一種空心金屬微針及其批量制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種空心金屬微針及其批量制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微針的產(chǎn)生得益于微加工工藝的發(fā)展及其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。微針一般指長度在數(shù)百微米到幾毫米，針尖直徑從數(shù)微米至數(shù)百微米的微型針頭。與傳統(tǒng)注射針頭相比，微針尺寸有了明顯的減小。同時(shí)，采用傳統(tǒng)注射針頭生產(chǎn)工藝，基本不能生產(chǎn)這樣的微型針頭，而微加工工藝的引入，恰好解決了這一難題。
[0003]人體皮膚由外至里，分別是表皮層、真皮層和皮下組織。表皮層最外為角質(zhì)層，由死亡的細(xì)胞組織構(gòu)成，對皮膚起到保護(hù)作用，同時(shí)，巨大的阻礙藥物通過皮膚滲透入人體體內(nèi)。角質(zhì)層之下的表皮層開始分布有少量的神經(jīng)組織和毛細(xì)血管，且隨著深度增加逐步增多，到真皮層時(shí)進(jìn)一步增加。微針由于尺寸微小，使用時(shí)不會(huì)刺入深層皮膚，突破角質(zhì)層的同時(shí)，也能有效避開大部分神經(jīng)。因此，微針能夠有效的進(jìn)行微量藥物注射或者生物體液采集，同時(shí)產(chǎn)生的痛感相比傳統(tǒng)注射針頭大大減小，甚至可以忽略，所引起的創(chuàng)傷也小，近年來開始受到醫(yī)療界的廣泛關(guān)注。
[0004]目前微針生產(chǎn)材料主要包括硅、聚合物和金屬。成熟的IC工藝使得硅微針最初具有明顯的優(yōu)勢，結(jié)合便于集成、成本低的特點(diǎn)使其一度成為研宄的熱點(diǎn)，但硅易脆斷的特性也限制了其發(fā)展。聚合物優(yōu)異的生物兼容性，引起了人們的廣泛關(guān)注，但是，其缺點(diǎn)也很明顯。聚合物機(jī)械性能較差，微針刺入皮膚后易失效，難以保證微針的持續(xù)作用。與此同時(shí)，金屬作為長期使用的制針材料，具有出色的機(jī)械性能，金屬微針也由此發(fā)展了起來。
[0005]微針生產(chǎn)方法多為通過異平面方式制備微針陣列，常見方法如:中國專利“空心醫(yī)用金屬微針的制備方法”(CN200910055956.0)，其采用刻蝕硅形成微針模型，最后電鍍制作出異平面金屬微針的方法。該方法制作微針均為方形，微針外形不夠合理，同時(shí)微針長度也很局限。而 Hyungil Jung 等人在 “Lee K, Lee H C，Lee D S, etal.DrawingLithography: Three-Dimens1nal Fabricat1nof an Ultrahigh-Aspect-Rat1 Microneedle[J].Advanced Materials, 2010, 22(4):483-486.”中利用光刻膠拉伸再電鍍的方法，所制作微針長度上有了較大提高，同時(shí)微針外形近似圓柱，具有合理性。但此方法僅部分借鑒微加工工藝，拉伸光刻膠柱為其核心。方法所制備微針尺寸不易控制，同時(shí)拉伸時(shí)對溫度、速度等條件要求高，工藝重復(fù)性很難保證，不具備批量加工工藝的基本特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有方法的不足，提供一種空心金屬微針及其批量制備方法，解決傳統(tǒng)注射頭生產(chǎn)工藝不能生產(chǎn)微小尺寸針頭的問題，所制備微針尺寸可根據(jù)需要調(diào)整，同時(shí)微針尺寸控制精度和重復(fù)性都可得到充分保證。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種空心金屬微針批量制備方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一，在基片上濺射金屬種子層作為導(dǎo)電層；
[0010]優(yōu)選地，所述基片為玻璃基片，或金屬基片，或聚合物基片。
[0011]優(yōu)選地，所述金屬種子層為鉻/銅，或者金，或鎳，或鈦種子層。
[0012]優(yōu)選地，取玻璃片為基片，濺射鉻/銅種子層，進(jìn)一步降低制作成本。濺射金屬種子層前，先清洗玻璃基片，保證基片潔凈。
[0013]步驟二，導(dǎo)電層上電鍍金屬層作為釋放層；
[0014]優(yōu)選地，所述金屬釋放層為銅、鎳、鋅中的一種。
[0015]優(yōu)選地，選擇電鍍金屬銅為釋放層，后期腐蝕工藝簡單，對微針結(jié)構(gòu)層影響小，電鍛厚度為0.5 μ m?50 μ m，電鍛速率為0.01 μ m/min?I μ m/min。
[0016]步驟三，金屬釋放層上甩光刻膠并圖形化；
[0017]優(yōu)選地，所述金屬釋放層上用正膠，用膠厚度為5 μπι?ΙΟΟμπι。
[0018]步驟四，電鍍金屬填充圖形，制作微針第一層，隨后濺射金屬種子層；
[0019]優(yōu)選地，所述的電鍍，金屬為鎳、金、鈦中的一種。
[0020]優(yōu)選地，所述濺射金屬種子層為鉻、銅、金、鎳、鈦中的一種。
[0021]優(yōu)選地，電鍍金屬為鎳，其電鍍工藝成熟，金屬機(jī)械性能好。電鍍速率為0.0lym/min?I μm/min，電鍍厚度為5 μπι?100 μπι。隨后派射金種子層，進(jìn)一步提升微針生物兼容性。
[0022]步驟五，金屬種子層上甩光刻膠并圖形化，制作微針通道填充光刻膠；
[0023]所述金屬種子層上用正膠，用膠厚度為5 μπι?ΙΟΟμπι。
[0024]優(yōu)選地，所述的通道填充光刻膠，圖形化后呈長條狀，在第一層微針結(jié)構(gòu)上表面中間，使得結(jié)構(gòu)對稱，保證最終微針性能。最后去掉此填充光刻膠，制作出空心金屬微針內(nèi)通道。
[0025]步驟六，適當(dāng)烘膠，使通道填充光刻膠圓滑；
[0026]優(yōu)選地，對光刻膠采用程控加熱烘膠，升溫速度控制為0.15°C /min?18°C /min,最高加熱溫度為50°C?150°C。升溫速度盡量慢，充分釋放光刻膠內(nèi)部溶劑，避免光刻膠產(chǎn)生氣泡、后續(xù)種子層起皺或其他缺陷。
[0027]步驟七，濺射金屬種子層作為導(dǎo)電層；
[0028]所述金屬種子層為鉻/銅，或者金，或鎳，或鈦種子層。
[0029]優(yōu)選地，選擇金作為濺射種子層，進(jìn)一步提升微針生物兼容性。
[0030]步驟八，甩光刻膠并圖形化，電鍍金屬制作微針第二層；
[0031]所述的電鍍，金屬為鎳、金、鈦中的一種。
[0032]所述種子層上用正膠，用膠厚度為5 μ m?ΙΟΟμπι。
[0033]優(yōu)選地，電鍍金屬為镲，電鍍速率為0.01 μ m/min?I ym/min，電鍍厚度為5 μπι?100 μ m0
[0034]步驟九，去膠，釋放微針。
[0035]所述的去膠溶劑采用丙酮，或者0.1 %?10%的NaOH溶液。
[0036]優(yōu)選地，去膠溶液為丙酮，簡單易操作，去膠時(shí)將基片侵泡與丙酮溶劑中，同時(shí)可以采用磁力攪拌或者超聲加快去膠。
[0037]作為一個(gè)優(yōu)選方式，在所述步驟三之后、步驟四之前進(jìn)一步包括一烘膠步驟，使步驟三光刻圖形側(cè)壁傾斜、圓滑，制作針頭斷面近似橢圓微針。
[0038]本發(fā)明還提供一種上述方法制備的空心金屬微針，所述微針包括針頭，所述針頭的第一層電鍍結(jié)構(gòu)四周側(cè)壁垂直或不垂直。
[0039]優(yōu)選地，所述針頭斷面近似橢圓，針頭內(nèi)通道為半橢圓。
[0040]優(yōu)選地，所述針頭的針尖帶斜面傾角，角度為10°?50°。
[0041]作為一個(gè)優(yōu)選方式，所述微針進(jìn)一步包括針座，所述針頭和所述針座通過圓弧外形連接，所述針座內(nèi)設(shè)有通道，該通道與針頭內(nèi)通道相通。
[0042]優(yōu)選地，所述針頭寬度為5 μ m?200 μ m，針座寬度為20 μ m?2000 μ m。
[0043]優(yōu)選地，所述針頭內(nèi)通道寬度為2μηι?100 μ m，針座內(nèi)通道寬度為12 μπι?1800 μmD
[0044]優(yōu)選地，所述針頭長度為100 μ m?10000 μ m，針座長度為100 μ m?10000 μ m。
[0045]作為優(yōu)選地尺寸，上述尺寸微針使用傳統(tǒng)注射針頭生產(chǎn)工藝難以生產(chǎn)，這樣尺寸的微針能明顯減輕使用帶來的痛感，同時(shí)造成更微小的創(chuàng)傷，更易恢復(fù)。
[0046]優(yōu)選地，所述微針一共為兩層，分別由兩次電鍍金屬獲得，第一層結(jié)構(gòu)電鍍完全后上表面基本為平面，第二層結(jié)構(gòu)電鍍完全后上表面為曲面。
[0047]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0048]本發(fā)明制作方法簡單、穩(wěn)定，并且成本低。此方法能夠突破傳統(tǒng)注射針頭生產(chǎn)工藝的局限，制作微型針頭。同時(shí)，采用了同平面方式，結(jié)合特有的光刻膠烘膠工藝，能夠批量制備針頭剖面近視橢圓微針，微針結(jié)構(gòu)更為合理。同平面方式，使得制備微針尺寸可以根據(jù)需要調(diào)整，能夠生產(chǎn)各種長度、大小微針。獨(dú)特的光刻膠烘膠工藝，使微針表面圓滑，有效增強(qiáng)自身強(qiáng)度的同時(shí)，減小對皮膚的創(chuàng)傷。微針的針頭和底座通過圓弧結(jié)構(gòu)連接，更符合力學(xué)原理，保證接頭穩(wěn)定性。針頭尖端帶有傾角，便于刺入皮膚，微針使用時(shí)更為安全。針座便于微針和其他部件連接，拓展微針應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0049]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0050]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制得微針第一層立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二制得微針第一層立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一、二制得微針第二層立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二制得微針針頭剖面圖；
[0054]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一、二使用掩模板不意