可溶性微针（DMN）作为疫苗输送的新型递送系统，疫苗被整合到微针结构中，在皮肤上使用时，微针穿透角质层，并将疫苗传递给身体，产生免疫反应。爱尔兰科克大学药学院Abina M. Crean教授利用MicroFab的压电喷墨打印技术，在高500μm，底部直径166μm的微针上，成功制备了双层DMN。压电喷墨技术在皮升范围内的液滴体积精度变化为5%，可以精确控制液体制剂的分配，是商业化制造含有临床相关流感疫苗的双层DMN的前沿技术。
介绍
皮肤是一种免疫功能丰富的组织，也是人体最大的器官。理论上，皮肤是疫苗和药物分子传递的理想目标。然而，由于皮肤外层坚硬、富含脂质的角质层，大多数生物药物和小分子都无法渗透皮肤。可溶性微针（DMN）作为疫苗输送的新型递送系统，疫苗被整合到微针结构中，在皮肤上使用时，微针穿透角质层，并将疫苗传递给身体，产生免疫反应。这种经皮疫苗输送系统消除了利器废物和针刺损伤的风险，且与涂层微针装置相比，可溶解的微针拥有更高的药物负载。
DMN的常规生产方法是将液体制剂分配到聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具中，然后进行干燥。但是PDMS具有疏水性和高界面张力等特性，故其生产时模具润湿不足会导致空气滞留在其孔内，导致微针尖端形成较差。压电喷墨技术是一种“按需”的喷墨打印技术，允许生产低皮升范围（1-70皮升）的液滴尺寸，配合运动平台可以实现定位精确地分配。科克大学药学院研究的主要目的是利用压电喷墨技术制备双层DMN，除了制造微针结构外，重要的是还要证明在配药过程中保持了要纳入DMN的候选疫苗的完整性。因此，还有部分研究是证明压电分配后的季节性流感疫苗的完整性。
利用MicroFab微液滴发生系统以及Thorlabs步进电极搭建的样品制备平台如图1和图2所示。
▲ 图1 压电点胶系统框图
▲ 图2 压电点胶系统实物图
微针孔由PDMS根据硅阵列母版制成，其中微针尺寸为500μm高，密度为每1cm2含有25个微针，将含有30%（w/v）脱水海藻糖、0.15%（w/v）刚果红（用于可视化目的）、含/不含1%（w/w）PVA 13-88的液体溶剂填充到模具微针状孔中。如图3所示，其为各种参数的平均值曲线，（a）Z值、（b）表面张力、（c）粘度和（d）接触角，(●) 代表海藻糖(▲) 代表PVA和(■) 表示聚山梨酯80。配方1-9为实验的初步设计，配方10-11是经评估用于改进配方设计的额外配方。该表列出了配方组成及其各自的平均表面张力、粘度、计算的Z值、PDMS上的接触角、压电喷射的适用性和模具润湿的适用性。
▲ 表1 压电点胶和PDMS润湿的配方
▲ 图3
在开发按需液滴分配系统时，可以形成稳定的液滴是精确分配液体制剂到微针孔的关键。采用喷口直径80µm的压电喷头（MicroFab），在压电驱动后50-400µs的时间段内，使用CCD相机的频闪图像捕获捕获的液滴形成图像。两种配方均在30V和50Hz频率下启动。图4（a）30%海藻糖水性制剂形成卫星滴；图4（b）30%海藻糖/1%聚乙烯醇水溶液形成稳定液滴。
▲ 图4a ▲ 图4b
在压电驱动后50-400µs的时间段内，使用CCD相机的频闪图像捕获技术捕获30%海藻糖溶液配方的液滴形成图像。图5（a）在高背压和80V时下降驱动，以及图5（b）在低背压和60V时下降启动。所有液滴均以50Hz的频率分配。结果表明，压电分配是一种可行的技术，用于分配具有粘度和表面张力值范围的液体制剂配方。
▲ 图5a ▲ 图5b
如图6所示，在不同电压（30V、50V和80V）和频率（50、1000和16000Hz）下分配之前和之后，通过SRID分析检查30%（w/v）海藻糖和1%（w/v）聚乙烯醇配方中季节性流感疫苗的生物完整性，结果证明了压电喷墨技术制备三价灭活的亚单位流感疫苗的可行性。
▲ 图6
为了证明压电喷墨技术可以精确控制液体制剂用于双层DMN制造，通过将30%（w/v）海藻糖和1%（w/v）PVA的液体制剂到摸具中来制备双层DMN ，以创造DMN尖端（图7和8）。将刚果红添加到这些配方中，以使尖端配方与制造的DMN中的背衬层形成对比。结果表明，双层DMN可以成功地使用压电喷墨技术，且该技术可以精确的，有针对性的分配，使双层DMN可控制造。
▲ 图7
▲ 图8
结论
研究结果表明了压电喷墨技术在双层DMN制备中的成功应用，在昂贵的生物溶液或有限的疫苗抗原储备的情况下，这种分配方法是非常可取的，与其他分配技术相比，压电喷墨技术在皮升范围内的液滴体积精度变化为5%，可以精确控制液体制剂的分配，压电喷墨技术已被成功地证明是一种很有前途的、用于商业制造含有临床相关流感疫苗的双层DMN疫苗的技术。
资料来源：[1] Evin A. Allen et al. Dissolvable microneedle fabrication using piezoelectric dispensing technology[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2016, 500(1-2) : 1-10.
MicroFab Inkjet喷墨打印制备人体皮肤等效物在体外免疫诊断的应用
(2024-09-06T00:00 浏览数:8358)
一种用于佩戴式精确血糖监测的热激活差动自校准柔性表皮生物微流体装置
(2021-02-25T00:00 浏览数:7936)
喷墨打印技术在生物传感器上的应用
(2021-03-02T00:00 浏览数:7965)
喷墨打印技术在疾病诊断上的应用
(2021-04-21T00:00 浏览数:6320)
金属-聚合物复合支架加速铁基生物材料生物降解的策略
(2021-05-07T00:00 浏览数:8060)
3D生物打印结构蛋白
(2021-06-02T00:00 浏览数:7952)
使用喷墨打印固定浮游藻类孢子
(2021-06-16T00:00 浏览数:8509)
在丝状支架上喷墨打印自组装肽以进行神经元细胞的图像化处理
(2021-07-28T00:00 浏览数:7181)
压电喷墨打印3D肺泡屏障模型与生理相关微结构
(2021-08-04T00:00 浏览数:10391)
压电喷墨打印3D肺泡屏障模型与生理相关微结构
(2021-08-11T00:00 浏览数:7226)
