一种空心金属微针及其批量制备方法技术

本发明专利技术提供了一种空心金属微针及其批量制备方法，步骤为：(1)在基片上溅射金属种子层作为导电层；(2)导电层上电镀金属层作为释放层；(3)释放层上甩光刻胶并图形化；(4)电镀金属填充图形，制作微针第一层，随后溅射金属种子层；(5)金属种子层上甩光刻胶并图形化；(6)图形化的光刻胶适当烘胶；(7)溅射金属种子层；(8)甩光刻胶并图形化，电镀金属制作微针第二层；(9)去胶，释放微针。本发明专利技术采用微加工工艺，克服传统注射针头生产工艺难以批量制作极细针头的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械和生物医学
，具体是。
技术介绍
微针的产生得益于微加工工艺的发展及其在医疗领域的应用。微针一般指长度在数百微米到几毫米，针尖直径从数微米至数百微米的微型针头。与传统注射针头相比，微针尺寸有了明显的减小。同时，采用传统注射针头生产工艺，基本不能生产这样的微型针头，而微加工工艺的引入，恰好解决了这一难题。人体皮肤由外至里，分别是表皮层、真皮层和皮下组织。表皮层最外为角质层，由死亡的细胞组织构成，对皮肤起到保护作用，同时，巨大的阻碍药物通过皮肤渗透入人体体内。角质层之下的表皮层开始分布有少量的神经组织和毛细血管，且随着深度增加逐步增多，到真皮层时进一步增加。微针由于尺寸微小，使用时不会刺入深层皮肤，突破角质层的同时，也能有效避开大部分神经。因此，微针能够有效的进行微量药物注射或者生物体液采集，同时产生的痛感相比传统注射针头大大减小，甚至可以忽略，所引起的创伤也小，近年来开始受到医疗界的广泛关注。目前微针生产材料主要包括硅、聚合物和金属。成熟的IC工艺使得硅微针最初具有明显的优势，结合便于集成、成本低的特点使其一度成为研宄的热点，但硅易脆断的特性也限制了其发展。聚合物优异的生物兼容性，引起了人们的广泛关注，但是，其缺点也很明显。聚合物机械性能较差，微针刺入皮肤后易失效，难以保证微针的持续作用。与此同时，金属作为长期使用的制针材料，具有出色的机械性能，金属微针也由此发展了起来。微针生产方法多为通过异平面方式制备微针阵列，常见方法如:中国专利“空心医用金属微针的制备方法”(CN200910055956.0)，其采用刻蚀硅形成微针模型，最后电镀制作出异平面金属微针的方法。该方法制作微针均为方形，微针外形不够合理，同时微针长度也很局限。而 Hyungil Jung 等人在 “Lee K, Lee H C，Lee D S, etal.DrawingLithography: Three-Dimens1nal Fabricat1nof an Ultrahigh-Aspect-Rat1 Microneedle.Advanced Materials, 2010, 22(4):483-486.”中利用光刻胶拉伸再电镀的方法，所制作微针长度上有了较大提高，同时微针外形近似圆柱，具有合理性。但此方法仅部分借鉴微加工工艺，拉伸光刻胶柱为其核心。方法所制备微针尺寸不易控制，同时拉伸时对温度、速度等条件要求高，工艺重复性很难保证，不具备批量加工工艺的基本特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有方法的不足，提供，解决传统注射头生产工艺不能生产微小尺寸针头的问题，所制备微针尺寸可根据需要调整，同时微针尺寸控制精度和重复性都可得到充分保证。为实现上述的目的，本专利技术采用了以下技术方案:本专利技术提供一种空心金属微针批量制备方法，包括如下步骤:步骤一，在基片上溅射金属种子层作为导电层；优选地，所述基片为玻璃基片，或金属基片，或聚合物基片。优选地，所述金属种子层为铬/铜，或者金，或镍，或钛种子层。优选地，取玻璃片为基片，溅射铬/铜种子层，进一步降低制作成本。溅射金属种子层前，先清洗玻璃基片，保证基片洁净。步骤二，导电层上电镀金属层作为释放层；优选地，所述金属释放层为铜、镍、锌中的一种。优选地，选择电镀金属铜为释放层，后期腐蚀工艺简单，对微针结构层影响小，电锻厚度为0.5 μ m?50 μ m，电锻速率为0.01 μ m/min?I μ m/min。步骤三，金属释放层上甩光刻胶并图形化；优选地，所述金属释放层上用正胶，用胶厚度为5 μπι?ΙΟΟμπι。步骤四，电镀金属填充图形，制作微针第一层，随后溅射金属种子层；优选地，所述的电镀，金属为镍、金、钛中的一种。优选地，所述溅射金属种子层为铬、铜、金、镍、钛中的一种。优选地，电镀金属为镍，其电镀工艺成熟，金属机械性能好。电镀速率为0.0lym/min?I μm/min，电镀厚度为5 μπι?100 μπι。随后派射金种子层，进一步提升微针生物兼容性。步骤五，金属种子层上甩光刻胶并图形化，制作微针通道填充光刻胶；所述金属种子层上用正胶，用胶厚度为5 μπι?ΙΟΟμπι。优选地，所述的通道填充光刻胶，图形化后呈长条状，在第一层微针结构上表面中间，使得结构对称，保证最终微针性能。最后去掉此填充光刻胶，制作出空心金属微针内通道。步骤六，适当烘胶，使通道填充光刻胶圆滑；优选地，对光刻胶采用程控加热烘胶，升温速度控制为0.15°C /min?18°C /min,最高加热温度为50°C?150°C。升温速度尽量慢，充分释放光刻胶内部溶剂，避免光刻胶产生气泡、后续种子层起皱或其他缺陷。步骤七，溅射金属种子层作为导电层；所述金属种子层为铬/铜，或者金，或镍，或钛种子层。优选地，选择金作为溅射种子层，进一步提升微针生物兼容性。步骤八，甩光刻胶并图形化，电镀金属制作微针第二层；所述的电镀，金属为镍、金、钛中的一种。所述种子层上用正胶，用胶厚度为5 μ m?ΙΟΟμπι。优选地，电镀金属为镲，电镀速率为0.01 μ m/min?I ym/min，电镀厚度为5 μπι?100 μ m0步骤九，去胶，释放微针。所述的去胶溶剂采用丙酮，或者0.1 %?10%的NaOH溶液。优选地，去胶溶液为丙酮，简单易操作，去胶时将基片侵泡与丙酮溶剂中，同时可以采用磁力搅拌或者超声加快去胶。作为一个优选方式，在所述步骤三之后、步骤四之前进一步包括一烘胶步骤，使步骤三光刻图形侧壁倾斜、圆滑，制作针头断面近似椭圆微针。本专利技术还提供一种上述方法制备的空心金属微针，所述微针包括针头，所述针头的第一层电镀结构四周侧壁垂直或不垂直。优选地，所述针头断面近似椭圆，针头内通道为半椭圆。优选地，所述针头的针尖带斜面倾角，角度为10°?50°。作为一个优选方式，所述微针进一步包括针座，所述针头和所述针座通过圆弧外形连接，所述针座内设有通道，该通道与针头内通道相通。优选地，所述针头宽度为5 μ m?200 μ m，针座宽度为20 μ m?2000 μ m。优选地，所述针头内通道宽度为2μηι?100 μ m，针座内通道宽度为12 μπι?1800 μmD优选地，所述针头长度为100 μ m?10000 μ m，针座长度为100 μ m?10000 μ m。作为优选地尺寸，上述尺寸微针使用传统注射针头生产工艺难以生产，这样尺寸的微针能明显减轻使用带来的痛感，同时造成更微小的创伤，更易恢复。优选地，所述微针一共为两层，分别由两次电镀金属获得，第一层结构电镀完全后上表面基本为平面，第二层结构电镀完全后上表面为曲面。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术制作方法简单、稳定，并且成本低。此方法能够突破传统注射针头生产工艺的局限，制作微型针头。同时，采用了同平面方式，结合特有的光刻胶烘胶工艺，能够批量制备针头剖面近视椭圆微针，微针结构更为合理。同平面方式，使得制备微针尺寸可以根据需要调整，能够生产各种长度、大小微针。独特的光刻胶烘胶工艺，使微针表面圆滑，有效增强自身强度的同时，减小对皮肤的创伤。微针的针头和底座通过圆弧结构连接，更符合力学原理，保证接头稳定性。针头尖端带有倾角，便于刺入皮肤，微针使用时更为安全。针座便于微针和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心金属微针批量制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在基片上溅射金属种子层作为导电层；步骤二，导电层上电镀金属层作为释放层；步骤三，金属释放层上甩光刻胶并图形化；步骤四，电镀金属填充图形，制作微针第一层，随后溅射金属种子层；步骤五，金属种子层上甩光刻胶并图形化，制作微针通道填充光刻胶；步骤六，烘胶，使通道填充光刻胶圆滑；步骤七，溅射金属种子层作为导电层；步骤八，甩光刻胶并图形化，电镀金属制作微针第二层；步骤九，去胶，释放微针。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁桂甫，刘龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31