一种中空金属微针和中空金属微针阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中空金属微针和中空金属微针阵列及其制备方法，其包括：由冲压拉伸工艺制备的中空金属微针及微针阵列，具体制备是通过研磨或者微纳加工技术制得金属冲针，然后制备由金属薄膜和基板衬底构成的凹膜结构，并用冲压拉伸工艺将金属冲针与凹膜结构结合以获得金属凹槽，之后，在去应力及抛光退火处理工艺后通过机械步进方式控制冲压设备以获得金属凹槽阵列进而得到中空金属微针或金属微针阵列。本发明专利技术基于冲压拉伸工艺获得中空金属微针及其微针阵列，制备方法操作简单，制作周期短，效率高，降低生产成本，利于金属微针的推广，实现批量生产，解决了传统微纳加工方式的中空金属微针制备不易、制备方法单一的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种中空金属微针和中空金属微针阵列及其制备方法
本专利技术涉及生物医学工程方法领域，尤其涉及一种中空金属微针和中空金属微针阵及其制备方法。
技术介绍
目前，大部分的生物疗法和疫苗都是使用皮下针注射实现给药目的的。常规针头注射作为一种低成本、高效的给药方式，可将几乎任何类型的分子输送到体内。但与此同时，也会给人体带来局部皮肤损伤、出血等危害。随着微加工技术的发展，微针已被学术实验室和制药公司开发为一种前瞻性的小型化分析和治疗工具。新兴的微针给药作为一种相对高效的微创手段，兼具了效率高、损伤小、无痛感等优势。空心微针具有一个通道，由于其孔道的特有优势，可将液体和干燥药物制剂不断地输送到体内。空心微针大多利用MEMS技术直接由材料基板制得，包括激光微加工，硅的深反应离子刻蚀，集成平版成型技术，深X射线光刻，湿化学蚀刻和微加工等。相比于硅和聚合物，金属本身坚硬且不易破碎，是良好的微针材料，却由于复杂的制备方法受到较少的关注。现有技术中，通过牺牲基底材料的方法为中空金属微针的制备提供了有效途径，但是此类方法制作成本高，制作周期长，不适用于生产。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种由冲压拉伸工艺制备的中空金属微针及其微针阵列，其制备方法的核心是金属冲压拉伸工艺，通过对金属冲针和金属薄膜与基板衬底构成的凹膜结构进行冲压拉伸处理形成凹槽后，采用去应力、抛光退火处理工艺及冲压设备对所制成的金属凹槽进行处理以获得凹槽阵列进而得到中空金属微针或金属微针阵列。该结构及其制备方法可操作性强、制备周期短、制造成本低，适用于大规模生产及推广应用。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种中空金属微针的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：锥形金属针、金属薄膜和聚合物基板备用；步骤2：对锥形金属针进行精密淬火以及热处理、圆角处理和抛光处理；将金属薄膜和聚合物基板粘合在一起，形成凹模结构；步骤3：锥形金属针作为冲针与凹模结构进行3-5次的冲压拉伸，获得高深宽比的金属凹槽，冲压深度为60-1600um，通过冲压机控制；步骤4：对形成的金属凹槽进行去应力退火及抛光处理，再对金属凹槽深度的50-1500um处进行切割，得到所述中空金属微针。一种中空金属微针阵列的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：锥形金属针、金属薄膜和聚合物基板备用；步骤2：对锥形金属针进行精密淬火以及热处理、圆角处理和抛光处理；将金属薄膜和聚合物基板粘合在一起，形成凹模结构；步骤3：锥形金属针作为单微针模板与凹模结构进行3-5次的冲压拉伸，获得高深宽比的单金属凹槽；通过机械步进电机控制冲压间距，重复获单金属凹槽过程，获得金属凹槽陈列；其中，所述冲压间距为100-2000um，冲压深度为60-1600um，冲压深度通过冲压机控制；步骤4：对形成的金属凹槽阵列进行去应力退火及抛光处理，再对金属凹槽阵列深度的50-1500um处进行切割，得到所述中空金属微针陈列；其中：所述锥形金属针为钢、铜、铁金属材料制成的锥状结构，形状为棱形或者圆形锥结构，高度为500um-2000um，锥形角度为5°-70°；所述金属薄膜材料为钛、铂或钢，厚度为10-200um；所述去应力退火处理是将金属凹槽加热至400-1000℃，消除残余内应力；所述聚合物基板为通过液滴法制得的聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲二乙酯（PET）或聚乳酸（PLA）基板，厚度为1000-3000um。一种上述方法制得的中空金属微针。一种上述方法制得的中空金属微针阵列。所述微针高度为50-1500um，微针金属层厚度为10-200um，其孔径为10-500um。构成微针阵列的微针高度为50-1500um，微针金属层厚度为10-200um，孔径为10-500um，微针间距为0.1-3mm。与现有技术相比，本专利技术提供的中空金属微针阵列的制备方法，通过在试验获得的金属冲针作为冲针，与金属薄膜和聚合物基底所组成的凹模进行冲压拉伸处理获得金属凹槽，再通过控制冲压设备获得金属凹槽阵列，最后对形成的金属凹槽阵列底部进行统一切割，获得中空金属微针阵列；该制作方法操作简单，可重复性高，制作周期短、效率高、可有效降低微针生产成本，有利于微针的推广使用。附图说明图1为本专利技术实施例1中空金属微针的制备流程图；图2为本专利技术实施例1中空金属微针阵列的制备流程图；图3为本专利技术实施例2利用实心金属冲针阵列冲压拉伸形成中空金属微针阵列的制备流程图；图4为图3的俯视图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的制备步骤进行更为清楚、完整的描述。为了更好的描述实施例，附图的有些部件进行了省略、放大或缩小处理，并不代表实际实物图的尺寸。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例11）、图1中黑色锥体表示本实施例中的金属冲针，阴影部分表示金属薄膜，无色部分表示聚合物材料的基板。金属薄膜和聚合物材料基板共同构成片状的凹模。虽然金属薄膜的材质并未限定，但由于其是本实施例的制备成品前身，因此最好采用不易产生污染且对人体不会造成伤害的材质。本专利技术需要通过冲压拉伸工艺形成高深宽比的金属凹槽，故要求金属薄膜具有较高的拉伸性和延展性。此外，由于基底需要随着金属薄膜形成深的凹部形状，以及制备过程中会进行多次加热处理，因此需选用耐高温高分子聚合物材料；2）、金属冲针通过微纳加工方法制得；3）、具体地，通过光刻方法获得具有深凹槽的聚合物模具，再利用微成型法将金属浆料倒入模具中，最后通过脱模获得圆锥形金属冲针。虽未限定特别限定材质，但适宜用硬度较高、加工性好的金属；此外，金属冲针截面形状不做特别限定，适宜采用圆形（满足注射需要即可）；4）、对金属冲针进行精密淬火以及热处理提高金属冲针的硬度可达至Hv290-800，再对金属冲针进行打磨抛光以及圆角处理，对金属冲针硬度不做特别限制，满足冲压需求即可；5）、金属薄膜与聚合物基板构成凹模，本实施例为了说明方便，选用了方形金属薄膜与聚合物基板。具体的金属薄膜形状不做限制，可根据微针用途以及注射动力设备做更改；6）通过粘合剂将金属薄膜与聚合物基板粘合在一起形成凹膜结构，对具体的粘合方式以及粘合剂种类不做限制，满足所需凹膜结构的机械结构即可；7）、凹模结构中聚合物基板的厚度比形成的金属凹槽的高度厚，这是防止金属冲针将凹模穿透时，形成的金属凹槽因所受应力不均匀而有裂缝等缺陷；8）、清洗金属冲针，并在金属冲针表面涂抹润滑油。润滑油的种类不做特别限制，可根据中空微针形状、金属材料以及拉伸应力做调整。此外，也可对金属冲针以及金属薄膜表面进行表面处理，如镀膜、喷漆等，减小两者之间的摩擦力，对此不作特别限制；9）、对凹模结构进行表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空金属微针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：/n步骤1：锥形金属针、金属薄膜和聚合物基板备用；/n步骤2：对锥形金属针进行精密淬火以及热处理、圆角处理和抛光处理；将金属薄膜和聚合物基板粘合在一起，形成凹模结构；/n步骤3：锥形金属针作为冲针与凹模结构进行3-5次的冲压拉伸，获得高深宽比的金属凹槽，冲压深度为60-1600um，通过冲压机控制；/n步骤4：对形成的金属凹槽进行去应力退火及抛光处理，再对金属凹槽深度的50 -1500um处进行切割，得到所述中空金属微针；其中：/n所述锥形金属针为钢、铜、铁金属材料制成的锥状结构，形状为棱形或者圆形锥结构，高度为500-2000 um，锥形角度为5°-70°；/n所述金属薄膜材料为钛、铂或钢，厚度为10-200 um；/n所述去应力退火处理是将金属凹槽加热至400-1000℃，消除残余内应力；/n所述聚合物基板为通过液滴法制得的聚酰亚胺、聚对苯二甲二乙酯或聚乳酸基板，厚度为1000-3000um。/n

【技术特征摘要】
1.一种中空金属微针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：锥形金属针、金属薄膜和聚合物基板备用；
步骤2：对锥形金属针进行精密淬火以及热处理、圆角处理和抛光处理；将金属薄膜和聚合物基板粘合在一起，形成凹模结构；
步骤3：锥形金属针作为冲针与凹模结构进行3-5次的冲压拉伸，获得高深宽比的金属凹槽，冲压深度为60-1600um，通过冲压机控制；
步骤4：对形成的金属凹槽进行去应力退火及抛光处理，再对金属凹槽深度的50-1500um处进行切割，得到所述中空金属微针；其中：
所述锥形金属针为钢、铜、铁金属材料制成的锥状结构，形状为棱形或者圆形锥结构，高度为500-2000um，锥形角度为5°-70°；
所述金属薄膜材料为钛、铂或钢，厚度为10-200um；
所述去应力退火处理是将金属凹槽加热至400-1000℃，消除残余内应力；
所述聚合物基板为通过液滴法制得的聚酰亚胺、聚对苯二甲二乙酯或聚乳酸基板，厚度为1000-3000um。


2.一种中空金属微针阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：锥形金属针、金属薄膜和聚合物基板备用；
步骤2：对锥形金属针进行精密淬火以及热处理、圆角处理和抛光处理；将金属薄膜和聚合物基板粘合在一起，形成凹模结构；
步骤3：锥形金属针作为单微针模板与凹模结构进行3-5次的冲压拉伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宁宁，顾豪杰，卢柯宇，周晓峰，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31