يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تصنيع قالب رئيسي للإبر الدقيقة مع فتحة تهوية بحجم ميكرون

1.2K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/69679

⸱

ديسمبر 5, 2025

 ,  ,  ,  , 
1Department of Digital Anti-Aging Health Care, Inje University, 2Department of Biomedical Engineering, Inje University

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

تقدم هذه المقالة طريقة فريدة لصنع قوالب رئيسية تحتوي على فتحة تهوية لمنع احتجاز الهواء أثناء صب البوليمر اللزج، مما يمكن تصنيع إبر هلامية ذات رؤوس حادة. عن طريق تقليل حجم صب الجيلاتين عالي اللزوجة، يمكن أيضا تصنيع إبر دقيقة هرمية رقيقة الجدران.

الملخص

الإبر الدقيقة (MNs) هي نظام جديد لتوصيل الأدوية يمكنه اختراق الحاجز الجلدي بطريقة طفيفة التوغل لتوصيل الأدوية. ونظرا لأنها أقل ألما من الحقن وسهلة الاستخدام، فهي تشهد تطبيقات متزايدة في مجالات التجميل والصيدلة. التصنيع التقليدي في MN يتضمن إنشاء قالب رئيسي ثم إنتاج MNs في ذلك القالب. تشمل الطرق الأساسية لتصنيع القالب الرئيسي عمليات الأنظمة الميكروكهروميكانيكية، وتشغيل المعادن، والطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، فإن نقطة الضعف الرئيسية في قوالب الماستر المنتجة بهذه الطرق هي أن الهواء يمكن أن يحبس داخل القالب أثناء صب البوليمر اللزج جدا المستخدم لصنع القوالب الميكانيكية. وبالتالي، قد لا تتشكل بقشيش مينيسوتا بالكامل. في تصنيع مصفوفة MN، يمكن أن يقلل ذلك من موثوقية هياكل MN. تقترح هذه الدراسة حلا لحبس الهواء يتضمن تشكيل فتحة تهوية على نطاق دقيق (AVH) عند طرف القالب الرئيسي. يسمح التيار الهوائي للهواء بالهرب، لكنه يمنع تسرب السائل اللزج أثناء عملية التصلب. نظرا لأن طرق التشغيل المعدني التقليدية أو الطباعة ثلاثية الأبعاد لها حدود دقة، فقد تم استخدام الميكروميكانيكا السيليكون لإنشاء قالب رئيسي مزود ب AVH. تراوح طول الجانب لجهاز AVH المصنع بين 1.4 إلى 7.0 ميكرومتر. باستخدام هذا القالب، نجحنا في تصنيع 375 جرملة جيلاتين بارتفاع 375 ميكرومتر مع أطراف حادة. علاوة على ذلك، من خلال التحكم في حجم الجيلاتين المطبق، تم تصنيع MNs هرمية مجوفة ذات جدران رقيقة بسماكة 23 ميكرومتر وحجم تجويف داخلي 0.027 ميكرولتر. نظرا لأن القالب الرئيسي المزود ب AVH يسمح بتصنيع كل من المولدات الميكانيكية القابلة للذوبان في الماء وغير القابلة للذوبان في الماء، فقد يمكن أن تكون نظام توصيل أدوية عالي الكفاءة من الجيل التالي للتطبيقات في مجالات التجميل والطب الحيوي.

المقدمة

الإبر الدقيقة (MNs) هي نظام توصيل أدوية جديد قادر على اختراق الحاجز الجلدي بشكل غير جراحي لتوصيل الأدوية. تتغلب هذه الطريقة على انخفاض التوافر البيولوجي للإعطاء الفموي وخطر الألم والعدوى الناتجة عن الولادة بالحقن1. بفضل سهولة استخدامها والتزامها العالي للمرضى، شهدت الممرضات الممرضة تطبيقات متزايدة في مستحضرات التجميل2، واللقاحات3، ومراقبة المؤشراتالحيوية 4، وتوصيل الأدوية البوليمرية5.

عادة ما تتضمن طرق تصنيع MN تقنيات التشكيل6. القوالب المستخدمة في صب MN تصنع بواسطة تشغيل الآلات المعدنية7 والطباعة ثلاثية الأبعاد8. ومع ذلك، فإن إحدى العقبات أمام استخدام هذه الطرق هي أنها تتطلب معدات ومرافق باهظة الثمن. علاوة على ذلك، وبسبب حدود الدقة لديها، يصعب إنتاج الهياكل المخترقة للجلد المستخدمة كMNs. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم مواد لزجة جدا لإنتاج MNs قابلة للتحلل 9,10. عند تطبيق مادة MN على القالب، يمكن للهواء المحبوس في الهياكل الدقيقة للقالب أن يمنع التكوين الصحيح لرؤوس MN ويقلل من قوة مصفوفات MN11. أفادت الدراسات بطرق لمعالجة هذه المشاكل، مثل الصب الطرد المركزي12، وإزالة الغازات بالفراغ باستخدام غرفة13، والمعالجة السطحية المحبة للماء للقالب14، والتي أبلغ عنها أنها خففت هذه المشكلة. ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى عملية تصنيع أبسط وأكثر كفاءة تعتمد على القوالب.

عادة، يتم تصنيع الميثانوكس المذابة عن طريق خلط المركب المستهدف مع بوليمر قابل للذوبان في الماء على شكل سائل وصب الخليط في قالب15. مع المواد القابلة للذوبان في الماء، يكون التصنيع بسيطا نسبيا باستخدام إجراءات بسيطة مثل إذابة المركب المستهدف في ماء مقطر وخلطه مع بوليمر قابل للذوبان16. ومع ذلك، مع المواد غير القابلة للذوبان في الماء، يجب تطوير عملية منفصلة لتحميلها في الشبكات الميكانيكية. على سبيل المثال، يمكن إذابة الدواء غير القابل للذوبان في مذيب مشترك بين الماء والإيثانول وخلطه، ثم تركيزه في الفراغ، وتصفيته، وتجفيفه بالتجميد كمعالجة مسبقة، ثم خلطه لاحقا في محلول بوليمر قابل للذوبان لصنعMNs 17. هذه العملية لتحميل الأدوية غير القابلة للذوبان في الشبكات المنيودية معقدة وتستغرق وقتا طويلا. لذلك، من الضروري تطوير عملية تصنيع أكثر كفاءة وطريقة للتنبؤ بدقة بكمية الدواء النقي المحمول. بعيدا عن النوع المختلط مع المخدرات، يجب أيضا تطوير طرق لتصنيع MNs التي تخزن الدواء في مساحة منفصلة.

لمعالجة المشكلتين المذكورتين أعلاه، قامت هذه الدراسة بتصنيع قالب سيليكون رئيسي لإنتاج MN يمنع احتجاز الهواء أثناء صب البوليمر اللزج وأكد فائدته. أثناء صب البوليمر لتصنيع MN، عندما يملأ البوليمر اللزج تجويف القالب، يتم تهوية الهواء المتبقي داخل التجويف بشكل طبيعي، ويمتلئ التجويف بالكامل. وبسبب اللزوجة العالية، تتوقف عملية التعبئة هذه دون تدفق البوليمر خارج القالب. من خلال هذه العملية، يمكن تكرار هندسة القالب بدقة، ويمكن تصنيع النماذج ذات الأطراف الحادة. عندما يكون حجم البوليمر اللزج أصغر من حجم التجويف الداخلي للقالب، يتدفق البوليمر اللزج على طول جدران القالب المائلة نحو مخرج الهواء، بحيث يتكون ال MN بداخله فارغ. يوضح الشكل 1 طريقة تصنيع MN النموذجية باستخدام قالب تقليدي (1) ومفهومنا الرئيسي لقالب رئيسي مزود ب AVH (2).

استخدم هذا البروتوكول عملية نقش مزدوجة الوجه على رقاقة سيليكون لإنتاج قالب يحتوي على AVH على ظهر الهيكل. بعد تطبيق البوليمر تحت الفراغ، يملأ البوليمر اللزج تجويف القالب لإنتاج MN ذو طرف حاد. من خلال التحكم في الحجم الموزع لمادة MN، يمكننا تصنيع إما MN صلبة قياسية (مع داخلية مملوءة) أو، إذا تم توزيع حجم أصغر، MN مجوف حيث يغطي البوليمر اللزج سطح القالب بسماكة معينة، مع ترك داخل فارغ. يوفر ذلك عملية متعددة الاستخدامات لتصنيع أنواع مختلفة من MN.

تم اختيار الجيلاتين كمادة مصفوفة لتصنيع MN لأنه يوفر توافقا حيويا عاليا وخصائص ميكانيكية مفضلة، كما يوفر توافرا واسعا، وتكلفة منخفضة، وقابلية للذوبان في الماء، وقابلية للتحلل الحيوي كمادة حيوية قائمة على البروتين تم استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات الطبية الحيوية وفي أنظمة MN الذائبة أو المكونة بالهيدروجيل. 18,19. كما أظهرت دراسات سابقة أن الشبكات الجيلاتينية المعتمدة على الجيلاتين أو الجيلاتين-ميثاكريلويل يمكن أن تخترق الجلد دون انحناء أو كسر، مما يؤكد أن شبكات الجيلاتين توفر قوة ميكانيكية كافية وسلامة هيكلية لإدخال الجلد بشكل موثوق20,21.

بالنسبة للمادة المستخدمة في تصنيع MN، تم تحضير محلول جيلاتين بنسبة 10.31٪ (w/v) عن طريق خلط 1 جرام من الجيلاتين مع 9 مل من الماء المقطر. وفقا للأدبيات، فإن لزوجة محلول الجيلاتين بنسبة 10٪ (w/v) عند 25 درجة مئوية هي 39.43-46.63 mPa·s22، وفرق التركيز بين محلول الجيلاتين البالغ 10.31٪ (w/v) المستخدم في هذه الدراسة والمحلول المرجعي 10٪ (w/v) هو 0.31٪، مع وجود كلا القيمتين ضمن نطاق اللزوجة 6.64-429 mPa·s الذي تم استخدام تركيبات البوليمر المائي بنجاح في تصنيعMNs 23 باستخدام قوالب، مما يشير إلى أن طريقة تعبئة القوالب بمساعدة AVH الحالية، من حيث المبدأ، تنطبق على المحاليل البوليمرية المائية التي تقع لزوجتها ضمن هذا النطاق.

من خلال الصب المضبوط، قامت هذه الدراسة بتصنيع ومقارنة نوعين من الشبكات المغناطيسية، واختارت هذه الأنواع بدلا من الشبكات المسامية، التي تظهر مقايضة بين المسامية والقوة الميكانيكية التي تؤثر على المتانة الميكانيكية24: MN صلب يظهر قوة ميكانيكية عالية وموثوقية في الإدخال مع كفاءة اختراق الجلد فائقة25، وMN مجوف قادر على تخزين الأدوية غير القابلة للذوبان في الماء داخل تجويفها الداخلي، مما يوفر قابلية تطبيق عالية للتحويل لاحقا إلى تصاميم MN صلبة محملة بالأدوية26. عندما يمكن خلط الدواء مع مادة الإبرة، تكون النيوترات الصلبة مناسبة لمادة المنينوكس الصلبة، بينما النيوترات المجوفة مناسبة للمواد ضعيفة الذوبان والتي يصعب خلطها.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

العمل في بيئة نظيفة ومضبوطة ومعايرة جميع المعدات قبل البدء أمر أساسي. ينصح باستخدام أدوات مخصصة لكل خطوة لتجنب التلوث المتبادل والالتزام بأوقات الخبز والتبريد المحددة، بالإضافة إلى اتباع خطوات البروتوكول بالترتيب. المواد المستخدمة والمواد المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. تصنيع قوالب السيليكون الرئيسية

  1. قم بتنظيف البيرانها على رقاقة سيليكون مصقولة مزدوجة الجانبين (DSP) من نوع N (100) بحجم 4 إنش وسمك 525 ميكرومتر (H2SO4 + H2O2 = 4:1، 120 درجة مئوية، 10 دقائق).
    تحذير: محلول البيرانها يتفاعل بعنف مع المواد العضوية ويشكل خطرا على إطلاق حرارة قوية وتوليد غاز. دائما اخلطها ببطء بإضافة بيروكسيد الهيدروجين إلى الحمض في غطاء بخار، وارتد واقي وجه، ومئزر مقاوم للأحماض، وقفازات مقاومة للأحماض. بعد الاستخدام، اجمع كل المحلول المتبقي وشطفه كنفايات مؤكسدة حمضية في وعاء مقاوم للحمض ومهوى بالتهوية. لا تقم بالتحييد في المختبر. طلب الاستلام من خلال برنامج النفايات الخطرة المؤسسي EHS وفقا للوائح النفايات المختبرية الوطنية27.
  2. قم بإجراء الأكسدة الحرارية الجافة-الرطبة-الجافة عند 1100 درجة مئوية لمدة 90 دقيقة لنمو طبقة أكسيد حراري بسماكة ~0.6 ميكرومتر (الشكل 2A).
  3. الطباعة الضوئية على الجانب الأمامي: قم بالخطوات التالية على الجانب الأمامي من الرقاقة.
    1. طلاء الغلاف الدوار AZ GXR-601 فوتوريست (14 cP) عند 3000 دورة في الدقيقة لمدة 35 ثانية. ثم اخبز بلطف على حرارة 90 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة.
    2. باستخدام تقويم القناع، تعرض الرقاقة للأشعة فوق البنفسجية (365 نانومتر، 10 ميلي واط/سم 2) لمدة 5 ثوان، ثم طورها بمطور TMAH بنسبة 2.38٪ (بطول الوزن/وايت) لمدة دقيقة إلى دقيقتين.
      تحذير: TMAH سام إذا امتصه عبر الجلد. تعامل معه بغطاء أبخرة وارتد قفازات نيتريل مزدوجة، ونظارات أمان، ومئزر. في حال ملامسة الجلد، اغسله فورا بالماء. بعد الاستخدام، اجمع المحاليل المستهلكة وشطف كنفايات رباعية قوية القلوية في حاوية مخصصة. لا تخلط مع الأحماض أو المؤكسد. قدم طلبا لاستلام EHS وفقا لإجراءات معالجة النفايات المحددة27.
    3. اخبز الويفر بقوة على حرارة 100 درجة مئوية لمدة دقيقتين.
  4. نقش الجانب الأمامي:
    1. ضع الرقائق المزخرفة في غرفة حفر ICP وقم بعملية حفر جافة لمدة 2-3 دقائق لإزالة طبقة أكسيد الحرارة المكشوفة بشكل انتقائي.
      ملاحظة: اضبط الغازات (CHF3/CF 4) على 10/30 متر مربع (SCM)، وقوة التردد اللاسلكي على 50 واط (مع قدرة ICP 900 واط)، والضغط على 3.8 mTorr. معدل نقش الأكسيد في هذه الظروف هو ~260 نانومتر/دقيقة.
    2. قم بإزالة الرقاقة من الحجرة وإزالة الفوتوريزست باستخدام مزيل PR (مذيب قائم على الأمين، يسخن إلى 60 درجة مئوية لمدة 10 دقائق في حمام ثابت دون تحريك فوق صوتي) (الشكل 2B).
    3. صب محلول KOH بنسبة 30٪ (مع الوزن) (أو محلول TMAH بنسبة 20٪) في حوض الحفر وغطه.
    4. ضع حوض النقش في حمام بدرجة حرارة ثابتة واضبط درجة الحرارة على 90 درجة مئوية.
    5. بعد التسخين المسبق لمدة ساعة، افتح الغطاء، اغمر رقاقة السيليكون في المحلول، وابدأ في الحفر. معدل النقش هو ~0.85 ميكرومتر/دقيقة.
    6. بعد النقش لمدة لا تقل عن 440 دقيقة، أزل رقاقة السيليكون وشطفها بالماء.
    7. افحص السطح المنقوش تحت المجهر للتأكد من وجود أخدود على شكل V. (الشكل 2C).
      تحذير: KOH هو أداة قوية للنقش القلوي يمكن أن تسبب حروقا شديدة للجلد والعينين. دائما ارتد غطاء أبخرة وارتد درع وجه، ونظارات أمان كيميائية، وقفازات مقاومة للمواد الكيميائية بطول كامل، ومئزر كيميائي. إذا تعرضت للجسم، اشطف المنطقة فورا بالماء لمدة لا تقل عن 15 دقيقة واطلب الرعاية الطبية. بعد الاستخدام، اجمع المحلول المستخدم والمواد الملوثة كنفايات غير عضوية قلوية خطرة في حاويات متوافقة. ضع ملصقات واضحة واطلب التخلص منها من خلال برنامج النفايات الخطرة التابع ل EHS27.
      ملاحظة: حجم فتحة النقش هو 530 ميكرومتر × 530 ميكرومتر، وعمق التوقف الذاتي للنقش هو 375 ميكرومتر. وبما أن النقش غير متناقض، فإن العملية ستتوقف تلقائيا عند هذا العمق.
  5. قم بتنظيف بيرانا على رقاقة السيليكون.
  6. قم بإجراء أكسدة حرارية رطبة عند 1100 درجة مئوية لمدة 90 دقيقة لنمو طبقة أكسيد حراري جديدة.
  7. الطباعة الضوئية من الجانب الخلفي: على الجزء الخلفي من الرقاقة، قم بطلاء فوتوريزست، والتعريض، والتطوير، والخبز بنفس الإجراءات والظروف الموجودة في الخطوة 1.3.
  8. نمط أكسيد الظهر الخلفي: قم بتنفيذ نقش أكسيد مخزن (BOE) (HF: NH4F = 1:7) لتشكيل أكسيد الجانب الخلفي، ثم إزالة الفوتوريست باستخدام أداة إزالة (الشكل 2D).
    تحذير: يحتوي محلول BOE على HF، الذي يمكن أن يخترق الجلد ويسبب تلف الأنسجة المتأخرة (النخر) ونقص كالسيوم الدم. دائما ارتدي غطاء أبخرة وارتد قفازات مقاومة لمقاومة HF (فوق قفازات النيتريل). بعد الاستخدام، اجمع جميع السوائل والمواد الصلبة التي تحتوي على HF في حاويات HDPE موسومة بوضوح كنفايات HF/BOE. احتفظ بجل غلوكونات الكالسيوم متوفرا بالقرب منه واطلب استلام EHS فوريا وفقا لبروتوكولات النفايات المحددة27,28.
  9. أثناء حفر BOE، قم بإجراء فحص ترطيب الماء DI لمراقبة نقطة الحفر النهائية.
    1. مع الأخذ في الاعتبار معدل نقش BOE لأكسيد الحرارة (110-120 نانومتر/دقيقة)، مع اقتراب وقت الإنهاء، اغمس رقاقة السيليكون لفترة وجيزة في ماء منزوع الأيونات وأزلها لمراقبة سلوك البلل لقطرات الماء.
    2. تأكد من إزالة الأكسيد بشكل انتقائي (مما يشير إلى عدم ترطيب الماء)، مما يدل على اكتمال إزالة أكسيد الحرارة.
  10. قم بحفر السيليكون غير المتجانس على الظهر تحت نفس الظروف كما في الخطوة 1.4، عند 90 درجة مئوية لمدة ~180 دقيقة (الشكل 2E).
    ملاحظة: نظرا لتحمل سمك الرقاقة البالغ ±25 ميكرومتر، ابدأ بفحص تكوين الفتحة خلال حوالي 150 دقيقة (مثلا باستخدام المجهر) لتحديد متى توقف الحفر.
  11. بعد الانتهاء من النقش الخلفي، قم بعمل غطس BOE لإزالة أي أكسيد متبق من الرقائق المنقوشة (الشكل 2F).
  12. قم بإجراء فحص ترطيب الماء من DI وتأكد من إزالة كل الأكسيد (تمت ملاحظة تأثير "الصفيحة").
  13. إجراء معالجة سطحية كارهة للماء على رقاقة السيليكون المحفورة باستخدام ترسيب بلازماC4F8 على آلة الحفر ICP (60 SCM، ICP 800 W، RF 10 W، 10 mTorr، 60 ثانية، زاوية اتصال الماء الساكن ≥ 100°). ثم قم بتقطيع الرقائق باستخدام منشار تقطيع مزود بشفرة محور ماسية برابطة نيكل (المغزل 30,000 دورة في الدقيقة، تغذية 50 مم/ثانية، التعريض = 4× سمك الشفرة، وسائل تبريد مياه DI 0.5 لتر/دقيقة).
    ملاحظة: معالجة البلازما الكارهة للماء تجعل سطح قالب السيليكون غير مبلل وتسهل فصل المولد البوليمري المعالج عن بنية السيليكون.

2. تحضير محلول البوليمر

  1. باستخدام حقنة ذات مرة واحدة بسعة 10 مل، أضف 9 مل من الماء المقطر إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي بحجم 50 مل.
  2. باستخدام ملعقة S/T وورق مقاوم للشحوم، زن 1 جرام من مسحوق الجيلاتين على ميزان دقيق وانقله إلى الأنبوب المخروطي.
    ملاحظة: عند نقل مسحوق الجيلاتين من الورق المقاوم للدهون إلى الأنبوب، قد يتسبب التشويش في التصاق بعض المسحوق بالورق، مما يؤدي إلى إضافة أقل من 1 جرام. قارن أوزان الورق قبل وبعد النقل، وأضف أي كمية مفقودة من مسحوق الجيلاتين.
  3. استخدم ملعقة S/T لتفكيك أي كتل من الجيلاتين في الأنبوب عن طريق التحريك لمدة 5 دقائق باتجاه عقارب الساعة، مع التأكد من أن دوران المحلول لا يسبب انسكابا.
  4. املأ حمام ماء ب 4 لترات من الماء المقطر.
  5. اضبط درجة حرارة حمام الماء على 60 درجة مئوية وانتظر ~30 دقيقة حتى يصل إلى درجة الحرارة المستهدفة.
  6. ضع الأنبوب الذي يحتوي على محلول الجيلاتين في حمام ماء بدرجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لإذابة الجيلاتين.
  7. أزل الأنبوب وقم بتدوير الأنبوب بسرعة 3,300 دورة في الدقيقة لمدة دقيقة واحدة لتشتت أي جزيئات جيلاتين متبقية بالكامل.
  8. لمنع تغيرات اللزوجة أو التجليف قبل الاستخدام، يحفظ محلول الجيلاتين في حمام ماء عند 60 درجة مئوية، مع حجم نهائي 9.7 مل يعادل محلول جيلاتين بنسبة 10.31٪ (مع الجهمات).
    ملاحظة: حافظ على محلول الجيلاتين في حمام ماء بدرجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 5 ساعات قبل استخدامه في تصنيع مينيسوتا.

3. تصنيع الشبكات الصلبة والمجوفة

  1. ضع شريحتين مجهريتين (76 مم × 26 مم × 1 مم) مسطحتين في طبق بتري، بمسافة 7 مم عن بعضها البعض، وتثبيتهما بشريط لاصق غير منسوج مزدوج الوجهين.
  2. ضع قالب السيليكون الرئيسي المصنع فوق شريحتي المجهر، بحيث يكون الجزء الخلفي (الجانب الذي يحتوي على AVH) مواجها للأسفل.
  3. اضبط موضع القالب بحيث يكون AVH في منتصف الفجوة بين الشريحتين.
  4. ضع طبق بتري (مع قالب السيليكون) في مركز مجفف فراغ (حوالي 260 مم × 260 مم × 100 مم في الحجم).
  5. باستخدام حقنة ذات مرة واحدة بسعة 1 مل، ضع 0.3 مل من الميثانول على مركز قالب السيليكون الرئيسي.
    تحذير: الميثانول مذيب قابل للاشتعال ومتطاير وسام؛ يمكن أن يسبب استنشاق أبخراته أو امتصاصه من الجلد تلف العصب البصري، أو العمى، أو التسمم الجهازي. ارتد دائما نظارات أمان، واقي وجه، وقفازات مزدوجة من النتريل، وتعامل معه في مكان جيد التهوية (ويفضل أن يكون بغطاء بخار). بعد الاستخدام، يجمع الميثانول المتبقي ويشطفه كنفايات مذيبات عضوية قابلة للاشتعال في حاوية مغلقة ومتوافقة مع احتواء ثانوي. طلب الاستلام من خلال برنامج النفايات الخطرة المؤسسي EHS وفقا لقواعد النفايات المختبرية الوطنيةرقم 27.
  6. حرك طرف الحقنة بلطف على سطح القالب لتوزيع الميثانول بالتساوي على الأطراف.
    ملاحظة: الميثانول له لزوجة منخفضة جدا (~0.594 ميلي باسكال)، لذا حتى الاضطرابات الطفيفة قد تسبب انسكابه عن العفن. للتطبيق الدقيق لتجنب الفيضان، بلل طرف الحقنة بالميثانول.
  7. أغلق مجفف الفراغ واستخدم مضخة تفريغ لتطبيق فراغ بقوة -80 كيلوباسكال لمدة دقيقتين، مما يسمح للميثانول بالتسرب الكامل إلى قالب السيليكون الرئيسي.
  8. حرر الفراغ لإزالة أي فقاعات متبقية في الميثانول.
  9. أزل محلول الجيلاتين المحضر من حمام الماء وامسح أي ماء عن خارج الأنبوب بمناديل تنظيف الغرفة.
  10. بالنسبة للأنابيب الصلبة الصلبة، استخدم ميكروبايبت بسعة 20-200 ميكرولتر لصب 100 ميكرولتر من محلول الجيلاتين على مركز قالب السيليكون. بالنسبة للنيترولات المجوفة، يتم توزيع 40 ميكرولتر من محلول الجيلاتين.
  11. أغلق جهاز التجفيف بالتفريغ وطبق -80 كيلو باسكال لمدة دقيقتين.
  12. حرر الفراغ لإزالة أي فقاعات متبقية في محلول الجيلاتين.
  13. مع الحفاظ على مستوى طبق البتر، وضعه في حمام ماء بدرجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة دقيقتين.
    ملاحظة: تأكد من أن طبق بتري لا يلامس الماء في الحوض مباشرة. البيئة التي تبلغ 60 درجة مئوية تقلل من لزوجة المحلول، والرطوبة النسبية بنسبة 100٪ داخل الحمام تمنع جفاف الجيلاتين.
  14. أزل طبق البتري من حمام الماء مع الحفاظ على استواؤه.
  15. المس سطح محلول الجيلاتين بملقط وافتحه بالتساوي على حواف القالب، مع التأكد من أن سطح القالب بالكامل مغطى بطبقة رقيقة من المحلول.
    ملاحظة: إذا كان المحلول باردا جدا، فإن لزوجته العالية ستجعله يلتصق بالملاقط ويتمدد. لذا، يتم توزيع المحلول بسرعة فور إزالة القالب من حمام 60 درجة مئوية، بينما لا تزال لزوجة الجيلاتين منخفضة.
  16. مع الحفاظ على مستوى العفن، ضعه في الفرن عند 40 درجة مئوية وجففه لمدة لا تقل عن 4 ساعات.
  17. بعد أن يجف تماما، أدخل الملقط بين قالب السيليكون الرئيسي وقاعدة MN ولفها بعناية لرفع وإزالة العفن، للحصول على بوليمر MN المعالج.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

قدمت هذه الدراسة قالبا رئيسيا مع ناقل AVH لتمكين تصنيع قوالب MN ذات الأطراف الحادة، مما يمثل خروجا عن استخدام القوالب الرئيسية التقليدية. باستخدام النقش السيليكون عالي الدقة، نجحنا في تصنيع القالب الرئيسي المزود بتقنية AVH وأنتجنا منه قوالب MN. تم تصوير قالب السيليكون الرئيسي المصنع باستخدام مجهر إلكترونيات المسح ذات الانبعاث الحقلي (SEM)، وتمت ملاحظة القوالب المصنوعة باستخدام المجهر الرقمي وSEM الانبعاث الميداني.

يوضح الشكل 3 تخطيط قالب السيليكون الرئيسي مع صور A...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

صنعت هذه الدراسة قالب سيليكون رئيسي مع ناقل AVH باستخدام نقش مزدوج الوجه لمنع احتجاز الهواء أثناء ملئه ببوليمر لزج، مما حقق التعبئة الكاملة حتى طرف MN وتمكين تكوين MNs حادة وموحدة. عامل أساسي لتشكيل الأطراف بشكل صحيح هو حجم ال AVH الناتج عن النقش الخلفي. بالنظر إلى التفاوت في سمك رقائق السيليكون (±25 ميكرومتر)، من الصعب التنبؤ بدقة بمدة النقش الخلفي. إذا استمر النقش لفترة طويلة، يزداد حجم AVH، مما يؤدي إلى رأس MN أكبر. هذا يزيد من مساحة التلامس أثناء اختراق الجلد ويرفع قوة الإدخال المطلو...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

شكر وتقدير

وقد تم دعم هذا العمل بمنحة من مؤسسة الابتكار الكورية (INNOPOLIS) الممولة من الحكومة الكورية (وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات) (رقم المنحة: NTIS-2710084968)، من وكالة تعزيز التسويق لنتائج البحث والتطوير (COMPA) الممولة من وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات (رقم منحة: RS-2024-00423871 لدعم تطوير الملكية الفكرية وتسويق/تصنيع تكنولوجيا تصنيع الإبر الصغيرة المبكرة)، ومن خلال برنامج التعليم لنظام الابتكار الإقليمي (RISE) من خلال مركز RISE في جيونغسانغنام-دو، الممول من وزارة التعليم وحكومة مقاطعة جيونغسانغنام-دو في جمهورية كوريا (2025-RISE-16-008-0008).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
تنظيف المساحاتأساهي كاسيبيمكوت M-325 مم ومرة؛ 25 مم
أنبوب الطرد المركزي المخروطيكورنينغ35207050 مل
منشار التقطيعديسكوDAD-3220المغزل 30,000 دورة في الدقيقة، تغذية 50 مم/ثانية، التعريض = 4&00; سمك الشفرة، مبرد الماء DI 0.5 لتر/دقيقة
المجهر الرقميهيروكسKH-7700يستخدم مع عدسة كاميرا MXG-5040RZ
حقنة ذات مرة واحدةلقاح كورياكوفاكس-سرينج1 مل & 10 مل
الماء المقطرسامتشون بيور كيميكال000W0054
شريط غير منسوج مزدوج الوجه3MID-8370Sسمك 0.16 مم
SEM الانبعاث الحقلي  هيتاشي هاي-تكS-4300SE
مسحوق الجيلاتينسيغما-ألدرتشG1890من جلد الخنزير، النوع A، بودرة، قوة جل ~300 جرام
ورق مقاوم للشحومالأستاذ باريسندو براتنا100 مم ومرة؛ 100 مم
ICP نقاشأوكسفورد إنسترومنتس لتقنية البلازمابلازما برو 100 كوبرا
تقويم القناعبرو وينM-150
الميثانولسيغما-ألدرتش34860
ميكروبايبتبي زي إتش تي إل إس. إيه.4045-DV20– 200 وميكرو؛ L
شرائح المجهربول مارينفيلد GmbH & السرية KGمارينفيلد سوبيريور76 مم وزنا؛ 26 مم ومرة؛ 1 مم
الفرنجيو تكOF-02G
طبق بتريعلوم الحياة SPL10150150 مم ومرة؛ 20 مم
توازن الدقةرادواج واجي إلكترونيتشنهWTC 200
عريد العلاقات العامةميركمزيل AZ 100المنتج رقم 1000100
ملعقة S/Tعلوم المواد في كوريا20 سم
الملقطإيديال-تيك S.A.2AB.TA
مجفف الفراغآي نيكسسIN-VS260 مم ومرة؛ 260 مم ومرة؛ 100 مم، 6.7 لتر
مضخة التفريغروكر ساينتفيكروكر 300
خلاط الدوامةدايهان العلميVM-10
حمام الماءهانبايك العلميHS-205WS330 مم ومرة؛ 300 مم ومرة؛ 150 مم، 15 لتر

المراجع

  1. Prausnitz, M. R., Langer, R. Transdermal drug delivery. Nat Biotechnol. 26 (11), 1261-1268 (2008).
  2. Shin, J. Y., Han, D., Yoon, K. Y., Jeong, D. H., Park, Y. I. Clinical safety and efficacy evaluation of a dissolving microneedle patch having dual anti-wrinkle effects with safe and long-term activities. Ann Dermatol. 36 (4), 215-224 (2024).
  3. Moon, S. -S., Kim, S., Kim, J. H., Han, D., Kim, C. Microneedle patch as a new platform to effectively deliver inactivated polio vaccine and inactivated rotavirus vaccine. NPJ Vaccines. 7, 26(2022).
  4. Samant, P. P., Wang, H., Zeng, M., Yang, J., Prausnitz, M. R. Sampling interstitial fluid from human skin using a microneedle patch. Sci Transl Med. 12 (571), eaaw0285(2020).
  5. Zhang, N., Li, C., Wang, S., Wu, X., Jin, Y. Dissolving polymer microneedles for transdermal delivery of insulin. Front Pharmacol. 12, 719905(2021).
  6. Lyu, S., Fang, R. H., Guo, Y., Zhang, L., Li, W. Going below and beyond the surface: Microneedle structure, materials, drugs, fabrication, and applications for wound healing and tissue regeneration. Bioact Mater. 27, 303-326 (2023).
  7. Evens, T., van der Tempel, J., Meerts, M., Biesheuvel, P., van Steenkiste, S. Producing hollow polymer microneedles using laser ablated molds in an injection molding process. J Micro Nano-Manuf. 9 (3), 030902(2021).
  8. Choo, S., Jin, S., Jung, J. Fabricating high-resolution and high-dimensional microneedle mold through the resolution improvement of stereolithography 3D printing. Pharmaceutics. 14 (4), 766(2022).
  9. Yu, W., He, Y., Tang, L., Liu, T., Zheng, H. Study on the influence of microinjection molding processing parameters on replication quality of polylactic acid microneedle array product. Polymers. 15, 1199(2023).
  10. Miura, S., Tanaka, Y., Uemura, T., Nishiyama, N., Okamura, Y. Fabrication and evaluation of dissolving hyaluronic acid microneedle patches for minimally invasive transdermal drug delivery by nanoimprinting. Gels. 11, 89(2025).
  11. Kornicka, J., Śniadek, P., Marycz, K., Walczak, R. Dissolving microneedles fabricated from 3D-printed master molds for application in veterinary medicine. Sci Rep. 15, 14102(2025).
  12. Gholami, S., Namazi, H., Shariatinia, Z., Ahmadi, A., Varshosaz, J. Fabrication of microporous inorganic microneedles by centrifugal casting method for transdermal extraction and delivery. Int J Pharm. 558, 299-310 (2019).
  13. Smith, E., Badran, M., Pathan, I., McConville, A., Courtenay, A. Vac-and-fill: A micromoulding technique for fabricating microneedle arrays with vacuum-activated, hands-free mould-filling. Int J Pharm. 650, 123706(2024).
  14. Lee, J., Kim, H., Yang, H., Seo, H., Yoon, H. Efficient fabrication of thermo-stable dissolving microneedle arrays for intradermal delivery of influenza whole inactivated virus vaccine. Biomater Sci. 11, 6790-6800 (2023).
  15. Li, W., Tang, J., Terry, R. N., Li, S., Brunie, A. Long-acting reversible contraception by effervescent microneedle patch. Sci Adv. 5 (11), eaaw8145(2019).
  16. Sabbagh, F., Kim, B. -S. Ex vivo transdermal delivery of nicotinamide mononucleotide using polyvinyl alcohol microneedles. Polymers. 15 (9), 2031(2023).
  17. He, H., Guo, Y., Yin, Y., Tang, J., Tang, Z. Preparation and in vitro characterization of microneedles containing inclusion complexes loaded with progesterone. Pharmaceutics. 15 (6), 1765(2023).
  18. Song, R., Li, C., Wang, S., Duan, Z., Wang, X. Current development of biodegradable polymeric materials for biomedical applications. Drug Des Devel Ther. 12, 3117-3145 (2018).
  19. Andreazza, R., Morales, A., Pieniz, S., Labidi, J. Gelatin-based hydrogels: Potential biomaterials for remediation. Polymers. 15 (4), 1026(2023).
  20. Luo, Z., Jin, Y., Qi, H., Wang, Y., Tang, Y. Biodegradable gelatin methacryloyl microneedles for transdermal drug delivery. Adv Healthc Mater. 8 (3), e1801054(2019).
  21. Qu, M., Jiang, X., Ding, X., Zhang, Y., Hu, H. Biodegradable microneedle patch for transdermal gene delivery. Nanoscale. 12 (32), 16724-16729 (2020).
  22. Grijalva Garces, D., Appoldt, L. J., Egner, J., Leister, N., Hubbuch, J. The effect of gelatin source on the synthesis of gelatin-methacryloyl and the production of hydrogel microparticles. Gels. 9 (12), 927(2023).
  23. Lee, J., van der Maaden, K., Gooris, G., O'Mahony, C., Jiskoot, W., Bouwstra, J. Engineering of an automated nano-droplet dispensing system for fabrication of antigen-loaded dissolving microneedle arrays. Int J Pharm. 600, 120473(2021).
  24. Bao, L., Park, J., Bonfante, G., Kim, B. Recent advances in porous microneedles: Materials, fabrication, and transdermal applications. Drug Deliv Transl Res. 12 (2), 395-414 (2022).
  25. Aldawood, F. K., Andar, A., Desai, S. A comprehensive review of microneedles: Types, materials, processes, characterizations and applications. Polymers. 13 (16), 2815(2021).
  26. Kim, Y. -C., Park, J. -H., Prausnitz, M. R. Microneedles for drug and vaccine delivery. Adv Drug Deliv Rev. 64 (14), 1547-1568 (2012).
  27. National Research Council. Prudent Practices in the Laboratory: Handling and Management of Chemical Hazards. , National Academies Press. Washington, DC. (2011).
  28. Drexel University Environmental Health & Safety. Hydrofluoric Acid - Chemical Safety Summary. , Drexel University. (2018).
  29. Makvandi, P., Joshi, J., Song, H., Lee, J., Ashrafizadeh, M. Engineering microneedle patches for improved penetration: Analysis, skin models and factors affecting needle insertion. Nano-Micro Lett. 13, 93(2021).
  30. Krieger, K. J., Bertollo, N., Dangol, M., Sheridan, J. P., Kim, Y. -C. Simple and customizable method for fabrication of high-aspect ratio microneedle molds using low-cost 3D printing. Microsyst Nanoeng. 5, 42(2019).
  31. Römgens, A. M., Bader, D. L., Bouwstra, J. A., Baaijens, F. P. T., Oomens, C. W. J. Monitoring the penetration process of single microneedles with varying tip diameters. J Mech Behav Biomed Mater. 40, 397-405 (2014).
  32. Oliveira, C., Teixeira, J. A., Oliveira, N., Ferreira, S., Botelho, C. M. Microneedles' device: Design, fabrication, and applications. Macromol. 4, 320-355 (2024).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تصنيع قالب رئيسي للإبر الدقيقة مع فتحة تهوية بحجم ميكرون
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.