Wytwarzanie polimerowych matryc mikroigłowych za pomocą fotolitografii

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie ostrego polimerowego układu mikroigłowego, który może zapewnić potencjalne zastosowania w bezbolesnym dostarczaniu niskocząsteczkowych i makromolekularnych środków terapeutycznych przez skórę. Osiąga się to poprzez najpierw wytworzenie maski fotograficznej składającej się z osadzonych mikrosoczewek za pomocą wzorzystego trawienia izotropowego. Drugim krokiem jest wytworzenie trzonków mikroigłowych poprzez umieszczenie osadzonej maski fotograficznej nad kąpielą roztworu prepolimerowego i skupienie światła UV w roztworze przez mikrosoczewki polimeryzujące naświetlony roztwór.

Ostatnim krokiem jest wytworzenie warstwy nośnej w celu podparcia wałów mikroigłowych. Osiąga się to poprzez umieszczenie spiczastego miejsca mikroigieł na płytce, a następnie dodanie roztworu prepolimeru i polimeryzację roztworu światłem UV. Ostatecznie charakterystyczne właściwości mikroigieł, w tym długość, średnicę i kąt wierzchołka, można zaobserwować za pomocą mikroskopu stereoskopowego.

Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak mikroformowanie, jest to, że jest szybsza. Jest to proces wolny od pleśni i nie wymaga stosowania wysokiej temperatury. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania dotyczące mikrofabrykacji, takie jak wykorzystanie mikrosoczewek do modyfikacji ścieżki światła UV i procesu polimeryzacji.

Technika ta może być stosowana do wytwarzania polimerowych makroigieł, które są używane do przezustnego dostarczania leków, chociaż pokazujemy tylko, jak wytwarzać ślepe mikroigły. Technika ta może być również stosowana do wytwarzania mikroigieł wiodących dla leków. Rozpocznij czyszczenie czterocalowego szklanego wafla, zanurzając go w kwarcowym zbiorniku wypełnionym roztworem Piha na 20 minut w temperaturze 120 stopni Celsjusza.

Następnie opłucz wafel w wodzie destylowanej i wysusz go sprężonym powietrzem. Po zakończeniu w parowniku z wiązką elektroniczną umieść wafel w konfiguracji kodera wirowego i dodaj pięć mililitrów fotorezystu do środka płytki. Wiruj wafel z prędkością 3000 obr./min przez 30 sekund, aby uzyskać warstwę fotorezystancyjną o grubości dwóch mikrometrów.

Następnie wstępnie upiecz rezystor fotograficzny na gorącej płycie w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez półtorej minuty, a następnie umieść główną maskę fotograficzną i wafel w wyrównywaczu maski fotograficznej i naświetl wafel po twardym naświetleniu. Piecz fotorezystor w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez 30 minut na gorącym talerzu. Następnie wytrawić wzór w szklanej płytce za pomocą roztworu wytrawiania chromu i złota w temperaturze pokojowej przez godzinę, umieścić wytrawioną szklaną płytkę na gorącej płycie w temperaturze 110 stopni Celsjusza i rozpuść wosk po przeciwnej stronie szklanej płytki, tak aby cała powierzchnia wafla była pokryta woskiem.

Tymczasowo przymocuj szklaną płytkę do atrapy płytki krzemowej, umieszczając płytkę silikonową w kontakcie ze szklaną płytką i mocno dociskając, aby usunąć nadmiar wosku. Następnie przygotuj 200 mililitrową kąpiel składającą się z 10 części, 49% kwasu fluorowodorowego i jednej części 37% kwasu solnego w plastikowym pojemniku z mieszadłem magnetycznym. Dodaj próbkę i wytrawiaj mikrosoczewki z szybkością siedmiu mikrometrów na minutę przez osiem i pół minuty, mieszając.

Po zakończeniu wyczyść wafel wodą dejonizowaną i wysusz go w temperaturze pokojowej. Po wyschnięciu umieść wafel na gorącej płycie, podgrzanej do 100 stopni Celsjusza przez 15 sekund. Następnie oddziel szklaną płytkę od atrapy wafla krzemowego.

Umieść szklaną płytkę w zbiorniku ultradźwiękowym zawierającym n metylu do Perone w temperaturze 80 stopni Celsjusza i użyj ultras nasłonecznienia przez godzinę, aby usunąć pozostały wosk, fotorezystor oraz zwisające warstwy chromu i złota na krawędziach soczewek. Ułóż szklane szkiełka po obu stronach prostokątnej wnęki, aby ustawić maksymalną wysokość mikroigieł. Zabezpiecz każdą warstwę szkiełka podstawowego, nakładając cienką warstwę roztworu prepolimeru na szkiełka pomiędzy każdą warstwą.

Po zakończeniu naświetl zestaw światłem ultrafioletowym o wysokim natężeniu przez dwie sekundy, aby zamocować szkiełka na miejscu. Następnie ustaw maskę fotograficzną tak, aby powierzchnia pokryta złotem chromowym była skierowana do wnętrza wnęki. Upewnij się, że boki ścian wnęki nie zasłaniają się.

Soczewki osadzone w masce fotograficznej. Wypełnij wnękę roztworem prepolimeru, aż powierzchnia pokryta złotem chromowym zetknie się z roztworem bez widocznych pęcherzyków. Następnie umieść zestaw w stacji utwardzania UV i umieść radiometr obok zestawu, aby zmierzyć intensywność światła UV.

Naświetl zestaw światłem UV o wysokiej intensywności od 320 do 500 nanometrów przez jedną sekundę w odległości 3,5 centymetra od źródła UV. Po ekspozycji na promieniowanie UV usuń maskę fotograficzną za pomocą zestawu mikroigieł i wlej nadmiar roztworu prepolimeru z powrotem do oryginalnego pojemnika w celu ponownego użycia. Określ ilościowo długość i średnicę końcówki mikroigieł za pomocą mikroskopu stereoskopowego, używając standardowych technik z kleszczami.

Umieść mikroigły przymocowane do maski fotograficznej w dołku z 24-dołkową płytką igłą do góry. Dodaj 300 do 400 mikrolitrów roztworu prepolimeru do studzienki, aż igły zostaną zanurzone do wysokości żądanej warstwy nośnej. Następnie naświetl konfigurację światłem UV o wysokiej intensywności o mocy 15,1 wata na centymetr kwadratowy z odległości 10,5 centymetra przez jedną sekundę.

Po polimeryzacji warstwy nośnej oddziel warstwę spodnią na matrycy mikroigłowej od maski fotograficznej za pomocą ostrego ostrza. Następnie określ ilościowo długość, średnicę końcówki, średnicę i średnicę podstawy mikroigieł z warstwą podkładową za pomocą mikroskopu stereoskopowego. Efektywną intensywność promieniowania UV na długości mikroigły i średnicy końcówki badano poprzez zmianę natężenia światła UV od 3,14 do 15,1 watów na centymetr kwadratowy przy stałej ogniskowej i odległości źródła światła.

Stwierdzono, że średnia długość mikroigły i średnica końcówki zwiększały się wraz ze wzrostem intensywności. Pokazano tutaj wpływ 300 mikrolitrów w porównaniu z 400 mikrolitrami materiału nośnego na całkowitą długość mikroigieł, a także siłę pękania igieł zgodnie z oczekiwaniami przy większej ilości materiału podkładowego, igły są ogólnie krótsze, ale zyskują również dodatkową siłę pękania dzięki dodatkowemu podparciu. Po obejrzeniu tego filmu mam nadzieję, że dobrze rozumiesz, jak wytwarzać polimerowe makroigły Po opanowaniu tę technikę można wykonać w ciągu pięciu do 10 minut.

Jeśli zabieg jest wykonywany ostrożnie, a maska fotograficzna jest gotowa, należy pamiętać, w jaki sposób używane są te materiały, takie jak kwas fluorowodorowy i rafy UV, dlatego przez cały czas należy nosić środki ochrony osobistej.