Finite Element Analysis for Biodegradable Dissolving Microneedle Materials on Skin Puncture and Mechanical Performance Evaluation

材料科学 聚乙烯醇 复合材料 透皮 多物理 脆性 溶解 弹性模量 生物医学工程 化学工程 有限元法 医学 热力学 药理学 物理 工程类
作者
Qinying Yan,Jiaqi Weng,Shulin Shen,Yan Wang,Min Fang,Gensuo Zheng,Qingliang Yang,Gensheng Yang
出处
期刊:Polymers [MDPI AG]
卷期号:13 (18): 3043-3043 被引量:35
标识
DOI:10.3390/polym13183043
摘要

In this study, a micro-molding technology was used to prepare the microneedles (MNs), while a texture analyzer was used to measure its Young’s modulus, Poisson’s ratio and compression breaking force, to evaluate whether the MNs can penetrate the skin. The effects of different materials were characterized by their ability to withstand stresses using the Structural Mechanics Module of COMSOL Multiphysics. Carboxymethylcellulose (CMC) was chosen as the needle formulation material with varying quantities of polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA) and hyaluronic acid (HA) to adjust the viscosity, brittleness, hardness and solubility of the material. The results of both the experimental tests and the predictions indicated that the hardest tip material had a solids content of 15% (w/w ) with a 1:2 (w/w) CMC: HA ratio. Furthermore, it was shown that a solid content of 10% (w/w) with a 1:5 (w/w) CMC: PVA ratio is suitable for making patches. The correlation between the mechanical properties and the different materials was found using the simulation analysis as well as the force required for different dissolving microneedles (DMNs) to penetrate the skin, which significantly promoted the research progress of microneedle transdermal drug delivery.
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