מאמר שיטה

ייצור מערך microneedle פולימרית יתוגרפיה

DOI:

10.3791/52914

⸱

17 בנובמבר 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

במאמר זה

סיכום

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול המתאר תהליך ייצור ללא עובש של המחטים המיקרו-פולימריות על ידי פוטוליתוגרפיה.

תקציר

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

כתב יד זה מתאר את הייצור של מערכי microneedle פולימרים (MN) על ידי photolithography. זה כרוך בתהליך ללא עובש פשוט באמצעות photomask המורכב ממייקרו-עדשות מוטבעות. מיקרו-עדשות משובצות נמצאו להשפיע גיאומטריה MN (חדות). מערכי MN חזקים בקטרים ​​הנעים בין קצה 41.5 מיקרומטר ± 8.4 מיקרומטר ו71.6 מיקרומטר ± 13.7 מיקרומטר, עם שני אורכים שונים (1,336 מיקרומטר ± 193 מיקרומטר ומיקרומטר 957 ± 171 מיקרומטר) היו מפוברקים. מערכי MN אלה עשויים לספק יישומים פוטנציאליים באספקה ​​של תרופות מולקולריות וmacromolecular נמוכות דרך עור.

מבוא

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

העברת תרופות דרך העור מציעה גישה חלופית אטרקטיבית למתן תרופה, במיוחד למולקולות ביולוגיות, המנוהלים באופן כמעט בלעדי על ידי זריקות מזרק. עם זאת, העור, במיוחד את השכבה העליונה (השכבה הקרנית), הוא מחסום אדיר מניעת מולקולות אקסוגניים מלהיכנס לגוף האדם. לאחרונה, מכשירי MN צמחו כמאפשרים כלים כדי לספק תרופות דרך עור. מכשירי MN ליצור נקבוביות זמני בתוך השכבה הקרנית לאפשר המעבר של מולקולות תרופה כדי להשיג את הפעילות הפיזיולוגית הרצויה עם תאימות מטופל השתפרה ונוחות 1-3.

שיטות ייצור שונות אומצו לפברק MNS פולימריים 4. עם זאת, הם בדרך כלל כרוכים בתהליכים מסובכים ומרובים צעד דורשים פעמים רבות ו / או טמפרטורות גבוהות לפברק מערכי MNS. 4 כדי לפשט את תהליך הייצור, באמצעות תהליך ללא עובש צעד אחדphotomask פותח לאחרונה 5,6. עם זאת, בשיטה זו, מפוברק היה MNS טיפים מחט בוטים, כפי שאין מנגנון היה במקום לשנות את נתיב אור אולטרה סגול (UV) המעורב בphotolithography.

במחקר זה, microlenses המוטבע בphotomask הוצעו להגדיר את הגיאומטריה של MNS. הפרוטוקול לפברק photomasks בהיקף של microlenses המשובץ ולאחר מכן MN ייצור עם טיפים חדים באמצעות photomask מדווחים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

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

1. ייצור Photomask

  1. נקה רקיק זכוכית 4 "עם פתרון פיראניה (H 2 SO 4 / H 2 O 2 ב 2: 1 יחס) במשך 20 דקות ב 120 מעלות צלזיוס על ידי טבילה בטנק קוורץ.
  2. להפקיד רובד של כרום / זהב (30 ננומטר של Cr / 1 מיקרומטר של Au) שכבה על פרוסות סיליקון הזכוכית באמצעות מאייד 7 (איור 1 א) קורה אלקטרוני.
    1. מניחים את הפרוסות במאייד קורה אלקטרוני. ברגע שהאבק מגיע 5 x 10 -6 Torr, להפעיל את מקור מתח הגבוה (10 קילו וולט). לשלוט בעובי של לוח בקרת צג.
    2. טרום נקי כל חומר במשך 30 שניות באמצעות אקדח הקורה האלקטרוני, שמירה על התריס "OFF" (על מנת להימנע מהתצהיר על הוופלים).
  3. צור שכבת מיסוך photoresist Cr / Au לתחריט רטוב עמוק של הזכוכית.
    1. החל photoresist עבה 2 מיקרומטר ידי ספינינג 5 מיליליטר של הפתרון למשך 30 שניות בסל"ד 3000 באמצעות מערכת coater ספין-ספריי.Prebake photoresist על פלטה חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך 1.5 דקות.
    2. לחשוף וקשה לאפות photoresist ב 120 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות על פלטה חשמלית. זה קריטי כדי ליצור משטח הידרופובי והדבקה חזקה של photoresist לשכבת המתכת. תבנית שכבת Cr / Au באמצעות etchants Cr וAu דרך photoresist להסוות 8,9.
  4. להגנה על משטח הזכוכית בדוגמת האו"ם, באופן זמני אג"ח רקיק הזכוכית לפרוסות סיליקון דמה. 9
    1. מניחים את פרוסות זכוכית על צלחת חמה ב 110 מעלות צלזיוס ולהמס את השעווה בצד השני של פרוסות סיליקון הזכוכית (באופן כזה שכל פני השטח של הרקיק מכוסה בשעווה).
    2. מניחים פרוסות סיליקון דמה במגע עם רקיק הזכוכית ולחץ כדי להסיר את השעווה העודפת. על מנת להימנע משפיכת השעווה, למקם את נייר טישו חדר נקי על פלטה חשמלית.
  5. בצע תחריט איזוטרופיים של העדשה באמצעות חומצה הידרופלואורית מותאמת (49% V / V)פתרון וחומצה הידרוכלורית (37% V / V) (ביחס נפח של 10: 1). עם בוחש מגנטי עבור 8.5 דקות 10 נוכחות של HCl היא קריטית בהשגת איכות משטח טובה של עדשות שנוצרו.
    1. ודא כי שיעור התחריט הוא 7 מיקרומטר / min; באמצעות נפח כולל של 200 מיליליטר של תמיסת תחריט. בצע תחריט במכל פלסטיק ולקחת אמצעי בטיחות לצעד זה עיבוד.
    2. נקה את הרקיק במים ללא יונים (DI) על ידי שטיפה וייבוש נוסף ב RT.
  6. לאחר השלימה התהליך, להפריד את רקיק הזכוכית מפרוסות סיליקון דמה ולחמם את השעווה בעזרת צלחת חמה ב 100 מעלות צלזיוס במשך 15 שניות. כשעווה נמסה בטמפרטורה זו, לנתק את רקיק הזכוכית מפרוסות סיליקון דמה.
  7. הסר שעווה שנותרה, photoresist ושכבות Cr / Au התלויים בקצוות של העדשות באמצעות ultrasonication עבור שעה 1 באמצעות -methyl-2-pyrrolidone N כממס על 80 מעלות צלזיוס בטנק קולי.
  8. צור העתק עובש PDMS של microlenses המפוברק על photomasks 11.
  9. לאפיין את ממדי photomask (אורך ורוחב) ועובש PDMS microlenses (עומק וקוטר) העתקים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק וסטראו בהתאמה. 12-14

ייצור 2. גלים MN

  1. צור חלל של 2.5 סנטימטר × 0.9 סנטימטר באמצעות שקופיות הזכוכית רכובה על שני צדדים של זכוכית. מספר שקופיות הזכוכית שנערמו על שני הצדדים יקבע את הגובה של החלל הידוע כעובי spacer (איור 1).
  2. Secure כל שכבה של שקופיות זכוכית על ידי יישום שכבה דקה של פתרון prepolymer המכיל פולי (אתילן גליקול) diacrylate (PEGDA, MW = 258 Da) עם 0.5% w / w 2-2-מתיל-propiophenone הידרוקסי (HMP) על גבי שקופיות זכוכית ואחרי הקרנה של האור להגדיר עם אולטרה סגול בעוצמה הגבוהה (UV) למשך 2 שניות.
  3. מקם את photoma SK (מפוברק בעבר) עם משטחי Cr / Au המצופה מול הפנים של החלל. ודא שהצדדים של קירות החלל לא מסתירים את העדשות משובצות בphotomask.
  4. למלא את החלל עם פתרון prepolymer עד המשטח המצופה כרום / Au הוא במגע עם הפתרון ללא כל בועות גלויות.
  5. מכשיר את ההתקנה עם אור UV בעוצמה גבוהה של אינטנסיביות רצויה עבור 1 שניות במרחק של 3.5 סנטימטרים ממקור UV באמצעות תחנת ריפוי UV עם מגוון מסנן UV של 320-500 ננומטר. השתמש במתאם collimating עם חללית אור UV.
  6. מדוד את עוצמת אור UV משמשת באמצעות מד קרינה.
  7. בעקבות חשיפה לקרינת UV, להסיר את photomask עם המערך של MNS. יוצקים את פתרון prepolymer העודף שאינו polymerized בתהליך חזרה למכל המקורי שלה לשימוש חוזר.
  8. לכמת את קוטר אורך וקצה MNS באמצעות סטראו לפי הוראות יצרן.

class = "jove_title"> 3. ייצור שכבת גיבוי MN

  1. עם מלקחיים, למקם את MNS (מפוברק בעבר) מצורף אל photomask בבאר של צלחת 24 גם כפי שמוצג באיור 1 ג.
  2. הוספת נפח שצוין (300-400 μl) של פתרון prepolymer לתוך הבאר עד המחטים שקועות עד לגובה רצוי. כרך זה קובע את עובי שכבת גיבוי התוצאה.
  3. מכשיר את ההתקנה עם אור בעוצמה גבוהה UV (15.1 W / 2 סנטימטר), 10.5 סנטימטרים ממקור UV למשך תקופה של 1 שניות.
  4. הפרד את שכבת הגיבוי על מערך MN מphotomask באמצעות סכין חד.
  5. לכמת את קוטר אורך, קוטר קצה ובסיס של MNS עם שכבת הגיבוי באמצעות סטראו לפי הוראות יצרן.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

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

הגיאומטריה של MNS יכולה להיות מושפעת באופן משמעותי על ידי מאפייני photomask וmicrolens המוטבעים. התואר של שבירה משפיע על נתיב העברת קרני UV, שהשפיעה על הגיאומטריה MN (איור 2 א). כל microlens נמצא כי קוטר 350 מיקרומטר, 130 מיקרומטר שיטח משטח קמור, ו62.3 מיקרומטר עומק (איור 2-D). השימוש במשפט פיתגורס, רדיוס עקמומיות של המשטח הראשון נמצא 272.89 מיקרומטר. אורך המוקד היה מחושב להיות 509.28 מיקרומטר (זכוכית n = 1.53627 שוקל; n = אוויר

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

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

הפרוטוקול שתואר לעיל עבור ייצור של מערך MNS הוצג לפברק מערך MNS של ~ 1 סנטימטר 2. ניתן לשנותם על ידי יצירת מערכי חלל גודל גדול ובאמצעות photomask גדול יותר. גודל החלל המוגבר ניתן ליצור על ידי הגדלת הרוחב בין מפרידי שני צדדים. למרות שכל צעד לפברק מערכי MN בפרוטוקול היה חשוב, הצעדים החשובים ביותר היו: מיצוב photomask, המילוי של פתרון prepolymer, וההקרנה של ההתקנה. מיקום של photomask צריך להיות באופן כזה שמשטחי Cr / Au המצופה להתמודד הפנים של החלל והצדדים של קירות החלל לטש...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

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

המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.

תודות

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

מחקר זה נתמך על ידי מענק של קרן המחקר הלאומית של סינגפור (NRF) NRF2012NRF-POC001-043.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
פולי(אתילן גליקול) דיאקרילט (PEGDA Mn=258)SIGMA 475629-500 מ"ל
2-הידרוקסי-2-מתיל-פרופיופנון (HMP)SIGMA 405655-50 מ"ל
קולגן בקר מסוג 1, מצומד FITC סיגמא UV C4361
     EXFO Photonic Solutions Inc., קנדהOmniCure S2000-XL
 EXFO Photonic Solutions Inc., קנדהEXFO 810-00042
צלחת 24 בארותThermo Fisher Scientific, ארה"ב
Nikon SMZ 1500 סטריאומיקרוסקופ ניקון, יפן
מד כוח דיגיטלי Dillon GL-500 דילון, ארה"ב
מיקרוסקופ קונפוקלי A-1R Nikon, יפן
תחנת ריפוי מתאם קולימציה

מקורות

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

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

UVPhoto Mask Aligner

מאמרים קשורים