CN106187126B - 一种陶瓷微针晶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种陶瓷微针晶片，所述晶片具有表面和底面，所述表面上具有阵列分布的针状突起，所述晶片的包括按重量百分比及的以下组分：SiO2 60‑80％；Al2O3 0.05‑5％；LiO2 0.5‑10％；K2O 0.1‑5％；Na2O 0.1‑5％；Ag2O 0.01‑0.5％。本发明还提供了所述陶瓷微针晶片的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)提供母板，对母板进行加工，得到阵列分布的倒置针状凹陷；2)混合晶片原料，后将原料混合物涂敷在木板表面上；3)将原料混合物烧结成型，得到晶片；4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。

Description

一种陶瓷微针晶片及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗美容器械技术领域，具体而言，涉及一种陶瓷微针晶片及其制备方法。
背景技术
角质层是人体皮肤的天然保护层，角质层厚约10～40微米，是一层死组织，没有血管和神经，角质层却是营养成分经皮吸收的控释层，涂抹护肤品或药物中的有效成分无法透过角质层，或仅有极少部分可以透过角质层，直接影响效果。
目前，人们希望通过微针穿刺作为皮肤最外层的角质层，增加药物的促渗，比如在穿刺前预先涂抹在微针上，穿刺后可使得药物进入皮肤内。高度小于300微米微针可以在不伤及真皮的前提下，在人体皮肤角质层上形成传输通道，提高护肤品或药物的透皮渗透效率，使用过程中没有痛感，并能达到良好的促渗效果。微针的市场表现更好，是一种安全可靠的美容和医用给药方式。
目前市面上微针产品主要有金属微针，硅微针，聚合物微针三种。金属微针一般为滚轮或针头形式，针头较大，使用过程中会产生痛感，甚至出血。利用微电子工艺实现的硅微针，具有较好的性价比，但受硅材料强度的限制，目硅微针产品形貌一致性和微针强度不够，使用过程中易断，并且硅容易与蛋白质粘连，产生过激反应，生物兼容性差。聚合物的硬度较小，所以穿刺效果不理想。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种陶瓷微针晶片，所述微针晶片是由特定的陶瓷材料组成的，微针结构强度高，穿刺效果好，具有良好的生物兼容性。
本发明的第二目的在于提供一种所述陶瓷微针的制备方法，该方法工艺成熟稳定，可控性强，重现性好。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明的一个方面涉及一种具有微针阵列的陶瓷晶片，所述陶瓷微针晶片主要含有按重量百分比计的以下组分：
二氧化硅是微针晶片的主要组分，其使得陶瓷微针具有一系列优良性能，如透明度高、机械强度好、化学稳定性好和热稳定性好等。然而，二氧化硅具有熔点高、熔液粘度大，造成熔化困难、热耗大的缺陷，故生产时还需加入其他成分以改善这方面的状态。本发明通过向组分中加入少量氧化铝，提高晶片的化学稳定性和机械强度改善热稳定性。氧化钠、氧化钾为良好的助溶剂，降低熔融液的黏度，促进熔化和澄清，氧化铈是澄清剂，具有澄清效果，消除可见气泡。澄清原理是，澄清剂在高温时放出氧气，使得熔融液中氧的分压大于平衡状态中小气泡中氧得分压，熔融液中的气泡进入小气泡中，使小气泡变成大气泡被排出，从而达到澄清。氧化铈含量为0.5％时，澄清效果最佳。加入Li2O,可降低熔化温度，提高生产率。氧化银的加入可以起到调整陶瓷微针颜色的作用，当遇到强光照射时,氧化银分解，产生许多银离子，阻止光线通过，控制陶瓷颜色，使得陶瓷微针颜色美观。
本发明的微针晶片是陶瓷微针，其通过选择合适的原料及配比达到了安全性高(强度高，不易断)，穿刺效果好，药物吸收效率高，可加工性好。此外，陶瓷不与蛋白质粘连以至于产生过激反应，生物兼容性好。
优选地，所述晶片还含有其他氧化物质，所述其他氧化物质包括Sb2O5、ZnO和CaO中的一种或几种，优选地，所述其他氧化物质的重量百分比大于0.1％。
加入适量Sb2O5、ZnO和CaO，能降低熔融液的高温黏度，促进熔化和澄清。
优选地，所述晶片具有表面和底面，所述表面上具有阵列分布的针状突起，所述针状突起的高度为30-500μm，优选地，所述针状突起的高度为50-250μm。
皮肤的结构，由外而内分为表皮层和真皮层。其中，表皮层最外侧的角质层厚约10-20um，由死细胞构成，没有血管和神经。角质层是人体抵御外界的第一道屏障，但也成为透皮吸收药物的最大障碍。角质层下的表皮其它各层厚约50-100um，含有少量活细胞及神经组织，但不含血管。而位于表皮层之下的真皮层厚度在1-4mm不等，真皮层的主要成分是胶原纤维，并含有大量的活细胞、组织液、毛细血管及神经组织。由于含有活细胞、组织液与毛细血管，位于角质层下的表皮其它各层和真皮层是透皮药物最主要的吸收场所微针的高度大于30微米，在50-250微米之间，有利于穿透角质层及表皮。而对于疤痕，需要更高的针，打开通道，涂敷药物。
优选地，所述针状突起为圆锥形，其与所述晶片表面的结合部横截面为圆形，所述圆形的直径为50-500μm，优选地，所述直径为90-300μm。
优选地，所述针状突起为三棱锥形，其与晶片表面的结合部横截面为等边三角形，所述等边三角形的边长100-500μm，优选地，所述等边三角形的边长为150-300μm。
除此之外由于陶瓷微针的易加工特性，陶瓷微针还可以制作成其他立体形态，如四面体形、圆柱形等。根据不同需求可以应用在不同情形。圆锥形微针对角质层的破坏最小，穿刺过后愈合速率较快，而某些情形需要增大对角质层的破坏以提高给药效率，此时可选用创面较大的圆柱形、四面体形等。
优选地，所述针状突起的顶部直径为0.5-5μm，顶部的间距大于200μm，优选地，顶部的间距为200-500μm。
优选地，所述表面和底面的间距大于100μm。
本发明的另一个方面涉及所述的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)提供母板，对母板进行加工，得到阵列分布的倒置针状凹陷；
2)混合晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
优选地，所述母板为耐高温材质的母板，更优选地，所述母板的材料是不锈钢或硅片。
优选地，所述步骤3)中，烧结温度为900-1200℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的陶瓷微针晶片结构强度高可靠性好，反复穿刺针尖不会发生断折，此外，穿刺效果好并且具有良好的生物兼容性；
(2)本发明的陶瓷微针晶片加工性能好，可以根据不同需要调整微针晶片的形状以及晶片上微针的具体形态；
(3)本发明的制备方法稳定可靠，所采用工艺细节特别适于制备所述微针晶片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明的陶瓷微针晶片的侧视图；
图2是本锋芒的陶瓷微针晶片的俯视图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置圆锥形针状凹陷，该圆锥形的底面直径为150μm，底面圆心间距为300μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在900℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为250μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为圆锥形，针的高度为100μm，与第一表面接触的针底直径为150μm，针尖直径约0.8μm，针和针之间的间距为300μm。
实施例2
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置圆锥形针状凹陷，该圆锥形的底面直径为120μm，底面圆心间距为200μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在1200℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为450μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为圆锥形，针的高度为150μm，与第一表面接触的针底直径为120μm，针尖直径约1.2μm，针和针之间的间距为200μm。
实施例3
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置圆锥形针状凹陷，该圆锥形的底面直径为120μm，底面圆心间距为300μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在1100℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为450μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为圆锥形，针的高度为150μm，与第一表面接触的针底直径为120μm，针尖直径约1μm，针和针之间的间距为300μm。
实施例4
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置三棱锥形针状凹陷，该三棱锥形的底面边长为150μm，底面针间距为300μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在1100℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为300μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为三棱锥形，针的高度为150μm，与第一表面接触的针底边长为150μm，针尖直径约1μm，针和针之间的间距为300μm。
实施例5
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置三棱锥形针状凹陷，其与晶片表面的结合部横截面为等边三角形，所述等边三角形的边长为200μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在1100℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为300μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为三棱锥形，针的高度为150μm，针尖直径约1μm，针和针之间的间距为400μm。
实施例6
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
余量为其他氧化物和杂质。
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置三棱锥形针状凹陷，其与晶片表面的结合部横截面为等边三角形，所述等边三角形的边长为300μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在1100℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为400μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为三棱锥形，针的高度为180μm，针尖直径约1μm，针和针之间的间距为300μm。
实施例7
准备陶瓷微针晶片原料氧化物粉末，该粉末由按质量百分比计的以下组分组成：
余量为其他氧化物和杂质。
按照以下步骤制备陶瓷微针晶片：
1)准备不锈钢母板，将母板切割成矩形后对母板的表面进行刻蚀，得到阵列分布的倒置圆锥形针状凹陷，该圆锥形的底面直径为120μm，底面圆心间距为400μm；
2)混合准备好的晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)在1100℃下，将原料混合物烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
所得到的微针晶片厚度为400μm，表面上具有阵列分布的微针，针型为圆锥形，针的高度为150μm，与第一表面接触的针底直径为120μm，针尖直径约1μm，针和针之间的间距为400μm。
实验例1
微针透皮穿刺可靠性实验
微针的可靠性是指在微针在穿刺过程中是否会发生断裂，是否会产生碎片等问题。微针在穿刺中断裂，会造成针头嵌入到皮肤之中，引发皮肤红肿等一系列问题，是微针安全性研究所重点关注的方面。
申请人对本发明实施例4-6中制备陶瓷微针与市面上的两种硅微针(A与B两种各2组样品)做30万次的皮肤穿刺实验，每穿刺5万次，使用扫描电子显微镜观察微针形貌，以研究新型纳米陶瓷微针透皮穿刺的可靠性。
表1微针透皮穿刺实验结果
实施例4-6中陶瓷微针的三组样品在皮肤穿刺30万次后均未发生断裂情况，显示出较高的透皮穿刺可靠性和使用安全性。
实验例2
新型纳米陶瓷微针穿刺与给药效果实验
采用实施例5中的微针晶片做穿刺与给药效果实验。利用所述陶瓷微针对受试者手背皮肤做30万次的高频率穿刺，然后在被穿刺区域涂覆美白精油。
清洗皮肤后直接涂覆精油三分钟后，大部分美白精油停留在皮肤外，被角质层阻挡而无法进入皮肤深处，给药效果大打折扣。而使用新型纳米陶瓷微针穿刺30万次后再涂覆精油，三分钟后观察，可以发现，皮肤表面已经几乎没有精油残留，表明美白精油已经全部通过微针穿刺形成的微孔道进入皮肤深处，被深表皮层及真皮层吸收。
结论，本发明的陶瓷微针穿刺可靠性高，具有连续穿刺30万次不断的优异性能；本发明的陶瓷微针晶片穿刺效果好，在穿刺30万次后形成无数的微孔道，使药物进入皮肤深处被深表皮层及真皮层高效吸收。
病例1
徐某，安徽合肥人，29岁，脸上痘痕已有三年多，之前使用从医院开的祛痘印产品，再生精华等，无明显改善，后使用本发明的陶瓷微针晶片配合上述医院产品再次使用，几天后开始发痒，脱皮，新肌肤生长，一个多月后彻底恢复。
病例2
张某，北京人，33岁，使用玻尿酸涂抹全脸，涂抹后左脸不动，右脸使用瓷润促渗仪滑动导入，5天后左右脸差别明显。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (14)

1.一种具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述陶瓷微针晶片主要含有按重量百分比计的以下组分：
SiO2 74～80％、Al2O3 0.05～5％、LiO2 0.5～10％、K2O 0.1～5％、Na2O 0.1～5％、Ag2O0.01～0.5％和CeO2 0.001～0.5％；
所述方法包括以下步骤：
1)提供母板，对母板进行加工，得到阵列分布的倒置针状凹陷；
2)混合晶片原料，后将原料混合物涂敷在母板表面上；
3)将原料混合物在900～1200℃的温度下烧结成型，得到晶片；
4)将母板和晶片分离，将晶片切成所需尺寸。
2.根据权利要求1所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述晶片还含有其他氧化物质，所述其他氧化物质包括Sb2O5、ZnO和CaO中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述其他氧化物质的重量百分比大于0.1％。
4.根据权利要求1所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述晶片具有表面和底面，所述表面上具有阵列分布的针状突起，所述针状突起的高度为30～500μm。
5.根据权利要求4所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述针状突起的高度为50～250μm。
6.根据权利要求4所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述针状突起为圆锥形，其与所述晶片表面的结合部横截面为圆形，所述圆形的直径50～500μm。
7.根据权利要求6所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述直径为90～300μm。
8.根据权利要求4所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述针状突起为三棱锥形，其与晶片表面的结合部横截面为等边三角形，所述等边三角形的边长100～500μm。
9.根据权利要求8所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述等边三角形的边长为150～300μm。
10.根据权利要求4所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述针状突起的顶部直径为0.5～5μm，顶部的间距大于200μm。
11.根据权利要求10所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，顶部的间距为200～500μm。
12.根据权利要求4所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述表面和底面的间距大于100μm。
13.根据权利要求1所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述母板为耐高温材质的母板。
14.根据权利要求13所述的具有微针阵列的陶瓷微针晶片的制备方法，其特征在于，所述母板的材料是不锈钢或硅片。
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