用于药物传输的MEMS平面金属微针

　　传统给药方式主要是口服给药和注射给药,但是这些给药方式都有各自的不足.口服给药由于药物需要经过胃肠消化道,经过新陈代谢作用,药效被降低,尤其不适用于蛋白质和DNA药物;注射给药需要专业人员操作,会对人体造成痛感,也限制了它的应用范围.为了避免以上缺点且有效方便地把药物输送到人体循环系统,研究人员提出了透皮给药的概念[1-3].透皮给药是指药物通过皮肤进入人体达到治疗的效果.皮肤由外至内分为3层:角质层、表皮层和真皮层,如图1所示[3-4].角质层厚度为10~15μm,由死去的细胞组织构成,是药物通过皮肤的主要障碍.表皮层厚度为50~100μm,包括活细胞,但避开了血管,几乎不包括神经[4-7].真皮构成了皮肤大部分的体积,包括活细胞、神经和血管.微针透皮给药的机理就是利用微针刺穿皮肤角质层,形成真正的物理通道,然后药物通过这些通道进入人体.

　　微针的概念在20世纪70年代就已被提出[6],但由于受到制造条件的限制,直到微机电系统(microelectromechanical system, MEMS)技术成熟,各种微针才被制作出.与传统给药方式比较,微针透皮给药具有很多优点:由于不会接触到神经,所以不会有疼痛感;微针尺寸比较小,对皮肤损伤很小;微针的长度可以精确制作,所以刺入皮肤的深度受到精确控制;又因为药物是通过微针刺穿角质层形成的通道进入人体,所以药物药效不会降低,尤其适用胰岛素给药.因此微针的研究在国内外成为一个热点.微针阵列技术在精确药物注射、临床监测、生化检测等领域有着广泛的发展前景[8].

　　本文简要介绍了微针的特点,提出了一种低成本制作同平面实心微针和空心微针的方法,并用加工出的微针做了刺入鼠皮的实验以验证其有足够的强度.

　　1　微针介绍

　　根据内部结构,微针可分为空心微针和实心微针.空心微针的针体末端有空腔与基底相连,而实心微针没有空腔.空心微针的空腔可以与基底的储药池相连,实现连续给药.实心微针只能采用先扎后贴的给药方式,即先利用微针刺入皮肤形成通道,然后敷贴药物,使药物渗入人体;或者采用先贴后扎的给药方式,即在微针表面包衣一层药物,然后刺入皮肤.从不同的给药方式可以看出,实心微针的给药量受到了限制,但是实心微针一般具有比空心微针更高的强度.根据制作工艺,微针可分为同平面( in-plane)微针和异平面(out-of-plane)微针.同平面微针的轴与基底平面平行,而异平面微针的轴与基底平面垂直.同平面微针制作工艺简单,而且针体长度可以精确控制,但是不能形成多维阵列,微针密度较小;异平面微针则几乎相反,能够形成多维阵列,微针密度较大,但是制作工艺复杂,微针长度受到限制且成本高.