CN112618945B - 中空封闭型微针及其制备方法和包括该微针的操作装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种中空封闭型微针，所述中空封闭型微针包括以下部件：微针主体，内部成型有用于容纳药物的腔体；所述微针主体的前端呈尖端状；所述微针主体的外径在由前端向尾端方向上先逐渐增大，再逐渐减小；在所述微针主体的外表面上设置有倒刺结构，所述倒刺结构由所述微针主体的外表面向后方延伸，在延伸方向上逐渐向外侧倾斜；所述微针主体设置有可拆卸部，所述可拆卸部对所述腔体形成封堵。本发明所述的中空封闭型微针，可以透皮运输液体药物；采用可降解镁合金材料，可以在皮肤内降解；同时设置有倒刺结构，可以提高微针的皮肤粘附力。

Description

中空封闭型微针及其制备方法和包括该微针的操作装置
技术领域
本发明属于经皮给药微针技术和微纳制造工艺技术领域，特别涉及中空封闭型微针及其制备方法和包括该微针的操作装置。
背景技术
微针，是指最大长度小于1mm的微型针样结构。它可以用来向皮肤或透过皮肤向身体传输药物，由于尺寸较小，微针能够以非侵入性且无痛的方式刺穿皮肤。此外，微针可以连同微型感受器、微型泵整合为芯片大小的实验系统，用于检测如糖尿病类疾病。更重要的是，通过皮肤向身体传输药物这种途径可以避免肝脏和肠胃对药物的代谢作用，药物在血液中的浓度及效果也会更加稳定。许多研究指出与肌肉注射相比，微针注射疫苗能够提高免疫反应与记忆效应。此外，有研究表明微针可以使用更少的疫苗剂量（普通用量的10-20%）即可达到普通皮下或肌肉注射的同等效果。微针可以提高疫苗的接种率和人们的接受程度，并且可以较少疫苗的用量。
现有的微针四种给药方式中，戳孔贯通（poke and flow）及戳穿后贴附（poke andpatch）一般用于传输液体药物，而可溶性微针（poke and release）以及包衣后戳孔（coatand poke）的方式则用于传输固体药物。可溶性微针及包衣后戳孔这两种方式可以达到精准剂量药物的传输，且不需要贴片或泵来储存和泵出药物，但是这两种方式所能向身体传输的药物有限，且微针的强度与可穿透性受到限制。此外，液体药物需要通过添加稳定剂等方式进行固化才可以固定在微针上，但由于固化可能破坏药物的有效成分，因而其仍需要进一步的验证。此外，这两种方式往往需要在身上固定一段时间使药物充分被身体吸收，因而不够便利。相比之下，戳穿后贴附（poke and patch）的方式可以传输液体药物且相对简单，但是它会造成药物比较大的浪费，且其传输药物的剂量不够准确。此外，戳穿后贴附的给药方式分穿透皮肤、给药两步方可完成药物传输，操作起来不够方便快捷，容易造成药物污染。而这些给药方式中，戳孔贯通（poke and flow）的方式可以传输液体物质，且可以控制药物的流速以及药物的容量，且传输药物更高效准确，因而可以更好地衔接已经研制好的液体药物及疫苗，更具实用价值，但它存在堵塞的风险且装置较为复杂。
发明内容
本申请解决的是现有技术中的微针装置结构复杂且易堵塞的技术问题，进而提供一种结构简单、易操作、堵塞风险低的中空封闭型微针，本发明同时还 提供了该微针的制备方法及包括该微针的操作装置。
本申请解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种中空封闭型微针，由可降解材料制成；所述中空封闭型微针包括以下部件：微针主体，内部成型有用于容纳药物的腔体；所述微针主体的前端呈尖端状；所述微针主体的外径在由前端向尾端方向上先逐渐增大，再逐渐减小；在所述微针主体的外表面上设置有倒刺结构，所述倒刺结构由所述微针主体的外表面向后方延伸，在延伸方向上逐渐向外侧倾斜；所述微针主体设置有可拆卸部，所述可拆卸部对所述腔体形成封堵。
所述微针主体包括前端部和后部，所述前端部的前端呈尖端状，所述后部以可拆卸的方式安装在所述前端部的后端面上，在所述前端部和/或后部上设置有所述腔体。
所述前端部呈圆锥形，所述后部的直径先逐渐增大，再逐渐减小。
所述前端部的内部设置有第一腔体，所述后端部的内部成型有第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体相连通。
所述膨胀部的直径为300-500μm。
所述倒刺结构沿所述封闭主体结构的圆周方向均匀设置，所述倒刺结构共设置有3-5个。
所述可降解材料为可降解镁合金材料。
一种中空封闭微针操作装置，包括所述的中空封闭型微针，和操作杆，所述操作杆的一端成型有安装槽，所述安装槽的槽体形状与所述封闭主体结构的尾端形状相吻合，在所述操作杆的另一端设置有抽气装置，所述抽气装置通过 抽气管道与所述安装槽相连通。
所述的中空封闭型微针的制备方法，包括以下步骤：（1）分别制作具有所述中空封闭型微针的各个部件的外轮廓的模具；（2）利用喷射沉积技术，将熔化后的可降解镁合金材料用高压惰性气体雾化后，运用电子束蒸发器将镁合金的雾化液滴喷射到所述模具上，制备得到所述中空封闭型微针的各个部件；（3）通过激光雕刻技术，对步骤（2）中得到的各个部件的内外表面进行修饰。
步骤（1）中所述模具的制作方法为：a. 通过钛：蓝宝石激光紫外光固化聚合物，对固化后的聚合物进行激光直写，得到具有所述中空封闭型微针的外轮廓的模型；b. 用乙醇处理所述模型，并在紫外灯下进行后处理使材料完全聚合；c. 使用扫描电子显微镜溅射覆膜机在模型的表面施加金涂层；d. 将PDMS聚二甲基硅氧烷加入聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的容器中，固化后形成一个容器，在所述容器中放入所述模型，接着导入未固化的PDMS聚二甲基硅氧烷，使其覆盖所述模型，待固化后将所述模型取出，完成所述模具的制作。
本发明所述的中空封闭型微针的优点在于：
本发明所述的中空封闭型微针，可以透皮运输液体药物；采用可降解镁合金材料，可以在皮肤内降解；同时设置有倒刺结构，可以提高微针的皮肤粘附力。本发明所述的中空封闭型微针，可以透皮运输液体药物，从而无需将液体药物固化，因此无需进行稳定以及固化后有效成分的验证，从而能够与目前市场中的疫苗相结合，实现疫苗的推广使用；本发明采用可降解材料，且优选采用可降解镁合金材料，可以在皮肤内降解，从而较好地解决了微针材料回收问题；同时设置有倒刺结构，可以提高微针的皮肤粘附力，且中部膨大的设计不仅可以额提高皮肤粘附力，而且可以增加药液储量。
本发明所述的中空封闭型微针的制备方法，包括以下步骤：（1）分别制作具有所述中空封闭型微针的各个部件的外轮廓的模具；（2）利用喷射沉积技术，将熔化后的可降解镁合金材料用高压惰性气体雾化后，运用电子束蒸发器将镁 合金的雾化液滴喷射到所述模具上，制备得到所述中空封闭型微针的各个部件；（3）通过激光雕刻技术，对步骤（2）中得到的各个部件的内外表面进行修饰。 本发明所述的空封闭型微针的制备方法，适用于制备镁合金材料的微针，所述方法制备出的微针结构相比于现有的其它工艺更加精确。镁合金作为一种生物相容性良好的材料，其降解速度较快，可以在皮肤中更快降解，达到药物的快速释放。
为使本发明所述的中空封闭型微针及其制备方法和包括该微针的操作装置的技术方案更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步说明。
附图说明
如图1为本发明所述的中空封闭型微针的结构示意图；
如图2所示为本发明所述的中空封闭型微针的后部的结构示意图；
如图3所示为本发明所述的中空封闭型微针的后部的沿轴向方向的剖视图；
如图4所示为本发明所述的中空封闭型微针的前端部的结构示意图；
如图5为本发明所述的中空封闭微针操作装置的结构示意图；
其中，附图标记为：1-前端部；2-后部；21-扩大部；22-膨胀部；23-收缩部；24-倒刺结构；25-环形凸起；3-操作杆。
具体实施方式
本实施方式中涉及方向上的“前”、“后”是相对于所述中空封闭型微针的工作过程而言的，所述微针在植入皮下时，所述微针的尖端先进入，此先进入的一端为前端，反之为后端。
本实施例提供了一种中空封闭型微针，如图1所示，包括一种中空封闭型微针，本实施例所述的中空封闭型微针由可降解材料制成，所述可降解材料为可降解镁合金材料。
本实施例所述中空封闭型微针具体包括以下部件：
微针主体，内部成型有用于容纳药物的腔体；所述微针主体的前端呈尖端状；所述微针主体的外径在由前端向尾端方向上先逐渐增大，再逐渐减小；在所述微针主体的外表面上设置有倒刺结构24，所述倒刺结构24由所述微针主体的外表面向后方延伸，在延伸方向上逐渐向外侧倾斜。
本实施例中所述微针主体包括前端部1和后部2，如图2和3、4所示，所述前端部1的前端呈尖端状，所述后部2以可拆卸的方式安装在所述前端部1的后端面上，所述前端部1呈圆锥形，所述前端部1的内部设置有第一腔体，为一个中空的圆锥形帽体，所述圆锥形帽体的尾部端面敞口设置。本实施方式中所述前端部1的圆锥形顶角的角度为30-40°。
所述后部2垂直于轴向的截面呈圆形，直径则先逐渐增大，再逐渐减小。本实施方式中所述后部2由从前向后依次排列的扩大部21、膨胀部22和收缩部23组成。其中所述扩大部21的直径逐渐增大，其沿轴向的截面呈梯形。位于中间的所述膨胀部22的直径先逐渐增大，再逐渐减小，本实施例中所述膨胀部22的外径为300-500μm，所述收缩部23的直径逐渐增小，其沿轴向的截面同样呈与扩大部21方向相反的梯形。所述后部2的内部成型有第二腔体，所述后部2的前端面即所述扩大部21的前端面敞口设置，所述第二腔体由所述扩大部21的前端面延伸至所述收缩部23内部。所述第二腔体的横截面同样呈圆形，所述第二腔体的侧壁壁厚为15-60μm。所述前端部1安装在所述后部2的前端面上，此时，所述第一腔体和所述第二腔体相连通。为了便于安装，本实施例在所述圆锥形帽体的内壁面上即第一腔体的内壁面上设置有环形凹槽，相应地，在所述后部2的外壁面上设置有环形凸起25，安装时所述环形凸起25嵌入所述环形凹槽内，形成稳定连接。当把所述前端部1安装在所述后部2上时，所述微针沿轴向方向上的整体长度为1000-1200μm。所述前端部1与所述后部2沿轴向方向上的长度之比为1:3。作为可选择的实施方式，所述前端部1与所述后部2沿轴向方向上的长度之比适宜为1:（3-4）。本实施例中，所述倒刺结构24沿所述后部2的圆周方向均匀设置，所述倒刺结构24共设置有3-5个。
本实施方式中，所述前端部1和所述后部2可拆卸分离，所述后部2上设置有第二腔体，可用于容纳药物。当所述前端部1和所述后部2组装在一起时，对所述第二腔体形成封堵。当将所述圆锥形帽体和所述后部2拆卸后，所述第二腔体形成开口，可向所述第二腔体中放入药物。作为可选择的实施方式，也可采用其他的设置方式，比如可将本实施例中所述前端部1和所述后部2一体设置，作为微针主体。在所述微针主体内设置用于容纳药物的腔体，并在腔体对应的侧壁上设置注射孔。与所述注射孔可配套设置封堵头，所述封堵头作为可拆卸部，可从所述注射孔上拆卸下来，当所述封堵头拆卸下来时，可向所述腔体内注入药物，将所述封堵头安装在所述注射孔上时，可对所述腔体形成封堵。
本实施例还提供了一种中空封闭微针操作装置，如图5所示，所述操作装置包括所述的中空封闭型微针和操作杆3，所述操作杆3的一端成型有安装槽，所述安装槽的槽体形状与所述封闭主体结构的尾端形状相吻合，在所述操作杆3的另一端设置有抽气装置，所述抽气装置通过抽气管道与所述安装槽相连通。本实施方式中所述抽气装置为弹性橡胶球体。
本实施方式中所述的中空封闭型微针的制备方法，包括以下步骤：（1）分别制作具有所述中空封闭型微针的前端部1和后部2的外轮廓的模具；所述模具的制备方法具体包括：a. 在Solidworks中将设计好的前端部1/后部2填补为实心结构，随后导出其STL文件。根据此文件，通过钛：蓝宝石激光对2a级具有生物相容性的紫外光固化聚合物Eshell 300进行激光直写，从而分别得到内轮廓和前端部1/后部2的外轮廓相符的模型；进行激光直写的具体参数为：波长为800nm，频率为76Hz，速度为100μm/s，功率为370mW，b.用乙醇处理所述前端部/后部模型，并在紫外灯下进行后处理使材料完全聚合；c.使用扫描电子显微镜溅射覆膜机，以0.1nm/s的沉积速率为模型的表面施加100nm的金涂层；d.将Sylgard 184PDMS聚二甲基硅氧烷加入PMMA聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的容器中，在100℃下固化1小时，形成一个容器，接着在此PDMS容器中放入所述前端部/后部模型，接着导入未固化的PDMS聚二甲基硅氧烷，使其覆盖微针，并在80℃的真空环境下固化1小时，形成制作微针的模具。
（2）利用喷射沉积技术，将熔化后的可降解镁合金材料用高压惰性气体雾化后，运用电子束蒸发器将镁合金的雾化液滴分别喷射到所述前端部1和所述后部2对应的模具上，控制其沉积厚度为15-60μm，制备得到所述中空封闭型微针的前端部1和后部2；其中所述高压惰性气体为氮气。
（3）通过激光雕刻技术，对步骤（2）中得到的所述前端部1和所述后部2的内外表面进行修饰，具体为雕刻出微针圆锥形帽子内壁的环形凹槽以及后部2外表面的环形凸起25，并且对构建出的整体微针结构进行修饰，将其与solidworks设计图不符的地方除去。
使用所述操作杆3对本实施方式中所述中空封闭型微针进行操作的方法为：
挤压所述弹性橡胶球体排气，将所述中空封闭型微针的尾部插入所述操作杆3的安装槽中，松开所述弹性橡胶球体进行抽气，将所述中空封闭型微针临时固定在安装槽内，使用操作杆3进行操作，将所述中空封闭型微针植入皮下完成中空封闭型微针的植入操作。
本实施例中所述中空封闭型微针采用上述方法制备得到，具有精确度高的优点。作为可选择的实施方式，所述中空封闭型微针也可采用其他工艺制备得到，如通过3D工艺制备得到。采用3D工艺制备本申请中所述中空封闭型微针的方法为：基于FFF熔丝制造技术，采用高分辨率（10μm、20μm）的3D打印机，可以制备出材料为聚乳酸的微针。使用solidworks软件对微针前端部1和后部2分别建模，随后导出STL文件，将此文件导入3D打印机并设置好参数后，即可打印出聚乳酸材料制成的微针前部和后部2。在微针载药后，将前部和后部2组装，最终完成微针的制备。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (5)

1.一种中空封闭型微针，其特征在于，由可降解材料制成；所述中空封闭型微针包括以下部件：
微针主体，所述微针主体的外径在由前端向尾端方向上先逐渐增大，再逐渐减小；所述微针主体包括前端部和后部，所述前端部的前端呈尖端状，所述后部以可拆卸的方式安装在所述前端部的后端面上，所述前端部呈圆锥形，所述前端部的内部设置有第一腔体，所述前端部的圆锥形顶角的角度为30-40°；所述后部由从前向后依次排列的扩大部、膨胀部和收缩部组成，所述膨胀部的直径先逐渐增大，再逐渐减小，所述膨胀部的外径为300-500μm；所述后部上设置有容纳药物的第二腔体，所述前端部和所述后部组装在一起时，对所述第二腔体形成封堵；所述前端部与所述后部沿轴向方向上的长度之比为1:3；所述微针沿轴向方向上的整体长度为1000-1200μm；
在所述微针主体的外表面上设置有倒刺结构，所述倒刺结构由所述微针主体的外表面向后方延伸，在延伸方向上逐渐向外侧倾斜；所述倒刺结构沿所述后部的圆周方向均匀设置，所述倒刺结构共设置有3-5个。
2.根据权利要求1所述的中空封闭型微针，其特征在于，所述可降解材料为可降解镁合金材料。
3.一种中空封闭微针操作装置，其特征在于，包括权利要求1或2任一所述的中空封闭型微针，和操作杆，所述操作杆的一端成型有安装槽，所述安装槽的槽体形状与所述封闭主体结构的尾端形状相吻合，在所述操作杆的另一端设置有抽气装置，所述抽气装置通过抽气管道与所述安装槽相连通。
4.根据权利要求2所述的中空封闭型微针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分别制作具有所述中空封闭型微针的各个部件的外轮廓的模具；
（2）利用喷射沉积技术，将熔化后的可降解镁合金材料用高压惰性气体雾化后，运用电子束蒸发器将镁合金的雾化液滴喷射到所述模具上，制备得到所述中空封闭型微针的各个部件；
（3）通过激光雕刻技术，对步骤（2）中得到的各个部件的内外表面进行修饰。
5.根据权利要求4所述的中空封闭型微针的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述模具的制作方法为：
a.通过钛：蓝宝石激光对紫外光固化聚合物进行激光直写，得到具有所述中空封闭型微针的外轮廓的模型；
b.用乙醇处理所述模型，并在紫外灯下进行后处理使材料完全聚合；
c.使用扫描电子显微镜溅射覆膜机在模型的表面施加金涂层；
d.将PDMS聚二甲基硅氧烷加入聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的容器中，固化后形成一个新的容器，在所述新的容器中放入所述模型，接着导入未固化的PDMS聚二甲基硅氧烷，使其覆盖所述模型，待固化后将所述模型取出，完成所述模具的制作。
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