适于经皮药物和疫苗递送的机械增强的快速溶解微针制造技术

本发明专利技术公开具有机械强度增强的生物相容性的可溶解微针结构。更具体而言，本发明专利技术涉及含有纳米材料的微针。本发明专利技术还公开用于制备这种微针结构的方法，以及利用它们将药物或生物分子递送到对象的皮肤或上皮细胞内或皮肤或上皮细胞的细胞质和/或细胞核内的方法。

【技术实现步骤摘要】
适于经皮药物和疫苗递送的机械增强的快速溶解微针
本公开通常涉及具有增强机械强度的生物相容性的可溶解微针结构。更具体地，本专利技术涉及包含具有良好分散的纳米材料的微针。
技术介绍
微针是微米级尺寸的微小突起，并具有将药物、疫苗和其它生物分子递送到皮肤的能力。该经皮递送平台具有与通过针头和注射器进行的传统皮下肌内注射相比具有优于其的许多优点。首先，没有或存在最小程度的疼痛、交叉感染和针头扎伤。其次，微针可设计成针对皮肤的具体层。第三，具有自我给药的潜力。最后但并非是最不重要的，当存在可过早代谢药物的肝脏显著首过效应时使用微针。微针阵列通常由硅、金属和聚合物制成。其中，聚合物微针阵列越来越具有吸引力，因为预计它们大量生产时比硅或金属阵列成本更低以及在应用过程中更安全。当使用可溶解的聚合物时，药物和生物分子可混入到微针本身内。在应用过程中，聚合物结构在皮肤内快速溶解，从而释放药物和生物分子，所以不存在带尖头的废物。尽管它们具有前景广阔的特征，但是可溶解的聚合物通常具有相对较弱的机械性能。需要将生物相容性、耐用的机械性能以及快速溶解速率的组合严重地限制了聚合物的选择性。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和羧甲基纤维素钠盐（CMC）通常被报道适于在可溶解的聚合物微针中使用。例如，PVP微针要么在紫外线条件（使用100瓦的紫外线灯）下使得单体进行原位聚合或在80℃下加热24小时赖制备。这些苛刻条件会严重限制对温度或紫外线敏感的药物和生物分子的混入。另一方面，CMC微针可在室温下制备，但CMC具有较弱的机械性能。例如，CMC的弹性模量只有约1GPa。据预计生物可吸收性的聚合物微针的尺寸需要相对较大以便可靠地刺穿人体皮肤。这显然将限制阵列上的微针密度。然而，近期研究表明较小（基部直径或宽度<40微米）和密集排布的微针（每平方厘米超过10,000个微针）与较大的稀疏排布的微针相比会导致显著增强疫苗功效。此外，较小微针在制备过程中会易于变干以及在应用过程中会在皮肤中快速溶解。因此，改进可溶解聚合物微针的机械性能会在药物功效、设计灵活性、易于制备和在皮肤中快速溶解方面是有益的。因此，需要改进适于经皮递送的可溶解微针阵列的机械特性。
技术实现思路
在第一方面，公开一种微针结构，其包括多个微针，其中每个微针包括至少一种可溶解聚合物和纳米材料，其中所述纳米材料良好地分散于每一整个微针中。在第二方面，公开用于制备微针结构的一种方法。该方法的步骤包括：a）形成包括至少一种可溶解聚合物和至少一种纳米材料的复合溶液，其中所述纳米材料良好地分散于整个复合溶液中；b）将复合溶液添加到微针结构模具的表面上；c）迫使复合溶液进入到微针结构模具空腔内；d）干燥复合溶液以便形成微针结构；以及e）将微针结构从微针结构模具取出。在第三方面，公开用于制备机械强度增加的微针结构的一种方法。该方法的步骤包括：a）形成包括至少一种可溶解聚合物和至少一种纳米材料的复合溶液，其中所述纳米材料良好地分散于整个复合溶液中；b）将复合溶液添加到微针结构模具的表面上；c）迫使复合溶液进入到微针结构模具空腔内；d）干燥复合溶液以便形成微针结构；以及e）将微针结构从微针结构模具取出。在第四方面，公开用于制备微针结构的一种方法。该方法的步骤包括：a）将至少一种药物或生物分子与至少一种纳米材料组合以便形成纳米药物；b）形成包括至少一种可溶解聚合物和纳米药物的复合溶液，其中所述纳米药物良好地分散于整个所述复合溶液中；c）将复合溶液添加到微针结构模具的表面上；d)迫使复合溶液进入到微针结构模具空腔内；e）干燥复合溶液以便形成微针结构；以及f）将微针结构从微针结构模具取出。在第五方面，公开用于制备机械强度增加的微针结构的一种方法。该方法的步骤包括：a）将至少一种药物或生物分子与至少一种纳米材料组合以便形成纳米药物；b）形成包括至少一种可溶解聚合物和纳米药物的复合溶液，其中所述纳米药物良好地分散于整个所述复合溶液中；c）将复合溶液添加到微针结构模具的表面上；d)迫使复合溶液进入到微针结构模具空腔内；e）干燥复合溶液以便形成微针结构；以及f）将微针结构从微针结构模具取出。在第六方面，公开用于经皮递送药物或生物分子或用于将药物或生物分子递送到上皮细胞的一种方法。该方法的步骤包括将生物相容性的可溶解微针结构施加到对象的皮肤或上皮细胞。微针结构包括多个微针。每个微针包括至少一种可溶解聚合物、药物或生物分子和纳米材料，其中所述纳米材料良好地分散于每一整个微针中。应用（或施加）应该是如此的，以至于微针结构的微针穿透皮肤或上皮细胞以及在微针溶解后释放药物或生物分子。在一些实施例中，在穿透皮肤或上皮细胞的五分钟内大致发生微针的溶解。在第七方面，公开用于将药物或生物分子递送到皮肤或上皮细胞内的细胞质和/或细胞核的一种方法。该方法的步骤包括将生物相容性的可溶解微针结构施加到对象的皮肤或上皮细胞。微针结构包括多个微针。每个微针包括至少一种可溶解聚合物、药物或生物分子和纳米材料，其中所述纳米材料良好地分散于每一整个微针中。应用或施加应该是如此的，以至于微针结构的微针穿透皮肤或上皮细胞以及在微针溶解后释放药物或生物分子。在一些实施例中，纳米材料包含作为纳米药物的药物或生物分子以便药物或生物分子递送。在一些实施例中，在穿透皮肤或上皮细胞的五分钟内大致发生微针的溶解。从结合附图对本专利技术各个方面的以下详细描述将明了本公开的这些和其它目的、特征和优势。附图说明图1示出用于制备可溶解纳米复合材料微针结构的一个实施例的步骤。图2示出根据本专利技术实施例纳米粒子的各种测量值和特性。a）良好分散的纳米粒子的高分辨率透射电子显微镜图像。b）包含纳米粒子的悬浮液的粒径分布。c）在不含水和缓冲剂溶液中的纳米粒子的Zeta电位。d）纯净纳米粒子的X射线衍射图案。图3示出根据本专利技术实施例纳米粒子的各种测量值和特性。a）通过纳米压痕导致的负载-位移曲线。b）具有不同纳米粒子浓度的CMC聚合物薄膜的弹性模量和c）硬度。图4示出扫描电子显微镜图像。图4a和图4b是硅微针阳模的代表性SEM图像，所述阳模用于制备适于聚合物微针制备的PDMS阴模。图4c和图4d示出根据本专利技术实施例的可溶解聚合物微针的典型SEM图像。图5示出纳米粒子分别相对于a）海拉（HeLa）细胞系和d）A549细胞系的细胞毒性。图6示出微针应用5分钟之后的皮肤反射共聚焦显微镜图像：a）应用纳米复合材料微针之后的猪皮；b）控制微针应用之后的猪皮；c）应用纳米复合材料微针之后的人体皮肤；以及d）控制微针应用之后的人体皮肤。图7示出微针应用5分钟之后的皮肤激光扫描共聚焦显微镜图像：a）和b）是应用纳米复合材料微针之后的猪皮；c）和d）是控制微针应用之后的猪皮；e）和f）是纳米复合材料微针应用之后的人体皮肤；以及g）和h）是控制微针应用之后的人体皮肤。图8示出纳米复合材料微针的合并后的荧光和反射共聚焦显微镜图像：a）应用之前；b）应用到猪皮之后的1分钟；c）应用到猪皮之后的2分钟以及d）应用到猪皮之后的5分钟。具体实施方式在第一方面，公开包括多个微针的微针结构，其中每个微针包括至少一种可溶解聚合物和纳米材料，其中所述纳米材料分散于每一整个微针中。微针结构包括由基部连接的多个微针。基部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微针结构，其包括多个微针，其中每个所述微针包括至少一种可溶解聚合物和纳米材料，其特征在于所述纳米材料良好地分散于每一整个所述微针中。

【技术特征摘要】
2012.11.16 US 13/679,3011.一种微针结构，其包括多个微针，其中每个所述微针包括至少一种可溶解聚合物和纳米材料，其特征在于所述纳米材料良好地分散于每一整个所述微针中，而且其中所述纳米材料包括层状双金属氢氧化物纳米粒子以相对于复合溶液中所述聚合物质量的5％(重量)和10％(重量)之间的浓度存在，以及所述聚合物包括羧甲基纤维素钠。2.根据权利要求1所述的微针结构，其特征在于所述层状双金属氢氧化物纳米粒子包括镁、铝、铁、钴、锌、钙和锰的至少一种。3.根据权利要求1所述的微针结构，其特征在于所述聚合物包括带有负电荷的官能团。4.根据权利要求1所述的微针结构，其特征在于所述微针进一步包括至少一种药物或生物分子，并且其特征在于所述药物或生物分子可任选地与所述纳米材料相结合以便形成纳米药物。5.根据权利要求1所述的微针结构，其特征在于所述微针包括：层状双金属氢氧化物纳米粒子，其包括在至少一个表面上的正电荷；聚合物，其包括带有负电荷的官能团；以及药物或生物分子。6.用于制备机械强度增加的微针结构的方法，其包括：a.形成复合溶液，其包括至少一种可溶解聚合物和纳米材料以及任选地至少一种药物或生物分子，其中所述纳米材料良好地分散于整个所述复合溶液中；b.将所述复合溶液添加到微针结构模具的表面上；c.迫使所述复合溶液进入到微针结构的模具空腔内；d.干燥所述复合溶液以便形成微针结构；以及e.从所述微针结构模具取出所述微针结构；其特征在于所述药物或生物分子可任选地与所述纳米材料相结合以便形成纳米药物。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于将步骤b、c和d重复一次或多次。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：严砺，陈献峰，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：