专利名称：用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法
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 OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING》(微机械与微工禾呈学报)(2004年第14
期597页-603页)上发表的"A tapered hollow metallic microneedle array
using 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 — 100iim。
所述刻蚀出倒四棱锥，是指刻蚀出深度为200 — 500" m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， 容易剌入皮肤；微针的工艺简单，降低了成本。
图1为异平面金属空心微针制作工艺流程其中l一l为双抛氧化硅片准备；l一2为旋涂光刻胶；1 —3为曝光显影并 刻蚀出Si02窗口； 1一4为刻蚀硅V形槽；l一5为去除Si02并溅射Cu/Cr; l—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。
具体实施例方式
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500um，其中Si02 厚度约2 3um。
2、 正面甩胶。在180。C条件下烘基片2 3小时，甩正胶5"m。
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400 u m正方形光刻胶窗口 。
4、 刻蚀Si02。背面甩胶保护，在135r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:H20:MiF =28ml:170ml:113g)刻蚀Si02，开出宽度为400 y m正方形Si02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 刻胶会溶解在下歩的碱溶液，露出Si02。
6、 刻蚀Si。利用Si(M乍为掩膜，采用K0H溶液(配方KOH:H,O二44g:100ml) 刻蚀出深度约为330y m的Si倒四棱锥硅槽。
7、 采用BHF刻蚀液去除Si02，在基片正面溅射Cu/Cr(1400 A /100A)作为 导电层。
8、 电镀镍厚度为50um，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 60 ti m。
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60 y m高度的微针顶端后，就开出约10 w m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500um，其中Si02 厚度约2 3um。
2、 正面甩胶。在180'C条件下烘基片2 3小时，甩正胶5um。
3、 光刻显影。利用一己做好目标图形的掩膜板，在UV下曝光，显影后开出 边长为400 y m的正方形光刻胶窗口 。
4、 刻蚀Si02。背面甩胶保护，在135'C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:H20:NH4F =28ml:170ml:113g)刻蚀Si02，开出宽度为400um正方形Si02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SiCU乍为掩膜，采用K0H溶液(配方:K0H:H20二44g:100ml) 刻蚀出深度为330 u m的Si倒四棱锥硅槽。
7、 采用BHF刻蚀液去除Si02，在基片正面溅射Cu/Cr(1400 A /100A)。
8、 电镀金厚度为5um，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20nm，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20um，由于 微针是中空的，当打磨掉约20um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500um，其中Si02 厚度约2 3um。
2、 正面甩胶。在180'C条件下烘基片2 3小时，甩正胶5"m。
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400 u m的正方形光刻胶窗口 。
4、 刻蚀Si02。背面甩胶保护，在135。C条件下烘片1小时，目的是使光刻 胶在朋F溶液中不脱落。利用正胶作为掩膜，采用BHF刻蚀液(配方:HF:H20:丽4F =28ml:170ml:113g)刻蚀Si02，开出宽度为400um正方形Si02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S i 。利用S i02作为掩膜，采用KOH溶液(配方KOH: H20=44g: 1 OOml)
刻蚀出深度为500u m的Si倒四棱锥硅槽。
7、 采用BHF刻蚀液去除SiO"在基片正面溅射Cu/Cr (1400 A /100A)。
8、 电镀不锈钢厚度为100um，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120wm，由于 微针是中空的，当打磨掉约120um高度的微针顶端后，开出微流道。
1
0、 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。
权利要求
1、一种用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法，其特征在于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。
2、 根据权利要求1所述的用于透皮给药的异平面金属空心微针的制作方法， 其特征是，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。
3、 根据权利要求1所述的用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法， 其特征是，所述基片为(100)面的双抛氧化硅片。
4、 根据权利要求1所述的用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法， 其特征是，所述电镀金属层的金属，是指金属镍、不锈钢、金、钛中的一种。
5、 根据权利要求1所述的用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法， 其特征是，所述电镀金属层的厚度，是指5um—100um。
6、 根据权利要求1所述的用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法， 其特征是，所述刻蚀出倒四棱锥，是指刻蚀出深度为200um—500um的Si倒四 棱锥硅槽。
7、 根据权利要求1所述的用于透皮给药的异平面金属空心微针制作方法， 其特征是，所述异平面金属空心微针，是指中空的四棱锥金属针。
全文摘要
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。
文档编号B81C1/00GK101342404SQ20081004216
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者刘景全, 沈修成, 王亚军, 郭忠元 申请人:上海交通大学