一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法與流程
本發(fā)明涉及一種微針陣列，特別是涉及超強(qiáng)度微針陣列制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著mems技術(shù)的飛速發(fā)展，微針陣列在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的制造和加工不斷成熟，微針陣列作為一種微創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)有效的提高藥物輸送效率的方法受到廣泛關(guān)注。但不可避免的存在一些弱點(diǎn)，比如微針的硬度以及表面凹坑問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是如何提供一種所設(shè)計的鎳/金剛石微針陣列具有無損傷，高強(qiáng)度，易操作的優(yōu)勢，金剛石針尖有助于使量子納米傳感變得更具成本效益和實(shí)用性，也可用于進(jìn)行諸如電磁場、溫度或應(yīng)力的高靈敏度納米級測量的超強(qiáng)度微針陣列制造方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，所述的超強(qiáng)度微針陣列制造方法包括以下操作步驟：
s1：將pmma微針陣列作為原始模具，利用移動x射線曝光并制作pmma微針；
s2：將s1制作得到的pmma微針通過pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，并且在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，所述的導(dǎo)電材料為鉻/銅，并且將鉻/銅在pmma微針表面進(jìn)行濺射，從而制作pmma微針陣列鉻/銅種子層；
s3:在s2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。
在一個具體實(shí)施例中，在步驟s3中，所述的鎳/金剛石復(fù)合電鍍過程中，采用由主鹽、導(dǎo)電鹽、ph緩沖劑、潤濕劑組成的電解液，陽極用金屬鎳，陰極為pmma微針陣列，通以直流電，陰極的pmma微針陣列上沉積一層均勻、致密的鎳鍍層。
在一個具體實(shí)施例中，在步驟s3中，所述pmma微針陣列上沉積鎳鍍層過程中，在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，使其與鎳共同沉積形成鍍層，形成鎳/金剛石微針陣列。
在一個具體實(shí)施例中，所述的步驟s3中鍍層的厚度25-35um。
在一個具體實(shí)施例中，所述的步驟s3中鍍層的厚度30um。
在一個具體實(shí)施例中，所述的固體微粒為金剛石顆粒。
在一個具體實(shí)施例中，所述的主鹽為硫酸鎳或氨基磺酸鎳。
在一個具體實(shí)施例中，所述的導(dǎo)電鹽為氯化鎳。
在一個具體實(shí)施例中，所述的ph緩沖劑為硼酸。
本發(fā)明的有益效果是：所設(shè)計的鎳/金剛石微針陣列具有無損傷，高強(qiáng)度，易操作的優(yōu)勢，金剛石針尖有助于使量子納米傳感變得更具成本效益和實(shí)用性，也可用于進(jìn)行諸如電磁場、溫度或應(yīng)力的高靈敏度納米級測量。國內(nèi)這種超強(qiáng)度的微針陣列尚有欠缺，發(fā)展前景廣闊。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：
圖1是本發(fā)明超強(qiáng)度微針陣列制造方法中一具體實(shí)施例的工藝流程圖；
圖2是本發(fā)明超強(qiáng)度微針陣列制造方法中一具體實(shí)施例的金剛石復(fù)合電鍍示意圖；
圖3是本發(fā)明超強(qiáng)度微針陣列制造方法中一具體實(shí)施例的金剛石復(fù)合電鍍原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請參閱附圖，在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中提供一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，
實(shí)施例1：
一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，所述的超強(qiáng)度微針陣列制造方法包括以下操作步驟：
s1：將pmma微針陣列作為原始模具，利用移動x射線曝光并制作pmma微針。
s2：將s1制作得到的pmma微針通過pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，并且在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，所述的導(dǎo)電材料為鉻/銅，并且將鉻/銅在pmma微針表面進(jìn)行濺射，從而制作pmma微針陣列鉻/銅種子層。
s3:在s2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。
實(shí)施例2：
一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，所述的超強(qiáng)度微針陣列制造方法包括以下操作步驟：
s1：將pmma微針陣列作為原始模具，利用移動x射線曝光并制作pmma微針。
s2：將s1制作得到的pmma微針通過pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，并且在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，所述的導(dǎo)電材料為鉻/銅，并且將鉻/銅在pmma微針表面進(jìn)行濺射，從而制作pmma微針陣列鉻/銅種子層。
s3:在s2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。
在步驟s3中，所述的鎳/金剛石復(fù)合電鍍過程中，采用由主鹽、導(dǎo)電鹽、ph緩沖劑、潤濕劑組成的電解液，陽極用金屬鎳，陰極為pmma微針陣列，通以直流電，陰極的pmma微針陣列上沉積一層均勻、致密的鎳鍍層。
實(shí)施例3：
一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，所述的超強(qiáng)度微針陣列制造方法包括以下操作步驟：
s1：將pmma微針陣列作為原始模具，利用移動x射線曝光并制作pmma微針。
s2：將s1制作得到的pmma微針通過pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，并且在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，所述的導(dǎo)電材料為鉻/銅，并且將鉻/銅在pmma微針表面進(jìn)行濺射，從而制作pmma微針陣列鉻/銅種子層。
s3:在s2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。
在步驟s3中，所述的鎳/金剛石復(fù)合電鍍過程中，采用由主鹽、導(dǎo)電鹽、ph緩沖劑、潤濕劑組成的電解液，陽極用金屬鎳，陰極為pmma微針陣列，通以直流電，陰極的pmma微針陣列上沉積一層均勻、致密的鎳鍍層。
在步驟s3中，所述pmma微針陣列上沉積鎳鍍層過程中，在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，使其與鎳共同沉積形成鍍層，形成鎳/金剛石微針陣列。
實(shí)施例4：
一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，所述的超強(qiáng)度微針陣列制造方法包括以下操作步驟：
s1：將pmma微針陣列作為原始模具，利用移動x射線曝光并制作pmma微針。
s2：將s1制作得到的pmma微針通過pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，并且在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，所述的導(dǎo)電材料為鉻/銅，并且將鉻/銅在pmma微針表面進(jìn)行濺射，從而制作pmma微針陣列鉻/銅種子層。
s3:在s2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。
在步驟s3中，所述的鎳/金剛石復(fù)合電鍍過程中，采用由主鹽、導(dǎo)電鹽、ph緩沖劑、潤濕劑組成的電解液，陽極用金屬鎳，陰極為pmma微針陣列，通以直流電，陰極的pmma微針陣列上沉積一層均勻、致密的鎳鍍層。
在步驟s3中，所述pmma微針陣列上沉積鎳鍍層過程中，在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，使其與鎳共同沉積形成鍍層，形成鎳/金剛石微針陣列。
所述的步驟s3中鍍層的厚度25-35um，優(yōu)選為30um。
實(shí)施例5：
一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，所述的超強(qiáng)度微針陣列制造方法包括以下操作步驟：
s1：將pmma微針陣列作為原始模具，利用移動x射線曝光并制作pmma微針。
s2：將s1制作得到的pmma微針通過pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，并且在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，所述的導(dǎo)電材料為鉻/銅，并且將鉻/銅在pmma微針表面進(jìn)行濺射，從而制作pmma微針陣列鉻/銅種子層。
s3:在s2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。
在步驟s3中，所述的鎳/金剛石復(fù)合電鍍過程中，采用由主鹽、導(dǎo)電鹽、ph緩沖劑、潤濕劑組成的電解液，陽極用金屬鎳，陰極為pmma微針陣列，通以直流電，陰極的pmma微針陣列上沉積一層均勻、致密的鎳鍍層。
在步驟s3中，所述pmma微針陣列上沉積鎳鍍層過程中，在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，使其與鎳共同沉積形成鍍層，形成鎳/金剛石微針陣列。
所述的步驟s3中鍍層的厚度25-35um。
所述的固體微粒為金剛石顆粒，所述的主鹽為硫酸鎳或氨基磺酸鎳，所述的導(dǎo)電鹽為氯化鎳，所述的ph緩沖劑為硼酸。
在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明利用復(fù)合電鍍的方法，制作超強(qiáng)度鎳/金剛石微針陣列。采用liga工藝，即移動x射線曝光技術(shù)，對pmma光刻膠進(jìn)行兩次旋轉(zhuǎn)曝光，如圖一利用pmma微針陣列作為原始模具，pdms轉(zhuǎn)模形成二次模具，在pdms的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，如鉻或者銅，再電鍍一層鎳，形成金屬鎳微針陣列。然而所制作的金屬鎳微針硬度不滿足刺入皮膚力的要求，這容易使得微針在刺入皮膚的過程中發(fā)生斷裂。本發(fā)明在電鍍鎳的基礎(chǔ)上通過使用金剛石復(fù)合電鍍，增加金屬鎳微針的硬度。電鍍后用顯微鏡發(fā)現(xiàn)微針表面有大大小小的針孔，本發(fā)明為了解決這個問題，在由氨基磺酸鎳，硼酸，金剛石顆粒和各種潤濕劑組成的電鍍液中加入坑抑制劑。在這里，硼酸被用作ph控制劑，它可以削弱水面的表面張力，增加潤濕性，抑制凹坑的發(fā)生。通過進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍，與鎳電鍍相比，維氏硬度的硬度值從236提高到403，我們成功地將金剛石顆粒嵌入最小線寬為20μm的微針中，驗證了進(jìn)一步提高硬度的可能性。
但是，由于ni膜具有一定的硬度，使其常作為復(fù)合電鍍用的基體金屬，所以為了使用ni鍍層改善耐磨性需要加入具有高硬度，高熔點(diǎn)的非水溶性的固體顆粒，例如鉻、鈷、銅和金剛石等。
電鍍鎳是由硫酸鎳（主鹽）、氯化鎳（導(dǎo)電鹽）、硼酸（ph緩沖劑）、潤濕劑組成的電解液，陽極用金屬鎳，陰極為鍍件，通以直流電，在陰極（鍍件）上沉積一層均勻、致密的鎳鍍層。
在鍍覆溶液中加入非水溶性的固體微粒，本發(fā)明采用金剛石顆粒作為鍍覆的金屬，使其與主體金屬共同沉積形成鍍層，此時電鍍后的鎳/金剛石微針陣列的強(qiáng)度滿足了刺入皮膚所要求的硬度要求。并且對于正在做的鋁合金基體，表面電鍍氨基磺酸鎳-金剛石微粉復(fù)合電鍍，鍍層約30um左右，電鍍完成后，機(jī)械和電解加工基體會使鍍層暴露出來，在顯微鏡可以看到鍍層與基體接觸面有大大小小的凹坑，嘗試更換各種潤濕劑和鍍液，加強(qiáng)攪拌等方法都沒有起到作用。所以在電鍍液中加入坑抑制劑，本試劑可以抑制基體表面的麻點(diǎn)，有利于提高各種機(jī)械性能以及力學(xué)性能，比如增加強(qiáng)度利于穿透皮膚，也可以方便以后載藥量的控制。
所以，本發(fā)明公開了一種使用金剛石復(fù)合電鍍加強(qiáng)鎳微針陣列硬度的辦法，并且通過在電鍍液中加入坑抑制劑解決了電鍍后基體表面的凹坑問題，將鎳微針陣列的強(qiáng)度增強(qiáng)了近一倍。旨在提高微針陣列的插入和斷裂性能，微針的穿透深度與作用力有關(guān)，而微針陣列的硬度決定了作用力的大小。本發(fā)明操作方便、實(shí)用性強(qiáng)，使微針陣列在滿足高強(qiáng)度作用力的條件下，能夠快速高效的實(shí)現(xiàn)后續(xù)的經(jīng)皮給藥，提供了低成本的操作方法和提高了微針插入皮膚的成功率。
因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：微型機(jī)械的快速發(fā)展，使得微針的市場變得廣闊，微針有望成為無痛、衛(wèi)生的注射器替代品。但微針的機(jī)械性能要求微針具有強(qiáng)力來穿透皮膚屏障而不發(fā)生斷裂，而且，微針的外端直徑已被證明是插入皮膚引起的疼痛的原因。本發(fā)明所設(shè)計的鎳/金剛石微針陣列具有無損傷，高強(qiáng)度，易操作的優(yōu)勢，金剛石針尖有助于使量子納米傳感變得更具成本效益和實(shí)用性，也可用于進(jìn)行諸如電磁場、溫度或應(yīng)力的高靈敏度納米級測量。國內(nèi)這種超強(qiáng)度的微針陣列尚有欠缺，發(fā)展前景廣闊。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超強(qiáng)度微針陣列制造方法，包括以下操作步驟：S1：將PMMA微針陣列作為原始模具，利用移動X射線曝光并制作PMMA微針；S2：將S1制作得到的PMMA微針通過PDMS轉(zhuǎn)模形成二次模具，在PDMS的基礎(chǔ)上涂一層導(dǎo)電材料，并且將鉻/銅在PMMA微針表面進(jìn)行濺射，從而制作PMMA微針陣列鉻/銅種子層；S3:在S2的基礎(chǔ)上進(jìn)行鎳/金剛石復(fù)合電鍍；并且在鎳/金剛石復(fù)合電鍍的過程中加入坑抑制劑。通過上述方式，本發(fā)明所設(shè)計的鎳/金剛石微針陣列具有無損傷，高強(qiáng)度，易操作的優(yōu)勢，金剛石針尖有助于使量子納米傳感變得更具成本效益和實(shí)用性，也可用于進(jìn)行諸如電磁場、溫度或應(yīng)力的高靈敏度納米級測量。國內(nèi)這種超強(qiáng)度的微針陣列尚有欠缺，發(fā)展前景廣闊。
