一种3D打印中空微针贴片的制备方法

一种3d打印中空微针贴片的制备方法
技术领域
1.本发明涉及贴片材料技术领域，具体涉及一种3d打印中空微针贴片的制备方法。


背景技术：

2.几个世纪以来，皮下注射针头一直被用作生物医学设备，用于液体药物注射和生物液体的收集。然而，一个主要问题是皮下注射针头的应用会引起严重的疼痛和恐惧感，需要训练有素的技术人员；其次针头注射会产生生物危险废物等等问题。微型针头或具有足够的锋利度的微针可以刺破角质层，但长度不足以干扰表皮下区域的神经末梢，可以在不引起疼痛的情况下将治疗剂输送到整个人体皮肤，并且通常被建议作为皮下注射的替代品。微针通常支撑和固定在坚实的基底上以网格状排列，以便更好地处理和有效地穿透皮肤表层。通常，当微针在贴片上排列成阵列时，微针贴片表现出倍增效应，可以承载更高的药物剂量、高效递送和改善患者依从性。由于涉及药物的存储以及释放，微针大多设计成多孔或者中空结构。然而，这类具有多孔或中空结构的微针机械强度较低，在给药过程中出现故障的风险较高。此外，在传统的制备工艺中，用于制造中空微针贴片的材料一般是硅、聚合物或者水凝胶等等，其中生物相容性和对皮肤的刺激也存在严重的担忧。其中，传统的制备工艺复杂，经常导致微针的孔隙堵塞，严重阻碍了药物的释放，缩短了其使用寿命；此外，其微针尺寸大小和几何形状难以控制也严重限制了微针的广泛使用。
3.为了实现快速成型设计，增材制造微针阵列的制造方法最近受到广泛的关注。最近，人们一直在努力将3d打印这一革命性技术整合为基于微针的系统中。3d打印或增材制造(am)是一种基于计算机辅助设计(cad)模型实现逐层工艺制造物理模型的技术系列，首先利用计算机辅助设计(cad)软件对物体进行虚拟设计，然后将虚拟模型输入3d打印机。3d打印技术提供了高通量制造具有高精度和可重复性的物理对象，是一个快速和具有低成本效益的方式。在众多的3d打印技术中，光固化3d打印技术是通过分层聚合和液体树脂在紫外线照射下固化来实现的，也称为还原聚合。因此，通过光固化3d打印技术可以实现微针贴片的几何结构和尺寸可控，并且其具有制备工艺简单和应用材料广泛的优点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种3d打印中空微针贴片的制备方法，以解决现有技术中几何结构和尺寸难以控制、孔隙容易堵塞、机械性能差和持久性短的问题。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.一种3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.(1)设计中空微针贴片阵列的几何参数；
8.(2)将步骤(1)所得中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每一个圆形或方形基底上设计36-81个中空微针；
9.(3)设计光固化3d打印的参数：采用生物相容性i类树脂作为中空微针贴片阵列打印材料；
10.(4)设定好程序过后，即开始光固化打印，得到光固化3d打印中空微针贴片阵列；
11.(5)将步骤(4)所洗好中空微针贴片阵列放置在60-80℃的紫外线固化器中进行30-120分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。
12.采用上述技术方案的有益效果为：通过光固化3d打印方法对中空微针贴片阵列的微针尺寸、几何形状以及微针孔直径大小和机械性能进行有效调控，通过本发明制得的中空的微针贴片阵列能够有效的存储药物并缩短药物输送距离，可有效抑制由于微针所带来的刺痛与不适感；此外，得到的中空微针贴片保持了良好的机械强度并且孔结构不易堵塞，从而大幅提升中空微针贴片的耐持久性以及实用性。
13.进一步地，步骤(1)中，中空微针高度为1000-1800μm；微针底部直径保持在1000-1200μm，顶部直径为80-120μm，内部中空孔直径为30-50μm。
14.进一步地，基底直径或者边长为10-12mm，厚度为2-5mm，用于存储和释放药物。
15.进一步地，生物相容性i类树脂为有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、乙烯基树脂、烃类树脂、聚醚类树脂中的一种或多种。
16.进一步地，光固化3d打印的参数：树脂使用体积大约为1.8-5.0ml；打印的单层分辨率为50.0μm，接触支架边缘的尺寸为0.4-1.0mm，全筏型；打印物体相对于建筑平台的方向为45
°
；树脂槽的温度设置为25.0-45.0℃。
17.进一步地，采用异丙醇、乙醇、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、二甲基亚砜、乙醚中的一种或多种洗涤粘附在中空微针贴片阵列上的未聚合i类树脂。
18.进一步地，将所洗好中空微针贴片阵列放置在60-80℃的紫外线固化器中进行30-120分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。
19.本发明具有以下有益效果：
20.通过3d打印方法对中空微针贴片阵列的微针尺寸、几何形状以及微针孔直径大小和机械性能进行有效调控，通过本发明制得的中空的微针贴片阵列能够有效的存储药物并缩短药物输送距离，可有效抑制由于微针所带来的刺痛与不适感；此外，得到的中空微针贴片保持了良好的机械强度并且孔结构不易堵塞，从而大幅提升中空微针贴片的耐持久性以及实用性。
附图说明
21.图1为3d打印微针贴片制备方法的流程图；
22.图2为3d打印微针贴片机械性能测试图；
23.图3为3d打印微针贴片柔性测试图；
24.图4为3d打印微针贴片黏附性测试图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参照图1，本发明提供一种3d打印中空微针贴片的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
27.(1)采用cad软件设计了中空微针贴片阵列的几何参数；其中中空微针高度为1100μm；微针底部直径保持在1000μm，顶部直径为80μm，内部中空孔直径为30μm；
28.(2)将步骤(1)所得中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每一个圆形基底上设计36个中空微针。其中基底直径或者边长为10mm，厚度为2mm，用于存储和释放药物；
29.(3)设计光固化3d打印的参数：采用生物相容性i类树脂作为中空微针贴片的打印材料。其中打印中空微针贴片阵列所需的生物相容性有机硅树脂体积大约为2ml；打印的单层分辨率为50.0μm，接触支架边缘的尺寸为0.4mm，全筏型；打印物体相对于建筑平台的方向为45
°
；i类树脂槽的温度设置为25.0℃；
30.(4)设定好程序过后，即开始光固化打印，得到光固化3d打印中空微针贴片；采用99％异丙醇洗涤粘附在中空微针贴片阵列上的未聚合i类树脂。此外，缓慢而轻柔地清洗打印好的中空微针贴片阵列，以防止中空微针贴片阵列的尖端粉碎；
31.(5)将步骤(4)清洗好的中空微针贴片阵列放置在60℃的紫外线固化器中进行40分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。本发明还包括根据上述方法制得的3d打印中空微针贴片阵列。
32.实施例2
33.一种3d打印中空微针贴片的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
34.(1)采用cad软件设计了中空微针贴片阵列的几何参数；其中中空微针高度为1200μm；微针底部直径保持在1050μm，顶部直径为90μm，内部中空孔直径为35μm；
35.(2)将步骤(1)所得中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每一个圆形基底上设计49个中空微针。其中基底直径或者边长为11mm，厚度为3mm，用于存储和释放药物；
36.(3)设计光固化3d打印的参数：采用生物相容性i类树脂作为中空微针贴片打印材料。其中打印中空微针贴片阵列所需的生物相容性聚酯树脂体积大约为3ml；打印的单层分辨率为50.0μm，接触支架边缘的尺寸为0.5mm，全筏型；打印物体相对于建筑平台的方向为45
°
；i类树脂槽的温度设置为30℃；
37.(4)设定好程序过后，即开始光固化打印，得光固化3d打印中空微针贴片；采用n-甲基吡咯烷酮洗涤粘附在中空微针贴片阵列上的未聚合i类树脂。此外，缓慢而轻柔地清洗打印好的中空微针贴片阵列，以防止中空微针贴片阵列尖端的粉碎；
38.(5)将步骤(4)所洗好中空微针贴片阵列放置在65℃的紫外线固化器中进行50分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。本发明还包括上述方法制得的3d打印中空微针贴片阵列
39.实施例3
40.一种3d打印中空微针贴片的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
41.(1)采用cad软件设计了中空微针贴片阵列的几何参数；其中中空微针高度为1400μm；微针底部直径保持在1100μm，顶部直径为100μm，内部中空孔直径为40μm；
42.(2)将步骤(1)所得中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每一个圆形基底上设计64个中空微针。其中基底直径或者边长为12mm，厚度为4mm，用于存储和释放药物；
43.(3)设计光固化3d打印的参数：采用生物相容性i类树脂作为中空微针贴片打印材料。其中打印中空微针贴片阵列所需的生物相容性丙烯酸树脂体积大约为3ml；打印的单层分辨率为50.0μm，接触支架边缘的尺寸为0.5mm，全筏型；打印物体相对于建筑平台的方向
为45
°
；i类树脂槽的温度设置为35℃；
44.(4)设定好程序过后，即开始光固化打印，得光固化3d打印中空微针贴片；采用乙腈洗涤粘附在中空微针贴片阵列上的未聚合i类树脂。此外，缓慢而轻柔地清洗打印好的中空微针贴片阵列，以防止中空微针贴片阵列尖端的粉碎；
45.(5)将步骤(4)所洗好中空微针贴片阵列放置在75℃的紫外线固化器中进行60分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。本发明还包括上述方法制得的3d打印中空微针贴片阵列
46.实施例4
47.一种3d打印中空微针贴片的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
48.(1)采用cad软件设计了中空微针贴片阵列的几何参数；其中中空微针高度为1500μm；微针底部直径保持在1200μm，顶部直径为100μm，内部中空孔直径为40μm；
49.(2)将步骤(1)所得中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每一个圆形基底上设计81个中空微针。其中基底直径或者边长为12mm，厚度为4mm，用于存储和释放药物；
50.(3)设计光固化3d打印的参数：采用生物相容性i类树脂作为中空微针贴片打印材料。其中打印中空微针贴片阵列所需的生物相容性烃类树脂体积大约为4ml；打印的单层分辨率为50.0μm，接触支架边缘的尺寸为0.8mm，全筏型；打印物体相对于建筑平台的方向为45
°
；i类树脂槽的温度设置为35℃；
51.(4)设定好程序过后，即开始光固化打印，得光固化3d打印中空微针贴片；采用二甲基亚砜洗涤粘附在中空微针贴片阵列上的未聚合i类树脂。此外，缓慢而轻柔地清洗打印好的中空微针贴片阵列，以防止中空微针贴片阵列尖端的粉碎；
52.(5)将步骤(4)所洗好中空微针贴片阵列放置在80℃的紫外线固化器中进行80分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。
53.实验例
54.将实施例4所得3d打印中空微针贴片进行机械性能测试，其结果见图2。
55.由图2可知，本发明所得到的3d打印中空微针贴片具有优异的拉伸强度，能够更好的保证结构的完整性以及耐持久性。
56.然后对实施例4所得3d打印中空微针贴片进行柔性测试，其结果见图3。
57.由图3可知，本发明所得的中空微针贴片具有良好的柔性以及拉伸性能，较好的柔性可以实现微针贴在多种不同状态下使用，从而提高实用性以及广泛性。
58.最后对实施例4所得3d打印中空微针贴片进行黏附性测试，其结果见图4。
59.由图4可知，本发明所得的中空微针贴片能够紧密的贴合在头皮表面。
60.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计中空微针贴片阵列的几何参数；(2)将步骤(1)所得的中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每一个圆形或方形基底上设计36-81个中空微针；(3)设计光固化3d打印的参数：采用生物相容性i类树脂作为中空微针贴片阵列打印材料；(4)设定好程序过后，即开始光固化打印，得到光固化3d打印中空微针贴片阵列；(5)将步骤(4)所洗好的中空微针贴片阵列放置在60-80℃的紫外线固化器中进行30-120分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。2.根据权利要求1所述的3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，中空微针高度为1000-1800μm；微针底部直径为1000-1200μm，顶部直径为80-120μm，内部中空孔直径为30-50μm。3.根据权利要求1所述的3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，基底直径或者边长为10-12mm，厚度为2-5mm，用于存储和释放药物。4.根据权利要求3所述的3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，生物相容性i类树脂为有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、乙烯基树脂、烃类树脂、聚醚类树脂中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，光固化3d打印的参数：树脂使用体积大约为1.8-5.0ml；打印的单层分辨率为50.0μm，接触支架边缘的尺寸为0.4-1.0mm，全筏型；打印物体相对于建筑平台的方向为45
°
；树脂槽的温度设置为25.0-45.0℃。6.根据权利要求5所述的3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，采用异丙醇、乙醇、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、二甲基亚砜、乙醚中的一种或多种洗涤粘附在中空微针贴片阵列上的未聚合i类树脂。7.根据权利要求6所述的3d打印中空微针贴片的制备方法，其特征在于，将所洗好中空微针贴片阵列放置在60-80℃的紫外线固化器中进行30-120分钟的紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。

技术总结
本发明公开了一种3D打印中空微针贴片的制备方法，涉及贴片材料技术领域。本发明主要为了解决现有技术中几何结构和尺寸难以控制、孔隙容易堵塞、机械性能差和持久性短问题，提出以下技术方案：包括以下步骤：采用CAD软件设计中空微针贴片阵列的几何参数；将中空微针阵列设计在圆形或方形基底上，每个基底上设计若干中空微针；设计光固化3D打印的参数；得到中空微针贴片阵列；将洗好中空微针贴片阵列放置在紫外线固化器中进行紫外线固化，以提高其机械强度和耐持久性。产生有益效果通过本发明制得的中空的微针贴片阵列能够有效的存储药物并缩短药物输送距离，可有效抑制由于微针所带来的刺痛与不适感。来的刺痛与不适感。来的刺痛与不适感。


技术研发人员：曾丽 王烨 吴自琴 杜大越 魏兴能 张楚虹
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/15