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最近，全國各地學生們都在開始接種新冠疫苗！隨著學生疫苗接種的落地推進，將3-11歲人群起到保護作用，另一方面有利于“外防輸入、內防反彈”，有利于中國總體疫情防控。

還沒帶孩子打疫苗的爸媽抓緊時間約好時間接種哈！

與此同時，美國也在同步推進5-11歲兒童的接種事宜。白宮新冠應對協調員杰夫·齊恩茨（Jeff Zients）在報告中聲稱，白宮為全美該年齡段所有的2800萬名兒童提供了充足的疫苗儲備。

可以說，隨著全球學生群體疫苗接種計劃的推進，對全球疫苗注射器的需求量也將同步上升。

然而，受疫情的影響，部分地區在疫苗的運輸和交付上面臨挑戰。特別是在資源有限的國家，疫苗需要實現低溫冷藏和運輸，并由訓練有素的醫護人員進行接種注射。部分接種者還由于害怕針頭而遲遲不愿采用傳統注射器進行注射。這些情況影響了疫苗大規模推廣接種的速度，但也為醫療技術的創新帶來契機。

為應對這些挑戰，不少科研團隊正在加速研發相關“無針貼片”注射器，通過采用高分子材料貼片，每個微針的高度都小于一毫米，可以將疫苗輸送到皮膚中。這種技術可以產生比肌肉注射更多的抗原呈遞細胞（疫苗的目標）。

可定制化的無針貼片

由田少民(Shaomin Tian音譯)和約瑟夫•德西蒙領導的北卡羅來納大學和美國斯坦福大學的研究團隊利用連續液體界面生產 (CLIP) 3D 打印技術制造出帶有不同尺寸及形狀微針的疫苗貼片。

定制化的微針疫苗貼片

CLIP 通過在液態樹脂的界面觸發光化學反應，將樹脂固化成固態來發揮作用。它依賴于精心管理光樹脂相互作用的可調光序列。

到目前為止，3D 打印的貼片無法提供如此高水平的定制，導致需要借助模具制造出類似釘床的貼片。隨著時間的推移，重復使用模具會降低所產生的微針的鋒利度，最終限制了疫苗的效率。

“我們的方法使我們能夠直接 3D 打印微針，這提供了很大的設計空間，可以從性能和成本的角度來制造最好的微針。” 田少民說。

團隊選擇的針設計形狀像一棵樅樹，這增加了它的表面積和負載（比傳統的金字塔設計多36% 的負載）。與傳統皮下注射相比，含有常見模型抗原（卵清蛋白）和免疫刺激劑 CpG 的貼劑在初次免疫后誘導的免疫反應高20倍，在小鼠加強注射后誘導的免疫反應高 50 倍。

無需冷藏的微針貼片

在中國，由國家納米科學技術中心的聶廣軍和王海以及北京東方醫院的李慧領導的團隊設計了一種不需要冷藏的微針貼片。

該貼片由100根可生物降解的微針組成，每根的直徑僅為蜜蜂毒刺直徑的十分之一，安裝在聚醋酸乙烯背襯層和一層熱響應聚合物 PNIPAM-B 的頂部。

要釋放針頭上的載體，需要分離背襯層并將針頭留在表皮內。PNIPAM-B 層通過一個有趣的特性實現了這種釋放：它在室溫下是疏水的，但當溫度低于 14-16°C 時會變成親水。利用這一特性，通過沖洗三分鐘降低皮膚溫度，貼片的背層可以很容易地與皮膚分離，將微針留在皮膚中。

該團隊使用基于 DNA 序列（比 mRNA 疫苗更穩定）的疫苗在小鼠身上測試了該貼片，該疫苗將 SARS-CoV-2 刺突蛋白或核衣殼蛋白編碼到無毒納米粒子的表面。研究人員觀察到強大而有效的適應性免疫，無論是新鮮制備的貼片還是在室溫下儲存兩周的貼片。

有趣的是，在這兩種類型的貼片之間沒有發現免疫反應的降低，這表明未來疫苗可以繞過冷藏的需要。其他實驗表明，DNA 疫苗甚至可以在室溫下儲存至少一個月。

該研究意味著未來疫苗注射器可以是無需冷藏的無針貼片，這將有助于提高疫苗的運輸、存儲和管理效率，同時還可以較低劑量誘導更高的免疫反應。

像打火機點火一樣的微針貼片

從燒烤用的打火機受啟發，佐治亞理工學院一個研究團隊設計出一款無需電池的電穿孔設備，可用作新冠疫苗注射器。

據介紹，研究人員發現打火機在沒有采用電池的情況下，通過氣體和電火花的摩擦生成火苗。研究人員希望能夠將打火機的電火花原理運用到電極陣列的微針貼片e-Patch。當該裝置壓在皮膚上的時候，它會啟動電穿孔并將 DNA 疫苗輸送到治療區域的細胞內。

無需電池的電穿孔注射器

研究人員表示，電穿孔可向組織施加電脈沖，這會導致細胞膜上的小孔打開，從而使遺傳物質不受阻礙地進入細胞。該技術作為一種傳遞遺傳物質的手段是有效的，但電穿孔設備通常既昂貴又笨重，這意味著它不適合實驗室外的常規使用。

大部分新冠疫苗由 DNA 組成。這意味著 DNA 被包裹在脂質納米顆粒中以幫助它進入細胞。然而，這種脂質顆粒增加了這些疫苗使用的復雜性和費用，并且可能意味著它們需要冷藏。這使得許多沒有冷鏈運輸的國家難以獲得它們。

該注射器的設計原理圖

參與這項研究的研究員薩德•巴姆拉 (Saad Bhamla) 在佐治亞理工學院的一份聲明中說。“我們驚喜地發現它無需安裝電池或插頭，這與傳統的電穿孔設備不同。傳統的電穿孔器通常需要數千美元，但ePatch采用的輕巧組件只需幾美分。”

目前，研究人員已經在小白鼠上進行ePatch的疫苗注射測試，實驗效果表明，與傳統的皮內注射相比，采用ePatch注射的疫苗誘導的免疫反應幾乎提高了十倍，尚未出現對小白鼠皮膚的持久影響。