CN112274771B - 一种仿火箭的微针微马达及其制备方法 - Google Patents

一种仿火箭的微针微马达及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种仿火箭的微针微马达及其制备方法，其制备的步骤包括针尖部分的制备、燃料负载腔的制备、燃料的负载以及微针微马达的获得，主要方法为以水凝胶为原材料，集成气泡生成化学反应为动力来源，通过分步模板复制法得到的，该微针微马达具有微针的针尖形貌特征以及用来负载燃料的尾翼结构。本发明制备得的微针微马达具有良好的运动性能，可实现微针的自主运动，打破了传统微针依赖人为操作介入组织的局限性。且本发明制备简单、成本低，通用性高，推进了微针在生物医学领域的应用。

Description

一种仿火箭的微针微马达及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物医学材料领域，具体涉及一种仿火箭的微针微马达及其制备方法。
背景技术
微针是一种具有微尺度长度的微型针，它们能够穿透角质层，到达表皮/真皮层，而不触及痛觉神经元和血管。因此，微针可以帮助以一种微创的方式将广泛的分子运输到皮肤中。在过去的十年里，研究人员已经发明了各种各样的微针平台。这些微针平台已经被广泛探索用于经皮给药治疗局部和全身疾病，它们可以负载小分子药物、多肽和蛋白质(如胰岛素、疫苗和抗体)、寡核苷酸和纳米药物等，并将它们输送到皮肤、眼睛、口腔、血管壁等外周组织。然而，目前的微针主要依赖于人为操作，如手动按压，胶带黏附等手段，才能够介入组织发挥作用。这限制了微针在人体内的应用。
微马达是一种能够将其他形式的能量转化为动能而实现自主推进的装置，目前已被广泛应用于传感、生物医学、外科、成像等多种生物领域。特别地，微马达的自驱动特性推动了疾病在体诊断和治疗领域的发展。在科学家大的不断努力下，已经有许多不同推进机制的微马达被发明出来，包括气泡推进、自扩散泳透、自穴位泳透、自电泳等，其中气泡推进机制由于其在复杂生物环境下的可行性，是微型电机在体内应用最广泛的机制。除了推进机制外，微马达的形貌也是研究热点。然而，据我们所知，目前还未有微针形貌的微马达被开发出来。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型仿火箭的微针微马达及其制备方法，本发明制备得的微针微马达具有良好的运动性能。可实现微针的自主运动，打破传统微针依赖人为操作介入组织的局限性。且本发明制备简单、成本低，通用性高，推进了微针在生物医学领域的应用。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种仿火箭微针微马达的制备方法，包括以下步骤：
(1)针尖部分的制备：将一定量水凝胶预溶液置于具有圆锥形针尖部分和尾翼部分的阴模板中，使其充满阴模板的圆锥针尖部分；去除多余的空气，固化针尖部分的水凝胶预溶液，获得水凝胶针尖；
(2)燃料负载腔的制备：将一定量水凝胶预溶液置于步骤(1)获得水凝胶针尖的阴模板中，覆盖阴模板的尾翼部分；去除多余的空气，采用一具有突起结构的阳模板覆盖阴模板顶部，固化尾翼部分的水凝胶预溶液；剥去阳模板，获得水凝胶燃料负载腔；
(3)燃料的负载：将燃料物质与水凝胶预溶液混合，形成混合溶液，倒入步骤(2)获得水凝胶燃料负载腔的阴模板中，固化混合溶液，完成燃料的负载，得到燃料负载微针；
(4)微针微马达的获得：将制备好的燃料负载微针整体剥离阴模板，获得具有火箭形貌的微针微马达。
进一步的，所述的阴模板为聚二甲基氧烷阴模板。
所述的阴模板具有圆锥形针尖部分和尾翼部分；所述的阳模板的突起结构嵌入阴模板尾翼中，其突起结构与圆锥形针尖部分靠近尾翼部分一端的形状相同；所述的阳模板能够覆盖阴模板的尾翼部分。
进一步的，所述的水凝胶预溶液为聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液、甲基丙烯酸酐化明胶水溶液中的一种，且其中含有1％的光引发剂。
进一步的，通过真空抽气或离心法去除聚二甲基氧烷阴模板内水凝胶预溶液中的空气。
进一步的，水凝胶预溶液的固化方式为紫外聚合。
步骤(3)中所述燃料物质为镁颗粒、锌颗粒或铂颗粒中的一种。
其中，燃料物质的负载体积为4.0×10-4立方厘米。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种仿火箭的微针微马达及其制备方法，该仿火箭微针微马达是以水凝胶为原材料，集成气泡生成化学反应为动力来源，通过分步模板复制法得到的。本发明的微针微马达具有微针的针尖形貌特征以及用来负载燃料的尾翼结构，具有自发运动的功能。
本发明提供的制备方法具有制备过程简单，重复性良好，成本低廉，便于大规模生产等优点，所制备的微针微马达具有自驱动的功能，可克服传统微针必须借助人为操作才可进入人体发挥作用的限制，为微针在生物医学领域，尤其是微针的体内应用，提供无限潜能。
附图说明
图1微针微马达阴模板示意图。
图2微针微马达阳模板示意图。
图3微针微马达的制备方法流程图。
图4本发明制备的微针微马达实物图。
图5本发明制备的微针的自发运动图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种新型仿火箭的微针微马达及其制备方法的实施例如下：
(1)针尖部分的制备：将含有1％光引发剂的聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液置于设计好的如图1 所示的聚二甲基氧烷阴模板中使其充满模板的圆锥针尖部分，通过抽真空去除预溶液中年多余的空气，紫外固化水凝胶预溶液，获得针尖部分。
(2)燃料负载腔的制备：将一定量将含有1％光引发剂的聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液置于含有针尖部分的阴模中，覆盖阴模板的尾翼部分，通过抽真空去除多余的空气，使用具有突起结构的阳模板覆盖，阳模板的突起结构与阴模板尾翼的中间部分的针尖末端形状相匹配，紫外固化水凝胶预溶液，剥去阳模板，获得燃料负载腔。
(3)燃料的负载：将镁颗粒与含有1％光引发剂的聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液混合，置于燃料负载腔，紫外固化混合溶液，完成燃料负载。
(4)微针微马达的获得：将制备好的整体剥离模板，获得具有火箭形貌的微针微马达。
实施例2
一种新型仿火箭的微针微马达及其制备方法的实施例如下：
(1)针尖部分的制备：将含有1％光引发剂的甲基丙烯酸酐化明胶水溶液置于设计好的聚二甲基氧烷阴模板中使其充满模板的圆锥针尖部分，通过离心去除预溶液中年多余的空气，紫外固化水凝胶预溶液，获得针尖部分。
(2)燃料负载腔的制备：将一定量将含有1％光引发剂的甲基丙烯酸酐化明胶水溶液置于含有针尖部分的阴模中，覆盖模板的尾翼部分，通过离心去除多余的空气，使用具有突起结构的阳模板覆盖，紫外固化水凝胶预溶液，剥去阳模板，获得燃料负载腔。
(3)燃料的负载：将镁颗粒与含有1％光引发剂的甲基丙烯酸酐化明胶水溶液混合，置于燃料负载腔，紫外固化混合溶液，完成燃料负载。
(4)微针微马达的获得：将制备好的整体剥离模板，获得具有火箭形貌的微针微马达。
图1给出了微针微马达的阴模板示意图，其可分为针尖和尾翼两个区块。
图2给出了微针微马达的阳模板示意图，其凸起部分与阴模对中。
图3给出了微针微马达的制备过程示意图。首先利用水凝胶预溶液覆盖阴模板的针尖部分，接着去除阴模内水凝胶预溶液中的空气，随后固化针尖部分。然后用水凝胶预溶液覆盖阴模的尾翼部分，在固化前用阳模板覆盖，固化后剥去阳模板获得负载腔。下一步用燃料和水凝胶预溶液的混合液填满负载腔然后固化。最后，通过脱模获得仿火箭的微针微马达。
图4给出了微针微马达的实物图，其具有仿火箭的形貌特征。
图5本发明制备的微针的自发运动图。
自发运动的功能：
应用例1
将实施例1制备得的微针微马达置于酸碱度为1的溶液中，记录其运动，得到图5。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种仿火箭微针微马达的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）针尖部分的制备：将一定量水凝胶预溶液置于具有圆锥形针尖部分和尾翼部分的阴模板中，使其充满阴模板的圆锥针尖部分；去除多余的空气，固化针尖部分的水凝胶预溶液，获得水凝胶针尖；
（2）燃料负载腔的制备：将一定量水凝胶预溶液置于步骤（1）获得水凝胶针尖的阴模板中，覆盖阴模板的尾翼部分；去除多余的空气，采用一具有突起结构的阳模板覆盖阴模板顶部，固化尾翼部分的水凝胶预溶液；剥去阳模板，获得水凝胶燃料负载腔；
（3）燃料的负载：将燃料物质与水凝胶预溶液混合，形成混合溶液，倒入步骤（2）获得水凝胶燃料负载腔的阴模板中，固化混合溶液，完成燃料的负载，得到燃料负载微针；
（4）微针微马达的获得：将制备好的燃料负载微针整体剥离阴模板，获得具有火箭形貌的微针微马达；
所述的阴模板具有圆锥形针尖部分和尾翼部分；所述的阳模板的突起结构嵌入阴模板尾翼中，其突起结构与圆锥形针尖部分靠近尾翼部分一端的形状相同；所述的阳模板能够覆盖阴模板的尾翼部分；
步骤（3）中所述燃料物质为镁颗粒、锌颗粒或铂颗粒中的一种。
2.根据权利要求1所述的仿火箭微针微马达的制备方法，其特征在于：所述的阴模板为聚二甲基氧烷阴模板。
3.根据权利要求1所述的仿火箭微针微马达的制备方法，其特征在于：所述的水凝胶预溶液为聚乙二醇二丙烯酸酯水溶液、甲基丙烯酸酐化明胶水溶液中的一种，且其中含有1%的光引发剂。
4.根据权利要求1所述的仿火箭微针微马达的制备方法，其特征在于：通过真空抽气或离心法去除聚二甲基氧烷阴模板内水凝胶预溶液中的空气。
5.根据权利要求1所述的仿火箭微针微马达的制备方法，其特征在于：水凝胶预溶液的固化方式为紫外聚合。
6.根据权利要求1所述的仿火箭微针微马达的制备方法，其特征在于：燃料物质的负载体积为4.0×10-4立方厘米。
7.权利要求1-6任一项所述方法制备的仿火箭微针微马达。
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