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Methodenartikel

Herstellung einer Masterform für Mikronadeln mit einem mikrongroßen Luftauslassloch

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DOI:

10.3791/69679

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5. Dezember 2025

 ,  ,  ,  , 
1Department of Digital Anti-Aging Health Care, Inje University, 2Department of Biomedical Engineering, Inje University

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieser Artikel stellt eine einzigartige Methode zur Herstellung von Masterformen mit einem Luftauslassloch vor, um Lufteinklemmungen beim viskosen Polymerguss zu verhindern und so die Herstellung von Gelatine-Mikronadeln mit scharfen Spitzen zu ermöglichen. Durch die Reduzierung des Gießvolumens von hochviskoser Gelatine konnten auch dünnwandige, hohle pyramidale Mikronadeln hergestellt werden.

Zusammenfassung

Mikronadeln (MNs) sind ein neuartiges Arzneimittelabgabesystem, das die Hautbarriere minimalinvasiv durchdringen kann, um Medikamente zu verabreichen. Da sie weniger schmerzhaft sind als Injektionen und einfach zu bedienen sind, werden sie zunehmend im kosmetischen und pharmazeutischen Bereich eingesetzt. Konventionelle MN-Herstellung besteht darin, eine Masterform herzustellen und dann MNs in dieser Form herzustellen. Die Hauptmethoden zur Herstellung der Hauptform umfassen mikro-elektromechanische Systemprozesse, Metallbearbeitung und 3D-Druck. Die größte Schwäche der mit diesen Methoden hergestellten Masterformen besteht jedoch darin, dass beim Gießen des sehr viskosen Polymers, das zur Herstellung von Magneten verwendet wird, Luft in der Form eingeschlossen werden kann. Daher bilden sich die Spitzen in Minnesota möglicherweise nicht vollständig. Bei der Herstellung von MN-Arrays kann dies die Zuverlässigkeit der MN-Strukturen verringern. Diese Studie schlägt eine Lösung für Lufteinschluss vor, bei der an der Spitze der Masterform ein mikroskaliges Luftauslassloch (AVH) gebildet wird. Das AVH lässt Luft entweichen, verhindert jedoch, dass die viskose Flüssigkeit während des Aushärtungsprozesses austritt. Da konventionelle Metallbearbeitung oder 3D-Druckmethoden Auflösungsbeschränkungen aufweisen, wurde Silizium-Mikrobearbeitung verwendet, um die AVH-ausgestattete Hauptform herzustellen. Die Seitenlänge des gefertigten AVH reichte von 1,4 bis 7,0 μm. Mit diesem Schimmel haben wir erfolgreich 375 μm-hohe Gelatine-MNs mit scharfen Spitzen hergestellt. Darüber hinaus wurden durch die Kontrolle des aufgetragenen Gelatinevolumens dünnwandige, hohle pyramidale MTs mit 23 μm dicken Wänden und einem inneren Hohlraumvolumen von 0,027 μL hergestellt. Da die AVH-ausgerüstete Masterform die Herstellung sowohl wasserlöslicher als auch wasserunlöslicher MNs ermöglicht, könnte sie als hocheffizientes Arzneimittelabgabesystem der nächsten Generation für Anwendungen in kosmetechischen und biomedizinischen Bereichen dienen.

Einleitung

Microneedle (MNs) sind ein neues Arzneimittelabgabesystem, das in der Lage ist, die Hautbarriere nicht-invasiv zu durchdringen, um Medikamente zu verabreichen. Diese Methode überwindet die geringe Bioverfügbarkeit der oralen Verabreichung sowie das Schmerz- und Infektionsrisiko der injektionsbasierten Verabreichung1. Mit ihrer einfachen Anwendung und hohen Patientencompliance haben Minnesota immer mehr Anwendungen in Kosmetik2, Impfstoffen3, Biomarker-Überwachung4 und Polymer-Arzneimittelabgabe5 erfahren.

Die Fertigungsmethoden in Minnesota beinhalten in der Regel Formtechniken6. Formen, die zum Gießen von MNs verwendet werden, werden mit Metallbearbeitung7 und 3D-Druck8 gefertigt. Ein Hindernis für die Nutzung dieser Methoden ist jedoch, dass sie teure Ausrüstung und Einrichtungen erfordern. Außerdem ist es aufgrund ihrer Auflösungsgrenzen schwierig, die hautdurchdringenden Strukturen herzustellen, die als MNs verwendet werden. Zusätzlich werden sehr viskose Materialien verwendet, um biologisch abbaubare MNs 9,10 herzustellen. Wenn das MN-Material auf die Form aufgetragen wird, kann Luft, die in den Mikrostrukturen der Form eingeschlossen ist, die ordnungsgemäße Bildung der MN-Spitzen verhindern und die Ausbeute der MN-Arrays11 verringern. Studien haben Methoden zur Lösung dieser Probleme berichtet, wie z. B. Zentrifugalguss12, Vakuumentgasung mit Kammer13 und hydrophile Oberflächenbehandlung der Form14, die dieses Problem abmildern sollen. Dennoch ist ein einfacherer und effizienterer formbasierter Fertigungsprozess erforderlich.

Typischerweise werden auflösende MNs hergestellt, indem die Zielverbindung mit einem wasserlöslichen Polymer in flüssiger Form gemischt und das Gemisch in Form15 gegossen wird. Bei wasserlöslichen Substanzen ist die Herstellung relativ unkompliziert, indem einfache Verfahren verwendet werden, wie zum Beispiel die Zielverbindung in destilliertem Wasser aufzulösen und mit einem löslichenPolymer 16 zu mischen. Bei wasserunlöslichen Substanzen muss jedoch ein separates Verfahren entwickelt werden, um sie in die MNs zu laden. Zum Beispiel kann ein unlösliches Medikament in einem Wasser/Ethanol-Co-Solvent gelöst und gemischt, dann vakuumkonzentriert, gefiltert und gefriergetrocknet als Vorbehandlung verwendet und anschließend in eine lösliche Polymerlösung zur Herstellung von MNs17 gemischt werden. Dieser Prozess zum Einladen unlöslicher Medikamente in MNs ist komplex und zeitaufwendig. Daher ist es notwendig, einen effizienteren Herstellungsprozess und eine Methode zur genauen Vorhersage der Menge des reinen Arzneimittels zu entwickeln. Über die Medikamentenmischung hinaus müssen auch Methoden entwickelt werden, um MNs herzustellen, die das Medikament in einem separaten Raum lagern.

Um die beiden oben genannten Probleme zu lösen, fertigte diese Studie eine Silizium-Hauptform für die Produktion in Minnesota an, die das Lufteinschließen beim viskosen Polymerguss verhindert und deren Nützlichkeit validierte. Während des Polymergusses für die Herstellung in Minnesota wird beim Ausfüllen des viskosen Polymers die Restluft im Hohlraum natürlich abgelassen und der Hohlraum wird vollständig gefüllt. Aufgrund der hohen Viskosität stoppt dieser Füllvorgang, ohne dass das Polymer aus der Form fließt. Durch diesen Prozess kann die Formgeometrie originalgetreu nachgebildet werden, und MNs mit scharfen Spitzen können gefertigt werden. Wenn das Volumen des viskosen Polymers kleiner ist als das innere Hohlraumvolumen der Form, fließt das viskose Polymer entlang der geneigten Formwände zum Luftauslass, sodass das MN mit einem leeren Inneren entsteht. Abbildung 1 zeigt die typische Herstellungsmethode in Minnesota mit einer konventionellen Form (1) und unser zentrales Konzept einer AVH-ausgerüsteten Hauptform (2).

Dieses Protokoll verwendete ein doppelseitiges Ätzverfahren auf einem Siliziumwafer, um eine Form mit einem mikroskaligen AVH auf der Rückseite herzustellen. Nach dem Auftragen des Polymers unter Vakuum füllt das viskose Polymer die Formhöhle und erzeugt so ein Schmelzmittel mit scharfer Spitze. Durch Kontrolle des dosierten Volumens des MN-Materials können wir entweder ein standardmäßiges festes MN (mit gefülltem Innenraum) oder, wenn ein kleineres Volumen dosiert wird, ein hohles MN herstellen, bei dem das viskose Polymer die Formoberfläche auf eine bestimmte Dicke überzieht, während ein leeres Inneres bleibt. Dies bietet einen vielseitigen Prozess zur Herstellung verschiedener MN-Typen.

Gelatine wurde als Matrixmaterial für die Herstellung von Minnesota ausgewählt, da es eine hohe Biokompatibilität und günstige mechanische Eigenschaften bietet und zudem eine breite Verfügbarkeit, niedrige Kosten, wasserlösliche und biologische Abbaubarkeit als proteinbasiertes Biomaterial bietet, das in biomedizinischen Anwendungen sowie in lösenden oder hydrogelbildenden MN-Systemen weit verbreitet ist18,19. Frühere Studien haben auch gezeigt, dass gelatinebasierte oder gelatine-methacryloylhaltige MNs die Haut durchdringen können, ohne sich zu biegen oder zu brechen, was bestätigt, dass Gelatinenetzwerke ausreichend mechanische Festigkeit und strukturelle Integrität für eine zuverlässige Hauteinführungbieten.

Für das bei der Herstellung von Minnesota verwendete Material wurde eine 10,31 % (w/v) Gelatinelösung hergestellt, indem 1 g Gelatine mit 9 ml destilliertem Wasser gemischt wurde. Laut der Literatur beträgt die Viskosität einer 10 % (w/v) Gelatinelösung bei 25 °C 39,43–46,63 mPa·s22, und der Konzentrationsunterschied zwischen der in dieser Studie verwendeten 10,31%-Gelatinelösung und der 10%igen (w/v) Referenzlösung beträgt 0,31 %, wobei beide Werte im Viskositätsbereich von 6,64–429 mPa·s liegen, in dem wässrige Polymerformulierungen erfolgreich für die formbasierte Herstellung von MNs23 verwendet wurden, was darauf hinweist, dass der derzeitige, AVH-unterstützte Gussformfüllansatz prinzipiell auf wässrige Polymerlösungen anwendbar ist, deren Viskosität in diesem Bereich liegt.

Durch kontrolliertes Gießen wurden in dieser Studie zwei Typen von MNs hergestellt und verglichen, wobei diese anstelle von porösen MNs ausgewählt wurden, die einen Kompromiss zwischen Porosität und mechanischer Festigkeit aufweisen, der die mechanische Robustheit beeinträchtigt24: ein festes MN mit hoher mechanischer Festigkeit und Einsatzzuverlässigkeit sowie überlegener Hautpenetrationseffizienz25, und ein hohles MN, das wasserunlösliche Medikamente in seiner inneren Kavität speichern kann, was eine hohe Anwendbarkeit für die spätere Umwandlung in arzneimittelgeladene feste MN-Designsbietet 26. Wenn das Medikament mit dem Nadelmaterial gemischt werden kann, sind feste MNs geeignet, während hohle MNs für schwer lösliche Substanzen geeignet sind, die schwer zu mischen sind.

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Protokoll

Arbeiten in einer kontrollierten, sauberen Umgebung und das Kalibrieren aller Geräte vor Beginn sind unerlässlich. Es wird empfohlen, für jeden Schritt spezielle Werkzeuge zu verwenden, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden und die vorgegebenen Back- und Abkühlzeiten einzuhalten, ebenso wie die Protokollschritte in der richtigen Reihenfolge. Die Reagenzien und die verwendeten Geräte sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Silizium-Masterformfertigung

  1. Führen Sie eine Piranha-Reinigung an einem 4 Zoll großen, 525 μm dicken N-Typ (100) doppelseitigen polierten (DSP) Siliziumwafer durch (H2SO4 + H2O2 = 4:1, 120 °C, 10 min).
    VORSICHT: Piranha-Lösung reagiert heftig mit organischen Stoffen und birgt ein Risiko starker Wärmeabgabe und Gaserzeugung. Mische es immer langsam, indem du Wasserstoffperoxid in einer Abzughaube zur Säure gibst, und trage einen Gesichtsschutz, eine säurebeständige Schürze und säureresistente Handschuhe. Nach der Verwendung sammeln Sie alle verbleibenden Lösungen und spülen Sie sie als saure oxidierende Abfälle in einem säureresistenten, belüfteten Behälter ab. Im Labor nicht neutralisieren. Fordern Sie die Abholung über das institutionelle EHS-Programm für gefährliche Abfälle gemäß den nationalen Laborabfallvorschriften27 an.
  2. Führen Sie eine trocken-feucht-trockene thermische Oxidation bei 1100 °C für 90 Minuten durch, um eine ~0,6 μm dicke thermische Oxidschicht zu wachsen (Abbildung 2A).
  3. Frontseitenfotolithografie: Führen Sie folgende Schritte an der Vorderseite des Wafers durch.
    1. Spin Coat AZ GXR-601 Photoresist (14 cP) bei 3000 U/min für 35 s. Dann 1 Minute bei 90 °C weich backen.
    2. Mit einem Maskenausrichtungsfilter wird der Wafer 5 Sekunden lang UV (365 nm, 10 mW/cm2) ausgesetzt und dann 1–2 Minuten in 2,38% (w/w) TMAH-Entwickler entwickelt.
      VORSICHT: TMAH ist giftig, wenn sie über die Haut aufgenommen wird. Führe es in einer Abzugshaube und trage doppelte Nitrilhandschuhe, Schutzbrille und eine Schürze. Bei Hautkontakt sofort mit Wasser waschen. Nach der Verwendung werden verbrauchte Lösungen gesammelt und als stark alkalischer quartärer Ammoniumabfälle in einem speziellen Behälter abgespült. Nicht mit Säuren oder Oxidationsmitteln mischen. Reichen Sie die EHS-Abholung gemäß den festgelegten Abfallbehandlungsverfahrenein 27.
    3. Hartes Backen des Wafers bei 100 °C für 2 Minuten.
  4. Gravur auf der Vorderseite:
    1. Platzieren Sie den gemusterten Wafer in eine ICP-Ätzkammer und führen Sie eine Trocken-Ätzung für 2–3 Minuten durch, um die freiliegende thermische Oxidschicht selektiv zu entfernen.
      HINWEIS: Stellen Sie die Gase (CHF3/CF4) auf 10/30 sccm, die HF-Leistung auf 50 W (mit ICP-Leistung 900 W) und den Druck auf 3,8 mTorr ein. Die Oxidätzrate unter diesen Bedingungen beträgt ~260 nm/min.
    2. Entfernen Sie den Wafer aus der Kammer und entfernen Sie den Photoresist mit einem PR-(aminbasiertes Lösungsmittel, 10 Minuten in einem statischen Bad ohne Ultraschallbewegung auf 60 °C erhitzt) (Abbildung 2B).
    3. Gieße eine 30% (w/w) KOH-Lösung (oder eine 20% (w/w) TMAH-Lösung) in ein Ätzbad und decke es ab.
    4. Stellen Sie das Ätzbad in ein Bad mit konstanter Temperatur und stellen Sie die Temperatur auf 90 °C ein.
    5. Nach 1 Stunde Vorwärmen öffnen Sie den Deckel, tauchen Sie den Siliziumwafer in die Lösung und beginnen Sie mit dem Gravieren. Die Ätzrate beträgt ~0,85 μm/min.
    6. Nach mindestens 440 Minuten Gravieren entferne den Siliziumwafer und spüle ihn mit Wasser ab.
    7. Untersuchen Sie die geätzte Oberfläche unter dem Mikroskop, um sicherzustellen, dass sich eine V-Rille gebildet hat. (Abbildung 2C).
      VORSICHT: KOH ist ein starkes Alkali-Ätzmittel, das schwere Verbrennungen an Haut und Augen verursachen kann. Arbeiten Sie immer mit einer Abzugsmaske und tragen Sie einen Gesichtsschutz, chemische Sicherheitsbrillen, chemikalienbeständige Handschuhe in voller Länge und eine chemische Schürze. Bei Exposition spülen Sie die Stelle sofort mindestens 15 Minuten lang mit Wasser und suchen Sie medizinische Hilfe auf. Nach der Verwendung wird die verwendete Lösung und kontaminierte Materialien als alkalischer anorganischer gefährlicher Abfall in kompatiblen Behältern gesammelt. Kennzeichnen Sie es klar und fordern Sie die Entsorgung über das EHS-Programm für gefährliche Abfälle27 an.
      HINWEIS: Die Zogöffnungsgröße beträgt 530 μm × 530 μm, und die Selbst-Ätzungstiefe beträgt 375 μm. Da das Ätzen anisotrop ist, stoppt der Prozess automatisch in dieser Tiefe.
  5. Führen Sie eine Piranha-Reinigung am Siliziumwafer durch.
  6. Führen Sie eine thermische Nassoxidation bei 1100 °C für 90 Minuten durch, um eine neue thermische Oxidschicht zu bilden.
  7. Backside-Photolithographie: Auf der Rückseite des Wafers führen Sie Photoresistbeschichtung, Belichtung, Entwicklung und Backen mit demselben Verfahren und den gleichen Bedingungen wie in Schritt 1.3 durch.
  8. Backside-Oxid-Musterung: Führen Sie eine gepufferte Oxid-Etchung (BOE) (HF: NH4F = 1:7) durch, um das Backside-Oxid zu mustern, und entfernen Sie dann das Photoresist mit einem (Abbildung 2D).
    VORSICHT: Die BOE-Lösung enthält HF, die die Haut durchdringen und verzögerte Gewebeschäden (Nekrose) sowie Hypokalzämie verursachen kann. Arbeite immer mit einer Abzugsdübe und trage HF-resistente Handschuhe (über Nitrilhandschuhe). Nach der Verwendung sammeln Sie alle HF-haltigen Flüssigkeiten und Feststoffe in HDPE-Behältern, die deutlich als HF/BOE-Abfall gekennzeichnet sind. Halten Sie Calciumglukonatgel in der Nähe bereit und fordern Sie eine sofortige EHS-Abnahme gemäß den Protokollen für festgelegte Abfälle27,28 an.
  9. Während der BOE-Ätzung führen Sie eine DI-Wasserbenetzungsprüfung durch, um den Ätzendpunkt zu überwachen.
    1. Unter Berücksichtigung der BOE-Ätzrate des thermischen Oxids (110–120 nm/min) tauchen Sie den Siliziumwafer mit näherer Fertigstellung kurz in deionisiertes Wasser und entfernen Sie ihn, um das Benetzungsverhalten der Wassertropfen zu beobachten.
    2. Bestätigen Sie, dass das Oxid selektiv entfernt wurde (angezeigt durch das Fehlen von Wasserbefeuchtung), was den Abschluss der thermischen Oxidentfernung markiert.
  10. Führen Sie eine backside-anisotrope Siliziumätzung unter denselben Bedingungen wie in Schritt 1.4 bei 90 °C für ~180 Minuten durch (Abbildung 2E).
    HINWEIS: Angesichts der Wafer-Dickentoleranz von ±25 μm sollten Sie bei etwa 150 Minuten (z. B. mit einem Mikroskop) mit der Überprüfung der Durchgangslochbildung beginnen, um zu bestimmen, wann die Gravierung gestoppt werden soll.
  11. Nach Abschluss der Backside-Ätzung führt man eine BOE-Tauchung durch, um restliche Oxide vom geätzten Wafer zu entfernen (Abbildung 2F).
  12. Führen Sie eine DI-Wasserbefeuchtungsprüfung durch und bestätigen, dass das gesamte Oxid entfernt wurde ("Sheet off"-Effekt beobachtet).
  13. Durchführung einer hydrophoben Oberflächenbehandlung am geätzten Siliziumwafer unter Verwendung von C4F8 Plasmaabscheidung auf dem ICP-Etcher (60 sccm, ICP 800 W, RF 10 W, 10 mTorr, 60 s, statischer Wasserkontaktwinkel ≥ 100°). Dann würfelt man den Wafer mit einer Würfelsäge, die mit einer nickelgebundenen Diamantnabenklinge ausgestattet ist (Spindel 30.000 U/min, Zuführung 50 mm/s, Belichtung = 4× Blattdicke und DI-Wasserkühlmittel 0,5 L/min).
    HINWEIS: Die hydrophobe Plasmabehandlung macht die Siliziumformoberfläche nicht benetzend und erleichtert die Trennung des ausgehärteten Polymers MN von der Siliziumstruktur.

2. Polymerlösungsvorbereitung

  1. Mit einer 10-ml-Einwegspritze geben Sie 9 ml destilliertes Wasser in ein 50-mL konisches Zentrifugenrohr.
  2. Mit einem S/T-Löffel und fettdichtem Papier wiegen Sie 1 g Gelatinepulver auf einer Präzisionswaage ab und geben Sie es in das konische Rohr.
    HINWEIS: Beim Übertragen des Gelatinepulvers vom fettdichten Papier in die Tube kann statisches Rauschen dazu führen, dass etwas Pulver am Papier haftet, sodass weniger als 1 g hinzugefügt wird. Vergleichen Sie die Gewichte des Papiers vor und nach dem Übertragen und fügen Sie die fehlende Menge Gelatinepulver hinzu.
  3. Verwenden Sie den S/T-Löffel, um eventuelle Gelatineklumpen im Tube durch 5 Minuten im Uhrzeigersinn zu rühren und darauf achten, dass die Rotation der Lösung kein Verlaufen verursacht.
  4. Füllen Sie ein Wasserbad mit 4 Litern destilliertem Wasser.
  5. Stellen Sie die Wasserbadetemperatur auf 60 °C ein und warten Sie ~30 Minuten, bis die Zieltemperatur erreicht ist.
  6. Stellen Sie das Rohr mit der Gelatinelösung für 30 Minuten in ein 60 °C Wasserbad, um die Gelatine aufzulösen.
  7. Entfernen Sie das Rohr und lassen Sie es 1 Minute bei 3.300 U/min vortexen, um eventuelle verbleibende Gelatinepartikel vollständig zu zerstreuen.
  8. Um Viskositätsänderungen oder Gelierung vor der Anwendung zu verhindern, wird die Gelatinelösung in einem Wasserbad bei 60 °C aufbewahrt, wobei das Endvolumen von 9,7 mL einer Gelatinelösung von 10,31 % (w/v) entspricht.
    HINWEIS: Bewahren Sie die Gelatinelösung mindestens 5 Stunden im 60 °C Wasserbad auf, bevor Sie sie für die Herstellung von Minnesota verwenden.

3. Herstellung von massiven und hohlen MNs

  1. Legen Sie zwei Objektträger (76 mm × 26 mm × 1 mm) flach in eine Petrischale, im Abstand von 7 mm, und sichern Sie sie mit doppelseitigem, nicht gewebtem Klebeband.
  2. Stellen Sie die gefertigte Silizium-Masterform auf die beiden Objektträger, wobei die Rückseite (die Seite mit dem AVH) nach unten zeigt.
  3. Stellen Sie die Position der Form so an, dass das AVH über dem Spalt zwischen den beiden Schlitten zentriert ist.
  4. Stellen Sie die Petrischale (mit der Silicium-Hauptform) in die Mitte eines Vakuum-Desikators (etwa 260 mm × 260 mm × 100 mm groß).
  5. Mit einer 1-ml-Einwegspritze wird 0,3 ml Methanol in die Mitte der Silizium-Masterform aufgetragen.
    VORSICHT: Methanol ist ein brennbares, flüchtiges, giftiges Lösungsmittel; Das Einatmen seiner Dämpfe oder Hautaufnahme kann Sehnervschäden, Blindheit oder systemische Vergiftungen verursachen. Trage immer eine Schutzbrille, ein Gesichtsschild und doppelte Nitrilhandschuhe und bewege es in einem gut belüfteten Bereich (vorzugsweise mit einer Abzugshaube). Nach der Verwendung werden Rückstände von Methanol und Spülungen als brennbare organische Lösungsmittelabfälle in einem geschlossenen, kompatiblen Behälter mit sekundärer Eindämmung gesammelt. Fordern Sie die Abholung über das institutionelle EHS-Programm für gefährliche Abfälle gemäß den nationalen Laborabfallregeln27 an.
  6. Bewege die Spritzenspitze vorsichtig entlang der Oberfläche der Form, um das Methanol gleichmäßig an die Ränder zu verteilen.
    HINWEIS: Methanol hat eine sehr niedrige Viskosität (~0,594 mPa·s), sodass selbst kleine Störungen dazu führen können, dass es aus der Form überläuft. Für eine präzise Anwendung und um Überlauf zu vermeiden, befeuchten Sie die Spritzenspitze mit Methanol.
  7. Versiegeln Sie den Vakuumdesiccator und verwenden Sie eine Vakuumpumpe, um für 2 Minuten ein Vakuum von -80 kPa anzuwenden, sodass das Methanol vollständig in die Silizium-Hauptform eindringen kann.
  8. Lassen Sie das Vakuum los, um eventuelle verbliebenen Blasen im Methanol zu entfernen.
  9. Entferne die vorbereitete Gelatinelösung aus dem Wasserbad und wische das Wasser von der Außenseite des Rohrs mit einem Reinigungstücher.
  10. Für feste MTs verwenden Sie eine 20-200 μL Mikropipette, um 100 μL der Gelatinelösung auf die Mitte der Silizium-Masterform zu dosieren. Bei hohlen MNs geben Sie 40 μL der Gelatinelösung ab.
  11. Versiegeln Sie den Vakuum-Desiccator und geben Sie 2 Minuten lang -80 kPa.
  12. Lassen Sie das Vakuum frei, um verbliebene Blasen in der Gelatinelösung zu entfernen.
  13. Halten Sie die Petrischale waagerecht und stellen Sie sie für 2 Minuten in ein 60 °C Wasserbad.
    HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Petrischaleche nicht direkt mit dem Wasser in der Badewanne in Kontakt kommt. Die Umgebung von 60 °C senkt die Viskosität der Lösung, und die 100%ige relative Luftfeuchtigkeit im Bad verhindert, dass die Gelatine austrocknet.
  14. Nimm die Petrischale aus dem Wasserbad, während du sie waagerecht hältst.
  15. Berühren Sie die Oberfläche der Gelatinelösung mit einer Pinzette und verteilen Sie sie gleichmäßig an den Rändern der Form, wobei die gesamte Formoberfläche mit einer dünnen Schicht der Lösung bedeckt ist.
    HINWEIS: Wenn die Lösung zu kalt ist, führt ihre hohe Viskosität dazu, dass sie an der Pinzette haftet und sich dehnt. Daher wird die Lösung schnell verstreut, unmittelbar nach dem Entfernen der Form aus dem 60 °C-Bad, solange die Gelatineviskosität noch gering ist.
  16. Halte die Form waagerecht, stelle sie in einen Ofen bei 40 °C und trockne sie mindestens 4 Stunden.
  17. Sobald vollständig getrocknet, stecken Sie eine Pinzette zwischen die Silicium-Masterform und die Basis von MN und drehen Sie vorsichtig, um anzuheben und zu entformen, wodurch das ausgehärtete Lösungspolymer MN entsteht.

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Ergebnisse

Diese Studie führte eine Masterform mit AVH ein, um die Herstellung von MNs mit scharfen Spitzen zu ermöglichen, was eine Abkehr von herkömmlichen Masterformen darstellt. Mit hochpräziser Silizium-Ätzung fertigten wir erfolgreich die AVH-ausgestattete Hauptform an und produzierten daraus MNs. Die gefertigte Silizium-Masterform wurde mit Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (SEM) abbildet, und die gefertigten MNs wurden sowohl mit digitaler Mikroskopie als auch mit Feldemissions-SEM beobachtet.

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Diskussion

Diese Studie fertigte eine Silizium-Masterform mit AVH an, die doppelseitige Ätzung verwendete, um Lufteinschlossen zu verhindern, während sie mit einem viskosen Polymer gefüllt wurde, wodurch eine vollständige Befüllung bis zur MN-Spitze erreicht und die Bildung scharfer, gleichmäßiger MNs möglich wurde. Ein entscheidender Faktor für die korrekte Spitzenbildung ist die Größe des AVH, das durch die Rückseite-Gravur erzeugt wird. Angesichts der Variation der Siliziumwaferdicke (±25 μm) is...

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Danksagungen

Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss der Korea Innovation Foundation (INNOPOLIS) unterstützt, der von der koreanischen Regierung (Ministerium für Wissenschaft und IKT) finanziert wurde (Zuschussnummer NTIS-2710084968), von der Commercialization Promotion Agency for R&D Outcomes (COMPA), finanziert vom Ministerium für Wissenschaft und IKT (Zuschussnummer RS-2024-00423871 zur Unterstützung der IP-Weiterentwicklung und der Kommerzialisierung/Industrialisierung der Touch-Off-Mikronadel-Fertigungstechnologie, sowie durch das Regional Innovation System Education (RISE)-Programm über das RISE Center, Gyeongsangnam-do, finanziert vom Bildungsministerium (MOE) und der Provinzregierung von Gyeongsangnam-do der Republik Korea (2025-RISE-16-008-0008).

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Reinraum-WipeAsahi KaseiBEMCOT M-325 mm & mal; 25 mm
Konische ZentrifugenröhreCorning35207050 mL
SchneidsägeDISCODAD-3220Spindel 30.000 U/min, Zuführung 50 mm/s, Belichtung = 4&-fach; Blattdicke, DI-Wasserkühlmittel 0,5 L/min
Digitale MikroskopieHiroxKH-7700Verwendung mit einem MXG-5040RZ-Kameraobjektiv
EinwegspritzeKorea-ImpfstoffKOVAX-SPRITZE1 mL & 10 mL
Destilliertes WasserSamchun Pure Chemical000W0054
Doppelseitiges, nicht gewebtes Klebeband3MID-8370S0,16 mm Dicke
Feldemission SEM Hitachi High-TechS-4300SE
GelatinepulverSigma-AldrichG1890Von Schweinehaut, Typ A, Puder, Gelstärke ~300 g Bloom
Fettdichtes PapierPT. Parisindo Pratama100 mm & mal; 100 mm
ICP-RadiererOxford Instruments Plasma-TechnologiePlasmaPro 100 Cobra
Masken-AlignerPRO WinM-150
MethanolSigma-Aldrich34860
MikropipettePZ HTL S.A.4045-DV20– 200 & Mikro; L
Mikroskop-ObjektträgerPaul Marienfeld GmbH & Kompanie KGMarienfeld Superior76 mm & Mal; 26 mm & mal; 1 mm
OfenJeio TechOF-02G
PetrischaleSPL Life Sciences10150150 mm & mal; 20 mm
PräzisionsbalanceRADWAG Wagi ElektroniczneWTC 200
PR-StripperinMerckAZ 100 EntfernerProduktnummer 1000100
S/T-LöffelKoreanische Materialwissenschaft20 cm
PinzetteIdeal-tek S.A.2AB.TA
VakuumdesiccatoriNexusIN-VS260 mm & mal; 260 mm & mal; 100 mm, 6,7 L
VakuumpumpeRocker ScientificRocker 300
Vortex-MixerDAIHAN WissenschaftlichVM-10
WasserbadHanbaek ScientificHS-205WS330 mm & mal; 300 mm & mal; 150 mm, 15 L

Referenzen

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