專利名稱：基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法
技術領域：
本發明涉及一種加工微探針的方法，特別是一種基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法。屬于微細加工技術領域。
背景技術：
傳統的皮下注射法一般需要讓針頭穿透皮膚表層并深入皮膚以下，以便直接將藥物送入血管。因此這一過程不僅伴隨著疼痛，而且注射技術需接受一定的培訓才能掌握。而微型針僅僅刺穿皮膚表面角質層而不再深入，藥物通過毛細血管進入血液循環系統。由于角質層中不含神經末梢，注射過程中不會感到明顯疼痛。微型針頭的操作過程亦非常簡單，只須直接將針頭陳列貼上皮膚即可，特別適用于小劑量注射高效藥物。
目前報道的微探針研究主要有三種方法。一是采用硅工藝，通過濕法腐蝕或反應離子刻蝕技術加工硅微探針，二是利用激光加工、電鍍與濕法腐蝕等工藝加工金屬微針，上述兩種方法存在工藝復雜，加工周期長，成本高的缺點，都難以滿足生物醫學上一次使用的要求。三是Jung-Hwan Park等人在2003年《the16th annual international conference on micro electro mechanicalsystems》(第十六屆微光機電系統國際年會)上第371頁至第374頁發表的名為“Micromachined Biodegradable Microstructures”(微加工生物可降解微結構)的文章，該文中介紹的利用SU-8光刻膠制備微針結構母版，然后復制出PDMS模子，再利用該模子澆鑄可生物降解微探針。該方法雖然可實現微探針的批量化生產，但因為PDMS材料很軟，用它來復制微針只能采用澆鑄方法，因此用它來復制微針所需的加工時間比金屬模具所采用的模壓工藝要長，而且適用PDMS模具來加工的材料也比金屬模具少。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，采用三維微細加工工藝與激光切割技術，電鑄得到帶斜面的金屬模具，用該模具就可批量復制帶頂部斜面的聚合物微探針，因此該加工方法具有工藝簡單，工藝周期短，成本低的優點。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明的具體步驟如下A在基片上沉積金屬做種子層。
B在沉積好的種子層上甩光刻膠，并進行前烘、曝光、后烘、顯影。
C激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構。
D電鑄金屬模具。
E去除光刻膠。
F用金屬模具復制聚合物微針。
本發明首先光刻出光刻膠微結構，在激光切割出光刻膠頂部斜面后電鑄金屬模具，用于批量復制聚合物微探針。金屬可以是鎳、鐵鎳合金或銅等。
微針的外徑以及微針的內孔直徑均由光刻掩膜版上掩膜尺寸決定，改變掩膜版上掩膜尺寸就得到不同外徑以及內孔直徑的微針，微針可以是單個，也可以是陣列。微針的長度決定于光刻膠厚度。
本發明利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構，因此該方法只需調整激光的切割路徑就可得到不同斜度的光刻膠頂部斜面，相應就可得到不同頂部斜度的微針。
在步驟A中，金屬材料的選擇要充分考慮與后面甩的光刻膠之間的結合力，本發明采用金屬鈦，氧化發黑處理以提高其與光刻膠的結合力。
在步驟B中，光刻膠的厚度決定于所需要微針的長度，因此該方法適用于加工不同長度的微針。當微針的長度要求毫米量級時，在第一次完成后烘的光刻膠上面甩第二層膠，然后對準曝光，后烘，一起顯影。
在步驟C中，利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構。根據所需斜面斜度來控制激光的切割路徑。
在步驟D中，因為電鑄模具所需的時間較長，所以優先采用低速小應力電鑄工藝。
在步驟E中，采用去除光刻膠的溶劑來去膠。
在步驟F中，模壓加工周期的長短主要決定于加熱和冷卻兩個環節，因此模壓材料的模壓溫度與脫模溫度是兩個關鍵因素，在合格率允許的條件下，應選擇盡可能低的模壓溫度與盡可能高的脫模溫度。模壓時的壓力應盡可能地低，以減少模具損壞，延長模具的使用壽命。復制的聚合物可以是塑料也可是橡膠，復制塑料微針采用模壓的方法，復制橡膠材料微針可采用澆鑄的方法，該方法需經聚合反應才能實現。
本發明采用三維微細加工工藝與激光切割技術加工出金屬模具，然后復制微針的方法來加工微針，所以它是一種批量化的微針加工方法，加工成本低，另外與現有加工技術不同的是(1)由于該技術加工得到的微針模具為金屬材料，不僅模具壽命長，而且適宜用該技術來加工的材料范圍更寬，既可用來模壓塑料類聚合物，也可用來澆鑄橡膠類聚合物。(2)利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構，因此該方法只需調整激光的切割路徑就可得到不同斜度的光刻膠頂部斜面，相應就可得到不同頂部斜度的微針。
圖1本發明方法流程圖具體實施方式
如圖1所示，以下結合本發明方法的具體內容提供實施例首先在硅基片上沉積2微米的金屬鈦做種子層，然后進行氧化處理，具體的氧化工藝為將15克的NaOH溶解在750ml的DI水中，為提高氧化速率與氧化均勻性，氧化在65℃水浴鍋中進行，當水浴鍋溫度達到50℃時，加入15ml雙氧水，當水浴鍋溫度達到65℃時將片基片放入，三分鐘結束氧化，然后放入DI水中清洗基片。
在氧化并清洗干凈的基片上甩500微米SU-8光刻膠，然后進行前烘，前烘條件為在65℃烘半小時，95℃烘2.5小時后隨爐冷卻。前烘好的基片進行曝光，曝光條件為4500mJ/cm2。曝光后的基片進行后烘，后烘條件為65℃烘半小時，95℃烘1小時后隨爐冷卻。后烘好的基片進行顯影，顯影條件為30分鐘。
采用Exitech公司生產的8000型激光系統Lpx210i激光源，以80Hz頻率、0.4J/cm2的功率進行切割。
將顯影干凈的基片進行電鑄，電鑄金屬鎳的條件為電鑄液PH值5，溫度50℃，電鑄速率控制在14微米/小時時電鑄金屬的質量較好。
用去SU-8膠的溶劑去除嵌在模具中的光刻膠。
用鎳模具壓制PC材料微針，采用的模壓條件為模壓溫度200℃，模壓壓力5000N，模壓時間60S，脫模溫度120℃，脫模速度0.2(mm/s)。
金屬模具上有多達近萬個的微針，因此模壓一次就可復制出很多微針，實現微針批量化加工，由于該技術加工得到的微針模具為金屬材料，不僅模具壽命長，而且適宜用該技術來加工的材料范圍更寬，既可用來模壓塑料類聚合物，也可用來澆鑄橡膠類聚合物。
本發明利用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構，因此該方法只需調整激光的切割路徑就可得到不同斜度的光刻膠頂部斜面，相應就可得到不同頂部斜度的微針。
權利要求
1.一種基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征在于，包括如下步驟A在基片上沉積金屬做種子層；B在沉積好的種子層上甩光刻膠，并進行前烘、曝光、后烘、顯影；C激光切割光刻膠頂部得到頂部斜面結構；D電鑄金屬模具；E去除光刻膠；F用金屬模具復制聚合物微針。
2.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，首先光刻出光刻膠微結構，在激光切割出光刻膠頂部斜面后電鑄金屬模具，模具金屬是鎳、鐵鎳合金或銅。
3.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，微針的外徑以及微針的內孔直徑均由光刻掩膜版上掩膜尺寸決定，微針是單個或者是陣列，微針的長度決定于光刻膠厚度。
4.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，復制的聚合物是塑料或橡膠，復制塑料微針采用模壓的方法，復制橡膠微針采用澆鑄的方法。
5.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟A中，金屬材料采用金屬鈦，氧化發黑處理以提高其與光刻膠的結合力。
6.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟B中，光刻膠的厚度決定于所需要微針的長度，當微針的長度要求毫米量級時，在第一次完成后烘的光刻膠上面甩第二層膠，然后對準曝光，后烘，一起顯影。
7.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟C中，采用激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構，只需調整激光的切割路徑就得到各種斜度的光刻膠頂部斜面，得到相應頂部斜度的微針。
8.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟D中，采用低速小應力電鑄工藝。
9.根據權利要求1所述的基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，其特征是，在步驟E中，采用去除光刻膠的溶劑來去膠。
全文摘要
一種基于三維微細加工工藝的批量加工微探針的方法，屬于微細加工技術領域。本發明的具體步驟為在基片上沉積金屬做種子層；在沉積好的種子層上甩光刻膠，并進行前烘、曝光、后烘、顯影；激光切割光刻膠頂部以得到頂部斜面結構；以光刻膠微結構為模子電鑄金屬模具；去除光刻膠，得到復制微針用金屬模具；用金屬模具復制聚合物微針。本發明不僅能實現低成本、批量化的微針加工，而且適宜加工的材料范圍更為廣泛，進一步拓寬了微探針在生物醫學領域中的應用。
文檔編號A61M5/00GK1555893SQ200310109880
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月30日 優先權日2003年12月30日
發明者朱軍, 朱 軍 申請人:上海交通大學