[论文解读] Silicon microneedles array with biodegradable tips for transdermal drug delivery

Bo Chen, JUN-MING WEI+3 more|ArXiv.org|Feb 21, 2008

Advancements in Transdermal Drug Delivery参考文献 8被引用 10

一句话总结

本文提出一种具有可生物降解多孔硅尖端的硅微针阵列，旨在克服经皮给药过程中针头断裂的风险。通过反应离子束蚀刻和选择性阳极氧化工艺制造，该微针可实现卡钙素的可控体外释放，证明了安全、可生物降解的药物递送具有较低残留碎片风险的可行性。

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

研究动机与目标

• 解决经皮给药过程中硅微针断裂带来的临床风险。
• 通过阳极氧化法形成多孔硅，开发可生物降解的针尖解决方案。
• 制造具有更高安全性和功能性的微针阵列，用于经皮应用。
• 通过使用卡钙素作为模型化合物，展示体外药物释放性能。

提出的方法

• 利用反应离子束蚀刻（RIE）制造硅微针阵列，以实现精确的高深宽比结构。
• 通过阳极氧化选择性形成多孔硅尖端，仅限于针尖部位，以创建可生物降解区域。
• 利用各向异性蚀刻定义微针几何形状，确保插入过程中的结构完整性。
• 通过调节多孔硅层厚度和孔隙率，实现可控释放机制。
• 开展以卡钙素为模型的体外释放研究，评估药物递送性能。
• 对微针的形貌、孔隙率及阳极氧化后的机械稳定性进行表征。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可选择性地在硅微针上形成可生物降解的多孔硅尖端，以防止断裂？
• RQ2 多孔硅尖端是否能实现对卡钙素等模型药物的体外可控释放？
• RQ3 阳极氧化及药物负载后，微针阵列的结构与功能稳定性如何？
• RQ4 阳极氧化过程如何影响微针尖端的机械完整性和溶出特性？

主要发现

• 成功利用反应离子束蚀刻制造出具有高深宽比硅结构的微针阵列。
• 选择性阳极氧化仅在针尖部位形成多孔硅尖端，证实了可生物降解层的空间控制能力。
• 卡钙素的体外释放表现出持续且可控的释放行为，表明具备功能性药物递送能力。
• 预计多孔硅尖端将在体内降解，从而最大限度降低皮肤中残留碎片的风险。
• 该制造工艺在保持硅杆结构完整性的同时，实现了针尖部位的可生物降解功能。