CN115154876A - 一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统 - Google Patents

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赵泽伟
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刘俸溢
黄尧
许红
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Abstract

本发明公开了一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，包括：多孔微针、储药槽、储液槽、压力泵，其中多孔微针中的孔道分为主孔道和支干孔道，主孔道分布在微针中心用于连接储药槽，支干孔道用于过渡主孔道和目标组织，储药槽和储液槽与压力泵直接连接，通过控制压力泵，可以实现正向给药和反向提取双重。本发明中采用近净成形的方法构建了具有生物相容性的仿生多孔微针结构，支干孔道呈一定角度排列在针体表面，该阵列式结构可以提高给药的高度均匀性，最大限度提高给药和提取效率。

Description

一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统
技术领域
本发明涉及的是一种医工交叉领域的给药装置，尤其涉及的是一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药。
背景技术
微针以其微米级的尺寸，不会穿刺到痛觉神经层，可将痛感最小化。同时，微针技术直接作用于病变处，可以实现精确给药，并在组织上形成的微通道可以促进药物高效渗透。用于靶向给药的微针类型主要有实心和空心两种，其中空心微针是利用物理化学手段在实心微针上打孔，即可直接将药物注射进靶向区域，此过程对于大部分药物都适用，不论是递送量还是递送效率，都是其他类型微针无法企及的。对于毒性大、副作用强或者易与其他材料反应的药物，即时的将其靶向递送至目标组织是非常有必要的，例如化疗药物(阿霉素、博来霉素、顺铂)，快速进入肿瘤组织内可有效遏制肿瘤的生长，甚至杀死肿瘤组织。
一些药物已经通过微针形式发挥作用，比如药物与微针材料熔融浇筑，药物涂抹在微针表面等，但是大多数药物不能与微针材料共混，或是共混后药物性能发生变化，而可注射的空心微针最优化的避免了这些问题。空心微针以其特殊的结构，可以对大部分药物进行输送，比如：核酸、疫苗、镇痛剂、化疗药物等分子，可以很大程度上提高透皮给药速率，并且给药剂量大、可以靶向递送。除了在药物递送方面的应用，也可以反向提取进行检测应用。反向应用时，空心微针的作用是刺入到皮下组织吸取间质液或血清等，后段配套上检测电路，实施即提即检目的。目前，因为微针最大优势是无痛给药，因此其检测物常为间质液，间质液和血液的关联度最大，检测间质液中的生物标记物可最大程度上解决取血的一些弊端。
现有空心微针的制备方式以倒模和激光加工为主，其中倒模工艺制备的空心微针集中在中空微针上，且受限于操作的复杂性，因此空心部分不得不占整个微针更多的区域，而空心部分越大其稳定性则会受到严重削减。激光加工实现了可控加工空心微针，在已经制备好的实心微针上激光打孔，其缺陷是激光打孔所制备的中空结构不均一，靠近激光源一端烧灼时间长，远离激光源一端烧灼时间段，这就导致孔的两端尺寸不一。因此采用面投影立体光固化制备的多空微针更有利于实现麦穗形状的仿生多空微针，实现高精度的分散药物递送。
参考文献1等采用双光子3D打印方法构建了多孔微针，参考文献2等采用浇铸法结合化学腐蚀方式构建了表面多孔微针，参考文献3等利用多孔材料构建了多孔微针。
参考文献1：陈作兵等.多孔微针的制备方法、多孔微针微以及针阵列给药系统.CN114456334A
参考文献2：张武等.一种多孔微针经皮递药及体液检测系统.CN113648529A 参考文献3：刘景全等.基于多孔微针结构的经皮给药系统.CN113648529A
以注射为启发的空心微针采用中孔和侧开孔，中空负载量大但在刺入组织过程中容易造成堵塞，侧开孔避免堵塞且保证了最小的刺入压力，但侧壁开口处的出口面积较大，组织内部会产生局部向外的压力，导致药物回流现象。合理设计多空微针结构，不仅要保证致密的孔结构，增加药物进入生物体的均匀分散，还要避免堵塞和药物回流。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一个麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药装置，通过仿生麦穗结构的多孔微针，使得驱动药物以更分散的方式进入生物组织内，在微针阵列刺入的靶向组织周围实现均一的弥散式药物分布，最优化从生物组织中提取组织液。该仿生麦穗结构不仅解决药物回流现象和组织堵塞，同时减少了药物和组织液与聚合物材料的相互作用，直接通过主干孔道和支干孔道途径输送药物和提取组织液。
本发明中的麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药装置中，多孔微针采用 4mm2-400mm2上有1-100个微针单体，每根微针之间的距离0.01-1mm；每个微针中心有一个主干孔道，每个微针侧壁上均匀排布1-1000个支干孔道，每个支干孔道与主干孔道呈30°-90°排列。
所述的麦穗形状的仿生多孔微针的主干孔道顶部为圆弧状，所述麦穗形状的仿生多孔微针的支干孔道为直孔，且与主干孔道连接部位采用0.01-0.1μm的圆弧过度，保证液体流通的顺畅性。
所述的麦穗形状的仿生多孔微针采用硬性树脂(GR)、生物兼容性树脂 (BIO)、耐高温树脂(HTL)、透明树脂(CR)、柔性树脂(FI)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)材料，工艺选用面投影立体光固化、双光子3D打印、激光加工方式制备。
所述的麦穗形状的仿生多孔微针单体高100-2000μm；所述麦穗形状的仿生多孔微针基底是直径为500-1000μm的圆形形状；所述麦穗形状的仿生多孔微针的主干孔孔径是50-400μm的圆形形状，所述麦穗形状的仿生多孔微针的支干孔孔径是5-40μm的圆形形状。
所述的麦穗形状的仿生多孔微针的储药槽形状与微针贴片形状一致，其储药槽的保护层壁厚为1-2mm，深度为5-10mm，可储存1-100μL药物；储液槽的进液口为边长0.2-0.4mm的正方形，储液槽长宽高为5-10mm，储液槽可收集存储1-200μL生物组织液。
所述的麦穗形状的仿生多孔微针的压力泵适配器形状与多孔微针阵列外轮廓一致，适配器由PDMS倒模制备。
上述麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药装置，其设计结构为主干孔道为骨架，支干孔道分散均匀的多孔结构。这种设计结构相比于其他类型的直通道微针，其药物输送更分散，输送更稳定，并且对于大部分大分子结构药物同样适用，提高了药物的相适应性，对给药效果有更高的提升。同时对生物组织液的收集也更广泛，提取范围更具代表性。麦穗形状的仿生多孔微针可以根据治疗区域的组织深度进行制备，从而更加贴合治疗区域的受药面积。
附图说明
图1：麦穗形状的仿生多孔微针针体示意图。
图2：麦穗形状的仿生多孔微针针体剖面示意图。
图3：麦穗形状的仿生多孔微针阵列示意图。
图4：麦穗形状的仿生多孔微针阵列剖面示意图。
图5：麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药装置图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药装置及制作步骤作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明设计的麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药装置为主干孔道与支干孔道相结合排布，并且支干孔道均匀排布在主干孔道周围形成的多孔微针阵列；所述经皮给药装置包括微针部分和储存液部分；所述的微针部分是多孔圆锥形微针针列，其微针单体中的主干孔直径为200μm，高度为1.5mm，支干孔直径为 50μm。
所述多孔微针针体材料是光敏树脂；所述的微针储药槽部分可以承载化疗类(柔红霉素、阿霉素、甲氨蝶呤地塞米松、顺铂紫杉醇)、止痛类(布洛芬、塞来昔布、罗非昔布)、感染类(阿奇霉素、莫西沙星、克林霉素)等药液；所述承载的方式是在给正压条件下将药物注射进微针背部的储液槽中；所述的微针储液槽部分承载生物组织间质液、血液、汗液、泪液等液体。
所述微针阵列每3.14cm2均匀排布9根多孔微针，其中心排列一个微针单体，向外延伸相隔2mm的一周均匀排列4个微针单体，再向外延伸3mm的一周偏移45°均匀排列4个微针单体；所述的多孔微针的主干孔孔径为200μm，主干孔四周均匀排列90个支干孔道，支干孔道与主干孔道的夹角为75°；所述的储液槽壁厚0.5mm，深度0.5mm。

Claims (8)

1.一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，包括：多孔微针、储药槽、储液槽和压力泵；所述多孔微针中的孔道结构是仿生麦穗形状，孔道结构包括主孔道和支干孔道，主孔道分布在微针中心用于连接储药槽，支干孔道用于过渡主孔道和目标组织；储药槽和储液槽组装在多孔微针的背部，储液槽的上端与压力泵连接，通过控制上端的压力泵膜片的收缩，改变多孔微针孔道内部的压强，实现正向给药和反向提取微量样液的双重功能。
2.根据权利要求1所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述的多孔微针贴片作用于组织和储药槽的中间，贴片大小为2*2mm2-20*20mm2，贴片上的微针阵列为1-100，每个微针中心有一个主干孔道，每个微针侧壁上均匀排布1-1000个支干孔道，每个支干孔道与主干孔道呈30°-90°排列。
3.根据权利要求1所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述的主干孔道的孔径为100-500μm，每个支干孔道的孔径为10-50μm。
4.根据权利要求2所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述的主干孔道垂直向下，主干孔道的高度为针体高度的3/5-4/5，主干孔道的下端距离针尖的距离为针体高度的1/5-2/5。
5.根据权利要求1所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述的储药槽储存1-100μL，储液槽收集存储1-100μL。
6.根据权利要求1所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述的多流道微针为面投影立体光固化、双光子3D打印或激光加工制作。
7.根据权利要求1所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述压力泵的适配器形状与多孔微针阵列外轮廓一致，适配器由PDMS倒模制备。
8.根据权利要求1所述的一种麦穗形状的仿生多孔微针经皮给药系统，其特征是，所述的多流道微针材料为硬性树脂、生物兼容性树脂、耐高温树脂、透明树脂、柔性树脂、聚乙二醇二丙烯酸酯。
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