硅基冰微针及其制备方法

1.本发明属于硅基微针技术领域，具体涉及一种硅基冰微针及其制备方法。


背景技术：

2.经皮给药是一种重要的给药方式，它可以避免胃肠道干扰，延长起效时间，减少副作用和简化给药过程。为了有效的经皮给药开发了多种装置，其中，微针可以在不接触毛细血管和神经末梢的情况下穿透表皮，从而以一种无痛、微创的方式促进药物的吸收。由于这些优异的性能，微针得到了广泛的应用。
3.微针按给药方式不同可归类为固体微针、涂层微针、可溶微针、中空微针等种类。现有技术中固体微针在插入和移除后在皮肤表面形成微米级的孔隙，孔隙可以便于药物制剂通过，从而在皮肤的局部作用或经过皮肤的毛细血管吸收而起到皮肤预处理的作用，微针预处理皮肤后，药物可以施加到皮肤表面的孔隙上，以达到经皮给药的目的；涂层微针将药物涂覆至微针表面以携带药物，但因涂覆手法和本身载药特性的原因，载药量较低；可溶微针以可溶高分子材料直接制作成针型，并将药物携带在其中，但因本身材料性能的影响，可溶微针力学性能较差，不能穿刺角质层比较厚的皮肤区域；中空微针可直接通过中空针型给药，但制作成本和制作难度比较高，且因针头为中空结构，针头力学性能较差，容易断裂。
4.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种硅基冰微针及其制备方法。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅基冰微针及其制备方法。
6.为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
7.一种硅基冰微针，所述硅基冰微针包括硅片、形成于硅片上且阵列分布的若干微米针状结构，微米针状结构及硅片中形成有贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构，中空结构中形成有冰质可溶针尖。
8.一实施例中，所述微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm，中空结构的孔径直径为20μm～120μm；和/或，
9.所述有冰质可溶针尖的材料为水、胶原蛋白、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚氨酯、聚已内酯、明胶、透明质酸、壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白、聚乙烯醇中的一种或多种的组合。
10.本发明另一实施例提供的技术方案如下：
11.一种硅基冰微针的制备方法，所述制备方法包括：
12.s1、在硅片上制备阵列分布的若干微米针状结构，并在微米针状结构及硅片中形成有贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构；
13.s2、在中空结构中形成冰质可溶针尖。
14.一实施例中，所述步骤s1具体为：
15.在硅片表面上制备阻挡介质层；
16.切割阻挡介质层形成图案化掩膜；
17.在刻蚀液中通过化学刻蚀在硅片表面形成若干阵列分布的微米针状结构；
18.去除阻挡介质层；
19.通过激光定位切割打孔，形成贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构。
20.一实施例中，所述步骤s1中：
21.所述阻挡介质层为氧化硅层；和/或，
22.所述刻蚀液为质量浓度10％～50％的碱液，碱液中含有氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，化学刻蚀温度为50℃～100℃，化学刻蚀时间为0.1h～12h，微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm；和/或，
23.去除阻挡介质层具体为：将化学刻蚀后的硅片置于含有质量浓度为0.1％～20％的氢氟酸溶液中反应，去除非切割区域的阻挡介质层，反应温度为0℃～50℃，反应时间为5s～1000s；和/或，
24.通过激光定位切割打孔形成的中空结构的孔径直径为20μm～120μm。
25.一实施例中，所述步骤s1具体为：
26.在硅片表面上制备阻挡介质层；
27.通过激光定位切割打孔，形成贯穿硅片及阻挡介质层的中空结构；
28.切割阻挡介质层形成图案化掩膜；
29.在刻蚀液中通过化学刻蚀在硅片表面形成若干阵列分布且具有中空结构的微米针状结构；
30.去除阻挡介质层。
31.一实施例中，所述步骤s1中：
32.所述阻挡介质层为氧化硅层；和/或，
33.通过激光定位切割打孔形成的中空结构的孔径直径为20μm～120μm，中空结构侧壁上由于定位切割受热形成厚度为1μm～2μm的氧化硅层；和/或，
34.所述刻蚀液为质量浓度为10％～50％的碱液，碱液中含有氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，化学刻蚀温度为50℃～100℃，化学刻蚀时间为0.1h～12h，微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm；和/或，
35.去除阻挡介质层具体为：将化学刻蚀后的硅片置于含有质量浓度为0.1％～20％的氢氟酸溶液中反应，去除非切割区域的阻挡介质层，反应温度为0℃～50℃，反应时间为5s～1000s。
36.一实施例中，所述步骤s1具体为：
37.通过激光定位切割打孔，形成贯穿硅片的中空结构；
38.在硅片表面及中空结构侧壁上制备阻挡介质层；
39.切割阻挡介质层形成图案化掩膜；
40.在刻蚀液中通过化学刻蚀在硅片表面形成若干阵列分布且具有中空结构的微米针状结构；
41.去除阻挡介质层。
42.一实施例中，所述步骤s1中：
43.通过激光定位切割打孔形成的中空结构的孔径直径为20μm～120μm，中空结构侧壁上由于定位切割受热形成厚度为1μm～2μm的氧化硅层；和/或，
44.所述阻挡介质层为氧化硅层；和/或，
45.所述刻蚀液为质量浓度为10％～50％的碱液，碱液中含有氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，化学刻蚀温度为50℃～100℃，化学刻蚀时间为0.1h～12h，微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm；和/或，
46.去除阻挡介质层具体为：将化学刻蚀后的硅片置于含有质量浓度为0.1％～20％的氢氟酸溶液中反应，去除非切割区域的阻挡介质层，反应温度为0℃～50℃，反应时间为5s～1000s。
47.一实施例中，所述步骤s2具体为：
48.将填充溶液自中空结构底部自动或由外界给力进入中空结构中，并对填充溶液进行冷冻处理，在中空结构中形成冰质可溶针尖；
49.其中，所述填充溶液的材料为水、胶原蛋白、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚氨酯、聚已内酯、明胶、透明质酸、壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白、聚乙烯醇中的一种或多种的组合；
50.冷冻处理中，冷冻温度为0℃～-196℃，冷冻时间为1s～168h。
51.本发明具有以下有益效果：
52.本发明的基底采用中空硅基微针，其制备工艺简单，成本较低，适合大批量产业化生产；
53.在中空硅基微针中形成冰质可溶针尖，简便了给药步骤，提高了载药量；
54.硅基冰微针提高了原中空硅基微针及可溶微针的力学性能，解决了现有技术中容易出现的微针断裂和不易穿透皮肤的问题。
附图说明
55.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
56.图1为本发明中硅基冰微针的结构示意图；
57.图2为本发明中硅基冰微针的流程示意图；
58.图3a～3f为本发明实施例1硅基冰微针制备方法中步骤s1的工艺流程图；
59.图4a～4b为本发明实施例1硅基冰微针制备方法中步骤s2的工艺流程图；
60.图5a～5e为本发明实施例2硅基冰微针制备方法中步骤s1的工艺流程图；
61.图6a～6e为本发明实施例3硅基冰微针制备方法中步骤s1的工艺流程图。
具体实施方式
62.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
63.参图1所示，一种硅基冰微针，包括硅片10、形成于硅片上且阵列分布的若干微米针状结构20，微米针状结构20及硅片10中形成有贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构，中空结构中形成有冰质可溶针尖30。
64.参图2所示，本发明还公开了一种硅基冰微针的制备方法，包括：
65.s1、在硅片上制备阵列分布的若干微米针状结构，并在微米针状结构及硅片中形成有贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构；
66.s2、在中空结构中形成冰质可溶针尖。
67.以下结合具体实施方式及实施例对本发明作进一步说明。
68.实施例1：
69.参图1所示，本实施例中硅基冰微针，包括硅片10、形成于硅片上且阵列分布的若干微米针状结构20，微米针状结构20及硅片10中形成有贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构，中空结构中形成有冰质可溶针尖30。
70.本实施例中硅基冰微针的制备方法包括：
71.s1、在硅片上制备阵列分布的若干微米针状结构，并在微米针状结构及硅片中形成有贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构；
72.s2、在中空结构中形成冰质可溶针尖。
73.本实施例中的步骤s1具体为：
74.参图3a、3b所示，在硅片10表面上制备阻挡介质层40。
75.优选地，本实施例中的阻挡介质层为氧化硅层。
76.参图3c所示，切割阻挡介质层40形成图案化掩膜。
77.本实施例中切割阻挡介质层的工艺为激光切割工艺或水切割工艺，在其他实施例中也可以通过光刻法制备图案化掩膜。
78.参图3d所示，在刻蚀液中通过化学刻蚀在硅片10表面形成若干阵列分布的微米针状结构20。
79.优选地，刻蚀液为质量浓度10％～50％的碱液，碱液中含有氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，化学刻蚀温度为50℃～100℃，化学刻蚀时间为0.1h～12h，微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm。
80.参图3e所示，去除阻挡介质层40。
81.优选地，本实施例中将化学刻蚀后的硅片置于含有质量浓度为0.1％～20％的氢氟酸溶液中反应，去除非切割区域的阻挡介质层，反应温度为0℃～50℃，反应时间为5s～1000s。
82.参图3f所示，通过激光定位切割打孔，形成贯穿微米针状结构顶部至硅片底部的中空结构21。
83.优选地，通过激光定位切割打孔形成的中空结构21的孔径直径为20μm～120μm。
84.本实施例中的步骤s2具体为：
85.参图4a、4b所示，将填充溶液自中空结构底部自动或由外界给力进入中空结构中，并对填充溶液进行冷冻处理，在中空结构中形成冰质可溶针尖30，且针尖凸出于中空结构
外部。
86.其中，填充溶液的材料为水、胶原蛋白、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚环氧乙烷、聚乙二醇、聚氨酯、聚已内酯、明胶、透明质酸、壳聚糖、透明质酸、丝素蛋白、聚乙烯醇中的一种或多种的组合；
87.优选地，冷冻处理中，冷冻温度为0℃～-196℃，冷冻时间为1s～168h。
88.实施例2：
89.本实施例中的硅基冰微针结构、及制备方法中的步骤s2与实施例1完全相同，此处不再进行赘述。
90.与实施例1不同的是，本实施例制备方法中的步骤s1具体为：
91.参图5a、5b所示，在硅片10表面上制备阻挡介质层40。
92.优选地，本实施例中的阻挡介质层为氧化硅层。
93.参图5c所示，通过激光定位切割打孔，形成贯穿硅片10及阻挡介质层40的中空结构21。
94.优选地，通过激光定位切割打孔形成的中空结构的孔径直径为20μm～120μm，中空结构侧壁上由于定位切割受热形成厚度为1μm～2μm的氧化硅层。
95.继续参图5c所示，切割阻挡介质层40形成图案化掩膜。
96.本实施例中切割阻挡介质层的工艺为激光切割工艺或水切割工艺，在其他实施例中也可以通过光刻法制备图案化掩膜。
97.参图5d所示，在刻蚀液中通过化学刻蚀在硅片表面形成若干阵列分布且具有中空结构的微米针状结构20。
98.优选地，刻蚀液为质量浓度为10％～50％的碱液，碱液中含有氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，化学刻蚀温度为50℃～100℃，化学刻蚀时间为0.1h～12h，微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm。
99.参图5e所示，去除阻挡介质层。
100.优选地，本实施例中将化学刻蚀后的硅片置于含有质量浓度为0.1％～20％的氢氟酸溶液中反应，去除非切割区域的阻挡介质层，反应温度为0℃～50℃，反应时间为5s～1000s。
101.实施例3：
102.本实施例中的硅基冰微针结构、及制备方法中的步骤s2与实施例1完全相同，此处不再进行赘述。
103.与实施例1不同的是，本实施例制备方法中的步骤s1具体为：
104.参图6a、6b所示，通过激光定位切割打孔，形成贯穿硅片10的中空结构21。
105.优选地，通过激光定位切割打孔形成的中空结构的孔径直径为20μm～120μm，中空结构侧壁上由于定位切割受热形成厚度为1μm～2μm的氧化硅层。
106.参图6c所示，在硅片10表面及中空结构21侧壁上制备阻挡介质层40。
107.优选地，本实施例中的阻挡介质层为氧化硅层。
108.继续参图6c所示，切割阻挡介质层40形成图案化掩膜。
109.本实施例中切割阻挡介质层的工艺为激光切割工艺或水切割工艺，在其他实施例中也可以通过光刻法制备图案化掩膜。
110.参图6d所示，在刻蚀液中通过化学刻蚀在硅片10表面形成若干阵列分布且具有中空结构21的微米针状结构20。
111.优选地，刻蚀液为质量浓度为10％～50％的碱液，碱液中含有氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，化学刻蚀温度为50℃～100℃，化学刻蚀时间为0.1h～12h，微米针状结构之间的间距为100μm～1000μm，微米针状结构的高度为50μm～1000μm。
112.参图6e所示，去除阻挡介质层。
113.优选地，本实施例中将化学刻蚀后的硅片置于含有质量浓度为0.1％～20％的氢氟酸溶液中反应，去除非切割区域的阻挡介质层，反应温度为0℃～50℃，反应时间为5s～1000s。
114.由以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
115.本发明的基底采用中空硅基微针，其制备工艺简单，成本较低，适合大批量产业化生产；
116.在中空硅基微针中形成冰质可溶针尖，简便了给药步骤，提高了载药量；
117.硅基冰微针提高了原中空硅基微针及可溶微针的力学性能，解决了现有技术中容易出现的微针断裂和不易穿透皮肤的问题。
118.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
119.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。