KR100384283B1 - Single crystal silicon micro needle and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법을 개시한다. 이에 의하면, 단결정 실리콘 기판의 정해진 영역에 적어도 하나 이상의 트렌치를 형성하고 트렌치 저면부 아래의 단결정 실리콘 기판에 원형 형상의 유체 통로를 형성하고 유체 통로의 상측 개구에 해당하는 상기 트렌치를 막으로 밀폐한다. 그런 다음, 미소 유체의 흐름을 제어할 수 있도록 마이크로 밸브, 마이크로 펌프와 같은 유체 소자를 유체 통로와 집적화한다. 이어서, 상기 정해진 영역들 사이의 단결정 실리콘 기판에 원하는 깊이의 또 다른 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치의 양측면부에 절연막을 형성하고, 상기 트렌치 아래의 단결정 실리콘 기판을 그 후면부까지 식각하고, 상기 정해진 영역의 단결정 실리콘 기판이 상기 트렌치의 깊이에 해당하는 두께를 갖도록 상기 단결정 실리콘 기판을 염기성 수용액으로 후면 식각하여 단결정 실리콘 구조물을 부유시킨다.The present invention discloses a single crystal silicon microneedle and a method of manufacturing the same. According to this, at least one trench is formed in a predetermined region of the single crystal silicon substrate, a circular fluid passage is formed in the single crystal silicon substrate under the trench bottom portion, and the trench corresponding to the upper opening of the fluid passage is sealed with a film. Then, fluid elements such as micro valves and micro pumps are integrated with the fluid passage so as to control the flow of the micro fluid. Subsequently, another trench having a desired depth is formed in the single crystal silicon substrate between the predetermined regions, an insulating film is formed in both side surfaces of the trench, and the single crystal silicon substrate under the trench is etched to the rear surface thereof. The single crystal silicon substrate is etched back with a basic aqueous solution so that the single crystal silicon substrate having a thickness corresponding to the depth of the trench is suspended.

따라서, 본 발명은 공정 단순화와 높은 재현성을 이룩하여 대량생산시의 수율 향상을 이룩한다. 또한, 유체 통로의 내구성을 높여 생체 조직으로부터의 미소 유체 시료 획득과 생체 조직으로의 미소 유체 시료 주입을 정확하게 할 수 있다.Therefore, the present invention achieves a process simplification and high reproducibility, thereby improving yield in mass production. In addition, the durability of the fluid passage can be increased to accurately acquire the microfluidic sample from the biological tissue and to accurately inject the microfluidic sample into the biological tissue.

Description

단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법{SINGLE CRYSTAL SILICON MICRO NEEDLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Single crystal silicon microneedle and its manufacturing method {SINGLE CRYSTAL SILICON MICRO NEEDLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 마이크로 니들(microneedle)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (111) 단결정 실리콘을 이용한 마이크로 머시닝(micromachining) 제조기술을 이용하여 미소 유체 시료의 획득과 주입을 정확하게 이룩하면서도 뛰어난 재현성과 유체 통로의 내구성을 얻도록 한 단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microneedle, and more particularly, micromachining manufacturing technology using (111) single crystal silicon to accurately acquire and inject a microfluidic sample while providing excellent reproducibility and fluid passage. The present invention relates to a single crystal silicon microneedle and a method of manufacturing the same to achieve durability.

일반적으로, 니들(needle)은 생체 조직으로부터 시료를 획득하거나, 생체 조직으로 약을 주입하는데 사용되는 것이다. 오늘날 사용중인 대부분의 니들은 마크로 니들(macroneedle)로서 혈구(blood cell)에 비하여 매우 큰 밀리미터의 수준의 직경을 갖고 있다. 마크로 니들 샤프트의 큰 직경은 생체 조직의 관통 동안에 생체 조직에 심각한 손상을 입히는 단점을 갖고 있다. 또한, 니들에 의한 조직 관통은 비교적 큰 니들 직경 때문에 환자에게 종종 고통을 주기도 한다.In general, a needle is used to obtain a sample from a living tissue or to inject a medicine into the living tissue. Most needles in use today are macroneedles that have diameters that are very large in millimeters compared to blood cells. The large diameter of the macroneedle shaft has the disadvantage of seriously damaging the biological tissue during its penetration. In addition, tissue penetration by the needle often suffers from the patient because of the relatively large needle diameter.

일종의 스프링 구동형 마크로 니들은 조직을 관통하고 혈액을 측정용 화학 검사기에 떨어뜨린다. 상기 니들은 관통이 상당히 단기적으로 이루어지기 때문에환자에게 훨씬 적은 고통을 줌에도 불구하고 여전히 상당히 커서 생체 조직에 손상을 준다. 더욱이, 상기 마크로 니들은 실시간 혈액 분석을 제공하지 못한다.A kind of spring-powered macroneedle penetrates tissue and drops blood into the measuring chemistry tester. The needle is still quite large and causes damage to biological tissues, despite much less pain in the patient because the penetration is quite short. Moreover, the macroneedle does not provide real time blood analysis.

이러한 마크로 니들의 대안인, 마이크로미터 수준의 직경을 갖는 마이크로 니들(microneedle)은 여러 가지 많은 응용처를 갖고 있다. 예를 들어, 마이크로 니들은 세포 생물학에서 정확한 주입/추출 니들로서 사용되기도 하고, 약품 배송 시스템 또는 마이크로 케미컬 공장에서의 주입/추출 헤드로서 사용되기도 한다. 또한, 작은 사이즈가 환자에게 불편함과 고통을 줄여주기 때문에 작은 사이즈의 니들이 유리한다. 이는 실리콘으로 만들어진 전기적 마이크로 프로우브에 대한 연구에서 증명되었다. 이 연구에 의하면, 수십 마이크로미터 수준의 단면적을 갖는 실리콘 마이크로 프로우브가 심각한 외상을 주지 않으면서 생체 조직을 관통할 수 있음이 증명되었다.As an alternative to such macroneedles, microneedles with micrometer-level diameters have many different applications. For example, microneedles may be used as accurate infusion / extraction needles in cell biology, or as injection / extraction heads in drug delivery systems or microchemical plants. In addition, small size needles are advantageous because the small size reduces discomfort and pain for the patient. This has been demonstrated in research on electrical microprobes made of silicon. The study demonstrated that silicon microprobes with cross-sectional areas on the order of tens of micrometers can penetrate living tissue without causing serious trauma.

기존에는 약 20μm의 내경을 갖는 마이크로 니들이 사용되어 왔다. 이러한 마이크로 니들은 유리 피펫(pipette)의 단부를 가열하고 상기 단부를 직경이 약 20μm로 작아질 때까지 늘여줌으로써 형성된다. 사람과 같은 동물에서는 대부분의 세포가 10 내지 20μm의 크기를 갖는다. 따라서, 이들 유리 마이크로 니들은 단일 세포로부터 액체나 가스를 주입하고 획득하는데 사용될 수 있지만, 니들 샤프트의 사이즈를 제조하는 동안에 제어하기가 어렵다. 또한, 그 결과의 니들은 견고하지 않고, 실시간 혈액 분석이 가능하지 못하다. 유리 피펫 니들의 또 다른 단점은 상기 니들과 전장장치를 통합하기가 어렵다는 것이다.In the past, microneedles having an inner diameter of about 20 μm have been used. These microneedles are formed by heating the ends of the glass pipettes and stretching the ends until the diameter is reduced to about 20 μm. In animals such as humans, most cells have a size of 10-20 μm. Thus, these glass microneedles can be used to inject and obtain liquids or gases from a single cell, but are difficult to control while manufacturing the size of the needle shaft. In addition, the resulting needle is not robust and real-time blood analysis is not possible. Another disadvantage of the glass pipette needle is that it is difficult to integrate the needle and the electronic device.

이와 같은 마이크로 니들의 단점들을 해결하기 위한 방안으로서 여러 가지 새로운 마이크로 니들이 제안되어 왔다. "IC-processed Microneedle"라는 제목의 미국특허 5,855,801호와, Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 8, No.1, March 1999에 개재된, "Silicon-processed Microneedles"라는 제목의 논문을 통하여 새로운 마이크로 니들이 제안되었다. 또한, Transaction on Biomedical Engineering, Vol. 44, No. 8, Aug. 1997에 게재된, "A Multichannel Neural Probe for Selective Chemical Deliverly at the Cellular Level"라는 제목의 논문에서 다채널 신경 프로우브(neural probe)가 제안되었다. 그리고, Proceeding of Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 5, chicago, USA, 1997에 게재된, "Micromachined Pipette Array(MPA)"라는 제목의 논문에서 파라듐(Pd) 도금을 이용한 마이크로 니들이 제안되었다.Various new microneedles have been proposed as a solution to the drawbacks of such microneedles. US Patent 5,855,801 entitled "IC-processed Microneedle," and Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. A new microneedle was proposed in a paper entitled "Silicon-processed Microneedles", published in 8, No. 1, March 1999. See also Transaction on Biomedical Engineering, Vol. 44, No. 8, Aug. A multichannel neural probe was proposed in 1997, in a paper entitled "A Multichannel Neural Probe for Selective Chemical Deliverly at the Cellular Level." And Proceeding of Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. A microneedle using palladium (Pd) plating was proposed in a paper entitled "Micromachined Pipette Array (MPA)", published in 5, chicago, USA, 1997.

미국특허 5,855,801호와 Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 8, No.1, March 1999에 개재된 논문에 의하면, 마이크로 니들이 저압 화학 기상 증착법에 의해 증착된 저응력의 실리콘 질화막으로 형성된다. 이때, 마이크로 니들의 유체 통로를 형성하기 위해 희생층으로서 PSG(phosphosilicate glass)막과 저온 산화막(low temperature oxide: LTO)의 박막을 이용하며, 마이크로 니들의 부유를 위하여 뒷면에서 P++형의 에치스톱층까지 실리콘 몸체를 에칭하는 방법을 이용한다. 이 방법의 경우, 박막의 특성이 제조공정 조건에 의한 영향을 많이 받는 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition)을 주로 사용하기 때문에 상기 박막의 물성을 제대로 조절하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 상기 박막의 응력으로인한 구조물의 변형 가능성이 크다. 또한, 마이크로 니들의 부유를 위하여 진행하는 공정인, P++형의 에치스톱층을 이용한 실리콘 몸체 후면의 습식 식각공정은 구조물의 두께에 제약이 있고, 구조물 부유를 위하여 시간과 패턴의 크기가 커지는 단점이 있다. 이러한 단점은 실리콘 일괄공정을 이용하여 대량으로 마이크로 니들을 제조하거나 여러 개의 마이크로 니들을 집적화하는데 큰 제약이 된다.U.S. Patent 5,855,801 and Journal of Microelectrochemical Systems, Vol. 8, No. 1, March 1999, according to the paper, microneedle is formed of a low stress silicon nitride film deposited by a low pressure chemical vapor deposition method. At this time, a thin film of a phosphosilicate glass (PSG) film and a low temperature oxide (LTO) film is used as a sacrificial layer to form a fluid path of the microneedle, and a P ++ type etch stop layer is formed on the back side to float the microneedle. Until then, use the method of etching the silicon body. In this method, it is not easy to properly control the physical properties of the thin film because low pressure chemical vapor deposition is mainly used because the characteristics of the thin film are affected by the manufacturing process conditions. There is a high possibility of deformation of the structure due to stress. In addition, the wet etching process on the back of the silicon body using the P ++ type etchstop layer, which is a process for floating the microneedles, is limited in the thickness of the structure, and has the disadvantage of increasing the time and pattern size for the structure floating. have. This drawback is a great limitation in the manufacture of microneedles or integrating multiple microneedles using a silicon batch process.

Transaction on Biomedical Engineering, Vol. 44, No. 8, Aug. 1997에 게재된 논문에 의하면, 신경 프로우브가 신경세포에 국부적인 화학자극을 주기 위한 미세 유체 통로를 가진 구조로 형성된다. 상기 유체 통로가 형성될 부분을 P++형으로 도핑하기 위하여 P++형의 에치스톱층을 마스크로 이용한다. 유체 통로가 형성될 부분을 P++형으로 도핑한 후 갈매기 날개 모양으로 패턴을 정의하고 EDP(ethylene-diamine pyrocatechol)의 이방성 식각 특성을 이용하여 유체 통로를 형성한다. 신경 프로우브의 부유를 위하여 다시 P++형의 에치스톱층을 형성한 후 윗면의 개방된 부분을 밀폐하기 위한 방법으로 열 산화막과 실리콘산화막/ 실리콘질화막/실리콘산화막의 적층구조로 이루어진 복합막을 이용한다. 이 방법의 경우, 실리콘의 결정면에 따른 이방성 식각특성을 이용하기 때문에 유체 통로의 방향이 <100> 방향이어야 하며 수직으로 만나는 유체 통로만 형성 가능한 단점이 있다. 이는 유체 통로가 수직으로 꺾일 때 유체의 흐름이 방해받기 때문이다. 그리고 유체 통로가 형성되는 깊이는 마스크로 이용되는 P++형의 에치스톱층의 두께에 제한을 받으므로 수 마이크로미터 이내로 한정된다.Transaction on Biomedical Engineering, Vol. 44, No. 8, Aug. According to a paper published in 1997, nerve probes are formed with a structure with microfluidic passages for localized chemical stimulation of nerve cells. An etch stop layer of P ++ type is used as a mask to dope the portion where the fluid passage is to be formed into P ++ type. After doping the part where the fluid passage is to be formed in P ++ type, the pattern is defined in the shape of a seagull wing and the fluid passage is formed by using the anisotropic etching characteristic of ethylene-diamine pyrocatechol (EDP). In order to form a P ++ type etchstop layer for floating the neural probe, a composite film having a laminated structure of a thermal oxide film and a silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film is used as a method for sealing the open portion of the upper surface. In this method, since the anisotropic etching characteristic according to the crystal surface of the silicon is used, the direction of the fluid passage should be in the <100> direction, and there is a disadvantage in that only the fluid passages that meet vertically can be formed. This is because the flow of fluid is disturbed when the fluid passage is bent vertically. The depth at which the fluid passage is formed is limited to a few micrometers because it is limited by the thickness of the P ++ type etchstop layer used as a mask.

Proceeding of Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 5,Chicago, USA, 1997에 게재된 논문에 의하면, 마이크로 니들이 유체 통로를 만들기 위해 후막 감광제를 희생층으로 사용하였으며 파라듐 도금방식으로 마이크로 니들의 몸체를 형성한다. 실리콘 뒷면에서 P++형의 에치스톱층까지 실리콘 몸체를 식각하여 실리콘 박막을 제거함으로써 마이크로 니들을 부유한다. 이 방법의 경우, 실리콘 몸체 가공을 진행하여 얇은 실리콘 박막을 형성한 후 마이크로 니들의 제조를 진행하기 위해 제조공정의 진행중에 파손의 위험이 크다. 또한 유체 통로의 크기를 결정하는 후막 감광제는 증착 두께를 조절하는데 제약이 있다.Proceeding of Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. According to a paper published in 5, Chicago, USA, 1997, the microneedle used a thick film photoresist as a sacrificial layer to form a fluid passageway and forms the body of the microneedle by palladium plating. The microneedle is suspended by removing the silicon thin film by etching the silicon body from the backside of the silicon to the P ++ type etchstop layer. In this method, a silicon body is processed to form a thin silicon thin film, and there is a high risk of breakage during the manufacturing process in order to proceed with the manufacture of the microneedle. Thick film photosensitizers, which also determine the size of the fluid passageways, are limited in controlling the deposition thickness.

따라서, 본 발명의 목적은 생체 조직으로부터의 미소 유체시료 획득과 생체 조직으로의 미소 유체 시료 주입을 정확하게 이룩하여 신뢰성을 향상하도록 한 단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a single crystal silicon microneedle and a method of manufacturing the same to improve reliability by accurately obtaining a microfluidic sample from biological tissue and injecting a microfluidic sample into biological tissue.

본 발명의 다른 목적은 제조공정의 단순화와 높은 재현성을 이룩하여 대량생산시의 수율을 향상하도록 한 단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a single crystal silicon microneedle and a method for manufacturing the same, which achieves a simplified production process and a high reproducibility to improve the yield in mass production.

본 발명의 또 다른 목적은 유체 통로의 내구성을 높이도록 한 단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a single crystal silicon microneedle and a method of manufacturing the same to increase the durability of the fluid passage.

도 1은 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 모식도.1 is a schematic diagram showing a single crystal silicon microneedle according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면으로서, 도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로 및 저장부를 나타낸 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 2A-2A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도.2 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a plan view showing a fluid passage and the storage portion of the single crystal silicon microneedle according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is Figure 2a 2A-2A is a cross-sectional view taken along a line, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along a line 2B-2B in FIG. 2A.

도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면으로서, 도 3a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로를 나타낸 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 3A-3A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 3B-3B선을 따라 절단한 단면도.3 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 3a is a plan view showing a fluid passage of the single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 3b Sectional drawing cut along the line 3A-3A of FIG. 3C is sectional drawing cut along the line 3B-3B of FIG. 3A.

도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면으로서, 도 4a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로를 나타낸 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 4A-4A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4c는 도 4a의 4B-4B선을 따라 절단한 단면도.4 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 4a is a plan view showing a fluid passage of the single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 4b 4A is a cross-sectional view taken along the line 4A-4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line 4B-4B of FIG. 4A.

도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면으로서, 도 5a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로를 나타낸 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 5A-5A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 5c는 도 5a의 5B-5B선을 따라 절단한 단면도.5 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 5a is a plan view showing a fluid passage of the single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 5b 5A is a cross-sectional view taken along line 5A-5A, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line 5B-5B of FIG. 5A.

도 6 내지 도 11은 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법을 나타낸 공정순서도.6 to 11 are process flowcharts showing a method for manufacturing single crystal silicon microneedle according to the present invention.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들은Single crystal silicon microneedle according to the present invention for achieving the above object

단결정 실리콘 기판으로 이루어지는 몸체부; 단결정 실리콘 기판으로 이루어지고, 상기 몸체부의 일부분에 일체로 연결되며, 적어도 하나 이상의 유체 통로들을 포함하는 연장부; 상기 유체 통로들을 통하여 유체를 흘려주기 위하여 상기 유체 통로에 연결되며 상기 몸체부의 일면에 형성된 유체소자; 및 상기 유체를 모으기 위한 경로를 제공하기 위해 상기 몸체부의 일면에 접합되는 캡부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A body portion made of a single crystal silicon substrate; An extension portion formed of a single crystal silicon substrate and integrally connected to a portion of the body portion, the extension portion including at least one fluid passageway; A fluid element connected to the fluid passage so as to flow fluid through the fluid passages and formed on one surface of the body portion; And a cap part joined to one surface of the body part to provide a path for collecting the fluid.

바람직하게는, 상기 연장부에 상기 유체 통로가 1개 형성되고, 상기 몸체부에 상기 연장부의 유체 통로와 연통하며 상측 개구가 개방된 저장고용 홈부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 연장부에 상기 유체 통로가 1개 형성되고, 상기 몸체부에 상기 연장부의 유체 통로와 공통 연통한 유체 통로가 적어도 1개 이상 형성될 수 있다. 또한, 상기 연장부와 상기 몸체부에 유체 통로가 동일한 수량으로 다수개 형성될 수 있다.Preferably, the one fluid passage is formed in the extension portion, the reservoir portion communicating with the fluid passage of the extension portion and the upper opening is open may be formed in the body portion. In addition, one fluid passage may be formed in the extension portion, and at least one fluid passage in common communication with the fluid passage of the extension portion may be formed in the body portion. In addition, a plurality of fluid passages may be formed in the extension portion and the body portion in the same quantity.

한편, 상기 연장부와 상기 몸체부의 유체 통로의 상측개구가 소정의 막으로 밀폐되고, 상기 막이 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 중에서 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유체 통로를 통하여 흐르는 유체를 육안으로 확인하기 위해 상기 캡부가 투명 재질, 예를 들어 글래스 재질로 구성될 수 있다.Meanwhile, the upper opening of the fluid passage of the extension part and the body part may be sealed with a predetermined film, and the film may be formed of at least one of a polysilicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film. In addition, in order to visually check the fluid flowing through the fluid passage, the cap portion may be made of a transparent material, for example, a glass material.

또한, 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법은In addition, the method for producing a single crystal silicon microneedle according to the present invention

단결정 실리콘 기판의 정해진 일부 영역들에 각각 상측 개구를 갖는 유체 통로들을 적어도 1개 이상씩 형성하는 단계; 상기 유체 통로들의 상측 개구를 소정의 막으로 밀폐하는 단계; 상기 밀폐된 유체 통로들을 통하여 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위해 유체소자를 상기 유체 통로와 함께 상기 단결정 실리콘 기판의 다른일부 영역에 집적화하는 단계; 및 상기 유체 통로들을 포함하는 단결정 실리콘 기판의 구조물을 부유하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming at least one fluid passageway each having an upper opening in defined portions of the single crystal silicon substrate; Sealing the upper openings of the fluid passages with a predetermined membrane; Integrating a fluid element with the fluid passage in another portion of the single crystal silicon substrate to control the flow of fluid flowing through the closed fluid passages; And floating the structure of the single crystal silicon substrate including the fluid passages.

바람직하게는, 상기 유체 통로를 형성하는 단계는Preferably, forming the fluid passage

상기 단결정 실리콘 기판의 정해진 일부 영역에 각각 원하는 깊이의 트렌치들을 적어도 1개 이상씩 형성하는 단계; 상기 트렌치들 각각의 측면부에만 보호막을 형성하고 상기 트렌치들의 저면부 아래의 단결정 실리콘 기판을 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 단결정 실리콘 기판을 등방성 식각하여 상기 상측 개구를 갖는 원형 형상의 유체 통로들을 형성하는 단계를 포함한다.Forming at least one trench each having a desired depth in a predetermined partial region of the single crystal silicon substrate; Forming a protective film only on the side portions of each of the trenches and exposing a single crystal silicon substrate below the bottom portions of the trenches; And isotropically etching the exposed single crystal silicon substrate to form circular fluid passages having the upper opening.

또한, 상기 단결정 실리콘 기판을 SF6플라즈마, XeF2가스를 이용한 건식식각으로 등방성 식각할 수 있거나, 불산/질산/초산을 이용한 습식식각으로 등방성 식각할 수 있다.In addition, the single crystal silicon substrate may be isotropically etched by dry etching using SF 6 plasma and XeF 2 gas, or isotropically etched by wet etching using hydrofluoric acid / nitric acid / acetic acid.

또한, 상기 상측 개구를 저압 화학 증착법을 이용한 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 중에서 적어도 어느 하나로 밀폐하거나, 상기 상측 개구를 페릴린과 같은 생체 호환성 유기박막을 이용한 코팅으로 밀폐할 수 있다. 또한, 상기 상측 개구를 형성한 후에 상기 단결정 실리콘 기판을 소정의 가스분위기에서 열처리하여 결정의 재결합을 생성시킴으로써 상기 상측 개구를 밀폐할 수 있다.In addition, the upper opening may be sealed with at least one of a polysilicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film using a low pressure chemical vapor deposition method, or the upper opening may be closed with a coating using a biocompatible organic thin film such as perylene. In addition, after the upper opening is formed, the upper opening may be sealed by heat treating the single crystal silicon substrate in a predetermined gas atmosphere to generate recombination of crystals.

바람직하게는, 상기 유체 통로들을 포함하는 단결정 실리콘 기판의 구조물을 부유하는 단계는Preferably, the step of floating the structure of the single crystal silicon substrate comprising the fluid passages

상기 정해진 일부 영역들 상에 감광막의 패턴을 선택적으로 형성하는 단계;상기 감광막의 패턴을 마스킹층으로 이용하여 상기 정해진 일부 영역들 사이의 단결정 실리콘 기판에 원하는 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 측면부를 보호하기 위해 절연막을 형성하고 상기 트렌치 아래의 단결정 실리콘 기판을 노출시키는 단계; 상기 트렌치 내의 노출된 단결정 실리콘 기판을 상기 단결정 실리콘 기판의 후면부까지 식각하는 단계; 및 상기 정해진 일부 영역의 단결정 실리콘 기판의 후면을 식각하여 상기 유체 통로들을 포함하는 단결정 실리콘 기판의 구조물을 부유하는 단계를 포함한다.Selectively forming a pattern of a photoresist film on the predetermined partial regions; forming a trench of a desired depth in a single crystal silicon substrate between the predetermined partial regions using the pattern of the photoresist film as a masking layer; Forming an insulating film to protect the side portions of the trench and exposing a single crystal silicon substrate under the trench; Etching the exposed single crystal silicon substrate in the trench to the backside of the single crystal silicon substrate; And etching the back surface of the single crystal silicon substrate in the predetermined partial region to float the structure of the single crystal silicon substrate including the fluid passages.

이때, 상기 트렌치의 깊이로 상기 유체 통로를 포함한 연장부의 두께를 결정하고, 상기 감광막의 패턴의 폭으로 상기 유체 통로를 포함한 연장부의 폭을 결정할 수 있다.In this case, the thickness of the extension including the fluid passage may be determined by the depth of the trench, and the width of the extension including the fluid passage may be determined by the width of the pattern of the photosensitive film.

한편, 상기 단결정 실리콘 기판의 구조물의 말단부를 염기성 수용액으로 이방성 식각하여 날카로운 형상으로 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 단결정 실리콘 기판의 정해진 영역에 상기 유체 통로를 통하여 흐르는 유체를 모으기 위해 상기 유체 소자를 커버하는 투명 재질의 캡부를 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, it is preferable to further include the step of anisotropically etching the terminal portion of the structure of the single crystal silicon substrate with a basic aqueous solution to form a sharp shape. The method may further include bonding a cap of a transparent material covering the fluid element to collect the fluid flowing through the fluid passage in a predetermined region of the single crystal silicon substrate.

따라서, 본 발명에 의하면, 단결정 실리콘 기판을 이용하여 마이크로 니들을 제조함으로써 제조공정의 단순화와 높은 재현성을 이룩하여 대량생산시의 수율 향상을 이룩한다. 또한, 유체 통로의 내구성을 높여 생체 조직으로부터의 미소 유체시료 획득과 생체 조직으로의 미소 유체 시료 주입을 정확하게 할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by producing a microneedle using a single crystal silicon substrate, the production process is simplified and high reproducibility is achieved, thereby achieving a yield improvement in mass production. In addition, the durability of the fluid passage can be increased to accurately acquire the microfluidic sample from the biological tissue and to accurately inject the microfluidic sample into the biological tissue.

이하, 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a single crystal silicon microneedle according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마이크로 니들(100)은 몸체부(10)와 연장부(20)를 포함한다. 몸체부(10)와 연장부(20)는 단결정 실리콘재질로 이루어지며 일체로 연결된다. 몸체부(10)는 실시간 분석을 위한 온칩 소자의 설치를 가능하도록 충분히 두껍다. 연장부(20)는 유체(가스를 포함)를 환자로 투여되거나 환자로부터 흡입될 수 있도록 생체 조직(도시 안됨)의 내부로 삽입되며, 비교적 얇은 두께와 좁은 폭을 가지며 일정 길이를 갖는다. 연장부(20)의 말단부(21)는 삽입이 용이한 날카로운 형태를 갖는다. 유체 통로(23)는 연장부(20)의 길이 방향을 따라 연장부(20)의 내부에 형성된다. 또한, 제 1 홈부(11)가 유체 통로(23)에 연통하며 몸체부(10)에 형성되고, 제 2 홈부(13)가 제 1 홈부(11)로부터 일정 간격을 두고 이격하며 몸체부(10)에 형성된다.1 is a schematic diagram showing a single crystal silicon microneedle according to the present invention. As shown in FIG. 1, the microneedle 100 includes a body portion 10 and an extension portion 20. The body portion 10 and the extension portion 20 are made of a single crystal silicon material and are integrally connected. The body portion 10 is thick enough to allow installation of on-chip elements for real time analysis. The extension 20 is inserted into a living tissue (not shown) so that fluid (including gas) can be administered to or inhaled from the patient, and has a relatively thin thickness, a narrow width, and a predetermined length. The distal end 21 of the extension 20 has a sharp shape that is easy to insert. The fluid passage 23 is formed inside the extension 20 along the length of the extension 20. In addition, the first groove 11 communicates with the fluid passage 23 and is formed in the body portion 10, and the second groove portion 13 is spaced apart from the first groove portion 11 at a predetermined interval and the body portion 10. Is formed.

또한, 유체 통로(21)를 거쳐 생체 조직의 미소 유체를 흡입하거나 생체 조직에 약물을 투여할 수 있도록 마이크로 유체 소자가 몸체부(10)에 형성된다. 즉, 몸체부(10)에는 유체 시료가 흘러갈 수 있는 구동력을 제공하기 위해 마이크로 펌프(15)가 설치되고, 미소 유체 시료의 흐름을 제어하기 위한 마이크로 밸브(17)가 설치된다. 금속전극(19)이 몸체부(10)의 정해진 영역에 형성된다. 마이크로 펌프(15)의 동작은 평판 전극을 이용한 구동, 전기적 가열에 의해 형성된 기포를 이용한 구동 등을 이용한다. 또한, 유체 시료의 흐름을 원활히 하고 육안으로 관찰할 수 있도록 글래스와 같은 투명재질의 판재인 캡부(30)가 몸체부(10)의 상면부 가장자리를 따라 접합된다. 캡부(30)의 저면부에는 제 1 홈부(31)가 홈부(11)와 마이크로 밸브(17)를 함께 오버랩하도록 형성되고, 제 2 홈부(33)가 제 1 홈부(31)로부터 일정 간격을 두고 이격하며 형성되고, 제 3 홈부(35)가 홈부(13)의 출구를 오버랩하도록 형성된다.In addition, a microfluidic element is formed in the body portion 10 so that the microfluid of the biological tissue can be sucked through the fluid passage 21 or the drug can be administered to the biological tissue. That is, the body portion 10 is provided with a micro pump 15 to provide a driving force through which the fluid sample can flow, and a micro valve 17 for controlling the flow of the micro fluid sample is installed. The metal electrode 19 is formed in the predetermined region of the body portion 10. The operation of the micropump 15 uses a drive using a flat plate electrode, a drive using bubbles formed by electrical heating, and the like. In addition, the cap portion 30, which is a plate of transparent material such as glass, is joined along the upper edge of the body portion 10 so that the flow of the fluid sample may be smoothly observed and visually observed. The bottom of the cap portion 30 is formed so that the first groove portion 31 overlaps the groove portion 11 and the microvalve 17 together, and the second groove portion 33 is spaced apart from the first groove portion 31 at a predetermined interval. It is formed spaced apart, the third groove portion 35 is formed so as to overlap the outlet of the groove portion (13).

한편, 도면에서 표시된 화살표는 유체가 연장부(20)의 유체 통로(23)를 거쳐 몸체부(10)의 홈부(11), 캡부(30)의 홈부(31), 몸체부(10)의 홈부(13) 및 캡부(30)의 홈부(35)를 순차적으로 거쳐 흘러가는 과정을 나타낸 것이다. 또한, 설명의 편의상 이해를 돕기 위해 도면에서 연장부(20)에 1개의 유체 통로만이 내재하는 것을 도시하고 있으나, 필요에 따라 2개 또는 그 이상의 유체 통로가 내재하는 것도 가능하며 사용 목적과 특성에 맞게 다양한 형태의 유체 통로가 형성 가능하다.On the other hand, the arrow shown in the drawing is the fluid through the fluid passageway 23 of the extension portion 20, the groove portion 11 of the body portion 10, the groove portion 31 of the cap portion 30, the groove portion of the body portion 10 13 shows a process of sequentially passing through the groove portion 35 of the cap portion 30. In addition, although only one fluid passage is inherent in the extension portion 20 in the drawings for the convenience of description, two or more fluid passages may be included as necessary, and the purpose and characteristics of use. Various types of fluid passages can be formed to suit the requirements.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면이다. 도 2a는 본 발명의 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로 및 저장부를 나타낸 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 2A-2A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 2B-2B선을 따라 절단한 단면도이다.2 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan view illustrating a fluid passage and a storage part of a single crystal silicon microneedle according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line 2A-2A of FIG. 2A, and FIG. It is sectional drawing cut along the 2B line.

도 2a에 도시된 바와 같이, 마이크로 니들의 몸체부(110)와 연장부(120)가 단결정 실리콘 기판(1)으로 이루어지고 서로 일체로 연결된다. 연장부(120)의 폭이 몸체부(110)의 폭보다 좁다. 연장부(120)에서는 1개의 유체 통로(133)가 연장부(120)의 길이 방향을 따라 직진하여 형성된다. 말단부(135)가 삽입에 용이한 날카로운 형태를 갖는다. 몸체부(110)에서는 홈부(131)가 원형 형상으로 형성되며 유체 통로(133)와 연통한다. 또한, 홈부(131)의 상측 개구(132)는 홈부(131)보다작은 직경을 갖는다.As shown in FIG. 2A, the body portion 110 and the extension portion 120 of the microneedle are made of a single crystal silicon substrate 1 and are integrally connected to each other. The width of the extension part 120 is narrower than the width of the body part 110. In the extension part 120, one fluid passage 133 is formed to go straight along the longitudinal direction of the extension part 120. The distal end 135 has a sharp shape for easy insertion. In the body portion 110, the groove portion 131 is formed in a circular shape and communicates with the fluid passage 133. In addition, the upper opening 132 of the groove portion 131 has a smaller diameter than the groove portion 131.

도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 몸체부(110)의 홈부(131) 및 개구(132)의 내측면, 실리콘 기판(1)의 표면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(137)이 적층된다. 또한, 연장부(120)의 유체 통로(133)의 내측면 및 유체 통로(133)의 상측 개구의 내측면, 실리콘 기판(1)의 표면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(137)이 적층된다. 이때, 홈부(131)의 원형 형상의 상측 개구(132)가 개방되나 유체 통로(133)의 상측 개구가 절연막(137)으로 밀폐되는데 이는 홈부(131)의 폭보다 상측 개구(132)의 직경이 크기 때문이다. 홈부(131)와 유체 통로(133)가 모두 원형 형상을 이루고, 홈부(131)가 유체 통로(133)보다 큰 직경을 갖는다. 몸체부(110)의 실리콘 기판(1)의 두께가 연장부(120)의 실리콘 기판(1)의 두께보다 훨씬 두껍다.As shown in FIGS. 2B and 2C, an insulating film 137 is deposited on the inner surface of the groove 131 and the opening 132 of the body 110 and the surface of the silicon substrate 1 by chemical vapor deposition. . In addition, an insulating film 137 is laminated on the inner surface of the fluid passage 133 of the extension part 120, the inner surface of the upper opening of the fluid passage 133, and the surface of the silicon substrate 1 by chemical vapor deposition. At this time, the circular upper opening 132 of the groove 131 is opened, but the upper opening of the fluid passage 133 is sealed with the insulating film 137, which is larger in diameter than the width of the groove 131. Because of the size. Both the groove 131 and the fluid passage 133 have a circular shape, and the groove 131 has a larger diameter than the fluid passage 133. The thickness of the silicon substrate 1 of the body portion 110 is much thicker than the thickness of the silicon substrate 1 of the extension 120.

이와 같이 구성된 마이크로 니들의 경우, 상측 개구(132)를 갖는 홈부(131)는 외부장치(도시 안됨)와 연결 가능한 입출력 포트를 형성할 수 있는 저장고로서 사용될 수 있다.In the case of the microneedle configured as described above, the groove portion 131 having the upper opening 132 may be used as a reservoir capable of forming an input / output port connectable with an external device (not shown).

도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면이다. 도 3a는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로를 나타낸 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 3A-3A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 3B-3B선을 따라 절단한 단면도이다.3 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention. 3A is a plan view illustrating a fluid passage of a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3A-3A of FIG. 3A, and FIG. 3C is 3B-3B of FIG. 3A. Sectional view cut along the line.

도 3a에 도시된 바와 같이, 마이크로 니들의 몸체부(110)와 연장부(120)가 단결정 실리콘 기판(1)으로 이루어지고 서로 일체로 연결된다. 연장부(120)의 폭이 몸체부(110)의 폭보다 좁다. 연장부(120)에서는 1개의 유체 통로(143)가연장부(120)의 길이 방향을 따라 직진하여 형성된다. 연장부(120)의 말단부(145)가 삽입에 용이한 날카로운 형태를 갖는다. 몸체부(110)에서는 예를 들어 3개의 이격된 유체 통로(141)가 연장부(120) 측으로 가까이 접근하면서 하나로 합쳐져서 유체 통로(143)에 공통으로 연통한다.As shown in FIG. 3A, the body portion 110 and the extension portion 120 of the microneedle are made of a single crystal silicon substrate 1 and are integrally connected to each other. The width of the extension part 120 is narrower than the width of the body part 110. In the extension part 120, one fluid passage 143 is formed to go straight along the longitudinal direction of the extension part 120. The distal end 145 of the extension 120 has a sharp shape for easy insertion. In the body portion 110, for example, three spaced fluid passages 141 are brought together as they approach close to the extension 120 side and communicate with the fluid passage 143 in common.

도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 몸체부(110)의 유체 통로(141)의 내측면, 유체 통로(141)의 상측개구의 내측면, 실리콘 기판(1)의 상부면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(147)이 적층된다. 또한, 연장부(120)의 유체 통로(143)의 내측면, 유체 통로(143)의 상측개구의 내측면, 실리콘 기판(1)의 상부면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(147)이 적층된다. 이때, 유체 통로(141),(143)의 상측 개구가 동일 크기를 가지므로 모두 절연막(147)으로 밀폐된다. 유체 통로(141),(143)가 동일 직경의 원형 형상을 이룬다. 몸체부(110)의 실리콘 기판(1)의 두께가 연장부(120)의 실리콘 기판(1)의 두께보다 두껍다.As shown in FIGS. 3B and 3C, the chemical vapor deposition method is performed on the inner surface of the fluid passage 141 of the body portion 110, the inner surface of the upper opening of the fluid passage 141, and the upper surface of the silicon substrate 1. By this, the insulating film 147 is laminated. In addition, an insulating film 147 is laminated on the inner surface of the fluid passage 143 of the extension part 120, the inner surface of the upper opening of the fluid passage 143, and the upper surface of the silicon substrate 1 by chemical vapor deposition. . At this time, since the upper openings of the fluid passages 141 and 143 have the same size, they are all sealed by the insulating film 147. The fluid passages 141, 143 form a circular shape of the same diameter. The thickness of the silicon substrate 1 of the body part 110 is thicker than the thickness of the silicon substrate 1 of the extension part 120.

이와 같이 구성된 마이크로 니들의 경우, 각각의 유체 통로(141)를 거쳐 유체 통로(143)로 동종 또는 이종의 유체를 유량 조절하면서 주입할 수 있다.In the case of the microneedle configured as described above, the same or different types of fluids may be injected into the fluid passage 143 via the respective fluid passages 141 while controlling the flow rate.

도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면이다. 도 4a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로를 나타낸 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 4A-4A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4c는 도 4a의 4B-4B선을 따라 절단한 단면도이다.4 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention. 4A is a plan view illustrating a fluid passage of a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line 4A-4A of FIG. 4A, and FIG. 4C is the 4B- 4A of FIG. 4A. It is sectional drawing cut along the 4B line.

도 4a에 도시된 바와 같이, 마이크로 니들의 몸체부(110)와 연장부(120)가 단결정 실리콘 기판(1)으로 이루어지고 서로 일체로 연결된다. 연장부(120)의 폭이몸체부(110)의 폭보다 좁다. 연장부(120)에서는 1개의 유체 통로(153)가 연장부(120)의 길이 방향을 따라 직진하여 형성된다. 연장부(120)의 말단부(155)가 삽입에 용이한 날카로운 형태를 갖는다. 몸체부(110)에서는 예를 들어 2개의 이격된 유체 통로(151)가 연장부(120) 측으로 가까이 접근하면서 1개의 유체 통로(152)로 합쳐져서 유체 통로(153)에 연통한다. 또한, 유체 통로(152)는 자유로운 다양한 형태로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4A, the body portion 110 and the extension portion 120 of the microneedle are made of a single crystal silicon substrate 1 and are integrally connected to each other. The width of the extension part 120 is narrower than the width of the body part 110. In the extension part 120, one fluid passage 153 is formed to go straight along the longitudinal direction of the extension part 120. The distal end 155 of the extension 120 has a sharp shape for easy insertion. In the body portion 110, for example, two spaced fluid passages 151 merge into one fluid passageway 152 while approaching the extension portion 120 side to communicate with the fluid passageway 153. In addition, the fluid passage 152 may be formed in various free forms.

도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 몸체부(110)의 유체 통로(151), 유체 통로(151)의 상측 개구, 실리콘 기판(1)의 상부면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(157)이 적층된다. 연장부(120)의 유체 통로(153), 유체 통로(153)의 내측면, 실리콘 기판(1)의 상부면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(157)이 증착된다. 이때, 유체 통로(123),(143)의 상측 개구가 동일 크기를 가지므로 모두 절연막(157)으로 밀폐된다. 유체 통로(151),(152),(153)가 동일한 직경의 원형 형상을 이룬다. 몸체부(110)의 실리콘 기판(1)의 두께가 연장부(120)의 실리콘 기판(1)의 두께보다 두껍다.As shown in FIGS. 4B and 4C, the insulating layer 157 is formed by the chemical vapor deposition method on the fluid passage 151 of the body 110, the upper opening of the fluid passage 151, and the upper surface of the silicon substrate 1. This is laminated. An insulating film 157 is deposited on the fluid passage 153 of the extension part 120, the inner surface of the fluid passage 153, and the upper surface of the silicon substrate 1 by chemical vapor deposition. At this time, since the upper openings of the fluid passages 123 and 143 have the same size, they are all sealed by the insulating film 157. The fluid passages 151, 152, and 153 form a circular shape of the same diameter. The thickness of the silicon substrate 1 of the body part 110 is thicker than the thickness of the silicon substrate 1 of the extension part 120.

이와 같이 구성된 마이크로 니들의 경우, 상이한 시약을 혼합 또는 반응시켜 주입할 수 있다.In the case of the microneedle configured as described above, different reagents may be mixed or reacted to be injected.

도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들을 나타낸 도면이다. 도 5a는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 유체 통로를 나타낸 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 5A-5A선을 따라 절단한 단면도이고, 도 5c는 도 5a의 5B-5B선을 따라 절단한 단면도이다.5 is a view showing a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention. Figure 5a is a plan view showing a fluid passage of a single crystal silicon microneedle according to another embodiment of the present invention, Figure 5b is a cross-sectional view taken along the line 5A-5A of Figure 5a, Figure 5c is a 5B- 5B- Sectional drawing cut along line 5B.

도 5a에 도시된 바와 같이, 마이크로 니들의 몸체부(110)와 연장부(120)가 단결정 실리콘으로 이루어지고 일체로 연결된다. 연장부(120)의 폭이 몸체부(110)의 폭보다 좁다. 연장부(120)에서는 예를 들어 3개의 유체 통로(163)가 각각 이격하며 연장부(120)의 길이 방향을 따라 직진하여 형성된다. 연장부(120)의 말단부(165)가 삽입에 용이한 날카로운 형태를 갖는다. 몸체부(110)에서는 3개의 유체 통로(161)가 각각의 유체 통로(163)에 1:1 대응하여 연통하며 이격하여 형성된다.As shown in FIG. 5A, the body portion 110 and the extension portion 120 of the microneedle are made of single crystal silicon and are integrally connected to each other. The width of the extension part 120 is narrower than the width of the body part 110. In the extension 120, for example, three fluid passages 163 are spaced apart from each other and are formed to go straight along the longitudinal direction of the extension 120. The distal end 165 of the extension 120 has a sharp shape for easy insertion. In the body part 110, three fluid passages 161 communicate with each other and correspond to the fluid passages 163 in a 1: 1 manner, and are spaced apart from each other.

도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 몸체부(110)의 실리콘 기판(1)의 상부면 및 유체 통로(161)의 내측면, 유체 통로(161)의 상측개구의 내측면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(167)이 증착된다. 연장부(120)의 실리콘 기판(1)의 상부면 및 유체 통로(163)의 내측면 및 유체 통로(163)의 상측개구의 내측면에 화학 기상 증착법에 의해 절연막(167)이 증착된다.As shown in FIGS. 5B and 5C, the chemical vapor deposition method is applied to the upper surface of the silicon substrate 1 of the body 110 and the inner surface of the fluid passage 161 and the inner surface of the upper opening of the fluid passage 161. The insulating film 167 is deposited by this. An insulating film 167 is deposited on the upper surface of the silicon substrate 1 of the extension part 120, the inner surface of the fluid passage 163 and the inner surface of the upper opening of the fluid passage 163 by chemical vapor deposition.

이때, 유체 통로(161),(163)의 상측 개구가 동일 크기를 가지므로 모두 절연막(167)으로 밀폐된다. 유체 통로(161),(163)는 동일한 직경의 원형 형상을 이룬다. 몸체부(110)의 실리콘 기판(1)의 두께가 연장부(120)의 실리콘 기판(1)의 두께보다 두껍다.At this time, since the upper openings of the fluid passages 161 and 163 have the same size, they are all sealed by the insulating film 167. The fluid passages 161, 163 form a circular shape of the same diameter. The thickness of the silicon substrate 1 of the body part 110 is thicker than the thickness of the silicon substrate 1 of the extension part 120.

이와 같이 구성된 마이크로 니들의 경우, 여러 가지 다른 종류의 유체를 주입하거나 흡입한 유체를 각기 다른 곳으로 분배할 수 있다.In the case of the microneedle configured as described above, it is possible to inject or inject various different types of fluids to different places.

한편, 도 2 내지 도 5에 도시된 마이크로 니들 외에도 사용목적과 특성에 맞게 자유로운 모양의 유체 통로가 형성 가능하다. 또한 도 2 내지 도 5의절연막(137),(147),(157),(167)은 저압 화학 기상 증착법을 이용하여 증착 가능한 막, 예를 들어 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 중에서 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 저압 화학 기상 증착법 대신에 페릴린(parylene) 박막과 같은 생체 호환성 유기박막으로 이루어질 수 있고, 또한, 유체 통로의 형성 후에 실리콘 기판(1)을 수소 분위기와 1100℃의 온도에서 열처리하게 되면, 결정의 재결합이 일어나서 유체 통로의 상측 개구가 밀폐되는 현상을 이용함으로써 완전한 유체 통로의 형상을 형성할 수도 있다.Meanwhile, in addition to the microneedle illustrated in FIGS. 2 to 5, a fluid passage having a free shape may be formed according to the purpose and characteristics of use. In addition, the insulating films 137, 147, 157, and 167 of FIGS. 2 to 5 may be deposited using a low pressure chemical vapor deposition method, for example, at least one of a polycrystalline silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film. It can be done as one. In addition, instead of the low pressure chemical vapor deposition method, it may be made of a biocompatible organic thin film such as a parylene thin film. Further, if the silicon substrate 1 is heat-treated at a temperature of 1100 ° C. with a hydrogen atmosphere after formation of the fluid passage, It is also possible to form the shape of the complete fluid passage by taking advantage of the phenomenon that the recombination of the crystals occurs so that the upper opening of the fluid passage is closed.

이하, 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법을 도 6 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a single crystal silicon microneedle according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 11.

도 6 내지 도 11은 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.6 to 11 are process flowcharts showing a method for manufacturing single crystal silicon microneedle according to the present invention.

도 6을 참조하면, 먼저, 단결정 실리콘 기판(1)의 전면 상에 실리콘 기판(1)의 식각 마스킹층으로서 절연막(3)을 형성한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 실리콘 기판(1)의 전면에 열 산화법에 의해 실리콘산화막(도시 안됨)을 성장시킨 다음 상기 실리콘산화막 상에 저압 화학 기상 증착법에 의해 저응력의 실리콘질화막(도시 안됨)을 적층함으로써 실리콘산화막과 실리콘질화막의 복합층으로 이루어진 절연막(3)을 형성한다. 여기서, 상기 실리콘산화막은 열 장벽층(thermal barrier)으로서 작용하고 또한 전기적 절연층으로서 작용한다.Referring to FIG. 6, first, an insulating film 3 is formed on the entire surface of the single crystal silicon substrate 1 as an etching masking layer of the silicon substrate 1. In more detail, a silicon oxide film (not shown) is grown on the front surface of the silicon substrate 1 by thermal oxidation, and then a low stress silicon nitride film (not shown) is formed on the silicon oxide film by low pressure chemical vapor deposition. By laminating, an insulating film 3 made of a composite layer of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed. Here, the silicon oxide film acts as a thermal barrier and also as an electrical insulating layer.

이후, 사진공정을 이용하여 유체 통로들이 형성될 정해진 일부 영역을 정의한다. 즉, 상기 절연막(3) 상에 식각 마스킹층으로서 감광막(도시 안됨)을 코팅하고 나서 유체 통로들이 형성될 정해진 일부 영역의 상기 감광막을 그 아래의 절연막(3)이 노출될 때까지 선택적으로 제거한다. 따라서, 상기 유체 통로들이 형성되지 않을 영역의 절연막(3) 상에만 감광막의 패턴이 남는다.The photographic process is then used to define certain areas in which fluid passageways are to be formed. That is, after coating a photoresist film (not shown) as an etch masking layer on the insulating film 3, the photoresist film of a predetermined partial region where fluid passages are to be formed is selectively removed until the insulating film 3 below it is exposed. . Therefore, the pattern of the photosensitive film remains only on the insulating film 3 in the region where the fluid passages are not formed.

그런 다음에, 상기 남은 감광막의 패턴을 식각 마스크층으로 이용하여 노출된 부분의 절연막(3)을 그 아래의 실리콘 기판(1)이 노출될 때까지 식각함으로써 절연막(3)의 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 절연막(3)의 패턴 상에 남은 감광막의 패턴을 완전히 제거한다.Then, by using the remaining photoresist pattern as an etching mask layer, the exposed portion of the insulating film 3 is etched until the silicon substrate 1 below is exposed, thereby forming a pattern of the insulating film 3. Subsequently, the pattern of the photosensitive film remaining on the pattern of the insulating film 3 is completely removed.

계속하여, 상기 절연막(3)의 패턴을 식각 마스킹층으로 이용하여 노출된 부분의 실리콘 기판(1)을 원하는 깊이까지 예를 들어 염소계열의 플라즈마 식각공정 또는 보쉬(Bosch) 공정으로 이방성 식각한다. 이때, 실리콘 기판(1)의 식각 깊이는 유체 통로가 형성될 위치에 따라 결정된다. 따라서, 유체 통로가 형성될 정해진 일부 영역의 단결정 실리콘 기판(1)에 좁고 깊은 사각형상의 트렌치(41)가 형성된다.Subsequently, using the pattern of the insulating film 3 as an etching masking layer, the exposed silicon substrate 1 is anisotropically etched to a desired depth, for example, by a chlorine series plasma etching process or a Bosch process. At this time, the etching depth of the silicon substrate 1 is determined according to the position where the fluid passage is to be formed. Thus, a narrow deep rectangular trench 41 is formed in the single crystal silicon substrate 1 in the predetermined partial region where the fluid passage is to be formed.

물론, 도면에 도시되지 않았으나 트렌치(41)가 도 1의 유체 통로(23)와 유사한 형태를 갖기 위해 전방 방향으로 길게 직진하여 형성되어야 함은 자명한 사실이다. 또한, 유체 통로(23)의 방향은 건식식각을 이용한 트렌치(41)의 구조로부터 결정되므로 유체 통로의 방향을 변경할 필요가 있을 경우, 유체 통로(23)에서의 유체 흐름을 방해하지 않도록 하기 위해 트렌치(41)의 패턴을 설계단계에서 곡선형태로 변경하는 것이 바람직하다.Of course, although not shown in the drawings, it is obvious that the trench 41 should be formed to be elongated straight in the forward direction to have a shape similar to the fluid passage 23 of FIG. 1. In addition, the direction of the fluid passage 23 is determined from the structure of the trench 41 using dry etching, so that when it is necessary to change the direction of the fluid passage, the trench is provided so as not to disturb the fluid flow in the fluid passage 23. It is preferable to change the pattern of (41) into a curved shape at the design stage.

한편, 도면에서 단결정 실리콘 기판(1)의 정해진 일부 영역에 각각 트렌치(41)가 1개씩 형성된 것으로 도시되어 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 연장부 내에 다수개의 유체 통로들을 포함하기 위해 단결정 실리콘 기판(1)의 정해진 일부 영역에 각각 다수개씩 트렌치가 형성될 수도 있음은 자명한 사실이다.Meanwhile, although one trench 41 is formed in each of a predetermined region of the single crystal silicon substrate 1 in the drawing, as shown in FIG. 5, the single crystal silicon is included to include a plurality of fluid passages in the extension portion. It is apparent that a plurality of trenches may be formed in predetermined portions of the substrate 1, respectively.

도 7을 참조하면, 상기 트렌치(41)가 형성되고 나면, 상기 트렌치(41)의 측면부에 스텝 커버리지가 양호한 보호막(5)을 형성한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 상기 트렌치(41)의 저면부 및 측면부와 함께 트렌치(41) 외측의 절연막(3) 상에 예를 들어 스텝 커버리지가 양호한 실리콘산화막(도시 안됨)과 실리콘질화막(도시 안됨)을 저압 화학 기상 증착법에 의해 순차적으로 적층한다. 이는 후속의 유체 통로의 형성을 위한 실리콘 기판(1)의 식각단계에서 상기 트렌치(41)의 측면부의 식각 손상을 보호하기 위함이다.Referring to FIG. 7, after the trench 41 is formed, the passivation layer 5 having good step coverage is formed on the side surface of the trench 41. In more detail, the silicon oxide film (not shown) and the silicon nitride film (not shown) having good step coverage, for example, are formed on the insulating film 3 outside the trench 41 together with the bottom and side portions of the trench 41. ) Are sequentially laminated by low pressure chemical vapor deposition. This is to protect the etching damage of the side part of the trench 41 in the etching step of the silicon substrate 1 for the subsequent formation of the fluid passage.

이어서, 이방성 식각특성을 갖는 에치백공정을 이용하여 상기 보호막(5)을 상기 트렌치(41)의 저면부의 실리콘 기판(1)이 노출될 때까지 식각함으로써 트렌치(31)의 측면부에만 보호막(5)을 남긴다. 이때, 트렌치(41) 외측의 보호막(5)도 함께 식각되고 절연막(3)의 패턴이 노출된다.Subsequently, the protective film 5 is etched by using an etch back process having an anisotropic etching characteristic until the silicon substrate 1 of the bottom portion of the trench 41 is exposed, thereby protecting the protective film 5 only on the side surface of the trench 31. Leaves. At this time, the protective film 5 outside the trench 41 is also etched and the pattern of the insulating film 3 is exposed.

이후, 트렌치(41) 내의 노출된 실리콘 기판(1)을 등방성 식각함으로써 트렌치(41) 아래에 원형 형상의 유체 통로(45)를 형성한다. 이때, 등방성 식각을 위해 SF6플라즈마, XeF2가스 등을 이용한 건식식각이나 불산/질산/초산 등을 이용한 습식식각 중 어느 것이나 사용 가능하다. 이 방법에 의하면, 유체 통로(45)의 직경을 정확하게 조절하는 것이 가능하다.Thereafter, the exposed silicon substrate 1 in the trench 41 isotropically etched to form a circular fluid passage 45 under the trench 41. In this case, any one of dry etching using SF 6 plasma, XeF 2 gas, or wet etching using hydrofluoric acid / nitric acid / acetic acid may be used for isotropic etching. According to this method, it is possible to accurately adjust the diameter of the fluid passage 45.

도 8을 참조하면, 상기 유체 통로(45)가 형성되고 나면, 상기 결과 구조의실리콘 기판(1)의 전면과 후면 상에 각각 동질의 막(47),(48)을 동시에 적층하여 트렌치(41)를 완전히 밀폐함으로써 실리콘 기판(1)의 내부에 완전한 유체 통로(45)를 형성한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 트렌치(41)의 깊은 부분까지 균일하게 막(47), 예를 들어 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 등을 저압 화학 기상 증착법에 의해 적층하고 이와 동시에 유체 통로(45)의 내부면에도 막(47)을 적층한다. 이때, 막(47)이 트렌치(41)의 양쪽 내측면에서부터 트렌치(41)의 중심부를 향해 점차 두꺼워진 후 양쪽 내측면 상의 막(47)이 서로 면접하게 되면, 트렌치(41)가 막(47)에 의해 완전히 밀폐된다. 따라서, 완전한 유체 통로(45)의 형상이 완성된다.Referring to FIG. 8, after the fluid passage 45 is formed, the trenches 41 may be formed by simultaneously stacking the same films 47 and 48 on the front and rear surfaces of the silicon substrate 1 of the resulting structure, respectively. ) Is completely sealed to form a complete fluid passage 45 inside the silicon substrate 1. In more detail, the film 47, for example, a polysilicon film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and the like, may be uniformly laminated to the deep portion of the trench 41 by a low pressure chemical vapor deposition method, and at the same time the fluid passage 45 may be formed. The film 47 is also laminated on the inner surface of the substrate. At this time, when the film 47 is gradually thickened from both inner surfaces of the trench 41 toward the center of the trench 41, and the films 47 on both inner surfaces are interviewed with each other, the trench 41 is formed by the film 47. It is completely sealed by). Thus, the shape of the complete fluid passage 45 is completed.

여기서, 막(47)은 저압 화학 기상 증착법을 이용하여 증착 가능한 막, 예를 들어 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 중에서 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 트렌치(41)의 밀폐를 위해 저압 화학 기상 증착법 대신에 페릴린(parylene) 박막과 같은 생체 호환성 유기박막을 이용한 코팅을 사용할 수도 있다. 또한, 도 7 및 도 8에 언급된 공정과는 별개로 트렌치(41)의 형성 후에 실리콘 기판(1)을 수소 분위기와 1100℃의 온도에서 열처리하게 되면, 결정의 재결합이 일어나서 트렌치(41)의 상측부가 밀폐되는 현상을 이용함으로써 완전한 유체 통로(45)의 형상을 형성할 수도 있다.The film 47 may be formed of at least one of a film that can be deposited using a low pressure chemical vapor deposition method, for example, a polycrystalline silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film. In addition, a coating using a biocompatible organic thin film, such as a parylene thin film, may be used instead of the low pressure chemical vapor deposition for sealing the trench 41. In addition, apart from the processes mentioned in FIGS. 7 and 8, when the silicon substrate 1 is heat-treated at a temperature of 1100 ° C. with a hydrogen atmosphere after the formation of the trench 41, crystal recombination occurs to form the trench 41. It is also possible to form the shape of the complete fluid passage 45 by using the phenomenon that the upper side is sealed.

이후, 완전한 유체 통로(45)의 형성이 이루어지고 나면, 상기 결과 구조의 실리콘 기판(1)의 표면을 평탄화하는 평탄화공정을 추가로 진행하여 후속 공정인 사진공정의 수행을 원활히 할 수도 있으나, 트렌치(41)의 폭이 작은 경우에는 평탄화공정을 진행하지 않아도 무방하다.After the formation of the complete fluid passage 45, the planarization process of planarizing the surface of the silicon substrate 1 of the resultant structure may be further performed to smoothly carry out the subsequent photographic process. If the width of 41 is small, the planarization step may not be performed.

그런 다음, 상기 밀폐된 유체 통로(45)를 통하여 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위해 마이크로 밸브, 마이크로 펌프와 같은 유체 소자(도시 안됨)를 형성하여 유체 통로(45)와 집적화한다.A fluid element (not shown), such as a microvalve or micropump, is then formed and integrated with the fluid passage 45 to control the flow of fluid flowing through the sealed fluid passage 45.

도 9를 참조하면, 상기 정해진 일부 영역의 단결정 실리콘 기판(1)에 각각 유체 통로(45)의 형성이 완료되고 나면, 사진공정을 이용하여 상기 정해진 일부 영역의 막(47) 상에 폭(W)을 갖는 감광막의 패턴(도시 안됨)을 선택적으로 형성한다. 여기서, 폭(W)은 형성하고자 하는 마이크로 니들의 연장부, 예를 들어 도 1의 연장부(20)의 폭을 결정한다.Referring to FIG. 9, after the formation of the fluid passages 45 in the single crystal silicon substrate 1 of the predetermined partial region is completed, the width W is formed on the film 47 of the predetermined partial region using a photographic process. The pattern (not shown) of the photosensitive film which has () is selectively formed. Here, the width W determines the width of the extension of the microneedle to be formed, for example, the extension 20 of FIG. 1.

이어서, 상기 감광막의 패턴을 식각 마스크로 이용하여 노출된 부분의 막(47),(3)을 그 아래의 단결정 실리콘 기판(1)이 노출될 때까지 식각하고 상기 감광막의 패턴을 제거한다.Subsequently, using the pattern of the photoresist film as an etching mask, the exposed portions of the films 47 and 3 are etched until the single crystal silicon substrate 1 below is exposed and the pattern of the photoresist film is removed.

그런 다음, 식각되지 않고 남은 막(47), 절연막(3)의 패턴을 식각 마스킹층으로 이용하여 노출된 단결정 실리콘 기판(1)을 반응성 이온 식각공정으로 이방성 식각함으로써 트렌치(49)를 형성한다. 이때, 트렌치(49)의 깊이(D)는 형성하고자 하는 마이크로 니들의 연장부, 예를 들어 도 1의 연장부(21)의 두께를 결정한다.Then, the trench 49 is formed by anisotropically etching the exposed single crystal silicon substrate 1 by using a reactive ion etching process by using the patterns of the film 47 and the insulating film 3 that remain unetched as the etching masking layer. At this time, the depth D of the trench 49 determines the thickness of the extension of the microneedle to be formed, for example, the extension 21 of FIG. 1.

이후, 상기 트렌치(49)의 측벽을 보호하기 위해 단결정 실리콘 기판(1)의 식각 마스킹층으로서 절연막(51)을 트렌치(49)의 내부면과 막(47)의 상부면에 함께 적층한다. 여기서, 절연막(51)은 1개 층으로 도시되어 있으나 실리콘산화막과 실리콘질화막의 복합층으로 이루어질 수도 있다. 이어서, 트렌치(49)의 저면부 상의 절연막(51)을 그 아래의 단결정 실리콘 기판(1)이 노출될 때까지 식각한다.In order to protect the sidewalls of the trench 49, an insulating layer 51 is stacked on the inner surface of the trench 49 and the upper surface of the film 47 as an etch masking layer of the single crystal silicon substrate 1. Here, the insulating film 51 is shown as one layer, but may be formed of a composite layer of a silicon oxide film and a silicon nitride film. Next, the insulating film 51 on the bottom portion of the trench 49 is etched until the single crystal silicon substrate 1 below it is exposed.

도 10을 참조하면, 트렌치(49)의 저면부의 실리콘 기판(1)이 노출되고 나면, 상기 절연막(51)을 식각 마스킹층으로 이용하여 노출된 단결정 실리콘 기판(1)과 그 아래의 막(48)을 반응성 이온 식각공정으로 이방성 식각한다. 따라서, 단결정 실리콘 기판(1)을 완전히 수직 관통하는 관통홀(53)이 형성된다.Referring to FIG. 10, after the silicon substrate 1 of the bottom portion of the trench 49 is exposed, the single crystal silicon substrate 1 exposed by using the insulating layer 51 as an etch masking layer and the film 48 thereunder. ) Is anisotropically etched by a reactive ion etching process. Thus, a through hole 53 penetrating the single crystal silicon substrate 1 completely vertically is formed.

도 11을 참조하면, 관통홀(53)이 형성되고 나면, 상기 정해진 일부 영역의 단결정 실리콘 기판(1)이 도 9의 트렌치(49)의 깊이(D)에 해당하는 두께를 갖도록 하기 위해 상기 단결정 실리콘 기판(1)의 후면을 예를 들어 염기성 수용액으로 습식 식각함으로써 도 1에 도시된 바와 같은 마이크로 니들의 형상을 형성하고 이들 마이크로 니들을 단결정 실리콘 기판(1)으로부터 분리한다.Referring to FIG. 11, after the through hole 53 is formed, the single crystal silicon substrate 1 of the predetermined partial region has a thickness corresponding to the depth D of the trench 49 of FIG. 9. By wet etching the back surface of the silicon substrate 1 with a basic aqueous solution, for example, the shape of the microneedles as shown in FIG. 1 is formed and these microneedles are separated from the single crystal silicon substrate 1.

따라서, 본 발명은 유체 통로의 형성과 마이크로 니들의 형상 정의에 각각 1회씩의 사진공정만을 사용하므로 마이크로 니들의 정확한 두께와 폭을 결정할 수 있으며 정렬 오차의 누적을 피할 수 있다. 유체 통로의 방향은 건식식각을 이용한 트렌치의 구조로부터 결정되므로 유체 통로를 곡선 구조로 형성하여 유체 통로에서의 유체 흐름을 방해하지 않도록 설계할 수 있다. 그리고, 본 발명은 기존의 (100) 실리콘 기판의 가공에 의한 제조방법 또는 SOI(silicon on insulator) 기판을 이용한 제조방법 등에 비하여 SBM 공정기술을 이용한 마이크로 니들을 간단하고 정확하게 형성하므로 대량생산에서의 수율을 향상할 수 있다.Therefore, the present invention uses only one photo process for forming the fluid passage and defining the shape of the microneedles, so that the precise thickness and width of the microneedles can be determined and the accumulation of alignment errors can be avoided. Since the direction of the fluid passage is determined from the structure of the trench using dry etching, the fluid passage may be formed in a curved structure so as not to disturb the fluid flow in the fluid passage. In addition, the present invention provides a simple and accurate microneedle using the SBM process technology, compared to the manufacturing method using a conventional (100) silicon substrate or a manufacturing method using a silicon on insulator (SOI) substrate, yield in mass production Can improve.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 단결정 실리콘 마이크로 니들 및그 제조방법은 단결정 실리콘 기판을 구조물의 재료로 사용하기 때문에 우수한 재현성을 확보한다. 또한, 본 발명은 사진공정의 횟수를 줄여 공정 단순화를 이루고 정렬 오차의 누적을 줄여 공정 신뢰성을 향상시킴으로써 대량생산시의 수율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명은 박막의 응력에 의한 유체 통로의 변형을 방지하여 내구성을 강화할 수 있고 나아가 생체 조직으로부터의 미소 유체 시료 획득과 생체 조직으로의 미소 유체 시료 주입을 정확하게 할 수 있다.As described above, the single crystal silicon microneedle and the method of manufacturing the same according to the present invention use a single crystal silicon substrate as a material of the structure to ensure excellent reproducibility. In addition, the present invention can improve the yield during mass production by improving the process reliability by reducing the number of photographic processes to simplify the process and the accumulation of alignment errors. In addition, the present invention can prevent deformation of the fluid passage due to the stress of the thin film to enhance durability, and furthermore, it is possible to accurately acquire the microfluidic sample from the biological tissue and to inject the microfluidic sample into the biological tissue.

또한, 임의의 통로(path)를 갖는 유체 통로는 마이크로 유체 소자와 집적하여 제조할 때 시료의 흡입과 주입을 위한 개별 소자로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 내시경과 같은 시술 도구와 함께 사용하는 것이 가능하다.In addition, a fluid passage having any path can be used as a separate element for suction and injection of a sample when manufactured integrating with a microfluidic element, as well as for use with a surgical tool such as an endoscope.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.On the other hand, the present invention is not limited to the contents described in the drawings and detailed description, it is obvious to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. .

Claims (25)

단결정 실리콘 기판으로 이루어지는 몸체부;A body portion made of a single crystal silicon substrate; 단결정 실리콘 기판으로 이루어지고, 상기 몸체부의 일부분에 일체로 연결되며, 적어도 하나 이상의 유체 통로들을 포함하는 연장부;An extension portion formed of a single crystal silicon substrate and integrally connected to a portion of the body portion, the extension portion including at least one fluid passageway; 상기 유체 통로들을 통하여 유체를 흘려주기 위하여 상기 유체 통로에 연결되며 상기 몸체부의 일면에 형성된 유체소자; 및A fluid element connected to the fluid passage so as to flow fluid through the fluid passages and formed on one surface of the body portion; And 상기 유체를 모으기 위한 경로를 제공하기 위해 상기 몸체부의 일면에 접합되는 캡부를 포함하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.And a cap portion bonded to one surface of the body portion to provide a path for collecting the fluid. 제 1 항에 있어서, 상기 연장부에 상기 유체 통로가 1개 형성되고, 상기 몸체부에 상기 연장부의 유체 통로와 연통하며 상측 개구가 개방된 저장고용 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.The single crystal silicon microneedle according to claim 1, wherein one of the fluid passages is formed in the extension part, and a groove part for communicating with the fluid passage of the extension part and the upper opening is opened. 제 1 항에 있어서, 상기 연장부에 상기 유체 통로가 1개 형성되고, 상기 몸체부에 상기 연장부의 유체 통로와 공통 연통한 유체 통로가 적어도 1개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.The single crystal silicon microneedle according to claim 1, wherein the one fluid passage is formed in the extension portion, and at least one fluid passage in common communication with the fluid passage of the extension portion is formed in the body portion. 제 1 항에 있어서, 상기 연장부와 상기 몸체부에 유체 통로가 동일한 수량으로 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.The single crystal silicon microneedle according to claim 1, wherein a plurality of fluid passages are formed in the extension portion and the body portion in the same quantity. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연장부와 상기 몸체부의 유체 통로의 상측 개구가 소정의 막으로 밀폐된 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.The single crystal silicon microneedle according to any one of claims 1 to 4, wherein an upper opening of the fluid passage of the extension portion and the body portion is sealed with a predetermined film. 제 5 항에 있어서, 상기 막이 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 중에서 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.6. The single crystal silicon microneedle according to claim 5, wherein the film is made of at least one of a polycrystalline silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 통로를 통하여 흐르는 유체를 육안으로 확인하기 위해 상기 캡부가 투명재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.The single crystal silicon microneedle according to claim 1, wherein the cap part is made of a transparent material to visually check the fluid flowing through the fluid passage. 제 4 항에 있어서, 상기 캡부가 글래스재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들.5. The single crystal silicon microneedle according to claim 4, wherein the cap portion is made of glass material. 단결정 실리콘 기판의 정해진 일부 영역들에 각각 상측 개구를 갖는 유체 통로들을 적어도 1개 이상씩 형성하는 단계;Forming at least one fluid passageway each having an upper opening in defined portions of the single crystal silicon substrate; 상기 유체 통로들의 상측 개구를 소정의 막으로 밀폐하는 단계;Sealing the upper openings of the fluid passages with a predetermined membrane; 상기 밀폐된 유체 통로들을 통하여 흐르는 유체의 흐름을 제어하기 위해 유체 소자를 상기 유체 통로와 함께 상기 단결정 실리콘 기판의 다른 일부 영역에 집적화하는 단계; 및Integrating a fluid element with the fluid passage in another portion of the single crystal silicon substrate to control the flow of fluid flowing through the sealed fluid passages; And 상기 유체 통로들을 포함하는 단결정 실리콘 기판의 구조물을 부유하는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.And suspending the structure of the single crystal silicon substrate including the fluid passages. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 통로를 형성하는 단계는10. The method of claim 9, wherein forming the fluid passage 상기 단결정 실리콘 기판의 정해진 일부 영역에 각각 원하는 깊이의 트렌치들을 적어도 1개 이상씩 형성하는 단계;Forming at least one trench each having a desired depth in a predetermined partial region of the single crystal silicon substrate; 상기 트렌치들 각각의 측면부에만 보호막을 형성하고 상기 트렌치들의 저면부 아래의 단결정 실리콘 기판을 노출시키는 단계; 및Forming a protective film only on the side portions of each of the trenches and exposing a single crystal silicon substrate below the bottom portions of the trenches; And 상기 노출된 단결정 실리콘 기판을 등방성 식각하여 상기 상측 개구를 갖는 원형 형상의 유체 통로들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.Isotropically etching the exposed single crystal silicon substrate to form circular fluid passages having the upper opening. 제 9 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 기판을 건식식각으로 등방성 식각하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the single crystal silicon substrate is isotropically etched by dry etching. 제 11 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 기판을 SF6플라즈마, XeF2가스를 이용한 건식식각으로 등방성 식각하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로니들의 제조방법.The method of claim 11, wherein the single crystal silicon substrate is isotropically etched by dry etching using SF 6 plasma and XeF 2 gas. 제 9 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 기판을 습식식각으로 등방성 식각하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the single crystal silicon substrate is isotropically etched by wet etching. 제 13 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 기판을 불산/질산/초산을 이용한 습식식각으로 등방성 식각하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.The method of claim 13, wherein the single crystal silicon substrate is isotropically etched by wet etching using hydrofluoric acid / nitric acid / acetic acid. 제 9 항에 있어서, 상기 상측 개구를 저압 화학 기상 증착법을 이용한 다결정실리콘막, 실리콘산화막, 실리콘질화막 중에서 적어도 어느 하나로 밀폐하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the upper opening is sealed by at least one of a polycrystalline silicon film, a silicon oxide film, and a silicon nitride film using a low pressure chemical vapor deposition method. 제 9 항에 있어서, 상기 상측 개구를 생체 호환성 유기 박막을 이용한 코팅으로 밀폐하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the upper opening is sealed with a coating using a biocompatible organic thin film. 제 16 항에 있어서, 상기 유기 박막으로서 페릴린 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.17. The method for producing a single crystal silicon microneedle according to claim 16, wherein a perylene thin film is used as the organic thin film. 제 9 항에 있어서, 상기 상측 개구를 형성한 후에 상기 단결정 실리콘 기판을 소정의 가스 분위기에서 열처리하여 결정의 재결합을 생성시킴으로써 상기 상측 개구를 밀폐하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein after forming the upper opening, the single crystal silicon substrate is heat-treated in a predetermined gas atmosphere to seal the upper opening to seal the upper opening. 제 9 항에 있어서, 상기 유체 통로들을 포함하는 단결정 실리콘 기판의 구조물을 부유하는 단계는10. The method of claim 9, wherein floating the structure of the single crystal silicon substrate including the fluid passages comprises 상기 정해진 일부 영역들 상에 감광막의 패턴을 선택적으로 형성하는 단계;Selectively forming a pattern of the photoresist on the predetermined partial regions; 상기 감광막의 패턴을 마스킹층으로 이용하여 상기 정해진 일부 영역들 사이의 단결정 실리콘 기판에 원하는 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench having a desired depth in a single crystal silicon substrate between the predetermined partial regions using the pattern of the photoresist layer as a masking layer; 상기 트렌치의 측면부를 보호하기 위해 절연막을 형성하고 상기 트렌치 아래의 단결정 실리콘 기판을 노출시키는 단계;Forming an insulating film to protect the side portions of the trench and exposing a single crystal silicon substrate under the trench; 상기 트렌치 내의 노출된 단결정 실리콘 기판을 상기 단결정 실리콘 기판의 후면부까지 식각하는 단계; 및Etching the exposed single crystal silicon substrate in the trench to the backside of the single crystal silicon substrate; And 상기 정해진 일부 영역의 단결정 실리콘 기판의 후면을 식각하여 상기 유체 통로들을 포함하는 단결정 실리콘 기판의 구조물을 부유하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.Etching the back surface of the single crystal silicon substrate of the predetermined partial region to float the structure of the single crystal silicon substrate including the fluid passages. 제 19 항에 있어서, 상기 트렌치의 깊이로 상기 유체 통로를 포함한 연장부의 두께를 결정하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.20. The method of claim 19, wherein the depth of the trench determines the thickness of the extension including the fluid passageway. 제 19 항에 있어서, 상기 감광막의 패턴의 폭으로 상기 유체 통로를 포함한연장부의 폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.20. The method of claim 19, wherein the width of the extension portion including the fluid passage is determined by the width of the pattern of the photosensitive film. 제 9 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 기판의 구조물의 말단부를 염기성 수용액으로 이방성 식각하여 날카로운 형상으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, comprising anisotropically etching the terminal portions of the structure of the single crystal silicon substrate with a basic aqueous solution to form a sharp shape. 제 9 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 기판의 정해진 영역에 상기 유체 통로를 통하여 흐르는 유체를 모으기 위해 상기 유체 소자를 커버하는 캡부를 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.10. The method of claim 9, comprising bonding a cap portion covering the fluid element to collect fluid flowing through the fluid passage in a predetermined region of the single crystal silicon substrate. 제 23 항에 있어서, 상기 캡부를 투명재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.24. The method of claim 23, wherein the cap portion is formed of a transparent material. 제 24 항에 있어서, 상기 캡부를 글래스로 형성하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 마이크로 니들의 제조방법.25. The method of claim 24, wherein the cap portion is formed of glass.
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