一种可穿戴式离子电渗驱动的微针贴片设计

新冠病毒肺炎（COVID-19）严重威胁公众健康，透皮疫苗（transdermal vaccination）是预防病原体感染的有效手段。微针（Microneedles）可破坏角质层，使疫苗大分子被动扩散，但递送效率低，而离子电渗虽然可以主动促进透皮给药，但由于角质层的屏障，无法递送疫苗大分子。

据麦姆斯咨询报道，近日，中山大学深圳校区的研究人员开发了一种可穿戴式离子电渗驱动的微针贴片及一种离子电渗驱动装置，用于主动、高效的疫苗大分子透皮给药。研究人员制备了具有良好生物相容性、优异导电性、高弹性和大负载能力的聚丙烯酰胺/壳聚糖水凝胶，其是疫苗储存和主动离子导入的关键组分。

这种离子电渗驱动的微针贴片的透皮疫苗给药策略为：“按压、穿刺、离子电渗驱动给药、然后免疫反应”。研究人员证明了微针穿刺和离子电渗的协同作用显著提高了疫苗的透皮给药效率。体外实验表明，离子电渗驱动的微针贴片透皮递送的卵清蛋白量可以通过离子电渗电流来控制。

对BALB/c小鼠的体内免疫研究表明，离子电渗驱动的微针贴片透皮接种卵清蛋白可诱导有效的免疫反应，甚至比传统的肌肉注射更有效。此外，对于离子电渗驱动的微针贴片的生物安全性几乎没有什么担忧。这种给药系统成本低，用户友好，并具有主动给药能力，显示出在家自行接种疫苗的巨大潜力。

该离子电渗驱动的微针贴片主要由柔性聚酰亚胺（PI）上的Ag/AgCl电极、实心微针、水凝胶块和双面粘合防渗垫圈组成。在离子电渗驱动的微针贴片中，疫苗被装载在圆形水凝胶中，皮肤被微针挤压、刺破，以产生微通道，疫苗通过主动离子电渗和被动扩散从水凝胶中通过微通道递送。该穿戴式离子电渗驱动装置可以为主动离子电渗驱动的疫苗给药供电并输出恒定电流。

穿戴式离子电渗驱动的微针给药系统示意图

由于实心不锈钢微针的机械强度较高，微针贴片的断裂力远大于皮肤穿透力（0.08 N/针），表明这些微针贴片可以穿透皮肤而不弯曲。因此，微针贴片可以容易地穿透皮肤，产生微通道，并从皮肤缩回而没有任何损伤，避免了皮肤中的微针破损、异物感和发炎的可能性。此外，聚丙烯酰胺（PAM）/壳聚糖水凝胶具有良好的生物相容性、优异的导电性、高弹性和大负载能力。

离子电渗驱动的微针贴片的基本性能

由微针产生的微通道为离子电渗提供了透皮给药途径，微针和离子电渗可以协同进一步提高透皮渗透。离子电渗电流与渗透量呈线性关系，说明疫苗通过皮肤的渗透量可由离子电渗电流控制。研究人员还比较了计算的和体外实验的渗透的卵清蛋白（OVA）累积量，微针/ITP（皮肤渗透和离子电渗结合）组的结果显示出非常相似的趋势，进一步证明离子电渗驱动的微针贴片的疫苗递送可以通过离子电渗电流控制。

离子电渗驱动的微针贴片的体外和模拟计算的透皮OVA给药性能

使用微针和离子电渗进行皮肤渗透可能会导致一些皮肤损伤和刺激，因此评估了离子电渗驱动微针贴片治疗后皮肤的恢复能力。实验结果表明，微针穿刺结合离子电渗治疗是相对安全的，透皮疫苗给药对内脏组织没有引起明显的病理变化和毒性。因此，离子电渗驱动的微针贴片为疫苗透皮给药提供了一个安全的平台。

离子电渗驱动的微针贴片及离子电渗驱动装置的体内免疫研究

总而言之，研究人员开发了一种离子电渗驱动的微针贴片和一种便携式离子电渗驱动装置，用于高效、可控的透皮免疫。离子电渗驱动的微针贴片可以很好地融合微针和离子电渗技术，透皮疫苗给药策略为“按戳、离子电渗驱动的给药、免疫反应”。

研究人员制备了具有良好生物相容性、优异导电性、高弹性和大负载能力的水凝胶块，作为微针贴片用于疫苗储存和主动离子电渗的关键组分。体外实验表明，离子电渗驱动的微针贴片可以通过调节离子电渗电流来控制OVA透皮给药过程。

此外，体外和体内实验均表明，微针与离子电渗的协同透皮效应可以提高疫苗大分子的透皮给药效率。温和的离子电渗电流作用于离子电渗驱动的微针贴片几乎没有引起安全问题。综上所述，将微针与离子电渗相结合的穿戴式离子电渗驱动的微针系统为以无痛和主动控制的方式实现透皮免疫提供了一种有前途的策略。

审核编辑：刘清