微针及其阵列刺入硅胶实验研究

摘要

近年来，微针（阵列）因为可实现无痛、微创、可控的经皮给药和微量生化采样分析而倍受关注。尺寸微小是其获得上述优点的关键原因，但由此导致的强度和刚度不足使之在刺入皮肤过程中易发生断裂或屈曲，严重阻碍该技术的实用化进程。目前国内外有关微针在刺入皮肤过程中的力学问题的研究较少，且大多局限于单根微针本身的简单力学分析和结构优化设计，难以有效解决上述问题和矛盾。考虑到降低刺入力和刺入位移可以有助于防止微针发生力学破坏，本文因此以减小微针刺入力和刺入位移为目的，用硅胶膜模拟皮肤角质层，依次开展了单根微针、单排微针和微针阵列刺入硅胶膜的实验研究。
　　首先以单根微针为研究对象，讨论了微针尺寸、形状、刺入速度、皮肤预拉伸等对微针刺入力和刺入位移的影响规律，然后通过单排微针刺入实验探讨了微针数量、微针间距、微针高度排布对刺入力和刺入位移的影响，最后进行了多排微针阵列刺入硅胶膜的实验，进一步讨论了上述各参数对微针刺入行为的影响。
　　实验结果表明，微针刺入力和刺入位移会受到微针针尖形状（尖头或平头）和尺寸（尖端曲率半径、针尖面积和夹角）的共同影响。当针尖为尖头时，刺入力和刺入位移会随着微针尖曲率半径和针尖夹角的增加而近似线性增加，但当针尖为平头时，刺入力和刺入位移会随着针尖面积的增加而近似线性增加。此外，研究表明对硅胶膜施加预紧力有助于减小刺入力和刺入位移，而增加微针刺入速度(30mm/min～500mm/min)，时，刺入力和刺入位移则都表现出增加的趋势。最后，通过更详细的实验观察和理论分析，发现微针阵列中外侧微针往往会先于内侧微针刺破硅胶膜，即产生所谓的“边界效应”。考虑到微针实际使用过程中若出现这种现象，势必会导致阵列中微针会不同时刺入皮肤，更会导致微针刺入皮肤的深度不同，不利于无痛和可控给药。因此，本文提出了一种通过优化微针高度排布来削弱或消除这种现象的方法，并进行了实验验证。
　　上述规律和结论对于微针形状、尺寸、排布以及刺入方式等方面的优化改进有一定的参考价值，希望能够促进微针给药技术的大规模临床应用进程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 人体皮肤组织的结构形式和微针结构特点

1．3 人造微针研究概况

1．4 微针刺入皮肤过程的力学行为研究进展

1．5 本文主要工作

2 单根微针刺入实验及结果分析

2．1 实验原理及方法

2．2 实验材料与器材

2．3 微针尺寸对微针刺入规律的影响

2．3．1 针尖与皮肤接触面积的影响

2．3．2 微针尖端夹角的影响

2．4 预紧力对微针刺入规律的影响

2．5 进针速度对微针刺入规律的影响

2．5 高速摄影机提取刺入位移方法介绍

2．6 刺入位置对实验结果的影响

3 单排针刺实验及结果分析

3．1 微针阵列制作方法

3．2 微针间距对刺入规律的影响分析

3．2．1 实验参数与方案

3．2．2 实验结果与讨论

3．3 微针数量对单排微针刺入规律的影响分析

3．3．1 实验参数与方案

3．3．2 实验结果与讨论

3．4 单排微针排布的改进方法

4 微针阵列刺入实验与结果分析

4．1 微针阵列刺入硅胶膜的机理分析

4．2 微针间距对微针阵列刺入规律的影响分析

4．3 微针阵列排布的改进方法

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢