CN101935011A

CN101935011A - 异平面载药微针阵列的制备方法

Info

Publication number: CN101935011A
Application number: CN 201010282903
Authority: CN
Inventors: 朱军; 杨君; 陈翔
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-01-05

Abstract

一种医疗仪器技术领域的异平面载药微针阵列的制备方法，通过背面倾斜旋转曝光与传统曝光组合运用获得SU8光刻胶模具。利用PDMS的优良图形复制能力，通过两次PDMS转模得到PDMS模具，然后在PDMS模具上沉积金属种子层后电镀来制备金属微针阵列，最后采用PDMS剥离与种子层腐蚀的共同作用脱模获得异平面载药金属微针阵列，该方法具有批量化制备、简便易行、对金属结构完全无损害的技术特点。

Description

异平面载药微针阵列的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器材技术领域的方法，具体是一种异平面载药微针阵列的制备方法。

背景技术

微针是直径为几十微米，长度在100微米以上的针状结构。微针在生物医学领域有广泛的应用。采用微针阵列给药或采样，不仅具有微量、无痛的特点，而且可以使生化检验的精度、可靠性和效率大幅度提高。

载药微针是指在实心微针表面包裹一层药物，再将微针刺入皮肤使其持续释药的微针给药技术，是目前微针给药研究的重点。它具有制造容易(本质上还是实心微针)，而且药物包裹于缓释材料后给药还具有缓释给药的优势。

经对现有技术的文献检索发现，2005年Yu Xie等人在Nanomedicine(纳米医学)(P184-190)发表了“Controlled transdermal delivery of model drug compounds by MEMS microneedle array”(“模型药物化合物借助微机电系统微针阵列的可控经皮传输”)。该方法利用光刻，薄膜沉积和反应离子刻蚀技术制作出了硅载药微针，并在微针的表面进行了载药。该方法的不足在于：一方面微针的倾角和高度可调范围不够大，另一方面制作微针的材料单一。

2008年英国Bath大学的Adam Davidson、牛津大学的Barrak Al-Qallaf以及拉夫堡大学的Diganta Bhusan Das在Chemical Engineering Research and Design(化学工程研究和设计)(P1196-1206)发表了“Transdermal drug delivery by coated microneedles：Geometry effects on effective skin thickness and drug permeability”(“载药微针经皮给药：几何结构对有效皮肤厚度和药物渗透性的影响”)。他们联合开展了载药微针的经皮给药研究，模拟了微针几何结构对药物渗透性能的影响，经过计算得出微针的刺入深度是决定药物渗透性最重要的参数。

检索中还发现，佐治亚理工学院Harvinder S.Gill等人在Pharmaceutical Research(制药研究)(P1369-1380)发表了“Coating Formulations for Microneedles”(用于微针的载药配方)。开展了微针的载药方法研究，利用激光加工金属同平面微针，在针上切割形成不同形状、不同尺寸以及数量的通孔。利用液体在孔中的表面张力载药，系统研究了微尺度的浸涂载药能力、载药微针经皮给药的体外渗透特性。但其制作的微针是二维的，载药量有限，而且同样存在微针制作材料比较单一的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种异平面载药微针阵列的制备方法，利用倾斜旋转背面曝光技术和传统平面曝光技术相结合的方式，利用PDMS的良好图形复制性制作载药金属微针阵列。不仅可以降低微针制备成本，而且所制备的微针具有载药能力。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，在玻璃基片上溅射Cr，并用第一掩膜版对其曝光、刻蚀，进行图形化，然后在Cr上旋涂第一层SU8光刻胶，倾斜基片并进行旋转背面曝光，获得SU8光刻胶凹锥阵列；

所述的旋转背面曝光是指：基片固定在位于倾斜平台上的可旋转的电机上，金属Cr朝向曝光光源，SU8光刻胶在下面，曝光时基片随电机一起旋转。

第二步，经中烘后在第一层光刻胶上旋涂第二层SU8光刻胶，用第二掩膜版套刻曝光，经中烘和显影后，得到载药微针SU8光刻胶凹锥阵列；

所述的载药微针阵列是指：把PDMS填充在凹锥阵列上后，整体置于真空箱中除气泡，然后通过在烘箱中固化或自然固化后脱模，得到圆锥微针阵列。

第三步，在凹锥阵列上填充PDMS制备载药微针阵列；

第四步，在圆锥载药微针阵列上沉积薄膜、二次填充PDMS并经脱模后得到微针模具。

第五步，在微针模具上沉积金属种子层，并在其上电镀金属，经二次脱模后得到异平面载药金属微针阵列。

所述的电镀金属是指：Ni、Cu或FeNi合金。

所述的二次脱模是指：剥离PDMS后置于金属种子层腐蚀液中腐蚀。利用PDMS剥离与种子层金属腐蚀的共同作用来脱模，该方法具有简便易行、对金属结构完全无损害的技术特点。

所述的金属种子层为Cr、Cu或Au的金属薄膜。

金属种子层和电镀金属为不相同的金属或合金。

所述的异平面载药金属微针阵列中的微针的顶角为第一步中基片倾斜角度的两倍。

本发明利用倾斜旋转背面曝光技术和传统平面曝光技术相结合的方式，利用PDMS的良好图形复制性制作载药金属微针阵列。具有批量化制备锥形良好金属载药微针阵列的技术特点。

附图说明

图1为实施例布置图。

图2为实施例工艺流程图；

图2中：(a)为倾斜旋转背面光刻示意图，(b)为SU-8凹圆锥未见光结构示意图，(c)为第二次甩SU8胶，用第二掩膜版光刻并显影后得到的光刻胶结构，(d)以光刻胶结构为模具，在SU8模具中填充PDMS，(e)为脱模后得到的PDMS微针结构，(f)为以PDMS微针结构为模具沉积薄膜后填充PDMS，脱模后得到的PDMS结构，(g)在(f)所示的PDMS结构上沉积金属种子层并电镀金属，(h)脱模后得到异平面载药金属微针阵列结构。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，实施例1包括以下步骤：

第一步、在1毫米厚的玻璃片上沉积薄膜Cr，并对Cr进行图形化，然后在Cr上旋涂500微米的SU8光刻胶。如图1所示，其中1为倾斜基板，2为见光的SU8胶，3为准直紫外光，4为Cr掩膜层，5为未见光的SU8胶，6为玻璃基底，7为电机，8为调高支架，调整基片的倾斜角度为25°，然后采用8.5mW/cm²功率的紫外光，对基片进行12分钟的倾斜旋转曝光。如图1所示，其中：9是一块始终不见光的三角形，倾斜旋转曝光后就能得到凹锥结构，如图2b所示，其中：11为见光后的SU8胶。图2a中10为玻璃基底，防止SU8胶直接接触电机，受到污染。

第二步、在图2b结构的上甩第二层SU8胶，厚度为250微米，第二次曝光背面套刻曝光，曝光紫外线的功率为10mW/cm²，曝光时间为120秒。得到的光刻胶结构如图2c所示。

第三步、将图2c中的结构在SU8胶显影液中显影。

第四步、在图2d所示SU8胶结构中填充PDMS，(其中：12为PDMS)，脱模后得到图2e所示的PDMS结构。

第五步、在图2e所示的PDMS结构上沉积薄膜Cr，并以此结构为模具再次填充PDMS，脱模后得到图2f所示的PDMS结构。

第六步、在图2f所示的PDMS结构中再次沉积Cr，并以此Cr层为种子层电镀金属Ni。

第七步、将图2g所示结构剥离PDMS后在Cr刻蚀液中腐蚀，去除Cr种子层后脱模得到金属Ni载药微针。

本实施例制备出的是载药微针倾角为65°，圆锥形微针的良好锥形使微针整个作用过程保持良好渐进与均匀受力状态，有利于提高微针应用的可靠性与无痛性，且微针柱体部分有凹槽，可以进行载药。微针插入皮肤后可以进行微量缓释给药。

实施例2

如图1和图2所示，实施例2包括以下步骤：

第一步、在1毫米厚的玻璃片上沉积薄膜Cr，并对Cr进行图形化，然后在Cr上旋涂550微米的SU8光刻胶。如图1所示，其中1为倾斜基板，2为见光的SU8胶，3为准直紫外光，4为Cr掩膜层，5为未见光的SU8胶，6为玻璃基底，7为电机，8为调高支架，调整基片和掩模版的倾斜角度为21.8°，然后采用8.5mW/cm²功率的紫外光，倾斜旋转曝光14分钟。如图1所示，其中：9是一块始终不见光的三角形，倾斜旋转曝光后就能得到凹锥结构，如图2b所示，其中：11为见光后的SU8胶。图2a中10为玻璃基底，防止SU8胶直接接触电机，受到污染。

第二步、在图2b结构的上甩第二层SU8胶，厚度为260微米，第二次曝光为背面对准套刻曝光，曝光紫外线的功率为9.5mW/cm²，曝光时间为130秒。得到所需的光刻胶结构如图2c所示。

第三步、将图2c中的结构在SU8胶显影液中显影。

第五步、在图2e所示的PDMS结构上沉积Cu，并以此结构为模具再次填充PDMS，脱模后得到图2f所示的PDMS结构。

第六步、在图2f所示的PDMS结构中沉积Cr，并以此Cr层为种子层电镀金属Ni，如图2g所示。

第七步、将图2g所示结构中的PDMS剥离后在Cr腐蚀液中腐蚀，去除Cr种子层后脱模得到金属Ni空心微针阵列。

本实施例制备出的是载药微针倾角为68.2°，圆锥形微针的良好锥形使微针整个作用过程保持良好渐进与均匀受力状态，有利于提高微针应用的可靠性与无痛性，且微针柱体部分有凹槽，可以进行载药。微针插入皮肤后可以进行微量缓释给药。

实施例3

如图1和图2所示，实施例3包括以下步骤：

第一步、在1毫米厚的玻璃片上沉积薄膜Cr，并对Cr进行图形化，然后在Cr上旋涂500微米的SU8光刻胶。如图1所示，其中1为倾斜基板，2为见光的SU8胶，3为准直紫外光，4为Cr掩膜层，5为未见光的SU8胶，6为玻璃基底，7为电机，8为调高支架，调整基片和掩模版的倾斜角度为23°，然后采用8mW/cm²功率的紫外光，倾斜旋转曝光13分钟。如图1所示，其中：9是一块始终不见光的三角形，倾斜旋转曝光后就能得到凹锥结构，如图2b所示，其中：11为见光后的SU8胶。图2a中10为玻璃基底，防止SU8胶直接接触电机，受到污染。

第二步、在图2b结构的上甩第二层SU8胶，厚度为200微米，第二次曝光为背面对准套刻曝光，曝光紫外线的功率为9mW/cm²，曝光时间为100秒。得到的光刻胶结构如图2c所示。

第三步、将图2c结构置于SU8胶显影液中显影。

第五步、在图2e所示的PDMS结构上沉积Cu，并以此结构为模具再次填充PDMS，脱模后得到图2e所示的PDMS结构。

第六步、在图2f所示的PDMS结构中沉积Cu，并以此Cu层为种子层电镀金属Ni，如图2g所示。

第七步、将图2g所示结构中的PDMS剥离后置于Cu腐蚀液中腐蚀，去除Cu种子层后脱模得到金属Ni空心微针。

本实施例制备出的是空心微针倾角为67°，圆锥形微针的良好锥形使微针整个作用过程保持良好渐进与均匀受力状态，有利于提高微针应用的可靠性与无痛性，且微针柱体部分有凹槽，可以进行载药。微针插入皮肤后可以进行微量缓释给药。

本发明利用PDMS的优良图形复制能力，通过两次PDMS浇铸，在PDMS结构上沉积金属并电镀得到锥形良好的金属微针阵列，避免了直接在SU8结构上沉积金属并电镀金属微针的方法在去胶过程中所存在的微针尖端结构受损伤的问题。本发明创造性地将倾斜旋转曝光和背面曝光技术结合起来，成功的解决了多次曝光工艺中的对准问题。同时采用PDMS手工剥离和金属腐蚀lift-off去除共同作用的方法来脱模，不仅简便易行，而且对金属微针结构无任何损伤。

Claims

1.一种异平面载药微针阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第三步，在凹锥阵列上填充PDMS制备载药微针阵列；

2.根据权利要求1所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，所述的旋转背面曝光是指：基片固定在位于倾斜平台上的可旋转的电机上，金属Cr朝向曝光光源，SU8光刻胶在下面，曝光时基片随电机一起旋转。

3.根据权利要求1所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，所述的载药微针阵列是指：把PDMS填充在凹锥阵列上后，整体置于真空箱中除气泡，然后通过在烘箱中固化或自然固化后脱模，得到圆锥微针阵列。

4.根据权利要求1所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，所述的电镀金属是指：Ni、Cu或FeNi合金。

5.根据权利要求1所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，所述的二次脱模是指：剥离PDMS后置于金属种子层腐蚀液中腐蚀。利用PDMS剥离与种子层金属腐蚀的共同作用来脱模，该方法具有简便易行、对金属结构完全无损害的技术特点。

6.根据权利要求1或5所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，所述的金属种子层为Cr、Cu或Au的金属薄膜。

7.根据权利要求1所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，金属种子层和电镀金属为不相同的金属或合金。

8.根据权利要求1所述的异平面载药微针阵列的制备方法，其特征是，所述的异平面载药金属微针阵列中的微针的顶角为第一步中基片倾斜角度的两倍。