微针制备技术路径
2023-07-13 16:28:07
作者:小编 来源:网络

目前,微针的制备方法主要分为微注射成型法(又称模具法)、热压成型法、3D打印法、热拉伸光刻法、磁流变光刻法和激光蚀刻法。此外,还有电化学蚀刻法等多种不同方法制备微针的研究报道。


1、微注射成型法

微注射成型法是一种最流行的聚合物微针制备技术,也被认为是规模化制备可溶微针和凝胶微针最可行的技术。

这种制备方法主要分为三步:用坚固的材料(如金属或硅)制造主模具,用作母模;然后由母模制造阴模(如聚二甲基硅氧烷);最后在阴模模具内形成微针的最终结构。

这种方法最大的限制性因素在于将聚合物浇铸在微针的母模上,固化后形成阴模,对控制、优化微针结构方面存在一定的局限性,且对微针针尖的锐度有一定的影响。目前这种方法最常应用于实验室研究。


2、 热压成型法

热压成型法主要分为不连续(分步重复压印)和连续压印(滚筒压印)2种类型,常适用于实验室及低批量生产,具有制备灵活的优点。

热压成型法的制备方法为加热一种聚合物原料,直到它变软,将它模压成一个金属嵌件。

热压成型法主要步骤包括:首先将半成品(如厚度小于100mm的聚合物箔)加热至成型温度;接着通过位移控制和力控制压花等温成型;然后将模压件冷却至脱模温度且力保持不变;最后通过打开工具拆除构件。

热压成型法制备微针最重要的工艺参数就是压印温度(一般需要在150℃以上),高温导致了大部分药物活性成分失活,从而限制了药物预装载在聚合物薄膜中的能力。


3、3D打印法

3D打印法为一种增材制备的最典型的方法。目前,光固化成型技术被广泛应用于微针的制备,主要是用光敏树脂材料通过控制激光或紫外光的扫描路径及调整不同参数进行局部固化,层层叠加最终形成微针结构。

近年来,3D打印技术在微针制造领域的应用受到广泛的关注。研究表明,打印分辨率和材料性能是影响微针机械强度的2个关键参数,3D打印为开发及优化微针的多功能性提供了广阔的前景。


4、热拉伸光刻法

热拉伸光刻法是一种基于热塑性及黏性材料的微针制备技术,它可以直接从二维平面聚合物中制备三维微针。该技术主要通过控制材料的冷却温度以固化、分离微针结构。

热拉伸光刻法有利于制备具有高纵横比的微针,同时,由于温度和运动两大因素需要同步控制,极大地限制了它的应用。


5、磁流变光刻法

磁流变光刻法常用作制备微针、仿生微针等微针阵列。磁流变光刻法是一种采用固化磁流变液,在外加磁场作用下生成三维微针的方法,其制备步骤类似于热拉伸光刻法,但解决了热拉伸光刻法中对温度的限制性因素。其次,磁流变光刻法具有一定的灵活可控性,微针高度随外加磁场强度和液滴体积的增大而增大,微针尖端随着外加磁场强度的增大而变得锐利。


6、激光蚀刻法

激光蚀刻法是一种经典的减材制备方法,常用于以金属材料为基础的微针的制备。激光蚀刻法主要通过集中激光能量,找到适当的切割路径,去除局部材料,从而形成微针或是纳米级微孔,赋予了其极高的生产效率,因此广泛应用于工业和生物应用。但激光蚀刻法对于不同激光参数和衬底材料的选择具有一定的探索性。


不同种类的微针采用的材料性质不同,因此需要的制备技术也存在差异。例如,固体微针所用材料一般为金属和非降解聚合物,机械性能强,需要采用激光切割、机械或化学刻蚀这类强力作用的方法制备,也可以铸造和在主模上电镀制备,而可溶性微针多采用高分子聚合物,这类材料通过铸造、热压凸、注塑和熔模成型等。


综上,我们认为目前国内主流的微针制备工艺为微注射成型法(模具法),此方法低成本、易操作、适合大批量生产,未来,3D打印法、热拉伸光刻法、磁流变光刻法和激光蚀刻法等具有高生产效率、可灵活制备微针的技术将伴随技术更迭进一步走入人们视野。