一種單晶硅空心微針結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種單晶硅異平面空心微針結構的制作方法，屬于MEMS微納加工領 域。
【背景技術】
[0002] 傳統給藥方式是口服給藥和靜脈注射給藥，它們是很方便的給藥方式，可以滿足 大部分藥物的需求。但是，這兩種給藥方式也有各自的缺點。口服給藥由于要經過胃腸等 消化道，經過新陳代謝作用，很多藥物尤其是蛋白質類藥物的藥效降低。靜脈注射給藥不僅 需要專業人員操作，而且會給病人造成疼痛感，不適用于長期連續給藥。為了克服上述局限 性，利用MEMS技術制作的微針用于給藥領域，開拓了一種新的給藥方式一微針透皮給藥， 不僅可用于大分子蛋白質類藥物給藥，而且滿足了無痛、微創、連續給藥的需求。
[0003] 微針刺入皮膚，形成了真正的物理通道，適合大分子藥物通過。按照理想情況，微 針只要刺穿角質層，藥物就可以滲入皮膚內進入血液循環系統，那么微針的理想設計長度 只需幾十微米，但實際上現在研究的微針長度都在幾百微米甚至數毫米，已到達表皮層甚 至真皮層，但文獻報道仍為無痛，原因可能是如此小體積的微針碰到神經的幾率低，使得微 針產生的疼痛感比靜脈注射產生的疼痛感更輕[文獻1]。雖然微針在皮膚造成了真正的物 理通道，但由于微針尺寸比較小在微米級，對皮膚造成的損害很小。如果微針與微泵和微流 控芯片等組成智能給藥系統，那么就可以實時監測病人需要的藥物量，實現實時連續給藥。 因此，相比其他給藥方式，微針可以實現無痛、微創和連續給藥。
[0004] 從制作工藝上分，微針可分為同平面微針和異平面微針[文獻2,3]兩種。同平面 微針的軸心平行于襯底表面，而異平面微針的軸心垂直于襯底表面。同平面微針的缺點是 很難制作三維微針陣列，微針數目較少。異平面微針的優缺點恰恰相反，優點是微針數目較 多，可以制作三維微針陣列；缺點是微針的高度受到限制，而且制作異平面微針的工藝比較 復雜。
[0005] 從內部結構上分，微針根據內部有無微流道可分為空心微針和實心微針。它們的 給藥方式各不相同：實心微針不能采用注射的方法給藥，可以采用先扎后貼的方法，即先用 微針刺穿皮膚角質層造成通道，然后敷以透皮貼劑，或用離子導入等方式加強藥物的滲入； 也可以采用先包后扎的給藥方式，即將藥物首先在實心微針上包衣，然后微針刺入皮膚進 行給藥，給藥量完全依賴于微針上藥物的包衣量。對于空心微針，一般采用類似注射的方式 給藥，雖然這種注射裝置比較復雜，但這種給藥方式可以極大地提高透皮給藥速率，也可以 實現連續給藥。
[0006] 從制作材料，微針可分為硅微針、聚合物微針和金屬微針等[文獻4-6]。硅材料 的性能優異，成本低，在MEMS領域具有重要地位，制作工藝技術比較成熟。硅微針主要利用 各向同性和各向異性刻蝕的工藝制成，可制成異平面實心、空心微針和同平面實心、空心微 針。但是硅材料具有易碎的特性，在刺入皮膚過程中如果發生折斷，折斷部分可能會進入血 液循環系統，對人體造成危害。聚合物微針近些年有了較快的進展。聚合物如PDMS、PVA、 PLGA等成本低，可以制作成各種同平面和異平面微針，很大聚合物也具有生物相容性。另 外，有些聚合物具有生物降解性，即使微針折斷遺留在生物體內，也會發生降解，而不必再 擔心對生物造成危害。聚合物微針的不足是大多數聚合物的剛度仍然不夠，且空心的聚合 物微針制備困難。金屬具有很好的剛度，不易破碎，是良好的微針材料，一些金屬如鈦等具 有良好的生物相容性，而且金屬微針可直接作為植入體內的微電極。目前，許多金屬材料如 鈦、鈀、鎳、不銹鋼、黃銅等都可以用來制作微針陣列。鈦機械強度較好而且具有生物相容 性。鈀是稀有金屬，其應用也受到了限制。鎳適宜電鍍或電鑄，而且價格比較低廉，常被選 作實驗室材料。不銹鋼成本比較低，相對來說價格可以被人接受，但是不銹鋼不適用于MEMS 工藝。黃銅也是常見材料，但是精加工的條件和成本太高。現在金屬微針的不足是降低成 本、制作異平面空心微針比較困難。
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【發明內容】
[0014] 本發明的目的在于提供一種在（100)型硅片上制作單晶硅異平面空心微針結構 的方法，以解決現有技術中空心微針難以規模化生產、結構強度低的問題。
[0015] 為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：
[0016] -種單晶硅空心微針結構的制作方法，包括如下步驟：
[0017] (1)提供雙面拋光的、且厚度為tl的（100)型硅片，并采用光刻工藝在所述硅片的 一面形成至少一第一窗口；
[0018] (2)采用深硅干法刻蝕工藝對所述硅片一面進行刻蝕，在所述第一窗口內形成深 度為t2的非貫穿槽，t2〈tl，并去除光刻膠；
[0019] (3)對所述硅片進行熱氧化處理，從而在所述硅片的兩面及所述非貫穿槽的槽壁 上形成氧化硅層；
[0020] (4)在所述硅片一面上和所述非貫穿槽內涂布光刻膠；
[0021] (5)在所述娃片一面進行光刻，形成光刻膠掩膜陣列，并使其中光刻膠掩膜的中心 點與所述非貫穿槽的中心點偏差在IOOum以內；