用于透皮给药的聚合物微针技术研究
不同类型的微针结构具有不同的给药方式和给药效果，同时精确给药也对微针阵列微加工技术工艺提出了较高要求。本文首先对透皮给药用微针进行了系统介绍，然后对不同结的聚合物微针进行了力学分析和强度校核，研究了以微注塑成型工艺为代表的聚合物微针阵列精密加工方法。
引言
20世纪70年代人们提出了微针的概念，但由于当时生产工艺条件的限制，始终达不到微针的制作工艺。到了20世纪90年代，微机电系统技术得到了前所未有的发展，微纳米级器件制造随之快速发展，微针透皮给药技术的关键部分—微针也伴随着这一趋势快速发展。
传统的给药方式有口服给药、皮下注射给药、透皮贴给药等。口服给药简单方便，但是药物吸收受肠胃功能影响，某些药物会对肠胃产生不良刺激作用；皮下注射和透皮贴给药都属于透皮（经皮）给药方式，前者突破了角质层的障碍，能准确有效的给药，不过其最大的一个缺点是会对人体产生疼痛、细菌感染、组织损伤等，后者的优点是方便、无痛，但是由于其只是敷在皮肤上进行给药，因此药物输送受限于角质层，药物吸收效果比较差。
微针透皮给药作为一种新型透皮给药方式，其集皮下注射给药方式和透皮贴给药的优点于一体，不仅无痛微创，而且药物吸收效率高。此外，微针给药时患者可自行给药，方便安全。因此，微针透皮给药技术从开始出现就获得了广泛的关注。
目前，加工微针的材料主要选用金属材料和非金属材料，非金属材料主要是聚合物等材料，由于聚合物材料易加工、加工周期短、成本低，并且具有生物相容性和可降解性等优点，聚合物材料微针已成为透皮给药技术领域的一个重要研究方向。
本文首先概述了微针的给药方式、材料、加工方法等方面，重点研究了微针针体优化结构，以及基于微注射成型技术的聚合物微针阵列精密加工方法。
1微针概述
1.1微针给药原理及基本结构
皮肤是人体最大的组织，其可帮助人体阻止损失过量的水分，还可以通过角质层抵抗外界物质的侵袭。皮肤由外至内分为三层，包括角质层、表皮层和真皮层，图1为皮肤结构图。角质层的厚度大约为15-20μm，主要由角腕、角蛋白和基质构成，没有血管和神经，能阻
止外界物质透过皮肤进入人体，包括高分子量药物；活性表皮层位于角质层下面，厚度约为130-180μm，含有少量活细胞及神经，不含血管；更深处的真皮中含有大量的活细胞、神经及血管。
微针给药时，其首先刺破角质层，形成一个到达表皮层甚至上部真皮层的通道，使药物到达表皮层或上部真皮层，最终被其中的血管网吸收，从而达到给药的目的，图2为微针给药的原理图。
微针给药的主体是微针阵列，即几十个甚至上百个微针针体排布在一块基板上形成微针阵列。微针的主要功能是其能刺入到皮下约200μm以上的深度，即最深达到真皮层上部，不碰到能传递疼痛的神经，不产生痛感，有效将药物扩散入真皮层中的血管网中。微针设计高度从200μm至毫米量级，其产生的微痛要比日常生活中皮肤损伤产生的疼痛要小得多。
根据有无中心孔腔，微针可分为实心微针和空心微针。图3为实心微针和空心微针制品。实心微针针体主要是依赖药物在皮肤中的扩散作用输送药物。空心微针针体中间具有空的腔体，贯穿于微针尖部和基板下表面，允许液体分子药物通过空腔流入皮肤，可实现药物直接输送，同时，空心微针可通过集成注射器或者微泵等药液驱动装置，实现定量、精确控制药物输送速率。但空心微针加工难度相对大，且针体内通孔严重影响针体强度，已成为制约其发展的关键问题之一。生活中最常见纳米技术
从外形结构角度，微针可分为同平面微针与异平面微针，图4为同平面微针和异平面微针结构示意图。同平面微针的轴与基底平面平行，加工工艺相对简单，且针体长度可以精确控制，但不能形成多维阵列，微针密度较小。异平面微针的轴与基底平面垂直能够形成多维阵列，微针密度较大，但加工工艺相对复杂，微针长度受到限制且相对成本较高。
1.2微针给药方式
微针（Microneedle, MN）给药方式主要有四种：注射式给药（Solid MN）、先扎后贴（Coated MN）、先扎后释（Dissolving MN）、包衣给药（Hollow MN）。
图5为四种微针给药方式的示意图，其中第四种注射式给药是专门针对于空心微针的一种给药方式，其它三种方式通常用于实心微针给药。
（1）先扎后贴
此方式是先通过微针在皮肤上形成微孔洞，移除微针后将涂有药物的贴片敷在微孔洞上，使药物从微孔洞中扩散入皮肤。这种方式操作较为简单，不需要组装外部驱动装置，但这种方式给药量不容易控制。