专利名称：基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法
技术领域：
本发明涉及一种加工微探针的方法，特别是一种基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法。属于微细加工技术领域。
背景技术：
传统的皮下注射法一般需要让针头穿透皮肤表层并深入皮肤以下，以便直接将药物送入血管。因此这一过程不仅伴随着疼痛，而且注射技术需接受一定的培训才能掌握。而微型针仅仅刺穿皮肤表面角质层而不再深入，药物通过毛细血管进入血液循环系统。由于角质层中不含神经末梢，注射过程中不会感到明显疼痛。微型针头的操作过程亦非常简单，只须直接将针头陈列贴上皮肤即可，特别适用于小剂量注射高效药物。
目前报道的微探针研究主要有三种方法。一是采用硅工艺，通过湿法腐蚀或反应离子刻蚀技术加工硅微探针，二是利用激光加工、电镀与湿法腐蚀等工艺加工金属微针，上述两种方法存在工艺复杂，加工周期长，成本高的缺点，都难以满足生物医学上一次使用的要求。三是Jung-Hwan Park等人在2003年《the16th annual international conference on micro electro mechanicalsystems》(第十六届微光机电系统国际年会)上第371页至第374页发表的名为“Micromachined Biodegradable Microstructures”(微加工生物可降解微结构)的文章，该文中介绍的利用SU-8光刻胶制备微针结构母版，然后复制出PDMS模子，再利用该模子浇铸可生物降解微探针。该方法虽然可实现微探针的批量化生产，但因为PDMS材料很软，用它来复制微针只能采用浇铸方法，因此用它来复制微针所需的加工时间比金属模具所采用的模压工艺要长，而且适用PDMS模具来加工的材料也比金属模具少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，采用三维微细加工工艺与激光切割技术，电铸得到带斜面的金属模具，用该模具就可批量复制带顶部斜面的聚合物微探针，因此该加工方法具有工艺简单，工艺周期短，成本低的优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的具体步骤如下A在基片上沉积金属做种子层。
B在沉积好的种子层上甩光刻胶，并进行前烘、曝光、后烘、显影。
C激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构。
D电铸金属模具。
E去除光刻胶。
F用金属模具复制聚合物微针。
本发明首先光刻出光刻胶微结构，在激光切割出光刻胶顶部斜面后电铸金属模具，用于批量复制聚合物微探针。金属可以是镍、铁镍合金或铜等。
微针的外径以及微针的内孔直径均由光刻掩膜版上掩膜尺寸决定，改变掩膜版上掩膜尺寸就得到不同外径以及内孔直径的微针，微针可以是单个，也可以是阵列。微针的长度决定于光刻胶厚度。
本发明利用激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构，因此该方法只需调整激光的切割路径就可得到不同斜度的光刻胶顶部斜面，相应就可得到不同顶部斜度的微针。
在步骤A中，金属材料的选择要充分考虑与后面甩的光刻胶之间的结合力，本发明采用金属钛，氧化发黑处理以提高其与光刻胶的结合力。
在步骤B中，光刻胶的厚度决定于所需要微针的长度，因此该方法适用于加工不同长度的微针。当微针的长度要求毫米量级时，在第一次完成后烘的光刻胶上面甩第二层胶，然后对准曝光，后烘，一起显影。
在步骤C中，利用激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构。根据所需斜面斜度来控制激光的切割路径。
在步骤D中，因为电铸模具所需的时间较长，所以优先采用低速小应力电铸工艺。
在步骤E中，采用去除光刻胶的溶剂来去胶。
在步骤F中，模压加工周期的长短主要决定于加热和冷却两个环节，因此模压材料的模压温度与脱模温度是两个关键因素，在合格率允许的条件下，应选择尽可能低的模压温度与尽可能高的脱模温度。模压时的压力应尽可能地低，以减少模具损坏，延长模具的使用寿命。复制的聚合物可以是塑料也可是橡胶，复制塑料微针采用模压的方法，复制橡胶材料微针可采用浇铸的方法，该方法需经聚合反应才能实现。
本发明采用三维微细加工工艺与激光切割技术加工出金属模具，然后复制微针的方法来加工微针，所以它是一种批量化的微针加工方法，加工成本低，另外与现有加工技术不同的是(1)由于该技术加工得到的微针模具为金属材料，不仅模具寿命长，而且适宜用该技术来加工的材料范围更宽，既可用来模压塑料类聚合物，也可用来浇铸橡胶类聚合物。(2)利用激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构，因此该方法只需调整激光的切割路径就可得到不同斜度的光刻胶顶部斜面，相应就可得到不同顶部斜度的微针。
图1本发明方法流程图具体实施方式
如图1所示，以下结合本发明方法的具体内容提供实施例首先在硅基片上沉积2微米的金属钛做种子层，然后进行氧化处理，具体的氧化工艺为将15克的NaOH溶解在750ml的DI水中，为提高氧化速率与氧化均匀性，氧化在65℃水浴锅中进行，当水浴锅温度达到50℃时，加入15ml双氧水，当水浴锅温度达到65℃时将片基片放入，三分钟结束氧化，然后放入DI水中清洗基片。
在氧化并清洗干净的基片上甩500微米SU-8光刻胶，然后进行前烘，前烘条件为在65℃烘半小时，95℃烘2.5小时后随炉冷却。前烘好的基片进行曝光，曝光条件为4500mJ/cm2。曝光后的基片进行后烘，后烘条件为65℃烘半小时，95℃烘1小时后随炉冷却。后烘好的基片进行显影，显影条件为30分钟。
采用Exitech公司生产的8000型激光系统Lpx210i激光源，以80Hz频率、0.4J/cm2的功率进行切割。
将显影干净的基片进行电铸，电铸金属镍的条件为电铸液PH值5，温度50℃，电铸速率控制在14微米/小时时电铸金属的质量较好。
用去SU-8胶的溶剂去除嵌在模具中的光刻胶。
用镍模具压制PC材料微针，采用的模压条件为模压温度200℃，模压压力5000N，模压时间60S，脱模温度120℃，脱模速度0.2(mm/s)。
金属模具上有多达近万个的微针，因此模压一次就可复制出很多微针，实现微针批量化加工，由于该技术加工得到的微针模具为金属材料，不仅模具寿命长，而且适宜用该技术来加工的材料范围更宽，既可用来模压塑料类聚合物，也可用来浇铸橡胶类聚合物。
本发明利用激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构，因此该方法只需调整激光的切割路径就可得到不同斜度的光刻胶顶部斜面，相应就可得到不同顶部斜度的微针。
权利要求
1.一种基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征在于，包括如下步骤A在基片上沉积金属做种子层；B在沉积好的种子层上甩光刻胶，并进行前烘、曝光、后烘、显影；C激光切割光刻胶顶部得到顶部斜面结构；D电铸金属模具；E去除光刻胶；F用金属模具复制聚合物微针。
2.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，首先光刻出光刻胶微结构，在激光切割出光刻胶顶部斜面后电铸金属模具，模具金属是镍、铁镍合金或铜。
3.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，微针的外径以及微针的内孔直径均由光刻掩膜版上掩膜尺寸决定，微针是单个或者是阵列，微针的长度决定于光刻胶厚度。
4.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，复制的聚合物是塑料或橡胶，复制塑料微针采用模压的方法，复制橡胶微针采用浇铸的方法。
5.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，在步骤A中，金属材料采用金属钛，氧化发黑处理以提高其与光刻胶的结合力。
6.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，在步骤B中，光刻胶的厚度决定于所需要微针的长度，当微针的长度要求毫米量级时，在第一次完成后烘的光刻胶上面甩第二层胶，然后对准曝光，后烘，一起显影。
7.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，在步骤C中，采用激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构，只需调整激光的切割路径就得到各种斜度的光刻胶顶部斜面，得到相应顶部斜度的微针。
8.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，在步骤D中，采用低速小应力电铸工艺。
9.根据权利要求1所述的基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，其特征是，在步骤E中，采用去除光刻胶的溶剂来去胶。
全文摘要
一种基于三维微细加工工艺的批量加工微探针的方法，属于微细加工技术领域。本发明的具体步骤为在基片上沉积金属做种子层；在沉积好的种子层上甩光刻胶，并进行前烘、曝光、后烘、显影；激光切割光刻胶顶部以得到顶部斜面结构；以光刻胶微结构为模子电铸金属模具；去除光刻胶，得到复制微针用金属模具；用金属模具复制聚合物微针。本发明不仅能实现低成本、批量化的微针加工，而且适宜加工的材料范围更为广泛，进一步拓宽了微探针在生物医学领域中的应用。
文档编号A61M5/00GK1555893SQ200310109880
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者朱军, 朱 军 申请人:上海交通大学