一种微针片的打印方法及微针片

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种微针片的打印方法以及一种微针片。

背景技术

微针片作为一种新型的透皮给药技术，由于其能够进行无痛、无创、便捷高效的给药工作，目前在医疗、医美及其他相关领域受到广泛关注并发挥着重要作用。微针片本质上是一个贴片，在贴片上由微米大小的微针组成阵列，微针的长度大于人体皮肤角质层的厚度。相较于其他头皮给药方式，微针片能够在不干扰皮肤神经末梢的情况下输送更大尺寸的分子，从而最大限度地减少或者完全避免患者受到的疼痛。当微针片上的微针插入人体皮肤后，微针可通过穿刺角质层将微针内装载的负载物直接输送到表皮内，负载物被微血管和淋巴管吸收并进入人体循环系统。由于微针片不会在人体皮肤中留下有害物质，也不会产生尖锐的针头废物，因而具有独特的送药优势。

目前微针片的制备方法主要包括微模板法、液滴吹气法、电拉伸法、热拉伸法、磁流变拉伸光刻法、3D打印法等。其中，3D打印技术作为一种新的增材制造技术，具有成品速度快，效率高、成本低、精度高的技术优点；而3D打印技术又可分为熔融沉积型打印、喷墨打印、光固化打印、选择性激光烧结打印等；光固化打印常用的材料为光固化树脂，光固化树脂在紫外光的照射下能够固化成型，因此可以在计算机的控制下实现模型的逐层打印，并最终实现整个模型的打印，相较于其他打印方式，光固化打印具有打印精度高、打印速度快，打印成本低的优点；除此之外，光固化打印还可以快速调所制备微针片模型包括尺寸、形状、长宽比和间距在内的几何形状，因此采用光固化打印所制备的微针具有很高的锐度，更利于刺入人体皮肤内进行送药。

公开号为CN110693855A的中国专利文献公开了一种3D打印微针贴片的制备方法及其应用，利用双喷头熔融沉积成型FDM 3D打印机，一个喷头用于打印微针贴片的基底，另一个喷头用于打印微针贴片的柱状阵列，柱状阵列中包含了可智能响应调节血糖的胰岛素药物。得到基底和柱状阵列后，通过载玻片接触柱状阵列的顶端，并拉伸到预定距离产生微针针尖，进行交联成型，自然状态下脱水干燥完成后，形成具有一定机械性能且含有响应性药物的微针阵列贴片。该微针贴片能够穿刺皮肤，并在体内根据血糖浓度智能响应，智能释放出所载药物，智能调节血糖水平。通过3D打印微针方式，实现无痛、可皮肤穿刺的智能响应型的血糖调节，有望指导糖尿病的诊疗一体化。

公开号为CN113927896A的中国专利文献公开了一种基于3D打印技术的PDMS微针二次母板转写工艺，并提供了其制备方法和应用。该发明使用PDMS转写工艺高精度的复制了光固化打印机打印的树脂微针阳模，极大的简化了微针模板的制备流程，具有尺寸可控、规模化、精确度高及经济高效等优点。该发明采用3D打印技术制作的树脂微针针尖模板作为PDMS材料转写的母模，大大降低了微针制备过程中设备成本问题，具有经济高效、操作简单、模式灵活、个性化、高精度等优点。所制备的PDMS微针阴模，采用PDMS材料进行模具转写，除了因其成本低，操作简单外，一方面，PDMS材料具有优良的复制性能，可以使微针阵列的复制比达到最大，最大限度减小失真现象。

公开号为CN110435139A的中国专利文献公开了一种3D打印空心微针的制作方法及其应用，属于生物材料领域，利用3D打印技术中的微立体光固化成型技术，使用生物相容性好的光敏材料作为打印材料，利用Form2光固化打印机打印出不同针尖结构、不同参数的空心微针阵列。通过参数的模拟计算和优化，选出机械性能高、出药率高的空心微针阵列用于实验。优化后的3D打印空心微针阵列在显微装置下能观察到内部孔径，并且能够成功地穿刺小鼠皮肤；该发明通过将3D打印空心微针与压电微泵等封装集合成微创式的胰岛素输注系统，用于智能的体内血糖调控，3D打印空心微针阵列在压电微泵的作用下，能够实现可控的胰岛素释放，成功调节体内血糖。

上述专利文献都公开了利用3D打印技术中的光固化打印方法来制备微针片的技术方案，其都采用了一次性打印整个微针基底和微针的方案，但在光固化打印微针片的过程中存在以下问题：如图1和图2所示，在一次性打印微针片的整个微针基底200时，由于树脂被紫外线照射发生光固化而产生内应力，进而产生的内部能量表达方向为向上，且在微针基底200越靠近边缘部分由内应力产生的内部能量的表达越强烈，使得整个微针基底200上因内应力产生的内部能量强度分布不均匀，微针基底200边缘处内部能量大于靠微针基底200中心处的内部能量，内部能量向上表达，最终导致微针基底200的边缘出现起翘发卷的现象；出现起翘发卷问题的微针片无法与人体皮肤贴合紧密，导致微针不能有效刺入人体皮肤内进行送药，造成负载药物的浪费，也会严重影响微针片的送药效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种微针片的打印方法，能够使微针基底在打印后保持平整状态。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：一种微针片的打印方法，包括打印微针和打印微针基底的步骤，在打印微针基底的步骤中，将微针基底拆分成至少两部分的微针基底基体分时段进行打印后嵌合组成平面状的微针基底。

进一步的是：所述微针基底基体包括多个呈平面排布的微针基底单体；所述不同微针基底基体上的微针基底单体依次交错间隔排列。

进一步的是：所述微针基底为两层或多层结构，各层微针基底上微针基底单体的形状相同或不同。

进一步的是：所述微针基底单体的形状为圆环形、椭圆环形、矩形环形、三角形、矩形或正多边形；微针基底单体的形状为圆环形、椭圆环形或矩形环形时，微针基底单体按尺寸大小在平面上从内之外依次间隔排列；微针基底单体的形状为三角形、矩形或正多边形时，微针基底单体在平面上呈阵列间隔排列。

进一步的是：所述微针基底单体的形状为圆环形。

进一步的是：所述打印方法采用3D光敏树脂打印，打印材料为光敏树脂。

进一步的是：包括以下步骤：

步骤一、根据微针和微针基底的形状绘制作为微针和微针基底打印模型的黑白图片，在不同的图片上分别绘制出微针所对应的图案和不同微针基底基体上微针基底单体所对应的图案，不同图片上的微针基底基体能够相互交错嵌合组成所需微针基底的形状；

步骤二、将绘制好的黑白图片导入3D打印机中，打印微针并分时段依次打印不同的微针基底基体，后一个微针基底基体上微针基底单体的打印基础为前一个微针基底基体上相邻微针基底单体之间的间隙；

步骤三、打印成品出模。

进一步的是：所述步骤一中，微针基底单体的形状为圆环形时，前一个微针基底基体上微针基底单体的圆环宽度大于后一个微针基底基体上微针基底单体的圆环宽度；各个微针基底基体上微针基底单体的圆环宽度都不大于1mm。

进一步的是：所述步骤二中，每层微针基底中各个微针基底基体的打印时间为0.5～1.2s。

本发明还公开了一种由上述内容所述一种微针片的打印方法制得的微针片。

本发明的有益效果是：本发明通过对微针片的打印技术进行改进，在打印微针基底的过程中将微针基底拆分成至少两部分，并通过控制打印时间来分时段打印出组成微针基底的不同部分微针基底基体，实现对微针基底的分部分打印，最终打印出的微针基底的形状保持不变；相较于现有技术中一次性打印整个微针基底的方案，本发明能够使因光敏树脂光固化过程而在微针基底中产生的内应力分时段和分部分表达，将整个微针基底所产生的较大内应力分摊到各个组成微针基底的不同微针基底基体上，每个微针基底基体上的微针基底单体所差生的内应力很小并且分布均匀，不足以使微针基底单体发生形变，从而通过控制打印时段和控制打印形状的组合来实现了避免微针基底出现起翘发卷的问题，提高了3D打印微针片的成品率和成品质量。

附图说明

图1为现有技术中微针片的矩形微针基底起翘的示意图，其中箭头方向为微针基底的形变方向、内应力方向和内能表达方向，箭头的长短表示力的大小；

图2为现有技术中微针片的圆形微针基底起翘的示意图，其中箭头方向为微针基底的形变方向、内应力方向和内能表达方向，箭头的长短表示力的大小；

图3为本发明中采用圆环形微针基底单体时微针基底基体的俯视示意图，其中箭头方向为微针基底的形变方向、内应力方向和内能表达方向，箭头的长短表示力的大小；

图4为本发明中采用圆环形微针基底单体时微针基底基体的侧视示意图，其中箭头方向为微针基底的形变方向、内应力方向和内能表达方向，箭头的长短表示力的大小；

图5为本发明中采用圆环形微针基底单体时微针基底的组合示意图；

图6为本发明中采用椭圆环形微针基底单体时微针基底的组合示意图；

图7为本发明中采用矩形环形微针基底单体时微针基底的组合示意图；

图8为本发明中采用正六边形微针基底单体时微针基底的组合示意图；

图9为本发明中采用圆环形微针基底时微针片的组合示意图。

图中标记为：100-微针、200-微针基底、210-微针基底基体、220-微针基底单体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明所公开的一种微针片的打印方法在现在用微针片所采用的3D打印技术的基础上，就打印微针和打印微针基底这两个步骤，针对微针片打印过程中打印微针基底的步骤进行了改进。现有技术中在打印微针基底的过程中采用3D打印技术一次性成型，本发明为了避免打印微针基底后微针基底因微针基底边缘的内应力表达过强而导致微针基底边缘出现起翘的缺陷，采用了分时段打印结合控制打印形状的打印步骤，将微针基底进行拆分打印，分时段就微针基底拆分后的各部分进行打印，使分部分打印的各部分微针基底基体最终能够组成原计划形状的微针基底。

本发明中放置微针基底起翘的重要技术点在于微针基底200所拆分出各部分微针基底基体210上微针基底单体220的形状，具体包括以下四种具体实施方案，下述四种具体实施方案中微针基底200的拆分数量都为两部分，在此仅表示举例说明，并非对拆分数量所作出的限制：

第一种实施方案，如图5所示，微针基底单体220的形状设定为圆环形，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220在水平面上从内至外依次扩散并间隔分布，圆环形微针基底单体220的尺寸从内至外依次增大，并且，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220能够嵌合互补形成完整的圆形的微针基底200。

第二种实施方案，如图6所示，微针基底单体220的形状设定为椭圆环形，如圆环形一样，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220在水平面上从内至外依次扩散并间隔分布，椭圆环形微针基底单体220的尺寸从内至外依次增大，并且，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220能够嵌合互补形成完整的椭圆形的微针基底200。

第三种实施方案，如图7所示，微针基底单体220的形状设定为矩形环形，如上述圆环形和椭圆环形一样，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220在水平面上从内至外依次扩散并间隔分布，矩形环形微针基底单体220的尺寸从内至外依次增大，并且，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220能够嵌合互补形成完整的矩形的微针基底200。。

第四种实施方案，如图8所示，微针基底单体220的形状设定为正六边形，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220都在水平面上呈阵列间隔排列，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220能够嵌入对方微针基底基体210上的微针基底单体220的间隙中，最终两部分微针基底基体210组合形成平面状的微针基底200。此实施方案中，微针基底单体220的形状还可选择为三角形、矩形或其他正多边形，只要能够在平面上相互嵌合形成完整的平面状微针基底200都可。

以如图3和图4中微针基底基体210上的微针基底单体220采用圆环形为例说明本发明能够防止微针基底200的边缘发生起翘发卷的原理。本发明的控制原理可阐述为形状时间控制法，一方面是通过控制形状来控制微针基底200发生形变，另一方面是通过控制时间来控制微针基底200发生形变。由于将微针基底200拆分为了至少两部分的微针基底基体210，同时微针基底基体210又由多个微针基底单体220组成，相当于将微针基底200拆分成了很多个微针基底单体220，微针基底200因形变而发生起翘发卷的原因在于微针基底200边缘的内应力较大、微针基底200靠近中心位置的内应力较小，使得微针基底200表达方向为向上的内应力分布不均，而将微针基底200拆分为多个微针基底单体220后，相当于预先对微针基底200的内应力进行了人为划分以提高内应力分布的均匀性，同时各个微针基底单体220的内应力就被显著削弱，各个微针基底单体220的内应力不足以在垂直于微针基底200平面的方向上使其产生形变。并且，组成微针基底基体210的微针基底单体220具有特殊的形状，这些特殊形状的微针基底单体220能够控制成型光敏树脂固化时的内应力和内部能量的大小和方向，如图3和图4所示圆环形的微针基底单体220为例，圆环形的微针基底单体220在打印后所产生的内应力在垂直于微针基底200平面方向上的力度很小，同时在指向圆心方向上的水平方向的内应力较大，此水平方向上的内应力对于形变控制起到主导作用，而由于圆环形的特殊三维结构，若圆环受到指向圆心方向的内应力作用而向圆心方向收缩时，两部分微针基底基体210上的相邻微针基底单体220相互支撑，对相邻微针基底单体220起到限制水平方向形变的作用，从而使得圆环形的微针基底单体220无法向内收缩，则每个圆环形的微针基底单体220都相对保持圆形，克服了形状变化，达到了控制形变的目的，最终使得微针基底200保持平整不会发生起翘发卷。

具体的，如图9所示，本发明所公开的一种微针片的打印方法按照以下步骤进行实施：

步骤一、根据所要打印微针基底200的形状，使用建模软件构建微针片的三维模型，确定微针片各部分的尺寸参数，然后根据确定好的形状和尺寸参数绘制打印所采用图片。以如图9所示采用圆环形微针基底单体220的情况为例，此实施例中将微针基底200拆分为两部分微针基底基体210。在一张图片上绘制出微针100的阵列图，另外在其他两张图片上分别绘制出两部分微针基底基体210各自对应的微针基底单体220，微针基底单体220的形状为圆环形，两部分微针基底基体210上的微针基底单体220能够组成完整的微针基底200的形状。

此步骤中，图片采用黑白色彩，例如图片基底为黑色，则图片上的微针基底单体220采用纯白色绘制；若图片基底为白色，则图片上的微针基底单体220采用纯黑色绘制，则图片上；图片的格式可采用BMP格式或PNG格式。图片的具体数量根据微针基底200的拆分数量进行设定，此实施例中微针基底200采用两张图片进行两部分微针基底基体210的绘制，能够缩短打印时间，同时拆分为两部分微针基底基体210的打印时间和打印成本最低。

为了保证分时段打印的各部分微针基底基体210能够完全实现嵌合配合，使各部分微针基底基体210上的微针基底单体220能够完美结合形成微针基底200，可对微针基底单体220的尺寸进行优化，使先打印的前一个微针基底基体210上微针基底单体220的圆环宽度大于后打印的一个微针基底基体210上微针基底单体220的圆环宽度，则后打印的微针基底基体210上的微针基底单体220能够与先打印的前一个微针基底基体210上的微针基底单体220形成过盈配合，更利于结合为整体的微针基底200；并且各个微针基底基体210上微针基底单体220的圆环宽度都设定为1mm以内，1mm的尺寸在图片上对应为20像素。

步骤二、将绘制好的黑白图片导入3D打印机中，打印材料选择为光敏树脂。若3D打印机的光源系统采用DLP PRO6500S光机，则对应的打印所绘制黑白图片的尺寸设定为长度1920像素×宽度1080像素，图片的基底颜色设定为黑色；若3D打印机的光源系统采用DLPLightcrafter4500光机，则对应的打印所绘制黑白图片的尺寸设定为长度1140像素×宽度912像素，图片的基底颜色设定为黑色。将绘制的黑白图片导入3D打印机中，设定打印参数和打印时间。微针100的具体打印步骤为本发明中未作改进的现有技术，在此就不再赘述。微针基底基体210所对应每张图片的打印时间设定为0.5～1.2S，其中以0.5S为最佳打印时长；分时段依次打印不同的微针基底基体210，后一个微针基底基体210上微针基底单体220的打印基础为前一个微针基底基体210上相邻微针基底单体220之间的间隙，分时段打印完毕后得到完整的整体微针基底200。

步骤三、打印成品出模。最终成品微针片的微针基底200保持平整，微针基底200的边缘未出现起翘发卷的现象，采用微针片进行送药工作时，微针基底200能够紧密贴合在人体皮肤表面，微针100能够完全刺入人体皮肤内将负载药物送入。

本发明还公开了采用上述一种微针片的打印方法所制备的微针片。