CN102139138A - 实心金属微针阵列的制备方法 - Google Patents

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杨春生
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Abstract

一种生物医学工程技术领域的实心金属微针阵列的制备方法，首先在硅片上溅射种子层，接着在种子层上甩光刻胶并光刻开出电镀孔阵列，然后在电镀孔阵列中电镀金属得到金属块阵列并用切片机夹持斜面刀具切割电镀的金属块阵列，最后去除光刻胶得到斜顶金属微针阵列。本发明制备得到尖锐的斜顶金属微针阵列，此微针阵列具有很好的强度及韧性，易于刺入皮肤。同时本发明制备过程简单，采用光刻和机械加工结合的方法制备此微针阵列，工艺简单，成本低且便于普及。

Description

实心金属微针阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种生物医学工程技术领域的方法，具体是一种实心金属微针阵列的制备方法。
背景技术
经皮给药技术作为一种无痛、安全的药物注射方式日益引起人们的重视，这种给药技术常需要以微针作为药物载体达到向生物体输送药物的目的。目前研制的微针多是由微机械加工方法制作的硅微针，但硅微针比较脆且生物相容性差，不易用于经皮给药。金属微针的柔韧性和生物相容性好，且针尖较锋利，易用作经皮给药，但制作比较困难。
经对现有技术文献的检索发现，Wijaya Martanto，Jenny Wang等在Pharmaceutical Research(2004)pp947-952撰文“Transdermal Delivery of Insulin Using Microneedles in Vivo”(“微针用于胰岛素体内透皮给药”《药物研究》)。该文献中提及的加工微针阵列的方法是采用激光切割制作微针阵列：(1)准备75μm厚的SS304不锈钢薄片；(2)用CAD制图软件画掩膜；(3)用激光切割机切割不锈钢薄片，使掩膜的形状复制为微针的形状；(4)手工弯曲微针90°，得到微针阵列；(5)电解抛光微针阵列，得到光洁的微针阵列。然而该方法采用激光切割加工微针阵列，成本较高、效率低；为得到微针阵列，需采用手工弯曲微针，工艺较复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种实心金属微针阵列的制备方法，制备得到尖锐的斜顶金属微针阵列，此微针阵列具有很好的强度及韧性，易于刺入皮肤。同时本发明制备过程简单，采用光刻和机械加工结合的方法制备此微针阵列，工艺简单，成本低且便于普及。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先在硅片上溅射种子层，接着在种子层上甩光刻胶并光刻开出电镀孔阵列，然后在电镀孔阵列中电镀金属得到金属块阵列并用切片机夹持斜面刀具切割电镀的金属块阵列，最后去除光刻胶得到斜顶金属微针阵列。
所述的种子层为铬铜种子层。
所述的光刻是指：用掩膜对光刻胶进行图形化，得到电镀孔阵列。
所述的电镀孔阵列的深度为150～500μm。
所述的电镀金属是指：将金属从电镀孔底部的铬铜种子层上电镀出金属块阵列。
所述的金属块阵列的厚度为150～500μm。
所述的斜面刀具的斜面宽度大于等于电镀孔的底部宽度，切割时切割刀的斜面完全覆盖金属块的上表面。
本发明采用光刻与机械加工方法加工实心金属微针阵列，与现有技术相比，其优点在于：采用光刻与机械加工方法制备实心金属微针，方法简单，成本低；通过光刻和电镀金属的厚度，可有效控制微针的大小；通过机械加工方法得到尖锐的斜顶金属微针阵列，尖锐的斜顶微针极易刺入皮肤。
附图说明
图1为斜面切割刀的截面形状；
其中：a为斜面切割刀的斜面宽度，b为斜面切割刀的上表面，c为斜面切割刀的下表面。
图2为掩膜的形状；
其中：a为方形掩膜，b为圆形掩膜，c为三角形掩膜。
图3为本发明工艺流程图；
其中：a为普通硅片准备，b为在硅片上溅射种子层，c为在种子层上甩光刻胶，d为图形化光刻胶形成电镀孔，e为在电镀孔里电镀金属，f为切割金属和光刻胶，g为去掉光刻胶得到尖锐的斜顶金属微针阵列；1为硅、2为铬铜种子层、3为光刻胶、4为金属层。
图4为加工出的微针阵列形状图；
其中：a为斜顶四棱柱微针阵列，b斜顶圆柱微针阵列，c为斜顶三棱柱微针阵列。
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。
实施例1
1.500μm厚、直径为75mm的普通硅片在180℃烘箱里烘3个小时，如图3a所示；
2.单面溅射铬铜种子层，如图3b所示，其中1为硅，2为铬铜种子层；
3.硅片单面旋涂光刻胶，旋涂厚度300μm，如图3c所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶；
4.用方形掩膜曝光光刻胶，方形掩膜尺寸为300×300μm，中心间距500μm。90℃升温25分钟，恒温30分钟烘干光刻胶，然后显影光刻胶，得到电镀四棱柱孔，电镀四棱柱孔的底部为铬铜种子层，如图3d所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶；
5.在电镀四棱柱孔中电镀金属镍，得到四棱柱金属镍块。电镀时，金属镍沿着孔底部的铬铜种子层生长，电镀的金属厚度为300μm，如图3e所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶，4为金属镍；
6.用斜面宽度为400μm的斜面切割刀切割金属镍块。每次走刀时使刀具上表面垂直于金属块的上表面，且刀具上表面的最低点与金属快的上表面重合，并使刀具的斜面完全覆盖住金属镍块的上表面，如图3f所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶，4为金属镍；
7.去掉光刻胶，得到尖锐的斜顶四棱柱金属微针阵列，如图3g所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，4为金属镍。最后加工出的微针阵列形状如图所示4a所示。
实施例2
1.500μm厚、直径为75mm的普通硅片在180℃烘箱里烘3个小时，，如图3a所示；
2.单面溅射铬铜种子层，如图3b所示，其中1为硅，2为铬铜种子层；
3.硅片单面旋涂光刻胶，旋涂厚度300μm，如图3c所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶；
4.用圆形掩膜曝光光刻胶，圆形掩膜直径为300μm，中心间距500μm。90℃升温25分钟，恒温30分钟烘干光刻胶，然后显影光刻胶，得到电镀圆柱孔，电镀圆柱孔的底部为铬铜种子层，如图3d所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶；
5.在电镀圆柱孔中电镀金属镍，得到圆柱金属镍块。电镀时，金属镍沿着孔底部的铬铜种子层生长，电镀的金属厚度为300μm，如图3e所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶，4为金属镍；
6.用斜面宽度为400μm的斜面切割刀切割金属镍块。每次走刀时使刀具上表面垂直于金属块的上表面，且刀具上表面的最低点与金属快的上表面重合，并使刀具的斜面完全覆盖住金属镍块的上表面，如图3f所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶，4为金属镍；
7.去掉光刻胶，得到尖锐的斜顶圆柱金属微针阵列，如图3g所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，4为金属镍。最后加工出的微针阵列形状如图所示4b所示。
实施例3
1.500μm厚、直径为75mm的普通硅片在180℃烘箱里烘3个小时，，如图3a所示；
2.单面溅射铬铜种子层，如图3b所示，其中1为硅，2为铬铜种子层；
3.硅片单面旋涂光刻胶，旋涂厚度300μm，如图3c所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶；
4.用三角形掩膜曝光光刻胶，三角形掩膜尺寸为300×300×300μm，中心间距500μm。90℃升温25分钟，恒温30分钟烘干光刻胶，然后显影光刻胶，得到电镀三棱柱孔，电镀三棱柱孔的底部为铬铜种子层，如图3d所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶；
5.在电镀三棱柱孔中电镀金属镍，得到三棱柱金属镍块。电镀时，金属镍沿着孔底部的铬铜种子层生长，电镀的金属厚度为300μm，如图3e所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶，4为金属镍；
6.用斜面宽度为400μm的斜面切割刀切割金属镍块。每次走刀时使刀具上表面垂直于金属块的上表面，且刀具上表面的最低点与金属快的上表面重合，并使刀具的斜面完全覆盖住金属镍块的上表面，如图3f所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，3为光刻胶，4为金属镍；
7.去掉光刻胶，得到尖锐的斜顶三棱柱金属微针阵列，如图3g所示，其中1为硅，2为铬铜种子层，4为金属镍。最后加工出的微针阵列形状如图所示4c所示。
采用此方法能制备得到有锋利斜顶的微针阵列，锋利的斜顶使得微针阵列在刺入皮肤时受到的阻力较小，改善了微针的刺入性，。同时本发明制备过程简单，采用光刻和机械加工结合的方法制备此微针阵列，成本低且便于普及。

Claims (8)

1.一种实心金属微针阵列的制备方法，其特征在于，首先在硅片上溅射种子层，接着在种子层上甩光刻胶并光刻开出电镀孔阵列，然后在电镀孔阵列中电镀金属得到金属块阵列并用切片机夹持斜面刀具切割电镀的金属块阵列，最后去除光刻胶得到斜顶金属微针阵列。
2.根据权利要求1所述的实心金属微针阵列的制备方法，其特征是，所述的种子层为铬铜种子层。
3.根据权利要求1所述的实心金属微针阵列的制备方法，其特征是，所述的光刻是指：用掩膜对光刻胶进行图形化，得到电镀孔阵列。
4.根据权利要求1所述的实心金属微针阵列的制备方法，其特征是，所述的电镀孔阵列的深度为150～500μm。
5.根据权利要求1所述的实心金属微针阵列的制备方法，其特征是，所述的电镀金属是指：将金属从电镀孔底部的铬铜种子层上电镀出金属块阵列。
6.根据权利要求1所述的实心金属微针阵列的制备方法，其特征是，所述的金属块阵列的厚度为150～500μm。
7.根据权利要求1所述的实心金属微针阵列的制备方法，其特征是，所述的斜面刀具的斜面宽度大于等于电镀孔的底部宽度，切割时切割刀的斜面完全覆盖金属块的上表面。
8.一种实心金属微针阵列，其特征在于，根据上述任一权利要去所述方法制备得到。
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