專利名稱：液晶聚合物微針的制作方法
液晶聚合物微針本發(fā)明涉及液晶聚合物微針，尤其涉及熱致性液晶聚合物微針。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括熱致性液晶聚合物微針。在另一方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用2磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透深度為50到120微米。在另一方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用3磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透深度為50到150微米。在又一方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用3磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透效率為70%或更高。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種用于制造熱致性液晶聚合物微針和微針陣列的方法。


在附圖中:圖1是本發(fā)明裝置的橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的模制工藝可以提供下列一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn):能夠通過在模制期間選擇性地控制熱致性液晶聚合物(“TLCP”)中的介晶基元流動(dòng)取向排列和/或流動(dòng)翻滾的程度來調(diào)整模制制品的宏觀特性；能夠可靠地復(fù)制所得模制制品中的制品模具腔體的形狀；能夠制備具有亞微米尺寸的制品特征件；能夠制備具有各向異性物理特性的細(xì)小制品特征件；和/或能夠制備具有平衡的介觀物理特性的細(xì)小制品特征件。在商業(yè)相關(guān)的TLCP中，介晶基元構(gòu)成液晶聚合物的最基本的單元，所述單元誘導(dǎo)被稱為“向列型”排列的結(jié)構(gòu)次序，其特征在于顯示出遠(yuǎn)程取向次序但僅顯示出短程填充或位置次序的中間相單元。介晶基元沿著平均取向方向(或矢量)的取向排列被定義為“指向矢”，它可以通過分子各向異性因數(shù)(從現(xiàn)在起稱為“各向異性因數(shù)”)表征，所述分子各向異性因數(shù)的范圍是從0(對于介晶基元分子取向的隨機(jī)分布(S卩，各向同性))到1(對于理想分子取向排列)。如本文所用，術(shù)語“熔融TLCP”不僅指處于熔融狀態(tài)(即，其中其介晶基元可流動(dòng)翻滾)的TLCP的全部，而且還指具有呈固體取向晶區(qū)(如，其中的介晶基元為流動(dòng)取向排列)形式介晶單元且其余熔融TLCP(如呈一個(gè)或多個(gè)流體非晶區(qū)的形式)的TLCP。如本文所用，術(shù)語“流動(dòng)取向排列”是指相對于流動(dòng)方向，TLCP介晶基元所展現(xiàn)的各向異性因數(shù)在從至少約0.4到最多1.0、優(yōu)選地從至少約0.5到最多但小于1.0、并且更優(yōu)選地從約0.6到小于1.0的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明 ，由應(yīng)用情況而定，當(dāng)至少約30%到最多100%、35%到最多100%、40 %到最多100%、45%到最多100%、50%到最多100%、55%到最多100%、60%到最多100%、65% 到最多 100%、70% 到最多 100%、75% 到最多 100%、80% 到最多 100%、85% 到最多100%、90%到最多100%或95%到最多100%的填充每個(gè)模具室的TLCP介晶基元流動(dòng)取向排列時(shí)，就認(rèn)為填充所述模具室的熔融組合物中的相當(dāng)大的一部分TLCP介晶基元流動(dòng)取向排列。相應(yīng)地，當(dāng)整個(gè)微針中至少約30%到最多100%、35%到最多100%、40%到最多100%、45%到最多100%、50%到最多100%、55%到最多100%、60%到最多100%、65%到最多100%、70%到最多100%、75%到最多100%、80%到最多100%、85%到最多100%、90%到最多100%或95%到最多100%的TLCP介晶基元流動(dòng)取向排列時(shí)，就認(rèn)為裝置或模制制品的由每個(gè)模具室(例如每個(gè)微針)形成的部分具有相當(dāng)大的一部分取向排列TLCP介晶基元?？赡芟Ｍ谡麄€(gè)微針中有最多約25%的TLCP介晶基元發(fā)生流動(dòng)翻滾(SP，裝置或模制制品的相應(yīng)部分的最多約25%的小尺寸為各向同性的)。對于其他應(yīng)用，可以容許在每個(gè)微針中流動(dòng)翻滾的TLCP介晶基元的量更高。對于其他應(yīng)用，甚至可能希望微針中流動(dòng)翻滾的TLCP介晶基元的最大量更低。TLCP介晶基元將在TLCP熔融的模制溫度下從流動(dòng)取向排列狀態(tài)開始快速旋轉(zhuǎn)。因此，在填充微針模制室后，至少所述微針模制室中的熔融TLCP會(huì)迅速硬化，由此確保相當(dāng)大量的流動(dòng)取向排列的介晶基元在模制微針中保持流動(dòng)取向排列。每個(gè)微針模具腔體的尺寸都可以影響所述腔體中熔融TLCP的冷卻速率。舉例來說，模具腔體的尺寸越小，冷卻速率就越快，因?yàn)橛休^少的熔融TLCP有待硬化。此外，如果模具由相對于較高導(dǎo)熱性的材料(例如(如)銅合金)具有較低導(dǎo)熱性的材料(例如(如)不銹鋼)制成，因?yàn)榫哂休^低熱導(dǎo)率的模具材料將以較慢速率從熔融TLCP帶走熱量，所以較大或較笨重的模具設(shè)計(jì)將導(dǎo)致冷卻速率較慢。此冷卻速率將決定適量的TLCP介晶基元是否會(huì)保持流動(dòng)取向排列，從而得到硬化模制制品所需的物理特性。流動(dòng)取向排列的TLCP介晶基元可以存在于由每個(gè)腔體形成或至少由每個(gè)微針模制腔體形成的制品的整個(gè)模制元件中。或者，由每個(gè)微針模制腔體形成的模制元件的流動(dòng)取向排列的TLCP介晶基元可以存在于包封熔融組合物的核心的外部區(qū)域或厚度(例如皮膚)中，與外部區(qū)域或厚度相比，所述熔融組合物含有非流動(dòng)取向排列的TLCP介晶基元(例如，所述介晶基元主要或完全 是流動(dòng)翻滾的或者以其他方式各向同性的)。流動(dòng)取向排列的TLCP介晶基元的此類外部區(qū)域或厚度可以在三個(gè)可能的條件下形成:(I)當(dāng)小尺寸太大以致于不允許在整個(gè)小尺寸上具有足夠高的流速時(shí)；(2)當(dāng)只有外部部分的冷卻足夠快到使處于流動(dòng)取向排列狀態(tài)的介晶基元硬化時(shí)；或(3)條件(I)和(2)兩者。當(dāng)微針尺寸足夠小并且熔融TLCP的冷卻速率足夠快時(shí)，在整個(gè)微針上的熔融TLCP中的所有介晶基元都可以處于流動(dòng)取向排列狀態(tài)，并且在熔融TLCP硬化時(shí)保持流動(dòng)取向排列。有關(guān)制備根據(jù)本發(fā)明的微針的方法的詳細(xì)說明描述于美國臨時(shí)專利申請61/287，799 (2009年12月18日提交)中。以下示例性方法描述了與使用層合腔體工具構(gòu)造進(jìn)行TLCP微針陣列的注模有關(guān)的模制程序。所述方法通過使用配備有設(shè)計(jì)用于低等到中等壓縮的22mm往復(fù)式螺桿的克勞斯瑪菲注模機(jī)(Krauss-Maffei injection molding machine)(可得自肯塔基州佛羅倫薩的克勞斯瑪菲公司(Krauss-Maffei，F(xiàn)lorence, KY))使純凈的TLCP材料(例如Vectra MT1300,可得自肯塔基州佛羅倫薩的泰科納工程聚合物公司(Ticona EngineeringPolymers, Inc, Florence, KY))的固體球粒塑化來開始。在接近聚合物的標(biāo)稱熔融溫度(如，對于Vectra MT1300來說，< 480° F)的溫度下，將材料引入到螺桿的進(jìn)料段中以確保所述材料經(jīng)歷有限的熱暴露過程。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，材料開始塑化并且移動(dòng)到螺桿的壓縮區(qū)中，在所述壓縮區(qū)中，聚合物開始展現(xiàn)高剪切力，這些剪切力在高達(dá)520° F到540° F下開始軟化材料的熔融過程。當(dāng)形成注射丸粒時(shí)，聚合物進(jìn)入并通過螺桿的計(jì)量部分，在所述計(jì)量部分中，所述聚合物準(zhǔn)備好進(jìn)行注射(現(xiàn)處于560° FT)。材料也可以在注射到所關(guān)注的腔體中之前，另外引入到熱歧管(或熱流道)中。熱流道的液滴保持與螺桿的計(jì)量區(qū)處于相同的標(biāo)稱溫度下。一旦形成材料丸粒并且聚合物與螺桿和圓筒組件處于熱平衡狀態(tài)，就準(zhǔn)備好開始循環(huán)。保持TLCP所處的溫度使得在塑化工藝期間所得到的各向異性的量減少，并且還確保聚合物不會(huì)在進(jìn)入模具中的入口點(diǎn)附近過早地凍結(jié)。模具關(guān)閉并且產(chǎn)生介于20噸到30噸之間的足夠夾緊力，由此克服注射材料時(shí)的內(nèi)腔壓力(大于20千帕)。假設(shè)可獲得足夠的第一階段壓力(大于25千帕)來達(dá)到所希望的速度，那么當(dāng)夾緊力積聚時(shí)，通過注射單元的柱塞以高速(> 4英寸/秒)來注射TLCP。在循環(huán)的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，模具溫度穩(wěn)定保持在180° F。進(jìn)入的聚合物材料經(jīng)歷極高的剪切速率通過注口，由此促進(jìn)高度分子各向異性，從而確保模制微針的機(jī)械特性優(yōu)先處于所述針的長軸上(也就是說，對于四方椎體針來說，沿著從基部到錐形尖端的軸)。正是在此步驟期間，材料經(jīng)歷了從它的平衡‘流動(dòng)翻滾’狀態(tài)向一種‘流動(dòng)取向排列’的轉(zhuǎn)變(參見美國臨時(shí)專利申請61/287，799 (2009年12月18日提交))。有關(guān)TLCP的另一個(gè)加工要素是使用P20或P420不銹鋼層合工具，這一工具有助于在材料的注射速度下同時(shí)促進(jìn)抽空腔體中的空氣。空氣的粘度足夠低，由此允許氣體經(jīng)由界定針幾何形狀的亞微 米表面排出。同時(shí)，快速進(jìn)入、定取向并硬化的聚合物的粘度因此太高而無法進(jìn)入由層合的工具腔體界定的亞微米表面，故只有空氣能夠散逸。由材料的流動(dòng)通道的長度而定，第一階段填充通常在不到0.3秒內(nèi)進(jìn)行。在第一階段注射期間，更通常需要0.1秒來完全填充腔體。一旦使用第一階段注射(速度受控的)，材料進(jìn)入并已經(jīng)填充了約98%的腔體，就使用第二階段(壓力受控的)注射來填充模具的剩余部分。18千帕或接近18千帕的第二階段壓力確保模具(大型或微型)的任何剩余部分被完全填充，并且確保任何材料收縮能通過在螺桿前部可用的小聚合物襯墊所施加的額外材料加以補(bǔ)償。當(dāng)材料在低于它的熱變形溫度(heat distortion temperature, HDT) 350° F下迅速硬化時(shí)，微針陣列即準(zhǔn)備好進(jìn)入所述工藝的脫模期。脫模是從注模腔體中移出模制部件的機(jī)制。此過程通?？梢栽谝幌盗忻撃ｄN、空氣輔助、真空輔助等條件下發(fā)生，以確保能夠從工具中充分地移出部件。也可以制造注模聚碳酸酯陣列的比較例。以下描述了與使用層合腔體工具構(gòu)造進(jìn)行基于聚碳酸酯(PC)的微針陣列的注模有關(guān)的比較性模制程序。所述方法通過使用配備有設(shè)計(jì)用于中等壓縮的18_往復(fù)式注模螺桿的克勞斯瑪菲注模機(jī)使純聚碳酸酯(“PC”)材料的固體粒料(Lexan HPS1R，可得自馬薩諸塞州皮茨菲爾德的沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料公司(Sabic Innovative Plastics, Pittsfield, MA))塑化來開始。在接近聚合物的標(biāo)稱熔融溫度(如，對于Lexan來說，< 480° F)的溫度下，將材料引入到螺桿的進(jìn)料段中以確保所述材料經(jīng)歷有限的熱暴露過程。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，材料開始塑化并且移動(dòng)到螺桿的壓縮區(qū)中，在所述壓縮區(qū)中，聚合物開始展現(xiàn)高剪切力，這些剪切力在高達(dá)540° F下開始軟化材料的熔融過程。當(dāng)形成注射丸粒時(shí)，聚合物進(jìn)入并通過螺桿的計(jì)量部分，在所述計(jì)量部分中，所述聚合物準(zhǔn)備好進(jìn)行注射(仍處于540° F下，在螺桿的整個(gè)長度上保持線性溫度特征)。材料也可以在注射到所關(guān)注的腔體中之前，另外引入到熱歧管(或熱流道)中。熱流道的液滴保持與螺桿的計(jì)量區(qū)處于相同的標(biāo)稱溫度下。一旦形成材料丸粒并且聚合物與螺桿和圓筒組件處于熱平衡狀態(tài)，就準(zhǔn)備好開始循環(huán)。為了確保聚碳酸酯可以完全地復(fù)制層合模具腔體的表面，需要將模具溫度升高到適當(dāng)狀態(tài)，以確保進(jìn)入的聚合物的溫度不會(huì)降到低于軟化點(diǎn)并且具有足夠低的粘度以填充所關(guān)注的腔體。接近腔體的模具溫度迅速增加至330° F到360° F的溫度。此溫度將根據(jù)材料的剪切粘度、熔體流動(dòng)指數(shù)、大型到微型模具腔體特征件的大小以及通風(fēng)而變化。此溫度保持足夠長的時(shí)間以確保在第二階段之前完全填充所關(guān)注的腔體。一旦達(dá)到所述溫度，就關(guān)閉模具并施加足夠的夾緊力(20到30噸)以克服注射材料時(shí)的內(nèi)腔壓力(大于16千帕)。假定可獲得足夠的第一階段壓力來達(dá)到所希望的速度，那么當(dāng)夾緊力積聚時(shí)，通過注射單元的柱塞以相對較低的速度(< 2英寸/秒)來注射PC。進(jìn)入的材料將經(jīng)歷高剪切力，然而，如果在第一階段注射期間模具保持如此高的溫度，那么相對于傳統(tǒng)的PC注模，這些力基本上較低。這將確保在冷卻后最終制品存在最小限度的熱應(yīng)力和剪 切應(yīng)力。繼而，此將有助于促進(jìn)制品中的宏觀特性與微觀特性保持均
一和平衡。使用層合工具加工PC微針陣列的益處是能夠在材料的注射速度下同時(shí)抽空腔體中的空氣?？諝獾恼扯茸銐虻?，由此允許氣體經(jīng)由界定針幾何形狀的亞微米表面排出。同時(shí)，迅速進(jìn)入、定取向并硬化的聚合物的粘度太高而無法進(jìn)入由層合工具腔體界定的亞微米表面。模具由多個(gè)196(14X 14)腔體組成，每個(gè)腔體為700微米深并且會(huì)聚到橫截面不到5微米的尖端。由材料的流動(dòng)通道的長度而定，第一階段填充通常在不到2秒內(nèi)進(jìn)行。在第一階段注射期間，更通常需要I秒來完全填充腔體?！┦褂玫谝浑A段注射(速度受控的)，材料已經(jīng)進(jìn)入并填充了約98%的腔體，就使用第二階段(壓力受控的)注射來填充模具的剩余部分。第二階段注射確保模具(大型或微型)的任何剩余部分被完全填充，并且確保任何材料收縮能通過在螺桿前部可用的小聚合物襯墊所施加的此額外量的材料加以補(bǔ)償。正是在第二階段期間，模具溫度(240° F至250° F)急劇降低以使聚合物的溫度低于材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。一旦材料的硬化完成(確保聚合物低于其HDT)，微針陣列現(xiàn)在就準(zhǔn)備好進(jìn)入所述工藝的脫模期。
脫模是從注模腔體中移出模制部件的機(jī)制。此過程通常可以在一系列脫模銷、空氣輔助、真空輔助等條件下發(fā)生，以確保能夠從工具中充分地移出部件。上述示例性方法中的每一種都可以用于形成多種不同的模制制品。此外，用熔融組合物填充每個(gè)特征腔可以形成空心的結(jié)構(gòu)特征件(如空心針)、實(shí)心的結(jié)構(gòu)特征件(如實(shí)心針或銷)或兩者的組合。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括熱致性液晶聚合物微針。如本申請中所用，微針通常具有不到1000微米的高度，不到800微米的高度，并且有時(shí)不到500微米的高度。微針可以具有超過50微米的高度，超過200微米的高度，并且有時(shí)超過500微米的高度。微針可以通過縱橫比來表征。如本文所用，術(shù)語“縱橫比”是微針高度(高出包圍微針基部的表面)與最大基部尺寸(也就是說，基部所占據(jù)的最長直線尺寸)(在微針基部所占據(jù)的表面上)的比率。在具有矩形基部的錐狀微針的情況下，最大基部尺寸應(yīng)當(dāng)是跨越基部而連接相對角的對角線。根據(jù)本發(fā)明的微針的縱橫比通常介于約2:1至約6:1之間，并且有時(shí)介于約2.5: I至約4: I之間。根據(jù)本文 所述的任一個(gè)實(shí)施例制備的微針陣列可以包括多種構(gòu)形中的任一種，例如以下專利和專利申請中描述的那些構(gòu)形，這些專利的公開內(nèi)容都以引用方式并入本文。有關(guān)微針裝置的一個(gè)實(shí)施例包括美國專利申請公開號(hào)2003/0045837中所公開的結(jié)構(gòu)。上述專利申請中所公開的微結(jié)構(gòu)是呈微針形式，這些微針具有錐形結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)在每個(gè)微針的外表面中形成的溝槽。所述微針可以具有在一個(gè)方向上伸長的基部。具有伸長的基部的微針中的溝槽可以從伸長的基部的一端朝向微針的尖端延伸。沿著微針側(cè)面形成的溝槽可以任選地在不到微針的尖端處終止。微針陣列也可以包括在微針陣列所處基底的表面上形成的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)。微針中的溝槽可以與導(dǎo)管結(jié)構(gòu)流體連通。有關(guān)微針裝置的另一個(gè)實(shí)施例包括共同待審的美國專利申請公開號(hào)2005/0261631中所公開的結(jié)構(gòu)，所述專利申請公開描述了具有截平的錐形形狀和受控的縱橫比的微針。有關(guān)微針陣列的另一個(gè)實(shí)施例包括美國專利號(hào)6，313，612 (Sherman等人)中所公開的結(jié)構(gòu)，所述專利描述了具有中空中心溝槽的錐形結(jié)構(gòu)。有關(guān)微針陣列的另一個(gè)實(shí)施例包括國際公開號(hào)W000/74766 (Gartstein等人)中所公開的結(jié)構(gòu)，所述國際公開描述了在微針尖端的頂面處具有至少一個(gè)縱向刀片的中空微針。在一個(gè)實(shí)施例中，微針包括介晶基元，這些介晶基元通過在大于0.3到最多1.0的范圍內(nèi)的各向異性因數(shù)進(jìn)行分子取向排列。本文所述的模制工藝可以使微針具有這種各向異性。舉例來說，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的橫截面。裝置10包括基部130和微針100。微針100進(jìn)一步包括取向排列介晶基元層110和未取向排列介晶基元層120?；?30可以具有與未取向排列介晶基元層120相比取向排列程度較大或較小的層。應(yīng)該指出的是，盡管在圖1中示出的取向排列介晶基元層110在基部處終止，但是可能存在沿著基部130的表面(鄰近微針并且沿著與微針相對的表面)具有一定程度的取向排列的層。更一般地說，在樹脂與模具接觸的任何位置，可能存在一定程度的介晶基元取向排列，尤其是在這些區(qū)域能夠足夠快地冷卻以保持取向排列的情形下。這種取向排列可能是由于TLCP在填充模具腔體時(shí)所經(jīng)受的流動(dòng)應(yīng)力以及伴隨發(fā)生的最接近模具表面的TLCP迅速冷卻所致。
本發(fā)明的裝置可以提供具有高撓曲模量的微針，例如，從而允許容易地穿透皮膚。另外，本發(fā)明的微針具有韌性。“韌性”意思是指根據(jù)本發(fā)明的裝置不會(huì)發(fā)生針斷裂而偏離基部。特別是，對于本發(fā)明的裝置，觀測到在微針的中點(diǎn)處施加足夠高的剪力時(shí)，微針可能在其基部處斷裂，而這些針往往不與基部分離。在一些實(shí)施例中，微針與基部130形成整體并從基部130突出。如上述方法中所述，至少一部分的介晶基元可為流動(dòng)取向排列的。在其他實(shí)施例中，至少約30%的介晶基元為流動(dòng)取向排列的。在另一個(gè)實(shí)施例中，至少約10%的介晶基元為流動(dòng)取向排列的，并且其余的介晶基元具有相對各向同性的取向狀態(tài)。在不希望受理論束縛的情況下，據(jù)信取向排列介晶基元層110的高度取向排列的介晶基元“皮膚”可以提供一定強(qiáng)度以使本發(fā)明的裝置能夠容易地穿透皮膚。另一方面，未取向排列介晶基元層由于其未取向排列狀態(tài)以及基部130的未取向排列狀態(tài)，可以提供一定韌性以使微針能夠抵抗通常在高度結(jié)晶模制的聚合物微針裝置中所觀測到的斷裂損壞。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置包括一種微針，所述微針本身包括尖端和基部。為了說明所述針的剛度，在某些實(shí)施例中可以觀測到微針的彎曲矩(在從尖端到基部的距離的15 %處測量)為30，000到60，OOOmN-μ m。在其他實(shí)施例中，如在從尖端到基部的距離的60 %處所測量，微針的彎曲矩為85，000到105，OOOmN-μ m。包括微針的裝置的性能可以通過施加到微針尖端直到觀測到嚴(yán)重變形所需的壓曲力來說明。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置包括壓曲力為0.2到0.5N的微針。作為參考，如實(shí)例中所示，聚碳酸酯微針的類似壓曲力為約0.1N，不到使本發(fā)明的微針發(fā)生嚴(yán)重變形所需的力的一半。描述本發(fā)明裝置的另一種方式是表征微針橫截面的彈性模量。舉例來說，在一個(gè)實(shí)施例中，微針的含有分子取向排列的介晶基元的區(qū)域的彈性模量為6到8Gpa。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)微針另外包括介晶基元基本上`呈各向同性的區(qū)域(例如，未取向排列介晶基元層120)時(shí)，所述各向同性區(qū)域的彈性模量為4到6Gpa。此差異性的彈性模量可以允許將微針容易地插入到皮膚中，同時(shí)降低微針斷裂的趨勢。本發(fā)明的裝置所具有的微針可以通過其取向程度來描述。舉例來說，赫曼斯取向函數(shù)(Hermans orientation function)是一種相對簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式,這一表達(dá)式描述了特定聚合樣品的取向程度。舉例來說，如上文所述而制造的PC陣列僅顯示X射線的漫散射，并且沒有取向排列結(jié)晶材料的證據(jù)。然而，對于根據(jù)本發(fā)明的TLCP微針，觀測到赫曼斯取向函數(shù)值為0.4到0.8，更具體地講為0.6到0.75。在另一方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用2磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透深度為50到120微米。在另一方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用3磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透深度為50到150微米。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，穿透深度研究可能受所穿透的基底的選擇所影響。舉例來說，如實(shí)例中更詳細(xì)地論述，對豬進(jìn)行的穿透深度研究的結(jié)果根據(jù)這些研究是在后腿還是在肋骨處進(jìn)行而不同。在本申請中，除非另有說明，否則所提供的穿透深度值是通過施用于豬的肋骨段來測量的。在又一方面，本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用3磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透效率為70%或更高，80%或更高，或甚至90%或更高。在此情形中，穿透效率是指對于給定的微針陣列，穿透皮膚的微針與陣列中針總數(shù)的比率。有關(guān)測量技術(shù)的更具體說明描述于實(shí)例中。另在此情形中，穿透效率研究可能受所穿透的基底的選擇所影響。在本申請中，除非另有說明，否則所提供的穿透效率值是通過施用于豬后腿段來測量的。在又一方面，本發(fā)明涉及手動(dòng)可插入的模制塑料微針。更具體地講，這些微針可以是熱致性液晶聚合物。在一個(gè)實(shí)施例中，手動(dòng)可插入的意思是指使用正常的手施加的壓力可插入到人的皮膚中。舉例來說，適合的手施加的壓力可以是小于8磅的力、小于5磅的力或甚至小于3磅的力?？梢粤私獾?，對人類測試這些裝置可能不太適宜，因此測定手動(dòng)插入能力可能需要使用動(dòng)物代替者。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通?？紤]豬皮膚為接近人類皮膚的動(dòng)物模型。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用正常的手施加的壓力將這些微針手動(dòng)插入到豬的皮膚中。舉例來說，適合的手施加的壓力可以是小于8磅的力、小于5磅的力或甚至小于3磅的力。在另一個(gè)實(shí)施例中，將本發(fā)明的裝置插入到人皮膚中所需的力可以足夠低，并且這些微針可以具有足夠小的長度，以使得將這些裝置手動(dòng)插入到人皮膚中引起極少出血或不引起出血。與此成對比的如柳葉刀、皮下注射針等，因?yàn)槠溟L度而在插入到皮膚中時(shí)穿透深度通常會(huì)引起出血。根據(jù)本發(fā)明的裝置和微針陣列可以用于多種情形中。舉例來說，可以使用中空微針或微針陣列將活性劑的制劑遞送到真皮內(nèi)間隙中。另外，可以使用中空微針或微針陣列，使用毛細(xì)管力、抽吸或其他適當(dāng)構(gòu)件進(jìn)行提取，由此從皮膚中提取流體(例如間質(zhì)液等)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)心微針或微針陣列可以用于多種途徑中。實(shí)心微針或微針陣列可以用活性劑涂覆，并且用于遞送活性劑穿過角質(zhì)層并遞送到皮膚的真皮內(nèi)間隙中。實(shí)心微針或微針陣列還可以用于穿透角質(zhì)層，從而提供進(jìn)入真皮內(nèi)間隙的通道，以便稍后進(jìn)行后續(xù)治療，例如施用透皮貼劑、霜膏等。另外，可以在微針中產(chǎn)生溝槽(例如，使用適當(dāng)成型的模具腔體)，這些溝槽可以配置成允許經(jīng)由毛細(xì)管作用提取流體(例如間質(zhì)液)。選擇以下實(shí)例僅僅為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)以及其它細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)該清楚地了解到，盡管實(shí)例用于此種目的，但是每個(gè)實(shí)例的具體內(nèi)容都不應(yīng)理解為不當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的范圍。SM實(shí)例I在約克夏雜交家豬(Yorkshire cross domestic pig ;明尼蘇達(dá)州吉本的中西豬研究所(Midwest Research Swine, Gibbon, Minnesota))中體內(nèi)測定以模擬手動(dòng)施加于皮膚的方式施加的液晶聚合物微針陣列的穿透深度(DOP)。每個(gè)陣列都是使用Vectra MT 1300熱致性液晶聚合物(肯塔基州佛羅倫薩的泰科納工程聚合物公司(Ticona EngineeringPolymers, Florence, Kentucky))模制的并且特征為多個(gè)四邊形錐體狀微針,這些微針呈15行X 15列圖案，并且微針高度為標(biāo)稱的700微米，縱橫比為約3.1并且相鄰微針之間尖端到尖端的距離為標(biāo)稱的550微米。

在施加前，用薄的不透明若丹明B(Rhodamine B)涂層完全地覆蓋這些微針以便測定D0P。使用兩步底涂工藝對這些陣列進(jìn)行底涂:步驟I)用35 μ I含0.5mg/ml聚乙烯醇(80%水解的)(密蘇里州圣路易斯的西格瑪-阿爾德里奇有限公司(Sigma-Aldrich, Inc,St.Louis,Missouri))和35 μ g/ml Tween 80 (密蘇里州圣路易斯的西格瑪-阿爾德里奇有限公司)的90% (v/v)乙醇/水溢流涂覆這些陣列并且在95° F下干燥20分鐘，和步驟2)用35 μ I的33.3mg/ml硫酸招鉀(Alum Potassium Sulfate)水溶液(新澤西州利文斯頓的遍達(dá)制造公司(Penta Manufacturing, Livingston, New Jersey))溢流涂覆這些陣列并且在95° F下干燥30分鐘。隨后，用35 μ I的0.08% (w/v)若丹明B水溶液(威斯康星州密爾沃基的阿爾德里奇化學(xué)品公司(Aldrich Chemical Company, Inc, Milwaukee,Wisconsin))溢流涂覆經(jīng)過底涂的陣列并且在95° F下干燥30分鐘。修剪動(dòng)物體上的施加部位，隨后如實(shí)例2中所描述進(jìn)行剃毛以去除肋骨和后腿區(qū)域的毛發(fā)，并用異氟烷氣體使動(dòng)物麻醉，并且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中保持麻醉狀態(tài)。涂有若丹明B的TLCP微針陣列用雙面的壓敏膠帶連接到ChatiUonw.!力儀(型號(hào)DFS-050)的軸上以監(jiān)測施加力的程度。使用2磅力(Ibf)、31bf以及51bf的力將這些陣列施加到豬的皮膚，保持10秒。在每一種施加力下將測試陣列(η = 3)施加到覆骨組織(肋骨區(qū)域)和覆結(jié)實(shí)肌肉的組織(后腿區(qū)域)。通過在施加到皮膚中之后測量從微針尖端到若丹明B涂層從微針擦除或溶解的位置的距離，來間接測定穿透到皮膚中的深度。通過使用顯微鏡，用Image ProiliPlus數(shù)字圖像分析軟件(馬里蘭州貝塞斯塔的米迪亞賽博尼斯有限公司(Media Cybernetics, Inc,Bethesda,Maryland))獲取微針圖像來測量穿透深度的分析結(jié)果。通過測量陣列圖案的四個(gè)區(qū)域中每個(gè)陣列的225個(gè)總微針中的66個(gè)微針，來測定每個(gè)陣列的平均D0P。施加到豬皮膚的涂有若丹明B的TLCP微針陣列的穿透深度結(jié)果中有關(guān)施加到覆骨組織(肋骨區(qū)域)的陣列結(jié)果提供于表I中，并且有關(guān)施加到覆結(jié)實(shí)肌肉的組織(后腿區(qū)域)的陣列結(jié)果提供于表2中。表1:D0P相對于體內(nèi)施加到豬肋骨區(qū)域的施加力
`
權(quán)利要求
1.一種裝置，所述裝置包括熱致性液晶聚合物微針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述微針包括介晶基元，所述介晶基元以在大于0.3到最多1.0的范圍內(nèi)的各向異性因數(shù)進(jìn)行分子取向排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述裝置另外包括基部，其中所述微針與所述基部形成整體并從所述基部突出，另外其中所述介晶基元中至少一部分為流動(dòng)取向排列的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述介晶基元中至少約30%為流動(dòng)取向排列的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述介晶基元中至少約10%為流動(dòng)取向排列的，并且所述介晶基元的其余部分呈現(xiàn)相對各向同性的取向狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述微針包括尖端和基部，并且其中如從所述尖端到所述基部的距離的15%處所測量，所述微針的彎曲矩為30，000mN-ym至60，OOOmN- μ mD
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述微針包括尖端和基部，并且其中如從所述尖端到所述基部的距離的60 %處所測量，所述微針的彎曲矩為85，OOOmN-μπι至105，OOOmN- μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述微針的壓曲力為0.2N至0.5N。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述微針的含分子取向排列的介晶基元的區(qū)域的彈性模量為6Gpa至8Gpa。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或9所述的裝置，其中所述微針另外包括所述介晶基元基本上呈各向同性的區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述各向同性區(qū)域的彈性模量為4Gpa至6Gpa。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述微針的赫曼斯取向函數(shù)的值為0.4至0.8。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述熱致性液晶聚合物是主鏈熱致性液晶聚合物微針。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述熱致性液晶聚合物是主鏈聚酯熱致性液晶聚合物微針。
15.一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用2磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透深度為50微米至120微米。
16.一種裝置，所述裝置包括液晶聚合物微針陣列，其中使用3磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透深度為50微米至150微米。
17.一種裝置，所述裝置包括 液晶聚合物微針陣列，其中使用3磅的力持續(xù)10秒時(shí)，所述微針的穿透效率為70 %或更高。
全文摘要
本發(fā)明描述了熱致性液晶聚合物微針(100)。
文檔編號(hào)B29C45/77GK103228416SQ201180057009
公開日2013年7月31日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者丹尼爾·C·杜安, 斯坦利·倫登 申請人:3M創(chuàng)新有限公司