專利名稱：基于多層加工技術(shù)的微針制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種基于多層加工技術(shù)的微針制備方法。
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，注射過程中不會(huì)感到明顯疼痛。微型針頭的操作過程亦非常簡單，只須直接將針頭陣列貼上皮膚即可，特別適用于小劑量注射高效藥物。
目前報(bào)道的微針研究主要有三種方法。一是采用硅工藝，通過濕法腐蝕或反應(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，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the 16th annualinternational conference on micro electro mechanical systems(第十六屆微光機(jī)電系統(tǒng)國際年會(huì))上第371頁至第374頁發(fā)表的名為“MicromachinedBiodegradable 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，用它來復(fù)制微針只能采用澆鑄方法，因此用它來復(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，而且適用PDMS模具來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，提供一種基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，采用多層加工技術(shù)與UV-LIGA技術(shù)，電鑄得到帶階梯側(cè)面的金屬模具，用該模具就可批量復(fù)制帶階梯側(cè)面的聚合物微針，因此該加工方法不僅具有工藝簡單，工藝周期短，成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有易于加工不同頂部結(jié)構(gòu)微針的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的具體步驟如下1)沉積鈦薄膜，并作氧化處理。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。
2)甩SU-8負(fù)膠，前烘好后進(jìn)行曝光，中烘、顯影、電鍍及機(jī)械研磨與拋光(得到第一層所需厚度的金屬結(jié)構(gòu))。
3)拋光后的表面作金屬活化處理，去除表面氧化層以保證多層金屬之間的結(jié)合力。
4)根據(jù)微針結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重復(fù)第2)與第3)步直至甩最后一層光刻膠，與前幾層不同的是最后一層光刻膠完成前烘、曝光、中烘、顯影后進(jìn)行的是電鑄，完成電鑄后去膠就得到可供模壓用的金屬模具。
5)金屬模具進(jìn)行聚合物熱壓復(fù)制。
6)聚合物背部切薄后脫模得到通孔的微針。
本發(fā)明利用多層加工技術(shù)電鑄得到帶階梯側(cè)面的金屬模具，用該模具再批量復(fù)制帶階梯側(cè)面的聚合物微針。模具金屬是鎳、鐵鎳合金或銅，這種模具結(jié)構(gòu)具有脫模方便的優(yōu)點(diǎn)。
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。微針的長度決定于光刻膠總厚度。因此該方法適用于加工不同長度的微針。
本發(fā)明利用多層加工技術(shù)得到帶階梯側(cè)面的微針結(jié)構(gòu)，因此該方法只需調(diào)整多層結(jié)構(gòu)之間的外徑差，相應(yīng)就可得到不同階梯側(cè)面結(jié)構(gòu)的微針。本發(fā)明的微針頂部結(jié)構(gòu)可以在最后一層光刻時(shí)依靠平面加工技術(shù)就可實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明復(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。
本發(fā)明中，因?yàn)殡婅T模具所需的時(shí)間較長，所以優(yōu)先采用低速小應(yīng)力電鑄工藝。采用去除光刻膠的溶劑來去膠。
本發(fā)明采用多層加工技術(shù)加工出金屬模具，然后復(fù)制微針的方法來加工微針，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，而且適宜用該技術(shù)來加工的材料范圍更寬，既可用來模壓塑料類聚合物，也可用來澆鑄橡膠類聚合物。(2)利用多層加工技術(shù)以得到階梯側(cè)面的微針結(jié)構(gòu)，因此該方法只需調(diào)整各層的外徑偏差與層數(shù)就可得到不同階梯側(cè)面的微針結(jié)構(gòu)。(3)微針的長度由光刻膠的總厚度決定。(4)微針的頂部結(jié)構(gòu)由最后一層掩模版設(shè)計(jì)決定。
具體實(shí)施例方式
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的去離子水中，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)將基片放入，三分鐘結(jié)束氧化，然后放入去離子水中清洗基片。
在氧化并清洗干凈的基片上甩50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15分鐘后隨爐冷卻。前烘好的基片進(jìn)行曝光，曝光條件為450mJ/cm2。曝光后的基片進(jìn)行后烘，后烘條件為65℃烘半小時(shí)，90℃烘10分鐘后隨爐冷卻。后烘好的基片進(jìn)行顯影，顯影條件為6分鐘。
在顯影好的基片上電鍍金屬鎳，電鍍的條件為電鑄液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。
當(dāng)電鍍金屬的厚度超過光刻膠厚度時(shí)進(jìn)行磨片，然后將磨好的基片活化處理，處理后的基片甩第二層50微米SU-8光刻膠，然后重復(fù)前烘、曝光、后烘、顯影、電鍍、磨平、活化處理，接著甩第三層50微米SU-8光刻膠，然后重復(fù)前烘、曝光、后烘、顯影、電鍍、磨平、活化處理，然后甩第四層50微米SU-8光刻膠，然后重復(fù)前烘、曝光、后烘、顯影后電鑄成模具。
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)。
本發(fā)明采用多層加工技術(shù)加工出金屬模具，然后復(fù)制微針的方法來加工微針，所以它是一種批量化的微針加工方法，加工成本低，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，而且適宜用該技術(shù)來加工的材料范圍更寬，既可用來模壓塑料類聚合物，也可用來澆鑄橡膠類聚合物。
利用多層加工技術(shù)可以方便地得到階梯側(cè)面的微針結(jié)構(gòu)，因此該方法只需調(diào)整各層的外徑偏差與層數(shù)就可得到不同階梯側(cè)面與高度的微針結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)沉積鈦薄膜，并作氧化處理；2)甩SU-8負(fù)膠，前烘好后進(jìn)行曝光，中烘、顯影、電鍍及機(jī)械研磨與拋光，得到第一層所需厚度的金屬結(jié)構(gòu)；3)拋光后的表面作金屬活化處理；4)重復(fù)第2)與第3)步直至甩最后一層光刻膠，最后一層光刻膠完成前烘、曝光、中烘、顯影后進(jìn)行電鑄，完成電鑄后去膠得到供模壓用的金屬模具；5)金屬模具進(jìn)行聚合物熱壓復(fù)制；6)聚合物背部切薄后脫模得到通孔的微針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，其特征是，所述的金屬模具，是帶階梯側(cè)面的金屬模具，模具金屬是鎳、鐵鎳合金或銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，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，微針的長度決定于光刻膠總厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者3所述的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，其特征是，調(diào)整各層的外徑偏差與層數(shù)就得到不同階梯側(cè)面與高度的微針結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，其特征是，所述的聚合物，是塑料或橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者5所述的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，其特征是，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，其特征是，所述的電鑄，采用低速小應(yīng)力電鑄工藝。
全文摘要
一種微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域的基于多層加工技術(shù)的微針制備方法，步驟為1)沉積鈦薄膜，并作氧化處理；2)甩SU－8負(fù)膠，前烘好后進(jìn)行曝光，中烘、顯影、電鍍及機(jī)械研磨與拋光，得到第一層所需厚度的金屬結(jié)構(gòu)；3)拋光后的表面作金屬活化處理；4)重復(fù)第2)與第3)步直至甩最后一層光刻膠，最后一層光刻膠完成前烘、曝光、中烘、顯影后進(jìn)行的是電鑄，完成電鑄后去膠得到供模壓用的金屬模具；5)金屬模具進(jìn)行聚合物熱壓復(fù)制；6)聚合物背部切薄后脫模得到通孔的微針。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，只需調(diào)整各層的外徑偏差與層數(shù)就可得到不同階梯側(cè)面與高度的微針結(jié)構(gòu)。
文檔編號A61M5/158GK1864976SQ20061002546
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者朱軍, 賈書海, 陳迪, 劉景全 申請人:上海交通大學(xué)