基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用，其中该制备方法包括以下步骤：(1)将PDMS和固化剂固化冷却后得到PDMS基板；(2)设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；(3)将PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光加工工艺条件参数；接着，参照激光刻蚀掩模板图样对PDMS基板进行激光处理，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。本发明专利技术通过对其关键激光刻蚀的工艺条件进行改进，能够有效解决微针阵列模板制备过程复杂、价格昂贵、结构设计性差以及微针阵列模板大规模生产和应用困难的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物医用高分子材料领域，更具体地，涉及一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的制备方法及其产物、以及该产物在可溶性高分子微针制备中的应用。
技术介绍
微针是由硅、金属、聚合物制成的长度为25～2000μm、针尖呈锥形的三维阵列。微针是生物医药领域里的一种新型的微创给药工具，可以透过皮肤表皮和真皮层而增强皮肤给药的效果。微针以其高效、安全、无痛感等优势在经皮给药领域中得到了广泛的应用。可溶性微针是将药物包覆于可溶性或可降解高分子材料中制备成的微针阵列。可溶性微针制备方法简单温和、安全性好、载药效率高，因而是一类非常有前景的给药方式。微模塑法是制备可溶性微针的最常用方法，该法通过加热、离心、抽真空、紫外光照等外力手段将高分子溶液或熔体填充到制备好的微针阵列模板中进而形成微针阵列。制备出尺寸可控的微针阵列模板对于可溶性微针的制备和应用尤为重要。微针阵列模板通常是由微机电加工或化学刻蚀制备的固体微针复模得到，也可以通过激光刻蚀或化学刻蚀直接制备得到；上述制备方法过程复杂、价格昂贵、结构控制性差，不利于微针阵列模板的大规模制备和在可溶性微针制备中的应用。因此，亟需一种过程简单、尺寸可控且成本低廉的微针阵列模板的制备方法并将其应用到可溶性微针的制备中。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法及产物与应用，其中通过对其关键激光刻蚀的工艺条件(包括掩模板的设置，激光加工的加工次数、激光电流等)进行改进，与现有技术相比能够有效解决微针阵列模板制备过程复杂、价格昂贵、结构设计性差以及微针阵列模板大规模生产和应用困难的问题，能够快速地制备出尺寸可控的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微针阵列模板，从而可以制备出不同尺寸的可溶性高分子微针。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)PDMS基板的制备：将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，然后将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度除去所述混合物中的气泡，然后在70～90℃下加热固化1～4h使PDMS固化；冷却后即得到PDMS基板；(2)激光刻蚀掩模板的设计：设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；对于所述同心圆阵列，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～500μm，相邻同心圆的圆心间距为200～600μm；(3)微针阵列模板的刻蚀：将所述步骤(1)得到的所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光电流为3～20mA，激光扫描速率为3～20cm/s，激光加工次数为1～10次；接着，参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，使得在该PDMS基板上形成根据所述同心圆阵列分布的激光曝光区域，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。作为本专利技术的进一步优选，所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，还包括以下步骤：(4)对所述步骤(3)得到的所述微针阵列模板进行清洗，然后干燥；优选的，所述清洗是分别用丙酮和超纯水超声清洗，所述干燥是在80℃的环境中干燥。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度，是将所述混合物置于塑料培养皿中然后抽真空至-0.08MPa的真空度；优选的，所述将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，是将所述PDMS和所述固化剂在塑料培养皿中充分搅拌混合均匀从而得到所述混合物；所述PDMS模板是与所述塑料培养皿分离后得到；优选的，所述PDMS和所述固化剂的质量比为10:1，所述加热固化是在80℃下加热固化2h。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述同心圆阵列中，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～300μm，更优选为50～250μm；相邻同心圆的圆心间距为300～500μm。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(2)中，所述设计激光刻蚀掩模板的图样是利用雕刻机绘图软件绘制的；所述同心圆阵列优选为10×10的同心圆阵列。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，将所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，是将所述PDMS基板水平放置于激光雕刻机的雕刻区域；所述参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，是将所述步骤(2)中所得的掩膜图案导入到激光刻蚀软件，然后再对所述PDMS基板进行激光处理；优选的，所述激光雕刻机为PL-40CO2激光雕刻机。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(3)中，所述激光电流为3～15mA，更优选为5～10mA；所述激光扫描速率为5～15cm/s，更优选为8～12cm/s；所述激光加工次数为3～8次，更优选为3～5次。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了利用如上述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板。按照本专利技术的再一方面，本专利技术提供了利用如上述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板在制备可溶性微针中的应用。按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了利用如上述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法制备得到的微针阵列模板在制备透明质酸微针中的应用；优选的，该应用是将所述微针阵列模板用O2等离子体处理0～30s，再将透明质酸浓度为50～500mg/mL的透明质酸水溶液滴在所述微针阵列模板表面，所述透明质酸的数均分子量优选为10kDa；接着，将表面滴有所述透明质酸水溶液的所述微针阵列模板在20℃下进行真空干燥，剥离后即得到透明质酸可溶性微针；更优选地，所述O2等离子体处理的时间为10～30s，所述透明质酸水溶液的浓度优选为100～300mg/mL。通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于是基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板，具体包括PDMS基板的制备、激光刻蚀掩模板的设计和微针阵列模板的制备这三个重要步骤，通过控制PDMS与固化剂的固化条件、掩模板的图案结构以及激光加工条件等，可以制备出结构规整、内壁光滑的微针阵列模板。本专利技术中微针阵列模板的制备方法是基于激光刻蚀技术，激光刻蚀掩模板利用同心圆阵列能够成功刻蚀出锥形结构，从而制备得到具有相应锥形结构的微针阵列模板。通过调节激光刻蚀的加工电流、扫描速率及加工次数，可以有效地控制微针阵列模板的深度、直径及内壁粗糙度。本专利技术中激光刻蚀所采用的激光优选为常温条件下使用、功率可调的CO2激光。本专利技术通过控制激光刻蚀的相关参数，将激光电流控制为3～20mA(可优选为3～10mA，更可优选为5～10mA)，激光扫描速率控制为3～20cm/s(可优选为5～15cm/s，更优选为8～12cm/s)，激光加工次数控制为1～10次(可优选为3～8次，更可优选为3～5次)，使激光刻蚀反应步骤与设计出的掩模板有效配合(该掩模板可以是直径为50～500μm、间距为200～600μm的10×10同心圆阵列；直径可优选50～300μm，更可优选为50～250μm，间距可优选300～500μm)，从而确保在PDMS基板上刻蚀出具有光滑锥面的锥形结构，从而制得微针阵列模板。通过改变不同的激光雕刻加工条件(如激光电流、激光扫描速率、激光加工次数等)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)PDMS基板的制备：将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，然后将该混合物抽真空至‑0.08MPa的真空度除去所述混合物中的气泡，然后在70～90℃下加热固化1～4h使PDMS固化；冷却后即得到PDMS基板；(2)激光刻蚀掩模板的设计：设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；对于所述同心圆阵列，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～500μm，相邻同心圆的圆心间距为200～600μm；(3)微针阵列模板的刻蚀：将所述步骤(1)得到的所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光电流为3～20mA，激光扫描速率为3～20cm/s，激光加工次数为1～10次；接着，参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，使得在该PDMS基板上形成根据所述同心圆阵列分布的激光曝光区域，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)PDMS基板的制备：将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，然后将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度除去所述混合物中的气泡，然后在70～90℃下加热固化1～4h使PDMS固化；冷却后即得到PDMS基板；(2)激光刻蚀掩模板的设计：设计激光刻蚀掩模板的图样使该图样为同心圆阵列；对于所述同心圆阵列，任意一个同心圆中各个圆的直径为50～500μm，相邻同心圆的圆心间距为200～600μm；(3)微针阵列模板的刻蚀：将所述步骤(1)得到的所述PDMS基板放置于激光雕刻机的雕刻区域，并设置激光电流为3～20mA，激光扫描速率为3～20cm/s，激光加工次数为1～10次；接着，参照所述步骤(2)设计得到的激光刻蚀掩模板图样对所述PDMS基板进行激光处理，使得在该PDMS基板上形成根据所述同心圆阵列分布的激光曝光区域，从而得到经过激光刻蚀的PDMS基板，即微针阵列模板。2.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，还包括以下步骤：(4)对所述步骤(3)得到的所述微针阵列模板进行清洗，然后干燥；优选的，所述清洗是分别用丙酮和超纯水超声清洗，所述干燥是在80℃的环境中干燥。3.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将该混合物抽真空至-0.08MPa的真空度，是将所述混合物置于塑料培养皿中然后抽真空至-0.08MPa的真空度；优选的，所述将PDMS和固化剂按质量比20:1～5:1混合得到混合物，是将所述PDMS和所述固化剂在塑料培养皿中充分搅拌混合均匀从而得到所述混合物；所述PDMS模板是与所述塑料培养皿分离后得到；优选的，所述PDMS和所述固化剂的质量比为10:1，所述加热固化是在80℃下加热固化2h。4.如权利要求1所述基于激光刻蚀技术制备微针阵列模板的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述同心圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锦涛，李朝，柳佩，陶娟，董励芸，
申请(专利权)人：华中科技大学，华中科技大学同济医学院附属协和医院，
类型：发明
国别省市：湖北;42