CN112891724A - 塑性微弯曲的微针阵列及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种塑性微弯曲的微针阵列及其制备方法，包括：平面微针阵列基片、弹性凸模和负角凹模，其中：平面微针阵列基片一端设置于负角凹模上，另一端与平面微针阵列基片相配合设置于负角凹模内，弹性凸模设置于负角凹模内；平面微针阵列基片为若干微针阵列排列的结构。平面微针阵列基片与弹性凸模两端90°相配合。负角凹模的负角度数为平面微针阵列基片的初始回弹角度。弹性凸模包括：凸模块和弹性结构。本发明利用塑性微成形的特点及优势，平面微针阵列基片可以一次弯曲成形多个微针，完成圆周上塑性微弯曲过程，形成微针阵列，可以快速、高效、准确的生产出微针阵列，具有机械性能好、生物相容性好、价格便宜等优势，适合进行大规模生产。

Description

塑性微弯曲的微针阵列及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种微针阵列加工制备领域的技术，具体是一种塑性微弯曲的微针阵列及其制备方法。
背景技术
微针阵列作为一种新型经皮给药方式得到越来越多人的关注。微针直径(或厚度)大约在几十微米，针体长度在200～800μm之间，针体可以刺穿角质层，在皮肤上形成给药通道。
微针阵列从材质上可以分为硅微针、金属微针和聚合物微针等，其中：硅微针可采用光刻、腐蚀等加工工艺，但硅相对易脆，且生物相容性差；聚合物微针虽然材料种类丰富、价格低廉，但聚合物材料的强度难以保证，使用时易发生屈曲破坏；金属微针对人体安全无害，机械性能优异，材料成本较低，是一种很好的微针阵列的应用形式。综上可知，如何将具有生物相容性的材料制备成微针阵列是微针阵列领域未来发展的主要方向，微针阵列生产制造方法复杂、成本高的问题难点亟待解决。
发明内容
本发明针对现有技术制备出的平面微针阵列受线切割加工精度的制约，其成形精度差，且组装成异平面微针阵列较为复杂的缺点，提出一种塑性微弯曲的微针阵列及其制备方法，平面微针阵列基片可以一次弯曲成形多个微针，形成微针阵列，弹性凸模和负角凹模配合使平面微针阵列基片的微针产生大角度弯曲，最终与平面微针阵列基片成90°垂直，可以一次完成圆周上多个微针的塑性微弯曲过程，具有机械性能好、生物相容性好、价格便宜等优势，适合进行大规模生产。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种塑性微弯曲的微针阵列，包括：平面微针阵列基片、弹性凸模和负角凹模，其中：平面微针阵列基片一端设置于负角凹模上，另一端与平面微针阵列基片相配合设置于负角凹模内，弹性凸模设置于负角凹模内。
所述的平面微针阵列基片为若干微针阵列排列的结构。
所述的平面微针阵列基片与弹性凸模两端90°相配合。
所述的负角凹模的负角度数为平面微针阵列基片的初始回弹角度。
所述的弹性凸模包括：凸模块和弹性结构，其中：弹性结构设置于凸模块两端并与平面微针阵列基片相连。
本发明涉及一种制备上述微针阵列的方法，通过激光切割出平面微针阵列基片后，通过90°微弯曲实验确定出原始回弹角作为负角度数并置于负角凹模内，经压边圈压紧后通过弹性凸模对平面微针阵列基片进行挤压使平面微针阵列基片弯曲出负角，完成挤压后填充在负角凹模内的弹性凸模通过其上倒角离开负角凹模，被弯曲的平面微针阵列基片回弹至与水平呈90°。
技术效果
本发明整体解决了现有微针阵列加工技术如LIGA技术、光刻蚀技术等的工艺复杂、成本高昂、难以批量生产的问题，本发明所使用的的微针阵列制备方法可以解决上述痛点，可以一次成形多个SUS304不锈钢微针构成微针阵列，具有加工效率高、工艺简单、工艺成本低的优点。
与现有技术相比，本发明仅需使用激光切割与微弯曲便制备出异平面微针阵列，塑性微弯曲方法依托于模具进行加工，具有良好的使用寿命，具有加工效率高、工艺简单、工艺成本低的优点。
附图说明
图1为本发明平面微针阵列基片结构示意图；
图2为本发明弹性凸模结构示意图；
图3为本发明负角凹模结构示意图；
图4为本发明装配结构示意图；
图5为本发明成形过程示意图；
图6为本发明成形结束状态示意图；
图中：平面微针阵列基片1、弹性凸模2、负角凹模3、凸模块4、弹性结构5。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种塑性微弯曲的微针阵列，其中包含：平面微针阵列基片1、弹性凸模2和负角凹模3，其中：平面微针阵列基片1一端设置于负角凹模3上，另一端与平面微针阵列基片1相配合设置于负角凹模3内，弹性凸模2设置于负角凹模3内。
所述的平面微针阵列基片1与弹性凸模2两端90°相配合。
所述的负角凹模3的负角度数为平面微针阵列基片1的初始回弹角度，可根据所用金属材料的属性在一定范围内浮动。
所述的平面微针阵列基片1为若干微针阵列排列的结构，材料为SUS304医用不锈钢，厚度0.08mm，平面微针阵列基片1也可以为金属钛等具有生物相容性的金属。
所述的平面微针阵列基片1长度为800μm、微针角度为20°、微针数量为8个。
所述的弹性凸模2包括：凸模块4和弹性结构5，其中：弹性结构5设置于凸模块4两端并与平面微针阵列基片1相连，如图2所示，弹性凸模2在本实施例中为刚性的凸模块4外部沿着轴向包裹着一层上下成45°倒角的弹性橡胶，弹性橡胶与凸模块4之间通过凹凸配合进行固定。
如图5所示，当弹性凸模2下行时，与平面微针阵列基片1接触并使其向负角凹模内部弯曲，弹性凸模2的外侧弹性橡胶发生弹性变形随平面微针阵列基片1一同进入负角凹模3；由于弹性凸模2的橡胶的弹性，弹性凸模2会保证弯曲进负角凹模3的平面微针阵列基片1的弯曲变形端紧紧贴着负角凹模3的倾斜内壁，使得平面微针阵列基片1弯曲变形端产生过量的弯曲。当弹性凸模2开始上行时，平面微针阵列基片1的微弯曲变形端会产生回弹，经过回弹后的弯曲变形端与水平方向垂直，由于弹性凸模2顶端的弹性橡胶带具有45°的倒角，这保证弹性凸模2可以顺利地退出负角凹模3。
本实施例涉及上述微针阵列的制备方法，包括以下步骤：
①制备：使用激光切割出平面微针阵列基片1；
②确定负角：将制备的微针阵列基片1进行90°微弯曲实验确定出原始回弹角作为负角度数；
③放料：将激光制备好的平面微针阵列基片1放入负角凹模3内，并使用压边圈压紧；
④变形：启动压力机，使得弹性凸模2下行，弹性凸模2对平面微针阵列基片1施加挤压力、弹性凸模2通过其弹性橡胶挤入负角凹模3，平面微针阵列基片1与负角凹3模充分接触，弹性凸模2填充负角凹模3型腔，使平面微针阵列基片1弯曲出负角：
⑤退行：弹性凸模2上行，填充在负角凹模3内的弹性凸模2通过其上倒角离开负角凹模3，被弯曲的平面微针阵列基片1回弹至与水平呈90°。
经过具体实际试验，使用欣睿激光的1064脉冲激光器对SUS304不锈钢进行切割制备出平面微针阵列基片；在所设计的微弯曲模具装配在三思CMT-1203微机控制电子万能实验机上，将激光切割的平面微针阵列基片放置在模具中，以0.001s-1的应变速率启动实验机，凸模进行下行，当完成作业后，得到了与微针阵列基底呈约90°夹角的微针阵列。
与现有技术相比，本装置微弯曲模具一次成形便可以完成多个微针的90度弯曲，从而形成异平面微针阵列。利用微弯曲方法对SUS304医用不锈钢进行微针阵列制备，获得了即具有生物相容性和良好力学性能的微针阵列，同时工艺简单易行，加工效率高，生产成本低。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种塑性微弯曲的微针阵列，其特征在于，包括：平面微针阵列基片、弹性凸模和负角凹模，其中：平面微针阵列基片一端设置于负角凹模上，另一端与平面微针阵列基片相配合设置于负角凹模内，弹性凸模设置于负角凹模内；当弹性凸模下行时，与平面微针阵列基片接触并使其向负角凹模内部弯曲，弹性凸模的外侧弹性橡胶发生弹性变形随平面微针阵列基片一同进入负角凹模，弹性凸模会保证弯曲进负角凹模的平面微针阵列基片的弯曲变形端紧紧贴着负角凹模的倾斜内壁并产生过量的弯曲；当弹性凸模上行时，平面微针阵列基片的微弯曲变形端产生回弹并与水平方向垂直，使得弹性凸模退出负角凹模。
2.根据权利要求1所述的微针阵列，其特征是，所述的平面微针阵列基片与弹性凸模两端90°相配合。
3.根据权利要求1所述的微针阵列，其特征是，所述的负角凹模的负角度数为平面微针阵列基片的初始回弹角度。
4.根据权利要求1所述的微针阵列，其特征是，所述的弹性凸模包括：凸模块和弹性结构，其中：弹性结构设置于凸模块两端并与平面微针阵列基片相连。
5.一种制备上述任一权利要求所述的微针阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备：使用激光切割出平面微针阵列基片；
确定负角：将制备的微针阵列基片进行90°微弯曲实验确定出原始回弹角作为负角度数；
放料：将激光制备好的平面微针阵列基片放入负角凹模内，并使用压边圈压紧；
变形：启动压力机，使得弹性凸模下行，弹性凸模对平面微针阵列基片施加挤压力、弹性凸模通过其弹性橡胶挤入负角凹模，平面微针阵列基片与负角凹模充分接触，弹性凸模填充负角凹模型腔，使平面微针阵列基片弯曲出负角：
退行：弹性凸模上行，填充在负角凹模内的弹性凸模通过其上倒角离开负角凹模，被弯曲的平面微针阵列基片回弹至与水平呈90°。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是，所述的平面微针阵列基片的材料为SUS304医用不锈钢。
7.根据权利要求5或6的制备方法，其特征是，所述的平面微针阵列基片长度为800μm、微针角度为20°、微针数量为8个。
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