鈦MEMS技術在藥物輸送和微流控系統的應用前景

2020-11-22 電子發燒友

鈦MEMS技術在藥物輸送和微流控系統的應用前景

胡薇 發表於 2018-10-26 15:27:09

據麥姆斯諮詢報導，近年來，受益於MEMS技術，傳感器和執行器小型化的同時，性能、功能和靈敏度也得到增強；加上低成本、個性化醫療應用潛力，MEMS器件在醫療和生物領域的應用快速增長。不過，由於矽等主要微機械材料固有的脆性特性，使得傳統MEMS器件在臨床醫學中的實用性受到限制，因為它們會帶來安全性和可靠性的擔憂，並有可能引發災難性的醫療事故。

鈦（Titanium，Ti）金屬的生物相容性和高斷裂韌性已經得到證實，因而鈦微加工技術的最新進展，為打造安全性和性能增強的MEMS器件創造了可能。在此背景下，UNIVERSITY OF CALIFORNIA RIVERSIDE（加州大學河濱分校）的研究人員探索了兩種方式推進鈦MEMS技術在藥物輸送和微流控領域的應用：（1）通過開發鈦基微針（MN），探尋更安全、更簡單、更有效的眼部藥物輸送方式；（2）通過鈦陽極鍵合工藝的改進，用於實現未來光催化應用的堅固的微流控器件。

鈦基微針

開孔鈦基微針（200um寬，50um厚，1500um長）和26G皮下注射針（外徑464um）對比的掃描電子顯微鏡照片

該研究團隊製造了具有貫穿開孔的鈦基微針，其開孔用作藥物儲存的儲存器。器件設計寬度範圍為50~200um，固定厚度為50um，長度範圍為500~1500um，固定針尖角度為60°。 試驗證明，開孔鈦基微針的FEA模擬與機械測試結果非常一致，表明未來微針設計還存在優化空間。對這款開孔鈦基微針的軸向壓力顯示器件沒有破裂或破碎，表明相對於由矽或玻璃製造的其他器件，鈦基微針可以提供更安全的眼部藥物輸送。

定製的微針塗覆設備和微針塗覆過程：a）塗覆前；b）微針塗覆中；c）撤回微針，完成塗覆

塗層評估發現，相對於具有相同尺寸的實心微針幾何形狀，開孔微針能夠將藥物負載能力提高5倍。這些發現表明，開孔微針可以使傳輸治療劑量所需的微針數量最小化。最後，通過動物試驗，在離體兔角膜中證實了這款鈦基微針可靠的注射能力，以及增強的亞表面藥物傳輸能力。這項研究證明了開孔鈦基微針的應用潛力，可為眼部藥物輸送提供安全、簡單且高效的新方法。

鈦陽極鍵合微流控器件

通道寬度100um和通道間距200~600um的晶圓級陽極鍵合鈦微流控器件陣列

該研究團隊證明了在沒有粘合劑或中介層的情況下，首次用陽極鍵合工藝成功實現體鈦和玻璃基板的晶圓級鍵合。在低至250℃的溫度下實現超過玻璃強度的鍵合強度。通過結合該研究團隊掌握的鈦DRIE（深反應離子刻蝕）能力，製造出了晶圓級功能性鈦/玻璃基微流體器件。該研究團隊發現可以使用H2O2水氧化工藝輕鬆地將納米多孔 TiO2（NPT）集成到這些器件中。

該研究證明了鈦陽極鍵合技術的應用前景，可利用鈦的有利優勢來製造堅固性、性能和功能增強的光學微流體器件。此外，這項研究還表明鈦陽極鍵合、鈦DRIE和基於H2O2的NPT生長組合工藝所提供的潛力，可在未來實現光催化應用的高性能微反應器。

總結來說，該研究成果證明了鈦MEMS技術在製造堅固性、安全性和性能增強的新型藥物輸送和微流控系統的應用前景。

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