Polymeren Mikronadelanordnung Fabrication durch Photolithographie

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Herstellung eines scharfen polymeren Mikronadelarrays, das potenzielle Anwendungen bei der schmerzfreien Verabreichung von niedermolekularen und makromolekularen Therapeutika durch die Haut bieten kann. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Fotomaske hergestellt wird, die aus eingebetteten Mikrolinsen durch strukturiertes isotropes Ätzen besteht. Der zweite Schritt besteht darin, Mikronadelschäfte herzustellen, indem die eingebettete Fotomaske über ein Bad aus Präpolymerlösung gelegt und UV-Licht durch die Mikrolinsen in die Lösung fokussiert wird, wodurch die belichtete Lösung polymerisiert wird.

Der letzte Schritt besteht darin, die Trägerschicht herzustellen, um die Mikronadelschäfte zu stützen. Dies wird erreicht, indem die spitze Stelle der Mikronadel in eine Platte gelegt wird, dann eine Präpolymerlösung hinzugefügt und die Lösung mit UV-Licht polymerisiert wird. Schließlich können die charakteristischen Eigenschaften der Mikronadeln, wie Länge, Durchmesser und der Scheitelwinkel, mit einem Stereomikroskop beobachtet werden.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie dem Mikrospritzgießen besteht darin, dass sie schneller ist. Es ist ein schimmelfreies Verfahren und erfordert keine hohen Temperaturen. Diese Methode kann dazu beitragen, wichtige Fragen in der Mikrofabrikation zu beantworten, wie z. B. die Verwendung von Mikrolinsen zur Modifizierung des Weges von UV-Licht und des Polymerisationsprozesses.

Diese Technik kann zur Herstellung von polymeren Makronadeln verwendet werden, die für die transorale Verabreichung von Medikamenten verwendet werden, obwohl wir nur demonstrieren, wie man leere Mikronadeln herstellt. Diese Technik kann auch zur Herstellung von medikamentenführenden Mikronadeln verwendet werden. Beginnen Sie mit der Reinigung eines vier Zoll großen Glaswafers, indem Sie ihn 20 Minuten lang bei 120 Grad Celsius in einen mit Piha-Lösung gefüllten Quarztank eintauchen.

Spülen Sie dann den Wafer in destilliertem Wasser ab und trocknen Sie ihn mit Druckluft. Wenn Sie fertig im Elektronenstrahlverdampfer sind, platzieren Sie den Wafer in einem Spin-Coder-Setup und fügen Sie fünf Milliliter eines Fotolacks in die Mitte des Wafers hinzu. Drehen Sie den Wafer 30 Sekunden lang mit 3000 U/min, um eine zwei Mikrometer dicke Fotolackschicht zu erzeugen.

Als nächstes backen Sie den Fotolack eineinhalb Minuten lang auf einer heißen Platte bei 100 Grad Celsius vor und legen Sie dann die Master-Fotomaske und den Wafer in den Fotomasken-Aligner und belichten Sie den Wafer, sobald er hart belichtet ist. Den Fotolack bei 120 Grad Celsius 30 Minuten auf einer heißen Platte backen. Ätzen Sie dann das Muster mit einer Lösung aus Chrom- und Goldätzungen bei Raumtemperatur für eine Stunde in den Glaswafer, legen Sie den geätzten Glaswafer auf eine heiße Platte bei 110 Grad Celsius und schmelzen Sie Wachs auf der gegenüberliegenden Seite des Glaswafers, so dass die gesamte Oberfläche des Wafers mit Wachs bedeckt ist.

Kleben Sie den Glaswafer vorübergehend mit einem Dummy-Siliziumwafer zusammen, indem Sie einen Siliziumwafer in Kontakt mit dem Glaswafer bringen und fest drücken, um das überschüssige Wachs zu entfernen. Bereiten Sie als Nächstes ein 200-Milliliter-Bad mit 10 Teilen, 49 % Flusssäure und einem Teil 37 % Salzsäure in einem Kunststoffbehälter unter magnetischem Rühren vor. Geben Sie die Probe hinzu und ätzen Sie die Mikrolinsen achteinhalb Minuten lang mit einer Geschwindigkeit von sieben Mikrometern pro Minute unter Rühren.

Wenn Sie fertig sind, reinigen Sie den Wafer mit entionisiertem Wasser und trocknen Sie ihn bei Raumtemperatur. Nach dem Trocknen den Wafer auf eine heiße Platte legen, die 15 Sekunden lang auf 100 Grad Celsius vorgeheizt wird. Trennen Sie dann den Glaswafer vom Dummy-Siliziumwafer.

Legen Sie den Glaswafer in einen Ultraschallbehälter, der n-Methyl bis Peron bei 80 Grad Celsius enthält, und entfernen Sie eine Stunde lang mit Ultraschall-Sonneneinstrahlung das restliche Wachs, den Fotolack und die überhängenden Chrom- und Goldschichten an den Rändern der Linsen. Stapeln Sie Glasobjektträger auf beiden Seiten eines rechteckigen Hohlraums, um die maximale Höhe der Mikronadeln einzustellen. Sichern Sie jede Schicht des Objektträgers, indem Sie zwischen den einzelnen Schichten eine dünne Schicht Präpolymerlösung auf die Objektträger auftragen.

Wenn Sie fertig sind, bestrahlen Sie das Setup zwei Sekunden lang mit hochintensivem ultraviolettem Licht, um die Objektträger an Ort und Stelle zu fixieren. Positionieren Sie als Nächstes die Fotomaske so, dass die chromvergoldete Oberfläche zum Inneren des Hohlraums zeigt. Stellen Sie sicher, dass die Seiten der Hohlwände nicht verdeckt werden.

Die in die Fotomaske eingelassenen Linsen. Füllen Sie den Hohlraum mit der Präpolymerlösung, bis die chromvergoldete Oberfläche ohne sichtbare Blasen mit der Lösung in Kontakt kommt. Platzieren Sie dann das Setup in einer UV-Härtungsstation und platzieren Sie ein Radiometer neben dem Setup, um die Intensität des UV-Lichts zu messen.

Bestrahlen Sie den Aufbau eine Sekunde lang mit hochintensivem UV-Licht zwischen 320 und 500 Nanometern in einem Abstand von 3,5 Zentimetern zur UV-Quelle. Entfernen Sie nach der UV-Belichtung die Fotomaske mit den Mikronadeln und gießen Sie die überschüssige Präpolymerlösung zur Wiederverwendung zurück in den ursprünglichen Behälter. Quantifizieren Sie die Länge und den Spitzendurchmesser der Mikronadeln mit einem Stereomikroskop unter Verwendung von Standardtechniken mit Pinzetten.

Platzieren Sie die an der Fotomaske befestigten Mikronadeln mit der Nadelseite nach oben in einer Vertiefung einer 24-Well-Platte. Geben Sie 300 bis 400 Mikroliter der Prepolymerlösung in die Vertiefung, bis die Nadeln auf die Höhe der gewünschten Trägerschicht eingetaucht sind. Bestrahlen Sie das Setup anschließend eine Sekunde lang mit hochintensivem UV-Licht mit einer Größe von 15,1 Watt pro Quadratzentimeter aus einer Entfernung von 10,5 Zentimetern.

Sobald die Trägerschicht polymerisiert ist, trennen Sie die Trägerschicht auf dem Mikronadelarray mit einer scharfen Klinge von der Fotomaske. Quantifizieren Sie dann die Länge, die Spitze, den Durchmesser und den Basisdurchmesser der Mikronadeln mit der Trägerschicht mit einem Stereomikroskop. Die effektive UV-Intensität an der Mikronadellänge und dem Spitzendurchmesser wurde untersucht, indem die Intensität des UV-Lichts von 3,14 bis 15,1 Watt pro Quadratzentimeter bei konstanter Brennweite und Lichtquellenentfernung variiert wurde.

Es zeigte sich, dass die durchschnittliche Mikronadellänge und der Spitzendurchmesser mit zunehmender Intensität zunahmen. Hier sind die Auswirkungen von 300 Mikrolitern gegenüber 400 Mikrolitern Trägermaterial auf die Gesamtlänge der Mikronadeln dargestellt, sowie die Bruchkraft der Nadeln Wie bei mehr Trägermaterial zu erwarten, sind die Nadeln insgesamt kürzer, gewinnen aber durch die zusätzliche Abstützung auch zusätzliche Bruchkraft. Ich hoffe, dass Sie nach dem Anschauen dieses Videos ein gutes Verständnis dafür haben, wie man polymere Makronadeln herstellt Sobald diese Technik gemeistert ist, kann sie in fünf bis 10 Minuten durchgeführt werden.

Wenn der Eingriff sorgfältig durchgeführt wird und die Fotomaske fertig ist, denken Sie bitte daran, wie diese Materialien wie Flusssäure und die UV-Riffe verwendet werden, daher sollte immer persönliche Schutzausrüstung getragen werden.