MEMS微針陣列及其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

2.3 流體采樣微針

微針在生物醫(yī)學(xué)上的另一個(gè)重要應(yīng)用是流體采樣。采樣在人體的體液（ 特別是全血） 檢測(cè)的第一步， 也是很關(guān)鍵的一步。采樣的方法對(duì)血液的檢測(cè)有直接的影響， 方法不當(dāng)， 采出的血液無法用于檢測(cè)， 嚴(yán)重影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性。微針采樣， 由于微針極小的尺寸而可以實(shí)現(xiàn)無痛微量采血。

加拿大Kumetrix公司研制的硅微針其直徑如人的發(fā)絲， 可以實(shí)現(xiàn)無痛采血。采血的過程與蚊子吸血過程相似。刺入皮膚吸出血樣的硅微針大小就像蚊子的刺針， 可以實(shí)現(xiàn)無痛采血。而又沒有蚊子分泌的化學(xué)物質(zhì)， 所以使人沒有癢或其他不舒適的感覺。通過微泵， 毛細(xì)血管受力采出血樣， 通過微針進(jìn)入微系統(tǒng)的小玻璃管。由于它尺寸小， 當(dāng)微針插入皮膚時(shí)幾乎不接觸任何神經(jīng)， 刺入要求的最小深度以獲得微量（可以達(dá)到0.1LL以下）血樣用作光學(xué)或電化學(xué)檢驗(yàn)。

現(xiàn)在荷蘭Micronit研制出了通過毛細(xì)血管張力吸出血液的微針陣列， 就可以不需要外部微泵。這種微針有三角形的針尖， 高度400Lm， 底寬250Lm， 橢圓孔的大徑70Lm。實(shí)驗(yàn)證明可采出的血樣。

目前研究微針采血的技術(shù)難點(diǎn)有：

（1）高強(qiáng)度微針的 MEM S 新型工藝過程;

（2）流體設(shè)備的非牛頓生物學(xué)流體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速有效的試管灌注;

（3）適當(dāng)?shù)膫鞲衅饕钥刂萍坝邢薜牟蓸恿浚?實(shí)現(xiàn)毛細(xì)管血液超微定量采集。

微針流體采樣由于它的特點(diǎn)使人們能夠更好地自主監(jiān)測(cè)健康狀況， 提高生活質(zhì)量， 降低醫(yī)療費(fèi)用。

3 MEMS微針的加工工藝

微細(xì)加工工藝主要有在半導(dǎo)體工藝上發(fā)展起來的硅微加工工藝、利用X射線光刻和電鑄的LIGA工藝以及超微精密機(jī)械加工和特種加工技術(shù)。目前微針制作工藝主要是硅微加工工藝和LIGA工藝。

利用硅微加工工藝制作微針。工藝流程大概有熱氧化， 光刻， 體硅腐蝕， ICP， RIE 等， 當(dāng)微針陣列用做電極時(shí)， 需要完全濺射金屬的過程。這種加工方法的特點(diǎn)是成本相對(duì)較低， 不存在粘貼性的問題， 結(jié)構(gòu)形狀較多， 可實(shí)現(xiàn)比較尖銳的針尖結(jié)構(gòu)， 可批量生產(chǎn)。局限性是材料只能采用硅， 所要求的較高的深寬比不容易控制。

美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)和德克薩斯州大學(xué)是用利用LIGA工藝制作的傳送藥物的微針陣列。利用200Lm的PMMA片鍵合在鈦和硅的襯底上， 用X射線光刻， 在沖洗及電鍍。形成了微針的模子， 經(jīng)過電鑄最后形成Ni微針陣列。也可以用X射線照射PMMA， 直接形成了PMMA材料的微針陣列。LIGA工藝的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單， 能實(shí)現(xiàn)較高的深寬比， 能以小于1Lm的精度進(jìn)行幾百微米至1毫米的深度加工， 可加工多種材料， 如金屬、陶瓷、玻璃、塑料， 及這些材料的結(jié)合物等， 突破了半導(dǎo)體加工技術(shù)對(duì)材料和深度的限制。LIGA工藝的關(guān)鍵是要用X射線同步輻射光源， 而同步輻射光源價(jià)格昂貴， 使其應(yīng)用受到了限制。

最近根據(jù)LIGA工藝的優(yōu)缺點(diǎn)， 研制出一種新的技術(shù)， 準(zhǔn)LIGA工藝。其工藝過程和LIGA基本相同， 只是不需要同步放射X線源， 而利用常規(guī)紫外光刻設(shè)備和掩膜在光敏材料上光刻形成模子， 再電鑄金屬形， 因此也稱UV-LIGA。這樣， UV-LIGA的成本大大降低。我們可以考慮用該工藝方法來實(shí)現(xiàn)高深寬比的微針結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)UV-LIGA在不久發(fā)展成熟會(huì)成為極具活力的工藝方法。

4 結(jié)束語

基于MEMS工藝的生物醫(yī)學(xué)微針陣列可以廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)測(cè)量， 藥物傳送， 微流體采樣等領(lǐng)域， 它具有尺寸小， 強(qiáng)度高， 用材具有生物兼容性等特點(diǎn)， 從而減少刺入位置的損傷， 給患者提供了更好的運(yùn)動(dòng)自由性， 實(shí)現(xiàn)無痛， 可以精確控制刺入的深度， 陣列便于重疊封裝入儀器設(shè)備， 給生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域注入了極大的活力， 為患者提供無痛、高效、安全的醫(yī)療手段， 更符合醫(yī)學(xué)研究人性化的特點(diǎn)。微機(jī)械工藝技術(shù)的高速發(fā)展使微針制造工藝更加完善， 根據(jù)需要設(shè)計(jì)最優(yōu)化結(jié)構(gòu)的微針， 以滿足各個(gè)方面的需要?；?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/MEMS">MEMS生物醫(yī)學(xué)微針陣列是具有很大潛力的一種生物醫(yī)學(xué)方法， 值得進(jìn)一步研究。