Article de méthode

Polymère Microneedle tableau Fabrication par photolithographie

DOI :

10.3791/52914

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17 novembre 2015

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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

Dans cet article

Résumé

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Ici, nous présentons un protocole décrivant un processus de fabrication sans moisissure des micro-aiguilles polymères par photolithographie.

Résumé

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Ce manuscrit décrit la fabrication de micro-aiguilles polymère (MN) tableaux par photolithographie. Elle implique un processus libre de moule simple en utilisant un photomasque constitué de micro-lentilles embarqués. Micro-lentilles embarqués ont influencé la géométrie MN (netteté). Tableaux MN robustes avec des diamètres de pointe allant de 41,5 ± 8,4 um um et 71,6 um ± 13,7 pm, avec deux longueurs différentes (1 336 um ± 193 um et 957 um ± 171 um) ont été fabriqués. Ces tableaux de MN peuvent fournir des applications potentielles dans la livraison d'agents thérapeutiques moléculaire et macromoléculaire bas à travers la peau.

Introduction

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Administration transdermique de médicament offre une approche alternative intéressante pour l'administration de médicaments, en particulier pour les biomolécules, qui sont presque exclusivement administrés par injections hypodermiques. Cependant, la peau, en particulier la couche supérieure (la couche cornée), est une formidable barrière empêchant molécules exogènes de pénétrer dans le corps humain. Récemment, des dispositifs MN ont émergé comme des outils permettant de livrer des médicaments à travers la peau. Les dispositifs de MN créer des pores temporaires à l'intérieur de la couche cornée pour permettre le passage de molécules de médicament d'atteindre l'activité physiologique désirée avec une meilleure observance des patients et la commodité 1-3.

Diverses méthodes de fabrication ont été adoptées pour fabriquer des polymères MNs 4. Cependant, ils impliquent généralement des processus étape complexes et multiples nécessitant des temps longs et / ou des températures élevées pour fabriquer des réseaux MNS. 4 Pour simplifier le processus de fabrication, un processus libre de moule en une seule étape à l'aideun photomasque a été développé récemment 5,6. Cependant, avec cette méthode, fabriqué MNs avaient pointes d'aiguilles émoussées, comme aucun mécanisme n'a été mis en place pour modifier le chemin ultraviolet (UV) impliqués dans la photolithographie.

Dans cette étude, des microlentilles intégrées dans le photomasque ont été proposées pour définir la géométrie des MNs. Le protocole de fabriquer des masques constitués de microlentilles embarqués et ensuite mn fabrication avec des conseils pointus en utilisant le photomasque sont signalés.

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Protocole

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1. Fabrication du masque

  1. Nettoyer une tranche 4 "de verre avec une solution piranha (H 2 SO 4 / H 2 O 2 à 2: 1) pendant 20 min à 120 ° C par immersion dans une cuve en quartz.
  2. Déposer une couche de chrome / or (30 nm de Cr / Au de 1 um) sur la couche de la plaquette de verre en utilisant un faisceau d'électrons évaporateur 7 (figure 1A).
    1. Placez les tranches dans un évaporateur à faisceau électronique. Une fois que le vide atteint 5 x 10 -6 Torr, allumer la source de haute tension (10 kV). Contrôler l'épaisseur par le panneau de contrôle du moniteur.
    2. Pré-propre chaque matériau pendant 30 secondes à l'aide du canon à faisceau d'électrons, en maintenant l'obturateur "OFF" (afin d'éviter le dépôt sur les plaquettes).
  3. Générer une couche Cr / Au résine photosensible de masquage pour gravure humide profonde du verre.
    1. Appliquer une résine photosensible épaisse 2 pm par filage 5 ml de la solution pendant 30 secondes à 3000 tours par minute en utilisant un système de couchage spin-pulvérisation.Précuisson de la résine photosensible sur une plaque chauffante à 100 ° C pendant 1,5 min.
    2. Exposer et faire cuire dur la résine photosensible à 120 ° C pendant 30 min sur une plaque chauffante. Il est essentiel de produire une surface hydrophobe et une forte adhérence de la résine photosensible sur la couche de métal. Motif de la couche de Cr / Au utilisant Cr et Au décapants à travers la résine photosensible masque 8,9.
  4. Pour la protection de la surface de verre non à motifs, lier temporairement la plaquette de verre à une plaquette de silicium factice. 9
    1. Placer la plaque de verre sur une plaque chaude à 110 ° C et faire fondre la cire sur le côté opposé de la plaque de verre (d'une manière telle que toute la surface de la plaquette est recouverte avec de la cire).
    2. Placez une tranche de silicium mannequin en contact avec la plaquette de verre et appuyez sur pour enlever la cire excès. Afin d'éviter de renverser de la cire, placez un papier tissu de salle blanche sur la plaque chauffante.
  5. Effectuer une gravure isotrope de la lentille au moyen d'acide fluorhydrique optimisé (49% v / v)et de l'acide chlorhydrique (37% v / v) de solution (dans un rapport volumétrique de 10: 1). avec un agitateur magnétique pendant 10 min 8,5 Présence du HCl est essentiel pour parvenir à une bonne qualité de surface des lentilles produites de.
    1. Assurez-vous que la vitesse de gravure est de 7 pm / min; en utilisant un volume total de 200 ml de solution de gravure. Effectuer gravure dans un récipient en plastique et de prendre les précautions de sécurité pour cette étape de traitement.
    2. Nettoyez la galette dans la (DI) de l'eau déminéralisée d'un rinçage et un séchage supplémentaire à la température ambiante.
  6. Après l'achèvement du procédé, de séparer la tranche de verre à partir de la tranche de silicium factice et réchauffer la cire en utilisant une plaque chaude à 100 ° C pendant 15 s. Comme la cire fond à cette température, détacher la tranche de verre à partir de la tranche de silicium factice.
  7. Retirer le reste de la cire, la résine photosensible et le surplomb Cr / Au couches sur les bords de la lentille en utilisant ultrasonication pendant 1 heure en utilisant du N-méthyl-2-pyrrolidone comme solvant à 80 ° C dans une cuve à ultrasons.
  8. Créer un moule PDMS réplique des microlentilles fabriquées sur les photomasques 11.
  9. Caractériser les dimensions de photomasques (longueur et largeur) et le moule microlentilles PDMS (profondeur et le diamètre) des répliques en utilisant un microscope électronique à balayage et stéréomicroscope respectivement. 12-14

2. Arbres MN Fabrication

  1. Créer une cavité de 2,5 cm x 0,9 cm à l'aide des lames de verre montées de part et d'autre d'un verre. Le nombre des lames de verre empilées part et d'autre détermine la hauteur de la cavité dite épaisseur d'espacement (figure 1B).
  2. Fixer chaque couche de la lame de verre par application d'une mince couche de la solution de prépolymère contenant du poly (éthylène glycol) diacrylate (PEGDA, MW = 258 Da) avec 0,5% en poids / poids de 2-hydroxy-2-méthyl-propiophénone (HMP) sur la lame de verre suivie d'une irradiation de la lumière mis en place avec l'ultraviolet de haute intensité (UV) pendant 2 secondes.
  3. Placez le Photomask (fabriqué précédemment) avec les surfaces de Cr / Au revêtus face à l'intérieur de la cavité. Faire en sorte que les côtés des parois de la cavité ne sont pas obscurcir la lentilles noyées dans le photomasque.
  4. Remplir la cavité avec la solution de prépolymère jusqu'à ce que la surface revêtue Cr / Au est en contact avec la solution sans bulles visibles.
  5. Irradier la configuration à haute intensité de la lumière UV d'une intensité souhaitée pendant 1 s à une distance de 3,5 cm de la source UV en utilisant la station de séchage UV avec une gamme de filtre UV de 320-500 nm. Utilisez un adaptateur collimateur avec la sonde de la lumière UV.
  6. Mesurer l'intensité de la lumière UV utilisée en utilisant un radiomètre.
  7. Suite à l'exposition aux UV, retirer le photomasque avec le tableau de MNs. Verser la solution de prépolymère en excès qui est polymérisé pas dans le processus de retour dans son emballage d'origine pour une réutilisation.
  8. Quantifier le diamètre des MNs l'aide d'un microscope stéréoscopique selon les instructions du fabricant longueur ni les pourboires.
3. MN Fabrication Sauvegarde de la Couche

  1. Avec une pince, placer les MNs (fabriqué précédemment) fixé sur le photomasque dans un puits d'une plaque à 24 puits comme indiqué dans la Figure 1C.
  2. Ajouter un volume donné (300 - 400 pi) de la solution de prépolymère dans le puits jusqu'à ce que les aiguilles sont immergées à une hauteur désirée. Ce volume détermine l'épaisseur de la couche de support qui en résulte.
  3. Irradier la configuration de lumière de haute intensité UV (15,1 W / cm 2), à une distance de 10,5 cm de la source d'UV pour une durée de 1 sec.
  4. Séparer la couche de support sur le tableau MN du photomasque utilisant une lame tranchante.
  5. Quantifier le diamètre longueur, le diamètre et la base pointe des MNs avec la couche de support en utilisant un stéréomicroscope selon les instructions du fabricant.

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Résultats

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La géométrie des MNs peut être significativement affectée par les caractéristiques de photomasques et microlentille embarqués. Le degré de réfraction affecte le trajet de transmission des rayons UV, qui ont influencé la géométrie de MN (figure 2A). Chaque microlentille a été trouvé pour avoir un diamètre de 350 um, 130 um aplatis une surface convexe, et une profondeur de 62,3 um (figure 2B-D). En utilisant le théorème de Pythagore, le rayon de courbure de la première surface a été jugée...

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Discussion

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Le protocole décrit ci-dessus pour la fabrication de la matrice MNs a été présenté pour la fabrication de la matrice de MNs ~ 1 cm 2. Les réseaux peuvent être mis à l'échelle par la création d'une cavité de grande taille et en utilisant un photomasque plus grande. L'augmentation de la taille de la cavité peut être créée par l'augmentation de la largeur entre les entretoises de chaque côté. Bien que chaque étape pour fabriquer les tableaux de Mn dans le protocole était important, les étapes les...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

Remerciements

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Cette étude a été financée par une subvention de la Fondation nationale de la recherche de Singapour (NRF) NRF2012NRF-POC001-043.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Diacrylate de poly(éthylène glycol) (PEGDA Mn=258)SIGMA  ;475629-500ML
2-hydroxy-2-méthyl-propiophénone (HMP)SIGMA  ;405655-50ML
Collagène bovin de type 1, conjugué FITC  ;SIGMA  ;C4361
Station de séchage UV  ;   ;   ;EXFO Photonic Solutions Inc., CanadaOmniCure S2000-XL
Adaptateur de collimation  ;EXFO Photonic Solutions Inc., CanadaEXFO 810-00042
Plaque à 24 puitsThermo Fisher Scientific, États-Unis
Stéréomicroscope Nikon SMZ 1500.Nikon, Japon
Dillon GL-500 dynamomètre numérique  ;Dillon, États-Unis
Microscope confocal A-1R  ;Nikon, Japon

Références

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  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).
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  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).
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  18. Kochhar, J. S., et al. Direct microneedle array fabrication off a photomask to deliver collagen through skin. Pharmaceutical research. 31, 1724-1734 (2014).

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Mots-clés

Fabrication par photolithographiemicrolentilles int gr espolym risation UVg om trie des microaiguillesst r omicroscopiesolution pr polym realigneur de masque photogravure l acide fluorhydriqueformation de la couche de support

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