基于金属有机骨架（MOF）的微针的制备和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有核壳结构的金属有机骨架(MOF)微针贴片、制备方法及其应用。本发明专利技术提出了一种MOF微针制备方法，可用于多种MOF微针的制备。首先，本发明专利技术对微针母模的形貌、尺寸、分布密度等进行设计，并据此制备微针倒模。随后，基体材料与MOF混合，通过翻模法与层层组装法相结合的工艺制备具有核壳结构的微针阵列，解决了MOF脆性高、机械强度差的难题。上述MOF微针可穿透皮肤组织，能够用于皮下传感、递药等。该制备方法具有成本低廉、操作便捷、可批量生产等优势。由于MOF材料具有超高的比表面积和天然的孔道结构，能够识别、吸附、封装客体分子，因此MOF微针在透皮递药、分子识别、生物传感、活体成像等领域具有很高的商业应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
基于金属有机骨架（MOF）的微针的制备和应用


[0001]本专利技术涉及功能化微针贴片的制备，具体涉及一种基于金属有机骨架材料(metal
‑
organicframework,MOF)的复合微针及其在医学诊疗中的应用。

技术介绍

[0002]微针贴片是一种可透皮的微型器件，由具有微米尺寸的单个微针或紧密排成的阵列构成。微针的尺寸范围是0.01
‑
0.05mm宽,0.01
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2mm高(Y.Hao,W.Li,X.Zhou,F.Yang,Z.Qian,J. Biomed.Nanotechnol.2017,13,1581.)。微针贴片的尺寸、形状和阵列分布密度均可进行调节，并可穿透皮肤组织进行透皮递药，具有以下优势：(1)安全无痛；(2)患者可实现自主注射，减少对医护人员的依赖，提高服药依从性；(3)避免口服过程中肝脏首过效应以及消化道内环境对药物活性的影响，尤其是大分子药物；(4)皮下组织蛋白酶含量低，有利于保持大分子药物或疫苗的活性。
[0003]除透皮给药外，微针贴片还可应用于传感(A.V.Mohan,J.R.Windmiller,R.K.Mishra,J. Wang,Biosens.Bioelectron.2017,91,574.)、免疫(Q.Zhu,V.G.Zarnitsyn,L.Ye,Z.Wen,Y.Gao, L.Pan,I.Skountzou,H.S.Gill,M.R.Prausnitz,C.Yang,Proc.Natl.Acad.Sci.2009,106,7968.)、美容(R.S.Ingrole,E.Azizoglu,M.Dul,J.C.Birchall,H.S.Gill,M.R.Prausnitz,Biomaterials 2020,120491.)等多个领域。例如，针对皮下间质液(ISF)的提取，研究人员已开发了中空结构的微针阵列，在人体成功提取20μL组织液样本(P.R.Miller,R.M.Taylor,B.Q.Tran,G. Boyd,T.Glaros,V.H.Chavez,R.Krishnakumar,A.Sinha,K.Poorey,K.P.Williams, Communications biology 2018,1,1.)，可用于生物标志物的采集，为临床应用提供了重要的研究价值。
[0004]通常，受限于微针的制备方法，常见的微针材料是水凝胶、高分子材料、金属材料等。金属有机框架(MOF)材料是一种由金属中心和有机配体通过配位作用形成的多孔无机
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有机杂化材料，具有超高的比表面积和周期排列的天然孔道，可应用于气体吸附/分离、催化、传感、成像、药物输送等诸多领域。MOF最突出的特点之一是结构可设计且孔道尺寸可调，得益于该优势，MOF可针对不同的客体分子进行设计和制备，从而实现特异性的分子识别和选择性吸附等功能，并在药物递送、靶标分子采集等领域具有广阔的应用前景。
[0005]由于合成后的MOF材料通常为多晶粉末，具有结构脆性且难以进行后续加工(J.Hou,A. F.Sapnik,T.D.Bennett,Chemical science 2020,11,310.)。因此将其制备为微针阵列具有极高的技术难度。为实现微针贴片具有特异性的客体分子识别功能，且有针对性地对特定药物分子进行负载，本专利技术致力于开发一种基于MOF的微针贴片的制备方法，并将其应用于透皮药物递送、皮下间质液中生物标志物的提取等。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于MOF材料的微针贴片的制备方法，该方法具有通用性，能够适用于制备多种MOF微针，并结合MOF的化学特性、孔道结构等特点，将其应用于
透皮药物递送、皮下间质液中生物标志物的特异性提取等。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种MOF微针贴片，其整体的尺寸长为5
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20mm，宽为5
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20mm，微针阵列的形状和尺寸均可调。所述MOF材料具有水稳定性，性状为粉末或晶体，其合成方法不限、所用金属离子和有机配体不限，微观形貌和尺寸不限。所述MOF微针贴片具有一定的机械强度，能够穿透皮肤组织。
[0009]本专利技术所述MOF微针贴片的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)设计微针模具。首先通过电脑绘制电子版设计草图，并设定微针的参数；
[0011]优选的，上述步骤(1)所述微针的形状为圆锥形、四棱锥形等。
[0012]优选的，上述步骤(1)所述微针以单个或阵列形式存在，阵列的密度为n*m，其中1≤ n≤100，1≤m≤100，n为横向分布数，m为纵向分布数。
[0013]优选的，上述步骤(1)所述微针的底部直径为0.01
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0.05mm,高度为0.03
‑
2mm。
[0014](2)制作微针倒模。通过3D打印等技术，根据上述微针设计草图进行打印。然后，将打印的微针模具固定于托盘，针尖朝上，倒入有机硅弹体直至淹没针尖，然后放入80℃烘箱过夜备用。
[0015]优选的，上述步骤(2)所述3D打印使用的材料为光固化材料，例如光固化树脂等。
[0016](3)制备MOF匀浆。向合成并干燥后的MOF加入一定量的水，并加入基体材料进行混合；
[0017]优选的，上述步骤(3)所述MOF材料可以是在常温常压下在水溶液中稳定的任一MOF，例如ZIF
‑
8，UiO
‑
66,MIL
‑
101(Cr),MIL
‑
53(Al),MIL
‑
88(Fe),MIL
‑
125(Ti)等；
[0018]优选的，上述步骤(3)所述MOF材料与水的质量比1:(10
‑
1000)；
[0019]优选的，上述步骤(3)所述基体材料为海藻酸钠、琼脂糖、壳聚糖、聚偏二氟乙烯等，基体材料与MOF材料的质量比1:(0.01
‑
10)；
[0020]优选的，上述步骤(3)所述的混合方式为搅拌、超声、加热等；
[0021](4)制备MOF微针阵列。将步骤(3)所制备的MOF匀浆除去气泡，然后加入微针倒模中，并置于平板离心机中进行离心。离心后取出，置于烘箱中加热直至除去水分；
[0022]优选的，上述步骤(4)所述除泡操作可在真空干燥器中进行。
[0023]优选的，上述步骤(4)所述离心参数可为1000
‑
10000rpm，离心时间可为5
‑
60分钟。
[0024]优选的，上述步骤(4)所述烘干温度可设定为80℃，烘干时间为24h。
[0025]优选的，可在此基础上通过层层组装制备MOF微针阵列。将步骤(4)所制备的MOF 微针贴片留置于模具中，可再次将MOF匀浆倒入模具中，并按照步骤(4)进行后续的除泡、离心、加热步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有核壳结构的金属有机骨架(MOF)微针贴片，微针表面为MOF材料。2.如权利要求1所述的MOF微针贴片，其特征在于MOF微针的底部宽度为0.01
‑
0.05mm,高度为0.3
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2.0mm；MOF微针以单个或阵列形式分布，阵列的分布密度为n*m，其中1≤n≤100，1≤m≤100，n为横向分布，m为纵向分布。3.如权利要求1所述的MOF微针，其特征在于微针的形貌可进行自主设计，形貌包括但不限于圆锥形、四棱锥形等。4.如权利要求1所述的MOF微针，其特征在于微针的结构为核壳结构。5.如权利要求1～4任一所述的MOF微针，所用MOF材料为常温常压下稳定的任意MOF材料；优选的，所使用的MOF材料在水溶液中晶体结构稳定，包括但不限于ZIF
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8，UiO
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66,MIL
‑
101(Cr),MIL
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53(Al),MIL
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88(Fe),MIL
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125(Ti)等。6.权利要求1～5任一所述MOF微针的制备方法，包括以下步骤：1)设计微针母模：绘制微针的模具，根据需求制定相应的微针尺寸、形貌、排列方式和分布密度等；2)制备微针母模：依据所设计的图纸制备微针母模；3)制备微针倒模：将微针母模固定于容器中，针尖朝上，倒入有机硅弹体直至淹没针尖，然后放入烘箱直至固化；4)制备MOF匀浆：将MOF材料、基体材料、水进行混合制备MOF匀浆；5)制备MOF微针：将步骤4)所制备的MOF匀浆脱气，然后加入微针倒模中，并置于平板离心机中进行离心；离心后取出，置于烘箱中加热直至除去水分；优选的，上述步骤5)所述脱气操作可在真空干燥器中进行；优选的，上述步骤5)所述离心参数可为1000
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10000rpm，离心时间可为5
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60分钟；优选的，上述步骤5)所述烘干温度可设定为80℃，烘干时间为24h；优选的，步骤(5)可进行多次循环，循环重复次数可为1
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20次，用于制备具有核壳结构的MOF微针，...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁晓月，常自勇，邓玉林，刘可心，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：