實心微針陣列的切割製備方法
2023-05-14 11:44:31
專利名稱：實心微針陣列的切割製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種生物醫學工程技術領域的微針製備方法，具體是一種實心微 針陣列的切割製備方法。
背景技術：
微針經皮給藥以其便利的操作，優良的性能，無痛等特點，應用越來越廣泛。應用 微針給藥時，微針的形貌特別是針尖形狀對微針給藥的效果有很大的影響。目前通常主要 採用幹法刻蝕，溼法腐蝕等方法加工微針，這些方法都可以加工出相應形狀的微針。幹法刻 蝕一般是各相同性刻蝕形成微針針尖，成本較高；溼法腐蝕使得微針的針尖形狀不可控。經對現有技術文獻的檢索發現，N. Baron, J. Passave，B. Guichardaz， G. · Cabodevila 等在 Microsyst Technol (2008) 14 :1475_1480 撰文 「Investigations of development process of highhollow beveled microneedles using a combination of ICP RIE and dicing saw( 「用感應耦合離子刻蝕和切割機加工高斜面空心微針的研究」 《微系統技術》)。該文獻中提及的加工微針陣列的方法是採用感應耦合離子刻蝕和切割機 加工斜面針尖微針陣列(1) 1毫米厚的矽片雙面旋塗400納米厚的鋁；(2)雙面鋁層上甩 光刻膠並圖形化正面的光刻膠；(3)以光刻膠為掩膜刻蝕正面的鋁；(4)圖形化背面的光刻 膠；(5)以光刻膠為掩膜刻蝕背面的鋁；(6)以鋁為掩膜刻蝕出通孔；(7)切片機切割出針 尖。然而該方法採用感應耦合離子刻蝕和切片機加工微針，成本較高；先幹法刻蝕，再切割， 使得加工比較困難；製備的微針針尖形貌較單一。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種實心微針陣列的切割製備方法， 製備方法簡單且採用機械加工，尺寸可控；採用溼法刻蝕微針針尖，成本低利於普及。製造 出的微針形狀多樣，且針尖較尖銳，利於刺入皮膚。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明採用斜邊寬底切割刀與直邊寬底切割 刀組合或直接採用斜邊寬底切割刀，根據切割方向、切割深度和切割間距對矽片進行切割 得到微針初坯，最後採用溼法腐蝕修飾微針初坯，得到基於切割的實心微針。本發明包括以下步驟第一步、設計底部寬度為0. 2 0. 6mm的斜邊寬底切割刀和直邊寬底切割刀。所述的斜邊寬底切割刀的切割刀截面的錐度在0 90°之間。所述的直邊寬底切割刀是指切割刀截面沒有錐度的刀具。第二步、切割刀沿著矽片上的弦向進行若干次垂直或斜向切割，切割得到微針粗 坯陣列；所述的弦向是指以矽片的中心為圓心的若干個弓形的弦的方向，所述弦的長度 小於矽片的直徑。所述的垂直或斜向是指以下兩種方式中的任一一種
1)水平方向上每一次與前一次的切割方向相互垂直，構成四邊形式切割，切割面與豎直平面呈0度 90度；2)水平方向上每一次與前一次切割的方向呈銳角，構成多邊形式切割，切割面與 豎直平面呈0度 90度；所述的銳角的角度為360/n度，其中η為大於4的整數。所述的切割的間距為直邊寬底切割刀或斜邊寬底切割刀的底部寬度。所述的切割的深度為微針粗坯的高度。所述的微針粗坯陣列還可以通過採用直邊寬底切割刀沿著切割槽向下切割得到 微針臺階；第三步、採用混合酸液修飾微針粗坯陣列的形貌，得到基於切割的實心微針陣列。所述的混合酸液是指將硝酸與氫氟酸的體積比為19 1的比例進行混合。本發明採用機械方法加工出矽微針粗坯陣列並採用溼法刻蝕修飾微針粗坯陣列， 得到尖銳的微針陣列，工藝簡單，成本低，加工出的微針具有精準的尺寸，形狀多樣，且具有 良好的鋒利性，減小了刺入皮膚時的阻力。
圖1為切割刀截面示意圖；其中圖Ia為斜邊寬底切割刀示意圖，圖Ib為直邊寬底切割刀示意圖。圖2為刀具切割方向示意圖；其中圖2a和圖2b為形成底部形狀為方形微針粗坯陣列的切割方向示意圖，圖 2c為形成底部形狀為三角形微針粗坯陣列的切割方向示意圖，圖2d為形成底部形狀為菱 形微針粗坯陣列的切割方向示意圖。圖3為加工出的微針陣列形狀圖；其中圖3a為具有一個斜面微針陣列，圖3b為具有二個斜面微針陣列，圖3c為四 稜錐微針陣列，圖3d為三稜錐微針陣列，圖3e為菱形四稜錐微針陣列，圖3f為有臺階的一 個斜面微針陣列，圖3g為有臺階的二個斜面微針陣列，圖3h為有臺階的四稜錐微針陣列。
具體實施例方式下面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。實施例11.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀和底部寬度為400 μ m的 直邊寬底切割刀以及1毫米厚、直徑為75毫米的矽片；2.斜邊寬底切割刀沿著切割方向1以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平 行切割矽片若干次，如圖2a上的1方向所示；3.換直邊寬底切割刀，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使直邊寬底刀 切割刀沿著切割方向2以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次， 如圖2a上的2方向所示；最後得到有一個斜面的四邊形微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部長寬為400 X 400 μ m,高度為500 μ m,相鄰的粗坯間距為800 μ m ；4.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是 指硝酸氫氟酸=190ml IOml0最終效果圖如圖3a所示。
實施例21.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀和1毫米厚、直徑為75 毫米的矽片；2.斜邊寬底切割刀沿著切割方向1以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平 行切割矽片若干次，如圖2a上的1方向所示；3.接著，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切 割方向2以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2a上 的2方向所示，最後得到有兩個斜面的四稜錐微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部長寬為 400 X 400 μ m，高度為500 μ m，相鄰的粗坯間距為800 μ m ；4.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是 指硝酸氫氟酸=190ml IOml0最終效果圖如圖3b所示。實施例31.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀和1毫米厚、直徑為75 毫米的矽片；2.斜邊寬底切割刀在矽片上沿著切割方向1以400 μ m的切割間距和500 μ m的切 割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的1方向所示；3.接著，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切割 方向2以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的2方 向所示；4.然後，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切割 方向3以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的3方 向所示；5.最後，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切 割方向4以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的 4方向所示，得到四稜錐微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部長寬為400X400 μ m，高度為 500 μ m,相鄰的粗坯間距為800 μ m ；6.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是 指硝酸氫氟酸=190ml IOml0最終效果圖如圖3c所示。實施例41.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀和底部寬度為400 μ m直 邊寬底切割刀以及1毫米厚、直徑為75毫米的矽片；2.旋轉工作檯，使斜邊寬底切割刀的切割方向與工作檯有一個夾角，沿此方向使 斜邊寬底切割刀以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度在矽片上平行切割矽片若干次，如圖2c上的1方向所示；3.然後工作檯再旋轉一定的角度，使斜邊寬底切割刀沿著此方向以400 μ m的切 割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2c上的2方向所示；4.最後換直邊寬底切割刀，再使工作檯旋轉一定的角度，使直邊寬底切割刀沿著 此方向以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2c上的3 方向所示，得到三稜錐微針粗坯陣列，每個微針粗坯的邊長為400X400X400 μ m，高度為 500 μ m,相鄰的粗坯間距為800 μ m ；5.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是 指硝酸氫氟酸=190ml IOml最終效果圖如圖3d所示。實施例51.選擇錐角20°的斜邊寬底切割刀以及1毫米厚、直徑為75毫米的矽片；2.旋轉工具臺，使斜邊寬底切割刀的切割方向與工作檯有一個夾角，沿此方向使 斜邊寬底切割刀以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度在矽片上平行切割矽片若干 次，如圖2d上的1方向所示；3.然後使工作檯再旋轉一定的角度，使斜邊寬底切割刀沿著此方向以400 μ m的 切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2d上的2方向所示；4.接著使工作檯再旋轉一定的角度，使斜邊寬底切割刀沿著此方向以400 μ m的 切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2d上的3方向所示；5.最後使工作檯再旋轉一定的角度，使斜邊寬底切割刀沿著此方向以400μπι的 切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2d上的4方向所示，得到菱形稜 錐微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部邊長為400 μ m，高度為500 μ m，相鄰的粗坯間距為 800 μ m ；6.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是 指硝酸氫氟酸=190ml IOml最終效果圖如圖3e所示。實施例61.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀和底部寬度為400 μ m的 直邊寬底切割刀以及1毫米厚、直徑為75毫米的矽片；2.斜邊寬底切割刀在矽片上沿著切割方向1以400 μ m的切割間距和500 μ m的切 割深度平行切割矽片若干次，如圖Ia上的1方向；3.換直邊寬底切割刀，使直邊寬底切割刀沿著切割方向2上以400 μ m的切割間距 和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，4.接著用直邊寬底切割刀沿著走切割方向1、切割方向2的切割槽切出臺階，最 後得到有臺階的一斜面微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部長寬為400X400 μ m，高度為 500 μ m,相鄰的粗坯間距為800 μ m ；5.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是指硝酸氫氟酸=190ml IOml最終效果圖如圖3f所示。
實施例71.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀和底部寬度為400 μ m的 直邊寬底切割刀以及1毫米厚、直徑為75毫米的矽片；2.斜邊寬底切割刀在矽片上沿著切割方向1以400 μ m的切割間距和500 μ m的切 割深度平行切割矽片若干次，如圖2a上的1方向；3.垂直於上一步的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切割方向2以400 μ m的切割 間距和500 μ m的切割深度再平行切割矽片若干次，如圖2a上的2方向；4.接著用直邊寬底切割刀沿著切割方向1、切割方向2的切割槽切出臺階，得到有 臺階的兩斜面微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部長寬為400X400 μ m，高度為500 μ m，相 鄰的粗坯間距為800 μ m;5.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣 列。混合酸液是指硝酸氫氟酸=190ml 10ml，最終效果如圖3g所示。實施例81.選擇錐角20°、底部寬度為400 μ m的斜邊寬底切割刀以及1毫米厚、直徑為75 毫米的矽片；2.斜邊寬底切割刀在矽片上沿著切割方向1以400 μ m的切割間距和500 μ m的切 割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的1方向所示；3.接著，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切割 方向2以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割若干次，如圖2b上的2方向所 示；4.然後，垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向，使斜邊寬底切割刀沿著切割 方向3以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的3方 向所示；5.垂直於上一步斜邊寬底切割刀的切割方向使斜邊寬底切割刀沿著切割方向4 以400 μ m的切割間距和500 μ m的切割深度平行切割矽片若干次，如圖2b上的4方向所 示；6.接著用直邊寬底切割刀沿著切割方向1、切割方向2、切割方向3、切割方向 4的切割槽切出臺階，得到有臺階的四稜錐微針粗坯陣列，每個微針粗坯的底部長寬為 400 X 400 μ m，高度為500 μ m，相鄰的粗坯間距為800 μ m ；7.採用混合酸液修飾切割出的微針粗坯陣列，得到尖銳的微針陣列。混合酸液是 指硝酸氫氟酸=190ml IOml0最終效果圖如圖3h所示。本實施例採用機械加工與溼法修飾結合的方法加工微針陣列，成本低，加工出的微針形狀多樣，針尖較尖銳，具有良好的鋒利性，減小了刺入皮膚時微針所受的阻力。特別 是機械加工，使得微針的尺寸和形狀可控，工藝簡單。同時本實施例又採用溼法修飾，使得 針尖更加尖銳，微針針體更加光滑。
權利要求
一種實心微針陣列的切割製備方法，其特徵在於，包括以下步驟第一步、設計底部底部寬度為0.2～0.6mm的斜邊寬底切割刀和直邊寬底切割刀；第二步、切割刀沿著矽片上的弦向進行若干次垂直或斜向切割，切割得到微針粗坯陣列；第三步、採用混合酸液修飾微針粗坯陣列的形貌，得到基於切割的實心微針陣列。
2.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的斜邊寬底 切割刀的切割刀截面的錐度在0 90°之間。
3.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的直邊寬底 切割刀是指切割刀截面沒有錐度的刀具。
4.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的弦向是指 以矽片的中心為圓心的若干個弓形的弦的方向，所述弦的長度小於矽片的直徑。
5.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是， 所述的垂直或斜向是指以下兩種方式中的任一一種1)水平方向上每一次與前一次的切割方向相互垂直，構成四邊形式切割，切割面與豎 直平面呈0度 90度；2)水平方向上每一次與前一次切割的方向呈銳角，構成多邊形式切割，切割面與豎直 平面呈0度 90度；
6.根據權利要求5所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的銳角的角 度為360/n度，其中n為大於4的整數。
7.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的切割的間 距為直邊寬底切割刀或斜邊寬底切割刀的底部寬度，所述的切割的深度為微針粗坯的高度。
8.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的微針粗坯 陣列採用直邊寬底切割刀沿著切割槽向下切割得到微針臺階。
9.根據權利要求1所述的實心微針陣列的切割製備方法，其特徵是，所述的混合酸液 是指將硝酸與氫氟酸的體積比為19 1的比例進行混合。
全文摘要
一種生物醫學工程技術領域的實心微針陣列的切割製備方法，採用斜邊寬底切割刀與直邊寬底切割刀組合或直接採用斜邊寬底切割刀，根據切割方向、切割深度和切割間距對矽片進行切割得到微針初坯，最後採用溼法腐蝕修飾微針初坯，得到基於切割的實心微針。本發明製備方法簡單且採用機械加工，尺寸可控；採用溼法刻蝕微針針尖，成本低利於普及。製造出的微針形狀多樣，且針尖較尖銳，利於刺入皮膚。
文檔編號A61M37/00GK101829395SQ20101017857
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月20日 優先權日2010年5月20日
發明者劉景全, 李以貴, 楊春生, 芮嶽峰, 閆肖肖 申請人:上海交通大學