基于微针阵列柔性芯片的经皮给药贴片及其制备方法

专利名称：基于微针阵列柔性芯片的经皮给药贴片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及医疗和美容器械技术领域，特别是涉及 一 种微针阵列 柔性芯片和基于此种芯片的经皮给药贴片及制备方法。
背景技术：
人体的皮肤有三层组织角质层、活性表皮层和真皮层。最外层 的角质层厚度约为30-50微米，由致密的角质细胞组成，其对绝大多 数药物的渗透率很低，是这些药物经皮输送的主要障碍；角质层以下 是表皮层，厚度约为50-100微米，含有活性细胞和很少量的神经组织， 但是没有血管；表皮层以下是真皮层，其为皮肤的主要组成部分，含 有大量的活细胞、神经组织和血管组织。传统皮下注射法使用的针头 外径一般为0.4-3.4毫米，注射时必须将针头穿透皮肤深入到肌肉中， 无疑将会触及血管并损伤大量神经组织，因此除了会出血外，患者往 往会感受到较为剧烈的疼痛。
经皮给药系统又称经皮治疗系统，是指药物以 一定的速率通过皮 肤经毛细血管吸收进入体循环而产生药效的一类制剂。与传统的给药 方式相比，经皮给药有许多优点可产生持久、恒定和可控的血药浓 度，使因为体内新陈代谢迅速而半衰期很短的药物活性明显提高，避 免了肝脏的首过效应与胃肠道因素的干扰，将毒副作用降到最小；具 有无痛、无创或微创性，患者可自己用药，也可随时中断给药，使用 方便。虽然经皮给药非常诱人，但是当前进入世界经皮给药巿场的药 物只有二十种左右，这主要是因为皮肤角质层的阻挡作用导致绝大多 数药物的经皮渗透速度太低，不能满足治疗的需要。现在能够经皮给 药的药物受到许多限制，例如分子量小于500D、高脂溶性、熔点小 于15(TC、治疗剂量小于20亳克/日等，高分子以及极性药物难以实现被动经皮给药。
为了增加皮肤的渗透性，人们釆用了化学促渗剂、离子电渗法和 电致孔法等多种方法。这些方法对所传输的药物都存在不同程度的局
限性，有些可能还会引起较大的毒副作用。1998年，美国Prausnitz-教 授课题组首次将微机电系统(MEMS)技术制备的微型实心硅针阵列 用于经皮给药领域，发现其可以将生物高分子模型药物钩黄绿素的经 皮渗透性提高4个数量级，从此在国际上掀起了微针经皮给药研究的 浪潮。采用MEMS技术可以低成本、大批量制造出短小而锋利的微针 阵列，通过按压施针的方式能够瞬间在皮肤角质层和表皮层产生大量 微米量级大小的孔道来明显提高药物的渗透性，理论上应该适用于包 括生物大分子药物在内的任何药物而不受分子量大小、药物极性、熔 点等的限制。由于微针给药部位在体表并没有触及神经组织和血管， 因此不会产生疼痛和出血现象；采用微针给药不需要专业人员进行操 作，使用灵活方便，可随时中断给药，所以更容易被患者所接受。
与经皮给药同理，由于角质层的阻挡作用，釆用一般传统的方法 使用美容护肤品，其中的绝大部分活性养分难以进入活性表皮层和真 皮层，所以美容效果并不显著。如果将表面涂敷有美容护肤品的微针 阵列刺入皮肤，或微针阵列刺入皮肤后移开再涂敷美容护肤品，均会 明显提高活性养分穿越角质层进入表皮层及真皮层细胞的渗透能力， 从而显著提高美容养颜效果。
微针有实心针和空心针两种类型。在使用过程中，对于实心微针 通常采用如下两种给药方式1)先将微针阵列刺入皮肤形成孔洞， 再将含药贴剂敷在治疗部位上；2)在微针阵列表面涂覆药物后，刺 入皮肤持续释药。对于空心微针通常是釆用微注射的形式输送药物， 适用于液态和治疗剂量要求更大的药物。要求微针结构坚固，使用过 程中不易断裂、刺入力小、无痛、微创。
制造微针的材料有聚合物、单晶硅和金属等。现有聚合物微针存
8在的一个突出问题是材料强度不够，不易刺穿皮肤的角质层。单晶硅 材质坚硬、易脆断，虽然有文献报道其具有较好的生物兼容性，但现 在还不属于常规的医用材料，是否能够适用于生物医药方面还有待进 一步考证。金属用于制造针灸针或注射针头已有千百年历史，其使用 的安全性毋庸置疑。目前，国内外已经报道了一些实心金属微针阵列 芯片结构及其制造方法，这些技术都是在一块金属上形成各种形状的 微针阵列和垂直于其的基板，制备方法包括以下几种l)釆用化学 腐蚀或激光切割等方式切割金属板并在其上形成各种平面微针图形，
然后利用冲压等方法将这些平面微针翘起并最终与该金属板垂直；2) 对金属板表面进行选择性的电解或电化学腐蚀以形成凸起的微针。但 是，釆用金属基板的微针阵列芯片不易贴合皮肤的形状，使用感觉不 够舒适、方便。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够克服现有技术中不足之处的 微针阵列柔性芯片。
为达到上述目的，提供一种微针阵列柔性芯片结构，包括柔性衬 底，以及两个或两个以上、按一定间距排列于所述柔性衬底上的微针， 所述微针包括针杆和位于针杆顶端的针尖，所述微针通过针杆的下部 固定在所述柔性衬底上。
优选地，微针的针杆为圆柱体或圆锥体。
优选地，所述微针的针尖为圆锥形、棱锥形或楔形。
优选地，所述针尖具有与柔性衬底平行或倾斜一定角度的上表 面，所述上表面为椭圆形平面。
优选地，所述椭圆形平面上具有若干凹坑。
优选地，所述针尖的椭圆形平面至少被切去一段圆弧面使其存在 更多的棱角。
优选地，所述柔性衬底包括叠加在一起的上层衬底和下层衬底，所述微针的下部沿一定角度穿透所述上层衬底。
优选地，所述上层衬底和下层衬底之间设置有若干针座，所述微 针的下部通过针座固定在所述柔性衬底上，所述每个针座固定一个或 一个以上微针。
优选地，所述微针的下部与所述柔性衬底所呈的角度为15°-90°。 优选地，所述微针的上部与所述柔性衬底所呈的角度为
15。曙歸。。
优选地，所述微针釆用的材料是金属或合金，可以是钛、铜、铝、 铁、镍、钨、不锈钢、钛合金、铝合金、镍合金、铜合金或其他金属 或合金中的任意一种。
优选地，所述微针的表面光滑或者具有沟槽或凹坑。
优选地，微针表面覆盖有一层或若干层介质材料薄膜或金、钛、 镍、铂薄膜或其他金属或合金薄膜。
优选地，所述微针的针尖曲率半径或等效曲率半径为 lnm-800[im,针杆外径为5jim-800jim,高度为10nm-9000nm。
优选地，所述柔性衬底由纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、 橡胶、乳胶、硅橡胶、塑料、聚合物中的一种或几种分层组合而成， 各层之间通过熔合、键合、粘结剂、防渗剂或固定结构连接。
优选地，所述上层衬底和下层衬底的厚度均为lpm-8000^im。
优选地，所述针座釆用的材料是金属或合金、树脂、塑料、橡胶、 乳胶、硅橡胶或聚合物中的一种或几种的结合。
优选地，所述针座厚度为0.1pm-500(Him。
本发明的另 一个目的是提供一种微针阵列柔性芯片的制备方法。
为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的微针阵列柔性 芯片，所述方法包括步骤
Sl，将若干金属针或金属棒按照一定间距垂直或呈一定角度穿透 上层柔性衬底；S2，将所述金属针或金属棒切断至预定长度形成微针阵列柔性芯 片雏形；
S3，将下层柔性衬底与上层柔性衬底固定为一体。
优选地，在步骤S2之后，所述方法还包括步骤 S2-l，利用图形转移或丝网印刷技术在上层衬底的下侧制备针座 阵列。
优选地，在所述步骤S2中，切断金属针或金属棒后，将断口表 面沿与衬底平行或倾斜的方向制作具有椭圆形平面的针尖。 优选地，在所述步骤S2后还包括步骤
S2-2，在固定有金属针或金属棒的柔性衬底一侧制备掩蔽膜，利 用图形转移或丝网印刷技术在金属棒的一端形成设计的掩蔽膜图案；
S2-3,化学或电化学腐蚀、抛光未被掩蔽膜保护的金属棒，制备 出针头具有多个棱角和凹坑的金属微针后，去除掩蔽膜。
本发明还提供一种经皮给药贴片，所述经皮给药贴片包括微针阵 列柔性芯片，以及覆盖于所述微针阵列柔性芯片之上的经皮贴剂，所 述经皮贴剂含有一种或多种药物或美容护肤品。
优选地，所述经皮贴剂还包括橡胶基质、压敏胶基质、水凝胶基 质或其他胶基质中的一种或几种。
优选地，在所述经皮给药贴片边缘的微针阵列柔性芯片的柔性衬 底上表面凸出有不高于微针高度的柔性或弹性防渗垫圈。
优选地，所述防渗垫圈的制作材料为纯棉纤维或弹性纤维的织布 或无纺布、橡胶、硅橡胶、乳胶、溶胶、凝胶、塑料、聚合物中的一 种或几种。
优选地，在所述经皮给药贴片的微针一侧表面覆盖有防粘层以保 护微针和贴剂。
优选地，在所述经皮给药贴片上分布有通孔区和/或无针区，所 述通孔区和无针区分别为圆形或椭圆形或多边形或其他形状。
ii优选地，在通孔区或无针区的边缘贴片上设置有柔性或弹性防渗 垫圈，其材料为纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、橡胶或硅橡胶、 乳胶、溶胶、凝胶、塑料、聚合物中的任意一种或几种。
本发明还提供一种经皮给药贴片的制备方法，包括步骤
Sl，在依照如权利要求19所述的微针阵列柔性芯片的制备方法
所制备的微针阵列柔性芯片上覆盖经皮贴剂；
S2,在微针阵列柔性芯片的微针一侧覆盖有可剥离的防粘层。 优选地，在步骤S1中，通过浸沾、涂覆、物理性或化学性淀积
的方法在微针阵列柔性芯片上覆盖经皮贴剂。
优选地，在所述步骤S1之前，所述制备方法还包括步骤
SA,在微针阵列柔性芯片的柔性衬底边缘制备出凸出的柔性或
弹性防渗垫圈。
优选地，所述经皮贴剂含有一种或多种药物或美容护肤品。 优选地，所述经皮贴剂还包括橡胶基质、压敏胶基质、水凝胶基
质或其他胶基质中的一种或几种。
优选地，所述防渗垫圏的制作材料为纯棉纤维或弹性纤维的织布
或无纺布、橡胶、硅橡胶、乳胶、溶胶、凝胶、塑料、聚合物中的一
种或几种。
本发明釆用目前常规的医用材料制造基于金属微针阵列柔性芯 片的柔性经皮给药贴片、美容贴片，通过微针阵列与柔性衬底的有机 结合能够使药物或美容护肤品迅速通过角质层进入表皮层及真皮层， 从而明显提高药效或美容养颜效果，并利用成熟的加工工艺实现其低 成本、高成品率、高重复性的批量制造；由于釆用的柔性衬底易与皮 肤共形，使用起来感觉更为舒适、方便；微针结构坚固、针尖锋利、 便于穿刺；阵列中的微针一致性好，使用时无痛感、不见血，使用后 微创的皮肤会迅速自愈，安全可靠；可以免除或减小化学促渗剂的使 用，不仅可以显著提高现有药物的经皮渗透率，还可以扩展适用药物的种类，开发出更多药物和化妆品的经皮输运产品。


图l为本发明实施例中圆锥形针垂直于柔性衬底的 一种微针阵列
柔性芯片结构示意图2为本发明实施例中圆锥形针垂直于柔性衬底的另 一种微针阵 列柔性芯片结构示意图3为本发明实施例中圆柱形针垂直于柔性衬底的 一 种微针阵列 柔性芯片结构示意图4为本发明实施例中针尖的椭圆形平面与柔性衬底平行的一种 微针阵列柔性芯片结构示意图5为本发明实施例中针尖的椭圆形平面倾斜于柔性衬底的一种 微针阵列柔性芯片结构示意图6为本发明实施例中针尖的椭圆形平面与柔性衬底平行且存 在棱角的一种微针阵列柔性芯片结构示意图7为本发明实施例中针尖的椭圆形平面倾斜于柔性衬底且存 在棱角的 一种微针阵列柔性芯片结构示意图8为本发明实施例中上部针杆和下部针杆均垂直于柔性衬底 的 一种微针阵列柔性芯片结构剖视图9为本发明实施例中针杆的上部和下部针杆分别相对于柔性 衬底倾斜的 一 种微针阵列柔性芯片结构剖视图10为本发明实施例中上部针杆和下部针杆均垂直于柔性衬底 且每根针具有一个针座的一种微针阵列柔性芯片结构剖视图11为本发明实施例中上部针杆和下部针杆均垂直于柔性衬底 且每两根针共享 一个针座的 一种微针阵列柔性芯片结构剖视图12为本发明实施例中针杆的上部和下部分别相对于柔性衬底 倾斜且每根针具有 一个针座的 一种微针阵列柔性芯片结构剖视图13A 图13D为本发明实施例中一种有针座的微针阵列柔性芯
13片的制备工艺流程示意图14A 图14F为本发明实施例中一种无针座但需选择性腐蚀制 造针尖的微针阵列柔性芯片的制备工艺流程示意图15为本发明实施例中一种具有柔性防渗垫圈的微针经皮给药
贴片或美容贴片的结构剖视图16为本发明实施例中一种基于微针阵列柔性芯片的经皮给药
贴片或美容贴片结构示意图17为本发明实施例中一种基于微针阵列柔性芯片且具有柔性
防渗垫圈的经皮给药贴片或美容贴片结构示意图18为本发明实施例中一种基于微针阵列柔性芯片且具有内外 柔性防渗垫圈、中间有通孔的经皮给药贴片或美容贴片结构示意图19为本发明实施例中一种基于微针阵列柔性芯片且具有内外 柔性防渗垫圏、中间无通孔的经皮给药贴片或美容贴片结构示意图。
其中，1:柔性衬底；2:微针；3:针杆；4:针尖；5:上层衬 底；6:下层衬底；7:上表面；8:棱角；9:凹坑；10:针座；11: 掩蔽膜；12:防渗垫圈。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 实施例l
图1-图12示出了本发明所提供的微针阵列柔性芯片，所述微针阵 列柔性芯片包括柔性衬底1和排列于所述柔性衬底1上的若干微针2， 所述若干微针2按一定间距组成微针阵列，所述微针2包括针杆3和位 于针杆3顶端的针尖4，所述微针2通过针杆3的下部固定在所述柔性衬 底1上。所述柔性衬底1可以包括叠加在一起的上层衬底5和下层衬底 6,所述微针2的下部至少穿透所述上层衬底5。所述微针2可以垂直于 所述柔性衬底l布置，也可以倾斜一定角度布置于所述柔性衬底l上，所述角度优选15°-90°。
图1和图2分别为本发明实施例中圆锥形针垂直于柔性衬底的一
种微针阵列柔性芯片结构示意图，图3为本发明实施例中圆柱形针垂
直于柔性衬底的一种微针阵列柔性芯片结构示意图。优选地，所述柔 性衬底由纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革、橡胶、 乳胶、硅橡胶、塑料、聚合物中的一种或几种分层组合而成，各层之 间通过熔合、键合、粘结剂、防渗剂或固定结构连接。优选地，所述
上层衬底和下层衬底的厚度均为1^im-8000^im。
所述微针2的针尖4可为各种带有尖部的立体形状，优选圆锥形、 棱锥形或楔形，所述针尖4具有与所述柔性衬底1平行或倾斜一定角度 的上表面7，所述上表面7为椭圆形平面，或对该椭圆形平面进一步处 理而使其存在更多棱角8和/或凹坑9。图4为本发明实施例中针尖4的 椭圆形平面与柔性衬底1平行的 一种微针阵列柔性芯片结构示意图； 图5为本发明实施例中针尖4的椭圆形平面倾斜于柔性衬底1的一种微 针阵列柔性芯片结构示意图；图6为本发明实施例中针尖4的椭圆形平
面存在棱角且与柔性衬底l平行的微针阵列柔性芯片结构示意图；图7 为本发明实施例中针尖4的椭圆形平面存在棱角且倾斜于柔性衬底1
的一种微针阵列柔性芯片结构示意图。其中，椭圆形平面相对于柔性 衬底的倾斜角度优选范围为0°-90°。
优选地，针杆3的上部和下部可以分别向柔性衬底l倾斜各自的设 定角度。所述针杆3的下部与所述柔性衬底1所呈的角度优选15°-90°, 所述针杆3的上部与所述柔性衬底1所呈的角度优选45。-135。。图8为本 发明实施例中针杆3的上部和下部均垂直于柔性衬底1的一种微针阵 列柔性芯片结构剖视图；图9为本发明实施例中针杆3的上部和下部分 别相对于柔性衬底l倾斜的 一种微针阵列柔性芯片结构剖视图。
优选地，所述上层衬底5和下层衬底6之间设置有若干针座10, 所述针杆3的下部通过针座10固定在所述柔性衬底1上，所述每个
15针座10固定一个或一个以上微针2。优选地，所述针座厚度为0.1pm -5000^im。优选地，所述针座采用金属或合金、树脂、塑料、橡胶、 硅橡胶或聚合物中的一种或几种的结合。图IO为本发明实施例中针 杆3的上部和下部均垂直于柔性衬底且每根微针2具有一个针座的一 种微针阵列柔性芯片结构剖视图；图11为本发明实施例中针杆3的 上部和下部针杆均垂直于柔性衬底1且每两根微针2共享一个针座 IO的一种微针阵列柔性芯片结构剖视图；图12为本发明实施例中针 杆的上部和下部分别相对于柔性衬底1倾斜且每根微针2具有一个针 座10的一种微针阵列柔性芯片结构剖视图。
优选地，所述微针釆用金属或合金，例如钛、不锈钢、钛合金、 铝合金、铜合金、锡中的任意一种。所述微针的表面光滑或者具有沟 槽或凹坑。微针表面可以覆盖有一层或若干层介质材料薄膜或金属薄 膜，所述金属薄膜优选金、钬、镍、铂薄膜。所述微针的针尖曲率半 径或等效曲率半径为lnm-800pm，针杆外径为5frni-800|iim，高度为 10pm-9000(am。
根据针尖是否存在含椭圆形平面的上表面7和柔性衬底内有无针 座10可以粗略分为非椭圆针尖且无针座的微针阵列柔性芯片、非椭圆 针尖且有针座的微针阵列柔性芯片、椭圆针尖且无针座的微针阵列柔 性芯片、椭圆针尖且有针座的微针阵列柔性芯片。下面详述这四种微 针阵列柔性芯片的结构及其制备方法。
1)非椭圆针尖且无针座微针阵列柔性芯片
本实施例中，微针2的针杆3的上部和下部与柔性衬底的夹角分别 为15°-160°和15°-90°，所述微针2为圆柱体或圆锥体。微针2的针尖4 为圆锥形或棱锥形或楔形；柔性衬底1由上层衬底5和下层衬底6组合 而成；微针通过下部针杆3固定在柔性衬底上。
上述芯片的制备方法包括步骤-.
Sl，将具有圆锥形或棱锥形或楔形针尖4的金属针垂直或沿一定角度倾斜穿透上层柔性衬底5;
S2，切断金属针后形成微针阵列柔性芯片雏形； S3，将下层衬底6与上层衬底5进行粘接；
54, 当设计的针杆3的上部和下部存在不同的夹角时，可利用挡 板推动针杆3的上部进一步调整微针倾斜角度。
2) 非椭圆针尖且有针座的微针阵列柔性芯片 本实施例中，针杆3的上部和下部与柔性衬底1的夹角分别为
15°-160°和15°-90°,所述微针2为圆柱体或圆锥体。微针2的针尖4为 圆锥形或棱锥形或楔形；柔性衬底由上层衬底5和下层衬底6组合而 成，其间嵌入着针座10阵列；微针2通过针杆3的下部和针座10固定在 柔性衬底1上。
上述芯片的制备方法包括步骤
Sl，将具有圆锥形或棱锥形或楔形针尖4的金属针垂直或沿一定
角度倾斜穿透上层衬底5;
S2,切断金属针后形成微针阵列柔性芯片雏形； S3，在金属针的断口处利用图形转移或丝网印刷技术制作出针座
IO阵列；
S4，将下层衬底6与上层衬底5、针座7进行粘接；
55, 当设计的针杆3的上部和下部存在不同的夹角时，可利用挡 板推动针杆3的上部进一步调整微针2的倾斜角度。
3) 椭圆针尖且无针座的微针阵列柔性芯片
本实施例中，针杆3的上部和下部与柔性衬底1的夹角分别为 15°-160°和15。-90°，所述微针2为圆柱体或圆锥体。针尖4上表面为与 柔性衬底平行或倾斜设定锐角的椭圆形平面7;或该平面7至少被去除 一段圆弧面使其存在更多的棱角8，在椭圆形平面中间也可以同时被 去除一部分形成凹坑9。柔性衬底1由上层柔性衬底5和下层柔性衬底6 组合而成；微针2通过针杆3的下部固定在柔性衬底1上。上述芯片的制备方法包括步骤
Sl，将圆柱形或圆锥形金属棒沿一定角度倾斜穿透上层衬底5;
S2,沿与上层衬底5平行的方向分别在上层衬底5的上方和下方 切断金属棒并对断口研磨抛光形成针尖4上的椭圆形平面7;或进一 步在柔性衬底1的上方一侧涂覆掩蔽膜，利用图形转移或丝网印刷技 术在金属棒的一端形成设计的掩蔽膜图案；化学或电化学腐蚀未被掩 蔽膜保护的金属棒，形成所需的针头后去除掩蔽膜，制备出具有更多 棱角8和凹坑9的针尖4;
S3，将下层衬底6与上层衬底5进行粘接；
S4，当设计的针杆3的上部和下部存在不同的夹角时，可利用挡 板推动上部进一步调整微针2的倾斜角度。
4)椭圆针尖且有针座的微针阵列柔性芯片
本实施例中，针杆3的上部和下部与柔性衬底1的夹角分别为 15°-160°和15°-90°,所述微针2为圆柱体或圆锥体。 一种微针2的针尖 4上表面为与柔性衬底1平行或倾斜设定锐角的椭圆形平面7;或该平 面至少被去除一段圆弧面使其存在更多的棱角8，在椭圆形平面中间 也可以同时被去除一部分形成凹坑9。柔性衬底1由上层衬底5和下层 衬底6组合而成，其间嵌入着针座10的阵列；微针2通过针杆3的下部 和针座10固定在柔性衬底1上。
上述芯片的制备方法包括步骤
51, 将圆柱形或圆锥形金属棒沿一定角度倾斜穿透上层衬底5;
52, 沿与衬底平行的方向分别在衬底的上方和下方切断金属棒并 对断口研磨抛光形成针尖4上的上表面(椭圆形平面)7;或进一步 在柔性衬底1的上方一侧制备掩蔽膜，利用图形转移或丝网印刷技术 在金属棒的一端形成设计的掩蔽膜图案；化学或电化学腐蚀未被掩蔽 膜保护的金属棒，形成所需的针尖后去除掩蔽膜，制备出具有更多棱 角8和凹坑9的针尖4;
18S3，在上层衬底5下方金属棒的断口处利用图形转移或丝网印刷
技术制作出针座10阵列；
S4,将下层衬底6与上层衬底5、针座10进行粘接；
S5，当设计的针杆3的上部和下部存在不同的夹角时，可利用挡 板推动针杆3的上部进一步调整微针2的倾斜角度。
为了便于说明，上面只是粗略划分出了四种制造微针阵列柔性芯 片的方法。如果釆用合适的掩蔽膜图案，利用制备椭圆针尖柔性芯片 的方法也能够制备出非椭圆针尖柔性芯片。
制造柔性衬底釆用的材料为柔性或弹性材料，可以是纯棉纤维或 弹性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革、橡胶、乳胶、硅橡胶、塑 料、聚合物，由其中一种材料分层组合而成或由其中几种材料分层组 合而成，各层之间有粘结剂或防渗剂或固定结构。
实施例2
不锈钢微针阵列柔性芯片的制造方法
在通孔阵列模具的每个孔中插入一根外径为150微米的不锈钢 针，将这些不锈钢针垂直穿透一块无纺布5后，用切割机在距离该布 约lmm处切断这些不锈钢针。釆用丝网印刷的方法在不锈钢针断口处 涂覆环氧树脂固化后形成针座10阵列，最后将另一块无纺布6和上述 无纺布5、针座10进行粘接，从而形成不锈钢微针阵列柔性芯片。
实施例3
不锈钢微针阵列柔性芯片的制造方法
在通孔阵列模具的每个孔中插入一根外径为150微米的不锈钢丝 棒，然后将这些丝棒沿一定角度穿透厚度约为lmm的上层衬底(硅橡 胶层)5。釆用切割机切断这些丝棒，并将断口表面沿与衬底平行或 倾斜的方向研磨抛光形成具有椭圆形平面的针尖4，如图13A所示。 在零下10(TC冷冻后，利用挡板推动针杆的上部可以进一步调整微针 倾斜角度，如图13B所示。釆用丝网印刷的方法在针杆下部断口处涂覆环氧树脂固化后形成针座10阵列，如图13C所示。最后将另一块下
层衬底(硅橡胶层)6和上述上层衬底(硅橡胶层)5、针座10进行粘 接，如图13D所示，从而形成不锈钢微针阵列柔性芯片。 实施例4
不锈钢微针阵列柔性芯片的制造
在通孔阵列模具的每个孔中插入一根外径为150微米的不锈钢丝 棒，然后将这些丝棒沿一定角度穿透厚度约为lmm的上层衬底(硅橡 胶层)5。采用切割机切断这些丝棒，并将断口表面沿与衬底平行或 倾斜的方向研磨抛光形成具有椭圆形平面的针尖4，如图14A所示。 在上述芯片的丝棒阵列一侧涂覆一层如图14B所示的光刻胶作为掩蔽 膜ll，并利用常规微电子工艺中的图形转移技术对掩蔽膜ll进行选择 性的曝光和显影，从而在针尖4的椭圆形平面上形成设计的掩蔽膜图 形，如图14C所示。利用掩蔽膜10对芯片上的丝棒进行选择性的化学 或电化学腐蚀，从而在针尖4的椭圆形平面上形成具有棱角的针尖4 和凹坑9。使用的化学腐蚀液是波美度为35 45的三氯化铁溶液，腐 蚀时间为20 60min。电化学腐蚀时，需将芯片衬底的微针阵列一侧 浸入电化学腐蚀液中，该腐蚀液包含16 38wtQ/。三氯化铁1000mL、 1 10vol。/。盐酸，l-10vol。/。硝酸、0.1~0.5 wt。/。重铬酸钾；将芯片衬 底的另 一侧浸入包含有0.1 0.5wt。/。NaCl的导电水溶液中；上述两个溶 液中都接入石墨电极，其间加5 25伏直流电压，首先在腐蚀液的电极 中接正电位2 10分钟，然后将其接负电位20-50分钟。釆用丙酮去除 掩蔽膜后如图14D所示，再将芯片浸入不锈钢化学抛光液或电化学抛 光液中进行抛光2 10分钟。化学抛光液中包含80 120g/L盐酸、 50 60g/L硝酸和150 200g/L磷酸。电化学抛光液中包含600mL/L磷酸 和300mL/L硫酸。电化学抛光时，需将芯片衬底的微针阵列一侧浸入 接有铅正电极的电化学抛光液中，芯片衬底的另 一侧浸入接有铅负电 极的0.1 0.5wt。/。NaCl导电水溶液中，在两电极间加8 10V直流电压。
20在零下10(TC冷冻后，利用挡板推动针杆3的上部可以进一步调整微针
2的倾斜角度，如图14E所示。最后将另一块下层衬底(硅橡胶层)6 和上述上层衬底(硅橡胶层)5进行粘接，如图14F所示，从而形成不 锈钢微针阵列柔性芯片。 实施例5
该实施例提供一种基于金属微针阵列柔性芯片的经皮给药贴片 或美容贴片，它由金属微针阵列柔性芯片和应用其表面上的经皮给药 贴剂或美容贴剂组成。其中，经皮给药贴剂或美容贴剂由一层或多层
包含一种或多种物质的薄膜构成；所述物质中至少包含有一种具有治 疗、诊断或预防作用的药物或具有护肤、养颜、美白作用的美容护肤 品，所述物质中还可以包含有橡胶基质或压敏胶基质或水凝胶基质或 其它新型贴剂胶黏剂材料；所述物质为固体、液体、微粒、软膏、硬 膏、乳膏、胶体、溶胶、凝胶或其中几种的混合体。如果只有液体或 软膏，可以直接将浸润液体或软膏的微针贴片覆在皮肤上，该贴片与 其中液体或软膏平时可密封在一个小塑料袋子里备用；或先将液体或 软膏涂覆在皮肤上后，再覆上微针贴片，平时贴剂与贴片可分开密封 储存备用。在贴片边缘的柔性芯片衬底上凸出有不高于微针高度的如 图15、图17所示的柔性或弹性防渗垫圈12，其材料为纯棉纤维或弹 性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革、橡胶或硅橡胶、乳胶、溶胶、 凝胶、塑料、聚合物。另外，在经皮给药贴片或美容贴片的微针一恻 表面可以覆盖有一层防粘纸或其它防粘层材料以保护微针和贴剂，在 将贴片施用于皮肤时可以将其剥离。贴片为圆形或椭圆形或多边形或 其它所需形状，比如与施用部位相配合的形状。贴片上分布有圆形或 椭圆形或多边形或其它形状的通孔区或通孔阵列区；或贴片上的微针 阵列柔性衬底表面分布有圆形或椭圆形或多边形或其它形状的无针 区或无针阵列区；或贴片上同时分布有上述通孔区和无针区。在通孔 区和无针区的边缘贴片上可以有柔性或弹性防渗垫圈12,如图18、19所示。在贴片的无针区内外可以分别涂覆有相同或不同材料与功 能的经皮给药贴剂或美容贴剂。
实施例6
该实施例提供一种基于微针阵列柔性芯片的经皮给药贴片、美容 贴片的制备方法。所述方法釆用粘接、熔合、键合或其它方法在柔性 芯片衬底的边缘制备出凸出的柔性或弹性防渗垫圈。通过浸沾、涂覆、 物理性或化学性淀积或其它方法在微针阵列甚至柔性衬底和防渗垫
圈上覆盖经皮给药贴剂或美容贴剂；在给药贴片或美容贴片的微针一 侧覆盖一层防粘纸或其它防粘层材料以保护微针和贴剂，在使用时可 以很容易将其与贴片剥离。
本发明釆用目前常规的医用材料制造基于金属微针阵列柔性芯 片的柔性经皮给药贴片、美容贴片，通过微针阵列与柔性衬底的有机 结合能够使药物或美容护肤品迅速通过角质层进入表皮层及真皮层， 从而明显提高药效或美容养颜效果，并利用成熟的加工工艺实现其低 成本、高成品率、高重复性的批量制造；由于釆用的柔性衬底易与皮 肤共形，使用起来感觉更为舒适、方便；微针结构坚固、针尖锋利、 便于穿刺；阵列中的微针一致性好，使用时无痛感、不见血，使用后 微创的皮肤会迅速自愈，安全可靠；可以避免或减小化学促渗剂的使 用，不仅可以显著提高现有药物的经皮渗透率，还可以扩展适用药物 的种类，开发出更多药物和化妆品的经皮输运产品。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、一种微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述芯片包括柔性衬底，以及两个或两个以上、按一定间距排列于所述柔性衬底上的微针，所述微针包括针杆和位于针杆顶端的针尖，所述微针通过针杆的下部固定在所述柔性衬底上。
2、 如权利要求l所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述微针的针杆为圆柱体或圆锥体。
3、 如权利要求2所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 微针的针尖为圆锥形、棱锥形或楔形。
4、 如权利要求2所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 针尖具有与柔性衬底平行或倾斜的上表面，所述上表面为椭圆形平 面。
5、 如权利要求4所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 椭圆形平面上具有若干凹坑。
6、 如权利要求4或5所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于， 所述针尖的椭圆形平面至少被切去一段圆弧面使其存在更多的棱角。
7、 如权利要求1所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 柔性衬底包括叠加在一起的上层衬底和下层衬底，所述微针的下部沿 一定角度穿透所述上层衬底。
8、 如权利要求7所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 上层衬底和下层衬底之间设置有若干针座，所述微针的下部通过针座 固定在所述柔性衬底上，所述每个针座固定一个或 一个以上微针。
9、 如权利要求7或8所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于， 所述微针的下部与所述柔性衬底所呈的角度为15°-90°。
10、 如权利要求7或8所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于， 所述微针的上部与所述柔性衬底所呈的角度为15°-160°。
11、 如权利要求l所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述微针采用的材料包括但不限于钛、铜、铝、铁、镍、钨、不锈钢、钛 合金、铝合金、镍合金、铜合金中的任意一种或几种。
12、 如权利要求11所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所 述微针的表面光滑或者具有沟槽或凹坑。
13、 如权利要求l、 11或12所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述微针表面覆盖有一层或若干层薄膜，所述薄膜包括但不限 于介质材料薄膜或金、钛、镍、铂金属或其合金薄膜。
14、 如权利要求l或ll所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于， 所述微针的针尖曲率半径或等效曲率半径为lnm-800^im，针杆外径为 5(im-800|am，高度为10fxm-9000|im。
15、 如权利要求l所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 柔性衬底釆用的材料包括但不限于由纯棉纤维或弹性纤维的织布或 无纺布、皮革或人造革、橡胶、乳胶、硅橡胶、塑料、聚合物中的一 种或几种分层组合而成，各层之间通过熔合、键合、粘结剂、防渗剂 或固定结构连接。
16、 如权利要求7所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 上层衬底和下层衬底的厚度均为l|am-8000^im。
17、 如权利要求8所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所述 针座釆用的材料包括但不限于是金属或合金、树脂、塑料、橡胶、乳 胶、硅橡胶或聚合物中的一种或几种的结合。
18、 如权利要求17所述的微针阵列柔性芯片，其特征在于，所 述针座厚度为0.1|am-5000(xm。
19、 一种微针阵列柔性芯片的制备方法，其特征在于，所述方法 包括步骤51, 将若干金属针或金属棒按照一定间距垂直和/或呈一定角度 穿透上层柔性衬底；52, 将所述金属针或金属棒切断至预定长度形成微针阵列柔性芯片雏形；S3,将下层柔性衬底与上层柔性衬底固定为一体。
20、 如权利要求19所述的微针阵列柔性芯片的制备方法，其特 征在于，在步骤S2之后，所述方法还包括步骤S2-l ，利用图形转移或丝网印刷技术在上层衬底的下侧制备针座 阵列。
21、 如权利要求19或20所述的微针阵列柔性芯片的制备方法， 其特征在于，在所述步骤S2中，切断金属针或金属棒后，将断口表 面沿与衬底平行或倾斜的方向制作具有椭圆形平面的针尖。
22、 如权利要求21所述的微针阵列柔性芯片的制备方法，其特 征在于，在所述步骤S2后还包括步骤S2-2，在固定有金属针或金属棒的柔性衬底一侧制备掩蔽膜，利 用图形转移或丝网印刷技术在金属棒的一端形成设计的掩蔽膜图案；S2-3，化学或电化学腐蚀、抛光未被掩蔽膜保护的金属棒，制备 出针头具有多个棱角和凹坑的金属微针后，去除掩蔽膜。
23、 一种经皮给药贴片，其特征在于，所述经皮给药贴片包括微 针阵列柔性芯片，以及覆盖于所述微针阵列柔性芯片之上的经皮贴 剂，所述经皮贴剂含有一种或多种药物或美容护肤品。
24、 如权利要求23所述的经皮给药贴片，其特征在于，所述经 皮贴剂还包括但不限于橡胶基质、压敏胶基质、水凝胶基质中的一种 或几种。
25、 如权利要求23或24所述的经皮给药贴片，其特征在于，在 所述经皮给药贴片边缘的微针阵列柔性芯片的柔性衬底上表面凸出 有不高于微针高度的柔性或弹性防渗垫圈。
26、 如权利要求25所述的经皮给药贴片，其特征在于，所述防 渗垫圈的制作材料包括但不限于纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺 布、橡胶、硅橡胶、乳胶、溶胶、凝胶、塑料、聚合物中的一种或几种。
27、 如权利要求23、24或26所述的经皮给药贴片，其特征在于， 在所述经皮给药贴片的微针一侧表面覆盖有防粘层以保护微针和贴 剂。
28、 如权利要求23、24或26所述的经皮给药贴片，其特征在于， 在所述经皮给药贴片上分布有通孔区和/或无针区，所述通孔区和无 针区的形状包括但不限于圆形、椭圆形或多边形。
29、 如权利要求28所述的经皮给药贴片，其特征在于，在通孔 区或无针区的边缘贴片上设置有柔性或弹性防渗垫圈，其材料包括但 不限于纯棉纤维或弹性纤维的织布或无纺布、皮革或人造革、橡胶或 硅橡胶、乳胶、溶胶、凝胶、塑料、聚合物中的任意一种。
30、 一种经皮给药贴片的制备方法，其特征在于，所述制备方法 包括步骤Sl，在依照如权利要求19所述的微针阵列柔性芯片的制备方法 所制备的微针阵列柔性芯片上覆盖经皮贴剂；S2,在微针阵列柔性芯片的微针一侧覆盖有可剥离的防粘层。
31、 如权利要求30所述的经皮给药贴片的制备方法，其特征在 于，在步骤S1中，通过浸沾、涂覆、物理性或化学性淀积的方法在 微针阵列柔性芯片上覆盖经皮贴剂。
32、如权利要求31所述的经皮给药贴片的制备方法，其特征在 于，在所述步骤S1之前，所述制备方法还包括步骤SA,在微针阵列柔性芯片的柔性衬底边缘制备出凸出的柔性或 弹性防渗垫圈。
33、 如权利要求30-32任一项所述的经皮给药贴片的制备方法， 其特征在于，所述经皮贴剂含有一种或多种药物或美容护肤品。
34、 如权利要求33所述的经皮给药贴片的制备方法，其特征在 于，所述经皮贴剂还包括但不限于橡胶基质、压敏胶基质、水凝胶基质中的一种或几种。
35、如权利要求34所述的经皮给药贴片的制备方法，其特征在 于，所述防渗垫圈的制作材料包括但不限于纯棉纤维或弹性纤维的织 布或无纺布、皮革或人造革、橡胶、硅橡胶、乳胶、溶胶、凝胶、塑 料、聚合物中的一种或几种。
全文摘要
本发明公开了一种微针阵列柔性芯片，其包括柔性衬底，以及两个或两个以上、按一定间距排列于所述柔性衬底上的微针，所述微针包括针杆和位于针杆顶端的针尖，所述微针通过针杆的下部固定在所述柔性衬底上。本发明通过微针阵列与柔性衬底的有机结合能够使药物或美容护肤品迅速通过角质层进入表皮层及真皮层，从而明显提高药效或美容养颜效果，并利用成熟的加工工艺实现其低成本、高成品率、高重复性的批量制造。
文档编号A61M37/00GK101618250SQ20091009018
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者岳瑞峰, 燕 王 申请人:清华大学