微針是一種可以替代傳統(tǒng)的皮下注射器和透皮貼片的新型給藥工具,具有無痛微創(chuàng)、方便使用、意外針刺風(fēng)險低等優(yōu)點,可以輸送大分子量藥物。聚合物微針以其良好的生物相容性、生物可降解性、低成本及易于批量化生產(chǎn)等優(yōu)勢,有望成為未來透皮給藥的主要方式�；谀＞叩奈釅河〖夹g(shù)具有加工成本低、工藝過程相對簡單、復(fù)制精度較高等優(yōu)點,但適用于制備聚合物微針的微熱壓印工藝還有待優(yōu)化。本文以聚合物微針為研究對象,重點研究了聚合物微針單體結(jié)構(gòu)及微針系統(tǒng)設(shè)計和微熱壓印技術(shù)制備聚合物微針工藝。主要研究內(nèi)容如下:(1)結(jié)合人體皮膚結(jié)構(gòu),并考慮到微針的刺入特點,設(shè)計了圓錐形實心微針和空心微針,微針高度為55μm,頂部直徑為50μm,底部直徑250μm,空心微針孔道直徑為30μm;對設(shè)計的微針進行了受力分析和強度校核,驗證了兩種結(jié)構(gòu)微針在理論上的可靠性;對兩種空心微針給藥系統(tǒng)進行了概念設(shè)計。(2)借助DEFORM 2D對聚合物微針微熱壓印填充過程進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,非封閉微熱壓印會出現(xiàn)明顯的邊緣效應(yīng)現(xiàn)象,設(shè)計的凸形流動壩結(jié)構(gòu)能顯著改善邊緣效應(yīng),一致率最大可提升22.1%;在特定的熱壓印溫度和熱壓印壓力條件下,隨著熱壓印時間的推移,聚合物填充速度逐漸減小,直到趨于零;在所研究的工藝范圍內(nèi),熱壓印溫度或熱壓印壓力越大,微針型腔填充高度越大。(3)對微熱壓印技術(shù)制備聚合物微針進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明,在所研究的工藝范圍內(nèi),熱壓印溫度或熱壓印壓力越高,微針高度越高。熱壓印溫度和熱壓印壓力對微針高度的影響與仿真結(jié)果一致。達到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)實心微針設(shè)計高度的工藝條件為(熱壓印溫度,熱壓印壓力):(120℃,12.78MPa)、(124℃,10.00MPa)、(124℃,12.78MPa)。聚乳酸(PLA)微針高度達到0.5mm以上的工藝條件為:熱壓印溫度T≥120℃且熱壓印壓力P≥16.75MPa。設(shè)計的微熱壓印輔助裝置,不僅可以弱化邊緣效應(yīng)現(xiàn)象,還可以提高微熱壓印效率,可將熱壓印周期縮短10-20分鐘。(4)進行了 PMMA微針豬皮促滲效果測試實驗。結(jié)果表明,用微針處理過的豬皮比未處理過的豬皮水分散失速率更大,從實驗開始時的水分含量相差不足1%,提高到實驗2小時后最大相差9.6%;刺入比人體皮膚更厚的豬皮,施加壓力達到60N時,微針陣列依然保持完好,說明所制備的微針能夠安全有效的應(yīng)用于人體皮膚透皮給藥。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH77
【部分圖文】：

微針幾何結(jié)構(gòu)不僅影響微針的強度和剛度，同時也對透皮給藥效率起著關(guān)鍵作用。逡逑微針一般呈錐狀結(jié)構(gòu)，有三棱錐、四棱錐、圓錐等結(jié)構(gòu)。按照加工工藝的不同，逡逑微針可分為同平面微針和異平面微針［２５］。同平面微針針體軸線和基板平行，圖１－２邋（ａ）逡逑是掃描電鏡下的孔狀同平面鈦（Ｔｉ）微針和普通皮下注射針頭的比較圖ＰＡ這種結(jié)構(gòu)逡逑的優(yōu)點是微針長度可精確控制，缺點是不易加工出二維陣列，微針數(shù)目較少。異平面逡逑微針針體軸線垂直于基板平面，易于形成微針陣列，微針數(shù)目多，但是微針高度受到逡逑限制，形成高深寬比的微針難度較大，異平面微針如圖１－２邋（ｂ）所示逡逑

逡逑注射式給藥（ｐｏｋｅ邋ａｎｄ邋ｆｌｏｗ）、誘導(dǎo)式給藥（ｉｎｄｕｃｅ邋ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）。圖１－３是五種給藥方式逡逑示意圖。逡逑Ｉｆｆｆｆｆｆ邋Ｉ邐＿—邐ＷＩＷＩ逡逑：…二二邐—土、…逡逑：：二二二二：＇＇邐置逡逑ＷＷｆｆ邋Ｉ邐ｒｒ＾ａｓＴ逡逑Ｅ邋丨ｄ，’邋＊、，：：：．邐＊邋＊邋ｒ＇邋＊邋＜邋＊邋？：逡逑圖１－３五種給藥方式示意圖：先刺后貼（Ａ）、逡逑先涂后刺（Ｂ）、先刺后釋（Ｃ）、注射式（Ｄ）和誘導(dǎo)式給藥（Ｅ）逡逑Ｆｉｇ．１－３邋Ａ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｆｉｖｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｅｌｉｖｅｒｙ邋ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ：邋（Ａ）邋ｐｏｋｅ邋ａｎｄ邋ｐａｔｃｈ，邋（Ｂ）邋ｃｏａｔ邋ａｎｄ逡逑ｐｏｋｅ，邋（Ｃ）邋ｐｏｋｅ邋ａｎｄ邋ｒｅｌｅａｓｅ，邋（Ｄ）邋ｐｏｋｅ邋ａｎｄ邋ｆｌｏｗ，邋（Ｅ）邋ｉｎｄｕｃｅ邋ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ逡逑先刺后貼給藥方式一般針對于實心微針，先將實心微針刺入皮膚然后移除，在皮逡逑膚上形成暫時的微通道，隨后在皮膚刺入處貼上透皮貼或涂上藥液，藥液通過被動擴逡逑散的方式經(jīng)過微通道滲入皮膚。這種方式相對簡單，不需要外界設(shè)備輔助給藥，也沒逡逑有涂覆過程。但是這種給藥方式不能精確控制給藥，適合輸送少量的強效藥物。逡逑實心微針可以在針體表面涂覆一些藥物

逑ｎｏｎ逡逑圖１－４微注塑成型同平面微針邐圖１－５注塑成型ＰＣ微針逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ａ邋ｉｎ－ｐｌａｎｅ邋ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ邋ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ邋ｂｙ邐Ｆｉｇ．邋１－５邋Ａ邋ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ邋ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ邋ａｒｒａｙ逡逑ｍｉｃｒｏｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋ｍｏｌｄｉｎｇ邋ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ邐ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ邋ｂｙ邋ｍｉｃｒｏｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋ｍｏｌｄｉｎｇ邋ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ逡逑微熱壓印技術(shù)能夠復(fù)制高深寬比的微結(jié)構(gòu)，特征尺寸在幾個納米到幾百個微米之逡逑間，復(fù)制精度較高、工藝較為簡單、設(shè)備成本相對較低。Ｈａｎ等［５叫昔助ＵＶ邋（紫外）逡逑光刻法和鎳電鑄技術(shù)制備出了邋Ｎｉ邋（鎳）同平面微針，多個組裝形成Ｎｉ異平面微針陣逡逑列，其結(jié)構(gòu)如圖１－６所示。選用ＰＤＭＳ邋（聚二甲基硅氧烷）復(fù)制異平面微針陣列，獲逡逑得ＰＤＭＳ微針陰模，以此為模具進行ＰＣ邋（聚碳酸酯）微針熱壓印，微針制品如圖１－７逡逑所示。該異平面ＰＣ微針的高度可以通過調(diào)節(jié)同平面微針的長度（通過調(diào)節(jié)光刻掩膜逡逑的尺寸）和ＰＤＭＳ填充的深度而改變，微針間距可以通過調(diào)節(jié)墊片（ｓｐａｃｅｒｓ）的寬度逡逑和光刻掩膜的間距而改變

【參考文獻】

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本文編號：2831880