Artículo de método

Fabrication polimérico matriz de microagujas por fotolitografía

DOI:

10.3791/52914

⸱

17 de noviembre de 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Pharmacy, National University of Singapore, 2Singapore University of Technology and Design, 3Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), 4Department of Physiology, Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore, 5Mechanobiology Institute, National University of Singapore

En este artículo

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aquí, presentamos un protocolo que describe un proceso de fabricación sin moho de las microagujas poliméricas por fotolitografía.

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este manuscrito describe la fabricación de microagujas polimérico (MN) matrices mediante fotolitografía. Se trata de un proceso libre de moho sencilla utilizando una fotomáscara que consta de microlentes incrustadas. No se encontraron microlentes incrustadas para influir en la geometría MN (nitidez). MN matrices sólidas con diámetros de punta que oscilan entre 41,5 micras ± 8,4 micras y 71,6 micras ± 13,7 m, con dos longitudes diferentes (1336 m ± 193 micras y 957 micras ± 171 micras) se fabricó. Estas matrices MN pueden proporcionar aplicaciones potenciales en el suministro de agentes terapéuticos de bajo peso molecular y macromolecular través de la piel.

Introducción

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Administración transdérmica de fármacos ofrece un enfoque alternativo atractivo para la administración de fármacos, especialmente para las biomoléculas, que se administran casi exclusivamente por inyecciones hipodérmicas. Sin embargo, la piel, especialmente la capa superior (el estrato córneo), es una barrera formidable prevención de moléculas exógenas de entrar en el cuerpo humano. Recientemente, los dispositivos MN se han convertido en herramientas que permite entregar medicamentos a través de la piel. Los dispositivos MN crean poros temporales dentro de la capa córnea para permitir el paso de moléculas de fármaco para conseguir la actividad fisiológica deseada con un mejor cumplimiento y conveniencia 1 a 3 paciente.

Varios métodos de fabricación se han adoptado para fabricar los MNs poliméricos 4. Sin embargo, por lo general implican procesos de pasos complicados y múltiples que requieren tiempos largos y / o altas temperaturas para fabricar matrices Mns. 4 Para simplificar el proceso de fabricación, un solo proceso libre de moho paso utilizandouna fotomáscara fue desarrollado recientemente 5,6. Sin embargo, con este método, inventado los MNs tenían puntas de las agujas romas, como ningún mecanismo estaba en su lugar de modificar la trayectoria ultravioleta (UV) que participan en la fotolitografía.

En este estudio, se han propuesto microlentes incrustadas en la fotomáscara para definir la geometría de los MNs. El protocolo para fabricar máscaras que constan de microlentes incrustadas y posteriormente MN fabricación con puntas afiladas utilizando el fotomáscara se reportan.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Protocolo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. fotomáscara Fabrication

  1. Limpiar una oblea de 4 "de vidrio con solución Piranha (H 2 SO 4 / H 2 O 2 en 2: 1 ratio) durante 20 min a 120 ° C por inmersión en un tanque de cuarzo.
  2. Depositar una capa de cromo / oro (30 nm de Cr / 1 m de Au) capa sobre la oblea de vidrio usando un haz de electrones evaporador 7 (Figura 1A).
    1. Coloque las obleas en un evaporador de haz de electrones. Una vez que el vacío alcanza 5 x 10 -6 Torr, encienda la fuente de alta tensión (10 kV). Controlar el espesor del panel de control del monitor.
    2. Pre-limpia cada material durante 30 segundos usando la pistola de haz de electrones, manteniendo el obturador "OFF" (con el fin de evitar la deposición sobre las obleas).
  3. Generar una capa de máscara fotoprotector Cr / Au de profunda grabado húmedo del vidrio.
    1. Aplicar un fotorresistente gruesa 2 micras por hilado 5 ml de la solución durante 30 segundos a 3.000 rpm usando un sistema recubridor de spin-pulverización.Precocción la fotoprotección en una placa caliente a 100 ° C durante 1,5 min.
    2. Exponer y hornear dura la fotoprotección a 120 ° C durante 30 minutos en un plato caliente. Es crítico para generar una superficie hidrófoba y una fuerte adherencia de la resina fotosensible a la capa de metal. Patrón de la capa de Cr / Au usando Cr y Au reactivos de ataque a través de la máscara fotorresistente 8,9.
  4. Para la protección de la superficie de vidrio no-modelado, unir temporalmente la oblea de vidrio a una oblea de silicio maniquí. 9
    1. Coloque la oblea de vidrio sobre una placa caliente a 110 ° C y derretir la cera en el lado opuesto de la oblea de vidrio (de tal manera que toda la superficie de la oblea se cubre con cera).
    2. Coloque una oblea de silicio maniquí en contacto con la oblea de vidrio y presione para eliminar el exceso de cera. Con el fin de evitar el derramamiento de la cera, coloque un pañuelo de papel limpia habitación en la zona de cocción.
  5. Realizar ataque isotrópico de la lente utilizando ácido fluorhídrico optimizado (49% v / v)y ácido clorhídrico (37% v / v) solución (en una relación volumétrica de 10: 1). con un agitador magnético durante 8,5 min 10 Presencia del HCl es crítico en la consecución de una buena calidad de la superficie de las lentes generados.
    1. Asegúrese de que la velocidad de ataque es de 7 m / min; utilizando un volumen total de 200 ml de solución de ataque. Realizar el grabado en un recipiente de plástico y tomar las precauciones de seguridad para esta etapa de procesamiento.
    2. Limpie la oblea en el (DI) agua desionizada por lavado y posterior secado a temperatura ambiente.
  6. Después de la terminación del proceso, separar la oblea de vidrio a partir de la oblea de silicio maniquí y calentar la cera usando una placa caliente a 100 ° C durante 15 seg. A medida que la cera se funde a esta temperatura, separar la oblea de vidrio a partir de la oblea de silicio maniquí.
  7. Quitar la cera restante, la fotoprotección y los colgantes Cr / Au capas en los bordes de las lentes utilizando ultrasonidos durante 1 hr utilizando N-metil-2-pirrolidona como disolvente a 80 ° C en un tanque ultrasónico.
  8. Crear un molde réplica de PDMS de las microlentes fabricados en las fotomáscaras 11.
  9. Caracterizar las dimensiones fotomáscaras (longitud y anchura) y el molde microlentes PDMS (profundidad y el diámetro) réplicas utilizando un microscopio electrónico de barrido y microscopio estereoscópico respectivamente 12-14.

2. Ejes MN Fabrication

  1. Crear una cavidad de 2,5 cm x 0,9 cm utilizando los portaobjetos de vidrio montadas en ambos lados de un vaso. El número de los portaobjetos de vidrio apiladas en ambos lados determinará la altura de la cavidad conocida como espesor del espaciador (Figura 1B).
  2. Asegure cada capa de la lámina de vidrio mediante la aplicación de una capa delgada de la solución de prepolímero que contiene poli (etilenglicol) diacrilato (PEGDA, MW = 258 Da) con 0,5% w / w 2-hidroxi-2-metil-propiofenona (HMP) en el portaobjetos de vidrio seguido de irradiación de la luz creado con la alta intensidad ultravioleta (UV) durante 2 segundos.
  3. Coloque el Photomask (previamente fabricado) con las superficies de Cr / Au recubiertas que enfrenta el interior de la cavidad. Asegúrese de que los lados de las paredes de la cavidad no están ocultando las lentes incrustadas en la fotomáscara.
  4. Llenar la cavidad con la solución de prepolímero hasta que la superficie revestida Cr / Au se encuentra en contacto con la solución sin burbujas visibles.
  5. Irradiar la configuración con alta intensidad de luz UV de una intensidad deseada durante 1 segundo a una distancia de 3,5 cm desde la fuente de UV utilizando la estación de curado UV con una gama de filtros UV de 320-500 nm. Utilice un adaptador de colimación con la sonda de la luz UV.
  6. Medir la intensidad de la luz UV se utiliza mediante un radiómetro.
  7. Después de la exposición UV, retire la fotomáscara con el conjunto de los MNs. Vierta la solución de prepolímero exceso que no se polimeriza en el proceso de nuevo en su envase original para reutilizarlo.
  8. Cuantificar la longitud y el diámetro de la punta el MNS utilizando un estereomicroscopio de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
3. MN capa Copia de Fabricación

  1. Con unas pinzas, coloque el MNS (previamente fabricado) conectados a la fotomáscara en un pocillo de una placa de 24 pocillos como se muestra en la Figura 1C.
  2. Añadir un volumen especificado (300 - 400 l) de la solución de prepolímero en el pozo hasta que las agujas están sumergidos a una altura deseada. Este volumen determina el espesor de la capa de soporte resultante.
  3. Irradiar la instalación con luz de alta intensidad UV (15,1 W / cm 2), 10,5 cm de distancia de la fuente de UV con una duración de 1 seg.
  4. Separar la capa de soporte de la matriz de MN de la fotomáscara usando una cuchilla afilada.
  5. Cuantificar la longitud, el diámetro de la punta y la base de diámetro de los los MNs con la capa de respaldo utilizando un estereomicroscopio de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Resultados

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La geometría de los los MNs puede verse afectada de manera significativa por las características fotomáscaras y microlentes incrustadas. El grado de refracción afecta la ruta de transmisión de los rayos UV, que influyeron en la geometría MN (Figura 2). Cada microlente se encontró que tenía un diámetro de 350 micras, 130 micras un aplanados superficie convexa, y un 62,3 micras de profundidad (Figura 2B-D). Usando el teorema de Pitágoras, el radio de curvatura de la primera superficie se ...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Discusión

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

El protocolo descrito anteriormente para la fabricación de la matriz de los MNs se ha presentado para la fabricación de la matriz de los MNs ~ 1 cm 2. Las matrices se pueden ampliar mediante la creación de una cavidad de tamaño grande y mediante el uso de una fotomáscara más grande. El aumento del tamaño de la cavidad se puede crear mediante el aumento de la anchura entre los espaciadores a cada lado. Aunque cada paso para fabricar las matrices MN en el protocolo era importante, los pasos más importantes fuer...

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Divulgaciones

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

Agradecimientos

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este estudio fue financiado por una subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Singapur (NRF) NRF2012NRF-POC001-043.

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Diacrilato de poli(etilenglicol) (PEGDA Mn=258)SIGMA 475629-500ML
2-hidroxi-2-metil-propiofenona (HMP)SIGMA 405655-50ML
Colágeno bovino tipo 1, FITC conjugado SIGMA C4361
Estación de curado UV     EXFO Photonic Solutions Inc., CanadáOmniCure S2000-XL
 EXFO Photonic Solutions Inc., CanadáEXFO 810-00042
Placa de 24 pocillosThermo Fisher Scientific, EE. UU.
Microscopio estereoscópico Nikon SMZ 1500 Nikon, Japón
Dillon GL-500 medidor de fuerza digital  Dillon, EE. UU
. Nikon, Japón
Adaptador de colimación Microscopio confocal A-1R de

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhou, C. P., Liu, Y. L., Wang, H. L., Zhang, P. X., Zhang, J. L. Transdermal delivery of insulin using microneedle rollers in vivo. International journal of pharmaceutics. 392, 127-133 (2010).
  2. Lee, J. W., Choi, S. O., Felner, E. I., Prausnitz, M. R. Dissolving microneedle patch for transdermal delivery of human growth hormone. Small. 7, 531-539 (2011).
  3. Raphael, A. P., et al. needle-free vaccinations in skin using multi layered, densely-packed dissolving microprojection arrays. Small. 6, 1785-1793 (2010).
  4. Lee, J. W., Han, M. R., Park, J. H. Polymer microneedles for transdermal drug delivery. Journal of drug targeting. 21, 211-223 (2012).
  5. Kochhar, J. S., Goh, W. J., Chan, S. Y., Kang, L. A simple method of microneedle array fabrication for transdermal drug delivery. Drug development and industrial pharmacy. 39, 299-309 (2013).
  6. Kochhar, J. S., Zou, S., Chan, S. Y., Kang, L. Protein encapsulation in polymeric microneedles by photolithography. International journal of nanomedicine. 7, 3143-3154 (2012).
  7. Tay, F. E. H., Iliescu, C., Jing, J., Miao, J. Defect-free wet etching through pyrex glass using Cr/Au mask. Microsystem Technologies. 12, 935-939 (2006).
  8. Iliescu, C., Chen, B., Miao, J. On the wet etching of Pyrex glass. Sensors and Actuators, A: Physical. 143, 154-161 (2008).
  9. Iliescu, C., Taylor, H., Avram, M., Miao, J., Franssila, S. A practical guide for the fabrication of microfluidic devices using glass and silicon. Biomicrofluidics. 6, 16505-16516 (2012).
  10. Iliescu, C., Jing, J., Tay, F. E. H., Miao, J., Sun, T. Characterization of masking layers for deep wet etching of glass in an improved HF/HCl solution. Surface and Coatings Technology. 198, 314-318 (2005).
  11. Pan, J., et al. Fabrication of a 3D hair follicle-like hydrogel by soft lithography. Journal of biomedical materials research. Part A. 101, 3159-3169 (2013).
  12. Jay, T. R., Stern, M. B. Preshaping photoresist for refractive microlens fabrication. P Soc Photo-Opt Ins. 1992, 275-282 (1993).
  13. Friedman, G. B., Sandhu, H. S. Longitudinal Spherical Aberration of a Thin Lens. Am J Phys. 35, 628(1967).
  14. Xu, Q. A., Li, J., Zhang, W. Collimated the laser diode beam by the focus lens. Semiconductor Lasers and Applications IV. 7844, (2010).
  15. Lin, T. W., Chen, C. F., Yang, J. J., Liao, Y. S. A dual-directional light-control film with a high-sag and high-asymmetrical-shape microlens array fabricated by a UV imprinting process. J Micromech Microeng. 18, (2008).
  16. Dunne, S. M., Millar, B. J. Effect of distance from curing light tip to restoration surface on depth of cure of composite resin. Prim Dent Care. 15, 147-152 (2008).
  17. Kochhar, J. S., et al. Microneedle integrated transdermal patch for fast onset and sustained delivery of lidocaine. Molecular pharmaceutics. 10, 4272-4280 (2013).
  18. Kochhar, J. S., et al. Direct microneedle array fabrication off a photomask to deliver collagen through skin. Pharmaceutical research. 31, 1724-1734 (2014).

Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.

Reimpresiones y permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este artículo de JoVE

Solicitar permiso

Etiquetas

Fabricaci n por fotolitograf amicrolentes embebidaspolimerizaci n UVgeometr a de microagujasestereomicroscop asoluci n de prepol meroalineador de m scaras fotogr ficasgrabado con cido fluorh dricoformaci n de la capa de soporte

Artículos relacionados