一種氣泡式微針及其制備方法

一種氣泡式微針及其制備方法
【專利摘要】本發明屬于給藥設備技術領域，涉及一種氣泡式微針及其制備方法。所述氣泡式微針包括微針基底和分布其上的載藥微針針體，以及與微針基底粘合的貼片；所述的載藥微針針體為圓錐形或類圓錐形，高度范圍是100?1000μm，底徑范圍是50?1000μm，其內部含有氣泡結構；藥物集中在載藥微針針體的尖端或上部。與現有技術相比，本發明優勢在于：特殊的氣泡式結構使得藥物能夠集中到針體上端不向下擴散，提高載藥效率；氣泡結構使得針體下端的實際橫向厚度減小，如此縮短皮下溶解時間，方便予以不同對象的給藥；制備氣泡式微針的原材料來源廣泛，用量少，節約原材料；制備得到的氣泡微針結構均一，體積可控；制備方法簡單易行，容易操作，可實現產業化。
【專利說明】
_種氣^包式微針及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于給藥設備技術領域，具體來說，涉及一種氣泡式微針及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 透皮給藥是一種消除注射引起疼痛的給藥方式。將微針技術用于透皮給藥，可以 克服普通經皮給藥的一些問題，比如受到皮膚角質層及表皮的阻礙，很難實現高效、精確給 藥。關于微針技術應用于藥物或疫苗的經皮注射的研究早在上世紀90年代就已經開始。微 針應用于給藥的基本原理是，具有微米級尺寸的微針可以可以刺穿角質層，但是不觸及到 真皮層的血管和神經，如此，在不引起疼痛和出血的情況下，微針在皮膚上產生了微通道， 藥物可以憑借微通道克服皮膚表皮的屏障作用到達皮下釋放擴散。微針用于透皮給藥優 勢，一方面在于在不引起疼痛的情況下刺透皮膚角質層和表皮，提高藥物滲透率;另一方面 在于微針作為藥物載體具有微量、精確以及緩釋的優勢。微針技術可用于多種藥物或疫苗 給藥，小分子藥物如利多卡因、肝素等，大分子藥物如胰島素、DNA等，疫苗如流感疫苗、卡介 苗等。
[0003] 當前的微針產品按照給藥特點分類，有以下幾種類型：用于皮膚預處理的固體微 針，可以用于增加皮膚的通透性;表面涂覆藥物的涂層微針，在微針刺入表皮之后針體表面 的藥物釋放到皮下;可讓液態藥物通過的空心微針，藥物通過針體的空心通道進入皮下;針 體內封裝藥物的可溶性微針，微針刺入表皮后可以溶解到皮下，藥物隨之釋放。制備微針的 材料有多種，如娃材料、金屬材料、小分子有機材料以及高分子材料。高分子材料用于微針 的制備有諸多優勢，比如原料來源廣泛，制備方法相對簡單，適合于產業化生產等，此外，以 生物可降解高分子材料制備的微針產品可降低對人體的危害。以水溶性高分子材料制備的 可溶性微針，因為其良好的載藥能力和生物可降解等特性，在給藥領域受到很多研究者的 關注。可溶性微針用于載藥，目前存在的問題也有很多，比如:普通微針的尺寸在100微米-1000微米之間，每個微針體積在5nL-50nL之間，如何增大載藥能力、提高載藥效率是存在的 問題之一;此外，微針刺入皮下后一般要經過l_3min的溶解時間，藥物要在這段時間內一 同溶解并釋放，因此如何減少皮下溶解時間和提高給藥效率也是目前存在的一個問題。

【發明內容】

[0004] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種針尖載藥、皮下溶解時間短、給藥效率高 的氣泡式微針及其制備方法。
[0005] 本發明所述的一種氣泡式微針，所述氣泡式微針包括微針基底和分布其上的載藥 微針針體，以及與微針基底粘合的貼片;所述的載藥微針針體為圓錐形或類圓錐形，高度范 圍是100-1000μπι，底徑范圍是50-1000μπι，其內部含有氣泡結構;藥物集中在載藥微針針體 的尖端或上部。
[0006] 本發明所述的一種氣泡式微針，所述氣泡結構為上端小、下端大的半橢球狀，位于 載藥微針針體底部，高度范圍是10-800Μ1，底徑范圍是10-800μπι，橫向寬度小于載藥微針針 體寬度，縱向高度不超過載藥微針針體高度的90%，體積小于載藥微針針體的90%。
[0007] 本發明所述的一種氣泡式微針，所述微針基底和載藥微針針體的制備材料為水溶 性高分子材料。所述水溶性高分子材料為聚羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基 吡咯烷酮(PVP)、聚乳酸聚乙醇酸共聚物(PLGA)、水凝膠、殼聚糖、硫酸軟骨素、蠶絲蛋白、糊 精、透明質酸、透明質酸鈉或明膠中的一種或幾種。
[0008] 所述微針基底和載藥微針針體的制備材料還含有穩定劑。所述穩定劑為蔗糖、紅 菇酮萜、海藻糖或殼聚糖中的一種或幾種。
[0009] 本發明所述的一種氣泡式微針，所述藥物為蛋白質、多肽、抗原、抗體、激素、免疫 原、疫苗、抗生素、基因工程藥物、化學藥物或中藥的一種或幾種。
[0010] 本發明所述的一種氣泡式微針，所述的貼片的材質為紙、塑料或者無紡布，貼片所 用的粘合劑為醫用無毒粘合劑。
[0011] 本發明所述的一種氣泡式微針的制備方法，所述制備方法具體步驟為:配制濃度 為l-60wt %的水溶性高分子材料水溶液，或者水溶性高分子材料與穩定劑的混合液作為微 針制作液，所述的混合液中水溶性高分子材料的濃度為l_60wt%，穩定劑的用量不超過水 溶性高分子材料的質量;配制藥物溶液;在真空條件下，取藥物溶液涂在微針模板上，〇. 5-30min后，回收多余的藥物溶液，繼續在真空環境干燥0.5-60min;然后在微針模板表面涂 覆一層厚度為50μπι-500μπι的微針制作液，真空填充，l-3000min后載藥微針針體以及氣泡結 構、微針基底成型，冷凍干燥50-600min后使用單面有粘合劑的貼片粘附到微針基底上，微 針脫模，制得氣泡式微針。
[0012] 本發明所述的氣泡式微針，是利用微針模板溶液澆鑄的方法制得，其中微針模板 是以聚二甲基硅氧烷膜為原材料，使用激光雕刻技術制得。在制備過程中，微針中的氣泡結 構的大小可控。控制氣泡大小的方法是:在制備過程中使用不同濃度(或粘度）的微針制作 液，即對于同樣的制備參數下，濃度(或粘度)較大的微針制作液可以制得相對較大的氣泡 結構，濃度(或粘度)較小的微針制作液可以制得相對較小的氣泡結構。針對不同的制備原 材料，不同的微針模板以及不同的制備過程參數，氣泡結構的大小與微針制作液的關系規 律稍有不同，要通過實驗具體分析。
[0013] 與現有技術相比，本發明所述的氣泡式微針及其可控性制備方法的優勢在于:特 殊的氣泡式結構使得藥物能夠集中到針體上端不向下擴散，提高載藥效率;氣泡結構使得 針體下端的實際橫向厚度減小，如此縮短皮下溶解時間，方便予以不同對象的給藥;制備氣 泡式微針的原材料來源廣泛，用量少，節約原材料；制備得到的氣泡微針結構均一，體積可 控;制備氣泡式微針的方法簡單易行，容易操作，可實現產業化。以上關于氣泡式微針及其 可控性制備方法的優勢對于未來的微針給藥技術的發展具有很大的意義。
【附圖說明】
[0014] 圖1為氣泡式微針示意圖；圖2為氣泡式微針和普通微針的對比照片；圖3為微針模 板示意圖；圖4為氣泡式微針制備流程圖；圖5為不同氣泡大小的氣泡式微針照片以及相應 的普通微針照片；圖6普通微針和氣泡式微針皮膚試驗照片；圖7普通微針和氣泡式微針力 學測試圖；圖8普通微針和氣泡式微針的給藥效率對比圖；
[0015] 附圖標記：1_載負藥物、2-載藥微針針體、3-氣泡結構、4-微針基底、5-貼片、6- PDMS微針模板、7-模板微孔結構、8-模板截面。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體的實施例對本發明所述的氣泡式微針及其制備方法做進一步說 明，但是本發明的保護范圍并不限于此。
[0017] 實施例！
[0018] 制備PVA氣泡式微針和普通PVA微針。
[0019] 制備微針的材料為聚乙烯醇(PVA)，所用的模型藥物為磺酰羅丹明B。具體步驟如 下：首先，配制質量百分比為20wt%的PVA水溶液作為微針制作液;配制質量濃度為lmg/mL 的磺酰羅丹明B作為模型藥物溶液；
[0020] 載藥過程的步驟為:在真空條件下，取模型藥物溶液涂在微針模板上，5min后，回 收多余的藥物溶液，繼續在真空環境干燥l〇min;
[0021] 制備普通PVA微針的步驟為：載藥過程完成后，在微針模板表面涂覆一層厚度為 2000-3000μπι的微針制作液，真空填充，時間45min;微針針體(無氣泡）成型后，冷凍干燥 300min;使用單面粘有醫用雙面膠的無紡布粘附到微針針體上，微針脫模，制得普通PVA微 針(圖2中A)。
[0022] 制備PVA氣泡式結構微針的步驟為:載藥過程完成后，在微針模板表面涂覆一層厚 度為80μπι的微針制作液，真空填充，時間45min;微針基底、微針針體及其氣泡結構成型后， 冷凍干燥300min;使用單面粘有醫用雙面膠的無紡布粘附到微針基底上，微針脫模，制得 PVA氣泡式微針(圖2中B)。
[0023] 上述制得的PVA氣泡式微針包括微針基底和分布其上的載藥微針針體，以及與微 針基底粘合的貼片;所述的載藥微針針體為圓錐形，高度500M1，底徑300μπι，其內部含有氣 泡結構;藥物集中在載藥微針針體的尖端或上部。氣泡結構為上端小下端大的半橢球狀，位 于微針針體底部，高度是200Μ1，底徑是275μπι，橫向寬度小于微針針體寬度，縱向高度是微 針針體高度的40%，體積是微針針體的48%。
[0024]在光學顯微鏡下觀察兩種微針的不同。普通微針與氣泡式微針外觀輪廓基本相 同，即高度，底徑相同。不同之處有兩點，一是普通微針的針體實心的，而氣泡式微針的針體 底部有一個高度為200μπι的氣泡結構;而是在于微針尖端藥物的聚集程度，普通微針的模型 藥物部分集中在尖端，但是針體中部和下端也有藥物的擴散，也就是說藥物聚集效果不良 好，而氣泡式微針中藥物大部分都集中在微針尖端，微針中端和下端并沒有藥物擴散情況 的發生，也就是說藥物聚集效果良好。原因在于氣泡的存在阻隔了藥物向針體即針體底端 的擴散。
[0025] 實施例2
[0026]制備具有不同體積氣泡結構的氣泡式微針。
[0027]制備微針所用的制作液為質量百分比為10_30wt %的PVA水溶液，并測量每組PVA 溶液的黏度，所用的模型藥物為磺酰羅丹明B。具體步驟如下：
[0028] 配制濃度為10wt%，15wt%，20wt%，25wt%，30wt%的PVA水溶液作為微針制作 液;配制質量濃度為lmg/mL的磺酰羅丹明B作為模型藥物溶液;微針制備基本流程與實施例 1相似，在涂覆微針制作液薄層時選用不同濃度的PVA溶液，其他條件均相同。最后微針脫模 得到具有不同體積氣泡結構的氣泡式微針。同樣的，以不同濃度的PVA溶液制備相應的普通 微針。
[0029] 上述制得的PVA氣泡式微針包括微針基底和分布其上的載藥微針針體，以及與微 針基底粘合的貼片;微針針體為圓錐形，高度是500M1，底徑是300μπι，其內部含有氣泡結構 (如圖5所示）；藥物集中在微針針體的尖端或上部。氣泡結構為上端小下端大的半橢球狀， 位于微針針體底部，高度是80-400μπι，底徑是250-295μπι，橫向寬度小于微針針體寬度，縱向 高度是微針針體高度的16-80%，體積是微針針體的10-70%。
[0030] 在顯微鏡下觀察具有不同體積氣泡的的氣泡式微針，并測量氣泡的大小，探究PVA 濃度與氣泡體積的關系（圖5)。并且觀察以不同濃度PVA溶液制備的氣泡微針和普通微針針 體中藥物的分布情況(圖5)。
[0031] 觀察發現，用濃度分別為10wt%，15wt%，20wt%，25wt%，30wt%的PVA水溶液作 為微針制作液制備的到的PVA氣泡式微針，其微針的高度分別為400μπι、300μπι、200μπι、125μ m、80μπι。由此表明，隨著微針制作液濃度的升高，微針中氣泡的體積逐漸變小，利用微針制 作的濃度控制氣泡體積大小的方法被證明是可行的。同時還可以觀察到，對于l〇wt %， 15wt %，20wt %濃度的PVA對應的普通微針和氣泡微針，前者的模型藥物擴散到了針體中部 甚至是底部，而后者由于氣泡的存在使得藥物主要聚集在微針尖端或上部，如此證明氣泡 微針有利于藥物聚集在微針尖端。
[0032] 實施例3
[0033]制備載負乙肝疫苗的透明質酸鈉(HA)氣泡式微針：
[0034]制備微針的材料為透明質酸鈉，所用的藥物為乙肝疫苗，所用的穩定劑為蔗糖。具 體制備步驟如下：
[0035]首先，配制含有15wt%HA，10wt%蔗糖的微針制作液;配制質量濃度為2mg/mL的乙 肝疫苗溶液；
[0036]制備載負乙肝疫苗的HA氣泡式結構微針的步驟為:在真空條件下，取疫苗溶液涂 在含有10X10微針陣列的模板上，5min后，回收多余的疫苗溶液，繼續在真空環境干燥 lOmin;在微針模板表面涂覆一層厚度為100μπι的微針制作液，真空填充，時間30min;微針針 體及其氣泡結構成型后，冷凍干燥300min;使用單面粘有醫用雙面膠的塑料粘附到微針基 底上，微針脫模，制得載負乙肝疫苗的HA氣泡式微針貼片。微針整體呈圓錐形，高度600μπι， 底徑300μπι;針體下半部分有氣泡結構，高度300μπι左右，占微針體積的50%左右;載負的藥 物集中在微針尖端或上半部分。
[0037] 效果驗證 [0038] 1、動物皮膚試驗
[0039]使用實施例1.制備的普通PVA微針和實施例2.制備的具有不同氣泡體積的PVA氣 泡式微針和進行動物皮膚試驗。六種微針編號如下：
[0040]
[0041] 預先準備未脫毛的平整的新鮮豬皮，取述實施例1.和實施例2.制備的載負熒光模 型藥物sulforhodamine B的普通微針和氣泡式微針的貼片，將微針針尖對準豬皮表層垂直 刺入，用手按壓可溶性微針貼片的背面，按壓的時間為30s，然后取下作用后的微針貼片。
[0042] 對于六種微針進行皮膚試驗的結果如下：
[0043] (1)在光學顯微鏡觀察作用后的豬皮。在光學顯微鏡下可觀察到，作用后的豬皮表 面上，紫紅色的針孔為可溶性微針貼片的可溶性微針針體頂端載負的紫紅色模型藥物 sulforhodamineB所留，表明可用性微針貼片的可溶性微針針體可有效地刺穿豬皮表層，在 皮下溶解并且將可溶性微針頂端載負的模型藥物sulforhodamine B釋放到豬皮膚之中。
[0044] 其中，1號微針（即普通微針)作用后的皮膚表面有清晰的25個紅色針孔;2號微針 (即氣泡高度為400μπι的氣泡式微針)作用后的皮膚表面的紅色真空數量不滿總數的60%， 并且部分針孔不夠清晰；3~6號微針（即氣泡高度分別為300μπι、200μπι、125μπι、80μπι的氣泡 式微針)作用后的皮膚表面有清晰的25個紅色針孔(圖6)。上述表明，除了2號微針即氣泡高 度為400μπι的氣泡式微針，其他5種微針刺穿皮膚效果都非常理想。
[0045] 在光學顯微鏡下觀察實驗前后微針的形態變化。
[0046] 3、微針力學性能測試
[0047] 實驗使用OEM公司生產的Mark-10ESM301L型力學測試儀測量微針的力學性能。
[0048] 針對上述實施例1、實施例2中制備的普通微針和氣泡式微針進行編號如下：
[0049]
[0050] 將每組編號的微針進行力學測試實驗。具體為，取每組微針的單個微針的貼片粘 貼到力學測試儀器的傳感器下端，針尖向下，傳感器下方是一個金屬平臺。傳感器連同微針 以0.5mm/min的速率豎直向下運動，直至微針接觸到金屬平臺微針完全彎曲或者斷裂為止。 通過計算機記錄分析數據，處理之后得到微針的受力-位移曲線如圖7所示。
[0051] 從圖7的曲線中可以看到，1號微針（即普通微針）的力學性能曲線斜率最大，6號微 針的斜率與1號相差無幾，3號、4號、5號微針斜率相對較低，2號斜率最低。通過曲線能夠看 出，除了2號微針，即質量濃度為10%的PVA溶液制備得到的氣泡式微針，其他3、4、5、6號氣 泡式微針與普通微針的力學性能曲線相近。如此表明使用15wt%，20wt%，25wt%，30wt% 質量濃度的PVA溶液制備得到的四種氣泡式微針具有與普通實心微針相近的力學性能。 [0052] 4、微針給藥效率測試
[0053] 微針刺入皮膚，微針載負的藥物就會在皮下釋放，成功傳輸到皮下的藥物量與微 針載藥總量之比即為微針給藥效率。
[0054] 實驗中，我們借助酶標儀測定了實施例2中不同氣泡微針與普通微針，即使用 10wt%，15wt%，20wt%，25wt%，30wt%濃度的PVA溶液制備得到氣泡微針和普通微針的給 藥效率。具體測定方法是首先測定完整載藥微針的載藥量，然后測得刺穿皮膚、給藥結束之 后的微針上的藥物殘余量，用差值法得到微針的給藥效率。普通微針和氣泡式微針的給藥 效率對比如圖8所示。
[0055]可以看到的是以10wt%，15wt%，20wt%濃度的PVA溶液制備的氣泡式微針的給藥 效率明顯大于相應的普通微針。對于25wt%，30wt%濃度制得的兩種微針給藥效率相差不 大。這表明，當使用濃度較低的PVA溶液制備載藥可溶性微針時，氣泡式的結構能夠有效提 高藥物的給藥效率。
[0056] 5、載負乙肝疫苗的透明質酸(HA)氣泡式微針免疫效果測試
[0057]取實施例3中制得的載負乙肝疫苗的HA氣泡式微針貼片。
[0058]取以10只體重約20g的年齡在6周左右的雌性Bal b/c小鼠為實驗對象，其中5只作 為HA氣泡式微針接種疫苗試驗組，另外5只不接種疫苗作為對照組。將本實施例中得到的疫 苗微針貼片按壓在小鼠后背部，按壓時使微針垂直刺入豬皮膚，2分鐘后取下微針貼片，使 微針頂端的疫苗完全釋放到豬皮膚中，完成經皮給藥。兩周后重復一次上述給藥。并在第二 次給藥后一周從小鼠眼眶取血并獲得血清，通過ELISA方法測定血清中針對乙肝疫苗的特 異性IgGl抗體的滴度。實驗結果是，通過上述制備的載負乙肝疫苗的氣泡式微針貼片接種， 小鼠血清中的特異性IgGl抗體的平均滴度為3.61og2，對照組特異性IgGl抗體的平均滴度 為01〇g2。說明通過本發明所述的氣泡式可溶性微針貼片用于小鼠的乙肝疫苗的給藥成功， 免疫效果顯著。
【主權項】
1. 一種氣泡式微針，其特征在于，所述氣泡式微針包括微針基底和分布其上的載藥微 針針體，以及與微針基底粘合的貼片;所述的載藥微針針體為圓錐形或類圓錐形，高度范圍 是100-1000μπι，底徑范圍是50-1000μπι，其內部含有氣泡結構;藥物集中在載藥微針針體的 尖端或上部。2. 根據權利要求1所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述氣泡結構為上端小、下端 大的半橢球狀，位于載藥微針針體底部，高度范圍是10-800Μ1，底徑范圍是10-800μπι，橫向 寬度小于載藥微針針體寬度，縱向高度不超過載藥微針針體高度的90%，體積小于載藥微 針針體的90 %。3. 根據權利要求1所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述微針基底和載藥微針針體 的制備材料為水溶性高分子材料。4. 根據權利要求3所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述水溶性高分子材料為聚羧 甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乳酸聚乙醇酸共聚物、水凝膠、殼聚糖、硫酸 軟骨素、蠶絲蛋白、糊精、透明質酸、透明質酸鈉或動物明膠中的一種或幾種。5. 根據權利要求3所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述微針基底和載藥微針針體 的制備材料還含有穩定劑。6. 根據權利要求5所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述穩定劑為蔗糖、紅菇酮萜、 海藻糖或殼聚糖中的一種或幾種。7. 根據權利要求1所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述藥物為蛋白質、多肽、抗 原、抗體、激素、免疫原、疫苗、抗生素、基因工程藥物、化學藥物或中藥的一種或幾種。8. 根據權利要求1所述的一種氣泡式微針，其特征在于，所述的貼片的材質為紙、塑料 或者無紡布，貼片所用的粘合劑為醫用無毒粘合劑。9. 根據權利要求1所述的一種氣泡式微針的制備方法，其特征在于，所述制備方法具體 步驟為:配制濃度為l_60wt %的水溶性高分子材料水溶液，或者水溶性高分子材料與穩定 劑的混合液作為微針制作液，所述的混合液中水溶性高分子材料的濃度為l_60wt%，穩定 劑的用量不超過水溶性高分子材料的質量;配制藥物溶液;在真空條件下，取藥物溶液涂在 微針模板上，〇 . 5-30min后，回收多余的藥物溶液，繼續在真空環境干燥0.5-60min;然后在 微針模板表面涂覆一層厚度為50Μ?-500μπι的微針制作液，真空填充，l-3000min后載藥微針 針體以及氣泡結構、微針基底成型，冷凍干燥50_600min后使用單面有粘合劑的貼片粘附到 微針基底上，微針脫模，制得氣泡式微針。10. 根據權利要求9所述的一種氣泡式微針的制備方法，其特征在于，所述微針模板以 聚二甲基硅氧烷膜為原材料，使用激光雕刻技術制得。
【文檔編號】A61M37/00GK106039552SQ201610371889
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】郭新東, 王淇磊
【申請人】北京化工大學