富睿捷客户文章荣登国际药剂学杂志

多孔微针（PMNs）具有独特的孔隙结构，可通过自发吸收（SI）促进药物和生物体液的分布。其在药物递送和皮肤间质液提取方面的多功能性已得到充分验证。然而，不受控的毛细管力会导致药物负载能力不稳定，从根本上影响PMNs制造过程中的精确剂量控制。本研究采用有限元模型与实验方法相结合的综合策略，探究药物负载过程中的自发吸收机制，旨在阐明孔隙特性、药物溶液流体动力学与负载效率及污染风险之间的关系。这一机制性认识有助于轻松制备具有精确可调且高药物负载能力的PMNs。应用该策略，我们开发出载有双氯芬酸钠的PMNs，可通过SI实现局部镇痛作用，药物负载可在10秒内完成（每针最高负载量达3 μ）。本研究为揭示药物负载过程的调控机制及优化策略提供了宝贵见解，这些策略有望促进多孔微针的工业化开发与市场应用。

微针（MN）通过使活性药物成分能够绕过角质层屏障并抵达真皮层，为透皮给药提供了一种有效策略。其微创特性与高效的药物递送能力使其在透皮应用与诊断领域备受关注。常用的微针药物递送类型包括实心型、中空型、可溶型、包衣型及多孔型微针等。以根据公司的具体情况进行调整和增删。

为克服包被微针（MN）固有的载药能力限制，多孔微针（PMN）凭借其丰富的孔隙网络结构，在相同微针体积下展现出显著提升的载药潜力。具体而言，这种独特结构能够实现毛细管驱动的液体药物吸收，并在皮肤渗透后实现药物释放。与固体、涂层、中空及可溶解微针等其他类型相比，PMNs在药物递送和组织液提取方面展现出更优异的多功能性。关键在于，通过真空冷冻干燥法制备的PMNs规避了传统制备工艺相关的药物降解风险，因其载药机制无需经历严苛的加工条件（如高温），从而保持了药物稳定性。

在本研究中，我们开发了一种用于实现可控药物负载的微针平台，并采用结合有限元分析（FEA）的综合方法来探究药物如何被中性粒细胞（PMNs）吸收。我们建立了两个FEA模型，用以预测 PMN 孔隙结构特征和溶液性质对药物吸收的影响。这些模型有助于解决PMNs在药物负载过程中可能存在的不可控问题，并阐明吸收时间与药物负载量之间的关联。此外，我们还展示了PMNs在福尔马林诱导的大鼠疼痛模型中递送双氯芬酸钠（DS）的应用效果。本研究不仅提供了一种基于微观尺度的FEA方法来预测PMNs的药物负载行为，还从实验与模拟双重视角阐明了PMNs自发吸收药物的机制。

本文提出了一种用于描述微针吸收药物溶液的简化模型，该模型采用 COMSOL Multiphysics 6.2软件（Huang 等人，2016）开发。该模型同时考虑了微针多孔介质内的毛细作用力以及微针间距产生的作用力。为简化计算，采用了二维模型：微针呈梯形结构，底部直径为10 μm，顶部直径为320 μm，高度为800 μm；微针之间的区域被视为自由流动区，其底部长度为1390 μm，顶部长度为1080 μm，高度同样为800 μm；药物溶液则被建模为宽度3000 μm、高度100 μm的水平区域。该模型由两个子域构成：多孔介质域（Ω p）和自由流动域（Ω f）。域Ω f与域Ω pare通过界面 Γi =∂ Ω f ∩ ∂ Ωp分隔，其中外法向量为n，切向量为t。为清晰起见，自由流动子域中的数值用(f)表示，多孔介质中的数值用(p)表示。该模型的主要目的是预测药物在PMNs中的浸润过程，并识别潜在影响因素，从而解决药物负载不可控的相关问题。

我们的实验结果与Lucas-Washburn方程的预测一致，表明在 _20 ℃预冷冻温度下制备的PMNs实现了最高的吸水效率，在短短2秒内即可达到95%以上（图D）。PMNs的孔隙结构特征及关键结构参数（包括孔隙率、比表面积、平均孔径、平均喉道尺寸和绝对渗透率）已汇总于（图S1，支持文件）。随着孔径减小，单位时间内的吸水高度相应降低：在 _60 ℃下制备的MN2在5秒内即可达到95%以上的吸水高度，而预冷冻温度为 _100 ℃和 _140 ℃的MN3与MN4则需8秒才能达到相同水平（图D）。这些结果验证了孔径的关键作用，且与我们的模拟结果一致（图C）。通过积分吸水过程对药物吸收量进行量化，得到了描述药物吸收量与时间关系的函数（图A_II）。由于微针的基部直径大于其尖1端，随着浸润高度的增加，药物负载量也随之增加。通过自发浸润实验装置（图E）测定了不同浸润时间下的药物含量，实验结果与模拟数据（图B）高度吻合。该模型能有效预测并分析多孔介质中的动态毛细上升现象，揭示了微针浸润时间与药物负载能力之间的相关性。研究表明，通过时间调控可实现对微针浸润高度和药物负载量的精准控制。此外，深入理解微针的浸润动力学特性有助于优化微针制备工艺，并为未来的实验设计提供重要参考依据。

本研究提出了一种基于自发浸润机制的多孔微针新型载药方式。通过有限元分析建模，我们成功阐明了药物浸润行为的内在原理，并确定了关键影响因素。此外，该模型能够准确预测不同浸润时间下多孔微针的载药量。本研究的成果有助于确定最佳微针制备条件及浸润液特性，从而实现精准可控的药物负载。这一创新方法不仅提升了载药容量，还简化了负载流程，可在10秒内完成。通过调节浸润时间实现的载药过程可控性，显著增强了应用灵活性。负载双氯芬酸钠的PMNs展现出显著的镇痛效果，证明了其在疼痛管理领域的应用潜力。总体而言，本研究标志着微针技术领域的重要进展，为大规模生产及广阔市场应用奠定了基础。

冻结后，微针在-80℃下储存1小时，随后在冷冻干燥机（FTFDS ，Mercury180M，China）中冻干1小时，最终获得四种具有不同结构特性的PMNs。

本研究中样品的冻干环节，依托杭州富睿捷FTFDS Mercury 180M原位冻干机完成。该设备的低温真空控制性能，确保了样品微观结构的完整性与干燥效果的一致性，为后续分析测试奠定了坚实基础。

原位冻干机Mercury180系列，隔板预冻温度可达-76℃，满足更多生物样品需求，控温精度±1℃。可实现冻干工艺摸索，共晶点测试，获取冻干曲线，缩短冻干时间的小试，中试型用户。内置式盘管设计，显示温度更精确，捕水能力更佳。自主研发混合制冷技术，温度更低、更稳定。一体成型冷阱，保证更好的密封性。自研高精度真空传感器，真空度准确性更高。手机APP精准监控与控制机器状态，保证样品安全。我们有专业的冻干实验室，配备各种专业的设备，可以为您提供免费的试样服务。同时我们可以提供样机试用服务，让您的购置无后顾之忧。

图片及文字来源于International Journal of Pharmaceutics 688 (2026) 126430

Achieving rapid and precisely controllable drug loading via spontaneous imbibition in porous microneedles: mechanistic and optimization strategies