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(shù)

引言

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

摘要Abstract

微針在多個領(lǐng)域備受關(guān)注，涵蓋化妝品、藥物遞送系統(tǒng)、色譜分析以及疾病診斷用生物傳感等領(lǐng)域。本研究通過溶膠-凝膠水解反應(yīng)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(shù)，成功制備純透明質(zhì)酸鈉水凝膠自溶解超細微針，可有效避免微針成分發(fā)生熱分解。研究對比了不同分子量透明質(zhì)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(jié)果表明，確定適宜的純透明質(zhì)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(xiàn)自溶解超細微針溶解行為的可控性。該超細微針制備技術(shù)拓展了其作為下一代生物活性凝膠技術(shù)的應(yīng)用潛力，有望實現(xiàn)藥物血藥濃度的精準調(diào)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(tǒng)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(jié)果取平均值計算得出。

（GTR Tec GTR-11氣體透過率測試系統(tǒng)）

結(jié)論：

（通過環(huán)境測試儀器測得的不同分子量

透明質(zhì)酸鈉超細微針溶解行為測試結(jié)果）

借助具有多孔結(jié)構(gòu)的新型紫外固化TiO? - SiO?透氣模具，結(jié)合納米壓印光刻技術(shù)，我們確定了在5℃低溫下制備不同分子量自溶解透明質(zhì)酸鈉超細微針的成型條件——該溫度設(shè)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(lián)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(shè)計，可在室溫下僅用2分鐘實現(xiàn)快速固化。由此，透氣模具的制造時間大幅縮短，整體生產(chǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)酸鈉的力學(xué)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(zhì)酸鈉的分子量而異。尤為值得關(guān)注的是，向分子量5000的透明質(zhì)酸鈉中添加27重量百分比、分子量50,000–110,000的透明質(zhì)酸鈉時，可同時實現(xiàn)優(yōu)異的機械強度與溶解性能。  

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