CN117813129A - 微针装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于接合表面的微针装置100，该装置100包括：壳体104，壳体104包括插口106；以及在插口106内可移动的微针设备102，微针设备102包括基本球形的基底102a和从基底102a上伸出的多个微针102b，微针设备102被配置为在插口106内移动，并以三维移动抵接表面，以便在使用时，多个微针102b与表面接合。此外，还提供了一种接合表面的方法，例如通过使用微针装置100。

Description

微针装置

技术领域

本公开涉及一种用于接合表面的微针装置。

背景技术

与其他给药途径相比，通过透皮和/或局部给药途径将治疗和化妆品成分等物质输送到皮肤表面具有多种优势：(i)绕过首过代谢、胃肠道刺激和降解，(ii)非侵入性，(iii)自我给药。然而，这一途径受到角质层和紧密连接等吸收屏障的限制，阻碍了外来物质和治疗药物的渗透。具有适当亲脂性的治疗药物(<500Da)在皮肤中的吸收率极低。大分子量治疗剂和化妆品成分(如大分子、肽、胰岛素、疫苗等)的输送具有挑战性，大多数护肤品也面临这一限制。使用微针可以克服皮肤屏障，创造微小的通道，促进活性成分的吸收和/或定位和/或分布。

传统的微针设备包括但不限于微针贴片、微针印章、真皮滚筒和真皮笔，它们都能增强皮肤渗透。不过，这些设备也有局限性，比如大多只适用于平面。在某些皮肤部位使用这些设备可能会导致插入不完全，从而导致给药效率低且不均匀。相比之下，真皮滚筒可用于曲面，但其移动受到单维滚动的限制。此外，真皮滚筒很难触及某些皮肤表面，如眼睑。此外，重复使用也是造成感染的原因。真皮笔可用于小面积皮肤，利用针头沿针轴对皮肤的垂直振动有效穿刺皮肤。不过，在使用过程中，需要将真皮笔垂直放在皮肤表面，并沿着皮肤轮廓缓慢移动，以防止皮肤上出现水平切口/损伤。因此，真皮笔在皮肤表面的移动受到限制，不像真皮滚筒那样平滑灵活。

因此，需要一种更好的微针装置。

发明内容

本公开旨在解决这些问题，和/或提供一种改进的微针装置。

根据第一方面，提供了一种用于接合表面的微针装置，该装置包括：

-壳体，包括插口；以及

-微针设备，在插口内可移动，微针设备包括基本球形的基底和从所述基底伸出的多个微针，

其中，微针设备被配置为在插口内以三维运动的方式相对于表面移动，以便在使用时，多个微针与表面接合。

根据第二方面，提供了一种套件，该套件包括根据第一方面所述的装置和物质、混合物或配方。

根据第三方面，提供了一种接合表面的方法，该方法包括：

-处理微针装置，该微针装置包括具有插口的壳体；

-以三维移动方式在插口内移动微针设备并使其抵接表面，微针设备包括基本球形的基底和从基底伸出的多个微针；以及

-通过多个微针接合表面。

附图说明

为了使本公开内容得到充分理解并易于付诸实践，现在仅以非限制性示例的方式对示例性实施例进行描述，描述将参照附带的说明性附图。

图1示出了一种微针装置的示例性实施例的示意图。

图2示出了一种用于将微针设备固定在插口中并允许微针设备在三维方向移动的磁性固定机构的示意图。

图3示出了一种使用粘合层或支撑层将微针设备固定在插口内，并允许微针设备在三维方向上移动的化学和物理固定机构的示意图。

图4示出了微针装置的示例性实施例的示意图，该装置包括多个插口，其中多个插口中的每个插口中都固定有一个微针设备，该微针设备具有基本球形的基底，并包括从基底伸出的多个微针。

图5示出了一种机械固定机构的示意图，以及将微针设备固定在插口内并允许微针设备在三维方向移动的数学参数。

具体实施方式

总的来说，本公开涉及如图1所示的用于接合表面的微针装置100及其用途。

根据本公开的各种实施例，微针装置100具有许多优点。例如，微针装置100可以有效地用于任何区域或表面，并可沿任何方向在皮肤上滚动。这与传统的微针装置不同，传统的微针装置仅限于在某些皮肤表面和区域使用，而且只能进行一维运动(如微针贴片或微针印章，只能向下按压)或二维运动(如真皮滚筒，向下按压并向一个方向滚动)。微针设备102可以向下按压，并在表面任意方向滚动，从而实现三维运动。微针装置100的形状可以是钢笔、手柄、手写笔或任何手持设备。

根据本公开的各种实施例，如图1所示，提供了一种用于接合表面的微针装置100。

在一特定的实施例中，使用时，多个微针102b在表面上形成开口。

在一特定的实施例中，物质、混合物或配方可随后通过开口输送到表面。在一特定的实施例中，使用时，微针设备102可以通过开口向表面输送物质。这样，微针装置100就可以将治疗剂和/或美容剂等物质输送到皮肤等表面。就本公开而言，物质可包括化合物、混合物或其配方。

在一特定的实施例中，装置100可以包括合适的传感器，这些传感器可以被配置为检测表面的一种或多种特性，例如，表面电性能，包括但不限于电阻率、导电性；表面化学性能，包括但不限于pH值、酸度；表面物理性能，包括但不限于压力、表面粗糙度、硬度、附着力、摩擦力、杨氏模量或它们的组合。装置100可用于检测表面上和/或表面下的主体特性，和/或表面上和/或表面下的物质特性，例如密度、物质浓度、物质的化学或热力学活性、主体电阻率或导电性、主体pH值、主体压力、电容等。装置100可用于检测体液特性或血液特性，包括但不限于生物标记物、酶、葡萄糖、其中物质的化学活性、pH值、电解质、血气等。

装置100包括壳体104，壳体104包含插口106，以及在插口106内可移动的微针设备102。微针设备102包括基本球形的基底102a和从基底伸出的多个微针102b。微针设备102被配置为在插口106内以三维运动方式贴着表面移动，以便在使用时，多个微针102b与表面接合，或在表面上形成开口，从而可以通过开口将物质、混合物或配方输送到表面。

壳体104可以是任何合适的形状和大小，以便用户在使用微针装置100时握住。例如，壳体104可以是细长的、锥形的、弯曲的、对称的、不对称的，或者是它们的任意组合。壳体104可以是圆柱体，也可以是直径不同的圆柱体组合，一端通过平滑接头相互连接。在一特定方面，壳体104可以是圆柱体的，也可以包括多个圆柱体，这些圆柱形体在各自的两端相连。例如，壳体104的高度可以是0.1-50厘米。装置100可以包括壳体盖108，用于关闭壳体104。

微针装置100包含插口106，用于固定微针设备102。插口106可提供固定机构，以支持微针设备102的一维、二维或三维运动。插口106可以是任何合适的空心/凹面构件，也可以是微针装置可以插入的空腔。装置100还包括插口环110，用于将微针设备102固定在插口106上。例如，插口106可以是球形插口。插口106可以是具有一个或多个内部开口的外部主体。一个或多个内部开口可以以凹陷的方式大致呈球形，以容纳大致呈球形的基底102a。一个或多个内部开口的开启角度可达180°。插口106可以由任何合适的材料制成，包括但不限于金属、金属合金、金属氧化物、聚合物、纤维素、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶、木材、碳基材料、硅基材料、聚合物基材料、无机或有机材料、复合材料、共轭物或它们的组合。

微针设备102包括基本球形的基底102a和从基底102a上伸出的微针102b。在一特定的实施例中，微针设备102用于接合表面以在表面上形成开口，例如穿透表面，表面可以是皮肤、组织或粘膜或其他生物膜或其他表面。微针装置100可用于局部给药、粘膜给药、透皮给药，如治疗剂和/或美容剂等物质。在使用时，微针设备102在插口106内运动并贴着表面做三维运动，因此可用于在涂抹物质之前、期间或之后，在表面内部和/或表面上形成开口，如微孔、微擦伤。开口便于将物质输送到表面。

就本公开而言，治疗剂或美容剂可以是对施用对象产生治疗、预防或美容效果的任何物质。任何合适的治疗剂和/或美容剂都可用于本公开的目的。例如，治疗剂可以是但不限于麻醉剂、镇痛剂或止痛剂，如利多卡因、四卡因、苯佐卡因、双氯芬酸、氯胺酮、咪达唑仑、丙泊酚、抗炎剂、抗氧化剂、氨基酸、胺、酰胺、酸、保护剂或再生剂、抗增殖剂、抗癌剂、生长因子、生物药物、RNA、DNA、肽、蛋白质、脂蛋白或它们的组合、肽、蛋白质、脂蛋白或它们的组合，美容剂可以是但不限于透明质酸、拉皮素、胶原蛋白、肽、维生素、外泌体、分泌物、天然或合成的衍生囊泡、护肤活性化合物、保湿剂、再生剂、嫩肤剂或抗衰老剂、油、神经酰胺、脂类、脂类衍生物或它们的组合。特别是，治疗剂可以是局部、表皮、皮肤、粘膜或透皮给药的药物、提取物、分子或混合物。就本公开而言，配方可以是各种成分的任意组合，也可以是用于任何特定目的的化学物质混合物。

就本公开而言，一维、二维或三维运动分别是指在直线、平面或空间上的运动。一维运动的例子是在直线上的运动，二维运动的例子是在平面上的运动，三维运动的例子是在没有任何限制的空间中的运动。在受固定直线约束的空间中的运动是一维运动，在受固定平面约束的空间中的运动是二维运动。在没有任何限制的空间中的运动是三维运动，或者说是多方向运动。

举例来说，微针设备102相对于表面的三维运动可包括涌动(在平行于表面的X轴上向前和/或向后运动)、摆动(在平行于表面且垂直于X轴的Y轴上向左和/或向右运动)、起伏(在垂直于表面或XY平面的Z轴上向上和/或向下运动)、滚动(在X轴上从一侧到一侧倾斜)、俯仰(在垂直于表面或XY平面的Z轴上向前和/或向后运动)、倾斜(在垂直于表面或XY平面的Z轴上向上和/或向下运动)、滚动(在X轴上左右倾斜)、俯仰(在Y轴上向前和/或向后倾斜)、偏航(在Z轴上左转和/或右转)和/或其组合。微针设备102可以具有很强的皮肤穿透力，并且可以在一维、二维或三维范围内轻松移动。特别是，微针设备102可以容易地沿着表面进行三维滚动。因此，微针装置100可以容易地在皮肤上使用，不受皮肤表面、皮肤状况甚至微针设备102移动方向的限制。这样，微针装置100就能让用户轻松地在皮肤的各个部位，甚至是难以触及的部位进行微针。

微针设备102可与插口106连为一体，无法取下。或者，微针设备102可以从插口106上拆卸或可拆卸地连接到插口106上。微针设备102可以与插口106分离，以便于更换或替换。微针设备102可溶解。这样，用户就可以在每次使用设备100之前或之后方便地更换微针设备102。插口106可以是可拆卸、可更换和/或可重复使用的。因此，微针设备102可能只适合一次性使用。这样，就不会出现使用后清洁不当的问题，从而消除了污染和感染的风险。还可以保持微针设备102的无菌状态。微针设备102也可以使用独立的无菌包装保持无菌。由于使用后可以进行处理，因此可以防止任何感染风险。在皮肤或粘膜或生物膜等表面使用微针设备102时，微针设备102可在插口106内滚动。

在某些实施例中，微针装置100还包括可连接到壳体104或与壳体104一体化的贮存器，其中贮存器被配置为用于贮存物质、混合物或配方。贮存器可以包含在壳体104中，也可以是与壳体104连接的外部贮存器。这样，微针装置100还可以与现有的护肤产品/容器相连接，这些护肤产品/容器可以包括但不限于各种尺寸和形状的管子或容器。例如，贮存器可以是瓶子、药水瓶、罐子、棍子或管子的形式。微针装置100可以包括适配器，用于将其连接到其他管道/容器。例如，管子/容器可以通过适配器连接到壳体104上。

贮存器可配置为通过插口106将物质分配到微针设备102。微针设备102可包括至少一个与贮存器流体连接的开口，用于从贮存器接收物质。插口106同样与贮存器和微针设备102保持流体连通。因此，插口106可以包括至少一个与贮存器流体连通的开口和/或至少一个与微针设备102流体连通的开口。这样，微针设备102就能通过插口106接收贮存器中的物质。流体连接可以是任何合适的连接，允许物质从贮存器流向微针设备。例如，流体连接可以是通过贮存器和微针设备102上的对齐开口直接连接，也可以是通过管子、管道或任何允许物质通过的合适结构连接。

微针设备102可以将物质输送到表面。特别是，微针设备102的基底102a可以包括孔，配置成将物质通过孔输送到表面，和/或多个微针102b可以配置成将物质通过微针102b输送到表面。微针装置100和/或微针设备102可包括振动元件。例如，振动元件可以是电机、压电元件等。这样，微针设备102就可以在设备100使用时振动，从而促进表面开口的形成，提高物质输送的效果。微针设备102的振动可以采用任何合适的可控频率。频率为每分钟1-200000次。具体来说，频率可以是每分钟100-190000次、每分钟1000-180000次、每分钟2000-170000次、每分钟3000-160000次、每分钟4000-150000次、每分钟5000-140000次、每分钟6000-130000次、每分钟7000-120000次、每分钟8000-110000次、每分钟9000-100000次、每分钟10000-90000次、每分钟15000-85000次、每分钟20000-80000次、每分钟25000-75000次、每分钟30000-70000次、每分钟35000-65000次、每分钟40000-60000次、每分钟45000-55000次。更特别的是，频率可达到每分钟6000-60000次。

在某些实施例中，微针设备102可以包含物质，而不是或除了从贮存器中接收物质。例如，基底102a包括物质。该物质可包括治疗剂和/或美容剂。治疗剂可以是麻醉剂或止痛剂，例如但不限于利多卡因、四卡因、苯佐卡因、双氯芬酸、氯胺酮、咪达唑仑、异丙酚、抗炎剂、抗增殖剂、抗癌剂、生长因子、生物药物、RNA、DNA、肽、蛋白质或它们的组合。美容剂可以是但不限于透明质酸、胶原蛋白、肽、维生素、护肤活性化合物、保湿剂、嫩肤剂或抗衰老剂、油类、脂类、脂类衍生物或它们的组合。特别是，治疗剂可以是局部或透皮给药的活性剂。

微针设备102中的物质可以是任何合适的形式。例如，可以在微针设备102上涂敷、封装、注射或放置物质。涂层可以通过任何合适的方法形成。例如，可以通过(但不限于)喷涂、浸涂、干涂、静电涂覆等方法或它们的组合，在微针设备102上涂覆包含物质的涂层。例如，涂层可以形成在微针设备102的多个微针102b的每个微针上，和/或仅形成在部分微针102b上，和/或形成在微针设备102的基底102a上。涂层可以只形成在微针102b的尖端部分，也可以形成在微针102b的整个表面。

微针设备102可以通过任何合适的固定机构固定在插口106中。特别是，基底102a通过化学、物理、机械、磁性、电机制或其组合被固定在插口106中，以将微针设备102固定在插口106中并支持微针设备102的移动。

在一个实施例中，微针设备102可以机械地固定在插口106中，其中，

n是微针102b的密度，R是插口106的内半径，ρ是微针设备102的质量密度，σ是微针设备102的抗压强度，A是微针102b针尖与插口106的接触面积。机械机构可包括空腔或凹室或任何机械支撑，以将微针设备102固定在其中，从而使微针装置102能够在其中进行一维、二维和三维移动。

在如图2所示的一个实施例中，微针设备102和插口106可以包括磁性材料或磁性层112，也可以全部或部分使用磁性材料制成，磁力会将微针设备102固定在插口106上。例如，微针设备102的基底102a的核心由磁性材料形成。磁性材料可以是铁磁性材料、亚铁磁性材料或顺磁性材料。例如，磁性材料可以是铁、镍、钴、磁铁矿、稀土金属、褐铁矿、铝、铂、它们的合金或它们的组合。

在如图3所示的一个实施例中，插口106可包括用于将微针设备102固定在插口106中的粘合材料或固定材料或固定层114。粘合层或固定层114可以包括任何合适的材料，允许微针设备102在插口106内进行三维运动。粘合材料或固定材料114可以包括任何适合与皮肤接触的粘合剂材料。例如，粘合材料或固定材料114可包括丙烯酸、水胶体、硅酮、水凝胶、粘液、浆糊或它们的组合。

如上所述，微针设备102包括从基底102a上伸出的多个微针102b。微针102b是微伸出或类似微伸出的结构，可以指从基底102a延伸出来的至少在一个维度上具有微尺度任何形状的任何东西。基底102a或基底102a的一部分可以是或包括球体、基本球体形状、立方体、矩形棱柱、三角棱柱、圆柱体、金字塔、圆锥体、环形体、哑铃体、四面体、五面体、六面体、八面体或任何多面体等不规则形状。

类似微伸出结构是指任何包含微伸出的结构。例如，立方晶体可以定义为在4个角上有4个微伸出的类似微伸出结构，星状正八面体或不规则八面体是在8个角上有8个微伸出的类似微伸出结构，而星状正/不规则多面体则是在其相应角上有许多微伸出的类似微伸出结构。

基本球形的基底102a是用于支撑从其上伸出的多个微针102b的主体。就本公开而言，基本球形指的是偏差程度足够小，不会明显影响将基底102a识别为球形。特别是，术语"基本球形"可包括球形或近似球形的基底。球形或近似球形可包括适合三维打印的基底，其尺寸具有较低的长宽比，避免锯齿状或不规则形状。例如，基本球形的基底102a的长宽比可能≤4。特别是，基底102a的长宽比可以≤1.2。长宽比可定义为基底102a的最长尺寸与最短尺寸之比。

基底102a为基本球形或哑铃形或多球形或其组合。

基底102a可以是任何合适的尺寸。例如，基底102a的平均直径可以是0.05-1000毫米。特别是，平均直径可以是0.1-900毫米、0.2-800毫米、0.3-700毫米、0.4-600毫米、0.5-500毫米、1-400毫米、10-300毫米、50-250毫米、100-200毫米。更特别的是，基底102a的直径可以是0.5-50毫米。

基底102a可以由任何合适的材料组成，包括但不限于金属、金属合金、金属氧化物、聚合物、纤维素、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶、木材、碳基材料、硅基材料、聚合物基材料、复合材料或它们的组合。基底102a可以是实心的、空心的，和/或可以具有用于向其中注入物质的开口，和/或可以在基底外部具有孔，以方便向表面输送物质。

基底102a可进一步包含合适的添加剂，以改善功能特性或提高设备功能。例如，添加剂可以是提高微针102b机械强度的材料。特别是，添加剂可以是水凝胶、盐、磷酸钙、碳酸钙、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、纳米晶体、纳米颗粒、微粒或它们的组合。

微针设备102包括尺寸和形状合适的多个微针102b。微针102b可以是空心或实心的微针102b。根据一特定方面，多个微针102b中的每个可以具有相同或不同的高度(长度)。特别是，高度可以是一个合适的高度，以达到施用治疗剂或美容剂等物质的目的，但同时也要足够短，以避免接触皮肤神经，从而降低疼痛的可能性，并避免出血的可能性。微针102b的高度还取决于使用微针设备102的表面。例如，多个微针102b中每个微针的平均高度可以是0.1-10000微米。特别是，多个微针102b中每个微针的高度可以是0.1-1微米、0.1-300微米、1-4900微米、100-4800微米、200-4700微米、300-4600微米或400-4500微米、500-4400微米、600-4300微米、700-4200微米、800-4100微米、900-4000微米、1000-3900微米、1100-3800微米、1200-3700微米、1300-3600微米、1400-3500微米、1500-3400微米、1600-3300微米、1700-3200微米、1800-3100微米、1900-3000微米、2000-2900微米、2100-2800微米、2200-2700微米、2300-2600微米或2400-2500微米。更特别的是，高度可以是10-500微米。

多个微针102b的形状可以相同，也可以不同。从基底102a上伸出的多个微针102b可以是针形或包括针形的结构。不过，就本公开而言，微针102b可以不限于具有锥形针尖的针形结构，也可以包括没有锥形针尖的结构。多个微针102b中的每一个都可以是圆锥形或金字塔形，只要它们能够刺穿皮肤、组织或粘膜等表面即可。例如，多个微针102b中的每个微针102b都可以是圆锥形或多边金字塔形，如三角形金字塔、正方形金字塔或其他合适的形状。

微针设备102的微针102b可以间隔设置。例如，微针设备102可以具有适当的微针密度。需要适当的微针密度来实现对皮肤的有效穿刺，并确保微针102b在插口106中移动时不会折断。但是，如果微针密度过高，保持微针102b的强度可能会变得困难。微针设备102的微针102b可以是中空的，和/或微针102b内可以具有开口，以便于向表面输送物质。

微针设备102可以由任何合适的材料制成。微针102b或微伸出可以由与基底102a相同或不同的材料制成，可以可拆卸或固定在基底102a上。例如，微针设备102可以由塑料、水凝胶或有机凝胶、明胶、甲基丙烯酸明胶水凝胶、透明质酸、硅酮、聚合物、糖、玻璃、金属陶瓷、金属合金、金属氧化物和/或复合材料组成。

聚合物可以是任何合适的聚合物。例如，聚合物可以是(但不限于)纤维素、纤维素衍生物、纤维素杂化物、纤维素复合材料、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸酯基共聚物、共聚物、聚酯、聚麦芽三糖、硅基聚合物、沸石蛋白、角蛋白、丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚己内酯、羧甲基纤维素(CMC)或CMC钠、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚左旋乳酸(PLA)、羧甲基纤维素(CMC)或CMC钠、羧甲基纤维素(CMC)或CMC钠、淀粉、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚L-乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸共聚乙醇酸(PLGA)、环烯烃聚合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)或聚乙二醇(PEG)-纤维蛋白原水凝胶。

糖可以是(但不限于)半乳糖、麦芽糖或糊精。

金属、金属合金或金属氧化物可以是但不限于铜、黄铜、铁、氧化铁、镁、锰、银、金、铂、铝、铝氧化物、钴、铬、铬、钴铬、不锈钢、钛、二氧化钛、钽、钯、钯钴合金、镍、镍钛诺、锆或氧化锆。

根据一特定方面，明胶和/或甲基丙烯酸明胶水凝胶中的明胶可以来自：猪、牛、鱼，或它们的组合。特别是，明胶可以来自猪或鱼。更特别的是，明胶是从猪皮或鱼皮中提取的。

微针设备102可以包含适当的添加剂。特别是，明胶、甲基丙烯酸明胶水凝胶、透明质酸和/或聚合物可能包含添加剂。更特别的是，明胶甲基丙烯酸酯水凝胶可以包含合适的添加剂。例如，添加剂可以是机械强化添加剂。特别是，添加剂可以是磷酸钙、碳酸钙、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、量子点、纳米晶体或它们的组合。

在图4所示的某些实施例中，微针装置100可包括一个或多个插口106，每个插口容纳一微针设备102。装置100可包括一个或多个贮存器，用于贮存不同的物质或配方，以满足不同的应用需求。贮存器可以与装置100分离，以便于更换或清洁，也可以永久连接到装置100或装置100的一部分。多种形状或多种图案的一个或多个贮存器可连接到装置100上进行组合处理。可将一种或多种物质或配方装入贮存器，进行组合处理。装置100还可包括一个或多个适配器，以便将装置100连接到外部贮存器，例如墨盒、瓶子或任何容器。一个或多个插口106可以由任何合适的材料组成。例如，一个或多个插口106可以由金属、金属合金、金属氧化物、聚合物、纤维素、陶瓷、玻璃、塑料、橡胶、木材、碳基材料、硅基材料、聚合物基材料、复合材料、混合材料、纳米混合材料或它们的组合组成。

微针装置100可以包括多个插口106和多个微针设备102，其中多个插口106中的每个插口中都固定有一微针设备102，每个微针设备102都包括基本球形的基底102a和从基底102a伸出的多个微针102b，其中每个微针设备102都被配置为在多个插口106中的每个插口106内以三维运动方式移动。在一个实施例中，微针设备102可以包括至少两个插口106和至少两个微针设备102，每个微针设备102被固定在每个插口106中。每个插口106可以具有允许物质流过的一个或多个开口。每个微针设备102都可具有一个或多个开口，以允许物质流过并随后到达表面。

微针装置100可包括一个或多个微针设备102和带有容纳室或容纳空间或容纳机构的支架或手柄，以便在不限制其移动，或在某些空间内部分或完全地不限制其移动的情况下，将微针设备102固定到位。

本公开的微针装置100可用作或用于输送系统、传感系统或收集系统。特别是，装置100可用于通过各种给药途径促进活性成分的吸收，这些途径包括但不限于透皮、经皮、表皮、口腔、舌下、鼻腔、呼吸道、眼部、视网膜、视网膜下、静脉内、术中给药。

微针装置100可包括一个或多个作为贮存器的隔间，用于容纳各种物质或配方，例如活性成分或基本成分或各种成分或物质的配方。在使用微针装置100的过程中，这些隔间可与分配成分的机构相连。在使用过程中，微针设备在表面上滚动，或通过触发器或按钮、触摸传感器、力传感器等触发分配机构。

微针设备102可用于穿透皮肤、组织、粘膜或牙龈。特别是，微针设备102可适用于局部或透皮给药或美容剂。

根据一特定方面，微针102b针尖与插口106内表面之间的动摩擦系数可以≤2。微针102b针尖与插口106内表面之间的静摩擦系数可以≤2。

根据本公开的一些实施例，有一种套件，包括上述微针装置100和物质。该物质可包括一种或多种治疗剂和/或美容剂。治疗剂可以是但不限于麻醉剂或止痛剂，如利多卡因、四卡因、苯佐卡因、双氯芬酸、氯胺酮、咪达唑仑、丙泊酚、抗炎剂、抗增殖剂、抗癌剂、生长因子、生物制剂、核糖核酸、脱氧核糖核酸、肽、蛋白质或它们的组合、美容剂可以是但不限于透明质酸、胶原蛋白、肽、维生素、护肤活性化合物、保湿剂、嫩肤剂或抗衰老剂、油脂、神经酰胺、脂类、脂类衍生物或它们的组合。特别是，治疗剂可以是局部或透皮给药的活性剂。这样，用户就可以方便地将设备与套件中提供的一种或多种治疗剂或美容剂一起使用。该套件可根据特定用户的要求定制。

使用微针装置100与表面接合的方法包括：

-处理微针装置100，微针装置100包括具有插口106的壳体104；

-以三维运动方式在插口106内移动微针设备102并使其抵接表面，微针设备102包括基本球形的基板102a和从基板102a上伸出的多个微针102b；以及

-通过多个微针102b接合表面。

该方法可进一步包括当微针设备102贴着表面移动时，用多个微针102a在表面上形成开口，并通过在表面上形成的开口向表面输送物质。在一个特定的实施例中，可以通过微针设备102进行输送。

该方法可进一步包括检测一种或多种表面特性，包括电阻、导电性、表面压力或它们的组合。该方法还可包括检测一种或多种物质特性，包括密度、pH值、压力、浓度、化学或热力学活性、电阻率或电导率、电容或它们的组合。

微针设备102在插口106内和表面上的三维移动可持续一段时间。例如，移动可能需要4个小时。特别是，移动时间可以是1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时或4小时。更特别的是，移动的时间可能是1个小时。这样，就能以高效的方式在表面上形成开口并将物质输送到表面，同时最大限度地输送物质和/或直到所有物质完全输送到表面。

制作微针装置100的方法可包括使用任何合适的材料3D打印装置100的各个部分，特别是微针设备102。该方法可包括对设备100的各个部件进行微模塑或模塑。模塑或微模塑方法可利用三维打印方法，其中可直接三维打印设备各部件的阳模，然后根据阳模制备阴模。阴模的制备方法是在三维打印模具(阳模)上浇铸可成型材料，然后固化可成型材料，形成打印模具的阴模结构，再从固化的阴模中取出三维打印模具。该方法可包括微加工技术、光刻技术、软光刻技术、薄膜沉积技术、蚀刻技术、粘接技术和微成型技术、注塑成型技术、压缩成型技术、压缩技术、压缩切割技术及其组合。在间接3D打印微针设备102的一个示例中，该方法可包括以下一项或多项：

(a)(i)提供微针设备102的3D打印模具，其中微针设备102的模具包含基底102a和从基底102a伸出的多个微针102b，其中模具的基底102a包括球体、基本球形、立方体、矩形棱柱、三角棱柱、圆柱体、金字塔、圆锥体、圆环、哑铃、四面体、五面体、六面体、八面体或任何多面体等不规则形状；

(ii)用前体溶液或可成型材料铸造3D打印模具；

(iii)固化前体溶液或可成型材料，以形成微针设备102的阳模；

(iv)从固化的阴模中取出3D打印模具；

(v)用合适的材料浇铸阴模，形成微针设备102；

(b)或将材料压缩到模具中，或对任何形式的材料进行压缩切割或压缩成型，这些材料可包括但不限于固体、液体、半固体、薄片、弹性或塑料材料(如橡胶)、粉末或其组合，其中压缩可直接或间接使用硬模或软模或使用冲头，其中压缩切割或压缩冲孔或压缩成型可涉及本公开中所述的适当材料的压缩和/或切割或成型。

前体溶液或前体材料可以是水凝胶前驱体溶液、单体、聚合物前驱体溶液、固化溶液、金属前驱体、金属合金前驱体、金属氧化物前驱体、纤维素前驱体、陶瓷前驱体、玻璃前驱体、塑料前驱体、橡胶前驱体、木材前驱体、碳基前驱体、硅基前驱体、聚合物前驱体、复合前体或它们的组合。特别是，前体溶液可包括光固化溶液和光引发剂。任何合适的光引发剂都可用于本公开的目的。

前体溶液可进一步包含一种或多种合适的添加剂。例如，添加剂可以是机械强化材料或功能材料，以提高机械强度或功能特性。特别是，添加剂可以是磷酸钙、碳酸钙、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、量子点、纳米颗粒、微粒、纳米晶体或它们的组合。功能材料可以是任何合适的材料，用于改变微针设备102的表面特性，包括但不限于亲水性、疏水性、表面静电荷、酸性，或用于控制微针设备102释放治疗剂或美容剂。

与现有的微针设备或装置相比，根据本公开的实施例设计的微针装置100具有多个优点。例如，微针装置100可以在任何区域或表面使用，效果更好，而且可以在皮肤表面向多个方向移动和/或滚动，不受任何限制。这与传统的微针或微针设备形成鲜明对比，后者只能在特定的皮肤表面和区域使用，而且只能进行一维运动(微针贴片或微针印章只能按压)或二维运动(真皮滚轮可以按压和滚动)。装置100的微针设备102的基板102a可以向下按压，并向可能不受限制的所有方向滚动，从而实现三维或多维运动。

微针设备102的无穷小条带dS无穷小角度处的面积：

dS＝2πR²sinθdθ

条带dS微针数量：

N_θ＝n2πR²sinθdθ

施加在微针设备102上的力：

假设所有微针102b的长度相等，结构和性能相同，由于球形基底102a的对称性，位于条带dS内的所有微针102b所受的法向力Fn,i大小相同，方向不同，摩擦力Ff,i大小也相同。因此：

将方程(2)投射到P的方向：

其中，k是摩擦系数，

由此可见：

微针102b能够承受力而不变形的条件：

还有F_f＝kF_n≤F_{shear strength}

示例

微针102b的强度可通过一个示例描述如下。微针设备102是根据图1所示的原理图形成的。304不锈钢被用作基本球形基底102a和从基底102a上伸出的多个微针102b的材料，而钢被用作插口106的材料。

抗压强度σ＝310兆帕、抗拉强度＝620兆帕、抗剪强度＝0.75×抗拉强度＝465兆帕、ρ＝8.06Mg/m3、R＝1.5厘米，与基底102a的体积相比，V_微针极小。F_{shear strength}＝抗压强度×微针尖面积，F_{compressive strength}＝抗剪强度×微针尖面积。

如上所述，微针设备102由不锈钢制成，而插口106则由钢制成。假设φ₀＝45°，在清洁干燥条件下，不锈钢与钢之间的静摩擦系数＝0.8，动摩擦系数＝0.42，微针长度为250微米，微针尖部直径为A＝50微米，微针底部直径为100微米。

根据这一结果，如果微针设备102的材料是304不锈钢，那么每平方毫米1个微针的密度足以确保微针102b在插口106内不会折断。

根据公式(8)，如果基底102a的尺寸增大(R增大)或基底102a的质量密度增大(增大)，或插座106的开口角度增大(0增大)，或微针密度减小，单个微针102b所受的法向力就会增大。为确保微针设备102垂直放置时，微针102b不会在插口106内折断，我们对微针密度进行了估算：插口开角0＝800，或纬度角0＝100，动摩擦系数k＝0.1，R＝1cm，基底102a的质量密度为，微针密度为n，微针针尖与插口106的接触面积为A，抗压强度为。

根据公式(8)，可以得出微针密度n如下：

应选择质量密度、抗压强度和微针密度符合公式(9)的材料，以确保微针102b不会在插口106内断裂。

有了这些参数，由304不锈钢制成的微针102b在插口106内移动时就不会断裂，而且非常坚固。

微针设备102可以具有任何合适的微针密度，以实现对皮肤表面或粘膜等表面的有效穿刺。基底102a上多个微针102b的密度可以≥1/dm²。特别是，微针密度可以≥1/cm²。更特别的是，微针的密度可以≥1/mm²。

虽然上文描述的是示例性的实施例，但相关技术人员可以理解，在不偏离本公开的范围的情况下，还可以做出许多变化。本公开的范围以及以下权利要求的范围并不局限于本文所述的实施例。

Claims (26)

1.一种用于接合表面的微针装置，所述装置包括：

壳体，包括插口；以及

微针设备，在所述插口内可移动，所述微针设备包括基本球形的基底和从所述基底伸出的多个微针，

其中，所述微针设备被配置为在所述插口内以三维运动方式相对于所述表面移动，以便在使用时，多个所述微针与所述表面接合。

2.如权利要求1所述的装置，其中在使用时，多个所述微针在所述表面上形成开口。

3.如权利要求2所述的装置，其中在使用时，所述微针设备通过所述开口将物质、混合物或配方输送到所述表面。

4.如权利要求1-3中任一项所述的微针装置，所述微针设备还包括一个或多个传感器，所述传感器被配置为用于检测所述表面的一种或多种特性。

5.如权利要求1-4中任一项所述的微针装置，所述微针设备还包括一个或多个传感器，所述传感器被配置为用于检测所述表面上和/或表面下的物质的一种或多种特性。

6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其中所述微针设备可拆卸地连接到所述插口上。

7.如权利要求3-6中任一项所述的装置，还包括一个可连接到所述壳体或与所述壳体集成的贮存器，其中所述贮存器被配置为用于贮存物质、混合物或配方。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述微针设备包括至少一个与所述贮存器流体连通的开口。

9.如权利要求3-8中任一项所述的装置，其中所述微针设备的基底包括用于将所述物质输送到所述表面的孔。

10.如权利要求1-9中任一项所述的装置，其中所述微针设备和/或所述插口包括磁性材料，用于将所述微针设备固定在所述插口内。

11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述装置还包括在所述微针设备与所述插口之间的粘合层或固定层。

12.如权利要求1-11中任一项所述的装置，其中所述装置包括多个所述插口和多个所述微针设备，其中每个所述微针设备分别固定在多个所述插口中的一个所述插口上。

13.如权利要求3-12中任一项所述的装置，其中所述物质包括一种或多种治疗剂和/或美容剂。

14.如权利要求1-13中任一项所述的装置，其中所述基底的长宽比≤1.2。

15.如权利要求1-14中任一项所述的装置，其中多个所述微针中的每个所述微针的高度为0.1-10000微米。

16.如权利要求1-15中任一项所述的装置，其中多个所述微针中的每个所述微针由塑料、陶瓷、聚合物、金属或它们的组合形成。

17.如权利要求1-16中任一项所述的装置，其中所述基底上的多个所述微针的密度≥1/dm²。

18.如权利要求1-17中任一项所述的装置，其中所述壳体为圆柱形，或包括多个圆柱状体，这些圆柱状体在各自的端部相连。

19.如权利要求1-18中任一项所述的装置，还包括用于振动所述微针设备的振动元件。

20.一种套件，包括如权利要求3-19中任一项所述的装置和物质、混合物或配方。

21.如权利要求20所述的套件，其中所述物质包括一种或多种治疗剂和/或美容剂。

22.一种接合表面的方法，所述方法包括：

处理微针装置，所述微针装置包括具有插口的壳体以三维移动方式在所述插口内移动微针设备并使其抵接表面，所述微针设备包括基本球形的基底和从所述基底伸出的多个微针；以及

通过多个所述微针接合表面。

23.如权利要求22所述的方法，还包括：

当所述微针设备贴着所述表面移动时，用多个所述微针在所述表面上形成开口；以及

通过在所述表面上形成的开口将所述物质输送到所述表面。

24.如权利要求23所述的方法，其中通过所述微针设备实现输送。

25.如权利要求22-24中任一项所述的方法，还包括：

检测所述表面的一种或多种特性。

26.如权利要求22-25中任一项所述的方法，还包括：

检测表面上和/或表面下的物质的一种或多种特性。