基於表面微細加工工藝的異平面空心微針及其製備方法
2023-06-05 10:40:21
專利名稱：基於表面微細加工工藝的異平面空心微針及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種空心微針，具體涉及ー種基於表面微細加工エ藝的異平面空心微針及其製備方法。
背景技術：
1999年Chim等人製成了能精確控制將生物物質注入到細胞中的ニ氧化矽微針。 2000年Meber等人製成了能與微針注射器連用的微針陣列。2003年Achim Trautmann等人製成了含有貯液池和微管道的微針陣列。根據不同的製作エ藝，微針分為異平面和同平面微針，同平面微針的軸平行於基底，而異平面微針的軸垂直與底面。相同面積情況下，異平面微針數遠大於同平面微針數，所以大多數微針都製成異平面微針。傳統的異平面空心微針製備方法結合了深反應離子刻蝕、各項同性刻蝕和各項異性刻蝕技木。經對現有技術的文獻檢索發現，J. G. E Gaedeniers等在《Micro Electro Mechanical Systems))(微機電系統)、2002年第15屆IEEE國際會議上發表的「Silicon micromachmed hollow microneedles for transdermal liquid transier，，( 於fli微加工的用於傳輸液體藥物的空心微針)，該文介紹的製備方法分為5個步驟1、利用RIE在 {100}矽片上生成深孔；2、利用RIE在背面刻出相連的孔；3、採用LPCVD在矽表面沉積氮化矽；4、利用各向異性溼法刻蝕製備出針尖尖端；5、去掉保護層。沈修成等在《傳感技術學報》2009年02期發表的「基於MEMS技術的異平面空心金屬微針」，該文介紹的製備方法有3個步驟1、利用矽(100)面刻蝕技術在矽片上刻蝕出倒四稜錐；2、採用電鍍技術電鍍出空心金屬倒四稜錐；3、從背面開出微流道並去除殘餘矽。這2種製備方法存在幾個缺點1、步驟複雜繁瑣；2、製造エ藝涉及DRIE和電鍍技木，成本高昂；3、僅在矽上製作微針結構，微針高度受到極大限制；4、不利於大批量生產。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提出了一種基於溼法刻蝕エ藝和澆鑄エ 藝相結合的、相對簡單易行的異平面空心微針及其製備方法。本發明是通過以下技術方案實現的本發明所述的基於表面微細加工エ藝的異平面空心微針的製備方法，該方法採用基於溼法刻蝕エ藝、UV-LIGAエ藝和澆鑄エ藝，溼法刻蝕用於形成微針針尖結構，UV-LIGA 用於實現微針針體部分，然後利用澆鑄，形成ー個內部中空的微針結構，從而實現出異平面空心微針。本發明上述方法包括如下步驟首先準備ー塊重摻雜ρ型拋光片作為襯底，在矽片上甩ー層正膠並在上面顯影出方形圖案；然後利用溼法刻蝕エ藝，去除暴露出來的氧化矽，得到氧化矽下層的方形圖案的娃；
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再利用溼法刻蝕工藝，對暴露的矽進行各向異性刻蝕，在矽基體上得到四稜錐結構；接著再甩一層負膠，並顯影出微針陰模具結構；而後加載金屬絲陣列，並用液態高分子材料對其進行澆鑄；最後脫模，釋放出異平面空心微針結構。所述金屬絲陣列是根據所需的微針高度和尺寸而設計的具有設定力學強度的金屬絲陣列，以便產生微針的空心內腔。所述液態高分子材料，採用的是生物友好型且容易降解的高分子材料。本發明所述的基於表面微細加工工藝的異平面空心微針，包括具包括具有四稜錐針尖結構，圓柱形針體結構以及空心圓柱形內腔結構，四稜錐針尖結構位於圓柱形結構之上，空心圓柱形內腔結構貫穿整個針尖和針體部分。所述具有四稜錐針尖結構，其傾斜角為7°。現有的空心微針主要通過DRIE或電鍍技術實現，成本高昂且微針高度受限。而本發明提出的設計方案是利用特製模具澆鑄而成，因此本發明與現有的空心微針製備方法相比，不需要昂貴的加工技術，能夠實現快速複製及高速批量生產，而且溼法刻蝕和澆鑄操作相對簡單，整套工藝流程簡單易行。
圖1為本發明實施例中異平面空心微針示意圖。圖2為本發明實施例中製備方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖給發明的實施例作詳細說明。本發明在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例1如圖2所示，本實施例包括以下幾個步驟第一步準備一塊晶向為的ρ型摻硼拋光片4作為襯底。在其上甩一層5 μ m 厚的正膠2，並光刻顯影，掩膜板為方形圖案。第二步利用HF溼法刻蝕工藝去除正膠未覆蓋處的氧化矽3。第三步將質量分數30%的KOH刻蝕第二步處理過後的矽片，得到倒置四稜錐結構。第四步甩一層300 μ m厚的SU_8膠6，並光刻顯影，掩膜板為圓形結構。第五步在得到的凹模具中加載鉬絲陣列板5，該鉬絲陣列通過對光刻膠進行光刻顯影電鍍而得到，且進行過位置校對處理，加載時可以準確地將鉬絲對準步驟四中的凹模具，鉬絲半徑30 μ m,長度600 μ m。第六步，最後澆鑄聚苯乙烯(PQ7，PS凝固後，進行脫模處理。如圖1所示，本實施例得到的微針結構示意圖，圖中微針分為上下2部分，針尖和針體，針尖為四稜錐結構，傾斜角為討.7°，針體為圓柱形結構，微針中空，空心部分平行於微針軸向。實施例2如圖2所示，本實施例包括以下幾個步驟第一歩準備ー塊晶向為的ρ型摻硼拋光片4作為襯底。在其上甩ー層5 μ m 厚的正膠2，井光刻顯影，掩膜板為方形圖案。第二步利用HF溼法刻蝕エ藝去除正膠未覆蓋處的氧化矽3。第三步將質量分數30%的KOH刻蝕第二步處理過後的矽片，得到倒置四稜錐結構。第四步甩ー層200 μ m厚的SU_8膠6，井光刻顯影，掩膜板為圓形結構。第五步在得到的凹模具中加載鉬絲陣列板5，該鉬絲陣列通過對光刻膠進行光刻顯影電鍍而得到，且進行過位置校對處理，加載時可以準確地將鉬絲對準步驟四中的凹模具，鉬絲半徑30 μ m,長度600 μ m。第六步，最後澆鑄熔融聚乳酸(PLA) 7，PS凝固後，進行脫模處理。如圖1所示，本實施例得到的微針結構示意圖，圖中微針分為上下2部分，針尖和針體，針尖為四稜錐結構，傾斜角為討.7°，針體為圓柱形結構，微針中空，空心部分平行於微針軸向。本實施例得到的微針跟實施例1相比，高度變矮，力學強度增強。以上為本發明的優選實施例，應當理解的是，本發明還有其他可實現的方式，比如簡單變換參數和選用的材料等，這些對於本領域的技術人員來說是很容易實現的。本發明是在基於溼法刻蝕エ藝和澆鑄エ藝，不需要複雜昂貴的加工技木，能夠快速而又廉價的進行大批量複製，而且溼法刻蝕操作和澆鑄操作相對簡単，整套エ藝流程簡單易行。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種基於表面微細加工工藝的異平面空心微針的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟首先準備一塊重摻雜P型拋光片作為襯底，在矽片上甩一層正膠並在上面顯影出方形圖案；然後利用溼法刻蝕工藝，去除暴露出來的氧化矽，得到氧化矽下層的方形圖案的矽； 再利用溼法刻蝕工藝，對暴露的矽進行各向異性刻蝕，在矽基體上得到四稜錐結構； 接著再甩一層負膠，並顯影出微針陰模具結構； 而後加載金屬絲陣列，並用液態高分子材料對其進行澆鑄； 最後脫模，釋放出異平面空心微針結構。
2.根據權利要求1所述的基於表面微細加工工藝的異平面空心微針的製備方法，其特徵在於，所述金屬絲陣列是根據所需的微針高度和尺寸而設計的具有設定力學強度的金屬絲陣列，以便產生微針的空心內腔。
3.根據權利要求1所述的基於表面微細加工工藝的異平面空心微針的製備方法，其特徵在於，所述液態高分子材料，採用的是生物友好型且容易降解的高分子材料。
4.根據權利要求1-3任一項所述的基於表面微細加工工藝的異平面空心微針的製備方法，其特徵在於，具體實施如下第一步準備一塊晶向為的ρ型摻硼拋光片作為襯底，在其上甩一層正膠，並光刻顯影，掩膜板為方形圖案；第二步利用HF溼法刻蝕工藝去除正膠未覆蓋處的氧化矽； 第三步將質量分數30%的KOH刻蝕第二步處理過後的矽片，得到倒置四稜錐結構； 第四步甩一層SU-8膠，並光刻顯影，掩膜板為圓形結構； 第五步在得到的凹模具中加載鉬絲陣列板，該模板進行過位置校對處理； 第六步，澆鑄聚苯乙烯或熔融聚乳酸，凝固後，進行脫模處理，釋放出異平面空心微針結構。
5.一種根據權利要求1-4所述方法得到的異平面空心微針，其特徵在於，包括具有四稜錐針尖結構，圓柱形針體結構以及空心圓柱形內腔結構，四稜錐針尖結構位於圓柱形結構之上，空心圓柱形內腔結構貫穿整個針尖和針體部分。
6.根據權利要求5所述的異平面空心微針，其特徵在於，所述具有四稜錐針尖結構，其傾斜角為54. 7°。
7.根據權利要求5或6所述的異平面空心微針，其特徵在於，空心圓柱形內腔結構的空心部分平行於微針軸向。
全文摘要
本發明公開一種基於表面微細加工工藝的異平面空心微針及其製備方法，所述方法採用基於溼法刻蝕工藝、UV-LIGA工藝和澆鑄工藝，溼法刻蝕用於形成微針針尖結構，UV-LIGA用於實現微針針體部分，然後利用澆鑄，形成一個內部中空的微針結構，從而實現出異平面空心微針。本發明利用特製模具澆鑄而成，不需要昂貴的加工技術，能夠實現快速複製及高速批量生產，而且溼法刻蝕和澆鑄操作相對簡單，整套工藝流程簡單易行。
文檔編號A61M37/00GK102526870SQ201210005030
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者廖哲勳, 朱軍, 李以貴 申請人:上海交通大學