Способ получения микрополостей для изготовления микроигл
METHOD FOR CREATING MICROCAVITIES FOR MANUFACTURING MICRONEEDLES

Изобретение относится к медицине и косметологии и предназначено для получения конических сквозных микрополостей, используемых для изготовления микроигл, применяемых для трансдермальной доставки косметических средств и лекарственных препаратов.
Известен способ изготовления микроигл, основанный на предварительном формовании несквозных микрополостей в формах (WO 2019/231360, US 6334856 В1).
Однако такой способ имеет ряд недостатков, например, необходимость заполнения формы при центрифугировании либо в вакуумной камере, что не позволяет масштабировать процесс получения микроигл, а также негативно влияет на качество получаемого продукта, так как может наблюдаться неполное заполнение микрополостей формы раствором для изготовления микроигл.
Известен способ изготовления микроигл, основанный на предварительном формовании сквозных микрополостей, которые при изготовлении микроигл заполняются раствором для их изготовления (CN 105643839 A).
Известен также способ (Chen et al. A novel scalable fabrication process for the production of dissolving microneedle arrays, Drug Delivery and Translational Research, 2019) который заключается в том, что вначале выпиливают металлический массив микроигл желаемой геометрии, например, из латуни. Затем с этого массива отливают форму из полидиметилсилоксана, при этом, для получения сквозных микрополостей раствор полимера заливают не на всю высоту микроигл. Другим вариантом получения формы со сквозными микрополостями является отлив формы из полидиметилсилоксана на всю длину микроигл, так чтобы получить обычную неполую форму, с последующим получением сквозных микрополостей за счет использования лазера.
Указанные способы являются трудоемкими и не позволяют масштабировать процесс изготовления форм со сквозными микрополостями для изготовления микроигл.
2
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является техническое решение [US 20200238066 А1, 30.07.2020], которое включает в себя использование лазерной обработки для получения форм с несквозными микрополостями конической формы для изготовления микроигл. Лазерная обработка в данном техническом решении осуществляется с использованием СО-лазера и позволяет получать конические острые несквозные микрополости, например, в центре акриловой пластины. Мощность лазера может находится в диапазоне от 30 В до 140 В, например, 60 В. Формирование каждой микрополости происходит за счет множественной перекрестной лазерной обработки в каждой точке: за счет того, что в центре креста луч лазера проходит несколько раз, в нем образуется глубокая острая коническая микрополость с расходящимися от нее лучами - будущими основаниями микроиглы. При этом глубина отверстия пропорциональна количеству проходов луча лазера через центр креста и, следовательно, количеству ножек-оснований будущей микроиглы. Угол при вершине конуса можно варьировать, изменяя скорость прохождения лазерного луча. Длина получаемых линий влияет на глубину и/или угол при вершине конуса микрополости. Основание микроигл, которые можно получить из таких форм, будет иметь форму звезды, а центральная часть - коническую форму. Идеальную коническую форму можно получить за счет дальнейшей механической микрообработки получаемых игл. Другим вариантом получения идеальной конической формы является использование 2-х слоев полимерной основы - тогда в первом (верхнем) слое будет оставаться основание в виде звезды, а во втором (нижнем) слое - идеальная коническая микрополость.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая производительность и высокая трудоемкость, так как процесс получения одной микрополости состоит, как минимум из 5 стадий лазерной обработки. Помимо этого, наиболее близкое техническое решение не позволяет за один шаг получить микроиглы конической формы - необходимо использовать дополнительный слой полимерного материала, в котором остается неровное основание микрополости, что приводит к лишним затратам. А также такой способ изготовления не позволяет получать сквозные микроотверстия, что приводит к необходимости проводить дополнительную обработку поверхности формы для улучшения смачивания микроотверстий.
Задача, которая решается в изобретении, направлена на создание способа для получения сквозных микрополостей для изготовления микроигл с более высокой производительностью.
Требуемый технический результат заключается в повышении производительности с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы для получения микрополостей для изготовления микроигл.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат относительно способа достигается тем, что в способе, основанном на воздействии лазерным излучением на заготовку из полимерного материала, согласно изобретению, формирование микрополостей осуществляют в два этапа, на первом этапе формируют объемную коническую микрополость заданных размеров на всю толщину заготовки, выполненной в виде пластины, а на втором этапе формируют сквозной канал в вершине сформированной объемной конической микрополости заданных размеров.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что формирование микрополости осуществляют с использованием по крайней мере двух лазеров.
2
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что на этапе формирования объемной конусообразной микрополости заданных размеров используют СО-лазер, а на этапе формирования сквозного канала в вершине сформированной объемной конусообразной микрополости используют ультрафиолетовый лазер (УФ-лазер).
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве заготовки используют пластину из полиэтилентерефталата толщиной от 0,3 до 1,5 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве заготовки используют пластину из полиметилметакрилата толщиной от 0,3 до 1,5 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что при формировании объемных конических микрополостей их геометрические размеры задают с допуском относительно заданных размеров.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что при формировании последовательности микрополостей заданных размеров их размещают на расстоянии друг от друга, исключающем деформацию микрополстей.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что формирование сквозных каналов путем воздействия лазерным излучением на заготовку из полимерного материала, заготовку закрепляют без контакта с рабочей поверхностью в зоне воздействия лазерным излучением.
На чертежах представлены: на фиг. 1 первый этап получения конических микрополостей: формирование объемной микрополости заданных размеров, на фиг. 2 - второй этап получения конических микрополостей: формирование сквозного канала в вершине сформированной микрополости на всю толщину пластины.
На чертежах обозначены:
1 - заготовка из полимерного материала в форме пластины;
2 - микрополость конической формы заданных размеров;
3 - сквозной канал в вершине сформированной микрополости на всю толщину пластины.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
В зависимости от требуемых размеров микрополостей для их получения могут варьироваться такие параметры, как фокусное расстояние, мощность излучения и длительность импульсов. В качестве заготовки могут использоваться пластины из полимерных материалов толщиной от 0,3 до 1 мм. Глубину микрополостей можно варьировать путем изменения толщины пластины и числа и шага фокусировки излучения. Размер большего диаметра (входного) отверстия микрополостей может варьироваться от 50 мкм до 1000 мкм. Размер меньшего диаметра (выходного) отверстия микрополостей может варьироваться от 0,5 мкм до 20 мкм.
2
2
2
Пример 1. Для получения сквозных конических отверстий с диаметром входного отверстия 320 мкм и диаметром выходного отверстия 2 мкм, длиной 0,7 мм может использоваться УФ-лазер с длиной волны излучения - 355 нм в комбинации с СО лазером с длиной волны излучения - 1060 нм и пластина из полиэтилентерефталата толщиной 0,7 мм в качестве заготовки. В начале используют обработку СО лазером: до начала импульса луч может быть сфокусирован на расстоянии от верхней поверхности пластины до нижней поверхности пластины, время импульса в зависимости от выбранной позиции фокуса составляет 0,004 - 0,04 с, мощность лазерного излучения может составлять от 17,4 до 19,1 ватт, а затем проводится обработка отверстия УФ-лазером. Луч фокусируется в материале на расстояние равном глубине микрополости, полученной после обработки СО лазером, от верхней поверхности, длительность импульса 0,0014 с, мощность лазерного излучения 2-3 ватт.
Пример 2. Для получения сквозных конических отверстий с диаметром входного отверстия 297 мкм и диаметром выходного отверстия 5 мкм, длиной 0,6 мм может использоваться УФ-лазер с длиной волны излучения - 355 нм и пластина из полиметилметакрилата толщиной 0,6 мм в качестве заготовки. При этом при первом импульсе излучение фокусируется на расстоянии 0,4 мм от нижней поверхности пластины, при втором импульсе - 0,3 мм, при третьем импульсе - 0,2 мм, при четвертом импульсе - 0,1 мм. Таким образом, первые три импульса, на первом этапе, формируют объемную микрополость заданных размеров, а четвертый импульс формирует сквозной канал в вершине сформированной микрополости на всю толщину пластины. Длительность импульсов варьируется от 0,06 с до 0,001 с в зависимости от требуемых размеров входного и выходного отверстия.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, в предложении достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении производительности при одновременном расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для получения сквозных микрополостей для изготовления микроигл.