CN111136841B - 一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具 - Google Patents
一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具，所述制备方法包括：将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具；将融化的水凝胶溶液倒入至PDMS模具中，水凝胶溶液在PDMS模具中形成水凝胶微针；在水凝胶处于液态时，将多孔的基板盖在水凝胶微针的背面，让水凝胶溶液渗入基板的孔洞中；待水凝胶冷却凝固之后将PDMS模具取下，得到待收缩的水凝胶微针；在低温干燥的环境中冷却一周左右将水凝胶微针风干收缩，从而得到水凝胶微针模具。本发明对已有的微针模具进行再加工，经过水凝胶风干收缩后得到微针模具，通过该微针模具能够加工出足够小尺寸、强壮及尖锐形状的微针，有效的降低了微针生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具。
背景技术
目前市面上销售的微针产品主要是通过拉丝工艺生产的，其微针形状较差、强度较低、并且针尖的弧度较大，难以真正的穿刺皮肤。同时由于拉丝工艺本身的限制，形状并不可控。
当然还可以通过模板翻模来加工微针，模板翻模目前最稳定最廉价的实现方式，该微针的性能主要由微针模板的形状所决定，因此基于模具加工的具体流程和工艺（主要有车床加工、3D打印和半导体薄膜工艺），可以实现各种形状和尺寸的微针，但是微针模板的制作受到多方面的限制，比如说微针尺寸、微针形状。
当然为了能够获得足够小尺寸的微针，可以通过薄膜工艺，比如光刻和离子蚀刻等方式获得几百微米尺寸的微针结构。但是基于薄膜工艺的特性，微针的形状往往不够理想，不能形成稳定又尖锐的3D微针形状，同时生产的成本也偏高。
此外为了能够获得足够好的微针形状，一般可以通过车床加工或者3D打印的方式获得。但是这样的微针尺寸一般比较大、分辨率也比较低，只有大概轮廓的由方块构成的几何形状，很难满足对于皮肤的无痛穿刺的需求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供了一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具，通过对大尺寸模具的再加工后，能够得到满足微针应用需求的微针模具，有效的降低了微针的生产成本。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种水凝胶微针模具的制备方法，其包括：
将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具；
将融化的水凝胶溶液倒入至PDMS模具中，水凝胶溶液在PDMS模具中形成水凝胶微针；
在水凝胶处于液态时，将多孔的基板盖在水凝胶微针的背面，让水凝胶溶液渗入基板的孔洞中；
待水凝胶冷却凝固之后将PDMS模具取下，得到待收缩的水凝胶微针；
在低温干燥的环境中冷却一周左右将水凝胶微针风干收缩，从而得到水凝胶微针模具。
优选地，所述将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具之前还包括：
通过车床加工、3D打印或半导体薄膜工艺得到金属微针模具。
优选地，所述金属微针模具的微针高度为700微米。
优选地，所述金属微针模具的微针形状为三角锥或其他形状。
优选地，所述基板为金属基板。
优选地，所述金属基板为铜泡沫。
优选地，所述水凝胶为琼脂水凝胶。
优选地，所述水凝胶中的水凝胶粉末所占的比例为2%至15%。
优选地，所述水凝胶中的水凝胶粉末所占的比例为15%。
本发明还提供了一种水凝胶微针模具，其通过上述所述的水凝胶微针模具的制备方法制造而成。
与现有技术相比，本发明所提供的一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具具有以下有益效果：
对已有的微针模具进行再加工，经过水凝胶风干收缩后得到微针模具，通过该微针模具能够加工出足够小尺寸、强壮及尖锐形状的微针，有效的降低了微针生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种水凝胶微针模具的制备方法的流程示意图。
图2是本发明一种水凝胶微针模具的制备方法的金属微针模具图。
图3是本发明一种水凝胶微针模具的制备方法的不同比例的水凝胶收缩的状态图。
图4是本发明一种水凝胶微针模具的制备方法中的15%水凝胶时的水凝胶微针图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明实施例提供了一种水凝胶微针模具的制备方法，如图1所示，其包括：将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具；将融化的水凝胶溶液倒入至PDMS模具中，水凝胶溶液在PDMS模具中形成水凝胶微针；在水凝胶处于液态时，将多孔的基板盖在水凝胶微针的背面，让水凝胶溶液渗入基板的孔洞中；待水凝胶冷却凝固之后将PDMS模具取下，得到待收缩的水凝胶微针；在低温干燥的环境中冷却一周左右将水凝胶微针风干收缩，从而得到水凝胶微针模具。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）这是一种有机硅类的聚合物，得到了非常频繁和广泛的使用。PDMS是线性聚合物，其分子量极高并呈液态，但是其可以互相结合，并因此具有弹性特性。PDMS还是一种几乎为惰性并具有高抗氧化性的聚合物，其同样可以在有机电子领域中用作电绝缘体（微电子或者聚合物电子），还可用于生物微分析领域。
本发明并不致力于直接制作出微针模具，而是对已有微针模具的一种再加工的工艺，使最后获得的微针同时满足足够小的尺寸、足够强壮和尖锐的形状。
进一步的，所述将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具之前还包括：通过车床加工、3D打印或半导体薄膜工艺得到金属微针模具。
如图2所示，所述金属微针模具的微针高度为700微米，所述金属微针模具的微针形状为三角锥或其他形状，比如说圆锥形等等。
图2是扫描电镜照片显示的通过车床加工的金属微针模具图，其微针高度为700微米，这样尺寸的位置其本身并不能直接用于微针应用。实际上任何工艺得到的微针模具（3D打印或者半导体薄膜工艺）都可以通过该方式再加工。该图中的微针形状为三角锥，左右相邻两个三角锥之间的宽度为300微米左右，前后相邻两个三角锥之间的宽度为200微米左右。当然所述金属微针模具的微针高度可以根据所需制造的微针来设定为其他的尺寸。
微针的形状还可以为其他形状，在3D打印的工艺中任何形状的微针都可以通过本工艺收缩得到更下尺寸的微针。
进一步的，所述基板为金属基板，所述金属基板优选为铜泡沫。当然也可以为其他的泡沫板，比如说软的泡沫材料等，这里并不要求这些泡沫材料的硬度。
水凝胶在风干收缩的过程中，不但表面的3D微结构会收缩，整块水凝胶的也会收缩卷曲，非平整的水凝胶无法用于后续的翻模。因此，需要让水凝胶附着在一块可以固定水凝胶的基板上，这样水凝胶在风干的过程中就不会卷曲，而是平整且紧致的贴服在基板上。这样最后得到的平整模板才可以用于后续的翻模。
优选铜泡沫的原因是：由于水凝胶本身冷却凝固之后表面一般是比较光滑的，无法跟普通的基板粘附在一起，因此需要一个多孔的基板，让水凝胶完全渗透进孔洞，这样风干之后水凝胶就会贴服在平整的金属泡沫表面，形成平整的模具。当然铜泡沫也可以替换为其他多孔平板基板。
进一步的，本申请所用的水凝胶可以为琼脂水凝胶。当然在金属微针模具和足够硬度的金属基板确定的情况下的，该琼脂可以被任何其他水凝胶代替。
进一步的，所述水凝胶中的水凝胶粉末所占的比例为2%至15%，优选为15%。
即使是同样形状的水凝胶，当水凝胶本身粉末的比例不同时，不但影响风干之后的收缩比例，同时也决定最后的形状。因此需要给出一个水凝胶比例的下限，当比例低于这个下限时，风干收缩后的水凝胶就不再能维持原先的形状了。
水凝胶风干的过程中体积会大大的减少，一般可以减少到原先的10%左右甚至更高，如此大的收缩比例，有可能导致原先的形状不可维持。而影响最后形状的参数不只是水凝胶本身的比例，同时还有风干的速度，一般来说越低的风干速度，得到的风干形状越稳定可控。
水凝胶中的水凝胶粉末比例对于水凝胶微针的最后收缩形状具有很大的影响。由于水凝胶粉末在水凝胶中本身占的比例很低，大约在0.5%到15%左右，因此在水分完全蒸发的情况下将会有极大程度的收缩。而太大的收缩比例将会使得收缩之后无法维持原先的形状，不同水凝胶比例的收缩结果图3所示。对于所有比例的水凝胶，风干收缩前都是如图2中700微米高的微针。对于2%的水凝胶，由于收缩了98%的体积，最后的形状已经无法维持金字塔的形状；对于8%的水凝胶，收缩之后勉强可以分辨出金字塔的形状，但是最后还是会弯曲；对于15%的水凝胶，会收缩到原先的大概七分之一，高度为200微米左右，满足皮肤无痛穿刺的要求，形状良好，针尖的弧度足够小。图4为15%水凝胶微针的其他照片。
本发明还提供了一种水凝胶微针模具，其通过上述所述的水凝胶微针模具的制备方法制造而成。
通过该水凝胶微针模具加工出来的水凝胶微针既能有非常好的微针形状（即尖锐又粗壮），又能保证相应的微小尺寸，满足皮肤的无痛穿刺要求。
综上所述，本发明公开了一种水凝胶微针模具的制备方法及水凝胶微针模具，所述制备方法包括：将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具；将融化的水凝胶溶液倒入至PDMS模具中，水凝胶溶液在PDMS模具中形成水凝胶微针；在水凝胶处于液态时，将多孔的基板盖在水凝胶微针的背面，让水凝胶溶液渗入基板的孔洞中；待水凝胶冷却凝固之后将PDMS模具取下，得到待收缩的水凝胶微针；在低温干燥的环境中冷却一周左右将水凝胶微针风干收缩，从而得到水凝胶微针模具，通过对已有的微针模具进行再加工，经过水凝胶风干收缩后得到微针模具，通过该微针模具能够加工出足够小尺寸、强壮及尖锐形状的微针，有效的降低了微针生产成本。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水凝胶微针模具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过车床加工、3D打印或半导体薄膜工艺得到金属微针模具；
将金属微针模具通过PDMS翻模得到具有微针孔洞的PDMS模具；
将融化的水凝胶溶液倒入至PDMS模具中，水凝胶溶液在PDMS模具中形成水凝胶微针；
在水凝胶处于液态时，将多孔的基板盖在水凝胶微针的背面，让水凝胶溶液渗入基板的孔洞中；
待水凝胶冷却凝固之后将PDMS模具取下，得到待收缩的水凝胶微针；
在低温干燥的环境中冷却一周左右将水凝胶微针风干收缩，从而得到水凝胶微针模具；
所述水凝胶中的水凝胶粉末所占的比例为15%，对含有15%水凝胶粉末的水凝胶，水凝胶微针风干时会收缩到原先的七分之一，高度为200微米，满足皮肤无痛穿刺的要求，形状良好，针尖的弧度足够小。
2.根据权利要求1所述的水凝胶微针模具的制备方法，其特征在于，所述金属微针模具的微针高度为700微米。
3.根据权利要求2所述的水凝胶微针模具的制备方法，其特征在于，所述金属微针模具的微针形状为三角锥或其他形状。
4.根据权利要求1所述的水凝胶微针模具的制备方法，其特征在于，所述基板为金属基板。
5.根据权利要求4所述的水凝胶微针模具的制备方法，其特征在于，所述金属基板为铜泡沫。
6.根据权利要求1所述的水凝胶微针模具的制备方法，其特征在于，所述水凝胶为琼脂水凝胶。
7.一种水凝胶微针模具，其特征在于，所述水凝胶微针模具通过权利要求1-6任一项所述的水凝胶微针模具的制备方法制造而成。
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| CN111136841A (zh) | 2020-05-12 |
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