本发明专利技术公开了属于显微外科手术器械及微细加工技术领域的“－”字形结构三维微型实心、空心硅针或硅刀及制备方法。采用微电子工艺制备的微型硅针或硅刀的针或刀尖顶部为与单晶硅的一族（１１１）面平行的“－”字形结构；“－”字形结构是宽度较窄的直线或同一平面或凸面上的曲线。在微型空心硅针或硅刀“－”字形结构附近的一侧或两侧或中间开有三角形或梯形或六边形或类似三角形或类似梯形或类似六边形的孔，并且这些孔与硅针或硅刀底部由六个（１１１）面形成的倒三角沟槽结构相连形成通孔。本发明专利技术能够实现低成本、高产率、批量化制造，在透皮给药、微量体液提取、显微外科手术等生物医学领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微外科手术器械及微细加工
，特别涉及“一”字形结构的三维微型实心、空心的硅针和硅刀。
技术介绍
人体的皮肤有三层组织角质层、活性表皮层和真皮层。最外层的角质层厚度约为10～50微米，由致密的角质细胞组成；角质层以下是表皮层，厚度约为50～100微米，含有活性细胞和很少量的神经组织，但是没有血管。表皮层以下是真皮层，是皮肤的主要组成部分，含有大量的活细胞、神经组织和血管组织。由于传统的皮下注射法使用的注射针头的外径一般为0.4～3.4毫米，需要将注射针头穿透皮肤表层并深入皮肤以下，以便让药物迅速进入血管，因此注射过程不仅伴随着疼痛，而且往往需要专业医护人员进行操作。现代医学研究表明，皮肤最外面的角质层是药物输送的主要障碍。只要使用微针或微针阵列将药物送入角质层以下而不深入真皮层，药物就会迅速扩散并通过毛细血管进入体循环。由于微针给药部位在体表并没有触及神经组织，因此不会产生疼痛；采用微针给药不需要专业人员进行操作，使用灵活方便，可随时中断给药，所以更容易被病人所接受。空心微针不仅可以用于透皮给药，还可以用于透皮进行微量体液的提取。 目前，已经报道了一些实心和空心微型硅针结构及其制备的方法，包括如下文献 1.S.Henry，D.V.McAllister，M.G.Allen，and M.R.Prausnitz.Microfabricated microneedles，“a novel approach to transdermal drugdelivery”，J.Pharmaceut.Sci.，87(8)922-925，1998. 2.P.Griss，P.Enoksson，H.K.Tolvanen-Laakso，P.Meril_inen，S. Ollmar， and G. Stemme，“Micromachined electrodes forbiopotential measurements”，J.Microelectromech.Syst.，10(1)10-16，2001. 3.P.Griss，P.Enoksson，and G.Stemme，“Micromachinedbarbed spikes for mechanical chip attachment”，Sensors andActuators A，9594-99，2002. 4.Patrick Griss and G_ran Stemme“Side-Opened Out-of-PlaneMicroneedles for Microfluidic Transdermal Liquid Transfer”， J.Microelectromech.Syst.，12(3)296-301，2003. 5.Han J. G. E. Gardeniers， Regina Luttge， Erwin J. W.Berenschot，Meint J.de Boer，Shuki Y.Yeshurun，Meir Hefetz，Ronny van’t Oever， and Albert van den Berg， “SiliconMicromachined Hollow Microneedles for Transdermal LiquidTransport”，J.Microelectromech.Syst.，12(6)855-862，2003. 6.E.V.Mukerjee，S.D.Collins，R.R.Isseroff，R.L.Smith，“Microneedle array for transdermal biological fluid extraction and insitu analysis”，Sensors and Actuators A，114267-275，2004. 7.Boris Stoeber and Dorian Liepmann，“Arrays of HollowOut-of-Plane Microneedles for Drug Delivery”，J.Microelectromech.Syst.，14(3)472-479，2005. 8.N. Roxhed，P. Griss and G. Stemme，“Reliable In-vivoPenetration and Transdermal Injection Using Ultra-sharp HollowMicroneedles”，Proceedings of 13th IEEE International Conferenceon Solid-State Sensors，Actuators and Microsystems，pp.213-216，Seoul，South Korea，2005. 在上述文献中，已经报道微型硅针的针尖普遍采用与传统缝纫针类似的圆锥柱体结构或与传统注射针头类似的斜面结构；使用的材料是单晶硅片或(100)面晶向的单晶硅片，制作方法通常采用的是硅的各向同性腐蚀或与各向异性腐蚀(包括湿法腐蚀和/或干法刻蚀)相结合的工艺，通孔采用DRIE(深反应离子干法刻蚀)设备进行加工；对于空心微型硅针，硅针内部普遍形成与硅片表面几乎垂直的圆形孔或椭圆形孔，在硅针的针尖附近通孔的形状也均为圆形或椭圆形。由于DRIE设备价格昂贵，开机与维护费用高，并且属于单片加工，而在厚达数百微米的单晶硅片上制备通孔又非常耗时，所以造成空心微型硅针的制作成本居高不下，难以实现其实用化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有微型硅针的弱点，提出了“-”字形结构三维微型实心、空心硅针和硅刀，其结构特点如下1)微型硅针或刀的针(刀)尖顶部为与单晶硅的一族(111)面平行的“-”字形结构；“-”字形结构是宽度较窄的直线或同一平面或凸面上的曲线，因此，在某些应用场合，该微型硅针实质上是微型硅刀。例如，根据不同的用途进行区分，微型硅针主要用于穿刺，微刀可用于穿刺和切割；对于空心微针或刀还可以用于穿刺或切割后进行液体的输注和提取。此外，为了区分它们，也可以从尺寸上进行定义，例如，微型硅针的针尖处“-”字形部分的长度为10纳米～50微米，宽度为0～50微米；微型硅刀的刀尖处“-”字形部分的长度为50微米～5毫米，宽度为0～300微米。 2)微型空心硅针或刀的针(刀)尖顶部的“-”字形结构附近的一侧或两侧或在针(刀)尖顶部“-”字形结构中间开有三角形或梯形或六边形或类似三角形或类似梯形或类似六边形的孔，并且这些孔与硅针或刀底部由六个(111)面形成的倒三角沟槽结构相连形成通孔；3)微型实心、空心硅针或刀尖处“-”字形部分的长度为10纳米～5毫米，宽度为0～300微米；4)微型实心、空心硅针或刀可以是单个或者是阵列形式的微针或刀；5)微型硅针或刀采用的材料是单晶硅；微型硅针或刀的具体形状和大小，包括针或刀尖顶部的“-”字形结构所处的位置(针或刀的中间或是一边)，通孔的位置、形状(三角形、梯形、六边形、类似三角形、类似梯形或类似六边形)和大小，由光刻掩膜板上的掩膜图形的尺寸、单晶硅片的厚度和湿法本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维微型硅针，其特征在于：所述微型硅针的针尖顶部为与单晶硅的一族（１１１）面平行的“－”字形结构；所述“－”字形结构是宽度较窄的直线或同一平面或凸面上的曲线；微型硅针的针尖处“－”字形部分的长度为１０纳米～５０微米，宽度为０～５０微米。
【技术特征摘要】
CN 2006-4-10 200610072807.11.一种三维微型硅针，其特征在于所述微型硅针的针尖顶部为与单晶硅的一族(111)面平行的“一”字形结构；所述“一”字形结构是宽度较窄的直线或同一平面或凸而上的曲线；微型硅针的针尖处“一”字形部分的长度为10纳米～50微米，宽度为0～50微米。2.根据权利要求1所述的微型硅针，其特征在于所述微型硅针是实心或空心的。3.根据权利要求1或2所述的微型硅针，其特征在于空心微型硅针的针尖“一”字形结构附近的一侧面或两侧面或中间开有三角形或梯形或六边形或类似三角形或类似梯形或类似六边形的孔，并且这些孔与硅针底部由六个(111)面形成的倒三角沟槽结构相连形成通孔。4.根据权利要求1或2所述的微型硅针，其特征在于所述微型硅针为单个或者是阵列形式的。5.根据权利要求1或2所述的微型硅针，其特征在于所述微型硅针采用的材料是单晶硅；微型硅针的具体形状和大小，包括针尖顶部的“一”字形结构所处的位置-即硅针的中间或是一边，通孔的位置、形状和大小，由光刻掩膜板上的掩膜图形的尺寸、单品硅片的厚度和湿法腐蚀或干法刻蚀单晶硅时采用的具体工艺条件决定。6.根据权利要求4所述的微型硅针，其特征在于所述微针阵列是微针在同一硅片上按照一定间距进行的排列，是实心或空心微针阵列，或二者的混合阵列。7.一种三维微型硅刀，其特征在于所述微型硅刀的刀尖顶部为与单晶硅的一族(111)面平行的“一”字形结构；所述“一”字形结构是宽度较窄的直线或同一平面或凸面上的曲线；微型硅刀的刀尖处“一”字形部分的长度为50微米～5毫米，宽度为0～300微米。8.根据权利要求7所述的微型硅刀，其特征在于所述微型硅刀是实心或空心的。9.根据权利要求7或8所述的微型硅刀，其特征在于空心微型硅刀的刀尖“一”字形结构附近的一侧面或两侧面或中间开有三角形或梯形或六边形或类似三角形或类似梯形或类似六边形的孔，并且这些孔与硅刀底部由六个(111)面形成的倒三角沟槽结构相连形成通孔。10.根据权利要求7或8所述的微型硅刀，其特征在于所述微型硅刀为单个或者是阵列形式的。11.根据权利要求7或8所述的微型硅刀，其特征在于所述微型硅刀采用的材料是单晶硅；微型硅刀的具体形状和大小，包括刀尖顶部的“一”字形结构所处的位置-即硅刀的中间或是一边，通孔的位置、形状和大小，由光刻掩膜板上的掩膜图形的尺寸、单晶硅片的厚度和湿法腐蚀或干法刻蚀单晶硅时采用的具体工艺条件决定。12.根据权利要求10所述的微型硅刀，其特征在于所述微刀阵列是微刀在同一硅片上按照一定间距进行的排列，是实心或空心微刀阵列，或二者的混合阵列。1...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳瑞峰，王燕，刘理天，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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