[發明專利]在柔性襯底表面制作硬質微針陣列的方法

有效

• 申請號: 201410335136.8
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104140075A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 裴為華;張賀;王宇;陳遠方;陳弘達
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;A61M37/00;A61B5/04;A61B10/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及微加工制造技術，具體涉及一種在柔性襯底表面制作硬質微針陣列的方法，用來實現柔性貼片式醫療器件的加工。

背景技術

近年來，隨著微機電(MEMS)技術的發展，微針陣列在經皮給藥、微創取樣、電生理信號檢測以及生化檢測方面有著越來越廣泛的應用，制造微針陣列的工藝也在應用中不斷改進。

直接在硅片上制作的微針陣列，針體和襯底的材料全部都是硅。硅基底比較硬，不能很好地貼合皮膚表面，并且在刺入過程中，容易引起患者的疼痛。隨后又發展出了聚合物微針，如PMMA、SU-8和PET等材料。2013年，Po-Chun?Wang等人報道了一種基于SU8聚合物的中空微針陣列(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)。這種微針是聚合物制作的，但微針強度相對較弱，刺入人體皮膚需要較大的力。同時，SU8形成的襯底幾乎沒有柔性。基于柔性聚合物襯底材料的硬質微針陣列，其柔性襯底可以很好的貼合人體皮膚的自然彎曲形狀，與人體皮膚的彈性模量更加匹配，使得鍵合在其上的微針在刺入人體時可以很好地貼合在皮膚表面，減少患者的疼痛，另外硬質針體可以較容易地刺穿角質層，從而可以很好的應用于經皮給藥、微創取樣、電生理信號檢測以及生化檢測。目前對于基于柔性襯底的硬質微針陣列的制作方法，針體都是通過物理固定的方法鑲嵌在柔性襯底內部。比如2009年，清華大學岳瑞峰、王燕提出了一種用于貼片給藥的基于柔性襯底的金屬微針陣列(專利公開號CN101618250A)，其中金屬微針陣列根部直接鑲嵌在柔性材料內，雖然其微針可以以15°-90°角度固定在柔性襯底上，但是微針是通過將針體根部插入柔性襯底上固定的。微針與局部襯底之間的角度，正如其所描述的，是預先固定好的，其柔性主要體現在襯底上，微針相對柔性襯底之間不能靈活擺動。此外，2011年，裴為華，王宇等人提出了一種用于提取人體肌電信號的柔性襯底的硅微針陣列(專利公開號CN102499667A)。在其制作方法的描述中，硅微針陣列根部也同樣是通過物理黏附鑲嵌在柔性襯底內部。這種根部鑲嵌在柔性襯底內部的柔性微針陣列需要具有較大的襯底厚度，從而可為微針提供足夠的包裹力，這種厚度的需求在一定程度上限制了襯底柔性的發揮；同時硬質微針根部鑲嵌在柔性襯底中，微針相對襯底材料的擺動較為困難。這樣微針相對襯底的傾斜勢必引起襯底材料的彎曲，反之亦然，襯底材料的彎曲也會引起微針方向的改變。這樣當微針植入皮膚中時，由于運動引發柔性基底發生曲率變化時，硬質微針會在皮膚中有一個橫向的運動，容易引起皮膚不適或造成微針斷裂。針對這種情況，本發明提出了一種采用直接鍵合方法在柔性襯底表面制備硬質微針陣列的方法，擺脫了柔性微針陣列對襯底厚度的要求，可以制備出具有更好柔性的微針陣列；同時表面鍵合的方式使得微針可以相對襯底做大幅度的擺動，大大提高了微針使用時的舒適度，降低了硬質微針折斷的風險。

發明內容

現有制備柔性微針陣列方法是將微針根部鑲嵌在柔性襯底中，這種方法存在襯底厚、微針與柔性襯底錨點不穩定、容易脫落以及微針陣列整體柔性受限等不足。

本發明的主要目的在于提供一種在柔性襯底表面制作硬質微針陣列的方法，其是微針的根部直接鍵合在柔性襯底表面的微針陣列，微針可以相對襯底做大幅度的擺動，大大提高了微針使用時的舒適度，降低了硬質微針折斷的風險，提高了微針陣列的使用壽命。

為達到上述目的，本發明提供一種在柔性襯底表面制作硬質微針陣列的方法，包括如下步驟：

步驟1：在一硅片上生長一層第一Parylene薄膜；

步驟2：在第一Parylene薄膜的表面旋涂一層柔性聚合物層，加熱固化；

步驟3：將柔性聚合物層從第一Parylene薄膜表面揭下；

步驟4：在與第一Parylene薄膜接觸的那一面的柔性聚合物層上生長一層第二Parylene薄膜；

步驟5：在生長有第二Parylene薄膜的柔性聚合物層上旋涂一層聚二甲基硅氧烷層，加熱固化；

步驟6：在一金屬或半導體材料上雙面生長一層二氧化硅薄膜；

步驟7：將二氧化硅薄膜與PDMS層同時用氧等離子體處理后，鍵合在一起；

步驟8：將PDMS層從第二Parylene薄膜表面揭下；