一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列及其制造工藝，本發(fā)明屬于醫(yī)療美容器械和醫(yī)藥給藥用微針技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述微針陣列可用于無痛、安全、便捷的透皮給藥。所述微針陣列由大量單體微針組合而成，其密度可達(dá)到8000~10000枚單體微針每平方厘米。所述單體微針包含一個(gè)可供液體通過的中空通道，不少于一個(gè)開在中空通道側(cè)面的、可供液體流出的開口的針體；以及位于中空通道頂端的實(shí)心針頭。利用負(fù)光刻膠的感光特性以及其粘性，本發(fā)明申明了一種拉伸光刻定型工藝，即在針體制作完成后，通過拉伸的方式在針體頂端制作針頭。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述微針陣列及其制造工藝具有密度高、成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列及其制造工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療美容器械和醫(yī)藥給藥用微針技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在目前的臨床治療中，治療藥物的遞送主要采用針頭注射的手段。針頭注射雖然具很多優(yōu)點(diǎn)，如快速有效、成本低廉同時(shí)可以適用于多種類型藥物，但同時(shí)也存在很多問題:針頭注射無可避免的會帶來疼痛反應(yīng)，很多時(shí)候病人，尤其是兒童，會對這種疼痛產(chǎn)生恐懼反應(yīng)從而導(dǎo)致注射的不便；同時(shí)，針頭注射時(shí)有可能造成皮膚和肌肉的傷害或造成皮膚感染，而且還有交叉感染的可能性，據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，每年有超過一百萬人死于針頭的交叉感染;此外，一次性注射器還會帶來的生物垃圾造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)；最后，針頭注射一般需要護(hù)士等受過培訓(xùn)的專業(yè)人士進(jìn)行操作，限制了針頭注射給藥的便捷性。
[0003]為了克服上述缺點(diǎn)，透皮給藥越來越受到人們的關(guān)注。透皮給藥是指在人體或動(dòng)物體表面進(jìn)行給藥，使藥物以滲透的方式擴(kuò)散通過皮膚各層，然后通過毛細(xì)血管吸收后進(jìn)生物體循環(huán)系統(tǒng)，以達(dá)到全身或局部治療的效果。但是，透皮給藥的方式十分依賴于藥物通過皮膚的擴(kuò)散。由于皮膚表面有約60微米厚度的角質(zhì)層的屏障作用，藥物擴(kuò)散通過皮膚各層的效率很低，所以在臨床實(shí)踐中，透皮給藥對許多藥物(如疫苗)的有效性都沒能得到驗(yàn)證。
[0004]為了提高透皮給藥的有效性，研究人員開發(fā)出了微針給藥的方法。微針是尺寸在微米級(長度100-700微米，尖端直徑10-50微米)的針頭，因而它們不會過于深入的刺入皮膚中以刺激到使用者的痛覺神經(jīng)，因此微針輸藥擁有無疼痛的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，微針尺寸小的特點(diǎn)使其造成的創(chuàng)傷很低，且傷口愈合相對較快。在沒有其他任何處理的情況下，微針產(chǎn)生的暫時(shí)性孔隙也會在移除微針之后的72小時(shí)內(nèi)閉合，因此大大降低了感染的風(fēng)險(xiǎn)，這在臨床實(shí)踐中是非常有吸引力的。最后，微針的使用無需專門進(jìn)行培訓(xùn)，使得其使用面更廣。
[0005]目前所知的微針大多使用注模成型進(jìn)行制備，也有少部分使用單晶硅等材料通過光照蝕刻進(jìn)行制造，而這兩類方法都有其缺陷。使用注模成型進(jìn)行制備的微針，一般存在微針之間間隙大、微針粗等弊端，很難制作高密度微針陣列，限制了微針給藥的效率。使用注模成型制備的微針陣列在一平方厘米內(nèi)一般只能達(dá)到400?800枚，相比傳統(tǒng)的透皮給藥并沒有太大的優(yōu)勢。而使用單晶硅等材料通過光照蝕刻進(jìn)行制造的微針陣列雖然可以達(dá)到較高的密度，但是其制造成本十分高昂，大大限制了微針給藥的廣泛應(yīng)用。
[0006]綜上所述，發(fā)明一種可以低成本、大批量的制備高密度微針陣列的技術(shù)對于微針給藥的廣泛應(yīng)用有很大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列及其制造工藝。
[0008]本發(fā)明的目的是為大批量、低成本地制備高密度微針陣列提供一種可行的制造方法。
[0009]本發(fā)明所述的基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列包括一個(gè)襯底和制作與其上的微針陣列。
[0010]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述微針陣列每平方厘米含有不少于8000枚微針。
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述微針包含:一根內(nèi)部含有可供液體通過的通道的管道;不少于一個(gè)開在管道側(cè)面的、可供液體流出的開口；以及一個(gè)實(shí)心的、位于管道頂端的針頭。上述包含內(nèi)部通道和側(cè)面開口的管道在以下稱為“針體”，上述實(shí)心的、位于管道頂端的針頭稱為“針頭”。
[0012]進(jìn)一步的，本發(fā)明所述微針的高度約200?700微米，底部尺寸不大于50微米，間隔不大于50微米。
[0013]優(yōu)選的，本發(fā)明所述微針全部由負(fù)光刻膠制成。
[0014]本發(fā)明所述微針陣列的制作工藝是由制備針體和制備針頭兩個(gè)步驟構(gòu)成。
[0015]第一步，制備針體:通過光刻工藝，利用負(fù)光刻膠的感光特性，在二氧化硅基板上制作豎直的、內(nèi)部含有可供液體通過、側(cè)面開口的圓柱形針體陣列。所述二氧化硅基板以及其上的針體陣列統(tǒng)稱為“針基模塊”。進(jìn)一步的，“針基模塊”上的針體外徑記為r，相鄰針體中心間距記為d。
[0016]第二步、制備針頭:針頭是由“針基模塊”和“針頭原料模塊”進(jìn)行充分接觸后，通過拉伸光照成型所制成。上述“針頭原料模塊”分兩步制成:首先在二氧化硅基板上覆蓋一層半融化狀態(tài)的負(fù)光刻膠，制成“原料模塊基板”；然后將“針頭陣列定型模具”壓覆在上述“原料模塊基板”上，使得半融化狀態(tài)的負(fù)光刻膠溢出“針頭陣列定型模具”上的孔洞，完成針頭原料模塊的制作。上述“針頭陣列定型模具”是一塊平整的、具有孔洞陣列的硬板，其孔洞陣列排布與“針基模塊”上的針體陣列排布相同，相鄰孔洞中心間距為d，孔洞的內(nèi)徑R比針體外徑r大5%，記為:R=rX 105%。優(yōu)選的，“針頭陣列定型模具”根據(jù)需求選擇用100?700微米厚的硅基板，通過光照蝕刻及濕法蝕刻的方式來制作。
[0017]本發(fā)明所述基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列及其制造工藝有以下益處:
1.本發(fā)明所述基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列密度可達(dá)8000?10000枚針頭沒平方厘米，大大提高了藥物的輸送效率，為微針給藥貼片的大范圍應(yīng)用提供了條件；
2.本發(fā)明所述基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列全部由負(fù)光刻膠制成，硬度高，足以刺穿皮膚，而且起韌性相對于硅等材料更高，不容易折斷，避免了針頭折斷所帶來的風(fēng)險(xiǎn);
3.本發(fā)明所述基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列內(nèi)部含有可供藥物流通的通道，避免了藥物在遞送過程中與外界空氣的接觸而導(dǎo)致的藥物氧化或污染；
4.本發(fā)明所述制備基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的工藝操作簡便，可以大批量的生產(chǎn)，而且成本低廉。
【附圖說明】
[0018]圖1為一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列制造工藝流程圖。
[0019]圖2為制備“針基模塊”時(shí)，SU-8光刻膠旋涂于硅基板#1表面的側(cè)視圖。
[0020]圖3為制備“針基模塊”時(shí)，一號光照掩膜覆蓋于SU-8上的側(cè)視圖。[0021 ]圖4為制備“針基模塊”時(shí)，一號光照掩膜覆蓋于SU-8上的俯視圖。
[0022]圖5為制備“針基模塊”時(shí)，“針體陣列基座#1”的側(cè)視圖。
[0023]圖6為制備“針基模塊”時(shí)，SU-8光刻膠旋涂于“針體陣列基座#1”上的側(cè)視圖。
[0024]圖7為制備“針基模塊”時(shí)，覆蓋二號光照掩膜的側(cè)視圖。
[0025]圖8為制備“針基模塊”時(shí)，覆蓋二號光照掩膜的俯視圖。
[0026]圖9為制備“針基模塊”時(shí)，“針體陣列基座#2”的側(cè)視圖。
[0027]圖10為制備“針基模塊”時(shí)，SU-8光刻膠旋涂于“針體陣列基座#2”上的側(cè)視圖。
[0028]圖11為制備“針基模塊”時(shí)，覆蓋三號光照掩膜的側(cè)視圖。
[0029]圖12為制備“針基模塊”時(shí)，覆蓋三號光照掩膜的俯視圖。
[0030]圖13為制備“針基模塊”時(shí)，“針體陣列基座#3”的側(cè)視圖。
[0031 ]圖14為“針基模塊”側(cè)視圖。
[0032]圖15為制備“針頭原料模塊”時(shí)，SU-8光刻膠旋涂于硅基板#2表面的側(cè)視圖。
[0033]圖16為制備“針頭原料模塊”時(shí)，覆蓋四號光照掩膜的側(cè)視圖。
[0034]圖17為制備“針頭原料模塊”時(shí)，覆蓋四號光照掩膜的俯視圖。
[0035]圖18為制備“針頭原料模塊”時(shí)，刻蝕掩膜的側(cè)視圖。
[0036]圖19為制備“針頭原料模塊”時(shí)，刻蝕掩膜的俯視圖。
[0037]圖20為制備“針頭原料模塊”時(shí)，“針頭陣列定型模具”側(cè)視圖。
[0038]圖21為制備“針頭原料模塊”時(shí)，“針頭陣列定型模具”俯視圖。
[0039]圖22為制備“針頭原料模塊”時(shí)，SU-8光刻膠旋涂于硅基板#3表面的側(cè)視圖。
[0040]圖23為制備“針頭原料模塊”時(shí)，“針頭原料模塊”側(cè)視圖。
[0041]圖24為拉伸光刻定型時(shí)，“針基模塊”上的針體頂部與“針頭原料模塊”上的SU-8粘連的側(cè)視圖。
[0042]圖25為拉伸光刻定型時(shí)，“針基模塊”與“針頭原料模塊”緩慢分開的側(cè)視圖。
[0043]圖26為拉伸光刻定型時(shí)，帶有尖銳但處于半凝固狀態(tài)的SU-8光刻膠針頭的“針基模塊”側(cè)視圖。
[0044]圖27為制備的基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]本發(fā)明所述的負(fù)光刻膠采用的是SU-8光刻膠。
[0046]以下結(jié)合附圖，對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的【具體實(shí)施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0047]本發(fā)明所述的基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的制備工藝流程如圖1所示，具體步驟如下:
第一步、制作針體。針體的制作由8個(gè)步驟構(gòu)成，從下往上分別對針體底層、針體中層和針體頂層光刻定型，最后在化學(xué)顯影劑的作用下完成“針基模塊”的制備。
[0048]第I步:準(zhǔn)備基板#1。選取一塊二氧化硅基板I(基板#1)，用去離子水在40kHz的超聲波氛圍中清洗3分鐘;然后用異丙醇在40 kHz的超聲波氛圍中清洗4分鐘;再用丙酮在40kHz的超聲波氛圍中清洗4分鐘;最后用去離子水在40 kHz的超聲波氛圍中清洗5分鐘。
[0049]第2步:如圖2所示，將SU-8光刻膠2旋涂于清洗干凈的二氧化硅基板I表面，并進(jìn)行光照前烘烤。SU-8光刻膠2的旋涂轉(zhuǎn)速和旋涂時(shí)間根據(jù)所選光刻膠與設(shè)計(jì)所需厚度而定。
[0050]第3步:如圖3和圖4所示，在一號光照掩膜3的覆蓋下進(jìn)行光刻，對針體底層4進(jìn)行定型。該步驟后得到“針體陣列基座#1”，如圖5所示。
[0051 ]第4步:在“針體陣列基座#1”上再旋涂一層SU-8光刻膠5，如圖6所示，并進(jìn)行光照前烘烤。SU-8光刻膠5的旋涂轉(zhuǎn)速和旋涂時(shí)間根據(jù)所選光刻膠與設(shè)計(jì)所需厚度而定。
[0052]第5步:如圖7和8所示，在二號光照掩膜6的覆蓋下進(jìn)行光刻，對針體中層7進(jìn)行定型。進(jìn)一步的，為本發(fā)明所述針體部分的側(cè)面開口 8位于針體中層7。該步驟后得到“針體陣列基座#2”，如圖9所示。
[0053]第6步:如圖10所示，在“針體陣列基座#2”上再旋涂一層SU-8光刻膠9，并進(jìn)行光照前烘烤。SU-8光刻膠9的旋涂轉(zhuǎn)速和旋涂時(shí)間根據(jù)所選光刻膠與設(shè)計(jì)所需厚度而定。
[0054]第7步:如圖11和12所示，在三號光照掩膜10的覆蓋下進(jìn)行光刻，對針體頂層11進(jìn)行定型。該步驟后得到“針體陣列基座#3”，如圖13。
[0055]第8步:將“針體陣列基座#3”在對應(yīng)光刻膠專用的化學(xué)顯影劑在40kHz的超聲波氛圍中處理一段時(shí)間，然后進(jìn)行光照后烘焙。具體顯影時(shí)間由所選取的光刻膠、顯影劑及光刻膠的厚度決定。該步驟后得到具有針體12的“針基模塊”，如圖14。
[0056]第二步、制作針頭。針頭制作由兩大部分構(gòu)成:制作“針頭原料模塊”和拉伸光刻定型。
[0057]⑴“針頭原料模塊”制作
第I步:準(zhǔn)備基板#2。選取一塊硅基板13(基板#2)，用去離子水在40 kHz的超聲波氛圍中清洗3分鐘;然后用異丙醇在40KHz的超聲波氛圍中清洗4分鐘;再用丙酮在40 kHz的超聲波氛圍中清洗4分鐘;最后用去離子水在40 kHz的超聲波氛圍中清洗5分鐘。
[0058]第2步:將AZ9260光刻膠14旋涂于清洗干凈的硅基板13表面，如圖15所示，并進(jìn)行光照前烘烤。AZ9260光刻膠14的旋涂轉(zhuǎn)速和旋涂時(shí)間根據(jù)所選光刻膠與設(shè)計(jì)所需厚度而定。
[0059]第3步:如圖16和17所示，在四號光照掩膜15的覆蓋下進(jìn)行光刻，形成蝕刻掩膜16，根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定所需蝕刻的部分，如圖18和19。
[0060]第4步:使用濃氫氧化硅水溶液對上述覆蓋了蝕刻掩膜16的基板#2進(jìn)行濕法蝕刻。此步驟后得到的硅基的“針頭陣列定型模具” 17具有與“針基模塊”上的針體陣列排布相同的孔洞陣列，如圖20和21所示。
[0061 ]第5步:準(zhǔn)備基板#3。選取一塊二氧化硅基板18(基板#3)，用去離子水在40 kHz的超聲波氛圍中清洗3分鐘;然后用異丙醇在40 kHz的超聲波氛圍中清洗4分鐘;再用丙酮在40 kHz的超聲波氛圍中清洗4分鐘;最后用去離子水在40 kHz的超聲波氛圍中清洗5分鐘。
[0062]第6步:將SU-8光刻膠19旋涂于清洗干凈的硅基板18表面，保持半融化狀態(tài)，如圖22。轉(zhuǎn)速與時(shí)間根據(jù)所選光刻膠與設(shè)計(jì)所需厚度而定。此步驟后得到“原料模塊基板”。
[0063]第7步:將第4步得到的“針頭陣列定型模具”平整的按壓于第6步所得“原料模塊基板”上，使“原料模塊基板”上半融化狀態(tài)的SU-8光刻膠19溢出“針頭陣列定型模具”上的孔洞，如圖23。此步驟后得到“針頭原料模塊”。
[0064]⑵拉伸光刻定型
第I步:將“針基模塊”的針體朝下，將“針基模塊”上的針體對準(zhǔn)“針頭原料模塊”上的孔洞，在“針基模塊”與“針頭原料模塊”平行的條件下將“針基模塊”壓覆于“針頭原料模塊”上。“針頭原料模塊”上溢出孔洞的半融化SU-8光刻膠19與“針基模塊”上的針體頂部20粘連在一起，如圖24。
[0065]第2步:將“針基模塊”與“針頭原料模塊”在平行的條件下緩慢的拉開，如圖25，直至粘連在針體頂部20和“針基模塊上”的SU-8光刻膠19分離。此步驟后，“針基模塊”上所有的針體頂部留下一個(gè)尖銳但處于半凝固狀態(tài)的SU-8光刻膠針頭21，如圖26。
[0066]第3步:將帶有尖銳但處于半凝固狀態(tài)的SU-8光刻膠針頭21的“針基模塊”進(jìn)行無掩膜光刻，并做光照后烘烤，從而將針頭完全定型，如圖27。
[0067]至此，基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的具體制備過程完成。
[0068]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列，其特征在于，所述微針陣列由大量微針組成，其密度達(dá)到8000?10000枚微針每平方厘米。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列，其特征在于，所述的微針內(nèi)部包含一根可供液體通過的通道;不少于一個(gè)開在管道側(cè)面的、可供液體流出的開口；以及一個(gè)實(shí)心的、位于管道頂端的針頭。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列，其特征在于，所述的微針陣列使用負(fù)光刻膠制成。4.一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的制造工藝，其特征在于，包括以下步驟: ⑴制備針基模塊； ⑵制備針頭原料模塊； (3)拉伸光刻定型:將針基模塊壓覆于針頭原料模塊上并緩慢拉開，進(jìn)行無掩膜光刻，在針體頂端形成尖銳的針頭。5.如權(quán)利要求4所述的一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的制造工藝，其特征在于，步驟⑴所述的針基模塊由沒有針頭的針體陣列組成;針體內(nèi)部包含一個(gè)可由液體通過的通道;針體側(cè)面包含不少于一個(gè)的可通過液體的開口。6.如權(quán)利要求4所述的一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的制造工藝，其特征在于，步驟⑵所述的針頭原料模塊包含一層半融化狀態(tài)的負(fù)光刻膠以及一個(gè)壓覆其上的針頭陣列定形模具。7.如權(quán)利要求4所述的一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的制造工藝，其特征在于，步驟⑶所述的拉伸光刻定型時(shí)，針基模塊和針頭原料模塊是完全平行的。8.如權(quán)利要求5或6所述的一種基于負(fù)光刻膠的高密度空心微針陣列的制造工藝，其特征在于，所述的針頭陣列定型模具上有的通透的孔洞陣列與所述的針基模塊上的針體陣列的排布相同。
【文檔編號】A61M37/00GK105903121SQ201610450726
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】周虎川, 楊帆, 袁飛, 高 豪, 高源
【申請人】成都市億泰科技有限公司