一种向皮肤深层释药的泡腾微针及其制备方法和应用

1.本发明涉及医药技术领域，具体涉及一种向皮肤深层释药的泡腾微针及其制备方法和应用。


背景技术：

2.微针的概念由martin s.在1976年首先提出。其由具有一定强度的针体和起支撑作用的背衬组成。作为一种微创侵入组织的方式，微针在经皮给药、组织液微量提取检测等方面得到了广泛应用。其中在经皮给药方面，微针与传统注射给药方式相比有着显著优势。因微针的高度和直径均为微米级，针体可刚好穿过皮肤表皮层到达皮肤真皮层，尚未或极少触及真皮层中的神经分布位置，所以可实现无痛穿刺，避免患者不适；当微针负载药物后，可携带药物均匀输送至组织内，增大药物的经皮吸收率，同时使药物在局部均匀分散。
3.微针能够完成多种药物的经皮输送，包扩亲水性药物、难溶性药物、大分子药物，微针经皮给药在糖尿病、糖尿病伤口治疗、烧伤及创伤治疗、毛发再生治疗、浅表肿瘤等方面有大量研究。制作微针的材料包括难溶性材料(如不锈钢和硅等)和可溶性材料(如透明质酸，聚多巴胺等)。与固体微针和空心微针相比，可溶性微针刺入皮肤在表皮内可迅速溶解，没有留下任何有害针体，药物也随之在组织中扩散，尤其适用于大分子药物和水溶性药物的经皮传递，给药效率大大提高。
4.可溶性微针的制作方式多为微模板法。微模板法是将药物与微针材料的混合溶液注入模具中，通过离心或抽真空等方法将混合溶液充分的注入模具中，干燥一段时间后得到微针。可溶性微针刺入皮肤后，通常是高分子材料在组织间液下溶解或溶胀，药物扩散依赖于被动扩散，药物溶出时间较长，穿透深度和分布也受到了限制。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种向皮肤深层释药的泡腾微针，是一种自主且可降解的主动式微针输送平台，大大提高药物的溶出速度和渗透效率。针对皮肤病治疗，泡腾微针可将药物递送到皮肤更深层，显著提高药物的渗透性，在皮肤疾病的治疗中能发挥更好治疗效果。此外，在浅表肿瘤治疗方面，泡腾微针可增加药物在肿瘤内部的分布，提高抗肿瘤药物的治疗效果，为黑色素瘤、乳腺癌等浅表肿瘤治疗带来新思路。
6.本发明提供了一种向皮肤深层释药的泡腾微针，微针中含有酸碱反应对，插入皮肤后，微针开始溶解且酸碱对与周围的间隙生物流体接触，快速发生反应，产生二氧化碳气泡。这种微气泡的形成会导致不同的涡流场，从而产生强大而自主的“泵送式”作用和局部作用力，微针中药物发生主动扩散，快速地传输、渗透和分布，有利于药物向更深层的皮肤组织渗透，增强药物的经皮渗透性。
7.皮肤病是影响30％～70％人口的常见疾病，包括2000多种疾病。微针的出现为皮肤病治疗提供了新方向。本发明提供的泡腾微针在皮肤损伤、皮癣、皮肤色斑、皮肤瘢痕、银屑病等疾病的治疗中能发挥更好治疗效果。如感染伤口愈合不良的一个原因是细菌形成了
生物膜，给病原体提供了良好的生长环境，而泡腾微针可穿过生物膜，增加给药部位的药物浓度，是合理使用抗菌药治疗皮肤感染的一种新策略。再如，传统的局部给药很难治疗由真菌引起的皮癣，因为药物难穿透角质层，在感染部位的生物利用度低，使用泡腾微针治疗后，可将药物向更深层的皮肤递送，解决病变部位较深的问题。
8.肿瘤微环境具有低氧、低ph以及高压等特点。由于实体瘤内部高组织液压力，药物无法渗入肿瘤内部的高压环境，导致药物分布不均匀。本发明提供的泡腾微针在进行浅表肿瘤治疗时，微气泡产生的局部作用力使药物发生主动扩散，增强药物在浅表肿瘤内部的渗透性，从而增加药物的分布，提高抗肿瘤药物的治疗效果，为黑色素瘤、乳腺癌等浅表肿瘤的治疗带来新思路。
9.本发明的技术方案是这样实现的：
10.本发明提供一种向皮肤深层释药的泡腾微针，由以下原料按重量份制备而成：低分子量的高分子材料30-50份、酸碱反应对10-15份、高分子量的高分子材料50-70份；所述酸碱反应对包括酸和碱，质量比为4-6：7-9。
11.作为本发明的进一步改进，所述泡腾微针的形状为圆锥形、三棱锥形或多棱锥形。
12.本发明进一步保护一种上述向皮肤深层释药的泡腾微针的制备方法，包括以下步骤：
13.s1.将低分子量的高分子材料溶于溶剂中，加入酸碱反应对中的酸，超声至完全溶解，再加入碱至溶液中，涡旋使碱均匀分散，制得针尖溶液；
14.s2.将针尖溶液加入模具中，第一次离心，刮除未填入针体的溶液，随后加入高分子量的高分子材料溶液作为背衬溶液，第二次离心，干燥，脱模，制得泡腾微针。
15.作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述酸碱反应对中酸选自柠檬酸、苹果酸、酒石酸、硼酸、富马酸中的至少一种；所述碱选自碳酸氢钠、碳酸钠中的至少一种；所述溶剂选自水、乙醇、无水乙醇和丙二醇中的至少一种。
16.作为本发明的进一步改进，所述碱为碳酸氢钠或碳酸钠，粒径为40-150微米之间。
17.作为本发明的进一步改进，所述高分子材料选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乳酸中的至少一种；当高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮时，低分子量聚乙烯吡咯烷酮的分子量范围为1-5万；高分子量聚乙烯吡咯烷酮的分子量范围为100-140万；当高分子材料为聚乙烯醇时，低分子量聚乙烯醇的分子量范围为2.5-3.5万，高分子量聚乙烯醇的分子量范围为17-30万；当高分子材料为聚乳酸时，低分子量聚乳酸的分子量范围为1-2万，高分子量聚乳酸的分子量范围为8-16万。
18.作为本发明的进一步改进，所述低分子量聚乙烯吡咯烷酮为pvp k15-pvp k40；所述高分子量聚乙烯吡咯烷酮为pvp k60-pvp k100。
19.作为本发明的进一步改进，所述第一次离心条件为3000-6000r/min，时间为5-15min；所述第二次离心条件为3000-6000r/min，时间为15-25min。
20.作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：取30-50重量份低分子量的高分子材料加100重量份溶剂溶解，加入酸碱反应对中的酸，超声至完全溶解，再加入碱至溶液中，涡旋使碱均匀分散，制得针尖溶液，加针尖溶液于模具中，3000-6000r/min离心5-15min，刮除未填入针体的溶液，50-70重量份高分子量的高分子材料加100重量份溶剂溶解，制得背衬溶液，加背衬溶液于模具中，3000-6000r/min离心15-25min，置于干燥器中过夜干燥，第
二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括酸和碱，质量比为4-6：7-9。
21.本发明进一步保护一种上述向皮肤深层释药的泡腾微针在药物的经皮递送中的应用。
22.本发明具有如下有益效果：
23.本发明向皮肤深层释药的泡腾微针所能承受的最大压力为1.93n/针；泡腾微针刺入最大深度为440μm，泡腾微针针体全部溶解时间为10min。泡腾微针体内实验单位面积皮肤药物滞留量可达28.04μg/cm2，药物可主动扩散至真皮层，血药浓度可达308.77μg
·
h/cm2。
24.本发明提供的一种向皮肤深层释药的泡腾微针中含有酸碱反应对，微针插入皮肤后，微针开始溶解且酸碱对与周围的间隙生物流体接触，快速发生反应，产生二氧化碳气泡，这种微气泡的形成会导致不同的涡流场，从而产生强大而自主的“泵送式”作用和局部作用力，微针加载的药物发生主动扩散，实现快速地传输、渗透和分布，药物在皮内更深更快的有效输送。本发明提供的泡腾微针，是一种自主且可降解的主动式微针输送平台，针对皮肤病治疗，泡腾微针可将药物递送到皮肤更深层，显著提高药物的渗透性，在皮肤疾病的治疗中能发挥更好治疗效果。此外，在浅表肿瘤治疗方面，泡腾微针可增加药物在肿瘤内部的分布，提高抗肿瘤药物的治疗效果，为黑色素瘤、乳腺癌等浅表肿瘤治疗带来新思路。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为泡腾微针的制备步骤：加入针尖溶液，进行第一次离心填充，加入背衬溶液，进行第二次离心填充，最后干燥脱模即得；
27.图2为泡腾微针的电镜扫描图；
28.图3为泡腾微针穿刺大鼠皮肤后的光学显微镜图；
29.图4为两种不同粒度nahco3制备得到的泡腾微针穿刺parafilm 封口膜的能力对比；
30.图5为泡腾微针和普通微针的压力-变形量图；
31.图6为泡腾微针刺入大鼠皮肤5min后，大鼠皮肤的h&e染色图，刺入深度可达440μm；
32.图7为泡腾微针和普通微针刺入大鼠皮肤后的溶解现象。a,b分别代表泡腾微针刺入3min和10min后的电镜扫描图；c,d分别代表普通微针刺入3min和10min后的电镜扫描图。
33.图8为加载罗丹明b的普通微针插入大鼠皮肤15min后的激光共聚焦显微镜图；
34.图9为加载罗丹明b的泡腾微针插入大鼠皮肤15min后的激光共聚焦显微镜图；
35.图10为加载罗丹明b的泡腾微针(a)和普通微针(b)插入大鼠皮肤15min后的激光共聚焦显微镜图。
具体实施方式
36.下面将对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
37.实施例1
38.如图1，本实施例提供一种向皮肤深层释药的泡腾微针的制备方法，具体包括以下步骤：
39.取30重量份pvp k30加100重量份无水乙醇溶解，加入10重量份酸碱反应对，混合均匀作为针尖溶液，取针尖溶液于模具中，3000r/min离心5min，刮去多余溶液，50重量份pvp k90加入100重量份无水乙醇溶解作为背衬溶液，取背衬溶液于模具中，3000r/min离心15min，置于干燥器中过夜干燥，第二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括富马酸和碳酸氢钠，质量比为4：7。
40.实施例2
41.如图1，本实施例提供一种向皮肤深层释药的泡腾微针的制备方法，具体包括以下步骤：
42.取50重量份pvp k30加100重量份丙二醇溶解，加入15重量份酸碱反应对，混合均匀作为针尖溶液，取针尖溶液于模具中，6000r/min离心15min，刮去多余溶液，50重量份pvp k90加入100重量份丙二醇溶解作为背衬溶液，取背衬溶液于模具中，6000r/min离心25min，置于干燥器中过夜干燥，第二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括酒石酸和碳酸钠，质量比为6：9。
43.实施例3
44.如图1，本实施例提供一种向皮肤深层释药的泡腾微针的制备方法，具体包括以下步骤：
45.取40重量份pvp k30加100重量份无水乙醇溶解，加入13重量份酸碱反应对，混合均匀作为针尖溶液，取针尖溶液于模具中，5000r/min离心10min，刮去多余溶液，60重量份pvp k90加入100重量份无水乙醇溶解作为背衬溶液，取背衬溶液于模具中，5000r/min离心20min，置于干燥器中过夜干燥，第二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括柠檬酸和碳酸氢钠，质量比为5：8。制得的向皮肤深层释药的泡腾微针的扫描电镜图如图2。
46.实施例4
47.取40重量份分子量为1.5万的聚乳酸加100重量份无水乙醇溶解，加入13重量份酸碱反应对，混合均匀作为针尖溶液，取针尖溶液于模具中，5000r/min离心10min，刮去多余溶液，60重量份分子量为10万的聚乳酸加入100重量份无水乙醇溶解作为背衬溶液，取背衬溶液于模具中，5000r/min离心20min，置于干燥器中过夜干燥，第二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括柠檬酸和碳酸氢钠，质量比为5：8。
48.实施例5
49.取40重量份分子量为2.5万的聚乙烯醇加100重量份无水乙醇溶解，加入13重量份酸碱反应对，混合均匀作为针尖溶液，取针尖溶液于模具中，5000r/min离心10min，刮去多余溶液，60重量份分子量为20万的聚乙烯醇加入100重量份无水乙醇溶解作为背衬溶液，取
背衬溶液于模具中，5000r/min离心20min，置于干燥器中过夜干燥，第二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括柠檬酸和碳酸氢钠，质量比为5：8。
50.实施例6nahco3粒度
51.将粒度大小约48和75μm的nahco3粉末，按照向皮肤深层释药的泡腾微针的制备方法制备泡腾微针。
52.图4反映了压力测试机测试48和75μm两种粒度的nahco3制备的微针对八层封口膜模拟皮肤刺入情况，结果显示48μm的nahco3制备的泡腾微针最多刺破4层封口膜，而75μm的nahco3制备的泡腾微针能刺破5层封口膜，一层parafilm 封口膜的厚度大约是127μm，75μm nahco3制备的泡腾微针的刺入深度大约为635μm，与微针的开模尺寸(650μm)相近，且75μm的的泡腾微针在第三层和第四层封口膜的穿透率明显高于48μm的泡腾微针，以上均表明粒度为75μm的nahco3制备的的泡腾微针机械强度更大。
53.对比例1普通微针
54.如图1，本实施例提供一种普通微针的制备方法，具体包括以下步骤：
55.精密称取低分子量高分子材料于离心管中，加入溶剂，使其完全溶解配制成浓度为40％(w/v)的针尖溶液；精密称取高分子量高分子材料于离心管中，加入溶剂，使其完全溶解，配制成浓度为10％(w/v)的背衬溶液，首先吸取针尖溶液于模具中，离心使针尖溶液完全填充入微针模具，用刮刀刮除模具中多余的针尖溶液，然后用背衬溶液填满模具背衬部位，离心，过夜干燥，第二天脱模，取出贴片并放在干燥器中密闭避光保存。
56.测试例1
57.1.泡腾微针皮肤插入试验：
58.将实施例3制得的泡腾微针插入大鼠皮肤5min后取下贴片，立即用台盼蓝在大鼠皮肤表面染色10min，清理表面的染料。光学显微镜下观察，实验结果如图3所示，结果表明微针能成功刺破大鼠皮肤，微针99％以上的针已刺入皮肤。
59.2.泡腾微针机械强度测试实验
60.将实施例3制得的泡腾微针裁剪成5*5大小的贴片，针尖朝上放在压力测试机的载物台上，进行测试，当微针变形量达到500μm时停止测试，输出压力-变形量图像。实验结果如图5所示，机械强度测试表明微针具有良好的机械强度，在微针变形量为500μm处产生了最大压力，平均每根向皮肤深层释药的泡腾微针所承受的压力为1.93n，足以刺破表皮。
61.3.泡腾微针刺入深度测试实验
62.将实施例3制得的泡腾微针插入皮肤5min后取下贴片，将皮肤在4％多聚甲醛中浸泡两天，切片进行h&e染色，观察组织情况。实验结果如图6，组织切片结果表明，微针在大鼠皮肤上刺入最大深度可达440μm。
63.4.泡腾微针溶解实验
64.将实施例3制得的泡腾微针和普通微针插入大鼠皮肤，分别在插入3min和10min后取下贴片，立即干燥，利用扫描电镜进行观察。实验结果如图7所示，泡腾微针的溶解速率明显快于普通微针，其在10min内几乎完全溶解。
65.5.泡腾微针皮肤溶解渗透机制的可视化研究
66.将针尖加载罗丹明 b 的实施例 3 制得的泡腾微针和针尖加载罗丹明 b 的普通微针插入大鼠皮肤，15 min 后取下贴片，将大鼠皮肤进行激光共聚焦层扫描。实验结果如
图 8-10，结果显示，随着时间的延长，两种微针在体内扩散的深度都逐渐增加，与普通微针相比，泡腾微针在皮肤内能扩散到更深的部位，除此之外，由图 10 还可以看出普通微针溶解后，罗丹明 b 的荧光主要聚集在一个点，而泡腾微针中的罗丹明 b 向四周发生了扩散，表明泡腾微针的渗透性更强，更有利于药物的经皮递送。
67.6.紫杉醇泡腾微针的药代动力学研究
68.紫杉醇涂抹制剂制备：称取过量紫杉醇于2ml离心管中，加入1ml 1,2-丙二醇溶液，涡旋2min，混匀后在恒温混匀仪中37℃孵育48h，孵育完成后，以14000rpm离心10min，取上清溶液即为紫杉醇涂抹制剂。
69.紫杉醇泡腾微针制备：精密称取80mg ptx溶解于1ml针尖溶液中，按实施例3下泡腾微针的工艺进行制备，密闭避光保存。
70.取4只icr小鼠作为空白组，剪下脱毛部位皮肤装于10ml离心管中。剩下64只icr小鼠随机分为两组,每组32只，分别为泡腾微针组和涂抹组。两组小鼠先用气麻机麻醉，麻醉后分别在背部脱毛部位给与紫杉醇泡腾微针、100μl紫杉醇涂抹制剂。分别在1，2，4，6，8，10，12，24h进行眼球取血约500μl于肝素化的离心管中，静置30min后以14000rpm离心5min，取血浆装于离心管中，-80℃保存待测。随后将小鼠脱颈处死，剪下固定面积大小的皮肤组织，用生理盐水反复清洗，擦干后装于10ml离心管中，放置在-80℃冰箱保存待测。
71.实验结果如表1和表2所示。
72.表1(n＝4)
[0073][0074]
注释：与紫杉醇涂抹制剂相比，*为p《0.05；**为p《0.01；***为p《0.001。
[0075]
表2(n＝4)
[0076][0077][0078]
注释：与紫杉醇涂抹制剂相比，*为p《0.05；**为p《0.01；***为p《0.001。
[0079]
由表1可知，化学促渗剂丙二醇制成的涂抹制剂在24h内皮肤的药物滞留量都处于很低的水平，说明皮肤角质层是影响药物渗透的关键因素。从2h到24h，泡腾微针组其药物滞留量在逐渐降低，说明泡腾微针在刺入皮肤后药物快速释放在皮肤内形成了药物储库，药物逐渐向深层的组织中扩散发挥药效。由表2可知，与涂抹组相比，紫杉醇的泡腾微针t
max
显著缩小，c
max
增大了3.62倍，auc
0-t
和auc
0-∞
分别增大了2.82倍和2.92倍，该结果表明泡腾微针能快速释放药物到皮肤组织内，并能在皮肤内长时间滞留，有利于药物向更深层的组织长时间发挥药效。
[0080]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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：
1.一种向皮肤深层释药的泡腾微针，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：低分子量的高分子材料30-50份、酸碱反应对10-15份、高分子量的高分子材料50-70份；所述酸碱反应对包括酸和碱，质量比为4-6：7-9。2.根据权利要求1所述向皮肤深层释药的泡腾微针，其特征在于，所述泡腾微针的形状为圆锥形、三棱锥形或多棱锥形。3.一种如权利要求1或2所述向皮肤深层释药的泡腾微针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.将低分子量的高分子材料溶于溶剂中，加入酸碱反应对中的酸，超声至完全溶解，再加入碱至溶液中，涡旋使碱均匀分散，制得针尖溶液；s2.将针尖溶液加入模具中，第一次离心，刮除未填入针体的溶液，随后加入高分子量的高分子材料溶液作为背衬溶液，第二次离心，干燥，脱模，制得泡腾微针。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述酸碱反应对中酸选自柠檬酸、苹果酸、酒石酸、硼酸、富马酸中的至少一种；所述碱选自碳酸氢钠、碳酸钠中的至少一种；所述溶剂选自水、乙醇、无水乙醇和丙二醇中的至少一种。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碱为碳酸氢钠或碳酸钠，粒径为40-150微米之间。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高分子材料选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乳酸中的至少一种；当高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮时，低分子量聚乙烯吡咯烷酮的分子量范围为1-5万；高分子量聚乙烯吡咯烷酮的分子量范围为100-140万；当高分子材料为聚乙烯醇时，低分子量聚乙烯醇的分子量范围为2.5-3.5万，高分子量聚乙烯醇的分子量范围为17-30万；当高分子材料为聚乳酸时，低分子量聚乳酸的分子量范围为1-2万，高分子量聚乳酸的分子量范围为8-16万。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述低分子量聚乙烯吡咯烷酮为pvp k15-pvp k40；所述高分子量聚乙烯吡咯烷酮为pvp k60-pvp k100。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一次离心条件为3000-6000r/min，时间为5-15min；所述第二次离心条件为3000-6000r/min，时间为15-25min。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：取30-50重量份低分子量的高分子材料加100重量份溶剂溶解，加入酸碱反应对中的酸，超声至完全溶解，再加入碱至溶液中，涡旋使碱均匀分散，制得针尖溶液，加针尖溶液于模具中，3000-6000r/min离心5-15min，刮除未填入针体的溶液，50-70重量份高分子量的高分子材料加100重量份溶剂溶解，制得背衬溶液，加背衬溶液于模具中，3000-6000r/min离心15-25min，置于干燥器中过夜干燥，第二天脱模，样品置于干燥器中保存；所述酸碱反应对包括酸和碱，质量比为4-6：7-9。10.一种如权利要求1或2所述向皮肤深层释药的泡腾微针在药物的经皮递送中的应用。

技术总结
本发明提出了一种向皮肤深层释药的泡腾微针及其制备方法和应用，属于医药技术领域，由以下原料按重量份制备而成：低分子量的高分子材料30-50份、酸碱反应对10-15份、高分子量的高分子材料50-70份；所述酸碱反应对包括酸和碱，质量比为4-6：7-9。本发明提供了一种向皮肤深层释药的泡腾微针，是一种自主且可降解的主动式微针输送平台，大大提高了药物的溶出速度和渗透效率。针对皮肤疾病，泡腾微针可将药物递送到皮肤更深层，显著提高药物的渗透性，发挥更好的治疗效果。此外，针对浅表肿瘤，泡腾微针可增加药物在肿瘤内部的分布，提高抗肿瘤药物的治疗效果，为黑色素瘤、乳腺癌等浅表肿瘤的治疗带来新思路。瘤的治疗带来新思路。瘤的治疗带来新思路。


技术研发人员：张峻颖 吴春勇 陈雯琳 陈怡 康立峰 卢爱玉 李海梁 邵天宇 朱露滢
受保护的技术使用者：中国药科大学
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/8/5