MEMS微针阵列及其在生物医学上的应用

肠道中药物的降解作用和通过肝脏药物的排出。另一种通常用的投药的途径是经过静脉注射， 这种方法在非医疗场所不易使用， 也不好维持和控制药物的释放， 并且对于患者来说不方便， 有痛感。通过皮肤传送药物是很吸引人的新型方法， 但是这种方法由于皮肤极差的渗透性受到限制。由上所述， 微针阵列提供一种新型传送药物的方法， 可以增强经皮肤对药物分子的传输， 实现高效、无痛投药。微针阵列刺入皮肤， 创造了通过角质层传输药物的导管， 一旦药物穿过角质层， 它就通过深层组织迅速扩散并被下面的毛细血管吸收， 形成投药系统。

美国乔治亚州工程学院传送钙黄绿素的微针阵列制作使用反应离子刻蚀技术， 长度在150Lm， 直径50～80Lm， 形成为20×20微针阵列。当微针插入试管中的皮肤时， 显示了极好的机械特性并增强了皮肤对钙黄绿素， 一种众数性药剂的渗透性， 提高至4个数量级。

美国加利福尼亚大学伯克利Sensor and Actuator中心研制的传送胰岛素中空的微针阵列， 把药物悬浮在无水粘性溶液中， 防止药物从装置中流出， 保证完全通过微针阵列传输。微针管道直径为40Lm， 微针高度200Lm， 针尖的曲率半径为100mm（曲率半径越小越容易刺入皮肤）。由实验得出，微针阵列可以成功地插入皮肤下100Lm， 完成高效传送胰岛素。

经皮微针投药应用药物范围很广， 也包括大分子化合物。

瑞典斯德哥尔摩皇家工程学院制作的侧面开口输药的微针阵列。这种轴上开口而不是上端开口的微针， 经过测试， 传送流体的阻率较小， 并且机械强度较高， 刺入和取出都不会损坏。微针的长度为210Lm。

另外， 美国路易斯安那州立大学和德克萨斯州大学利用LIGA工艺， 研制了用于药物传送的聚合体PMMA和金属Ni微针阵列。微针高度200Lm， 内径至外径尺寸范围20～40Lm和40～80Lm。

新的制造工艺使微针阵列迅速发展起来， 微针阵列的设计制作对于新型经皮药物传送系统的发展是极其重要的一步。实验证明， 目前的微针有足够的强度支撑在整个传输过程中的压力。

2.3 流体采样微针

微针在生物医学上的另一个重要应用是流体采样。采样在人体的体液（ 特别是全血） 检测的第一步， 也是很关键的一步。采样的方法对血液的检测有直接的影响， 方法不当， 采出的血液无法用于检测， 严重影响检测的准确性。微针采样， 由于微针极小的尺寸而可以实现无痛微量采血。

加拿大Kumetrix公司研制的硅微针其直径如人的发丝， 可以实现无痛采血。采血的过程与蚊子吸血过程相似。刺入皮肤吸出血样的硅微针大小就像蚊子的刺针， 可以实现无痛采血。而又没有蚊子分泌的化学物质， 所以使人没有痒或其他不舒适的感觉。通过微泵， 毛细血管受力采出血样， 通过微针进入微系统的小玻璃管。由于它尺寸小， 当微针插入皮肤时几乎不接触任何神经， 刺入要求的最小深度以获得微量（可以达到0.1LL以下）血样用作光学或电化学检验。

现在荷兰Micronit研制出了通过毛细血管张力吸出血液的微针阵列， 就可以不需要外部微泵。这种微针有三角形的针尖， 高度400Lm， 底宽250Lm， 椭圆孔的大径70Lm。实验证明可采出的血样。

目前研究微针采血的技术难点有：

（1）高强度微针的 MEM S 新型工艺过程;

（2）流体设备的非牛顿生物学流体设计实现快速有效的试管灌注;

（3）适当的传感器以控制及有限的采样量， 实现毛细管血液超微定量采集。

微针流体采样由于它的特点使人们能够更好地自主监测健康状况， 提高生活质量， 降低医疗费用。

3 MEMS微针的加工工艺

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