MEMS微针的加工工艺 - MEMS微针阵列及其在生物医学上的应用

微细加工工艺主要有在半导体工艺上发展起来的硅微加工工艺、利用X射线光刻和电铸的LIGA工艺以及超微精密机械加工和特种加工技术。目前微针制作工艺主要是硅微加工工艺和LIGA工艺。

利用硅微加工工艺制作微针。工艺流程大概有热氧化， 光刻， 体硅腐蚀， ICP， RIE 等， 当微针阵列用做电极时， 需要完全溅射金属的过程。这种加工方法的特点是成本相对较低， 不存在粘贴性的问题， 结构形状较多， 可实现比较尖锐的针尖结构， 可批量生产。局限性是材料只能采用硅， 所要求的较高的深宽比不容易控制。

美国路易斯安那州立大学和德克萨斯州大学是用利用LIGA工艺制作的传送药物的微针阵列。利用200Lm的PMMA片键合在钛和硅的衬底上， 用X射线光刻， 在冲洗及电镀。形成了微针的模子， 经过电铸最后形成Ni微针阵列。也可以用X射线照射PMMA， 直接形成了PMMA材料的微针阵列。LIGA工艺的特点是工艺简单， 能实现较高的深宽比， 能以小于1Lm的精度进行几百微米至1毫米的深度加工， 可加工多种材料， 如金属、陶瓷、玻璃、塑料， 及这些材料的结合物等， 突破了半导体加工技术对材料和深度的限制。LIGA工艺的关键是要用X射线同步辐射光源， 而同步辐射光源价格昂贵， 使其应用受到了限制。

最近根据LIGA工艺的优缺点， 研制出一种新的技术， 准LIGA工艺。其工艺过程和LIGA基本相同， 只是不需要同步放射X线源， 而利用常规紫外光刻设备和掩膜在光敏材料上光刻形成模子， 再电铸金属形， 因此也称UV-LIGA。这样， UV-LIGA的成本大大降低。我们可以考虑用该工艺方法来实现高深宽比的微针结构。预计UV-LIGA在不久发展成熟会成为极具活力的工艺方法。

4 结束语

基于MEMS工艺的生物医学微针阵列可以广泛应用于生物医学测量， 药物传送， 微流体采样等领域， 它具有尺寸小， 强度高， 用材具有生物兼容性等特点， 从而减少刺入位置的损伤， 给患者提供了更好的运动自由性， 实现无痛， 可以精确控制刺入的深度， 阵列便于重叠封装入仪器设备， 给生物医学领域注入了极大的活力， 为患者提供无痛、高效、安全的医疗手段， 更符合医学研究人性化的特点。微机械工艺技术的高速发展使微针制造工艺更加完善， 根据需要设计最优化结构的微针， 以满足各个方面的需要。基于MEMS生物医学微针阵列是具有很大潜力的一种生物医学方法， 值得进一步研究。