[发明专利]一种金字塔型柔性微针阵列及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金字塔型柔性微针阵列及其制备方法，首先结合光刻技术在含有氧化层的硅片表面刻蚀出周期性倒金字塔阵列结构，进而以此为模板通过注入聚合物材料获得金字塔型柔性微针阵列。与现有技术相比，本发明加工方便、成本低廉，得到的金字塔型微针阵列排列整齐，尺寸可控，在医疗、美容、保健、运动等领域有着广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于微结构加工技术领域，涉及一种金字塔型柔性微针阵列及其制备方法。

背景技术

微针给药是一种新型的给药方式，具备高效、无痛、透皮给药的特点，能够克服口服给药易受消化系统影响、敷贴给药效率低下以及注射给药会造成创口的缺点，受到了人们的广泛关注。在适当的压力下，微针能够刚好刺穿皮肤的角质层，而不触及神经末梢和毛细血管，因而不会引起使用者的痛觉或出血。利用微针撑开的皮肤通道，可帮助药物等活性物质穿过皮肤，达到治疗或其他有益的效果，在实现有效给药同时也让使用者获得良好的体验。

获得简单、有效且经济上理想的微针阵列是实现微针给药临床应用的必要前提。由于微针的尺寸小、阵列密集，很难用传统的机械加工手段进行制备。早期用于制备微针的材料主要为硅和金属，但由于制备工艺复杂，加工成本较高，难以大规模应用。此外，这类材料存在生物相容性差和易折断的问题，且硬质材料与人体柔软组织的几何贴覆性较差，容易引起使用者的不适。相比于其他材料的微针，柔性聚合物微针有着良好的力学性能和生物相容性，其加工过程简单方便，成本低，具有良好的应用前景。

柔性聚合物微针阵列一般通过模具倒模进行加工成型。利用深硅刻蚀技术能够在单晶硅表面获得倒金字塔结构，可作为金字塔型微针的成型模具，该过程简单方便。但直接在单晶硅表面进行湿法刻蚀会导致硅绒面产生的倒金字塔结构大小不一，且彼此之间的分布具有随机性，不利于对其载药剂量的精确调控。

发明内容

本发明的目的是提供一种金字塔型柔性微针阵列及其制备方法。本发明结合光刻技术，实现了对深硅刻蚀形成倒金字塔绒面结构的精确控制，并以此为模板得到金字塔型柔性微针阵列。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种金字塔型柔性微针阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将表面含有氧化层(SiO₂)的硅片进行清洗(使用浓硫酸清洗)，之后在氧化层上依次涂覆粘结剂及光刻胶，得到附着在硅片表面的光刻胶层；

2)将含有点阵图案的掩膜板置于光刻胶层上，之后在紫外灯下曝光；

3)移去掩膜板并用正胶显影液对光刻胶层中未固化的光刻胶进行冲洗，得到光刻后材料；

4)将光刻后材料置于反应离子刻蚀机中进行干法刻蚀，在硅片表面形成点阵图案，使掩膜板的图案转移到硅片表面；

5)除去硅片表面剩余的光刻胶，得到无胶硅片；

6)将无胶硅片置于硅各向异性刻蚀剂中进行湿法刻蚀，在硅片表面形成倒金字塔结构，得到微针阵列的成型模板；

7)将聚合物及与所选聚合物配合使用的固化剂混合均匀后，倒入步骤6)中得到的硅片表面，抽真空除去聚合物中的气泡；

8)待聚合物固化后，将聚合物从硅片上剥离，得到带有柔性聚合物衬底层的金字塔型柔性微针阵列。

进一步地，步骤1)中，所述的硅片为抛光后的硅晶圆片，厚度为300-1000微米；所述的氧化层的厚度为100-800纳米；所述的粘结剂为六甲基二硅氮烷(HMDS)，粘结剂的涂覆方式为旋涂、喷涂或真空挥发；所述的光刻胶为正性光刻胶，光刻胶的涂覆方式为旋涂或喷涂。

进一步地，步骤2)中，所述的掩膜板的材质为铬；所述的点阵图案中，圆点的直径为2-5微米，相邻圆点的间距为50-2000微米。曝光时间为20-200秒。