專利名稱：基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空心微針，具體涉及ー種基于表面微細(xì)加工エ藝的異平面空心微針及其制備方法。
背景技術(shù)：
1999年Chim等人制成了能精確控制將生物物質(zhì)注入到細(xì)胞中的ニ氧化硅微針。 2000年Meber等人制成了能與微針注射器連用的微針陣列。2003年Achim Trautmann等人制成了含有貯液池和微管道的微針陣列。根據(jù)不同的制作エ藝，微針分為異平面和同平面微針，同平面微針的軸平行于基底，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(shù)遠(yuǎn)大于同平面微針數(shù)，所以大多數(shù)微針都制成異平面微針。傳統(tǒng)的異平面空心微針制備方法結(jié)合了深反應(yīng)離子刻蝕、各項(xiàng)同性刻蝕和各項(xiàng)異性刻蝕技木。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，J. G. E Gaedeniers等在《Micro Electro Mechanical Systems))(微機(jī)電系統(tǒng))、2002年第15屆IEEE國際會(huì)議上發(fā)表的“Silicon micromachmed hollow microneedles for transdermal liquid transier，，( 于fli微加工的用于傳輸液體藥物的空心微針)，該文介紹的制備方法分為5個(gè)步驟1、利用RIE在 {100}硅片上生成深孔；2、利用RIE在背面刻出相連的孔；3、采用LPCVD在硅表面沉積氮化硅；4、利用各向異性濕法刻蝕制備出針尖尖端；5、去掉保護(hù)層。沈修成等在《傳感技術(shù)學(xué)報(bào)》2009年02期發(fā)表的“基于MEMS技術(shù)的異平面空心金屬微針”，該文介紹的制備方法有3個(gè)步驟1、利用硅(100)面刻蝕技術(shù)在硅片上刻蝕出倒四棱錐；2、采用電鍍技術(shù)電鍍出空心金屬倒四棱錐；3、從背面開出微流道并去除殘余硅。這2種制備方法存在幾個(gè)缺點(diǎn)1、步驟復(fù)雜繁瑣；2、制造エ藝涉及DRIE和電鍍技木，成本高昂；3、僅在硅上制作微針結(jié)構(gòu)，微針高度受到極大限制；4、不利于大批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于濕法刻蝕エ藝和澆鑄エ 藝相結(jié)合的、相對(duì)簡單易行的異平面空心微針及其制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所述的基于表面微細(xì)加工エ藝的異平面空心微針的制備方法，該方法采用基于濕法刻蝕エ藝、UV-LIGAエ藝和澆鑄エ藝，濕法刻蝕用于形成微針針尖結(jié)構(gòu)，UV-LIGA 用于實(shí)現(xiàn)微針針體部分，然后利用澆鑄，形成ー個(gè)內(nèi)部中空的微針結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)出異平面空心微針。本發(fā)明上述方法包括如下步驟首先準(zhǔn)備ー塊重?fù)诫sρ型拋光片作為襯底，在硅片上甩ー層正膠并在上面顯影出方形圖案；然后利用濕法刻蝕エ藝，去除暴露出來的氧化硅，得到氧化硅下層的方形圖案的娃；
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再利用濕法刻蝕工藝，對(duì)暴露的硅進(jìn)行各向異性刻蝕，在硅基體上得到四棱錐結(jié)構(gòu)；接著再甩一層負(fù)膠，并顯影出微針陰模具結(jié)構(gòu)；而后加載金屬絲陣列，并用液態(tài)高分子材料對(duì)其進(jìn)行澆鑄；最后脫模，釋放出異平面空心微針結(jié)構(gòu)。所述金屬絲陣列是根據(jù)所需的微針高度和尺寸而設(shè)計(jì)的具有設(shè)定力學(xué)強(qiáng)度的金屬絲陣列，以便產(chǎn)生微針的空心內(nèi)腔。所述液態(tài)高分子材料，采用的是生物友好型且容易降解的高分子材料。本發(fā)明所述的基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針，包括具包括具有四棱錐針尖結(jié)構(gòu)，圓柱形針體結(jié)構(gòu)以及空心圓柱形內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，四棱錐針尖結(jié)構(gòu)位于圓柱形結(jié)構(gòu)之上，空心圓柱形內(nèi)腔結(jié)構(gòu)貫穿整個(gè)針尖和針體部分。所述具有四棱錐針尖結(jié)構(gòu)，其傾斜角為7°?，F(xiàn)有的空心微針主要通過DRIE或電鍍技術(shù)實(shí)現(xiàn)，成本高昂且微針高度受限。而本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)方案是利用特制模具澆鑄而成，因此本發(fā)明與現(xiàn)有的空心微針制備方法相比，不需要昂貴的加工技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速復(fù)制及高速批量生產(chǎn)，而且濕法刻蝕和澆鑄操作相對(duì)簡單，整套工藝流程簡單易行。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中異平面空心微針示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明。本發(fā)明在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1如圖2所示，本實(shí)施例包括以下幾個(gè)步驟第一步準(zhǔn)備一塊晶向?yàn)?lt;110>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，并光刻顯影，掩膜板為方形圖案。第二步利用HF濕法刻蝕工藝去除正膠未覆蓋處的氧化硅3。第三步將質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的KOH刻蝕第二步處理過后的硅片，得到倒置四棱錐結(jié)構(gòu)。第四步甩一層300 μ m厚的SU_8膠6，并光刻顯影，掩膜板為圓形結(jié)構(gòu)。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(duì)光刻膠進(jìn)行光刻顯影電鍍而得到，且進(jìn)行過位置校對(duì)處理，加載時(shí)可以準(zhǔn)確地將鉬絲對(duì)準(zhǔn)步驟四中的凹模具，鉬絲半徑30 μ m,長度600 μ m。第六步，最后澆鑄聚苯乙烯(PQ7，PS凝固后，進(jìn)行脫模處理。如圖1所示，本實(shí)施例得到的微針結(jié)構(gòu)示意圖，圖中微針分為上下2部分，針尖和針體，針尖為四棱錐結(jié)構(gòu)，傾斜角為討.7°，針體為圓柱形結(jié)構(gòu)，微針中空，空心部分平行于微針軸向。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例包括以下幾個(gè)步驟第一歩準(zhǔn)備ー塊晶向?yàn)?lt;110>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濕法刻蝕エ藝去除正膠未覆蓋處的氧化硅3。第三步將質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的KOH刻蝕第二步處理過后的硅片，得到倒置四棱錐結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。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(duì)光刻膠進(jìn)行光刻顯影電鍍而得到，且進(jìn)行過位置校對(duì)處理，加載時(shí)可以準(zhǔn)確地將鉬絲對(duì)準(zhǔn)步驟四中的凹模具，鉬絲半徑30 μ m,長度600 μ m。第六步，最后澆鑄熔融聚乳酸(PLA) 7，PS凝固后，進(jìn)行脫模處理。如圖1所示，本實(shí)施例得到的微針結(jié)構(gòu)示意圖，圖中微針分為上下2部分，針尖和針體，針尖為四棱錐結(jié)構(gòu)，傾斜角為討.7°，針體為圓柱形結(jié)構(gòu)，微針中空，空心部分平行于微針軸向。本實(shí)施例得到的微針跟實(shí)施例1相比，高度變矮，力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng)。以上為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明還有其他可實(shí)現(xiàn)的方式，比如簡單變換參數(shù)和選用的材料等，這些對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很容易實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是在基于濕法刻蝕エ藝和澆鑄エ藝，不需要復(fù)雜昂貴的加工技木，能夠快速而又廉價(jià)的進(jìn)行大批量復(fù)制，而且濕法刻蝕操作和澆鑄操作相對(duì)簡単，整套エ藝流程簡單易行。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針的制備方法，其特征在于，包括如下步驟首先準(zhǔn)備一塊重?fù)诫sP型拋光片作為襯底，在硅片上甩一層正膠并在上面顯影出方形圖案；然后利用濕法刻蝕工藝，去除暴露出來的氧化硅，得到氧化硅下層的方形圖案的硅； 再利用濕法刻蝕工藝，對(duì)暴露的硅進(jìn)行各向異性刻蝕，在硅基體上得到四棱錐結(jié)構(gòu)； 接著再甩一層負(fù)膠，并顯影出微針陰模具結(jié)構(gòu)； 而后加載金屬絲陣列，并用液態(tài)高分子材料對(duì)其進(jìn)行澆鑄； 最后脫模，釋放出異平面空心微針結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針的制備方法，其特征在于，所述金屬絲陣列是根據(jù)所需的微針高度和尺寸而設(shè)計(jì)的具有設(shè)定力學(xué)強(qiáng)度的金屬絲陣列，以便產(chǎn)生微針的空心內(nèi)腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針的制備方法，其特征在于，所述液態(tài)高分子材料，采用的是生物友好型且容易降解的高分子材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針的制備方法，其特征在于，具體實(shí)施如下第一步準(zhǔn)備一塊晶向?yàn)?lt;110>的ρ型摻硼拋光片作為襯底，在其上甩一層正膠，并光刻顯影，掩膜板為方形圖案；第二步利用HF濕法刻蝕工藝去除正膠未覆蓋處的氧化硅； 第三步將質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的KOH刻蝕第二步處理過后的硅片，得到倒置四棱錐結(jié)構(gòu)； 第四步甩一層SU-8膠，并光刻顯影，掩膜板為圓形結(jié)構(gòu)； 第五步在得到的凹模具中加載鉬絲陣列板，該模板進(jìn)行過位置校對(duì)處理； 第六步，澆鑄聚苯乙烯或熔融聚乳酸，凝固后，進(jìn)行脫模處理，釋放出異平面空心微針結(jié)構(gòu)。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1-4所述方法得到的異平面空心微針，其特征在于，包括具有四棱錐針尖結(jié)構(gòu)，圓柱形針體結(jié)構(gòu)以及空心圓柱形內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，四棱錐針尖結(jié)構(gòu)位于圓柱形結(jié)構(gòu)之上，空心圓柱形內(nèi)腔結(jié)構(gòu)貫穿整個(gè)針尖和針體部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的異平面空心微針，其特征在于，所述具有四棱錐針尖結(jié)構(gòu)，其傾斜角為54. 7°。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的異平面空心微針，其特征在于，空心圓柱形內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的空心部分平行于微針軸向。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于表面微細(xì)加工工藝的異平面空心微針及其制備方法，所述方法采用基于濕法刻蝕工藝、UV-LIGA工藝和澆鑄工藝，濕法刻蝕用于形成微針針尖結(jié)構(gòu)，UV-LIGA用于實(shí)現(xiàn)微針針體部分，然后利用澆鑄，形成一個(gè)內(nèi)部中空的微針結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)出異平面空心微針。本發(fā)明利用特制模具澆鑄而成，不需要昂貴的加工技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速復(fù)制及高速批量生產(chǎn)，而且濕法刻蝕和澆鑄操作相對(duì)簡單，整套工藝流程簡單易行。
文檔編號(hào)A61M37/00GK102526870SQ201210005030
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者廖哲勛, 朱軍, 李以貴 申請人:上海交通大學(xué)