用于有效的皮肤穿孔的微针结构的制作方法

本申请主张基于2016年4月5日提交的韩国专利申请第10-2016-0041577号的优先权，将该申请的说明书以及附图公开的所有内容引用到本申请中。本发明涉及可溶性微针，在利用微针在皮肤穿孔后，通过穿孔的皮肤，插入微针时，微针溶解，从而将微针内的目标物质投入皮肤内的微针。
背景技术：
一直以来研究着用于高效率地经皮肤投入目标物质的各种方法。但是，皮肤表面层具有防止杂质侵入体内的屏障功能，所以很难吸收可以发挥期望效果的充分的量的目标物质，而且向皮肤表面层的指定部位确切地供给目标物质是非常难以实现的问题。并且，根据目标物质的特性，当皮肤亲和性(脂质亲和性)不足或者分子量过大(500dalton以上)等时，更加难以通过皮肤供给生物体利用率或药理学性利用率非常低的目标物质。为此，为了与目标物质的种类无关地向皮肤表面层的指定部位充分地供给目标物质，最近，公开了微针(卵孔、微型投射胶囊(micromissilecapsule)等)，例如用于生物体内化妆学活性物质、药物、疫苗等的传递、体内分析物质的检测以及活检(biopsy)等。作为微针的材质，使用金属材料、硅等，有时还由自降解材料、生物降解材料构成。微针(microneedle)的特征在于即使插入皮肤中也感觉不到疼痛，也不会出血，但是，非常难以制造在保持这样的特征的情况下不会出现折断或弯折的微针。虽然存在这样的问题，但是微针形状是否变形以及微针的穿孔率仍然是直接影响微针的皮肤透过率以及最终将目标物质供给皮肤的重要元素，所以不断地提出鉴于这些元素开发微针的必要性。技术实现要素：技术课题本发明要解决的技术课题在于提供即使不施加很大的力，也能够得到较高的皮肤穿孔率，并且得到较高的皮肤透过率，与种类无关，不管将哪种目标物质包含在微针的任何地方，均能够有效地供给至皮肤内的微针以及包括该微针的微针片。课题解决手段为了解决上述课题，本发明提供具有如下特征中的一个以上的可溶性微针：微针针尖的直径在20μm以下；或者微针纵横比是1～5。优选地，本发明提供具有如下特征的可溶性微针：微针针尖的直径在20μm以下；以及微针纵横比是1～5。优选地，提供具有如下特征中的一个以上的可溶性微针：微针针尖的直径在10μm以下；或者微针纵横比是1.5～3。优选地，提供具有如下特征的可溶性微针：微针针尖的直径在10μm以下；微针纵横比是1.5～3；以及微针的压缩屈服强度在10kn/cm2以上。在本发明的其它实施例中，提供微针片，包括两个以上的上述微针(优选地，可溶性微针)，并且包括保持上述可溶性微针的支撑体。微针的尺寸相对于上述微针之间距离的比例为大于0.1且为2以下，优选地，0.5～2。以往，用手加压微针后插入皮肤时，一部分微针弯折，从而目标物质几乎不会透过，另外一种情况是，基于一般利用者的力是难以穿孔皮肤的，从而不方便使用。这时，为了得到充分的穿孔，以较强的力加压时，被指出存在被折断或者感到疼痛的问题。并且，根据皮肤穿孔率的差异，如果微针通过穿孔的皮肤未能充分地溶解，则随着靠近微针的支撑体，包含在微针的目标物质不会被供给至皮肤，留在皮肤外侧，被指出实际上带来直接废弃的结果等很多问题。为此，本发明的发明人经过长期研究，调节微针的物理特性，尤其是微针针尖的直径、微针纵横比以及片内微针的密度，从而开发出不仅能够解决上述的所有问题，而且实现较高的皮肤穿孔率以及皮肤透过率的微针以及微针片。在本发明中，皮肤是与外界接触的身体的表面，上述皮肤包括角膜、口腔软组织、牙龈、鼻腔黏膜等。在本发明中，应用于皮肤是指为了经皮投药而紧贴、粘贴，优选地，表示插入。首先，说明根据本发明一实施例的微针的结构。图1示出了按照本发明的一实施例制造的微针的电子显微镜照片。参照图1a，示出了形成在微针支撑体表面的多个微针。从微针支撑体突出的微针可以形成例如微针片。微针从微针的支撑体的表面突出。优选地，微针的一般形状是锥形。例如，微针从微针的基底部向针尖表面形成锥形，从支撑体表面向前延伸。其中，“l”表示微针之间的距离。参照图1b，放大示出了从支撑体的表面突出形成的微针的结构。其中，“h”表示微针高度。其中，“m”表示微针纵截面的底边。其中，“d”表示微针直径。图2是任意示出根据本发明一实施例的具有四个底边的四边形金字塔形状的微针100。图2(a)示出了具有四个底边的四边形金字塔形状的微针10，但是，微针还可以采用例如三角形金字塔等任意的适合的形状。而且，金字塔式微针可以是等边金字塔，也可以不是等边金字塔。并且，微针10不是完整的金字塔形状，微针10是包括有可能平整的针尖表面的平截头体式金字塔。其中，平截头体式金字塔可以表示切割了包括金字塔的所有的侧面汇集在一起的地点、即最尖的部分在内的上部的形状的金字塔。针尖表面11可以位于平行于微针的底边(m)的平面内，可选择地，针尖表面11可以位于不平行于基底部21的平面内。上述针尖表面11的直径可以以d表示，在图2(a)，为了便于说明，将四边形的针尖表面中最长的边表示为“d”，但是，并不限定于此，可以理解为将上述针尖表面的面积换算成圆时的圆的直径。在金字塔式(更加优选地，平截头体式金字塔式)微针10中，本发明的“微针的底边(m)”可以理解为将微针基底部21在支撑体20占据的面积换算成圆时的对应面积的直径。图2(b)示出了微针10具有平整的针尖表面11，但是，针尖表面11无需完全平整。针尖表面11可以从完全平整的表面有一些变更，这仍然包括在本申请中使用的术语平整的范畴内。如上所述，根据本发明的微针从与支撑体接触的较广的基底部向窄的针尖表面形成锥形。图3是用于说明锥形微针30没有必要一定限定于金字塔形状的图。如图3示出，本发明的微针片200可以是在微针支撑体40上形成一个或多个圆锥形微针30的形状。并且，本发明的其它实施例可以提供在微针片的支撑体上以锥形配置有多个圆锥形微针和多个平截头体式金字塔形状的微针的微针片。参照图3，本发明的一实施例可以提供形成在微针片200的支撑体40的圆锥形微针30。圆锥形微针30的基底部32占据的面积可以是圆形形状，但是，基底部32还可以是其它形状，例如椭圆形、长圆形、月牙形等。示出了等边圆锥形的微针，但是，本发明的圆锥形微针不是一定限定于等边的圆锥形。在圆锥形微针中，本发明的“微针的底边(m)”可以理解为用于测量微针基底部32在支撑体40占据的面积的直径。如上述的平截头体式金字塔，根据本发明一实施例的微针还是在与接近支撑体的表面41的基底部32相对的平整的针尖表面31结束的平截头体式圆锥。针尖表面31可以位于平行于微针30的基底部32的平面内。可选地，针尖表面31还可以位于不平行于基底部32的平面内。图3示出了微针30具有平整的针尖表面31，但是，针尖表面31无需完全平整。针尖表面31可以从完全平整的表面有一些变更，这仍然包括在本申请中使用的术语平整的范畴内。在本发明中，“针尖”在将微针应用于皮肤时最先与皮肤接触，表示微针的末端。“针尖的表面”是指将微针的基底部放在地面，从上俯视微针时针尖占据的部分。上述“针尖的直径”是指例如当针尖表面为圆形时的圆的直径，当四边形时表示将针尖表面的面积换算成圆时的圆的直径。在本发明中，“横截面(crosssection)”是指将对象物横向切割的截面。横截面的形状根据微针的形状而不同，对此并不限定解释，根据本发明一实施例的微针的横截面是例如呈现出四边形、圆形。在本发明中，“针尖直径”在针尖表面为圆形时可以表示直径，但是不限定于此。在根据本发明的微针中，针尖的直径在20μm以下，优选地，在19μm以下、18μm以下、17μm以下、16μm以下、15μm以下、14μm以下、13μm以下、12μm以下、11μm以下、10μm以下、9μm以下、8μm以下、7μm以下、6μm以下、5μm以下、4μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、0.5μm以下，最优选地，在0.1以上且10μm以下。针尖的直径在20μm以下时，可以更加有效地穿孔皮肤。在根据本发明的微针中，“纵横比”是指相对于微针的底边的高度的比例。在本发明中，“高度(h)”或者“针尺寸(needlesize)”是指微针的整体长度、测量从微针的针尖表面到基底部的直线距离的长度。这可通过测量微针的纵截面的高度来确认。可以参照示出根据本发明一实施例的微针的高度的图1，但是并不限定于此。在本发明中，“底边(m)”或者“针座(needlebase)”可通过测量微针的纵截面的底边长度来确认。在本发明中，“纵截面(longitudinalsection)”是指纵向切割对象物的截面，优选地，微针的纵截面可以表示通过微针的重心和针尖表面的中心的纵截面。根据本发明一实施例的微针的纵截面可参照图1b，但是并不限定于此。在根据本发明的微针中，纵横比是1～5，优选地，可以是1.5～3。当小于1时，为短粗的形状，难以穿孔皮肤，当超过5时，微针容易折断或弯折，难以穿孔皮肤。并且，优选地，根据本发明的微针的压缩屈服强度(压缩力/微针针尖的面积)可以在10kn/cm2以上。在10kn/cm2以上时，对皮肤穿孔时较为有效。在本发明中，上述微针的面积是指微针针尖表面的面积。根据本发明的微针不限定于特定的形状，通常，被认为微针、卵孔、微型投射胶囊等的形状均可以包括在本发明。优选地，作为向微针的末端变窄的形状，例如可以包括圆锥、多面棱锥(三角锥、四角锥等)、圆柱形与圆锥的组合等，但是，并不限定于此。并且，根据本发明的微针的表面还可以包括弯折、凹凸、螺旋等。用于制造根据本发明的微针的材料可以使用一般的合成以及天然高分子，优选地，使用水溶性高分子，或者可以使用自溶性物质或者可生物降解的材料。优选地，作为插入皮肤后溶解并吸收在体内的物质，可以使用例如透明质酸(hyaluronicacid)、羧甲基纤维素钠(sodiumcarboxymethylcellulose)、乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、糖(saccharide)或者它们的混合物。作为上述糖，可以使用木糖(xylose)、蔗糖(sucrose)、麦芽糖(maltose)、乳糖(lactose)、海藻糖(trehalose)或者它们的混合物。更加优选地，可以包括透明质酸、羧甲基纤维素钠(sodiumcarboxymethylcellulose)以及糖，最优选地，可以包括微针制造用组合物的总重量中的1～60重量％的羧甲基纤维素钠(sodiumcarboxymethylcellulose)、1～60重量％的透明质酸以及3～60重量％的糖。更加优选地，上述糖是海藻糖。在这样组成条件下，可以发挥出符合根据本发明的针尖的直径以及纵横比范围的微针的物理特性和最高的协同效应。除了上述之外，根据本发明的微针还可以包括增溶剂、增塑剂、表面活性剂、保存剂、抗炎剂等。作为这样的增塑剂(plasticizer)可以单独或者混合使用例如乙二醇(ethyleneglycol)、丙二醇(propyleneglycol)、二丙二醇(dipropyleneglycol)、丁二醇(butyleneglycol)、甘油(glycerin)等多元醇。尤其是，进行各种评价的结果，优选地，使用甘油。作为这样的增溶剂，可以适当地选择使用本领域公知的各种成分。优选地，从微针的物性以及耐用性、与形成微针的其他物质的兼容性方面考虑，进行各种评价的结果，可以使用hco-40。根据本发明的微针还可以包括随着目标物质起到相加作用或者上升作用的添加成分。根据本发明的微针可以选择性地包括各种目标物质，根据用途，目标物质可以是例如药物、疫苗、营养素或者化妆品用成分，但是并不限定于此，还可以包括细胞、蛋白质、核酸、肽、多糖类、脂质等。优选地，可以使用烟酰胺。目标物质例如以溶解或分散在微针内的方式浸渍，存在于形成微针的物质(基质)之间，或者可以形成微针的物质(基质)包围目标物质的方式存在，但是，并不限定于此。根据本发明，优选地，微针整体插入皮肤内后溶解，所以不管将目标物质包含在微针的哪里，均可以投入到皮肤内，即使包含在特定区域、甚至包含在微针的后端部时，也可以将目标物质实际全部投入到皮肤。根据本发明的微针可以利用本领域公知的各种方法制造。例如，可以利用韩国注册专利公报第10-0793615号、国际专利申请公开公报wo02/064193、韩国公开专利公报第10-2011-0065361号等记载的材料、制造方法等来制造。更加优选地，根据本发明的微针可以通过solutioncasting方法制造。例如，准备模具。将构成基质的物质溶解于溶剂，选择性地溶剂或分散目标物质，从而制造包含液体状目标物质的基质。将包含该液体状目标物质的基质投入模具。这时，优选地，进行离心处理或者真空处理，以使液体状基质扩散到模具里面。之后，进行干燥、硬化，从铸模取出固形物。并且，本发明提供包括支撑体的可溶性微针片，该支撑体保持两个以上的可溶性微针以及上述可溶性微针。上述微针片被称为微针装置、微针片材(sheet)。根据本发明，微针片材在支撑体的至少一侧保持一个以上的微针，并且通过加压，从而可以将微针插入皮肤。在本发明中，微针尺寸相对于上述可溶性微针之间的距离的比例可以是大于0.1且2以下。更加优选地，可以是0.5～2。如果在0.1以下，则每单位面积的微针的数量少，可以传递至皮肤的量受限，超过2时，微针过于紧密，基于利用者的力，微针无法穿孔皮肤。在本发明中，微针之间的距离是指两个以上的隔开定位的微针之间的距离，可以通过测量一个微针的针尖与另一个微针的针尖之间的直线距离来确认。上述术语微针的尺寸的定义与上述内容重复，所以为了避免反复说明，在此省略说明。在本发明中，支撑体可以与上述微针相同的材质构成，或者在此基础上添加具有粘贴亲和性的原料来使用。作为上述具有粘贴亲和性的原料，可以使用涂布例如聚氨酯、聚乙烯、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等乙烯类至橡胶类黏合剂，并且在亲水性高分子和疏水性高分子混合增粘剂(tackifier)，从而在疏水性高分子基质中分散有亲水性水胶体微粒子的水胶体等，但是，并不限定于此。发明效果使用根据本发明的微针时，可以得到适当的机械强度、黏性以及硬度，在不出现弯折或者折断等形状变化的情况下可以简单地插入皮肤内，可以实现有效的皮肤穿孔。并且，通过穿孔的皮肤，根据本发明的微针溶解，同时呈现出目标物质的优秀的皮肤透过率，所以无需以很强的力加压，在微针的哪个部分包含目标物质，均可以有效地传递到皮肤内。附图说明本说明书中的附带的下面的图示出本发明的优选实施例，起到与上述的
发明内容一起帮助理解本发明的技术思想的作用，不应该解释为本发明限定于这样的附图中记载的内容。图1a是根据本发明一实施例的微针的正面照片。图1b是放大了根据本发明一实施例的一个微针的照片，示出了测量微针的底边(m)和高度(h)的一例。图2是示例性示出了根据本发明一实施例的微针10是四面平截头体式金字塔的图。图2是示例性示出针尖表面为四面形状的图。(a)是从上面俯视针尖表面11的图，(b)是示例性示出从支撑体20升起的微针10的纵截面的图。图3是示例性示出根据本发明一实施例的微针30为平截头体式圆锥形的图。图4是示例性示出针尖表面为圆形的图。(a)是从上部俯视针尖表面31的图，(b)是示例性示出从支撑体40升起的微针30的纵截面的图。图4是示出基于实验例1、对比例1、实验例2-1以及实验例3-2的微针的皮肤穿孔实验结果的照片。图5是示出基于实验例1的微针的压缩屈服强度实验结果的曲线图。x轴表示压缩长度。y轴表示压缩力。图6示出了为了评价微针中包含的药物的释放运行而设计的franzdiffusioncell。图7是基于实验例1-5、对比例1、对比例2-1以及对比例3-1的微针的皮肤透过率实验结果，以曲线图示出了随时间经过的皮肤透过率。图8是利用电子显微镜拍摄基于实验例1、对比例1以及对比例2-2的微针的溶解度实验结果的照片。m：微针的底边h：微针的高度d：针尖直径微针距离100、200：微针片10、30：微针11、31：针尖表面12、32：基底部20、40：支撑体21、41：支撑体表面具体实施方式下面，为了帮助理解本发明，例举实施例等来进行详细说明。但是，根据本发明的实施例可以变形为其他各种方式，不应该理解为本发明的范围限定于下面的实施例。本发明的实施例是为了向本领域中具有平均知识水平的人员更加完整地说明本发明而提供的。可溶性微针的制造如下表1所示，制造了微针。在本说明书中，在没有特别说明的情况下，组成物的含量以重量％表示。将ha(hyaluronicacid)、na-cmc(sodiumcarboxymethylcellulose)以及海藻糖(trehalose)溶解于纯净水中，之后，添加甘油(glycerin)、hco-40、烟酰胺(niacinamide)，制造了溶液。将制造的溶液浇注到(casting)硅微针模具(siliconemicroneedlemold)，之后，在3000rpm下，进行10分钟的离心分离(centrifugation)，从而在微小模具(mold)填充了液体。填充溶液后，在干燥箱70干燥3小时，利用胶膜，从硅微针模具分开微针(microneedle)。【表1】制造例ha5na-cmc10trehalose10glycerin5hco-400.2烟酰胺5水至100微针结构体如下表2所示，调节了针尖直径(tipdiameter)、纵横比、微针密度(needledensity)。下面的值是以sem(电子显微镜)照片为基准测量的值。上述ha使用了具有约3万dalton的分子量的低分子量ha。【表2】纵横比(aspectratio)＝微针的高度/微针的底边微针密度(needledensity)＝微针尺寸/微针之间距离可溶性微针的皮肤穿孔实验将可溶性微针粘贴在猪皮肤上之后，以30n/cm2(利用者的力)按压10秒，穿孔皮肤后，立即去除了微针。之后，利用台盼蓝(trypanblue)溶液对猪皮肤进行染色，之后利用棉棒，擦除粘在表面的溶液。之后，利用光学显微镜，观察了通过微针形成的孔(hole)。其结果如图4示出。皮肤穿孔率(％)＝(皮肤孔数量/微针数量)x100根据上述结果，计算实验例和对比例的皮肤穿孔率(％)的结果，实验例1～5得到的较高的皮肤穿孔率，相反，对比例1的穿孔率只有3％，对比例2-1为5％，对比例3-2为4％，呈现出非常低的皮肤穿孔率。可溶性微针的压缩屈服强度(compressiveyieldstress)实验利用质构仪(textureanalyzer)测量了可溶性微针的压缩屈服强度，测量到实验例1的压缩屈服强度为1,500kn/cm2(图5)。压缩屈服强度(kn/cm2)＝压缩力/微针针尖的面积当压缩屈服强度在10kn/cm2以下时，在穿孔皮肤之前，微针被折断，无法穿孔皮肤。药物释放运行实验利用franzdiffusioncell(图6)，通过利用液相色谱法(liquidchromatography)测量随时间经过的acceptorsolution的药物(烟酰胺)含量的方法，进行了药物释放运行实验。更加具体的实验方法如下。在猪皮肤上粘贴浸渍烟酰胺的微针片，对比了随时间经过的烟酰胺的皮肤透过率。皮肤透过率(％)＝(皮肤透过量/微针内浸渍量)x100上述皮肤透过量相当于猪皮肤组织内药物含量和acceptorsolution内药物含量的总量。其结果，如图7示出，根据实验例1，随着时间的经过，皮肤透过率增加速度较快，相反，在对比例1、对比例2-1以及对比例3-1，可以确认到烟酰胺的皮肤透过率几乎不增加。由此，可以得知与对比例相比，使用根据实验例的微针时，药物的皮肤透过更加有效。微针的皮肤穿孔率以及皮肤透过率【表3】在上述表3示出了实验例和对比例的针尖直径、纵横比、微针密度、皮肤穿孔率、皮肤透过率。在实验例1～5，得到了较高的皮肤穿孔率以及由此带来的药物的高皮肤透过率。相反，在对比例1，针尖直径为30μm，皮肤穿孔率非常低，如从图8可以得知，加压时，微针弯折，最终，皮肤透过率非常低。并且，在对比例2-1，纵横比为0.5，微针具有短粗的形状，从而皮肤穿孔率非常低，在对比例2-2，纵横比为5，加压时，如从图8可以得知，微针弯折，从而皮肤穿孔率非常低。并且，在对比例3-1，皮肤穿孔率较高，但是，微针的密度低，所以药物的皮肤透过率低，相反，在对比例3-2，微针过于紧密，通过利用者的通常的力，无法实现皮肤穿孔，最终，皮肤透过率较低。工业上的可利用性本发明可以提供在皮肤中可以溶解的微针以及包括微针的片产品。可以提供具有适当的机械强度、黏性以及硬度，在不出现弯折或者折断等形状变化的情况下可以简单地插入皮肤内，可以实现有效的皮肤穿孔的微针。当前第1页12