CN109771812A - 可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，该制备方法在室温下即可进行，且制备所需时间短，有利于快速、批量地制备空心微针阵列。相比现有的空心微针制备方法，采用紫外固化成型方式，避免对聚合物材料的加热熔融过程，无需高温条件，对制备环境要求低；紫外固化工艺成型时间短，光刻胶在紫外光下曝光2‑3min即可成型微针，大大地缩短了制备周期；微针的空心部位采用以可溶性PVA纤维为芯材的成型方式，由于可溶性PVA纤维可溶解于水的特性，使中空部分的成型过程变得简单快速，降低了空心微针的成型难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种以可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，属于医疗器械技术领域。
背景技术
在医学上，对于一些疾病，通常采用传统口服给药和注射的方式进行治疗。但前者在药物经过肠胃消化后会引起部分药效的丧失，甚至对肝脏器官功能产生影响和破坏；而后者则会引发皮肤组织损伤和感染的情况。为了避免这些弊端，透皮给药系统成为一种更好的治疗方式。这种方式可以使药物通过一定的速率透过皮肤，经过毛细血管吸收进入血液循环，从而达到有效的血药浓度而产生疗效。但皮肤的表皮层存在约95％的角质形成细胞，它具有很强的屏障作用，同时也使大分子药物难以透过皮肤，从而影响药效的发挥。微针阵列是一种能微创、微痛地突破角质层屏障，以达到增加药物渗透率效果的给药途径。此外，空心微针可以使药物、疫苗、蛋白质等通过空腔，释放到皮肤组织或血液中。同时，空心微针阵列可覆盖较大的皮肤面积，使药物达到更快的起效速度，是一种理想的透皮给药方式。
目前，聚合物微针阵列大多采用溶液或熔体浇铸法制备，包括注射成型、热压印和浇铸法。这些方法都需要高温条件，将聚合物加热至熔融状态后冷却成型，在制备过程中需要高温环境。另外，空心微针的制备方法通常利用多步离子刻蚀、激光刻蚀成型微针的中空部分，操作步骤较为繁琐。这些方法的劣势在于需要复杂的制备工艺，且制备周期较长，制备成本也较高，极大的限制了空心微针阵列的使用范围。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种以可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，该制备方法在室温下即可进行，且制备所需时间短，有利于快速、批量地制备空心微针阵列。
可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，包括以下步骤：
1)利用微机电系统(MEMS)在聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料上加工微针模具，微针模具型腔为圆锥体，型腔高度为1μm-1000μm，针体底径为30μm-500μm，每个型腔间隔0.1mm-2mm；
2)制备可溶性PVA纤维，其直径为0.1μm-30μm；
3)将可溶性PVA纤维铺放在PDMS微针模具中，并通过下部的纤维固定孔将可溶性PVA纤维固定妥当，以防在浇铸成型的过程中造成移位，影响微针成型效果；
4)将光刻胶均匀浇铸到PDMS微针模具型腔中，所述的光刻胶为6官能脂肪族聚氨酯丙烯酸光刻胶，15官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯光刻胶，聚甲基丙烯酸酯光刻胶型号负光刻胶中的一种，随后进行抽真空处理，时间为0-30min，以保证光刻胶能完全填充到PDMS微针模具的型腔中；
5)将光刻胶置于紫外光下进行紫外固化，时长为1min-5min，随后脱模以得到微针阵列；
6)成型后的微针阵列放入温水中，所述的水温度为60℃-90℃，待可溶性纤维溶解后即可得到空心微针阵列。
7)所述的空心微针阵列成型装置如附图3所示，其由上至下分别为光刻胶2、PDMS微针模具3、纤维固定孔4，以及每个型腔中间的可溶性PVA纤维1。
步骤(1)中，所述的PDMS微针模具在针体模具下方有一层纤维固定孔，每个纤维固定孔对应一根针体，从而在浇铸过程中保证微针针体中心孔洞的位置。
在于步骤(1)中，所述的PDMS微针模具通过微机电系统加工成型，微针型腔高度为1μm-1000μm，针体底径为30μm-500μm，每个型腔间隔0.1mm-2mm。
步骤(2)中，所述的可溶性PVA纤维使用静电纺丝法制备。
步骤(3)中，所述的可溶性PVA纤维是直径为0.1μm-30μm的单根纤维或纤维束。
步骤(4)中，所述的光刻胶为负性光刻胶，所述光刻胶的主要成分包括以下所述类型中的任一种：6官能脂肪族聚氨酯丙烯酸，15官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯。
步骤(4)中，对其进行抽真空处理的时间为0-30min。
步骤(5)中，所述的紫外光固化时间为1min-5min。
步骤(6)中，所述的温水是温度为60-90℃的水，将脱模后的微针阵列完全放入水中，待可溶性PVA纤维完全溶解后取出。
本发明相比现有的空心微针制备方法，采用紫外固化成型方式，避免对聚合物材料的加热熔融过程，无需高温条件，对制备环境要求低；紫外固化工艺成型时间短，光刻胶在紫外光下曝光2-3min即可成型微针，大大地缩短了制备周期；微针的空心部位采用以可溶性PVA纤维为芯材的成型方式，由于可溶性PVA纤维可溶解于水的特性，使中空部分的成型过程变得简单快速，降低了空心微针的成型难度。
附图说明
图1是微针模具的二维结构尺寸图
图2是单个空心微针的结构尺寸图
图3是空心微针阵列的制备装置示意图。
图中：1-可溶性PVA纤维 2-光刻胶 3-PDMS微针模具 4-纤维固定孔
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步描述，但是本发明的保护范围不限于此。
实施例1
本实施例提供一种光刻胶为c-coating型号的以可溶性PVA纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，该型号光刻胶主要成分为聚氨酯丙烯酸酯，该制备方法包括以下步骤：
利用微机电系统(MEMS)在PDMS材料上加工微针模具，PDMS微针模具3型腔为圆锥体阵列，其模具结构如附图1所示。所述的微针阵列为10×10布置，微针阵列中的每个微针之间的间距为1mm，固定微针的每个圆锥体微针型腔的尺寸结构为：500×250μm(高×底径)。另外，在每个微针型腔的顶部分别对应一个纤维固定孔4，所述的纤维固定孔4是尺寸为200×20μm的圆柱形通孔。
利用静电纺丝工艺制备可溶性PVA纤维1，所述的可溶性PVA纤维1的直径为20μm。随后，将可溶性PVA纤维1铺放在PDMS微针模具3中，每个微针型腔中心插入一根可溶性PVA纤维1，并通过下部的纤维固定孔4将可溶性PVA纤维1固定。
将c-coating型号光刻胶(主要成分为聚氨酯丙烯酸酯)均匀浇铸到PDMS微针模具3型腔中，后置于真空箱干燥箱中进行抽真空处理20min。
将浇铸过光刻胶2的微针阵列置于紫外光下上进行紫外固化操作2min，此时光刻胶2完全固化，随后脱模以得到微针阵列。
成型后的微针阵列放入80℃温水中，观察到芯材可溶性PVA纤维完全溶解后，得到中心孔洞为20μm空心微针阵列。
实施例2
本实施例提供一种光刻胶为GP756型号的以可溶性PVA纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，该型号光刻胶主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯，该制备方法包括以下步骤：
利用微机电系统(MEMS)在PDMS材料上加工微针模具，PDMS微针模具3型腔为圆锥体阵列，其模具结构如附图1所示。所述的微针阵列为10×10布置，微针阵列中的每个微针之间的间距为1mm，每个圆锥体微针型腔的尺寸结构为：500×250μm(高×底径)。另外，在每个微针型腔的顶部分别对应一个纤维固定孔4，所述的纤维固定孔4是尺寸为200x20μm的圆柱形通孔。
利用静电纺丝工艺制备可溶性PVA纤维1，所述的可溶性PVA纤维1的直径为20μm。随后，将可溶性PVA纤维1铺放在PDMS微针模具3中，每个微针型腔中心插入一根可溶性PVA纤维1，并通过下部的纤维固定孔4将可溶性PVA纤维1固定。
将GP756型号光刻胶(主要成分为聚甲基丙烯酸酯)均匀浇铸到PDMS微针模具3型腔中，后置于真空箱干燥箱中进行抽真空处理20min。
将浇铸过光刻胶2的微针阵列置于紫外光下上进行紫外固化操作2min，此时光刻胶2完全固化，随后脱模以得到微针阵列。
成型后的微针阵列放入80℃温水中，观察到芯材可溶性PVA纤维完全溶解后，得到中心孔洞为20μm空心微针阵列。
实施例3
本实施例提供一种光刻胶为JZ-303型号的以可溶性PVA纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，该型号光刻胶主要成分为聚甲基丙烯酸甲酯，该制备方法包括以下步骤：
利用微机电系统(MEMS)在PDMS材料上加工微针模具，PDMS微针模具3型腔为圆锥体阵列，其模具结构如附图1所示。所述的微针阵列为10×10布置，微针阵列中的每个微针之间的间距为1mm，每个圆锥体微针型腔的尺寸结构为：500×250μm(高×底径)。另外，在每个微针型腔的顶部分别对应一个纤维固定孔4，所述的纤维固定孔4是尺寸为200x20μm的圆柱形通孔。
利用静电纺丝工艺制备可溶性PVA纤维1，所述的可溶性PVA纤维1的直径为20μm。随后，将可溶性PVA纤维1铺放在PDMS微针模具3中，每个微针型腔中心插入一根可溶性PVA纤维1，并通过下部的纤维固定孔4将可溶性PVA纤维1固定。
将GP756型号光刻胶2(主要成分为聚甲基丙烯酸酯)均匀浇铸到PDMS模具3型腔中，后置于真空箱干燥箱中进行抽真空处理20min。
将浇铸过光刻胶的微针阵列置于紫外光下上进行紫外固化操作2min，此时光刻胶完全固化，随后脱模以得到微针阵列。
成型后的微针阵列放入80℃温水中，观察到芯材可溶性PVA纤维完全溶解后，得到中心孔洞为20μm空心微针阵列。
在上述实施例中，采用的紫外固化成型方式，避免对聚合物材料的加热熔融过程，无需高温条件，对制备环境要求低；紫外固化工艺成型时间短，光刻胶在紫外光下曝光2min即可成型微针，大大地缩短了制备周期；微针的空心部位采用以可溶性PVA纤维为芯材的成型方式，由于PVA可溶解于水的特性，使中空部分的成型过程变得简单快速，降低了空心微针的成型难度。
Claims (9)
1.可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)利用微机电系统在聚二甲基硅氧烷PDMS材料上加工微针模具，微针模具型腔为圆锥体，型腔高度为1μm-1000μm，针体底径为30μm-500μm，每个型腔间隔0.1mm-2mm；
2)制备可溶性PVA纤维，其直径为0.1μm-30μm；
3)将可溶性PVA纤维铺放在PDMS微针模具中，并通过下部的纤维固定孔将可溶性PVA纤维固定妥当，以防在浇铸成型的过程中造成移位，影响微针成型效果；
4)将光刻胶均匀浇铸到PDMS微针模具型腔中，所述的光刻胶为6官能脂肪族聚氨酯丙烯酸光刻胶，15官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯光刻胶，聚甲基丙烯酸酯光刻胶型号负光刻胶中的一种，随后进行抽真空处理，时间为0-30min，以保证光刻胶能完全填充到PDMS微针模具的型腔中；
5)将光刻胶置于紫外光下进行紫外固化，时长为1min-5min，随后脱模以得到微针阵列；
6)成型后的微针阵列放入温水中，所述的水温度为60℃-90℃，待可溶性纤维溶解后即可得到空心微针阵列；
7)空心微针阵列成型装置由上至下分别为光刻胶(2)、PDMS微针模具(3)、纤维固定孔(4)，以及每个型腔中间的可溶性PVA纤维(1)。
2.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的PDMS微针模具在针体模具下方有一层纤维固定孔，每个纤维固定孔对应一根针体，从而在浇铸过程中保证微针针体中心孔洞的位置。
3.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的PDMS微针模具通过微机电系统加工成型，微针型腔高度为1μm-1000μm，针体底径为30μm-500μm，每个型腔间隔0.1mm-2mm。
4.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的可溶性PVA纤维使用静电纺丝法制备。
5.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的可溶性PVA纤维是直径为0.1μm-30μm的单根纤维或纤维束。
6.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的光刻胶为负性光刻胶，所述光刻胶的主要成分包括以下所述类型中的任一种：6官能脂肪族聚氨酯丙烯酸，15官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯。
7.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(4)中，对其进行抽真空处理的时间为0-30min。
8.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的紫外光固化时间为1min-5min。
9.根据权利要求1所述的可溶性纤维为芯材的紫外固化工艺制备空心微针的方法，其特征在于：步骤(6)中，所述的温水是温度为60-90℃的水，将脱模后的微针阵列完全放入水中，待可溶性PVA纤维完全溶解后取出。
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