CN106730309A - 一种硅微针基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅微针基板及其制备方法，硅微针制备方法包括硅基板清洗，硅基板保护膜，光刻，图形转移和湿法刻蚀硅基板步骤。硅基板净化后，在硅基板的两面生长二氧化硅膜，然后在二氧化硅膜上面遮盖上带有实体图形的掩膜板，经过光刻、曝光等将掩膜板上的实体图形转移到二氧化硅膜上，再利用湿法刻蚀硅基板制得针尖和针体，然后用BOE腐蚀去掉多余的二氧化硅膜得到硅微针基板。本发明工艺简单，仅需湿法刻蚀便可制得所需硅微针，避免了干法刻蚀带来的环境污染和大量资金使用，经济实惠，所制硅微针耐用性好，特别适合用于美容、医疗器械和生物医疗领域，尤其是透皮给药的异平面硅微针基板的制备，适合于大规模生产。
Description
技术领域
本发明具体涉及微细加工技术领域，特别是涉及用于美容、医疗器械、生物医疗领域，尤其是涉及一种硅微针基板及其制备方法。
背景技术
目前主要的给药方式是口服和注射。然而由于肠胃的吸收和肝脏的首过效应，许多口服药物还未达到作用部位便已大部失效；注射容易造成皮肤局部损伤、出血，带来明显痛感的同时还需要专业人员操作。经皮给药系统又称经皮治疗系统，是指药物以一定的速率通过皮肤经毛细血管吸收进入体循环而产生药效的一类制剂。与传统的给药方式相比，经皮给药有许多优点：可产生持久、恒定和可控的血药浓度，使因为体内新陈代谢迅速而半衰期很短的药物活性明显提高，避免了肝脏的首过效应与胃肠道因素的干扰，将毒副作用降到最小；具有无痛、无创或微创性，患者可自己用药，使用方便，可随时中断。
虽然经皮给药非常诱人，但人体皮肤最外层厚约 10～40 μm角质层的阻挡作用，导致绝大多数药物的经皮渗透速度太低，不能满足治疗的需要。为了增加皮肤的渗透性，人们采用了化学促渗剂、离子电渗法和电致孔法等多种方法。这些方法对所传输的药物都存在不同程度的局限性，有些可能还会引起较大的毒副作用。1998年，美国 Prausnitz 教授课题组首次将微机电系统 (MEMS) 技术制备的微型实心硅针阵列用于经皮给药领域，发现其可以将生物大分子模型药物钙黄绿素的经皮渗透性提高 4个数量级，从此在国际上掀起了微针经皮给药研究的热潮。
目前用于微针制作的各种材料主要包括硅，金属和PMMA 聚合物。Harvey Kravitz在US Pat.3136314 中公开了一种用高分子材料制作的微小凸起的器件，使其能在皮肤上产生小孔来改进疫苗释放效率的方法。Lee等在U.S.Pat.No.5250023 中公开了一种透皮药物释放器件，包含许多直径在50～400 μm，长度在200～2000 μm的皮肤针(skin needle) ，针的材质可以是不锈钢，用于改进蛋白质或核酸的透皮释放。Godshall等在US.Pat.No.5879326&PCT WO 96/37256， 公开了一种在单晶硅上制作包含有许多具有直侧壁的微凸起透皮药物释放器件。当微凸起刺入皮肤直到停止然后被移走时，在皮肤上留下了小切口。Prausnitz 等在US Pat.No6503231公开了一种利用MEMS 技术在单晶硅材料上制作圆锥形多孔微针的方法，方法具体是利用光刻技术在单晶硅表面形成图案，然后利用深离子反应刻蚀技术形成圆锥形微针。徐百等在CN100375400公开了一种带有储药池的微型实心微针，该方法具体利用光刻技术在单晶硅表面形成图案，然后利用深离子反应刻蚀技术形成微圆柱阵列，再湿刻蚀得到带有储药池的微针。
上述研究者开发的器件都具有极大的使用价值，为了更好地满足药物释放对器件的要求，即产生更小的创伤或切口，以更大的效率传递药物，使药物的管理和使用更容易，开发具有生物相容性的微针及改进微针的制造方法，降低制作成本，使微针芯片能够实现绿色大规模生产，走向家庭版、实用版，是非常有益的事情。
微针阵列从一定意义上讲是介于皮下注射和经皮贴剂之间的一种给药方式。人体皮肤由外至内分为三层：角质层、表皮层和真皮层。角质层厚度约10～40μm，由死亡的细胞组织组成，是药物透过皮肤的主要障碍。角质层下面是表皮层，厚度约 50～100μm，含有少量活细胞和神经，不含血管。最下面是真皮层，是皮肤的主要构成部分，包含了大量血管和神经。真皮中含有血管和毛细管，而表皮缺乏血管。通常情况下，为了有效地进行透皮给药，微针插入皮肤的深度不能超过皮肤的表皮，因为表皮能有效地吸收液体，且能实现无痛给药。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种硅微针基板，该基板上的硅微针能够有效的进行透皮给药，实现了无痛给药。
一种硅微针基板包括硅基板，所述硅基板上设有硅微针，所述硅微针是利用湿法腐蚀腐蚀所述硅基板得到的硅微针图形制成，所述硅微针呈两段式分布，所述硅微针下段呈多角锥状，所述硅微针上段为棱锥状结构。
优先方式为，所述硅微针图形呈有规则排列，规则排列方式包括四方排列、六方排列或傅立叶变换排列。
优先方式为，所述硅微针图形呈无规则排列，无规则排列方式包括离散点分布和不等高图形分布。
优先方式为，所述硅微针图形高度范围为50～1000μm，所述硅微针图形的上段末端直径低于10μm。
本发明的第二目的在于提供一种硅微针基板的制备方法，该制备方法工艺简单，仅需湿法刻蚀便可制得所需微针，避免了干法刻蚀带来的环境污染和大量资金使用，经济实惠，所制实心微针耐用性好适合于大规模生产。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种上述硅微针基板的制备方法，包括以下步骤：
S10:基片清洗，选用单面抛光的单晶硅作为硅基片，硅基片厚度为350～1300 μm，利用RCA标准清洗掉硅基片上的有机玷污后，再用去离子水清洗干净并脱水干燥，完成硅基片净化；
S20: 硅体保护膜，净化后的硅基片在800～1100℃下进行高温热氧化，使硅基片的两面生长出1～5μm厚的二氧化硅膜，硅基片上形成硅体双面保护膜；
S30: 光刻，利用旋转涂膜法，先在硅体保护膜上均匀的涂覆一层光刻胶，形成厚度为1～7μm的光刻胶层，然后在50～120°下预烘1～15分钟；接着将带有实体图形的掩膜板遮住光刻胶层曝光1～70秒，曝光后显影，最后在40～130°下烘干1～45分钟，形成图形；
S40:图形转移，直接用氟化氨和氢氟酸的混合液，对上述步骤中曝光处进行湿法蚀刻，使二氧化硅膜形成图形，再用去胶液去除多余的光刻胶，使掩膜板上的图形转移到二氧化硅膜上，完成图形转移；
S50：湿法刻蚀，在二氧化硅膜上具有图形后，放入带有异丙醇的氢氧化钾或氢氧化四甲铵水溶液中进行湿法刻蚀，制得针尖和针体，然后用BOE腐蚀去掉多余的二氧化硅膜得到硅微针，微针的长度为50～1000μm。
优先方式为，所述步骤S30中掩膜板上的实体图形为实心圆、方形、三角、菱形或无规则图形。
优先方式为，所述步骤S10中单晶硅的晶向为<100>。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于本发明的硅微针基板及其制备方法，其中硅微针基板上设有硅微针，该硅微针是利用湿法腐蚀腐蚀硅基板得到的硅微针图形制成，并且本发明的硅微针呈两段式分布，硅微针下段呈多角锥状，硅微针上段为棱锥状结构。其中制备方法包括基片清洗，硅体保护膜，光刻，图形转移和湿法刻蚀步骤。硅基片净化后，在硅基片的两面生长出1～3μm厚的二氧化硅膜，硅基片上形成硅体保护膜，然后在二氧化硅膜上面遮盖上带有实体图形的掩膜板，经过光刻、曝光等将掩膜板上的实体图形转移到二氧化硅膜上，再利用湿法刻蚀制得针尖和针体，然后用BOE腐蚀去掉多余的二氧化硅膜得到异平面硅微针阵列，微针的长度为50～500μm。由上述可知，本发明的制备方法工艺简单，仅需湿法刻蚀便可制得所需微针，避免了干法刻蚀带来的环境污染和大量资金使用，经济实惠，所制实心微针耐用性好适合于大规模生产；克服了现有技术中实心硅微针制备的弱点。
附图说明
图1是实施例中硅基板上具有二氧化硅膜时的结构示意图；
图2是实施例中硅基板上具有二氧化硅膜图形时的结构示意图；
图3是实施例中硅基板上具有硅底部图形时的结构示意图；
图4是本发明的硅微针板的结构示意图；
图5是本发明的最终产品图；
图中：1—硅基板、2—二氧化硅膜、3—图形、4—硅底部图形、5—硅顶部图形、6—硅微针板。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2、图3和图4所示，一种硅微针基板包括硅基板，硅基板上设有硅微针，硅微针是利用湿法腐蚀腐蚀硅基板得到的硅微针图形制成，硅微针呈两段式分布，硅微针下段呈多角锥状，硅微针上段为棱锥状结构。
本发明的硅微针图形呈有规则排列，规则排列方式包括四方排列、六方排列或傅立叶变换排列。
本发明的硅微针图形呈无规则排列，无规则排列方式包括离散点分布和不等高图形分布。
本发明的硅微针图形高度范围为50～1000μm，硅微针图形的上段末端直径低于10μm。
本发明的硅微针基板上的硅微针长度为50～500μm，使其能够有效的进行透皮给药，实现了无痛给药。
一种硅微针基板的制备方法，包括以下步骤：
基片清洗，选用单面抛光的单晶硅<100>晶片作为硅基片，硅基片厚度为350～750 μm，利用RCA标准清洗掉硅基片上的有机玷污后，再用去离子水清洗干净并脱水干燥，完成硅基片净化。本实施例中RCA标准清洗具体为：一份30wt％双氧水和一份30wt％氨水的清洗液在85℃的条件下清洗。标准清洗RCA1的水:氨水:双氧水的摩尔比为5:1:1和标准清洗RCA2的水:盐酸:双氧水的摩尔比为5:1:1。
硅体保护膜，净化后的硅基片在800～1100℃下进行高温热氧化，使硅基片的两面分别生长出1～3μm厚的二氧化硅膜，硅基片上形成硅体保护膜。
光刻，利用旋转涂膜法，先在硅体保护膜上均匀的涂覆一层光刻胶，形成厚度为1～7μm的光刻胶层，然后在50～120°下预烘1～15分钟；接着将带有实体图形的掩膜板遮住光刻胶层曝光1～70秒，曝光后显影，最后在40～130°下烘干1～45分钟，形成图形。本实施例的掩膜板上的实体图形为实心圆、方形、三角、菱形或长方形。该掩膜板为一张25平方毫米的单元内形成20×20阵列、直径为30～70μm、间距为100μm或300μm的实心图案掩膜。
图形转移，直接用氟化氨和氢氟酸的混合液，对上述步骤中曝光处进行湿法蚀刻，使二氧化硅膜形成图形，再用去胶液去除多余的光刻胶，使掩膜板上的图形转移到二氧化硅膜上，完成图形转移。
湿法刻蚀，在二氧化硅膜上具有图形后，放入带有异丙醇的氢氧化钾或氢氧化四甲铵水溶液中进行湿法刻蚀，制得针尖和针体，然后用BOE腐蚀去掉多余的二氧化硅膜得到异平面硅微针阵列，微针的长度为50～500μm。本实施例中BOE溶液按重量份计，包括6重量份40wt %氟化氨和1重量份49wt %氢氟酸。
案例：
如图5所示，单面抛光的单晶硅<100>型，400μm厚为原材料。单晶硅首先用含有5份去离子水，一份30wt％双氧水和一份30wt％氨水的清洗液，在接近85℃的条件下清洗干净，然后在120°干燥20分钟。
经过900～1100 ℃高温热氧化在单晶硅<100>型两面分别生长形成2μm厚的二氧化硅膜；用旋转涂膜法在二氧化硅膜上涂上一层均匀的1～3 μm厚的正性光刻胶，在90°预烘( 软烘)10分钟，将一张在25平方毫米的单元内形成20 ×20阵列、直径为50μm、间距为300μm的实心正方形掩膜( 半导体标准工艺中使用石英玻璃，上面镀有铬膜，掩膜材质是通用的) 遮住带有光刻胶的单晶硅<100>型基片进行曝光5秒，然后显影并在120 ℃烘干30分钟左右。
用氟化氨和氢氟酸的混合液(BOE溶液，6重量份40wt %氟化氨和1重量份49wt %氢氟酸) 对未受光刻胶保护二氧化硅进行湿法蚀刻，完成图形转移；在去胶液中超声5～20分钟，去除作掩膜的光刻胶；待光刻胶清洗干净后，利用二氧化硅作为掩膜，将硅片分两次放入40～80°含有异丙醇的氢氧化钾水溶液中刻蚀，取出用去离子水清洗干净，即可得到两段式硅微针。
以上所述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、等同一种硅微针基板及制备方法结构的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种硅微针基板，其特征在于，包括硅基板，所述硅基板上设有硅微针，所述硅微针是利用湿法腐蚀腐蚀所述硅基板得到的硅微针图形制成，所述硅微针呈两段式分布，所述硅微针下段呈多角锥状，所述硅微针上段为棱锥状结构。
2.根据权利要求1所述的硅微针基板，其特征在于，所述硅微针图形呈有规则排列，规则排列方式包括四方排列、六方排列或傅立叶变换排列。
3.根据权利要求1所述的硅微针基板，其特征在于，所述硅微针图形呈无规则排列，无规则排列方式包括离散点分布和不等高图形分布。
4.根据权利要求1所述的硅微针基板，其特征在于，所述硅微针图形高度范围为50～1000μm，所述硅微针图形的上段末端直径低于10μm。
5.一种权利要求1至4任一项所述的硅微针基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
S10: 基片清洗，选用单面抛光的单晶硅作为硅基片，硅基片厚度为350～1300 μm，利用RCA标准清洗掉硅基片上的有机玷污后，再用去离子水清洗干净并脱水干燥，完成硅基片净化；
S20: 硅体保护膜，净化后的硅基片在800～1100℃下进行高温热氧化，使硅基片的两面生长出1～5μm厚的二氧化硅膜，硅基片上形成硅体双面保护膜；
S30: 光刻，利用旋转涂膜法，先在硅体保护膜上均匀的涂覆一层光刻胶，形成厚度为1～7μm的光刻胶层，然后在50～120°下预烘1～15分钟；接着将带有实体图形的掩膜板遮住光刻胶层曝光1～70秒，曝光后显影，最后在40～130°下烘干1～45分钟，形成图形；
S40:图形转移，直接用氟化氨和氢氟酸的混合液，对上述步骤中曝光处进行湿法蚀刻，使二氧化硅膜形成图形，再用去胶液去除多余的光刻胶，使掩膜板上的图形转移到二氧化硅膜上，完成图形转移；
S50：湿法刻蚀，在二氧化硅膜上具有图形后，放入带有异丙醇的氢氧化钾或氢氧化四甲铵水溶液中进行湿法刻蚀，制得针尖和针体，然后用BOE腐蚀去掉多余的二氧化硅膜得到硅微针，微针的长度为50～1000μm。
6.根据权利要求5所述的硅微针基板的制备方法，其特征在于，所述步骤S30中掩膜板上的实体图形为实心圆、方形、三角、菱形或无规则图形。
7.根据权利要求5所述的硅微针基板的制备方法，其特征在于，所述步骤S10中单晶硅的晶向为<100>。
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Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
| CN108383078A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-10 | 清华大学 | 硅针阵列的制备方法 |
| CN109078259A (zh) * | 2017-06-13 | 2018-12-25 | 韩基洙 | 印章式流体注入装置 |
| CN109893754A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-18 | 苏州应汝电子科技有限公司 | 一种带有外层的中空结构微针阵列制作方法 |
| CN109893753A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-18 | 苏州泽矽能电子科技有限公司 | 一种单晶硅高通量微针结构 |
| CN110025883A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-07-19 | 无锡元旭生物技术有限公司 | 金属储药微针贴片及其制备方法 |
| CN111913245A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-10 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 光栅器件的形成方法 |
| CN112191964A (zh) * | 2020-09-07 | 2021-01-08 | 大连理工大学 | 一种直接利用刮胡刀片制备三维金属微针阵列的方法 |
| CN112221010A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-01-15 | 中国科学技术大学 | 一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法及其应用 |
| CN114804014A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 中电科奥义健康科技有限公司 | 一种硅针阵列制备方法以及一种消杀因子发生装置 |
-
2016
- 2016-12-19 CN CN201611176719.6A patent/CN106730309A/zh active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109078259A (zh) * | 2017-06-13 | 2018-12-25 | 韩基洙 | 印章式流体注入装置 |
| CN108383078A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-08-10 | 清华大学 | 硅针阵列的制备方法 |
| CN109893753A (zh) * | 2019-04-08 | 2019-06-18 | 苏州泽矽能电子科技有限公司 | 一种单晶硅高通量微针结构 |
| CN109893754A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-06-18 | 苏州应汝电子科技有限公司 | 一种带有外层的中空结构微针阵列制作方法 |
| CN110025883A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-07-19 | 无锡元旭生物技术有限公司 | 金属储药微针贴片及其制备方法 |
| CN111913245A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-10 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 光栅器件的形成方法 |
| CN112191964A (zh) * | 2020-09-07 | 2021-01-08 | 大连理工大学 | 一种直接利用刮胡刀片制备三维金属微针阵列的方法 |
| CN112191964B (zh) * | 2020-09-07 | 2021-11-19 | 大连理工大学 | 一种直接利用刮胡刀片制备三维金属微针阵列的方法 |
| CN112221010A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-01-15 | 中国科学技术大学 | 一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法及其应用 |
| CN112221010B (zh) * | 2020-11-09 | 2022-08-09 | 中国科学技术大学 | 一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法及其应用 |
| CN114804014A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 中电科奥义健康科技有限公司 | 一种硅针阵列制备方法以及一种消杀因子发生装置 |
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