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上海保圣物性測(cè)定儀關(guān)于新型透皮技術(shù)應(yīng)用效果力學(xué)評(píng)價(jià)

微針的科普小知識(shí)：

微針是什么？

微針（Micro needles）MN是指包含多個(gè)微型針頭的陣列，針的長(zhǎng)度一般為幾十微米至幾毫米，而其尖部直徑為幾十微米以下。微針是一種高效、安全、新型的經(jīng)皮給藥技術(shù)，擁有其他傳統(tǒng)經(jīng)皮給藥技術(shù)無(wú)法達(dá)到的優(yōu)勢(shì)。首先，微針打破了經(jīng)皮給藥中的重大屏障———角質(zhì)層對(duì)藥物的阻滯，不僅使藥物的遞送效率大大提升，還使得大分子藥物和親水性藥物的經(jīng)皮遞送成為可能。

微針材料可以為玻璃、糖、金屬、硅、聚合物、水凝膠等; 也有許多不同類(lèi)型的微針，如中空微針、固體實(shí)心微針、可溶性微針和溶脹微針等，微針已應(yīng)用于局部麻醉、免疫接種、微量取樣、DNA 給藥、皮膚美容、蛋白質(zhì)和多肽類(lèi)藥物遞送等方面。

在最近關(guān)于流行病研究中，也有用微針作為疫苗載體，采用貼片型疫苗應(yīng)用于疫情防控。微針不但體積微小，而且在性能上具有常規(guī)方法所不可比擬的特性——精確，高效，便利。這極大促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，使該領(lǐng)域的儀器更具人性化。

微小的尺寸也使微針在強(qiáng)度和剛度上存在先天不足，如微針刺入過(guò)程中存在較多的力學(xué)問(wèn)題，影響其穿刺有效性; 微針使用過(guò)程中存在的安全性問(wèn)題，如微針斷裂造成有害殘留等; 較其他劑型而言，微針的載藥量較小; 微針的微創(chuàng)給藥對(duì)皮膚造成的影響等。

其中，微針的穿刺性能是微針能否成功應(yīng)用的決定性因素，也是限制微針發(fā)展與推廣的一個(gè)關(guān)鍵，尤其是對(duì)由聚合物材料制備的可溶性微針來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在穿刺過(guò)程中，由于皮膚的不均勻性、刺入過(guò)程中不可避免地移動(dòng)等原因，微針會(huì)受到各種各樣的力，而當(dāng)外界的力達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)使微針發(fā)生斷裂、彎曲等形變，影響微針的穿刺性能。

因此，微針需要有一定的機(jī)械強(qiáng)度去克服這些因素可能帶來(lái)的失敗，且不同的穿刺方式、生物因素等都會(huì)影響微針的穿刺性能。上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀TA.XTC-20可以作為一種單獨(dú)的體外方法模擬微針在體內(nèi)的穿刺過(guò)程，表征微針的機(jī)械性能和力學(xué)行為。

上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀應(yīng)用于介孔微針強(qiáng)度 mesoporous microneedles (MMN) 應(yīng)力-應(yīng)變stress–strain分析、上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀TA.XTC-20對(duì)微針尺寸力學(xué)效果評(píng)價(jià)，上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀TA.XTC-20可對(duì)實(shí)心微針、空微針、棱形硅微針silicon microneedle、金涂層固體硅微針脆性測(cè)試，金屬微針硬度測(cè)定，聚合物微針強(qiáng)度測(cè)定、陶瓷納米微針、水凝膠微針應(yīng)力測(cè)定、玻尿酸微針彈性模量測(cè)定，微針（MN）透皮性能測(cè)定。

微針機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試方案—微針斷裂性、微針斷裂力能測(cè)定。

微針微小的尺寸，使其對(duì)力學(xué)測(cè)定設(shè)備也具有*的要求。微針的力學(xué)測(cè)定，需要儀器以高性能電機(jī)帶動(dòng)探頭精準(zhǔn)的位移移動(dòng)與微針接觸，通過(guò)高精度傳感器以及大的采集率獲取微針發(fā)生屈服時(shí)細(xì)微的力學(xué)變化。上海保圣TA.XTC-20配置高性能電機(jī)及高精度力量感應(yīng)元器件，對(duì)于微針可以準(zhǔn)確測(cè)定其微針強(qiáng)度、微針屈服性能、微針斷裂力等指標(biāo)，為微針陣列使用效果提供客觀數(shù)據(jù)支撐。

微針在給藥時(shí)，垂直皮膚進(jìn)針，故機(jī)械性能測(cè)試是微針斷裂力測(cè)定中常用的方法。

根據(jù)微針（MN）力-位移曲線圖，可以分析初微針的屈服強(qiáng)度MNs yielding force以及微針破裂強(qiáng)度測(cè)定MN breaking force。以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為上海保圣TA.XTC-20對(duì)于微針陣列進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)較高的采集率清楚的獲取到兩個(gè)微針?lè)謩e在599um及651um處發(fā)生了斷裂，斷裂力分別是25.680N及25.757N。微針斷裂呈現(xiàn)出的力值相對(duì)重復(fù)性較高，斷裂位移值稍有差異。以此數(shù)據(jù)為該微針的臨床使用效果進(jìn)行評(píng)估。

由上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀的力-位移曲線，可以測(cè)得微針的理論斷裂力，與皮膚所需的刺入力進(jìn)行比較，從而判斷微針是否可以刺入皮膚。當(dāng)微針的斷裂力小于皮膚穿刺力時(shí)，微針則會(huì)在刺入皮膚之前斷裂，無(wú)法刺破皮膚。因此，研究者們應(yīng)進(jìn)行皮膚穿刺力測(cè)定，并將其與微針的斷裂力進(jìn)行比較，從而預(yù)測(cè)微針的穿刺有效性。

微針機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試方案—微針壓變性能

韌性材料制備的微針在探頭下壓的過(guò)程中力-位移曲線不存在突降，表明微針只發(fā)生了形變而沒(méi)有斷裂。采用上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀通過(guò)在設(shè)定相同位移值前提下，分析力-位移曲線的縱坐標(biāo)來(lái)評(píng)判微針的機(jī)械性能，應(yīng)力越大表明微針的機(jī)械強(qiáng)度越大。

微針機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試方案—微針皮膚穿刺實(shí)驗(yàn)

雖然測(cè)定微針的斷裂力和壓變性能可在不使用離體皮膚,的情況下模擬微針的理論穿刺過(guò)程，預(yù)測(cè)微針的穿刺有效性，但由于微針使用過(guò)程對(duì)穿刺的影響、皮膚與不銹鋼板等平面存在較大差異等原因，微針實(shí)際的刺入效果是無(wú)法通過(guò)斷裂力或壓變性能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的。因此，多數(shù)研究采用生物組織( 通常是離體人皮膚或動(dòng)物皮膚) 來(lái)考察微針真實(shí)的穿刺性能。

上海保圣高精度力學(xué)分析儀器TA.XTC-20特別適用于高精度材料物性品質(zhì)研究，反應(yīng)靈敏，根據(jù)樣品形態(tài)可智能調(diào)節(jié)追蹤速率，對(duì)于微針、微球、微膠囊等精細(xì)樣品力學(xué)性能準(zhǔn)確測(cè)定。

上海保圣微針強(qiáng)度測(cè)試儀TA.XTC-20可以準(zhǔn)確測(cè)定微針（MN）應(yīng)力-應(yīng)變曲線，獲取微針的屈服力，微針屈服強(qiáng)度MNs yielding force；微針破裂強(qiáng)度測(cè)定MN breaking force，可應(yīng)用豬皮穿透測(cè)試insertion into pig skin，評(píng)估微針（MN）透皮性能，從而對(duì)微針機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行分析。

結(jié)論

醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域耗材正在精細(xì)化發(fā)展，如微針、微球、微膠囊、水凝膠微粒等，這種微小耗材在應(yīng)用過(guò)程中，力學(xué)性能是影響其使用效果的關(guān)鍵性因素。因此在前期精細(xì)耗材研發(fā)過(guò)程中，需采用高精度力學(xué)分析儀器對(duì)樣品在使用過(guò)程中的力學(xué)性能進(jìn)行分析。

上海保圣TA.XTC-20采用高精度電機(jī)，具有高頻率信號(hào)采集能力，對(duì)該種微針材料的硬度、剛性、微球及微膠囊彈性、水凝膠微粒的內(nèi)聚性等指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)儀器自帶方法庫(kù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求不斷內(nèi)置應(yīng)用方案，是一款在微力領(lǐng)域優(yōu)良的儀器。需要了解更多應(yīng)用細(xì)節(jié)，請(qǐng)關(guān)注上海保圣。