הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

ייצור תבנית ראשית למחטים מיקרו עם חור אוורור בגודל מיקרון

1.2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/69679

⸱

5 בדצמבר 2025

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

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

מאמר זה מציג שיטה ייחודית לייצור תבניות מאסטר עם חור אוורור למניעת לכידת אוויר במהלך יציקת פולימר צמיגי, ומאפשרת ייצור מחטי ג'לטין עם קצה חד. על ידי הפחתת נפח היציקה של ג'לטין בעל צמיגות גבוהה, ניתן היה גם לייצר מחטים מיקרו-פירמידליות חלולות עם דפנות דקות.

תקציר

מיקרו-מחטים (MNs) הן מערכת חדשה להעברת תרופות שיכולה לחדור את מחסום העור בצורה זעיר-פולשנית כדי לספק תרופות. מכיוון שהן פחות כואבות מהזרקות וקלות לשימוש, הן רואות יישומים מתרחבים בתחומי הקוסמטיקה והתרופות. ייצור MN קונבנציונלי כולל יצירת תבנית ראשית ואז ייצור תבניות MN בתבנית זו. השיטות העיקריות לייצור תבנית המאסטר כוללות תהליכי מערכת מיקרו-אלקטרומכנית, עיבוד מתכת והדפסה תלת-ממדית. עם זאת, החולשה העיקרית של תבניות מאסטר המיוצרות בשיטות אלו היא שהאוויר עלול להילכד בתוך התבנית בזמן יציקת הפולימר הצמיגי מאוד המשמש לייצור תבניות MN. כתוצאה מכך, הטיפים של מינסוטה עשויים שלא להיווצר במלואם. בייצור מערכי MN, הדבר עלול להפחית את אמינות מבני ה-MN. מחקר זה מציע פתרון ללכידת אוויר הכולל יצירת חור אוורור בקנה מידה מיקרו (AVH) בקצה התבנית הראשית. ה-AVH מאפשר לאוויר לצאת, אך מונע מהנוזל הצמיגי לדלוף החוצה במהלך תהליך ההתקשות. מכיוון ששיטות עיבוד מתכת קונבנציונליות או הדפסה תלת-ממדית מוגבלות ברזולוציה, נעשה שימוש במיקרו-מכונות סיליקון ליצירת תבנית מאסטר המצוידת ב-AVH. אורך הצד של ה-AVH המיוצר נע בין 1.4 ל-7.0 מיקרון. באמצעות תבנית זו, הצלחנו לייצר MN ג'לטין בגובה 375 מיקרון עם קצוות חדים. יתרה מזאת, על ידי שליטה בנפח הג'לטין שהוחל, יוצרו גם MNs פירמידליים חלולים דקים עם דפנות בעובי 23 מיקרון ונפח חלל פנימי של 0.027 מיקרוליטר. מכיוון שתבנית המאסטר המצוידת ב-AVH מאפשרת ייצור של תבניות מסיסות במים ואינן מסיסות במים, היא יכולה לשמש כמערכת דור חדש להעברת תרופות יעילה ליישומים בתחומי קוסמטיקה וביו-רפואיים.

מבוא

מחטים מיקרו (MNs) הן מערכת חדשה להעברת תרופות המסוגלת לחדור את מחסום העור באופן לא פולשני כדי לספק תרופות. שיטה זו מתגברת על זמינות ביולוגית נמוכה של מתן דרך הפה וסיכון הכאב והזיהוםשל לידה מבוססת זריקה. בזכות השימוש הפשוט ועמידה גבוהה בדרישות המטופלים, MN חוו יישומים מתרחבים באסמטיקה2, חיסונים3, ניטור ביומרקר4, ומשלוח תרופות פולימרי5.

שיטות ייצור MN כוללות בדרך כלל טכניקות יציקה6. התבניות המשמשות ליציקת MN מיוצרות באמצעות עיבוד מתכת7 והדפסה תלת-ממדית8. עם זאת, מכשול אחד לשימוש בשיטות אלו הוא שהן דורשות ציוד ומתקנים יקרים. יתרה מזאת, בשל מגבלות הרזולוציה שלהם, קשה לייצר את המבנים החודרי עור המשמשים כ-MNs. בנוסף, חומרים צמיגיים מאוד משמשים לייצור MNs מתכלים 9,10. כאשר חומר ה-MN מוחל על התבנית, אוויר הכלוא במיקרו-מבנים של התבנית יכול למנוע היווצרות נכונה של קצות ה-MN ולהפחית את התפוקה של מערכי MN11. מחקרים דיווחו על שיטות להתמודדות עם בעיות אלו, כגון יציקה צנטריפוגלית12, דה-גז בוואקום באמצעות תא13, וטיפול הידרופילי על פני התבנית14, שדווח כי מפחיתים את הבעיה הזו. עם זאת, עדיין נדרש תהליך ייצור פשוט ויעיל יותר מבוסס תבניות.

בדרך כלל, תערובות MN ממוססות מיוצרים על ידי ערבוב התרכובת המטרה עם פולימר מסיס במים בצורת נוזל ויציקת התערובת לתבנית15. בחומרים מסיסים במים, הייצור הוא יחסית פשוט באמצעות שיטות פשוטות כמו המסה של התרכובת המטרה במים מזוקקים וערבוב עם פולימר מסיס16. עם זאת, עם חומרים בלתי מסיסים במים, יש לפתח תהליך נפרד להטעינם לתוך ה-MNs. לדוגמה, ניתן להמיס תרופה בלתי מסיסה בממס משותף של מים/אתנול ולערבב, ואז להתרכז בוואקום, לסנן ולייבש בהקפאה כטיפול מקדים, ולאחר מכן לערבב לתמיסת פולימר מסיס לייצורMNs 17. תהליך זה של טעינת תרופות בלתי מסיסות ל-MN הוא מורכב וגוזל זמן. לכן, יש צורך לפתח תהליך ייצור יעיל יותר ושיטה לחיזוי מדויק של כמות התרופה הטהורה הטהורה. מעבר לסוג המעורב של תרופות, יש לפתח גם שיטות לייצור MNs שמאחסנים את התרופה במרחב נפרד.

כדי להתמודד עם שתי הבעיות שהוזכרו לעיל, מחקר זה ייצר תבנית סיליקון ראשית לייצור MN שמונעת לכידת אוויר במהלך יציקת פולימר צמיגי ואישרה את יעילותה. במהלך יציקת פולימר לייצור MN, כאשר הפולימר הצמיגי ממלא את חלל התבנית, האוויר שנותר בתוך החלל מתפזר באופן טבעי, והחלל מתמלא לחלוטין. עקב הצמיגות הגבוהה, תהליך המילוי הזה נעצר מבלי שהפולימר יצא מהתבנית. באמצעות תהליך זה, ניתן לשחזר את גאומטריית התבנית בנאמנות, וניתן לייצר MNs עם קצוות חדים. כאשר נפח הפולימר הצמיגי קטן יותר מנפח החלל הפנימי של התבנית, הפולימר הצמיגי זורם לאורך דפנות התבנית המשופעת לעבר יציאת האוויר, כך שה-MN נוצר עם פנים ריק. איור 1 מתאר את שיטת הייצור הטיפוסית של MN באמצעות תבנית קונבנציונלית (1) ואת הקונספט המרכזי שלנו של תבנית מאסטר המצוידת ב-AVH (2).

פרוטוקול זה השתמש בתהליך חריטה דו-צדדי על וייפר סיליקון ליצירת תבנית עם AVH בקנה מידה מיקרו בגב. לאחר יישום הפולימר בוואקום, הפולימר הצמיגי ממלא את חלל התבנית ליצירת MN עם קצה חד. על ידי שליטה בנפח החומר המחולק של ה-MN, ניתן לייצר MN מוצק סטנדרטי (עם פנים מלא) או, אם מחלקים נפח קטן יותר, MN חלול שבו הפולימר הצמיגי מצפה את פני התבנית בעובי מסוים, תוך השארת פנים ריק. זה מספק תהליך גמיש לייצור סוגי MN שונים.

ג'לטין נבחר כחומר המטריצה לייצור MN משום שהוא מספק תאימות ביולוגית גבוהה ותכונות מכניות מועדפות, ובמקביל מציע זמינות רחבה, עלות נמוכה, מסיסות במים וביודגרטביליות כביוחומר מבוסס חלבון ששימש רבות ביישומים ביורפואיים ובמערכות MN ממוססות או הידרוג'ליות18,19. מחקרים קודמים הראו גם כי תאי ג'לטין מבוססי ג'לטין או מתקרילויל יכולים לחדור לעור מבלי להתכופף או לשבר, מה שמאשר שרשתות ג'לטין מספקות חוזק מכני ושלמות מבנית מספקת להחדרת עור אמינה20,21.

לחומר המשמש בייצור MN, הוכן תמיסת ג'לטין של 10.31% (w/v) על ידי ערבוב של 1 גרם ג'לטין עם 9 מ"ל מים מזוקקים. לפי הספרות, צמיגות תמיסת ג'לטין של 10% (w/v) בטמפרטורה של 25 °C היא 39.43-46.63 mPa·s 22, וההפרש בריכוז בין תמיסת הג'לטין של 10.31% (w/v) ששימשה במחקר זה לבין תמיסת הייחוס של 10% (w/v) הוא 0.31%, כאשר שני הערכים נמצאים בטווח הצמיגות של 6.64-429 mPa·s שבו נעשה שימוש מוצלח בפורמולציות פולימרים מימיות לייצור מבוסס תבנית שלMN23, מצביע על כך שהגישה הנוכחית למילוי תבנית בסיוע AVH מתאימה בעיקרון לתמיסות פולימרים מימיות שצמיגותן נמצאת בטווח זה.

באמצעות יציקה מבוקרת, מחקר זה ייצר והשווה שני סוגי MNs, ובחר בהם במקום MNs נקבוביים, שמציגים פשרה בין נקבוביות לחוזק מכני הפוגע בעמידות מכנית24: MN מוצק המפגין חוזק מכני גבוה ואמינות החדרה גבוהה עם יעילות חדירה מעולהלעור 25, ו-MN חלול המסוגל לאחסן תרופות בלתי מסיסות במים בתוך החלל הפנימי שלו, מה שמציע יישום גבוה להמרה מאוחרת ל-MN מוצק טעון בתרופות26. כאשר ניתן לערבב את התרופה עם חומר המחט, MNs מוצקים מתאימים, בעוד ש-MNs חלולים מתאימים לחומרים לא מסיסים שקשה לערבב.

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

פרוטוקול

עבודה בסביבה מבוקרת ונקייה וכיול כל הציוד לפני ההתחלה הם חיוניים. מומלץ להשתמש בכלים ייעודיים לכל שלב כדי למנוע זיהום צולב ועמידה בזמני אפייה וקירור מוגדרים, יחד עם ביצוע שלבי הפרוטוקול לפי הסדר. החומרים והציוד בהם משתמשים מופיעים בטבלת החומרים.

1. ייצור תבנית סיליקון מאסטר

  1. בצע ניקוי פיראניה על וופר סיליקון דו-צדדי מלוטש (DSP) בגודל 4 אינץ' ובעובי 525 מיקרון (H2SO4 + H2O2 = 4:1, 120 מעלות צלזיוס, 10 דקות).
    זהירות: תמיסת הפיראניה מגיבה באלימות עם אורגניים ומסכנת שחרור חום חזק ויצירת גזים. תמיד ערבבו אותו לאט על ידי הוספת מי חמצן לחומצה במכסה אדים, ולבשו מגן פנים, סינר עמיד לחומצה וכפפות עמידות לחומצה. לאחר השימוש, אוספים את כל התמיסה שנותרה ושוטפים כפסולת חומצנית חומצנית במיכל עמיד לחומצה ומאוורר. אל תנטרלו במעבדה. בקש איסוף דרך תוכנית הפסולת המסוכנת המוסדית של EHS בהתאם לתקנות הפסולת המעבדתיות הלאומיות27.
  2. בצע חמצון תרמי יבש-רטוב-יבש בטמפרטורה של 1100°C למשך 90 דקות כדי לגדל שכבת תחמוצת תרמית בעובי ~0.6 מיקרון (איור 2A).
  3. פוטוליתוגרפיה בצד הקדמי: בצע את השלבים הבאים בצד הקדמי של הוופר.
    1. פוטוריסט ספין קוט AZ GXR-601 (14 cP) ב-3000 סל"ד למשך 35 שניות. לאחר מכן, אפייה רכה ב-90 מעלות צלזיוס למשך דקה.
    2. באמצעות מיישר מסכה, חשפו את הווייפר ל-UV (365 ננומטר, 10 mW/cm 2) למשך 5 שניות, ואז פתחו אותו במפתח TMAH של 2.38% (w/w) למשך 1-2 דקות.
      אזהרה: TMAH רעיל אם נספג דרך העור. תטפל בו עם קפוצ'ון אדים ותלבש כפפות ניטריל כפולות, משקפי בטיחות וסינר. במקרה של מגע עור, שטוף מיד עם מים. לאחר השימוש, אוספים תמיסות משומשות ושטפו פסולת אמוניום רבעונית-אלקלית חזקה במיכל ייעודי. אין לערבב עם חומצות או מחמצנים. הגישו בקשה לאיסוף EHS לפי נהלי טיפול בפסולת המיועדים27.
    3. אפייה קשה של הוופל ב-100 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.
  4. חריטה בצד הקדמי:
    1. הניחו את הווייפר המעוצב בתא חריטה של ICP ובצעו חריטה יבשה למשך 2-3 דקות כדי להסיר את שכבת התחמוצת התרמית החשופה באופן סלקטיבי.
      הערה: כוון את הגזים (CHF3/CF 4) ל-10/30 sccm, הספק RF ל-50W (עם הספק ICP של 900 W), והלחץ ל-3.8 mTorr. קצב החריטה של התחמוצת בתנאים אלו הוא ~260 ננומטר לדקה.
    2. הסר את הוופר מהתא ופשט את הפוטוריזסט באמצעות מפשט PR (ממס מבוסס אמין, מחומם ל-60 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות באמבט סטטי ללא ערבוב אולטרסוני) (איור 2B).
    3. שפוך תמיסה של 30% KOH (או 20% עם תמיסת TMAH) לאמבט חריטה וכסה.
    4. הניחו את אמבט החריטה באמבט בטמפרטורה קבועה וקבע את הטמפרטורה ל-90 מעלות צלזיוס.
    5. לאחר חימום מוקדם של שעה, פתח את המכסה, טבל את וופר הסיליקון בתמיסה ומתחיל את החריטה. קצב החריטה הוא ~0.85 מיקרומטר לדקה.
    6. לאחר חריטה של לפחות 440 דקות, הסר את הוופר הסיליקון ושוטף אותו במים.
    7. בדוק את המשטח החרוט תחת מיקרוסקופ כדי לוודא שנוצר חריץ V. (איור 2C).
      זהירות: KOH הוא חומר חריט אלקלי חזק שיכול לגרום לכוויות חמורות לעור ולעיניים. תמיד תעבוד עם קפוצ'ון אדים ותלבש מגן פנים, משקפי בטיחות כימיים, כפפות עמידות כימיקלים באורך מלא וסינר כימי. אם אתה חשוף, שטוף מיד את האזור במים לפחות 15 דקות ופנה לטיפול רפואי. לאחר השימוש, יש לאסוף את התמיסה והחומרים המזוהמים כפסולת אנאורגנית מסוכנת בסיסית במיכלים תואמים. לסמן בבירור ולבקש סילוק דרך תוכנית הפסולת המסוכנת של EHS27.
      הערה: גודל פתח החריטה הוא 530 מיקרון ×-530 מיקרון, ועומק העצירה העצמית הוא 375 מיקרון. מכיוון שהחריט אניזוטרופי, התהליך ייעצר אוטומטית בעומק הזה.
  5. בצע ניקוי פיראניה על הוופר הסיליקון.
  6. בצע חמצון תרמי רטוב ב-1100 מעלות צלזיוס למשך 90 דקות כדי לגדל שכבת תחמוצת תרמית חדשה.
  7. פוטוליתוגרפיה בצד האחורי: בצד האחורי של הווייפר, יש לבצע ציפוי פוטוריזיסט, חשיפה, פיתוח ואפייה באותו תהליך ותנאים כמו בשלב 1.3.
  8. דפוס תחמוצת הצד האחורי: בצע חריטה עם תחמוצת בופר (BOE) (HF: NH4F = 1:7) כדי לדפוס את תחמוצת הצד האחורי, ואז להסיר את הפוטוריזיסט עם מפשט (איור 2D).
    אזהרה: תמיסת BOE מכילה HF, שיכול לחדור לעור ולגרום לנזק רקמתי מאוחר (נמק) ולהיפוקלצמיה. תמיד תעבוד עם מכסה אדים ותלבש כפפות עמידות ל-HF (מעל כפפות ניטריל). לאחר השימוש, יש לאסוף את כל הנוזלים והמוצקים המכילים HF במיכלים של HDPE המסומנים בבירור כפסולת HF/BOE. שמרו ג'ל סידן גלוקונאט זמין בקרבת מקום ובקשו איסוף מיידי של EHS בהתאם לפרוטוקולי פסולת ייעודיים27,28.
  9. במהלך חריטה של BOE, בצע בדיקת הרטבת מים DI כדי לעקוב אחרי נקודת הקצה של החריטה.
    1. בהתחשב בקצב החריטה של התחמוצת התרמית ב-BOE (110-120 ננומטר לדקה), ככל שמתקרב זמן ההשלמה, יש לטבול לזמן קצר את וופ הסיליקון במים דה-יוניים ולהוציא אותו כדי לצפות בהתנהגות ההרטבה של טיפות המים.
    2. אשר שהתחמוצת הוסרה באופן סלקטיבי (המזכיר חוסר הרטבת מים), מה שמסמן את סיום הסרת תחמוצת התרמית.
  10. בצע חריטת סיליקון אניזוטרופי מאחור באותם תנאים כמו בשלב 1.4, בטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס למשך ~180 דקות (איור 2E).
    הערה: בהינתן סבילות עובי הווייפר של ±25 מיקרון, יש להתחיל לבדוק היווצרות חור דרך חור בסביבות 150 דקות (למשל, באמצעות מיקרוסקופ) כדי לקבוע מתי לעצור את החריטה.
  11. לאחר סיום החריטה בגב, יש לבצע דיפ BOE כדי להסיר כל תחמוצת שנותרה על הוופר החרוט (איור 2F).
  12. בצע בדיקת הרטבת מים DI ואשר שכל התחמוצת הוסרה (נצפה אפקט "כבויה").
  13. לבצע טיפול פני שטח הידרופובי על וופ הסיליקון החרוט באמצעות שיקוע פלזמהC 4F8 על חריט ICP (60 sccm, ICP 800 W, RF 10 W, 10 mTorr, 60 שניות, זווית מגע מים סטטית ≥ 100°). לאחר מכן חתוך את הווייפר באמצעות מסור חיתוך המצויד בלהב ציר יהלום בניקל-בונד (ציר 30,000 סל"ד, הזנה 50 מ"מ/שנייה, חשיפה = 4× עובי להב, וקירור מים DI 0.5 ליטר לדקה).
    הערה: טיפול הפלזמה ההידרופובי הופך את פני התבנית הסיליקונית ללא הרטבה ומקל על הפרדת ה-MN הפולימרי המיוצר ממבנה הסיליקון.

2. הכנת תמיסת פולימר

  1. באמצעות מזרק חד-פעמי בנפח 10 מ"ל, הוסיפו 9 מ"ל מים מזוקקים לצינור צנטריפוגה חרוטי של 50 מ"ל.
  2. באמצעות כף S/T ונייר עמיד לשומן, שוקלים 1 גרם אבקת ג'לטין על איזון מדויק והעבירו אותו לצינור הקוני.
    הערה: בעת העברת אבקת הג'לטין מהנייר העמיד לשומן אל הצינור, הסטטיקה עלולה לגרום לאבקה להידבק לנייר, מה שמוביל להוספת פחות מ-1 גרם. השווה את משקלי הנייר לפני ואחרי ההעברה, והוסף כל כמות חסרה של אבקת ג'לטין.
  3. השתמשו בכף S/T כדי לשבור גושי ג'לטין בצינור על ידי ערבוב של 5 דקות בכיוון השעון, תוך שמירה על סיבוב התמיסה שלא גורם לשפיכה.
  4. מלא אמבט מים ב-4 ליטר מים מזוקקים.
  5. כוון את טמפרטורת אמבט המים ל-60 מעלות צלזיוס וחכה ~30 דקות עד שהטמפרטורה מגיעה למטרה.
  6. הניחו את הצינור המכיל את תמיסת הג'לטין באמבט מים בטמפרטורה של 60°C למשך 30 דקות כדי להמיס את הג'לטין.
  7. הסר את הצינור ומערבב אותו במהירות 3,300 סל"ד למשך דקה אחת כדי לפזר את חלקיקי הג'לטין שנותרו במלואם.
  8. כדי למנוע שינויים בצמיגות או ג'לציה לפני השימוש, תמיסת הג'לטין נשמרת באמבט מים בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס, כאשר הנפח הסופי של 9.7 מ"ל מתאים לתמיסת ג'לטין של 10.31% (w/v).
    הערה: שמור את תמיסת הג'לטין באמבט מים בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס לפחות 5 שעות לפני השימוש בה לייצור MN.

3. ייצור MN מוצק וחלול

  1. הנח שני שקופיות מיקרוסקופ (76 מ"מ × 26 מ"מ × 1 מ"מ) שטוחות בצלחת פטרי, במרחק 7 מ"מ, ומאובטח אותן עם סרט לא ארוג דו-צדדי.
  2. מניחים את תבנית הסיליקון המקורית מעל שני שקופיות המיקרוסקופ, כאשר הצד האחורי (הצד המכיל את ה-AVH) פונה כלפי מטה.
  3. כוונן את מיקום התבנית כך שה-AVH יהיה ממורכז מעל הפער בין שתי הסליידים.
  4. הניחו את צלחת פטרי (עם תבנית הסיליקון הראשית) במרכז מייבש ואקום (כ-260 מ"מ × 260 מ"מ × 100 מ"מ).
  5. באמצעות מזרק חד-פעמי בנפח 1 מ"ל, יש להניח 0.3 מ"ל מתנול במרכז תבנית הסיליקון הראשית.
    אזהרה: מתנול הוא ממס דליק, נדיף ורעיל; שאיפת האדים או ספיגת העור עלולה לגרום לנזק לעצב הראייה, עיוורון או הרעלה מערכתית. תמיד ללבוש משקפי מגן, מגן פנים וכפפות ניטריל כפולות, ולטפל בהם באזור מאוורר היטב (רצוי עם קפוצ'ון אדים). לאחר השימוש, אוספים מתנול שאריתי ושוטפים כפסולת ממס אורגנית דליקה במיכל סגור ותואם, עם כליל משני. בקש איסוף דרך תוכנית הפסולת המסוכנת של EHS המוסדית בהתאם לכללי פסולת המעבדה הלאומיים27.
  6. הזז בעדינות את קצה המזרק לאורך פני התבנית כדי לפזר את המתנול באופן שווה לקצוות.
    הערה: למתנול יש צמיגות נמוכה מאוד (~0.594 mPa·s), כך שגם הפרעות קלות עלולות לגרום לו להישפך מהעובש. ליישום מדויק ולמנוע הצפה, הרטיב את קצה המזרק במתנול.
  7. אטום את מייבש הוואקום והשתמש במשאבת ואקום כדי להפעיל ואקום של -80 קילופסקל למשך 2 דקות, מה שמאפשר למתנול לחדור במלואו לתבנית הסיליקון הראשית.
  8. שחרר את הוואקום כדי להסיר את הבועות שנותרו במתנול.
  9. הסר את תמיסת הג'לטין המוכנה מאמבט המים ונגב את כל המים מהחלק החיצוני של הצינור עם מגבון חדר נקי.
  10. עבור MN מוצק, השתמש במיקרופיפטה בנפח 20-200 מיקרוליטר כדי להזריק 100 מיקרוליטר מתמיסת הג'לטין למרכז תבנית הסיליקון הראשית. ל-MN חלולים, יש לשחרר 40 מיקרוליטר מתמיסת הג'לטין.
  11. אטום את מייבש הוואקום ומרח -80 קילופסקל למשך 2 דקות.
  12. שחרר את הוואקום כדי להסיר בועות שנותרו בתמיסת הג'לטין.
  13. כדי לשמור על צלחת פטרי מאוזנת, שים אותה באמבט מים בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.
    הערה: ודא שצלחת הפטרי לא נוגעת ישירות במים באמבטיה. הסביבה של 60 מעלות צלזיוס מפחיתה את צמיגות התמיסה, והלחות היחסית של 100% בתוך האמבטיה מונעת מהג'לטין להתייבש.
  14. הסר את צלחת הפטרי מאמבט המים, תוך שמירה על איזון.
  15. נגעו במשטח תמיסת הג'לטין עם פינצטה ומרחו אותה באופן שווה על קצוות התבנית, כדי לוודא שכל פני התבנית מצופים בשכבה דקה של התמיסה.
    הערה: אם התמיסה קרה מדי, הצמיגות הגבוהה שלה תגרום לו להידבק לפינצטה ולמתוח. לכן, יש לפזר את התמיסה במהירות, מיד לאחר הסרת התבנית מהאמבטיה בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס, כאשר צמיגות הג'לטין עדיין נמוכה.
  16. לשמור על התבנית מאוזנת, שים אותו בתנור בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס וייבש לפחות 4 שעות.
  17. לאחר התייבשות מלאה, הכנס פינצטה בין תבנית הסיליקון הראשית לבסיס ה-MN וסובב בזהירות כדי להרים ולפרק את התבנית, כדי לקבל את הפולימר MN המתייבש.

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

תוצאות

מחקר זה הציג תבנית מאסטר עם AVH כדי לאפשר ייצור תבניות MN עם קצוות חדים, מה שמייצג סטייה מהשימוש בתבניות מאסטר קונבנציונליות. באמצעות חריטה סיליקונית מדויקת מאוד, הצלחנו לייצר את תבנית המאסטר המצוידת ב-AVH והפקנו ממנה תבניות סיליקון. תבנית הסיליקון המאסטר המתוכננת צולמה באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת פליטת שדה (SEM), וה-MN המיוצר נצפו הן באמצעות מיקרוסקופיה דיגיטלית והן באמצעות SEM פליטת שדה.

איור 3 מציג את פריסת תבנית הסיליקון הראשית עם תמונות AVH ו-SEM של ...

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

דיון

מחקר זה ייצר תבנית סיליקון ראשית עם AVH תוך שימוש בחריטה דו-צדדית כדי למנוע לכידת אוויר תוך מילוי בפולימר צמיגי, ובכך השיג מילוי מלא עד קצה ה-MN ואפשר יצירת MNs חדים ואחידים. גורם מרכזי ליצירת קצה נכון הוא גודל ה-AVH שנוצר על ידי החריטה האחורית. בהתחשב בשוני בעובי וייפר הסיליקון (±25 מיקרון), קשה לחזות במדויק את משך החריטה בגב. אם החריטה נמשכת זמן רב מדי, גודל ה-AVH גדל, מה שמוביל לקצה MN גדול יותר. זה מגדיל את שטח המגע במהלך חדירת העור ומעלה את כוח ההחדרההנדרש 29...

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

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי מענק מקרן החדשנות של קוריאה (INNOPOLIS) במימון ממשלת קוריאה (משרד המדע והICT) (מענק מס' NTIS-2710084968), על ידי סוכנות קידום המסחור לתוצאות מחקר ופיתוח (COMPA) במימון משרד המדע וה-ICT (מענק מס' RS-2024-00423871 לסיוע לקידום הקניין הרוחני ולמסחור/תיעוש של טכנולוגיית ייצור מחטים מיקרו-מתקדמת), ועל ידי תוכנית חינוך מערכת החדשנות האזורית (RISE) דרך מרכז RISE, גיונגסאנגנאם-דו, במימון משרד החינוך (MOE) וממשלת מחוז גיאונגסאנגנאם, רפובליקת קוריאה (2025-RISE-16-008-0008).

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

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
ניקוי חדר נקיאסאהי קאסייBEMCOT M-325 מ"מ ופעמים; 25 מ"מ
צינור צנטריפוגה קוניקורנינג35207050 מ"ל
מסור לקצוץדיסקוDAD-3220ציר 30,000 סל"ד, הזנה 50 מ"מ לשנייה, חשיפה = 4&f; עובי הלהב, נוזל קירור מים DI 0.5 ליטר לדקה
מיקרוסקופיה דיגיטליתהירוקסKH-7700משמש עם עדשת מצלמה MXG-5040RZ
מזרק חד-פעמיחיסון קוריאהKOVAX-מזרק1 מ"ל & 10 מ"ל
מים מזוקקיםסאמצ'ון פיור כימיקלים000W0054
סרט לא ארוג דו-צדדי3MID-8370Sעובי 0.16 מ"מ
SEM פליטת שדה היטאצ'י היי-טקS-4300SE
אבקת ג'לטיןסיגמא-אלדריץ'G1890מעור חזיר, סוג A, אבקה, חוזק ג'ל ~300 גרם Bloom
נייר עמיד לשומןPT. פריסינדו פראטמה100 מ"מ ופעמים; 100 מ"מ
חרט ICPטכנולוגיית פלזמה של אוקספורד אינסטרומנטסPlasmaPro 100 קוברה
מיישרת מסכהPRO WinM-150
מתנולסיגמא-אלדריץ'34860
מיקרופיפטהPZ HTL S.A.4045-DV20– 200 ומיקרו; L
שקופיות מיקרוסקופפול מריאנפלד GmbH & פלוגה KGמריאנפלד סופריור76 מ"מ & פעמים; 26 מ"מ ופעמים; 1 מ"מ
תנורג'יו טקOF-02G
צלחת פטריSPL מדעי החיים10150150 מ"מ ופעמים; 20 מ"מ
איזון מדויקRADWAG Wagi ElektroniczneWTC 200
חשפני יחסי ציבורמרקמסיר AZ 100מוצר מס' 1000100
כפית S/Tמדעי החומרים של קוריאה20 ס"מ
פינצטהIdeal-tek S.A.2AB.TA
מייבש ואקוםiNexusIN-VS260 מ"מ ופעמים; 260 מ"מ ופעמים; 100 מ"מ, 6.7 ליטר
משאבת ואקוםרוקר סיינטיפיקרוקר 300
מערבל מערבולתדאיהאן סיינטיפיקVM-10
אמבט מיםהאנבק סיינטיפיקHS-205WS330 מ"מ ופעמים; 300 מ"מ ופעמים; 150 מ"מ, 15 ליטר

מקורות

  1. Prausnitz, M. R., Langer, R. Transdermal drug delivery. Nat Biotechnol. 26 (11), 1261-1268 (2008).
  2. Shin, J. Y., Han, D., Yoon, K. Y., Jeong, D. H., Park, Y. I. Clinical safety and efficacy evaluation of a dissolving microneedle patch having dual anti-wrinkle effects with safe and long-term activities. Ann Dermatol. 36 (4), 215-224 (2024).
  3. Moon, S. -S., Kim, S., Kim, J. H., Han, D., Kim, C. Microneedle patch as a new platform to effectively deliver inactivated polio vaccine and inactivated rotavirus vaccine. NPJ Vaccines. 7, 26(2022).
  4. Samant, P. P., Wang, H., Zeng, M., Yang, J., Prausnitz, M. R. Sampling interstitial fluid from human skin using a microneedle patch. Sci Transl Med. 12 (571), eaaw0285(2020).
  5. Zhang, N., Li, C., Wang, S., Wu, X., Jin, Y. Dissolving polymer microneedles for transdermal delivery of insulin. Front Pharmacol. 12, 719905(2021).
  6. Lyu, S., Fang, R. H., Guo, Y., Zhang, L., Li, W. Going below and beyond the surface: Microneedle structure, materials, drugs, fabrication, and applications for wound healing and tissue regeneration. Bioact Mater. 27, 303-326 (2023).
  7. Evens, T., van der Tempel, J., Meerts, M., Biesheuvel, P., van Steenkiste, S. Producing hollow polymer microneedles using laser ablated molds in an injection molding process. J Micro Nano-Manuf. 9 (3), 030902(2021).
  8. Choo, S., Jin, S., Jung, J. Fabricating high-resolution and high-dimensional microneedle mold through the resolution improvement of stereolithography 3D printing. Pharmaceutics. 14 (4), 766(2022).
  9. Yu, W., He, Y., Tang, L., Liu, T., Zheng, H. Study on the influence of microinjection molding processing parameters on replication quality of polylactic acid microneedle array product. Polymers. 15, 1199(2023).
  10. Miura, S., Tanaka, Y., Uemura, T., Nishiyama, N., Okamura, Y. Fabrication and evaluation of dissolving hyaluronic acid microneedle patches for minimally invasive transdermal drug delivery by nanoimprinting. Gels. 11, 89(2025).
  11. Kornicka, J., Śniadek, P., Marycz, K., Walczak, R. Dissolving microneedles fabricated from 3D-printed master molds for application in veterinary medicine. Sci Rep. 15, 14102(2025).
  12. Gholami, S., Namazi, H., Shariatinia, Z., Ahmadi, A., Varshosaz, J. Fabrication of microporous inorganic microneedles by centrifugal casting method for transdermal extraction and delivery. Int J Pharm. 558, 299-310 (2019).
  13. Smith, E., Badran, M., Pathan, I., McConville, A., Courtenay, A. Vac-and-fill: A micromoulding technique for fabricating microneedle arrays with vacuum-activated, hands-free mould-filling. Int J Pharm. 650, 123706(2024).
  14. Lee, J., Kim, H., Yang, H., Seo, H., Yoon, H. Efficient fabrication of thermo-stable dissolving microneedle arrays for intradermal delivery of influenza whole inactivated virus vaccine. Biomater Sci. 11, 6790-6800 (2023).
  15. Li, W., Tang, J., Terry, R. N., Li, S., Brunie, A. Long-acting reversible contraception by effervescent microneedle patch. Sci Adv. 5 (11), eaaw8145(2019).
  16. Sabbagh, F., Kim, B. -S. Ex vivo transdermal delivery of nicotinamide mononucleotide using polyvinyl alcohol microneedles. Polymers. 15 (9), 2031(2023).
  17. He, H., Guo, Y., Yin, Y., Tang, J., Tang, Z. Preparation and in vitro characterization of microneedles containing inclusion complexes loaded with progesterone. Pharmaceutics. 15 (6), 1765(2023).
  18. Song, R., Li, C., Wang, S., Duan, Z., Wang, X. Current development of biodegradable polymeric materials for biomedical applications. Drug Des Devel Ther. 12, 3117-3145 (2018).
  19. Andreazza, R., Morales, A., Pieniz, S., Labidi, J. Gelatin-based hydrogels: Potential biomaterials for remediation. Polymers. 15 (4), 1026(2023).
  20. Luo, Z., Jin, Y., Qi, H., Wang, Y., Tang, Y. Biodegradable gelatin methacryloyl microneedles for transdermal drug delivery. Adv Healthc Mater. 8 (3), e1801054(2019).
  21. Qu, M., Jiang, X., Ding, X., Zhang, Y., Hu, H. Biodegradable microneedle patch for transdermal gene delivery. Nanoscale. 12 (32), 16724-16729 (2020).
  22. Grijalva Garces, D., Appoldt, L. J., Egner, J., Leister, N., Hubbuch, J. The effect of gelatin source on the synthesis of gelatin-methacryloyl and the production of hydrogel microparticles. Gels. 9 (12), 927(2023).
  23. Lee, J., van der Maaden, K., Gooris, G., O'Mahony, C., Jiskoot, W., Bouwstra, J. Engineering of an automated nano-droplet dispensing system for fabrication of antigen-loaded dissolving microneedle arrays. Int J Pharm. 600, 120473(2021).
  24. Bao, L., Park, J., Bonfante, G., Kim, B. Recent advances in porous microneedles: Materials, fabrication, and transdermal applications. Drug Deliv Transl Res. 12 (2), 395-414 (2022).
  25. Aldawood, F. K., Andar, A., Desai, S. A comprehensive review of microneedles: Types, materials, processes, characterizations and applications. Polymers. 13 (16), 2815(2021).
  26. Kim, Y. -C., Park, J. -H., Prausnitz, M. R. Microneedles for drug and vaccine delivery. Adv Drug Deliv Rev. 64 (14), 1547-1568 (2012).
  27. National Research Council. Prudent Practices in the Laboratory: Handling and Management of Chemical Hazards. , National Academies Press. Washington, DC. (2011).
  28. Drexel University Environmental Health & Safety. Hydrofluoric Acid - Chemical Safety Summary. , Drexel University. (2018).
  29. Makvandi, P., Joshi, J., Song, H., Lee, J., Ashrafizadeh, M. Engineering microneedle patches for improved penetration: Analysis, skin models and factors affecting needle insertion. Nano-Micro Lett. 13, 93(2021).
  30. Krieger, K. J., Bertollo, N., Dangol, M., Sheridan, J. P., Kim, Y. -C. Simple and customizable method for fabrication of high-aspect ratio microneedle molds using low-cost 3D printing. Microsyst Nanoeng. 5, 42(2019).
  31. Römgens, A. M., Bader, D. L., Bouwstra, J. A., Baaijens, F. P. T., Oomens, C. W. J. Monitoring the penetration process of single microneedles with varying tip diameters. J Mech Behav Biomed Mater. 40, 397-405 (2014).
  32. Oliveira, C., Teixeira, J. A., Oliveira, N., Ferreira, S., Botelho, C. M. Microneedles' device: Design, fabrication, and applications. Macromol. 4, 320-355 (2024).

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

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

ייצור תבנית ראשית למחטים מיקרו עם חור אוורור בגודל מיקרון
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.