微型实心硅针阵列芯片及其制备方法和用途技术

一种微型实心硅针阵列芯片，其特征是：所述的实心硅针阵列芯片构成是由与硅片一体成型的实心硅针，在硅片上排成阵列形式；所述的微型实心硅针的针杆上进一步开有侧槽。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于透皮药物释放器件领域，特别涉及一种以单晶硅为材料制作的微型实心硅针阵列芯片，以及利用微机电加工(MEMS)技术制作微型实心硅针阵列芯片的方法和微型实心硅针阵列芯片的用途。
技术介绍
一般来说，药物可以制成多种制剂，因此可以有不同的给药途径和方法。给药途径和方法影响药物代谢，进而影响疗效。目前大多数药物以片剂和胶囊的形式口服给药。然而由于药物在胃肠中的降解和肝脏的首过效应，许多口服药物在达到作用部位之前已经大部分或全部失效，如许多多肽与蛋白质药物口服无效。另外患者的用药适应性也是一个问题，大部分口服给药在治疗期间需要以一定的间隔服药(例如1次/4～6小时)，给患者带来不便。另外一种常见的给药方式是能够使药物穿透生物屏障(如皮肤、粘膜、血管障壁)的注射给药，包括皮下注射和静脉输入。这种方法虽然有效，但是打针通常给患者带来额外的疼痛，在注射点容易造成皮肤局部损伤、出血，增加疾病传染的危险，因为伤口是一个感染点。注射技术也要求由受过训练的人操作，因此不适合需要长期和控制连续给药的患者。一类新型的给药技术是透皮给药，可以避免上述缺点。透皮给药是指在皮肤表面给药，使药物以接近恒定速度通过皮肤各层，经毛细血管吸收进入体循环产生全身或局部治疗作用的剂型，该类制剂通常称为透皮贴剂。在原理上透皮给药与皮下注射或静脉输入给药是同一种投药方法。透皮给药应用于治疗皮肤局部或全身疾病，比其他剂型具有更加安全、稳定和病人适应性好的优点。其中被动透皮给药技术是以单纯的浓度梯度为驱动力使药物扩散透过皮肤进入血流产生药效。扩散速率取决于药物分子的大小和亲水性以及穿过角质层的浓度梯度。药物透过皮肤最主要的屏障是皮肤的角质层，由于皮肤对大多数药物的渗透性很低，通过被动扩散能够有效地穿过皮肤达到药效的药物很少。因此寻找促进药物透皮吸收办法是开发透皮给药系统技术的关键问题之一。迄今为止人们广泛研究了各种促进药物透皮转运的物理和化学方法，包括各种透皮促进剂，借助能量辅助给药即主动透皮给药的超声导入法、离子电渗透技术、电穿孔法和加热技术等。这些技术虽然能够不同程度地改进给药速率，但不能适用于所有形式的药物。另外一类通过机械地穿透或破坏皮肤角质层产生通路改善药物给药速率的器件被开发。Harvey Kravitz在US Pat.3136314中公开了一种用高分子材料制作的微小凸起的器件，使其能在皮肤上产生小孔来改进疫苗释放效率的方法。Godshall等在US.Pat.No.5879326&PCT WO 96/37256，公开了一种在单晶硅上制作包含有许多具有直侧壁的微凸起透皮药物释放器件。当微凸起刺入皮肤直到停止然后被移走时，在皮肤上留下了小切口。Lee等在U.S.Pat.No.5250023中公开了一种透皮药物释放器件，包含许多直径在50～400微米，长度在200～2000微米的皮肤针(skin needle)，针的材质可以是不锈钢，用于改进蛋白质或核酸的透皮释放。Prausnitz等在US Pat.No6503231公开了一种利用MEMS技术在单晶硅材料上制作圆锥形多孔微针的方法，该器件用于改进药物的透皮释放效率。该方法具体是利用光刻技术在单晶硅表面形成图案，然后利用深离子反应蚀刻技术形成圆锥形微针如图1，但是该方法制作的微针太尖，在使用过程中有约5％的折断率。上述器件都具有极大的使用价值，为了更好地满足药物释放对器件的要求，即产生更小的创伤或切口，以更大的效率传递药物，使药物的管理和使用更容易，开发具有生物相容性的微针及改进微针的制造方法是非常有用的。皮肤由表皮(50～100微米厚)、真皮(大约1～2毫米厚)和皮下组织组成。表皮包括角质层(大约10～25微米)和活性表皮，角质层是透皮吸收的主要屏障部位。真皮位于表皮下方，内有血管、淋巴管、神经、感觉末梢器、汗腺等。毛细血管系统存在于真皮上部，所以药物渗透到达真皮就会很快地被吸收。因此微针扎入皮肤的深度最好在30～100微米高度，因为微针表面需要固定一层药物，因此本申请的微针高度为50～400μm。微针穿透皮肤角质层，允许药物以治疗的速率进入体内或从体内采样，而且对组织产生最小的创伤或无创伤、无痛、无刺激。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服上述文献报道的微针的弱点，提供一种能够加速药物特别是生物大分子药物透过皮肤屏障的器件。本专利技术的目的之二是提供一种能够加速物质特别是临床治疗诊断中使用的固态或液态物质包括试剂和溶剂等透过皮肤屏障的器件。本专利技术的目的之三是设计制作一种基于单晶硅的、高强度实心微针阵列，此种实心微针阵列能够无痛刺破皮肤，帮助药物通过皮肤渗透入体内达到治疗效果。本专利技术的目的之四是提供一种在实心微针的侧面开有侧槽。本专利技术的目的之五是提供一种在实心微针的背面制作一个至多个储药池，以实现增加给药量。本专利技术的目的之六是提供一种具有良好机械性能(不易折断)的微型实心硅针阵列芯片的生产方法，提高微型实心硅针使用安全性。本专利技术的目的之七是提供一种生产复杂微型实心硅针阵列芯片结构的方法，提高微型实心硅针使用性能和功效。本专利技术的目的之八是提供微型实心硅针阵列芯片在透皮药物释放方面的用途，特别是加大给药量、控制给药时间和减少病患者的痛苦。本专利技术的目的之九是提供微型实心硅针阵列芯片在快速无痛诊断方面的用途。本专利技术以MEMS(Microelectromechanical systems)技术为基础，通过光刻、湿蚀刻和等离子体干蚀刻等步骤得到微型实心硅针芯片。本专利技术结合双面对准光刻技术，硅片正面制作实心微针，在硅片的背面可进一步制作一个至多个储药池，并且储药池与实心微针一面相连通，以增加给药量。本专利技术的微型实心硅针阵列芯片的构成是由与硅片一体成型的实心硅针，在硅片上排成阵列形式；所述的微型实心硅针的针杆上进一步开有侧槽，侧槽为1个或1个以上，一般为1～4个。微型实心硅针尖部直径10nm～10μm，针尖越细，制作难度越大，微针尖部直径超过10微米时就很难穿透皮肤。针的底部直径为20～300μm，微型实心硅针的形状可以是圆锥形、金字塔形或多角锥形，或者针尖是圆锥形或多角锥形，针杆是圆柱形或多边柱形，圆锥形或多角锥形的角度为30～120度；微针高度为50～400μm。所述的微型实心硅针阵列芯片上进一步开有一个或一个以上储药池；所述的储药池位于微型实心硅针阵列芯片的一面，而另一面是微型实心硅针，并且储药池与微型实心硅针一面相连通。本专利技术提出的实心微针制造方法可以用于直接制作单晶硅实心微针，以及以其为模具制作金属或高分子材料的微针。本专利技术提出的微型实心硅针阵列芯片的制备方法，包括实心微针、侧槽和储药池的制作。微加工过程被用于制造实心微针，包括光刻和蚀刻技术，如湿化学蚀刻、干刻、光刻胶去除、硅的热氧化、电镀或非电镀，薄膜沉积如真空蒸镀、溅射、化学蒸镀沉积、电子束沉积、电镀等。本专利技术的带有储药池的微型实心硅针阵列芯片的制备方法包括以下步骤(1)基片清洗双面抛光的单晶硅<100>晶片，硅基片厚度为350～750微米。经标准清洗液RCA1(水∶氨水∶双氧水的摩尔比为5∶1∶1)和RCA2(水∶盐酸∶双氧水的摩尔比为5∶1∶1)清洗后，用去离子水清洗干净并脱水干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐百，高云华，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：