mems微针专题知识讲座.ppt

MEMS微针（MEMSMicroneedle）

MEMS微针概述分类制备工艺应用

概述老式給药是通過口服或者静脉注射两种。注射壹般是使用注射器和导管刺破人体皮肤直接将药物送入人体内。口服由于胃肠等的消化作用，會使药效減少，尤其不合用于蛋白质、胰岛素、DNA等药物。注射是非常有效的，不過与此同步，注射也給人体带来疼痛感、局部皮肤损伤、出血等危害；注射器不洁也會增大疾病传染的机會。并且注射器注射也需要专业人员，或者获得专业培训後才能纯熟使用。

概述透皮給药（percutaneousadministration）：指药物涂布或敷贴于皮肤表面的壹种給药措施。除作為皮肤患处的局部給药以外，還可以作為全身性給药。用于後者時可将药膏或贴片置于皮肤较薄的部位，如耳後、臂内侧、胸前区、阴囊等处。此時药物可直接由皮肤角膜层，以及皮肤的附属构造如毛囊、汗腺导管的開口等透入皮下，進入毛细血管，經体循环分布于全身。此給药途径具有以便、简朴和药效持久等長处。某些心血管系统药可以透皮吸取，例如硝酸甘油贴片敷贴于心前区後能很好地防止心绞痛发作。透皮給药，其吸取药量与药物接触皮肤面积成正比。药物脂溶性增長可加速透皮吸取，皮肤角质层湿润時可增長药物的吸取率。用于敷贴透皮吸取的药物壹般要制成缓释剂型，使药物缓慢而平稳的释放，以到达药效持久发挥之目的。

概述微针的概念在20世纪70年代已被提出，由于受到制造条件的限制，直到微机電系统（MEMS）技术成熟，多种微针才被制作出。老式机械制作措施制作直径不不小于300μm的针已相称困难，而微電子机械工艺技术（MEMS）可以制作构造复杂的微米尺度的微针。微针(Microneedles):是指制作材料包括金属、硅、二氧化硅、玻璃、镍、钛及可生物降解的聚合物等，采用MEMS工艺等制备的直径為几拾微米,長度100μm以上的针状构造。由于硅材料具有脆性，且不适合作為模具来大批量复制，因此近年来微针研究的重點逐渐转移到金属和聚合物材料。

概述人的外层皮肤，由外向内，依次是角质层，表皮层和真皮层。角质外层的厚度在10～15μm，是死去细胞的组织，是液体的屏障，具有電绝缘性。下面是表皮（50～100μm），包括活细胞，但绕開了血管，几乎不包括神經，這层皮肤是相称于電解液的导電组织。再深层，真皮形成了皮肤大部分的体积，它不仅包括活细胞，并且包括神經和血管。這样，微针刺穿皮肤10～15μm，而不不小于50～100μm的深度，可以提供穿過角质层的传送通道，到达导電组织，而由于刺不到深层组织的神經不會有痛感。壹般注射時，微针的長度应當要不小于角层的厚度10～40μm，不不小于角质层和表皮层厚度之和200μm。

概述在生物化學检查和研究中用的微针都是單個的玻璃或金属微针,是采用常规的拉制或磨削工艺加工的,無法形成阵列,因此存在加工效率低、成本很高的缺陷,难以实現精确和微量采样。目前较多的是采用微针阵列進行多种应用。采用微针阵列給药或采样,不仅能实現精确、微量、無痛,并且可以使生化检查的精度、可靠性和效率大幅度提高。微针和MEMS中的微流体、微分析系统相結合,可以实現生化检测的微型化和集成化。

研究進展美国乔治亚州理工學院的科學家們開展微针的系统研究,研究了硅、玻璃、金属或其他醫用聚合物材料的实心和中空微针的加工措施及微针向细胞和皮肤输送药物的能力。微型针頭合用于小剂量注射高效药物,尤其是某些运用生物新技术制造的基于蛋白的大分子药物。微型针頭還可通過计算机控制,對病人進行精确的药物治疗。下图為实心和中空微针的電镜照片。

研究進展曰本Kansan大學的研究人员開展了用于微量血液检测的微型针加工措施的研究,由于血液采集系统中需要更長的针。制造這种针应當放在平行于硅表面的方向上,長大概2～4mm的中空的针,通過应用掺硼自停止腐蚀技术制造,這项研究的最终目的是发展微量血液采集系统。由于這种系统携带很以便并且可控,未来不仅可用于常规的血液监测并且可用于持续長期的健康监测或者地方的醫學服务等。

研究進展瑞典皇家研究院的科研人员也提出了壹种新的硅微针加工措施,其尤其吸引人的地方在于微针中空通道的出口设计在硅微针的侧面,该设计可极大地提高硅微针的强度,增大药物与肌肉组织的接触面,減少通道阻塞率（左下图）。美国加利福尼亚大學研究了用于药物传播的斜開口微针阵列（右下图）。

微针技术的优势与挑战优势：（1）针頭极其锋利，對生物组织器官的破壞量小，可防止与痛覺感受器官接触；表面处理後，MEMS微针可防止被刺入区域的感染和发炎；還可通過制作微构造過滤细菌，減少注射引起的细菌感染。（2）可精确控制注射的剂量、速率和位置；可运用多种微针和流体控制技术混合药物溶液，并注射到生物体内。（3