用于生产微结构的装置和方法与流程

本发明涉及用于制造微结构(microstructures)、特别是微针(microneedles)的装置以及方法。

【背景技术】

待制造微结构优选是特别地布置成微针阵列的微针。微针用于将活性成分直接递送至皮肤中，这也被称为经皮递送(transdermal delivery)。为此，微针具有刚好足以仅刺入外皮层的长度，但优选地不到达神经和血管，从而使这些神经和血管不受伤害。然而，微针在上皮层中产生小孔，借此，与活性成分在皮肤上的纯外部施用相比，活性成分的吸收显著增加。

包括例如附着到载体表面的多个微针的微针阵列可以用于短期递送或长期施用。将活性成分从微针递送到皮肤中的优选可能性是包含活性成分的部分微针或整个微针变得溶解或分离，由此被身体经由皮肤吸收。为此，微针至少部分特别地由水溶性成分或材料制成。除了通过微针本身直接递送活性成分外，微针也可以具有孔隙或空腔或形成为空心针，以便允许活性成分到皮肤中的这种递送。另外，微针本身也可不含活性成分。在这种情况下，例如，活性成分可以从外部施加到微针的外部，或者仅在微针从皮肤去除之后，含有活性成分的物质可以施用到对应的皮肤区域，以便从而通过使用微针递送活性成分。

微针可以由陶瓷、金属或聚合物制成。优选的是将一种或多种活性成分组分加入到这些材料中，由此获得微针的制剂。

用于生产治疗或诊断微针或微针阵列的先前已知的方法不适合或仅在有限程度上适合具有足够质量和/或足够数量的生产。

用于生产微针的常用方法包括使用例如由硅树脂制成的模具浇注微针或整个微针阵列。特别地，由于模具与施加在其上的主要为液体的制剂之间的疏水特性(hydrophobic properties)，这些生产工程出现了各种问题。

特别地，存在着微针的观察公差极小的问题。一方面，必须为阴模(即特别是硅树脂模具)确保对应小的公差，另一方面，生产过程也必须以对应小的公差执行。

微针的生产需要无菌处理，因为活性成分必须在生产环境中开放处理。对于许多活性成分，后消毒是不可能的。这导致了对使用无菌一次性产品的无菌生产的需求。通过使用无菌的一次性产品，避免了污染的风险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供用于生产微结构、特别是微针的装置和方法，利用该装置和方法可以以非常小的公差生产微结构。

根据本发明，该目的分别通过根据权利要求1的装置和根据权利要求11的方法来实现。

本发明的装置特别用于生产特别是溶解性的微结构，诸如微针，并且特别优选用于生产微针阵列。该装置包括阴模，该阴模在上侧具有至少一个优选锥形的凹陷。凹陷用于产生微结构，特别是通过浇注方法，即，通过将主要为液体的制剂特别地以定量方式施加到阴模的上侧上并将其分配，并且通过固化制剂以产生微结构。

进一步地，该装置包括中空柱(hollow cylinder)。该中空柱优选地是基本元件的一部分或形成基本元件。根据本发明，阴模包括保持元件或连接到保持元件，使得阴模可以紧固或保持在中空柱上。阴模横跨或覆盖中空柱的开口。特别地，在使用阴模或用制剂填充阴模之前，阴模在初始状态或静止状态下搁置在中空柱的开口的边缘上。中空柱特别是具有圆形横截面的柱。

中空柱内布置有柱塞(plunger)。该柱塞可在中空柱的纵向上位移。特别地，柱塞可以从初始或静止位置开始插入到中空柱中到达插入或上部位置，使得柱塞的上侧搁置在阴模的下侧上，其中，阴模的下侧指向中空柱的内部。在此，特别优选的是，柱塞插入到中空柱中达到如下这种程度：阴边缘不再与中空柱的开口边缘接触，而是从该开口边缘抬起。这样，可以实现小的公差。无论阴模是否在初始或静止位置搁置在中空柱的开口上，本发明都具有以下基本优点：通过将柱塞插入中空柱中使得阴模仅搁置在柱塞的上侧，可以减小可能增加的公差。在插入位置或上部位置，仅阴模的厚度公差仍然是相关的。从而排除了可能由中空柱引起的公差。这允许中空柱以及它们的保持元件的较低公差质量，因为过程公差经由柱塞建立。由此，通过提升阴模，断开公差链并且公差减小到阴模的厚度。

在特别优选的实施方式中，连接到阴模的保持元件包括可伸长的、特别是弹性的中间元件。从而，可以在插入柱塞时以简单的方式将阴模从中空柱开口的边缘提起。当抽出柱塞时，中间元件再次自动缩短，使得阴模再次搁置在中空柱的开口的边缘上。在该位置，引入阴模的空腔中的制剂可以固化。

此外，优选的是，保持元件包括用于连接到中空柱的连接元件。在此，连接可以是摩擦连接，而优选正连接(positive connection)。

为此，连接元件优选地设计为闩锁元件(latching element)。作为连接元件，保持元件包括例如接合到设置在中空柱中的凹部中的突片(tabs)。同样，中空柱可具有接合到保持元件的对应凹部中的突片。这使得可以将阴模布置在中空柱上的精确位置。在特别优选的实施方式中，连接到中空柱的阴模用作无菌单元或作为无菌单元递送到生产地点。在生产微结构之后，该单元优选地在没有柱塞的情况下处理，或者如果适用，在再次使用之前消毒。

在特别优选的实施方式中，中间元件连接到连接元件和阴模。特别优选的是，阴模和中间元件、特别是中间元件的阴模和连接元件一体地形成。硅树脂特别适合作为材料。特别优选的是，保持元件优选在周向上特别是完全地围绕中空柱。特别是在阴模与保持元件、可能与中间元件和连接元件一起一体设计的情况下，该阴模是盖形的(cap-shaped)并且例如可以套在中空柱上或者插入到中空柱中。

在特别优选的实施方式中，保持元件沿周向在其外侧上特别是完全地围绕中空柱，或者保持元件优选完全在周向上搁置在中空柱的内侧上。

在本发明的特别优选的实施方式中，设置多个中空柱，例如，连接到共同的基本元件。在此，中空柱特别是布置成列和行，并且例如一体地生产为塑料注塑元件。阴模连接到各个单独的中空柱，如上所述，该模具可以特别地设计为套在中空柱上和/或插入中空柱中的硅树脂盖。此外，优选的是，设置多个柱塞，这些柱塞也相互连接，特别是作为一组，并且一起位移。

在此，柱塞的数量可以对应于中空柱的数量，使得当所有柱塞插入中空柱中时，所有阴模搁置在柱塞的上侧上，并且特别是提离各个中空柱的边缘。然而，柱塞组可以具有比中空柱的数量更少的数量，使得微针总是成组生产。例如，可以将一组四个柱塞插入中空柱中，使得阴模可以对应地搁置在柱塞的上侧上，并且特别地提离中空柱的边缘。随后，用特别地借助于喷嘴施加的制剂填充阴模中的空腔。在下一步骤中，缩回柱塞，使得阴模再次搁置在中空柱的边缘上。其后，使柱塞组和/或中空柱组位移，使得柱塞布置在另一组阴模下方，并且可重复对应的过程。

本发明还涉及一种用于生产微结构、特别是微针且更优选地是微针阵列的方法。该方法优选地使用上述装置来执行。

在第一步骤中，将至少一个柱塞插入相应的相关联的中空柱中，使得柱塞的上侧搁置在阴模的下侧上。最后，用制剂填充阴模的至少一个空腔。合适的制剂特别是PVP、PLGA、聚合物、糖。其后，缩回至少一个柱塞，并且特别是在固化之后，从阴模中去除微结构。

至少一个柱塞优选地插入到中空柱中，使得阴模提离围绕中空柱的开口的边缘，以便获得可实现的公差。

优选地，当缩回至少一个柱塞时，保持元件的连接到阴模并且特别地整体形成的中间元件缩短，使得阴模的下侧再次搁置在围绕中空柱的开口的边缘上。在该位置，可以固化引入至少一个空腔中的制剂。

优选的是，设置多个阴模，其一个接一个地单独填充或成组填充，本发明的方法有利地如上参照装置所述进行开发。

【附图说明】

下文中将参照优选实施方式和附图来更详细地说明本发明。

在附图中：

图1示出了装置的第一优选实施方式的示意性剖视图；

图2示出了装置的第二优选实施方式的示意性剖视图；以及

图3和图4示出了根据本发明的装置的另一实施方式的示意性立体图，其中，组合了图1或图2所示的多个单独的装置。

【具体实施方式】

图1中示意性地例示的本发明的第一优选实施方式包括特别由硅材料制成的盖10，该盖10相对于中心线12旋转对称地形成。盖10布置在连接到基本元件16的中空柱14上。在所例示的实施方式中，中空柱14为圆柱形，并且相对于纵轴12旋转对称。

柱塞18布置在中空柱14中，用于沿箭头20的方向位移。柱塞18是圆柱形的并且也相对于纵轴旋转对称。

在所例示的实施方式中，盖10一体地形成并且包括阴模22，在阴模22的上侧24上特别地设置多个优选地截头圆锥形的空腔。这使得可以通过用制剂填充微针阵列来生产微针阵列。在所例示的实施方式中，阴模22被环形加强元件26围绕，该环形加强元件26加强阴模的边缘。阴模连接到圆形中间元件28，通过该中间元件进行到保持元件30的连接。在所例示的实施方式中，保持元件30利用正连接元件32、34连接到中空柱14的外侧36。连接元件例如形成为设置在中空柱14的外侧上的环形凸缘32，并且以卡扣连接的方式与对应的环形凹部34配合。

由于在所例示的实施方式中，整个盖10由硅树脂材料制成，并且中间元件28具有较小的壁厚，因此中间元件28是可伸长的、特别是弹性的中间元件。在中间元件28与中空柱14之间形成间隙48。

通过在图1中向上位移柱塞18，柱塞18的平坦上侧38开始搁置在阴模22的内侧40上。从而，阴模22提离中空柱的围绕中空柱的开口44的边缘42。

在另选实施方式中，阴模22的内侧不搁置在中空柱的边缘42上。然而，通过由柱塞18提升阴模22来断开公差链，使得仅阴模22的厚度的公差是相关的，并且不再必须考虑中空柱14的公差或该公差不再不利地影响待产生的微结构的质量。

在阴模22的这种提离状态下，可以将制剂施加到阴模的上侧上，特别是通过喷涂，使得喷涂的材料渗透到空腔中。其后，缩回柱塞18，使得阴模22的内侧40再次搁置在中空柱14的边缘42上，并且可以在该位置固化。

在图2所例示的另选实施方式中，类似或相同的部件由相同的附图标记标识。

图1和图2所例示的两个实施方式之间的本质区别在于，图1所例示的实施方式的硅树脂盖10围绕中空柱14或者可以套到其上，同时它布置在图2中的中空柱14中。在这方面，特别是盖10的保持元件30以及连接元件32、34布置在中空柱14中。在该实施方式中，阴模22不搁置在中空柱14的边缘上。对于其余部分，功能是相同的。

图3和图4示出了可以在图1或图2中看到的多个装置的场或阵列的立体示意图。在此，多个中空柱14经由基本元件16连接。在所例示的实施方式中，对应数量的柱塞18经由特别为板形的连接元件26相互连接。代替图3和图4中示意性例示的包括3×3中空柱和柱塞的场，可以设置例如10×10、15×15、20×20中空柱和柱塞的显著更大的阵列。

代替设置具有对应数量的柱塞18的场，还可以设置一组例如4、8或16个柱塞，使得一些阴模分别被柱塞提升，用材料填充，然后柱塞再次缩回。其后，阴模的场和/或柱塞组位移。