Nanoscribe微纳加工技术应用于新型贴片疫苗研发

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目前全球仍然在努力对抗包括病毒感染、癌症和药物过敏等各种疾病，而通过透皮递药系统来输送疫苗则成为了人类自我保护最重要的武器。匹兹堡大学的科学家们使用Nanoscribe的微纳3D打印机制作了微针阵列（Microneedle arrays，MNAs），成功研发了一种新型皮肤微针阵列递药系统。他们把增材制造技术运用到制作微针阵列原型，并以之为主模型复制并扩大生产可溶微针阵列。研究人员称未来有望进入临床试验并投入使用。

3D-printedprototype of an array of microneedles. These needles are designed for theefficient delivery of vaccines into specific skin layers.

Image: EmrullahKorkmaz, University of Pittsburgh

为了安全且有效地预防多种疾病，全球科研人员正在积极研发不同疫苗，包括现在正在全球肆虐的由SARS-Cov-2冠状病毒引起地COVID-19。疫苗可以通过刺激人体免疫系统来帮助我们抵抗传染病。然而，传统通过皮下注射的疫苗接种法，即将抗原传递到肌肉或皮下组织中，而非皮肤微环境中，都会伴随不同程度的疼痛感，且传统的疫苗接种法不具备高免疫原性，还有可能会让患者产生不良免疫反应。

Nanoscribe3D微加工技术用于新型皮肤疫苗输送系统

为了攻克这个难题，来自匹兹堡大学皮肤病学系，生物工程学系，临床和转化科学研究所，McGowan再生医学研究所以及UPMC Hillman癌症中心的科学家和工程师们组成了跨学科科研团队，共同研发了新型可溶性微针皮肤疫苗输送系统。匹兹堡大学的纳米制造和表征基金（NFCF）的研究人员运用Nanoscribe的Photonic Professional GT系列双光子微纳3D打印设备来制作微针阵列的原型母版来生产可溶性微针阵列。研究发现，皮肤含有密集的抗原呈递和免疫辅助细胞，更适合于疫苗接种，而这种新的药物传递技术可以经由皮肤促进人体可产生强大和持久的免疫。

Dissolving undercut microneedles integratingfluorescently-labeled vaccine components.

Image: Emrullah Korkmaz, University ofPittsburgh

Nanoscribe的打印设备具有高度3D设计自由度的特点且具备人性化的操作系统，因此科研人员在设计新款疫苗传递技术时不必为设计的复杂性而担心，同时，对于医学家们来说，能成功把医学概念应用到现实中是十分令人兴奋的事情。这也证明3D微纳加工技术已然成为实现皮肤药物或疫苗输送系统的关键性技术。

为了确保该新型递药系统能将疫苗通过皮肤成功传递到人体，微针整列的每个部分都必须经过精心设计。微针的尖端半径是能够穿透皮肤组织的关键，针头越尖，即尖端半径越小，皮肤穿透性就越好。此外，底座的圆角对于微针在实际运用中改善微针的力度也起着关键性的作用。而Nanoscribe的双光子微纳3D打印设备可以完美制作出纳米级分辨率的微针，并且可以根据不同参数来优化设计，无需任何复杂的要求。

3D-printed microneedle with a sharp tip.

Image: Emrullah Korkmaz, University of Pittsburgh

复制批量生产微针整列

可溶性微针阵列由水溶性生物材料制成。在干燥状态下，微针整列可机械性穿透皮肤表层，即角质层，插入皮肤后吸收皮肤水分迅速溶解并将等量生物货物输送到皮肤微环境中。

运用3D微纳加工来制造微针阵列原型是批量生产可溶性微针整列的关键技术。从最初的CAD设计开始就可一步到位，制作一个3D打印的微针整列（MNA）。然后运用软光刻技术(soft lithography),例如纳米压印技术，制作MNA的3D打印弹性体负模母版。通过UV光固化该母版来制作副本。最后将多组副本（例如案例中为6个）安装到由PolyJet3D打印技术制造的3D打印支架上。如图所示，研究人员通过这一系列方法制作了微针阵列模型，最后运用旋转导热干燥技术做出了带有多组分疫苗的MNA。

皮肤医学院外壳副教授、医学博士安德莉亚甘博特表示：“你永远不知道下一次流行病什么时候到来，这也是为什么资助疫苗研究很重要的原因。”这种新型疫苗传递系统是一种更有效，更可在患者之间传递的高科技版本。