用于透皮给药的MEMS金属微针技术研究

摘要

传统给药方式是口服给药和静脉注射给药，它们是很方便的给药方式，可以满足大部分药物的需求。但是，这两种给药方式也有各自的缺点。口服给药由于要经过胃肠等消化道，经过新陈代谢作用，很多药物尤其是蛋白质类药物的药效降低；静脉注射给药不仅需要专业人员操作，而且会给病人造成疼痛感，不适用于长期连续给药。为了克服上述局限性，利用MEMS技术制作的微针用于给药领域，开拓了一种新的给药方式——微针透皮给药，不仅可用于大分子蛋白质类药物给药，而且满足了无痛、微创、连续给药的需求。 本文围绕基于MEMS技术的金属微针展开研究，主要通过光刻、湿法刻蚀和电镀等工艺制备了同平面微针和异平面微针，主要研究内容如下：一、设计了不同结构的MEMS微针，并利用有限元分析软件ANSYS对不同参数如厚度、长度和宽度进行仿真。二、研究了MEMS微针的制作工艺，采用光刻、溅射、电镀等技术，实现了微针的制作，制作工艺简单，避免了采用昂贵的设备。在制备过程中，采用金属镍作为微针材料。通过改变掩模，制备了不同结构的同平面微针并研究了同平面微针向异平面微针过渡的方案。采用刻蚀锥坑的方法制备了低成本的异平面中空微针，为了增加微针长度，改善了制备工艺。三、采用同平面实心微针设计了微针电致孔装置，并对鼠皮进行透皮给药测试，确定了最优的电脉参数；最后通过微针致孔的FE-SEM照片分析了微针孔道的尺寸。 仿真结果证明厚度是影响微针承受最大力的最主要因素。制备的微针阵列，同平面微针为楔形，长度420μm，厚度50μm，底部宽度210μm，顶部宽度30μm，微流道宽度50μm。异平面微针为倒四棱台形，底部宽度410μm，壁厚50μm，高度270μm。给药测试证明电致孔方法能够有效增强透皮给药效果，电脉参数为5ms，120V。微针在皮肤上形成的孔道直径约15μm，验证微针的透皮效果。