[发明专利]一种微型空心硅针的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗和半导体微细加工技术领域，具体是一种微型空心硅针的制备方法。

背景技术

透皮给药是指药物透过皮肤，经毛细血管吸收进入身体的血液循环系统，达到有效血药浓度而产生药效的方法。这是无创给药的新方法，由于药物吸收不受肠胃等消化道吸收的影响，避免了肝脏、肠胃的首过效应，并且由于患者可自主用药等优点，得到了国内外的广泛关注，具有非常广阔的发展前景。透皮给药的方法必须使药物透过皮肤进入人体内。人的皮肤由外至内共有三层组织：角质层、活性表皮层和真皮层。角质层位于最外层，厚度约为10-15微米，由致密的角质细胞构成。表皮层厚度为50-100微米，包括活细胞，但避开了血管，几乎不包括神经。真皮构成了皮肤大部分的体积，包括活细胞、神经和血管。由于传统的皮下注射法的注射针头的外径约为0.4-3.4毫米，需要将针头穿透皮肤表层进入皮肤以下，以便让药物迅速进入血管，因此注射的过程不仅伴随着疼痛，也需要专业医护人员的操作。现代医学表明，角质层是输送药物的主要障碍。使用微针可以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。由于角质层没有神经组织，因此不会产生疼痛。这种方法使用灵活方便，容易被病人接受。随着微机电系统和材料学的发展，微针作为一种相对较新的透皮给药工具已引起人们越来越多的关注。

同时，从现代生产来看，包括喷墨打印在内均需要提供大型阵列型中空微米针结构作为喷头，因此，尺寸可控、针孔大小可调的大型微针阵列结构，成为当前工业用大面积油墨喷涂的必须产品之一。

从结构上来说，微针分为实心微针和空心微针，实心微针内没有微流通道，所以其给药量受到限制，不宜用于大剂量给药。空心微针具有微流通道，因此空心微针可用于长期连续大剂量给药。空心微针用于微量药物、基因、蛋白质或疫苗等液体制剂的透皮注射，将空腔中的药物等释放到血液或细胞中。制作微针的材料主要有硅、金属、聚合物等。硅材料具有良好的机电特性和传感特性，制作工艺成熟。目前，微型空心硅针都是通过深反应离子干法蚀刻设备进行单片加工。由于深反应离子干法蚀刻设备价格昂贵，开机与维护费用高昂，且属于单片加工，难以实现大面积批量生产，所以造成微型空心硅针的加工成本过高。近年来，由于操作的方便快捷及较低的加工成本，硅的各向同性和各向异性腐蚀（或蚀刻）相结合的工艺被广泛应用于微型空心硅针的加工。但是在这些方法中通常采用的是多步各向同性和各向异性蚀刻的结合，加工的周期较长，同时无法满足大面积的制备需求。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种制作过程简单、能耗少、生产成本低，同时适合大规模量产的微型空心硅针的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种微型空心硅针的制备方法，包括以下步骤：

（1）在表层长有二氧化硅层或氮化硅层的晶向的单晶硅片上涂覆光刻胶；

（2）通过光刻技术在单晶硅片上制作光刻胶的方形阵列图形；

（3）光刻胶显影后，通过HF蚀刻将光刻胶的图形转移到二氧化硅层，或者利用干法蚀刻将光刻胶的图形转移到氮化硅层；

（4）将单晶硅片放入腐蚀液中进行各向异性蚀刻，制造出微米级别的金字塔形表面；

（5）移除二氧化硅层或氮化硅层；

（6）在金字塔结构的反面采用光刻方式制备网格阵列，然后采用印刷银纳米颗粒组成的银浆或镀纳米厚度银膜的方式，将银的纳米颗粒水溶液印刷到网格中，网格正中对应另一面金字塔结构的顶端，在硅片背面沉积金属膜，保证金颗粒放置的位置与背面的金字塔结构的顶端一一对应；

（7）将单晶硅片放入氢氟酸和双氧水的混合溶液中进行金属辅助的各向同性蚀刻，形成垂直的蚀刻通道。

进一步地，在步骤（1）之前对单晶硅片抛光、用去离子水清洗、烘干。

进一步地，在步骤（2）中利用金属铬基材的掩膜制作方形阵列图形。

进一步地，步骤（4）中腐蚀液是氢氧化钾溶液或者四甲基氢氧化铵溶液。

进一步地，氢氧化钾溶液的浓度是1~80wt%，四甲基氢氧化铵溶液的浓度是5~50wt%。

进一步地，步骤（4）蚀刻要求的温度是25~85℃。

进一步地，步骤（5）具体为：利用HF移除二氧化硅层，或者利用热的饱和磷酸溶液移除氮化硅层。

进一步地，步骤（7）中氢氟酸和双氧水的体积比是0.01~100：1。

进一步地，所述二氧化硅层或者氮化硅层的厚度为20~250nm。

本发明的有益效果是：