專利名稱：表皮針的制作方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種經(jīng)皮將介質(zhì)特別是生物大分子介質(zhì)引入人體的表皮針，具體涉及一種透皮美容化妝營養(yǎng)品和大分子藥物釋放表皮針，所述的表皮針用于改善大分子美容化妝營養(yǎng)品透皮吸收和生物大分子藥物透皮給藥速率，本發(fā)明同時涉及這種表皮針的制作方法。
背景技術(shù)：
目前大多數(shù)藥物以片劑和膠囊的形式口服給藥。然而由于藥物在胃腸中的降解和肝臟的首過效應(yīng)，許多口服藥物在達(dá)到作用部位之前已經(jīng)大部分或全部失效。另外一種常見的給藥方式是能夠使藥物穿透生物屏障(如皮膚、粘膜、血管障壁)的注射給藥，包括皮下注射和靜脈輸入。這種方法雖然有效，但是打針通常給患者帶來額外的疼痛，在注射點容易造成皮膚局部損傷、出血，增加疾病傳染的危險，因為傷口是一個感染點。注射技術(shù)也要求由受過訓(xùn)練的人操作，因此不適合需要長期和控制連續(xù)給藥的患者。
一類新型的給藥技術(shù)是透皮給藥，可以避免上述缺點。透皮給藥是指在皮膚表面給藥，使藥物以接近恒定速度通過皮膚各層，經(jīng)毛細(xì)血管吸收進(jìn)入體循環(huán)產(chǎn)生全身或局部治療作用的劑型，該類制劑通常稱為透皮貼劑。在原理上透皮給藥與皮下注射或靜脈輸入給藥是同一種投藥方法。透皮給藥應(yīng)用于治療皮膚局部或全身疾病，比其他劑型具有更加安全、穩(wěn)定和病人適應(yīng)性好的優(yōu)點。其中被動透皮給藥技術(shù)是以單純的濃度梯度為驅(qū)動力使藥物擴(kuò)散透過皮膚進(jìn)入血流產(chǎn)生藥效，擴(kuò)散速率取決于藥物分子的大小和親水性以及穿過角質(zhì)層的濃度梯度。藥物透過皮膚最主要的屏障是皮膚的角質(zhì)層，由于皮膚對大多數(shù)藥物的滲透性很低，通過被動擴(kuò)散能夠有效地穿過皮膚達(dá)到藥效的藥物很少。因此尋找促進(jìn)藥物透皮吸收辦法是開發(fā)透皮給藥系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。
皮膚的角質(zhì)層不但限制藥物有效地進(jìn)入體內(nèi)，也使滋潤皮膚的營養(yǎng)物質(zhì)不能有效地穿透角質(zhì)層。任何人都不可能逃脫衰老的命運，吸煙和紫外線照射會加快皮膚衰老過程，隨著人們生活水平的提高，皮膚美容越來越受到人們的關(guān)注。許多美容營養(yǎng)物質(zhì)，包括膠源蛋白、玻璃酸鈉、彈性蛋白、輔酶Q10、維生素糖酯類生物活性劑、肉毒毒素(如Botox)、透明質(zhì)酸(如Restylane)等其他的營養(yǎng)成分，由于分子量比較大或親水性比較強(qiáng)，制作成膏劑、水劑或一般的貼劑使用時，有效成分滲透進(jìn)入皮膚的含量很少，不能有效發(fā)揮這些營養(yǎng)物質(zhì)的功能。因此許多美容營養(yǎng)物質(zhì)被制作成注射針劑使用，但是注射針劑使用不方便，需要特殊培訓(xùn)過的人員操作，而且使用者具有疼痛感。因此，需要開發(fā)一種無痛感、使美容營養(yǎng)物質(zhì)能突破皮膚屏障被人體有效利用的手段，可以滿足人們對美容的需求。
迄今為止人們廣泛研究了各種促進(jìn)藥物或營養(yǎng)物質(zhì)透皮轉(zhuǎn)運的物理和化學(xué)方法，包括各種透皮促進(jìn)劑，借助能量輔助給藥即主動透皮給藥的超聲導(dǎo)入法、離子電滲透技術(shù)、電穿孔法和加熱技術(shù)等。這些技術(shù)雖然能夠不同程度地改進(jìn)滲透速率，但適用的物質(zhì)范圍比較窄。為了更好地滿足藥物釋放對器件的要求，即產(chǎn)生更小的創(chuàng)傷或切口，以更大的效率傳遞藥物，使藥物的管理和使用更容易，開發(fā)具有生物相容性的表皮針是非常有用的，表皮針通過機(jī)械地穿透皮膚角質(zhì)層產(chǎn)生通路改善藥物或營養(yǎng)物質(zhì)的滲透速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種表皮針，可以穿透皮膚角質(zhì)層，將藥物和美容營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)皮引入，實現(xiàn)無痛感而又有效的藥物傳遞和皮膚美容。
本發(fā)明的另一個目的是提供這種表皮針的制備方法及其應(yīng)用。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種表皮針，由薄片狀支承體和分布于支承體上的針體陣列構(gòu)成，所述針體陣列中的每一針體尖部為10納米～20微米，底部為20～200微米，高度為50～400微米。
上述技術(shù)方案中，所述針體陣列與支承體由金屬材料一體成形構(gòu)成，所述金屬材料選自不銹鋼，醫(yī)療儀器用不銹鋼，鎳，鈦及其合金，所述針體的形狀選自圓錐形、多角錐形。
為獲得上述表皮針，本發(fā)明提供了一種表皮針的制備方法，包括下列步驟(1)生成保護(hù)膜在厚度為350-1000微米的金屬基片的兩個表面沉積一層保護(hù)膜，所述保護(hù)膜材料選自二氧化硅和氮化硅；(2)光刻在金屬基片一面的保護(hù)膜上涂上光刻膠，60-130℃預(yù)烘1-20分鐘，用帶有圖案的掩膜遮住金屬基片曝光，顯影，并在60-150℃烘干，所述圖案為針體陣列圖案，在金屬基片的另一面保護(hù)膜上涂上光刻膠，60-150℃堅膜1-60分鐘；(3)蝕刻保護(hù)膜形成所需圖案，所述蝕刻方法采用三氟甲烷或四氟甲烷干法蝕刻；(4)用濕法腐蝕未受保護(hù)的金屬部分，形成針體陣列；(5)用電解法對針體作表面處理。
上述技術(shù)方案中，所述保護(hù)膜的沉積方法可以采用化學(xué)氣相沉積法(CVD法)，保護(hù)膜厚度通常在500-5000埃，沉積之前，可以先用洗液及去離子水清洗金屬基片表面并脫水干燥；所述三氟甲烷或四氟甲烷干法蝕刻為反應(yīng)性離子蝕刻(RIE法)；所述濕法腐蝕是現(xiàn)有技術(shù)，可以采用酸性氧化劑，如硝酸、雙氧水、過硫酸銨、過硫酸鈉、三氯化鐵的酸性水溶液或者它們的混合物，為改善腐蝕效果，增加腐蝕表面的光潔度，可適當(dāng)加入緩蝕劑如異丙醇、鹽酸等；所述電解法的表面處理采用的電解液含有碳水化合物如醇，包括乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、乙烯醇、芳香醇等，氯化物如三氯化鋁、氯化鋅等或者無機(jī)酸如硫酸、磷酸。
實際上，也可以采用精密線切割方法或者激光切割法在金屬基片如不銹鋼或鈦金片上加工形成所需表皮針圖形后，電解拋光獲得本發(fā)明的表皮針。
本發(fā)明的表皮針可以在大分子美容化妝營養(yǎng)品透皮吸收系統(tǒng)中應(yīng)用，所述美容化妝營養(yǎng)品包括膠源蛋白、玻璃酸鈉、彈性蛋白、輔酶Q10、維生素糖酯類生物活性劑、肉毒毒素、透明質(zhì)酸、改善脫發(fā)的營養(yǎng)品。美容化妝營養(yǎng)品可用高分子載體附著于表皮針上與美容表皮針結(jié)合使用，也可制作成膏劑、水劑或一般的貼劑在表皮針處理后的皮膚上使用。
本發(fā)明的表皮針可更廣泛應(yīng)用于透皮給藥器件，表皮針通過機(jī)械穿透皮膚角質(zhì)層產(chǎn)生通路改善藥物給藥速率，特別是加快生物大分子透皮給藥速率，以提供一種能夠無痛控制藥物安全地透過皮膚的方法。
其中，所述透皮給藥的藥物包括生長激素、精神舒緩肽、神經(jīng)生長因子、表皮生長因子、干擾素、抗菌肽、胰島素、促紅細(xì)胞生成素、紫杉醇；治療各種疾病的單克隆抗體包括流感疾病、乙肝病毒、腫瘤、愛滋病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病的單克隆抗體；用于治療疾病的各種納米顆粒藥物，粒度在1-200納米范圍；疫苗包括乙肝疫苗、痢疾疫苗、霍亂疫苗、腫瘤疾病治療性疫苗如肝癌治療性疫苗；DNA疫苗包括非典DNA疫苗、愛滋病DNA疫苗、狂犬病DNA疫苗、血吸蟲DNA疫苗、DNA天花疫苗、腫瘤DNA疫苗、DNA抗瘧疫苗、阻斷血管-抑制腫瘤生長的DNA疫苗。
所述的藥物和疫苗還可以包括包括神經(jīng)緊張肽(NT)、內(nèi)啡肽與腦啡肽的衍生物、催眠肽(DSIP)、促甲狀腺素釋放激素(TRH)、促性腺激素(LHRH)、白蛋白多肽、胸腺肽、胸腺素，谷胱甘肽，血管生成抑制因子，堿性成纖維細(xì)胞生長因子，堿性成纖維細(xì)胞生長因子融合蛋白，蜂毒膚，促吞噬肽，血清胸腺因子、環(huán)抱菌素、糖肽、心房肽ANP、降鈣肽、甲狀旁腺激素、胰升糖素樣肽-1、生長荷爾蒙釋放因子、降纖酶、葡激酶、尿激酶原、內(nèi)皮抑素、水蛭素、腫瘤壞死因子衍生物、重組人粒細(xì)胞集落刺激因子、粒細(xì)胞巨嗤細(xì)胞集落刺激因子、重組鏈激酶、白介素-6、白介素-12、二氫葉酸還原酶抑制劑如甲氨喋呤、胸腺核苷合成酶抑制劑如氟尿嘧啶類、嘌呤核苷合成酶抑制劑如6-巰基嘌呤、DNA多聚酶抑制劑如阿糖胞苷、放線菌素D、柔紅霉素、阿霉素、表阿霉素、阿克拉霉素、光輝霉素等、泰索帝、長春花堿、長春瑞濱、鬼臼鹼類、高三尖杉酯堿，門冬酰胺酶、輔酶Q10、白細(xì)胞介素-2，牛磺酸。藥物可用高分子載體附著于表皮針上與表皮針結(jié)合使用，也可制作成膏劑、水劑或一般的貼劑在表皮針處理后的皮膚上使用。
本發(fā)明的表皮針可更廣泛應(yīng)用于皮下注射透皮給藥和診斷試劑等的透皮釋放，包括皮試針，如青霉素皮試針等。診斷用注射針，如肺結(jié)核病診斷用注射針等。藥物或診斷試劑可附著于表皮針上與表皮針結(jié)合使用，也可制作成膏劑、水劑或一般的貼劑在表皮針處理后的皮膚上使用。
本發(fā)明的表皮針可實現(xiàn)無痛取微量血樣或其它體液，與生物傳感器相聯(lián)而成微侵入無痛診斷系統(tǒng)。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(1)本發(fā)明允許藥物和美容營養(yǎng)物質(zhì)如膠源蛋白、玻璃酸和大分子或親水性強(qiáng)的難于透過皮膚擴(kuò)散的物質(zhì)(如，蛋白質(zhì)，多肽，多糖等)有效地導(dǎo)入皮膚內(nèi)。表皮針制劑解決了目前美容營養(yǎng)物質(zhì)和藥物透皮釋放技術(shù)中由于皮膚表皮中角質(zhì)層的屏障作用導(dǎo)致的物質(zhì)透皮吸收難的關(guān)鍵問題。使用時，表皮針只穿透對藥物擴(kuò)散起屏障作用的皮膚角質(zhì)層而不穿透真皮層，針頭不碰觸到有豐富神經(jīng)和毛細(xì)血管的真皮層，而藥物和營養(yǎng)物質(zhì)能迅速擴(kuò)散到皮膚深處，能夠有效地發(fā)揮藥效和營養(yǎng)物質(zhì)保濕美容的作用。表皮針制劑不但能使低分子量的物質(zhì)有效地傳遞，更重要的是能使大分子物質(zhì)和親水性強(qiáng)的難于透過皮膚擴(kuò)散的物質(zhì)也能有效地傳遞。表皮針制劑解決了目前藥物和營養(yǎng)物質(zhì)透皮釋放技術(shù)中由于皮膚表皮中角質(zhì)層的屏障作用導(dǎo)致的物質(zhì)透皮吸收難的關(guān)鍵問題。
和注射制劑不一樣，表皮針制劑幾乎沒有痛苦，一般不需要做過敏試驗，更能為廣大消費者接受。這種方法比一般化妝好得多，而且又便宜又安全。
(2)本發(fā)明工藝簡單，價格低廉，適合于批量生產(chǎn)，表皮針耐用性好，特別適用于美容化妝品等營養(yǎng)物質(zhì)和大分子藥物的透皮釋放。


附圖1a-1g為本發(fā)明實施例一的金屬表皮針制作工藝過程示意圖；附圖2是圖1b的俯視圖。
附圖3一種表皮金屬針的掃描電鏡圖附圖4以牛血清蛋白和肉毒毒素為模型物質(zhì)的大鼠體外透皮釋放曲線，其中，■，牛血清蛋白；▲，肉毒毒素附圖5動物體內(nèi)實驗顯示表皮針不同使用方式對透皮的影響，其中，×，表皮針與大分子物質(zhì)分開使用的凝膠劑；■，大分子物質(zhì)吸附在表皮針表面其中[1]、金屬基片；[2]、保護(hù)層；[3]、光刻膠。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實施例一參見附圖1a-1g、附圖2所示，一種金屬表皮針的制作方法，包括如下步驟a)取500微米厚的不銹鋼薄片作為金屬基片1，經(jīng)洗液清洗后，用去離子水沖洗干凈并烘干。然后利用化學(xué)氣相淀積法在金屬兩個表面沉積上一層厚度為1微米的二氧化硅作為金屬的保護(hù)層2，在一面的二氧化硅上旋涂2微米厚的Shipley 1818光刻膠3(圖1a)；b)在90℃預(yù)烘(軟烘)5分鐘，將一張在4平方毫米的單元內(nèi)形成20×20陣列、直徑為80微米、間距為200微米的實心圓的石英玻璃掩膜遮住帶有光刻膠的基片進(jìn)行曝光4秒，然后顯影并在120℃烘干30分鐘左右(圖1b)；c)在另一面的二氧化硅表面旋涂2微米厚的Shipley 1818光刻膠3，在120℃堅膜30分鐘左右(圖1c)d)用三氟甲烷或四氟甲烷干法蝕刻(反應(yīng)性離子蝕刻，RIE)未受光刻膠保護(hù)處的二氧化硅(圖1d)；e)待二氧化硅蝕刻完后，將基片放在由30％三氯化鐵(w/v)，5％鹽酸，30％乙醇和35％水組成的混合液中室溫下腐蝕未受二氧化硅保護(hù)處的不銹鋼(圖1e)；f)清洗腐蝕過的基片，在5％NaOH溶液中除去光刻膠，再用三氟甲烷或四氟甲烷干法蝕刻(反應(yīng)性離子蝕刻，RIE)剩余的二氧化硅(圖1f)；g)然后放入含有30％濃硫酸和10％磷酸的電解質(zhì)溶液中，在50℃，電流密度200A/dm2電解2分鐘，得到表面光亮的表皮針(圖1g)。
實施例二一種金屬表皮針的制作方法1)在1毫米厚的不銹鋼金屬薄片上，利用激光切割成深度為150微米，200×120微米的方行柱。
2)上述金屬片在乙醇-水中超聲清洗，然后放入含有30％濃硫酸和10％磷酸的電解質(zhì)溶液中，在50℃，電流密度200A/dm2電解數(shù)分鐘，得到表面光亮的表皮針，參見附圖3所示。
實施例三以牛血清蛋白和肉毒毒素為模型大分子物質(zhì)的大鼠體外透皮釋放曲線牛血清蛋白和肉毒毒素溶液作為模型大分子物質(zhì)。
取去毛大鼠皮一張，角質(zhì)層向上置于擴(kuò)散池口，用實施例一制備的表皮針(在4平方毫米面積上有400根針，針之間的間距為200微米)放在其上，用手輕按表皮針使其在皮膚上扎出微孔，但不穿透皮膚，皮膚角質(zhì)層面向藥物供給室(供給室各物質(zhì)的濃度為0.1mM，1ml)，真皮層面向藥物接受室，在接受室中加滿預(yù)先加熱至37℃的磷酸鹽緩沖液(pH7.4)，并用封口膜密封取樣口，放在37℃的恒溫水浴槽中。在持續(xù)攪拌下，于一定時間間隔分別取出0.2mL接受介質(zhì)測定營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，并立即補(bǔ)充等體積的磷酸鹽緩沖液，以供給室不加營養(yǎng)物質(zhì)的磷酸鹽緩沖液為對照。同時進(jìn)行無微孔的大鼠皮滲透實驗。該實驗重復(fù)三次，實驗結(jié)果如附圖4所示。當(dāng)皮膚沒有表皮針扎孔時，牛血清蛋白和肉毒毒素幾乎不能透過皮膚，而當(dāng)表皮針扎孔后，在24小時時營養(yǎng)物質(zhì)的累積滲透率分別達(dá)到34％和28％。
實施例四表皮針不同使用方式對物質(zhì)經(jīng)皮透過率的影響以新西蘭大白兔(北大醫(yī)學(xué)部動物科學(xué)部)為動物模型，標(biāo)記牛血清蛋白(F∶P＝1.3)溶于1％殼聚糖(pH5)溶液中配制成含有2.86mg/ml牛血清蛋白的混合液作為大分子物質(zhì)模型，采用1200根針/0.5平方厘米的表皮針貼片，每片約含180μg標(biāo)記牛血清蛋白。研究其在微針作用下透皮吸收情況。貼片一是將牛血清蛋白/殼聚糖加到表皮針表面室溫自然干燥制成含牛血清蛋白的高分子薄膜表皮針制劑。貼片二是表皮針與牛血清蛋白/殼聚糖分開使用，將牛血清蛋白/殼聚糖制作成凝膠貼片，首先將表皮針作用于皮膚后移走表皮針，然后將凝膠貼片貼上。附圖5顯示在貼片作用24小時時，表皮針制劑的滲透率為12％，而凝膠貼片的滲透率為29％。因此可以根據(jù)需要制作成不同需求的表皮針劑型。
權(quán)利要求
1.一種表皮針，其特征在于由薄片狀支承體和分布于支承體上的針體陣列構(gòu)成，所述針體陣列中的每一針體尖部為10納米～20微米，底部為20～200微米，高度為50～400微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表皮針，其特征在于所述針體陣列與支承體由金屬材料一體成形構(gòu)成，所述金屬材料選自不銹鋼，醫(yī)療儀器用不銹鋼，鎳，鈦及其合金，所述針體的形狀選自圓錐形、多角錐形。
3.一種表皮針的制備方法，包括下列步驟(1)生成保護(hù)膜在厚度為350-1000微米的金屬基片的兩個表面沉積一層保護(hù)膜，所述保護(hù)膜材料選自二氧化硅和氮化硅；(2)光刻在金屬基片一面的保護(hù)膜上涂上光刻膠，60-130℃預(yù)烘1-20分鐘，用帶有圖案的掩膜遮住金屬基片曝光，顯影，并在60-150℃烘干，所述圖案為針體陣列圖案，在金屬基片的另一面保護(hù)膜上涂上光刻膠，60-150℃堅膜1-60分鐘；(3)蝕刻保護(hù)膜形成所需圖案，所述蝕刻方法采用三氟甲烷或四氟甲烷干法蝕刻；(4)用濕法腐蝕未受保護(hù)的金屬部分，形成針體陣列；(5)用電解法對針體作表面處理。
4.一種表皮針的制備方法，其特征在于用激光切割而得到權(quán)利要求2所述的形狀，再用電解拋光法對針體作表面處理。
5.權(quán)利要求1所述的表皮針在大分子美容化妝營養(yǎng)品透皮吸收系統(tǒng)中的應(yīng)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的表皮針的應(yīng)用，其特征在于所述美容化妝營養(yǎng)品包括膠源蛋白、玻璃酸鈉、彈性蛋白、輔酶Q10、維生素糖酯類生物活性劑、肉毒毒素、透明質(zhì)酸、改善脫發(fā)的營養(yǎng)品。
7.權(quán)利要求1所述的表皮針作為透皮給藥器件的應(yīng)用，所述的透皮給藥應(yīng)用包括直接透皮給藥、皮下注射給藥、皮下注射透皮疫苗投放和診斷試劑的透皮釋放。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述表皮針的應(yīng)用，其特征在于所述透皮給藥的藥物包括生長激素、精神舒緩肽、神經(jīng)生長因子、表皮生長因子、干擾素、抗菌肽、胰島素、促紅細(xì)胞生成素、紫杉醇；治療各種疾病的單克隆抗體包括流感疾病、乙肝病毒、腫瘤、愛滋病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病的單克隆抗體；用于治療疾病的各種納米顆粒藥物，粒度在1-200納米范圍；疫苗包括乙肝疫苗、痢疾疫苗、霍亂疫苗、腫瘤疾病治療性疫苗如肝癌治療性疫苗；DNA疫苗包括非典DNA疫苗、愛滋病DNA疫苗、狂犬病DNA疫苗、血吸蟲DNA疫苗、DNA天花疫苗、腫瘤DNA疫苗、DNA抗瘧疫苗、阻斷血管-抑制腫瘤生長的DNA疫苗；所述皮下注射透皮給藥試劑為皮試針，包括青霉素皮試針；所述透皮釋放的診斷試劑為診斷用注射針，包括肺結(jié)核病診斷用注射針。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的表皮針的應(yīng)用，其特征在于所述藥物、疫苗和診斷試劑可用高分子載體附著于表皮針上與表皮針結(jié)合使用，也可制作成膏劑、水劑或一般的貼劑在表皮針處理后的皮膚上使用。
10.權(quán)利要求1所述的表皮針在無痛取微量血樣或其它體液中的應(yīng)用，所述表皮針與生物傳感器相聯(lián)構(gòu)成微侵入無痛診斷系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表皮針及其制作方法和應(yīng)用。表皮針由薄片狀支承體和分布于支承體上的針體陣列構(gòu)成，針體的有效長度為能夠穿透皮膚角質(zhì)層而不穿入皮膚的真皮層。本發(fā)明的表皮針可采用金屬材料蝕刻制成，表皮針用于改善大分子美容化妝營養(yǎng)品透皮吸收和加快生物大分子藥物透皮給藥速率。本發(fā)明工藝簡單，價格低廉，適合于批量生產(chǎn)，表皮針耐用性好，特別適用于美容化妝品營養(yǎng)物質(zhì)，診斷試劑，疫苗和生物大分子藥物等的透皮釋放。
文檔編號A61M37/00GK1621102SQ20041006605
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者徐百, 高云華, 林朝 申請人:納生微電子(蘇州)有限公司