포토 리소그래피에 의해 고분자 미세 바늘 어레이 제작

이 절차의 전반적인 목표는 날카로운 고분자 마이크로니들 어레이를 제작하는 것이며, 이는 피부를 통해 저분자 및 고분자 치료제를 통증 없이 전달하는 데 잠재적인 응용 분야를 제공할 수 있습니다. 이는 먼저 패턴화된 등방성 에칭을 통해 임베디드 마이크로 렌즈로 구성된 포토 마스크를 제작함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 내장된 포토 마스크를 프리 폴리머 용액 수조 위에 놓고 마이크로 렌즈를 통해 용액에 UV 광을 집중시켜 노출된 용액을 중합하여 마이크로니들 샤프트를 제작

마지막 단계는 마이크로니들 샤프트를 지지하기 위해 백킹 레이어를 제작하는 것입니다. 이것은 마이크로 니들의 뾰족한 부위를 플레이트에 배치 한 다음 프리 폴리머 용액을 추가하고 용액을 UV 광으로 중합함으로써 수행됩니다. 궁극적으로 길이, 직경 및 정점 각도를 포함한 미세침의 특징적인 특성은 실체 현미경을 사용하여 관찰할 수 있습니다.

마이크로 몰딩과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 더 빠르다는 것입니다. 곰팡이가 없는 공정이며 고온을 사용할 필요가 없습니다. 이 방법은 마이크로 렌즈를 사용하여 자외선의 경로 및 중합 과정을 수정하는 것과 같은 미세 가공의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 기술은 경구강 약물 전달에 사용되는 고분자 매크로 바늘을 제작하는 데 사용할 수 있지만, 빈 마이크로 바늘을 제작하는 방법만 시연하고 있습니다. 이 기술은 약물 선도 마이크로 바늘을 제작하는 데에도 사용할 수 있습니다. 4인치 유리 웨이퍼를 Piha 용액으로 채워진 석영 탱크에 섭씨 120도에서 20분 동안 담그어 청소를 시작합니다.

그런 다음 웨이퍼를 증류수로 헹구고 압축 공기를 사용하여 건조시킵니다. 전자빔 증발기에서 작업이 끝나면 웨이퍼를 스핀 코더 설정에 놓고 웨이퍼 중앙에 5밀리리터의 포토 레지스트를 추가합니다. 3000RPM으로 웨이퍼를 30초 동안 회전시켜 2마이크로미터 두께의 포토레지스트 층을 생성합니다.

다음으로, 포토 레지스트를 섭씨 100도의 핫 플레이트에서 1분 30초 동안 사전 구운 다음 마스터 포토 마스크와 웨이퍼를 포토 마스크 얼라이너에 놓고 웨이퍼가 단단하게 노출되면 노출시킵니다. 핫 플레이트에서 섭씨 120도에서 30분 동안 포토 레지스트를 굽습니다. 그런 다음 실온에서 1시간 동안 크롬과 금 에칭 용액을 사용하여 유리 웨이퍼에 패턴을 에칭하고 에칭된 유리 웨이퍼를 섭씨 110도의 핫 플레이트에 놓고 유리 웨이퍼의 반대쪽에 왁스를 녹여 웨이퍼의 전체 표면이 왁스로 덮이도록 합니다.

실리콘 웨이퍼를 유리 웨이퍼와 접촉하게 하고 단단히 눌러 과도한 왁스를 제거하여 유리 웨이퍼를 더미 실리콘 웨이퍼에 임시로 접착합니다. 다음으로, 자기 교반으로 플라스틱 용기에 10 % 불산 49 %와 37 % 염산으로 구성된 200 밀리리터 수조를 준비합니다. 샘플을 추가하고 교반하면서 8분 30초 동안 분당 7마이크로미터의 속도로 마이크로 렌즈를 에칭합니다.

완료되면 탈이온수를 사용하여 웨이퍼를 청소하고 실온에서 건조시킵니다. 건조되면 웨이퍼를 핫 플레이트에 놓고 100초 동안 섭씨 15도로 예열합니다. 그런 다음 더미 실리콘 웨이퍼에서 유리 웨이퍼를 분리합니다.

유리 웨이퍼를 섭씨 80도에서 n 메틸 to Perone이 들어있는 초음파 탱크에 넣고 1 시간 동안 울트라 선네이션을 사용하여 남은 왁스, 포토 레지스트 및 렌즈 가장자리에 돌출 된 크롬 및 금 층을 제거합니다. 직사각형 모양의 캐비티의 양쪽에 유리 슬라이드를 쌓아 마이크로니들의 최대 높이를 설정합니다. 각 층 사이의 유리 슬라이드에 프리 폴리머 용액의 얇은 층을 적용하여 유리 슬라이드의 각 층을 고정합니다.

완료되면 2초 동안 고휘도 자외선을 설정에 조사하여 슬라이드를 제자리에 고정합니다. 다음으로, 크롬 골드 코팅 표면이 캐비티 내부를 향하도록 포토 마스크를 배치합니다. 캐비티 벽의 측면이 가려지지 않는지 확인합니다.

포토 마스크에 포함된 렌즈입니다. 크롬 금 코팅 표면이 눈에 보이는 기포 없이 용액과 접촉할 때까지 프리 폴리머 용액으로 캐비티를 채웁니다. 그런 다음 설정을 UV 경화 스테이션에 배치하고 설정 옆에 복사계를 배치하여 UV 광선의 강도를 측정합니다.

UV 소스에서 3.5cm 거리에서 320-500나노미터 사이의 고강도 UV 광선을 1초 동안 조사합니다. 자외선에 노출된 후 마이크로니들 어레이가 있는 포토 마스크를 제거하고 여분의 프리 폴리머 용액을 원래 용기에 다시 부어 재사용합니다. 겸자를 사용한 표준 기술을 사용하여 실체 현미경을 사용하여 마이크로니들의 길이와 팁 직경을 정량화합니다.

포토 마스크에 부착된 마이크로니들을 24웰 플레이트 바늘 면이 위로 향하게 하여 우물에 넣습니다. 바늘이 원하는 지지층의 높이까지 잠길 때까지 300-400 마이크로리터의 프리 폴리머 용액을 웰에 추가합니다. 다음으로, 10.5cm 떨어진 곳에서 1초 동안 제곱센티미터당 15.1와트의 고강도 UV 광선을 설정에 조사합니다.

백킹 레이어가 중합되면 날카로운 블레이드를 사용하여 마이크로니들 어레이의 백킹 레이어를 포토 마스크에서 분리합니다. 그런 다음 실체 현미경을 사용하여 지지층을 사용하여 마이크로니들의 길이, 끝, 직경 및 밑면 직경을 정량화합니다. 마이크로니들 길이와 팁 직경에 대한 효과적인 UV 강도는 일정한 초점 거리와 광원 거리에서 평방 센티미터당 3.14와트에서 15.1와트까지 자외선의 강도를 변화시켜 연구되었습니다.

평균 마이크로니들 길이와 팁 직경이 강도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 밝혀졌습니다. 여기에 표시된 것은 300마이크로리터 대 400마이크로리터의 기재재가 마이크로니들의 전체 길이에 미치는 영향과 더 많은 기재재로 예상되는 바늘의 파단력이며, 니들은 전체적으로 더 짧지만 추가 지지력으로 인해 추가 파단력도 얻습니다. 이 비디오를 시청한 후 고분자 매크로 바늘을 만드는 방법을 잘 이해하셨기를 바랍니다.이 기술을 마스터하면 5분에서 10분 안에 수행할 수 있습니다.

절차를 주의 깊게 수행하고 포토 마스크가 준비된 경우 불산 및 UV 암초와 같은 물질이 어떻게 사용되는지 기억해 두기 때문에 항상 개인 보호 장비를 착용해야 합니다.