可溶性微针（DMN）作为疫苗输送的新型递送系统，疫苗被整合到微针结构中，在皮肤上使用时，微针穿透角质层，并将疫苗传递给身体，产生免疫反应。爱尔兰科克大学药学院Abina M. Crean教授利用MicroFab的压电喷墨打印技术，在高500μm，底部直径166μm的微针上，成功制备了双层DMN。压电喷墨技术在皮升范围内的液滴体积精度变化为5%，可以精确控制液体制剂的分配，是商业化制造含有临床相关流感疫苗的双层DMN的前沿技术。
介绍
皮肤是一种免疫功能丰富的组织，也是人体最大的器官。理论上，皮肤是疫苗和药物分子传递的理想目标。然而，由于皮肤外层坚硬、富含脂质的角质层，大多数生物药物和小分子都无法渗透皮肤。可溶性微针（DMN）作为疫苗输送的新型递送系统，疫苗被整合到微针结构中，在皮肤上使用时，微针穿透角质层，并将疫苗传递给身体，产生免疫反应。这种经皮疫苗输送系统消除了利器废物和针刺损伤的风险，且与涂层微针装置相比，可溶解的微针拥有更高的药物负载。
DMN的常规生产方法是将液体制剂分配到聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具中，然后进行干燥。但是PDMS具有疏水性和高界面张力等特性，故其生产时模具润湿不足会导致空气滞留在其孔内，导致微针尖端形成较差。压电喷墨技术是一种“按需”的喷墨打印技术，允许生产低皮升范围（1-70皮升）的液滴尺寸，配合运动平台可以实现定位精确地分配。科克大学药学院研究的主要目的是利用压电喷墨技术制备双层DMN，除了制造微针结构外，重要的是还要证明在配药过程中保持了要纳入DMN的候选疫苗的完整性。因此，还有部分研究是证明压电分配后的季节性流感疫苗的完整性。
利用MicroFab微液滴发生系统以及Thorlabs步进电极搭建的样品制备平台如图1和图2所示。
▲ 图1 压电点胶系统框图
▲ 图2 压电点胶系统实物图
微针孔由PDMS根据硅阵列母版制成，其中微针尺寸为500μm高，密度为每1cm2含有25个微针，将含有30%（w/v）脱水海藻糖、0.15%（w/v）刚果红（用于可视化目的）、含/不含1%（w/w）PVA 13-88的液体溶剂填充到模具微针状孔中。如图3所示，其为各种参数的平均值曲线，（a）Z值、（b）表面张力、（c）粘度和（d）接触角，(●) 代表海藻糖(▲) 代表PVA和(■) 表示聚山梨酯80。配方1-9为实验的初步设计，配方10-11是经评估用于改进配方设计的额外配方。该表列出了配方组成及其各自的平均表面张力、粘度、计算的Z值、PDMS上的接触角、压电喷射的适用性和模具润湿的适用性。
▲ 表1 压电点胶和PDMS润湿的配方
▲ 图3
在开发按需液滴分配系统时，可以形成稳定的液滴是精确分配液体制剂到微针孔的关键。采用喷口直径80µm的压电喷头（MicroFab），在压电驱动后50-400µs的时间段内，使用CCD相机的频闪图像捕获捕获的液滴形成图像。两种配方均在30V和50Hz频率下启动。图4（a）30%海藻糖水性制剂形成卫星滴；图4（b）30%海藻糖/1%聚乙烯醇水溶液形成稳定液滴。
▲ 图4a ▲ 图4b
在压电驱动后50-400µs的时间段内，使用CCD相机的频闪图像捕获技术捕获30%海藻糖溶液配方的液滴形成图像。图5（a）在高背压和80V时下降驱动，以及图5（b）在低背压和60V时下降启动。所有液滴均以50Hz的频率分配。结果表明，压电分配是一种可行的技术，用于分配具有粘度和表面张力值范围的液体制剂配方。
▲ 图5a ▲ 图5b
如图6所示，在不同电压（30V、50V和80V）和频率（50、1000和16000Hz）下分配之前和之后，通过SRID分析检查30%（w/v）海藻糖和1%（w/v）聚乙烯醇配方中季节性流感疫苗的生物完整性，结果证明了压电喷墨技术制备三价灭活的亚单位流感疫苗的可行性。
▲ 图6
为了证明压电喷墨技术可以精确控制液体制剂用于双层DMN制造，通过将30%（w/v）海藻糖和1%（w/v）PVA的液体制剂到摸具中来制备双层DMN ，以创造DMN尖端（图7和8）。将刚果红添加到这些配方中，以使尖端配方与制造的DMN中的背衬层形成对比。结果表明，双层DMN可以成功地使用压电喷墨技术，且该技术可以精确的，有针对性的分配，使双层DMN可控制造。
▲ 图7
▲ 图8
结论
研究结果表明了压电喷墨技术在双层DMN制备中的成功应用，在昂贵的生物溶液或有限的疫苗抗原储备的情况下，这种分配方法是非常可取的，与其他分配技术相比，压电喷墨技术在皮升范围内的液滴体积精度变化为5%，可以精确控制液体制剂的分配，压电喷墨技术已被成功地证明是一种很有前途的、用于商业制造含有临床相关流感疫苗的双层DMN疫苗的技术。
资料来源：[1] Evin A. Allen et al. Dissolvable microneedle fabrication using piezoelectric dispensing technology[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2016, 500(1-2) : 1-10.
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