一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺的制作方法

一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺1.技术领域：本发明涉及微纳结构制造技术领域，具体涉及一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺。2.背景技术：虽然现代生物技术已生产出极为成熟和有效的药物，但是许多药物的有效传输还是受到目前的传送技术(药品口服和注射)的限制。其中口服投药主要的问题就在于在胃肠道中药物的降解作用和通过肝脏药物的排出；另一种常用的静脉注射在非医疗场所不易使用，也不好维持和控制药物的释放，并且对于患者来说不方便，有一定的疼痛感。因此，通过皮肤传送药物成为一种的新型有效的传输方法，但是这种方法由于皮肤极差的渗透性受到一定的限制。而微针阵列传输药物则可以增强经皮肤对药物分子的传输，实现高效、无痛给药，微针阵列刺入皮肤后，创造了通过角质层传输药物的导管，一旦药物穿过角质层，就可通过深层组织迅速扩散并被下面的毛细血管吸收，形成投药系统。3.美国乔治亚州工程学院传送钙黄绿素的微针阵列制作使用反应离子刻蚀技术，长度在150μm，直径50～80μm，形成为20×20微针阵列。当微针插入试验中的皮肤时，显示了极好的机械特性并增强了皮肤对钙黄绿素，一种众数性药剂的渗透性，可提高至4个数量级。美国加利福尼亚大学伯克利sensor and actuator中心研制的传送胰岛素中空的微针阵列，把药物悬浮在无水粘性溶液中，防止药物从装置中流出，保证完全通过微针阵列传输，其中微针管道直径为40μm，微针高度200μm，针尖的曲率半径为100nm；实验得出，微针阵列可以成功地插入皮肤下100μm，完成高效传送胰岛素。经皮微针投药应用药物范围很广，也包括大分子化合物。其中瑞典斯德哥尔摩皇家工程学院制作的侧面开口输药的微针阵列采用种轴上开口而不是上端开口的微针，经过测试，传送流体的阻率较小，并且机械强度较高，刺入和取出都不会损坏，微针的长度为210μm；另外，美国路易斯安那州立大学和德克萨斯州大学利用liga工艺，研制了用于药物传送的聚合体pmma和金属ni微针阵列，微针高度200μm，内径至外径尺寸范围20～40μm和40～80μm。新的制造工艺使微针阵列迅速发展起来，微针阵列的设计制作对于新型经皮药物传送系统的发展是极其重要的一步。实验证明，目前的微针有足够的强度支撑在整个传输过程中的压力。4.然而，由于目前生产工艺的不完善，如刻蚀过程中刻蚀气体的分布不均等问题，容易导致刻蚀出来的微针结构的大面积一致性较差，从而不利于产业化推广。5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。6.技术实现要素：本发明的目的在于提供一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺，从而克服上述现有技术中的缺陷。7.为实现上述目的，本发明提供一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺，包括以下步骤：s1：在硅基片上沉积一层二氧化硅氧化层；s2：光刻显影，在二氧化硅氧化层表面涂布一层光刻胶，用图形规律分布的掩膜版遮盖到光刻胶上曝光，再进行显影操作，在光刻胶上形成掩膜版上的图形；s3：湿法腐蚀，腐蚀未被光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；s4：干法刻蚀，采用边刻蚀边保护的方式刻蚀硅基片，得到上窄下宽的纳米微针阵列结构；s5：湿法去除二氧化硅氧化层，将硅基片顶部的二氧化硅氧化层和光刻胶去除，得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。8.作为优选，所述s1中硅基片选用单面抛光的硅基片，厚度为400-600μm，沉积时硅基片先丙酮、乙醇、去离子水清洗，再用氮气吹干，然后采用化学气相沉积法（pecvd）沉积二氧化硅氧化层。9.作为优选，所述s2中光刻胶采用旋涂的方式涂布，厚度为1-1.5μm，涂布后在75℃-95℃烘台上预烘5-10分钟。10.作为优选，所述s2中曝光时间为6-10s，显影时将硅基片至于质量百分比为5‰naoh溶液中显影。11.作为优选，所述s3中腐蚀时采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10混合溶液进行腐蚀。12.作为优选，所述s4中边刻蚀边保护的方式具体为：刻蚀气体为sf6，流量为130sccm，刻蚀时间为9±1s，感应线圈的射频功率为600w；保护气体为c4f8,气体流量为85sccm,保护气通入时间为7±1s，感应线圈的射频功率为600w；每16~17秒循环一次刻蚀及保护。13.作为优选，所述s4中上窄下宽的纳米微针阵列结构的微针针尖尺寸小于5μm，微针底部直径为50-150μm，微针高度为50-200μm。14.作为优选，所述s4中微针底部形状是圆形、正方形、八边形或其他多边形。15.作为优选，所述s5中采用积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10的混合溶液去除二氧化硅氧化层和光刻胶。16.作为优选，所述光刻胶选用epg533光刻胶。17.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过设计掩膜版上的图形结构，可以补偿硅基片径向刻蚀速率的误差，使得整片硅基片上微针最终结构能够保持一致，从而实现微针大面积、高效率的制造。18.附图说明：图1为本发明的一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺的流程示意图；附图标记为：1-硅基片、2-二氧化硅氧化层、3-光刻胶。19.具体实施方式：下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。20.实施例1：如图1所示，一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺，包括以下步骤：s1：在硅基片上沉积一层二氧化硅氧化层；具体的，选用单面抛光，厚度为400μm硅基片，经过丙酮、乙醇、去离子水清洗后，用氮气吹干，然后在硅基片的上表面上采用化学气相沉积法（pecvd）沉积一层厚度为400nm二氧化硅氧化层；s2：光刻显影，在二氧化硅氧化层表面涂布一层光刻胶，用图形规律分布的掩膜版遮盖到光刻胶上曝光，再进行显影操作，在光刻胶上形成掩膜版上的图形；具体的，采用旋涂法在二氧化硅氧化层上均匀涂布一层厚度为1μm的 epg533光刻胶，在95°c烘台上预烘5分钟；用掩膜图形为圆形图案规律分布的掩膜版遮住epg533光刻胶后曝光，曝光时间为8s；最后将硅基片整体置于质量百分为5‰naoh溶液中显影，在epg533光刻胶上形成掩膜版上图形；s3：湿法腐蚀，腐蚀未被光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；具体的，采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10溶液腐蚀未被epg533光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将epg533光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；s4：干法刻蚀，采用边刻蚀边保护的方式刻蚀硅基片，得到上窄下宽的纳米微针阵列结构；具体的，采用四氟甲烷干法刻蚀硅基底光刻过的一面，通过调节c4f8和sf6的气体浓度比值得到上窄下宽纳米微针结构，更为具体的采用边刻蚀边保护的技术，刻蚀气体为sf6，气体流量为130sccm，刻蚀时间为9±1s，感应线圈的射频功率为600w；保护气体为c4f8,气体流量为85sccm,保护气体通入时间为7±1s，感应线圈的射频功率为600w，每16~17秒循环一次刻蚀及保护。制得的微针针尖尺寸小于5μm，微针底部直径为50μm；微针高度为50μm。21.s5：湿法去除二氧化硅氧化层，将硅基片顶部的二氧化硅氧化层和光刻胶去除，得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。22.具体的，采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10溶液腐蚀硅基片微针顶部“帽子”（即二氧化硅氧化层和光刻胶），得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。23.实施例2：如图1所示，一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺，包括以下步骤：s1：在硅基片上沉积一层二氧化硅氧化层；具体的，选用单面抛光，厚度为500μm硅基片，经过丙酮、乙醇、去离子水清洗后，用氮气吹干，然后在硅基片的上表面上采用化学气相沉积法（pecvd）沉积一层厚度为500nm二氧化硅氧化层；s2：光刻显影，在二氧化硅氧化层表面涂布一层光刻胶，用图形规律分布的掩膜版遮盖到光刻胶上曝光，再进行显影操作，在光刻胶上形成掩膜版上的图形；具体的，采用旋涂法在二氧化硅氧化层上均匀涂布一层厚度为1.2μm的 epg533光刻胶，在85°c烘台上预烘8分钟；用掩膜图形为圆形图案规律分布的掩膜版遮住epg533光刻胶后曝光，曝光时间为8s；最后将硅基片整体置于质量百分为5‰naoh溶液中显影，在epg533光刻胶上形成掩膜版上图形；s3：湿法腐蚀，腐蚀未被光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；具体的，采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10溶液腐蚀未被epg533光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将epg533光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；s4：干法刻蚀，采用边刻蚀边保护的方式刻蚀硅基片，得到上窄下宽的纳米微针阵列结构；具体的，采用四氟甲烷干法刻蚀硅基底光刻过的一面，通过调节c4f8和sf6的气体浓度比值得到上窄下宽纳米微针结构，更为具体的采用边刻蚀边保护的技术，刻蚀气体为sf6，气体流量为130sccm，刻蚀时间为9±1s，感应线圈的射频功率为600w；保护气体为c4f8,气体流量为85sccm,保护气体通入时间为7±1s，感应线圈的射频功率为600w，每16~17秒循环一次刻蚀及保护。制得的微针针尖尺寸小于5μm，微针底部直径为100μm；微针高度为100μm。24.s5：湿法去除二氧化硅氧化层，将硅基片顶部的二氧化硅氧化层和光刻胶去除，得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。25.具体的，采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10溶液腐蚀硅基片微针顶部“帽子”（即二氧化硅氧化层和光刻胶），得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。26.实施例3：如图1所示，一种用于经皮给药硅基纳米微针阵列的制造工艺，包括以下步骤：s1：在硅基片上沉积一层二氧化硅氧化层；具体的，选用单面抛光，厚度为600μm硅基片，经过丙酮、乙醇、去离子水清洗后，用氮气吹干，然后在硅基片的上表面上采用化学气相沉积法（pecvd）沉积一层厚度为600nm二氧化硅氧化层；s2：光刻显影，在二氧化硅氧化层表面涂布一层光刻胶，用图形规律分布的掩膜版遮盖到光刻胶上曝光，再进行显影操作，在光刻胶上形成掩膜版上的图形；具体的，采用旋涂法在二氧化硅氧化层上均匀涂布一层厚度为1.5μm的 epg533光刻胶，在95°c烘台上预烘10分钟；用掩膜图形为圆形图案规律分布的掩膜版遮住epg533光刻胶后曝光，曝光时间为10s；最后将硅基片整体置于质量百分为5‰naoh溶液中显影，在epg533光刻胶上形成掩膜版上图形；s3：湿法腐蚀，腐蚀未被光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；具体的，采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10溶液腐蚀未被epg533光刻胶掩蔽的二氧化硅氧化层，将epg533光刻胶上的图形转移到二氧化硅氧化层上；s4：干法刻蚀，采用边刻蚀边保护的方式刻蚀硅基片，得到上窄下宽的纳米微针阵列结构；具体的，采用四氟甲烷干法刻蚀硅基底光刻过的一面，通过调节c4f8和sf6的气体浓度比值得到上窄下宽纳米微针结构，更为具体的采用边刻蚀边保护的技术，刻蚀气体为sf6，气体流量为130sccm，刻蚀时间为9±1s，感应线圈的射频功率为600w；保护气体为c4f8,气体流量为85sccm,保护气体通入时间为7±1s，感应线圈的射频功率为600w，每16~17秒循环一次刻蚀及保护。制得的微针针尖尺寸小于5μm，微针底部直径为150μm；微针高度为200μm。27.s5：湿法去除二氧化硅氧化层，将硅基片顶部的二氧化硅氧化层和光刻胶去除，得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。28.具体的，采用体积比为氢氟酸：氟化铵：去离子水=3:6:10溶液腐蚀硅基片微针顶部“帽子”（即二氧化硅氧化层和光刻胶），得到用于经皮给药硅基纳米微针阵列。29.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。