一种超强度微针阵列制造方法与流程

本发明涉及一种微针阵列，特别是涉及超强度微针阵列制造方法。

背景技术：

近年来，随着mems技术的飞速发展，微针阵列在生物医学领域的制造和加工不断成熟，微针阵列作为一种微创、经济有效的提高药物输送效率的方法受到广泛关注。但不可避免的存在一些弱点，比如微针的硬度以及表面凹坑问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是如何提供一种所设计的镍/金刚石微针阵列具有无损伤，高强度，易操作的优势，金刚石针尖有助于使量子纳米传感变得更具成本效益和实用性，也可用于进行诸如电磁场、温度或应力的高灵敏度纳米级测量的超强度微针阵列制造方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种超强度微针阵列制造方法，所述的超强度微针阵列制造方法包括以下操作步骤：

s1：将pmma微针阵列作为原始模具，利用移动x射线曝光并制作pmma微针；

s2：将s1制作得到的pmma微针通过pdms转模形成二次模具，并且在pdms的基础上涂一层导电材料，所述的导电材料为铬/铜，并且将铬/铜在pmma微针表面进行溅射，从而制作pmma微针阵列铬/铜种子层；

s3:在s2的基础上进行镍/金刚石复合电镀；并且在镍/金刚石复合电镀的过程中加入坑抑制剂。

在一个具体实施例中，在步骤s3中，所述的镍/金刚石复合电镀过程中，采用由主盐、导电盐、ph缓冲剂、润湿剂组成的电解液，阳极用金属镍，阴极为pmma微针阵列，通以直流电，阴极的pmma微针阵列上沉积一层均匀、致密的镍镀层。

在一个具体实施例中，在步骤s3中，所述pmma微针阵列上沉积镍镀层过程中，在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒，使其与镍共同沉积形成镀层，形成镍/金刚石微针阵列。

在一个具体实施例中，所述的步骤s3中镀层的厚度25-35um。

在一个具体实施例中，所述的步骤s3中镀层的厚度30um。

在一个具体实施例中，所述的固体微粒为金刚石颗粒。

在一个具体实施例中，所述的主盐为硫酸镍或氨基磺酸镍。

在一个具体实施例中，所述的导电盐为氯化镍。

在一个具体实施例中，所述的ph缓冲剂为硼酸。

本发明的有益效果是：所设计的镍/金刚石微针阵列具有无损伤，高强度，易操作的优势，金刚石针尖有助于使量子纳米传感变得更具成本效益和实用性，也可用于进行诸如电磁场、温度或应力的高灵敏度纳米级测量。国内这种超强度的微针阵列尚有欠缺，发展前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明超强度微针阵列制造方法中一具体实施例的工艺流程图；

图2是本发明超强度微针阵列制造方法中一具体实施例的金刚石复合电镀示意图；

图3是本发明超强度微针阵列制造方法中一具体实施例的金刚石复合电镀原理图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图，在本发明的一个具体实施例中提供一种超强度微针阵列制造方法，

实施例1：

一种超强度微针阵列制造方法，所述的超强度微针阵列制造方法包括以下操作步骤：

s1：将pmma微针阵列作为原始模具，利用移动x射线曝光并制作pmma微针。

s2：将s1制作得到的pmma微针通过pdms转模形成二次模具，并且在pdms的基础上涂一层导电材料，所述的导电材料为铬/铜，并且将铬/铜在pmma微针表面进行溅射，从而制作pmma微针阵列铬/铜种子层。

s3:在s2的基础上进行镍/金刚石复合电镀；并且在镍/金刚石复合电镀的过程中加入坑抑制剂。

实施例2：

一种超强度微针阵列制造方法，所述的超强度微针阵列制造方法包括以下操作步骤：

s1：将pmma微针阵列作为原始模具，利用移动x射线曝光并制作pmma微针。

s2：将s1制作得到的pmma微针通过pdms转模形成二次模具，并且在pdms的基础上涂一层导电材料，所述的导电材料为铬/铜，并且将铬/铜在pmma微针表面进行溅射，从而制作pmma微针阵列铬/铜种子层。

s3:在s2的基础上进行镍/金刚石复合电镀；并且在镍/金刚石复合电镀的过程中加入坑抑制剂。

在步骤s3中，所述的镍/金刚石复合电镀过程中，采用由主盐、导电盐、ph缓冲剂、润湿剂组成的电解液，阳极用金属镍，阴极为pmma微针阵列，通以直流电，阴极的pmma微针阵列上沉积一层均匀、致密的镍镀层。

实施例3：

一种超强度微针阵列制造方法，所述的超强度微针阵列制造方法包括以下操作步骤：

s1：将pmma微针阵列作为原始模具，利用移动x射线曝光并制作pmma微针。

s2：将s1制作得到的pmma微针通过pdms转模形成二次模具，并且在pdms的基础上涂一层导电材料，所述的导电材料为铬/铜，并且将铬/铜在pmma微针表面进行溅射，从而制作pmma微针阵列铬/铜种子层。

s3:在s2的基础上进行镍/金刚石复合电镀；并且在镍/金刚石复合电镀的过程中加入坑抑制剂。

在步骤s3中，所述的镍/金刚石复合电镀过程中，采用由主盐、导电盐、ph缓冲剂、润湿剂组成的电解液，阳极用金属镍，阴极为pmma微针阵列，通以直流电，阴极的pmma微针阵列上沉积一层均匀、致密的镍镀层。

在步骤s3中，所述pmma微针阵列上沉积镍镀层过程中，在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒，使其与镍共同沉积形成镀层，形成镍/金刚石微针阵列。

实施例4：

一种超强度微针阵列制造方法，所述的超强度微针阵列制造方法包括以下操作步骤：

s1：将pmma微针阵列作为原始模具，利用移动x射线曝光并制作pmma微针。

s2：将s1制作得到的pmma微针通过pdms转模形成二次模具，并且在pdms的基础上涂一层导电材料，所述的导电材料为铬/铜，并且将铬/铜在pmma微针表面进行溅射，从而制作pmma微针阵列铬/铜种子层。

s3:在s2的基础上进行镍/金刚石复合电镀；并且在镍/金刚石复合电镀的过程中加入坑抑制剂。

在步骤s3中，所述的镍/金刚石复合电镀过程中，采用由主盐、导电盐、ph缓冲剂、润湿剂组成的电解液，阳极用金属镍，阴极为pmma微针阵列，通以直流电，阴极的pmma微针阵列上沉积一层均匀、致密的镍镀层。

在步骤s3中，所述pmma微针阵列上沉积镍镀层过程中，在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒，使其与镍共同沉积形成镀层，形成镍/金刚石微针阵列。

所述的步骤s3中镀层的厚度25-35um，优选为30um。

实施例5：

一种超强度微针阵列制造方法，所述的超强度微针阵列制造方法包括以下操作步骤：

s1：将pmma微针阵列作为原始模具，利用移动x射线曝光并制作pmma微针。

s2：将s1制作得到的pmma微针通过pdms转模形成二次模具，并且在pdms的基础上涂一层导电材料，所述的导电材料为铬/铜，并且将铬/铜在pmma微针表面进行溅射，从而制作pmma微针阵列铬/铜种子层。

s3:在s2的基础上进行镍/金刚石复合电镀；并且在镍/金刚石复合电镀的过程中加入坑抑制剂。

在步骤s3中，所述的镍/金刚石复合电镀过程中，采用由主盐、导电盐、ph缓冲剂、润湿剂组成的电解液，阳极用金属镍，阴极为pmma微针阵列，通以直流电，阴极的pmma微针阵列上沉积一层均匀、致密的镍镀层。

在步骤s3中，所述pmma微针阵列上沉积镍镀层过程中，在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒，使其与镍共同沉积形成镀层，形成镍/金刚石微针阵列。

所述的步骤s3中镀层的厚度25-35um。

所述的固体微粒为金刚石颗粒，所述的主盐为硫酸镍或氨基磺酸镍，所述的导电盐为氯化镍，所述的ph缓冲剂为硼酸。

在具体实施过程中，本发明利用复合电镀的方法，制作超强度镍/金刚石微针阵列。采用liga工艺，即移动x射线曝光技术，对pmma光刻胶进行两次旋转曝光，如图一利用pmma微针阵列作为原始模具，pdms转模形成二次模具，在pdms的基础上涂一层导电材料，如铬或者铜，再电镀一层镍，形成金属镍微针阵列。然而所制作的金属镍微针硬度不满足刺入皮肤力的要求，这容易使得微针在刺入皮肤的过程中发生断裂。本发明在电镀镍的基础上通过使用金刚石复合电镀，增加金属镍微针的硬度。电镀后用显微镜发现微针表面有大大小小的针孔，本发明为了解决这个问题，在由氨基磺酸镍，硼酸，金刚石颗粒和各种润湿剂组成的电镀液中加入坑抑制剂。在这里，硼酸被用作ph控制剂，它可以削弱水面的表面张力，增加润湿性，抑制凹坑的发生。通过进行镍/金刚石复合电镀，与镍电镀相比，维氏硬度的硬度值从236提高到403，我们成功地将金刚石颗粒嵌入最小线宽为20μm的微针中，验证了进一步提高硬度的可能性。

但是，由于ni膜具有一定的硬度，使其常作为复合电镀用的基体金属，所以为了使用ni镀层改善耐磨性需要加入具有高硬度，高熔点的非水溶性的固体颗粒，例如铬、钴、铜和金刚石等。

电镀镍是由硫酸镍（主盐）、氯化镍（导电盐）、硼酸（ph缓冲剂）、润湿剂组成的电解液，阳极用金属镍，阴极为镀件，通以直流电，在阴极（镀件）上沉积一层均匀、致密的镍镀层。

在镀覆溶液中加入非水溶性的固体微粒，本发明采用金刚石颗粒作为镀覆的金属，使其与主体金属共同沉积形成镀层，此时电镀后的镍/金刚石微针阵列的强度满足了刺入皮肤所要求的硬度要求。并且对于正在做的铝合金基体，表面电镀氨基磺酸镍-金刚石微粉复合电镀，镀层约30um左右，电镀完成后，机械和电解加工基体会使镀层暴露出来，在显微镜可以看到镀层与基体接触面有大大小小的凹坑，尝试更换各种润湿剂和镀液，加强搅拌等方法都没有起到作用。所以在电镀液中加入坑抑制剂，本试剂可以抑制基体表面的麻点，有利于提高各种机械性能以及力学性能，比如增加强度利于穿透皮肤，也可以方便以后载药量的控制。

所以，本发明公开了一种使用金刚石复合电镀加强镍微针阵列硬度的办法，并且通过在电镀液中加入坑抑制剂解决了电镀后基体表面的凹坑问题，将镍微针阵列的强度增强了近一倍。旨在提高微针阵列的插入和断裂性能，微针的穿透深度与作用力有关，而微针阵列的硬度决定了作用力的大小。本发明操作方便、实用性强，使微针阵列在满足高强度作用力的条件下，能够快速高效的实现后续的经皮给药，提供了低成本的操作方法和提高了微针插入皮肤的成功率。

因此，本发明具有以下优点：微型机械的快速发展，使得微针的市场变得广阔，微针有望成为无痛、卫生的注射器替代品。但微针的机械性能要求微针具有强力来穿透皮肤屏障而不发生断裂，而且，微针的外端直径已被证明是插入皮肤引起的疼痛的原因。本发明所设计的镍/金刚石微针阵列具有无损伤，高强度，易操作的优势，金刚石针尖有助于使量子纳米传感变得更具成本效益和实用性，也可用于进行诸如电磁场、温度或应力的高灵敏度纳米级测量。国内这种超强度的微针阵列尚有欠缺，发展前景广阔。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。