以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法.pdf

以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，涉及一种药物芯片的制备方法。提供一种将聚吡咯药物释放技术与MEMS技术相结合，具备控制释放功能的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法。以单晶硅片为基底，通过微机电技术在硅片的表面构建由30～10000个金微电极组成的微电极阵列，微电极阵列中每个金微电极的通、断电状态为单独控制；将构建后的微电极阵列浸入由吡咯单体和磺化铝酞菁组成的电解质溶液中，然后采用恒电位法或循环伏安法在每个金微电极上生长掺杂磺化铝酞菁的聚吡咯膜，得到以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片。

权利要求书
1.   以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以单晶硅片为基底，通过微机电技术在硅片的表面构建由30～10000个金微电极组成的微电极阵列，微电极阵列中每个金微电极的通、断电状态为单独控制；
2)将构建后的微电极阵列浸入由吡咯单体和磺化铝酞菁组成的电解质溶液中，然后采用恒电位法或循环伏安法在每个金微电极上生长掺杂磺化铝酞菁的聚吡咯膜，得到以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片。

2.   如权利要求1所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于所述以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的面积为0.1～3cm2。

3.   如权利要求1所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于所述微电极阵列中每个金微电极的面积为400～25000μm2，所述微电极阵列中每个金微电极的厚度为0.1～0.3μm。

4.   如权利要求1所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于所述电解质溶液是吡咯单体和磺化铝酞菁水溶液，吡咯单体的浓度为0.05～1mol/L，磺化铝酞菁的浓度为0.01～0.5mol/L。

5.   如权利要求1或4所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于所述磺化铝酞菁选自二磺化铝酞菁、三磺化铝酞菁或四磺化铝酞菁。

6.   如权利要求1所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于当采用恒电位法制备聚吡咯膜时，电位施加范围为0.65～1.2V，施加时间为10～1000s。

7.   如权利要求1所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法，其特征在于当采用循环伏安法制备聚吡咯膜时，电位扫描范围为0～1.2V，扫描速率为5～200mV/s，扫描周数为1～20周。

说明书以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种药物芯片的制备方法，尤其是涉及一种具有控制释放功能的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法。
背景技术
近年来，微机电系统(MEMS)的飞速发展为主动型药物释放系统的开发提供了新的技术平台。MEMS的特点在于超小型化和多样性，能够执行复杂、细微的工作。John T等人(JohnT，Santini JR，Michael JC，Langer R，A controlled-release microchip.Nature，1999，397(6717)：335-338)利用该技术，制备出了一种一美分硬币大小的微型可植入药物芯片。该芯片是在单晶硅上通过MEMS技术刻蚀出若干微型药库，每个药库可以装载相同或不同药物，然后用金膜对药库进行封口。当采用电化学法将金膜腐蚀后，药库内的药物即可释放出来。Maloney JM等人(Maloney JM，et al，Electrothermally activated microchips for implantable drug delivery andbiosensing，Journal of Controlled Release，2005，7(3)：1-13。)设计了类似的芯片，他们将打开微型药库封口金膜的方法由电化学腐蚀改为电热熔化，并进一步强化了芯片的集成性，获得了可通过无线遥控将金膜熔化以进行药物释放的芯片产品。药物芯片是药物释放领域的一次革新，有极大的发展潜力。但是，目前的药物芯片均以微型药库作为药物储存的场所，因此不可避免地存在如下一些不足之处，如制作工艺复杂，对储药库密封技术和密封材料要求较高，因微型储药库体积很小，而对储药技术要求较高，操作亦较繁杂。
导电高分子聚吡咯具有独特的掺杂/脱掺杂性能，当其在氧化态与还原态之间变化时，会伴随着掺杂离子进入与离开导电聚合物的过程，以维持电荷的平衡。当掺杂离子为药物时，利用这一原理即可实现药物的存储与释放，因此聚吡咯可用作药物释放的载体。目前已有关于聚吡咯控制释放小分子的谷氨酸盐、三磷酸腺苷(ATP)、N-甲基吩噻嗪、甲氧萘丙酸、水杨酸盐、氟尿嘧啶(5-Fu)、呋氟尿嘧啶(TF-207)以及大分子的神经生长因子等多种药物的报道。利用聚吡咯作为药物释放载体的优势在于药物的装载与释放过程大大简化，而且可以通过调节外部电压来控制药物释放的过程，以获得多种(连续或脉冲)药物释放模式。但目前尚未见将聚吡咯药物释放技术与芯片技术相结合制备聚吡咯药物芯片的相关报道。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种将聚吡咯药物释放技术与MEMS技术相结合，具备控制释放功能的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法。
所述的以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的制备方法包括以下步骤：
1)以单晶硅片为基底，通过微机电技术在硅片的表面构建由30～10000个金微电极组成的微电极阵列，微电极阵列中每个金微电极的通、断电状态为单独控制；
2)将构建后的微电极阵列浸入由吡咯单体和磺化铝酞菁组成的电解质溶液中，然后采用恒电位法或循环伏安法在每个金微电极上生长掺杂磺化铝酞菁的聚吡咯膜，得到以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片。
以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片上固载的磺化铝酞菁可以采用恒电位法或循环伏安法进行控制释放。
所述以聚吡咯为药物载体的磺化铝酞菁药物芯片的面积最好为0.1～3cm2。
所述微电极阵列中每个金微电极的面积最好为400～25000μm2，所述微电极阵列中每个金微电极的厚度最好为0.1～0.3μm。
所述电解质溶液是吡咯单体和磺化铝酞菁水溶液，吡咯单体的浓度最好为0.05～1mol/L，磺化铝酞菁的浓度最好为0.01～0.5mol/L。所述磺化铝酞菁可选自二磺化铝酞菁、三磺化铝酞菁或四磺化铝酞菁等。
当采用恒电位法制备聚吡咯膜时，电位施加范围最好为0.65～1.2V，施加时间最好为10～1000s；当采用循环伏安法制备聚吡咯膜时，电位扫描范围最好为0～1.2V，扫描速率最好为5～200mV/s，扫描周数最好为1～20周。
当采用恒电位法对药物芯片上固载的磺化铝酞菁进行控制释放时，电位施加范围为-0.3～-1.0V，施加时间为30～10000s；当采用循环伏安法对芯片上固载的磺化铝酞菁进行控制释放时，电位扫描范围为0～-1.2V，电位扫描速率为5～200mV/s，扫描周数为1～50周。
本发明将聚吡咯药物释放技术与MEMS技术相结合，充分利用两者的优势，制备一种以聚吡咯为载体的磺化铝酞菁药物芯片。与现有的以微型储药库为药物储存场所的药物芯片相比，该药物芯片以聚吡咯为药物储存载体，仅通过一步电化学反应就可将药物磺化铝酞菁固载到聚吡咯膜中，既简化了药物的固载过程，也降低了药物芯片的制备成本。同时，由于聚吡咯膜中的药物采用电化学法进行释放，通过在通、断电状态之间进行转变或者通过对外部电压进行调节，即可获得连续释放与脉冲释放两种药物释放模式。因此，本发明所制备的药物芯片具有制备简单、成本低以及容易控制等优点，在药物释放领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中硅芯片表面金微电极阵列示意图(电极数目为6×6，每个电极大小为150μm×150μm×0.3μm)。
图2为实施例1中金微电极上已固载二磺化铝酞菁的聚吡咯膜的红外光谱图。在图2中，横坐标为波数Wavenumabers/cm-1，纵坐标为透过率/％。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1)在面积为6.0mm×6.0mm的硅芯片表面制备数目为6×6，每个电极尺寸为150μm×150μm×0.3μm的金微电极阵列。
(1)硅片的标准清洗：将硅片依次在丙酮、无水乙醇中超声3～5min，去离子水冲洗后在HF溶液(HF:H2O)中浸泡30s，取出后用去离子水冲洗，接着在85℃的洗液(NH4OH:H2O2:H2O)中煮15min，取出后用去离子水冲洗，再在加热至85℃的洗液(HCl:H2O2:H2O)中煮15min，取出后用去离子水冲洗，吹干备用；
(2)硅片热氧化：将清洗后的硅片置于950℃的氧化扩散炉内进行氧化，使氧化层厚度达到500nm；
(3)反转光刻，该步骤包括如下几个流程：
活化：将热氧化后的硅片置于80℃度烘箱中烘30min进行活化；
涂胶：在活化后的硅片表面均匀涂布光刻胶，采用匀胶机进行旋转涂胶，匀胶机转速2000r/min，涂胶时间为30s；
前烘：将涂有光刻胶的硅片置于92℃烘箱中烘10～12min；
曝光：对硅片上前烘后的光刻胶进行曝光，曝光时间5.2s；
反转烘：将爆光后的硅片置于96℃烘箱中烘10min；
泛曝光：对反转烘后的光刻胶进行泛曝光，时间为5.5s；
显影：对泛曝光后的光刻胶进行显影，时间为40s；
(4)溅射：在显影后的光刻胶表面分别溅射Ti层和Au层；
(5)剥离：硅片在丙酮中浸泡12h，超声约2min，用棉签将硅片表面的光刻胶剥离，金微电极即可曝露出来；
(6)在上述硅片表面上采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法沉积Si3N4；
(7)在沉积了Si3N4的硅片表面再次进行反转光刻后，采用感应耦合等离子(ICP)刻蚀Si3N4，再次剥离去掉光刻胶后即得导线受Si3N4保护、而电极表面裸露的金微电极阵列(见图1)。
2)二磺化铝酞菁药物芯片的制备
将上述含金微电极阵列的硅芯片置于由吡咯单体(0.8mol/L)和二磺化铝酞菁(0.5mol/L)组成的5mL电解质溶液中，以金微电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在0.70V聚合电位下，依次在每个金微电极上制备掺杂了二磺化铝酞菁的聚吡咯膜，聚合时间为900s。然后用去离子水对硅芯片表面进行彻底清洗即得二磺化铝酞菁药物芯片。
由其红外光谱(图2)可见：1446cm-1、1536cm-1、3427cm-1为吡咯的特征吸收峰，而1290cm-1、1033cm-1处的吸收峰为二磺化铝酞菁上磺酸基(-SO3H)的对称、不对称伸缩振动峰。由此可以证明金微电极表面的聚吡咯膜中已经成功固载了药物二磺化铝酞菁。
3)二磺化铝酞菁的控制释放
将上述二磺化铝酞菁药物芯片置于20mL磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH＝7.2)中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，对金微电极表面的聚吡咯膜施加-0.3V的还原电位进行连续释放，以使膜中掺杂的药物三磺化铝酞菁释放到PBS溶液中，同时采用荧光光度计分析药物浓度，6000s后，药物累积释放率达到80％。
实施例2
1)硅芯片上金微电极阵列的制备
按照实施例1步骤1的工艺在面积为6mm×6mm的硅片表面制备数目为6×6，每个电极尺寸为150μm×150μm×0.3μm的金微电极阵列。
2)二磺化铝酞菁药物芯片的制备
将上述含金微电极阵列的硅芯片置于由吡咯单体(0.2mol/L)和二磺化铝酞菁(0.35mol)组成的5mL电解质溶液中，以金微电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在1.0V聚合电位下，依次在每个金微电极上制备掺杂了二磺化铝酞菁的聚吡咯膜，聚合时间为300s。然后用去离子水对硅芯片表面进行彻底清洗即得二磺化铝酞菁药物芯片。
3)二磺化铝酞菁的控制释放
将上述二磺化铝酞菁药物芯片置于20mLPBS(pH 7.2)溶液中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，对金微电极表面的聚吡咯膜每隔1800S施加-0.5V的脉冲还原电位120s，以使膜中掺杂的药物二磺化铝酞菁以脉冲方式释放到PBS溶液中。采用荧光光度计分析药物浓度，脉冲释放进行20次后，药物累积释放率达到86％。
实施例3
1)硅芯片上金微电极阵列的制备
按照实施例1步骤1的工艺在面积为10mm×10mm的硅片表面制备数目为50×50，每个电极尺寸为50μm×50μm×0.2μm的金微电极阵列。
2)三磺化铝酞菁药物芯片的制备
将上述含金微电极阵列的硅芯片置于由吡咯单体(0.2mol/L)和三磺化铝酞菁(0.01mol)组成的5mL电解质溶液中，以金微电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在1.2V聚合电位下，依次在每个金微电极上制备掺杂了三磺化铝酞菁的聚吡咯膜，聚合时间为40s。然后用去离子水对硅芯片表面进行彻底清洗即得三磺化铝酞菁药物芯片。
3)三磺化铝酞菁的控制释放
将上述三磺化铝酞菁药物芯片置于20mLPBS(pH 7.2)溶液中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，对金微电极表面的聚吡咯膜施加-1.0V的还原电位进行连续释放，以使膜中掺杂的药物三磺化铝酞菁释放到PBS溶液中，同时采用荧光光度计分析药物浓度，600s后，药物累积释放率达到76％。
实施例4
1)硅芯片上金微电极阵列的制备
按照实施例1步骤1的工艺在面积为10mm×10mm的硅片表面制备数目为50×50，每个电极尺寸为50μm×50μm×0.2μm的金微电极阵列。
2)三磺化铝酞菁药物芯片的制备
将上述含金微电极阵列的硅芯片置于由吡咯单体(0.05mol/L)和三磺化铝酞菁(0.3mol/L)组成的5mL电解质溶液中，以金微电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用循环伏安法在电势0～0.65V，扫描速率10mV/s下扫描18周，即可在金微电极表面沉积一层固载药物三磺化铝酞菁的聚吡咯膜。重复此步骤，当阵列中全部金微电极上都沉积了聚吡咯膜后，用去离子水对硅片表面进行彻底清洗，就得到了三磺化铝酞菁药物芯片。
3)三磺化铝酞菁的控制释放
将上述三磺化铝酞菁药物芯片置于20mLPBS(pH 7.2)溶液中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，采用循环伏安法对金微电极表面聚吡咯膜中的三磺化铝酞菁进行连续控制释放，电势扫描范围为0～-0.3V，扫描速率为10mV/s，扫描周数为45周，同时采用荧光光度计分析药物浓度，连续扫描45周后药物累积释放率到达94％。
实施例5
1)硅芯片上金微电极阵列的制备
按照实施例1步骤1的工艺在面积为17mm×17mm的硅片表面制备数目为100×100，每个电极尺寸为20μm×20μm×0.1μm的金微电极阵列。
2)四磺化铝酞菁药物芯片的制备
将上述含金微电极阵列的硅芯片置于由吡咯单体(1.0mol/L)和四磺化铝酞菁(0.09mol/L)组成的5mL电解质溶液中，以金微电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用循环伏安法，在0～0.95V的电势范围，扫描速率为100mV/s下扫描10周，即可在金微电极表面沉积一层固载了药物四磺化铝酞菁的聚吡咯膜。重复此步骤，当阵列中全部金微电极上都沉积了聚吡咯膜后，用去离子水对硅片表面进行彻底清洗，就得到了四磺化铝酞菁药物芯片。
3)四磺化铝酞菁的控制释放
将上述四磺化铝酞菁药物芯片置于20mLPBS(pH 7.2)溶液中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，采用循环伏安法对金微电极表面聚吡咯膜中的四磺化铝酞菁进行连续控制释放，电势扫描范围为0～-0.8V，扫描速率为100mV/s，扫描周数为20周。采用荧光光度计分析药物浓度，连续扫描20周后药物累积释放率达到90％。
实施例6
1)硅芯片上金微电极阵列的制备
按照实施例1步骤1的工艺在面积为17mm×17mm的硅片表面制备数目为100×100，每个电极尺寸为20μm×20μm×0.1μm的金微电极阵列。
2)四磺化铝酞菁药物芯片的制备
将上述含金微电极阵列的硅芯片置于由吡咯单体(0.4mol/L)和四磺化铝酞菁(0.2mol/L)组成的5mL电解质溶液中，以金微电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用循环伏安法，在0～1.2V的电势范围，扫描速率为190mV/s下扫描3周，即可在金微电极表面沉积一层固载了药物四磺化铝酞菁的聚吡咯膜。重复此步骤，当阵列中全部金微电极上都沉积了聚吡咯膜后，用去离子水对硅片表面进行彻底清洗，就得到了四磺化铝酞菁药物芯片。
3)四磺化铝酞菁的控制释放
将上述四磺化铝酞菁药物芯片置于20mLPBS(pH 7.2)溶液中，以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，采用循环伏安法对金微电极表面聚吡咯膜中的四磺化铝酞菁进行脉冲控制释放，每隔600s，对聚吡咯膜进行循环伏安，电势扫描范围为0～-1.0V，扫描速率为180mV/s，扫描周数为1周，同时采用荧光光度计分析药物浓度，循环伏安进行3次脉冲释药后，药物累积释放率到达68％。