[发明专利]在柔性衬底表面制作硬质微针阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微加工制造技术，具体涉及一种在柔性衬底表面制作硬质微针阵列的方法，用来实现柔性贴片式医疗器件的加工。

背景技术

近年来，随着微机电(MEMS)技术的发展，微针阵列在经皮给药、微创取样、电生理信号检测以及生化检测方面有着越来越广泛的应用，制造微针阵列的工艺也在应用中不断改进。

直接在硅片上制作的微针阵列，针体和衬底的材料全部都是硅。硅基底比较硬，不能很好地贴合皮肤表面，并且在刺入过程中，容易引起患者的疼痛。随后又发展出了聚合物微针，如PMMA、SU-8和PET等材料。2013年，Po-Chun Wang等人报道了一种基于SU8聚合物的中空微针阵列(Po-Chun Wang，Seung-Joon Paik，Shuodan Chen，SwaminathanRajaraman，Seong-Hyok Kim，and Mark G.Allen.JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS，VOL.22，NO.5，OCTOBER2013)。这种微针是聚合物制作的，但微针强度相对较弱，刺入人体皮肤需要较大的力。同时，SU8形成的衬底几乎没有柔性。基于柔性聚合物衬底材料的硬质微针阵列，其柔性衬底可以很好的贴合人体皮肤的自然弯曲形状，与人体皮肤的弹性模量更加匹配，使得键合在其上的微针在刺入人体时可以很好地贴合在皮肤表面，减少患者的疼痛，另外硬质针体可以较容易地刺穿角质层，从而可以很好的应用于经皮给药、微创取样、电生理信号检测以及生化检测。目前对于基于柔性衬底的硬质微针阵列的制作方法，针体都是通过物理固定的方法镶嵌在柔性衬底内部。比如2009年，清华大学岳瑞峰、王燕提出了一种用于贴片给药的基于柔性衬底的金属微针阵列(专利公开号CN101618250A)，其中金属微针阵列根部直接镶嵌在柔性材料内，虽然其微针可以以15°-90°角度固定在柔性衬底上，但是微针是通过将针体根部插入柔性衬底上固定的。微针与局部衬底之间的角度，正如其所描述的，是预先固定好的，其柔性主要体现在衬底上，微针相对柔性衬底之间不能灵活摆动。此外，2011年，裴为华，王宇等人提出了一种用于提取人体肌电信号的柔性衬底的硅微针阵列(专利公开号CN102499667A)。在其制作方法的描述中，硅微针阵列根部也同样是通过物理黏附镶嵌在柔性衬底内部。这种根部镶嵌在柔性衬底内部的柔性微针阵列需要具有较大的衬底厚度，从而可为微针提供足够的包裹力，这种厚度的需求在一定程度上限制了衬底柔性的发挥；同时硬质微针根部镶嵌在柔性衬底中，微针相对衬底材料的摆动较为困难。这样微针相对衬底的倾斜势必引起衬底材料的弯曲，反之亦然，衬底材料的弯曲也会引起微针方向的改变。这样当微针植入皮肤中时，由于运动引发柔性基底发生曲率变化时，硬质微针会在皮肤中有一个横向的运动，容易引起皮肤不适或造成微针断裂。针对这种情况，本发明提出了一种采用直接键合方法在柔性衬底表面制备硬质微针阵列的方法，摆脱了柔性微针阵列对衬底厚度的要求，可以制备出具有更好柔性的微针阵列；同时表面键合的方式使得微针可以相对衬底做大幅度的摆动，大大提高了微针使用时的舒适度，降低了硬质微针折断的风险。

发明内容

现有制备柔性微针阵列方法是将微针根部镶嵌在柔性衬底中，这种方法存在衬底厚、微针与柔性衬底锚点不稳定、容易脱落以及微针阵列整体柔性受限等不足。

本发明的主要目的在于提供一种在柔性衬底表面制作硬质微针阵列的方法，其是微针的根部直接键合在柔性衬底表面的微针阵列，微针可以相对衬底做大幅度的摆动，大大提高了微针使用时的舒适度，降低了硬质微针折断的风险，提高了微针阵列的使用寿命。

为达到上述目的，本发明提供一种在柔性衬底表面制作硬质微针阵列的方法，包括如下步骤：

步骤1：在一硅片上生长一层第一Parylene薄膜；

步骤2：在第一Parylene薄膜的表面旋涂一层柔性聚合物层，加热固化；

步骤3：将柔性聚合物层从第一Parylene薄膜表面揭下；

步骤4：在与第一Parylene薄膜接触的那一面的柔性聚合物层上生长一层第二Parylene薄膜；

步骤5：在生长有第二Parylene薄膜的柔性聚合物层上旋涂一层聚二甲基硅氧烷层，加热固化；

步骤6：在一金属或半导体材料上双面生长一层二氧化硅薄膜；

步骤7：将二氧化硅薄膜与PDMS层同时用氧等离子体处理后，键合在一起；

步骤8：将PDMS层从第二Parylene薄膜表面揭下；