CN110509463A - 一种微针模板及其制备方法、利用微针模板制备微针阵列的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于微针技术领域，具体涉及一种微针模板及其制备方法、利用微针模板制备微针阵列的方法；其中，微针模板的制备方法，包括以下步骤：S1、将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，搅拌均匀后置于负压环境中；S2、加热固化，得到聚二甲基硅氧烷基板；S3、将聚二甲基硅氧烷基板裁切成目标尺寸的模板，并进行激光刻蚀，制得微针模板。本发明的微针模板的制备方法，采用蚀刻技术制备微针模板，可以通过调节激光参数控制模板空腔形状和尺寸设计不同结构的微针模板。

Description

一种微针模板及其制备方法、利用微针模板制备微针阵列的 方法

技术领域

本发明属于微针技术领域，具体涉及一种微针模板及其制备方法、利用微针模板制备微针阵列的方法。

背景技术

传统给药方式主要包括口服和注射两种；对于蛋白质类等药物的递送，口服给药存在诸多的不足，肝脏首过效应致使进入体液循环的药量减少、药效降低；而皮下注射给药的患者依从性较低，容易造成患者身体和心理的双重压力。近年来，新兴的微针透皮给药体系凭借着其方便、无痛和微创等优点，得到了越来越多的关注；该体系能有效地避免消化酶降解、肠蠕动清除和肠上皮载运等多重载运屏障，对于大分子药物的传递具有独特优势，并且可以提高病人依从性。

目前微针阵列的常用制备方法包括微模板法、平板印刷法以及滴状喷吹法等，其中，微模板法应用最广；但是由于微针模板通常具有微小的凹部和较高的纵横比，如因空气、表面张力而无法排出气泡，导致微针质量不均，甚至不能制备出完整的微针阵列，所以通常采用离心法和抽真空法排出气泡。然而，离心法操作繁琐、效率较低；抽真空法虽然效率较高，但是对微针材料的粘度及时间要求较高，微针成型不均，失败率较高。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种微针模板及其制备方法、利用微针模板制备微针阵列的方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种微针模板的制备方法，包括以下步骤：

S1、将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，搅拌均匀后置于负压环境中；

S2、加热固化，得到聚二甲基硅氧烷基板；

S3、将聚二甲基硅氧烷基板裁切成目标尺寸的模板，并进行激光刻蚀，制得微针模板。

作为优选方案，所述聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为(5～20)：1。

作为优选方案，所述加热固化的工艺参数包括：加热温度60～90°，固化时间为1～12h。

作为优选方案，所述激光刻蚀的工艺参数包括：功率为10～100W，速度为1～10mm/s，刻蚀重复次数为一次。

作为优选方案，所述模板的厚度为500～1000μm，面积为1～2500cm²。

本发明还提供一种采用上述制备方法制得的微针模板，所述微针模板具有阵列式分布的空腔，空腔的高度与模板的厚度相等。

作为优选方案，所述空腔为圆台结构，其一表面的直径为10～30μm，相对的另一表面的直径为100～600μm；空腔之间的间距为200～1000μm。

作为优选方案，所述空腔为轴对称结构。

本发明还提供一种利用如上所述的微针模板制备微针阵列的方法，包括以下步骤：

S01、将微针模板置于减压容器上，然后朝微针模板添加微针材料，启动减压容器以使微针材料流至微针模板的空腔内；

S02、将微针基底材料铺至微针模板上，干燥后脱模，即制得微针阵列。

作为优选方案，所述步骤S02之后，还包括：

S03、回收减压容器内的微针材料，以重复利用。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

本发明的微针模板的制备方法，可以通过调节激光参数控制模板空腔形状和尺寸设计不同结构的微针模板；

利用本发明微针模板制备微针阵列的方法，得到的微针阵列的微针成型均匀，克服了传统微针阵列制备过程复杂、费时长和价格昂贵等缺点，可低成本、省时、大规模生产制备微针阵列。

附图说明

图1为本发明实施例1的基于激光刻蚀技术制备微针模板的流程图；

图2为本发明实施例1的微针阵列的制备流程图；

图3为本发明实施例1的制得的微针模板的数码显微镜图；

图4为本发明实施例1的减压容器与模板搭载图及微针阵列的图像。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1所示，本实施例的微针模板的制备方法，具体包括：

将聚二甲基硅氧烷PDMS和固化剂道康宁sylgard 184以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀；然后将混合物置于-0.09MPa的负压环境中排除气泡；

接着加热至80℃固化6h使其固化，冷却后得到700μm厚的聚二甲基硅氧烷基板；

将聚二甲基硅氧烷基板裁切成长宽为5cm×5cm，得到目标尺寸的聚二甲基硅氧烷模板；设计微针空腔圆心间距为600μm，空腔上表面圆直径为260μm，下表面直径为30μm，用绘图软件设计微针阵列导入激光刻蚀机***中，设置激光能量参数设置为功率为75W，速度5mm/s，分辨率500，z轴700μm，随后将裁切好的聚二甲基硅氧烷模板放入激光刻蚀机的工作区进行刻蚀，从而得到微针模板。

如图2所示，本实施例的微针阵列的制备方法，具体包括：

将聚乙烯醇溶解在去离子水中配置成0.2g/mL的微针材料；

将本实施例制备的微针模板置于尺寸相匹配的减压容器上，确保密封性良好；

取一定量的微针材料平铺在微针模板上，抽负压至-0.03MPa，保持2～10分钟；随后将上层多余微针材料除掉，倒入基底材料(与微针材料相同)，将微针模板置于通风处自然风干，脱模制成微针阵列贴片，置于低温8℃密封保存备用。

图1为本实施例基于激光刻蚀技术制备微针模板的流程图，首先将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，出去气泡后固化形成700μm聚二甲基硅氧烷基板，将基板放置于激光刻蚀机的工作区域进行刻蚀，得到设计好的微针模板，微针模板具有阵列式分布的空腔，空腔的高度与模板的厚度相等，微针空腔圆心间距为600μm，空腔上表面圆直径为260μm，下表面直径为30μm，空腔为轴对称结构。

图2为本实施例一步减压法制备微针阵列贴片的流程图，首先将微针模板与减压容器连接在一起，保持良好的气密性，将微针材料置于模板上，通过减压保持装置内负压的条件，使微针材料充满空腔，停止减压并将基底材料置于微针模板之上，干燥后剥离得到完整的微针阵列贴片。

如图3所示，A、B可以观察到微针模板的形貌，C、D可以分别观察到微针模板的下表面和上表面的结构特征，微针模板具有阵列式分布的空腔，空腔的高度与模板的厚度相等。另外，如图1和3所示，微针模板的表面在阵列式分布的空腔的***具有容纳微针阵列基底材料的基底槽。具体地，在激光蚀刻的过程中，先蚀刻处基底槽，再在基底槽的底部蚀刻空腔即可。

如图4所示，A为减压容器的数码显微镜图，B为减压容器与微针模板搭载的数码显微镜图，C和D分别为微针阵列的扫描电镜图和数码显微镜图，可见所制备的微针形状尺寸均一。

本实施例采用微刻蚀技术制备贯穿状的微针模板，将具有任意粘度的微针材料放入所制备的微针模板上并搭载减压装置，通过一次减压的操作制备微针阵列。相对于目前研究的普通微针制备方法，不仅微针形状尺寸均一、并能高效快速制备微针，同时可根据生产需要通过调节刻蚀参数来控制模板形状尺寸，进而生产不同结构参数的微针，在微针领域具有广阔的应用前景。

实施例二：

本实施例的微针模板的制备方法，具体包括：

将聚二甲基硅氧烷和固化剂硅烷偶联剂以质量比5：1的比例混合，搅拌均匀；然后将混合物置于-0.09MPa的负压环境中排除气泡；

然后加热至60℃固化1h使其固化，冷却后得到500μm厚的聚二甲基硅氧烷基板；

将聚二甲基硅氧烷基板裁切成长宽为1cm×1cm，得到目标尺寸的聚二甲基硅氧烷模板；设计微针空腔圆心间距为200μm，空腔上表面圆直径为100μm，下表面直径为10μm，用绘图软件设计微针阵列导入激光刻蚀机***中，设置激光能量参数设置为功率为10W，速度1mm/s，分辨率500，z轴650μm，随后将裁切好的聚二甲基硅氧烷模板放入激光刻蚀机的工作区进行刻蚀，从而得到微针模板。

本实施例的微针阵列的制备方法，具体包括：

将聚乙烯醇溶解在去离子水中配置成0.2g/mL的微针材料；

将本实施例制备的微针模板置于尺寸相匹配的减压容器上，确保密封性良好；

取一定量的微针材料平铺在模板上，抽负压至-0.03MPa，保持2～10分钟；随后将上层多余微针材料除掉，倒入基底材料(与微针材料相同)，随后将微针模板置于通风处自然风干，脱模制成微针阵列贴片，置于低温8℃密封保存备用。

相应的微针模板以及微针阵列的结构可以参考实施例一。

实施例三：

本实施例的微针模板的制备方法，具体包括：

将聚二甲基硅氧烷和固化剂硅烷偶联剂以质量比20：1的比例混合，搅拌均匀；然后将混合物置于-0.09MPa的负压环境中排除气泡；

然后加热至90℃固化12h使其固化，冷却后得到1000μm厚的聚二甲基硅氧烷基板；

将聚二甲基硅氧烷基板裁切成长宽为50cm×50cm，得到目标尺寸的聚二甲基硅氧烷模板；设计微针空腔圆心间距为1000μm，空腔上表面圆直径为600μm，下表面直径为20μm，用绘图软件设计微针阵列导入激光刻蚀机***中，设置激光能量参数设置为功率为100W，速度10mm/s，分辨率500，z轴800μm，随后将裁切好的聚二甲基硅氧烷模板放入激光刻蚀机的工作区进行刻蚀，从而得到微针模板。

本实施例的微针阵列的制备方法，具体包括：

将聚乙烯醇溶解在去离子水中配置成0.2g/mL的微针材料；

将本实施例制备的微针模板置于尺寸相匹配的减压容器上，确保密封性良好；

取一定量的微针材料平铺在模板上，抽负压至-0.03MPa，保持2～10分钟；随后将上层多余微针材料除掉，倒入基底材料(与微针材料相同)，随后将微针模板置于通风处自然风干，脱模制成微针阵列贴片，置于低温8℃密封保存备用。

相应的微针模板以及微针阵列的结构可以参考实施例一。

实施例四：

本实施例的微针模板的制备方法，具体包括：

将聚二甲基硅氧烷和固化剂硅烷偶联剂以质量比15：1的比例混合，搅拌均匀；然后将混合物置于-0.09MPa的负压环境中排除气泡；

然后加热至70℃固化4h使其固化，冷却后得到800μm厚的聚二甲基硅氧烷基板；

将聚二甲基硅氧烷基板裁切成长宽为30cm×30cm，得到目标尺寸的聚二甲基硅氧烷模板；设计微针空腔圆心间距为800μm，空腔上表面圆直径为400μm，下表面直径为15μm，用绘图软件设计微针阵列导入激光刻蚀机***中，设置激光能量参数设置为功率为60W，速度8mm/s，分辨率500，z轴500μm，随后将裁切好的聚二甲基硅氧烷模板放入激光刻蚀机的工作区进行刻蚀，从而得到微针模板。

本实施例的微针阵列的制备方法，具体包括：

将聚乙烯醇溶解在去离子水中配置成0.2g/mL的微针材料；

将本实施例制备的微针模板置于尺寸相匹配的减压容器上，确保密封性良好；

取一定量的微针材料平铺在模板上，抽负压至-0.03MPa，保持2～10分钟；随后将上层多余微针材料除掉，倒入基底材料(与微针材料相同)，随后将微针模板置于通风处自然风干，脱模制成微针阵列贴片，置于低温8℃密封保存备用。

相应的微针模板以及微针阵列的结构可以参考实施例一。

实施例五：

本实施例的微针模板的制备方法，具体包括：

将聚二甲基硅氧烷和固化剂硅烷偶联剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀；然后将混合物置于-0.09MPa的负压环境中排除气泡；

然后加热至80℃固化8h使其固化，冷却后得到600μm厚的聚二甲基硅氧烷基板；

将聚二甲基硅氧烷基板裁切成长宽为20cm×20cm，得到目标尺寸的聚二甲基硅氧烷模板；设计微针空腔圆心间距为400μm，空腔上表面圆直径为300μm，下表面直径为10μm，用绘图软件设计微针阵列导入激光刻蚀机***中，设置激光能量参数设置为功率为30W，速度4mm/s，分辨率500，z轴400μm，随后将裁切好的聚二甲基硅氧烷模板放入激光刻蚀机的工作区进行刻蚀，从而得到微针模板。

本实施例的微针阵列的制备方法，具体包括：

将聚乙烯醇溶解在去离子水中配置成0.2g/mL的微针材料；

将本实施例制备的微针模板置于尺寸相匹配的减压容器上，确保密封性良好；

取一定量的微针材料平铺在模板上，抽负压至-0.03MPa，保持2～10分钟；随后将上层多余微针材料除掉，倒入基底材料(与微针材料相同)，随后将微针模板置于通风处自然风干，脱模制成微针阵列贴片，置于低温8℃密封保存备用。

相应的微针模板以及微针阵列的结构可以参考实施例一。

在上述实施例及其替换方案中，微针材料的选择还可以为透明质酸、羟甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、明胶、聚乳酸、聚己内酯等。

在上述实施例及其替换方案中，微针材料的浓度还可以为0.05g/mL、0.1g/mL、0.3g/mL、0.5g/mL等。

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例一至五作为代表说明本发明申请优异之处。

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 (10)

1.一种微针模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，搅拌均匀后置于负压环境中；

S2、加热固化，得到聚二甲基硅氧烷基板；

S3、将聚二甲基硅氧烷基板裁切成目标尺寸的模板，并进行激光刻蚀，制得微针模板。

2.根据权利要求1所述的一种微针模板的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷和固化剂的质量比为(5～20)：1。

3.根据权利要求2所述的一种微针模板的制备方法，其特征在于，所述加热固化的工艺参数包括：加热温度60～90°，固化时间为1～12h。

4.根据权利要求1所述的一种微针模板的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀的工艺参数包括：功率为10～100W，速度为1～10mm/s，刻蚀重复次数为一次。

5.根据权利要求1所述的一种微针模板的制备方法，其特征在于，所述模板的厚度为500～1000μm，面积为1～2500cm²。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的微针模板，其特征在于，所述微针模板具有阵列式分布的空腔，空腔的高度与模板的厚度相等。

7.根据权利要求6所述的微针模板，其特征在于，所述空腔为圆台结构，其一表面的直径为10～30μm，相对的另一表面的直径为100～600μm；空腔之间的间距为200～1000μm。

8.根据权利要求7所述的微针模板，其特征在于，所述空腔为轴对称结构。

9.利用如权利要求6所述的微针模板制备微针阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、将微针模板置于减压容器上，然后朝微针模板添加微针材料，启动减压容器以使微针材料流至微针模板的空腔内；

S02、将微针基底材料铺至微针模板上，干燥后脱模，即制得微针阵列。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S02之后，还包括：

S03、回收减压容器内的微针材料，以重复利用。