[发明专利]一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法，包括:将预处理硅片表面涂光刻胶进行图形化处理，得到样片；将所述样片在硝酸银‑氢氟酸‑超纯水混合溶液中沉积，得到沉积硅片；将所述沉积硅片在氢氟酸‑过氧化氢混合溶液中刻蚀，清洗后浸泡在食人鱼溶液中，再去除硅纳米线，得到硅基微针。本发明提供的方法只需要用光刻胶做简单地图形化处理，然后利用金属辅助湿法刻蚀在酸性条件下刻蚀出大尺寸微针，微针高度可控，微针位置可控，刻蚀时间短，工艺过程简单，效果显著。硅基微针高度为90～137微米；制备的传感器对过氧化氢有良好的线性响应，响应电流较大，可不少于4小时的检测过氧化氢的浓度变化。

技术领域

本发明属于微针制备技术领域，尤其涉及一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法及其应用。

背景技术

有效的医疗管理还依赖于新的诊断方法，能够快速、灵敏、准确地发现和监测社会关注的相关疾病。这是生物标记物和生物传感器研究不断发展的主要原因之一。在这个框架中，尽管使用了转换方法，标准传感技术的创新程度是非常重要的。几种光学技术如表面等离子体共振、表面增强拉曼光谱、荧光以及基于伏安法和阻抗谱的电化学技术已被证明可以用于高灵敏度的目标分析物。其中电化学技术中的电化学装置一般使用生物探针，生物探针局限在电极表面，与样品溶液直接接触，样品溶液可以是体液(如血清、唾液或尿液)或其中的一些提取物(细胞裂解液、纯化血浆等)。设计合适的界面以提高生物传感器的性能是实现电化学器件的关键问题。近年来，在增强型电化学生物传感器的工程开发中提出了许多新方向。微针技术就是其中一种新型传感器件，由于微针具有微创性和皮肤穿透疼痛低的特点，在医学设备中日益受到关注。微针可以被视为一扇通向人体的低疼痛门，用于治疗目的和诊断和预后问题。

目前，微针就材料而言，分为金属微针、硅基微针、聚合物微针等，但是因为自身尺寸的问题，其加工过程较为复杂且难度较高。金属微针多为CNC加工制作，或制作相关模具倒模制作，操作复杂，如果应用于大规模生产成本较高；聚合物微针一般需要模具倒模制造，用于给药和治疗，无法长时间检测人体各项指标是否正常；硅基微针制造过程也可以分为两类：第一种用干法刻蚀，需要先生长一层氧化硅或氮化硅做掩膜，然后再图形化处理，反应耦合等离子体刻蚀可以刻蚀出垂直度较好的微柱，再用硅刻蚀液刻蚀微柱形成尖端，上述过程需要大量仪器设备且成本过高，制造效率较低；第二种运用碱性条件下硅各向异性刻蚀，此方法需要用低压力化学气相沉积法形成掩膜，再将硅片放入氢氧化钾溶液中长时间浸泡，可以形成大面积金字塔形微针，但形成掩膜成本高，氢氧化钾刻蚀时间过长(通常情况下常温刻蚀出两百多微米的金字塔高度需要八至九小时)都不利于大规模制造，不利于商业化应用。

目前硅基微针的制造方法一般需要化学气相沉积、反应离子刻蚀、反应耦合等离子体刻蚀和其他较复杂的工艺步骤，工艺过程繁琐，加工费用高昂，且制造周期时间长。在大规模阵列制造上由于器件制造工艺步骤复杂鲜少有案例，很难实现商业化应用。因此开发制造工艺简单、可操作性强、成本较低的并且可以大规模生产的工艺方法是十分必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法及其应用，该方法简单，且能刻蚀出大尺寸微针。

本发明提供了一种采用金属辅助湿法刻蚀制备硅基微针的制备方法，包括以下步骤:

将预处理硅片表面涂光刻胶进行图形化处理，得到样片；

将所述样片在硝酸银-氢氟酸-超纯水混合溶液中沉积，得到沉积硅片；

将所述沉积硅片在氢氟酸-过氧化氢混合溶液中刻蚀，清洗后浸泡在食人鱼溶液中，再去除硅纳米线，得到硅基微针。

优选地，硝酸银-氢氟酸-超纯水混合溶液中硝酸银溶液、氢氟酸溶液和超纯水的体积比为45～55:240～260:100；

所述氢氟酸溶液的质量分数为30～35％，硝酸银溶液的质量分数为0.09～0.11mol/L。