專利名稱：臺(tái)階微針陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的微針制備方法，具體是一種臺(tái)階微 針陣列的制備方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)皮給藥技術(shù)作為一種無痛、安全的藥物注射方式日益引起人們的重視。因微針 的體積小，單個(gè)的微針傳輸?shù)乃幬镉邢?，因此用于給藥的微針都是陣列式的，以增加攜帶藥 物的能力。單個(gè)的微針體積小，因此刺入皮膚時(shí)的受力也很??；陣列式微針集成幾個(gè)至幾 十、幾百個(gè)微針，而且微針的高度都一樣，因此在刺入皮膚的過程中，整個(gè)微針陣列受到的 皮膚阻力較大。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，BORIS STOEBER, DORIAN LIEPMANN等在Journal ofMicromechanical Systems (2005) pp472-479 M ^"Arrays of Hollow 0ut-of-Plane Microneedlesfor Drug Delivery"( “用于給藥的異平面空心微針陣列”《微機(jī)電系統(tǒng)》)。 該文獻(xiàn)中提及的加工微針陣列的方法是采用深反應(yīng)離子刻蝕制作微針陣列(1)雙面沉積 二氧化硅；(2)圖形化背面的二氧化硅；(3)深反應(yīng)離子刻蝕背面窗口中的硅；(4)雙面沉 積氮化硅；(5)圖形化正面的氮化硅并去掉未被氮化硅保護(hù)的二氧化硅；(6)去掉正面的氮 化硅并同性刻蝕二氧化硅下的硅；(7)去掉二氧化硅和氮化硅。然而該方法采用深反應(yīng)離 子刻蝕加工微針，成本較高；制備的微針陣列上的微針高度相同，因此采用此微針陣列刺入 皮膚時(shí)受到的皮膚阻力較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種臺(tái)階微針陣列的制備方法，制備 得到高度不同的微針陣列，此微針陣列通過漸進(jìn)式刺入皮膚。同時(shí)本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，采 用濕法刻蝕和機(jī)械加工結(jié)合的方法制備此微針陣列，成本低且便于普及。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，首先通過光刻在硅片上開出硅刻蝕窗口并采 用濕法刻蝕硅刻蝕窗口中的硅，然后用切片機(jī)切割硅片得到微方柱陣列，并進(jìn)一步切割微 方柱陣列得到若干微方塊，最后采用濕法刻蝕微方柱陣列得到臺(tái)階微針陣列。本發(fā)明包括以下步驟第一步、將光刻用正膠旋涂于經(jīng)180°C環(huán)境預(yù)加熱處理3小時(shí)的雙拋氧化硅片上 作為掩膜，經(jīng)曝光顯影開出刻蝕窗口后用緩沖氫氟酸蝕刻液刻蝕去除窗口中未受正膠保護(hù) 的雙拋氧化硅片上的二氧化硅層，得到硅刻蝕窗口。所述的雙拋氧化硅片是指至少一面為含二氧化硅層的硅片；所述的緩沖氫氟酸蝕刻液由113g氟化銨、28mL氫氟酸和170mL水組成。所述的刻蝕是指在45°C恒溫水槽中，采用緩沖氫氟酸蝕刻液進(jìn)行蝕刻，蝕刻的 深度與雙拋氧化硅片上的二氧化硅層的厚度相同。第二步、采用丙酮溶液以超聲振蕩方式去除多余光刻膠后，用氫氧化鉀溶液刻蝕窗口中的硅，得到針體窗口 ；所述的硅刻蝕深度為5-100 μ m ；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。第三步、重復(fù)第一步和第二步若干次，得到若干深度不同的臺(tái)階型結(jié)構(gòu)的針體窗 口，然后采用緩沖氫氟酸去除硅片上多余的二氧化硅，并用切片機(jī)以針體窗口作為定點(diǎn)進(jìn) 行硅片切割，得到若干高度不同的微方柱陣列；第四步、在室溫下用硝酸和氫氟酸的混合酸液動(dòng)態(tài)刻蝕和靜態(tài)刻蝕刻蝕微方柱陣 列，得到臺(tái)階微針陣列。
所述的混合酸液指的是硝酸與氫氟酸的體積比為19 2的溶液。所述的動(dòng)態(tài)刻蝕是指攪拌混合液并轉(zhuǎn)動(dòng)微方柱陣列，使陣列中的微方柱的尺寸快 速減小；所述的靜態(tài)刻蝕是指混合液和微方柱陣列保持靜止，形成微針針尖。本發(fā)明采用濕法刻蝕加工高低不平微針陣列，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于采用 機(jī)械加工與濕法刻蝕結(jié)合的方法制備微針，微針陣列至少包含兩種不同高度的同時(shí)降低了 成本；通過機(jī)械加工切割出微針的總體尺寸，可有效控制微針的大?。粷穹涛g刻蝕微方 柱得到針尖尖銳且高低不平的臺(tái)階微針陣列，使得微針刺入皮膚時(shí)漸進(jìn)刺入，因此減小了 微針的刺入阻力。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖；其中1 二氧化硅、2硅、3正膠。圖2為微針陣列形狀圖；其中圖2a為實(shí)施例1微針陣列示意圖，圖2b為實(shí)施例2微針陣列示意圖，圖2c 為實(shí)施例3微針陣列示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(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1所示，本實(shí)施例包括以下步驟1. Imm厚、直徑為75mm的雙拋氧化硅片在180°C烘箱里烘3個(gè)小時(shí)，然后在雙拋氧 化硅片的正面甩涂光刻正膠5 μ m，接著95°C烘30分鐘，如圖Ia所示，其中二氧化硅1位 于硅2的兩側(cè)，其厚度為2 3 μ m，3為光刻正膠；2.用做好目標(biāo)圖形的掩膜版曝光，顯影后開出光刻正膠窗口，如圖Ib所示，3.將雙拋氧化硅片再次置于90°C環(huán)境下烘30分鐘，然后在雙拋氧化硅片的背面 也甩一層光刻正膠，厚度為5 μ m，接著95°C烘30分鐘，如圖Ic所示；4.將雙面涂有光刻正膠的雙拋氧化硅片置于135°C環(huán)境下烘1個(gè)小時(shí)，然后在 45°C恒溫水槽中，用緩沖氫氟酸蝕刻液刻蝕窗口中的二氧化硅直到露出二氧化硅下的硅， 如圖Id所示；
所述的緩沖氫氟酸蝕刻液是指氟化銨氫氟酸水=113g 28mL 170mL。5.用丙酮加超聲振蕩去掉光刻正膠直到露出二氧化硅，時(shí)間為5分鐘；6.用氫氧化鉀溶液刻蝕未受二氧化硅保護(hù)的窗口中的硅，刻蝕深度為20i!m，圖 le所示；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀 水溶液。7.去除二氧化硅，圖If所示；8.接著用切片機(jī)切割出微方柱，方柱的的長(zhǎng)寬為300x300 iim，高度為700 iim和 680 u m,間距500 y m，圖lg所示；9.從包含有微方柱的硅片上切割出小方塊，每個(gè)小方塊的大小為5mmX5mm，每個(gè) 小方塊上集成10x10的微方柱，其中50個(gè)700 ii m高的微方柱，50個(gè)680 y m高的微方柱，圖 lh所示；10.用硝酸和氫氟酸的混合液刻蝕微方柱，得到微針的最終形狀?？涛g時(shí)間為動(dòng)態(tài) 刻蝕3分鐘，靜態(tài)刻蝕12分鐘，圖li所示。所述的硝酸和氫氟酸的混合溶液是指硝酸氫氟酸=190ml 20ml。所述的動(dòng)態(tài)刻蝕是指攪拌混合液并轉(zhuǎn)動(dòng)微方柱陣列，使陣列中的微方柱的尺寸快 速減??；所述的靜態(tài)刻蝕是指混合液和微方柱陣列保持靜止，形成微針針尖。切割出的微方柱和制備的微針陣列如圖2a所示。實(shí)施例21. 1mm厚、直徑為75mm的雙拋氧化硅片在180°C烘箱里烘3個(gè)小時(shí)，然后在雙拋氧 化硅片的正面甩涂光刻正膠5 ym，接著95°C烘30分鐘，如圖la所示，其中二氧化硅層1 位于硅2的兩側(cè)，其厚度為2 3 y m，3為光刻正膠；2.用做好目標(biāo)圖形的掩膜版曝光，顯影后開出光刻正膠窗口，如圖lb所示；3.將雙拋氧化硅片再次置于90°C環(huán)境下烘30分鐘，然后在雙拋氧化硅片的背面 也甩一層光刻正膠，厚度為5 y m，接著95°C烘30分鐘，如圖lc所示；4.將雙面涂有光刻正膠的雙拋氧化硅片置于135°C環(huán)境下烘1個(gè)小時(shí)，然后在 45°C恒溫水槽中，用緩沖氫氟酸蝕刻液刻蝕窗口中的二氧化硅直到露出二氧化硅下的硅， 如圖Id所示；所述的緩沖氫氟酸蝕刻液是指氟化銨氫氟酸水=113g 28mL 170mL。5.用丙酮加超聲振蕩去掉光刻正膠直到露出二氧化硅，時(shí)間為5分鐘；6.用氫氧化鉀刻蝕未受二氧化硅保護(hù)的窗口中的硅，刻蝕深度為20 ii m，圖le所 示；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。7.正面甩5 u m正膠并光刻，開出刻蝕窗口，圖lj所示；8.背面甩膠保護(hù)，圖lk所示；9.刻蝕窗口中的二氧化硅，露出待刻蝕的硅，圖11所示；10.用氫氧化鉀溶液刻蝕未受二氧化硅保護(hù)的硅，刻蝕深度20 ii m，圖lm所示；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。11.去除二氧化硅，圖In所示；12.接著用切片機(jī)切割出微方柱，長(zhǎng)寬為300x300 u m,高度為700、680、660 u m，間距500 ii m，圖lo所示；13.從包含有微方柱的硅片上切割出小方塊，每個(gè)小方塊的大小為5mmX5mm，每個(gè) 小方塊上集成10x10的微方柱，其中30個(gè)700 ii m高的微方柱，40個(gè)680 y m高的微方柱，30 個(gè)660 ii m高的微方柱，圖lp所示。14.用硝酸和氫氟酸的混合液刻蝕微方柱，得到微針的最終形狀?？涛g時(shí)間為動(dòng)態(tài) 刻蝕3分鐘，靜態(tài)刻蝕12分鐘，圖lq所示。所述的硝酸和氫氟酸的混合溶液是指硝酸氫氟酸=190ml 20ml。所述的動(dòng)態(tài)刻蝕是指攪拌混合液并轉(zhuǎn)動(dòng)微方柱陣列，使陣列中的微方柱的尺寸快 速減?。凰龅撵o態(tài)刻蝕是指混合液和微方柱陣列保持靜止，形成微針針尖。切割出的微方柱和制備的微針陣列如圖2b所示。實(shí)施例31. 1mm厚、直徑為75mm的雙拋氧化硅片在180°C烘箱里烘3個(gè)小時(shí)，然后在雙拋氧 化硅片的正面甩涂光刻正膠5 ym，接著95°C烘30分鐘，如圖la所示，其中二氧化硅層1 位于硅2的兩側(cè)，其厚度為2 3 y m，3為光刻正膠；2.用做好目標(biāo)圖形的掩膜版曝光，顯影后開出光刻正膠窗口，如圖lb所示；3.將雙拋氧化硅片再次置于90°C環(huán)境下烘30分鐘，然后在雙拋氧化硅片的背面 也甩一層光刻正膠，厚度為5 y m，接著95°C烘30分鐘，如圖lc所示；4.將雙面涂有光刻正膠的雙拋氧化硅片置于135°C環(huán)境下烘1個(gè)小時(shí)，然后在 45°C恒溫水槽中，用緩沖氫氟酸蝕刻液刻蝕窗口中的二氧化硅直到露出二氧化硅下的硅， 如圖Id所示；所述的緩沖氫氟酸蝕刻液是指氟化銨氫氟酸水=113g 28mL 170mL。5.用丙酮加超聲振蕩去掉光刻正膠直到露出二氧化硅，時(shí)間為5分鐘；6.用氫氧化鉀溶液刻蝕未受二氧化硅保護(hù)的窗口中的硅，刻蝕深度為20 y m，圖 le所示；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。7.正面甩5i!m正膠并光刻，開出刻蝕窗口，圖lj所示；8.背面甩膠保護(hù)，圖lk所示；9.刻蝕窗口中的二氧化硅，露出待刻蝕的硅，圖11所示；10.用氫氧化鉀溶液刻蝕未受二氧化硅保護(hù)的硅，刻蝕深度20 ii m，圖lm所示；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。11.正面甩5 iim正膠并光刻，開出刻蝕窗口，圖lr所示；12.背面甩膠保護(hù)，圖Is所示；13.刻蝕窗口中的二氧化硅，露出待刻蝕的硅，圖It所示；14.用氫氧化鉀溶液刻蝕未受二氧化硅保護(hù)的硅，刻蝕深度20 ii m，圖lu所示；所述的氫氧化鉀溶液是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。15.去除二氧化硅并用切片機(jī)切割硅片，切出微方柱，長(zhǎng)寬為300x300 iim，高度為 700、680、660 u m、640 u m,間距 500 ii m，圖 lv 所示；16.從包含有微方柱的硅片上切割出小方塊，每個(gè)小方塊的大小為5mmX5mm，每個(gè) 小方塊上集成10x10的微方柱，其中30個(gè)700 ii m高的微方柱，30個(gè)680 y m高的微方柱，20個(gè)660 y m高的微方柱，20個(gè)640 y m高的微方柱，圖lw所示；(是否要這樣描述，如何切 出)17.用硝酸和氫氟酸的混合液刻蝕微方柱，得出微針的最終形狀?？涛g時(shí)間為動(dòng)態(tài) 刻蝕3分鐘，靜態(tài)刻蝕12分鐘，圖lx所示。所述的硝酸和氫氟酸的混合溶液是指硝酸氫氟酸=190ml 20ml。所述的動(dòng) 態(tài)刻蝕是指攪拌混合液并轉(zhuǎn)動(dòng)微方柱，使微方柱的尺寸快速減??；所述的靜態(tài)刻蝕是指混 合液和微方柱保持靜止，形成微針針尖。切割出的微方柱和制備的微針陣列如圖2c所示。采用此方法能制備得到高度不同的微針陣列，這種微針陣列在刺入皮膚時(shí)通過漸 進(jìn)式刺入皮膚，因此微針受到的阻力小，極大的提高了針體的安全性。同時(shí)本發(fā)明制備過程 簡(jiǎn)單，采用濕法刻蝕和機(jī)械加工結(jié)合的方法制備此微針陣列，成本低且便于普及。
權(quán)利要求
一種臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征在于，首先通過光刻在硅片上開出硅刻蝕窗口并采用濕法刻蝕硅刻蝕窗口中的硅，然后用切片機(jī)切割硅片得到微方柱陣列，并進(jìn)一步切割微方柱陣列得到若干微方塊，最后采用濕法刻蝕微方柱陣列得到臺(tái)階微針陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的制備方法具體 包括以下步驟第一步、將光刻用正膠旋涂于雙拋氧化硅片上作為掩膜，經(jīng)曝光顯影開出刻蝕窗口后 用緩沖氫氟酸蝕刻液刻蝕去除窗口中未受正膠保護(hù)的雙拋氧化硅片上的二氧化硅層，得到 硅刻蝕窗口；第二步、采用丙酮溶液以超聲振蕩方式去除多余光刻膠后，用氫氧化鉀溶液刻蝕窗口 中的硅，得到針體窗口 ；第三步、重復(fù)第一步和第二步若干次得到若干深度不同的臺(tái)階型結(jié)構(gòu)的針體窗口，然 后采用緩沖氫氟酸去除硅片上多余的二氧化硅，并用切片機(jī)以針體窗口作為定點(diǎn)進(jìn)行硅片 切割，得到若干高度不同的微方柱陣列；第四步、在室溫下用硝酸和氫氟酸的混合酸液動(dòng)態(tài)刻蝕和靜態(tài)刻蝕刻蝕微方柱陣列， 得到臺(tái)階微針陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的雙拋氧化硅片 是指經(jīng)180°C環(huán)境預(yù)加熱處理3小時(shí)的雙拋氧化硅片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的硅刻蝕深度為 5-100u m。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的氫氧化鉀溶液 是指質(zhì)量百分比濃度為31%的氫氧化鉀水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的雙拋氧化硅片 是指至少一面為含二氧化硅層的硅片。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的緩沖氫氟酸蝕 刻液由113g氟化銨、28mL氫氟酸和170mL水組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的刻蝕是指在 45 °C恒溫水槽中，采用緩沖氫氟酸蝕刻液進(jìn)行蝕刻，蝕刻的深度與雙拋氧化硅片上的二氧 化硅層的厚度相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的混合酸液指的 是硝酸與氫氟酸的體積比為19 2的溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺(tái)階微針陣列的制備方法，其特征是，所述的動(dòng)態(tài)刻蝕是指 攪拌混合液并轉(zhuǎn)動(dòng)微方柱陣列，使陣列中的微方柱的尺寸快速減?。凰龅撵o態(tài)刻蝕是指 混合液和微方柱陣列保持靜止，形成微針針尖。
全文摘要
一種生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域的臺(tái)階微針陣列的制備方法，首先通過光刻在硅片上開出硅刻蝕窗口并采用濕法刻蝕硅刻蝕窗口中的硅，然后用切片機(jī)切割硅片得到微方柱陣列，并進(jìn)一步切割微方柱陣列得到若干微方塊，最后采用濕法刻蝕微方柱陣列得到臺(tái)階微針陣列。本發(fā)明制備得到高度不同的微針陣列，此微針陣列通過漸進(jìn)式刺入皮膚。同時(shí)本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，采用濕法刻蝕和機(jī)械加工結(jié)合的方法制備此微針陣列，成本低且便于普及。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101829394SQ20101015711
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者劉景全, 李以貴, 楊春生, 芮岳峰, 閆肖肖 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)