專(zhuān)利名稱：基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工微探針的方法，特別是一種基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法。屬于微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的皮下注射法一般需要讓針頭穿透皮膚表層并深入皮膚以下，以便直接將藥物送入血管。因此這一過(guò)程不僅伴隨著疼痛，而且注射技術(shù)需接受一定的培訓(xùn)才能掌握。而微型針僅僅刺穿皮膚表面角質(zhì)層而不再深入，藥物通過(guò)毛細(xì)血管進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)。由于角質(zhì)層中不含神經(jīng)末梢，注射過(guò)程中不會(huì)感到明顯疼痛。微型針頭的操作過(guò)程亦非常簡(jiǎn)單，只須直接將針頭陳列貼上皮膚即可，特別適用于小劑量注射高效藥物。
目前報(bào)道的微探針研究主要有三種方法。一是采用硅工藝，通過(guò)濕法腐蝕或反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)加工硅微探針，二是利用激光加工、電鍍與濕法腐蝕等工藝加工金屬微針，上述兩種方法存在工藝復(fù)雜，加工周期長(zhǎng)，成本高的缺點(diǎn)，都難以滿足生物醫(yī)學(xué)上一次使用的要求。三是Jung-Hwan Park等人在2003年《the16th annual international conference on micro electro mechanicalsystems》(第十六屆微光機(jī)電系統(tǒng)國(guó)際年會(huì))上第371頁(yè)至第374頁(yè)發(fā)表的名為“Micromachined Biodegradable Microstructures”(微加工生物可降解微結(jié)構(gòu))的文章，該文中介紹的利用SU-8光刻膠制備微針結(jié)構(gòu)母版，然后復(fù)制出PDMS模子，再利用該模子澆鑄可生物降解微探針。該方法雖然可實(shí)現(xiàn)微探針的批量化生產(chǎn)，但因?yàn)镻DMS材料很軟，用它來(lái)復(fù)制微針只能采用澆鑄方法，因此用它來(lái)復(fù)制微針?biāo)璧募庸r(shí)間比金屬模具所采用的模壓工藝要長(zhǎng)，而且適用PDMS模具來(lái)加工的材料也比金屬模具少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，采用三維微細(xì)加工工藝與激光切割技術(shù)，電鑄得到帶斜面的金屬模具，用該模具就可批量復(fù)制帶頂部斜面的聚合物微探針，因此該加工方法具有工藝簡(jiǎn)單，工藝周期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的具體步驟如下A在基片上沉積金屬做種子層。
B在沉積好的種子層上甩光刻膠，并進(jìn)行前烘、曝光、后烘、顯影。
C激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)。
D電鑄金屬模具。
E去除光刻膠。
F用金屬模具復(fù)制聚合物微針。
本發(fā)明首先光刻出光刻膠微結(jié)構(gòu)，在激光切割出光刻膠頂部斜面后電鑄金屬模具，用于批量復(fù)制聚合物微探針。金屬可以是鎳、鐵鎳合金或銅等。
微針的外徑以及微針的內(nèi)孔直徑均由光刻掩膜版上掩膜尺寸決定，改變掩膜版上掩膜尺寸就得到不同外徑以及內(nèi)孔直徑的微針，微針可以是單個(gè)，也可以是陣列。微針的長(zhǎng)度決定于光刻膠厚度。
本發(fā)明利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)，因此該方法只需調(diào)整激光的切割路徑就可得到不同斜度的光刻膠頂部斜面，相應(yīng)就可得到不同頂部斜度的微針。
在步驟A中，金屬材料的選擇要充分考慮與后面甩的光刻膠之間的結(jié)合力，本發(fā)明采用金屬鈦，氧化發(fā)黑處理以提高其與光刻膠的結(jié)合力。
在步驟B中，光刻膠的厚度決定于所需要微針的長(zhǎng)度，因此該方法適用于加工不同長(zhǎng)度的微針。當(dāng)微針的長(zhǎng)度要求毫米量級(jí)時(shí)，在第一次完成后烘的光刻膠上面甩第二層膠，然后對(duì)準(zhǔn)曝光，后烘，一起顯影。
在步驟C中，利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)。根據(jù)所需斜面斜度來(lái)控制激光的切割路徑。
在步驟D中，因?yàn)殡婅T模具所需的時(shí)間較長(zhǎng)，所以優(yōu)先采用低速小應(yīng)力電鑄工藝。
在步驟E中，采用去除光刻膠的溶劑來(lái)去膠。
在步驟F中，模壓加工周期的長(zhǎng)短主要決定于加熱和冷卻兩個(gè)環(huán)節(jié)，因此模壓材料的模壓溫度與脫模溫度是兩個(gè)關(guān)鍵因素，在合格率允許的條件下，應(yīng)選擇盡可能低的模壓溫度與盡可能高的脫模溫度。模壓時(shí)的壓力應(yīng)盡可能地低，以減少模具損壞，延長(zhǎng)模具的使用壽命。復(fù)制的聚合物可以是塑料也可是橡膠，復(fù)制塑料微針采用模壓的方法，復(fù)制橡膠材料微針可采用澆鑄的方法，該方法需經(jīng)聚合反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明采用三維微細(xì)加工工藝與激光切割技術(shù)加工出金屬模具，然后復(fù)制微針的方法來(lái)加工微針，所以它是一種批量化的微針加工方法，加工成本低，另外與現(xiàn)有加工技術(shù)不同的是(1)由于該技術(shù)加工得到的微針模具為金屬材料，不僅模具壽命長(zhǎng)，而且適宜用該技術(shù)來(lái)加工的材料范圍更寬，既可用來(lái)模壓塑料類(lèi)聚合物，也可用來(lái)澆鑄橡膠類(lèi)聚合物。(2)利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)，因此該方法只需調(diào)整激光的切割路徑就可得到不同斜度的光刻膠頂部斜面，相應(yīng)就可得到不同頂部斜度的微針。


圖1本發(fā)明方法流程圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，以下結(jié)合本發(fā)明方法的具體內(nèi)容提供實(shí)施例首先在硅基片上沉積2微米的金屬鈦?zhàn)龇N子層，然后進(jìn)行氧化處理，具體的氧化工藝為將15克的NaOH溶解在750ml的DI水中，為提高氧化速率與氧化均勻性，氧化在65℃水浴鍋中進(jìn)行，當(dāng)水浴鍋溫度達(dá)到50℃時(shí)，加入15ml雙氧水，當(dāng)水浴鍋溫度達(dá)到65℃時(shí)將片基片放入，三分鐘結(jié)束氧化，然后放入DI水中清洗基片。
在氧化并清洗干凈的基片上甩500微米SU-8光刻膠，然后進(jìn)行前烘，前烘條件為在65℃烘半小時(shí)，95℃烘2.5小時(shí)后隨爐冷卻。前烘好的基片進(jìn)行曝光，曝光條件為4500mJ/cm2。曝光后的基片進(jìn)行后烘，后烘條件為65℃烘半小時(shí)，95℃烘1小時(shí)后隨爐冷卻。后烘好的基片進(jìn)行顯影，顯影條件為30分鐘。
采用Exitech公司生產(chǎn)的8000型激光系統(tǒng)Lpx210i激光源，以80Hz頻率、0.4J/cm2的功率進(jìn)行切割。
將顯影干凈的基片進(jìn)行電鑄，電鑄金屬鎳的條件為電鑄液PH值5，溫度50℃，電鑄速率控制在14微米/小時(shí)時(shí)電鑄金屬的質(zhì)量較好。
用去SU-8膠的溶劑去除嵌在模具中的光刻膠。
用鎳模具壓制PC材料微針，采用的模壓條件為模壓溫度200℃，模壓壓力5000N，模壓時(shí)間60S，脫模溫度120℃，脫模速度0.2(mm/s)。
金屬模具上有多達(dá)近萬(wàn)個(gè)的微針，因此模壓一次就可復(fù)制出很多微針，實(shí)現(xiàn)微針批量化加工，由于該技術(shù)加工得到的微針模具為金屬材料，不僅模具壽命長(zhǎng)，而且適宜用該技術(shù)來(lái)加工的材料范圍更寬，既可用來(lái)模壓塑料類(lèi)聚合物，也可用來(lái)澆鑄橡膠類(lèi)聚合物。
本發(fā)明利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)，因此該方法只需調(diào)整激光的切割路徑就可得到不同斜度的光刻膠頂部斜面，相應(yīng)就可得到不同頂部斜度的微針。
權(quán)利要求
1.一種基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征在于，包括如下步驟A在基片上沉積金屬做種子層；B在沉積好的種子層上甩光刻膠，并進(jìn)行前烘、曝光、后烘、顯影；C激光切割光刻膠頂部得到頂部斜面結(jié)構(gòu)；D電鑄金屬模具；E去除光刻膠；F用金屬模具復(fù)制聚合物微針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，首先光刻出光刻膠微結(jié)構(gòu)，在激光切割出光刻膠頂部斜面后電鑄金屬模具，模具金屬是鎳、鐵鎳合金或銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，微針的外徑以及微針的內(nèi)孔直徑均由光刻掩膜版上掩膜尺寸決定，微針是單個(gè)或者是陣列，微針的長(zhǎng)度決定于光刻膠厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，復(fù)制的聚合物是塑料或橡膠，復(fù)制塑料微針采用模壓的方法，復(fù)制橡膠微針采用澆鑄的方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟A中，金屬材料采用金屬鈦，氧化發(fā)黑處理以提高其與光刻膠的結(jié)合力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟B中，光刻膠的厚度決定于所需要微針的長(zhǎng)度，當(dāng)微針的長(zhǎng)度要求毫米量級(jí)時(shí)，在第一次完成后烘的光刻膠上面甩第二層膠，然后對(duì)準(zhǔn)曝光，后烘，一起顯影。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟C中，采用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)，只需調(diào)整激光的切割路徑就得到各種斜度的光刻膠頂部斜面，得到相應(yīng)頂部斜度的微針。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟D中，采用低速小應(yīng)力電鑄工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟E中，采用去除光刻膠的溶劑來(lái)去膠。
全文摘要
一種基于三維微細(xì)加工工藝的批量加工微探針的方法，屬于微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的具體步驟為在基片上沉積金屬做種子層；在沉積好的種子層上甩光刻膠，并進(jìn)行前烘、曝光、后烘、顯影；激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結(jié)構(gòu)；以光刻膠微結(jié)構(gòu)為模子電鑄金屬模具；去除光刻膠，得到復(fù)制微針用金屬模具；用金屬模具復(fù)制聚合物微針。本發(fā)明不僅能實(shí)現(xiàn)低成本、批量化的微針加工，而且適宜加工的材料范圍更為廣泛，進(jìn)一步拓寬了微探針在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)A61M5/00GK1555893SQ200310109880
公開(kāi)日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者朱軍, 朱 軍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)