Методическая статья

Полимерные микроиглы массив Изготовление по фотолитографии

DOI:

10.3791/52914

⸱

17 ноября 2015 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

Здесь мы представляем протокол, описывающий процесс изготовления полимерных микроигл без плесени с помощью фотолитографии.

Аннотация

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

Эта рукопись описывает изготовление полимерных микроиглы (MN) массивов с помощью фотолитографии. Она включает в себя простой формы без процесса с помощью фотошаблона, состоящую из встроенных микролинз. Были найдены Встроенные микро-линзы влиять MN геометрию (Резкость). Надежные массивы MN диаметром кончика диапазоне от 41,5 мкм ± 8,4 мкм и 71,6 мкм ± 13,7 мкм, с двумя различными длинами (1,336 мкм ± 193 мкм и 957 мкм ± 171 мкм) были изготовлены. Эти массивы могут MN предоставить потенциальным приложения в поставке низкомолекулярных и высокомолекулярных терапевтических агентов через кожу.

Введение

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

Трансдермальной доставки наркотиков предлагает привлекательный альтернативный подход для введения наркотиков, особенно для биомолекул, которые почти исключительно в ведении подкожных инъекций. Тем не менее, кожа, особенно верхний слой (роговой слой), является грозным барьером, который мешает экзогенных молекул въезд на человеческий организм. Недавно, устройства MN появились как позволяет инструменты, чтобы доставлять лекарства через кожу. Величина Mn устройства создают временные поры внутри рогового слоя, чтобы позволить прохождение молекул лекарства для достижения желаемого физиологической активностью с улучшенным соблюдение пациентом и удобства 1-3.

Различные методы изготовления были приняты для изготовления полимерных МНс 4. Тем не менее, они, как правило, связаны сложные и многочисленные процессы, требующие шаг длительного времени и / или высоких температур для изготовления массивов МНБ. 4 Чтобы упростить процесс изготовления, один шаг процесс пресс-формы для свободного использованияфотошаблон был разработан недавно 5,6. Тем не менее, с помощью этого метода, изготовлены MNS тупые советы иглы, а нет механизма было на месте, чтобы изменить путь ультрафиолетового (УФ) света, участвующих в фотолитографии.

В этом исследовании, внедренные в микролинзы фотошаблона были предложены для определения геометрии МНБ. Протокол изготовления фотошаблонов для состоящие из встроенных микролинз и впоследствии MN изготовление с остроконечные помощью фотошаблона сообщается.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Изготовление Photomask

  1. Очистите 4 "стеклянный пластины с пираньи решение (H 2 SO 4 / H 2 O 2 в соотношении 2: 1) в течение 20 мин при 120 ° С путем погружения в кварцевой бака.
  2. Депозит слой хрома / золота (30 нм Cr / 1 мкм Au) слой на стеклянной подложке с использованием электронно-лучевой испаритель 7 (Рис. 1А)
    1. Поместите пластины в электронно-лучевой испаритель. После того, как вакуум достигает 5 х 10 -6 Торр, включите источник высокого напряжения (10 кВ). Контролировать толщину по панели управления монитора.
    2. Предварительная очистка каждый материал в течение 30 сек с помощью электронной лучевой пушки, сохраняя затвор "OFF" (во избежание отложения на пластинах).
  3. Создание маскирующего слоя фоторезиста Cr / Au для глубокого влажного травления стекла.
    1. Нанесите толстый фоторезиста 2 мкм, вращая 5 мл раствора в течение 30 сек при 3000 оборотах в минуту с использованием системы напылительной машины спин-распылитель.С предварительным обжигом фоторезиста на плите при 100 ° С в течение 1,5 мин.
    2. Expose и трудно испечь фоторезиста при 120 ° С в течение 30 мин на горячей плите. Очень важно, чтобы генерировать гидрофобную поверхность и прочное сцепление фоторезиста металлический слой. Шаблон слой Cr / Au с помощью Cr и Au травильных через фоторезиста замаскировать 8,9.
  4. Для защиты поверхности стекла не-рисунком, временно скрепить стеклянную пластину к фиктивной кремниевой пластины. 9
    1. Поместите стеклянную пластину на горячей плите при 110 ° С и расплавить воск на противоположной стороне стекла пластины (таким образом, что вся поверхность пластины покрыта воском).
    2. Поместите фиктивный кремниевой пластины в контакте с стеклянной пластины и нажмите, чтобы удалить лишнюю воск. Для того, чтобы избежать разлива воска, разместить чистую бумагу номере ткани на плите.
  5. Выполнение изотропного травления с использованием объектива оптимизированный фтористоводородной кислоты (49% об / об)и соляной кислоты (37% об / об) раствор (в объемном соотношении 10: 1). магнитной мешалкой в течение 8,5 мин 10 Наличие HCl имеет решающее значение в достижении хорошего качества поверхности, генерируемых линз.
    1. Убедитесь, что скорость травления 7 мкм / мин; используя общий объем 200 мл травильного раствора. Выполните травление в пластиковый контейнер и принять меры предосторожности для этого шага обработки.
    2. Очистите пластины в деионизированной (DI) воды ополаскивания и сушки дополнительно при комнатной температуре.
  6. После завершения процесса, разделить стеклянный пластины из фиктивной кремниевой пластины и разогреть воск, используя горячую плиту при 100 ° С в течение 15 сек. Как тает воск при этой температуре, отсоединить от пластины стекла фиктивной кремниевой пластины.
  7. Удалить остатки воска, фоторезист и нависающей слоев Cr / Au на краях линз с помощью ультразвука в течение 1 часа с использованием N-метил-2-пирролидон в качестве растворителя при 80 ° С в ультразвуковую ванну.
  8. Создать PDMS формы реплику микролинз, изготовленных на фотошаблонов 11.
  9. Характеристики размеров фотошаблона (длины и ширины) и пресс-формы микролинз PDMS (глубина и диаметр) реплик с помощью сканирующего электронного микроскопа и стереомикроскопа соответственно. 12-14

2. Валы MN Изготовление

  1. Создать полость 2,5 см × 0,9 см с помощью стеклянных слайдов установлены на обеих сторонах стекла. Число стеклах уложенных по обе стороны будет определять высоту полости, известной как толщины прослойки (Фиг.1В).
  2. Безопасный каждый слой стекло с применением тонкий слой форполимера раствором, содержащим поли (этиленгликоль) диакрилат (PEGDA, ММ = 258 Да) с 0,5% вес / вес 2-гидрокси-2-метил-пропиофенона (HMP) на предметное стекло с последующим облучением создан с ультрафиолетовой высокой интенсивности (УФ) светом на 2 сек.
  3. Расположите photomaSK (ранее сфабрикованы) с Cr / Au, покрытых поверхностей, обращенных внутрь полости. Убедитесь, что стороны стенки полости не затеняя линзы, встроенные в фотошаблона.
  4. Заполнить полость с раствором форполимера, пока поверхность Cr / Au покрытием не находится в контакте с раствором без видимых пузырьков.
  5. Облучать установку с высокой интенсивностью УФ свете желаемой интенсивности в течение 1 сек на расстоянии 3,5 см от источника УФ помощью УФ-отверждения станцию ​​с УФ-фильтром диапазоне 320-500 нм. Использование коллимирующей адаптер ультрафиолетовым светом зонда.
  6. Измерьте интенсивность УФ света, используемого с помощью радиометра.
  7. После УФ облучения, удалить фотошаблона с массивом МН. Вылейте лишний раствор форполимера, который не полимеризуется в процессе обратно в оригинальной упаковке для повторного использования.
  8. Количественно длины и диаметра наконечника МНБ с использованием стереомикроскопа в соответствии с инструкциями изготовителя.
3. Н. защитный слой Изготовление

  1. С пинцетом, положите МНБ (ранее сфабрикованы), прикрепленные на фотошаблон в лунку 24-луночного планшета, как показано на рисунке 1С.
  2. Добавить указанный том (300 - 400 мкл) форполимера раствором в скважину до тех пор, пока иглы погружают в нужную высоту. Этот объем определяет толщину получаемого защитным слоем.
  3. Облучать установку с высокой интенсивностью УФ-излучения (15,1 Вт / см 2), 10.5 см от УФ-источника для длительностью 1 сек.
  4. Отделите защитный слой на массиве MN от фотошаблона с использованием острое лезвие.
  5. Количественно диаметр длина, диаметр наконечника и базовый МНБ с защитным слоем, используя стереомикроскопа в соответствии с инструкциями изготовителя.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Геометрия МНБ может быть значительно пострадавших от фотошаблона характеристик и встроенных микролинз. Степень преломления влияет на путь передачи ультрафиолетовых лучей, которые повлияли на геометрию MN (фиг.2А). Каждый микролинз было установлено, что диаметр 350 мкм, 130 мкм через плоские выпуклую поверхность, и 62,3 мкм Глубина (2В-D). Использование теорема Пифагора, радиус кривизны первой поверхности Было обнаружено, что 272.89 мкм. Фокусное расстояние было рассчитано, чтобы быть 50...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Протокол описано выше для изготовления массива MnS были представлены для изготовления массив МНС ~ 1 см 2. Массивы могут быть расширены путем создания большой размер полости и с помощью большего фотошаблона. Увеличенный размер полости могут быть созданы за счет увеличения ширины между распорками по обе стороны. Хотя каждый шаг, чтобы изготовить MN массивы в протоколе было важно, наиболее важные шаги были: фотошаблон позиционирования, наполнение форполимерного решения, и облучение установки. Позиционирование ф...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

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

Это исследование было поддержано грантом Национального исследовательского фонда Сингапура (NRF) NRF2012NRF-POC001-043.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Поли(этиленгликоль) диакрилат (PEGDA Mn=258)SIGMA 475629-500ML
2-гидрокси-2-метил-пропиофенон (HMP)SIGMA 405655-50ML
Бычий коллаген тип 1, конъюгат FITC СИГМА C4361
Станция УФ-отверждения     EXFO Photonic Solutions Inc., КанадаOmniCure S2000-XL
 EXFO Photonic Solutions Inc., КанадаEXFO 810-00042
24-луночный планшетThermo Fisher Scientific, США
Стереомикроскоп Nikon SMZ 1500 Nikon, Япония
Dillon GL-500 цифровой указатель силы Диллон, США
Конфокальный микроскоп A-1R Nikon, Япония
Коллиматорный адаптер

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи