Analysis of optimal molding process for PLA microneedle based on micro injection molding technology

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.013

Abstract

Abstract:

In order to improve the production efficiency of polymer microneedles and molding quality， reduce the production cost， and meet the requirement of mass production， a micro injection molding technology was used to prepare the poly（lactic acid）（PLA）⁃based medical and aesthetic microneedle patches. The effects of melt temperature， mold temperature， injection speed， holding pressure， and holding time on the tip diameter of the resultant PLA⁃based microneedles were investigated by an orthogonal experiment， and their morphology， size and mechanical strength were characterized by electron microscopy and dynamometry. Moreover， the skin penetration and penetration experiments in vitro were carried out to verify the penetration and penetration effects of the PLA microneedles. The results indicated that the injection⁃molded PLA microneedles obtained a good molding effect with a minimum tip diameter when the process parameters were set to a melt temperature of 200 ℃， a mold temperature of 45 ℃， an injection speed of 360 mm/s， a holding pressure of 50 MPa， and a holding time of 4 s. Under such a condition， the PLA microneedles achieved a height of 0.524 mm and a tip diameter of 0.027 mm. The needle tip molding was obviously optimal， and the developed microneedles could meet a requirement of performance.

Key words: micro injection molding, polymer microneedle, injection molding process, orthogonal experiment, transdermal penetration

CLC Number:

TQ320.6

XU Jiawei, ZHU Jingxian, HUO Zejun, GAO Qiang, KANG Tingting, KANG Xiaoya, ZHUANG Jian. Analysis of optimal molding process for PLA microneedle based on micro injection molding technology[J]. China Plastics, 2024, 38(11): 76-80.

Figures/Tables 10

因素/水平	A	B	C	D	E
1	180	25	300	45	4
2	190	35	330	50	6
3	200	45	360	55	8
4	210	55	390	60	10

Tab.1. Factors and levels of the orthogonal experiments

实验序号	A	B	C	D	E	顶端直径 /μm
1	A₁ （180）	B₁ （25）	C₁ （300）	D₁ （45）	E₁ （4）	34.52
2	A₁ （180）	B₂ （35）	C₂ （330）	D₂ （50）	E₂ （6）	36.40
3	A₁ （180）	B₃ （45）	C₃ （360）	D₃ （55）	E₃ （8）	32.12
4	A₁（180）	B₄ （55）	C₄ （390）	D₄ （60）	E₄ （10）	32.52
5	A₂ （190）	B₁ （25）	C₂ （330）	D₃ （55）	E₄ （10）	34.12
6	A₂ （190）	B₂ （35）	C₁ （300）	D₄ （60）	E₃ （8）	39.40
7	A₂ （190）	B₃ （45）	C₄ （390）	D₁ （45）	E₂ （6）	33.64
8	A₂ （190）	B₄ （55）	C₃ （360）	D₂ （50）	E₁ （4）	29.96
9	A₃ （200）	B₁ （25）	C₃ （360）	D₄ （60）	E₂ （6）	27.44
10	A₃ （200）	B₂ （35）	C₄ （390）	D₃ （55）	E₁ （4）	33.40
11	A₃ （200）	B₃ （45）	C₁ （300）	D₂ （50）	E₄ （10）	28.00
12	A₃ （200）	B₄ （55）	C₂ （330）	D₁ （45）	E₃ （8）	28.04
13	A₄ （210）	B₁ （25）	C₄ （390）	D₂ （50）	E₃ （8）	31.40
14	A₄ （210）	B₂ （35）	C₃ （360）	D₁ （45）	E₄ （10）	32.96
15	A₄ （210）	B₃ （45）	C₂ （330）	D₄ （60）	E₁ （4）	28.08
16	A₄ （210）	B₄ （55）	C₁ （300）	D₃ （55）	E₂ （6）	32.08

Tab.2. Design and datas of the orthogonal experiments

均值	熔体温度/℃	模具温度/℃	注射速度/mm·s^-1	保压压力/MPa	保压时间/s
主次顺序	模具温度>熔体温度>注射速度>保压时间>保压压力
K₁	135.56	127.48	134.00	129.16	125.96
K₂	137.12	142.16	126.64	125.76	129.56
K₃	116.88	121.84	122.48	131.72	130.96
K₄	124.52	122.60	130.96	127.44	127.60
$K 1 ¯$	33.89	31.87	34.85	32.29	31.49
$K 2 ¯$	34.28	35.54	31.66	31.44	32.39
$K 3 ¯$	29.22	30.46	30.62	32.93	32.74
$K 4 ¯$	31.13	30.65	31.39	31.86	31.90
最优水平	A₃	B₃	C₃	D₂	E₁
R_j	5.06	5.08	4.23	0.85	1.25

均值	熔体温度/℃	模具温度/℃	注射速度/mm·s^-1	保压压力/MPa	保压时间/s
主次顺序	模具温度>熔体温度>注射速度>保压时间>保压压力
K₁	135.56	127.48	134.00	129.16	125.96
K₂	137.12	142.16	126.64	125.76	129.56
K₃	116.88	121.84	122.48	131.72	130.96
K₄	124.52	122.60	130.96	127.44	127.60
$K 1 ¯$	33.89	31.87	34.85	32.29	31.49
$K 2 ¯$	34.28	35.54	31.66	31.44	32.39
$K 3 ¯$	29.22	30.46	30.62	32.93	32.74
$K 4 ¯$	31.13	30.65	31.39	31.86	31.90
最优水平	A₃	B₃	C₃	D₂	E₁
R_j	5.06	5.08	4.23	0.85	1.25

Tab.3. Results of the orthogonal experiments

Fig.1. Effect of process parameters on the top diameter

Fig.2. Morphology of the microneedle

Fig.3. Mechanical properties of a single PLA microneedle at optimum process

Fig.4. Puncture effect of the microneedles

Fig.5. Standard curve of the clindamycin

Fig.6. Cumulative release curves of the clindamycin

Fig.7. Healing of the pinholes at different time

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