CN104307097B - 一种柔性基底金属微针阵列的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物医学工程方法的技术领域,更具体地,涉及一种柔性基底金属微针阵列的制作方法。柔性基底金属微针阵列的制作包括a.制作可凝固铁磁性流体;b.制备柔性基底;c.将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底上,形成可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体;d.将步骤c中获得的“可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体”置于磁场中,使每个液滴变化成针状,然后使其固化,形成稳定的、固化的微针阵列结构;e.在步骤d所得的微针阵列结构表面真空溅镀一层质地均匀的金属,形成金属微针阵列。通过磁场与含磁性纳米级铁磁性颗粒的铁磁性流体液滴相互作用形成微针阵列结构。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程方法的技术领域,更具体地,涉及一种柔性基底金属微针阵列的制作方法。
背景技术
给药方式的改进是医疗领域中一项基本而重要的课题。
其传统方式主要有口服和注射。前者虽然方便易行,但由于消化***的干扰使得药物的效率低下;而后者虽避免的口服的疗效缺点,但常会给患者带来较多的痛苦。此外,上述两者在药物缓释的方面都尚待改进。
当前,新兴的给药方式主要有透皮给药和注射给药。前者依靠药物对皮肤的渗透来进行药物传输,由于皮肤的阻碍,效率依然较低;而后者则为一种相对高效的微创手段,兼具了效率高、损伤低、可缓释等三大优势。虽然微针给药技术有着诸多优点,但是良好的微针的制作却是一大难题。由于微针有着尺寸精细微小的特点,用传统工艺加工微针十分困难。
早期微针主要为硅材料,因易脆断和生物相容性不明而在当前难以推广。而聚合物微针在以上方面表现良好但难以加工。相对地,金属微针在机械性能上表现良好,一些合金的生物相容性良好,加工处理技术成熟,适用于微针生产。
基于微机电***(MEMS技术)的LIGA技术为金属微针阵列的加工提供了有效途径。但由于同步X射线较为昂贵以及制作周期长,LIGA技术制作微针的成本很高,且过程复杂不易控制,金属加工工艺限制了金属微针的开发与推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种柔性基底金属微针阵列的制作方法,其操作简单,制作周期短。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种柔性基底金属微针阵列的制作方法,所述柔性基底金属微针阵列包括柔性基底1、微针阵列2,其中微针阵列2固定在柔性基底1上;
所述柔性基底金属微针阵列的制作方法包括下列步骤:
a.制作可凝固铁磁性流体;
b.制备柔性基底1;
c.将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底1上,形成可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体7;
d.将步骤c中获得的可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体7置于磁场中,使每个液滴变化成针状,然后使其固化,形成稳定的、固化的微针阵列结构;
e.在步骤d所得的微针阵列结构表面真空溅镀一层金属,形成柔性基底金属微针阵列。
本发明柔性基底金属微针阵列的制作方法,通过磁场作用于设置在柔性基底上的可凝固铁磁性流体液滴阵列,使液滴在磁力作用下产生变形呈底宽上尖的针状,待其固化后在微针阵列结构表面真空溅镀一层金属,形成金属微针阵列结构,该制作方法简单、易于操作,制作效率高同时可有效降低生产成本。可避开MEMS技术复杂的工艺过程,便于实现批量生产,经济效益和社会效益显著。
作为本发明上述柔性基底金属微针阵列的制作方法的进一步改进,为使可凝固铁磁性流具有较好的磁性和流动性、并易于固化,所述可凝固铁磁性流体包括:磁性纳米或微米颗粒、高分子材料及固化剂。
作为本发明上述柔性基底金属微针阵列的制作方法的进一步改进,为使柔性基底具有足够的柔性,所述柔性基底的材质优选为高分子材料,如:PDMS、橡胶、环氧树脂、硅胶、涤纶与棉的中的一种或多种的组合等。
作为本发明上述柔性基底金属微针阵列的制作方法的进一步改进,所述“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底1上”的方法可为一下几种方式中的任一种:1、将孔模5紧贴放置在柔性基底1的上表面,然后在孔模5的上表面涂刷可凝固铁磁性流体,然后移除孔模5及其上的多余可凝固铁磁性流体,在柔性基底1的上表面留下液滴阵列;2、将可凝固铁磁性流体装入孔模5和活塞及筒壁组成的空腔内,通过活塞施加压力使得可凝固铁磁性流体从孔模5的小孔流出,并附着在柔性基底1上形成液滴阵列;3、采用空心针模6,以向柔性基底1注出的方式形成液滴阵列;4、采用实心针模6,以实心针模6蘸取适量的可凝固铁磁性流体并将其附着到柔性基底1上生成液滴阵列。上述几种方法可方便、快捷、准确的形成可凝固铁磁性流体的液滴阵列。
作为本发明上述柔性基底金属微针阵列的制作方法的进一步改进,为使磁性流体颗粒的固化均匀、快速、稳定,固化方式优选为:采用加热固化或光线照射固化。
作为本发明上述柔性基底金属微针阵列的制作方法的进一步改进,加热固化可采用在柔性基底1底部设置加热膜4,利用加热膜4进行加热固化。通过对加热膜4对基底混合物溶液加热,加速环氧树脂固化,即加速微针阵列结构的固化。更进一步的,为提高电热转换效率高、延长使用寿命、提高耐疲劳性并避免磁场受到影响,加热膜4可以选择碳纤维加热膜。
附图说明
图1为“孔模”薄板结构示意图。
图2为“针模”整体结构示意图。
图3为“可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体”示意图。
图4为基于柔性基底上的磁流体液滴的微针阵列制作设备的结构示意图。
图5为“孔模”对柔性基底的作用方式示意图。
图6为“针模”对柔性基底的作用方式示意图。
图7为“压出式孔模”示意结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一:
一种柔性基底金属微针阵列的制作方法,所述柔性基底金属微针阵列包括柔性基底1、微针阵列2,其中微针阵列2固定在柔性基底1上;
所述柔性基底金属微针阵列的制作方法包括下列步骤:
a.制作“可凝固铁磁性流体”:所述可凝固铁磁性流体包括磁性纳米或微米颗粒、高分子材料及固化剂,依据性能需求,按照合适的比例混合而成。本实施例选择磁性纳米颗粒,并选择环氧树脂作为高分子材料,选择环氧树脂固化剂作为固化剂,其比例为:磁性纳米颗粒:环氧树脂:环氧树脂固化剂=5:3:2;
b.按照预定设计,将柔软的固态物质制作成薄片状柔性基底1,用于承载微针阵列,其材质有多种可用的选择,一般为高分子材料,如PDMS、环氧树脂、橡胶、硅胶、涤纶与棉中的一种或多种的组合等,其制作、成型工艺为相应材料的通常工艺,本实施例选择以硅胶作为制作柔性基底1的材质;
c.制作可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体7,将孔模5紧贴地盖放在柔性基底1的上表面,构成如“图5”所示组合,其中,将孔模5的宽大表面水平放置,然后将可凝固铁磁性流体均匀地涂刷于孔膜5的上面,直至小孔被液体充分地、均匀地充满。然后,沿竖直方向(平行且相反于重力的方向)将孔模从柔性基底1的上表面分离,则孔模5中的孔中液体将有一部分留在柔性基底1的上表面上,将构成如“图3”所示的可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体7;
d.针形产生:将上述可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体7置入磁场发生装置3(装置3为所利用的圆柱形磁场区域的上限端面边缘的边界示意图,并不代表实际设备的结构)的磁场中一定时间,磁场强度约为0.4T,该组合体7上的液滴将受到磁场的作用变成针状(底宽上尖的形状),如“图4”中2所示。然后固化:启动预先铺垫在磁场中的柔性基底1下面的碳纤维加热膜4,使液态针状阵列加热固化,加热温度为90-130摄氏度之间。(在采用其他固化条件的情况下,加热膜4也可替换为其他设备,例如使用光线(红外光)固化的情况下,将变更地使用光源提供装置。)待4-5小时后,微针阵列固化完成,得到微针阵列结构;
e.在步骤d所得的微针阵列结构表面真空溅镀一层金属,形成金属微针阵列。
实施例二:
本实施例与实施例一类似,所不同之处在于,本实施例中的“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底1上”的方法为:将可凝固铁磁性流体装入孔模5和活塞及筒壁组成的空腔内,通过活塞施加压力使得可凝固铁磁性流体从孔模5的小孔流出,并附着在柔性基底1上形成液滴阵列。
实施例三:
本实施例与实施例一类似,所不同之处在于,本实施例中的“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底1上”的方法为:采用空心针模6,以向柔性基底1注出的方式形成液滴阵列。
实施例四:
本实施例与实施例一类似,所不同之处在于,本实施例中的“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底1上”的方法为:采用实心针模6,以实心针模6蘸取适量的可凝固铁磁性流体并将其附着到柔性基底1上生成液滴阵列。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性基底金属微针阵列的制作方法,所述柔性基底金属微针阵列包括柔性基底(1)、微针阵列(2),其中微针阵列(2)固定在柔性基底(1)上;
其特征在于,所述柔性基底金属微针阵列的制作方法包括下列步骤:
a.制作可凝固铁磁性流体;
b.制备柔性基底(1);
c.将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底(1)上,形成可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体(7);
d.将步骤c中获得的可凝固铁磁性流体液滴阵列与柔性基底的组合体(7)置于磁场中,使每个液滴变化成针状,然后使其固化,形成稳定的、固化的微针阵列结构;
e.在步骤d所得的微针阵列结构表面真空溅镀一层金属,形成柔性基底金属微针阵列。
2.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述可凝固铁磁性流体包括:磁性纳米或微米颗粒、高分子材料及固化剂。
3.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述柔性基底的材质为选自PDMS、橡胶、环氧树脂、涤纶与棉的中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底(1)上”的方法为:将孔模(5)紧贴放置在柔性基底(1)的上表面,然后在孔模(5)的上表面涂刷可凝固铁磁性流体,之后移除孔模(5)及其上的多余可凝固铁磁性流体,在柔性基底(1)的上表面留下液滴阵列。
5.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底(1)上”的方法为:将可凝固铁磁性流体装入孔模(5)和活塞及筒壁组成的空腔内,通过活塞施加压力使得可凝固铁磁性流体从孔模(5)的小孔流出,并附着在柔性基底(1)上形成液滴阵列。
6.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底(1)上”的方法为:采用空心针模(6),以向柔性基底(1)注出的方式形成液滴阵列。
7.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述“将可凝固铁磁性流体的液滴呈阵列状地布置在柔性基底(1)上”的方法为:采用实心针模(6),以实心针模(6)蘸取适量的可凝固铁磁性流体并将其附着到柔性基底(1)上生成液滴阵列。
8.根据权利要求1所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述步骤d中的固化为:采用加热固化或光线照射固化。
9.根据权利要求8所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述加热固化为:在柔性基底(1)底部设置加热膜(4),利用加热膜(4)进行加热固化。
10.根据权利要求9所述的柔性基底金属微针阵列的制作方法,其特征在于,所述加热膜(4)为碳纤维加热膜。
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