CN102481440B - 包括纳米级突起的装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种包括纳米突起阵列的装置以及经配置以移动该纳米突起阵列从而由此将组合物（例如疫苗）递送至皮肤内可控深度的施药单元。该纳米突起阵列包括通过载体基底承载的纳米突起。该施药单元包括外围结构和可移置的的载体。该纳米突起阵列可以布置在该外围结构内。该可移置的载体的移动导致相应的纳米突起阵列的移动。该可移置的载体的移动是可以控制的。例如，该可移置的载体的移动距离是可以控制的。还提供一种用于制造该装置的方法或工艺。

Description

包括纳米级突起的装置及其制造方法

技术领域

本发明通常涉及用于施用或递送生物学组合物、药物组合物或化学组合物，例如疫苗，至生物体体内的装置和方法。更具体地说，本发明的方面涉及用于施用或递送生物学组合物、药物组合物或化学组合物至生物体皮肤内可控深度的纳米级突起的系统、设备和方法。

技术背景

抵抗不同疾病的应用于预防性接种和/或治疗的生物学组合物、药物组合物和化学组合物（例如疫苗）可商业获得。常规地，将疫苗施用至生物体的机体内通常包括针式注射，例如皮下注射或肌肉注射。其它已知的施用疫苗的方法包括口服给药、舌下给药或鼻腔给药。

通过针式注射施用疫苗的效用已被证明。但是，使用这样的针式注射（1）具有几个安全性和可接受性方面的缺点。与使用针式注射相关的用于递送疫苗和其它的化学组合物的缺点或问题在于由病毒（例如甲型肝炎、乙型肝炎、丙型肝炎和HIV病毒）导致的潜在的机会性感染和通过血液的递送传播的疾病。由此，在许多情况中，使用针来施用疫苗和/或其它的化学组合物伴随着对于昂贵的和有毒的药物的预防。使用针的额外的缺点在于许多病人抵触针，其将导致显著的顺应性的问题。

对于疫苗和其它化学组合物来说具有很少的非侵入性递送路径，例如肺部、鼻腔和口腔递送路径。通常地，鼻腔施用疫苗和其它化学组合物提供了特殊的预备好的通道至例如人体体循环的大范围的身体系统，而不需要穿过例如角质层等阻止经皮给药应用的身体屏障。然而，鼻腔施用或递送疫苗和其它的化学组合物仍然存在几个挑战或者困难。这样的挑战包括确保精确量和/或准确剂量疫苗的充足停留时间，该疫苗通过特定的细胞（例如M细胞）或通过贯穿鼻子的旁路细胞吸收被吸收。鼻腔递送疫苗和其它的化学组合物的其它的困难包括在肺部和胃部内的不期望的沉积以及用来作用于所述鼻腔递送（2）的多次使用设备的微生物污染。

通常是不推荐口服施用或递送疫苗的，因为食物及其类似物质的连续摄取导致胃肠道的高耐受性。因此，通过口服给药路径产生的有效的免疫应答或免疫力典型地是非常低的。此外，仅具有少量已知的疫苗可以通过胃肠道、更特别地通过位于胃肠道内的M细胞很好地吸收。疫苗通过胃肠道的吸收相当低的原因还在于胃部（即胃部内存在的酸性pH）和小肠内（即小肠内存在的高浓度酶）的恶劣的环境。

皮肤是人体最大的器官。皮肤为高度免疫原的，其具有高浓度的树突细胞，该细胞还称为朗格汉斯细胞。当与过敏原接触的时候，朗格汉斯细胞立即迁移至淋巴结以开始相应的免疫应答。皮肤，更特别地，皮肤的外层或角质层（SC），还具有保护性功能，其用于阻挡病原体和其它潜在的有害药剂进入身体。然而，皮肤，更特别地SC，同时阻止了许多药物的治疗性的递送，特别是分子量大于约1000道尔顿（Da）的药物。

微米级显微针已被用来实现疫苗的透皮递送。例如，微米级的显微针能够穿刺动物和人的尸体皮以实现例如用于全身作用的蛋白质、DNA和疫苗制剂的小分子的透皮递送，其通过Praunsnitz（3）开发。

对于目前能够使用的微米级显微针来说，其具有大量的限制和不利因素。本发明的实施方案提供了相对于目前可利用的选择来说改进的和/或可替换的选择，其用于施用或递送生物学组合物、药物组合物和化学组合物。

发明内容

本发明的实施方案提供了用于施用或递送生物学组合物、药物组合物和化学组合物，例如疫苗、药物、治疗剂和其它生物学或生物活性化合物至生物体体内的系统、装置、方法、工艺和技术。本发明的许多实施方案提供了通过使用纳米级突起（或纳米突起），例如纳米棒、纳米线、或纳米针、或纳米管，施用或递送生物学组合物、药物组合物和化学组合物至生物体体内的靶标位点（例如表皮）的系统、装置、工艺、过程和技术。

根据本发明的实施方案，公开了一种装置，该装置包括一组由载体介质承载的纳米级突起，这组纳米级突起成形并配置为递送组合物至体内的靶标位置。该装置进一步包括外围结构和可移置的载体，该外围结构配置为用于至少部分地在其内部容纳该套纳米级突起，该可移置的载体连接于该外围结构并配置为可相对于该外围结构在第一位置和第二位置之间移动。该可移置的载体相对于外围结构的移动促使或实现该套纳米级突起相应的移动，从而将该套纳米级突起插入进体内。

根据本发明的另一实施方案，公开了一种系统，该系统包括至少两个纳米级突起阵列，每个纳米级突起阵列包括一套通过载体介质承载的纳米级突起。该系统还包括一套外围结构和一套可移置的载体，该外围结构配置为用于至少部分地在其内部接收该至少两个纳米级突起阵列，该可移置的载体连接于该套外围结构。该套可移置的载体可连接于该至少两个纳米级突起阵列并配置为相对于该外围结构在第一位置和第二位置之间可移动，从而移动该至少两个连接于其上的纳米级突起阵列。

根据本发明的另一实施方案，公开了一种用于制造装置的方法，该装置配置为用于递送组合物至体内的靶标位置。该方法包括形成一套由载体介质承载的纳米级突起，该套纳米级突起被成形并配置为用于递送该组合物至靶标位置，并且将该套纳米级突起的至少一部分配置在外围结构内。该方法还包括连接可移置的载体至该外围结构，该可移置的载体可连接于该套纳米级突起并配置为相对于该外围结构在第一位置和第二位置之间可移动，以由此促使或实现该套纳米级突起相应的移动，从而使该套纳米级突起插入进体内。

根据本发明的另一实施方案，公开了一种方法，该方法包括形成多个由载体介质承载的纳米级突起片段，其中该多个纳米级突起片段中的每一个均包括至少两个相互之间堆叠在一起的片段，并且其中该多个纳米级突起片段的至少一部分通常具有分层的形状。该方法还包括将该多个纳米级突起片段配置为可移动至体内，从而促使或实现将组合物递送至体内的靶标位置。

根据本发明的另一实施方案，公开了一种制造系统的方法，该系统用于递送至少一种组合物至体内的靶标位置。该方法包括形成至少两个纳米级突起阵列，每个纳米级突起阵列包括一套由载体介质承载的纳米级突起，并且将每个纳米级突起阵列配置在外围结构内。该方法进一步包括连接每个纳米级突起阵列至可移置的载体，该可移置的载体配置为相对于该外围结构在第一位置和第二位置之间可移动，从而由此促使或实现连接于其上的该纳米级突起阵列相应的移动。

根据本发明的其它的实施方案，公开了一种用于递送组合物至靶标位置的方法。该方法包括提供纳米级突起阵列，该纳米级突起阵列包括一套纳米级突起和承载该套纳米级突起的载体介质，该纳米级突起阵列至少部分地配置在外围结构内并且通过可移置的载体承载。该方法还包括相对于该外围结构移动该可移置的载体，其中该可移置的载体结构相对于该外围结构的移动促使或实现了在由可移置的结构承载的纳米级突起阵列上施加力以由此移动该纳米级突起阵列，从而递送组合物至靶标位置。根据本发明的还一实施方案，上述方法可以用于递送组合物至体内的靶标位置。因此，该可移置的载体结构相对于该外围结构的移动促使或实现了在纳米级突起阵列上施加力以由此移动该纳米级突起阵列的纳米级突起从而插入进体内。

附图说明

本发明的实施方案将在下文中通过附图来描述，其中：

图1A为根据本发明实施方案的用于施用或递送药物组合物的纳米级突起阵列的示意图；

图1B为根据本发明实施方案的用于施用或递送药物组合物的另一种纳米级突起阵列的示意图；

图1C为根据本发明实施方案的用于施用或递送药物组合物的还一种纳米级突起阵列的示意图；

图1D为根据本发明另一实施方案的用于施用或递送药物组合物的包括纳米针的纳米级突起阵列的示意图；

图2A-2D示出了包括不同数量片段的纳米级突起阵列的局部侧视图；

图3A-3D分别示出了图2A-2D的纳米级突起阵列的局部顶视图；

图4A为根据本发明实施方案的纳米突起阵列的等距示意图，该纳米突起阵列包括由硅载体基底承载的纳米突起；

图4B为根据本发明实施方案的纳米突起阵列的等距示意图，该纳米突起阵列包括由PDMS载体基底承载的纳米突起；

图4C为根据本发明实施方案的纳米突起阵列的等距示意图，该纳米突起阵列包括由多层载体基底承载的纳米突起，该多层载体基底包括PDMS层和硅层；

图5A为根据本发明实施方案的包括连接于施药单元的纳米突起阵列的装置的示意图；

图5B为根据本发明实施方案的置于外围结构内并由可移置的载体承载的纳米突起阵列的示意性顶视图；

图6A为根据本发明实施方案的置于延伸位置的纳米突起阵列的等距示意图；

图6B为根据本发明实施方案的置于缩进位置的图6B的纳米突起阵列的等距示意图；

图7A为根据本发明实施方案的包括置于外围结构内并连接于可移置的载体的纳米突起阵列的装置的视图；

图7B为图7A的装置的另一视图；

图8示出了根据本发明实施方案的包括配置在施药单元的外围结构内的纳米突起阵列的装置，该施药单元用密封膜附着于该外围结构；

图9为根据本发明实施方案的包括纳米突起阵列和包括可移置的控制元件的施药单元的装置的示意图；

图10为根据本发明实施方案的包括纳米突起阵列和施药单元的装置的示意图，该施药单元包括可移置的控制元件以及一套施力元件；

图11A为由可移置的载体承载的纳米突起阵列的示意图，该纳米突起阵列和可移置的载体置于缩进位置；

图11B为由图11A的可移置的载体承载的纳米突起阵列的示意图，该纳米突起阵列和可移置的载体置于延伸位置；

图12A示出了根据本发明实施方案的连接于一套施力元件的纳米突起阵列；

图12B示出了根据本发明实施方案的连接于不同套的施力元件的纳米突起阵列；

图13为根据本发明实施方案的包括纳米突起阵列和施药单元的装置的示意图，该施药单元包括底部基底，其具有形成于其中的流体储液槽；

图14为根据本发明实施方案的包括多个纳米突起阵列的系统的示意图；

图15A为根据本发明实施方案的包括多个纳米针阵列的系统的视图，该纳米针阵列具有多个包括流体储液槽的施药单元；

图15B为图14A的系统的顶视图；

图16为根据本发明实施方案的制造用于递送组合物的装置的工艺流程图；

图17为根据本发明实施方案的制造用于递送至少一种组合物的系统的工艺流程图；

图18A为根据本发明实施方案的包括由硅载体基底承载的纳米突起的纳米针阵列的第一视图，该硅载体基底形成于制造纳米针阵列的工艺过程中；

图18B为图18A的纳米针阵列的第二视图；

图19A为根据本发明实施方案的纳米针阵列的第一视图，该纳米针阵列包括由载体基底承载的纳米突起，该载体基底具有硅层和PDMS层，该PDMS层形成于制造纳米针阵列的工艺过程中；

图19B为图19A的纳米针阵列的第二视图；

图20A为根据本发明实施方案的纳米针阵列的第一视图，该纳米针阵列包括由PDMS载体基底承载的纳米突起，该PDMS载体形成于制造纳米针阵列的工艺过程中；

图20B为图20A的纳米针阵列的第二视图；

图21A示出了通过扫描电子显微镜获得的纳米突起的局部等距视图，该纳米突起处于穿透或插入皮肤之前的状态；

图21B示出了通过扫描电子显微镜获得的图17A的纳米突起的局部等距视图，该纳米突起处于穿透或插入皮肤之后的状态；

图22A示出了根据本发明实施方案的装置的纳米突起的白蛋白-异硫氰酸荧光素(FITC)分布的顶视图；

图22B为图18A中示出了的白蛋白-异硫氰酸荧光素分布的放大视图；

图23示出了将纳米突起插入皮肤样本之后的皮肤样本的顶视图（A）以及侧视图（B）和（C），其中通过白蛋白-异硫氰酸荧光素穿透皮肤样本形成的荧光通道为可见的；

图24是典型的胶带脱模（tape stripping）的三维结构，其示出全部沿着皮肤样本深度的荧光；

图25示出了水蒸气渗透性能测定仪（VapoMeter）的工作原理，其使用于根据本发明特定实施方案实施的试验；

图26示出了根据本发明特定实施方案实施的评价经皮失水（TEWL）试验的典型结果的图表；和

图27为代表根据本发明特定实施方案的在将纳米突起插入老鼠皮肤内5周之后在老鼠体内测定或获得的IgG滴定量的图示。

具体实施方式

现有技术中存在几种用于施用药物组合物，例如药物、疫苗和其它生物活性分子至体内的传统的方法和设备。例如，针式注射通常用于施用或递送疫苗至体内。然而，使用现有技术中的针来施用或递送药物组合物至体内具有许多限制和缺陷。这些限制和缺陷中的一些包括病人对于针的恐惧、疼痛的负担，以及针污染和相继的交叉感染的潜在威胁。

本发明的实施方案涉及用于施用、递送、提供或运送生物学组合物、药物组合物和其它的化学组合物至体内的系统、装置、设备、方法、工艺和技术。更特别地，本发明的大多数实施方案涉及使用纳米级结构或突起，例如纳米级针（或纳米针）和/或纳米级棒（或纳米棒）来施用、递送、提供或运送生物学组合物、药物组合物和其它的化学组合物至靶标结构、组织或身体位置，例如表皮内可预见的、通常可预见的、可控制的、或通常可控制的深度或位置。本发明的许多实施方案在于解决与现有的用于施用或递送药物组合物例如疫苗至体内的方法和/或设备相关的至少一个限制、缺陷或主旨。

对于本发明来说，生物学组合物、药物组合物或化学组合物可以理解为包括疫苗、药物和其它的生物活性或生物治疗性分子、试剂、制剂或组合物，当其施用或递送至活的生物体体内时，其能够提供保护的、免疫调节的、产生免疫性的、和/或治疗性的效果。生物活性或生物治疗性分子、试剂、制剂或组合物可以包括多核苷酸、核酸、抗原、变应原、佐剂、多肽、抗氧化剂、抗癌剂、抗突变剂、抗肿瘤剂和/或其它类似的化合物或生物分子。此外，生物组合物或药物组合物可以包括特别设计或配制的制剂或组合物以最优化组合物或物质在体内的性能，例如促使增强的或优化的保护性和/或治疗性功效。优化或配制可以包括调整活性组分的浓度以及添加稳定剂、溶剂、和/或类似的化合物。在某些实施方案中，递送至靶标位置的组合物可以包括纳米颗粒。

此外，本发明的纳米级突起可以包括或可以是纳米棒、纳米线、纳米针、纳米管、以及类似的具有纳米范围尺寸的结构。更特别地，穿透皮肤或身体组织的纳米级突起的直径或横截面部分处于纳米范围内。在本发明的大多数的实施方案中，靶标位置涉及为皮肤内的位置，并且更特别地，其为皮肤表皮内的位置。

本发明的系统、装置、方法和工艺使用纳米级突起，其分级、成形和/或配置以促使或实现将生物学组合物、药物组合物或化学组合物施用至体内的靶标位置。在大多数的实施方案中，该纳米级突起分级、成形和/或配置以移置靶标位置或置于靶标位置。将纳米级突起移置或置于靶标位置促使或实现将生物学组合物、药物组合物或化学组合物施用或递送至靶标位置。

在许多实施方案中，将生物学组合物、药物组合物或化学组合物施用或递送至靶标位置对于提供、引起、导致、产生、或促使体内的生物学应答是有效的。该生物学应答例如为治疗性的、保护性的、产生免疫性的、和/或免疫调节的反应。

在本发明的实施方案中，可以控制或操纵将纳米级突起移置并插入至体内，例如至靶标位置。在许多实施方案中，每个纳米级突起插入至体内的距离是可以控制的，例如是可以选择的和/或变化的。作为例子，在一些实施方案中，纳米级突起的移置对于优先地对准组织或皮肤层（例如表皮）或皮肤层的组织的细胞（例如朗格汉斯细胞）是可以控制的。此外，纳米级突起的移置可以被控制从而明确地避免与组织或皮肤层（例如真皮）或与组织或皮肤层内特定类型的细胞（例如感觉神经末梢）相接触。在大多数的实施方案中，该纳米级突起可以均匀的和/或一致的压力插入或注射进体内。

本发明大多数实施方案的装置或设备包括施药单元，其被配置成用于促进或实现连接于其上或由其承载的纳米突起的移置。

在大多数实施方案中，该施药单元包括外围壳体（还被称为外围结构或箱体）。该纳米级突起可以至少部分地容纳或安置在该外围壳体内。在特定的实施方案中，该外围壳体被配置为围绕或隔离置于其中的纳米级突起从而保护该纳米级突起。

在大多数的实施方案中，该施药单元包括可移置的载体或可移置的结构。该可移置的载体可以相对于该外围结构移动。该可移置的载体相对于该外围结构的移动促使或实现该纳米级突起的移动。在大多数实施方案中，该可移置的载体可被称为转移结构或元件，其配置为转移力至纳米级突起从而将该纳米级突起插入至体内。

在许多实施方案中，该施药单元被配置为用于控制或操纵纳米级突起的移动并插入至体内。在众多实施方案中，该施药单元包括移置控制元件。该移置控制元件被布置和/或被配置为用于控制该可移置的载体和该纳米突起的移动。在一些实施方案中，该移置控制元件被布置和/或配置为用于控制该可移置的载体的移动距离，由此控制该纳米突起的移动距离。

在某些实施方案中，该移置控制元件改为或包括力转移元件。该力转移元件促使或实现施加于该可移置的载体之上的力的转移。

在本发明的一些实施方案中，一套施力元件（还被称为力分配元件或力分配器）可以被用来辅助控制或操纵纳米级突起的移动，并且由此将纳米级突起插入至体内。例如，在特定的实施方案中，该套施力元件被配置为用于控制所施加或转移至该可移置的载体、该纳米级突起阵列和/或该纳米级突起阵列的纳米级突起的力或压力。

在一些实施方案中，该套施力元件配置为用于分配（例如平均分配）和/或限制施加或转移至该可移置的载体、该纳米级突起阵列和/或该纳米级突起阵列的纳米级突起的力或压力。对于施加或转移至该纳米级突起的力或压力的控制、分配或限制可以帮助促使或实现该纳米级突起以均匀的压力和/或深度插入至体内。

特定实施方案的结构形态

图1A至图15B示出了本发明不同实施方案的结构形态。

本发明的系统、装置和设备包括纳米级突起（以下称为纳米突起），其成形、按尺寸构造、和/或配置为用于插入、注射或移动至生物体的体内。该纳米突起成形、按尺寸构造、和/或配置为用于插入至体内的靶标位置，例如皮肤的表皮。在众多实施方案中，将纳米突起插入至体内的靶标位置促使或实现了施用或递送生物学组合物、药物组合物或化学组合物（以下称为组合物），例如疫苗至靶标位置以由此诱导、提供、产生或制造治疗性的、保护性的、产生免疫性的和/或免疫调节的效果。

特定纳米突起阵列的结构形态

图1A至图1D示出了根据本发明不同实施方案的特定纳米突起阵列20的结构形态。每个纳米突起阵列20可选择地称为一套纳米突起或纳米突起的阵列。

在大多数实施方案中，每个纳米突起阵列20包括多个的纳米突起25（或一套纳米突起25）和载体基底30（还称为载体介质、承载基底、承载介质、基体基底或基体介质）。由本发明实施方案提供的装置、设备和系统包括至少一个纳米突起阵列20，在某些实施方案中包括至少两个、三个、四个、十个或更多个纳米突起阵列20。

在大多数实施方案中，该纳米突起阵列20包括至少约500个纳米突起25。在许多实施方案中，该纳米突起阵列20包括至少约3,600个纳米突起25。在众多实施方案中，该纳米突起阵列20包括至少约10,000个纳米突起25。在一些实施方案中，该纳米突起阵列20包括至少约100,000个纳米突起25，例如至少约50万、100万、500万、900万或更多的纳米突起25。

该纳米突起25被成形、按尺寸构造和/或配置以用于插入、注射或移动至体内。该纳米突起25还被成形、按尺寸构造和/或配置促使或实现组合物（例如疫苗）递送至体内的靶标位置。

在本发明的许多实施方案中，例如图1A至图1D中所示，纳米突起25具有锥形的、圆锥形的、分层的、堆叠的和/或分段的形状。因此，在许多实施方案中，纳米突起25具有与第二末端40（或第二顶端40）相比较小直径的第一末端35（或第一顶端35），第一末端35和第二末端40的每一个处于纳米突起25相对的末端。

纳米突起25的形状促使纳米突起25插入至体内。在不同的实施方案中，纳米突起25的锥形的、圆锥形的、分层的、堆叠的和/或分段的形状提供给纳米突起25增强的结构完整性或强度。在特定的实施方案中，纳米突起25的锥形的、圆锥形的、分层的、堆叠的和/或分段的形状辅助控制或操纵纳米突起25插入至体内。

在许多实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径小于纳米突起25的第二末端40的直径至少约10%。在一些实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径小于纳米突起40的第二末端的直径至少约20%。在不同的实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径小于纳米突起25的第二末端40的直径至少约40%，例如约50%、60%或75%。

在众多实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径为约10nm至250nm。在一些实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径为约20nm至200nm。在不同的实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径为约25nm至100nm。在特定的实施方案中，纳米突起25的第一末端35的直径为约25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm。

在众多实施方案中，纳米突起25的第二末端40的直径为约50nm至400nm。在一些实施方案中，纳米突起25的第二末端40的直径为约100nm至300nm。在不同的实施方案中，纳米突起25的第二末端40的直径为约125nm至200nm。在特定的实施方案中，纳米突起25的第二末端40的直径为约140nm、150nm、160nm或170nm。

尽管在本发明中描述了锥形的、圆锥形的、分层的或片段形的纳米突起25，但是具有可选的形状、尺寸和/或构型的一套或多套的纳米突起25也包含在本发明的范围之内。例如，至少一套纳米突起25可以是圆柱形的或矩形的。

在本发明大多数的实施方案中，每个纳米突起25的长度是可以选择的并且可以是不同的，例如取决于组合物（例如疫苗）递送至的靶标位置。在许多实施方案中，该纳米突起25具有的长度优选地配置为靶向特定的皮肤层，例如表皮，从而递送该组合物（例如疫苗）至该特定的皮肤层。在众多实施方案中，纳米突起25的长度选择为使其能够优先插入至表皮，同时明确地避免了其它的身体组织（例如真皮）。

尽管如上所述的纳米突起25优先插入至表皮，并且明确地避免了纳米突起25与真皮的接触，但是对于纳米突起25的可替换的长度的选择仍然包括在本发明的范围内。举例来说，对于优先插入穿过表皮并进入真皮，同时避免位于体内更深深度的身体组织的纳米突起25的长度的选择也落入本发明的范围。

皮肤的情况（topography）

皮肤通常涉及生物体的外层覆盖层。哺乳动物的皮肤通常由三层主要的层构成，即表皮、真皮和下皮。表皮为皮肤的最外层并在身体的整个表面形成基本上防水和保护性的覆盖。表皮是没有血管。表皮包含有默克尔细胞（Merkel cells）、角质形成细胞、黑素细胞和朗格汉斯细胞。表皮内的朗格汉斯细胞为树突细胞，其为自适应免疫系统的一部分。在本发明中，朗格汉斯细胞能够作用为抗原呈递细胞，其产生、诱导或创建免疫保护（或免疫性）。

真皮是位于表皮下面的皮肤层。真皮包括毛囊、汗腺、皮脂腺、大汗腺、淋巴管和血管。下皮位于真皮下并且用于连接皮肤，更特别地连接表皮和真皮与下面的骨骼和肌肉组织。下皮包括松散结缔组织和弹性蛋白。下皮的主要细胞类型包括成纤维细胞、巨噬细胞和脂肪细胞（也称为脂肪存储细胞）。下皮还可称为皮下组织。

在本发明许多实施方案中，纳米突起25的长度与体内靶标位置、组织或皮肤层的深度有关。在大多数实施方案中，纳米突起25的长度约5μm至200μm。在许多实施方案中，纳米突起25的长度约10μm至150μm。在个别实施方案中，纳米突起25的长度约20μm至100μm。在特定的实施方案中，纳米突起25的长度为约25μm、40μm、50μm、60μm或75μm。

在一些实施方案中，将组合物（例如疫苗）输送或递送至表皮提供或呈递给位于表皮的朗格汉斯细胞该组合物。在不同的实施方案中，将该组合物呈递给位于表皮内的朗格汉斯细胞促使或致使诱导、产生或配置体内治疗性的、保护性的、产生免疫性的或免疫调节的反应。例如，在特定的实施方案中，其中该组合物为疫苗，将该疫苗递送至表皮（并且朗格汉斯细胞位于那里）促使体内与免疫应答（或免疫性）相关的诱导。

在本发明一些实施方案中的纳米突起25的长度，操纵或控制其在体内的插入，能够操纵、减少或消除通常与针式注射相关联的疼痛。这是因为本发明大多数实施方案的纳米突起25的长度仅能够满足优先插入至（即达到）皮肤的表皮，并且没有达到皮肤的真皮，在真皮中具有身体的感觉组织（即感觉神经末梢）。当本发明大多数实施方案的纳米突起25没有达到并接触到真皮内的感觉神经末梢的时候，就可以实现操纵、减少或消除疼痛。

图2A至图2D示出了不同的纳米突起阵列20，其包括具有不同数量片段或部分45的纳米突起25。图3A至图3D分别示出了图2A至图2D的纳米突起阵列20的顶视图。

在本发明不同的实施方案中，纳米突起25可以包括多个片段45或部分（即纳米突起25可以被分段）。例如，在特定的实施方案中，纳米突起25包括至少两个片段45。在某些实施方案中，纳米突起25包括至少三个片段45，例如三个、四个、五个或更多个片段45。在某些实施方案中，分段的纳米突起25相对于未分段的纳米突起来说可以表现出增强的结构强度或完整性。

每个片段45的长度可以是选择的并且可以是不同的，例如基于纳米突起25的总体长度、目标组织类型或皮肤层、和/或将通过装置施用的药物组合物的类型。举例来说，在特定的实施方案中，每个片段45的长度可以约1μm至50μm，并且更特别地为约2μm、5μm、10μm、15μm、20μm或25μm。

载体基底或介质30的结构形态

在本发明的实施方案中，纳米突起阵列20包括载体基底30或载体介质30。该载体基底30成形、尺寸构造为和/或配置为用于携带、保持和/或承载纳米突起阵列20的成套的纳米突起25。

图4A至图4C，以及图1A至图1D示出了根据本发明特定实施方案的载体基底30。在许多实施方案中，该载体基底30成形、尺寸构造为和/或配置为用于保持、设定或维持该成套的纳米突起25的完整的单元，其相互之间具有固定的或可预见的空间位置和/或构型。在许多实施方案中，该载体基底30为平面的或基本平面的。该成套的纳米突起25可以延伸自或凸出自、或穿过该平面状的载体基底30，以相对于平面状的载体基底30的表面或平面垂直的或基本垂直的角度。

载体基底30的尺寸、厚度、形状和/或构型可以是选择的并且可以是不同的，例如取决于由其承载的多个纳米突起25，由其承载的纳米突起25的构型，和/或由纳米突起25施用的组合物的类型。作为例子，该载体基底30的形状可以是正方形、矩形、圆形、三角形或不规则的形状。

在本发明的许多实施方案中，该载体基底30具有约5mm²至400mm²的表面积。在大多数实施方案中，该载体基底30具有约20mm²至200mm²的表面积。在不同的实施方案中，该载体基底30具有约25mm²至100mm²的表面积，例如约40 mm²、50 mm²、60 mm²和70 mm²。

在许多实施方案中，该载体基底30具有约0.2μm至10μm的厚度。在一些实施方案中，该载体基底30具有约0.5μm至7.5μm的厚度。在不同的实施方案中，该载体基底30具有约0.6μm至5μm的厚度，例如约0.8μm、1.0μm、1.5μm、2μm或2.5μm。

在本发明的许多实施方案中，由每个载体基底30承载的纳米突起25的数量或密度可以是选择的并且可以是不同的，例如取决于通过装置递送的药物组合物的类型和剂量，和/或纳米突起25的长度。在许多实施方案中，由载体基底30承载的纳米突起25的密度约10/mm²至500/mm²。在特定的实施方案中，由载体基底30承载的纳米突起25的密度为约100/mm²、250每mm²或400/mm²。在优选的实施方案中，由载体基底30承载的纳米突起25的密度大于500/mm²，例如至少约5000/mm²。

在本发明的许多实施方案中，相邻或邻近由载体基底30承载的纳米突起25的第一末端35的距离约0.1μm至1.50μm。在一些实施方案中，相邻或邻近由载体基底30承载的纳米突起25的第一末端35的距离约0.25μm至1.0μm。在不同的实施方案中，相邻或邻近由载体基底30承载的纳米突起25的第一末端35的距离约0.4μm至0.8μm，例如约0.5μm、0.6μm或0.7μm。

在许多实施方案中，相邻或邻近由载体基底30承载的纳米突起25的第二末端40的距离约0.05μm至0.75μm。在一些实施方案中，相邻或邻近由载体基底30承载的纳米突起25的第二末端40的距离约0.1μm至0.5μm。在不同的实施方案中，相邻或邻近由载体基底30承载的纳米突起25的第二末端40的距离约0.2μm至0.4μm，例如约0.25μm、0.3μm或0.35μm。

在某些实施方案中，该载体基底30为单一层结构。图1A、图1C、图1D、图4A和图4B示出了包括单一层的载体基底30。

在特定的实施方案中，例如图4A中所示，该载体基底30至少基本上由硅（Si）构成。在其他的实施方案中，例如图4B中所示，该载体基底30至少基本上由聚二甲基硅氧烷（PDMS）构成。可选地，该载体基底30由或基本上由其他的材料构成，例如其他的生物相容性或生物可降解性材料，它们都落入本发明的范围内。

在特定的实施方案中，该载体基底30可以包括至少两个层50，例如两个、三个、四个或更多个层50，其相互连接在一起。例如，图1B示出了包括两个层50的载体基底30，即第一层50a和第二层50b。相似地，图4C示出了包括两个层50的载体基底30，即至少基本上由PDMS构成的第一层50a和至少基本上由Si构成的第二层50b。

在一些实施方案中，其中该载体基底30包括至少两个层50，单独层50相互之间的尺寸（例如表面积）和/或厚度可以相同、相似、不同或相异。举例来说，在特定的实施方案中，第一层50a可以具有更小的表面积，例如与第二层50b相比小于约10%、20%、25%或更多的表面积。在某些实施方案中，第一层50a可以更薄，例如与第二层50b相比小于约10%、20%、45%、50%或更多的厚度。

在本发明的某些实施方案中，载体基底30的一层50（例如第一层50a）可以被认为是中间层或种子层。该中间层可以作用为纳米突起的支撑层或稳定层。此外，在特定的实施方案中，该中间层可以作用为用于促使构造或制造纳米突起25的平台或基体。

将纳米突起25插入、注射或移动至体内的靶标位置，例如穿过角质层（SC）到达皮肤的表皮，促使或实现了将组合物（例如疫苗）施用或递送至靶标位置。

如在下文中更加详细地描述的，移动该载体基底30以促使或实现由其承载的纳米突起25插入、注射或移动至体内。在本发明的实施方案中，将纳米突起25插入至体内的距离或深度是可以控制的。在许多实施方案中，该载体基底30的移动，例如载体基底30的移动距离是可以控制或操纵的。

载体基底30的移动距离，以及由此由其承载的纳米突起25的移动距离是可以控制或操纵的，例如是可以选择的并且可以是不同的。控制载体基底30的移动距离促使或实现了纳米突起25的移动距离的控制，并且由此促使或实现了纳米突起25插入至体内距离的控制。在一些实施方案中，可以控制载体基底30的移动距离从而使纳米突起25能够优先到达表皮，同时避免其它的皮肤层或身体组织，例如真皮。可选择地，可以控制载体基底30的移动距离以使得纳米突起25能够优先到达真皮，同时避免到达位于体内更深深度的其它的身体组织。

施药单元100的结构形态

在本发明大多数的实施方案中，施药单元100（也称为施药器）促使、操纵或控制纳米突起阵列20，更具体地纳米突起25和纳米突起阵列20的载体基底30的移动，以使得纳米突起25可以到达体内设计的目标深度（例如表皮内或真皮内）。

图5至图15B示出了根据本发明特定实施方案的施药单元100的形态。在大多数实施方案中，每个施药单元100承载、连接于或相连于纳米突起阵列20。

外围结构或外围壳体的结构形态

在本发明的大多数实施方案中，该施药单元100包括外围结构110（也称为外围支撑或外围框架）。

该外围结构110成形、按尺寸构造和/或配置以使得纳米突起阵列20可以或基本上可以置于或容纳在该外围结构110中。换句话说，在众多实施方案中，该外围结构110成形、按尺寸构造和/或配置从而至少部分围绕和/或隔离该纳米突起阵列20，并由此至少部分围绕和/或隔离该纳米突起25。

外围结构110的宽度和广度可以是选择的并且可以是不同的，例如基于纳米突起阵列20的尺寸，例如基于载体基底30的表面积。例如，外围结构110的宽度和广度中的每一个均可以约5mm至2.5cm。在特定的实施方案中，外围结构110的宽度和广度可以约1cm至2cm，例如约1.2cm、1.4cm或1.6cm。

外围结构110的高度可以取决于纳米突起25的长度和/或将组合物递送至靶标位置的深度。在不同的实施方案中，外围结构110的高度（即外围结构110的底面和顶面之间的距离）可以影响或决定纳米突起阵列20的移动距离，从而影响或决定纳米突起25延伸超过外围结构110的顶面的距离。

在一些实施方案中，外围结构110的高度约10μm至250μm。在不同的实施方案中，外围结构105的高度约25μm至150μm。在特定的实施方案中，外围结构105的高度约50μm至125μm，例如约70μm、80μm、90μm或100μm。

此外，外围结构110的厚度可以是选择的并且可以是不同的，例如依赖于施药单元100的特定结构或功能性特征。

可移置的载体/基体/基底的结构形态

在本发明的许多实施方案中，施药单元100进一步包括可移置的载体120或可移置的基体120。该可移置的载体120还被称为可移置的基底、可移动框架、可移动载体、可移动基体、可移动基底或类似的结构形式。

该可移置的载体120配置为可相对于外围结构110移动从而移置置于外围结构110内的纳米突起阵列20。换句话说，在许多实施方案中，该可移置的载体120的移动导致纳米突起阵列20的相应的移动，从而导致纳米突起阵列20的纳米突起25的移动。在一些实施方案中，该可移置的载体120的移动导致将力施加至连接、承载或相连于可移置的载体120的纳米突起阵列20。

通常来说，该可移置的载体120可连接与纳米突起阵列20。该可移置的载体120相对于纳米突起阵列20的位置是可以决定的并且可以是不同的，其例如取决于本发明的特定结构或功能性特征。

在许多实施方案中，该可移置的载体120布置在或接近纳米突起阵列20的载体基底30的底面的一侧（即基体）。在该实施方案中，该纳米突起阵列20可以安装或承载在该可移置的载体120上。

图5B示出了设置在外围结构110内并安装在可移置的载体120上的纳米突起阵列20。图5B的可移置的载体120可以是PDMS或硅可移置的载体120，其配置成允许将施加于其上的力转移至纳米突起阵列20由此促使或实现纳米突起阵列20的移动和纳米突起阵列20的纳米突起25插入至体内。

在特定的实施方案中，该可移置的载体120围绕或至少某种程度上围绕载体基底30的周界布置（例如该可移置的载体120围绕纳米突起阵列20布置）。在本发明的一些实施方案中，该可移置的载体120布置在或至少部分布置在施药单元100的外围结构110内。

如上所述，该可移置的载体120可以相对于外围结构110移动。在许多实施方案中，该可移置的载体120相对于外围结构110来说可以从第一位置（也称为回缩位置或静止位置）移动，或在第一位置和第二位置（也称为延伸位置或活化位置）之间移动，或朝向第二位置移动。

在大多数的实施方案中，该可移置的载体120在第一和第二位置之间（即在回缩和延伸位置之间）的移动相应地移动了分别在第一（或回缩）和第二（或延伸）位置之间连接、承载或相连于可移置的载体120的纳米突起阵列20。

在许多实施方案中，当纳米突起阵列20处于第一（或回缩）位置时，其布置在或基本上布置在外围结构110内。因此，当纳米突起阵列20位于第一（或回缩）位置时，该纳米突起25并不延伸超过外围结构110的顶面的平面。当纳米突起阵列20处于或移动到第二（或延伸）位置时，其布置在或至少部分延伸到外围结构110的外部。因此，当纳米突起阵列20位于第二（或延伸）位置时，该纳米突起25至少部分地延伸超过外围结构110的顶面的平面。

图6A示出的纳米突起阵列20处于延伸位置并且图6B示出的纳米突起阵列20处于回缩位置。此外，图7A、图7B和图8示出的纳米突起阵列20处于回缩位置并布置在外围结构110内。

在许多实施方案中，纳米突起阵列20的纳米突起25（a）当纳米突起阵列20处于回缩位置时，布置在或基本上布置在外围结构110内部；并且（b）当纳米突起阵列20处于延伸位置时，布置在或基本上布置在外围结构110外部。如图6A所示，当纳米突起阵列20处于延伸位置时，纳米突起25的第一末端35位于外围结构110的外部（即位于外围结构110的顶面的平面之上）。如在图6B中所示，当处于回缩位置时，纳米突起25的第一末端35位于外围结构110的顶面或位于其下。

纳米突起阵列20从回缩位置朝向延伸位置的移动促使或实现了纳米突起25穿过SC并进入表皮或其它身体组织的插入。

在不同的实施方案中，该可移置的载体120成形、按尺寸构造和/或配置以使得其移动的距离导致连接、承载或相连于其的纳米突起阵列20移动相应的距离。因此，在不同的实施方案中，该可移置的载体120移动的距离相应于或基本上相应于纳米突起25移动的距离并且纳米突起25以这一距离插入至体内。

在本发明的一些实施方案中，可移置的载体120可以偏置地布置在或朝向第一或回缩位置。在该实施方案中，该可移置的载体120可以被配置成在移动到第二或延伸位置之后回撤至第一位置或回缩位置。

在某些实施方案中，该可移置的载体120包括或为弹性或偏置可变形的基底或平台。在特定的实施方案中，该可移置的载体120包括或连接于至少一个弹性或偏置元件，其促使或实现可移置的载体120在第一或回缩位置的偏置。换句话说，该可移置的载体120可以包括或连接于至少一个弹性或偏置元件，其在该可移置的载体120到达或朝向第二或延伸位置移动之后，促使或实现自动地或基本上自动地回撤该可移置的载体120至第一或回缩位置。

移置控制元件

在本发明的大多数实施方案中，一种或多种组合物（例如疫苗）可以递送至皮肤内可预见的或可控的深度，例如到达表皮或真皮。换句话说，纳米突起25移动或插入至体内的距离是可以控制的或操纵的。

在许多实施方案中，纳米突起25插入至体内的控制通过控制承载或连接于纳米突起25的可移置的载体120的移动来促使或实现。也就是说，该可移置的载体120的移动是可以控制的以由此控制纳米突起25插入至体内。例如，在特定的实施方案中，该可移置的载体120的移动距离决定了纳米突起阵列20的移动距离，并且由此决定了承载、连接或相连于该可移置的载体120的纳米突起25的移动距离。

图9、图10、图11A和图11B示出了特定的施药单元100，其包括移置控制元件或结构130（或移置限制元件）从而控制可移置的载体120的移动并由此控制纳米突起阵列20的移动。

在本发明的一些实施方案中，该移置控制元件130的至少一部分连接、承载或容纳于该可移置的载体120的一部分。如图9中所示，在某些实施方案中，该移置控制元件130可以连接于该可移置的载体120（例如连接于该可移置的载体120的底面）。

该移置控制元件130成形和/或配置以控制或限制该可移置的载体120的移动。具体地说，在一些实施方案中，该移置控制元件130配置为控制该可移置的载体120的移动距离。

在本发明的某些实施方案中，例如图10、图11A和图11B中所示，该移置控制元件130连接、承载或布置在外围结构110或壳体内。该移置控制元件130可以成形和/或配置成控制或限制该可移置的载体120的移动的机械结构。举例来说，该移置控制元件130可以是刚性的或是基本上刚性的单元或结构，其控制（例如限制或阻止）该可移置的载体120的移动。

在特定的实施方案中，当该可移置的载体120与移置控制元件130相接触时，该移置控制元件130的移动，更具体地该刚性元件的移动阻止了该可移置的载体120的进一步的移动。在特定的实施方案中，该移置控制元件130，更特别地该刚性元件布置并配置为定义或基本上定义、区分或基本上区分该可移置的载体120的第一位置（或回缩位置）和/或第二位置（或延伸位置）。

图11A示出了该可移置的载体120在第一（或回缩）位置的移置或位置并且图11B示出了该可移置的载体120在第二（或延伸）位置的移置或位置。如图11A和图11B中所示，该移置控制元件130促使该可移置的载体120在远离第一位置的方向超过第二（或延伸）位置的进一步移动的阻止。

在不同的实施方案中，该移置控制元件130包括一套绷紧的元件（未示出），例如机械弹簧、可变形膜和/或可移置的杠杆，其配置以促使或实现该可移置的载体120的移动距离的控制。该套绷紧的元件可以连接、承载或部分容纳于该可移置的载体120内。例如，该套绷紧的元件可以连接于该可移置的载体120的一侧、一边缘或一角。

施力元件

图10、图12A和图12B示出了包括一套连接于纳米突起阵列20的施力元件140的特定实施方案的形态。

在特定的实施方案中，例如图12A中所示，该套施力元件140可以连接于该纳米突起阵列20的角部或外缘。然而应当理解的是该套施力元件140可以可选地布置、安置或连接于该纳米突起阵列20。举例来说，在特定的实施方案中，该套施力元件140可以在一个或多个位置焊接到该纳米突起阵列20。

该套施力元件140布置或配置以控制所施加、转移至该纳米突起阵列20的力或压力。在一些实施方案中，该套施力元件140布置和/或配置以控制从可移置的载体120递送至纳米突起阵列20的力或压力。

在不同的实施方案中，该套施力元件140布置和/或配置以控制、分配、或限制施加或递送至纳米突起阵列20的力或压力。举例来说，在特定的实施方案中，该套施力元件140配置以均匀地或基本上均匀地分配施加或递送至纳米突起阵列20的力，并且由此施加或递送至纳米突起阵列20的纳米突起25的力。在一些实施方案中，对于施加或递送至纳米突起25的力的控制、分配或限制促使或实现了纳米突起25以均匀的、或基本上均匀的压力和/或深度插入至体内。

该套施力元件140可以包括多个绷紧的元件，例如至少两个、四个、六个、十个或更多个绷紧的元件。该绷紧的元件可以包括例如弹簧（例如微机械弹簧）。可选地，该绷紧的元件可以包括可移置的杠杆或可移置的支架臂。

在不同的实施方案中，例如图12A中所示，该套施力元件140包括四个绷紧的元件（例如弹簧），其布置在正方形纳米突起阵列20的每个角。在其它的实施方案中，例如图12B中所示，该套施力元件140包括两个绷紧的元件，其布置在纳米突起阵列20的相对侧。在某些实施方案中，该绷紧的元件可以连接于其自身连接于纳米突起阵列20的框架或支架。

流体通道/流体储液槽

图13示出了根据本发明不同实施方案的施药单元100，其进一步包括具有流体通道160或流体储液器160形成或嵌入于其中的基体基底150（也称为聚合物基基底）。

在本发明中，包括流体储液器160的施药单元100与纳米突起阵列20一并使用，其中纳米突起25为或包括纳米针或纳米管。将在下文中提供纳米突起阵列20的进一步描述，其中纳米突起25包括纳米针或纳米管。

该流体储液器160成形并配置以保持或储存预定量的组合物（例如疫苗）。在储液器160内保持或储存的组合物的量可以基于装置的特定结构或功能性特征和/或考虑组合物剂量的目的。

在一些实施方案中，该流体储液器160的深度（或高度）约100μm至250μm。在不同的实施方案中，该流体储液器160的深度（或高度）约125μm至200μm，例如约150μm、160μm或175μm。在某些实施方案中，该流体储液器160的横截面积约1mm²至5cm²。在不同的实施方案中，该流体储液器160的横截面积约5mm²至2.5cm²，例如约7.5 mm²、1 cm²、或2 cm²。

在许多实施方案中，该基体基底150布置在邻近于施药单元100的外围结构110。具体地，在众多实施方案中，基体基底150布置在外围机构110的底部侧。在一些实施方案中，流体储液器160布置在邻近于可移置的载体120和/或纳米突起阵列20。

在许多实施方案中，保持或储存在流体储存器160内的组合物可以通过或穿过纳米突起25（即纳米针）递送，例如在将纳米突起25插入至靶标位置的过程中传递至靶标位置。关于使用纳米针递送或施用保持或储存在流体储存器160内的组合物的进一步细节将在下文中提供。

密封膜

在许多实施方案中，密封膜170（也称为密封聚合物膜或聚合物膜）可以连接、粘着或附连于外围结构110。更具体地说，密封膜170可以连接、粘着或附连于外围结构110的顶部（即顶侧）。粘结剂或粘结材料，例如压敏粘结剂（PSA）或可移除粘结剂可以用于将密封膜170附连、组装或粘着至外围结构110。

将密封膜170附连、组装或粘着于外围结构110的顶部可以促使或实现布置在外围结构110内的纳米突起阵列20的隔离。因此，将密封膜170附连、组装或粘着于外围结构110的顶部可以帮助维持布置在外围结构110内的纳米突起25在使用之前（例如插入进人体内）处于无菌的状态。

在某些实施方案中，密封膜170在纳米突起25的移置和插入至人体内的过程中保持与外围结构110的粘附。因此，当插入至体内的时候，纳米突起25穿过或刺穿密封膜170。在其它的实施方案中，在纳米突起25移动并插入至体内之前将密封膜170从外围结构110中移除。

施用或递送组合物的方案

如上所述，将纳米突起25移置并插入至体内的靶标位置或组织，例如表皮，促使或实现了组合物（例如疫苗）到靶标位置的递送。该纳米突起25成形、按尺寸构造和/或配置以辅助或能够递送组合物（例如疫苗）到靶标位置。本发明的实施方案促使或实现了将纳米突起25插入至体内的控制。更具体地，特定的实施方案促使或实现了纳米突起25至特定的身体组织或皮肤层（例如表皮）的优先插入，同时避免或总体上避免了插入至其它的身体组织或皮肤层（例如真皮）。

使用实心纳米突起（纳米棒）施用或递送组合物

在本发明的某些实施方案中，每个纳米突起阵列20的纳米突起25的至少一部分是实心的（即非空心）。实心纳米突起25在以下被称为纳米棒25a或纳米线25a。此外，包括纳米棒25a的纳米突起阵列20可被称为纳米棒阵列20a。

组合物（例如疫苗）可以涂覆在纳米棒25a表面的至少一部分上从而在将纳米棒25a插入至靶标位置的时候（例如过程中）递送至靶标位置。使用定量的组合物涂覆在其表面的至少一部分上的纳米棒25a可以被称为涂覆的纳米棒25a。

在众多实施方案中，涂覆有组合物（例如疫苗）的纳米棒25a的表面区域可以是选择的或可以是不同的，其例如取决于组合物的类型、纳米棒25a的长度和/或所需要的组合物的剂量。

在特定的实施方案中，涂覆在纳米棒25a上的组合物为疫苗的冻干形式，其由一种或多种抗原与赋形剂、佐剂和/或稳定剂（例如明矾、甘露糖醇、壳聚糖和葡聚糖）的悬浮液制备。包括抗原的疫苗能够引发抵抗人体病原菌的免疫应答。例如，该疫苗可以是抵抗人体疱疹病毒、乙型肝炎病毒、甲型肝炎病毒或流感病毒的疫苗。

如上所述，在不同的实施方案中，纳米突起25，例如纳米棒25a可以配置以使得其长度能够到达用于将组合物递送至的靶标位置。在众多实施方案中，将涂覆的纳米棒25a插入或注射至体内，例如至皮肤的表皮，使得组合物物理接触或接近靶标位置，例如表皮细胞。通过移置纳米突起的方案将组合物运输至这样的细胞，并由此导致的组合物与靶标位置（例如表皮）的物理接触，促使或实现了组合物至靶标位置的递送。

在特定的实施方案中，将涂覆的纳米棒25a插入或注射至体内致使组合物物理接触或接近于真皮内的树突细胞。将组合物运输至物理接触或接近于真皮内的树突细胞促使或实现了组合物至其的递送。

在许多实施方案中，使用涂覆的纳米棒25a用于递送疫苗的能力消除了冷藏环节，即保持所递送的疫苗处于特定的温度范围，例如约2℃至8℃。更具体地说，使用冻干形式的疫苗涂覆纳米棒25a的能力消除了冷藏环节的必须性，其可能在发展中国家是更加有意义的或有用的，发展中国家可能难于储存疫苗，并且很难使用于递送这样的疫苗的装置处于特定的温度范围（例如低温范围）。

使用空心纳米突起（例如纳米针或纳米管）施用组合物

在本发明的某些实施方案中，每个纳米突起阵列20的纳米突起25的至少一部分是空心的。换句话说，在本发明的某些实施方案中，每个纳米突起阵列20的纳米突起25的至少一部分包括形成于其中的通道70（如图1D中所示）。包括形成于其中的通道70的空心纳米突起25，或纳米突起25可以被称为纳米针25b或纳米管25b。此外，包括纳米针25b的纳米突起阵列20可以被称为纳米针阵列20b。

纳米针25b的通道70按尺寸构造并配置以允许传递组合物（例如疫苗）至纳米针25b内并贯穿于其中（例如从纳米针25b的第二末端40至第一末端35）。在不同的实施方案中，纳米针25b的通道70的直径可以是选择的并且可以是不同的，例如取决于由装置递送的组合物的类型、由装置递送的组合物的分子的尺寸、和/或纳米针25b的尺寸或构型。在特定的实施方案中，通道70可以配置以促使或实现了传递组合物穿过通道70的控制，例如控制对于传递穿过通道70的组合物的体积。

在一些实施方案中，使用纳米针25b将组合物施用或递送至靶标位置发生在将纳米针25b插入至体内（例如表皮或真皮）的靶标位置时。更具体地说，传递组合物穿过纳米针25b的通道70发生在将纳米针25b移动至靶标位置的过程中或其后，由此能够在靶标位置递送组合物。

如上所述，包括纳米针25b的纳米突起阵列20（即纳米针阵列20b）与包括流体储液器160的施药单元100相连或一起使用。在本发明的许多实施方案中，纳米针25b的通道70流体连通于施药单元的流体储液器160。在众多实施方案中，流体储液器160以没有空气泡存在于流体储液器160和纳米针25b的通道70之间的方案形成或配置。

当纳米针25b插入至靶标位置时，保持或储存在流体储液器160内的组合物可以通过纳米针25b（例如从纳米针25b的第二末端40至第一末端35）的通道70传递或递送，从而递送至体内的靶标位置。更具体地说，组合物从流体储液器160从纳米针25b的第二末端40传递至纳米针25b的第一末端35，并且在第二末端40释放至靶标位置。

可移置的载体120从回缩位置移动到延伸位置导致纳米针阵列20b从回缩位置到延伸位置的相应的移动，并且由此导致所述纳米针阵列20b的纳米针25b的相应的移动。纳米突起阵列20到延伸位置的移动，并由此纳米针25b到延伸位置的移动，促使或实现了纳米针25b到靶标位置的插入。

此外，在不同的实施方案中，可移置的载体120从回缩位置到延伸位置的移动触发、促使或实现了同时的，或基本上同时的传递储存在流体储存器160内的组合物穿过纳米针25b的通道70从而递送至靶标位置。

在特定的实施方案中，可以控制用于在靶标位置释放的从流体储存器160穿过纳米针25b的通道70的组合物的传递。例如，在所选择的实施方案中，从流体储液器160至靶标位置的传递的组合物的量是可以选择的和/或是不同的。

组合物的特定剂量

在本发明的实施方案中，其中纳米突起25为纳米针25b，纳米针25b插入至靶标位置并且使组合物穿过所述纳米针25b的通道70传递至靶标位置可以促使或实现将一定剂量，例如有效剂量的组合物递送至靶标位置。类似地，在本发明的实施方案中，其中纳米突起25为纳米棒25a，将涂覆的纳米棒25a插入至靶标位置致使组合物物理接触于靶标位置以由此促使或实现将一定剂量，例如有效剂量的组合物递送至靶标位置。

出于本发明的目的，一定量或一定剂量涉及特定数量（即数量或体积）的生物学组合物、药物组合物或化学组合物，例如疫苗，其以单一的或连续的（多个纳米突起阵列的情况）施加（例如穿皮给药法）来施用或递送。此外，有效量或有效剂量涉及最小量（即数量或体积）的生物学组合物、药物组合物或化学组合物，例如疫苗，其能够在体内诱导、提供或产生有效的治疗性的、保护性的、产生免疫性的或免疫调节的应答。

在本发明不同的实施方案中，相对于在现有的组合物递送技术中的应用来说，有效的治疗性的、保护性的、产生免疫性的或免疫调节的反应可以利用更低剂量（或量）的组合物的递送来产生、提供或诱导。

如上所述，在不同的组合物为疫苗的实施方案中，将疫苗施用或递送至表皮表现为将抗原的、产生免疫原的或类似的疫苗生物活性试剂（以下称为活性试剂）递送至存在于表皮中的免疫细胞（更特别的为朗格汉斯细胞）或真皮中的免疫细胞（更特别的为树突细胞）。

在众多实施方案中，将药物或化学组合物的活性试剂（例如疫苗）呈递至表皮内的朗格汉斯细胞导致体内治疗性或产生免疫性的应答的诱导、制造或产生。

在本发明一些实施方案中，有效的治疗性的、保护性的或产生免疫性的应答可以利用单一量或复数量（加强量）的组合物（例如疫苗）来产生、提供或诱导。与常规的用于递送药物或化学组合物的方法（例如通过肌肉注射或口服递送）所涉及的用量相比，根据本发明实施方案的组合物的递送可以在更低量的组合物的情况下提供有效的治疗性的、保护性的或产生免疫性的应答。此外，有效的治疗性的、保护性的或产生免疫性的应答可以在需要或在不需要加强免疫（或增强量）的情况下产生、提供或诱导。

根据本发明大多数实施方案的有效剂量可以至少约低于常规施用或递送方法，例如肌肉或静脉药物递送方法所使用的剂量的10%。根据本发明不同实施方案的有效剂量可以至少约低于常规的药物施用或递送方法所需剂量的25%。更特别地，根据特定实施方案的有效剂量为与常规的施用或递送方法所需剂量相比，至少低于约50%，例如约60%、65%、70%、75%或更多。

根据本发明的一些实施方案的组合物的有效剂量可以利用一个纳米突起阵列20（或一套纳米突起25）的纳米突起25的单一注射或插入来施用或递送至体内，例如至体内的靶标位置。可选地，有效剂量的组合物可以利用至少两套纳米突起25的注射或插入（例如同时注射或插入）来施用或递送至体内。在特定的实施方案中，至少两种不同的组合物可以使用至少两套相应的纳米突起25来同时递送至体内。

包括多个纳米突起阵列20（成套的纳米突起）的系统

图14为根据本发明特定实施方案的系统200的示意图，该系统包括至少两个纳米突起阵列20。

根据本发明特定的实施方案提供了包括至少两个，例如两个、四个、十个或更多个纳米突起阵列20的系统200。

在一些实施方案中，特定系统200的每个纳米突起阵列20相互之间为相同的或基本上相似的。在其它的实施方案中，例如图14中所示，系统200包括不同类型的纳米突起阵列20，举例来说至少一个具有纳米棒25a的纳米棒阵列20a和至少一个具有纳米针25b的纳米针阵列20b。

此外，特定实施方案的系统200还可以包括一个或多个传统的针阵列或基片，例如微针阵列和一个或多个本发明的纳米针阵列20。

系统200的至少两个纳米突起阵列20可以配置为或布置为具有一定的顺序，例如有次序的排列。在大多数实施方案中，系统200还包括多个施药单元100。在许多实施方案中，每个纳米突起阵列20连接、承载或相连于一个施药单元100。举例来说，在一些实施方案中，每个纳米突起阵列20连接、承载或相连于一个施药单元100的至少一部分。

在一些实施方案中，系统200包括连接基底或结构210（也称为连结基底或结构），其被配置以相互连结、或耦接多个纳米突起阵列20以及多个施药单元100。在多个实施方案中，配置并布置连接结构210以相互耦接或连结外围结构110和/或系统200的施药单元100的可移置的载体120。

在某些实施方案中，特定系统200的多个纳米突起阵列20可以同时施用或递送组合物至一个或多个体内的靶标位置、组织或皮肤层。例如，在特定的实施方案中，特定的系统200可以包括第一纳米突起阵列20，其包括长度适合于达到第一靶标位置（例如表皮）的纳米突起25，以及第二纳米突起阵列20，其包括长度适合于到达不同的第二靶标位置（例如真皮）的纳米突起25。在特定的实施方案中，系统200的多个纳米突起阵列20中的每一个的纳米突起25可以同时插入至体内以施用组合物至一个或多个体内的靶标位置、身体组织或皮肤层。

在某些实施方案中，配置和/或布置连接结构210以使得在连接结构210上的力或压力的施加导致同时地或基本上同时地在系统200的多个施药单元100的可移置的载体120上施加力或压力。换句话说，可以分配施加在连接结构210上的力，从而同时转移到链接或承载于连接结构210的多个施药单元100的每个可移置的载体120上。

同时施加或转移力或压力至每个可移置的载体120触发、促使或实现了同时地或基本上同时地移动系统200的可移置的载体120，从而促使或实现同时地移动系统200的每个纳米突起阵列20。同时地移动每个纳米突起阵列20由此帮助或使每个纳米突起阵列20的纳米突起25能够同时插入至体内，例如表皮。

尽管上文描述的实施方案适合于同时移动多个纳米突起阵列20，但是应当理解控制施加的力或压力从而以连续的或相继的方案移动特定系统200的可移置的载体120以由此以连续的或相继的方案移动纳米突起阵列20的能力也包括在本发明的范围内。

在本发明的一些实施方案中，相连于或通过特定系统200的两个或更多个纳米突起阵列20来递送的组合物（例如疫苗）为相同的或基本上相似的。

在其它的实施方案中，相连于或通过特定系统200的两个或更多个纳米突起阵列20来递送的组合物（例如疫苗）为不同的。换句话说，在一些实施方案中，系统200的第一纳米突起阵列20可用于递送第一组合物（或第一类型的疫苗）并且所述系统200的第二纳米突起阵列20用来递送第二组合物（或第二类型的疫苗），第一和第二组合物（或第一和第二类型的疫苗）中的每一种相互之间是不同的。

在特定的实施方案中，使用特定系统200递送的组合物（例如疫苗）的数量和/或类型可以是选择的或可以是不同的，其例如取决于系统200的特定结构或功能性特征和/或考虑临床表现。

包括用于递送多种组合物的多个纳米针阵列20b的系统

如上所述，在本发明一些实施方案中，纳米突起阵列20的纳米突起25可以包括纳米针25b（所述纳米突起阵列20称为纳米针阵列20b）。

图15A和图15B示出了根据本发明特定实施方案的包括多个纳米针阵列20b的系统200b。

在许多实施方案中，包括多个纳米针阵列20b的系统200b还包括多个相应的包括流体储液器160的施药单元100。该流体储液器160储存组合物，其相互之间可以是相似的或不同的，其可以穿过各自的纳米针阵列25b的纳米针25b的通道70传递从而递送至靶标位置。

在特定的实施方案中，例如图14A和图14B中所示，系统200b可以包括三个纳米针阵列20b和三个施药单元100，每个施药单元100均具有独立的可流体连通于相应的纳米针阵列20b的纳米针25b的通道70的流体储液槽160。

在图14A和图14B所示的系统200b中，三个施药单元100的每个流体储液槽160均为流体隔离的并且保持或储存有相互之间不同的组合物（例如疫苗）。

将理解在特定的可选的实施方案中，系统200b的不同的施药单元100的流体储液槽160可以流体连接或相互连接，例如通过连接通路（或流体连接通路）（未示出）。特定系统200b的相互连接的流体储液槽160可以储存相同的或基本上相似的组合物（例如疫苗）。

在特定的实施方案中，系统200b包括一个流体储液槽160，其可流体连通于系统200b的每个纳米针阵列20b的纳米针25的通道70。此外，在特定的实施方案中，系统200b可以具有一外围结构110，其成形，按尺寸构造和/或配置以包围该流体储液器160以及系统200b的每个纳米针阵列20b。

制造方法、工艺和技术

通过本发明不同的实施方案提供用于制造特定装置和系统的方法、工艺和技术。

制造装置的工艺

图16示出了根据本发明特定实施方案的用于制造装置的工艺300的流程图。

在第一操作步骤305中，制作、合成或制造纳米突起阵列20。如上所述，每个纳米突起阵列20包括多个纳米突起25，其由载体基底30或载体介质30承载或支撑。

在本发明的许多实施方案中，纳米突起阵列20的制作包括在载体基底30或载体介质30上生长、合成或构造一套纳米突起25。

圆柱形纳米突起25在载体基底30上的生长可以使用描述于C. Li, G. Fang, Q. Fu, F. Su, G. Li, X. Wu, X. Zhao, 基底温度对于垂直排列的ZnO纳米结构的生长和光致发光特性的影响（Effect of substrate temperature on the growth and photoluminescence properties of vertically aligned ZnO nanostructures），Journal of Crystal Growth, 2006, 292, 第19-25页中的步骤或技术来实施。

尽管描述于C. Li等的步骤用于圆柱形纳米突起的制造，但是在本发明的许多实施方案中，圆锥形的、锥形的、多层的或片段的纳米突起25均为可替换的形式。

在一些实施方案中，垂直排列的纳米突起25可以使用气-固相（VS）原理在涂覆有约200nm的氧化锌种的硅载体基底30上形成或合成。C. Li等公开了通过单一生长步骤形成或合成纳米棒，从而形成单一片段的纳米棒。然而，在本发明不同的实施方案中，纳米突起25的形成或合成通过多个重复的生长或合成步骤来发生，例如至少两个、三个、四个、五个或更多个生长步骤。此外，在特定的实施方案中，用同质各向异性（homoepitaxial anisotropic）生长过程来合成纳米突起25。

更加详细的纳米突起阵列20的形成、合成或制造在下文提供的实施例（例如实施例1和2）中描述。更具体地说，包括纳米棒25a的纳米突起阵列20的制造的进一步说明（即纳米棒阵列20a的制造）在下文的实施例1中提供，并且包括制造纳米针25b的纳米突起阵列20的进一步说明（即纳米针阵列20b的制造）在下文的实施例2中提供。

第二操作步骤310涉及组装、制造或构造施药单元100。如上所述，在许多实施方案中，施药单元100包括外围结构110和可移置的载体120。在一些实施方案中，施药单元100进一步包括移置控制元件130和一套施力元件140。

在众多实施方案中，可移置的载体120连接于外围结构110，并配置以相对于外围结构110移动。在一些实施方案中，可移置的载体120成形并配置以安置在或至少部分地安置在外围结构110内。在不同的实施方案中，配置可移置的载体120以转移施加在其上的力至纳米突起阵列20。

在许多实施方案中，移置控制元件130以促使或实现控制可移置的载体120相对于外围结构移动的方式来放置和/或配置。在一些实施方案中，移置控制元件130连接、承载或容纳在可移置的载体120内。在不同的实施方案中，移置控制元件130连接、承载或容纳在外围结构110内以控制，例如物理限制或阻止可移置的载体120相对于外围结构110的移动。在某些实施方案中，配置移置控制元件130以允许和/或控制力转移至可移置的载体。在不同的实施方案中，移置控制元件130配置控制从可移置的载体120转移至纳米突起阵列20的力。

在第三操作步骤315中，纳米突起阵列20连接于施药单元100。在许多实施方案中，纳米突起阵列20放置在或基本上放置在施药单元100的外围结构110或外围壳体110内。在许多实施方案中，纳米突起阵列20由施药单元100的可移置的载体120承载。

在特定的实施方案中，纳米突起阵列20的特定部分或元件可以焊接、粘结、熔接或模制至施药单元100。举例来说，在特定的实施方案中，纳米突起阵列20可以焊接或粘结至一套施力元件140。其它的可以用于连接纳米突起阵列20至施药单元100的方法、技术或工艺也将落入根据本发明范围。

在第四操作步骤320中，密封膜170（例如聚合物密封膜）连接、施加或组装于施药单元100以封闭或隔离由施药单元100承载的纳米突起阵列20。在一些实施方案中，密封膜170粘结至外围结构110的顶部以隔离放置在外围结构110内的纳米突起阵列20。粘结剂或粘结材料，例如压敏粘结剂（PSA）或可移除粘结剂可用于将密封膜170粘结或粘着至外围结构110的顶部。

在一些实施方案中，将密封170粘结在外围结构110顶部从而隔离放置在外围结构110内的纳米突起阵列20以帮助维持纳米突起阵列20直到使用之时（例如移动并插入纳米突起25至体内）的无菌状态。

制造系统的工艺

如上所述，本发明的特定实施方案的系统200包括具有多个施药单元100的多个纳米突起阵列20。

图17示出了根据本发明实施方案的用于制造系统200的工艺350的流程图，该系统200包括具有多个施药单元100的多个纳米突起阵列20。

在许多实施方案中，工艺350包括上文所述的操作步骤305至320的每一个。更具体地说，工艺350的第一操作步骤355涉及次数（例如三次或更多次）重复操作步骤305至320以制备包括所述多个（例如三个或更多个）纳米突起阵列20和施药单元100的系统200。

第二操作步骤360涉及使多个（例如三个或更多个）纳米突起阵列20和施药单元100相互之间组装、藕接或连接。在一些实施方案中，连接结构210用来使纳米突起阵列20和施药单元100相互之间组装、藕接或连接。

制造装置和系统所使用的材料

本发明特定实施方案的装置和系统可以使用多种不同的材料来构造。在许多实施方案中，装置和系统使用生物相容性材料例如钛、金、银或硅来构造。在某些实施方案中，整个的装置或系统（即装置或系统的每个部件）由生物相容性材料构成。可选地，在不同的实施方案中，仅装置或系统的特定的部件或部分，例如纳米突起25，由生物相容性材料构成。不同类型的材料的结合，例如金属材料和非金属材料，以及生物相容性材料和非生物相容性材料，可以用于制造特定装置或系统的不同的部件或元件。

在本发明特定的实施方案中，纳米突起25使用生物相容性和/或生物可降解性聚合物来构成或配置，其例如为聚乳酸（PLA）、聚羟基乙酸（PGA）或聚乳酸-乙醇酸（PGLA）。在纳米突起25为纳米棒25a的实施方案中，纳米棒25a可以选择使用至少一种药物组合物（例如疫苗）来涂覆。在大多数实施方案中，纳米突起25使用氧化锌（ZnO）或其它的金属氧化物来构成或构造。

在一些实施方案中，纳米突起阵列20和/或施药单元100的不同的部件，例如载体基底30，可以由选自由硅、氮氧化硅、正硅酸乙酯、湿氧化硅、干氧化硅、化学氧化硅、氮化硅、碳化硅、砷化镓、氧化铝、硅烷、钛酸锶钡、锆钛酸铅、氧化锌、有机材料、金属、金属氧化物、导体、陶瓷和聚合物构成的组的材料构成。

在某些实施方案中，载体基底30，例如载体基底30的第一层50a，可以包括或至少部分涂覆有选自由氧化锌、硅、氮氧化硅、正硅酸乙酯、湿氧化硅、干氧化硅、化学氧化硅、氮化硅、碳化硅、砷化镓、氧化铝、硅烷、钛酸锶钡、锆钛酸铅、有机材料、金属、金属氧化物、导体、陶瓷和聚合物构成的组的材料。

在特定的实施方案中，纳米突起阵列20的载体基底30和施药单元100的可移置的载体120由硅构成或构造。在特定的实施方案中，硅载体基底30和可移置的载体12为非毒性的、生物可降解的和/或环境友好的。

尽管本发明公开了用于制造特定的装置和系统，更具体的用于装置和系统的不同的部件和元件的材料，但是也可以使用其它未在本发明中公开的材料，其落入本发明的范围。总体上来说，根据本发明装置或系统可以使用微型机械制造技术和纳米制造技术来制造。

为了能够更加清楚地理解本发明的实施方案的原理以及制造和使用其的方法，下文中提供了几个非限制性的实施例。以下提供的实施例中未包括附图标记。在下文描述的实施例中，用来指示特定的装置、系统、纳米突起阵列、施药单元及其不同的部件或元件的参考可理解为包括、或等价于或类似于在上文中描述的和/或在图1A至图15B中示出的参考。此外，在下文描述的实施例中，用于特定的装置、系统、纳米突起阵列、施药单元及其不同的部件或元件的参考可以理解为包括在上文中描述的和/或在图1A至图15B中示出的变形形式和/或可替换形式，其均落入本发明的范围。

实施例1

实施例1：制造纳米棒阵列的方法

根据本发明特定的实施方案，提供了一种制造、制作或合成纳米突起阵列的方法或工艺，其中纳米突起阵列的纳米突起为纳米棒（即纳米棒阵列）。

在硅载体基底上形成或制备对齐的氧化锌（ZnO）纳米棒

在实施例1中，纳米棒阵列包括由氧化锌（ZnO）构成的纳米棒和由硅构成的载体基底（或载体介质）。在实施例1的工艺的第一操作步骤中，在硅载体基底上构造或制造一套纳米棒。

垂直排列的氧化锌纳米突起阵列或片段，更具体地纳米棒阵列或片段，可以由下述的描述于C. Li, G. Fang, Q. Fu, F. Su, G. Li, X. Wu, X. Zhao, 基底温度对于垂直排列的ZnO纳米结构的生长和光致发光特性的影响（Effect of substrate temperature on the growth and photoluminescence properties of vertically aligned ZnO nanostructures），Journal of Crystal Growth, 2006, 292, 19-25 (4)中的步骤合成。

该步骤使用气-固相（VS）机理，其在硅晶片（即硅载体基底）上涂覆约200nm的氧化锌种层。

上述步骤通常导致、形成、或产生，完全地、或近似于完全地垂直的纳米棒阵列。因此，为了制造或形成圆锥形的、锥形的、多层的、堆叠的和/或片段的实施例1的纳米棒阵列的纳米棒，改进描述于C. Li等的步骤。

C. Li等的文献仅公开了单一片段的纳米棒的制造。然而，实施例1的纳米棒阵列的纳米棒为多片段的（即包括至少两个片段）。因此，在实施例1的方法或工艺中，每个生长步骤均以一定数量的次数，例如四次或更多次来重复，从而形成多片段纳米棒。每个单独生长步骤的过程可以相似于或基于在上文C. Li等的文献中描述的。

通过多生长步骤以形成根据本发明实施方案的多片段纳米棒的新颖性的使用在实施例1中提供，其能够生产或形成具有更坚固的基体以及增强的结构完整性的纳米棒。

在本发明的特定实施方案中，多片段纳米棒的生长通过在一套已经生长的ZnO纳米棒上的同质各向异性生长的过程来实施。该特定纳米棒片段的最终数量可以取决于同质各向异性生长过程的生长循环的总体数量。

本发明均同质各向异性生长过程的多生长循环可以通过脉冲激光器沉积或磁控管溅射来获得，其能够制造垂直的突起、多片段纳米突起（即纳米棒或纳米线）。

使用上文的步骤获得的纳米棒阵列具有约0.64cm²（0.8cm×0.8cm）的平均表面积，并且包括ZnO金字塔形纳米棒，其具有约60nm的顶部尺寸（或第一末端直径）以及约20μm至100μm的长度。该纳米棒的基体尺寸（或第二末端直径）为约150nm，而两个相邻的纳米棒的距离约为0.3μm至0.5μm。

纳米棒阵列上的组合物（例如疫苗）的吸附或涂覆

在实施例1的第二操作步骤中，组合物，更具体的疫苗或疫苗制剂吸附或涂覆在纳米棒阵列上。

实施例1的疫苗，或疫苗制剂包括能够引起抵抗人类病原体的免疫应答的抗原。可用于本发明（例如实施例1的步骤）的疫苗的例子为包括能够引发抵抗人体疱疹病毒、乙型肝炎病毒（例如乙型肝炎表面抗原）、甲型肝炎病毒或流感病毒抗原（H1N1）的免疫应答的抗原的疫苗。

在本发明不同的实施方案中，例如实施例1的步骤，疫苗的冻干形式，其通过一种或多种抗原与赋形剂和稳定剂（例如明矾、甘露醇、葡聚糖）一起的悬浮液来制备，并涂覆或吸附在纳米棒阵列上。

衍生自在实心纳米突起（即纳米棒）吸附疫苗的优点包括降低了由于避免冷藏环节的必要性所导致的成本。许多疫苗通常必须维持在2℃至8℃（例如脊髓灰质炎、水痘和黄热病疫苗对于热是敏感的，同时百日咳或乙型肝炎疫苗对于冷冻是敏感的）。对于疫苗或疫苗制剂的储存和/或运输，根据本发明不同的实施方案废除了冷藏环节的需要，其在发展中国家是特别有利的。

为了实现疫苗在纳米棒表面上的吸附，称量16mg的白蛋白并与3ml的磷酸盐缓冲溶液（PBS）在5ml的离心管中相混合。基于在体内的研究，使用了更高的初始浓度（21mg）。该试管内的内容物超声降解2分钟。来自于上述试管内的1ml的白蛋白溶液之后倒进24孔板。重复执行3次，3ml的总量被分进3个孔板。具有剩余白蛋白溶液的试管保存在冷冻器/冰箱内。

三个基片放置在三个孔板以及整个24孔板上，其包括白蛋白溶液以及基片，保存在冷冻器/冰箱内24小时。然后留在孔板内的白蛋白溶液收集到三个其它的试管中并通过布拉德福德分析（Bradford analysis）量化。

吸附在纳米棒阵列上的疫苗的量化

实施例1的工艺的第三操作步骤涉及吸附在纳米棒阵列上的疫苗的量化。

在PBS中制备10mg/ml的疫苗（例如OVA）的储备溶液。在存在或不存在10-100μl的辅助试剂的情况下，总量为400μg-1mg的疫苗被施加并吸附在如此制备的纳米棒上。不同浓度（0.1-1.5mg/ml）的疫苗通过使用不同体积的PBS稀释储备溶液来制备。加入10μl的所述浓度的每个试样至96孔板的分离孔。此外，对于96孔板的空白孔，加入10μl的缓冲溶液。对于每个将要使用的孔，加入200μl的布拉德福德试剂（Sigma）并混合。之后该96孔板在室温下培养15分钟。在610nm下测定所有浓度的光密度（OD）并绘制图像以获得标准曲线。

暴露试样以在610nm下测量OD。然后OD与标准曲线对照从而获得合适的蛋白质浓度。

在量化吸附在纳米棒阵列上的疫苗的量之后，合适的纳米棒阵列（例如包括至少预定体积的疫苗的纳米棒阵列）可以连接于施药单元从而用于准备施用或递送疫苗。

实施例2

实施例2：制备纳米针阵列的方法

根据本发明特定的实施方案，提供一种用于制造或制备纳米突起阵列的方法或工艺，其中该纳米突起为纳米针（即纳米针阵列）。

在PDMS载体基底上形成对齐的氧化锌（ZnO）纳米针

实施例2的第一操作步骤涉及在硅载体基底上形成或制备氧化锌纳米针。图17A和图17B示出了通过硅载体基底承载的一定数量的氧化锌纳米针的不同的视图。

形成于硅载体基底上的纳米针包括形成于其中的通道（即具有空心孔的纳米针）。该通道具有纳米级的直径。在许多实施方案中，该通道具有小于约1μm的直径。在实施例2中，所制备的纳米针阵列的纳米针以约2μm的距离分割开，从而在1cm²的载体基底上获得至少9×10⁶个纳米针的阵列。

在实施例2工艺的第二操作步骤中，在硅载体基底上的如此制备的对齐的纳米针使用依然为液态的PDMS层来处理并在烘箱中在90-120℃下经进行10分钟的固化步骤。

第二操作步骤导致具有硅层和PDMS层的载体基底的形成。图18A和图18B示出了由具有在硅层上承载的PDMS层的载体基底承载的一定数量的氧化锌纳米针的不同的视图。

第三操作步骤涉及使用深反应离子蚀刻（DRIE）工艺来处理载体基底从而移除载体基底的硅层由此暴露在其上具有纳米针突起的PDMS层。图19A和图19B示出了在PDMS层上或穿过PDMS层具有纳米针突起的纳米针阵列的不同的视图。

提供一定量的组合物（例如疫苗）

在第四操作步骤中，提供一定量的组合物，更具体的疫苗给纳米针阵列。如上所述，流体储液槽用于储存或容纳组合物（例如疫苗）从而使用纳米针来递送。该疫苗可以通过纳米针的通道连通于流体储液槽从而递送至靶标位置。

尽管在实施例2中没有描述进一步制备用于递送疫苗的纳米针阵列的步骤，但是其将理解为，这样的制备步骤可以与上文描述的步骤300的那些相似。举例来说，该纳米针阵列可以放置在外围结构中并连接于可移置的载体。流体储液槽邻接于可移置的载体以及纳米针阵列放置。用于将纳米针阵列的纳米针插入至皮肤（例如表皮）内的可移置的载体的移动触发、促使和/或实现了疫苗通过用于在靶标位置（例如表皮）递送的纳米针的通道连通。

在本发明的特定实施方案中，例如在实施例2中，纳米针用于递送携带腺病毒（adenovirus-vectored）的疫苗，其可以在不需要冷冻的情况下长期储存[Evans RK, Nawrocki DK, Isopi LA等，基于腺病毒疫苗的稳定的液态配方的发展（Development of stable formulations for adenovirus-based vaccines），J. pharm. Sci.，2004, 93, 2458-2475]。在特定的实施方案中，纳米针阵列还可以用于递送更粘的包含抗老化物质和抗癌症试剂的悬浮液/凝胶。

实施例3

实施例3：由载体基底承载的纳米突起（例如纳米棒）的完整性

在实施例3中，使用扫描电子显微镜（SEM）研究或观测由载体基底承载的纳米突起，更具体的纳米棒的完整性。更具体地说，该纳米棒在插入或穿透皮肤之前和之后使用SEM来显现，从而分析由载体基底承载的纳米棒在所述的插入之前和之后的完整性。

结果

图21A示出了在插入至皮肤之前的纳米突起（即纳米棒）并且图21B示出在插入至皮肤之后的纳米突起（即纳米棒）。

结果讨论

尽管图21A和图21B示出了纳米棒在外形上的变化，但是重要的是注意该纳米棒仍然附连于载体基底，因为在整个试样上它们的密度没有减少。此外，纳米棒中的绝大多数保持一定程度上的垂直并且仅顶部受到影响，由此显示出纳米棒阵列具有再次使用的可能。回收或再次使用该相同的纳米棒阵列来递送组合物（例如疫苗）的能力使得更加经济地使用所述的纳米棒阵列成为可能。

纳米棒顶部形状的改变很可能是由于有效地将纳米棒阵列施加在皮肤样本上所施加的压力。该初始的皮肤的穿透，接下来的穿过角质层的穿透（至少在表皮下10μm）以及疫苗的成功递送理论上需要垂直对齐或稍微倾斜的纳米棒。纳米棒阵列，更具体地纳米棒阵列的ZnO纳米棒保持它们的结构完整性（或形状）的能力促使其能够递送预定量的组合物剂量并允许纳米棒多次使用。

实施例4

实施例4：体外皮肤穿透或插入的研究

实施体外试验（例如体外皮肤穿透研究）以研究纳米突起的穿透或插入至靶标位置以及接下来吸收或递送组合物至靶标位置的程度。

使用白蛋白-FITC（Albumin-FITC）进行的皮肤穿透研究通过来自于新加坡中央医院（SGH）的22岁女性印第安人的离体腹部皮肤样本的角质层来实施，该实施是在捐赠人首先同意的情况下进行的。白蛋白-FITC（使用荧光分子结合的蛋白），表达疫苗原型，当所示的FITC提供用于疫苗纳米突起阵列复合物的可视化光学信号时（如图22A和22B所示），提供了在荧光显微镜下进一步表征的优点。

角质层通过将整个皮肤样本在60℃的水中沉浸2分钟来隔离，接下来小心地从结缔组织（5）中移除角质层。样本在-80℃下储存在塑料袋中，直到使用。在试验之前，这些膜与角质层漂浮在PBS的顶侧。该白蛋白-FITC通过包括氧化锌纳米突起（即纳米棒）的纳米突起阵列来递送。在荧光显微镜下分析该角质层（SC）样本（如图23中所示）。斐迪南（Franz）流动穿过型渗滤细胞用于实施例4（5）的体外皮肤穿透研究。

该纳米突起阵列安装或施加在隔离的人体角质层（SC）上。更具体地，该纳米突起阵列的纳米突起面向SC以插入至SC内。受体部分连接于纳米突起阵列，并由此连接于SC。500ml的PBS受体溶液置于储液瓶中并允许以0.50ml/h流进和通过受体部分。该受体溶液彻底脱气从而阻止在膜的下面形成气泡。细胞的环境温度通过加热器/循环器（Haake, 德国）控制在37℃。受体溶液通过16通道蠕动盒泵（Ismatec,  瑞士）连续地泵过受体部分并排进位于分馏收集器（ISCO Retriever IV, US）内的测试试管。对于蛋白质阵列来说，累积的受体液体样本以4小时的间隔收集。试验实施三次，在4个月期间的不同时间来执行。

在皮肤样本上的荧光和共焦激光扫描显微镜揭示了大多数的白蛋白-FITC在SC内的通道中吸收，证明了以纳米突起阵列方式的经皮吸收递送是可行的。在共焦显微镜下的皮肤的详细评估证明了通过纳米突起，更具体地纳米棒的存在确实促进了穿透，正如通过沿着皮肤层的荧光通道的形成所表明的，其是以完全相应于由纳米突起，更特别地纳米棒形成的纳米通道的方式。

换句话说，荧光分子主要通过由插入至SC内的纳米突起产生的这些纳米通道来吸收。荧光标记（即表示为荧光分子）更多地堆叠在两个连续的纳米突起之间的皮肤表面上。此外，在通过纳米突起阵列覆盖的区域之外没有检测到荧光或荧光标记，从而确定使用纳米突起阵列来改善药物递送，例如通过使用纳米突起阵列来选择性地递送药物（或其它组合物）。

蛋白质的定量和定性分析

在皮肤穿透研究过程中流体对于皮肤的穿过通过布拉德福德蛋白质定量分析（6）和SDS-PAGE（7）来实施，从而证实白蛋白-FITC的最终存在。执行三次实施例4的试验或研究。

布拉德福德蛋白质定量分析

对蛋白质溶液（即在纳米突起阵列吸收之前的蛋白质溶液和吸收之后的蛋白质溶液）进行布拉德福德蛋白质分析从而确定吸收在纳米突起阵列上的蛋白质（即组合物）的含量。蛋白质的量或数量使用初始浓度与在将纳米突起阵列功能化之后收集的用量的差值来计算。

下表（即表1）示出了在纳米突起阵列上吸收了约427μg的白蛋白-FITC。在本发明描述的不同的实施例中，纳米突起阵列也称为纳米突起阵列基片或简称为基片。在0.427mg可用的蛋白质之外，仅约57μg（约13%）的蛋白质（即组合物）通过皮肤样本递送。可以使用相同的蛋白质溶液来装载几个纳米突起阵列（即一个蛋白质溶液可以与多个纳米突起阵列一起使用）从而帮助减少蛋白质（即组合物）的浪费并由此促使本发明工艺的成本节约。

表1：存在于特定蛋白质样本中的蛋白质浓度（mg/ml）

SDS-PAGE

最后，执行使用每个上述蛋白质样本的SDS-PAGE。SDS-PAGE的结果在凝胶中示出与分子量（66kDa）的蛋白质（即组合物）相应的带（band），由此证实白蛋白-FITR对于皮肤层的穿透。

实施例5

实施例5：体内皮肤穿透或插入研究

实施体内试验或研究以研究纳米突起穿透或插入至靶标位置以及由此的组合物吸收或递送至靶标位置的程度。

对三只裸鼠实施皮肤穿透试验。每个试验开始前，从泰国Mahidol大学的国家实验动物中心获得6-8周大的雌性BALB/c小鼠。该小鼠以标准条件在Naresuan大学药物学院的动物实验室内喂养。它们可以自由进食和取水并且根据泰国的国家研究会的指导来使用它们。免疫研究24小时至48小时之前，每只老鼠均小心地在其背部刮毛。

样本收集

在第0天（免疫化之前）和第35天（研究结束时）收集血液和排泄物样本。在第0天，从老鼠切割的尾巴顶端收集血液样本（每只动物0.2ml的量）。然而，在研究结束时（第35天），使用二乙醚麻醉小鼠并通过心脏穿刺来收集血液样本（每只动物0.2ml的量）。允许该血液样本凝结过夜并且之后在室温下以8000g离心5分钟。无论是尾巴血液还是心脏穿刺的血液，均收集每只老鼠的血清并单独地保存。所有的血清样本冷冻储存在-20℃直至分析。同时收集小鼠的新鲜的排泄物样本与血液样本。该样本保存在-20℃。在分析之前，该样本使用Speed Vac浓缩器（LABCONCO, 密苏里州，美国）来真空干燥。

蛋白质的定量和定性分析

在皮肤穿透研究过程中流体对于皮肤的穿过通过布拉德福德蛋白质定量分析（6）和SDS-PAGE（7）实施从而证实白蛋白-FITC的最终存在。

布拉德福德蛋白质定量分析

将体外研究样本和用于体内研究的样本（其中的初始浓度更高（7.107mg/ml））进行比照从而最佳化吸收在纳米突起阵列（还称为基片）并递送自纳米突起阵列的疫苗的用量。

在体外研究中获得的样本和体内研究中获得的样本之间没有观测到显著的不同，表明饱和可以在更低的组合物浓度中实现。换句话说，可以物理吸附在纳米突起阵列上的蛋白质（或组合物）的量范围约427μg至503μg。

在体内研究的情况中，该纳米突起阵列使用OVA白蛋白处理。如下表2中所示，从纳米突起阵列释放大多数（多于70%）的蛋白质并通过皮肤散播，显示出疫苗原型的成功释放（即疫苗的递送）。

另一个重要的值得注意的方面在于，尽管实施例5的纳米突起阵列为手工制造并切割，但是该纳米突起阵列显示出可重复的特性，其通过它们在SEM下显示出的均匀的性能和纳米突起阵列吸收的蛋白质的含量（约450μg至503μg的白蛋白/基片范围）来指示。这一最后的方面显示出用于上文描述工艺的可测量性的重要结果。

对于体内皮肤穿透研究来说，量化在实施例5的试验中吸收在纳米突起阵列（或基片）上的蛋白质。更具体地说，通过布拉德福德分析来分析吸附至纳米突起阵列（或基片）之前和之后的蛋白质溶液。

下表2中的“x”代表用于在SEM分析中使用的纳米突起阵列2（或基片2），其由此不能计算出保留在纳米突起阵列（或基片）上的蛋白质（即组合物）的含量。

表2：存在于特定蛋白质样本中的蛋白质浓度（mg/ml）

SDS-PAGE

最后，执行使用每个上述蛋白质样本的SDS-PAGE。SDS-PAGE的结果在凝胶中示出与分子量（66kDa）的蛋白质（即组合物）相应的带，由此证明白蛋白-FITR对于皮肤层的穿透。

实施例6

实施例6：胶带剥离试验

当组合物递送至皮肤内时，进行试验（即胶带剥离试验）来证明或研究组合物的分布图。换句话说，实施胶带剥离试验以证明或研究由纳米突起阵列递送的组合物或蛋白质是否能够有效地穿透皮肤从而递送至靶标位置。

在实施例6的试验中，胶带在使用已经利用白蛋白-FITC吸附的纳米突起阵列（或基片）1小时后从皮肤区域移除直至闪亮的似水层显现（湿的表皮层）。在65岁志愿者的前臂背部皮肤上持续1小时使用该纳米突起阵列（或基片）。

该粘结性的胶带（3M公司的“输送胶带”）压在皮肤的表面并利用一快速运动来移除，并且接下来直接固定在滑动框上。上述胶带剥离步骤在同样的皮肤区域重复18次，并且在荧光显微镜下分析该相应的滑动框。

结果和结果讨论

图24示出了收集的胶带层在荧光显微镜下的分析，其揭示了沿着整个胶带层存在荧光标记，即存在于从第一胶带层至最末胶带层。图24中所示的结果表明尽管纳米突起（例如纳米棒）的长度为约20μm，但是该纳米突起是足够坚硬的并且经排列以产生至皮肤内的纳米孔从而促使或实现组合物（例如疫苗）至皮肤内的递送。

实施例7

实施例7：经皮失水

进行试验以研究或测量取决于将纳米突起插入至皮肤内的皮肤的改性。更具体地，进行试验以研究取决于将纳米突起插入至皮肤内的经皮失水的效果。

经皮失水（TEWL）技术被广泛地应用，因为其是快速的和非侵入性的生物物理技术（8,9）。TEWL被定义为通过扩散和蒸发过程由体内穿过表皮层（皮肤）至周围环境的水的剂量的测量。这样的测量对于决定皮肤的损坏或在特定的情况中对于评估皮肤穿透的纳米棒介质增强作用是有用的。

在实施例7的试验中，在将纳米棒插入至皮肤内之前和之后的TEWL使用皮肤水分流失测试仪测量，其由包含用于相对湿度和温度的感应器的闭合的输送腔构成。

图25阐释了用于测量或评估TEWL的水蒸气渗透性能测试仪的工作原理。图25示出了在将纳米突起阵列安置为与皮肤接触之后很短的时间内（即将纳米突起阵列的纳米突起插入至皮肤内）在腔室内的相对湿度（RH%）的线性增加。通过RH%的增加来计算该TEWL。

该研究在下午初期（13:30）实施，温度控制在室温（温度保持在21℃），并且在开始试验之前使受试者适应约20分钟。在每个前臂上标记正方形区域的四个角，在纳米突起插入至皮肤内之前和之后在其中央进行测量TEWL。在将纳米突起插入至皮肤内之前，记录用于障碍函数的基值（TEWL）。TEWL使用皮肤水分流失测试仪 TM 300 Courage + Khazaka (科隆, 德国)在化妆品和天然产品研究中心（Cosnat），黎宣医院（Naresuan Hospital）（彭世洛府, 泰国）来测量。该装置的探针缓缓地放置在皮肤上标记区域的中央，并且以30秒的周期收集数值，在其后自动生成平均值。

在两个臂上的实施测量的时间不同。基础测量每隔5分钟测量一次，共测量20分钟。该值的单位为g h^-1 m^-2并且使用三个连续测量的方法来计算。该测量直接在两倍使用之后来实施（即两倍插入纳米突起至皮肤内），在0分钟和每隔5分钟重复实施，共测量25分钟。

结果和讨论

在图26的图标中提供利用设备处理后的TEWL值。

关于左臂，在处理之前（即在将纳米突起插入至皮肤内之前）的TEWL值为约6.30 g h^-1 m^-2（SD ± 0.7）。施用纳米突起阵列（或基片）至皮肤上（例如插入纳米突起至皮肤内）之后，该TEWL值立即增加至大于8.57。

静止5分钟之后，接下来的TEWL提供了更低的数值（≤ 7.00），其在接下来的测量中快速地降低。持续该测量从而持续整个70分钟的周期（数据未示出），但是该数值在初始的15分钟至25分钟之后未显著地变化。由此，在最终的图表中未包括其它的点。

在右臂的情况中（粉线），注意到不同的表现，其具有约6.68 g h^-1 m^-2（SD ± 0.7）的基线水平。在右臂中，TEWL的增加是可比的，但是这仅发生在施用10分钟之后，并且纳米突起阵列施用的效果缓慢地降低直至在约15分钟之后达到基值。

左臂和右臂之间存在差异的原因可能在于室内的温度，在开始阶段看起来是合意的，但是接下来的温度对于用于研究的受试者来说过于寒冷。已经说明TEWL受环境因素的影响，例如湿度、温度、一年中的时间（季节变换）和皮肤水分含量（水化值）。在控制装置腔室的湿度的同时，对于个体的环境温度恒定维持在21℃，但是其感到是不舒服的。

在每一种情况中，通过使用基片而观测到渗透性的增加和失水值（TEWL在两臂中均增加至少2.3 g h^-1 m^-2）的增加是重要的，因为其证明了它们在完全不存在疼痛的情况下穿透皮肤的效用。因此，他们试图能够在很大程度上扰乱角质层障碍。然而，将纳米突起穿透至皮肤内并没有导致对于处理区域的刺激。此外，相继的降低TEWL值至正常（或基础）范围支持了纳米孔或纳米开口的形成取决于在将纳米突起从皮肤移除之后很短的时间内快速地将纳米突起插入至皮肤内，由此最小化了对于皮肤的刺激和任何持续时间很长的副作用。

在体内试验中测量的TEWL显示了在施用纳米突起阵列之后（即插入纳米突起至皮肤内）获得增加的水流量并且获得或再生了具有生存能力的表皮，该短纳米针的长度仅为约20微米。

该实验还显示出仅在移除基片40分钟之后，TEWL再次降低至未处理皮肤的正常（或基础）值，其表明穿过角质层形成的纳米孔或纳米孔（取决于插入纳米突起至皮肤内）在很短的时间之后再次闭合。在皮肤内形成的纳米孔或纳米孔的快速闭合可以防止微生物通过所述的纳米孔或纳米孔进入或穿透皮肤。

由此，实施例7的试验表明由本发明不同实施方案提供的装置、设备、系统、方法和工艺可以具有关于安全性和有效性的独特的和有利的特性，其并没有通过现有技术中的微针系统或其它的用于递送药物或化学组合物（例如疫苗）的设备来满足。

实施例8

实施例8：免疫应答的测定

实施试验以证明或评估特定的本发明的纳米突起阵列递送组合物、更特别地为疫苗，以引起免疫应答的能力。

为了证明或评估纳米突起阵列递送有效剂量的组合物、更具体地为疫苗，从而引起免疫应答的能力，利用BALB/c小鼠来实施免疫反应测试。

对于卵白蛋白（OVA）的免疫应答通过酶联免疫吸附试验（ELISA）在5周后分析，从而测定OVA特异性血清免疫球蛋白G（IgG）抗体的水平，如Pitaksuteepong（10）中所述。用50μl每孔100μg/ml的OVA涂覆溶液（0.1 M NaHCO₃, pH 8.2）涂覆96孔MaxiSorp NUNC-Immuno^TM板的平底。在4℃下培养过夜，使用在磷酸盐缓冲溶液（T20/PBS）中的0.05% v/v Tween 20冲洗该板6次。通过加入200μl的在PBS中为10% v/v的FBS至孔内，并且接下来通过在室温下培养2小时进行封闭。然后使用T20/PBS来冲洗该板。接下来，100μl的血清加入至每个孔中，一式两份。在ELISA板上实施两倍具有10FBS/PBS的试样的连续的稀释液。通过使用100μl的10FBS/PBS一式两份设定空白。这些空白的吸收值将通过标准的和样本的吸收值减去。

该ELISA板在室温下培养1小时，然后使用T20/PBS冲洗。使用10FBS/PBS稀释羊抗鼠IgG HRP的共轭物并将100μl所获得的稀释液加入至每个孔中。该板之后在室温下进一步培养45分钟。接下来，使用T20/PBS和100μlde 的TMB冲洗该板，其添加至每个孔中。在颜色呈现之后，通过添加100μl/孔的1N H₂SO₄来终止该反应。使用酶标仪（Spectra count, Perkin Elmer, USA）在450nm的波长下测定每个孔的吸光度。

三只小鼠培养5周之后进行测定特异性IgG抗体滴定量。零位值定义为所有数据的均值，其未显示出显著的血清浓度依赖。值得注意的是在每个期限（例如在第0天和第35天）获得的IgG值均显示出良好的均匀性（例如很小的标准偏差），对于每组小鼠来说。由此，该结果显示出所使用的协议的良好的再现性。

结果和讨论

如下表3中以及在图27的图表中记录的，由免疫应答产生（或免疫性提供）的结果的改进为约50%。换句话说，使用本发明的装置的疫苗导致约50%的由免疫应答产生的改善。此外，OVA的比较弱的产生免疫原的特性（11）限制或降低了由免疫应答引起的改善。这是因为在实施例8的试验中所使用的疫苗原型通常与在产生免疫原的研究中的合适的辅助试剂相关，例如壳聚糖和三甲基壳聚糖（TMC）（12）。因此，由免疫应答产生的更高百分比的改进可以通过使用本发明的具有改善的疫苗原型或改换得疫苗制剂的装置来实现。

表3：第0天和第35天的IgG浓度（ng/ml）

据信在很大的范围内皮肤内的朗格汉斯细胞，作为抗原提呈细胞，扮演着在皮肤抗原处理和穿透过程中决定性的角色（13-15）。然而，朗格汉斯细胞仅在处理未受影响的蛋白质中是非常有效的，但是对于它们的片段其为相当差的呈递者。大体来说，抗原片段的呈递不同于大的抗原表位（14）。其已经成为基本原理，即朗格汉斯细胞诱捕表皮内的抗原并携带它们至排泄的淋巴结，其中相应的片段最终可以呈递给T细胞（13）。因此还可能的是，在试验的过程中该原始疫苗可以改性并减小为更小的片段。由此，这些可以解释在第一个试验性的接种疫苗研究中发现的适度的抗原滴定量。

必须用来诱导小鼠的合适的免疫化的OVA含量为约100μg。基于先前的胶带剥离的结果（如图24中所示），在其中观测到荧光，直到角质层的更深的层，并且计算从纳米突起阵列（或基片）上释放的抗原（即450-503μg的白蛋白每基片，如上文提供的表2中所示），可以推论整个剂量的至少1/5达到了所需要的靶标位置。

实施例9

实施例9：包括多个纳米针阵列和相应数量的流体储液槽的系统

根据本发明的实施方案提供了包括多个，例如两个、三个、四个、五个、十个或更多个纳米针阵列以及相应数量的流体储液槽的系统，其在实施例9中描述。该系统配置以递送组合物、更具体地为疫苗至生物体的皮肤的表皮（表皮层）。

每个纳米针阵列包括一套纳米针，每个纳米针包括形成于其中的通道，以及载体介质配置为承载该套纳米针。该纳米针从载体介质上以相对于载体介质的表面垂直的、或基本上垂直的方式突起。该纳米针具有圆锥形的、锥形的、多层的或分段的形状，其能够增强纳米针的结构完整性。

每个纳米针阵列可以容纳或放置在外围结构或壳体内。此外，每个纳米针阵列承载在可移置的载体上。该可移置的载体连接于外围结构并配置以在第一位置（或回缩位置）和第二位置（或延伸位置）之间相对于外围结构移动。该可移置的载体配置为在第一位置是偏置的。由此，该可移置的载体被配置以随着其移动而回退至第一位置或朝向第二位置移动。

该可移置的载体在第一位置的移动或位置相应地决定了该套纳米针阵列的纳米针在外围结构内的位置。该可移置的载体在第二位置的移动或位置相应地决定了该套纳米针阵列的纳米针在外围结构之外的位置从而能够将该套纳米针插入至生物体的皮肤内。

第一位置和第二位置之间的距离是可以控制的，例如可以是选择的或可以是不同的，从而具有能够移动该套纳米针至皮肤表皮的可能。通过使用移置控制元件来控制第一位置和第二位置之间的距离，以及由此可移置的载体的移动。该移置控制元件相对于可移置的载体安置并配置从而限制可移置的载体在第一位置和第二位置之间的移动。实施例9的移置控制元件为一套绷紧的元件，例如弹簧，其连接于该可移置的载体。然而，可以理解其它的可变形结构或单元，和/或刚性结构或单元，可以用于控制可移置的载体的移动。

在实施例9的系统中，每个纳米针阵列相连于流体储液槽。每个纳米针阵列的成套的纳米针的通道均流体连通于相应的流体储液槽。每个流体储液槽成形并配置以储存一定量的特定的疫苗。例如，在实施例9的系统中，第一流体储液槽储存白喉抗原疫苗并且第二流体储液槽储存破伤风抗原疫苗。将被理解其它类型的疫苗，例如腺病毒疫苗可以储存在流体储液槽中。

实施例9的系统的可移置的载体移动至第二位置或朝向第二位置（例如延伸位置）的移动能够插入多个纳米针阵列的成套的纳米针至皮肤内，并且更特别地至皮肤的表皮内。此外，可移置的载体的移动触发、促使或实现了储存在系统的流体储液器内的疫苗穿过相应的成套的纳米针的通道从而递送至靶标位置、更特别地为皮肤的表皮。

如上所述，本明的实施方案涉及系统、装置、设备、方法和工艺，其包括施用或递送生物学、药物或化学组合物、例如疫苗至靶标位置的纳米级突起。在大多数的实施方案中，该纳米级突起可以插入至皮肤表皮内预设的和/或可控的深度。

许多实施方案的装置或设备包括纳米突起阵列，其包括一套由载体基底或载体介质承载或支撑的纳米突起，和配置成以促使或实现纳米突起阵列的移动的施药单元。在绝大多数实施方案中，该施药单元包括外围结构或外围壳体，纳米突起阵列可以放置或安置在其中。此外，该施药单元包括可移置的载体，其可连接于纳米突起阵列。该可移置的载体可以相对于外围结构移动以由此移动连接、承载或相连于可移置的载体的纳米突起阵列。

更特别地，该可移置的载体可以在回缩位置和延伸位置之间移动以由此在相应的回缩和延伸位置之间移动该纳米突起阵列。在本发明一些实施方案中，可移置的载体的移动是控制或限制的。举例来说，可移置的载体的移动距离是可以控制的或限制的。移动纳米突起阵列至延伸位置促使或实现了纳米突起阵列的纳米突起至体内的插入，例如至皮肤表皮的插入。在一些实施方案中，一套施力元件可以用来控制将纳米突起插入至体内。

在本发明的特定实施方案中，旨在解决现有装置、系统和方法中存在的用于递送药物或化学组合物至体内的至少一个方面、问题、限制和/或不利因素。在描述于本发明中的特定实施方案表现出特性、特点和/或有利因素的同时，其它的实施方案也可以表现出这样的特性、特点和/或有利因素，并且并不是所有的实施方案均需要表现出这样的特性、特点和/或有利因素来落入本发明的范围。将注意到通过本领域技术人员，上文公开的系统、装置、方法或其替换形式中的几个，可以需要地相互结合为其它不同的系统、装置、方法和/或应用。此外，对于不同的实施方案，本领域技术人员可以做出不同的变形、替换和/或改进，其均落入本发明的范围和精神。

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(3) D.P. Wermeling, S.L. Banks, D.A. Hudson, H.S. Gill, J. Gupta, M.R. Prausnitz, A.L. Stinchcomb. Microneedles permit transdermal delivery of a skin-impermeant medication to humans. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008, 105(6), 2058-2063.

(4) C. Li, G. Fang, Q. Fu, F. Su, G. Li, X. Zhao. Effect of substrate temperature on the growth and photoluminescence properties of vertically aligned ZnO nanostructures. J. .Cryst. Growth, 2006, 292, 19-25.

(5) A. M. Kligman, E. Christophers. Preparation of Isolated Sheets of Human Stratum Corneum. Archives of Dermatology., 1963, 88, 702-705.

(6) M.M. Bradford. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 1976, 72, 248.

(7) .J. Sambrook et al. Molecular cloning: a laboratory manual, 20d ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y., 1998.

(8) J. Pinnagoda, R. A. Tupker, T. Agner, J. Serup. Guidelines for transepidermal water-loss (TEWL) measurement- a report from the Standardization Group of the European Society of contact dermatitis. Contact Dermatitis, 1990, 3, 164-178.

(9) J. W. Fluhr, O. Kuss, T. Diepgen, S. Lazzerini, A. Pelosi, M. Gloor, E. Berardesca. Testing for irritation with a multifactorial approach: comparison of eight non-invasive measuring techniques.

(10) S. Saraf, D. Mishra, A. Asthana, R. Jain, S. Singh and N.K Jain. Lipid microparticles for mucosal immunization against hepatitis B. Vaccine, 2006, 24, 45-56.

(11) E. C. Lavelle, G. Grant, A. Pusztai, U. Pfüller, D.T. O’hagan. Mucosal immunogenicity of plant lectins in mice. Immunology. 2000, 99(1), 30-37.

(12) W. Boonyo, H.E. Junginger, N, Waranuch, A. Polnok and T. Pitaksuteepong. Chitosan and trimethyl chitosan chloride (TMC) as adjuvants for inducing immune responses to ovalbumin in mice following nasal administration. J. Contr. Release., 2007, 121(3), 168-175.

(13) J. D. Bos, and M. K. Kapsenberg. The skin immune system: Progress in cutaneous biology. Immunol. Today. 1993, 14, 75-78.

(14) E. van Wilsem, I. van Hoogstraten, J. Breve, Y. Zaman, and G. Kraal. In vivo antigen presentation capacity of dendritic cells from oral mucosa and skin draining lymph nodes. Adv. Exp. Med. Biol. 1994. 355, 63-67.

(15) G. M. Woods, K. G. Henderson, M. Qu and H. K. Mueller. Processing of complex antigens and simple hapten-like molecules by epidermal Langerhans cells. J. Leukoc. Biol. 1995. 57, 891-896.

Claims (23)

1.一种用于将组合物递送至体内的靶标位置的装置，该装置包括：

一套由载体介质承载的纳米级突起，该套纳米级突起成形并配置为将组合物递送至体内的靶标位置；

外围结构，其配置为在其中至少部分地容纳该套纳米级突起；以及

可移置的载体，其连接于该外围结构并配置为可相对于该外围结构在第一位置和第二位置之间移动，该可移置的载体相对于该外围结构的移动促进、实现和控制该套纳米级突起相应的移动，从而使该套纳米级突起插入至体内。

2.如权利要求1所述的装置，其中该套纳米级突起可连接于该可移置的载体，当可移置的载体安置在第一位置的时候，其使该套纳米级突起处于外围结构内的回缩位置，并且当可移置的载体安置在第二位置的时候，其使该套纳米级突起位于至少部分位于外围结构外的延伸位置，从而使该套纳米突起能够插入至体内。

3.如权利要求1所述的装置，进一步包括移置控制元件，其连接于该可移置的载体，该移置控制元件配置为控制该可移置的载体相对于该外围结构的移动距离，其中该套纳米级突起相对于该外围结构的移动距离部分地由该外围结构的高度决定。

4.如权利要求1所述的装置，进一步包括一套施力元件，其连接于该可移置的载体，该套施力元件配置为控制、分配和限制对应于该套纳米级突起的移动的力，并促使将该套纳米级突起以均匀的压力和/或距离插入至体内。

5.如权利要求4所述的装置，其中该套施力元件安置在该外围结构内。

6.如权利要求5所述的装置，其中该套施力元件包括至少一个弹簧，其连接于该可移置的载体，该至少一个弹簧配置为控制和/或分配从该可移置的载体递送至该套纳米级突起的力，以由此促使和/或实现将该套纳米级突起插入至体内的控制。

7.如权利要求1所述的装置，其中该套纳米级突起中的多个纳米级突起包括分段的纳米级突起，其具有彼此堆叠的至少两个片段。

8.如权利要求7所述的装置，其中该分段的纳米级突起包括位于载体介质远端的第一末端以及接近载体介质的第二末端，并且其中该分段的纳米级突起的第一末端的直径之一比该分段的纳米级突起的第二末端的直径小至少10%，并且相邻的纳米级突起的第一末端之间的距离为0.1μm至1.5μm，并且相邻的纳米级突起的第二末端之间的距离为0.05μm至0.75μm。

9.如权利要求1所述的装置，其中该纳米级突起的长度为5μm至200μm。

10.如权利要求9所述的装置，其中由载体介质承载的纳米级突起的密度为至少100纳米针/mm²。

11.如权利要求1所述的装置，其中该套纳米级突起的至少一部分纳米级突起包括实心纳米级突起和空心纳米级突起的至少一种，所述空心纳米级突起包括形成于其中的通道，该通道配置为允许组合物通过其传递，并且其中该装置进一步包括流体储液槽，其配置为容纳一定量的组合物，该流体储液槽配置为与每个空心纳米级突起的通道流体连通以使得组合物可从流体储液槽穿过每个空心纳米级突起的通道传递，从而递送至靶标位置。

12.如权利要求1所述的装置，其中该套纳米级突起进一步包括至少两个纳米级突起阵列，每个纳米级突起阵列包括至少一套由载体介质承载的纳米级突起，其中外围结构包含一套外围结构，其配置为至少部分地容纳该至少两个纳米级突起阵列，并且其中可移置的载体包括一套连接于该外围结构的可移置的载体，其配置为可在第一位置和第二位置之间相对于该外围结构移动，该可移置的载体相对于该套外围结构的移动促进并实现了该套纳米级突起的相应的移动，从而将该套纳米级突起插入至体内。

13.如权利要求12所述的装置，进一步包括连接结构，其配置为使该套外围结构和该套可移置的载体相互连接，该连接结构配置为控制施加在其上的力和/或将施加在其上的力分配至该套可移置的载体中的每个可移置的载体以及由所述可移置的载体承载的每个相应的纳米级突起阵列。

14.一种用于制造配置为递送组合物至体内靶标位置的装置的方法，该方法包括：

形成一套由载体介质承载的纳米级突起，该套纳米级突起进行成形和配置以将该组合物递送至靶标位置；

将该套纳米级突起至少部分地置于外围结构内；以及

连接可移置的载体至该外围结构，该可移置的载体可连接于该套纳米级突起并配置为在第一位置和第二位置之间相对于该外围结构移动，从而由此促使或实现该套纳米级突起的相应的可控移动，以将该套纳米级突起插入至体内。

15.如权利要求14所述的方法，其中该可移置的载体相对于该外围结构在第一位置的设置将该套纳米级突起置于该外围结构内的回缩位置，并且该可移置的载体相对于该外围结构在第二位置的设置将该套纳米级突起置于至少部分位于该外围结构外的延伸位置。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括提供移置控制元件，其配置为控制该可移置的载体相对于该外围结构的移动距离。

17.如权利要求14所述的方法，进一步包括连接一套施力元件至该可移置的载体，该套施力元件配置为控制力、分配力和/或限制力，该力对应于可移置的载体相对于该外围结构的移动。

18.如权利要求14所述的方法，其中该纳米级突起的至少一部分为分段的纳米级突起，该分段的纳米级突起的形成包括至少两个合成步骤，每个合成步骤产生该分段的纳米级突起的一个纳米级突起片段，形成于该至少两个合成步骤中的至少两个纳米级突起片段彼此堆叠以由此形成该分段的纳米级突起的至少一部分。

19.如权利要求18所述的方法，其中该分段的纳米级突起具有大体上锥形的形状，每个分段的纳米级突起包括置于载体介质远端的第一末端和置于载体介质近端的第二末端，其中该第一末端的直径比该第二末端的直径小至少10%。

20.如权利要求14所述的方法，进一步包括将密封膜连接至该外围结构，从而隔离置于在该外围结构内的该套纳米级突起。

21.如权利要求14所述的方法，其中该套纳米级突起的至少一部分包括形成于其中的通道，该通道配置为允许流体储液槽中的组合物穿过其传递，该方法进一步包括邻接于该可移置的载体设置在其中形成有流体储液槽的基体基底，该流体储液槽配置为存储一定量的组合物，并流通地连接其中形成通道的该套纳米级突起的至少一部分。

22.如权利要求14所述的方法，进一步包括使用一定量的组合物涂覆该套纳米级突起的表面，当将该套纳米级突起插入至体内的时候，涂覆在该套纳米级突起的表面上的组合物可被递送至靶标位置。

23.如权利要求14所述的方法，其中该套纳米级突起包括氧化锌并且该载体介质至少由硅和PDMS中的一种构成。

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