專利名稱：基于多層加工技術的微針制備方法
技術領域：
本發明涉及一種微細加工技術領域的方法，特別是一種基于多層加工技術的微針制備方法。
背景技術：
傳統的皮下注射法一般需要讓針頭穿透皮膚表層并深入皮膚以下，以便直接將藥物送入血管。因此這一過程不僅伴隨著疼痛，而且注射技術需接受一定的培訓才能掌握。而微型針僅僅刺穿皮膚表面角質層而不再深入，藥物通過毛細血管進入血液循環系統。由于角質層中不含神經末梢，注射過程中不會感到明顯疼痛。微型針頭的操作過程亦非常簡單，只須直接將針頭陣列貼上皮膚即可，特別適用于小劑量注射高效藥物。
目前報道的微針研究主要有三種方法。一是采用硅工藝，通過濕法腐蝕或反應離子刻蝕技術加工硅微探針，二是利用激光加工、電鍍與濕法腐蝕等工藝加工金屬微針，上述兩種方法存在工藝復雜，加工周期長，成本高的缺點，都難以滿足生物醫學上一次使用的要求。三是Jung-Hwan Park等人在2003年the 16th annualinternational conference on micro electro mechanical systems(第十六屆微光機電系統國際年會)上第371頁至第374頁發表的名為“MicromachinedBiodegradable Microstructures”(微加工生物可降解微結構)的文章，該文中介紹的利用SU-8光刻膠制備微針結構母版，然后復制出PDMS模子，再利用該模子澆鑄可生物降解微探針。該方法雖然可實現微探針的批量化生產，但因為PDMS材料很軟，用它來復制微針只能采用澆鑄方法，因此用它來復制微針所需的加工時間比金屬模具所采用的模壓工藝要長，而且適用PDMS模具來加工的材料也比金屬模具少。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于多層加工技術的微針制備方法，采用多層加工技術與UV-LIGA技術，電鑄得到帶階梯側面的金屬模具，用該模具就可批量復制帶階梯側面的聚合物微針，因此該加工方法不僅具有工藝簡單，工藝周期短，成本低的優點，同時具有易于加工不同頂部結構微針的優點。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明的具體步驟如下1)沉積鈦薄膜，并作氧化處理。金屬材料的選擇要充分考慮與后面甩的光刻膠之間的結合力，本發明采用金屬鈦，氧化發黑處理以提高其與光刻膠的結合力。
2)甩SU-8負膠，前烘好后進行曝光，中烘、顯影、電鍍及機械研磨與拋光(得到第一層所需厚度的金屬結構)。
3)拋光后的表面作金屬活化處理，去除表面氧化層以保證多層金屬之間的結合力。
4)根據微針結構設計，重復第2)與第3)步直至甩最后一層光刻膠，與前幾層不同的是最后一層光刻膠完成前烘、曝光、中烘、顯影后進行的是電鑄，完成電鑄后去膠就得到可供模壓用的金屬模具。
5)金屬模具進行聚合物熱壓復制。
6)聚合物背部切薄后脫模得到通孔的微針。
本發明利用多層加工技術電鑄得到帶階梯側面的金屬模具，用該模具再批量復制帶階梯側面的聚合物微針。模具金屬是鎳、鐵鎳合金或銅，這種模具結構具有脫模方便的優點。
微針的外徑以及微針的內孔直徑均由光刻掩膜版上掩膜尺寸決定，改變掩膜版上掩膜尺寸就得到不同外徑以及內孔直徑的微針，微針可以是單個，也可以是陣列。微針的長度決定于光刻膠總厚度。因此該方法適用于加工不同長度的微針。
本發明利用多層加工技術得到帶階梯側面的微針結構，因此該方法只需調整多層結構之間的外徑差，相應就可得到不同階梯側面結構的微針。本發明的微針頂部結構可以在最后一層光刻時依靠平面加工技術就可實現。
本發明復制的聚合物是塑料或橡膠，復制塑料微針采用模壓的方法，復制橡膠微針采用澆鑄的方法。
本發明中，因為電鑄模具所需的時間較長，所以優先采用低速小應力電鑄工藝。采用去除光刻膠的溶劑來去膠。
本發明采用多層加工技術加工出金屬模具，然后復制微針的方法來加工微針，所以它是一種批量化的微針加工方法，加工成本低，另外與現有加工技術不同的是(1)由于該技術加工得到的微針模具為金屬材料，不僅模具壽命長，而且適宜用該技術來加工的材料范圍更寬，既可用來模壓塑料類聚合物，也可用來澆鑄橡膠類聚合物。(2)利用多層加工技術以得到階梯側面的微針結構，因此該方法只需調整各層的外徑偏差與層數就可得到不同階梯側面的微針結構。(3)微針的長度由光刻膠的總厚度決定。(4)微針的頂部結構由最后一層掩模版設計決定。
具體實施例方式
以下結合本發明方法的具體內容提供實施例首先在硅基片上沉積2微米的金屬鈦做種子層，然后進行氧化處理，具體的氧化工藝為將15克的NaOH溶解在750ml的去離子水中，為提高氧化速率與氧化均勻性，氧化在65℃水浴鍋中進行，當水浴鍋溫度達到50℃時，加入15ml雙氧水，當水浴鍋溫度達到65℃時將基片放入，三分鐘結束氧化，然后放入去離子水中清洗基片。
在氧化并清洗干凈的基片上甩50微米SU-8光刻膠，然后進行前烘，前烘條件為在65℃烘半小時，95℃烘15分鐘后隨爐冷卻。前烘好的基片進行曝光，曝光條件為450mJ/cm2。曝光后的基片進行后烘，后烘條件為65℃烘半小時，90℃烘10分鐘后隨爐冷卻。后烘好的基片進行顯影，顯影條件為6分鐘。
在顯影好的基片上電鍍金屬鎳，電鍍的條件為電鑄液PH值5，溫度50℃，電鑄速率控制在14微米/小時時電鑄金屬的質量較好。
當電鍍金屬的厚度超過光刻膠厚度時進行磨片，然后將磨好的基片活化處理，處理后的基片甩第二層50微米SU-8光刻膠，然后重復前烘、曝光、后烘、顯影、電鍍、磨平、活化處理，接著甩第三層50微米SU-8光刻膠，然后重復前烘、曝光、后烘、顯影、電鍍、磨平、活化處理，然后甩第四層50微米SU-8光刻膠，然后重復前烘、曝光、后烘、顯影后電鑄成模具。
用去SU-8膠的溶劑去除嵌在模具中的光刻膠。
用鎳模具壓制PC材料微針，采用的模壓條件為模壓溫度200℃，模壓壓力5000N，模壓時間60S，脫模溫度120℃，脫模速度0.2(mm/s)。
本發明采用多層加工技術加工出金屬模具，然后復制微針的方法來加工微針，所以它是一種批量化的微針加工方法，加工成本低，由于該技術加工得到的微針模具為金屬材料，不僅模具壽命長，而且適宜用該技術來加工的材料范圍更寬，既可用來模壓塑料類聚合物，也可用來澆鑄橡膠類聚合物。
利用多層加工技術可以方便地得到階梯側面的微針結構，因此該方法只需調整各層的外徑偏差與層數就可得到不同階梯側面與高度的微針結構。
權利要求
1.一種基于多層加工技術的微針制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)沉積鈦薄膜，并作氧化處理；2)甩SU-8負膠，前烘好后進行曝光，中烘、顯影、電鍍及機械研磨與拋光，得到第一層所需厚度的金屬結構；3)拋光后的表面作金屬活化處理；4)重復第2)與第3)步直至甩最后一層光刻膠，最后一層光刻膠完成前烘、曝光、中烘、顯影后進行電鑄，完成電鑄后去膠得到供模壓用的金屬模具；5)金屬模具進行聚合物熱壓復制；6)聚合物背部切薄后脫模得到通孔的微針。
2.根據權利要求1所述的基于多層加工技術的微針制備方法，其特征是，所述的金屬模具，是帶階梯側面的金屬模具，模具金屬是鎳、鐵鎳合金或銅。
3.根據權利要求1所述的基于多層加工技術的微針制備方法，其特征是，微針的外徑以及微針的內孔直徑均由光刻掩膜版上掩膜尺寸決定，微針是單個或者是陣列，微針的長度決定于光刻膠總厚度。
4.根據權利要求1或者3所述的基于多層加工技術的微針制備方法，其特征是，調整各層的外徑偏差與層數就得到不同階梯側面與高度的微針結構。
5.根據權利要求1所述的基于多層加工技術的微針制備方法，其特征是，所述的聚合物，是塑料或橡膠。
6.根據權利要求1或者5所述的基于多層加工技術的微針制備方法，其特征是，復制塑料微針采用模壓的方法，復制橡膠微針采用澆鑄的方法。
7.根據權利要求1所述的基于多層加工技術的微針制備方法，其特征是，所述的電鑄，采用低速小應力電鑄工藝。
全文摘要
一種微細加工技術領域的基于多層加工技術的微針制備方法，步驟為1)沉積鈦薄膜，并作氧化處理；2)甩SU－8負膠，前烘好后進行曝光，中烘、顯影、電鍍及機械研磨與拋光，得到第一層所需厚度的金屬結構；3)拋光后的表面作金屬活化處理；4)重復第2)與第3)步直至甩最后一層光刻膠，最后一層光刻膠完成前烘、曝光、中烘、顯影后進行的是電鑄，完成電鑄后去膠得到供模壓用的金屬模具；5)金屬模具進行聚合物熱壓復制；6)聚合物背部切薄后脫模得到通孔的微針。本發明不僅能實現低成本、批量化的微針加工，而且適宜加工的材料范圍更為廣泛，只需調整各層的外徑偏差與層數就可得到不同階梯側面與高度的微針結構。
文檔編號A61M5/158GK1864976SQ20061002546
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月6日 優先權日2006年4月6日
發明者朱軍, 賈書海, 陳迪, 劉景全 申請人:上海交通大學