专利名称：实心微针阵列的切割制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种生物医学工程技术领域的微针制备方法，具体是一种实心微 针阵列的切割制备方法。
背景技术：
微针经皮给药以其便利的操作，优良的性能，无痛等特点，应用越来越广泛。应用 微针给药时，微针的形貌特别是针尖形状对微针给药的效果有很大的影响。目前通常主要 采用干法刻蚀，湿法腐蚀等方法加工微针，这些方法都可以加工出相应形状的微针。干法刻 蚀一般是各相同性刻蚀形成微针针尖，成本较高；湿法腐蚀使得微针的针尖形状不可控。经对现有技术文献的检索发现，N. Baron, J. Passave，B. Guichardaz， G. · Cabodevila 等在 Microsyst Technol (2008) 14 :1475_1480 撰文 “Investigations of development process of highhollow beveled microneedles using a combination of ICP RIE and dicing saw( “用感应耦合离子刻蚀和切割机加工高斜面空心微针的研究” 《微系统技术》)。该文献中提及的加工微针阵列的方法是采用感应耦合离子刻蚀和切割机 加工斜面针尖微针阵列(1) 1毫米厚的硅片双面旋涂400纳米厚的铝；(2)双面铝层上甩 光刻胶并图形化正面的光刻胶；(3)以光刻胶为掩膜刻蚀正面的铝；(4)图形化背面的光刻 胶；(5)以光刻胶为掩膜刻蚀背面的铝；(6)以铝为掩膜刻蚀出通孔；(7)切片机切割出针 尖。然而该方法采用感应耦合离子刻蚀和切片机加工微针，成本较高；先干法刻蚀，再切割， 使得加工比较困难；制备的微针针尖形貌较单一。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种实心微针阵列的切割制备方法， 制备方法简单且采用机械加工，尺寸可控；采用湿法刻蚀微针针尖，成本低利于普及。制造 出的微针形状多样，且针尖较尖锐，利于刺入皮肤。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用斜边宽底切割刀与直边宽底切割 刀组合或直接采用斜边宽底切割刀，根据切割方向、切割深度和切割间距对硅片进行切割 得到微针初坯，最后采用湿法腐蚀修饰微针初坯，得到基于切割的实心微针。本发明包括以下步骤第一步、设计底部宽度为0. 2 0. 6mm的斜边宽底切割刀和直边宽底切割刀。所述的斜边宽底切割刀的切割刀截面的锥度在0 90°之间。所述的直边宽底切割刀是指切割刀截面没有锥度的刀具。第二步、切割刀沿着硅片上的弦向进行若干次垂直或斜向切割，切割得到微针粗 坯阵列；所述的弦向是指以硅片的中心为圆心的若干个弓形的弦的方向，所述弦的长度 小于硅片的直径。所述的垂直或斜向是指以下两种方式中的任一一种
1)水平方向上每一次与前一次的切割方向相互垂直，构成四边形式切割，切割面与竖直平面呈0度 90度；2)水平方向上每一次与前一次切割的方向呈锐角，构成多边形式切割，切割面与 竖直平面呈0度 90度；所述的锐角的角度为360/n度，其中η为大于4的整数。所述的切割的间距为直边宽底切割刀或斜边宽底切割刀的底部宽度。所述的切割的深度为微针粗坯的高度。所述的微针粗坯阵列还可以通过采用直边宽底切割刀沿着切割槽向下切割得到 微针台阶；第三步、采用混合酸液修饰微针粗坯阵列的形貌，得到基于切割的实心微针阵列。所述的混合酸液是指将硝酸与氢氟酸的体积比为19 1的比例进行混合。本发明采用机械方法加工出硅微针粗坯阵列并采用湿法刻蚀修饰微针粗坯阵列， 得到尖锐的微针阵列，工艺简单，成本低，加工出的微针具有精准的尺寸，形状多样，且具有 良好的锋利性，减小了刺入皮肤时的阻力。
图1为切割刀截面示意图；其中图Ia为斜边宽底切割刀示意图，图Ib为直边宽底切割刀示意图。图2为刀具切割方向示意图；其中图2a和图2b为形成底部形状为方形微针粗坯阵列的切割方向示意图，图 2c为形成底部形状为三角形微针粗坯阵列的切割方向示意图，图2d为形成底部形状为菱 形微针粗坯阵列的切割方向示意图。图3为加工出的微针阵列形状图；其中图3a为具有一个斜面微针阵列，图3b为具有二个斜面微针阵列，图3c为四 棱锥微针阵列，图3d为三棱锥微针阵列，图3e为菱形四棱锥微针阵列，图3f为有台阶的一 个斜面微针阵列，图3g为有台阶的二个斜面微针阵列，图3h为有台阶的四棱锥微针阵列。
具体实施例方式下面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。实施例11.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀和底部宽度为400 μ m的 直边宽底切割刀以及1毫米厚、直径为75毫米的硅片；2.斜边宽底切割刀沿着切割方向1以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平 行切割硅片若干次，如图2a上的1方向所示；3.换直边宽底切割刀，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使直边宽底刀 切割刀沿着切割方向2以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次， 如图2a上的2方向所示；最后得到有一个斜面的四边形微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部长宽为400 X 400 μ m,高度为500 μ m,相邻的粗坯间距为800 μ m ；4.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是 指硝酸氢氟酸=190ml IOml0最终效果图如图3a所示。
实施例21.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀和1毫米厚、直径为75 毫米的硅片；2.斜边宽底切割刀沿着切割方向1以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平 行切割硅片若干次，如图2a上的1方向所示；3.接着，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切 割方向2以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2a上 的2方向所示，最后得到有两个斜面的四棱锥微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部长宽为 400 X 400 μ m，高度为500 μ m，相邻的粗坯间距为800 μ m ；4.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是 指硝酸氢氟酸=190ml IOml0最终效果图如图3b所示。实施例31.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀和1毫米厚、直径为75 毫米的硅片；2.斜边宽底切割刀在硅片上沿着切割方向1以400 μ m的切割间距和500 μ m的切 割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的1方向所示；3.接着，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切割 方向2以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的2方 向所示；4.然后，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切割 方向3以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的3方 向所示；5.最后，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切 割方向4以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的 4方向所示，得到四棱锥微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部长宽为400X400 μ m，高度为 500 μ m,相邻的粗坯间距为800 μ m ；6.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是 指硝酸氢氟酸=190ml IOml0最终效果图如图3c所示。实施例41.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀和底部宽度为400 μ m直 边宽底切割刀以及1毫米厚、直径为75毫米的硅片；2.旋转工作台，使斜边宽底切割刀的切割方向与工作台有一个夹角，沿此方向使 斜边宽底切割刀以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度在硅片上平行切割硅片若干次，如图2c上的1方向所示；3.然后工作台再旋转一定的角度，使斜边宽底切割刀沿着此方向以400 μ m的切 割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2c上的2方向所示；4.最后换直边宽底切割刀，再使工作台旋转一定的角度，使直边宽底切割刀沿着 此方向以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2c上的3 方向所示，得到三棱锥微针粗坯阵列，每个微针粗坯的边长为400X400X400 μ m，高度为 500 μ m,相邻的粗坯间距为800 μ m ；5.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是 指硝酸氢氟酸=190ml IOml最终效果图如图3d所示。实施例51.选择锥角20°的斜边宽底切割刀以及1毫米厚、直径为75毫米的硅片；2.旋转工具台，使斜边宽底切割刀的切割方向与工作台有一个夹角，沿此方向使 斜边宽底切割刀以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度在硅片上平行切割硅片若干 次，如图2d上的1方向所示；3.然后使工作台再旋转一定的角度，使斜边宽底切割刀沿着此方向以400 μ m的 切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2d上的2方向所示；4.接着使工作台再旋转一定的角度，使斜边宽底切割刀沿着此方向以400 μ m的 切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2d上的3方向所示；5.最后使工作台再旋转一定的角度，使斜边宽底切割刀沿着此方向以400μπι的 切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2d上的4方向所示，得到菱形棱 锥微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部边长为400 μ m，高度为500 μ m，相邻的粗坯间距为 800 μ m ；6.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是 指硝酸氢氟酸=190ml IOml最终效果图如图3e所示。实施例61.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀和底部宽度为400 μ m的 直边宽底切割刀以及1毫米厚、直径为75毫米的硅片；2.斜边宽底切割刀在硅片上沿着切割方向1以400 μ m的切割间距和500 μ m的切 割深度平行切割硅片若干次，如图Ia上的1方向；3.换直边宽底切割刀，使直边宽底切割刀沿着切割方向2上以400 μ m的切割间距 和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，4.接着用直边宽底切割刀沿着走切割方向1、切割方向2的切割槽切出台阶，最 后得到有台阶的一斜面微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部长宽为400X400 μ m，高度为 500 μ m,相邻的粗坯间距为800 μ m ；5.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是指硝酸氢氟酸=190ml IOml最终效果图如图3f所示。
实施例71.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀和底部宽度为400 μ m的 直边宽底切割刀以及1毫米厚、直径为75毫米的硅片；2.斜边宽底切割刀在硅片上沿着切割方向1以400 μ m的切割间距和500 μ m的切 割深度平行切割硅片若干次，如图2a上的1方向；3.垂直于上一步的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切割方向2以400 μ m的切割 间距和500 μ m的切割深度再平行切割硅片若干次，如图2a上的2方向；4.接着用直边宽底切割刀沿着切割方向1、切割方向2的切割槽切出台阶，得到有 台阶的两斜面微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部长宽为400X400 μ m，高度为500 μ m，相 邻的粗坯间距为800 μ m;5.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵 列。混合酸液是指硝酸氢氟酸=190ml 10ml，最终效果如图3g所示。实施例81.选择锥角20°、底部宽度为400 μ m的斜边宽底切割刀以及1毫米厚、直径为75 毫米的硅片；2.斜边宽底切割刀在硅片上沿着切割方向1以400 μ m的切割间距和500 μ m的切 割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的1方向所示；3.接着，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切割 方向2以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割若干次，如图2b上的2方向所 示；4.然后，垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向，使斜边宽底切割刀沿着切割 方向3以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的3方 向所示；5.垂直于上一步斜边宽底切割刀的切割方向使斜边宽底切割刀沿着切割方向4 以400 μ m的切割间距和500 μ m的切割深度平行切割硅片若干次，如图2b上的4方向所 示；6.接着用直边宽底切割刀沿着切割方向1、切割方向2、切割方向3、切割方向 4的切割槽切出台阶，得到有台阶的四棱锥微针粗坯阵列，每个微针粗坯的底部长宽为 400 X 400 μ m，高度为500 μ m，相邻的粗坯间距为800 μ m ；7.采用混合酸液修饰切割出的微针粗坯阵列，得到尖锐的微针阵列。混合酸液是 指硝酸氢氟酸=190ml IOml0最终效果图如图3h所示。本实施例采用机械加工与湿法修饰结合的方法加工微针阵列，成本低，加工出的微针形状多样，针尖较尖锐，具有良好的锋利性，减小了刺入皮肤时微针所受的阻力。特别 是机械加工，使得微针的尺寸和形状可控，工艺简单。同时本实施例又采用湿法修饰，使得 针尖更加尖锐，微针针体更加光滑。
权利要求
一种实心微针阵列的切割制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、设计底部底部宽度为0.2～0.6mm的斜边宽底切割刀和直边宽底切割刀；第二步、切割刀沿着硅片上的弦向进行若干次垂直或斜向切割，切割得到微针粗坯阵列；第三步、采用混合酸液修饰微针粗坯阵列的形貌，得到基于切割的实心微针阵列。
2.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的斜边宽底 切割刀的切割刀截面的锥度在0 90°之间。
3.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的直边宽底 切割刀是指切割刀截面没有锥度的刀具。
4.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的弦向是指 以硅片的中心为圆心的若干个弓形的弦的方向，所述弦的长度小于硅片的直径。
5.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是， 所述的垂直或斜向是指以下两种方式中的任一一种1)水平方向上每一次与前一次的切割方向相互垂直，构成四边形式切割，切割面与竖 直平面呈0度 90度；2)水平方向上每一次与前一次切割的方向呈锐角，构成多边形式切割，切割面与竖直 平面呈0度 90度；
6.根据权利要求5所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的锐角的角 度为360/n度，其中n为大于4的整数。
7.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的切割的间 距为直边宽底切割刀或斜边宽底切割刀的底部宽度，所述的切割的深度为微针粗坯的高度。
8.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的微针粗坯 阵列采用直边宽底切割刀沿着切割槽向下切割得到微针台阶。
9.根据权利要求1所述的实心微针阵列的切割制备方法，其特征是，所述的混合酸液 是指将硝酸与氢氟酸的体积比为19 1的比例进行混合。
全文摘要
一种生物医学工程技术领域的实心微针阵列的切割制备方法，采用斜边宽底切割刀与直边宽底切割刀组合或直接采用斜边宽底切割刀，根据切割方向、切割深度和切割间距对硅片进行切割得到微针初坯，最后采用湿法腐蚀修饰微针初坯，得到基于切割的实心微针。本发明制备方法简单且采用机械加工，尺寸可控；采用湿法刻蚀微针针尖，成本低利于普及。制造出的微针形状多样，且针尖较尖锐，利于刺入皮肤。
文档编号A61M37/00GK101829395SQ20101017857
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者刘景全, 李以贵, 杨春生, 芮岳峰, 闫肖肖 申请人:上海交通大学