专利名称：一种微针阵列注射器的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米和微米微结构材料的制备方法，特别是一种微针阵列注射器的制备 方法。
技术背景透皮给药是无创给药的新途径，由于药物吸收不受胃、肠道等消化道的影响，避免了肝 脏、胃肠道的首过作用效应，因此得到了国内外的广泛关注，具有广阔的巿场前景。皮肤的 角质层是药物进入肌体的主要屏障，因此透皮给药的关键是如何突破角质层并避免对皮肤的 刺激。其中，微针阵列方法最受关注，即用微针穿透皮肤的角质层但未伤及真皮层进行药物 传输。微针阵列制造的孔道是微米级的，比离子注入、电穿孔等方式所得的孔道更大，因此 可以输运难以透皮的高分子、超分子甚至微粒，因此微针制造一直是热点研究领域。早期的 微针是实心的，在皮肤上留下一些孔道，药物沿着孔道扩散进入皮肤。最新的发展趋势是将 微针与药物等的导入结合起来，形成空心的微针阵列注射器，物质沿着每个微针内部的孔道 进入皮肤，这大大加强了药物分子和纳米粒子的输运效率，方便无痛地获得治疗所需要的药 物与剂量。然而，目前空心微针阵列的制备主要依赖于昂贵的微加工技术，如反应离子東刻 蚀、聚焦离子束刻蚀等，而且，为了预防感染、玷污等，微米针阵列通常都是一次性使用的， 因此，上述方法不可能应用于巿场可普遍使用的廉价空心微针阵列的制备，这极大地限制了 其应用领域和范围。 发明内容发明目的本发明的目的是提供一种工艺简单、低成本的微米和亚微米针阵列的制法。 技术方案本发明所述的一种微针阵列注射器的制备方法，包括以下步骤(1) 微米和亚微米实心微针阵列的制备将纤维包埋在聚合物基体中，然后将上述切 片，放入浓度为0. 01~40%的HF酸腐蚀溶液中，或放入浓度为0. 01-80y。的KOH腐蚀溶液中， 在10-9(TC温度下，腐蚀10秒-72小时，形成针状阵列结构。(2) 微针长度的控制采用溶剂溶解聚合物基体，或加热熔融聚合物基体，或压印聚 合物基体，或以上任意组合，控制微针露出聚合物基体的长度。(3) 微针表面壳层结构制备釆用涂覆、或溅射、或化学镀、或电镀、或PVD、或CVD、 或以上方法任意组合，在微针表面获得50纳米-500微米厚度的金属、无机物或有机物。(4) 空心结构微针制备将上述样品放入浓度为0. 01-40。/。的HF酸腐蚀溶液中，或放 入浓度为0. 01~80%的KOH腐蚀溶液中，在10-90。C温度下，腐蚀10秒 72小时，去除实心微针，即获得空心的微针阵列注射器。在步骤(l)中，所说的微米和亚微米实心微针的材料为硅，或玻璃，或陶瓷，或石英 纤维材料；所说的包埋方法为聚合，或加热熔融，或灌注，或反应，或以上方法组合；所说 的聚合物基体为天然高分子材料，或合成高分子材料，或者以上材料的组合。在步骤(2)中，所说的溶剂为CHCl3、 CHC12、丙酮、甲苯、苯或其任意组合，溶解时间 为l分-72小时；所说的加热熔融聚合物基体所需的温度为至60~ 200°C，时间为1分 12 小时；所说的压印方法为将步骤(l)所得的微针阵列压入橡胶，或塑料平板，压入深度100-500微米，然后剥离橡胶和塑料平板。在步骤(3)中，所说的金属为纯金属，或合金；所说的无机物为碳化物、氧化物、硼 化物、氮化物、硒化物、氟化物、硅化物，或硫化物；所说的有机物为天然高分子材料，或 合成髙分子材料，或者以上组合。有益效果本发明与现有技术相比，具有以下突出优点1、 极大地降低了微针阵列注射器的制备成本。2、 不需微加工等昂贵复杂技术和设备。3、 方便调控微针阵列的针间间距、针尖长度等参数。4、 工艺简单，对场地环境无特别要求。5、 操作简单，制备周期短。
图l是本发明的制备过程的示意图。其中(a)纤维包埋在聚合物基体中；(b)腐蚀形成 微针阵列；(c)获得一定长度的微针阵列；(d)表面壳层结构制备；(e)获得空心微针阵列 注射器。图2是本发明制备的空心微针阵列注射器的扫描电镜图。 图3是本发明制备的空心微针阵列注射器微针末端的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明所述的一种微针阵列注射器的制备方法，包括实心微针阵列长度、表面壳层结构 制备工艺的设计与确定；腐蚀的工艺与参数的确定。实施例1:将纤维直径IOO微米量级的Si02纤维東放入加入BP0的固A (聚甲基丙烯酸 甲酯)溶液中，置于水浴锅中于6(TC热处理24h使聚合物固化，然后切成厚度为5mm的薄片， 用40。/。HF酸溶液3(TC恒温下腐蚀lh,去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列。接着 放入三氯甲烷溶液中溶解20min,干燥后采用旋涂法在表面旋涂20um厚度的P固A,放入浓度 为40 / 的HF酸腐蚀溶液中在30'C温度下腐蚀5h,获得PMMA材料的空心微针阵列注射器。实施例2:将纤维直径8微米的Si02纤维東放入加入六亚甲基亚胺基锂的苯乙烯溶液中， 置于水浴锅中于60'C热处理24h使聚合物固化;然后切成厚度为3mm的薄片；3(TC恒温下用 20。/。HF酸溶液腐蚀30min,去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列。接着放入三氯甲 烷溶液中溶解5min,干燥后釆用磁控溅射法在表面沉积lum厚度的Au,放入浓度为40%的HF 酸腐蚀溶液中在3(TC温度下腐蚀5h,获得PS为基底的Au空心微针阵列注射器。实施例3:将纤维直径20微米的Si02纤维束浸入120。C的熔融聚苯乙烯(PS)树脂中， 填充完毕后冷却切片，40。C恒温下用40%HF酸溶液腐蚀10min，去离子水超声清洗，干燥后 即可得到微米针阵列。接着在9(TC置于聚二甲基硅氧烷膜表面压印，然后采用化学镀法在表 面沉积2um厚度的Au,放入浓度为20%的HF酸腐蚀溶液中在40'C温度下腐蚀8h,获得PS为 基底的Au空心微针阵列注射器。实施例4:将纤维直径125微米的Si02纤维東放入加入六亚甲基亚胺基锂的苯乙烯溶液 中，置于水洛锅中于6(TC热处理24h使聚合物固化；然后切成厚度为5mm的薄片；3(TC恒温 下用40训F酸溶液腐蚀2.5h，去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列。接着放入甲 苯溶液中溶解30rain,干燥后采用提拉涂膜法在表面包覆20微米厚度的PMMA,然后放入浓度 为30%的HF酸溶液中在20'C温度下腐蚀10h，获得PS为基底的P固A空心微针阵列注射器。实施例5:将纤维直径20微米的SiO2纤维東浸入120'C的熔融聚苯乙烯(PS )树脂中， 填充完毕后冷却切片，4(TC恒温下用40%HF酸溶液腐蚀10min，去离子水超声清洗，干燥后 即可得到微米针阵列。接着在90。C置于聚二甲基硅氧烷膜表面压印，然后釆用PVD法在表面 沉积5um厚度的Au，放入浓度为10%的HF酸腐蚀溶液中在50'C温度下腐蚀8h,获得PS为基 底的Au空心微针阵列注射器。实施例6:将纤维直径IOO微米量级的Si02纤维東放入加入BP0的画A(聚甲基丙烯酸甲 酯)溶液中，置于水洛锅中于6(TC热处理24h使聚合物固化，然后切成厚度为5mm的薄片， 用40仰F酸溶液3(TC恒温下腐蚀lh，去离子水超声清洗，干燥后即可得到纳米针阵列。接着 放入三氯甲烷溶液中溶解20rain，干燥后采用旋涂法在表面旋涂30um厚度的PS,放入浓度为 40y。的HF酸腐蚀溶液中在3(TC温度下腐蚀5h，获得P固A材料为基底，PS材料的空心微针阵 列注射器。实施例7:将纤维直径100微米量级的Si纤维東放入熔融的聚丙烯熔体中，冷却后切成 厚度为5腿的薄片，用30%KOH溶液8(TC恒温下腐蚀3h,去离子水超声清洗，千燥后即可得 到纳米针阵列。接着放入三氯甲烷溶液中溶解20min,干燥后釆用旋涂法在表面旋涂IOO咖 厚度的PS,放入浓度为20%的KOH溶液中在6(TC温度下腐蚀10h,获得聚丙烯材料为基底， PS材料的空心微针阵列注射器。实施例8:基本步骤同于实施例1,所不同的是纤维选用玻璃(也可以选用陶瓷、或石英 等纤维材料)。实施例9:基本步骤同于实施例1,所不同的是腐蚀溶液HF酸的浓度为0.01%,腐蚀温度为2(TC,腐蚀时间为72小时。实施例10:基本步骤同于实施例l,所不同的是旋涂P画A的厚度为lum。实施例11:基本步骤同于实施例l，所不同的是旋涂PMMA的厚度为500um。实施例12:基本步骤同于实施例1,所不同的是在干燥后釆用涂覆和溅射结合的方法，在微针表面获得50微米厚度的有机物。实施例13:基本步骤同于实施例1,所不同的是在干燥后采用涂覆和溅射的组合方法，在微针表面获得100微米厚度的无机物。
权利要求
1、一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)微米和亚微米实心微针阵列的制备将纤维包埋在聚合物基体中，然后将上述基体切片，放入浓度为0.01～40％的HF酸腐蚀溶液中，或放入浓度为0.01～80％的KOH腐蚀溶液中，在10～90℃温度下，腐蚀10秒～72小时，形成针状阵列结构；(2)微针长度的控制将上述针状阵列结构采用溶剂进行溶解，或加热熔融，或压印，或以上任意组合，按设定的要求控制微针露出聚合物基体的高度；(3)微针表面壳层结构制备采用涂覆，或溅射，或化学镀，或电镀，或PVD，或CVD，或以上方法任意组合，在微针表面获得50纳米～500微米厚度的金属、无机物或有机物；(4)空心结构微针制备将上述样品放入浓度为0.01～40％的HF酸腐蚀溶液中，或放入浓度为0.01～80％的KOH腐蚀溶液中，在10～90℃温度下，腐蚀10秒～72小时，去除实心微针，即获得空心的微针阵列注射器。
2、 根据权利要求l所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(l)中， 所说的微米和亚微米实心微针的材料为硅，或玻璃，或陶瓷，或石英纤维材料。
3、 根据权利要求1所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(1)中， 所说的包埋方法为聚合，或加热熔融，或灌注，或反应，或以上方法组合。
4、 根据权利要求l所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(l)中， 所说的聚合物基体为天然高分子材料，或合成高分子材料，或者以上材料的组合。
5、 根据权利要求l所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(2)中， 所说的溶剂为CHCl3、 CHC12、丙酮、甲苯、苯或其任意组合，溶解时间为l分-72小时。
6、 根据权利要求l所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(2)中， 所说的加热熔融聚合物基体所需的温度为60~ 200°C,时间为l分-12小时。
7、 根据权利要求1所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(2)中， 所说的压印方法为将步骤(1)所得的微针阵列压入橡胶，或塑料平板，压入深度100 - 500 微米，然后剥离橡胶和塑料平板。
8、 根据权利要求l所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤O)中， 所说的金属为纯金属，或合金。
9、 根据权利要求l所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(3)中， 所说的无机物为碳化物、氧化物、硼化物、氮化物、硒化物、氟化物、硅化物，或硫化物。
10、 根据权利要求1所述的一种微针阵列注射器的制备方法，其特征在于在步骤(3) 中，所说的有机物为天然高分子材料，或合成高分子材料，或者以上组合。
全文摘要
本发明公开了一种微针阵列注射器的制备方法，属于生物医学仪器领域。该方法以微米和亚微米纤维为模版，通过微针阵列制备、微针长度控制、微针表面壳层结构制备、空心结构制备等步骤，获得长度可控、内部中空的高质量微针阵列注射器。本发明具有廉价、无需复杂设备与技术、可大批量快速生产、针阵列面积大、直径和长度可调等优点。该技术的应用可获得高质量、廉价的微针阵列注射器，使生物医药领域昂贵的透皮给药技术通过微针阵列注射器的低成本化而走向大众市场。
文档编号B01J19/00GK101234221SQ20081001935
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月4日 优先权日2008年1月4日
发明者王振林, 祝名伟, 葛海雄, 陆延青, 陈延峰 申请人:南京大学