CN105169552B - 磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医学工程方法的技术领域，公开了磁场拉伸的金属‑聚合物微针阵列的制作方法，包括以下制作步骤：1)、制备铁磁性流体；2)、微针阵列模具的弹簧针蘸取铁磁性流体；磁场中放置基体；3)、下压弹簧针，使铁磁性流体液滴抵接在基体上，往上提微针阵列模具，在基体上形成底宽上尖状的微针；4)、对微针进行固化；5)、在固化后的微针表面溅镀金属层，形成金属‑聚合物微针阵列。弹簧针蘸取铁磁性流体，利用磁场的磁力作用，铁磁性流体液滴在基体上形成底宽上尖的微针，将微针固化后，表面溅镀金属层，形成金属‑聚合物微针阵列；该制作方法操作简单方便，制作周期短、效率高、降低生产成本，利于微针的推广，实现批量生产。

Description

磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程方法的技术领域，尤其涉及磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法。

背景技术

传统的给药方式主要有口服给药、注射给药、舌下给药、直肠给药和喷雾吸入等，这些给药方式分别存在较多的缺陷，如下：

口服给药虽然安全简单、方便易行且费用较低，但药物容易受其他药物和食物的影响，而使得药物的效率低下，无法达到药物作用的最大化，且部分药物对消化道会造成一定的损害；注射给药虽然避免了口服药物的疗效缺点，但会给患者带来较多的痛苦，治疗效果也会变差；舌下给药、直肠给药和喷雾吸入等给药方式则只能用于个别几种药物，无法满足当今给药的需求。此外，上述的传统给药方式还存在无法将药物完全稀释的问题。

目前，新兴的给药方式主要有透皮给药和微针给药。透皮给药是通过涂敷剂形式将药物贴于皮肤表面，利用皮肤的渗透来进行药物传输，但由于皮肤的阻碍，药物的传输效率低、速度慢；而微针给药作为一种相对高效的微创手段，兼具了效率高、损伤低、可缓释、速度快等四大优势，虽然微针给药技术有着诸多优点，但是，由于微针尺寸精细微小，适用于给药的微针的制作却是医疗领域的难题，难以用传统工艺进行加工。

微针的制作主要使用硅材料，但由于硅材料的易断性和生物相容性的不明，使得硅材料支撑的微针在当前难以推广。相反，聚合物微针在以上方面表现良好但难以加工，相对地，金属-聚合物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，适用于微针的生产。

现有技术中，基于微机电***(MEMS技术)的LIGA技术为金属-聚合物微针阵列的制作提供了有效途径，但是，由于同步X射线较为昂贵以及制作周期长，LIGA技术制作金属-聚合物微针阵列的成本很高，且制作过程复杂，不易控制，制作周期长，不适用于生产。

发明内容

本发明的目的在于提供磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，旨在解决解决现有技术中，金属-聚合物微针阵列的制作存在成本高、制作周期长以及制作过程复杂的问题。

本发明是这样实现的，磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，包括以下制作步骤：

1)、制备可以固化形成微针的铁磁性流体；

2)、利用微针阵列模具的弹簧针蘸取所述铁磁性流体，使所述弹簧针的下端形成有铁磁性流体液滴；将所述微针阵列模具置于磁场中，且磁场中放置有对铁磁性流体具有亲和性的基体；

3)、将所述弹簧针置于所述基体上方，下压所述弹簧针，使所述弹簧针下端的铁磁性流体液滴抵接在所述基体上，再往上提所述微针阵列模具，所述铁磁性流体液滴在所述基体上形成底宽上尖状的微针；

4)、对形成在所述基体上的微针进行固化；

5)、在所述固化后的微针表面溅镀金属层，形成金属-聚合物微针阵列。

与现有技术相比，本发明提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，通过在微针阵列模具的弹簧针上蘸取铁磁性流体，在弹簧针的下端形成铁磁性流体液滴，将铁磁性流体液滴抵接在基体上，利用磁场的磁力作用，铁磁性流体液滴在基体上形成底宽上尖的微针，将微针固化后，表面溅镀金属层，形成金属-聚合物微针阵列；该制作方法操作简单方便，制作周期短、效率高、可有效降低生产成本，利于微针的推广，便于实现批量生产，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1是本发明实施例提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作步骤一的主视示意图；

图2是本发明实施例提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作步骤二的主视示意图；

图3是本发明实施例提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作步骤三的主视示意图；

图4是本发明实施例提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的剖切示意图；

图5是笨发明实施例提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的微针模具的立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

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。

参照图1～5所示，为本发明提供的较佳实施例。

本实施例提供的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法包括以下步骤：

1)、制备用于构成微针14的铁磁性流体，该铁磁性流体可以凝固固化；

2)、利用微针阵列模具12的弹簧针121蘸取铁磁性流体，使得弹簧针121下端形成有铁磁性流体液滴13，且将微针阵列模具12置于磁场中，在磁场中放置有基体11，该基体11对铁磁性流体具有亲和性或吸引性；

3)、将微针阵列模具12的弹簧针121置于基体11上方，下压弹簧针121，使得弹簧针121下端的铁磁性流体液滴13抵接在基体11，再往上提起模具12，在磁场的作用下，铁磁性流体液滴13在基体11上形成针状，也就是底宽上尖的形状，形成微针14；

4)、并对形成在基体11上的微针14进行固化，多个微针14形成位于基体11上的微针阵列；

5)、在基体11上的微针14的表面上溅镀一层金属层，使得微针阵列形成金属-聚合物微针阵列。

上述提供的金属-聚合物微针阵列的制作方法中，通过在微针阵列模具12的弹簧针121上蘸取铁磁性流体，在弹簧针121的下端形成铁磁性流体液滴13，将铁磁性流体液滴13抵接在基体11上，利用磁场的磁力作用，铁磁性流体液滴13在基体11上形成底宽上尖的微针14，将微针14固化后，表面溅镀金属层，形成金属-聚合物微针阵列；该制作方法操作简单方便，制作周期短、效率高、可有效降低生产成本，利于微针14的推广，便于实现批量生产，经济效益和社会效益显著。

本实施例中，在步骤4)及5)之间，当基体11上的微针14固化以后，在基体11上涂抹PDMS溶液，以使基体11获得良好的基底力学性能和表面性能，也便于溅镀金属层，并且，在微针14的表面镀上一层金属，方便在微针14上蘸取药物进行给药。

或者，作为其他实施例，基体11上形成有PDMS溶液形成的柔性基底，这样，微针阵列模具12的弹簧针121上的铁磁性流体液滴13直接抵接在柔性基底上，当微针14固化后，微针阵列则可以直接与柔性基底分别，从而无需再涂上PDMS溶液，则可以之间的真空中溅镀金属层，形成金属-聚合物微针阵列。

具体地，基体11一般采用滤纸，当然，也可以采用其他材料，从而便于弹簧针121的基体11的表面上拉伸铁磁性流体液滴13，形成微针14，制造适用于不同领域的金属-聚合物微针阵列。

另外，当弹簧针121在拉伸铁磁性流体液滴13时，为了避免拉伸时，基体11难以固定，在基体11的下方设有底部玻璃片，且在基体11的上方的两侧分别设有压紧玻璃片，利用压紧玻璃片压着基体11，从而使得铁磁性流体液滴13在磁场中的拉伸顺利进行。

本实施例中，将形成的基体11上微针14进行固化时，采用加热的方法进行加热固化，在底部玻璃的下方设置加热膜，利用加热膜通过底部玻璃的导热，对形成的基体11上的微针14进行加热固化。并且，为了更好的控制加热膜的加热温度，在加热膜与发电机之间连接有控制器，利用控制器对加热膜的加热进行控制。具体地，加热膜可以采用PI发热膜。

作为其他实施例，可以采用线圈通电后散发的热量对基体11上的微针14进行加热。

一般情况下，对微针14进行加热固化的温度，利用控制器控制在80℃以下；或者，在采用其他固化条件的情况下，也可以采用光线(如红外光)对微针14进行固化，待1-2小时后，微针14固化完成，得到微针阵列。

本实施例中，利用通电的线圈产生磁场，并且，为了缩短金属-聚合物微针阵列的制作周期，增大磁场强度，可以将多个线圈叠放在一起，形成强度更大的磁场。

具体地，利用呈门框状且高度可变的金属架，在金属架的下方放置线圈，该线圈通电后，则形成磁场，上述的基体11以及蘸取有铁磁性流体液滴13的模具12则置于线圈产生的磁场中。

具体地，基体11布置在磁场中，为了保证磁场强度的最大化，将基体11放置在线圈的中心位置，并且，为了保证拉伸的微针14的结构较为均匀，微针阵列模具12的每个弹簧针121上蘸取的铁磁性流体液滴13的量大致相等。

本实施例中，微针阵列模具12的结构如下：用多个磁铁依序堆叠放置，形成多层平台，在各个磁铁上放置有带针孔的铜片，将弹簧针121的上端插设在铜片的针孔中，且使得多个弹簧针121下端的针头处于同一平面布置。

具体地，一般情况下，采用2～3层磁铁搭建平台，在各个磁铁形成的平台上放置铜片。

在上述步骤4)中，当弹簧针121蘸取铁磁性流体液滴13后，铁磁性流体液滴13在基体11上拉伸形成微针14后，需要将蘸取铁磁性流体液滴13的弹簧针121的针头泡在酒精中，当弹簧针121针头上的残留铁磁性流体溶于酒精中，擦拭干净并风干以后，弹簧针121才能继续使用。

本实施例中，可拉伸的铁磁性流体包括有微米级或纳米级颗粒及高分子材料，依据性能需求，按照合适的比例，将微米级或纳米级颗粒与高分子材料混合，优选两者的混合比例为1:1；并且，作为优选实施例，高分子材料为环氧树脂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，包括以下制作步骤：

1)、制备可以固化形成微针的铁磁性流体；

2)、利用微针阵列模具的弹簧针蘸取所述铁磁性流体，使所述弹簧针的下端形成有铁磁性流体液滴；将所述微针阵列模具置于磁场中，且磁场中放置有对铁磁性流体具有亲和性的基体；

3)、将所述弹簧针置于所述基体上方，下压所述弹簧针，使所述弹簧针下端的铁磁性流体液滴抵接在所述基体上，再往上提所述微针阵列模具，所述铁磁性流体液滴在所述基体上形成底宽上尖状的微针；

4)、对形成在所述基体上的微针进行固化，采用线圈通电后对所述基体上的微针加热固化，且控制加热温度在80℃以下，将多个所述线圈叠放在一起，形成强度更大的磁场；

5)、在所述固化后的微针表面溅镀金属层，形成金属-聚合物微针阵列。

2.如权利要求1所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，在所述步骤4)与步骤5)之间，当所述基体上的微针固化后，在所述基体上涂抹PDMS溶液。

3.如权利要求1所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，放置在所述磁场内的基体上形成有PDMS溶液形成的柔性基底。

4.如权利要求1至3任一项所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述基体的下方设有底部玻璃片，且在所述基体上方的两侧分别设有压紧玻璃片。

5.如权利要求4所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，在所述步骤4)中，在所述底部玻璃片设置加热膜，通过所述加热膜加热固化所述基体上的微针。

6.如权利要求5所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，所述加热膜与发电机之间设有控制器，利用所述控制器控制加热膜的加热温度。

7.如权利要求1至3任一项所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，采用高度可变的金属架，在所述金属架下方放置线圈，所述线圈通电后形成磁场，所述基体放置在所述线圈的中心位置。

8.如权利要求1至3任一项所述的磁场拉伸的金属-聚合物微针阵列的制作方法，其特征在于，所述微针阵列模具包括多个依序堆叠放置的磁铁，各个所述磁铁上设有带针孔的铜片，所述弹簧针的上端插设在所述铜片的针孔中，且所述弹簧针下端的针头处于同一平面位置。