CN114224333B - 微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统，所述微针贴片包括基质、贴片以及微针针尖；所述基质由聚乙烯醇、亲水性聚合物溶液以及交联剂配制而成；所述微针针尖与贴片是一体成型，由所述基质浇铸到微针模具干燥脱模中制备得到；所述交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的一种；所述微型血糖浓度检测系统，包括微针贴片以及检测仪，所述微型血糖浓度检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到血糖值。本申请公开的微针贴片的制备方法简单，易于操作，侵袭性小，可以在较短的时间内对皮肤间质液进行提取并对其进行回收及检测。

Description

微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统
技术领域
本申请涉及生物医学检测技术领域，尤其涉及一种微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统。
背景技术
微针贴片是由一系列微米级的针组成的，具有无痛、无感染风险以及易于使用的优势。近年来，微针技术是最具创新性的方法之一，目前正被广泛研究用于药物、生物治疗剂以及疫苗的经皮给药。最近，也有研究报道微针贴片可用来采集皮肤间质液，这些微针贴片大多是由硅、玻璃或者金属制成的，可分为空心微针贴片和实心微针贴片。微针贴片采集皮肤间质液的机制是微针贴片可在皮肤上产生一系列小孔，形成微通道，通过毛细管力或负压来采集皮肤间质液，是一种极具潜力的采样方式。然而，现有的这些微针贴片仍存在一些挑战。首先，提取皮肤间质液的量是无法保证的，这就限制了检测的准确性。其次，由硅或玻璃制成的微针贴片具有一定的脆性，可能会在皮肤中断裂，具有潜在的感染风险，限制了其应用。
水凝胶具有三维结构的高分子网络，生物相容性好，在药物递送和组织工程等领域得到了广泛应用。水凝胶是一种新型的微针材料，具有交联结构，是一种可吸收水分的高分子材料。水凝胶微针贴片具有大量的空隙以及亲水性基团，其在干燥的状态下为玻璃态，当插入皮肤后，吸收皮肤间质液溶胀，从而对皮肤间质液进行提取。
目前现有的水凝胶微针贴片的取样技术存在机械强度不足，溶胀性不足等问题，这就导致水凝胶微针贴片不能成功扎入皮肤，不能提取足够的量以进行精准检测。
发明内容
本申请提供了一种微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统，以解决目前微针贴片取样技术存在机械强度不足以及取样量不足的问题。
一方面，本申请提供一种微针贴片，所述微针贴片包括基质、贴片以及微针针尖；所述基质由聚乙烯醇、亲水性聚合物溶液以及交联剂配制而成；所述微针针尖与贴片是一体成型，由所述基质浇铸到微针模具干燥脱模中制备得到；所述交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的一种。
可选的，所述微针贴片的针尖在65～80℃溶解在缓冲液中，释放出提取的目标生物标志物。
可选的，所述的微针模具的针长为400～1400μm，底面直径为250～400μm。
可选的，所述交联剂的用量为0.05wt％；所述的缓冲液为去离子水、生理盐水和酸碱缓冲液。
可选的，所述微针贴片的制备方法包括：
将聚乙烯醇加热至熔融状态，与亲水性聚合物溶液按质量比为1:(0.15～1)混合，得到混合溶液；
向混合溶液中加入交联剂，得到混合物；其中，交联剂的用量为混合溶液的0.05wt％；
将混合物浇铸到微针模具，干燥脱模即制得微针贴片。
可选的，所述聚乙烯醇的分子量为27000～98000，质量浓度为7％～30％；所述亲水性聚合物为透明质酸、葡聚糖、壳聚糖、海藻酸钠、聚赖氨酸、麦芽糖、淀粉、多肽等聚合物中的一种或几种。
第二方面，本申请提供一种微型血糖浓度检测系统，包括上述的微针贴片以及检测仪，所述微型血糖浓度检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到血糖值。
可选的，所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述检测仪用于检测目标生物标志物得到血糖值，其中所述生物标志物包括葡萄糖。
第三方面，本申请提供一种生物标志物检测系统，包括上述的微针贴片以及试剂盒，所述生物标志物检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到检测值。
可选的，所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述试剂盒用于检测目标生物标志物得到检测值，其中所述生物标志物包括葡萄糖、电解质、尿酸、乳酸、蛋白质以及抗原。
本申请公开微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统，所述微针贴片包括基质、贴片以及微针针尖；所述基质由聚乙烯醇、亲水性聚合物溶液以及交联剂配制而成；所述微针针尖与贴片是一体成型，由所述基质浇铸到微针模具干燥脱模中制备得到；所述交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的一种；所述微型血糖浓度检测系统，包括微针贴片以及检测仪，所述微型血糖浓度检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到血糖值。本申请公开的微针贴片的制备方法简单，易于操作，侵袭性小，可以在较短的时间内对皮肤间质液进行提取并对其进行回收及检测。
与现有的技术相比，本发明具有以下优势：
本发明将聚乙烯醇和亲水性溶液以一定的比例进行混合，加入少许交联剂进行交联，制得微针贴片。高分子溶液可以改善聚乙烯醇的溶胀性，使其可以在较短的时间内提取皮肤间质液。同时，加入少许交联剂可以提高微针贴片的机械强度，使其具有足够的机械强度扎入皮肤。由于本发明采用的聚乙烯醇具有可逆交联特性，当加热至一定温度时，微针贴片的针尖可以溶解，从而解聚交联点，释放出目标生物标志物。该制备方法易于操作，侵袭性小，可以对皮肤间质液进行有效提取及高效回收。本申请制备得到的微针贴片具有较好的溶胀性，聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的溶胀性进行了表征，溶胀性可达到450％。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的微针模具的照片；
图2为本发明制得的微针贴片的照片；
图3为微针贴片扎入大鼠皮肤留下的微孔图片；
图4为聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的溶胀性表征图；
图5为采用本发明一种实施例制得的微针贴片采集模拟皮肤中的目标生物标志物罗丹明B的回收率曲线；
图6为采用本发明另一种实施例制得的微针贴片采集模拟皮肤中的目标生物标志物罗丹明B的回收率曲线；
图7为采用本发明实施例制得的微针贴片采集模拟皮肤中的葡萄糖的浓度曲线。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
一方面，本申请提供一种微针贴片，所述微针贴片包括基质、贴片以及微针针尖；所述基质由聚乙烯醇、亲水性聚合物溶液以及交联剂配制而成；所述微针针尖与贴片是一体成型，由所述基质浇铸到微针模具干燥脱模中制备得到；所述交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的一种。
微针模具的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，制备微针贴片的材料为聚乙烯醇和亲水性聚合物溶液的结合，将聚乙烯醇和亲水性聚合物溶液进行混合，加入交联剂，得到混合溶液；将混合溶液浇铸到微针模具，干燥脱模即可制得微针贴片。
本申请制备得到的微针贴片是水凝胶贴片。水凝胶是亲水性聚合物链的网络，有时也叫做胶体凝胶，其中水是分散介质。三维软体是由于亲水性聚合物链通过交联而保持在一起。由于固有的交联，水凝胶网络的结构完整性不会因高浓度的水而溶解。水凝胶也具有高吸收性(它们可以包含90％以上的水)天然或合成聚合物网络，可以使用在生物医药领域。
进一步地，所述微针贴片的针尖在65～80℃溶解在缓冲液中，释放出提取的目标生物标志物。
进一步地，所述的微针模具的针长为400～1400μm，底面直径为250～400μm。
进一步地，所述交联剂的用量为0.05wt％；所述的缓冲液为去离子水、生理盐水和酸碱缓冲液。
交联剂是小分子化合物，分子量约为200～600分子中通常含有双功能基团；或是分子内含有一个或多个不饱和键。在实际应用中对所选用的交联剂具有如下要求：
1)含有双功能集团的交联剂能与胶黏剂进行反应而形成交联的结构；
2)所使用的交联剂在制备过程效率高；
3)交联剂在交联过程中速度适宜；
4)选用多种交联剂混合使用效果更好；
5)交联剂的化学性质稳定，易储存，无毒，无污染。
本申请制备的水凝胶贴片是多种单体通过化学引发聚合并交联而得，也就是说在形成水凝胶过程中加入少量的交联剂。所述交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的一种。
本申请通过修改水凝胶的聚合物浓度，杨氏模量，剪切模量和储能模量可以在10Pa至3MPa之间变化，范围约为5个数量级。机械刚度的变化很大，在生物医学应用中，水凝胶对于匹配周围组织的机械特性至关重要。
本申请对水凝胶系统的骨架和交联剂使用不同的分子，因为不同的分子彼此之间会有不同的分子间相互作用，而与吸收的水也有不同的相互作用。其中添加了可交联的基质溶胀添加剂，可显著改变生物医学应用中使用的水凝胶的硬度和溶胀性能，使得使用更方便，能成功扎入皮肤，能提取足够的量以进行精准检测。
进一步地，所述微针贴片的制备方法包括：
将聚乙烯醇加热至熔融状态，与亲水性聚合物溶液按质量比为1:(0.15～1)混合，得到混合溶液；
向混合溶液中加入交联剂，得到混合物；其中，交联剂的用量为混合溶液的0.05wt％；
将混合物浇铸到微针模具，干燥脱模即制得微针贴片。
干燥脱模的具体工艺条件为采用常温干燥、烘箱干燥或真空干燥的方式对微针贴片进行干燥，干燥后微针贴片即可维持原本的针形结构，从而从微针模具中脱离出来。
进一步地，所述聚乙烯醇的分子量为27000～98000，质量浓度为7％～30％；所述亲水性聚合物为透明质酸、葡聚糖、壳聚糖、海藻酸钠、聚赖氨酸、麦芽糖、淀粉、多肽等聚合物中的一种或几种。
第二方面，本申请提供一种微型血糖浓度检测系统，包括上述的微针贴片以及检测仪，所述微型血糖浓度检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到血糖值。
进一步地，所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述检测仪用于检测目标生物标志物得到血糖值，其中所述生物标志物包括葡萄糖。
第三方面，本申请提供一种生物标志物检测系统，包括上述的微针贴片以及试剂盒，所述生物标志物检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到检测值。
进一步地，所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述试剂盒用于检测目标生物标志物得到检测值，其中所述生物标志物包括葡萄糖、电解质、尿酸、乳酸、蛋白质以及抗原。
在实际应用中，所述微针贴片也可以提取肿瘤生物标志物，乳酸，尿酸、蛋白质以及抗原生物标志物等。与不同的试剂盒结合，提取不同的标志物，成为不同的检测系统，可以是微型血糖浓度检测系统、微型乳酸浓度检测系统、微型尿酸浓度检测系统、微型肿瘤标志物检测系统(例如：AFP甲胎蛋白，CEA癌胚抗原，CA199糖类抗原，CA125糖类抗原，CA724糖类抗原)等。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
一种基于皮肤间质液的微型血糖浓度检测系统的制备方法，包括：
由聚乙烯醇(分子量为27000，质量分数12％)和麦芽糖溶液按1:0.5的质量比混合而成，得到混合溶液；将混合溶液浇铸至由聚二甲基硅氧烷制备而成的微针模具(如图1)中，离心使溶液进入到微针模具的孔中，在室温下干燥，脱模即可制得水凝胶微针贴片，如图2所示。
将制得的水凝胶微针贴片扎入含有目标生物标志物罗丹明B的琼脂糖水凝胶中，保持1～12min，将微针贴片转移至磷酸盐缓冲液(pH＝7.4)中，在65℃下水浴加热，使微针贴片的针尖溶解，从而释放出目标生物标志物罗丹明B，如图5所示，结果表明，罗丹明B的回收率为66％。
实施例2
一种基于皮肤间质液的微型血糖浓度检测系统的制备方法，包括：
由聚乙烯醇(分子量为89000，质量分数8％)和透明质酸溶液按1:1的质量比混合而成，得到混合溶液；将混合溶液浇铸至由聚二甲基硅氧烷制备而成的微针模具中，离心使溶液进入到微针模具的孔中，真空干燥，脱模即可制得水凝胶微针贴片。
将制得的水凝胶微针贴片扎入含有目标生物标志物罗丹明B的琼脂糖水凝胶中，保持1～12min，将微针贴片转移至生理盐水中，在70℃下水浴加热，使微针贴片的针尖溶解，从而释放出目标生物标志物罗丹明B，如图6所示，结果表明，罗丹明B的回收率为63.3％。
实施例3
一种基于皮肤间质液的微型血糖浓度检测系统的制备方法，包括：
由聚乙烯醇(分子量为27000，质量分数12％)和聚乙烯吡咯烷酮溶液按1:0.5的质量比混合而成，得到混合溶液；将混合溶液浇铸至由聚二甲基硅氧烷制备而成的微针模具中，离心使溶液进入到微针模具的孔中，在室温下干燥，脱模即可制得水凝胶微针贴片。
将制得的水凝胶微针贴片扎入含有目标生物标志物葡萄糖的琼脂糖水凝胶中，保持1～12min，将微针贴片转移至磷酸盐缓冲液(pH＝7.4)中，在80℃下水浴加热，使微针贴片的针尖溶解，从而释放出目标生物标志物葡萄糖，如图7所示，结果表明，检测到的葡萄糖浓度与真实的葡萄糖浓度的相关性R2＝0.98855。
本发明公开了可微创提取皮肤间质液的微针贴片的使用方法，将提取皮肤间质液的微针贴片浸泡在一定量的缓冲液中，加热至适宜的温度使得微针贴片的针尖溶解在缓冲液中，从而释放出标志物。
本申请公开的微针贴片的制备方法简单，易于操作，侵袭性小，可以在较短的时间内对皮肤间质液进行提取并对其进行回收及检测。
本申请对聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的溶胀性进行了表征，溶胀性可达到450％，见图4；对生物标志物的回收率在60％～70％左右。
本申请的微针贴片的溶胀性能较好，提取量较大，回收率更高。制备过程和相关文件相比，避免了繁琐耗时的冻融过程。本发明采用的聚乙烯醇具有可逆交联特性，当加热至一定温度时，微针贴片的针尖可以溶解，从而解聚交联点，释放出目标生物标志物。该制备方法易于操作，侵袭性小，可以对皮肤间质液进行有效提取并对皮肤间质液中的葡萄糖进行高效回收，回收率可达到60％～70％。
本申请公开一种微针贴片及微型血糖浓度检测系统和生物标志物检测系统，所述微针贴片包括基质、贴片以及微针针尖；所述基质由聚乙烯醇、亲水性聚合物溶液以及交联剂配制而成；所述微针针尖与贴片是一体成型，由所述基质浇铸到微针模具干燥脱模中制备得到；所述交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛和环氧氯丙烷中的一种；所述微型血糖浓度检测系统，包括微针贴片以及检测仪，所述微型血糖浓度检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到血糖值。本申请提供一种生物标志物检测系统，包括上述的微针贴片以及试剂盒，所述生物标志物检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到检测值。所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述试剂盒用于检测目标生物标志物得到检测值，其中所述生物标志物包括葡萄糖、电解质、尿酸、乳酸、蛋白质以及抗原。
本申请公开的微针贴片的制备方法简单，易于操作，侵袭性小，可以在较短的时间内对皮肤间质液进行提取并对其进行回收及检测。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种微针贴片，其特征在于，所述微针贴片包括基质、贴片以及微针针尖；所述基质由聚乙烯醇、亲水性聚合物溶液以及交联剂配制而成；所述微针针尖与贴片是一体成型，由所述基质浇铸到微针模具干燥脱模中制备得到；所述交联剂为戊二醛和环氧氯丙烷中的一种；其中，所述微针贴片为通过如下方法制备得到：
将聚乙烯醇加热至熔融状态，与亲水性聚合物溶液按质量比为1:(0.15～1)混合，得到混合溶液；所述亲水性聚合物为聚乙烯吡咯烷酮，溶胀性可达到450％；
向混合溶液中加入交联剂，得到混合物；其中，交联剂的用量为混合溶液的0.05wt％；
将混合物浇铸到微针模具，干燥脱模得到微针贴片。
2.根据权利要求1所述的微针贴片，其特征在于，所述微针贴片的针尖在65～80℃溶解在缓冲液中，释放出提取的目标生物标志物。
3.根据权利要求2所述的微针贴片，其特征在于，所述的微针模具的针长为400～1400μm，底面直径为250～400μm。
4.根据权利要求3所述的微针贴片，其特征在于，所述交联剂的用量为0.05wt％；所述的缓冲液为去离子水、生理盐水和酸碱缓冲液中的一种。
5.根据权利要求1所述的微针贴片，其特征在于，所述聚乙烯醇的分子量为27000～98000，质量浓度为7％～30％。
6.一种微型血糖浓度检测系统，其特征在于，包括权利1-5任一项所述的微针贴片以及检测仪，所述微型血糖浓度检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到血糖值。
7.根据权利要求6所述的微型血糖浓度检测系统，其特征在于，所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述检测仪用于检测目标生物标志物得到血糖值，其中所述生物标志物包括葡萄糖。
8.一种生物标志物检测系统，其特征在于，包括权利1-5任一项所述的微针贴片以及试剂盒，所述生物标志物检测系统用于通过对皮肤间质液中的生物标志物进行取样以及检测得到检测值。
9.根据权利要求8所述的生物标志物检测系统，其特征在于，所述微针贴片用于获取目标生物标志物；所述试剂盒用于检测目标生物标志物得到检测值，其中所述生物标志物包括葡萄糖、电解质、尿酸、乳酸、蛋白质以及抗原。
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