CN1321706C - 一种数组式微针软质基材结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种数组式微针软质基材结构及其制造方法，其结构主要包含针状物以及柔软基材。其中针状物结构具有顶端、侧壁以及底座。且同时，柔软基材紧绕针状物的侧壁覆盖于与针状物顶端相对的针状物底座表面上。由于此结构以针状物搭配软质基材，因此贴覆性增加，更有利于背后药物释放、且可充分发挥大面积制作的特性。

Description

一种数组式微针软质基材结构及其制造方法

发明领域

本发明是关于一种阵列式微针结构及其制造方法，特别是关于一种使用软质基材的阵列式微针结构及其制造方法。

背景技术

目前微机电系统是世界各国积极介入的一个新兴领域，所以各地区的定义都不大相同，在欧洲称为微系统技术(Micro-system Technology，MST)，其定义为一个智能型微小化的系统包含感测、处理或致动等功能，包含两个或多个电子、机械、光学、化学、生物、磁学或其它性质整合到一个单一或多芯片上。在美国称之为微机电系统(Micro-electromechanical Systems，MEMS)，其定义为整合的微组件或系统，包含利用IC兼容批次加工技术制造的电子和机械零件，该组件或系统的大小从微米到毫米。在日本则称作微机械(Micro-machines)，定义为体积很小且能执行复杂微小工作、具功能性零件的组件。

本发明则是针对以微机电技术所制作出的数组式微针结构而提出。而目前所谓数组式微针，是通过一定工艺将针状物数组式设置于硬质基材上的结构。由于在每个针状物上可设置有开孔，或是针状物表层为一导电材质，因此常应用于药物施放贴片或是人体微讯号侦测等。

因此，已知数组式微针结构即如前述，为主要将针状物设置在硬质基材，如硅(silicon)或是玻璃(glass)上，虽现行微机电技术已可将数组式微针尺寸控制在5～500微米高度之间，但已知数组式微针具有硬质基材的结构在运用上却有着不少困扰。

请参考图1A，图1A是美国专利申请案20020082543号的数组式微针结构图。在图1A中，数组式微针结构100的针状物142即是设置在材质为硅(silicon)的基材132上(针状物142本身通常亦为硅材质)。由于此数组式微针结构100为使用硬质的基材132，因此当数组式微针结构100运用作为药物施放贴片时，会造成药物无法有效植入皮肤中。

其原因请参考图1B，图1B绘示的是数组式微针结构贴片与皮肤接触的简单示意图。在图1B中，由于数组式微针结构贴片100的硬质基材132未能完全贴合于不平坦的皮肤150表面上，而无法使得基材132上每一针状物142顶端开孔(未示出)所携带的药物皆有效植入皮肤150中。

然而，使用硬质基材的数组式微针结构，除了不适合贴负在不平坦的表面外，也因本身硬质基材关系，造成在其它运用上的不适当。

请参考图2A，图2A是美国专利申请案20020082545号的微装置简单示意图。图2A中的微装置210是一种可将药物植入皮肤256内的装置。其中，基材230上形成有一个槽240，可将药物置入槽240中，而槽240的顶盖220是一种塑料材质，且顶盖220上具有指套250。因此，欲使用此微装置210将药物植入皮肤256内时，需将手指264伸入指套250内以手指264对顶盖220施压，迫使药物流过基材230与针状物262间的透孔260经针状物262顶端开口258植入皮肤256内。

而此微装置210中，基材230与针状物262间的透孔260形成并不容易。其原因在于针状物262形成于基材230上时，针状物262本身针头部分可经由微机电工艺而具有开孔，但针状物262开孔却还需要额外工艺才能与基材230形成透孔。因此，基材230与针状物262间的透孔260形成并不容易，且成功率不高。

此外，当手指264对顶盖220施压时，除了顶盖220受到外力外，基材230亦受到外力。请参考图2B，图2B绘示的是图2A基材230受外力时的简单示意图。由于在数组式微针结构的微机电工艺中，基材230所常选用的硅是一种属于单晶硅结构的脆材，故基材230很容易受外力冲击而破坏。且同时，若微装置210使用大面积的基材230，将使得基材230显得更加脆弱。

因此，使用硬质基材的数组式微针结构的确具有下列缺点：

1.硬质基材无法具有较佳的贴覆性。

2.硬质基材与针状物间不易形成透孔。

3.硬质基材容易受外力冲击而脆裂。

4.硬质基材因脆弱而无法应用在大面积上。

有鉴于此，本发明提出一种数组式微针软质基材结构及其制造方法，除贴覆性增加外，更有利于背后药物释放、且可充分发挥大面积制作的特性。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种数组式微针软质基材结构，其主要包含针状物以及柔软基材。其中所述针状物结构具有顶端、侧壁以及底座。而所述柔软基材紧绕针状物的侧壁设置、且覆盖于与针状物顶端相对的该针状物底座表面上。

本发明的次要目地是提供另一种数组式微针软质基材结构，亦主要包含针状物以及软质基材。但针状物表面具有沿针状物侧壁延伸至针状物底座的导电层，且柔软基材紧绕针状物的侧壁设置、且覆盖于与针状物顶端相对的针状物底座表面上，且柔软基材的分布方式恰可使导电层两端露出以传导讯息。

在本发明较佳实施例中，数组式微针软质基材结构可因不同运用而具体选用不同的素材。举针状物为例，当数组式微针软质基材结构用于药物施放时，可选用顶端具有开口的针状物。

本发明最后目的在于提供一种数组式微针软质基材结构的制造方法，其主要包含先在针状物顶端、侧壁区域以及靠近针状物侧壁的针状物底座区域进行离子布置。然后在与针状物顶端相对的针状物底座以及部分侧壁的表面上涂布柔软基材，以使柔软基材紧绕着针状物侧壁分布在针状物底座上。最后，蚀刻针状物，以使靠近针状物侧壁且与针状物顶端相对的针状物底座表面上覆盖有柔软基材。

在本发明较佳实施例中，此制造方法更包含在进行离子布置之前，在针状物侧壁的表面，以及与针状物顶端相对的针状物底座的表面镀上一导电层，以利于将讯号经由针状物侧壁上的导电层传导至针状物底座的导电层。

而离子布置的方法包含先在针状物顶端、侧壁区域以及底座区域表面上涂布一层光刻胶层。然后对针状物顶端、侧壁区域以及靠近针状物侧壁的针状物底座区域表面上的光刻胶进行曝光。最后对针状物顶端、侧壁区域以及底座区域表面上的光刻胶进行显影，以进行离子布置。

其中，光刻胶涂布的方法还包含利用光罩定义针状物顶端、侧壁区域以及靠近该针状物侧壁的该针状物底座区域以对些区域表面上的光刻胶进行曝光。

至于此制造方法在进行离子布置后，更包含再对针状物顶端、侧壁区域以及靠近针状物侧壁的针状物底座区域表面上涂布一层光刻胶。然后对针状物底座区域表面上的光刻胶进行曝光、显影，以在与针状物顶端相对的针状物底座区域表面上涂布柔软基材。

本发明所涉及的具体离子布置、蚀刻技术均是本领域的惯用技术，本文不就此加以详述。

综合上述，本发明提出一种数组式微针软质基材结构及其制造方法，藉由针状物与柔软材料基底的结合，除可增加其贴覆性外，更有利于背后药物释放、且可充分发挥大面积制作的特性。

附图说明

图1A是美国专利申请案20020082543号的数组式微针结构图；

图1B是数组式微针结构贴片与皮肤接触的简单示意图；

图2A是美国专利申请案20020082545号的微装置简单示意图；

图2B是图2A基材230受外力时的简单示意图；

图3A、图3B分别是本发明较佳实施例中的阵列式微针软质基材结构的简单示意图以及简单应用图；以及

图4A～I是本发明较佳实施例，可同时有利于背后药物释放以及人体讯号测量的数组式微针软质基材结构工艺流程的简单示意图。

图号说明：142、262、310、400：针状物132、230、320：基材100、300、490：数组式微针结构150、256：皮肤210：微装置240：槽220：顶盖250：指套260、495：透孔258、405：针状物顶端开  264：手指330：不平坦的表面403：针状物顶端410：针状物侧壁430：针状物底座455：光罩450、460：光刻胶465：导电层467：柔软材料。

具体实施方式

下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明，以便对本发明有更深入的了解。

本发明基于目前数组式微针结构所选用的单晶硅基材属于脆材，除很容易因为外力的冲击而脆裂外，且此数组式微针硬质基材结构应用于贴片系统时，有贴覆性不佳、透孔不易形成、大面积制作不易的困扰。此外，针列微针硬质基材结构的贴片系统在药物施放方面，为将药物放入针状物顶端开孔内部以达成药物施放，但其驱动方式与容量也是一项困难技术。因此本发明构想以柔软材料作为数组式微针结构的基材，藉由针状物与柔软基材的结合，以达到提供背面药物施放或体检采集，对于数组式微针结构的应用有着更大空间。

请同时参考图3A以及图3B，图3A、图3B分别是本发明较佳实施例中的阵列式微针软质基材结构的简单示意图以及简单应用图。当图3A中数组式微针结构300将针状物310设置在软质基材320如硅胶(Silicon Rubber)、压克力胶(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚合物材料上时，由于针列微针结构300可随意变形，因此数组式微针结构300可如图3B所示，轻易贴覆于像皮肤不平坦的表面330上。

本发明除了主要使用软质材料作为数组式微针结构的基材外，可因不同需求而采用不同针状物结构搭配软质基材。举例来说，用于背后药物施放的数组式微针软质基材结构，其针状物结构为在其顶端上具有干口，以使药物由基材背后透过并经针状物开口释放出。又举例来说，若用于人体讯号测量的数组式微针软质基材结构，其针状物结构为在其侧壁以及底座表面上镀有导电层，以使人体讯号可经由针状物侧壁传导至针状物底座输出。

因此，本发明除了与已知使用硬质基材的数组式微针结构不同外，本发明数组式微针结构使用软质基材的工艺亦随着需求而有所不同。

请参考图4A～I，图4A～I是本发明较佳实施例，可同时有利于背后药物释放以及人体讯号测量的数组式微针软质基材结构工艺流程的简单示意图。首先如图4A所示，在顶端403具有开口405的针状物400表面以蒸镀方式镀上导电层465，如金属层。且将导电层465由针状物400侧壁410表面420延伸至针状物400底座430的表面440上，以使人体讯号将来可经由针状物400上导电层465的两端传导。

之后，准备在针状物400顶端403、侧壁410区域以及靠近针状物侧壁410的针状物底座430区域进行离子布置，以形成针状物400稍后的外观。

熟悉此技艺者可知，此区域的离子布置，可经过如半导体工艺中的上光刻胶、曝光、显影、去光刻胶等步骤以完成。因此，可如图4B所示，先在针状物400表面上涂布一层光刻胶450，然后利用光罩455限定离子布置区域后曝光。再对曝光后所留下来的结构，如图4C所示，进行离子布置。而离子布置后，将针状物400上的光刻胶去除，即如图4D所示，针状物400仅在顶端403、侧壁410区域以及靠近侧壁410的底座430区域内接受离子布置。

然后，在与针状物400顶端403相对的针状物400底座430表面上以及此表面的导电层上涂布一层柔软材料作为基材，且设法使柔软材料紧绕着针状物400侧壁上的导电层分布。此作法为使柔软材料在作为针状物400基材同时，亦能稳固附着在针状物400上。为完成此工艺，如图4E所示，可先利用如图4C的方式，在针状物400顶端403区域以及侧壁410部分区域上形成一层光刻胶460。再如图4F所示，在与针状物400顶端403相对的针状物400底座430表面(包含此表面的导电层)、以及部分侧壁410导电层465表面上涂布一层柔软材料467作为基材，且稍后将光刻胶460从针状物400上去除，以形成如图4G所示形状。

最后，当针状物400上的柔软材料紧密围绕着侧壁410部分区域上导电层465且分布于底座430上时，对针状物400进行蚀刻。由于针状物400本身在顶端403、侧壁410区域以及靠近侧壁410的底座430区域具有离子布置，因此在对针状物400本身进行蚀刻时，针状物400底座430中有离子布置区域与无离子布置区域便有着不同的蚀刻速率。即针状物400底座430中有离子布置区域的蚀刻速率较慢，而针状物400底座430中无离子布置区域的蚀刻速率较快。

而当针状物400蚀刻完毕后，针状物400底座430中无离子布置的的区域被完全蚀刻，仅留下有离子布置的区域，且如图4h所示，形成本发明较佳实施例最后所欲形成的数组式微针软质基材结构490。

因此，本发明较佳实施例中的此数组式微针软质基材结构490特点在于：

1.此数组式微针软质基材结构490主要为针状物400与软质基材467的结合，可适用于各种不同的表面。

2.针状物上具有导电层465，且针状物400导电层的两端分别露出于针状物400侧壁410以及柔软基材467与底座430之间，而导电层465的两端可分别用于侦测如人体等的讯号以及将讯号导出。

3.若增加图4G的蚀刻时间，可形成如图4I所示，在针状物400顶端403与底座430间形成透孔495，以完成背后药物施放。

4.由于本发明使用软质材料作为基材，因此本发明制作为大面积时，不会有容易脆裂的情况发生。

综合上述，本发明提出一种数组式微针软质基材结构及其制造方法，使用软质基材与针状物结合以形成阵列式微针结构，除增加其贴覆性外，更有利于背后药物释放、且可充分发挥大面积制作的特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，当不能来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数组式微针软质基材结构，其包含：

针状物，具有顶端、侧壁以及底座；以及

柔软基材，紧绕该针状物的侧壁的一部分、且覆盖于与该针状物顶端相对的该针状物底座表面。

2.如权利要求1所述的数组式微针软质基材结构，其中针状物顶端有一孔。

3.如权利要求第1项所述的数组式微针软质基材结构，其中该柔软基材选自硅胶、聚二甲基硅氧烷、压克力胶、聚乙烯及聚丙烯之一种。

4.一种数组式微针软质基材结构，其包含：

针状物，具有顶端、侧壁以及底座，该针状物表面具有沿该针状物侧壁延伸至该针状物底座的导电层；以及

柔软基材，紧绕该针状物的侧壁的一部分、且覆盖于与该针状物顶端相对的该针状物底座表面，且该柔软基材的分布恰可使该导电层两端露出以传导讯息。

5.如权利要求4所述的数组式微针软质基材结构，其中该针状物顶端有一孔。

6.如权利要求4所述的数组式微针软质基材结构，其中该柔软基材选自硅胶、聚二甲基硅氧烷、压克力胶、聚乙烯及聚丙烯之一种。

7.一种数组式微针软质基材结构的制造方法，其包含下列步骤：

A.进行离子布置于针状物顶端、侧壁区域以及靠近该针状物侧壁的该针状物底座区域；

B.涂布柔软基材于与该针状物顶端相对的该针状物底座以及部分侧壁表面上，以使该柔软基材紧绕着该针状物侧壁的一部分、并分布在该针状物底座上；以及

C.蚀刻该针状物，以使该柔软基材覆盖于靠近该针状物侧壁且面对该针状物顶端的该针状物底座表面上。

8.如权利要求第7项所述的数组式微针软质基材结构的制造方法，其中该方法还包含下列步骤：

D.在进行该离子布置之前，镀上导电层于该针状物侧壁的表面以及与该针状物顶端相对的该针状物底座的表面，以传导讯号由该针状物侧壁上的导电层至该针状物底座的导电层。

9.如权利要求8所述的数组式微针软质基材结构的制造方法，其中该方法还包含下列步骤：

E.以蒸镀方式镀上该导电层。

10.如权利要求8所述的数组式微针软质基材结构的制造方法，其中该离子布置按如下步骤进行：

F.涂布一层光刻胶于该针状物顶端、侧壁区域以及底座区域表面上；

G.曝光该针状物顶端、侧壁区域以及靠近该针状物侧壁的该针状物底座区域表面上的光刻胶；以及

H.显影该针状物顶端、侧壁区域以及底座区域表面上的光刻胶，以进行离子布置。

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