CN1621102A - 表皮针的制作方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表皮针及其制作方法和应用。表皮针由薄片状支承体和分布于支承体上的针体阵列构成，针体的有效长度为能够穿透皮肤角质层而不穿入皮肤的真皮层。本发明的表皮针可采用金属材料蚀刻制成，表皮针用于改善大分子美容化妆营养品透皮吸收和加快生物大分子药物透皮给药速率。本发明工艺简单，价格低廉，适合于批量生产，表皮针耐用性好，特别适用于美容化妆品营养物质，诊断试剂，疫苗和生物大分子药物等的透皮释放。

Description

表皮针的制作方法及其应用

                         技术领域

本发明涉及一种经皮将介质特别是生物大分子介质引入人体的表皮针，具体涉及一种透皮美容化妆营养品和大分子药物释放表皮针，所述的表皮针用于改善大分子美容化妆营养品透皮吸收和生物大分子药物透皮给药速率，本发明同时涉及这种表皮针的制作方法。

                         背景技术

目前大多数药物以片剂和胶囊的形式口服给药。然而由于药物在胃肠中的降解和肝脏的首过效应，许多口服药物在达到作用部位之前已经大部分或全部失效。另外一种常见的给药方式是能够使药物穿透生物屏障(如皮肤、粘膜、血管障壁)的注射给药，包括皮下注射和静脉输入。这种方法虽然有效，但是打针通常给患者带来额外的疼痛，在注射点容易造成皮肤局部损伤、出血，增加疾病传染的危险，因为伤口是一个感染点。注射技术也要求由受过训练的人操作，因此不适合需要长期和控制连续给药的患者。

一类新型的给药技术是透皮给药，可以避免上述缺点。透皮给药是指在皮肤表面给药，使药物以接近恒定速度通过皮肤各层，经毛细血管吸收进入体循环产生全身或局部治疗作用的剂型，该类制剂通常称为透皮贴剂。在原理上透皮给药与皮下注射或静脉输入给药是同一种投药方法。透皮给药应用于治疗皮肤局部或全身疾病，比其他剂型具有更加安全、稳定和病人适应性好的优点。其中被动透皮给药技术是以单纯的浓度梯度为驱动力使药物扩散透过皮肤进入血流产生药效，扩散速率取决于药物分子的大小和亲水性以及穿过角质层的浓度梯度。药物透过皮肤最主要的屏障是皮肤的角质层，由于皮肤对大多数药物的渗透性很低，通过被动扩散能够有效地穿过皮肤达到药效的药物很少。因此寻找促进药物透皮吸收办法是开发透皮给药系统技术的关键问题之一。

皮肤的角质层不但限制药物有效地进入体内，也使滋润皮肤的营养物质不能有效地穿透角质层。任何人都不可能逃脱衰老的命运，吸烟和紫外线照射会加快皮肤衰老过程，随着人们生活水平的提高，皮肤美容越来越受到人们的关注。许多美容营养物质，包括胶源蛋白、玻璃酸钠、弹性蛋白、辅酶Q10、维生素糖酯类生物活性剂、肉毒毒素(如Botox)、透明质酸(如Restylane)等其他的营养成分，由于分子量比较大或亲水性比较强，制作成膏剂、水剂或一般的贴剂使用时，有效成分渗透进入皮肤的含量很少，不能有效发挥这些营养物质的功能。因此许多美容营养物质被制作成注射针剂使用，但是注射针剂使用不方便，需要特殊培训过的人员操作，而且使用者具有疼痛感。因此，需要开发一种无痛感、使美容营养物质能突破皮肤屏障被人体有效利用的手段，可以满足人们对美容的需求。

迄今为止人们广泛研究了各种促进药物或营养物质透皮转运的物理和化学方法，包括各种透皮促进剂，借助能量辅助给药即主动透皮给药的超声导入法、离子电渗透技术、电穿孔法和加热技术等。这些技术虽然能够不同程度地改进渗透速率，但适用的物质范围比较窄。为了更好地满足药物释放对器件的要求，即产生更小的创伤或切口，以更大的效率传递药物，使药物的管理和使用更容易，开发具有生物相容性的表皮针是非常有用的，表皮针通过机械地穿透皮肤角质层产生通路改善药物或营养物质的渗透速率。

                         发明内容

本发明目的是提供一种表皮针，可以穿透皮肤角质层，将药物和美容营养物质经皮引入，实现无痛感而又有效的药物传递和皮肤美容。

本发明的另一个目的是提供这种表皮针的制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种表皮针，由薄片状支承体和分布于支承体上的针体阵列构成，所述针体阵列中的每一针体尖部为10纳米～20微米，底部为20～200微米，高度为50～400微米。

上述技术方案中，所述针体阵列与支承体由金属材料一体成形构成，所述金属材料选自不锈钢，医疗仪器用不锈钢，镍，钛及其合金，所述针体的形状选自圆锥形、多角锥形。

为获得上述表皮针，本发明提供了一种表皮针的制备方法，包括下列步骤：

(1)生成保护膜

在厚度为350-1000微米的金属基片的两个表面沉积一层保护膜，所述保护膜材料选自二氧化硅和氮化硅；

(2)光刻

在金属基片一面的保护膜上涂上光刻胶，60-130℃预烘1-20分钟，用带有图案的掩膜遮住金属基片曝光，显影，并在60-150℃烘干，所述图案为针体阵列图案，在金属基片的另一面保护膜上涂上光刻胶，60-150℃坚膜1-60分钟；

(3)蚀刻保护膜形成所需图案，所述蚀刻方法采用三氟甲烷或四氟甲烷干法蚀刻；

(4)用湿法腐蚀未受保护的金属部分，形成针体阵列；

(5)用电解法对针体作表面处理。

上述技术方案中，所述保护膜的沉积方法可以采用化学气相沉积法(CVD法)，保护膜厚度通常在500-5000埃，沉积之前，可以先用洗液及去离子水清洗金属基片表面并脱水干燥；所述三氟甲烷或四氟甲烷干法蚀刻为反应性离子蚀刻(RIE法)；所述湿法腐蚀是现有技术，可以采用酸性氧化剂，如硝酸、双氧水、过硫酸铵、过硫酸钠、三氯化铁的酸性水溶液或者它们的混合物，为改善腐蚀效果，增加腐蚀表面的光洁度，可适当加入缓蚀剂如异丙醇、盐酸等；所述电解法的表面处理采用的电解液含有碳水化合物如醇，包括乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙烯醇、芳香醇等，氯化物如三氯化铝、氯化锌等或者无机酸如硫酸、磷酸。

实际上，也可以采用精密线切割方法或者激光切割法在金属基片如不锈钢或钛金片上加工形成所需表皮针图形后，电解抛光获得本发明的表皮针。

本发明的表皮针可以在大分子美容化妆营养品透皮吸收系统中应用，所述美容化妆营养品包括胶源蛋白、玻璃酸钠、弹性蛋白、辅酶Q10、维生素糖酯类生物活性剂、肉毒毒素、透明质酸、改善脱发的营养品。美容化妆营养品可用高分子载体附着于表皮针上与美容表皮针结合使用，也可制作成膏剂、水剂或一般的贴剂在表皮针处理后的皮肤上使用。

本发明的表皮针可更广泛应用于透皮给药器件，表皮针通过机械穿透皮肤角质层产生通路改善药物给药速率，特别是加快生物大分子透皮给药速率，以提供一种能够无痛控制药物安全地透过皮肤的方法。

其中，所述透皮给药的药物包括：生长激素、精神舒缓肽、神经生长因子、表皮生长因子、干扰素、抗菌肽、胰岛素、促红细胞生成素、紫杉醇；治疗各种疾病的单克隆抗体：包括流感疾病、乙肝病毒、肿瘤、爱滋病、类风湿性关节炎、糖尿病的单克隆抗体；用于治疗疾病的各种纳米颗粒药物，粒度在1-200纳米范围；疫苗包括：乙肝疫苗、痢疾疫苗、霍乱疫苗、肿瘤疾病治疗性疫苗如肝癌治疗性疫苗；DNA疫苗包括非典DNA疫苗、爱滋病DNA疫苗、狂犬病DNA疫苗、血吸虫DNA疫苗、DNA天花疫苗、肿瘤DNA疫苗、DNA抗疟疫苗、阻断血管-抑制肿瘤生长的DNA疫苗。

所述的药物和疫苗还可以包括包括：神经紧张肽(NT)、内啡肽与脑啡肽的衍生物、催眠肽(DSIP)、促甲状腺素释放激素(TRH)、促性腺激素(LHRH)、白蛋白多肽、胸腺肽、胸腺素，谷胱甘肽，血管生成抑制因子，碱性成纤维细胞生长因子，碱性成纤维细胞生长因子融合蛋白，蜂毒肤，促吞噬肽，血清胸腺因子、环抱菌素、糖肽、心房肽ANP、降钙肽、甲状旁腺激素、胰升糖素样肽-1、生长荷尔蒙释放因子、降纤酶、葡激酶、尿激酶原、内皮抑素、水蛭素、肿瘤坏死因子衍生物、重组人粒细胞集落刺激因子、粒细胞巨嗤细胞集落刺激因子、重组链激酶、白介素-6、白介素-12、二氢叶酸还原酶抑制剂如甲氨喋呤、胸腺核苷合成酶抑制剂如氟尿嘧啶类、嘌呤核苷合成酶抑制剂如6-巯基嘌呤、DNA多聚酶抑制剂如阿糖胞苷、放线菌素D、柔红霉素、阿霉素、表阿霉素、阿克拉霉素、光辉霉素等、泰索帝、长春花碱、长春瑞滨、鬼臼硷类、高三尖杉酯碱，门冬酰胺酶、辅酶Q10、白细胞介素-2，牛磺酸。药物可用高分子载体附着于表皮针上与表皮针结合使用，也可制作成膏剂、水剂或一般的贴剂在表皮针处理后的皮肤上使用。

本发明的表皮针可更广泛应用于皮下注射透皮给药和诊断试剂等的透皮释放，包括皮试针，如青霉素皮试针等。诊断用注射针，如肺结核病诊断用注射针等。药物或诊断试剂可附着于表皮针上与表皮针结合使用，也可制作成膏剂、水剂或一般的贴剂在表皮针处理后的皮肤上使用。

本发明的表皮针可实现无痛取微量血样或其它体液，与生物传感器相联而成微侵入无痛诊断系统。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

(1)本发明允许药物和美容营养物质如胶源蛋白、玻璃酸和大分子或亲水性强的难于透过皮肤扩散的物质(如，蛋白质，多肽，多糖等)有效地导入皮肤内。表皮针制剂解决了目前美容营养物质和药物透皮释放技术中由于皮肤表皮中角质层的屏障作用导致的物质透皮吸收难的关键问题。使用时，表皮针只穿透对药物扩散起屏障作用的皮肤角质层而不穿透真皮层，针头不碰触到有丰富神经和毛细血管的真皮层，而药物和营养物质能迅速扩散到皮肤深处，能够有效地发挥药效和营养物质保湿美容的作用。表皮针制剂不但能使低分子量的物质有效地传递，更重要的是能使大分子物质和亲水性强的难于透过皮肤扩散的物质也能有效地传递。表皮针制剂解决了目前药物和营养物质透皮释放技术中由于皮肤表皮中角质层的屏障作用导致的物质透皮吸收难的关键问题。

和注射制剂不一样，表皮针制剂几乎没有痛苦，一般不需要做过敏试验，更能为广大消费者接受。这种方法比一般化妆好得多，而且又便宜又安全。

(2)本发明工艺简单，价格低廉，适合于批量生产，表皮针耐用性好，特别适用于美容化妆品等营养物质和大分子药物的透皮释放。

                      附图说明

附图1a-1g为本发明实施例一的金属表皮针制作工艺过程示意图；

附图2是图1b的俯视图。

附图3一种表皮金属针的扫描电镜图

附图4：以牛血清蛋白和肉毒毒素为模型物质的大鼠体外透皮释放曲线，其中，■，牛血清蛋白；▲，肉毒毒素

附图5：动物体内实验显示表皮针不同使用方式对透皮的影响，其中，×，表皮针与大分子物质分开使用的凝胶剂；■，大分子物质吸附在表皮针表面

其中：[1]、金属基片；[2]、保护层；[3]、光刻胶。

                      具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见附图1a-1g、附图2所示，一种金属表皮针的制作方法，包括如下步骤：

a)取500微米厚的不锈钢薄片作为金属基片1，经洗液清洗后，用去离子水冲洗干净并烘干。然后利用化学气相淀积法在金属两个表面沉积上一层厚度为1微米的二氧化硅作为金属的保护层2，在一面的二氧化硅上旋涂2微米厚的Shipley 1818光刻胶3(图1a)；

b)在90℃预烘(软烘)5分钟，将一张在4平方毫米的单元内形成20×20阵列、直径为80微米、间距为200微米的实心圆的石英玻璃掩膜遮住带有光刻胶的基片进行曝光4秒，然后显影并在120℃烘干30分钟左右(图1b)；

c)在另一面的二氧化硅表面旋涂2微米厚的Shipley 1818光刻胶3，在120℃坚膜30分钟左右(图1c)

d)用三氟甲烷或四氟甲烷干法蚀刻(反应性离子蚀刻，RIE)未受光刻胶保护处的二氧化硅(图1d)；

e)待二氧化硅蚀刻完后，将基片放在由30％三氯化铁(w/v)，5％盐酸，30％乙醇和35％水组成的混合液中室温下腐蚀未受二氧化硅保护处的不锈钢(图1e)；

f)清洗腐蚀过的基片，在5％NaOH溶液中除去光刻胶，再用三氟甲烷或四氟甲烷干法蚀刻(反应性离子蚀刻，RIE)剩余的二氧化硅(图1f)；

g)然后放入含有30％浓硫酸和10％磷酸的电解质溶液中，在50℃，电流密度200A/dm²电解2分钟，得到表面光亮的表皮针(图1g)。

实施例二：一种金属表皮针的制作方法

1)在1毫米厚的不锈钢金属薄片上，利用激光切割成深度为150微米，200×120微米的方行柱。

2)上述金属片在乙醇-水中超声清洗，然后放入含有30％浓硫酸和10％磷酸的电解质溶液中，在50℃，电流密度200A/dm²电解数分钟，得到表面光亮的表皮针，参见附图3所示。

实施例三：以牛血清蛋白和肉毒毒素为模型大分子物质的大鼠体外透皮释放曲线

牛血清蛋白和肉毒毒素溶液作为模型大分子物质。

取去毛大鼠皮一张，角质层向上置于扩散池口，用实施例一制备的表皮针(在4平方毫米面积上有400根针，针之间的间距为200微米)放在其上，用手轻按表皮针使其在皮肤上扎出微孔，但不穿透皮肤，皮肤角质层面向药物供给室(供给室各物质的浓度为0.1mM，1ml)，真皮层面向药物接受室，在接受室中加满预先加热至37℃的磷酸盐缓冲液(pH7.4)，并用封口膜密封取样口，放在37℃的恒温水浴槽中。在持续搅拌下，于一定时间间隔分别取出0.2mL接受介质测定营养物质的浓度，并立即补充等体积的磷酸盐缓冲液，以供给室不加营养物质的磷酸盐缓冲液为对照。同时进行无微孔的大鼠皮渗透实验。该实验重复三次，实验结果如附图4所示。当皮肤没有表皮针扎孔时，牛血清蛋白和肉毒毒素几乎不能透过皮肤，而当表皮针扎孔后，在24小时时营养物质的累积渗透率分别达到34％和28％。

实施例四：表皮针不同使用方式对物质经皮透过率的影响

以新西兰大白兔(北大医学部动物科学部)为动物模型，标记牛血清蛋白(F∶P＝1.3)溶于1％壳聚糖(pH5)溶液中配制成含有2.86mg/ml牛血清蛋白的混合液作为大分子物质模型，采用1200根针/0.5平方厘米的表皮针贴片，每片约含180μg标记牛血清蛋白。研究其在微针作用下透皮吸收情况。贴片一是将牛血清蛋白/壳聚糖加到表皮针表面室温自然干燥制成含牛血清蛋白的高分子薄膜表皮针制剂。贴片二是表皮针与牛血清蛋白/壳聚糖分开使用，将牛血清蛋白/壳聚糖制作成凝胶贴片，首先将表皮针作用于皮肤后移走表皮针，然后将凝胶贴片贴上。附图5显示在贴片作用24小时时，表皮针制剂的渗透率为12％，而凝胶贴片的渗透率为29％。因此可以根据需要制作成不同需求的表皮针剂型。

Claims (10)

1.一种表皮针，其特征在于：由薄片状支承体和分布于支承体上的针体阵列构成，所述针体阵列中的每一针体尖部为10纳米～20微米，底部为20～200微米，高度为50～400微米。

2.根据权利要求1所述的表皮针，其特征在于：所述针体阵列与支承体由金属材料一体成形构成，所述金属材料选自不锈钢，医疗仪器用不锈钢，镍，钛及其合金，所述针体的形状选自圆锥形、多角锥形。

3.一种表皮针的制备方法，包括下列步骤：

(1)生成保护膜

在厚度为350-1000微米的金属基片的两个表面沉积一层保护膜，所述保护膜材料选自二氧化硅和氮化硅；

(2)光刻

在金属基片一面的保护膜上涂上光刻胶，60-130℃预烘1-20分钟，用带有图案的掩膜遮住金属基片曝光，显影，并在60-150℃烘干，所述图案为针体阵列图案，在金属基片的另一面保护膜上涂上光刻胶，60-150℃坚膜1-60分钟；

(3)蚀刻保护膜形成所需图案，所述蚀刻方法采用三氟甲烷或四氟甲烷干法蚀刻；

(4)用湿法腐蚀未受保护的金属部分，形成针体阵列；

(5)用电解法对针体作表面处理。

4.一种表皮针的制备方法，其特征在于：用激光切割而得到权利要求2所述的形状，再用电解抛光法对针体作表面处理。

5.权利要求1所述的表皮针在大分子美容化妆营养品透皮吸收系统中的应用。

6.根据权利要求5所述的表皮针的应用，其特征在于：所述美容化妆营养品包括胶源蛋白、玻璃酸钠、弹性蛋白、辅酶Q10、维生素糖酯类生物活性剂、肉毒毒素、透明质酸、改善脱发的营养品。

7.权利要求1所述的表皮针作为透皮给药器件的应用，所述的透皮给药应用包括直接透皮给药、皮下注射给药、皮下注射透皮疫苗投放和诊断试剂的透皮释放。

8.根据权利要求7所述表皮针的应用，其特征在于：所述透皮给药的药物包括：生长激素、精神舒缓肽、神经生长因子、表皮生长因子、干扰素、抗菌肽、胰岛素、促红细胞生成素、紫杉醇；治疗各种疾病的单克隆抗体：包括流感疾病、乙肝病毒、肿瘤、爱滋病、类风湿性关节炎、糖尿病的单克隆抗体；用于治疗疾病的各种纳米颗粒药物，粒度在1-200纳米范围；疫苗包括：乙肝疫苗、痢疾疫苗、霍乱疫苗、肿瘤疾病治疗性疫苗如肝癌治疗性疫苗；DNA疫苗包括非典DNA疫苗、爱滋病DNA疫苗、狂犬病DNA疫苗、血吸虫DNA疫苗、DNA天花疫苗、肿瘤DNA疫苗、DNA抗疟疫苗、阻断血管-抑制肿瘤生长的DNA疫苗；所述皮下注射透皮给药试剂为皮试针，包括青霉素皮试针；所述透皮释放的诊断试剂为诊断用注射针，包括肺结核病诊断用注射针。

9.根据权利要求7所述的表皮针的应用，其特征在于：所述药物、疫苗和诊断试剂可用高分子载体附着于表皮针上与表皮针结合使用，也可制作成膏剂、水剂或一般的贴剂在表皮针处理后的皮肤上使用。

10.权利要求1所述的表皮针在无痛取微量血样或其它体液中的应用，所述表皮针与生物传感器相联构成微侵入无痛诊断系统。

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