MEMS微針陣列及其在生物醫學上的應用

2.3 流體采樣微針

微針在生物醫學上的另一個重要應用是流體采樣。采樣在人體的體液（ 特別是全血） 檢測的第一步， 也是很關鍵的一步。采樣的方法對血液的檢測有直接的影響， 方法不當， 采出的血液無法用于檢測， 嚴重影響檢測的準確性。微針采樣， 由于微針極小的尺寸而可以實現無痛微量采血。

加拿大Kumetrix公司研制的硅微針其直徑如人的發絲， 可以實現無痛采血。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， 可以實現無痛采血。而又沒有蚊子分泌的化學物質， 所以使人沒有癢或其他不舒適的感覺。通過微泵， 毛細血管受力采出血樣， 通過微針進入微系統的小玻璃管。由于它尺寸小， 當微針插入皮膚時幾乎不接觸任何神經， 刺入要求的最小深度以獲得微量（可以達到0.1LL以下）血樣用作光學或電化學檢驗。

現在荷蘭Micronit研制出了通過毛細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。實驗證明可采出的血樣。

目前研究微針采血的技術難點有：

（1）高強度微針的 MEM S 新型工藝過程;

（2）流體設備的非牛頓生物學流體設計實現快速有效的試管灌注;

（3）適當的傳感器以控制及有限的采樣量， 實現毛細管血液超微定量采集。

微針流體采樣由于它的特點使人們能夠更好地自主監測健康狀況， 提高生活質量， 降低醫療費用。

3 MEMS微針的加工工藝

微細加工工藝主要有在半導體工藝上發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械加工和特種加工技術。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， 當微針陣列用做電極時， 需要完全濺射金屬的過程。這種加工方法的特點是成本相對較低， 不存在粘貼性的問題， 結構形狀較多， 可實現比較尖銳的針尖結構， 可批量生產。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。

美國路易斯安那州立大學和德克薩斯州大學是用利用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工藝的特點是工藝簡單， 能實現較高的深寬比， 能以小于1Lm的精度進行幾百微米至1毫米的深度加工， 可加工多種材料， 如金屬、陶瓷、玻璃、塑料， 及這些材料的結合物等， 突破了半導體加工技術對材料和深度的限制。LIGA工藝的關鍵是要用X射線同步輻射光源， 而同步輻射光源價格昂貴， 使其應用受到了限制。

最近根據LIGA工藝的優缺點， 研制出一種新的技術， 準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， 而利用常規紫外光刻設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現高深寬比的微針結構。預計UV-LIGA在不久發展成熟會成為極具活力的工藝方法。

4 結束語

基于MEMS工藝的生物醫學微針陣列可以廣泛應用于生物醫學測量， 藥物傳送， 微流體采樣等領域， 它具有尺寸小， 強度高， 用材具有生物兼容性等特點， 從而減少刺入位置的損傷， 給患者提供了更好的運動自由性， 實現無痛， 可以精確控制刺入的深度， 陣列便于重疊封裝入儀器設備， 給生物醫學領域注入了極大的活力， 為患者提供無痛、高效、安全的醫療手段， 更符合醫學研究人性化的特點。微機械工藝技術的高速發展使微針制造工藝更加完善， 根據需要設計最優化結構的微針， 以滿足各個方面的需要?；?a class="contentlabel" href="http://www.104case.com/news/listbylabel/label/MEMS">MEMS生物醫學微針陣列是具有很大潛力的一種生物醫學方法， 值得進一步研究。