Artigo de método

Polimérico Fabrication matriz Microneedle por fotolitografia

DOI:

10.3791/52914

⸱

17 de novembro de 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

Neste artigo

Resumo

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Aqui, apresentamos um protocolo que descreve um processo de fabricação sem molde das microagulhas poliméricas por fotolitografia.

Resumo

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Este manuscrito descreve a fabricação de microagulhas polimérico (Mn) matrizes por fotolitografia. Trata-se de um processo livre de mofo simples usando um photomask constituído por micro-lentes embutidas. Micro-lentes embutidas foram encontrados para influenciar MN geometria (nitidez). MN matrizes robustos com diâmetros que variam entre 41,5 ponta mm ± 8,4 mm e 71,6 mm ± 13,7 mm, com dois comprimentos diferentes (1336 mm ± 193 mm e 957 mm ± 171 mm) foram confeccionados. Estas matrizes de MN podem proporcionar aplicações potenciais na entrega de agentes terapêuticos de baixo molecular e macromolecular através da pele.

Introdução

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Administração transdérmica de fármacos oferece uma abordagem alternativa atractiva para a administração da droga, especialmente para biomoléculas, que são administrados quase exclusivamente por injecções hipodérmicas. No entanto, a pele, especialmente a camada de topo (estrato córneo), é uma barreira formidável prevenção moléculas exógenas de entrar no corpo humano. Recentemente, dispositivos MN surgiram como possibilitando ferramentas para entregar drogas através da pele. Os dispositivos MN criar poros temporários no interior do estrato córneo, para permitir a passagem das moléculas de fármaco para conseguir a desejada actividade fisiológica melhorada com a adesão do paciente e conveniência 1-3.

Foram adotados vários métodos de fabricação para fabricar MNs poliméricos 4. No entanto, eles geralmente envolvem processos complicados e que exigem vários passos longos tempos e / ou temperaturas elevadas para fabricar matrizes milhões. 4 Para simplificar o processo de fabricação, um único processo livre de mofo etapa usandouma fotomáscara foi desenvolvido recentemente 5,6. No entanto, com este método, fabricado MNs teve blunt dicas de agulhas, como nenhum mecanismo estava no local para modificar o caminho ultravioleta (UV) luz envolvido em fotolitografia.

Neste estudo, as microlentes incorporado na fotomáscara têm sido propostos para definir a geometria dos milhões. O protocolo para fabricar máscaras que consistem em microlentes embutidos e, posteriormente, MN fabricação com pontas afiadas usando o photomask são relatados.

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Protocolo

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1. fotomáscara Fabrication

  1. Limpar uma bolacha de 4 "de vidro com solução piranha (H 2 SO 4 / H 2 O 2 na razão 2: 1) durante 20 min a 120 ° C por imersão num tanque de quartzo.
  2. Depositar uma camada de crómio / ouro (30 nm de Cr / 1 uM de Au) camada sobre a bolacha de vidro utilizando um feixe electrónico de evaporação 7 (Figura 1A).
    1. Coloque as bolachas em um evaporador e-beam. Uma vez que o vácuo atinge 5 x 10 -6 Torr, ligue a fonte de alta tensão (10 kV). Controlar a espessura pelo painel de controle monitor.
    2. Pré-limpos cada material durante 30 segundos utilizando a pistola de feixe electrónico, mantendo o obturador "OFF" (a fim de evitar a deposição sobre as bolachas).
  3. Gerar uma camada de máscara photoresist Cr / Au de profunda corrosão úmida do vidro.
    1. Aplicar um fotorresistente espessura de 2 um por fiação de 5 ml da solução durante 30 segundos a 3000 rpm utilizando um sistema de revestimento por pulverização de rotação.Prebake o fotorresistente numa placa de aquecimento a 100 ° C durante 1,5 min.
    2. Expor e asse difícil o photoresist a 120 ° C durante 30 minutos em um prato quente. É crítico para gerar uma superfície hidróf oba e uma forte aderência do foto-resistente para a camada de metal. Padrão da camada de Cr / Au Au usando Cr e condicionadores através do photoresist mascarar 8,9.
  4. Para a proteção da superfície do vidro modelado-un, unir temporariamente a pastilha de vidro de uma pastilha de silício manequim. 9
    1. Coloque a bolacha de vidro sobre uma chapa quente a 110 ° C e a cera derreter no lado oposto da pastilha de vidro (de tal forma que toda a superfície da bolacha é coberto com cera).
    2. Coloque uma pastilha de silício manequim em contato com a pastilha de vidro e pressione para remover o excesso de cera. A fim de evitar o derramamento de cera, coloque um lenço de papel sala limpa sobre a placa.
  5. Executar ataque químico isotrópico da lente usando ácido fluorídrico optimizada (49% v / v)e solução de ácido clorídrico (37% v / v) (numa proporção volumétrica de 10: 1). com um agitador magnético durante 10 min 8,5 Presença do HCl é crítico na obtenção de uma boa qualidade de superfície das lentes geradas.
    1. Assegure-se que a velocidade de gravação é de 7 um / min; utilizando um volume total de 200 ml de solução de gravação. Executar ataque químico num recipiente de plástico e tomar precauções de segurança para esta etapa de processamento.
    2. Limpar a bolacha na (DI) de água desionizada por enxaguamento e secagem adicional à temperatura ambiente.
  6. Após a conclusão do processo, separar a pastilha de vidro a partir da bolacha de silício do manequim e aquecer a cera usando uma chapa quente a 100 ° C durante 15 seg. Como a cera derrete a esta temperatura, separar a pastilha de vidro a partir da bolacha de silício do manequim.
  7. Remova a cera restante, o fotorresistente e as salientes Cr / Au camadas nos bordos das lentes que utilizam ultra-sons durante 1 hora, utilizando N-metil-2-pirrolidona como solvente a 80 ° C num tanque de ultra-sons.
  8. Criar uma réplica molde PDMS das microlentes fabricadas nas máscaras 11.
  9. Caracterizar as dimensões fotomáscara (comprimento e largura) e o molde microlentes PDMS (profundidade e diâmetro) réplicas usando um microscópio eletrônico de varredura e microscópio estereoscópico, respectivamente. 12-14

2. Eixos MN Fabrication

  1. Criar uma cavidade de 2,5 cm x 0,9 cm, utilizando as lâminas de vidro montados em ambos os lados de um vidro. O número das lâminas de vidro empilhadas em ambos os lados vai determinar a altura da cavidade conhecido como espaçador de espessura (Figura 1B).
  2. Fixe cada camada da placa de vidro através da aplicação de uma fina camada da solução de pré-polímero que contém o poli (etileno-glicol) diacrilato (PEGDA, PM = 258 Da) com 0,5% w / w de 2-hidroxi-2-metil-propiofenona (HMP) para a lâmina de vidro, seguido por irradiação da luz configurado com o ultravioleta de alta intensidade (UV) de 2 seg.
  3. Posicione o photomaSK (previamente fabricado) com as superfícies de Cr / Au revestida voltada para o interior da cavidade. Assegure-se que os lados das paredes da cavidade são não obscurecer as lentes embutidas na fotomáscara.
  4. Encher a cavidade com a solução de pré-polímero até que a superfície revestida a Cr / Au está em contacto com a solução sem quaisquer bolhas visíveis.
  5. Irradiar a configuração com elevada intensidade de luz UV de uma intensidade desejada por 1 segundo a uma distância de 3,5 cm da fonte de UV usando a estação de cura por UV com uma gama de filtro de UV de 320-500 nm. Utilize um adaptador collimating com a sonda de luz UV.
  6. Medir a intensidade de luz UV utilizado usando um radiómetro.
  7. Após exposição à radiação UV, remover a foto-mascara com a matriz de milhões. Verter a solução de pré-polímero em excesso que não é polimerizado no processo volta para o seu recipiente original para reutilização.
  8. Quantificar o diâmetro e o comprimento da ponta dos MNS usando um microscópio estereoscópico de acordo com as instruções do fabricante.
3. MN Backing Camada de Fabricação

  1. Com uma pinça, colocar os MNS (previamente fabricado) fixos sobre a foto-mascara em um poço de uma placa de 24 poços como mostrado na Figura 1C.
  2. Adicionar um volume específico (300 - 400 ul) da solução de pré-polímero no poço, até as agulhas estão submersas a uma altura desejada. Este volume determina a espessura da camada de suporte resultante.
  3. Irradiar a configuração com luz UV de alta intensidade (15,1 W / cm 2), 10,5 cm de distância da fonte de UV com a duração de 1 segundo.
  4. Separa-se a camada de suporte sobre a matriz de manganês a partir da fotomáscara usando uma lâmina afiada.
  5. Quantificar o diâmetro comprimento, diâmetro da ponta e da base do MNS com a camada de suporte usando um microscópio estereoscópico de acordo com as instruções do fabricante.

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Resultados

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A geometria das MNS pode ser significativamente afectada pelas características de fotomáscara de microlentes e embutidos. O grau de refracção afecta o caminho de transmissão dos raios UV, que influenciaram a geometria MN (Figura 2A). Cada microlente foi encontrada para ter um diâmetro de 350 um, a 130 uM achatada superfície convexa, e uma profundidade de 62,3 uM (Figura 2B-D). Utilizando o teorema de Pitágoras, o raio de curvatura da primeira superfície mostrou-se 272,89 uM. A distância...

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Discussão

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O protocolo acima descrito para o fabrico da matriz de MNS foi apresentada para fabricar a matriz MNS de ~ 1 cm 2. As matrizes podem ser aumentados através da criação de uma cavidade grande tamanho e usando uma fotomáscara maior. O aumento de tamanho da cavidade pode ser criado através do aumento da largura entre os espaçadores de cada lado. Embora cada passo para fabricar as matrizes MN no protocolo foi importante, os passos mais importantes foram: o posicionamento photomask, o preenchimento de solução de pr...

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Divulgações

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Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Agradecimentos

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Este estudo foi apoiado por uma bolsa da Singapore National Research Foundation (NRF) NRF2012NRF-POC001-043.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Diacrilato de poli(etilenoglicol) (PEGDA Mn=258)SIGMA 475629-500ML
2-hidroxi-2-metil-propiofenona (HMP)SIGMA 405655-50ML
Colágeno bovino tipo 1, conjugado FITC SIGMA C4361
   EXFO Photonic Solutions Inc., CanadáOmniCure S2000-XL
EXFO Photonic Solutions Inc., CanadáEXFO 810-00042
Placa de 24 poçosThermo Fisher Scientific, EUA
Estereomicroscópio Nikon SMZ 1500 Nikon, Japão
Medidor de força digital Dillon GL-500 Dillon, EUA
Microscópio confocal A-1R Nikon, Japão
Estação de cura UV Adaptador de colimação

Referências

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