CN105879213A - 生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片及其制备方法 - Google Patents
生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于微针透皮给药设备技术领域,具体涉及生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片及其制备方法,所述复合微针阵列贴片包括交联明胶柔性贴片和生物可降解硫酸钙/明胶复合微针,所述交联明胶柔性贴片由明胶和交联稳定剂制成,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针由硫酸钙、明胶和交联稳定剂制成,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针以阵列方式排列于所述交联明胶柔性贴片上,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针内包埋固态蛋白质类大分子药物。本发明的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片具有生物相容性好,安全无污染,且制备工艺简单,成型迅速,适合大批量生产,可广泛应用于蛋白质类大分子药物透皮给药领域。
Description
技术领域
本发明属于微针透皮给药设备技术领域,具体涉及生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片及其制备方法。
背景技术
传统的注射借助注射器将药物注入体内,药物注射后可迅速到达血液并产生作用,但是注射时具有疼痛感,注射部位有时会引起局部不良反应,而且万一误用药物,可能造成无法挽回的后果。自从1998年Henry首次利用实心硅微针阵列芯片用于药物经皮释放的研究以来,对于微针透皮给药系统的研究在最近的二十年里取得了较大的进展,并且有望取代传统的注射方式。微针透皮给药是由数十至数百空心或实心微针(针长约50~900μm)组成1~2cm2的透皮贴片贴于皮肤,通过刺穿皮肤最外层的角质层,使药物进入体内。由于微针体积小,不仅造成的创口小,创口恢复快,还不会触及皮下神经,使它具有无痛的特点。更为重要的是,可根据实际药物需求及时的实现给药终止。
目前微针可分为四大类:固体微针、涂层微针、空心微针和可溶性(或可降解)微针。固体微针通常由硅、金属、玻璃等材料制成,由于其硬度较好,它可以在皮肤上形成较多的微通道,而后药物涂于皮肤上,通过这些微通道进入体内发挥作用,市面上美容用的滚轮微针和图章微针就是固体微针的工业化产品。但是作为给药系统,这种方法极易对药物产生较大的浪费,并且针体断裂在皮肤中也易产生隐患。而涂层微针通过将药物涂在微针上避免了上述的问题,但其存在药物装载量较低,给药效率不高的问题。空心微针由于制作工艺比较复杂,导致成本过高,这为其批量化生产带来了较大的阻碍。
可溶性(或可降解)微针是近年来微针透皮给药系统的研究热点,其通过将药物包埋在聚合物针头,大大提高了药物装载量以及给药效率,同时,针头可在体内安全降解,不会造成安全隐患。生物陶瓷作为一种新型的可降解材料因其具有更好的生物相容性,物理和化学稳定性正在吸引越来越多的关注。但生物陶瓷材料本身具有一定的脆性,不利于刺入皮肤释放药物,很大程度上影响给药效率。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,将生物陶瓷与高分子材料复合作为针头主体材料制备微针,由于生物陶瓷材料本身具有一定的脆性,通过与高分子材料的复合,加强了高分子材料刚性,又提高了自身的韧性,使材料本身具有可控强度,更利于刺入皮肤释放药物。本发明还提供了一种生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的制备方法,该制备方法具有反应条件温和、制备步骤简单、贴片成型迅速等优点,同时也为蛋白质类药物包埋提供方便。
为了达成上述目的,本发明提供以下技术方案:
生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,包括交联明胶柔性贴片和生物可降解硫酸钙/明胶复合微针,所述交联明胶柔性贴片由明胶和交联稳定剂制成,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针由硫酸钙、明胶和交联稳定剂制成,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针以阵列方式排列于所述交联明胶柔性贴片上;所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针内包埋固态蛋白质类大分子药物。
所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针为圆锥形或类圆锥形,高度为200~1000μm,微针顶部直径为5~20μm,微针底部直径为100~500μm。
优选的是,所述交联明胶柔性贴片的厚度为500~1000μm。
所述硫酸钙的前驱体材料是水溶性钙盐和水溶性硫酸盐。
优选的是,所述水溶性钙盐选自葡萄糖酸钙、乳酸钙、氯化钙或磷酸氢钙。
优选的是,所述水溶性硫酸盐选自硫酸钠或硫酸钾。
优选的是,所述明胶是动物胶原的水解产物。
优选的是,所述交联稳定剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平中的一种或两种以上的组合。
优选的是,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针中硫酸钙、明胶和交联稳定剂的重量比例为15~40:20~60:0.01~0.4。
优选的是,所述固态蛋白质类大分子药物选自胰岛素、肝素或酶。
本发明还公开了一种生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的制备方法,具体步骤如下:
(1)室温下,在表面洁净的聚二甲基硅氧烷微针模板模腔上方滴加硫酸钙、明胶、交联稳定剂和蛋白质类大分子药物组成的糊状混合物,离心处理10~20min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(2)室温下,在步骤(1)所述模腔上方滴加明胶和交联稳定剂组成的混合溶液;
(3)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后得到生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片。
与现有技术相比,本发明提供的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片及其制备方法,以生物可降解的硫酸钙和明胶作为微针的主体材料,可使微针保持生物安全性的前提下具有足够的强度和硬度。在皮下组织,微针可吸收细胞液快速溶胀,为药物微孔通道的快速形成和药物的渗透释放提供了便捷途径。此外,可根据生产需要,通过调节模板微孔大小、形状、设计不同的微针模板,并具有反应条件温和、制备步骤简单、操作方便等优点。
全文所涉及的“/”代表“和”的意思。
附图说明
图1为本发明实施例1的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片制备流程示意图。
图2为本发明实施例1中的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的红外光谱图。
图3为本发明实施例1中的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的X射线衍射图。
图4为本发明实施例1中的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的显微镜图。
图5为本发明实施例1中的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片扫描电镜(SEM)图。
图6为本发明实施例2中包埋胰岛素的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的药物释放曲线。
图7为本发明实施例3中包埋肝素的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的药物释放曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1:
图1为生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片制备流程示意图,具体制备步骤如下:
(1)将液态聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂按质量比10:1混合后,浇注在微针硅片基底上,先抽真空去除气泡,然后恢复到正常大气压下,在90℃下加热2h,脱模可得到微针模板;
(2)将3.397g乳酸钙和1.919g硫酸钾分别溶解在20mL浓度为15%的明胶水溶液中,并在38℃水浴锅中加热并充分搅拌,待水份挥发至约8mL得到糊状混合物;
(3)在糊状混合物中加入100μL浓度为2.5%的戊二醛后,搅拌均匀后将其浇注到步骤(1)所制的微针模板中,6000rpm离心处理10min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(4)室温下,在上述的模腔上方滴加3mL浓度为10%明胶和120μL浓度为1.25%戊二醛组成的混合溶液;
(5)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后即得生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,低温密封保存备用。
图2是本实施例的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的红外光谱图,Gel为交联明胶,GelCS为多孔硫酸钙/明胶复合材料,其中600cm-1,661cm-1,1150cm-1,1620cm-1,3400cm-1,3550cm-1为硫酸钙的特征峰。图3是本实施例的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的X射线衍射图,GelCS为多孔硫酸钙/明胶复合材料,图中硫酸钙的主要特征峰均有出现。从图2、图3可以确定已制备得到硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片。图4为本实施例的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的显微镜图,图5是本实施例的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的扫描电镜(SEM)图,交联明胶柔性贴片的厚度为750μm,微针的高度为1000μm,微针顶部直径为20μm,微针底部直径为130μm。
实施例2:
(1)微针模板制备同实施例1;
(2)将6.588g葡萄糖酸钙和2.559g硫酸钾分别溶解在10mL浓度为12.5%的明胶水溶液中,并在38℃水浴锅中加热并充分搅拌,待水份挥发至约10mL得到糊状混合物;
(3)在糊状混合物中加入150μL浓度为1.25%的戊二醛和2mg胰岛素后,搅拌均匀后将其浇注到步骤(1)所制的微针模板上,6000rpm离心处理15min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(4)室温下,在上述的模腔上方滴加4mL浓度为10%明胶和0.5mL浓度为1.5%京尼平组成的混合溶液;
(5)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后即得生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,低温密封保存备用,交联明胶柔性贴片的厚度为500μm,微针的高度为200μm,微针顶部直径为10μm,微针底部直径为500μm。药物释放曲线如图6所示,40min后药物释放率达到98%左右。
实施例3:
(1)微针模板制备同实施例1;
(2)将2.449g氯化钙和3.132g硫酸钠分别溶解在10mL浓度为20%的明胶水溶液中,并在38℃水浴锅中加热并充分搅拌,待水份挥发至约6mL得到糊状混合物;
(3)在糊状混合物中加入1.5mL浓度为1.5%的碳化二亚胺和3mg肝素后,搅拌均匀后将其浇注到步骤(1)所制的微针模板中,7000rpm离心处理15min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(4)室温下,在上述的模腔上方滴加5mL浓度为15%明胶和240μL浓度为1.25%戊二醛组成的混合溶液;
(5)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后即得生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,低温密封保存备用。交联明胶柔性贴片的厚度为500μm,微针的高度为200μm,微针顶部直径为5μm,微针底部直径为100μm。药物释放曲线如图7所示,70min后药物释放率达到99%左右。
实施例4:
(1)微针模板制备同实施例1;
(2)将2.857g氯化钙和4.478g硫酸钾分别溶解在10mL浓度为15%的明胶水溶液中,并在38℃水浴锅中加热并充分搅拌,待水份挥发至约8mL得到糊状混合物;
(3)在糊状混合物中加入2mL浓度为2%的京尼平和2mg胰岛素后,搅拌均匀后将其浇注到步骤(1)所制的微针模板中,2000rpm离心处理20min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(4)室温下,在上述的模腔上方滴加3mL浓度为15%明胶和0.5mL浓度为1.5%碳化二亚胺组成的混合溶液;
(5)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后即得生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,低温密封保存备用。交联明胶柔性贴片的厚度为1000μm,微针的高度为600μm,微针顶部直径为10μm,微针底部直径为350μm。
实施例5:
(1)微针模板制备同实施例1;
(2)将9.059g乳酸钙和4.176g硫酸钠分别溶解在20mL浓度为5%的明胶水溶液中,并在38℃水浴锅中加热并充分搅拌,待水份挥发至约10mL得到糊状混合物;
(3)在糊状混合物中加入480μL浓度为1.5%的碳化二亚胺和3mg肝素后,8000rpm离心处理10min,待糊状混合物填满模腔后,用疏水性较好的材料再进行进一步的压实,之后移除模板表面多余的糊状混合物;
(4)室温下,在上述的模腔上方滴加10mL浓度为10%明胶和150μL浓度为2.5%戊二醛组成的混合溶液;
(5)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后即得生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,低温密封保存备用。交联明胶柔性贴片的厚度为900μm,微针的高度为800μm,微针顶部直径为5μm,微针底部直径为350μm。
实施例6:
(1)微针模板制备同实施例1;
(2)将3.162g磷酸氢钙和3.199g硫酸钾分别溶解在10mL浓度为20%的明胶水溶液中,并在38℃水浴锅中加热并充分搅拌,待水份挥发至约6mL得到糊状混合物;
(3)在糊状混合物中加入2mL浓度为1.5%的京尼平和2mg胰岛素后,搅拌均匀后将其浇注到步骤(1)所制的微针模板中,5000rpm离心处理10min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(4)室温下,在上述的模腔上方滴加10mL浓度为15%明胶和450μL浓度为2.5%碳化二亚胺组成的混合溶液;
(5)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后即得生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,低温密封保存备用。交联明胶柔性贴片的厚度为600μm,微针的高度为300μm,微针顶部直径为10μm,微针底部直径为300μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,包括交联明胶柔性贴片和生物可降解硫酸钙/明胶复合微针,所述交联明胶柔性贴片由明胶和交联稳定剂制成,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针由硫酸钙、明胶和交联稳定剂制成,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针以阵列方式排列于所述交联明胶柔性贴片上;所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针内包埋固态蛋白质类大分子药物。
2.根据权利要求1所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针为圆锥形或类圆锥形,高度为200~1000μm,微针顶部直径为5~20μm,微针底部直径为100~500μm。
3.根据权利要求1所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述交联明胶柔性贴片的厚度为500~1000μm。
4.根据权利要求1所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述硫酸钙的前驱体是水溶性钙盐和水溶性硫酸盐。
5.根据权利要求4所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述水溶性钙盐选自葡萄糖酸钙、乳酸钙、氯化钙或磷酸氢钙,所述水溶性硫酸盐选自硫酸钠或硫酸钾。
6.根据权利要求1所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述明胶是动物胶原的水解产物。
7.根据权利要求1所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述交联稳定剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平中的一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1或2所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述生物可降解硫酸钙/明胶复合微针中硫酸钙、明胶和交联稳定剂的重量比例为15~40:20~60:0.01~0.4。
9.根据权利要求1所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片,其特征在于,所述固态蛋白质类大分子药物选自胰岛素、肝素或酶。
10.一种制备权利要求1-9中任一项所述的生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片的方法,其特征在于,步骤如下:
(1)室温下,在表面洁净的聚二甲基硅氧烷微针模板模腔上方滴加硫酸钙、明胶、交联稳定剂和蛋白质类大分子药物组成的糊状混合物,离心处理10~20min,待糊状混合物填满模腔后,移除模板表面多余的糊状混合物;
(2)室温下,在步骤(1)所述模腔上方滴加明胶和交联稳定剂组成的混合溶液;
(3)待混合溶液完全覆盖模腔表面后,将微针模板置于通风处自然风干,脱模后得到生物可降解硫酸钙/明胶复合微针阵列贴片。
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