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基于移动LIGA光刻技术的微针研究

作　者: 白万青
导　师: 李以贵
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 移动X射线曝光 PMMA微针微针尖端控制 PDMS 金属微针金属微针模具
分类号: TH703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要

基于MEMS的微针技术研究是当前生物研究领域的热点。微针(Microneedles)一般指通过微细加工工艺制作的,尺寸在微米级,直径30-80μm,长度150μm以上呈针状的结构。首先微针要足够尖锐,以便刺穿皮肤的表皮,并在合适的深度释放药物。另外,微针还需要有足够的强度,无论是刺入皮肤时,还是输送药物时,都能承受来自各个方向的压力而不会折断。微针的材料可以是硅、金属和聚合物。硅材料表面会吸附蛋白质,会促使白血球和微针的粘合,被刺入区域可能会产生应激性反应,所以硅微针不能直接用于人体治疗。而聚合物则以其加工成本低和适于大批量生产的特点而被广泛应用。微针按内部结构可分为同平面微针和异平面微针。同平面微针的针体与衬底表面平行,其长度可通过加工工艺加以精确控制,但是二维同平面微针的制作加工相对困难;异平面微针的针体与衬底表面垂直,因此制作相对简单,可通过高深宽比加工技术,如DRIE,LIGA等工艺加工衬底结构得到针体。本论文主要围绕移动LIGA光刻工艺制作异平面微针。为了方便微针刺入皮肤且减少疼痛,要求微针具有足够的强度和锐利的尖端。传统LIGA工艺只能制造出具有高深宽比的垂直侧壁结构,本文对传统LIGA工艺进行调整,采用X射线对光刻胶PMMA进行两次曝光,并通过移动光刻胶台改变X射线的光刻方向,使两次X射线曝光方向相垂直,使用移动LIGA光刻工艺,并利用等腰三角形作为掩膜板图案,显影之后得到截面与X射线掩膜板图案相似的三维实心PMMA微针阵列。但是,利用移动LIGA掩膜板光刻工艺制作的三维聚合物微针阵列,其尖端宽度与设计的掩膜板中的尖端宽度存在差异。为了控制针尖尺寸,利用MATLAB软件并结合实验分析了工艺过程中的一些主要参数,包括显影时间、掩膜板形状和倾斜效应(掩膜板在水平面内倾斜引起的效应)及曝光剂量。实验中,采用了不同掩膜板形状,但掩膜板中微针针尖宽度保持不变。最后,本文利用ANSYS对PMMA微针阵列进行性能分析,并使用PMMA微针阵列作为原始模具,通过PDMS转写和电镀工艺,分别制作了镍微针和镍微针模具。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-25
  1.1 引言  10-11
  1.2 MEMS微针研究现状  11-22
    1.2.1 国外研究现状  11-19
      1.2.1.1 硅微针  11-14
      1.2.1.2 金属微针  14-16
      1.2.1.3 聚合物微针  16-19
    1.2.2 国内研究现状  19-22
  1.3 微针在药物传输和血液采样上的应用  22-24
  1.4 本论文的研究意义和研究内容  24-25
    1.4.1. 研究意义  24
    1.4.2. 研究内容  24-25
第二章移动LIGA光刻工艺制作PMMA微针  25-42
  2.1 传统LIGA工艺  25-28
  2.2 基于双X射线光刻的LIGA工艺  28-32
    2.2.1 偏斜式LIGA光刻工艺  29-30
    2.2.2 移动LIGA光刻工艺  30-32
  2.3 基于移动LIGA光刻工艺的PMMA微针制作  32-40
    2.3.1 光刻胶材料  32-33
    2.3.2 移动X射线光刻  33-38
      2.3.2.1 光刻设备  33-35
      2.3.2.2 X射线掩模板的制备  35-37
      2.3.2.3 X射线曝光  37-38
    2.3.3 显影  38-39
    2.3.4 PMMA微针  39-40
  2.4 本章小结  40-42
第三章基于移动LIGA光刻技术的微针尖端尺寸控制  42-64
  3.1 引言  42-44
  3.2 显影时间  44-47
  3.3 掩模板图案形状及倾斜角  47-56
    3.3.1 等腰三角形的吸收体图案掩模板  49-52
    3.3.2 平行四边形吸收体图案掩模板  52-53
    3.3.3 沙漏形的吸收体图案掩模板  53-56
  3.4 X射线曝光剂量  56-62
  3.5 本章小结  62-64
第四章PMMA微针的性能分析及应用  64-76
  4.1 引言  64-65
  4.2 性能分析  65-67
  4.3 PMMA微针应用  67-75
    4.3.1 PDMS转模  68
    4.3.2 电镀金属  68-70
    4.3.3 金属微针制作  70-72
    4.3.4 微针金属模具制作  72-75
  4.5 本章小结  75-76
第五章总结与展望  76-78
参考文献  78-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间已录用或发表的论文  84-86

基于移动LIGA光刻技术的微针研究

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