用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法

摘要

本发明涉及一种医用器械技术领域的用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法。本发明首先在氧化硅基片上旋涂光刻胶，经过曝光显影后露出二氧化硅窗口，刻蚀二氧化硅；其次，以二氧化硅为掩膜刻蚀硅形成倒四棱锥图形；接着溅射金属导电层，然后电镀金属层；再去除电镀的金属倒四棱锥底端，开出微流道；最后去除硅，得到异平面金属空心微针。与现有技术相比，本发明使异平面金属微针具有了微流道，而且制作工艺简单，成本低；微针容易刺入皮肤，实现了连续给药。

说明书

技术领域

本发明涉及一种医用器械技术领域的金属空心微针制作方法，具体地说，涉及的是一种用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法。

背景技术

目前出现一类新型的给药技术即透皮给药。透皮给药是在皮肤表面给药，使药物以接近恒定速度通过皮肤各层，经毛细血管吸收进入体循环产生全身或局部治疗作用。微机电技术(MEMS)制作的微针在透皮给药领域得到广泛关注。人体皮肤由角质层(10～15微米厚)、活性表皮层(50～100微米厚)和真皮层组成。角质层由致密的角质细胞组成，是药物经皮输送的主要障碍。角质层以下是表皮层，含有活性细胞和少量的神经组织，但没有血管。表皮层以下是真皮层，是皮肤的主要组成部分，含有大量的活细胞、神经组织和血管组织。MEMS微针尺寸在微米级，因此刺入皮肤后不与神经接触，避免了对病人造成痛感。另外，MEMS微针在皮肤造成了真实的物理通道，因此药物可以很容易穿过角质层进入血管。MEMS微针结构与传统注射器的针头相似，针尖呈对称圆锥形或非对称斜面形，从内部结构可分为空心与实心微针，空心微针的针尖末端有空腔与之相连，而实心微针没有空腔；从制作工艺可分为同平面微针(in-plane)与异平面微针(out-of-plane)，同平面微针的轴或空腔平行于基底的表面，异平面微针的轴或空腔垂直于基底的表面。

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。硅材料的性能优异、便于集成化、成本低、制作工艺技术成熟。但是由于硅易脆断以及它的生物兼容性问题，所以硅微针不能直接用于人体治疗，需要在其表面进行修饰如溅射金属或涂以聚合物来改善硅易脆断的性能以及生物兼容性。聚合物如PDMS等具有极好的生物兼容性，可以作为制作微针的材料，但是聚合物微针的一个主要缺点是机械性能较差，在刺入皮肤时容易失效。金属坚硬不易破脆，而且金属如钛金、不锈钢等是生物相容性材料。对金属微针的描述多为平面微针，少有异平面微针尤其是异平面空心微针的文献。

经对现有技术的文献检索发现，Kabseog Kim等在《JOURNAL OFMICROMECHANICS AND MICROENGINEERING》(微机械与微工程学报)(2004年第14期597页——603页)上发表的“A tapered hollow metallic microneedle arrayusing backside exposure of SU-8”(使用背部曝光SU-8的锥形空心金属微针阵列)，该文中提出采用背部曝光SU-8制作了锥形空心金属微针，方法为：(1)从玻璃基底背部曝光第一层SU-8胶；(2)在已曝光的第一层SU-8胶上准备第二层SU-8胶；(3)通过玻璃基底和已曝光的第一层SU-8胶，曝光第二层SU-8胶，形成锥形SU-8结构；(4)在锥形SU-8结构上溅射Cr/Cu；(5)电镀金属镍；(6)利用SU-8胶平面化整个结构；(7)机械打磨SU-8，开出微针顶部；(8)去除平面化的SU-8胶并把微针层从玻璃基底分离；(9)去除SU-8。虽然该文献制作的是锥形微针，但倾斜的角度只有3.08度，几乎等同于圆柱微针，所以很难刺入皮肤；另外，形成SU-8胶锥形结构的工艺也较复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法，使异平面金属微针具有了微流道，而且制作工艺简单，成本低；微针容易刺入皮肤，实现了连续给药。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先在氧化硅基片上旋涂光刻胶，经过曝光显影后露出二氧化硅窗口，刻蚀二氧化硅；其次，以二氧化硅为掩膜刻蚀硅形成倒四棱锥图形；接着溅射金属导电层，然后电镀金属层；再去除电镀的金属倒四棱锥底端，开出微流道；最后去除硅，得到异平面金属空心微针。

所述去除电镀的金属倒四棱锥底端，开出微流道，是指：利用剩余硅作为掩膜，采用金属刻蚀液去除刻蚀微针的裸露部分，开出微流道；或者采用机械打磨抛光方法从背面去除材料，开出的微流道。

所述基片为(100)面的双抛氧化硅片。

所述电镀金属层的金属，是指金属镍、不锈钢、金、钛。

所述电镀金属层的厚度，是指5-100μm。

所述刻蚀出倒四棱锥，是指刻蚀出深度为200-500μm的Si倒四棱锥硅槽。

所述异平面金属空心微针，是指中空的四棱锥金属针。

本发明异平面金属空心微针的材料为金属，具有很好的机械特性，易于刺入皮肤，与现有技术相比，具有以下优点：制作了一种金属异平面微针，使得微针的数目大大增加；制作了一种空心微针，实现了连续给药；微针的倾斜角度较大，容易刺入皮肤；微针的工艺简单，降低了成本。

附图说明

图1为异平面金属空心微针制作工艺流程图；

其中：1-1为双抛氧化硅片准备；1-2为旋涂光刻胶；1-3为曝光显影并刻蚀出SiO₂窗口；1-4为刻蚀硅V形槽；1-5为去除SiO₂并溅射Cu/Cr；1-6为电镀金属金属形成微针。

图2为单个异平面金属空心微针立体图；

其中：2-1为微针顶侧视图，2-2为微针背侧视图。

图3为异平面金属空心微针阵列图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，给出了用于透皮给药的异平面金属空心微针制备方法实施例的实施过程，具体描述如下。

实施例1：

1、基片准备。准备一片(100)面的双抛氧化硅片，厚度500μm，其中SiO₂厚度约2～3μm。

2、正面甩胶。在180℃条件下烘基片2～3小时，甩正胶5μm。

3、光刻显影。利用一已做好目标图形的掩膜板，在UV下曝光，显影后开出边长为400μm正方形光刻胶窗口。

4、刻蚀SiO₂。背面甩胶保护，在135℃条件下烘片1小时，目的是使光刻胶在BHF溶液中不脱落。利用正胶作为掩膜，采用BHF刻蚀液(配方：HF∶H₂O∶NH₄F＝28ml∶170ml∶113g)刻蚀SiO₂，开出宽度为400μm正方形SiO₂窗口。

5、去除光刻胶。在丙酮中超声清洗5分钟，去除作掩膜的光刻胶，因为光刻胶会溶解在下步的碱溶液，露出SiO₂。

6、刻蚀Si。利用SiO₂作为掩膜，采用KOH溶液(配方：KOH∶H₂O＝44g∶100ml)刻蚀出深度约为330μm的Si倒四棱锥硅槽。

7、采用BHF刻蚀液去除SiO₂，在基片正面溅射Cu/Cr(1400/100)作为导电层。

8、电镀镍厚度为50μm，形成异平面金属微针，此时形成的微针是中空微针。

9、背面刻蚀Si。采用KOH溶液去除背面部分Si，直至露出金属微针高度60μm。

10、利用剩余Si作为掩膜，采用镍刻蚀液去除刻蚀微针的裸露部分。由于微针是中空的，当刻蚀掉约60μm高度的微针顶端后，就开出约10μm的微流道。

11、采用KOH溶液去除剩余Si，释放出异平面金属空心微针。

实施例2：

1、基片准备。准备一片(100)面的双抛氧化硅片，厚度500μm，其中SiO₂厚度约2～3μm。

2、正面甩胶。在180℃条件下烘基片2～3小时，甩正胶5μm。

3、光刻显影。利用一已做好目标图形的掩膜板，在UV下曝光，显影后开出边长为400μm的正方形光刻胶窗口。

4、刻蚀SiO₂。背面甩胶保护，在135℃条件下烘片1小时，目的是使光刻胶在BHF溶液中不脱落。利用正胶作为掩膜，采用BHF刻蚀液(配方：HF∶H₂O∶NH₄F＝28ml∶170ml∶113g)刻蚀SiO₂，开出宽度为400μm正方形SiO₂窗口。

5、去除光刻胶。在丙酮中超声清洗5分钟，去除作掩膜的光刻胶，因为光刻胶会溶解在下步的碱溶液。

6、刻蚀Si。利用SiO₂作为掩膜，采用KOH溶液(配方：KOH∶H₂O＝44g∶100ml)刻蚀出深度为330μm的Si倒四棱锥硅槽。

7、采用BHF刻蚀液去除SiO₂，在基片正面溅射Cu/Cr(1400/100)。

8、电镀金厚度为5μm，形成异平面金属微针，此时形成的微针是中空微针。

9、背面刻蚀Si。采用KOH溶液去除背面部分Si厚度为20μm，露出金属微针顶部。

10、采用机械打磨抛光方法(CMP)从背面去除材料，厚度为20μm，由于微针是中空的，当打磨掉约20μm高度的微针顶端后，开出微流道。

11、采用KOH溶液去除剩余Si，释放出异平面金属空心微针。

实施例3：

1、基片准备。准备一片(100)面的双抛氧化硅片，厚度500μm，其中SiO₂厚度约2～3μm。

2、正面甩胶。在180℃条件下烘基片2～3小时，甩正胶5μm。

3、光刻显影。利用一已做好目标图形的掩膜板，在UV下曝光，显影后开出边长为400μm的正方形光刻胶窗口。

4、刻蚀SiO₂。背面甩胶保护，在135℃条件下烘片1小时，目的是使光刻胶在BHF溶液中不脱落。利用正胶作为掩膜，采用BHF刻蚀液(配方：HF∶H₂O∶NH₄F＝28ml∶170ml∶113g)刻蚀SiO₂，开出宽度为400μm正方形SiO₂窗口。

5、去除光刻胶。在丙酮中超声清洗5分钟，去除作掩膜的光刻胶，因为光刻胶会溶解在下步的碱溶液。

6、刻蚀Si。利用SiO₂作为掩膜，采用KOH溶液(配方：KOH∶H₂O＝44g∶100ml)刻蚀出深度为500μm的Si倒四棱锥硅槽。

7、采用BHF刻蚀液去除SiO₂，在基片正面溅射Cu/Cr(1400/100)。

8、电镀不锈钢厚度为100μm，形成异平面金属微针，此时形成的微针是中空微针。

9、采用机械打磨抛光方法(CMP)从背面去除材料，厚度为120μm，由于微针是中空的，当打磨掉约120μm高度的微针顶端后，开出微流道。

10、采用KOH溶液去除剩余Si，释放出异平面金属空心微针。

如图2-3所示，1为微针针体部分，2为微针微流道，3为微针基底。本实施例所涉及的用于透皮给药的异平面金属空心微针，其微针针体部分形状为倒四棱台形，截面锥角可以达到70.6度，所述的截面锥角是指通过四棱台的对称轴取一截面，延长此面的两个侧边得到的一顶角。

为了证明异平面金属空心微针能够传输药物，用浓度为0.7g/ml的苯酚红水溶液模拟药物，用磷酸盐缓冲液模拟人体液环境。由于苯酚红水溶液是红色的，最后在磷酸盐缓冲液中发现红色苯酚红，证明了药物可以通过微针传输。