CN114211699A - 一种高分子微针的制备模具及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高分子微针制备模具及制备方法，属于高分子材料成型领域。在微针成型过程中，熔融的高分子材料通过注射孔压到微针成型孔里，空气会随着熔融料的注入通过联通微针成型孔的排气孔，将空气排出，获得高质量的微针。由于不需要提前对模具抽真空，工艺简单，适合工业化批量生产。通过将基底提前置于注料模和所述微针成型模之间，在熔融的微针材料通过基底压入微针成型孔的过程中，可以利用熔融料的温度对基底的部分区域进行软化，使得微针材料和基底材料进行融合，进而使微针主体牢固的成型在基底上。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料成型领域，尤其涉及一种高分子微针的制备模具及制备方法。
背景技术
微针阵列是一种尺寸为微米级别的微小阵列，当微针具有足够的长度和机械强度，其能使刺破皮肤角质层，在皮肤表面形成给药通道，使药物到达皮肤指定深度，并进入皮下的毛细管网被吸收最终实现治疗目的。微针阵列可以快速穿透皮肤，具有微量、安全、高效的优点，控制微针长度，在治疗上减少病人的痛苦、达到无痛感。同时微针涉及到我们日程生活中的各个领域，包括医疗器械产业、宠物医疗产业、医疗金融产业、体检与健康咨询产业、医疗电商产业、药物研发与制造产业、专科及综合医院产业，其直接涉及的载体包括糖尿病、心脏病等药物载体、疫苗载体、美容药物载体，紧急医疗药物载体等。
由于药品和疫苗的研发、上市周期较长，不少企业开始将目光转至一些研发周期较短的市场，比如消费医疗领域，常见的有微针植发、微针美容等。在某种程度上人体皮肤屏障在抵御外界刺激的同时也会把很多的有效成分直接挡在了门外，使其根本无法进入真皮层发挥效用，大多数只能起到附在表皮吸水保湿的作用，直接通过微针刺破的话，所有的有效成分直接全部到达终点，效率明显提高。
目前微针的主要制备方法为先将高分子微针进行熔融，然后倒入模具加热状态下抽真空、冷却。但是目前市场上微针模具上微针孔是封闭的，需要抽真空才能排尽微针孔里面的空气，如果不排尽微针成型孔里面的空气，得到的微针质量差。但是排尽微针成型孔里面的空气，冷却后因为成形孔里面的负压使得微针难以脱模。
发明内容
本申请实施例通过提供一种高分子微针的制备模具及制备方法，提高微针良品率高、简化工艺、实现工业化批量生产。
本申请实施例提供了一种高分子微针的制备模具，所述高分子微针的制备模具包括：
注料模，所述注料模包括注料模本体以及规则分布于所述注料模本体上的多个注射孔，所述注射孔的轴向方向与所述高分子微针制备模具合模方向一致；
微针成型模，所述微针成型模与所述注料模沿所述模具合模方向的投影至少部分重合，所述微针成型模包括成型模本体以及规则分布于所述成型模本体上的多个微针成型孔，所述微针成型孔与所述注射孔一一对应，对应的所述微针成型孔与所述注射孔共轴；以及，
排气模，所述排气模与所述微针成型模沿所述模具合模方向的投影至少部分重合，所述排气模包括排气模本体以及规则分布于所述排气模本体上的多个排气孔，所述排气孔与所述微针成型孔一一对应，对应的所述排气孔与所述微针成型孔共轴。
进一步地，所述注射孔和所述排气孔均为柱体，所述微针成型孔为倒截椎体，所述注射孔的底面形状与所述微针成型孔的顶面形状相同，所述排气孔的顶面形状与所述微针成型孔的底面形状相同。
进一步地，所述注射孔的底面形状和所述排气孔的顶面形状均为圆形，所述注射孔的直径b和所述排气孔的直径a之间存在以下关系：
a＝0.03～0.06b；
所述注射孔的直径b和所述倒截椎体的高度h之间存在以下关系：
b＝0.63～0.83h。
进一步地，所述注料模、所述微针成型模和所述排气模是金属材质，所述注射孔、所述微针成型孔以及所述排气孔通过皮秒激光、飞秒激光以及切削的方式加工得到。
本申请实施例提供了一种高分子微针的制备方法，所述方法包括：
步骤S1：对注料模、微针成型模和排气模进行预热；
步骤S2：所述微针成型模和所述排气模进行合模；
步骤S3：将基底置于所述注料模和所述微针成型模之间，所述注料模、所述微针成型模进行合模；
步骤S4：将熔融的高分子材料通过所述注料模的注射孔注入到所述微针成型模的微针成型孔和所述排气孔，所述微针成型孔注满熔融高分子材料后停止注料。
进一步地，所述基底的厚度为1um-2000um。
进一步地，所述基底为通用塑料、工程塑料薄膜、纤维布中的一种或者多种的组合。
进一步地，所述基底上布置有多个通孔，所述通孔与所述微针成型孔对应布置，所述通孔的直径c＝0.75～0.85b。
进一步地，所述高分子材料包括PLA、PC、PA、PMMA、PP、LCP、POM、PEEK、PPS、PHA、PCL、PEAT、PBS、ABS、PVC、PCTA、PCTG、PEI、PES、PPA、PPE、PPO、PPS、透明质酸等高分子材料中的一种或多种。
进一步地，所述倒截椎体的高度h和所述注射孔之间的最小间距d之间存在以下关系：d＝1.35～1.45h。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、在微针成型过程中，熔融的高分子材料通过注射孔压到微针成型孔里，空气会随着熔融料的注入通过联通微针成型孔的排气孔，将空气排出，获得高质量无气泡的微针。由于不需要提前对模具抽真空，工艺简单，适合工业化批量生产。
2、通过将基底提前置于注料模和所述微针成型模之间，在熔融的微针材料通过基底压入微针成型孔的过程中，可以利用熔融料的温度对基底的部分区域进行软化，使得微针材料和基底材料进行融合，进而使微针牢固的成型在基底上。
附图说明
图1是相关技术中微针和基底一体成型的微针结构图；
图2是本发明实施例提供的一种高分子微针制备模具的结构图；
图3是本发明实施例提供一种实施例中高分子微针制备模具合模后示意图；
图4是本发明实施例提供另一种实施例中高分子微针制备模具合模后示意图；
图5是本发明实施例提供实施例中成型的一种高分子微针的结构图。
附图标记：
注料模1、微针成型模2、排气模3、注射孔10、微针成型孔20、排气孔30、基底4、微针本体5、微针部分200、基底部分100
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是相关技术中微针和基底一体成型的微针结构图，如图1所示，微针包括材料相同的微针部分200和基底部分100，微针部分200的末端均连接在基底部分100上方便脱模。但此方法只适合微针材料和基底材料相同的情形，基底材料的选择受到很大的限制。如果微针材料和基底材料不同，则需要在注射时更换材料，微针成型效率和成型质量都会受到影响。若单独成型微针部分200，再在微针部分200末端覆盖粘黏基底材料，则由于基底材料和微针部分200相互独立，连接不紧密，在使用过程中微针部分200容易脱落。
图2是本发明实施例提供的一种高分子微针制备模具的结构图。如图2所示，高分子微针制备模具包括注料模1、微针成型模2和排气模3。
注料模1包括注料模1本体以及规则分布于所述注料模1本体上的多个注射孔10，所述注射孔10的轴向方向与所述高分子微针制备模具合模方向一致；微针成型模2与所述注料模1沿所述模具合模方向的投影至少部分重合，所述微针成型模2包括成型模本体以及规则分布于所述成型模本体上的多个微针成型孔20，所述微针成型孔20与所述注射孔10一一对应，对应的所述微针成型孔20与所述注射孔10共轴；排气模3与所述微针成型模2沿所述模具合模方向的投影至少部分重合，所述排气模3包括排气模3本体以及规则分布于所述排气模3本体上的多个排气孔30，所述排气孔30与所述微针成型孔20一一对应，对应的所述排气孔30与所述微针成型孔20共轴。
在微针成型过程中，熔融的高分子材料通过注射孔10压到微针成型孔20里，空气会随着熔融料的注入通过联通微针成型孔20的排气孔30，将空气排出，获得高质量无气泡的微针。由于不需要提前对模具抽真空，工艺简单，适合工业化批量生产。
可选地，注料模1、微针成型模2和排气模3可以是金属材质，注射孔10、微针成型孔20以及排气孔30可以通过皮秒激光、飞秒激光以及切削的方式加工得到。
图3是本发明实施例提供的一种高分子微针制备模具合模后示意图。如图3所示，在一些实施例中，所述注射孔10和所述排气孔30均为柱体，所述微针成型孔20为倒截椎体，所述注射孔10的底面形状与所述微针成型孔20的顶面形状相同，所述排气孔30的顶面形状与所述微针成型孔20的底面形状相同。
可选地，所述注射孔10的底面形状和所述排气孔30的顶面形状均为圆形，可以避免空气在角落堆积，不易排尽而造成的微针缺陷。
具体地，所述注射孔10的直径b和所述排气孔30的直径a之间存在以下关系：a＝0.03～0.06b；所述注射孔10的直径b和所述倒截椎体的高度h之间存在以下关系：b＝0.63～0.83h。
满足上述条件，可以使微针成型孔20有合适的锥度，让熔融料以合适的速度填充微针成型孔20的空腔，便于空气排出。
本申请还公开了一种高分子微针的制备方法，适用于前述的高分子微针制备模具。所述方法包括：
步骤S1：对注料模1、微针成型模2和排气模3进行预热；
步骤S2：所述微针成型模2和所述排气模3进行合模；
步骤S3：将基底4置于所述注料模1和所述微针成型模2之间，所述注料模1、所述微针成型模2进行合模。
步骤S4：将熔融的高分子材料通过所述注料模1的注射孔10注入到所述微针成型模2的微针成型孔20和所述排气孔30，所述微针成型孔20注满熔融高分子材料后停止注料。
通过将基底4提前置于注料模1和所述微针成型模2之间，在熔融的微针材料通过基底4压入微针成型孔20的过程中，可以利用熔融料的温度对基底4的部分区域进行软化，使得微针材料和基底材料进行融合，进而使微针主体牢固的成型在基底4上。
图4是本发明实施例中成型的一种高分子微针的结构图，如图4所示，熔融料和基底材料进行融合，本发明成型的微针本体5与基底4结合紧密，阵列美观，适用于工业化微针注塑制备。
可选地，所述基底的厚度为1um-2000um。所述基底可以为通用塑料、工程塑料薄膜、纤维布中的一种或者多种的组合，由于不受微针材料的限制，基底材料的选择范围更宽，可以制作柔性基底微针阵列、硬质基底微针阵列。
可选地，如图3所示，在一些实施例中，对于熔点较低或较薄的基底材料，可以不开孔，直接利用熔融料的温度融化基底4，将熔融料透过基底4压入微针成型孔20成型，使得熔融料和基底材料更好的融合。
如图4所示，在另一些实施例中，对于熔点较高或较厚的基底材料，可以在基底4上开孔。具体地，所述基底4上布置有多个通孔，所述通孔与所述微针成型孔20对应布置，所述通孔的直径c＝0.75～0.85b，使得基底4上孔的边缘被熔融料包裹软化，进一步提高微针在基底上的牢固程度。
可选地，所述微针材料为高分子材料，所述高分子材料包括PLA、PC、PA、PMMA、PP、LCP、POM、PEEK、PPS、PHA、PCL、PEAT、PBS、ABS、PVC、PCTA、PCTG、PEI、PES、PPA、PPE、PPO、PPS、透明质酸等高分子材料中的一种或多种。
可选地，所述倒截椎体的高度h和所述注射孔10之间的最小间距d之间存在以下关系：d＝1.35～1.45h，可以在保证效率的前提下，避免熔融料的温度集中融化全部基底，造成基底翘曲。
以下结合实施例作具体说明。
实施例1
将注料模、蚕丝纤维布、微针成型模以及气孔模按照顺序依次合模。取POM-K于烧杯中在烘料机中100℃烘料3h并抽真空排除融熔料中空气。然后将POM-K熔融，然后从注料模中均匀注入，待微针成型孔中注满熔融POM-K后停止注料，然后去除注料模和气孔模，冷却脱模得到柔性基底的POM-K微针阵列。
实施例2
将注料模、0.1mm厚的PET带孔薄膜、微针成型模以及气孔模按照顺序依次合模。取市售PC置于烘料机中120℃烘料4h并抽真空排除融熔料中空气，在320℃将PC熔融，然后将熔融料从注料模中均匀注入，待微针成型孔中注满熔融PC后停止注料，然后去除注料冷却后去掉注料模和气孔模，然后脱模得到柔性基底的P0M-K微针阵列。
实施例3
将注料模、0.01mm厚的尼龙布、微针成型模以及气孔模按照顺序依次合模。取市售PLA置于烘料机中100℃烘料2h，然后160℃熔融，熔融料从注料模中均匀注入，待物料从气孔中注出时停止注料，然后去除注料模，冷却后再去除气孔模，，然后脱模得到柔性基底的PLA微针阵列。
实施例4
将注料模、0.05mm厚无孔PC模、微针成型模以及气孔模按照顺序依次合模。将改性PCL置于烘料机中100℃烘料30min然后熔融并抽真空排除融熔。然后将熔融PCL然后从注料模中均匀注入，待微针成型孔中注满熔融PCL后停止注料，然后去除注料模和气孔模，冷却脱模得到柔性基底的PCL微针阵列。
将注料模、0.01mm厚的尼龙布、微针成型模以及气孔模按照顺序依次合模。置于烘料机中50℃烘料30min，将模具以及PCL置于真空烘箱中100℃加热8min，将熔融的PCL倒入已经预热的模具成型件中(模具成型件下方有模具阻隔件)，然后将物料无模具置于真空烘箱中，100℃抽真空加热10min，冷却后将模具阻隔件替换成模具气层件，然后从模具气层件中注入高压空气，脱模得到PCL微针阵列。
结果对比
随机取四组实施例中面膜中局部部分，分别进行大鼠离体皮肤穿刺实验(大鼠离体皮肤穿刺后用甲基蓝渗透，观察穿刺微细孔道受否残留甲基蓝)，实验结果如下图2-4以及下表所示。
大鼠离体皮肤穿刺实验
测试结果显示四个实施例中个微针阵列具有非常好的破皮效果，在大鼠皮肤中没有断裂的微针残留。同时实施例中微针阵型好，微针尖锐。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高分子微针的制备模具，其特征在于，所述高分子微针的制备模具包括：
注料模，所述注料模包括注料模本体以及规则分布于所述注料模本体上的多个注射孔，所述注射孔的轴向方向与所述高分子微针制备模具合模方向一致；
微针成型模，所述微针成型模与所述注料模沿所述模具合模方向的投影至少部分重合，所述微针成型模包括成型模本体以及规则分布于所述成型模本体上的多个微针成型孔，所述微针成型孔与所述注射孔一一对应，对应的所述微针成型孔与所述注射孔共轴；以及，
排气模，所述排气模与所述微针成型模沿所述模具合模方向的投影至少部分重合，所述排气模包括排气模本体以及规则分布于所述排气模本体上的多个排气孔，所述排气孔与所述微针成型孔一一对应，对应的所述排气孔与所述微针成型孔共轴。
2.如权利要求1所述高分子微针的制备模具，其特征在于，所述注射孔和所述排气孔均为柱体，所述微针成型孔为倒截椎体，所述注射孔的底面形状与所述微针成型孔的顶面形状相同，所述排气孔的顶面形状与所述微针成型孔的底面形状相同。
3.如权利要求2所述高分子微针的制备模具，其特征在于，所述注射孔的底面形状和所述排气孔的顶面形状均为圆形，所述注射孔的直径b和所述排气孔的直径a之间存在以下关系：
a＝0.03～0.06b；
所述注射孔的直径b和所述倒截椎体的高度h之间存在以下关系：
b＝0.63～0.83h。
4.如权利要求1-3任一项所述高分子微针的制备模具，其特征在于，所述注料模、所述微针成型模和所述排气模是金属材质，所述注射孔、所述微针成型孔以及所述排气孔通过皮秒激光、飞秒激光以及切削的方式加工得到。
5.一种高分子微针的制备方法，适用于权利要求1～4所述的高分子微针制备模具，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：对注料模、微针成型模和排气模进行预热；
步骤S2：所述微针成型模和所述排气模进行合模；
步骤S3：将基底置于所述注料模和所述微针成型模之间，所述注料模、所述微针成型模进行合模；
步骤S4：将熔融的高分子材料通过所述注料模的注射孔注入到所述微针成型模的微针成型孔和所述排气孔，所述微针成型孔注满熔融高分子材料后停止注料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基底的厚度为1um-2000um。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基底为通用塑料、工程塑料薄膜、纤维布中的一种或者多种的组合。
8.如权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述基底上布置有多个通孔，所述通孔与所述微针成型孔对应布置，所述通孔的直径c＝0.75～0.85b。
9.如权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高分子材料包括PLA、PC、PA、PMMA、PP、LCP、POM、PEEK、PPS、PHA、PCL、PEAT、PBS、ABS、PVC、PCTA、PCTG、PEI、PES、PPA、PPE、PPO、PPS、透明质酸等高分子材料中的一种或多种。
10.如权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，倒截椎体的高度h和所述注射孔之间的最小间距d之间存在以下关系：d＝1.35～1.45h。
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