CN113736012B

CN113736012B - 一种新型抗污微针贴片及其制备方法、应用

Info

Publication number: CN113736012B
Application number: CN202110800390.0A
Authority: CN
Inventors: 王彦波; 傅玲琳; 李欢; 张德权; 倪皓洁; 冯洁斯
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2041-07-15
Also published as: CN113736012A

Abstract

本发明属于生物材料制备领域，具体涉及一种抗污微针贴片及其制备方法、应用。其中，本发明的抗污微针贴片为两性离子聚合物，由阳离子单体、阴离子单体及交联剂通过自由基溶液聚合而成。本发明的微针贴片具有优异的抗污性能，即能减少生物大分子，如蛋白质，在材料表面的非特异性吸附及积聚，还具有良好的生物相容性、功能性和适用性，不仅可有效解决目前用微针贴片提取的生物液中含有大量杂质的共性问题，还可通过在针尖或基底上负载不同的药物或抗菌物质，用于特异性经皮给药以及疾病治疗等方面，应用前景广阔。另外，作为抗污材料，在生物、环保、化学工业等领域具有良好的应用前景。

Description

一种新型抗污微针贴片及其制备方法、应用

技术领域

本发明属于生物材料制备领域，具体涉及一种抗污微针贴片及其制备方法、应用。

背景技术

生物材料在组织工程、体内药物运输、生物液提取等领域中应用时，存在着一个普遍的问题，即由于生物材料在与组织、皮肤或者生物液（例如血液、皮肤间质液、DNA提取液等）接触时会有非特异性的生物分子（例如蛋白质、核酸、多糖等）的吸附，影响材料性能。因此，研究抗污材料一直都是许多研究人员面临的重大任务和挑战。

在各界研究抗污材料的几十年内，除了最常见的聚乙二醇类（polyethyleneglycol，PEG）和磷酸胆碱类（phosphorylcholine，PC），近年来有研究人员发现两性离子聚合物具有优良的抗生物污染性能。两性离子聚合物是指聚合物网络中同时带阴、阳离子基团的水凝胶。当带电基团均匀排列时，阴、阳离子的超亲水性可以强烈结合水分子在材料表面形成高度致密的水合层，并通过离子溶剂化作用，产生排斥力，有效地抑制蛋白质的非特异性吸附以及细菌或细胞的非特异性粘附，是一类具有广泛应用前景的高分子材料。

微针贴片是一种具有微米级尺寸的针状突出物。根据目前国内外文献报道，微针贴片已成功运用于疫苗接种、糖尿病治疗以及皮肤疾病治疗等方面，并且近年来已有研究表明，利用微针贴片的溶胀能力已成功提取植物DNA用于植物病害快速检测中。然而，现有的微针贴片均存在非特异性分子的吸附问题，限制了微针贴片的应用。故研究具有抗污特性的微针贴片是扩大其应用范围的重要方向。

因此，有必要研制一种具有抗污性能的微针贴片，以克服微针贴片在生物、医用等领域实际应用中的不足。

发明内容

基于现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种抗污微针贴片及其制备方法、应用，具体以两性离子材料为基础，在交联剂的作用下通过自由基溶液聚合，并进行升温交联后干燥得到微针贴片。微针贴片具有良好的抗生物污染性能和力学性能，将具有抗污特性的两性离子聚合物结合具有快速提取能力的微针贴片，可用于选择性的快速提取特异性生物分子等。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种抗污微针贴片，所述微针贴片为两性离子聚合物，由阳离子单体、阴离子单体及交联剂通过自由基溶液聚合而成。

作为优选方案，所述阳离子单体选自[2-(甲基丙烯酰氯氧基)乙基]-三甲基氯化铵、甲基丙烯酸2-氨基乙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种。

作为优选方案，所述阴离子单体选自β-(丙烯酰氧)丙酸、2-丙烯酸羧乙酯、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐中的一种或多种。

作为优选方案，所述交联剂为三乙二醇二甲基丙烯酸酯。

本发明还提供如上任一项方案所述的抗污微针贴片的制备方法，包括以下步骤：

（1）将阳离子单体和阴离子单体溶解于组合溶剂中，然后加入交联剂，并在引发剂的作用下进行自由基溶液聚合得到两性离子针体制作液；

（2）通过离心将两性离子针体制作液填充至微针模板的针尖腔室中，离心结束后，补充适量的两性离子针体制作液使得其充满整个微针模板；

（3）将步骤（2）的微针模板置于40～70℃下进行交联，交联完成之后取出冷却、干燥、脱模，得到抗污微针贴片。

其中，通过离心达到除去气泡并使针体制作液完全填充微针模板的针尖腔室的目的。

作为优选方案，所述组合溶剂为乙二醇、乙醇和氢氧化钠溶液的混合，组合溶剂中的乙二醇、乙醇和氢氧化钠溶液的体积比为3：2：3，氢氧化钠溶液的浓度为3M。

作为优选方案，所述引发剂包括过硫酸铵溶液和焦亚硫酸钠溶液。

作为优选方案，所述过硫酸铵溶液的质量分数为40 %(w/w)，所述焦亚硫酸钠溶液的质量分数为15 %(w/w)。

作为优选方案，所述阳离子单体、阴离子单体、交联剂的摩尔比为1：1：0.076～0.304。

本发明还提供如上任一方案所述的抗污微针贴片或者如上任一方案所述的制备方法制得的抗污微针贴片的应用，所述抗污微针贴片的针尖或基底用于负载药物。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的微针贴片以两性离子聚合物为基础，不仅拥有两性离子的优点，具有优异的防止蛋白质附着的防污性能，且稳定性高，不易降解。

作为防污材料，在生物、环保、化学工业等领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1的微针贴片的俯视照片；

图2是本发明实施例1的微针贴片的侧视照片；

图3是本发明实施例1的微针贴片与对比例1的聚乙烯醇微针贴片的防污性能荧光图以及绿光通道强度图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：

本实施例的抗污微针贴片的制备方法，包括以下步骤：

（1）将带正电荷的[2-(甲基丙烯酰氯氧基)乙基]-三甲基氯化铵(TM)单体、带负电荷的β-(丙烯酰氧)丙酸(CAA)单体和三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)交联剂混合，并在引发剂的作用下通过自由基溶液聚合得到两性离子针体制作液；

其中，TM单体与CAA单体的摩尔比为1：1。

首先，将1.0 mmol的TM单体和1.0 mmol的CAA单体混合并溶解在500 μL的组合溶剂中，组合溶剂由乙二醇、乙醇和氢氧化钠溶液混合而成，三者的体积比为3：2：3，其中，氢氧化钠溶液的浓度为3 M；

然后，将0.152 mmol的TEGDMA交联剂加入到上述溶液中；

最后，在引发剂的作用下进行自由基溶液聚合得到两性离子针体制作液。其中，通过在混合溶液中加入8 μL 40 %(w/w)过硫酸铵焦溶液（APS）和8 μL 15 % (w/w)亚硫酸钠溶液（SMS）进行聚合反应。

本实施例的TM单体的化学式为：

本实施例的CAA单体的化学式为：

本实施例的TEGDMA交联剂的化学式为：

（2）利用具有微孔结构的高分子模板（即微针模板），通过离心法，达到除去气泡并使两性离子针体制作液完全填充微针针尖腔室。

具体地，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）微针模板放入盛有超纯水的烧杯中煮沸清洗时间为5 min，后将其放入75%的乙醇溶液中并用超声波清洗机清洗时间为5 min；离心法具体指微针模板放置于装有配套离心柱子的离心管中，并添加两性离子针体制作液，并用封口膜封住微针模板，防止两性离子针体制作液甩出，在1500 rpm的转速下离心20 min；离心完毕后，往微针模板中适当补充两性离子针体制作液。

（3）将带有两性离子针体制作液的微针模板放入鼓风干燥箱中升温进行交联，升温交联的温度为60℃、时间为1 h，后取出于室温冷却1 h；随后将其放入真空干燥箱中，真空度为0.02 MPa、温度为30℃，待其完全干燥后，从模板上小心剥离，即得到抗污微针贴片。

如图1和2所示，本实施例的抗污微针贴片包括基底和阵列式分布于基底之上的针尖。

另外，本实施例的抗污微针贴片的针尖或基底可负载不同的药物或抗菌物质，用于特异性经皮给药以及疾病治疗等方面，应用前景广阔。

对比例1：

本对比例的微针贴片的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚乙烯醇（PVA）按15 wt%的质量比添加至95℃的超纯水中，用磁力搅拌器在95℃、1000 rpm的条件下进行搅拌，直到PVA完全溶解于水中，静置数小时即可得到澄清透明，具有流动性的针体制作液。

（2）将聚二甲基硅氧烷（PDMS）微针模板放入盛有超纯水的烧杯中煮沸清洗5 min，然后将其放入75 %的乙醇溶液中并用超声波清洗机清洗5 min，将得到的针体制作液涂覆于清洗干净且干燥的PDMS微针模板中，并刮除PDMS微针模板表面多余的微针制作液以及气泡。

（3）将装有微针制作液的PDMS微针模板放入自制的正压针筒装置内按压处理，以去除微针制作液中的小气泡，然后放入真空干燥箱中真空处理，真空条件为0.02 MPa，真空干燥的温度为30℃，真空时间为30 min，达到去除剩余气泡并使微针制作液完全填满微针腔室，最后将真空完成的微针模板放入鼓风干燥箱中恒温干燥，恒温干燥温度为40℃，时间为8 h；待干燥完全后，用镊子将微针贴片充微针模板中剥离，即得到对比例1的聚乙烯醇微针贴片。

将实施例1的微针贴片与对比例1的聚乙烯醇微针贴片的抗污性能进行对比，具体如下：

将牛血清白蛋白（BSA）结合异硫氰酸荧光素（FITC），若微针贴片具有抗污能力，则微针贴片在紫外光照射下显示绿色荧光程度低，反之，则无。

具体测试过程如下：

（a）配备25 mM pH=9.8的碳酸钠缓冲液15 mL：碳酸钠0.03975 g，水定容至15 mL；

称取0.2 mg FITC溶于200 μL DMSO（二甲亚砜）中，配置成1 mg/mL的溶液；

称取20 mg BSA溶于10 mL碳酸钠缓冲液，加入150 μL FITC溶液，常温避光搅拌4h。

（b）超滤，直至滤液成无色透明，往超滤管中分次加4 mL PBS，以制得BSA-FITC溶液，并转移至培养皿中；

（c）分别用对比例1的聚乙烯醇微针贴片和实施例1的微针贴片自下而上浸入培养皿中的BSA-FITC溶液中，提取；

（4）用200 μL PBS冲洗微针贴片以除去多余的BSA-FITC，并用滤纸吸干多余溶液；

（5）将冲洗后的微针贴片置于紫外光下，观察荧光发光程度。其中，发光程度越低，说明抗污效果越好。

如图3所示，左侧的1号微针贴片为对比例1的聚乙烯醇微针贴片，右侧的2号微针贴片为实施例1的微针贴片，再结合绿光通道强度图，峰越靠右说明荧光越强，非特异性吸附的BSA-FITC越多，抗污性越差；故实施例1的微针贴片具有优异的抗污能力，即能减少生物大分子（如蛋白质）在材料表面的非特异性吸附及积聚，还具有良好的生物相容性、功能性和适用性，不仅可有效解决目前用微针贴片提取的生物液中含有大量杂质的共性问题，还可通过在针尖或基底上负载不同的药物或抗菌物质，用于特异性经皮给药以及疾病治疗等方面，应用前景广阔。

实施例2：

本实施例的抗污微针贴片与实施例1的不同之处在于：

TEGDMA交联剂的摩尔浓度为0.076 mmol；

其他步骤同实施例1。

实施例3：

本实施例的抗污微针贴片与实施例1的不同之处在于：

TEGDMA交联剂的摩尔浓度为0.304 mmol；

其他步骤同实施例1。

在上述实施例及其替代方案中，阳离子单体还可以选自[2-(甲基丙烯酰氯氧基)乙基]-三甲基氯化铵、甲基丙烯酸2-氨基乙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种。

在上述实施例及其替代方案中，阴离子单体选自β-(丙烯酰氧)丙酸、2-丙烯酸羧乙酯、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐中的一种或多种。

在上述实施例及其替代方案中，TEGDMA交联剂的摩尔浓度还可以在0.076～0.304mmol的范围内根据实际应用需求进行选取。

在上述实施例及其替代方案中，离心速度还可以在1500～3000 rpm范围内任意选取；离心时间还可以在15～30 min的范围内任意选取；交联温度还可以在40～70℃的范围内任意选取；恒温干燥的温度还可以在40～60℃的范围内任意选取；冷却时间还可以在1 h以上任意选取；真空干燥的压强还可以在0.02 MPa以上任意选取；真空温度还可以在30～60℃的范围内任意选取。

在上述实施例及其替代方案中，微针模板的前处理过程中，超纯水温度还可以在90～100℃的范围内任意选取；超纯水中煮沸清洗时间还可以在5～30 min的范围内任意选取；超声波清洗时间还可以在5～30 min内任意选取。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种抗污微针贴片，其特征在于，所述微针贴片为两性离子聚合物，由阳离子单体、阴离子单体及交联剂通过自由基溶液聚合而成；所述阳离子单体选自[2-(甲基丙烯酰氯氧基)乙基]-三甲基氯化铵、甲基丙烯酸2-氨基乙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的一种或多种；所述阴离子单体选自β-(丙烯酰氧)丙酸、2-丙烯酸羧乙酯、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐中的一种或多种；

所述交联剂为三乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述阳离子单体、阴离子单体、交联剂的摩尔比为1：1：0.076～0.304。

2.如权利要求1所述的抗污微针贴片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述组合溶剂为乙二醇、乙醇和氢氧化钠溶液的混合，组合溶剂中的乙二醇、乙醇和氢氧化钠溶液的体积比为3：2：3，氢氧化钠溶液的浓度为3M。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵溶液和焦亚硫酸钠溶液。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述过硫酸铵溶液的质量分数为40 %(w/w)，所述焦亚硫酸钠溶液的质量分数为15 %(w/w)。

6.如权利要求1所述的抗污微针贴片或者如权利要求2-5任一项所述的制备方法制得的抗污微针贴片的应用，其特征在于，所述抗污微针贴片的针尖或基底用于负载药物。