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系統識別號 U0002-2407200611104900
中文論文名稱 微針陣列之研製
英文論文名稱 Fabrication of Microneedles
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 蔡杰修
研究生英文姓名 Chieh-Hsiu Tsai
電子信箱 693340043@s93.tku.edu.tw
學號 693340043
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-07-14
論文頁數 58頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-洪啟峰
委員-楊龍杰
委員-康尚文
中文關鍵字 微針陣列  V型槽  SU-8光阻  光刻微影  快速蝕刻面 
英文關鍵字 Microneedles  V-groove  SU-8  Photolithography  Fast-etching planes 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究分別利用兩種不同材料並搭配不同的製程技術,設計並完成兩種形貌之微針陣列:高分子微針陣列和矽質微針陣列,其高度分別為236 μm和350 μm。並計劃進行藥物滲透經皮測試,以評估微針陣列對於促進藥物滲透之可行性。
高分子微針陣列係利用矽晶片蝕刻出V型槽作為模仁材料,而後再將SU-8塗佈於模仁材料上,控制光阻膜厚的製程參數使其得以成功的翻模製作完成236 μm之微針。矽質微針陣列則採用矽晶片做為基材並使用氫氧化鉀(KOH)蝕刻液進行非等向性蝕刻,在精準的控制蝕刻時間且同時利用蝕刻時矽晶片因為側向蝕刻(undercut)特性產生快速蝕刻面(Fast-etching planes)之原理成功製作完成350 μm之微針。
英文摘要 This research paper was performed to study and utilizes two kinds of materials which matches with two different fabrications in order to design an ideal shape of microneedles. The technology employs the polymer microneedles and the silicon microneedles with the height 236 μm and 350 μm respectively. Moreover, the transdermal drug delivery investigation will be conducted through the experimental results to estimate the feasibility of microneedles.
Interestingly, the polymer microneedles utilizes molding structure of silicon wafer which uses V-groove by KOH anisotropic wet etching. The SU-8 negative photo-resist has been introduced for the subject structural material of the microneedles, and utilizies photolithography to take and form a shape. Silicon microneedles utilizes silicon wafer as a substrate to manufacture by KOH etching solution, solely depending on controlled etch time and the principle of Fast-etching planes help to fabricate successfully.
論文目次 目 錄
中文摘要……………………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………Ⅱ
目錄............................................... Ⅲ
圖目錄..................................................Ⅵ
表 目 錄……………………………………………………………..Ⅸ
第一章 緒論…………………………………………………………….1
1-1 研究動機……………………………………....……..1
1-2 文獻回顧……………………………………………..2
1-3 研究目的……………………………………………….10
第二章 微針陣列之設計和製程………………………………………11
2-1 人體皮膚構造簡介………………………….…………11
2-2 微針陣列基礎設計原理……………….…………...13
2-3 高分子微針陣列之設計理論……………….…………14
2-3-1 SU-8負型光阻之簡介……………….…………14
2-3-2 V型槽製作原理…………………….…………..16
2-3-3 SU-8膜厚設計…………………….……………19
2-3-4 高分子微針陣列設計結果…………………….20
2-4矽質微針陣列之設計理論…………………….……… 21
2-4-1 快速蝕刻面(Fast-etching planes)之原理...21
2-4-2 矽質微針陣列設計結果…………………….…23
2-5 光罩的製作…………………………………………....24
2-6微針陣列之製作程序…………………………………….24
第三章 製程結果與討論………………………………………………31
3-1 高分子微針陣列製程結果…………………………….31
3-2 矽質微針陣列製程結果……………………………….36
3-3 製程問題與解決方法………………………………….38
3-3-1 SU-8膜厚影響…………………………………..38
3-3-2 KOH濕式蝕刻之時間控制……………………….39
第四章 實驗設備與測試………………………………………………40
4-1 實驗設備架設………………………………………….40
4-2 經皮測試……………………………………………….42
4-2-1 化學性促進法(chemical enhancement)……..44
4-2-2 物理性促進法(physical enhancement)………45
4-2-3 微針陣列之獨特性…………………………….46
第五章 結論與未來建議………………………………………………48
5-1 結論…………………………………………………….48
5-1-1 SU-8塗佈膜厚…………………………………..48
5-1-2 KOH蝕刻時間參數……………………………….49
5-2 未來建議……………………………………………….50
參考文獻……………………………………………………………..53
附錄A 微針陣列詳細製作參數……………………………………….57
圖 目 錄
圖 1-1 Kuo等人利用SU-8所研發的中空微針陣列………………….4
圖 1-2單斜面針尖(Beveled-tip)之微針陣列…………….……….5
圖 1-3鑿子狀針尖(Chisel-tip)之微針陣列………………….……5
圖 1-4逐漸變細的圓錐體針尖(Tapered-cone)之微針陣列…......6
圖 1-5 J. M. Lippmann等人利用COC所製作出的微針陣列………..6
圖 1-6 Liwei Lin所製作的微針。包括了微流道在其中………….7
圖 1-7 Han J. G. E. Gardeniers所製作之三角錐體微針陣列….8
圖 1-8 Paik利用矽晶片和PDMS所製作的微針結購…............9
圖 1-9 Nicolle Wilke 利用矽晶片所製作的八面體微針陣列…..9
圖 1-10矽晶片微針陣列蝕刻過程圖………………………...….10
圖 2-1人體皮膚構造圖………………………………………….….12
圖 2-2角質層構造圖…………………………………………….….12
圖 2-3 microneedle示意圖……………………………………….14
圖 2-4 KOH濃度和(100)矽晶片的蝕刻率和粗糙度關係圖(a)KOH濃度與蝕刻率關係圖;(b) KOH濃度與粗糙度關係圖……..…......17
圖 2-5 (100)矽晶片橫截面V型槽蝕刻示意圖…………….…....18
圖 2-6 V型槽尺寸計算圖…………………………………………..19
圖 2-7利用SU-8所設計出的高分子微針陣列圖形………….……..20
圖 2-8 KOH蝕刻島塊示意圖………………………………………….21
圖 2-9矽質微針成型圖(KOH蝕刻)……………………….…………23
圖 2-10利用矽晶片所設計出的矽質微針陣列圖形………….....23
圖 2-11高分子微針陣列製程流程圖…………………………….….26
圖 2-12製做SU-8微針陣列所使用之光罩:(a)第一道光罩定義出V
型槽位置;(b)第二道光罩定義出微針的底座……....27
圖 2-13矽質微針陣列製程流程圖…………………………….…..29
圖 2-14製作矽質微針陣列所使用之光罩...………………….……30
圖 3-1使用BOE蝕刻開洞後之外貌…………………………………31
圖 3-2 KOH蝕刻溶液之加熱裝置…………………………………….32
圖 3-3 V型槽深度量測圖…………………………………………..33
圖 3-4蝕刻完成之V型槽………………………….………………….33
圖 3-5 SU-8負型光阻所製作出之微針及底座(拔模前):(a)整體圖 (b)局部放大圖…….....................................34
圖 3-6高分子微針陣列SEM圖:(a)整體圖;(b)單支SU-8微針結
構…………………………………………………..…………35
圖 3-7矽質微針生長位置圖………………………………….…….36
圖 3-8矽質微針陣列蝕刻過程演進圖(30min~270min)…………..37
圖 3-9矽質微針SEM圖………………………………………………37
圖 3-10脫模失敗圖…………………………………………… .… 38
圖 3-11成功完成脫模之矽晶片母模..……………………….……39
圖 4-1恆溫槽………………………………………………………….40
圖 4-2無馬達多點式磁石攪拌器............................41
圖 4-3測試樣本..........................................41
圖 4-4設備連接示意....................................42
圖 4-5實驗用之豬皮.....................................43
圖 4-6電離子輸入法示意圖...............................46
圖 5-1初步改良之微針陣列圖..........................50
表 目 錄
表 2-1 SU-8 2050 負光阻之物理性質……………………………..16
表 2-2不同蝕刻液所成型的快速蝕刻面……...….……………….22
表 4-1提升藥物滲透率之化學製品..........................44


參考文獻 參考文獻
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