一种单晶硅高通量微针结构制造技术

本发明专利技术涉及一种单晶硅高通量微针结构，包括单晶硅衬底、单晶硅微针针体阵列和通量孔，所述单晶硅微针针体阵列均匀分布在所述单晶硅衬底上表面，所述通量孔为单个或多个，贯穿设置于所述单晶硅衬底上，所述通量孔和所述单晶硅微针针体阵列互不干涉，所述单晶硅微针针体阵列中的微针针体为实心针体，所述实心针体轴线与单晶硅衬底表面垂直，所述实心针体为圆锥状或多棱锥状，所述单晶硅微针针体阵列排布形式为蜂窝型、方型或三角型中的一种。具有结构强度大、加工成本低、成品率高、一致性好的优点，并且在微针周围分布有多个贯通孔，用于持续提供药液进行皮下渗透，具有不断针、高通量的优点。

A High-throughput Microneedle Structure for Single Crystal Silicon

The invention relates to a single crystal silicon high flux microneedle structure, which comprises a single crystal silicon substrate, a single crystal silicon microneedle array and a flux hole. The single crystal silicon microneedle array is evenly distributed on the surface of the single crystal silicon substrate, and the flux hole is one or more, which penetrates through the single crystal silicon substrate. The flux hole and the single crystal silicon microneedle array do not interfere with each other. The microneedle body in the monocrystalline silicon microneedle array is a solid needle body. The axis of the solid needle body is perpendicular to the surface of the monocrystalline silicon substrate. The solid needle body is conical or pyramidal. The arrangement of the monocrystalline silicon microneedle body array is one of honeycomb, square or triangular types. It has the advantages of high structural strength, low processing cost, high yield and good consistency, and there are many through holes around the microneedle. It is used to continuously provide medicinal liquid for subcutaneous penetration. It has the advantages of continuous needling and high throughput.

【技术实现步骤摘要】
一种单晶硅高通量微针结构
本专利技术涉及医疗和美容器械、生物医药及微细加工
，具体涉及一种单晶硅高通量微针结构。
技术介绍
传统给药方式是口服给药和静脉注射给药,它们是很方便的给药方式,可以满足大部分药液的需求。但是,这两种给药方式也有各自的缺点。口服给药由于要经过胃肠等消化道,经过新陈代谢作用,很多药液尤其是蛋白质类药液的药效降低；静脉注射给药不仅需要专业人员操作,而且会给病人造成疼痛感,不适用于长期连续给药。为了克服上述局限性,利用微机械加工(MEMS)技术制作的微针用于给药领域,开拓了一种新的给药方式——微针透皮给药,不仅可用于大分子蛋白质类药液给药,而且满足了无痛、微创、连续给药的需求。微针刺入皮肤，形成了真正的物理通道，适合大分子药液通过。虽然微针在皮肤造成了真正的物理通道，但由于微针尺寸比较小在微米级，对皮肤造成的损害很小。如果微针与微泵和微流控芯片等组成智能给药系统，那么就可以实时监测病人需要的药液量，实现实时连续给药。因此，相比其他给药方式，微针可以实现无痛、微创和连续给药。从制作工艺上，微针可分为同平面微针和异平面微针两种。同平面微针的轴心平行于衬底表面，而异平面微针的轴心垂直于衬底表面。同平面微针的优点是形状容易精确控制，缺点是很难制作三维微针阵列，微针数目较少。异平面微针的优缺点恰恰相反，优点是微针数目较多，可以制作三维微针阵列；缺点是微针的高度受到限制，而且制作异平面微针的工艺比较复杂。从内部结构上，微针根据有无微流道可分为实心微针和通量微针。它们的给药方式各不相同：实心微针作为针头不能采用注射的方法给药，而是采用先扎后敷的方法，即先用微针刺穿皮肤角质层造成通道，然后敷以透皮药剂；也可以采用先敷后扎的给药方式，即将药液首先涂敷在皮肤上，然后微针刺入皮肤形成通道，使预先涂敷的药液通过通道渗透到皮下。对于通量微针，一般采用类似注射的方式给药，虽然这种注射装置比较复杂，但这种给药方式可以极大地提高透皮给药速率，也可以实现连续给药，例如，在针体上制作通孔，将微针刺入皮肤后，用推注的方式将药液从通孔内注射到皮下。相比于实心微针，这种微针注射效率高、药液渗透效果好，但缺点在于微针的针体上打孔后，会造成针头脆弱，容易折断在皮肤里，既无法完成药液注射，还会对人体造成侵入伤害。现有专利CN108310617A提供了一种可注射微针晶片套件，包括连接件和微针晶片，所述微针晶片包括基片和设于基片上的微针阵列，所述微针阵列包括均布于基片上若干微针，所述基片上设有穿插于微针阵列中的1个或多个微孔，所述基片上设有穿插于微针阵列中的微孔可以是锥形凸起针尖状，也可以是孔洞状，所述连接件包括管段和空腔段，所述空腔段的端部设有卡接微针晶片的凹槽，所述基片卡接于凹槽内，所述管段的内腔、空腔段的内腔以及微孔连通。现有专利CN101507857A公开了微针阵列芯片、经皮给药装置、经皮给药贴剂及制备方法，其中微针倾斜设定角度固定在基板上，针尖上表面为与基板平行或倾斜设定锐角的椭圆形平面，针尖经进一步处理而存在更多棱角，将金属丝棒或管沿一定角度穿透聚合物等非金属材料基板，然后对基板上的金属丝棒或管的断口进行研磨抛光；采用光刻与刻蚀工艺在一端断口附近形成光刻胶图形，随后对金属丝棒或管进行化学或电化学腐蚀形成针尖并去除光刻胶，所制作的实心微针阵列芯片表面可覆盖药物，所制作的空心微针阵列芯片可输运药液或抽取体液。本专利技术提出的单晶硅高通量微针，相比目前常用的实心硅针和空心硅针而言，具有不断针、高通量的优点，在生物医学领域具有应用前景。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中的缺陷，提供了一种单晶硅高通量微针结构，采用成熟的硅基MEMS加工技术，用单晶硅材料制作微针芯片，并在芯片上微针以外区域制作通量槽，通过边刺边渗透的方法完成药液的注入。具体采用如下技术方案：一种单晶硅高通量微针结构，包括单晶硅衬底、单晶硅微针针体阵列和通量孔，所述单晶硅微针针体阵列均匀分布在所述单晶硅衬底上表面，所述通量孔为单个或多个，贯穿设置于所述单晶硅衬底上，所述通量孔的形状为圆形、方形或多边形中的一种，所述通量孔和所述单晶硅微针针体阵列互不干涉。具体地，所述通量孔的直径范围是20μm-500μm。具体地，所述单晶硅微针针体阵列中的微针针体为实心针体，所述实心针体轴线与单晶硅衬底表面垂直。具体地，所述实心针体为圆锥状或多棱锥状中。具体地，所述单晶硅微针针体阵列排布方式为蜂窝型、方型或三角型中的一种。具体地，所述蜂窝型微针针体阵列中的单个蜂窝型中设置一个通量孔。具体地，所述三角型微针针体阵列中的单个三角型中设置一个通量孔。具体地，所述实心针体为圆柱形，所述实心针体的上表面至少被切去一段圆弧面使其存在更多的棱角。一种制备单晶硅高通量微针结构的方法至少包括以下步骤：S1、将厚度为t1的单晶硅片正面记为硅片A面，背面记为硅片B面，于硅片B面涂布光刻胶，用紫外光刻的方法制作孔形窗口；S2、用深硅干法刻蚀工艺对所述硅片B面进行刻蚀，在孔形窗口内形成深度为t2的孔状槽结构，t2≤t1，去除光刻胶；S3、在所述硅片A面、硅片B面，以及所述孔状槽结构的内壁上生长抗蚀层；S4、在所述硅片A面旋涂光刻胶，进行光刻，形成光刻胶掩膜；S5、将所述硅片A面未覆盖光刻胶的区域内的抗蚀层去除，可采用湿法腐蚀的方法或者RIE干法刻蚀的方法，然后去除光刻胶；S6、将所述单晶硅片放入单晶硅各向异性腐蚀液中进行腐蚀，所述硅片A面在腐蚀过程中于正方形掩膜下方形成多面体棱台结构(大于8面)，并且逐渐向八面体棱台转变，待腐蚀深度t3大于等于所需微针高度并且棱台上表面缩小成尖顶时停止腐蚀，此时t2>t1-t3；S7、将所述单晶硅片放入抗蚀层腐蚀液，去除单晶硅片上剩余的抗蚀层。具体地，所述步骤S2中的孔状槽结构的直径范围是20μm-500μm。具体地，所述步骤S3中的抗蚀层及其制作方法可用热氧化法在硅表面生长一定厚度的氧化硅，或者用低气压气相沉积(LPCVD)法在硅表面沉积一定厚度的氮化硅。具体地，所述步骤S6中的单晶硅各向异性腐蚀液可用KOH溶液或者TMAH溶液。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术提供的单晶硅异平面实心微针侧面截面为三角形(或者梯形)，具有结构强度大、加工成本低、成品率高、一致性好的优点，并且在微针周围分布有多个贯通孔，用于持续提供药液进行皮下渗透；二、药液可以精确的涂敷在微针刺破表皮形成的渗透通道附近，提高药液的使用效率；三、用单晶硅材料制作微针芯片，并在芯片上微针以外区域制作通量槽，通过边刺边渗透的方法完成药液的注入，相比目前常用的实心硅针和空心硅针而言，具有不断针、高通量的优点。附图说明图1为本专利技术的立体结构示意图；图2为本专利技术的剖面结构示意图；图3显示为本专利技术的在(100)型硅片上制作单晶硅高通量微针结构的方法步骤S1-S7所呈现的结构示意图；图3(a)显示为本专利技术的在(100)型硅片上制作单晶硅高通量微针结构的方法步骤S1所呈现的结构示意图；图3(b)显示为本专利技术的在(100)型硅片上制作单晶硅高通量微针结构的方法步骤S2所呈现的结构示意图；图3(c)显示为本专利技术的在(100)型硅片上制作单晶硅高通量微针结构的方法步骤S3所呈现的结构示意图；图3(d)显示为本专利技术的在(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶硅高通量微针结构，包括单晶硅衬底、单晶硅微针针体阵列和通量孔，所述单晶硅微针针体阵列均匀分布在所述单晶硅衬底上表面，所述通量孔为单个或多个，贯穿设置于所述单晶硅衬底上，所述通量孔的形状为圆形、方形或多边形中的一种，所述通量孔和所述单晶硅微针针体阵列互不干涉。

【技术特征摘要】
1.一种单晶硅高通量微针结构，包括单晶硅衬底、单晶硅微针针体阵列和通量孔，所述单晶硅微针针体阵列均匀分布在所述单晶硅衬底上表面，所述通量孔为单个或多个，贯穿设置于所述单晶硅衬底上，所述通量孔的形状为圆形、方形或多边形中的一种，所述通量孔和所述单晶硅微针针体阵列互不干涉。2.根据权利要求1所述的单晶硅高通量微针结构，其特征在于，所述单晶硅微针针体阵列中的微针针体为实心针体，所述实心针体轴线与单晶硅衬底表面垂直，所述实心针体为圆锥状或多棱锥状。3.根据权利要求1所述的单晶硅高通量微针结构，其特征在于，所述单晶硅微针针体阵列排布方式为蜂窝型、方型或三角型中的一种。4.根据权利要求3所述的单晶硅高通量微针结构，其特征在于，所述蜂窝型微针针体阵列中的单个蜂窝型中设置一个通量孔。5.根据权利要求3所述的单晶硅高通量微针结构，其特征在于，所述三角型微针针体阵列中的单个三角型中设置一个通量孔。6.根据权利要求2所述的单晶硅高通量微针结构，其特征在于，所述实心针体为圆柱形，所述实心针体的上表面至少被切去一段圆弧面使其存在更多的棱角。7.一种制备如权利要求1所述单晶硅高通量微针结构的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：S1、将厚度为t1的单晶硅片正面记为硅片A面，背面记为硅片B面，于硅片B面涂布光...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓雨，
申请(专利权)人：苏州泽矽能电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32