一种可溶性微针的制作设备的制作方法

1.本实用新型属于微针技术领域，涉及可溶性微针制备装置的结构改进，具体为一种可溶性微针的制作设备。


背景技术：

2.微针的无痛经皮给药作为一种新型的给药技术，其作用原理是在皮肤上无痛地创造微米级的药物传输通道，达到皮下组织对药物的有效吸收，具有无痛、安全、易操作等优势。以针的结构不同分类，微针可以分为中空微针、可溶性微针、包衣微针、实心微针等。其中，可溶性微针是以生物可降解材料为基质，并通过将药物混合入微针母液中制备的微针，如透明质酸、聚乳酸等。可溶性微针刺入皮肤后，在体内溶解从而将药物释放。
3.可溶性微针除具有一般微针的优点外，利用本身的可降解特性解决微针在皮肤内断裂难以处理的难题，相对而言，也提高了微针的载药量，扩大了微针的应用范围。因此，可溶性微针有望成为经皮给药系统的理想载体，具有非常好的应用价值。
4.可溶性微针在制作时，首先，需要将固态微针的可溶性高分子材料和搭载的药物制成高分子粘液；其次，将该高分子粘液注入微针模具内，通过离心或者抽真空的方法，将高分子粘液填充到微针模具的微针腔体内；再次，在常温或低温条件下干燥，使微针模具内的高分子粘液固化，最后，将固态成型的微针与微针模具分离，最终形成可溶性微针。在对注入微针模具内的高分子粘液进行离心或者抽真空过程中，通常需要多次离心或抽真空的操作，才可达到混合粘液充分填充到微针模具的微针腔体内。
5.由于微针模具的凹形微针腔体是亚微米级别大小，粘性高的高分子粘液受表面张力影响，无法利用重力自发填充到凹形微针腔体。在高分子粘液不完全填充情况下，会导致微针的针头形态不完整。为了解决此问题，需要对微针模具施加离心力或者抽真空处理等操作，使高分子粘液填充到微针腔体中。而且通常需要数次重复上述过程，才可以实现在微针腔体内完全填充。受上述方法及措施的影响，现有可溶性微针存在每批次质量不稳定性的缺陷，生产效率较低，也限制了产业化的大规模应用。
6.另外，在制作可溶性微针时，因模具及工艺限制，易造成高分子粘液的大量浪费，且几乎不可回收再利用，或者虽然可回收但工艺繁琐、成本较高，由此，导致高分子粘液中装载的昂贵药物成分被浪费，提高了生产成本。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种可溶性微针的制作设备，用于解决现有的可溶性微针制作过程复杂、质量不易控制和效率较低的问题。
8.为了实现本实用新型的目的，采用以下技术方案：
9.一种可溶性微针的制作设备，包括工作台、三维移动机构、带有模具腔的载具、微针模具，所述三维移动机构安装在工作台上，三维移动机构下方设置载具，所述载具的模具腔上设有抽真空口，微针模具嵌合安装在模具腔内，所述微针模具设有多个上端敞口的微
针腔体，微针腔体下端开有与模具腔连通的气孔；所述三维移动机构上安装点胶机构，所述点胶机构包括内腔连通的定量点胶阀、针筒、针头，所述针筒上端口安装定量点胶阀，定量点胶阀上设有供气口、供液口，所述针头通过针套安装在针筒下端口，所述针头下端出口与微针腔体配合。
10.为了进一步实现本实用新型的目的，还可以采用以下技术方案：
11.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述三维移动机构包括两个安装在工作台上的x轴导轨，x轴导轨上设置x轴滑块，x轴滑块上安装支撑柱，两个支撑柱的顶部安装y轴导轨，y轴导轨上安装y轴滑块，y轴滑块上固定安装z轴导轨，z轴导轨安装z轴滑块，z轴滑块上安装所述点胶机构；所述x 轴滑块、y轴滑块、z轴滑块分别由步进电机或气缸驱动。
12.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述针筒上设有竖向的刻度窗；所述点胶阀下端通过螺栓、螺母组件与针筒连接，针筒与定量点胶阀之间设有密封垫。
13.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述z轴滑块上开有液体材料供给口及气动接口，液体材料供给口与所述定量点胶阀的供液口连通，气动接口与所述定量点胶阀的供气口连通，液体材料供给口、气动接口分别通过软管连接给液装置、气动泵。
14.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述抽真空口通过软管连接真空泵。
15.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述针头向微针腔体内喷射的高分子粘液压力为0.1mpa～6mpa。
16.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述针头向微针腔体内喷射的高分子粘液粘度为1pa
·
s～1000pa
·
s。
17.如上所述的一种可溶性微针的制作设备，所述微针腔体呈倒置的圆锥形或棱锥形。
18.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
19.本实用新型简化了可溶性微针的制作流程，便于操作和使用，可以较好的提高生产效率和质量；材料利用率高，可降低可溶性微针制作成本。
20.本实用新型的点胶机构工作过程类似于定量点胶阀，并可以配套安装多种传感器，实现精准控制高分子粘液喷出范围和路径，保证微针腔体填充的效率。同时，模具腔与微针模具的下部气孔区域可以通过抽真空形成负压，使微针腔体内的空气能及时排出，使高分子粘液能均匀、完整的填充于微针腔体内，避免尖部淤积气体而产生针形缺陷，能保证制作出的微针针头形态质量高。
21.此外，由于可以对高分子粘液进行精准点胶涂布，从材料的使用上也节约了用量，避免了高分子粘液的浪费，可以较好的降低制作成本。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍。
23.图1是本实用新型的结构示意图；
24.图2是图1中所述微针腔体填充时的局部放大示意图；
25.图3是图1中所述微针腔体填充完毕时的局部放大示意图；
26.图4是图1中所述微针腔体取出微针时的局部放大示意图；
27.图5是图1中所述点胶装置的放大示意图；
28.图6是本实用新型的控制系统电气原理图。
29.附图标记：1-工作台，2-x轴导轨，3-y轴导轨，4-载具，5-微针模具， 6-x轴滑块，7-支撑柱，8-y轴滑块，9-z轴导轨，10-定量点胶阀，11-供气口， 12-供液口，13-螺母，14-螺栓，15-密封垫，16-针筒，17-刻度窗，18-针套， 19-针头，20-软管，21-点胶机构，22-微针腔体。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
32.如图1-图6所示，本实施例公开的一种可溶性微针的制作设备，在结构上，该制作设备由工作台1、三维移动机构、载具4、微针模具5以及安装在三维移动机构上的点胶机构21等部件构成。
33.工作台1为一顶部带有平面的操作台，采用304不锈钢材料制成。三维移动机构固定安装在工作台1的平面上，包括支撑件、滑轨滑块组件以及驱动滑块动作的动力部件，上述支撑件、滑轨滑块组件同样采用304不锈钢材料制成。以保证微针制作的环境卫生，方便进行清理、维护。
34.载具4为可移动或者固定在工作台1平面上，为与三维移动机构以及点胶机构21配合，在工作台1平面上设置载具4的定位区，便于载具4进行装配，提高工作效率。
35.载具4中间带有模具腔，模具腔为一带有抽真空口的矩形腔体，用于放置微针模具5。微针模具5与模具腔的四周设置密封条或密封片，保证安装微针模具5后的模具腔的真空密封性能。
36.微针模具5上设有微针腔阵列，该微针腔阵列由多个按相同间隔设置的微针腔体22构成。为便于微针取出，在微针模具5的四周外沿设置有围壁，该围壁高于微针腔体22的上端2cm以内。
37.微针腔体22的上端敞口，微针腔体22的下端开有与模具腔连通的气孔。微针腔体22在结构上，为呈倒置的圆锥形、棱锥形或者倒置的子弹头形状。
38.点胶机构21由内腔连通的定量点胶阀10、针筒16、针头19等部件组成。针筒16上端口安装定量点胶阀10，定量点胶阀10上设有供气口11、供液口12，针头19通过针套18安装在针筒16下端口，针头19下端出口与微针腔体22配合。
39.如图5所示，本实施例采用的点胶机构21，从上至下由定量点胶阀10、针筒16、密封垫15、螺母13以及螺栓14组件、针套18、针头19连接组装。螺母13以及螺栓14组件为卡扣结构，安装在定量点胶阀10与针筒16的连接部，并可以作为与三维移动机构固定的连接件。针筒16与定量点胶阀10之间设置有密封垫15，以保证两者连接部位的密封性。定量点胶阀10上带有供气口11、供液口12。除此外，定量点胶阀10上还可以配置清洗点胶机构21内腔的清
洗口。
40.继续参见图5所示，为了观察针筒16内的高分子粘液的用量以及余量，本实施例在针筒16侧面设有竖向的刻度窗17。该刻度窗17为透明的玻璃或塑料材料制成，方便对针筒16内的高分子粘液容量进行实时观察和掌握。
41.继续参见图1所示，本实施例的三维移动机构包括两个安装在工作台1上的x轴导轨2，x轴导轨2上设置x轴滑块6，x轴滑块6上安装支撑柱7，两个支撑柱7的顶部安装y轴导轨3，y轴导轨3上安装y轴滑块8，y轴滑块8 上固定安装z轴导轨9，z轴导轨9安装z轴滑块，z轴滑块上安装所述点胶机构21；x轴滑块6、y轴滑块8、z轴滑块分别由步进电机或气缸驱动。使得本制作设备能够精准控制点胶机构21的移动，方便在不同的喷射位置间运动。
42.其中，y轴导轨3的高度与支撑柱7以及点胶机构21的高度有关，为保证点胶机构21中的针头19下端出口离微针模具5接近。将支撑针的高度设置为1 到1.5倍的点胶机构21即可。
43.同时为了便于安装，在z轴滑块开有液体材料供给口及气动接口，液体材料供给口与所述定量点胶阀的供液口12连通，气动接口与所述定量点胶阀的供气口连通，液体材料供给口、气动接口分别通过管道连接给液装置、气动泵。给液装置采用注射泵，注射泵可以实现精准定量喷出高分子粘液。
44.如图2-图4所示，为了扩大可溶性微针的适用范围，本实施例中的微针腔体22呈倒圆锥形。微针腔体22的深度在250μm-1000μm范围内；相邻微针腔体22的间距在300μm-1000μm范围内。
45.根据可溶性微针的搭载需求，可以对微针腔体22填充两次不同的高分子粘液。第一次，填充具有活性药物溶液，填充至微针腔体22的针尖部，通过常温或低温干燥进行固化；第二次再填充可生物降解的高分子溶液，再次固化。最终形成可溶性微针，如图4所示，便可从微针模具5中便可取出。
46.本实用新型的工作过程如下：
47.1.将微针模具5放置在载具4的模具腔内，启动三维移动机构工作。
48.2.通过三维移动机构带动点胶机构21动作并调整针头19的出口高度，针头19插入或者悬停在微针模具5的微针腔体22，向微针腔体22内定量点出高分子粘液形成填充。
49.3.在微针腔体22填充的同时，载具4的真空接口通过软管20连接真空泵，使微针模具5紧贴于载具4上，在模具腔形成负压，微针模具5的微针腔体22 下端带有细微的气孔，也即微针腔体22尖部区域形成负压。使高分子粘液能够轻松进入到微针腔体22的针尖部位，使得高分子粘液能够充分填满微针腔体22。重复上述步骤至微针模具5上的微针腔阵列全部完成填充。
50.4.待所有微针腔体22内的高分子溶液，在微针模具5上表面敷上基层，待干燥即可取出固化的微针。
51.在上述过程中，针头19向微针腔体22点出高分子粘液液的压力控制在 0.1mpa～6mpa范围，高分子粘液的粘度控制在1pa
·
s～1000pa
·
s范围，以便高分子溶液具有较好的点出压力，能顺畅地填充至微针腔体22内。
52.另外，如图6所示，本实施例配置有该制作设备的控制系统，控制系统包括硬件模块和软件模块。硬件模块的检测器部分安装在点胶机构21或者z轴滑块上，包括sharp影像
控制器、重力检测器、边缘检测器、光学检测器，利用上述搭载的控制器和检测器，可分别实现尺寸检查，涂布轨迹追踪，有无涂布，校正偏位，喷嘴对尖差，z轴零点等功能。
53.硬件模块的控制电路部分，包括1个mks mega2560主控板、1个ramps1.4 拓展板和4个a4988电机驱动器。
54.该控制系统电气原理图如图6所示，其中，drive代表驱动器，ac代表电动机。该系统以mks mega2560主控板为核心，负责控制整个点胶机构和三维移动移机构来完成特定的动作；ramps1.4拓展板用于对其他硬件进行连接和控制，起到过渡桥梁的作用；ramps1.4拓展板上有3个a4988电机驱动器，用于连接气动泵、注射泵和真空泵。
55.上述各单元与主控板配合对步进电机、气动泵、注射泵和真空泵的运行控制，实现x、y、z轴的运动、定量点胶阀10供气、注射泵挤胶、模具腔抽真空等动作。此外，为了给气动泵、注射泵、真空泵及电路板供电，配备多个12v、100～200w的电源端口。
56.软件模块由固件上传工具arduino ide、用于加载图形的点胶机构专用软件和g代码发送器3部分组成。mks mega2560主控板控制所有的配件来完成复杂的点胶工作。
57.首先，软件模块通过固件上传工具arduino ide将功能参数上传至点胶机构专用软件以完成参数配置；然后，加载jpg格式的图片并生成二进制图形，生成点胶路径的g代码；最后，将生成的g代码通过g代码发送器传送到硬件模块，最终通过mks mega2560主控板驱动各个电机、气动泵、注射泵、真空泵等运行来完成复杂路径的点胶工作。
58.本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。