專利名稱：一種仿蚊子嘴空心微針陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空心微針陣列的制作方法，特別是涉及一種模擬蚊子嘴制作的用來進(jìn)行無痛進(jìn)樣的微針陣列。
背景技術(shù)：
在過去的幾十年中，微機(jī)電系統(tǒng)和微全分析系統(tǒng)有了很大的發(fā)展，特別是在醫(yī)學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，微針的研究對(duì)于研制出無痛微量采血系統(tǒng)具有重要的意義。微針(Microneedles) —般指通過微細(xì)加工工藝制作的，尺寸在微米級(jí)，直徑在 30-80μπι，長度IOOym以上呈針狀的結(jié)構(gòu)，材料可以為硅、聚合物、金屬等(Arrays of Hollow Out-of-Plane Microneedles for Drug Delivery [J]. Boris Stoeber. Journal of microelectromechanical systems, 2005,472-479)。微針在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如用于生物醫(yī)學(xué)測量系統(tǒng)，藥物傳輸系統(tǒng)及微量采樣分析系統(tǒng)等。微針不但體積微小，而且在性能上具有常規(guī)方法所不可比擬的特性-精確、無痛、高效、便利。這極大促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，使該領(lǐng)域的儀器更具人性化。眾所周知，蚊子能在人們毫無知覺的情況下穿透皮膚完成血液的吸食。從外觀上看，蚊子嘴是一根長3mm，外徑60 μ m，內(nèi)徑25 μ m的麥穗狀細(xì)長結(jié)構(gòu)，但這只是由蚊子下唇演化成的外鞘稱為喙。蚊子嘴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在這個(gè)喙背部的唇槽內(nèi)包藏有上唇、一對(duì)上顎、 一對(duì)下顎和舌特化而成的6根細(xì)長的口針(基于昆蟲刺吸式口器的仿生耦合無痛注射針頭的研究，王京春，2008年)。目前，像在糖尿病患者的血糖監(jiān)測等需要頻繁采血的場合，對(duì)無痛采血技術(shù)有著非常強(qiáng)烈的需求，因此研究蚊子吸血的原理，仿制蚊子口器的結(jié)構(gòu)并模擬其吸血行為，將有望研制出無痛微創(chuàng)的皮納升采血系統(tǒng)，對(duì)于拓展微流控分析系統(tǒng)在疾病診斷和控制方面的應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明模擬蚊子嘴并結(jié)合MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)工藝制作出用于無痛進(jìn)樣的微針陣列，提供了一種仿蚊子嘴空心微針陣列的制作方法。該微針陣列中的微針屬于異平面空心微針，結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有微針相似，由針尖、針孔和基底三部分組成，針尖用于刺破動(dòng)物皮膚，針孔用于液體的流通，基底是制作空心微針陣列的平臺(tái)。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下的技術(shù)方案(1)第一次光刻在硅片上生長一層二氧化硅，然后在硅片正面旋涂一層光刻膠， 將針孔圖形掩膜版放置在光刻膠上進(jìn)行紫外線曝光，使用顯影液顯影，得到針孔圖形，使用刻蝕機(jī)刻蝕氧化層；(2)硅片正面刻蝕針孔采用兩步刻蝕工藝在硅片正面刻蝕針孔，刻蝕深度為硅片厚度的一半；(3)第二次光刻在硅片背面進(jìn)行光刻得到針孔圖形，并使用刻蝕機(jī)刻蝕二氧化硅層；(4)硅片背面刻蝕針孔采用兩步刻蝕工藝在硅片背面刻蝕針孔使其完全刻穿；(5)第三次光刻在硅片正面使用針尖圖形掩膜版光刻得到腐蝕針尖的正方形掩膜圖形；(6)濕法腐蝕光刻完成后，去除氧化層，然后去除光刻膠，放入40%K0H溶液中濕法腐蝕，直到微針高度為100 μ m，停止腐蝕，去掉剩余氧化層，得到空心微針陣列。綜上所述，本發(fā)明中采用干法刻蝕和濕法腐蝕相結(jié)合這種較簡單的方法，制作出針孔孔徑與蚊子嘴相仿的空心異平面空心微針，制作工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)。采用濕法腐蝕得到的微針其側(cè)壁的不光滑度可以減小進(jìn)樣時(shí)與皮膚的接觸面積，從而減輕疼痛感。


圖1是異平面空心微針陣列示意圖。圖2是制作異平面空心微針陣列的工藝流程示意圖。圖3(a)是用本發(fā)明制作得到的單個(gè)空心微針SEM圖。圖3(b)是用本發(fā)明制作得到的微針陣列SEM圖。圖中1針尖；2針孔；3基底；4硅片；5 二氧化硅層；6光刻膠層；7針孔掩膜版；8 干法刻蝕得到的針孔；9剩余氧化層；10針尖掩膜版；11濕法腐蝕得到的微針。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。如圖2 (a)所示，將硅片4通過標(biāo)準(zhǔn)清洗液清洗后，放入氧化爐內(nèi)進(jìn)行氧化，并按一定順序通入干氧和濕氧，使得硅片的表面生成一層致密的二氧化硅層5，作為襯底。作為干法刻蝕針孔的掩膜。如圖2(b)所示，在硅片4正面的二氧化硅層5上旋涂一層BP212膠層 6。如圖2(c)所示，將針孔掩膜版7放置在BP212膠層6上并對(duì)準(zhǔn)，采用紫外線曝光工藝，實(shí)現(xiàn)針孔掩膜版7上針孔圖形向BP212膠層6的轉(zhuǎn)移。如圖2(d)所示，使用顯影液對(duì)BP212 膠層6進(jìn)行顯影，得到針孔圖形，將具有針孔圖形的硅片4放入ICP刻蝕機(jī)中刻蝕二氧化硅層5。如圖2(e)所示，使用丙酮溶液去除BP212膠層6，將硅片4再次放入ICP刻蝕機(jī)中采用兩步刻蝕工藝刻蝕，得到針孔8，使刻蝕深度達(dá)到245 μ m。如圖2(f)所示，對(duì)硅片4背面重復(fù)進(jìn)行如上工藝(b) (e)，使針孔5完全刻穿。如圖2(g)所示，在硅片4正面重新生長一層二氧化硅層5，并旋涂一層BP212膠層6，將針尖掩膜版10放置在BP212膠層6上并對(duì)準(zhǔn)，采用紫外線曝光工藝，實(shí)現(xiàn)針尖掩膜版10上針尖掩膜圖形向BP212膠層6的轉(zhuǎn)移。如圖2(h)所示，使用顯影液對(duì)BP212膠層6進(jìn)行顯影，得到針尖掩膜圖形，使用ICP刻蝕機(jī)刻蝕二氧化硅層5。如圖2(i)所示，使用丙酮溶液去除BP212膠層6后，將硅片4放入40% KOH溶液中，恒溫87°C條件下進(jìn)行濕法腐蝕，直到微針高度為ΙΟΟμπι，停止腐蝕。如圖2(j) 所示，用HF溶液去掉剩余二氧化硅層9，濕法腐蝕得到的微針11。如圖2所示，工藝流程步驟如下(a)將硅片4作為基底，對(duì)其進(jìn)行清洗、雙面氧化，在其表面生成一層致密的二氧化硅層5，作為干法刻蝕針孔的掩膜；(b)在硅片4正面的二氧化硅層5上旋涂一層BP212膠層6 ；
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(c)將針孔掩膜版7放置在BP212膠層6上并對(duì)準(zhǔn)，采用紫外線曝光工藝，實(shí)現(xiàn)針孔掩膜版7上針孔圖形向BP212膠層6的轉(zhuǎn)移；(d)使用顯影液對(duì)BP212膠層6進(jìn)行顯影，得到針孔圖形，將具有針孔圖形的硅片 4放入ICP刻蝕機(jī)中刻蝕二氧化硅層5 ；(e)使用丙酮溶液去除BP212膠層6，將硅片4再次放入ICP刻蝕機(jī)中采用兩步刻蝕工藝刻蝕針孔8，使刻蝕深度達(dá)到245 μ m ；(f)對(duì)硅片4背面重復(fù)進(jìn)行如上工藝(b) (e)，使針孔5完全刻穿；(g)在硅片4正面重新生長一層二氧化硅層5，并旋涂一層BP212膠層6，將針尖掩膜版10放置在BP212膠層6上并對(duì)準(zhǔn)，采用紫外線曝光工藝，實(shí)現(xiàn)針尖掩膜版10上針尖掩膜圖形向BP212膠層6的轉(zhuǎn)移；(h)使用顯影液對(duì)BP212膠層6進(jìn)行顯影，得到針尖掩膜圖形，使用ICP刻蝕機(jī)刻蝕二氧化硅層5 ；(i)使用丙酮溶液去除BP212膠層6后，將硅片4放入40%K0H溶液中，恒溫87°C 條件下進(jìn)行濕法腐蝕，直到微針高度為100 μ m，停止腐蝕；(j)用HF溶液去掉剩余二氧化硅層9，濕法腐蝕得到的微針11。通過上述工藝制作的空心微針陣列如圖3所示。
權(quán)利要求
1. 一種仿蚊子嘴空心微針陣列的制作工藝，其特征在于如下步驟(1)第一次光刻在硅片上生長一層二氧化硅，然后在硅片正面旋涂一層光刻膠，將針孔圖形掩膜版放置在光刻膠上進(jìn)行紫外線曝光，使用顯影液顯影，得到針孔圖形，使用刻蝕機(jī)刻蝕氧化層；(2)硅片正面刻蝕針孔采用兩步刻蝕工藝在硅片正面刻蝕針孔，刻蝕深度為硅片厚度的一半；(3)第二次光刻在硅片背面進(jìn)行光刻得到針孔圖形，并使用刻蝕機(jī)刻蝕二氧化硅層；(4)硅片背面刻蝕針孔采用兩步刻蝕工藝在硅片背面刻蝕針孔使其完全刻穿；(5)第三次光刻在硅片正面使用針尖圖形掩膜版光刻得到腐蝕針尖的正方形掩膜圖形；(6)濕法腐蝕光刻完成后，去除氧化層，然后去除光刻膠，放入40%K0H溶液中濕法腐蝕，直到微針高度為100 μ m，停止腐蝕，去掉剩余氧化層，得到空心微針陣列。
全文摘要
本發(fā)明屬于MEMS領(lǐng)域，涉及一種模擬蚊子嘴制作的用來進(jìn)行無痛進(jìn)樣的微針陣列。其特征是采用兩步和雙向深反應(yīng)離子刻蝕(Deep reactive ion etching，DRIE)工藝確保微針孔的完全刻穿和其側(cè)壁的光滑性；采用各向異性濕法腐蝕工藝，在40％KOH溶液87℃水浴加熱的條件下腐蝕硅片得到側(cè)壁為{411}晶面的硅微針；最終得到高度為100μm-120μm、針孔直徑為10μm-25μm、針孔中心偏離針尖5μm-10μm的空心硅微針尖。本發(fā)明制作工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)，成本低廉，有效地解決了異平面空心微針的制作工藝問題。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102530848SQ20121005737
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者劉沖, 張水平, 鄒赫麟 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)