CN116370811A - 一种用于胃肠道给药的自定向装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于胃肠道给药的自定向装置。所述的装置由不倒翁外壳和微针组装而成。所述的不倒翁外壳设计为加重的底部、上部中空，创造一个低质心的外壳；所述微针放置在不倒翁外壳的基底。所述的不倒翁外壳通过3D打印策略进行制造；所述的微针装置进入肠道后，在重心作用下实现自定向，达到稳定状态——微针朝向肠道组织壁；由于肠道蠕动力的作用，微针可轻易扎入肠壁中，促使肠壁产生微细的通道，故负载在微针上的药物可通过微通道释放到组织中，从而避免药物在空腔中被降解。本发明开发的一种自定向微针装置，用于肠道给药，可用于解决避免药物在体内被快速代谢、降解，药代动力学低的临床难题。
Description
技术领域
本发明属于材料科学技术领域，同时涉及医疗技术领域。具体涉及开发一类可自定向微针装置，用于肠道给药，可避免药物在体内被快速代谢、降解，药代动力学低的临床难题。
背景技术
由于胃肠道中蛋白酶、核酸内切酶、细菌和pH值等都会对生物大分子造成影响，限制了仅通过胃肠道途径给药的发展。为了解决这个问题，在此之前已开发出了包括纳米颗粒胶囊、酶抑制共给药、药物的化学修饰、渗透增强剂等方法，但与注射给药相比，其药代动力学和生物利用度始终处于较低水平。可摄取机器人被开发用于药物递送，可以保护药物，避免药物在肠腔释放而降解，从而增大药物生物利用率。微针具有较强的穿透能力、微创、操作简单以及可调节的药物释放曲线等优点，已被广泛应用于通过皮下给药的过程中。微针与机器人组装成胃肠注射装置研究逐步发展，但目前的胃肠注射装置一般结构复杂，成本高，缺乏可控性，可能存在消化道梗阻等潜在风险。因此，开发有效的胃肠道给药系统仍然备受期待。
发明内容
本发明的目的旨在提供以一种可在胃肠道给药的自定向微针装置，避免药物在体内被快速代谢、降解，药代动力学低的临床难题。
本发明的技术方案如下：
一种用于胃肠道给药的自定向装置，包括不倒翁本体以及位于不倒翁本体底部外表面的微针。
优选地，所述的不倒翁本体高度为8mm-12mm。
优选地，所述的微针包括多个，多个微针组成微针阵列。
优选地，不倒翁本体为球缺形状，具有截面的端部为底部，微针阵列位于球缺的底面。
优选地，微针形状为圆锥形或棱锥形。
优选地，微针高径比(高度/直径)为2：1-3：1。
优选地，微针底端直径为200μm-450μm；所诉的微针高度为600μm-900μm；；所诉的微针尖端直径＜20μm。
优选地，还包括药物。
优选地，所述的药物负载于微针表面。或负载于不倒翁本体内部。
优选地，所述的不倒翁本体为生物相容性材料制成。生物相容性材料例如：ABS-M30i材料、PC-ISO材料、半透膜树脂、多色树脂等。
在本发明中，所述的不倒翁本体优选设计为上部中空，下部实心的设计。装置起到自定向的能力；微针装载药物，将药物递送到胃肠道组织中。
在本发明的较佳实施例中，所述的装置由3D打印成型。
在本发明的较佳实施例中，所述的底部实心高度范围为2mm～4mm。
在本发明的较佳实施例中，所述的中空层厚度范围为0.5mm～1mm。
本发明提供了一种用于胃肠道给药的自定向微针装置，装置由不倒翁外壳和微针组装而成，其主要的过程主要是微针装置进入肠道后，在重心作用下实现自定向，达到稳定状态——微针朝向肠道组织壁；由于肠道蠕动力的作用，微针可轻易扎入肠壁中，促使肠壁产生微细的通道，故负载在微针上的药物可通过微通道释放到组织中，从而避免药物在空腔中被降解。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的可自定向微针装置制备方法快速简便，装置简单，易于操作，可大规模生产。
2、本发明所述的可自定向微针装置可在肠道中进行定位，实现微针在体内递送药物。
3、本发明所述的自定向微针装置的微针部分还可通过模板法制备，采用不同的材料来达到药物不同的降解速率，可满足各种实际需求。
4、本发明所述的自定向微针装置可以实现药物在胃肠道组织中的有效释放，无需外界刺激响应。
附图说明
图1是自定向微针装置的设计图。
图2是不同参数的自定向微针装置尺寸图及相应的实物图。
图3是微针的载药量与药物浓度关系图。
图4是微针装置扎入肠道组织深度的荧光图。
图5是自定向微针装置在高速相机下的运动情况。
图6是自定向微针装置在离体肠道中的运动情况。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图、实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
实施例1
1)微针装置的设计及其制备：设计装置形状—上部为中空壳层，底部为实心加重层(图1)；设定底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm(图2III)。微针的形状为圆锥形、高度600μm、高径比为2:1(图1)。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例2：
1)微针装置的设计及其制备：调节装置形状(例如：球形、椭球形、球缺形)(图2I-III)；设定底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm(图2(I-III))。设定微针的形状为圆锥形、高度600μm、高径比为2:1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例3:
1)微针装置的设计及其制备：设计装置形状为球缺形；调节实心高度(例如：2mm、3mm、4mm)(图2IV-VI)；中空壳层的厚度1mm。设定微针的形状为圆锥形、高度600μm、高径比为2:1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例4：
1)微针装置的设计及其制备：装置为球缺形、底部实心高度4mm；调节中空壳层的厚度(例如：0.5mm、1mm)(图2III、IV)。设定微针的形状为圆锥形、高度600μm、高径比为2:1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例5：
1)微针装置的设计及其制备：设计装置形状为球缺形、壳层实心高度为4mm；中空壳层的厚度为0.5mm。调节微针的形状(例如圆锥形、棱锥形)、高度600μm、高径比为2:1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例6：
1)微针装置的设计及其制备：设计装置形状为球缺形、设定底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm。微针形状为圆锥形、调节微针高度(例如600μm、750μm、900μm)、高径比为2:1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例7
1)微针装置的设计及其制备：设计装置形状为球缺形、设定底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm。设定微针的形状为圆锥形、高度600μm、调节微针高径比(例如2:1、3：1)。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
实施例8
1)微针装置的设计及其制备：设计装置为球缺形、底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm。微针为圆锥形、高度600μm、微针高径比为2：1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
4)微针的载药量：打印与微针尺寸匹配的小容器；配置不同浓度的亚甲基蓝溶液作为药物溶液；采用移液枪吸取10μl药物溶液填满小容器，再将微针覆盖在容器上，微针尖端接触药物溶液，30s后取出，最后烘干；重复该步骤5～7次，使药物尽可能多的负载在微针表面。将微针放入PBS溶液中溶解，可以发现在一定范围内，微针的载药量与药物浓度呈正比例关系(图3)。
实施例9
1)微针装置的设计及其制备：设计装置为球缺形、底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm。微针为圆锥形、高度600μm、微针高径比为2：1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
4)微针穿透肠道：将微针部分浸泡在荧光溶液cy 5.5中，避光处理；将大肠组织剪成2cm*2cm的正方体块状，载cy 5.5的微针扎入组织，并按压5min后取下；激光共聚焦拍摄组织内部的荧光强度；可以看到深度为280μm时，仍然具有微弱的荧光(图4)，这表明微针成功扎入肠道组织并释放药物。
实施例10
1)微针装置的设计及其制备：设计装置为球缺形、底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm。微针为圆锥形、高度600μm、微针高径比为2：1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
4)微针装置在普通平面上的自定向过程：将微针装置倒置(接近180°)，放在普通木制平面上，采用高速相机拍摄微针装置从倒置(180°)到稳定(0°)每一帧，观察在不同时间点微针装置所处的状态。照片表明微针装置在摇晃过后最终会达到稳定状态，整个自定向的时间大约为0.6s(图5)。
实施例11
1)微针装置的设计及其制备：设计装置为球缺形、底部实心高度为4mm、中空壳层的厚度0.5mm。微针为圆锥形、高度600μm、微针高径比为2：1。
2)AutoCAD进行微针装置的3D建模，建好的模型导成STL格式，导入3D打印软件中，采用生物相容性材料打印成型。
3)手动去除成型后微针装置外的支撑材料；称取NaOH和Na2SiO3各10g，加入500ml纯水溶解以配制A溶液。装置置于A溶液，超声波清洗机中清洗1h，去除外部残余的支撑材料以及中空处的支撑材料；采用2ml注射器，在注射器压力下将中空处清理干净。支撑材料全部去除后，将装置依次放入纯水和乙醇溶液中超声清洗15min，最后在40℃下，真空干燥箱中干燥2h。
4)微针装置在离体肠道上的自定向过程：将微针装置倒置(接近180°)，放在一段大肠粘膜上，采用高速相机拍摄微针装置从倒置(180°)到稳定(0°)每一帧，观察在不同时间点微针装置所处的状态。照片表明微针装置并不会发生摇晃，而是直接达到稳定状态，整个自定向的时间大约为1.2s(图6)。
图2是不同参数的自定向微针装置尺寸图及相应的实物图。(I)是球形器件，(II)是椭球形器件，(III)为椭球形器件。(IV)是实心高度4mm，(V)是实心高度3mm，(VI)是实心高度2mm。图2表明了通过3D打印的装置与所设计的形状和尺寸相符合，几乎不存在偏差。
图3是微针的载药量与药物浓度关系图。图3表明在一定范围内，微针上的载药量会随着药物浓度的增加而增加。
图4表明微针能够扎入肠道组织中，并释放出荧光药物。
图5各小图分别代表了自定向过程中，在不同时间点时，微针设备的状态，这些图说明了微针设备能够实现自定向，最终达到稳定状态。
图6代表的是最优参数装置在离体肠道上自定向的过程图，这些图表明了微针装置能够在肠道上进行自定向。
Claims (10)
1.一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：包括不倒翁本体以及位于不倒翁本体底部外表面的微针。
2.根据权利要求1所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：所述的不倒翁本体高度为8mm-12mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：所述的微针包括多个，多个微针组成微针阵列。
4.根据权利要求3所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：不倒翁本体为球缺形状，微针阵列位于球缺的底面。
5.根据权利要求1所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：微针形状为圆锥形或棱锥形。
6.根据权利要求5所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：微针高径比为2：1-3：1。
7.根据权利要求5所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：微针底端直径为200μm-450μm；微针高度为600μm-900μm；微针尖端直径＜20μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：还包括负载于不倒翁本体和/或微针上的药物。
9.根据权利要求8所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：所述的药物负载于微针表面，或负载于不倒翁本体内部。
10.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于胃肠道给药的自定向装置，其特征在于：所述的不倒翁本体为生物相容性材料制成。
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN116370811A true CN116370811A (zh) | 2023-07-04 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119770830A (zh) * | 2024-12-30 | 2025-04-08 | 杭州糖吉医疗科技有限公司 | 用于在体内部署临时植入物的定向调节组件及其应用 |
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2021
- 2021-12-22 CN CN202111582536.5A patent/CN116370811A/zh active Pending
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