有小伙伴在后台问编辑小朋友“为什么鸽了这周的推送？！”

……我们没鸽

我们只是陷入了奇怪的知识海洋里，难以自拔……

”

这个系列原本是在讲什么？

这题我会！

没错，微针思密达！

”

△  智能聚合新趋势！高分子微针经皮给药的设计策略及应用场景

但今天文章的专业度是本杨浦全智贤没想到的，当别的变美博主囫囵太极“通过超微针头，在表皮打开无数微小通道”地介绍“微针导入”时，本贤已经能用“皮肤力学”精准教学了！一下成了超级正规军，怪不好意思。

该怎么把皮肤力学、插入力和插入速度、穿透长度（APE）和阵列插入效率（FPL）、MN基体附近的应力分布、MN完全穿透或扩散特性这一串小知识装进正在看文的你的小脑瓜呢？

我们先硬着头皮进入主题！

本期推文是微针系列第四篇，将继续探讨影响微针（MN）制备的因素并提供更多优化设计方案。

影响微针（MN）

效率的因素

要实现有效和安全的微针（MN）插入，需要了解皮肤和微针力学，以及影响插入和穿透机制的因素。

图1. 影响MN设计、制造和插入皮肤过程的因素示意图

学者们围绕皮肤力学的基本原理、皮肤和微针模型的有限元分析(FEA)的最新进展以及人工机械皮肤模型(AMSM)的应用开展多维度研究，探讨降低MN插入力和提高插入效率的方法。

MN效率影响因素之

皮肤力学

皮肤是一种非均匀的、与应变率相关的材料，具有弹性、非线性各向异性和粘弹性。皮肤的力学行为可通过抽吸、压痕、单轴拉伸/压缩试验、双轴试验、扭转等测试来测量其线性或粘弹性参数。

体内实验可以提供自然状态下皮肤的力学数据，包括形态效应，但单个皮肤层的性能难以分析；体外分析能够单独测试各皮肤层的特征，并且可以使用包括导致皮肤衰竭在内的密集负荷条件进行测试。

通过建立各类数学和物理模型，可以估测皮肤的泊松比（ν）和弹性模量（E）以确定其粘弹性。

尽管了解了皮肤的力学特性并建立模型，现有的因素仍不能形成影响皮肤性能的本构关系。结果表明皮肤整体弹性模量会在4.5 kPa-4 MPa，角质层弹性模量在0.6-1000 MPa，泊松比(ν)在0.3-0.5内不断变化。

这些变化除了与皮肤本身有关，还与皮肤部位、年龄、湿度、物种变化(如人类皮肤与猪皮)、后处理(如紫外线照射)、种族、性别、测试类型和应变率相关。皮肤状态也会随时间和环境的变化而改变(如紫外线剂量、饮食、污染、过敏性皮炎和痤疮)，增加了皮肤机制的复杂性。因此，仍需考虑这些因素对整体皮肤力学的影响：

皮肤厚度不同，男性皮肤的弹性模量和断裂韧性都要高于女性；

年龄增长，皮肤的弹性和延展性降低，弹性模量增加了约30%，同时褶皱程度也有所增加。

多元手段预测微针的

穿透、扩散特性

为避免MN失效，需观察MN在不同加载条件下的行为，包括轴向、横向和剪切力实验。进一步地，可通过建立数学模型来了解MN的机械强度与尖端、长度、密度、间距、壁厚、材料选择和前后加工工艺等因素之间的关系，可以提高MN的结构完整性。

此外，实体实验中关键参数如皮肤力学性能、MN插入力、穿透效率(PE)等的实验结果重复性较差，需引入模拟计算，通过有限元分析（FEA）和人工皮肤模型（AMSM）可探究MN基体附近的应力分布，也可预测MN完全穿透或扩散特性，包括接触相互作用、皮肤破裂和侵蚀。

图4. 关于微针的有限元分析

用于药物输送的

MN优化设计

当前，业界正追求研究廉价、一次性的微针贴片，用于无痛、无创、潜在的自我给药、疫苗或药物输送，以及医疗诊断生物液体采样。微针贴片的研发从最初的设计到制造以至最终应用，都需要以皮肤和微针的结构及微观力学详细理论为基础。

对于MN的最终性能，长度、宽度和几何形状是关键因素，而材料强度、尖端锥形角和微针阵列密度则不那么重要；

对于插入力，针尖直径、MN阵列密度和插入速度等因素对插入力的降低有显著影响；

对于拇指力插入和机械给药器插入，插入力和插入速度对部分穿透长度（APE）和阵列插入效率（FPL）有显著影响，插入时间、MN长度和去除角质层相对不显著。

对MN的设计优化，更好地理解MNs的微观力学和插入机制，以理论促进转化，才能有效加速MN的发展和大规模生产。

下期微针系列，我们将聚焦微针在美容领域的研究进展，解析其制备、性能及应用，欢迎关注创化科技服务#材料轻Talk！