CN101912663A - 空心微针阵列芯片、经皮给药贴片、器件及制备方法 - Google Patents

空心微针阵列芯片、经皮给药贴片、器件及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空心微针阵列芯片，包括衬底和空心微针，所述空心微针包括针头和针杆，所述空心微针通过所述针杆固定在所述衬底上并向所述衬底倾斜设定角度；所述针头具有椭圆环形平面且其一端为针尖，所述椭圆环形平面位于所述衬底之上或其中一部分嵌入所述衬底内；所述针杆为嵌入在衬底内或穿透衬底的空心圆管，其底部与所述衬底下表面平齐或者凸出或者凹入；所述空心微针将衬底两侧穿通形成通孔型微针或在针杆底部被封闭而形成盲孔型微针。本发明的空心微针阵列芯片结构坚固、针尖锋利、便于穿刺，成本低、成品率高，适合于批量制造。阵列中的微针一致性好，使用时无痛感、不见血，使用后微创的皮肤会迅速自愈，安全可靠。

Description

空心微针阵列芯片、经皮给药贴片、器件及制备方法
技术领域
本发明涉及医药和医疗与美容器械技术领域，特别是涉及一种空心微针阵列芯片和基于此种芯片的经皮给药贴片、器件及制备方法。
背景技术
人体的皮肤有三层组织：角质层、活性表皮层和真皮层。最外层的角质层厚度约为30-50微米，由致密的角质细胞组成，其对绝大多数药物的渗透率很低，是这些药物经皮输送的主要障碍；角质层以下是表皮层，厚度约为50-100微米，含有活性细胞和很少量的神经组织，但是没有血管；表皮层以下是真皮层，其为皮肤的主要组成部分，含有大量的活细胞、神经组织和血管组织。传统皮下注射法使用的针头外径一般为0.4-3.4毫米，注射时必须将针头穿透皮肤深入到肌肉中，无疑将会触及血管并损伤大量神经组织，因此除了会出血外，患者往往会感受到较为剧烈的疼痛。
经皮给药系统又称经皮治疗系统，是指药物以一定的速率通过皮肤经毛细血管吸收进入体循环而产生药效的一类制剂。与传统的给药方式相比，经皮给药有许多优点：可产生持久、恒定和可控的血药浓度，使因为体内新陈代谢迅速而半衰期很短的药物活性明显提高，避免了肝脏的首过效应与胃肠道因素的干扰，将毒副作用降到最小；具有无痛、无创或微创性，患者可自己用药，也可随时中断给药，使用方便。虽然经皮给药非常诱人，但是当前进入世界经皮给药市场的药物只有二十种左右，这主要是因为皮肤角质层的阻挡作用导致绝大多数药物的经皮渗透速度太低，不能满足治疗的需要。现在能够经皮给药的药物受到许多限制，例如分子量小于500D、高脂溶性、熔点小于150℃、治疗剂量小于20毫克/日等，高分子以及极性药物难以实现被动经皮给药。
为了增加皮肤的渗透性，人们采用了化学促渗剂、离子电渗法和电致孔法等多种方法。这些方法对所传输的药物都存在不同程度的局限性，有些可能还会引起较大的毒副作用。1998年，美国Prausnitz教授课题组首次将微机电系统(MEMS)技术制备的微型实心硅针阵列用于经皮给药领域，发现其可以将生物高分子模型药物钙黄绿素的经皮渗透性提高4个数量级，从此在国际上掀起了微针经皮给药研究的浪潮。采用MEMS技术可以低成本、大批量制造出短小而锋利的微针阵列，通过按压施针的方式能够瞬间在皮肤角质层和表皮层产生大量微米量级大小的孔道来明显提高药物的渗透性，理论上应该适用于包括生物大分子药物在内的任何药物而不受分子量大小、药物极性、熔点等的限制。由于微针给药部位在体表并没有触及神经组织和血管，因此不会产生疼痛和出血现象；采用微针给药不需要专业人员进行操作，使用灵活方便，可随时中断给药，所以更容易被患者所接受。
与经皮给药同理，由于角质层的阻挡作用，采用一般传统的方法使用美容护肤品，其中的绝大部分活性养分难以进入活性表皮层和真皮层，所以美容效果并不显著。如果将表面涂敷有美容护肤品的微针阵列刺入皮肤，或微针阵列刺入皮肤后移开再涂敷美容护肤品，均会明显提高活性养分穿越角质层进入表皮层及真皮层细胞的渗透能力，从而显著提高美容养颜效果。
微针有实心针和空心针两种类型。在使用过程中，对于实心微针阵列芯片通常采用如下两种给药方式：1)先将微针阵列刺入皮肤形成孔洞，再将含药贴剂敷在治疗部位上；2)在微针阵列表面涂覆药物后，刺入皮肤持续释药。采用上述两种给药方法制成的器件尤其是后者被称为微针经皮给药贴片。对于空心微针通常是采用微注射的形式输送药物，适用于液态和治疗剂量要求更大的药物。要求微针结构坚固，使用过程中不易断裂、刺入力小、无痛、微创。
制造微针的材料有聚合物、单晶硅和金属等。现有聚合物微针存在的一个突出问题是材料强度不够，不易刺穿皮肤的角质层。单晶硅材质坚硬、易脆断，虽然有文献报道其具有较好的生物兼容性，但现在还不属于常规的医用材料，是否能够适用于生物医药方面还有待进一步考证。金属用于制造针灸针或注射针头已有千百年历史，虽然其安全性毋庸置疑，但是采用传统精密加工方法在同一金属基板上难以低成本、大批量加工出实心、空心金属微针阵列芯片。现有技术中，采用若干空心金属管按照一定分布倾斜穿透衬底基板形成微针阵列芯片雏形，然后对伸出的金属管研磨抛光形成针头具有椭圆形平面的针尖，最后利用金属的延展性通过机械方式可以进一步调整针头的倾斜角度。不难想象采用这种方式制备出的微针具有如下特征：(1)针头上的椭圆形平面一定全部位于衬底基板表面之上，且为了提高成品率必须尽可能增大椭圆形平面与基板表面的距离；(2)为了能使针尖锐利需要尽可能增大椭圆形平面的面积或椭圆度，首先必须尽可能使金属管倾斜贴近衬底基板，待对其研磨抛光形成椭圆形平面后，再调整倾斜角度以便应用。受倾斜角度有限的制约，采用这种方式一方面难以制造出非常锐利的针尖，另一方面调整倾斜角度后的针尖通常会高出衬底基板较大距离而易造成施针时刺入皮肤过深。
另外，目前研发的微针经皮给药贴片均采用在针尖敷药的实心微针阵列。由于实心微针的针尖微小、尖锐且表面光滑，其上的敷药量无疑将非常有限；在施针穿透皮肤外表致密的角质层过程中，这些药还有被脱落于体外的风险。因此，现有实心微针经皮给药贴片存在给药量少、有效治疗时间短、不适于液态和软膏类药物的弊端。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是增强微针长度或高度的可控性、提高针尖的锐利度、降低微针阵列芯片的制造成本、提高成品率和使用的安全性。
本发明要解决的另一技术问题是增加微针阵列经皮给药贴片的储药量，降低施针过程中药物脱离的可能性，扩大经皮贴片的选药范围、提高有效治疗时间和性价比。
本发明要解决的另一技术问题是根据实际需要设计基于微针阵列芯片的给药器件，增强使用的灵活性、便捷性与安全性，提高药效或美容养颜效果。
(二)技术方案
为解决上述第一个技术问题，提供一种空心微针阵列芯片，包括衬底和空心微针，所述空心微针包括针头和针杆，所述针头是所述空心微针露出衬底上表面的部分，所述空心微针通过所述针杆固定在所述衬底上并向所述衬底倾斜设定角度；
所述针头具有椭圆环形平面且其一端为针尖，所述椭圆环形平面位于所述衬底之上或其中一部分嵌入所述衬底内；所述针杆为嵌入在衬底内或穿透衬底的空心圆管，其底部与所述衬底下表面平齐或者凸出或者凹入；
所述空心微针将衬底两侧穿通形成通孔型微针或在针杆底部被封闭而形成盲孔型微针。
优选地，所述针头的椭圆环形平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多的棱角。
优选地，所述空心微针在所述衬底上按设定间距进行排列，由至少两个空心微针构成空心微针阵列，所述空心微针阵列为通孔型微针阵列或盲孔型微针阵列，或两者的混合阵列。
优选地，各个所述空心微针的椭圆环形平面之间相互平行或者呈一定角度布置。
优选地，所述衬底是不易弯曲变形的刚性衬底或可以弯曲变形的柔性衬底，衬底的上、下表面为平面或曲面。
优选地，所述衬底为单一结构，或者包含由上至下叠放的上层衬底和下层衬底，且所述针杆沿一定角度至少穿透所述上层衬底。
优选地，所述上层衬底和下层衬底之间设置有若干针座，所述针杆通过所述针座固定在所述衬底上，所述每个针座至少固定一个空心微针。
优选地，所述针杆倾斜的设定角度为15～165度。
优选地，所述空心微针采用金属或合金材料制成，包括但不限于钛、铜、铝、铁、镍、钨、不锈钢、钛合金、铝合金、镍合金、铜合金中的任意一种或几种。
优选地，所述衬底采用的材料是塑料、聚合物、树脂、橡胶、硅橡胶、乳胶、纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革中的一种，或几种分层组合而成，各层之间通过熔合、键合、缝合、粘结剂、防渗剂或固定结构连接。
优选地，所述空心微针和/或衬底表面覆盖有一层或若干层薄膜，所述薄膜包括但不限于介质材料薄膜或金、银、钛、铬、镍、铂金属或其合金薄膜。
优选地，所述针座采用的材料是聚合物、树脂、塑料、金属或合金、橡胶、粘结剂中的一种或几种的结合。
优选地，所述针头的椭圆环形平面与针杆中轴线的夹角为5-80度，针头长度为10μm-3000μm；针杆外径为5μm-1000μm，内经为1-800μm，长度为10μm-5000μm。
优选地，所述衬底为单一结构时，其厚度为10μm-5000μm；所述衬底包括叠放的上层衬底和下层衬底时，所述上层衬底和下层衬底的厚度均为1μm-3500μm。
优选地，所述针座厚度为0.05μm-3000μm。
本发明还提供了一种空心微针阵列芯片的制备方法，包括步骤：
S1，选用若干针头具有椭圆环形平面的空心微针，并将其按照一定间距垂直或呈一定角度插入或穿透制备衬底的材料，形成空心微针阵列芯片的雏形，其中，所述空心微针具有通孔或盲孔，所述椭圆环形平面或者至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角；
S2，研磨抛光所述雏形的衬底的下表面或由下表面突出的针管至预定衬底厚度与形状；
S3，切割所述衬底形成预定尺寸与形状的空心微针阵列芯片。
优选地，所述步骤S1包括步骤：
S1-1，将所述若干空心微针按照一定间距垂直或呈一定角度穿透形成上层衬底的材料；
S1-2，将下层衬底与上层衬底固定为一体并切割成所需尺寸。
优选地，在步骤S1-1之后，所述方法还包括步骤：
S1-1′，利用图形转移或丝网印刷技术在上层衬底的下侧制备针座阵列。
为解决上述第二个技术问题，提供一种空心微针经皮给药贴片，其包括空心微针阵列芯片和经皮贴剂，所述经皮贴剂至少覆盖在空心微针的针头椭圆环形表面和通孔/盲孔内，其由一层或多层包含一种或多种物质的薄膜或厚膜材料构成。
优选地，所述物质含有一种或多种具有治疗或预防疾病或身心保健作用的天然或合成的药物成分，或具有美容、护肤、养颜作用的天然或合成的美容护肤品，其为固体、液体、微粒、乳膏、胶体、溶胶、凝胶、硬膏、软膏中的一种或几种的混合物。
优选地，所述空心微针阵列芯片粘贴于医用胶布或胶带的中部，用易于剥离的医用薄膜材料覆盖胶布或胶带的其余有胶区域和空心微针阵列以保护微针、贴剂和胶布。
本发明还提供了一种空心微针经皮给药贴片的制备方法，其包括步骤：利用上述方法制备空心微针阵列芯片；通过浸沾、涂覆、固化、物理性或化学性淀积的方法在空心微针阵列芯片上覆盖经皮贴剂；将空心微针阵列芯片的衬底背面粘接在医用胶布有胶一侧的中间，胶布该侧其余部分胶面和芯片表面覆盖有易于剥离的材料薄膜。
为了解决上述第三个技术问题，本发明还提供了一种空心微针经皮给药器件或美容器件，其包括空心微针阵列芯片和基座，所述空心微针阵列芯片永久性或可拆卸地固定在基座的一端，所述基座的另一端具有便于用手操作的平面和/或曲面形手柄结构，所述基座为实心或空心基座。
优选地，所述空心基座与空心微针阵列芯片的结合能够形成具有内腔的结构，所述空心基座上具有向内腔内添加药液的通道或接口。
优选地，所述空心基座上具有刚性和/或弹性可动的活塞结构，所述活塞结构在外力作用下将内腔中的药液仅通过空心微针阵列挤压出去。
优先的，所述基座上具有将给药器件固定于施针部位的固定结构。
优选地，所述基座采用金属、玻璃、聚合物、树脂、塑料、陶瓷、乳胶、橡胶、硅橡胶或复合材料中的一种或几种的组合制作而成。
优选的，所述固定结构采用金属、塑料、聚合物、皮革、橡胶、各种材质的布或纤维、粘扣带、医用胶布、复合材料中的一种或几种的组合制作而成。
本发明还提供了一种空心微针经皮给药器件或美容器件的制备方法，其包括：利用上述方法制备空心微针阵列芯片；包括但不限于粘接、融合、键合、卡口或机械压合将所述空心微针阵列芯片永久性或可拆卸地固定在基座的一端，所述空心基座内的各种材料和组成部分采用包括但不限于粘接、融合、缝合、键合、卡口、螺口或机械压合方式进行组装。
(三)有益效果
本发明的空心微针阵列芯片结构坚固、针尖锋利、便于穿刺，成本低、成品率高，适合于批量制造。阵列中的微针长度可控性强、一致性好，使用时无痛感、不见血，使用后微创的皮肤会迅速自愈，安全可靠。基于空心微针阵列芯片的经皮给药贴片可以利用针头处的通孔或盲孔结构作为储药库，能够明显增加储药量并可大大降低施针过程中药物被脱落于体外的可能性，从而可使经皮贴片的选药范围、有效治疗时间和性价比得到显著提高。采用本发明制备的器件不仅可以显著提高现有药物的经皮渗透率，使药物或美容护肤品迅速通过角质层进入表皮层及真皮层，明显提高药效或美容养颜效果，还可以扩展适用药物的种类，开发出更多药物和化妆品的经皮新剂型。
附图说明
图1为本发明实施例中针头垂直于衬底且椭圆环形平面有一部分嵌入衬底内的一种空心微针阵列芯片结构示意图；
图2为本发明实施例中不同微针的椭圆环形平面间呈一定角度分布的一种空心微针阵列芯片结构示意图；
图3为本发明实施例中针头垂直于衬底且椭圆环形平面位于衬底之上的一种空心微针阵列芯片结构示意图；
图4为本发明实施例中针头倾斜于衬底且椭圆环形平面位于衬底之上的一种空心微针阵列芯片结构示意图；
图5为本发明实施例中每个针头椭圆环形平面位于衬底之上且全部为盲孔的一种盲孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图6为本发明实施例中每个针头的椭圆环形平面有一部分嵌入衬底内且全部为盲孔的一种盲孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图7为本发明实施例中针头上的椭圆环形平面不全在衬底之上且全部为盲孔的一种盲孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图8为本发明实施例中空心微针将衬底两侧穿通的一种通孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图9为本发明实施例中通孔与盲孔并存的一种混合型微针阵列芯片结构剖视图；
图10为本发明实施例中针杆底部被下层衬底封闭而形成盲孔的一种盲孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图11为本发明实施例中每根针杆底部被一个针座固定、封闭而形成盲孔的一种盲孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图12为本发明实施例中两根针杆底部被一个针座固定、封闭而形成盲孔的一种盲孔型微针阵列芯片结构剖视图；
图13A～图13C为本发明实施例中一种空心微针阵列芯片的制备工艺流程示意图；
图14为本发明实施例中经皮贴剂覆盖在通孔针头上的一种通孔型微针经皮给药贴片结构剖视图；
图15为本发明实施例中经皮贴剂覆盖在盲孔针头上的一种盲孔型微针经皮给药贴片结构剖视图；
图16为本发明实施例中一种采用实心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图；
图17为本发明实施例中一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
图18为本发明实施例中另一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
图19为本发明实施例中另一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
图20为本发明实施例中另一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
图21为本发明实施例中另一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
图22为本发明实施例中另一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
图23为本发明实施例中另一种采用空心基座的经皮给药器件或美容器件结构示意图。
其中，1：衬底；1a：上层衬底；1b：下层衬底；2：针头；3：针杆；4：椭圆环形平面；5：针尖；6：通孔或盲孔；7：针座；8：经皮贴剂；9：基座；10：内腔；11：添液通道或接口；12：活塞结构；13：活塞中的弹性体；14：活塞中的刚性支撑结构：15：卡口或螺口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
图1-图12示出了本发明所提供的空心微针阵列芯片，所述空心微针阵列芯片包括衬底1和排列于所述衬底1上的若干空心微针，所述若干空心微针按一定间距组成空心微针阵列，所述空心微针包括露出衬底表面的针头2和嵌入在衬底内的针杆3，所述针头2具有椭圆环形平面4且其一端为针尖5，各个所述空心微针的椭圆环形平面4之间相互平行或者呈一定角度布置或任意角度布置，所述空心微针将衬底两侧穿通形成通孔6或在针杆底部被封闭而形成盲孔6。所述衬底1可以包括叠加在一起的上层衬底1a和下层衬底1b，所述针杆3至少穿透所述上层衬底1a。所述上层衬底1a和下层衬底1b之间设置有若干针座7，所述针杆3通过针座7固定在所述衬底1上，所述每个针座7至少固定一个空心微针。所述针杆3可以垂直于所述衬底1布置，也可以倾斜一定角度布置于所述衬底1上，所述倾斜角度优选15～165度。
所述衬底1是不易弯曲变形的刚性衬底或可以弯曲变形的柔性衬底，衬底1的上、下表面为平面或曲面。优选地，所述衬底1采用的材料是塑料、聚合物、树脂、橡胶、硅橡胶、乳胶、纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革中的一种或几种分层组合而成，各层之间通过熔合、键合、粘结剂、缝合、防渗剂或固定结构连接。优选地，所述衬底1厚度为10μm-5000μm，或所述上层衬底1a和下层衬底1b的厚度均为1μm-3500μm。所述针座7采用的材料是聚合物、树脂、金属或合金、塑料、橡胶、粘结剂中的一种或几种的结合。优选地，所述针座7的厚度为0.05μm-3000μm。
所述针杆3是具有设定内外径的金属圆形管，所述金属包括但不限于钛、铜、铝、铁、镍、钨、不锈钢、钛合金、铝合金、镍合金、铜合金中的任意一种或几种。所述圆形管嵌入在衬底1内或穿透衬底1，圆形管底部与衬底1下表面平齐或者凸出或者凹入。优选的，针杆3外径为5μm-1000μm，内经为1-800μm，长度为10μm-5000μm。所述针头2的椭圆环形平面4与针杆3中轴线的夹角为5-80度，针头2的长度为10μm-3000μm。
根据衬底1是单层、双层和有无针座，可以粗略分为单层衬底空心微针阵列芯片、无针座双层衬底空心微针阵列芯片和有针座双层衬底空心微针阵列芯片。下面详述这三种空心微针阵列芯片的制备方法。
1)单层衬底空心微针阵列芯片
S1，将若干空心金属微针按照一定间距垂直或呈一定角度插入或穿透制备衬底的材料，形成空心微针阵列芯片的雏形，所述微针的针头具有椭圆环形平面，或者该平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角；在插入衬底过程中，可以根据需要使各个空心微针的椭圆环形平面之间相互平行如图1所示，或者如图2所示呈一定角度布置或任意角度布置，并调整针尖距衬底表面至如图1、3所示的设定高度，且注意使同一芯片上的微针高度尽可能均匀一致；
S2，研磨抛光所述雏形的衬底下表面或下表面一侧突出的针管至预定衬底厚度与形状；
S3，切割所述衬底形成预定尺寸与形状的空心微针阵列芯片。
2)无针座双层衬底空心微针阵列芯片
S4，选用若干针头具有椭圆环形平面或该平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角的空心金属针管，将它们按照一定间距垂直或呈一定角度穿透形成上层衬底的材料；
S5，将下层衬底与上层衬底固定为一体并切割成所需尺寸。
3)有针座双层衬底空心微针阵列芯片
在步骤S4和S5之间，利用图形转移或丝网印刷技术在上层衬底的下侧制备针座阵列。
在现有技术中，对微针阵列芯片雏形中倾斜伸出的金属管研磨抛光可以形成具有椭圆环形平面的针头，但是该平面只可能位于衬底之上，采用机械方式调整倾斜角度后针头变得更高，不可能制备出如图1、2、6、12所示的椭圆环形平面的一部分会嵌入在衬底内的芯片结构，后者的针头无疑可以低得多，这样刺入皮肤的深度可以更浅，在不影响疗效的情况下使用起来会更安全。与现有技术不同，本发明所述的空心微针结构笔直、中间不会弯曲，如同5～12所示，微针阵列芯片的制造成本更低且易于制备更加锋利的针头。
实施例2
空心不锈钢微针阵列芯片的制造方法
在通孔阵列模具的每个孔中插入一根外径为250微米、长度为2毫米的空心不锈钢针管，针头2具有椭圆环形平面4，或该平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角，然后将针杆3垂直或倾斜一定角度插入用于制备环氧树脂基板的环氧树脂预聚物溶液中，经加热聚合固化后形成微针阵列芯片雏形。将该芯片的衬底底部一侧磨平抛光至所需厚度，从而形成如图1和图3～9所示的单层刚性衬底的空心不锈钢微针阵列芯片。
实施例3
空心不锈钢微针阵列芯片的制造方法
在通孔阵列模具的每个孔中插入一根外径为250微米、长度为1.5毫米的空心不锈钢针管，且针头2具有椭圆环形平面4，或该平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角，然后将针头2垂直或倾斜一定角度穿透一块无纺布1a并伸出0.5毫米，最后将一块厚约1毫米、表面涂有胶黏剂的聚乙烯塑料薄膜1b和上述无纺布1a进行粘接，从而形成如图10所示的双层柔性衬底的空心不锈钢微针阵列芯片。
实施例4
空心不锈钢微针阵列芯片的制造方法
在通孔阵列模具的每个孔中插入一根外径为250微米、长度为2毫米且针头2具有椭圆环形平面4或该平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角的空心不锈钢针管，然后将针头2垂直或倾斜一定角度穿透一块无纺布1a并伸出0.5毫米，并采用丝网印刷的方法在不锈钢针杆3底部涂覆环氧树脂固化后形成针座7阵列，最后将另一块无纺布1b和上述无纺布1a、针座7进行缝合或粘接，从而形成如图11～13所示的有针座双层柔性衬底的空心不锈钢微针阵列芯片。
实施例5
该实施例提供了一种基于空心微针阵列芯片的经皮给药贴片或美容贴片，由空心微针阵列芯片和经皮贴剂组成。其中，如图14-15所示，经皮贴剂8覆盖在空心微针的针头表面和通孔或盲孔内，甚至还可以覆盖在芯片的衬底表面，其由一层或多层包含一种或多种物质的薄膜构成。优选的，所述物质中至少包含有一种具有治疗、诊断或预防作用的天然或合成的药物或具有护肤、养颜、美白作用的天然或合成的美容护肤品，其为固体、液体、微粒、软膏、硬膏、乳膏、胶体、溶胶、凝胶或其中几种的混合体。优选的，将空心微针阵列芯片粘贴于医用胶布或胶带的中部，用易于剥离的医用薄膜材料覆盖胶布或胶带的其余有胶区域和空心微针阵列，以保护微针、贴剂和胶布。贴片可以为圆形或椭圆形或多边形或其它所需形状，比如与施用部位相配合的形状。
如果制成经皮贴片，采用图1与图2或图6～9所示的芯片结构的给药效果可能不会有明显区别，但是它们的外表美观程度、制造成本与成品率可能会存在较大差异。与盲孔型微针阵列芯片相比，通孔型微针阵列芯片的制造成本将大大增加、成品率可能会明显下降。
实施例6
该实施例提供了一种基于空心微针阵列芯片的经皮给药贴片以及美容贴片的制备方法。所述方法通过浸沾、涂覆、固化、物理性或化学性淀积的方法在空心微针阵列芯片上覆盖经皮贴剂；为了增强在针头上的覆盖效果，可以在经皮贴剂中加入分散剂、增粘剂、溶剂、表面活性剂；将空心微针阵列芯片的衬底背面粘接在医用胶布有胶一侧的中间，胶布在该侧的其余部分胶面和芯片表面用覆盖一层防粘纸或其它防粘层材料以保护微针和贴剂，在使用时可以很容易将其与贴片剥离。
实施例7
该实施例提供了一种空心微针经皮给药器件或美容器件，它由空心微针阵列芯片和基座组成。其中，空心微针阵列芯片永久性或可拆卸的固定在基座9的一端，基座9可以为实心基座或空心基座，在基座的另一端具有便于用手操作的平面和/或曲面形手柄结构，如图16所示。优选地，空心基座与空心微针阵列芯片的结合能够形成具有内腔10的结构，并且空心基座上具有向内腔10内添加药液的通道或接口11，如图17所示。优选地，空心基座上还具有刚性和/或弹性可动的活塞结构，如图18～23所示，这些活塞结构在外力作用下可以将内腔中的药液仅通过空心微针阵列挤压出去。在活塞挤压运动过程中，图20～23所述活塞中的弹性体13受内腔中药液的压力会向外凸出；其中图22～23中采用的螺口或卡口结构15与弹性体13的结合能够在一定程度上实现给药过程中对内腔中药液的可控地推进。可控或缓释给药过程时间较长，在基座上安装有将给药器件固定于施针部位的固定结构，依据施针部位可以采用类似手表带或医用胶布等方法固定。
优选的，基座采用的材料是金属、玻璃、聚合物、树脂、塑料、陶瓷、橡胶、硅橡胶或复合材料中的一种或几种的组合。所述固定结构采用金属、塑料、聚合物、皮革、橡胶、各种材质的布或纤维、粘扣带、医用胶布、复合材料中的一种或几种的组合制作而成。
采用空心基座经皮输运药液应选用通孔型微针阵列芯片，如果按照现有技术要求一味追求芯片上的所有微针均为通孔型，则必然大大提高芯片的制造成本、明显降低成品率。本发明允许采用通孔与盲孔并存的混合型微针阵列芯片，主要是基于芯片上设计的微针数目通常远大于实际所需，因此在阵列芯片中出现为数有限的盲孔型微针并不会对给药性能产生影响。如此，芯片的成品率无疑将会明显提高、制造成本大大降低。
实施例8
该实施例还提供了一种空心微针经皮给药器件或美容器件的制备方法。采用方法包括但不限于粘接、融合、键合、机械压合、特殊结构或其他方式将空心微针阵列芯片永久性或可拆卸的固定在基座的一端，空心基座内的各种材料和组成部分采用包括但不限于粘接、融合、缝合、键合、机械压合、特殊结构或其他方式进行组装并保证使用过程中结合部位的气密性。
由以上实施例可以看出，本发明的空心微针阵列芯片结构坚固、针尖锋利、便于穿刺，成本低、成品率高、适合于批量制造。阵列中的微针一致性好，使用时无痛感、不见血，使用后微创的皮肤会迅速自愈，安全可靠。基于空心微针阵列芯片的经皮给药贴片可以利用针头处的通孔或盲孔结构作为储药库，能够明显增加储药量并可大大降低施针过程中药物被脱落于体外的可能性，从而可使经皮贴片的选药范围、有效治疗时间和性价比得到显著提高。采用本发明制备的器件不仅可以显著提高现有药物的经皮渗透率，使药物或美容护肤品迅速通过角质层进入表皮层及真皮层，明显提高药效或美容养颜效果，还可以扩展适用药物的种类，开发出更多药物和化妆品的经皮新剂型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (29)

1.一种空心微针阵列芯片，包括衬底和空心微针，其特征在于，所述空心微针包括针头和针杆，所述针头是所述空心微针露出衬底上表面的部分，所述空心微针通过所述针杆固定在所述衬底上并向所述衬底倾斜设定角度；
所述针头具有椭圆环形平面且其一端为针尖，所述椭圆环形平面位于所述衬底之上或其中一部分嵌入所述衬底内；所述针杆为嵌入在衬底内或穿透衬底的空心圆管，其底部与所述衬底下表面平齐或者凸出或者凹入；
所述空心微针将衬底两侧穿通形成通孔型微针或在针杆底部被封闭而形成盲孔型微针。
2.如权利要求1所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述针头的椭圆环形平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多的棱角。
3.如权利要求1或2所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述空心微针在所述衬底上按设定间距进行排列，由至少两个空心微针构成空心微针阵列，所述空心微针阵列为通孔型微针阵列或盲孔型微针阵列，或两者的混合阵列。
4.如权利要求3所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，各个所述空心微针的椭圆环形平面之间相互平行或者呈一定角度布置。
5.如权利要求3所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述衬底是刚性衬底或柔性衬底，衬底的上表面和下表面为平面或曲面。
6.如权利要求3所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述衬底为单一结构，或者包含由上至下叠放的上层衬底和下层衬底，且所述针杆沿一定角度至少穿透所述上层衬底。
7.如权利要求6所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述上层衬底和下层衬底之间设置有若干针座，所述针杆通过所述针座固定在所述衬底上，所述每个针座至少固定一个空心微针。
8.如权利要求1所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述针杆与所述衬底之间倾斜15～165度的设定角度。
9.如权利要求1所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述空心微针采用金属或合金材料制成，包括钛、铜、铝、铁、镍、钨、不锈钢、钛合金、铝合金、镍合金、铜合金中的任意一种或几种。
10.如权利要求1所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述衬底采用的材料是塑料、聚合物、树脂、橡胶、硅橡胶、乳胶、纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革中的一种，或几种分层组合而成，各层之间通过熔合、键合、缝合、粘结剂、防渗剂或固定结构连接。
11.如权利要求9或10所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述空心微针和/或衬底表面覆盖有一层或若干层薄膜，所述薄膜包括介质材料薄膜或金、银、钛、铬、镍、铂金属或其合金薄膜。
12.如权利要求7所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述针座采用的材料是聚合物、树脂、金属或合金、塑料、橡胶、粘结剂中的一种或几种的结合。
13.如权利要求1所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述针头的椭圆环形平面与针杆中轴线的夹角为5-80度，针头长度为10μm-3000μm；针杆外径为5μm-1000μm，内经为1-800μm，长度为10μm-5000μm。
14.如权利要求6或7所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述衬底为单一结构时，其厚度为10μm-5000μm；所述衬底包括叠放的上层衬底和下层衬底时，所述上层衬底和下层衬底的厚度均为1μm-3500μm。
15.如权利要求7所述的空心微针阵列芯片，其特征在于，所述针座厚度为0.05μm-3000μm。
16.一种空心微针阵列芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1，选用若干针头具有椭圆环形平面的空心微针，并将其按照一定间距垂直或呈一定角度插入或穿透制备衬底的材料，形成空心微针阵列芯片的雏形，其中，所述空心微针具有通孔或盲孔，所述椭圆环形平面或者至少被切去一段圆弧面使其存在更多棱角；
S2，研磨抛光所述雏形的衬底的下表面或由下表面突出的针管，至预定衬底厚度与形状；
S3，切割所述衬底形成预定尺寸与形状的空心微针阵列芯片。
17.如权利要求16所述空心微针阵列芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括步骤：
S1-1，将所述若干空心微针按照一定间距垂直或呈一定角度穿透形成上层衬底的材料；
S1-2，将下层衬底与上层衬底固定为一体并切割成所需尺寸。
18.如权利要求17所述的空心微针阵列芯片的制备方法，其特征在于，在步骤S1-1之后，所述方法还包括步骤：
S1-1′，利用图形转移或丝网印刷技术在上层衬底的下侧制备针座阵列。
19.一种空心微针经皮给药贴片，其特征在于，所述空心微针经皮给药贴片包括空心微针阵列芯片和经皮贴剂，所述空心微针阵列芯片是权利要求1-15中任一项所述的空心微针阵列芯片，所述经皮贴剂至少覆盖在空心微针的针头椭圆环形表面和通孔/盲孔内，其由一层或多层包含一种或多种物质的薄膜或厚膜材料构成。
20.如权利要求19所述的空心微针经皮给药贴片，其特征在于，所述物质含有一种或多种具有治疗或预防疾病或身心保健作用的天然或合成的药物成分，或具有美容、护肤、养颜作用的天然或合成的美容护肤品，其为固体、液体、微粒、乳膏、胶体、溶胶、凝胶、硬膏、软膏中的一种或几种的混合物。
21.如权利要求19和20所述的空心微针经皮给药贴片，其特征在于，所述空心微针经皮给药贴片还包括医用胶布或胶带，所述空心微针阵列芯片粘贴于所述医用胶布或胶带的中部，所述胶布或胶带的其余有胶区域和空心微针阵列覆盖有易于剥离的医用薄膜材料，以保护微针、贴剂和胶布。
22.一种空心微针经皮给药贴片的制备方法，其特征在于，利用权利要求16-18中任一项所述的方法制备空心微针阵列芯片；通过浸沾、涂覆、固化、物理性或化学性淀积的方法在空心微针阵列芯片上覆盖经皮贴剂；将空心微针阵列芯片的衬底背面粘接在医用胶布有胶一侧的中间，用易于剥离的材料薄膜覆盖胶布该侧其余部分胶面和芯片表面。
23.一种空心微针经皮给药器件或美容器件，其特征在于，所述空心微针经皮给药器件包括空心微针阵列芯片和基座，所述空心微针阵列芯片是权利要求1-15中任一项所述的空心微针阵列芯片，所述空心微针阵列芯片永久性或可拆卸地固定在基座的一端，所述基座的另一端具有便于用手操作的平面和/或曲面形手柄结构，所述基座为实心或空心基座。
24.如权利要求23所述的空心微针经皮给药器件或美容器件，其特征在于，所述空心基座与空心微针阵列芯片的结合形成具有内腔的结构，所述空心基座上具有向内腔内添加药液的通道或接口。
25.如权利要求24所述的空心微针经皮给药器件或美容器件，其特征在于，所述空心基座上具有刚性和/或弹性可动的活塞结构，所述活塞结构在外力作用下将内腔中的药液仅通过空心微针阵列挤压出去。
26.如权利要求23-25任一项所述的空心微针经皮给药器件或美容器件，其特征在于，所述基座上具有将给药器件固定于施针部位的固定结构。
27.如权利要求23或26所述的空心微针经皮给药器件或美容器件，其特征在于，所述基座采用金属、玻璃、聚合物、树脂、塑料、陶瓷、橡胶、乳胶、硅橡胶或复合材料中的一种或几种的组合制作而成。
28.如权利要求26所述的空心微针经皮给药器件或美容器件，其特征在于，所述固定结构采用金属、塑料、聚合物、皮革、橡胶、各种材质的布或纤维、粘扣带、医用胶布、复合材料中的一种或几种的组合制作而成。
29.一种空心微针经皮给药器件或美容器件的制备方法，其特征在于，利用权利要求16-18中任一项所述的方法制备空心微针阵列芯片；采用包括粘接、融合、键合、卡口或机械压合方式将所述空心微针阵列芯片永久性或可拆卸地固定在基座的一端，所述空心基座内的各种材料和组成部分采用包括粘接、融合、缝合、键合、螺口、卡口或机械压合方式进行组装。
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