[논문 리뷰] Silicon microneedles array with biodegradable tips for transdermal drug delivery

Bo Chen, JUN-MING WEI외 3명|ArXiv.org|2008. 02. 21.

Advancements in Transdermal Drug Delivery참고 문헌 8인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 전도성 약물 도입 중 피부 내에서 바늘 부러짐의 위험을 줄이기 위해 생분해성 다공성 실리콘 끝을 갖춘 실리콘 마이크로니들 어레이를 제안한다. 반응성 이온 에칭과 선택적 산화를 통해 제작된 마이크로니들은 캘세인의 조절된 in vitro 방출을 가능하게 하여 잔류 조각의 위험이 감소한 안전하고 생분해 가능한 약물 도입의 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

This paper presents the fabrication process, characterization results and basic functionality of silicon microneedles array with biodegradable tips. In order to avoid the main problems related to silicon microneedles : broking of the top part of the needles inside the skin, a simple solution can be fabrication of microneedles array with biodegradable tips. The silicon microneedles array was fabricated by using reactive ion etching while the biodegradable tips were performed using and anodization process that generates selectively porous silicon only on the top part of the skin. The paper presents also the results of in vitro release of calcein using microneedles array with biodegradable tips

연구 동기 및 목표

• 경피 약물 도입 중 실리콘 마이크로니들의 부러짐으로 인한 임상적 위험을 해결하기 위해.
• 산화를 통해 형성된 다공성 실리콘을 이용한 생분해성 끝 솔루션을 개발하기 위해.
• 경피 적용을 위한 향상된 안전성과 功能을 갖춘 마이크로니들 어레이 제작하기 위해.
• 모델 화합물로 캘세인을 사용하여 in vitro 약물 방출 성능을 입증하기 위해.

제안 방법

• 정밀한 고비율 비율의 구조를 위해 반응성 이온 에칭(RIE)을 사용한 실리콘 마이크로니들 어레이 제작.
• 침투 깊이를 제한하여 마이크로니들 끝부분에만 다공성 실리콘 끝을 선택적으로 형성함으로써 생분해 가능한 영역을 만듦.
• 삽입 중 구조적 안정성을 확보하기 위해 이방향 에칭을 사용하여 마이크로니들 형상 정의.
• 다공성 실리콘 층 두께와 다공성 조절을 통해 조절 방출 메커니즘 통합.
• 약물 도입 성능 평가를 위해 캘세인을 사용한 in vitro 방출 연구 수행.
• 산화 후 마이크로니들 형상, 다공성 및 기계적 안정성 특성 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실리콘 마이크로니들에 생분해성 다공성 실리콘 끝을 선택적으로 형성하여 부러짐을 방지할 수 있는가?
• RQ2 다공성 실리콘 끝이 캘세인과 같은 모델 약물의 조절된 in vitro 방출을 가능하게 하는가?
• RQ3 산화 및 약물 적재 후 마이크로니들 어레이의 구조적 및 기능적 안정성은 어떠한가?
• RQ4 산화 공정이 마이크로니들 끝의 기계적 강도 및 용해 프로파일에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 반응성 이온 에칭을 통해 고비율 비율 실리콘 구조를 갖춘 마이크로니들 어레이가 성공적으로 제작되었다.
• 선택적 산화로 마이크로니들 끝부분에만 다공성 실리콘 끝이 형성되어 생분해 가능한 층의 공간적 제어가 확인되었다.
• 캘세인의 in vitro 방출 결과는 시간이 지남에 따라 지속적이고 조절된 방출을 보이며 기능성 약물 도입 능력을 시사한다.
• 다공성 실리콘 끝은 생체 내에서 분해될 것으로 예상되어 피부에 잔류 조각의 위험이 최소화된다.
• 제작 공정은 실리콘 샤프트의 구조적 안정성을 유지하면서도 끝부분에 생분해 가능한 功能를 가능하게 한다.