[发明专利]一种任意曲面聚合物微针阵列及其制备方法

说明书

本发明公开了一种任意曲面聚合物微针阵列及其制备方法，本发明所提出的在平面基板上的任意曲面(针尖面)聚合物微针阵列通过改变微针的针尖面的曲率来贴合人体皮肤曲线，避免了受力不均和侧边微针易断裂等情况的出现，并且该任意曲面聚合物微针阵列的制备方法，加工工艺简单、成本低廉，适合批量生产。

技术领域

本发明属于生物医药工程技术领域，具体涉及一种任意曲面聚合物微针阵列及其制备方法。

背景技术

皮下注射在临床实践中被广泛使用于注射疫苗和针剂，但注射时存在痛感一直都是个无法解决的问题，尤其是对于一些特殊使用者如老人和儿童等。相反，基于微针的透皮递送允许以微创的方式接触皮肤，可最大程度减少触及皮层真皮和神经末梢，因此可显著减轻取样疼痛。近年来微针阵列技术在药物递送、医疗美容、组织液提取和生物传感等领域的应用正吸引越来越多的关注。由于其作用对象为人体皮肤表面，微针需要能够贴合起伏不平的皮肤并且具有一定机械强度刺穿皮肤角质层。

常用的微针材料包括聚合物、硅和金属等。聚合物微针通常生物安全性较高但机械强度不够，难以刺穿角质层；硅虽材质坚硬，但其较脆易断；金属具有加工成本低的优势但其生物相容性较差。微针阵列的一般结构为不同形状的实心或空心微针阵列和与支撑微针结构的基板构成。现有的微针阵列加工方法通常是基于光刻、机加工和蚀刻等半导体工艺以及化学腐蚀或激光微加工等方法制作单晶硅微针或金属微针，或聚合物微针的金属模板(CN104970804A、CN101507857A、CN108325065A等)。不过这些工艺较为复杂，加工成本较高。更重要的是，大多数的制作工艺都是针对平面微针阵列(针尖在同一平面)。然而人体的皮肤表面并非是平面，而是有起伏、有弹性的。平面的微针阵列在人体皮肤上会存在受力不均匀的问题存在以及不能完整地将微针插入皮肤角质层等问题，导致其应用范围不广。越来越多的研究专注在柔性或曲面基板上制作高度相同的微针来贴合有起伏的人体表面，这类微针虽然可以保证微针相对完整地插入皮肤角质层，但由于曲面的基板往往加工过程复杂且在使用时受力不均匀的问题依然存在，如在将微针贴片撕下时，侧边的微针会受到较大的剪切力从而更容易断裂，甚至残留在皮肤内；并且在面对皮肤一些较窄的褶皱时，基板的弹性或曲面曲率不足同样会造成部分微针无法完整地穿透皮肤。因此，开发更简便、低成本的制作方法来批量制备曲面微针阵列对于微针技术的实际应用将会有巨大价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种任意曲面聚合物微针阵列。

本发明的第二目的在于提供一种任意曲面聚合物微针阵列的制备方法，通过改变微针的针尖面的曲率来贴合人体皮肤曲线，并保持平面基板，制备成的任意曲面聚合物微针阵列按压时受力均匀，微针只受轴向力，避免了受力不均和侧边微针易断裂等情况的出现。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：

一种任意曲面聚合物微针阵列，包括微针阵列和与其垂直的基板，所述微针立于并排列在基板上，所述基板包括基板薄层和基板主体。

进一步地，所述微针采用的材料为聚二甲基硅氧烷、聚乳酸、乳酸/乙醇酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酰胺类聚合物中的至少一种。

进一步地，所述基板薄层采用的材料与微针材料一致，基板主体采用的材料为玻璃、金属、聚乙烯、橡胶、乳胶和聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：

一种任意曲面聚合物微针阵列的制备方法，包括以下步骤：

1)金属微针阵列原型的制备：将两个及以上的直径为0.2毫米或0.1毫米或0.3毫米或0.4毫米的锥形不锈钢针在磁铁上紧密的固定在一起，得到与目标聚合物微针阵列具有相同空间特征的金属微针阵列原型；

2)模板的制备：利用步骤1)得到的金属微针阵列原型和模板材料制备模板；

3)将金属微针阵列原型从模板中脱出；