CN109420246B - 可控药物释放的集成微针贴片和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控药物释放的集成微针贴片和方法。其中，可控药物释放的集成微针贴片包括：摩擦纳米发电机，产生交流电进行输出；交流转换直流电路元件，其中输入端与摩擦纳米发电机相连接，将摩擦纳米发电机产生的交流电转化成直流电；以及微针阵列贴片，其与交流转换直流电路元件的一个输出端相连接；其中，该摩擦纳米发电机、交流转换直流电路元件以及微针阵列贴片实现集成。通过轻轻拍打贴片方式便可以实现微针药物的可控释放，既简化了微针制备工艺，有利于实现大规模生产，又提高了微针药物的可控释放效果，且载药量不受影响。

Description

可控药物释放的集成微针贴片和方法

技术领域

本公开属于摩擦纳米发电机和微针载药释放领域，涉及一种可控药物释放的集成微针贴片和方法。

背景技术

微针是由微电子机械工艺技术(MEMS)制作的，尺寸为微米级，呈针状的复杂结构。

采用微针阵列可以在皮肤特定区域克服皮肤角质层屏障，进入活性表皮特定深度，产生数百上千个微小孔洞，有效促进药物经皮渗透和在特定部位蓄积，之后药物可通过血管和淋巴腺吸收，从而被引入人体循环系统。微针透皮给药可以实现患者自主实施，无需高度熟练，无疼痛。

目前可控微针给药系统设计兼顾穿刺性和柔韧性往往需要设计复杂的微针结构，生产工艺复杂不适应于大规模生产，同时为了实现药物缓释，采用多孔性粒子包裹药物，载药量受到很大影响。同时，为了微针的广泛使用，优选使用简化制备工艺及结构的微针贴片，从而使微针药物可控释放效果大大降低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种可控药物释放的集成微针贴片和方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种可控药物释放的集成微针贴片，包括：摩擦纳米发电机，产生交流电进行输出；交流转换直流电路元件，将摩擦纳米发电机产生的交流电转化成直流电；以及微针阵列贴片，与交流转换直流电路元件的一个输出端相连接。

在本公开的一些实施例中，摩擦纳米发电机与微针阵列贴片层叠集成。

在本公开的一些实施例中，可控药物释放的集成微针贴片在工作模式下，通过微针阵列贴片与皮肤接触，在外力驱动的作用下，该集成微针贴片实现药物的可控释放。

在本公开的一些实施例中，交流转换直流电路元件包括：整流桥、PN结或二极管。

在本公开的一些实施例中，交流转换直流电路元件为具有四个二极管的全桥结构的整流桥，该整流器的输入端连接摩擦纳米发电机，该整流器的输出端分别连接微针阵列贴片和皮肤，在微针阵列贴片和皮肤之间形成直流脉冲电场；或者交流转换直流电路元件包括2个PN结或二极管，两个PN结或二极管同向连接在摩擦纳米发电机的电极上，其中一个PN结或二极管的正极连接至皮肤，另一个PN结或二极管的负极连接微针阵列贴片，在微针阵列贴片和皮肤之间形成直流脉冲电场。

在本公开的一些实施例中，摩擦纳米发电机包括：第一摩擦层；第二摩擦层兼电极层，与第一摩擦层相对设置，可接触、可摩擦，与第一摩擦层的摩擦电极序不同；以及第一垫片，设置于第一摩擦层和第二摩擦层兼电极层之间。

在本公开的一些实施例中，第一摩擦层和第一垫片的材料为绝缘高分子材料，包括以下材料中的一种或几种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物；和/或第二摩擦层兼电极层的材料为导电金属，包括如下材料中的一种或几种：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金。

在本公开的一些实施例中，摩擦纳米发电机还包括：第一电极层，设置于第一摩擦层之上。

在本公开的一些实施例中，摩擦纳米发电机还包括：封装层，设置于摩擦纳米发电机的外围，封装该摩擦纳米发电机。

在本公开的一些实施例中，封装层的材料为柔性绝缘材料，包括以下材料中的一种或几种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物。

在本公开的一些实施例中，摩擦纳米发电机的整体厚度介于1000μm～10000μm之间；和/或封装层的厚度介于10μm～500μm之间；和/或第一摩擦层的厚度介于10μm～1000μm之间；和/或第一垫片的厚度介于100μm～5000μm之间；和/或第二摩擦层兼电极层的厚度介于100μm～1000μm之间；和/或第一电极层的厚度介于20nm～500nm之间；和/或交流转换直流电路元件封装后的高度介于1000μm～10000μm之间。

在本公开的一些实施例中，微针阵列贴片包括：基板；微针阵列，包括一平台结构和从该平台结构向外突出的多个微针，形成于基板之上；以及微针药物，承载于该微针阵列的微针上。

在本公开的一些实施例中，微针药物分散于微针内部，是通过将微针药物和构成微针阵列的材料一起浇铸到微针膜具中固化形成的；或微针药物位于微针的外表面，该微针药物采用化学吸附、物理吸附或生物黏连的方式以涂覆或沉淀的形式吸附于微针的外表面；或微针药物在微针内，位于微针底部，该微针药物在模具中先沉淀，然后将构成微针阵列的材料浇铸固化。

在本公开的一些实施例中，微针阵列的微针形状包括：圆锥形、棱锥形以及锥台形；基板与微针阵列分别成型，或者采用相同的材料一体化成型。

在本公开的一些实施例中，微针阵列的材料为生物相容性基质，包括如下物质中的一种或几种：胶原蛋白，透明质酸，聚丙交酯-共-乙交酯，聚己内酯，聚酸酐，聚酯酰胺，聚丁酸，壳聚糖，海藻酸，果胶，软骨素，葡聚糖，聚赖氨酸，纤维蛋白，琼脂糖，纤维素，聚乙烯比咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，多元醇，藻酸盐，环糊精，糊精，果糖，淀粉，海藻糖，麦芽糖，乳糖，乳果糖，松二糖，棉子糖，松三糖，右旋糖酐，木糖醇，聚乳酸，聚乙醇酸，聚氧化乙烯，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酸，聚马来酸，其衍生物及其混合物，以及来源于生物的可溶性物质；或微针阵列的材料为以下材料中的一种或几种：金属材料，包括：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金；导电聚合物及压电材料，包括：石墨烯，石墨，聚吡咯，聚苯胺，聚乙炔，聚对苯硫醚，聚对苯撑，聚噻吩，聚丙烯，氧化锌，聚偏氟乙烯，压电陶瓷，压电晶体及其掺杂材料。

在本公开的一些实施例中，微针药物包括如下物质中的一种或几种：抗癌药，避孕药，疫苗，蛋白质，肽，基因，抗体，麻醉剂，胰岛素，疫苗，多糖类或美容药物；基板的材料包括如下材料中的一种或几种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇，聚乳酸聚乙醇酸共聚物，胶原蛋白，透明质酸，聚丙交酯-共-乙交酯，聚己内酯，聚酸酐，聚酯酰胺，聚丁酸，壳聚糖，海藻酸，果胶，软骨素，葡聚糖，聚赖氨酸，纤维蛋白，琼脂糖，纤维素，聚乙烯比咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，多元醇，藻酸盐，环糊精，糊精，果糖，淀粉，海藻糖，麦芽糖，乳糖，乳果糖，松二糖，棉子糖，松三糖，右旋糖酐，木糖醇，聚乳酸，聚乙醇酸，聚氧化乙烯，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酸以及聚马来酸。

在本公开的一些实施例中，基板的厚度介于100μm～5000μm之间；和/或微针的底半径介于100μm～500μm之间，顶半径介于1μm～10μm之间；微针的高度介于50μm～1500μm之间。

根据本公开的另一个方面，提供了一种微针贴片可控药物释放的方法，利用本公开中任一种可控药物释放的集成微针贴片进行工作，包括：将可控药物释放的集成微针贴片中的微针阵列贴片与皮肤接触；通过外力驱动摩擦纳米发电机产生交流脉冲电压，交流转换直流电路元件将交流脉冲电压转化为直流脉冲电压，并在微针阵列贴片和皮肤之间形成直流脉冲电场，带有电荷的微针药物在电场作用下从微针处进入皮肤特定部位，从而被血管和淋巴腺吸收，进入循环系统，实现药物的可控释放；其中，通过控制外力驱动的频率、力度以及周期，从而实现对药物的可控释放。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的可控药物释放的集成微针贴片和方法，具有以下有益效果：

通过集成摩擦纳米发电机和微针阵列实现集成微针贴片，由于微针材料及药物对电场有很好的响应能力，利用摩擦纳米发电机产生的强电场可以对其进行有效调控，通过轻轻拍打贴片方式便可以实现微针药物的可控释放，既简化了微针制备工艺，有利于实现大规模生产，又提高了微针药物的可控释放效果，且载药量不受影响，在医疗如胰岛素、抗癌药、疫苗、避孕药等药物递送及美容等方面具有价格低廉、隐秘性(private)、生物安全性、无痛治疗、自主实施等优势。

附图说明

图1为根据本公开一实施例的可控药物释放的集成微针贴片的结构示意图。

图2为根据本公开一实施例的摩擦纳米发电机结构的示意图。

图3为根据本公开一实施例的摩擦纳米发电机结构中的摩擦纳米发电机的优选结构示意图。

图4为根据本公开一实施例的整流桥的电路结构示意图。

图5为根据本公开一实施例的微针阵列贴片的优选结构示意图。

图6为根据本公开另一实施例的微针阵列贴片的结构示意图。

图7为根据本公开又一实施例的微针阵列贴片的结构示意图。

图8为根据本公开一实施例的微针膜具的立体图。

图9为根据本公开一实施例的采用透明质酸翻膜后制备的棱锥状微针的SEM图片。

图10为根据本公开另一实施例的可控药物释放的集成微针贴片的结构示意图。

【元件符号】

1-摩擦纳米发电机结构；

11-封装层；

12-摩擦纳米发电机；

121-第一电极层； 122-第一摩擦层；

123-第一垫片； 124-第二摩擦层兼电极层；

131-第一摩擦层； 132-第二垫片；

133-第二摩擦层兼电极层；

2-交流转换直流电路元件；

21-整流桥； 210-整流桥内二极管；

211-整流桥第一端口； 212-整流桥第二端口；

213-整流桥第三端口； 214-整流桥第四端口；

22-二极管或PN结；

3-微针阵列贴片；

311,321,331-基板； 312,322,332-微针阵列；

313,323,333-微针药物；

4-皮肤；

512-模具空腔。

具体实施方式

本公开提供了一种可控药物释放的集成微针贴片和方法，通过集成摩擦纳米发电机和微针阵列实现集成微针贴片，利用摩擦纳米发电机产生的强电场可以对微针材料及药物进行有效调控，通过轻轻拍打贴片方式便可以实现微针药物的可控释放，既简化了微针制备工艺，有利于实现大规模生产，又提高了微针药物的可控释放效果，且载药量不受影响，在医疗如胰岛素、抗癌药、疫苗、避孕药等药物递送及美容等方面具有价格低廉、隐秘性(private)、生物安全性、无痛治疗、自主实施等优势。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种可控药物释放的集成微针贴片。

图1为根据本公开一实施例的可控药物释放的集成微针贴片的结构示意图。如图1所示，本公开的可控药物释放的集成微针贴片，包括：摩擦纳米发电机结构1，产生交流电进行输出；交流转换直流电路元件2，其与摩擦纳米发电机结构相连接，将摩擦纳米发电机产生的交流电转化成直流电；以及微针阵列贴片3，其与交流转换直流电路元件2的一个输出端相连接；其中，工作模式下，微针阵列贴片3与皮肤4进行接触，交流转换直流电路元件2的另一个输出端与皮肤4相连，在外力作用下进行可控药物释放。

下面对本实施例中可控药物释放的集成微针贴片的各个部分进行详细介绍。

图2为根据本公开一实施例的摩擦纳米发电机结构的示意图。图3为根据本公开一实施例的摩擦纳米发电机结构中的摩擦纳米发电机的优选结构示意图。

结合图2和图3来看，本实施例中，摩擦纳米发电机结构1包括：摩擦纳米发电机12，以及封装层11，设置于摩擦纳米发电机的外围，封装摩擦纳米发电机12。封装层11的设置有助于保护摩擦纳米发电机，实现长时间使用，在其它实施例中，可以不含有该封装层。本实施例中提供了摩擦纳米发电机12的优选结构，请参照图3所示，该摩擦纳米发电机12包括：第一摩擦层122；第一电极层121，设置于第一摩擦层122之上；第二摩擦层兼电极层124，与第一摩擦层122相对设置，可接触、可摩擦，与第一摩擦层122的摩擦电极序不同；以及第一垫片123，设置于第一摩擦层122和第二摩擦层兼电极层124之间。

本实施例中，摩擦纳米发电机1与微针阵列贴片3采用层叠方式集成在一起。

本实施例中，封装层11的材料为柔性绝缘材料，可选但不限于以下材料中的一种或几种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物。

本实施例中，封装层11的厚度介于10μm～500μm之间。

本实施例中，摩擦纳米发电机12的整体厚度优选为1000μm～10000μm之间。

本实施例中，采用压膜法、涂覆法或胶黏法将封装层封装于摩擦纳米发电机的外围，形成摩擦纳米发电机的封装结构。

本实施例中，第一摩擦层122为绝缘高分子摩擦层，优选地，该绝缘高分子摩擦层的材料为但不限于以下材料中的一种或几种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物。

优选的，第一电极层121为但不限于以下材料中的一种或几种：导电金属，包括：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金等；导电金属氧化物如氧化铟锡及其他导电材料；其中，第一电极层121通过磁控溅射、电子束蒸发或化学沉积的方式沉积于该绝缘高分子摩擦层之上。

本实施例中，第一电极层的厚度介于20nm～500nm之间；绝缘高分子摩擦层的厚度介于10μm～1000μm之间。

本实施例中，第二摩擦层兼电极层的材料和第一摩擦层122的材料的摩擦电极序存在差异，在接触分离的过程中，产生静电，通过分别在第一电极层121和第二摩擦层兼电极层123外接电路进行电压输出。

优选地，出于增大摩擦力的考虑，最大限度的增大摩擦纳米发电机的电压输出，将本实施例中的绝缘高分子摩擦层通过纳米刻蚀技术、离子注入或砂纸打磨等技术构造微纳结构，优选的电压输出在1V～500V的范围内。

本实施例中，第一垫片123为绝缘材料，可选但不限于如下材料中的一种或几种：对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物。该第一垫片123至少包含如下作用：实现绝缘高分子摩擦层与第二摩擦层兼电极层的分离，并优选柔性材料，使得绝缘高分子摩擦层与第二摩擦层兼电极层之间可接触、可分离、可摩擦。

本实施例中，第一垫片的厚度介于100μm～5000μm之间。

优选地，第二摩擦层兼电极层124的材料为导电金属，包括但不限于如下材料中的一种或几种：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金。

本实施例中，第二摩擦层兼电极层的厚度介于100μm～1000μm之间。

图4为根据本公开一实施例的整流桥的电路结构示意图。

参照图4所示，本实施例中，交流转换直流电路元件2为一整流桥21，为了减少能量损失，该整流桥优选为具有四个二极管210的全桥结构，该整流桥21的四个端口分别为整流桥第一端口211，整流桥第二端口212，整流桥第三端口213和整流桥第四端口214；其中，在整流桥第一端口211和整流桥第二端口212作为输入端，之间连接摩擦纳米发电机结构1，将该摩擦纳米发电机产生的交流电通过这两个端口输入至该交流转换直流电路元件2，即本实施例的整流桥21中，然后通过该整流桥全桥结构的电路转换，将交流脉冲电压转换成直流脉冲电压；工作时，分别在整流桥第三端口213和整流桥第四端口214作为输出端对应连接微针阵列贴片3和皮肤4。

本实施例中，整流桥21经过塑料封装后，其高度介于1000μm～10000μm之间。

图5为根据本公开一实施例的微针阵列贴片的优选结构示意图；图6为根据本公开另一实施例的微针阵列贴片的结构示意图；图7为根据本公开又一实施例的微针阵列贴片的结构示意图。

结合图5、图6和图7所示，本公开的微针阵列贴片3包括：基板；微针阵列，包括一平台结构和从该平台结构向外突出的多个微针，形成于基板之上；以及微针药物，承载于该微针阵列的微针上。

微针阵列形成于基板上，该基板和微针阵列可以分别成型，如图5所示；也可以采用相同材料一体化成型，如图1所示。

参照图5所示，在本公开的一优选实施例中，微针阵列312形成于基板311之上，包括一平台结构和从该平台结构向外突出的多个微针；微针药物313分散于微针内部。

基板311，起支撑微针阵列的作用；基板311的材料可选但不限于如下材料中的一种或几种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇，聚乳酸聚乙醇酸共聚物，胶原蛋白，透明质酸，聚丙交酯-共-乙交酯，聚己内酯，聚酸酐，聚酯酰胺，聚丁酸，壳聚糖，海藻酸，果胶，软骨素，葡聚糖，聚赖氨酸，纤维蛋白，琼脂糖，纤维素，聚乙烯比咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，多元醇，藻酸盐，环糊精，糊精，果糖，淀粉，海藻糖，麦芽糖，乳糖，乳果糖，松二糖，棉子糖，松三糖，右旋糖酐，木糖醇，聚乳酸，聚乙醇酸，聚氧化乙烯，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酸以及聚马来酸等。

本实施例中，基板的厚度优选为50μm～500μm。

微针阵列312，其材料优选为生物相容性基质，可包括但不限于如下物质中的一种或几种：胶原蛋白，透明质酸，聚丙交酯-共-乙交酯，聚己内酯，聚酸酐，聚酯酰胺，聚丁酸，壳聚糖，海藻酸，果胶，软骨素，葡聚糖，聚赖氨酸，纤维蛋白，琼脂糖，纤维素，聚乙烯比咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，多元醇，藻酸盐，环糊精，糊精，果糖，淀粉，海藻糖，麦芽糖，乳糖，乳果糖，松二糖，棉子糖，松三糖，右旋糖酐，木糖醇，聚乳酸，聚乙醇酸，聚氧化乙烯，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酸，聚马来酸、其衍生物及其混合物，还可包含来源于生物的可溶性物质。

该微针阵列312还可选用但不限于以下材料：金属材料，包括：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金；具有电影响能力的导电聚合物及压电材料，诸如：石墨烯、石墨、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚噻吩、聚丙烯、氧化锌、聚偏氟乙烯、压电陶瓷、压电晶体及其掺杂材料。

本实施例中，微针阵列312通过将上述生物相容性基质在微针膜具上浇铸固化形成。

本实施例中，微针药物313形成于微针内部，该微针药物313的物质可包含但不限于：抗癌药、避孕药、疫苗、蛋白质、肽、基因、抗体、麻醉剂、胰岛素、疫苗、多糖类或美容药物。本实施例中微针药物在微针中的位置为：分散于微针内部，是通过将以上所述的微针的药物和生物相容性基质一起浇铸到微针膜具中固化形成的。

参照图6所示，在本公开的另一实施例中，提出了微针药物的另外一种位置，该实施例中，微针阵列322形成于基板321之上，包括一平台结构和从该平台结构向外突出的多个微针；微针药物323位于微针的外表面，该微针药物的物质采用化学吸附、物理吸附、生物黏连的方式以涂覆或沉淀形式吸附于微针的外表面。

参照图7所示，在本公开的又一实施例中，提出了微针药物的其他一种位置，该实施例中，微针阵列332形成于基板331之上，包括一平台结构和从该平台结构向外突出的多个微针；微针药物333在微针内，位于微针底部。可采用在膜具中先沉淀药物，再浇铸固化可溶性微针基质制作。

微针的形状包括：圆锥形、棱锥形以及锥台形等方便插入皮肤给药的形状，本实施例中，基板的厚度介于100μm～5000μm之间；微针的底半径介于100μm～500μm之间；顶半径介于1μm～10μm之间；微针的高度介于50μm～1500μm之间。

图8为根据本公开一实施例的微针膜具的立体图。图9为根据本公开一实施例的采用透明质酸翻膜后制备的棱锥状微针的SEM图片。如图8所示，模具空腔512呈圆锥形，将可作为微针阵列的材料在该模具上浇铸固化脱模之后可得到微针阵列。本实施例中的圆锥形模具空腔的尺寸如下：底半径介于100μm～500μm之间；顶半径介于1μm～10μm之间；高度介于50μm～1500μm之间。微针阵列的材料选用透明质酸，微针模具中，模具空腔的形状采用棱锥状，将透明质酸在模具上浇铸固化脱模，然后翻膜得出的棱锥状微针如图9所示。

在本公开的第二个示例性实施例中，提供了另一种可控药物释放的集成微针贴片。

图10为根据本公开另一实施例的可控药物释放的集成微针贴片的结构示意图。如图10所示，本实施例的可控药物释放的集成微针贴片与第一个实施例相比，区别在于：摩擦纳米发电机1的结构中不含第一电极层，且交流转换直流电路元件2采用二极管或PN结22替代了第一实施例中的整流桥21，并且电路连接情况对应发生了改变。

本实施例的摩擦纳米发电机结构1包括：第一摩擦层131；第二摩擦层兼电极层133，与第一摩擦层131相对设置，可接触、可摩擦；第二垫片132，设置于第一摩擦层131与第二摩擦层兼电极层133之间。其中第一摩擦层131、第二摩擦层兼电极层133以及第二垫片132的材料与第一个实施例中的材料选择范围相同。

本实施例中，采用两个二极管与第二摩擦层兼电极层133相连接，其中一个二极管连接皮肤4，另外一个二极管连接微针阵列贴片3，这两个二极管采用同向放置，用于电子的单向流动，使该摩擦纳米发电机产生的交流电压转换成直流的形式。

本实施例中的交流转换直流电路元件也可以在采用其他结构的摩擦纳米发电机的可控药物释放的集成微针贴片中适用，所述交流转换直流电路元件包括2个PN结或二极管，两个PN结或二极管同向连接在所述摩擦纳米发电机的电极上，其中一个PN结或二极管的正极连接至皮肤，另一个PN结或二极管的负极连接所述微针阵列贴片，在所述微针阵列贴片和皮肤之间形成直流脉冲电场。

在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种利用可控药物释放的集成微针贴片，进行可控药物释放的方法。参照图1和图3，本公开的微针贴片可控药物释放的方法，包括：将可控药物释放的集成微针贴片中的微针阵列贴片3与皮肤4接触，将交流转换直流电路元件2的一个端口连接皮肤4；通过外力驱动摩擦纳米发电机结构1产生交流脉冲电压，交流转换直流电路元件2将交流脉冲电压转化为直流脉冲电压，并在微针阵列贴片3和皮肤4之间形成直流脉冲电场，微针内带有电荷的药物在电场作用下从微针内进入皮肤特定部位，从而被血管和淋巴腺吸收，进入循环系统，实现药物的可控释放。通过控制外力驱动的频率、力度以及周期便可以实现对摩擦纳米发电机发电量的控制，进而控制微针和皮肤之间的电场大小，从而实现对药物的可控释放。

结合第一实施例中的结构，描述具体工作过程如下：将微针阵列贴片与皮肤接触，并将该集成微针贴片中交流转换直流电路元件2的又一端口与皮肤相连接；利用外力拍打该集成微针贴片中的摩擦纳米发电机结构，具有摩擦电极序差异的绝缘高分子摩擦层和第二摩擦层兼电极层接触，在接触过程中由于摩擦电势序列的差异，在绝缘高分子摩擦层与第二摩擦层兼电极层相接触的表面会带上符号相反的静电荷，撤去外力后，由于垫片的作用，两个接触表面发生分离，这时由于静电荷分离产生的电势差会驱动电子在第二摩擦层兼电极层与附着于绝缘高分子摩擦层外侧的第一电极层之间流动，产生交流电压输出，通过整流桥可以将交流脉冲电压转换为直流脉冲电压，在微针阵列贴片中的微针刺入皮肤特定部位的同时会在微针和皮肤之间形成直流脉冲电场，则微针内带有电荷的药物会在电场作用下从微针内进入皮肤特定部位，进而被血管和淋巴腺吸收，进入循环系统，实现药物的可控释放。通过控制拍打的频率、力度以及周期便可以实现对摩擦纳米发电机发电量的控制，进而控制微针和皮肤之间的电场大小，从而实现对药物的可控释放。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种可控药物释放的集成微针贴片，包括：

摩擦纳米发电机，产生交流电进行输出；

交流转换直流电路元件，将摩擦纳米发电机产生的交流电转化成直流电；以及

微针阵列贴片，与所述交流转换直流电路元件的一个输出端相连接；

其中，所述摩擦纳米发电机与所述微针阵列贴片层叠集成。

2.根据权利要求1所述的集成微针贴片，在工作模式下，通过所述微针阵列贴片与皮肤接触，在外力驱动的作用下，该集成微针贴片实现药物的可控释放。

3.根据权利要求1所述的集成微针贴片，其中，所述交流转换直流电路元件包括：整流桥、PN结或二极管。

4.根据权利要求1所述的集成微针贴片，其中：

所述交流转换直流电路元件为具有四个二极管的全桥结构的整流器，所述整流器的输入端连接所述摩擦纳米发电机，所述整流器的输出端分别连接所述微针阵列贴片和皮肤，在所述微针阵列贴片和皮肤之间形成直流脉冲电场；或者

所述交流转换直流电路元件包括2个PN结或二极管，两个PN结或二极管同向连接在所述摩擦纳米发电机的电极上，其中一个PN结或二极管的正极连接至皮肤，另一个PN结或二极管的负极连接所述微针阵列贴片，在所述微针阵列贴片和皮肤之间形成直流脉冲电场。

5.根据权利要求1至4任一项所述的集成微针贴片，其中，所述摩擦纳米发电机包括：

第一摩擦层；

第二摩擦层兼电极层，与第一摩擦层相对设置，可接触、可摩擦，与第一摩擦层的摩擦电极序不同；以及

第一垫片，设置于第一摩擦层和第二摩擦层兼电极层之间。

6.根据权利要求5所述的集成微针贴片，其中：

所述第一摩擦层和第一垫片的材料为绝缘高分子材料，包括以下材料中的一种或多种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物；和/或

所述第二摩擦层兼电极层的材料为导电金属，包括如下材料中的一种或多种：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金。

7.根据权利要求5所述的集成微针贴片，其中，所述摩擦纳米发电机还包括：第一电极层，设置于第一摩擦层之上。

8.根据权利要求7所述的集成微针贴片，所述摩擦纳米发电机还包括：

封装层，设置于摩擦纳米发电机的外围，封装所述摩擦纳米发电机。

9.根据权利要5所述的集成微针贴片，所述摩擦纳米发电机还包括：

封装层，设置于摩擦纳米发电机的外围，封装所述摩擦纳米发电机。

10.根据权利要求8或9所述的集成微针贴片，其中：

所述封装层的材料为柔性绝缘材料，包括以下材料中的一种或多种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇和聚乳酸聚乙醇酸共聚物。

11.根据权利要求8所述的集成微针贴片，其中：

所述摩擦纳米发电机的整体厚度介于1000μm～10000μm之间；和/或

所述封装层的厚度介于10μm～500μm之间；和/或

所述第一摩擦层的厚度介于10μm～1000μm之间；和/或

所述第一垫片的厚度介于100μm～5000μm之间；和/或

所述第二摩擦层兼电极层的厚度介于100μm～1000μm之间；和/或

所述第一电极层的厚度介于20nm～500nm之间；和/或

所述交流转换直流电路元件封装后的高度介于1000μm～10000μm之间。

12.根据权利要求1至4任一项所述的集成微针贴片，其中，所述微针阵列贴片包括：

基板；

微针阵列，包括一平台结构和从该平台结构向外突出的多个微针，形成于基板之上；以及

微针药物，承载于该微针阵列的微针上。

13.根据权利要求12所述的集成微针贴片，其中：

所述微针药物分散于微针内部，是通过将微针药物和构成微针阵列的材料一起浇铸到微针膜具中固化形成的；或

所述微针药物位于微针的外表面，该微针药物采用化学吸附、物理吸附或生物黏连的方式以涂覆或沉淀的形式吸附于微针的外表面；或

所述微针药物在微针内，位于微针底部，该微针药物在模具中先沉淀，然后将构成微针阵列的材料浇铸固化。

14.根据权利要求12所述的集成微针贴片，其中：

所述微针阵列的微针形状包括：圆锥形、棱锥形以及锥台形；

所述基板与微针阵列分别成型，或者采用相同的材料一体化成型。

15.根据权利要求12所述的集成微针贴片，其中：

所述微针阵列的材料为生物相容性基质，包括如下物质中的一种或多种：胶原蛋白，透明质酸，聚丙交酯-共-乙交酯，聚己内酯，聚酸酐，聚酯酰胺，聚丁酸，壳聚糖，海藻酸，果胶，软骨素，葡聚糖，聚赖氨酸，纤维蛋白，琼脂糖，纤维素，聚乙烯比咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，多元醇，藻酸盐，环糊精，糊精，果糖，淀粉，海藻糖，麦芽糖，乳糖，乳果糖，松二糖，棉子糖，松三糖，右旋糖酐，木糖醇，聚乳酸，聚乙醇酸，聚氧化乙烯，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酸，聚马来酸，其衍生物及其混合物，以及来源于生物的可溶性物质；或

所述微针阵列的材料为以下材料中的一种或多种：

金属材料，包括：镁、铝、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、铂以及金；

导电聚合物及压电材料，包括：石墨烯，石墨，聚吡咯，聚苯胺，聚乙炔，聚对苯硫醚，聚对苯撑，聚噻吩，聚丙烯，氧化锌，聚偏氟乙烯，压电陶瓷，压电晶体及其掺杂材料。

16.根据权利要求12所述的集成微针贴片，其中：

所述微针药物包括如下物质中的一种或多种：抗癌药，避孕药，疫苗，蛋白质，肽，基因，抗体，麻醉剂，胰岛素，疫苗，多糖类或美容药物；

所述基板的材料包括如下材料中的一种或多种：聚对苯二甲酸二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚酰亚胺(Kapton)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚碳酸酯(PC)，聚酰胺(PA)，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，天然橡胶，丁基橡胶，丁苯橡胶，硅橡胶，环氧树脂，酚醛树脂，聚乳酸，聚乙烯醇，聚乳酸聚乙醇酸共聚物，胶原蛋白，透明质酸，聚丙交酯-共-乙交酯，聚己内酯，聚酸酐，聚酯酰胺，聚丁酸，壳聚糖，海藻酸，果胶，软骨素，葡聚糖，聚赖氨酸，纤维蛋白，琼脂糖，纤维素，聚乙烯比咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，羟丙基纤维素，羟乙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，羧甲基纤维素钠，多元醇，藻酸盐，环糊精，糊精，果糖，淀粉，海藻糖，麦芽糖，乳糖，乳果糖，松二糖，棉子糖，松三糖，右旋糖酐，木糖醇，聚乳酸，聚乙醇酸，聚氧化乙烯，聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚甲基丙烯酸以及聚马来酸。

17.根据权利要求12所述的集成微针贴片，其中：

所述基板的厚度介于100μm～5000μm之间；和/或

所述微针的底半径介于100μm～500μm之间，顶半径介于1μm～10μm之间；所述微针的高度介于50μm～1500μm之间。

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