KR101837680B1 - 중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 그에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들 - Google Patents

중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 그에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판 표면에 제 1 점성 물질을 도포하는 단계; 상기 제 1 점성 물질을 드로잉시키면서 응고시켜 니들형 모델을 형성하는 단계; 상기 니들형 모델에 희생막을 도포하는 단계; 상기 희생막 위에 제 2 점성 물질을 도포시키는 단계; 및 상기 니들형 모델와 상기 희생막을 제거하고, 상기 제 2 점성 물질을 응고시켜, 제 2 점성 물질로 이루어지는 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 이에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들에 관한 것이다.

Description

중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 그에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들{METHOD FOR PRODUCING HOLLOW-TYPE MICRO NIDDLE AND HOLLOW-TYPE MICRO NIDDLE PRODUCED THEREBY}
본 발명은 중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들에 관한 것이다.
일반적으로, 니들 (needle)은 임상에서 다양한 질병의 진단을 위한 혈액 등 분석 물질의 샘플링, 또는 생체 내로의 약물 주입 등에 사용된다. 여러 가지 다양한 진단 기술 및 진단 칩 등의 개발은, 생체로부터의 분석 물질 검출에 대한 요구를 증가시키고 있는 반면, 사용 시 통증을 유발하고 외상을 남길 수 있는 니들의 사용은 이들 여러 진단 기술 및 장비의 사용에 대한 제한요인이 되고 있다. 이에, 관통형인 마이크로스파이크(microspike), 솔리드마이크로 니들 (solid microneedle)과 오픈형 (open tip)인 중공형 마이크로 니들 (hollowmicroneedle) 등이 제안되었다.
마이크로 니들은 기존의 니들과 달리 무통증의 피부 관통과 무외상을 특징으로 하며, 무통증 피부 관통은 최소 침예성을 위한 상단부 직경이 중요하다. 마이크로 니들은 피부 중 가장 강력한 장애물인 10 ~ 20㎛ 의 각질층 (stratum corneum)을 관통하여야 하므로, 충분한 물리적 경도를 가질 것이 요구된다. 또한, 모세혈관까지 도달함으로서 분석 물질 검출과 약물 전달의 효율성을 높이기 위한 적정 길이도 고려되어야 한다.
In-plane 타입의 마이크로 니들 ("Silicon-processed Microneedles", Journal of microelectrochemical systems Vol.8,No1, March 1999)이 제안된 후, 다양한 유형의 마이크로 니들이 개발되었다. 에칭 방법을 이용한 솔리드 실리콘 마이크로 니들이 out-of-plane 타입 마이크로 니들로서 제안된 바 있다 (미국특허 제 2002-138049호,"Microneedle devices and methods of manufacture and use thereof"). 그러나 솔리드 마이크로 니들은 중공형 구조가 아니므로, 이를 체내 분석 물질 검출과 약물전달에 이용할 수는 없었다. 에칭방법의 발전 형태로서, 2차 에칭방법으로 경사각을 갖는 중공형의 실리콘 마이크로 니들이 나노패스사에 의해 개발되었다 (PCT국제특허출원 제 WO0217985호; 제 WO2005-049107호; "Silicon Micromachined Hollow Microneedles for Transdermal Liquid Transport", Journal of microelectrochemical systems, Vol 12, No. 6, December 2003). 미국 스탠포드 대학의 그리스 (Griss)와 스템(Steme)은 사이드 오픈형과 크로스타입의 중공형 실리콘 마이크로 니들을 제시하였다 ("Side-Opened Out-of-Plane Microneedles for Microfluidic Transdermal Liquid Transfer", Journal of microelectro-chemical systems, Vol. 12, No. 3, June 2003; 미국특허출원 제 US2004-267205호).
본 발명은, 드로잉 기법을 응용하여 마이크로 니들을 제조하는데 있어서 제조 공정을 단순화하고 경제성이 우수하며, 생산 효율이 높은 중공형 마이크로 니들 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 견고한 구조를 갖도록 하여 내구성이 우수한 마이크로 니들을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 일실시예인, 기판 표면에 제 1 점성 물질을 도포하는 단계; 상기 제 1 점성 물질을 드로잉시키면서 응고시켜 니들형 모델을 형성하는 단계; 상기 니들형 모델에 희생막을 도포하는 단계; 상기 희생막 위에 제 2 점성 물질을 도포시키는 단계; 및 상기 니들형 모델와 상기 희생막을 제거하고, 상기 제 2 점성 물질을 응고시켜, 제 2 점성 물질로 이루어지는 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 니들형 모델에 희생막을 도포하는 단계는, 스퍼터링 장비를 이용하여 상기 니들형 모델에 알루미늄, 티타늄, 질화티타늄, 크롬 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 금속을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 니들형 모델에 금속층을 증착시키는 단계는, PECVD를 이용한 산화막 또는 질화막을 상기 니들형 모델에 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 점성 물질은 양성 감광성 수지를 포함하고, 상기 제 2 점성 물질은 제 2 점성 물질은 음성 감광성 수지를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중공형 마이크로 니들 제조 방법은, 상기 희생막의 첨부에 상기 중공형 마이크로 니들의 개구부를 형성하기 위한 불투광막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 중공형 마이크로 니들 제조 방법은, 상기 불투광막에 대한 검사를 실행하는 단계; 및 상기 검사 결과, 상기 불투광막의 도포가 비정상으로 판단되는 경우, 상기 광보막을 제거하고 다시 불투광막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 불투광막은 상기 제 1 점성 물질 및 상기 제 2 점성 물질과 용해성이 이질일 수 있다.
여기서, 상기 불투광막은 유동체이고, 상기 중공형 마이크로 니들 제조 방법은, 불투광막의 형상이 비대칭형태를 갖도록 상기 불투광막에 대하여 저항력을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 불투광막은, 비투광성 잉크를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 니들형 모델와 상기 희생막을 제거하고, 상기 제 2 점성 물질을 응고시켜, 제 2 점성 물질로 이루어지는 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계는, 노광에 의해 니들형 모델을 소프튼시켜 제거하고 제 2 점성 물질을 응고시키는 단계; 및 상기 희생막을 용매로 녹여 제거하는 단계를 포함할 수 있따.
여기서, 상기 노광에 의해 니들형 모델을 소프튼시켜 제거하고 제 2 점성 물질을 응고시키는 단계는, 경사 노광에 의해 상기 중공형 마이크로 니들의 개구부를 비대칭 샤픈시키는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 희생막은 금속층이고, 상기 희생막을 용매로 녹여 제거하는 단계는, 상기 금속층을 에칭액을 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예인 중공형 마이크로 니들은, 제 1 두께를 갖는 저면부; 및 상기 저면부로부터 연장되어 형성되며, 제 1 두께보다 얇은 두께를 갖는 제 2 두께를 갖는 첨부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 저면부와 상기 첨부는, 폴리머 수지로 구성될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예인 중공형 마이크로 니들 제조 방법은, 기판 표면에 제 1 점성 물질을 도포하는 단계; 상기 제 1 점성 물질을 드로잉시키면서 응고시켜 니들형 모델을 형성하는 단계; 상기 니들형 모델에 희생막을 도포하는 단계; 상기 희생막 위에 제 2 점성 물질을 도포시키는 단계; 상기 제 2 점성 물질이 도포된 니들형 모델을 불투광잉크에 접촉시킨 후, 일방향으로 이동시켜 비대칭형 불투광막을 형성하는 단계; 및 상기 니들형 모델, 상기 희생막, 상기 불투광막을 제거하고, 상기 제 2 점성 물질을 응고시켜, 제 2 점성 물질로 이루어지는 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따르면, 자기 정렬 방식으로 동일한 위치에 니들의 개구부를 형성할 수 있게 되어서 마스크 공정등이 불필요하게 되여, 제조 공정이 간단해지고, 공정 난이도가 최소화되어서 제조 원가를 낮출 수 있다.
또한,본 발명의 일실시예에 따르면, 니들형모델의 형상이 불균일하더라도, 최종 형상을 균일하게 할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 불투명 잉크인 불투광막의 도포가 불량인 경우, 불투광막만을 제거한 후 다시 공정을 진행할 수 있기 때문에 공정 효율일 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 저면부의 두께가 두꺼워지게 되므로, 견고한 구조를 가지게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예인, 중공형 마이크로 니들 제조 방법의 순서도.
도 2는, 본 발명의 일실시예인, 중공형 마이크로 니들 제조 방법의 각 제조 단계를 설명하기 위한 도면들.
도 3은, 본 발명의 일실시예인, 중공형 마이크로 니들의 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 그에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인, 중공형 마이크로 니들 제조 방법의 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 우선 기판이 제공되고, 그 기판 위에 제 1 점성 물질이 도포된다(S1,S2). 여기서 제 1 점성 물질은 양성 감광성 수지(positive photo resist)일 수 있다. 양성 감광성 수지는, 광에 노출되면, 연화(soften)되여 유체가 되는 경향을 가지는 수지이다. 기판 표면에 제 1 점성 물질이 도포된 상태(기판은 가온 상태가 된다)에서, 특정 패턴을 가진 프레임이 제 1 점성 물질에 접촉한다. 그리고, 프레임을 상방향으로 이동시키게 되면, 제 1 점성 물질은 점도에 의해 드로잉되면서 응고되고, 이에 따라 니들형 모델이 형성된다(S3). 여기서 프레임의 이동속도는 제 1 점성 물질의 점도나 목적하는 마이크로 니들의 구조에 따라 온도와 드로잉 속도는 조절되게 된다.
그 다음, 제 1 점성 물질로 이루어지는 니들형 모델에 희생막을 형성한다(S4). 제 1 희생막은 제 1 점성 물질과 제 2 점성 물질을 구별시키기 위한 구조막이다. 즉, 니들형 모델과, 최종 제품인 중공형 마이크로 니들간의 분리를 용이하게 하기 위한 막으로서 저온에서 형성되는 PECVD 장비를 이용한 산화막, 질화막일수 있고, 또는 스퍼터링 장비를 이용한 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 크롬(Cr), 니켈(Ni)등을 포함하는 금속층일 수 있다. 뿐만 아니라 희생막을 형성하지 않고 본 발명을 이룰수 있음이 이해되어야 할 것이다.
한편, 희생막 위에는 제 2 점성 물질을 도포한다(S5). 제 2 점성 물질은, 음성 감광성 수지(negative photo resist)일 수 있다. 음성 감광성 수지는, 광에 노출되면, 경화(harden)되여 유체가 되는 경향을 가지는 수지이다. 이와 같이 제 2 점성 물질은 도포시킨 후, 비투광막인 불투광막은 첨부에 형성한다. 여기서 불투광막은 불투광성 잉크일 수 있다. 다시 말해, 제 2 점성 물질을 도포한 후, 잉크층에 상기 니들형모델의 첨부가 닿도록 한 후, 기판이 수평이동을 하게 되면, 저항력에 의해, 비대칭형을 가지는 불투광막이 첨두에 형성하게 된다.
이와 같이 불투광막이 형성되면, 노광을 실시한다. 그리고, 불투광막에 대한 검사를 실행한다(S7). 즉, 상기 검사에 따라, 불투광막의 형성이 비정상적으로 이루어졌다고 판단되면, 불투광막을 제거한 후, 다시 S6 단계를 실행하여 재공정이 실행할 수 있게 된다. 한편, 상기 노광이 실행되면, 제 1 점성 물질은 연화되고, 제 2 점성 물질은 경화되며, 니들형 모델의 첨두부분은 불투광막으로 인해 첨두 부분 제 2 점성 물질은 경화되지 않게 된다. 따라서, 광투광막을 제거하게 되면, 그부분의 제 2 점성 물질이 함께 제거되면서, 니들의 첨두에 개구부(구멍)이 형성되게 된다(S8). 그리고, 희생막이 제거되고, 제 2 점성 물질이 응고되면, 중공형 마이크로 니들의 제조가 완성이 되게 된다(S9,S10).
이상과 같은 방법에 의해 중공형 마이크로 니들을 제조하게 되면, 별도의 마스크 공정이 불필요하게 되어서, 제조 원가를 낮출수 있을 뿐 아니라. 제 2 점성 물질로 경화하는 도중에 중력에 의해 저면부의 두께가 두꺼워져서 자연스럽게 내구성이 높아지게 된다.
이하에서는 도 2를 참조하여 보다 상세하게 중공?O 마이크로 니들을 제조하는 공정에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는, 본 발명의 일실시예인, 중공형 마이크로 니들 제조 방법의 각 제조 단계를 설명하기 위한 도면들이다. 도 2a는 준비 단계이다. 우선 기판(1)위에 제 1 점성 물질(2)을 도포한다. 그리고, 패턴이 형성된 프레임(3)을 준비한다 도 2b는 접촉 단계이다. 즉, 패턴이 형성된 프레임(3)을 기판(1)측으로 수직이동시켜서 제 1 점성 물질(2)과 프레임(3)의 패턴이 접촉하도록 한다 도 2c는 드로잉 단계이다. 제 1 점성 물질(2)과 점촉한 프레임(3)을 수직으로 상방향 이동시킴으로서 제 1 점성 물질(2)을 드로잉시킨다. 도 2d는 니들형 모델(4) 형성 단계이다. 도 2c의 드로잉 단계를 계속하게 되면, 도 2d와 같이 제 1 점성 물질(2)로 이루어지는 니들형 모델(4)이 완성되게 된다. 여기서 니들형 모델(4)의 형상은 바람직하게는 모두 동일한 형상으로 이루어져야 한다. 그러나 본 발명에서는, 후술하는 불투광막을 이용하여 첨두 부분을 제거하게 되기 때문에, 니들형 모델(4)의 높이나 형상에 다소 오차가 있다 하더라도, 최종 중공형 마이크로 니들의 형상은 일정하게 제작할 수 있다.
한편, 니들형 모델(4)위에 금속층이나 질화막, 산화막 등으로 이루어지는 희생막(5)을 형성한다(도 2e 참조). 그 다음에는, 다시 희생막(5) 위에 제 2 점성 물질(6)을 도포하게 된다(도 2f). 여기서 제 1 점성 물질(2)과 제 2 점성 물질(6)은 그 물성이 반대가 된다. 예컨대, 제 1 점성 물질(2)은 양성 감광성 수지로 구성되고, 제 2 점성 물질(6)은 음성 감광성 수지로 구성될 수 있다. 이 상태에서, 불투광막(7)인 불투명성 잉크를 첨두에 묻힌다(도 2g). 즉, 불쿠명성 잉크에 상기 기판을 역방향으로 뒤집어서 이동시킴으로서, 복수의 니들형 모델에 동시에 불투명성 잉크를 부착시킬 수 있게 된다. 그 다음, 도 2h와 같이 UV광과 같은 경화광을 조사하게 되면, 제 1 점성 물질(2)은 연화되게 되고, 제 2 점성 물질(6)을 경화되게 된다. 이 때, 화살표 방향으로 기판(1)은 이동시킨 후, 광을 조사하게 되면, 불투광막(7)은, 저항력에 의하여 비대칭 형상을 이루게 되고, 이 상태에서 UV 광을 조사할 수 있게 된다. 이 때 UV 광은 직하 방식으로 광을 조사할 수도 있고, 또는 목적에 따라 측광방식이나 경사광 방식으로 광을 조사할 수 있다. 이와 같이 UV 광을 조사하게 되면, 도 2i와 같이, 제 2 점성 물질(6)의 대부분(6-1: 저면부)은 경화되지만, 불투광막(7) 아래의 제 2 점성 물질(6-2)는 경화되지 않게 된다. 그 다음, 현상액등을 제 1 점성 물질을 제거하고, 전용 식각용액을 통해 희생막(5)을 제거하게 되면, 도 2j와 같은 중공형 마이크로 니들의 생성이 완료되게 된다. 이 때, 제 2 점성 물질(6)만을 남기고 제 1 점성 물질(2)과 희생막(5)의 제거는 리프트 오프(lift off) 방식으로 제거될 수 있다. 이 리프트 오프 방식으로 제 1 점성 물질(2)과 희생막(5)을 제거하기 위하여 스크라이브 라인(scribe line)을 형성하기 위한 마스크 공정이 이루어지고, 이 마스크 공정 후 노광이 수행되면, 스크라이브 라인 부위의 제 2 점성 물질(6)이 제거될 수 있게 된다. 그 다음, 현상액으로 제 1 점성 물질(2)을 제거하고, 전용 식각 용액을 이용하여 희생막(5)을 제거할 수 있다.
이하에서는 상술한 구성에 따라 생성된 중공형 마이크로 니들의 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은, 본 발명의 일실시예인, 중공형 마이크로 니들의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 중공형 마이크로 니들(10)은 중공부(H)를 구비하며, 저면부(12)는 제 1 두께(D1)를, 첨부(11)는 제 2 두께(D2)를 갖는다. 즉 제 2 점성 물질(6)을 도포하게 되면 중력에 의해 저면부(12)는 두껍고, 첨부(11)는 가늘게 된다. 이에 따라, 견고한 구조를 갖는 중공형 마이크로 니들(10)이 되게 된다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 일실시예에 따르면, 자기 정렬 방식으로 동일한 위치에 니들의 개구부를 형성할 수 있게 되어서 마스크 공정등이 불필요하게 되여, 제조 공정이 간단해지고, 공정 난이도가 최소화되어서 제조 원가를 낮출 수 있다.
또한,본 발명의 일실시예에 따르면, 니들형모델의 형상이 불균일하더라도, 최종 형상을 균일하게 할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 불투명 잉크인 불투광막의 도포가 불량인 경우, 불투광막만을 제거한 후 다시 공정을 진행할 수 있기 때문에 공정 효율일 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 저면부의 두께가 두꺼워지게 되므로, 견고한 구조를 가지게 된다.
상기와 같이 설명된 중공형 마이크로 니들 제조 방법 및 그에 의해 제조된 중공형 마이크로 니들은, 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
1 : 기판
2 : 제 1 점성 물질
3 : 프레임
4 : 니들형 모델
5 : 희생막
6 : 제 2 점성 물질
7 : 불투광막

Claims (16)

  1. 기판 표면에 양성 감광성 수지를 포함하는 제 1 점성 물질을 도포하는 단계;
    상기 제 1 점성 물질을 드로잉시키면서 응고시켜 니들형 모델을 형성하는 단계;
    상기 니들형 모델에 희생막을 도포하는 단계;
    상기 희생막 위에 음성 감광성 수지를 포함하는 제 2 점성 물질을 도포시키는 단계;
    상기 제 2 점성물질의 첨두에 불투광막을 형성하는 단계; 및
    상기 니들형 모델와 상기 희생막을 제거하고, 상기 제 2 점성 물질을 응고시켜, 제 2 점성 물질로 이루어지는 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계는,
    노광에 의해 상기 니들형 모델을 소프튼시켜 제거시키면서, 제 2 점성 물질을 응고시키는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 니들형 모델에 희생막을 도포하는 단계는,
    스퍼터링 장비를 이용하여 상기 니들형 모델에 알루미늄, 티타늄, 질화티타늄, 크롬 및 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 금속을 증착시키는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 니들형 모델에 금속층을 증착시키는 단계는,
    PECVD를 이용한 산화막 또는 질화막을 상기 니들형 모델에 도포하는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 불투광막에 대한 검사를 실행하는 단계;
    상기 검사 결과, 상기 불투광막의 도포가 비정상으로 판단되는 경우, 상기 불투광막을 제거하고 다시 불투광막을 형성하는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 불투광막은 유동체이고,
    상기 제 2 점성물질의 첨두에 불투광막을 형성하는 단계는
    상기 제 2 점성물질의 도포된 니들형 모델 불투광 잉크를 접촉시킨 후, 일방향으로 이동시켜 비대칭형 불투광막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 니들형 모델와 상기 희생막을 제거하고, 상기 제 2 점성 물질을 응고시켜, 제 2 점성 물질로 이루어지는 중공형 마이크로 니들을 형성하는 단계는,
    상기 희생막을 용매로 녹여 제거하는 단계를 더 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노광에 의해 니들형 모델을 소프튼시켜 제거하고 제 2 점성 물질을 응고시키는 단계는,
    경사 노광에 의해 상기 중공형 마이크로 니들의 개구부를 비대칭형상을 갖도록 하는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 희생막은 금속층이고,
    상기 희생막을 용매로 녹여 제거하는 단계는,
    상기 금속층을 에칭액을 이용하여 제거하는 단계를 포함하는, 중공형 마이크로 니들 제조 방법.
  13. 제 1 항에 의하여 제작된 중공형 마이크로 니들
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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