研究進展 | 紫外固化TiO?-SiO?透氣模具制備超細可溶性微針技術

研究進展 | 紫外固化TiO?-SiO?透氣模具制備超細可溶性微針技術

引言

Rio Yamagishi、Satoshi Takei團隊在《Gels》（2024年，第10卷，65頁）發表研究，借助GTR Tec GTR-11氣體透過率測試系統，成功開發紫外固化TiO?-SiO?透氣模具，實現5℃低溫下自溶解透明質酸鈉凝膠超細微針的高精度制備。

摘要Abstract

微針在多個領域備受關注，涵蓋化妝品、藥物遞送系統、色譜分析以及疾病診斷用生物傳感等領域。本研究通過溶膠-凝膠水解反應制備紫外固化TiO?-SiO?透氣模具，在5℃冷藏條件下采用納米壓印光刻技術，成功制備純透明質酸鈉水凝膠自溶解超細微針，可有效避免微針成分發生熱分解。研究對比了不同分子量透明質酸鈉水凝膠的成型性、強度及溶解行為，以評估底部直徑40μm、高度80μm的超細微針的適用性。結果表明，確定適宜的純透明質酸鈉水凝膠分子量范圍及配方，可在保證微針成型性和強度的前提下，實現自溶解超細微針溶解行為的可控性。該超細微針制備技術拓展了其作為下一代生物活性凝膠技術的應用潛力，有望實現藥物血藥濃度的精準調控，并避免給藥過程中的疼痛感。

氧氣滲透率測試：

對多種材料進行了氧氣滲透率測試，包括紫外固化TiO?-SiO?透氣材料、熱固化TiO?-SiO?透氣材料、石英、PDMS基透氣材料、聚丙烯、聚苯乙烯及聚乙烯。測試采用GTR Tec GTR-11氣體透過率測試系統完成。測試在特定條件下進行：樣品厚度約為100μm，溫度維持在40-43℃。氧氣滲透率通過三次測量結果取平均值計算得出。

（GTR Tec GTR-11氣體透過率測試系統）

結論：

（通過環境測試儀器測得的不同分子量

透明質酸鈉超細微針溶解行為測試結果）

借助具有多孔結構的新型紫外固化TiO? - SiO?透氣模具，結合納米壓印光刻技術，我們確定了在5℃低溫下制備不同分子量自溶解透明質酸鈉超細微針的成型條件——該溫度設定充分考量了對熱敏性藥物的保護需求。  

此外，此前報道的熱固化TiO? - SiO?透氣材料，以及作為成熟透氣模具的PDMS基透氣材料，其聚合物固化需約80–180℃的高溫，且交聯時間長達20–30分鐘；與之形成強烈對比的是，紫外固化型材料通過合理的分子設計，可在室溫下僅用2分鐘實現快速固化。由此，透氣模具的制造時間大幅縮短，整體生產效率顯著提升。  

進一步地，我們評估了三種不同分子量透明質酸鈉的成型性、強度及溶解性，證實它們均適用于制備微針。研究表明，無論透明質酸的分子量如何，紫外固化TiO? - SiO?透氣模具均可用于微針成型。此外，對三種透明質酸鈉的力學強度測試顯示，其馬氏硬度值均高于豬皮；穿刺試驗也證明，該超細微針的強度足以穿透豬皮。

溶解行為因透明質酸鈉的分子量而異。尤為值得關注的是，向分子量5000的透明質酸鈉中添加27重量百分比、分子量50,000–110,000的透明質酸鈉時，可同時實現優異的機械強度與溶解性能。  

上述結果表明，超細微針有望成為優化透明質酸鈉分子量配方、為各類經皮藥物構建適配溶解性的有效載體；而超細微針相較于傳統微針更精細的結構特征，也賦予其作為藥物遞送系統（DDS）的全新功能維度。