一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法技术

本发明专利技术公开了一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，包括，在压力作用下，将微针生成材料从针头挤出，堆积于微针贴片基底上；撤除所述压力后，所述针头向上提拉所述微针生成材料形成微针的针尖结构，并在固化成型前始终维持所述针尖结构；其中，所述微针生成材料为具备固液转变及剪切稀化的非牛顿流体浆料，且蠕变点大于100Pa。本发明专利技术在不需要模板和后处理的情况下，可以实现室温下高效打印高精度微针针尖的需求；打印出的微针针尖结构具有自持性，在不需要外加温度场，磁场和交联固化的条件下，可以保持住微针针尖结构直至后续固化成型。固化成型。固化成型。

【技术实现步骤摘要】
一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法


[0001]本专利技术属于微针贴片加工
，具体涉及到一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法。

技术介绍

[0002]微针治疗技术由于具有无痛，创口小，安全性可靠，治疗效率高，操作简便等特点，在近年来得到了广泛的关注和发展。目前，微针贴片制备技术主要采用模板法，其技术工艺复杂繁琐。受限于模板制备方法，微针贴片的尺寸、微针的形状和微针的数量难以灵活便捷地调整，难以满足个性化定制微针贴片的制备需求。另一方面，由于模板法都是将载有药物的微针浆料一次性倒入微模板中离心灌注，因此难以方便地将基于不同材料或载有不同药物的微针集成在同一个贴片中，不利于实现贴片中的多功能集成。
[0003]三维打印技术是近年来新兴的一项增材制造技术，在加工制造领域具有革命性的意义。三维打印技术以数字模型为基础，通过直接制造相应的三维结构，再经过后续的固化成型(光固化，高温固化，干燥固化等)得到最终的加工件，从而实现个性化定制。采用三维打印技术制备微针贴片，不需要提前加工实体模板，可以方便灵活地控制微针贴片的尺寸，微针的数量和间距等设计参数。相较于模板法依靠模板决定微针的形状，待浆料固化之后形成高质量的微针，三维打印微针的一个核心挑战在于如何打印出高质量的针体形状，以及在固化过程中如何维持微针的形状稳定。微针贴片的加工具有典型的跨尺度特征，针尖部分需要满足小于10微米的精度才能比较容易地刺入皮肤角质层，微针的高度一般在500微米到1000微米之间才能满足给药或者生物传感的需求，微针底盘直径一般在200微米到500微米之间，微针之间的间距通常在几百微米至几毫米之间，因此采用3D打印的方式来制备微针需要充分兼顾精度和效率。如果采用一般的直写式成型技术来打印微针，利用打印头逐层打印形成微针针尖结构，受限于针头孔径尺寸，难以制备高精度微针贴片。如果采用高精度的3D打印机来打印微针，比如三维打印光固化成型需要使用激光器光斑逐点扫描，使液体的光敏材料发生固化，虽然解决了直写式成型技术精度的问题，但是其成型效率低下，限制了其技术应用。因此，常规的3D打印技术难以高效制备高精度微针，有研究和专利在常规3D打印技术的基础上结合后处理过程来形成针状结构，一种典型方法首先打印柱状阵列，然后用载玻片接触柱状阵列的顶端，并拉伸到预定高度产生微针针尖，这样就解决了常规3D打印精度低的问题，但是为了使得产生的微针针尖在干燥前具有自持性，该方法必须随后立刻进行交联固化，然后再继续让微针通过自然脱水而固化成型。虽然这样形成的微针精度高，但是微针针尖结构的形成需要经历打印柱状结构加上载玻片拉伸的两个步骤，而且微针干燥前微针针尖结构的保持需要在微针形成后立刻借助额外的交联固化，工艺繁琐苛刻，加工效率较低。还有的研究提出了先打印柱状阵列，在阵列干燥以后通过化学刻蚀的方式形成微针针尖结构。虽然解决了前述方法需要立刻进行交联固化稳定微针针尖结构的弊端，但是化学刻蚀形成的微针针尖结构精度不高，针体粗糙。目前来说，采用后处理形成微针针尖结构的专利或者研究工艺繁琐，效率低下，并没有很好的解决微针打印的
精度和效率问题，因此一些研究和专利提出了直接打印形成微针针尖结构的研发方向。直接打印形成微针针尖结构的方式除了上述低精度的直写式成型技术和低效率的光固化成型技术外，还有热拉针，冷拉针，磁拉针等技术方案。为了解决精度和效率，热拉针，冷拉针以及磁拉针都需要对打印机进行改造，添加相应的硬件模块，从而对设备提出了更高的要求，同时每种方式都会带来新的技术弊端。热拉针法一般是将蔗糖，PLGA等适合制备微针的材料加热到熔融态，进行拉伸抽针，在温度梯度作用下形成微针结构。这种方式精度较高，效率也比较高，但是由于需要上百摄氏度的高温才使得微针材料形成熔融态，存在影响药物性能的风险，不适合负载热稳定性差的药物。冷拉针是为了解决热拉针过于高的操作温度提出来的，将水溶性微针材料配成水溶液，是利用基板足够低的温度，当浆料接触到基板后，其流动性变差，慢慢的将低温传递到针尖，拉伸形成微针结构。微针在脱水固化成型前需要额外利用低温冻住来保持住微针的形状或者微针材料必须先交联固化来保持住微针的形状。冷拉针的微针材料受限于水溶性聚合物或非聚合物药用辅料，而且需要对基板的温度进行控制，还需要解决由于温度变化带来的冷凝和热胀冷缩问题。磁拉针通过在微针浆料中加入磁性颗粒，在完成抽针以后，利用外加磁场提供力的支撑，保持住针体的结构，直到微针缓慢干燥或者固化。磁拉针最大的缺点在于加入了磁性颗粒难以用来制备可降解微针。综上所述，现有的一步式直接打印微针结构的方法，无法在室温下打印具有自持性的微针。
[0004]简言之，现有的方法要么需要在打印和固化这两步加上额外的后处理步骤(化学刻蚀，载玻片拉伸加上干燥固化前的交联固化)，要么需要对打印机进行设备硬件改造，提供额外的温度场或者磁场。还没有一种合适的三维打印技术，能够通过常规的3D打印机，常规的3D打印流程，即打印加上固化成型两个步骤就能在室温下高效打印高精度微针针尖结构。在微针贴片的制备领域，缺乏一种加工条件温和，工艺简单，操作灵活，普适性强的技术，可以方便高效地制备结构精度高、可个性化定制、多功能集成式的微针贴片。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]本专利技术的其中一个目的是提供一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，在不需要模板和后处理的情况下，可以实现室温下高效打印高精度微针针尖的需求。打印出的微针针尖结构具有自持性，在不需要外加温度场，磁场和交联固化的条件下，可以保持住微针针尖结构直至后续固化成型。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，包括，
[0009]在压力作用下，将微针生成材料从针头挤出，堆积于微针贴片基底上；
[0010]撤除所述压力后，所述针头向上提拉所述微针生成材料形成微针的针尖结构，并在固化成型前始终维持所述针尖结构；
[0011]其中，所述微针生成材料为具备固液转变及剪切稀化的非牛顿流体浆料，且蠕变
点大于100Pa。
[0012]固液转变的特点为流体在没有外力干扰时表现出类固体的刚性特征，但在足够大的外力作用后，材料所受剪切应力大于屈服点时，样品将呈现流动的液态特征；剪切稀化的特点则是流体粘度随剪切速率的增加而降低。
[0013]在气压影响下，浆料完成从类固态到类液态的转变，顺利从针头挤出不发生堵塞，打印结束后，撤去气压，浆料完成从类液体到类固体的转变，表现出固体的刚性特征，同时由于蠕变点大于100Pa，从而可以保持住所打印三维结构的形状。在打印微针底座和微针针体时，当气压超过临界气压时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，其特征在于：包括，在压力作用下，将微针生成材料从针头挤出，堆积于微针贴片基底上；撤除所述压力后，所述针头向上提拉所述微针生成材料形成微针的针尖结构，并在固化成型前始终维持所述针尖结构；其中，所述微针生成材料为具备固液转变及剪切稀化的非牛顿流体浆料，且蠕变点大于100Pa。2.如权利要求1所述的室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，其特征在于：所述微针生成材料通过添加气相二氧化硅调节流变特性，所述气相二氧化硅添加量为8～15wt％。3.如权利要求1或2所述的室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，其特征在于：所述微针生成材料选自水溶性可降解材料、缓释可降解材料、不可降解材料中的一种。4.如权利要求3所述的室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，其特征在于：所述水溶性可降解材料包括麦芽糖/聚乙烯吡咯烷酮体系和蔗糖/聚乙烯吡咯烷酮体系中的一种；所述缓释可降解材料包括聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物体系、聚乳酸体系和聚己内酯体系中的一种；所述不可降解材料包括环氧树脂体系、醋酸纤维素体系和聚苯乙烯体系中的一种。5.如权利要求4所述的室温3D打印自持性微针制备微针贴片的方法，其特征在于：采用所述聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物体系，将聚乳酸
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李妍妍，孔德圣，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：