Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wykonanie głównej formy do mikroigieł z otworem wentylacyjnym o wielkości mikrona

1.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/69679

⸱

5 grudnia 2025

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

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Niniejszy artykuł przedstawia unikalną metodę wytwarzania form głównych z otworem wentylacyjnym, który zapobiega uwięzieniu powietrza podczas odlewania lepkiego polimeru, umożliwiając wytwarzanie mikroigieł żelatynowych z ostrymi końcówkami. Zmniejszając objętość odlewania żelatyny o wysokiej lepkości, można było również wytwarzać cienkościenne, puste piramidalne mikroigły.

Streszczenie

Mikroigły (MN) to nowatorski system dostarczania leków, który może przeniknąć przez barierę skórną w sposób minimalnie inwazyjny, dostarczając leki. Ponieważ są mniej bolesne niż zastrzyki i łatwe w użyciu, zyskują coraz większe zastosowanie w branży kosmetycznej i farmaceutycznej. Konwencjonalna produkcja MN polega na stworzeniu głównej formy, a następnie produkcji MN w tej formie. Główne metody wytwarzania formy głównej to procesy mikroelektromechaniczne, obróbka metali oraz druk 3D. Jednak główną słabością form głównych produkowanych tymi metodami jest to, że powietrze może uwięzić się wewnątrz formy podczas odlewania bardzo lepkiego polimeru używanego do produkcji MN. W rezultacie końcówki MN mogą nie uformować się całkowicie. W produkcji macierzy MN może to obniżać niezawodność struktur MN. Niniejsze badanie proponuje rozwiązanie uwięzienia powietrza, polegające na utworzeniu mikroskalowego otworu wentylacyjnego (AVH) na końcu głównej formy. AVH pozwala na ucieczkę powietrza, ale zapobiega wyciekowi lepkiej cieczy podczas procesu utwardzania. Ponieważ konwencjonalne metody obróbki metali lub druku 3D mają ograniczenia rozdzielczości, do stworzenia formy głównej wyposażonej w AVH zastosowano mikroobróbkę krzemową. Długość boczna wykonanego AVH wynosiła od 1,4 do 7,0 μm. Dzięki tej formie z powodzeniem wyprodukowaliśmy żelatynowe MN o temperaturze 375 μm z ostrymi końcówkami. Ponadto, kontrolując objętość nakładanej żelatyny, wytwarzano cienkościenne, puste piramidalne MN o ściankach o grubości 23 μm i objętości wewnętrznej jamy 0,027 μL. Ponieważ główna forma wyposażona w AVH umożliwia wytwarzanie zarówno rozpuszczalnych w wodzie, jak i nierozpuszczalnych w wodzie MN, może służyć jako nowoczesny, wysokowydajny system dostarczania leków do zastosowań w dziedzinach kosmetyki i biomedycyny.

Wprowadzenie

Mikroigły (MN) to nowy system dostarczania leków, zdolny do nieinwazyjnego przenikania przez barierę skórną w celu dostarczania leków. Ta metoda przezwycięża niską biodostępność doustnego podawania oraz ryzyko bólu i infekcji przy podawaniu przez zastrzyki1. Dzięki prostemu stosowaniu i wysokiemu stosowaniu przez pacjentów, MN zyskały coraz większe zastosowanie w kosmetykach2, szczepionkach3, monitorowaniu biomarkerów4 oraz dostarczaniu leków polimerowych5.

Metody wytwarzania w Minnesocie zazwyczaj obejmują techniki formowania6. Formy używane do odlewania MN są wytwarzane metodą obróbki metalu7 oraz drukiem 3D8. Jednak jedną z przeszkód w stosowaniu tych metod jest to, że wymagają one kosztownego sprzętu i udogodnień. Ponadto, ze względu na ich ograniczenia rozdzielczości, trudno jest uzyskać struktury przenikające skórę używane jako MN. Dodatkowo do produkcji biodegradowalnych MN 9,10 stosuje się materiały bardzo lepkie. Gdy materiał MN jest stosowany do formy, powietrze uwięzione w mikrostrukturach formy może uniemożliwić prawidłowe powstawanie końcówek MN i zmniejszyć wydajność matryc MN11. Badania wykazały metody rozwiązania tych problemów, takie jak odlewanieodśrodkowe 12, odgazowanie próżniowe w komorze13 oraz hydrofilowe oczyszczanie powierzchni formy14, które miały złagodzić ten problem. Niemniej jednak wciąż potrzebny jest prostszy i bardziej efektywny proces wytwarzania form.

Zazwyczaj rozpuszczające MN powstają poprzez wymieszanie celu z polimerem rozpuszczalnym w wodzie w formie ciekłej i odlewanie mieszaniny do formy15. W przypadku substancji rozpuszczalnych w wodzie produkcja jest stosunkowo prosta, stosując proste procedury, takie jak rozpuszczenie docelowego związku w wodzie destylowanej i mieszanie go z rozpuszczalnym polimerem16. Jednak w przypadku substancji nierozpuszczalnych w wodzie należy opracować osobny proces ładowania ich do MN. Na przykład lek nierozpuszczalny może być rozpuszczony w wodzie/etanolu współrozpuszczalniku, wymieszany, następnie skoncentrowany próżniowo, przefiltrowany i liofilizowany jako preparat wstępny, a następnie wymieszany z roztworem polimeru rozpuszczalnego w celu uzyskaniaMNs 17. Proces ładowania leków nierozpuszczalnych do MN jest złożony i czasochłonny. Dlatego konieczne jest opracowanie bardziej efektywnego procesu wytwarzania oraz metody dokładnego przewidywania ilości czystego leku w środku. Poza typem mieszanym leków, należy także opracować metody tworzenia MN przechowujących lek w osobnym pomieszczeniu.

Aby rozwiązać dwa wspomniane wcześniej problemy, w tym badaniu wykonano krzemową formę główną do produkcji w Minnesocie, która zapobiega zatrzymywaniu powietrza podczas odlewania lepkiego polimeru i potwierdziło jej użyteczność. Podczas odlewania polimerów do produkcji w Minnesocie, gdy lepki polimer wypełnia wnękę formy, pozostałe powietrze wewnątrz wnęki jest naturalnie odprowadzane, a wnęka zostaje całkowicie wypełniona. Ze względu na wysoką lepkość, proces napełniania zatrzymuje się bez wycieku polimeru z formy. Dzięki temu procesowi można wiernie odtworzyć geometrię formy, a MN z ostrymi końcówkami można wytwarzać. Gdy objętość lepkiego polimeru jest mniejsza niż objętość wewnętrznej komory formy, lepki polimer przepływa wzdłuż pochylonych ścianek formy w kierunku wylotu wentylacyjnego, tak że MN powstaje z pustym wnętrzem. Rysunek 1 przedstawia typową metodę wytwarzania w Minnesocie z użyciem konwencjonalnej formy (1) oraz naszą kluczową koncepcję głównej formy wyposażonej w AVH (2).

Protokół ten wykorzystywał dwustronny proces trawienia na płytkach krzemowych, aby uzyskać formę z mikroskalowym AVH na odwrocie. Po nałożeniu polimeru pod próżnią, lepki polimer wypełnia komorę formy, tworząc MN z ostrą końcówką. Kontrolując dozowaną objętość materiału MN, możemy wyprodukować albo standardowy stały MN (z wypełnionym wnętrzem), albo, jeśli jest mniejsza objętość, pusty MN, gdzie lepki polimer pokrywa powierzchnię formy do określonej grubości, pozostawiając puste wnętrze. Zapewnia to wszechstronny proces wytwarzania różnych typów MN.

Żelatyna została wybrana jako materiał matrycowy do produkcji MN, ponieważ zapewnia wysoką biokompatybilność i korzystne właściwości mechaniczne, a także szeroką dostępność, niskie koszty, rozpuszczalność w wodzie oraz biodegradowalność jako biomateriał białkowy, szeroko stosowany w zastosowaniach biomedycznych oraz w systemach rozpuszczających lub formujących hydrożelMN 18,19. Wcześniejsze badania wykazały również, że MN na bazie żelatyny lub żelatyny-metacryloylu mogą przenikać przez skórę bez zginania czy pękania, potwierdzając, że sieci żelatynowe zapewniają wystarczającą wytrzymałość mechaniczną i integralność strukturalną do niezawodnego wstawienia skóry20,21.

Do materiału używanego w produkcji w Minnesocie przygotowano roztwór żelatyny o stężeniu 10,31% (w/v) przez wymieszanie 1 g żelatyny z 9 mL wody destylowanej. Według literatury lepkość roztworu żelatyny 10% (w/v) w temperaturze 25 °C wynosi 39,43-46,63 mPa·s22, a różnica stężeń między roztworem żelatyny 10,31% (w/v) używanym w tym badaniu a roztworem referencyjnym 10% (w/v) wynosi 0,31%, przy czym obie wartości mieszczą się w zakresie lepkości 6,64-429 mPa·s, w którym formuły polimerów wodnych były z powodzeniem stosowane do produkcji MNs23 na bazie form, wskazując, że obecne podejście do wypełniania formy wspomagane AVH jest w zasadzie stosowane do wodnych roztworów polimerowych, których lepkość mieści się w tym zakresie.

Dzięki kontrolowanemu odlewaniu w badaniu wykonano i porównano dwa typy MN, wybierając je zamiast porowatych MN, które wykazują kompromis między porowatością a wytrzymałością mechaniczną, co obniża wytrzymałość mechaniczną24: stały MN o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i niezawodności wstawiania oraz lepszej wydajności penetracji skóry25, oraz pusty MN zdolny do przechowywania leków nierozpuszczalnych w wodzie w swojej wewnętrznej jamie, oferując wysoką przydatność do późniejszej konwersji do stałych wzorców MN obciążonych lekami26. Gdy lek można zmieszać z materiałem igły, stałe MN są odpowiednie, natomiast puste MN są odpowiednie dla substancji słabo rozpuszczalnych, które trudno mieszać.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Praca w kontrolowanym, czystym środowisku oraz kalibracja całego sprzętu przed rozpoczęciem pracy są niezbędne. Zaleca się stosowanie dedykowanych narzędzi na każdym etapie, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego, oraz przestrzeganie określonych czasów pieczenia i chłodzenia, a także stosowanie się do procedur w kolejności. Odczynniki i używany sprzęt są wymienione w Tabeli Materiałów.

1. Wytwarzanie krzemowych form głównych

  1. Wykonaj czystość piranii na 4-calowym, 525 μm grubym N-type (100) dwustronnie polerowanym (DSP) krzemowym waflie (H2SO4 + H2O2 = 4:1, 120 °C, 10 min).
    UWAGA: Roztwór piranii reaguje gwałtownie z substancjami organicznymi i niesie ryzyko silnego uwalniania ciepła oraz powstawania gazu. Zawsze mieszaj go powoli, dodając nadtlenek wodoru do kwasu w okapu, a także zakładaj przyłbicę, fartuch odporny na kwas oraz rękawice odporne na kwasy. Po użyciu zbieraj cały pozostały roztwór i przepłukuj jako kwaśne odpady utleniające w kwasoodpornym, wentylowanym pojemniku. Nie neutralizuj w laboratorium. Wniosek o odbiór odpadów niebezpiecznych w ramach instytucjonalnego programu EHS zgodnie z krajowymi przepisami dotyczącymi odpadów laboratoryjnych27.
  2. Wykonaj sucho-mokro-suchą termiczną utlenianie w temperaturze 1100 °C przez 90 minut, aby wytworzyć warstwę tlenku termicznego o grubości ~0,6 μm (Rysunek 2A).
  3. Fotolitografia z przodu: Wykonaj następujące kroki po przedniej stronie płytki.
    1. Spincoat AZ GXR-601 fotorezysta (14 cP) przy 3000 obr./min przez 35 s. Następnie piecz na miękko w 90 °C przez 1 minutę.
    2. Używając nakładki do maski, naświetl płytkę na UV (365 nm, 10 mW/cm2) przez 5 sekund, a następnie wywołaj ją w wywoływaczu TMAH o stężeniu 2,38% (w/w) przez 1-2 minuty.
      UWAGA: TMAH jest toksyczne, jeśli wchłonie się przez skórę. Trzymaj się w kapturze z parami i zakładaj podwójne rękawice nitrylowe, okulary ochronne i fartuch. W przypadku kontaktu ze skórą natychmiast umyj wodą. Po użyciu zbieraj zużyte roztwory i spłukuj jako silnie zasadowe odpady czwartorzędowo-amonowe w dedykowanym pojemniku. Nie mieszaj z kwasami ani utleniaczami. Zgłoś do odbioru EHS zgodnie z wyznaczonymi procedurami dotyczącymi odpadów27.
    3. Piecz płytkę na twardo w 100 °C przez 2 minuty.
  4. Trawienie z przodu:
    1. Włóż wzorzysty wafel do komory trawiącej ICP i wykonaj suche trawienie przez 2-3 minuty, aby selektywnie usunąć odsłoniętą warstwę tlenku termicznego.
      UWAGA: Ustaw gazy (CHF3/CF4) na 10/30 sccm, moc RF na 50 W (z mocą ICP 900 W) i ciśnienie na 3,8 mTorr. Szybkość trawienia tlenku w tych warunkach wynosi ~260 nm/min.
    2. Wyjmij płytkę z komory i usuń fotorezystor za pomocą PR strippera (rozpuszczalnik na bazie aminy, podgrzany do 60 °C przez 10 minut w kąpieli statycznej bez mieszania ultradźwiękowego) (Rysunek 2B).
    3. Wlej 30% (w/w) roztwór KOH (lub 20% (w/w) roztwór TMAH) do kąpieli trawiącej i przykryj go.
    4. Umieść kąpiel trawiącą w kąpieli o stałej temperaturze i ustaw temperaturę na 90 °C.
    5. Po godzinie nagrzewania otwórz pokrywkę, zanurz płytkę krzemową w roztworze i rozpocznij trawienie. Szybkość trawienia wynosi ~0,85 μm/min.
    6. Po trawieniu co najmniej 440 minut usuń płytkę krzemową i przepłucz ją wodą.
    7. Obejrzyj wytrawioną powierzchnię pod mikroskopem, aby upewnić się, że powstał rowek w kształcie litery V. (Rysunek 2C).
      UWAGA: KOH to silny zasadowy trawiciel, który może powodować poważne oparzenia skóry i oczu. Zawsze pracuj w kapturze z parami, noś przyłbicę, okulary ochronne przed chemikaliami, długie rękawice odporne na chemikalia oraz fartuch chemiczny. Jeśli jest narażony, natychmiast przepłukaj miejsce wodą przez co najmniej 15 minut i zgłoś pomoc medyczną. Po użyciu zbieraj użyty roztwór i zanieczyszczone materiały jako zasadowe, nieorganiczne odpady niebezpieczne w kompatybilnych pojemnikach. Wyraźnie oznacz i poproś o utylizację w ramach programu EHS dotyczącego odpadów niebezpiecznych27.
      UWAGA: Średnica otworu trawionego wynosi 530 μm × 530 μm, a głębokość samotrawienia 375 μm. Ponieważ trawienie jest anizotropowe, proces automatycznie się zatrzyma na tej głębokości.
  5. Wykonaj czyszczenie piraniowe na płytkach krzemowych.
  6. Wykonaj termiczną mokrą oksydację w temperaturze 1100 °C przez 90 minut, aby wytworzyć nową warstwę tlenku termicznego.
  7. Fotolitografia z tyłu: Na tylnej stronie płytki wykonuj powłokę fotorezystatyczną, ekspozycję, wywoływanie i wypiekanie według tych samych procedur i warunków co w kroku 1.3.
  8. Wzorowanie tlenków z tyłu: Wykonaj trawienie tlenku buforowanego (BOE) (HF:NH 4F = 1:7), aby wykształcić tlenek z tyłu, a następnie usuń fotorezyst za pomocą zmywacza (Rysunek 2D).
    UWAGA: Roztwór BOE zawiera HF, który może przenikać przez skórę i powodować opóźnione uszkodzenia tkanek (martwicę) oraz hipokalcemię. Zawsze pracuj w kapturze z parami i noś rękawice odporne na HF (na rękawiczkach nitrylowych). Po użyciu zbieraj wszystkie ciecze i ciała stałe zawierające HF w pojemnikach HDPE wyraźnie oznaczonych jako odpady HF/BOE. Trzymaj żel z glukonianem wapnia pod ręką i poproś o natychmiastowy odbiór EHS zgodnie z protokołami dotyczącymi odpadów przeznaczonych27,28.
  9. Podczas trawienia BOE wykonaj kontrolę mokrości wody DI, aby monitorować końcowy punkt trawienia.
    1. Biorąc pod uwagę szybkość trawienia tlenku termicznego (110-120 nm/min), w miarę zbliżania się czasu ukończenia, krótko zanurz płytkę krzemową w wodzie dejonizowanej i usuń ją, aby obserwować zachowanie zwilżania kropelek wody.
    2. Potwierdź, że tlenek został usunięty selektywnie (co wskazuje brak mokrości wodnej), co oznacza zakończenie usuwania termicznego tlenku.
  10. Wykonaj trawienie krzemu anizotropowego z tyłu w tych samych warunkach co w kroku 1.4, w 90 °C przez ~180 minut (rysunek 2E).
    UWAGA: Biorąc pod uwagę tolerancję grubości płytki ±25 μm, zacznij sprawdzać formowanie się otworów przelotowych około 150 minut (np. za pomocą mikroskopu), aby określić, kiedy zatrzymać trawienie.
  11. Po zakończeniu trawienia na tylnej stronie wykonaj zanurzenie BOE, aby usunąć pozostałe tlenki z trawionego wafla (Rysunek 2F).
  12. Wykonaj kontrolę zwilżania wody DI i poupewnij się, że cały tlenek został usunięty (zaobserwowano efekt "sheet off").
  13. Wykonanie hydrofobowej obróbki powierzchni na trawionym wafliku krzemowym za pomocą osadzania plazmowego C4F8 na grawerze ICP (60 sccm, ICP 800 W, RF 10 W, 10 mTorr, 60 s, statyczny kąt styku wody ≥ 100°). Następnie kroić płytkę za pomocą piły do cięcia wyposażonej w diamentową piastę z niklowym wiązaniem (wrzeciono 30 000 obr./min, prędkość podawania 50 mm/s, ekspozycja = 4× grubość ostrza, a chłodzenie DI-water 0,5 L/min).
    UWAGA: Hydrofobowa obróbka plazmą sprawia, że powierzchnia formy krzemowej nie zwilża się i ułatwia oddzielenie utwardzonego polimeru MN od struktury krzemowej.

2. Przygotowanie roztworu polimerowego

  1. Używając jednorazowej strzykawki o pojemności 10 mL, dodaj 9 ml wody destylowanej do stożkowej rurki wirówki o pojemności 50 mL.
  2. Używając łyżki do smarowania i papieru tłuszczoodpornego, odważ 1 g proszku żelatynowego na precyzyjnej wagi i przelej go do stożkowej tubki.
    UWAGA: Podczas przenoszenia proszku żelatynowego z papieru tłuszczoodpornego do tubki, zakłócenia statyczne mogą powodować przyleganie części proszku do papieru, co prowadzi do dodania mniej niż 1 g. Porównaj wagi papieru przed i po transferze oraz dodaj brakujące ilości proszku żelatyńskiego.
  3. Użyj łyżeczki S/T, aby rozbić grudki żelatyny w tubce, mieszając przez 5 minut w kierunku zgodnie z ruchem wskazówek zegara, upewniając się, że obrót roztworu nie powoduje rozlania.
  4. Napełnij kąpiel wodną 4 litrami wody destylowanej.
  5. Ustaw temperaturę kąpieli wodnej na 60 °C i czekaj ~30 minut, aż osiągnie docelową temperaturę.
  6. Umieść tubkę zawierającą roztwór żelatyny w kąpieli wodnej 60 °C na 30 minut, aby rozpuścić żelatynę.
  7. Wyjmij rurkę i wykręć ją z prędkością 3300 obr./min przez 1 minutę, aby całkowicie rozproszyć pozostałe cząsteczki żelatyny.
  8. Aby zapobiec zmianom lepkości lub żelaczności przed użyciem, roztwór żelatyny utrzymuje się w kąpieli wodnej w temperaturze 60 °C, a ostateczna objętość 9,7 mL odpowiada roztworowi żelatyny o wartości 10,31% (w/v).
    UWAGA: Utrzymuj roztwór żelatyny w kąpieli wodnej 60 °C przez co najmniej 5 godzin przed użyciem go do produkcji MN.

3. Wytwarzanie solidnych i pustych MN

  1. Połóż dwa szkiełka mikroskopowe (76 mm × 26 mm × 1 mm) płasko w szalce Petriego, odstępując 7 mm, i zabezpiecz je dwustronną taśmą nietkaną.
  2. Umieść wykonaną krzemową formę główną na dwóch szkiełkach mikroskopowych, z tyłem (tą stroną z AVH) skierowaną w dół.
  3. Reguluj pozycję formy tak, aby AVH był wyśrodkowany na szczelinie między dwoma suwakami.
  4. Umieść szalkę Petriego (z krzemową formą główną) w centrum próżniowego susańca (około 260 mm × 260 mm × 100 mm średnicy).
  5. Używając jednorazowej strzykawki o pojemności 1 mL, nałóż 0,3 mL metanolu na środek formy krzemowej głównej.
    UWAGA: Metanol jest łatwopalnym, lotnym, toksycznym rozpuszczalnikiem; Wdychanie jego oparów lub wchłanianie przez skórę może prowadzić do uszkodzenia nerwu wzrokowego, ślepoty lub zatrucia ogólnoustrojowego. Zawsze noś okulary ochronne, przyłbicę i podwójne rękawiczki nitrylowe, a dotykaj go w dobrze wentylowanym miejscu (najlepiej w okapu parowym). Po użyciu zbieraj resztki metanolu i spłukuj je jako łatwopalne organiczne rozpuszczalniki w zamkniętym, kompatybilnym pojemniku z wtórnym zbiornikiem. Wniosek o odbiór odpadów niebezpiecznych w ramach instytucjonalnego programu EHS zgodnie z krajowymi zasadami dotyczącymi odpadów laboratoryjnychnr 27.
  6. Delikatnie przesuwaj końcówkę strzykawki wzdłuż powierzchni formy, aby równomiernie rozprowadzić metanol na krawędziach.
    UWAGA: Metanol ma bardzo niską lepkość (~0,594 mPa·s), więc nawet niewielkie zakłócenia mogą spowodować jego rozsypanie się z pleśni. Aby precyzyjnie nałożyć i uniknąć przepełnienia, zwilż końcówkę strzykawki metanolem.
  7. Uszczelnij próżniowy osuszacz i użyj pompy próżniowej, aby przez 2 minuty zastosować próżnię o temperaturze -80 kPa, pozwalając metanolowi całkowicie przeniknąć do krzemowej formy głównej.
  8. Zwolnij próżnię, aby usunąć pozostałe pęcherzyki z metanolu.
  9. Wyjmij przygotowany roztwór żelatyny z kąpieli wodnej i wytrzyj wodę z zewnątrz tubki ściereczką do czyszczenia.
  10. Dla stałych MN użyj mikropipety o pojemności 20-200 μL, aby nałożyć 100 μL roztworu żelatynowego na środek krzemowej formy głównej. Dla pustych MN należy podać 40 μL roztworu żelatyny.
  11. Uszczelnij próżniowy osuszacz i nałóż -80 kPa przez 2 minuty.
  12. Zwolnij próżnię, aby usunąć pozostałe pęcherzyki w roztworze żelatyny.
  13. Utrzymując szalkę Petriego na poziomie, umieść ją w kąpieli wodnej o temperaturze 60 °C na 2 minuty.
    UWAGA: Upewnij się, że szalka Petriego nie styka się bezpośrednio z wodą w kąpieli. Środowisko 60 °C obniża lepkość roztworu, a 100% wilgotność względna wewnątrz kąpieli zapobiega wysychaniu żelatyny.
  14. Wyjmij szalkę Petriego z kąpieli wodnej, utrzymując ją poziomo.
  15. Dotknij powierzchni roztworu żelatynowego pęsetą i rozprowadz ją równomiernie na krawędziach formy, upewniając się, że cała powierzchnia formy jest pokryta cienką warstwą roztworu.
    UWAGA: Jeśli roztwór jest zbyt chłodny, jego wysoka lepkość spowoduje, że przyklei się do pęsety i rozciągnie. Dlatego roztwór rozprowadz szybko, zaraz po usunięciu formy z kąpieli 60 °C, gdy lepkość żelatyny jest jeszcze niska.
  16. Utrzymując formę na poziomie, umieść ją w piekarniku w 40 °C i susz przez co najmniej 4 godziny.
  17. Po całkowitym wyschnięciu włóż pęsetę między formę krzemową a podstawę MN i ostrożnie skręć, aby podnieść i wyjąć z formy, uzyskując utwardzony rozpuszczający się polimer MN.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Badanie wprowadziło formę główną z AVH, umożliwiającą wytwarzanie MN z ostrymi końcówkami, co stanowi odejście od stosowania konwencjonalnych form głównych. Korzystając z precyzyjnego trawienia krzemowego, z powodzeniem wykonaliśmy formę główną wyposażoną w AVH i wyprodukowaliśmy z niej wzorce MN. Wykonana forma krzemowa została sfotografowana skaningową mikroskopią elektronową (SEM), a wykonane MN obserwowano zarówno za pomocą mikroskopii cyfrowej, jak i SEM emisji polowej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

W tym badaniu wykonano krzemową formę główną z AVH wykorzystującą dwustronne trawienie, aby zapobiec zatrzymywaniu powietrza podczas wypełniania go lepkim polimerem, co pozwala na całkowite wypełnienie aż do czubka MN i umożliwienie powstawania ostrych, jednolitych MN. Kluczowym czynnikiem prawidłowego tworzenia końcówki jest rozmiar AVH powstałego przez trawienie po tylnej stronie. Biorąc pod uwagę zmienność grubości płytki krzemowej (±25 μm), trudno jest dokładnie przewidzieć czas trawienia po tylnej stronie. Jeśli tra...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Podziękowania

Prace te były wspierane grantem Korea Innovation Foundation (INNOPOLIS) finansowanym przez rząd Korei (Ministerstwo Nauki i ICT) (grant nr NTIS-2710084968), przez Agencję Promocji Komercjalizacji dla Rezultatów R&D (COMPA) finansowaną przez Ministerstwo Nauki i ICT (grant nr RS-2024-00423871 na wsparcie rozwoju własności intelektualnej oraz komercjalizacji/industrializacji technologii produkcji mikroigieł typu touch-off), oraz przez program Regionalnego Systemu Innowacji (RISE) realizowany przez Centrum RISE w Gyeongsangnam-do, finansowany przez Ministerstwo Edukacji (MOE) oraz rząd prowincji Gyeongsangnam-do w Republice Korei (2025-RISE-16-008-0008).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Wymazanie czystej pomieszczeniaAsahi KaseiBEMCOT M-325 mm & razy; 25 mm
Stożkowa rurka wirówkowaCorning35207050 mL
Piła do siekaniaDISCODAD-3220wrzeciono 30 000 obr./min, posunięcie 50 mm/s, ekspozycja = 4&; Grubość łopat, płyn chłodzący wodę DI 0,5 L/min
Mikroskopia cyfrowaHiroxKH-7700Używany z obiektywem aparatu MXG-5040RZ
Jednorazowa strzykawkaKoreańska szczepionkaKOVAX-SYRINGE1 mL & 10 mL
Woda destylowanaSamchun Pure Chemical000W0054
Dwustronna taśma nietkana3MID-8370S0,16 mm grubości
emisja polowa SEM Hitachi High-TechS-4300SE
Proszek żelatynowySigma-AldrichG1890Ze skóry wieprzowej, typ A, puder, żel o sile ~300 g Bloom
Papier tłuszczoodpornyPT. Parisindo Pratama100 mm i razy; 100 mm
Akwafornik ICPTechnologia plazmowa Oxford InstrumentsPlasmaPro 100 Cobra
Nakładka do maskiPRO WinM-150
MetanolSigma-Aldrich34860
mikropipetaPZ HTL S.A.4045-DV20 & ndash; 200 & mikro; L
Szkiełka mikroskopowePaul Marienfeld GmbH & Kompania KGMarienfeld Superior76 mm i razy; 26 mm i razy; 1 mm
piekarnikJeio TechOF-02G
Szalka PetriegoSPL Nauki o Życiu10150150 mm i razy; 20 mm
Precyzyjna równowagaRADWAG Wagi ElektroniczneWTC 200
PR-stripperMerckUsuwacz AZ 100Produkt nr 1000100
Łyżka S/TKorea Material Science20 cm
PęsetaIdeal-tek S.A.2AB.TA
Desykator próżniowyiNexusIN-VS260 mm i razy; 260 mm i razy; 100 mm, 6,7 L
Pompa próżniowaRocker ScientificRocker 300
Mieszacz wirowyDAIHAN ScientificVM-10
kąpiel wodnaHanbaek ScientificHS-205WS330 mm & razy; 300 mm i razy; 150mm, 15 L

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Wytwarzanie mikroigiemikrobobrob bka krzemuformowanie wspomagane pr nielatynowe mikroig ymikroig y pusto cianoweskaningowa mikroskopia elektronowasystem dostarczania lek wodlewanie polimer w
Wykonanie głównej formy do mikroigieł z otworem wentylacyjnym o wielkości mikrona
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.