魅罗科技（MeloPEG）水凝胶微针：融合高生物相容性与智能控释的经皮给药平台

一、前言：微针技术的出现，重新定义经皮给药

皮肤是人体最大的天然屏障，其角质层厚度约为 10～20 μm，能够有效阻挡外界病原体侵入，但也使得多数药物难以透过皮肤进入体内。传统的口服与注射方式虽然能够满足给药需求，但存在首过代谢、疼痛刺激、感染风险以及患者依从性差等问题。

 

在这一背景下，微针（Microneedles，MN）技术应运而生。微针是一种微创经皮药物递送装置，由多个微米级针尖以阵列形式排列在基底上组成。微针长度一般为 10～2000 μm，可轻松穿透角质层而不触及真皮神经末梢，实现无痛给药。药物通过这些微通道扩散进入皮肤或体循环，从而达到局部或全身治疗的目的。

 

微针技术不仅能显著提高药物的透皮吸收率，还具有无痛、便捷、安全、控释精准等优势，正在成为新一代经皮给药系统（Transdermal Drug Delivery System, TDDS）的核心研究方向。

 

 

二、微针技术的发展历程与分类

（一）发展历程

微针的概念最早由 Alan Richard Wagner 于 1958 年提出，但受限于当时的微加工技术，未能实现实际应用。直到 1990 年代，随着微电子与微机电系统（MEMS）技术的兴起，科学家首次成功制备出硅基微针阵列，为微针研究奠定了基础。1998 年，美国佐治亚理工学院的 Henry 教授首次将微针用于经皮药物递送，标志着微针正式进入药物输送领域。

 

（二）按发展阶段划分

第一代：硅、氧化硅微针 —— 加工精度高，但脆性大、成本高；

第二代：金属微针 —— 机械强度高，可重复使用；

第三代：可溶微针（Dissolving Microneedles） —— 以可降解聚合物为载体，实现无痛、安全、可控释放；

第四代：水凝胶微针（Hydrogel Forming Microneedles） —— 近年来发展迅速，以“柔性+智能”结构实现药物的精确传递与回收。

 

（三）按结构与功能划分

根据针体结构与药物释放方式，微针可分为：

实心微针（Solid MN）：用于预处理皮肤、形成微通道；

空心微针（Hollow MN）：内部为空腔，可注射液体药物；

包衣微针（Coated MN）：药物涂覆于针体表面，实现“coat and poke”递送；

可溶微针（Dissolving MN）：针体与药物一体化，刺入皮肤后溶解释放；

水凝胶微针（Hydrogel Forming MN）：以吸水膨胀的水凝胶为载体，形成可控传输通道。

此外，还有冷冻微针、智能响应微针等新概念技术正在兴起，进一步拓宽了微针的功能边界。

 

三、水凝胶微针：以柔性材料实现智能给药

（一）结构组成

水凝胶微针由交联态水凝胶聚合物基质制备而成。与可溶微针不同，水凝胶微针在给药过程中不会溶解，而是在吸水后形成三维多孔网络结构。该结构具备高亲水性和可逆膨胀特性，可在短时间内吸收皮肤组织液，实现药物的扩散传递。

常用的水凝胶材料包括：

天然高分子类：透明质酸（HA）、海藻酸钠（SA）、明胶（Gelatin）、壳聚糖（Chitosan）；

合成聚合物类：聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚丙烯酰胺（PAM）等；

智能响应型材料：对温度、pH 或葡萄糖浓度敏感的水凝胶，用于可调控释放体系。

这些材料具有优异的生物相容性、可调力学性能及良好的交联可控性，是实现安全、精准给药的关键。

 

（二）作用机制

水凝胶微针刺入皮肤后，会迅速吸收组织间液，在针体内部形成含水通道。此时，药物通过两种方式递送：

基底载药型：药物储存在微针基底内，经水凝胶孔道向皮肤扩散；

针体载药型：药物与水凝胶共混制备，随水凝胶膨胀逐渐释放。

在整个过程中，水凝胶结构保持完整，不会在皮肤内残留。药物释放结束后，微针可整体移除，避免了可溶微针可能出现的残留风险。

 

 

（三）主要特点与优势

无痛、安全、无残留：针体柔软且可完全取出，避免皮肤损伤与交叉感染；

吸水膨胀、可控释放：通过调节交联密度可精确控制药物释放速率；

结构稳定、机械强度可调：能有效穿透角质层，同时保持形变恢复性；

制备工艺简便、适于规模化生产：铸模或注塑工艺均可实现批量制造；

兼容多种药物类型：适用于小分子药物、生物大分子、疫苗及美容活性成分。

 

四、应用前景与发展趋势

水凝胶微针因其高生物安全性与优异的可控性，已在多个领域展现出广阔前景：

医药领域：用于疫苗、胰岛素、镇痛药及抗肿瘤药物的精准递送；

生物治疗：实现蛋白、多肽及核酸类药物的稳定给药；

医美与皮肤修复：将透明质酸、抗氧化剂等活性物高效传递至真皮层。

 

未来，随着新型智能响应材料、纳米药物载体与3D微纳制造技术的结合，水凝胶微针有望实现智能化、个体化与可穿戴式给药系统的全面升级，成为经皮给药技术的重要发展方向。