳升分液喷头，（b）喷头支架，（c）数码显微镜相机，（d）铝棒，（e）线性平台，（f）真空室，（g）真空泵，（h）将PDMS模具放置在真空室的顶部（分配器和载物台均由软件Python操作）

微针制备过程：1）将聚合物溶液浇筑在构建好的微针模具中，制成具有空腔的微针；2）将代替抗原的荧光标记卵清蛋白通过Pipejet加入微针空腔；3）利用离心和负压排除空气，制成微针。

4. 效果测试

离体人体的皮肤测试效果表明，新方法制备的微针在穿透率和溶解效率上，与已有方法即全程离心法制备的微针相似（图2）。但是，新方法的抗原只存在微针处，且2nl抗原就可制备一个dMNAs，对比全程离心法需要90ul抗原，大大节省了抗原成本。

图2.荧光标记的卵清蛋白负载微针的显微镜图像（a）在皮肤穿透前含有 AF647 标记卵清蛋白的微针，（b） 100% 的皮肤穿透效率（n = 4），表明微针具有足够的锋利度和机械强度，卵清蛋白的成功递送可从（c）穿透皮肤的荧光中显示，（d） 5 分钟和（e） 15 分钟溶解后剩余微针的明场显微镜图像，f）溶解15分钟后剩余微针的荧光显微镜图像

综上所述，通过Pipejet压电式纳升点样分液喷头制备的微针，其效果与传统离心法相似，但大大降低了抗原损耗和成本，可进入更大范围的工业推广。

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https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120473