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Nanoscribe QX系列雙光子無掩
重磅！Nanoscribe微納加工技術應用于匹茲堡大學新型貼片疫苗研發
目前仍然在努力對抗包括病毒感染、癌癥和藥物過敏等各種疾病，而通過透皮遞藥系統來輸送疫苗則成為了人類自我保護重要的武器。匹茲堡大學的科學家們使用Nanoscribe的雙光子微納3D打印設備制作了微針陣列（Microneedle arrays，MNAs），成功研發了一種新型皮膚微針陣列遞藥系統。他們把增材制造技術運用到制作微針陣列原型，并以之為主模型復制并擴大生產可溶微針陣列。研究人員稱未來有望進入臨床試驗并投入使用。
3D-printed prototype of an array of microneedles. These needles are designed for the efficient delivery of vaccines into specific skin layers. Image: Emrullah Korkmaz, University of Pittsburgh
為了安全且有效地預防多種疾病，科研人員正在積極研發不同疫苗，包括現在正在肆虐的由SARS-Cov-2冠狀病毒引起地coronavirus disease 2019。疫苗可以通過刺激人體免疫系統來幫助我們抵抗傳染病。然而，傳統通過皮下注射的疫苗接種法，即將抗原傳遞到肌肉或皮下組織中，而非皮膚微環境中，都會伴隨不同程度的疼痛感，且傳統的疫苗接種法不具備高免疫原性，還有可能會讓患者產生不良免疫反應。
3D微加工技術用于新型皮膚疫苗輸送系統
為了攻克這個難題，來自匹茲堡大學皮膚病學系，生物工程學系，臨床和轉化科學研究所， McGowan再生醫學研究所以及UPMC Hillman癌癥中心的科學家和工程師們組成了跨學科科研團隊，共同研發了新型可溶性微針皮膚疫苗輸送系統。匹茲堡大學的納米制造和表征基金（NFCF）的研究人員運用Nanoscribe的Photonic Professional GT系列3D打印設備來制作微針陣列的原型母版來生產可溶性微針陣列。這種新的藥物傳遞技術可以經由皮膚促進人體產生強大和持久的免疫。研究發現，皮膚含有密集的抗原呈遞和免疫輔助細胞，更適合于疫苗接種。
Dissolving undercut microneedles integrating fluorescently-labeled vaccine components. Image: Emrullah Korkmaz, University of Pittsburgh
Nanoscribe的打印設備具有高度3D設計自由度的特點且具備人性化的操作系統，因此科研人員在設計新款疫苗傳遞技術時不必為設計的復雜性而擔心，同時，對于醫學家們來說，能成功把醫學概念應用到現實中是十分令人興奮的事情。這也證明3D微納加工技術已然成為實現皮膚藥物或疫苗輸送系統的關鍵性技術。
為了確保該新型遞藥系統能將疫苗通過皮膚成功傳遞到人體，微針整列的每個部分都必須經過精心設計。微針的半徑是能夠穿透皮膚組織的關鍵，針頭越尖，即半徑越小，皮膚傳統性就越好。此外，底座的圓角對于微針在實際運用中的改善微針的力度也起著關鍵性的作用。而Nanoscribe的3D打印設備可以完美制作出納米級分辨率的微針，并且可以根據不同參數來優化設計，無需任何復雜的要求。
復制批量生產微針整列
可溶性微針陣列由水溶性生物材料制成。在干燥狀態下，微針整列可機械性穿透皮膚表層，即角質層，插入皮膚后吸收皮膚水分迅速溶解并將等量生物貨物輸送到皮膚微環境中。
運用3D微納加工來制造微針陣列原型是批量生產可溶性微針整列的關鍵技術。從初的CAD設計開始就可一步到位，制作一個3D打印的微針整列（MNA）。然后運用軟光刻技術（soft lithography），例如納米壓印技術，制作MNA的3D打印彈性體負模母版。通過UV光固化該母版來制作副本。后將多組副本（例如案例中為6個）安裝到由PolyJet3D打印技術制造的3D打印支架上。如圖所示，研究人員通過這一系列方法制作了微針陣列模型，后運用旋轉導熱干燥技術做出了帶有多組分疫苗的MNA。
皮膚醫學院外科副教授醫學博士安德莉亞甘博特表示：“你永遠不知道下一次流行病什么時候到來，這也是為什么資助疫苗研究很重要的原因。”這種新型疫苗傳遞系統是一種更有效，更可在患者之間傳遞的高科技版本。