專利名稱:基于表面微細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、各項同性刻蝕和各項異性刻蝕技木。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn),J. G. E Gaedeniers等在《Micro Electro Mechanical Systems))(微機電系統(tǒng))、2002年第15屆IEEE國際會議上發(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、去掉保護層。沈修成等在《傳感技術(shù)學報》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缺點1、步驟復雜繁瑣;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)方案實現(xiàn)的本發(fā)明所述的基于表面微細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 用于實現(xiàn)微針針體部分,然后利用澆鑄,形成ー個內(nèi)部中空的微針結(jié)構(gòu),從而實現(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備ー塊重摻雜ρ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,對暴露的硅進行各向異性刻蝕,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)高分子材料對其進行澆鑄;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)計的具有設(shè)定力學強度的金屬絲陣列,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)實現(xiàn),成本高昂且微針高度受限。而本發(fā)明提出的設(shè)計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)快速復制及高速批量生產(chǎn),而且濕法刻蝕和澆鑄操作相對簡單,整套工藝流程簡單易行。
圖1為本發(fā)明實施例中異平面空心微針示意圖。圖2為本發(fā)明實施例中制備方法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖給發(fā)明的實施例作詳細說明。本發(fā)明在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1如圖2所示,本實施例包括以下幾個步驟第一步準備一塊晶向為<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)量分數(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,該鉬絲陣列通過對光刻膠進行光刻顯影電鍍而得到,且進行過位置校對處理,加載時可以準確地將鉬絲對準步驟四中的凹模具,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,進行脫模處理。如圖1所示,本實施例得到的微針結(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。實施例2如圖2所示,本實施例包括以下幾個步驟第一歩準備ー塊晶向為<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)量分數(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,該鉬絲陣列通過對光刻膠進行光刻顯影電鍍而得到,且進行過位置校對處理,加載時可以準確地將鉬絲對準步驟四中的凹模具,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,進行脫模處理。如圖1所示,本實施例得到的微針結(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。本實施例得到的微針跟實施例1相比,高度變矮,力學強度增強。以上為本發(fā)明的優(yōu)選實施例,應(yīng)當理解的是,本發(fā)明還有其他可實現(xiàn)的方式,比如簡單變換參數(shù)和選用的材料等,這些對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很容易實現(xiàn)的。本發(fā)明是在基于濕法刻蝕エ藝和澆鑄エ藝,不需要復雜昂貴的加工技木,能夠快速而又廉價的進行大批量復制,而且濕法刻蝕操作和澆鑄操作相對簡単,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)選實施例作了詳細介紹,但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(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備一塊重摻雜P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,對暴露的硅進行各向異性刻蝕,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)高分子材料對其進行澆鑄; 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)計的具有設(shè)定力學強度的金屬絲陣列,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任一項所述的基于表面微細加工工藝的異平面空心微針的制備方法,其特征在于,具體實施如下第一步準備一塊晶向為<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)量分數(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,該模板進行過位置校對處理; 第六步,澆鑄聚苯乙烯或熔融聚乳酸,凝固后,進行脫模處理,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用于實現(xiàn)微針針體部分,然后利用澆鑄,形成一個內(nèi)部中空的微針結(jié)構(gòu),從而實現(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)快速復制及高速批量生產(chǎn),而且濕法刻蝕和澆鑄操作相對簡單,整套工藝流程簡單易行。
文檔編號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