CN106511257A - 基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用 - Google Patents

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朱锦涛
李朝
柳佩
陶娟
董励芸
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Abstract

本发明公开了一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用，其中该制备方法包括以下步骤：(1)将PDMS和固化剂固化冷却后得到PDMS基板；(2)设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；(3)将PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光加工工艺条件参数；接着，参照激光刻蚀掩模板图样对PDMS基板进行激光处理，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。本发明通过对其关键激光刻蚀的工艺条件进行改进，能够有效解决微针阵列模板制备过程复杂、价格昂贵、结构设计性差以及微针阵列模板大规模生产和应用困难的问题。

Description

基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用
技术领域
本发明属于生物医用高分子材料领域，更具体地，涉及一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的制备方法及其产物、以及该产物在可溶性高分子微针制备中的应用。
背景技术
微针是由硅、金属、聚合物制成的长度为25～2000μm、针尖呈锥形的三维阵列。微针是生物医药领域里的一种新型的微创给药工具，可以透过皮肤表皮和真皮层而增强皮肤给药的效果。微针以其高效、安全、无痛感等优势在经皮给药领域中得到了广泛的应用。
可溶性微针是将药物包覆于可溶性或可降解高分子材料中制备成的微针阵列。可溶性微针制备方法简单温和、安全性好、载药效率高，因而是一类非常有前景的给药方式。微模塑法是制备可溶性微针的最常用方法，该法通过加热、离心、抽真空、紫外光照等外力手段将高分子溶液或熔体填充到制备好的微针阵列模板中进而形成微针阵列。制备出尺寸可控的微针阵列模板对于可溶性微针的制备和应用尤为重要。
微针阵列模板通常是由微机电加工或化学刻蚀制备的固体微针复模得到，也可以通过激光刻蚀或化学刻蚀直接制备得到；上述制备方法过程复杂、价格昂贵、结构控制性差，不利于微针阵列模板的大规模制备和在可溶性微针制备中的应用。因此，亟需一种过程简单、尺寸可控且成本低廉的微针阵列模板的制备方法并将其应用到可溶性微针的制备中。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用，其中通过对其关键激光刻蚀的工艺条件(包括掩模板的设置，激光加工的加工次数、激光电流等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决微针阵列模板制备过程复杂、价格昂贵、结构设计性差以及微针阵列模板大规模生产和应用困难的问题，能够快速地制备出尺寸可控的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微针阵列模板，从而可以制备出不同尺寸的可溶性高分子微针。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)PDMS基板的制备：
将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，然后将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度除去所述混合物中的气泡，然后在70～90℃下加热固化1～4h使PDMS固化；冷却后即得到PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；对于所述同心圆阵列，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～500μm，相邻同心圆的圆心间距为200～600μm；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将所述步骤(1)得到的所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光电流为3～20mA，激光扫描速率为3～20cm/s，激光加工次数为1～10次；接着，参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，使得在该PDMS基板上形成根据所述同心圆阵列分布的激光曝光区域，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。
作为本发明的进一步优选，所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，还包括以下步骤：
(4)对所述步骤(3)得到的所述微针阵列模板进行清洗，然后干燥；优选的，所述清洗是分别用丙酮和超纯水超声清洗，所述干燥是在80℃的环境中干燥。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)中，将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度，是将所述混合物置于塑料培养皿中然后抽真空至-0.08MPa的真空度；优选的，所述将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，是将所述PDMS和所述固化剂在塑料培养皿中充分搅拌混合均匀从而得到所述混合物；所述PDMS模板是与所述塑料培养皿分离后得到；
优选的，所述PDMS和所述固化剂的质量比为10:1，所述加热固化是在80℃下加热固化2h。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，所述同心圆阵列中，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～300μm，更优选为50～250μm；相邻同心圆的圆心间距为300～500μm。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中，所述设计激光刻蚀掩模板的图样是利用雕刻机绘图软件绘制的；所述同心圆阵列优选为10×10的同心圆阵列。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，将所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，是将所述PDMS基板水平放置于激光雕刻机的雕刻区域；所述参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，是将所述步骤(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，然后再对所述PDMS基板进行激光处理；优选的，所述激光雕刻机为PL-40 CO2激光雕刻机。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，所述激光电流为3～15mA，更优选为5～10mA；所述激光扫描速率为5～15cm/s，更优选为8～12cm/s；所述激光加工次数为3～8次，更优选为3～5次。
按照本发明的另一方面，本发明提供了利用如上述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板。
按照本发明的再一方面，本发明提供了利用如上述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板在制备可溶性微针中的应用。
按照本发明的又一方面，本发明提供了利用如上述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板在制备透明质酸微针中的应用；优选的，该应用是将所述微针阵列模板用O2等离子体处理0～30s，再将透明质酸浓度为50～500mg/mL的透明质酸水溶液滴在所述微针阵列模板表面，所述透明质酸的数均分子量优选为10kDa；接着，将表面滴有所述透明质酸水溶液的所述微针阵列模板在20℃下进行真空干燥，剥离后即得到透明质酸可溶性微针；更优选地，所述O2等离子体处理的时间为10～30s，所述透明质酸水溶液的浓度优选为100～300mg/mL。
通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于是基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板，具体包括PDMS基板的制备、激光刻蚀掩模板的设计和微针阵列模板的制备这三个重要步骤，通过控制PDMS与固化剂的固化条件、掩模板的图案结构以及激光加工条件等，可以制备出结构规整、内壁光滑的微针阵列模板。
本发明中微针阵列模板的制备方法是基于激光刻蚀技术，激光刻蚀掩模板利用同心圆阵列能够成功刻蚀出锥形结构，从而制备得到具有相应锥形结构的微针阵列模板。通过调节激光刻蚀的加工电流、扫描速率及加工次数，可以有效地控制微针阵列模板的深度、直径及内壁粗糙度。本发明中激光刻蚀所采用的激光优选为常温条件下使用、功率可调的CO2激光。本发明通过控制激光刻蚀的相关参数，将激光电流控制为3～20mA(可优选为3～10mA，更可优选为5～10mA)，激光扫描速率控制为3～20cm/s(可优选为5～15cm/s，更优选为8～12cm/s)，激光加工次数控制为1～10次(可优选为3～8次，更可优选为3～5次)，使激光刻蚀反应步骤与设计出的掩模板有效配合(该掩模板可以是直径为50～500μm、间距为200～600μm的10×10同心圆阵列；直径可优选50～300μm，更可优选为50～250μm，间距可优选300～500μm)，从而确保在PDMS基板上刻蚀出具有光滑锥面的锥形结构，从而制得微针阵列模板。通过改变不同的激光雕刻加工条件(如激光电流、激光扫描速率、激光加工次数等)，可以得到直径、间距、深度及内壁粗糙度不同的微针阵列模板。
与传统的微机电加工和化学刻蚀法制备出固体微针后复模得到微针模板的方法相比，本发明通过激光刻蚀制备得到微针模板，克服了制备过程复杂、价格昂贵、结构控制性差等缺点。
本发明能够快速制备所述的微针阵列模板，整个制备过程仅需30分钟左右，适用于大规模制备。本发明提供的微针阵列模板应用于生物透皮给药领域时，如用本发明提供的微针阵列模板制备的载药可溶性微针可用于治疗、免疫、美容等方面，可大大提高药物的皮肤透过性，从而提高透皮治疗效果。
具体来说本发明能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的微针阵列模板材料PDMS是一种透明的弹性体，价格低廉，加热条件下易固化成型，容易被激光刻蚀，生物相容性好，是一种优良的微针阵列模板制备材料。
(2)本发明提供的微针阵列模板的制备方法，针对传统微机电加工和化学刻蚀法过程复杂、价格昂贵及结构设计性差的难题，通过激光程序化得刻蚀PDMS基板，直接得到圆锥形微针阵列模板。该方法简单快速、设计性强。
(3)本发明提供的微针阵列模板的制备方法，通过改变掩膜同心圆的直径和间距就可以控制微针阵列模板的孔直径和孔间距，以满足不同的可溶性微针的制备要求。
(4)本发明提供的微针阵列模板的制备方法，通过调节激光刻蚀的加工电流、扫描速率及加工次数，可以有效地控制微针阵列模板的深度、直径及内壁粗糙度。
(5)本发明提供的微针阵列模板的制备方法，及其在可溶性高分子微针制备上的应用，制备出的透明质酸可溶性微针的结构规整，与微针阵列模板的尺寸有较好的匹配度。
综上，本发明中基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法操作简单、条件温和、微针的结构参数可调、易于规模化生产，得到的微针阵列模板可设计性强、结构规整且内壁光滑，适于作为可溶性微针制备的模板。
附图说明
图1是不同激光加工条件得到的PDMS微针阵列模板的扫描电子显微镜图。激光加工电流(I)保持6mA，图(a)激光加工次数(n)从左到右为1、3、5次，激光加工速率(v)为10cm/s；图(b)激光加工次数为3次，激光加工速率从左到右为12、10、8cm/s；
图2是用不同激光加工条件下得到的PDMS微针阵列模板制备的透明质酸可溶性微针的扫描电子显微镜图。激光加工电流保持6mA，图(a)激光加工次数从左到右为1、3、5次，激光加工速率为10cm/s；图(b)激光加工次数为3次，激光加工速率从左到右为12、10、8cm/s；
图3是激光刻蚀PDMS示意图(左)及激光刻蚀得到的PDMS微针模板表面扫描电镜图(右)。
图4是本发明所用掩模板的整体图案即同心圆阵列(左)和局部放大图(右)。刻蚀时激光按照图中实线位置射到被刻蚀的PDMS基板上。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的激光刻蚀技术制备微针阵列模板的制备方法，通常包括以下步骤：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂(如SYLGARD 184)按质量比20:1～5:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，质量比可优选为10:1，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，70-90℃加热固化1～4h(也可优选在80℃下加热固化2h)，冷却后剥离；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为50～500μm、间距为200～600μm的10×10同心圆阵列；直径可优选50～300μm，更可优选为50～250μm，间距可优选300～500μm；
(3)微针模板的刻蚀：将步骤(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将步骤(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为3～20mA(可优选为3～15mA，更可优选为5～10mA)，激光扫描速率为3～20cm/s(可优选为5～15cm/s，更优选为8～12cm/s)，激光加工次数为1～10次(可优选为3～8次，更可优选为3～5次)，随后按设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗步骤(3)中所得的微针模板，以清除刻蚀残渣，然后将微针模板置于80℃的烘箱中干燥。
以下为具体实施例：
实施例1
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂(如SYLGARD 184)按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为150μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；以同心圆阵列中任意一个同心圆为例，这里的直径是指直径最大的圆所对应的直径，该同心圆中直径最小的圆的直径可以为50μm。
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为10cm/s和激光加工次数为1次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例2
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为150μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为10cm/s和激光加工次数为3次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得到的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例3
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为150μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为10cm/s和激光加工次数为5次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)所得到的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例4
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为150μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为12cm/s和激光加工次数为3次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)所得到的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例5
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为150μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针模板的刻蚀：将(1)所得到的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)所得到的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为8cm/s和激光加工次数为3次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)所得到的微针模板，然后置于80℃烘箱干燥。
实施例6
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为200μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为10cm/s和激光加工次数为1次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例7
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为200μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为10cm/s和激光加工次数为3次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例8
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为200μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为10cm/s和激光加工次数为5次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例9
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为200μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为12cm/s和激光加工次数为3次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例10
本实施例中基于激光刻蚀技术制备的微针阵列模板，按照如下方法制备：
(1)PDMS基板的制备：将PDMS和其固化剂按质量比10:1置于塑料培养皿中充分搅拌混合，在-0.08MPa下抽真空除去混合体中的气泡，80℃加热固化2h，冷却后剥离，即得到激光刻蚀所需要的PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：用雕刻机绘图软件绘制出直径为200μm、间距为500μm的10×10同心圆阵列；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将(1)中所得的PDMS基板水平放置于PL-40 CO2激光雕刻机的雕刻区域，将(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，设置激光电流为6mA、激光扫描速率为8cm/s和激光加工次数为3次，随后按已设置好的参数刻蚀PDMS基板；
(4)微针阵列模板的清洗：分别用丙酮和超纯水超声清洗(3)中所得的微针阵列模板，然后置于80℃的烘箱中干燥。
实施例11
将上述实施例1～5所制得的PDMS微针阵列模板应用于透明质酸可溶性微针的制备：所述微针阵列模板用O2等离子体处理(即，在O2条件下进行等离子处理)30s，将浓度为300mg/mL的分子量为10kDa的透明质酸水溶液滴在所述微针阵列模板表面，在20℃下真空干燥，剥离后得到所述的透明质酸可溶性微针(即，可溶性的透明质酸制备得到的微针)。
以实施例1、2、3为例，激光刻蚀制得的PDMS微针阵列模板，保持掩膜同心圆直径为150μm，掩膜同心圆间距为500μm，激光加工电流为6mA，激光扫描速率为10cm/s，改变激光加工次数得到不同深度的微针阵列模板，如图1a所示，从左到右，激光加工次数依次为1、3、5次，得到微针模板的深度依次增加。
以实施例2、4、5为例，激光刻蚀制得的PDMS微针阵列模板，保持掩膜同心圆直径为150μm，掩膜同心圆间距为500μm，激光加工电流为6mA，激光加工次数为3次，改变激光扫描速率得到不同深度的微针阵列模板，如图1b所示，从左到右，激光扫描速率依次为12、10、8cm/s，得到微针模板的深度依次增加。
以实施例11为例，将实施例1～5所制得的PDMS微针阵列模板应用于透明质酸可溶性微针的制备。随着激光加工次数的增加和激光扫描速率的减小，制备得到的透明质酸可溶性微针的长度增加，如图2所示。
制得的PDMS微针阵列模板，结构规整、内壁光滑、深度可控；制得的透明质酸可溶性微针的结构规整、表面光滑、高度可控，和相应的微针阵列模板具有较高的匹配度。本发明中的制备方法适合微针阵列模板的规模化生产，可为不同尺寸的可溶性微针的制备提供模板。
本发明中掩模板的图样(即同心圆阵列)的设计与激光器的最小分辨率息息相关，以本发明为例，本发明所用激光器的最小分辨率为30μm，因此，同心圆阵列中直径最小的圆的直径可以设置为50μm(也可以是不小于最小分辨率的其他值，如100μm、150μm等)，刻蚀时激光则根据掩模板的图样(如同心圆阵列中的各个圆的形状，如图4中实线所示的圆心圆)分布，从而进行刻蚀得到锥形结构。本发明的激光加工次数n与掩模板图样相互独立，互不影响，对于同心圆阵列中的任意一个同心圆，圆的个数可优选为4到5个(图4所示即对应5个同心圆，该图4对应的同心圆直径为50～300μm，其中直径最小圆的直径为50μm，直径最大圆的直径为300μm，相邻同心圆的圆心距离为300～500μm)，能够进一步确保微针阵列模板内壁的光滑度。
本发明中真空度可指一个标准大气压环境下相应的真空度。本发明中的固化剂除了SYLGARD 184外，还可以采用其他常用种类的PDMS固化剂。本发明中的雕刻机绘图软件可以是激光雕刻机自带的软件。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)PDMS基板的制备：
将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，然后将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度除去所述混合物中的气泡，然后在70～90℃下加热固化1～4h使PDMS固化；冷却后即得到PDMS基板；
(2)激光刻蚀掩模板的设计：设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；对于所述同心圆阵列，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～500μm，相邻同心圆的圆心间距为200～600μm；
(3)微针阵列模板的刻蚀：将所述步骤(1)得到的所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光电流为3～20mA，激光扫描速率为3～20cm/s，激光加工次数为1～10次；接着，参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，使得在该PDMS基板上形成根据所述同心圆阵列分布的激光曝光区域，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。
2.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，还包括以下步骤：
(4)对所述步骤(3)得到的所述微针阵列模板进行清洗，然后干燥；优选的，所述清洗是分别用丙酮和超纯水超声清洗，所述干燥是在80℃的环境中干燥。
3.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度，是将所述混合物置于塑料培养皿中然后抽真空至-0.08MPa的真空度；优选的，所述将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，是将所述PDMS和所述固化剂在塑料培养皿中充分搅拌混合均匀从而得到所述混合物；所述PDMS模板是与所述塑料培养皿分离后得到；
优选的，所述PDMS和所述固化剂的质量比为10:1，所述加热固化是在80℃下加热固化2h。
4.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述同心圆阵列中，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～300μm，更优选为50～250μm；相邻同心圆的圆心间距为300～500μm。
5.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述设计激光刻蚀掩模板的图样是利用雕刻机绘图软件绘制的；所述同心圆阵列优选为10×10的同心圆阵列。
6.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，是将所述PDMS基板水平放置于激光雕刻机的雕刻区域；所述参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，是将所述步骤(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，然后再对所述PDMS基板进行激光处理；优选的，所述激光雕刻机为PL-40 CO2激光雕刻机。
7.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述激光电流为3～15mA，更优选为5～10mA；所述激光扫描速率为5～15cm/s，更优选为8～12cm/s；所述激光加工次数为3～8次，更优选为3～5次。
8.利用如权利要求1－7任意一项所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板。
9.利用如权利要求1－7任意一项所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板在制备可溶性微针中的应用。
10.利用如权利要求1－7任意一项所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板在制备透明质酸微针中的应用；优选的，该应用是将所述微针阵列模板用O2等离子体处理0～30s，再将透明质酸浓度为50～500mg/mL的透明质酸水溶液滴在所述微针阵列模板表面，所述透明质酸的数均分子量优选为10kDa；接着，将表面滴有所述透明质酸水溶液的所述微针阵列模板在20℃下进行真空干燥，剥离后即得到透明质酸可溶性微针；更优选地，所述O2等离子体处理的时间为10～30s，所述透明质酸水溶液的浓度优选为100～300mg/mL。
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