經(jīng)皮給藥系統(tǒng)（TDDS）憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已成為醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域的核心焦點(diǎn)，其中微針技術(shù)（Microneedles, MN）為突破皮膚角質(zhì)層屏障、提升藥物滲透效率提供了關(guān)鍵途徑。水凝膠微針，基于PDMS模具制備而成，因其優(yōu)異的生物相容性與應(yīng)用潛力備受矚目。然而，微針的功效與其微觀結(jié)構(gòu)的精密程度休戚相關(guān)，這對(duì)加工技術(shù)提出了極高要求。

微針是什么？

微針通常由附著在基座上的微米級(jí)針尖陣列構(gòu)成。其典型尺寸為：長(zhǎng)度150-1500µm（甚至10-2000µm），針體直徑/寬度50-250µm。微針經(jīng)皮給藥和注射給藥不同，微針長(zhǎng)度夠小足以將藥物釋放到表皮中，且不會(huì)到達(dá)真皮層損傷神經(jīng)，引起疼痛。微針技術(shù)從實(shí)心微針演進(jìn)至水凝膠微針等多形態(tài)，后者可在藥物遞送后完整取出，避免體內(nèi)殘留風(fēng)險(xiǎn)，并兼具高載藥量、優(yōu)異生物相容性及簡(jiǎn)易制備（如PDMS微模塑法）等優(yōu)勢(shì)。

水凝膠微針給藥方式（原圖鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2016.03.001）

應(yīng)用示例：超聲輔助可替換式六角星形水凝膠微針貼片用于皮膚間隙液采集過程示意圖（DOI：10.1016/j.cej.2024.157293）

微針雖好， “針尖上的功夫”可不簡(jiǎn)單 

PDMS（聚二甲基硅氧烷）是一種典型的聚合物，具體屬于有機(jī)硅聚合物，因其優(yōu)異的生物相容性、低毒性、良好的柔韌性和可塑性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性以及作為水凝膠聚合物時(shí)表現(xiàn)出的優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度，成為制備水凝膠微針模具的理想材料之一。然而，也因?yàn)樾┨攸c(diǎn)，在加工過程中易發(fā)生皺縮、變形，難以獲得銳利的邊緣和光滑的表面。

盡管3D打印在制造復(fù)雜三維主體結(jié)構(gòu)方面展現(xiàn)了巨大潛力，并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模個(gè)性化定制。然而，在處理精細(xì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)或要求極高表面光潔度和尖端銳利度的應(yīng)用中，有很大局限性，不僅影響藥物穿透皮膚效果，還有材料殘留堵塞風(fēng)險(xiǎn)。那么，如何在柔軟Q彈的PDMS材料上，做出尖端只有幾微米甚至納米級(jí)的微針陣列呢？

 飛秒激光工藝解析 

飛秒激光技術(shù)作為一種前沿工藝以其獨(dú)特的物理機(jī)制，為PDMS水凝膠微針的精密制造提供了突破性方案：

1、“冷加工”特性，克服材料變形：生物醫(yī)療微器件制造需嚴(yán)格控制熱影響，以避免材料或功能損傷，同時(shí)還需防范污染。飛秒激光與其他激光的最大區(qū)別就是非接觸的“冷加工”原理，它與物質(zhì)相互作用時(shí)間極短，能量在材料晶格發(fā)生熱傳遞之前即完成氣化。這使得加工區(qū)域的熱影響區(qū)（HAZ）極小，有效避免了PDMS等高分子材料在加工中常見的熔融、熱變形、碳化等問題，確保了加工邊緣的整齊度和結(jié)構(gòu)的精確性，尤其適合加工柔軟、熱敏的PDMS和其他聚合物材料。

2、亞微米級(jí)三維加工能力：針尖的銳利度及針體的機(jī)械強(qiáng)度是能否穿透角質(zhì)層的重要條件，并且微針陣列中每個(gè)針的幾何參數(shù)（如高度、錐度、深寬比）都需要高度一致，以確保均勻的藥物分布和可預(yù)測(cè)的治療效果。采用飛秒激光設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)控制激光光束掃描路徑，可直接在PDMS基底上刻蝕出設(shè)計(jì)的微針陣列，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu)的直接刻蝕，包括微針的針體、可調(diào)錐度針尖結(jié)構(gòu)，精度可達(dá)±1μm，陣列高度一致。

45°斜坡凸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)飛秒激光刻蝕，精度±2μm

飛秒激光在微針加工中的應(yīng)用路徑 

1、飛秒激光直接刻蝕成型 (適用于研發(fā)和小批量)

飛秒激光的直寫能力具備極大的靈活性，軟件設(shè)計(jì)好路徑，飛秒激光可精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)多種聚合物材料的微針陣列成型，并同步完成鉆孔、切割等一體化超精密加工作業(yè)。其直接刻蝕成型工藝，簡(jiǎn)化了制作流程，適合研發(fā)階段的快速原型制造和個(gè)性化微針設(shè)計(jì)。

2、飛秒激光制備高精度模具 (適用于批量生產(chǎn))

針對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)需求，飛秒激光可制造亞微米級(jí)精度、超高表面光潔度的PDMS微針模具，避免聚合物材料殘留問題，或結(jié)構(gòu)精度不足等問題，保障藥物的穩(wěn)定裝載與釋放。隨后通過復(fù)制成型工藝，即可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量水凝膠微針的批量化、低成本制造。

近年來，微針經(jīng)皮給藥技術(shù)應(yīng)用廣泛，可用于傳輸藥物、和疫苗等。在皮膚醫(yī)美領(lǐng)域，微針也被廣泛應(yīng)用于皮膚年輕化；損容性皮膚病如痤瘡、黃褐斑、脫發(fā)等疾病的治療。隨著飛秒激光技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其在高端生物醫(yī)藥微器件制造，特別是精密微針系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加深入，推動(dòng)經(jīng)皮給藥技術(shù)向更精準(zhǔn)、高效、個(gè)性化的方向發(fā)展。

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