用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法
2023-08-04 12:51:06
專利名稱：用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫用器械技術領域的金屬空心微針製作方法，具體地說，涉 及的是一種用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法。
背景技術：
目
前出現一類新型的給藥技術即透皮給藥。透皮給藥是在皮膚表面給藥，使 藥物以接近恆定速度通過皮膚各層，經毛細血管吸收進入體循環產生全身或局部 治療作用。微機電技術(MEMS)製作的微針在透皮給藥領域得到廣泛關注。人體 皮膚由角質層(10 15微米厚)、活性表皮層(50 100微米厚)和真皮層組成。 角質層由緻密的角質細胞組成，是藥物經皮輸送的主要障礙。角質層以下是表皮 層，含有活性細胞和少量的神經組織，但沒有血管。表皮層以下是真皮層，是皮 膚的主要組成部分，含有大量的活細胞、神經組織和血管組織。MEMS微針尺寸 在微米級，因此刺入皮膚後不與神經接觸，避免了對病人造成痛感。另外，MEMS 微針在皮膚造成了真實的物理通道，因此藥物可以很容易穿過角質層進入血管。 MEMS微針結構與傳統注射器的針頭相似，針尖呈對稱圓錐形或非對稱斜面形， 從內部結構可分為空心與實心微針，空心微針的針尖末端有空腔與之相連，而實 心微針沒有空腔；從製作工藝可分為同平面微針(in-plane)與異平面微針 (out-of-plane)，同平面微針的軸或空腔平行於基底的表面，異平面微針的軸 或空腔垂直於基底的表面。
目前用於微針製作的各種材料主要包括矽，金屬和PMMA聚合物。矽材料的 性能優異、便於集成化、成本低、製作工藝技術成熟。但是由於矽易脆斷以及它 的生物兼容性問題，所以矽微針不能直接用於人體治療，需要在其表面進行修飾 如濺射金屬或塗以聚合物來改善矽易脆斷的性能以及生物兼容性。聚合物如PDMS
等具有極好的生物兼容性，可以作為製作微針的材料，但是聚合物微針的一個主 要缺點是機械性能較差，在刺入皮膚時容易失效。金屬堅硬不易破脆，而且金屬 如鈦金、不鏽鋼等是生物相容性材料。對金屬微針的描述多為平面微針，少有異
平面微針尤其是異平面空心微針的文獻。
經對現有技術的文獻檢索發現，Kabseog Kim等在《JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING》(微機械與微工禾呈學報)(2004年第14
期597頁-603頁)上發表的"A tapered hollow metallic microneedle array
using backside exposure of SU-8"(使用背部曝光SU-8的錐形空心金屬微針 陣列)，該文中提出採用背部曝光SU-8製作了錐形空心金屬微針，方法為(1) 從玻璃基底背部曝光第一層SU-8膠；(2)在已曝光的第一層SU-8膠上準備第二 層SU-8膠；(3)通過玻璃基底和已曝光的第一層SU-8膠，曝光第二層SU-8膠， 形成錐形SU-8結構；(4)在錐形SU-8結構上濺射Cr/Cu; (5)電鍍金屬鎳；(6) 利用SU-8膠平面化整個結構；(7)機械打磨SU-8，開出微針頂部；(8)去除平 面化的SU-8膠並把微針層從玻璃基底分離；(9)去除SU-8。雖然該文獻製作的 是錐形微針，但傾斜的角度只有3.08度，幾乎等同於圓柱微針，所以很難刺入 皮膚；另外，形成SU-8膠錐形結構的工藝也較複雜。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種用於透皮給藥的異平面金 屬空心微針製作方法，使異平面金屬微針具有了微流道，而且製作工藝簡單，成 本低；微針容易刺入皮膚，實現了連續給藥。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明首先在氧化矽基片上旋塗光刻 膠，經過曝光顯影后露出二氧化矽窗口，刻蝕二氧化矽；其次，以二氧化矽為掩 膜刻蝕矽形成倒四稜錐圖形；接著濺射金屬導電層，然後電鍍金屬層；再去除電 鍍的金屬倒四稜錐底端，開出微流道；最後去除矽，得到異平面金屬空心微針。
所述去除電鍍的金屬倒四稜錐底端，開出微流道，是指利用剩餘矽作為掩 膜，採用金屬刻蝕液去除刻蝕微針的裸露部分，開出微流道；或者採用機械打磨 拋光方法從背面去除材料，開出的微流道。
所述基片為(100)面的雙拋氧化矽片。
所述電鍍金屬層的金屬，是指金屬鎳、不鏽鋼、金、鈦。
所述電鍍金屬層的厚度，是指5 — 100iim。
所述刻蝕出倒四稜錐，是指刻蝕出深度為200 — 500" m的Si倒四稜錐矽槽。 所述異平面金屬空心微針，是指中空的四稜錐金屬針。
本發明異平面金屬空心微針的材料為金屬，具有很好的機械特性，易於刺入
皮膚，與現有技術相比，具有以下優點:製作了一種金屬異平面微針，使得微針 的數目大大增加；製作了一種空心微針，實現了連續給藥；微針的傾斜角度較大， 容易剌入皮膚；微針的工藝簡單，降低了成本。
圖1為異平面金屬空心微針製作工藝流程其中l一l為雙拋氧化矽片準備；l一2為旋塗光刻膠；1 —3為曝光顯影並 刻蝕出Si02窗口； 1一4為刻蝕矽V形槽；l一5為去除Si02並濺射Cu/Cr; l—6 為電鍍金屬金屬形成微針。
圖2為單個異平面金屬空心微針立體其中2 — 1為微針頂側視圖，2 — 2為微針背側視圖。
圖3為異平面金屬空心微針陣列圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例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。
如圖1所示，給出了用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製備方法實施例的 實施過程，具體描述如下。
實施例1:
1、 基片準備。準備一片(100)面的雙拋氧化矽片，厚度500um，其中Si02 厚度約2 3um。
2、 正面甩膠。在180。C條件下烘基片2 3小時，甩正膠5"m。
3、 光刻顯影。利用一已做好目標圖形的掩膜板，在UV下曝光，顯影后開出 邊長為400 u m正方形光刻膠窗口 。
4、 刻蝕Si02。背面甩膠保護，在135r條件下烘片1小時，目的是使光刻 膠在BHF溶液中不脫落。利用正膠作為掩膜，採用BHF刻蝕液(配方:HF:H20:MiF =28ml:170ml:113g)刻蝕Si02，開出寬度為400 y m正方形Si02窗口 。
5、 去除光刻膠。在丙酮中超聲清洗5分鐘，去除作掩膜的光刻膠，因為光 刻膠會溶解在下歩的鹼溶液，露出Si02。
6、 刻蝕Si。利用Si(M乍為掩膜，採用K0H溶液(配方KOH:H,O二44g:100ml) 刻蝕出深度約為330y m的Si倒四稜錐矽槽。
7、 採用BHF刻蝕液去除Si02，在基片正面濺射Cu/Cr(1400 A /100A)作為 導電層。
8、 電鍍鎳厚度為50um，形成異平面金屬微針，此時形成的微針是中空微針。
9、 背面刻蝕Si。採用KOH溶液去除背面部分Si，直至露出金屬微針高度 60 ti m。
10、 利用剩餘Si作為掩膜，採用鎳刻蝕液去除刻蝕微針的裸露部分。由於 微針是中空的，當刻蝕掉約60 y m高度的微針頂端後，就開出約10 w m的微流道。
11、 採用KOH溶液去除剩餘Si，釋放出異平面金屬空心微針。
實施例2:
1、 基片準備。準備一片(100)面的雙拋氧化矽片，厚度500um，其中Si02 厚度約2 3um。
2、 正面甩膠。在180'C條件下烘基片2 3小時，甩正膠5um。
3、 光刻顯影。利用一己做好目標圖形的掩膜板，在UV下曝光，顯影后開出 邊長為400 y m的正方形光刻膠窗口 。
4、 刻蝕Si02。背面甩膠保護，在135'C條件下烘片1小時，目的是使光刻 膠在BHF溶液中不脫落。利用正膠作為掩膜，採用BHF刻蝕液(配方:HF:H20:NH4F =28ml:170ml:113g)刻蝕Si02，開出寬度為400um正方形Si02窗口。
5、 去除光刻膠。在丙酮中超聲清洗5分鐘，去除作掩膜的光刻膠，因為光 刻膠會溶解在下步的鹼溶液。
6、 刻蝕Si。利用SiCU乍為掩膜，採用K0H溶液(配方:K0H:H20二44g:100ml) 刻蝕出深度為330 u m的Si倒四稜錐矽槽。
7、 採用BHF刻蝕液去除Si02，在基片正面濺射Cu/Cr(1400 A /100A)。
8、 電鍍金厚度為5um，形成異平面金屬微針，此時形成的微針是中空微針。
9、 背面刻蝕Si。採用KOH溶液去除背面部分Si厚度為20nm，露出金屬 微針頂部。
10、 採用機械打磨拋光方法(CMP)從背面去除材料，厚度為20um，由於 微針是中空的，當打磨掉約20um高度的微針頂端後，開出微流道。
11、 採用KOH溶液去除剩餘Si，釋放出異平面金屬空心微針。
實施例3:
1、 基片準備。準備一片(100)面的雙拋氧化矽片，厚度500um，其中Si02 厚度約2 3um。
2、 正面甩膠。在180'C條件下烘基片2 3小時，甩正膠5"m。
3、 光刻顯影。利用一已做好目標圖形的掩膜板，在UV下曝光，顯影后開出 邊長為400 u m的正方形光刻膠窗口 。
4、 刻蝕Si02。背面甩膠保護，在135。C條件下烘片1小時，目的是使光刻 膠在朋F溶液中不脫落。利用正膠作為掩膜，採用BHF刻蝕液(配方:HF:H20:麗4F =28ml:170ml:113g)刻蝕Si02，開出寬度為400um正方形Si02窗口。
5、 去除光刻膠。在丙酮中超聲清洗5分鐘，去除作掩膜的光刻膠，因為光
刻膠會溶解在下步的鹼溶液。
6 、刻蝕S i 。利用S i02作為掩膜，採用KOH溶液(配方KOH: H20=44g: 1 OOml)
刻蝕出深度為500u m的Si倒四稜錐矽槽。
7、 採用BHF刻蝕液去除SiO"在基片正面濺射Cu/Cr (1400 A /100A)。
8、 電鍍不鏽鋼厚度為100um，形成異平面金屬微針，此時形成的微針是中 空微針。
9、 採用機械打磨拋光方法(CMP)從背面去除材料，厚度為120wm，由於 微針是中空的，當打磨掉約120um高度的微針頂端後，開出微流道。
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0、 採用KOH溶液去除剩餘Si，釋放出異平面金屬空心微針。
如圖2-3所示，1為微針針體部分，2為微針微流道，3為微針基底。本實 施例所涉及的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針，其微針針體部分形狀為倒四 稜台形，截面錐角可以達到70.6度，所述的截面錐角是指通過四稜台的對稱軸 取一截面，延長此面的兩個側邊得到的一頂角。
為了證明異平面金屬空心微針能夠傳輸藥物，用濃度為0. 7g/ml的苯酚紅水 溶液模擬藥物，用磷酸鹽緩衝液模擬人體液環境。由於苯酚紅水溶液是紅色的， 最後在磷酸鹽緩衝液中發現紅色苯酚紅，證明了藥物可以通過微針傳輸。
權利要求
1、一種用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法，其特徵在於首先在氧化矽基片上旋塗光刻膠，經過曝光顯影后露出二氧化矽窗口，刻蝕二氧化矽；其次，以二氧化矽為掩膜刻蝕矽形成倒四稜錐圖形；接著濺射金屬導電層，然後電鍍金屬層；再去除電鍍的金屬倒四稜錐底端，開出微流道；最後去除矽，得到異平面金屬空心微針。
2、 根據權利要求1所述的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針的製作方法， 其特徵是，所述去除電鍍的金屬倒四稜錐底端，開出微流道，是指:利用剩餘矽 作為掩膜，採用金屬刻蝕液去除刻蝕微針的裸露部分，開出微流道；或者採用機 械打磨拋光方法從背面去除材料，開出的微流道。
3、 根據權利要求1所述的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法， 其特徵是，所述基片為(100)面的雙拋氧化矽片。
4、 根據權利要求1所述的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法， 其特徵是，所述電鍍金屬層的金屬，是指金屬鎳、不鏽鋼、金、鈦中的一種。
5、 根據權利要求1所述的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法， 其特徵是，所述電鍍金屬層的厚度，是指5um—100um。
6、 根據權利要求1所述的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法， 其特徵是，所述刻蝕出倒四稜錐，是指刻蝕出深度為200um—500um的Si倒四 稜錐矽槽。
7、 根據權利要求1所述的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法， 其特徵是，所述異平面金屬空心微針，是指中空的四稜錐金屬針。
全文摘要
本發明涉及一種醫用器械技術領域的用於透皮給藥的異平面金屬空心微針製作方法。本發明首先在氧化矽基片上旋塗光刻膠，經過曝光顯影后露出二氧化矽窗口，刻蝕二氧化矽；其次，以二氧化矽為掩膜刻蝕矽形成倒四稜錐圖形；接著濺射金屬導電層，然後電鍍金屬層；再去除電鍍的金屬倒四稜錐底端，開出微流道；最後去除矽，得到異平面金屬空心微針。與現有技術相比，本發明使異平面金屬微針具有了微流道，而且製作工藝簡單，成本低；微針容易刺入皮膚，實現了連續給藥。
文檔編號B81C1/00GK101342404SQ20081004216
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月28日 優先權日2008年8月28日
發明者劉景全, 沈修成, 王亞軍, 郭忠元 申請人:上海交通大學