分子筛和沸石微针及其制备的制作方法

专利名称：：分子筛和沸石微针及其制备的制作方法
技术领域：
：本发明涉及制备沸石微针的方法，其包括提供聚合物微针模板;在所述聚合物微针模板上沉积沸石晶种；及使所述沸石晶种生长成为沸石微针阵列。
背景技术：
：微针被认为是皮下注射针和透皮贴剂的混合物，其涉及窄的和浅的注射以进行药物递送。因为它们的尺寸小，能够以非侵入方式穿透进入皮肤组织，并且它们使感染的风险最小化，所以微针是用于经皮药物递送的新型药物递送系统。微针长度通常为约100至200微米，其长度足以穿透角质层皮肤屏障，但是深度不足以达到真皮层内的神经。所以微针可以提供无痛注射，并且可以允许患者安全地对自己操作该微针。微针在传统上是由硅、玻璃、金属材料或聚合物制成的。早期的微针是由硅制成的，以及通过最初为了微电子工业而开发的微平版印刷术和蚀刻技术而制备。玻璃微针是采用传统的玻璃微管拉制技术制备的。然而，硅和玻璃的脆性通常导致微针容易断裂。包括钢、不锈钢和镍的金属材料可以电沉积至聚合物模具上以制成具有良好的机械强度的微针。然而，金属对人体的可能的毒性会限制其应用领域，并且对于废物处理会造成问题。聚合物微针容易制备，是安全且不昂贵的。一些生物可降解的聚合物已经被美国食品与药品管理局(FDA)批准。例如聚(乳酸)(PLA)、聚(羟基乙酸)(PGA)和它们的共聚物已经以常规方式用于窄范围的医学应用。然而，聚合物的相对较低的杨氏模量意味着聚合物微针的强度可能不足以穿透皮肤。因此，期望开发具有改善的性能的微针。特别是期望开发具有改善的机械性能的微针，与硅和聚合物微针相比其具有改善的热稳定性和化学稳定性。还期望开发尤其是与金属微针相比时具有生物相容性的微针。此外，还期望开发能够方便且成本低廉地制备的微针。
发明内容根据本发明的一个方面，其提供制备沸石微针的方法，该方法包括提供聚合物微针模板，在聚合物微针模板上沉积沸石晶种，以及使沸石晶种生长成为沸石微针的阵列。根据本发明的另一个方面，其提供制备空心沸石微针的方法，该方法包括提供聚合物微针模板，在聚合物微针模板上沉积沸石晶种，使沸石晶种生长成为沸石微针的阵列，以及从沸石微针去除聚合物微针模板。根据本发明的另一个方面，其提供沸石微针，该沸石微针包括基底层以及位于该基底层上的沸石以形成沸石微针的阵列。图1所示为制备微针的方法的示意图。图2所示为锥形微针模板的荧光显微照片和示意图。图3所示为碗形微针模板的荧光显微照片和示意图。图4所示为圆柱形微针模板的荧光显微照片和示意图。图5所示为具有沸石特征峰的silicate-l晶种的X射线衍射图样。图6所示为在溶液中良好地分散的100nm的silicate-l晶种的SEM图像。图7所示为采用静电法所形成的由沸石晶种涂布的微针的SEM图像。图8所示为壳厚度约为1pm的开口针尖的沸石微针的SEM图像。图9所示为壳厚度约为6pm的开口针尖的沸石微针的SEM图图10A所示为以约24小时合成的封闭针尖的沸石微针的SEM图像。图10B所示为以约48小时合成的开口针尖的沸石微针的SEM图像。图11A所示为在臭氧化之前由沸石涂布的聚合物微针模板的FTIR结果。图11B所示为在臭氧化之后由沸石涂布的聚合物微针模板的FTIR结果。图12所示为没有加入沸石的细胞培养物。图13A所示为在加入沸石之后的1天内图12的细胞培养物。图13B所示为在加入沸石之后1天的图12的细胞培养物。图13C所示为在加入沸石之后2天的图12的细胞培养物。图13D所示为在加入沸石之后3天的图12的细胞培养物。图14所示为将沸石微针插入皮肤表面的力-位移图。图15所示为在图14的插入之后微针的光学显微照片。图16A所示为在密集图样中的微针的光学显微照片。图16B所示为在方形图样中的微针的光学显微照片。图17所示为不同壁厚度和封装几何形状对微针插入力的影响的示意图。图18所示为沸石微针的强度的力_位移图。图19所示为在不同的壁厚度和封装几何形状时沸石微针断裂所需力的示意图。图20所示为在扩散单元的下室内氯化钠浓度变化的示意图。图21所示为用于笔式施药器的微针。图22所示为图21的笔式施药器的截面图。图23所示为图21的笔式施药器的电路图。图24所示为用于手表式施药器的微针。图25所示为图24的分解图。具体实施例方式现在详细参考本发明优选的实施方案，其实施例也在以下的说明书中给出。详细描述本发明的实施方案，虽然对于理解本发明不是特别重要的一些特征可能为了清楚而没有示出，这对所属领域的技术人员而言是很清楚的。此外，应当理解本发明并不局限于下述的明确的实施方案，本领域技术人员在不背离本发明的精神和范围的情况下能够对其进行各种改变和改进。例如在本说明书和所附权利要求书的范围内，不同实施方案的要素和/或特征可以相互结合和/或相互代替。制备微针的方法包括提供聚合物微针模板，在聚合物微针模板上沉积沸石晶种，使沸石晶种生长成为微针，及除去聚合物微晶模板，如图1所示。优选将微针设置为阵列，如图10、15和16所示。可以使用光刻工艺制备聚合物微针模板。在光刻工艺中可以通过控制前曝光光刻法的条件，例如通过改变曝光时间和/或显影时间，从而实Di具有不同锥度的微针。微针可以包含开口针尖或封闭针尖。可以通过改变沸石的加晶种方法和/或生长条件以控制针尖的结构。除去聚合物微针模板可以提供具有沸石壳的空心微针的阵列。可以使用空气煅烧法或臭氧化法除去聚合物微针模板。聚合物微针模板是由基底层和涂布在基底层表面上的光敏聚合物层形成的。光敏聚合物层可以包括诸如SU-8光致抗蚀剂(由MicroChem制备的SU-82075)的材料。基底层可以包括二氧化硅、玻璃、石英、金属或其任意组合。聚合物微针模板可以使用前曝光法通过将抗蚀剂旋涂到基底层的表面上而制备，例如使用Solite5110-C/PDWaferSpinner(可购自Solite)。然后可以将所得的模板前体在水平热板上预烘焙，并温和地烘焙以蒸发溶剂。通过在更低的烘焙起始温度下实施温和的烘焙步骤可以提高涂布精确度和模板的抗蚀剂-基底粘着性，并且允许以受控的方式从聚合物层蒸发出溶剂。然后可以对聚合物微针模板前体实施光刻加工。可以将掩模定位在经涂布的基底上，并暴露于UV光中，例如使用AB-ManufacturingContactAligner(购自AB-Manufacturing)。在暴露于UV光时，光敏聚合物感光。例如SU-8对约350nm至约400nm的UV曝光具有最佳UV吸收度。可以采用曝光时间控制聚合物微针模板的形状，并最终控制微针的形状。曝光时间可以在约30秒至约360秒的范围内。在一个实施例中，将该模板在UV光中暴露约120秒。在另一个实施例中，将该模板在UV光中暴露约180秒。曝光时间越长，则聚合物感光越多。曝光后，可以进行曝光后烘焙以选择性地使聚合物层的曝光区域交联。因此，通过改变曝光时间，可以制备具有不同交联程度的光敏聚合物层。可以通过将模板前体浸入显影剂中，例如使用MicroChem的SU-8显影剂(购自MicroChem)在搅拌的情况下除去光敏聚合物的未曝光部分。曝光区域形成高度交联的聚合物，并保留在模板上，同时剥离未曝光的区域。此外，除曝光时间外，还可以采用显影时间以控制聚合物微针模板的形状，并最终控制微针的形状。显影时间可以在约3分钟至约90分钟的范围内。在一个实施例中，可以将前体浸入显影剂中30分钟。在另一个实施例中，可以将前体浸入显影剂中60分钟。聚合物层与显影剂之间的接触面积以高纵横比减少，并因此通过控制显影时间获得具有不同锥角的聚合物微针模板。显影时间越长，则洗去的光敏聚合物越多。代替上述带负电的抗蚀剂系统，可以使用带正电的抗蚀剂系统以形成聚合物微针模板。例如在将光敏聚合物层如DNQ-Novolac暴露于辐射中时，聚合物变为可溶解性。将该层浸入显影剂中除去该层的曝光区域。在聚合物微针模板上制备的微针可以包含75°、卯°、100°或任何其他变化的锥角。荧光显微镜，例如购自Olympus的BX41，可以用于表征微针。图2所示为高度约为280pm、顶部直径约为120pm、底部直径约为240pm且锥角为75。的锥形微针。图3所示为高度约为160|_im、顶部直径约为200pm、底部直径约为140pm且锥角为100。的碗形微针。图4所示为高度约为150pm、直径约为100pm且锥角为90。的圆柱形微针。因此，通过控制曝光和/或显影时间可以获得不同形状的微针，包括锥形、碗形和圆柱形。可以通过在聚合物微针模板的表面上静电组装、旋涂或老化纳米尺寸的沸石纳米晶种，并使沸石晶种生长，从而可以制备微针。不同的沸石可以由不同的沸石晶种长成。例如silicate-l晶种可以用于生长MFI-型沸石。其他的沸石类型可以由相应的沸石晶种制备，例如LTA沸石由NaA晶种长成。可以由不同沸石的晶种制备其他的沸石类型。例如FAU沸石可以由NaA晶种长成。可以通过从均相合成溶液使沸石纳米晶体形核，随后分离和纯化而制备沸石晶种。然后可以将晶种作为溶剂中的悬浮液储存。也可以通过研磨相应的沸石粉末或者通过使用酸性或碱性溶液进行溶解以制备沸石晶种。沸石纳米晶体可以由晶态分子筛材料或晶态铝硅酸盐材料制备。沸石属于称为"分子筛"的更广泛的材料类别，并通常称为此。沸石具有均匀的、分子尺寸的孔，并可以基于其尺寸、形状和极性进行分离。沸石的孔径例如可以在约0.3nm至约lnm的范围内。沸石的晶体结构可以提供良好的机械特性和良好的热稳定性和化学稳定性。沸石可以用于化学吸附、分离和反应，以及用于传感器和医学应用中。可以进行X射线衍射(XRD)分析和扫描电子显微(SEM)以测定沸石的特性，包括结晶度、尺寸和形貌。图5所示为使用X射线衍射仪(PANalytical，X'pertPro)获得的silicate-1晶种的X射线衍射图样。该图样表明存在晶态silicate-l晶种。图6所示为使用SEM(JEOL，JSM6300)获得的silicate-l晶种的扫描电子显微照片。该显微照片表明silicate-l晶种的尺寸约为100nm，并且良好地分散在溶液中。可以使用静电法将沸石晶种加在聚合物微针模板上。带相反电荷的表面之间的吸引力是静电法的驱动力。可以将带正电的聚电解质层引入聚合物微针模板中。在一个实施例中，将模板浸入聚(氯化二烯丙基二甲基铵)PDADMAC(lmg/ml，在0.5MNaCl中，Sigma)聚电解质溶液中。随后可以将带负电的沸石晶种引入并涂布到聚合物微针模板的带正电的表面上。在另一个实施例中，在引入沸石晶种之前，可以将带负电的聚电解质添加至带正电的聚电解质上。带负电的聚电解质的实例为聚苯乙烯磺酸盐(PSS)，例如1mgml"PSS在0.5MNaCl中(Aldrich)。带相反电荷的聚电解质的连续吸附可以重复一次或更多次，然后通过吸附带正电的聚电解质而完成，以确保模板用带正电的聚电解质均匀涂布。然后可以将带负电的沸石晶种引入并涂布到带正电的表面上。图7所示为使用静电涂布法形成的由100nm沸石晶种涂布的锥形微针模板的扫描电子显微照片，其中晶种均匀地涂布在模板表面上。还可以使用旋涂法将沸石晶种加在聚合物微针模板上。例如通过使用旋涂器(P-6000，SpecialtyCoatingSystem,Inc.)将在乙醇(Merck，99.9%)中的(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(Aldrich,95%)以高于3000rpm进行旋涂，可以首先将表面活性剂旋涂至聚合物微针模板上。然后可以将沸石晶种溶液类似地旋涂至模板上。表面活性剂和沸石晶种涂布步骤可以重复一次或更多次。通过控制旋涂的速率，微针模板的针尖可以加晶种或不加晶种。例如，旋涂的速率可以从约3000rpm至约6000rpm变化。完全加晶种的样品可以生长为封闭的微针，而具有未加晶种的针尖的微针可以生长为开口微针。图IOA和IOB所示为使用旋涂法形成的分别具有封闭针尖和开口针尖的微针阵列的电子显微照片。还可以使用老化法将沸石晶种加至聚合物微针模板上。聚合物微针模板可以首先置于沸石合成溶液中，并允许在低温下老化。例如可以将模板置于含有摩尔比为40TEOS(Aldrich)、10TPAOH(Aldrich)和20000DDI水的沸石合成溶液中以沉积纯的二氧化硅、silicate-l沸石。在沸石晶种沉积在聚合物微针模板上之后，沸石可以生长。沸石可以在高温下合成，例如在特氟隆瓶中于约403K下培养约24小时。随后可以在加晶种的模板上和基底的晶种表面上生长薄的沸石壳。图8所示为使用老化法形成的壳厚度约为1tim的沸石开口针尖微针的扫描电子显微照片。此外，为了增加壳厚度，可以将沸石微针再次转移至含有摩尔比为40TEOS(Aldrich)、10TPAOH(Aldrich)和20000DDI水的沸石合成溶液中继续生长24小时。图9所示为使用老化法形成的壳厚度约为6pm的沸石开口针尖微针的扫描电子显微照片。通过使用空气煅烧法或臭氧化法从沸石壳除去聚合物微针模板，可以获得空心的微针。在空气煅烧法中，聚合物微针模板和在沸石孔中的有机生长导向剂(或有机模板)可以在高温下燃尽。在一个实施例中，将微针在空气清洗的炉中煅烧，可以程序控制该炉升温至约873K并保持约24小时，温度变化速率为约0.5K/min。图10A和10B所示为分别煅烧24小时和48小时的封闭针尖和开口针尖的沸石微针的扫描电子显微照片。在约873K下空气煅烧约24小时后，优选除去聚合物微针模板，并保留空心沸石微针。在臭氧化法中，在气相处理中聚合物微针模板与臭氧反应生成气态副产物，或者在液相处理中形成可溶解的副产物。例如由沸石涂布的模板可以被加热带(ThermolyneBriskheat)缠绕，该加热带可以通过温度控制器(RKC)和热电偶(Omega，K-型)控制。然后可以送入纯氧气或氧气-臭氧气流，并通过臭氧发生器(Trailigas，OzonconceptOZC1002)加以控制。臭氧处理法适用于气相和液相中。可以使用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)鉴定有机材料，在一些情况下使用红外显微镜(PerkinElmer，SpectrumGX)鉴定无机材料。该技术测量感兴趣的材料对不同红外光波长的吸收。这些红外吸收带可以识别出特定的分子组成和结构。参考图11A和11B，FTIR结果表明，分别在臭氧化之前和之后的由沸石涂布的聚合物微针模板。在臭氧化之前，在波数2880cm"、2940cm"和2980cm"处观察到3个特征谱带，这说明存在具有C-H伸縮振动的丙基。然而在臭氧化之后，这三个峰消失，这说明在臭氧化处理期间丙基可能己经被去除。沸石微针优选是生物相容性的。ISO10993描述了陈述医疗器械的生物学评价的一系列国际标准。基本的生物相容性试验包括ISO10993-1和ISO10993-5。可以进行ISO10993-1试验以测定沸石的特征和特性，包括它们的化学、毒物学、物理、电学、形貌和机械特性。这些可以通过不同的表征技术如SEM、XRD和FTIR加以测定，并且通常可由材料安全性数据表(MSDS)获得。可以进行ISO10993-5试验以测定沸石的细胞毒性。在洗脱试验法中，通过将沸石置于细胞培养介质中，例如Madin-DarbyCanineKidney(MDCK)细胞，在标准条件下获得提取物。然后观察到细胞在对沸石的应答中的可见毒性信号，例如细胞组分的尺寸或外观的改变，或者其构型的破坏。图12所示为在不添加沸石的情况下的MDCK细胞培养物，其用作细胞毒性试验的对照。图13A、13B、13C和13D表明，在向MDCK细胞培养物添加Silicate-l沸石之后，细胞分别在第0、1、2和3天在尺寸和外观上没有显示出任何变化。如图所示，MDCK细胞不显示毒性的可见信号，因为细胞单层的数量和构型看起来相同，所以说明Silicate-l沸石并不抑制MDCK细胞的生长，也不会导致死亡。可以进行插入试验以测定沸石微针穿透皮肤表面所需的力。图14所示为沸石微针插入猪皮的力-位移图。可以将该图分为三段。在A段中，水平线代表微针样品开始以恒定的速度向皮肤移动，这说明对于小位移克服微针与皮肤之间的空气阻力几乎不需要力。在B段中，增加的斜度代表微针开始与皮肤接触，而皮肤在压力下变形。由于皮肤的角质层阻碍了微针插入，因此需要更大的力来穿透。在C段中，所施加的力小幅减少代表微针己经插入皮肤中，而B段与C段之间的不连续性说明发生了插入。因为皮肤内部比外部角质层的阻力小，所以进一步穿透所需的力较小。还可以研究开口针尖的沸石微针的壁厚度和封装几何形状对插入力的影响。图16A和16B所示分别为密集图样和方形图样的微针阵列的光学显微照片。图17所示为对于不同厚度的沸石壁和微针的不同的封装几何形状的插入力的图。如图所示，在给定的沸石壁厚度的情况下，方型和密集型图样之间的插入力是相似的。随着沸石壁厚度增加，穿透猪皮的插入力增加，这说明壁越厚则越不锋利。可以进行强度试验以测定使沸石微针断裂所需的力。例如使用可移动的测力单元Conipressive/TensileTester(Instron，model5567)进行强度试验。图18所示为强度试验的力-位移图。该图可分为三段。在A段中，水平线代表微针样品开始以恒定的速度向测试仪平台移动，这说明对于小位移克服微针与皮肤之间的空气阻力几乎不需要力。在B段中，增加的斜度代表微针开始与测试仪平台接触，因为需要更大的力进一步下移。在c段中，不连续性说明一个微针断裂。斜度进一步增大说明由于将微针压向试验平台，额外的位移需要更大的力。还可以研究开口针尖的沸石微针的壁厚度和封装几何形状对断裂力的影响。图15所示为在插入皮肤之后沸石微针阵列的光学显微照片。如图所示，在插入之后超过90%的针保持完好无损，这证明沸石微针可具有用于药物递送的机械强度。图19所示为对于不同厚度的沸石壁和微针的不同的封装几何形状的断裂力的图。如图所示，在给定的沸石壁厚度的情况下，方型和密集型图样之间的断裂力是相似的。随着沸石壁厚度增加，断裂力增加，这说明壁越厚则强度越高。可以进行药物递送试验以测定药物透过薄膜的扩散速率，例如使用包括由薄膜分隔的上室和下室的扩散单元。图20所示为在扩散单元的下室中氯化钠的浓度变化。"试验"图所示为薄膜被刺穿的情况，而"对照"图所示为薄膜未被刺穿的情况。结果表明，当薄膜被刺穿时下室内的盐水溶液中的氯化钠浓度随着时间以恒定的速率增加，但是在薄膜未被刺穿时浓度保持不变。沸石微针可以用于医学应用，包括药物递送和体液提取。药物递送可以包括疫苗接种、激素调节和胰岛素递送。此外，可以将微针用于药物递送施药器，例如笔式施药器或手表式施药器。体液提取可以涵盖血糖分析和构建传感器。除了药物递送的用途以外，微针可以用作体液提取器和/或生物传感器。可以使用微针抽取血样，从而用携带式传感器进行分析。然后可以处理数据以计算所需的药物剂量。也可以将微针用于化妆品中，例如制作化妆面罩或纹身。沸石微针可以用于如图21所示的可重复使用的笔式施药器10中。笔式施药器10可以包括保护盒12、贮液盒14、控制系统16和电池18。在不使用微针20时，保护盒12可以用于保护微针20，并且可以确保微针20以恒定的力垂直插入以减少使用期间的断裂。贮液盒14可用于储存药物。控制系统16可以包括电机22和控制电路24。笔式施药器10可以由被控制电路24控制的电机22驱动，以确保精确的注射速率和药物剂量。使用后可以更换微针20，因此笔式施药器10可以重复使用。图22所示为用于药物注射和装载的笔式施药器10的机械装置。该机械装置可以包括螺栓26、活塞28、电机30和齿轮箱32。活塞28可以连接在由电机30驱动的螺栓26的末端。齿轮箱32可以连接在电机30上，以降低旋转速度并增加对活塞28的扭矩。活塞28可以向前移动以注射药物，并且可以向后移动以装载药物。图23所示为用于控制通过驱动药物注射和装载的电机30的电流的笔式施药器10的电路34。电路34可以控制电机30、旋转方向以及一个或更多个外部指示灯(LED)36。电路34可以包括开关38和由一个或更多个电池40组成的电源。沸石微针还可以用于可程控的手表式施药器50中，如图24和25所示。手表式施药器50可以包括液晶显示器(LCD)52、微型泵送系统54、微处理器56、储药室58、微针的旋转轨道60和电池62。可以程序控制手表式施药器50，从而在当时向人体注射所需剂量的药物。可以使用微型泵送系统54从储药室58泵送药物通过微针进入人体。微型泵送系统的实例包括锆钛酸铅(leadzicrconatetitanate)或压电陶瓷(PZT)和磁性薄膜微型泵。微处理器56可以允许使用者调节药物注射的速率、药物剂量和所需的注射时间，它们均可在LCD显示器52上显示。使用者可以发现手表式施药器50使用方便，因为在每次注射之后微针的旋转轨道60可以旋转；因此在每次使用之后无需更换微针，而且可将药物再次填充到储药室58中。通过以下实施例进一步阐述微针，而非以任何方式对其范围加以限制。相反，本领域技术人员在阅读本说明书之后应当清楚地理解在不背离本说明书的精神和/或所附权利要求书的范围的情况下可以提出方案。实施例实施例l:制备SU-8锥形微针模板(75°)第一步包括使用Solite5110-C/PDWaferSpinner在基底(例如二氧化硅、玻璃、石英和金属)的表面上以约300rpm的加速度旋涂1ml的SU-8抗蚀剂，并在约1000rpm下共保持约30秒。第二步包括将SU-8抗蚀剂于338K下预烘焙10分钟，然后将其在约368K下温和地烘焙约30分钟。第三步包括将SU-8抗蚀剂冷却至室温。第四步包括使用AB-ManufacturingContactAligner将有图案的掩模定位在由SU-8涂布的基底上，并于UV光中暴露约180秒。第五步包括将抗蚀剂在水平热板上于约368K下后烘焙约30分钟。第六步包括将抗蚀剂冷却至室温。第七步包括使用MicroChem的SU-8显影剂在搅拌的情况下使由SU-8涂布的基底显影约30分钟。表征使用荧光显微镜表征聚合物微针模板。将样品切片，并用DDI水清洗以除去污物和杂质。然后使用胶带将切片的样品固定在显微镜载玻片上。随后将切片的样品在荧光显微镜(BX41，Olympus)下检査。在操作期间将光栅完全打开，光源的激发波长约为450至490nm。图2所示为高度约为280pm、顶部直径约为120pm、底部直径约为240^im且锥角为75。的锥形微针。实施例2:制备SU-8碗形微针模板(100°)第一步包括使用Solite5110-C/PDWaferSpinner在基底(例如二氧化硅、玻璃、石英和金属)的表面上以约300rpm的加速度旋涂1ml的SU-8抗蚀剂，并在约2000rpm下共保持约30秒。第二步包括将抗蚀剂在水平热板上于约338K下预烘焙约IO分钟，然后将其在约368K下温和地烘焙约30分钟。第三步包括将SU-8抗蚀剂冷却至室温。第四步包括使用AB-ManufacturingContactAligner将有图案的掩模定位在由SU-8涂布的石英基底上，并于UV光中暴露约120秒。第五步包括将抗蚀剂在水平热板上于约368K下后烘焙约30分。第六步包括将抗蚀剂冷却至室温。第七步包括使用MicroChem的SU-8显影剂在搅拌的情况下使由SU-8涂布的基底显影约30分钟。如实施例1所述，使用荧光显微镜表征聚合物微针模板。图3所示为高度约为160pm、顶部直径约为200[im、底部直径约为140且锥角为100。的碗形微针。实施例3:制备SU-8圆柱形微针模板(90°)第一步包括使用Solite5110-C/PDWaferSpinner在基底(例如二氧化硅、玻璃、石英和金属)的表面上以约300ipm的加速度旋涂1ml的SU-8抗蚀剂，并在约2000rpm下共保持约30秒。第二步包括将SU-8抗蚀剂在水平热板上于约338K下预烘焙约10分钟，然后将其在约368K下温和地烘焙约30分钟。第三步包括将抗蚀剂冷却至室温。第四步包括使用AB-ManufacturingContactAligner将有图案的掩模定位在由SU-8涂布的石英基底上，并于UV光中暴露约180秒。第五步包括将抗蚀剂在水平热板上于约368K下后烘焙约30分钟。第六步包括将抗蚀剂冷却至室温。第七步包括使用MicroChem的SU-8显影剂在搅拌的情况下使由SU-8涂布的石英基底显影约60分钟。如实施例l所述，使用荧光显微镜表征聚合物微针模板。图4所示为高度约为150pm、直径约为100pm且锥角为90。的圆柱形微针。实施例4:制备silicalite-l(Sil-1)晶种溶液第一步包括将60ml的1.0M氢氧化四丙基铵(TPAOH，Aldrich)置于清洁的特氟隆容器中并搅拌。第二步包括将0.9g氢氧化钠(NaOH，BDH，99%)缓慢添加到搅拌的TPAOH溶液中。第三步包括将该溶液在水浴中于约353K下保持。第四步包括将15g的火成二氧化硅(Aldrich，99.8%)缓慢添加并溶解到搅拌的溶液中。第四步包括将溶液混合物在环境条件下搅拌约24小时以获得澄清且均相的合成溶液。第五步包括将包含合成溶液的特氟隆容器置于不锈钢高压釜中。第六步包括将高压釜置于在约403K下的经预热的炉中以进行约8小时的水热处理。第七步包括通过压縮空气使合成溶液冷却以骤冷而结晶。第八步包括通过高速离心机(SorvallRC5CPlus)在^2000rpm下将合成溶液离心约15分钟以除去任何粗颗粒。第九步包括将回收的溶液在220000rpm下离心约20分钟，从而在离心机的底部获得晶种。第十步包括除去溶液并添加乙醇(Merck，99.9%)以使晶种重新悬浮。重复第九步和第十步直至溶液为中性，即约为pH7。晶种的表征使用X射线衍射(XRD)来表征晶种溶液。将样品小心地填充在铝支架中，并将支架夹持在X射线衍射仪(PANalytical，X'pertPro)上。然后将样品暴露于由铜源产生的波长为1.54A的X射线中。使样品夹和X射线源以约0.0087(rad/s)的角速度旋转。然后使用XRD图检查制备的样品的结晶度。图5所示为使用X射线衍射仪(PANalytical，X'pertPro)获得的silicate-1晶种的X射线衍射图样，这说明获得了晶态silicate-l晶种。表征也使用扫描电子显微镜(SEM)表征晶种。首先使用导电胶和银浆将沸石晶种固定在铜样品支架上，然后溅射涂布(Denton，DESKII)20nm黄金。然后拍摄图像SEM(JEOL，JSM6300)以提供关于膜形貌和晶体粒度的信息。图6所示为使用SEM(JEOL，JSM6300)获得的扫描电子显微照片，这说明silicate-1晶种尺寸约为100nm，并且良好地分散于溶液中。实施例5:通过静电法将沸石晶种加至SU-8聚合物微针模板上第一步包括将SU-8聚合物微针模板浸入5ml聚(氯化二烯丙基二甲基铵)PDADMAC(lmg/ml，在0.5MNaCl中，Sigma)聚电解质溶液中。第二步包括将该溶液在室温下搅拌约15分钟以允许吸附带正电的聚电解质。第三步包括使用0.5MNaCl将经涂布的SU-8聚合物微针模板洗涤三次，以除去过量的PDADMAC聚电解质。第四步包括添加5ml带负电的聚电解质(聚苯乙烯磺酸盐)PSS(1mgml"，在0.5MNaCl中，Aldrich)的等分试样，从而在SU-8聚合物微针模板表面上形成带负电的第二聚电解质层。第五步包括使用0.5MNaCl将经涂布的SU-8聚合物微针模板洗涤三次，以除去过量的PSS聚电解质。将带相反电荷的聚电解质连续吸附重复三次，从而在SU-8聚合物微针模板上获得均匀的正表面电荷，在此称为SU-8/(PDADMAC/PSS/PDADMAC)。第六步包括将带正电的SU-8聚合物微针模板重新悬浮于沸石晶种(0.2重量％)溶液中。第七步包括将悬浮液在室温下过夜搅拌。表征首先使用DDI水清洗由沸石晶种涂布的SU-8聚合物微针模板以除去污物和杂质。然后使用导电胶和银浆将由沸石晶种涂布的SU-8聚合物微针模板固定在铜样品支架上，然后溅射涂布(Denton，DESKII)20nm黄金。使用SEM(JEOL，JSM6300)在高放大倍数下对样品拍摄图像。图7所示为使用静电涂布法形成的由100nm沸石晶种涂布的聚合物锥形微针模板的扫描电子显微照片，这说明晶种均匀地涂布在模板表面上。实施例6:通过旋涂法将沸石晶种加至SU-8聚合物微针模板上第一步包括使用乙醇(Merck，99.9%)和蒸馏去离子水清洗SU-8聚合物微针模板，并在炉中于约338K下干燥。第二步包括使用旋涂器(P-6000,Specialtycoatingsystem,Inc.)将在乙醇(Merck,99.9%)中的0.05M的(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(Aldrich,95%)以23000rpm旋涂在SU-8聚合物微针模板上。第三步包括如实施例4所述制备0.5重量％晶种溶液，并使用旋涂器以S3000rpm进行旋涂。第四步包括将由晶种涂布的模板在炉中于约338K下干燥约10分钟。将第二步和第四步重复三次。实施例7:制备沸石微针-薄壳壁第一步包括将由沸石晶种涂布的SU-8聚合物微针模板转移至含有摩尔比为40TEOS(Aldrich)、10TPAOH(Aldrich)和20000的DDI水的沸石合成溶液中以沉积纯净的二氧化硅、silicate-l沸石。第二步包括在特氟隆瓶中进行合成，并于约403K下培养约24小时。第三步包括在添加晶种的聚合物微针模板上和基底的晶种表面上生长薄的沸石壳。第四步包括使用DDI水洗去从溶液中沉积出的沸石颗粒。如实施例4所述，使用SEM表征薄的沸石壳壁。图8所示为壳厚度约为1的沸石开口针尖的微针的扫描电子显微照片。实施例8:制备沸石微针-厚壳壁第一步包括将由沸石晶种涂布的SU-8聚合物微针模板转移到含有摩尔比为40TEOS(Aldrich)、10TPAOH(Aldrich)和20000DDI水的沸石合成溶液中以沉积纯净的二氧化硅、silicate-l沸石。第二步包括在特氟隆瓶中进行合成，并于约403K下培养约24小时。第三步包括在添加晶种的聚合物微针模板上和基底的晶种表面上生长薄的沸石壳。第四步包括使用DDI水洗去从溶液沉积出的沸石颗粒。第五步包括将沸石微针再次转移到沸石合成溶液中以继续生长24小时。第六步包括使用DDI水洗去从溶液沉积出的沸石颗粒。如实施例4所述，使用SEM表征厚的沸石壳壁。图9所示为壳厚度约为6pm的沸石开口针尖微针的扫描电子显微照片。实施例9:制备沸石微针-老化法第一步包括将SU-8聚合物微针模板在含有摩尔比为40TEOS(Aldrich)、10TPAOH(Aldrich)和20000DDI水的沸石合成溶液中于约298K下浸渍约24小时以沉积纯的二氧化硅、silicate-1沸石。第二步包括在特氟隆瓶中进行合成，并于约403K下培养约24小时。第三步包括在添加晶种的聚合物微针模板上和基底的晶种表面上生长薄的沸石壳。第四步包括使用DDI水洗去从溶液沉积出的沸石颗粒。实施例10:除去SU-8聚合物微针模板_空气煅烧法通过空气煅烧除去SU-8聚合物微针模板。第一步包括将由沸石涂布的聚合物微针模板置于能够承受高温处理的坩埚中。第二步包括将坩埚置于空气清洗的炉中。程序控制该炉升温至约873K并保持约24小时。温度变化速率为0.5K/min。如实施例4所述，使用SEM表征沸石微针。图10A和10B所示为分别合成24小时和48小时的封闭针尖和开口针尖的沸石微针阵列的扫描电子显微照片。实施例11:除去SU-8聚合物微针模板-臭氧化通过臭氧化除去SU-8聚合物微针模板。第一步包括将由沸石涂布的聚合物微针模板置于不锈钢罩中，其中使用橡胶和石墨O型环以提供用于使气体流过小室的密闭系统。不锈钢罩包括入口和出口以使滞留物流过该管。第二步包括将该段用由温度控制器(RKC)和热电偶(Omega，K-型)控制的加热带(ThermolyneBriskheat)缠绕起来。第三步包括将容器的温度以约0.5K/min的升温速率升高至约473K。第四步包括在温度达到约473K时，将纯氧气或氧气-臭氧气流以约250cmVmin的恒定流速送入该装置中。可以通过调节臭氧发生器(Tmiligas，OzonconceptOZC1002)的功率来控制臭氧浓度。第五步包括在臭氧处理期间将管内的气压保持在约1.2bar。第六步包括在臭氧处理之后将该装置以约0.5K/min的速率冷却至室温。图11A和IIB，FTIR结果表明，分别在臭氧化之前和之后由沸石涂布的聚合物微针模板。表征使用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)表征SU-8聚合物微针模板。第一步包括在臭氧化之前将由沸石涂布的聚合物微针模板固定在红外显微镜(PerkinElmer，SpectrumGX)的样品台上。第二步包括在测量期间流通干燥的空气(不含湿气和二氧化碳)。第三步包括通过显微镜以可见光模式聚焦样品。第四步包括将光源改变为IR模式，并在聚焦后将用于分析的区域调节为100(imx100jim的方块。第五步包括从样品扫描IR信号。第六步包括将由沸石涂布的聚合物微针模板在臭氧中处理30分钟至约4小时。第七步包括将样品固定在一个单元上，并将其置于红外显微镜下以进行分析。第八步包括通过显微镜以可见光模式聚焦样品。第九步包括在聚焦后将光源改变为IR模式。第十步包括从样品扫描IR信号。实施例12:评估沸石微针的生物相容性第一步包括通过在约310K下于10ml培养介质中添加1g的Silicate-l晶体以制备沸石流体提取物。第二步包括将来自正常狗肾脏的Madin-DarbyCanineKidney(MDCK)细胞作为培养细胞单层。第三步包括将所得流体提取物施加至培养细胞单层以代替给细胞营养的介质。第四步包括在约310K下培养培养物，并在规定的3天时间内周期性地取出用于显微检查。图12所示为不添加沸石的情况下的细胞培养物，其用作细胞毒性试验的对照。图13A、13B、13C禾卩13D所示为在向MDCK细胞培养物添加Silicate-1沸石之后，细胞分别在0、1、2和3天时，在尺寸或外观上均未显示出任何变化。实施例13:插入试验使用专利权软件(Merlin)操作插入试验。第一步包括将微针样品附着于最大负荷为100N的Compressive/TensileTester(Instron，model5567)的可移动的测力单元上。第二步包括将猪皮置于微针下方的琼脂平板上。第三步包括通过程序以1.1mm/s的恒定速度向皮肤移动微针。第四步包括在通过负荷突然下降施加力时鉴定插入皮肤中的样品。第五步包括在试验后使用光学显微镜(OlympusBX41)检查样品。图14所示为将沸石微针插入猪皮内的力-位移图。图16所示为分别具有密集型图样和方型图样的微针阵列。实施例14使用专利权软件(Merlin)操作插入试验。第一步包括将微针样品附着于最大负荷为100N的Compressive/TensileTester(Instron，model5567)的可移动的测力单元上。第二步包括通过程序以1.1mm/s的恒定速度向皮肤移动微针。第四步包括在通过负荷突然显著升高施加力时鉴定针的断裂。第五步包括在试验后使用光学显微镜(01ympusBX41)检査样品。第六步包括计算安全比以测定在整个插入过程中针断裂的可能性，其被定义为每单位的插入力的断裂力的量。图18所示为强度试验的力-位移图。图15所示为在插入试验后，沸石微针阵列的光学显微照片。如图所示，在插入之后超过90%的针保持完好无损，这证明沸石微针具有用于药物递送的机械强度。具有不同厚度的沸石微针样品的安全比汇总于表1。更大的安全比表明更安全的微针。结果证明沸石微针比聚合物微针的强度更高，并且在强度方面接近于镍微针。表l具有不同厚度的沸石微针的插入力、断裂力和安全比<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>实施例15:评估沸石微针的扩散性进行药物递送试验以研究药物通过薄膜的扩散速率。扩散单元包括由薄膜分隔的上室和下室。第一步包括将生理盐水溶液(1.2重量％氯化钠)置于扩散单元的上室中。第二步包括使用模拟的皮肤层，例如猪皮，作为扩散单元的薄膜。第三步包括使用微针样品刺穿皮肤并将它们置于扩散单元中。第四步包括在连续搅拌的情况下将DDI水加入扩散单元的下室中。第五步包括将电导仪探针置于下室中并测定实时电导率。第六步包括以固定的时间间隔记录读取的电导率，并使用校准数据将其转化为浓度单位。图20所示为在分散槽的下室中氯化钠浓度的变化图。下图为对照，其代表未穿透的猪皮。上图说明试验结果，其代表穿透的猪皮。如图所示，对于未穿透的样品，氯化钠的浓度随着时间保持不变。另一方面，对于穿透的样品，氯化钠的浓度随着时间持续升高，这说明生理盐水透过分散槽的薄膜从上室扩散进入下室。因此，结果表明沸石微针可用于药物递送。描述了沸石微针的实施例，应当理解沸石微针并不局限于此，并且可以进行改进。沸石微针的范围由所附的权利要求书限定，并且在权利要求的含义内的所有装置，无论在文字上还是通过等效替换，也包括在内。权利要求1、制备沸石微针的方法，其包括提供聚合物微针模板；在所述聚合物微针模板上沉积沸石晶种；及使所述沸石晶种生长成为沸石微针阵列。2、如权利要求1的方法，其中所述提供步骤包括将光敏聚合物暴露于紫外光中。3、如权利要求2的方法，其中所述提供步骤还包括将所述光敏聚合物浸入显影剂中。4、如权利要求1的方法，其中所述沉积步骤包括以静电方式组装沸石晶种。5、如权利要求4的方法，其中所述组装步骤包括将带正电的聚电解质引入所述模板中。6、如权利要求5的方法，其中所述带正电的聚电解质包括聚(氯化二烯丙基二甲基铵)。7、如权利要求5的方法，其中所述组装步骤还包括将带负电的沸石晶种添加至所述带正电的聚电解质上。8、如权利要求5的方法，其中所述组装步骤还包括将带负电的聚电解质添加至所述带正电的聚电解质上。9、如权利要求8的方法，其中所述带负电的聚电解质包括聚电解质(聚苯乙烯磺酸盐)PSS。10、如权利要求1的方法，其中所述沉积步骤包括在所述模板上旋涂沸石晶种。11、如权利要求10的方法，其中所述沸石晶种包括silicate-l晶种。12、如权利要求1的方法，其中所述沉积步骤包括在所述模板上使沸石晶种老化。13、如权利要求1的方法，其中所述生长步骤包括将沸石晶种在约403K下培养约24小时。14、如权利要求1的方法，其还包括从所述沸石微针除去所述聚合物微针模板。15、如权利要求14的方法，其中采用空气煅烧法除去所述模板。16、如权利要求14的方法，其中采用臭氧化法除去所述模板。17、沸石微针，其包括基底层；及位于所述基底层上的沸石以形成沸石微针阵列。18、如权利要求17的沸石微针，其中所述沸石微针的锥角为约75°至约100°。19、如权利要求17的沸石微针，其中所述基底层包括二氧化硅、玻璃、石英、金属或它们任意的组合。20、如权利要求17的沸石微针，其中所述沸石微针包括封闭针尖。21、如权利要求17的沸石微针，其中所述沸石微针包括开口针尖。22、如权利要求17的沸石微针，其中所述沸石微针是空心的。23、如权利要求17的沸石微针，其中所述沸石微针是生物相容性的。24、笔式施药器，其包括控制系统以及与所述控制系统相连的如权利要求17的沸石微针。25、手表式施药器，其包括微处理器以及与所述微处理器相连的如权利要求17的沸石微针。全文摘要本发明涉及制备沸石微针的方法，其包括提供聚合物微针模板；在所述聚合物微针模板上沉积沸石晶种；及使所述沸石晶种生长成为沸石微针阵列。文档编号A61M37/00GK101389374SQ200780006266公开日2009年3月18日申请日期2007年2月16日优先权日2006年2月21日发明者孙文青,杨经伦,梁伟健,王礽慧,赖咏欣,陈雅慧申请人:香港科技大学