CN108969879B - 一种复合微针及微针贴片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合微针及微针贴片以及其制备方法。该复合微针包括微针形状的基质和包埋于基质中的活性成分，所述基质为大分子量水溶性葡聚糖与小分子量水不溶性葡聚糖的混合物，所述活性成分为具有医疗或美容功效的物质。本发明的所述的复合微针具有良好的韧性和硬度，良好的长期稳定性，良好的生物相容性和生物降解性且具有高度安全性，无毒副作用，可快速溶于皮内不会产生医疗废物，符合绿色发展理念，且占用体积小，运输方便，制作工艺简单，生产成本低，可大规模批量生产。

Description

一种复合微针及微针贴片
技术领域
本发明涉及微针，更详细地，涉及用于具有药学、医学或美容功效的活性物质的经皮传递的一种复合微针及微针贴片。
背景技术
人的皮肤，特别是角质层，提供抵抗微生物病原体和毒性化学物质穿透至身体中的有效屏障。尽管皮肤的这个性质通常是有益的，但这使经皮进行药物施用变得复杂。适用于人体的多种医药的有效的药物传递的方法，极大多数是通过皮下注射针以液状形态注入医药的方式。但是，直径为数毫米左右的皮下注射针刺激存在于皮肤的多个痛点，从而给患者带来痛症，并且一次性皮下注射通常给药量大，容易造成药物毒副作用。
最近，为了克服皮下注射针所具有的如上所述的多种缺点，重点研究利用直径和高度限于数十或数百微米的微针装置的药物的经皮传递方法。微针装置利用穿过作为经皮药物传递的主要屏障层的皮肤的角质层的多个微针来一次形成贯通毛皮部的许多通道。通过上述许多通道，充分量的药物可到达表皮层或真皮层，而后药物通过血管和淋巴腺被吸收，从而被引入人体的循环系统内。
微针材料作为微针技术的核心，对其发展起着至关重要的作用。与传统硬质金属微针基材相比，可溶性生物基高分子具有生物相容性佳、无毒等多种优点而备受关注。其中，生物来源的葡聚糖具有无毒、良好的生物相容性和生物可降解性，不会引起生物组织体免疫反应，是一种理想的微针及微针贴片的原料，但是由于其硬度和韧性不够，作为微针的材质使用，常常易折断，不易刺入皮肤。
此外，当微针及微针贴片特别用于传输医药活性成分或美容活性成分时，如何控制大分子医药活性成分或美容活性成分在达到真皮层或表皮层后不聚集在一起且可控释放变得相当重要，故现有的工艺方法仍有改进的必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大分子量水溶性葡聚糖和小分子量水不溶性结晶葡聚糖复合微针及微针贴片，该微针及微针贴片可在无高度的熟练并不产生疼痛感的情况下，有效地进行药学或美容物质的经皮传递，使用方便，并且，该复合微针及微针贴片的微针硬度和韧性都更强，不易折断，更易于穿透皮肤角质层。
为达成前述目的，本发明提供一种复合微针，所述复合微针包括微针形状的基质和包埋于基质中的活性成分，所述基质为大分子量水溶性葡聚糖与小分子量水不溶性葡聚糖的混合物，所述活性成分为具有医疗或美容功效的物质。
优选的，所述大分子量水溶性葡聚糖的分子量大于等于10000。可选用市售或采用现有技术制备。
优选的，所述小分子量水不溶性葡聚糖的分子量小于等于5000。
优选的，所述大分子量水溶性葡聚糖与所述小分子量水不溶性葡聚糖的质量比为5～100:0.5～30。更优选的，所述大分子量水溶性葡聚糖与所述小分子量水不溶性葡聚糖的质量比为30～60:5～10。
优选的，所述活性成分为小分子药物、蛋白质、肽、基因、抗体、麻醉剂、疫苗、多糖类或美容成分。
优选的，所述小分子药物为左氧氟沙星、阿司匹林、诺氟沙星、环丙沙星、格列卫或易瑞沙。
优选的，所述的大分子量水溶性葡聚糖或所述的小分子量水不溶性葡聚糖每个葡萄糖残基含有三个羟基，其分子式为
Figure BDA0001685674790000021
优选的，所述活性成分质量为所述大分子量水溶性葡聚糖和所述小分子量水不溶性葡聚糖总质量的0.05％～50％。
优选的，所述的复合微针，针密度为2～100个/cm2。
优选的，所述的复合微针，针体长度为20～2000μm。
优选的，所述的复合微针为锥形，所述锥形的底部外径为10～1000μm。
优选的，所述大分子量水溶性葡聚糖或所述小分子量水不溶性葡聚糖是由细菌产酶催化蔗糖产生的。
所述小分子量水不溶性葡聚糖的制备为现有技术(中国专利CN 106434587A)，具体为：
向葡聚糖蔗糖酶DsrU的粗酶液中加入蔗糖使蔗糖的终浓度为60～150g/L，25～32℃催化过夜；加入2～3倍体积的预冷的乙醇，离心得到葡聚糖沉淀，之后干燥即得。
本发明还提供一种基于上述复合微针的微针贴片，所述的微针贴片包括基板和一体化形成于基板上的所述复合微针。
由蔗糖催化形成的可溶性葡聚糖本身具有较大的粘性，可以代替化学胶黏剂将微针与通气性医用纱布基板通过低温冷轧粘合在一起。
将贴片敷于皮肤上时，经过拇指的短暂按压，能够将微针插入皮肤中之后提供所述治疗活性成分的持续释放。
本发明还提供一种上述复合微针的制作方法，其包括以下步骤：
(1)将大分子量水溶性葡聚糖配置成终浓度为5～100g/L的水溶液，之后向葡聚糖的水溶液中加入小分子量水不溶性葡聚糖，使其终浓度为0.5～30g/L，得到基质溶液；
(2)向所述基质溶液中加入活性成分，使得所述活性成分的质量为所述大分子量水溶性葡聚糖和所述小分子量水不溶性葡聚糖总质量的0.05％～50％；
(3)将基质溶液涂敷于具有用于成型微针的腔阵列的模具上；
(4)对涂覆有基质溶液的所述模具进行干燥后，将干燥成型的微针与所述模具分离。
优选的，步骤(3)所述模具的制备方法包括如下步骤：
(3-1)制备包含多个锥形凸起的金属阳模；
(3-2)将上述金属阳模放在容器中，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，之后将容器整体置于烘箱内，于40～70℃干燥1～12h，之后将成型的聚二甲基硅氧烷取出并拆除所述金属阳模，形成表面带有锥形凹陷的聚二甲基硅氧烷阴模，所述阴模即为所述模具。
优选的，步骤(4)所述的干燥温度为37～60℃。
本发明的有益效果在于：
本发明的微针及微针贴片，在无高度的熟练或痛症的情况下，可有效地进行药理活性物质的经皮传递。晶体结构的水不溶性葡聚糖，使葡聚糖基微针具有更强的硬度和韧性，所制成的微针不易折断，更易于穿透皮肤角质层。
本发明所述微针，其葡聚糖成分在活的皮肤层中降解后，活性成分被逐渐释放。葡聚糖的葡萄糖残基所含有的羟基能够与药物产生氢键，从而产生药物的高载量。
通过关键酶基因重组表达技术生物合成的小分子量水不溶性葡聚糖，其与水溶性大分子量葡聚糖混合形成复合材料制备微针可以显著增强微针的机械强度，同时根据两种葡聚糖的添加比例可以有效调节微针溶解和降解的速率，从而实现药物活性成分的可控释放。
本发明的所述的复合微针具有良好的韧性和硬度，良好的长期稳定性，良好的生物相容性和生物降解性且具有高度安全性，无毒副作用，可快速溶于皮内不会产生医疗废物，符合绿色发展理念，且占用体积小，运输方便，制作工艺简单，生产成本低，可大规模批量生产。
附图说明：
图1是本发明实施例1所用的不锈钢阳模。
图2是本发明实施例1所制备的PDMS模具。
图3是本发明实施例1所制备的复合微针。
具体实施方式
实施例1
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为50个/cm2，每个锥形凸起的宽度为800μm(锥形底部)，高度为500μm。将不锈钢阳模放在在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，烘箱60℃干燥4h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解干燥并纯化后的大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量100000)至终浓度为80g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖采用现有技术制备，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量5000)至终浓度为10g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。所述小分子量水不溶性葡聚糖的制备方法为：
采用中国专利CN 106434587A所述的葡聚糖蔗糖酶DerU，向葡聚糖蔗糖酶DsrU的粗酶液中加入蔗糖使蔗糖的终浓度为150g/L，32℃催化过夜；之后加入2～3倍体积的预冷的乙醇，离心得到葡聚糖沉淀，之后干燥即得。
(2)向所述基质溶液中加入小分子药物左氧氟沙星，使得左氧氟沙星的质量分数为20％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，10000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于40℃干燥4小时。
实施例2
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为2个/cm2，每个锥形凸起的宽度为20μm(锥形底部)，高度为1000μm。将不锈钢阳模放在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚物，烘箱70℃干燥1h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量300000)至终浓度为60g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖为直接购买获得，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量2000)至终浓度为5g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。所述小分子量水不溶性葡聚糖的制备方法为：
采用中国专利CN 106434587A所述的葡聚糖蔗糖酶DerU，向葡聚糖蔗糖酶DsrU的粗酶液中加入蔗糖使蔗糖的终浓度为60g/L，25℃催化过夜；之后加入2～3倍体积的预冷的乙醇，离心得到葡聚糖沉淀，之后干燥即得。
(2)向所述基质溶液中加入美容成分玻尿酸，使得玻尿酸的质量分数为50％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，12000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于45℃干燥4小时。
实施例3
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为100个/cm2，每个锥形凸起的宽度为10μm(锥形底部)，高度为2000μm。将不锈钢阳模放在在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，烘箱40℃干燥12h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解干燥并纯化后的大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量500000)至终浓度为30g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖采用现有技术制备，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量1000)至终浓度为0.5g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。
(2)向所述基质溶液中加入胰岛素，使得胰岛素的质量分数为0.5％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，10000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于37℃干燥4小时。
实施例4
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为10个/cm2，每个锥形凸起的宽度为100μm(锥形底部)，高度为1000μm。将不锈钢阳模放在在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，烘箱50℃干燥6h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解干燥并纯化后的大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量500000)至终浓度为5g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖采用现有技术制备，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量5000)至终浓度为1g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。
(2)向所述基质溶液中加入疫苗，使得疫苗的质量分数为0.05％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，10000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于37℃干燥4小时。
实施例5
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为80个/cm2，每个锥形凸起的宽度为500μm(锥形底部)，高度为100μm。将不锈钢阳模放在在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，烘箱50℃干燥6h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解干燥并纯化后的大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量100000)至终浓度为100g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖采用现有技术制备，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量5000)至终浓度为30g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。
(2)向所述基质溶液中加入蛋白质，使得蛋白质的质量分数为0.1％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，10000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于37℃干燥4小时。
实施例6
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为5个/cm2，每个锥形凸起的宽度为50μm(锥形底部)，高度为1500μm。将不锈钢阳模放在在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，烘箱50℃干燥6h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解干燥并纯化后的大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量100000)至终浓度为10g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖采用现有技术制备，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量5000)至终浓度为20g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。
(2)向所述基质溶液中加入阿司匹林，使得阿司匹林的质量分数为1％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，10000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于37℃干燥4小时。
实施例7
首先采用如下方法制备PDMS模具：
首先制备包含多个锥形凸起的不锈钢阳模，锥形凸起的密度为20个/cm2，每个锥形凸起的宽度为80μm(锥形底部)，高度为800μm。将不锈钢阳模放在在一次性平板内，倒入聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)预聚体，烘箱50℃干燥6h，将不锈钢阳模与PDMS分离，形成PDMS锥形凹陷阴模。
(1)去离子超纯水溶解干燥并纯化后的大分子量水溶性葡聚糖粉末(分子量100000)至终浓度为50g/L，所述大分子量水溶性葡聚糖采用现有技术制备，加入小分子量水不溶性葡聚糖粉末(分子量5000)至终浓度为3g/L，旋涡混合器上快速混匀，得到基质溶液。
(2)向所述基质溶液中加入易瑞沙，使得易瑞沙的质量分数为5％。
(3)将PDMS模具放入步骤(2)得到的混合液中，10000rpm高速离心10min，使混合液注入PDMS模具的微小凹陷中。
(4)将模具整体放入烘箱内，于37℃干燥4小时。

Claims (8)

1.一种复合微针的制作方法，其特征在于，所述复合微针包括微针形状的基质和包埋于基质中的活性成分，所述基质为大分子量水溶性葡聚糖与小分子量水不溶性葡聚糖的混合物，所述活性成分为具有医疗或美容功效的物质；
所述小分子量水不溶性葡聚糖的分子量小于等于5000；
所述小分子量水不溶性葡聚糖是由细菌产酶催化蔗糖产生的；
所述大分子量水溶性葡聚糖与所述小分子量水不溶性葡聚糖的质量比为30~60:5~10；
所述活性成分质量为所述大分子量水溶性葡聚糖和所述小分子量水不溶性葡聚糖总质量的0.05%~50%；
所述制作方法包括以下步骤：
（1）将大分子量水溶性葡聚糖配置成终浓度为5~100g/L的水溶液，之后向葡聚糖的水溶液中加入小分子量水不溶性葡聚糖，使其终浓度为0.5~30g/L，得到基质溶液；
（2）向所述基质溶液中加入活性成分，使得所述活性成分的质量为大所述分子量水溶性葡聚糖和所述小分子量水不溶性葡聚糖总质量的0.05%~50%；
（3）将基质溶液涂敷于具有用于成型微针的腔阵列的模具上；
（4）对涂覆有基质溶液的所述模具进行干燥后，将干燥成型的微针与所述模具分离。
2.根据权利要求1所述的复合微针的制作方法，其特征在于，所述大分子量水溶性葡聚糖的分子量大于等于10000。
3.根据权利要求1所述的复合微针的制作方法，其特征在于，所述活性成分为小分子药物、蛋白质、肽、或多糖类。
4.根据权利要求1所述的复合微针的制作方法，其特征在于，所述活性成分为基因、抗体、麻醉剂或美容成分。
5.根据权利要求3所述的复合微针的制作方法，其特征在于，所述小分子药物为左氧氟沙星、阿司匹林、诺氟沙星、环丙沙星、格列卫或易瑞沙。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤（3）所述模具的制备方法包括如下步骤：
（3-1）制备包含多个锥形凸起的金属阳模；
（3-2）将上述金属阳模放在容器中，倒入聚二甲基硅氧烷的预聚体，之后将容器整体置于烘箱内，于40~70℃干燥1~12h，之后将成型的聚二甲基硅氧烷取出并拆除所述金属阳模，形成表面带有锥形凹陷的聚二甲基硅氧烷阴模，所述阴模即为所述模具。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤（4）的干燥温度为37~60℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制作方法制备得到的一种微针贴片，其特征在于，所述的微针贴片包括基板和一体化形成于基板上的权利要求1-6任一所述制作方法制得的复合微针。
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