MEMS微针研究

　　1　引　　言

　　微型化、集成化和智能化是当今科技发展的一个重要趋势。微电子机械系统(MEMS,Micro ElectroMechanical System)是目前各国竞相发展的一项高新技术,是实现仪器设备微型化、集成化和智能化的最重要手段。

　　目前微电子技术已经相当成熟,仪器设备系统的电子处理部分的微型化已不成问题,但是在系统中存在大量的非电子部分,对非电子系统的微型化和集成化是目前仪器设备发展的关键。MEMS可以将电子系统和非电子系统集成在一起,构成具有信息获取、处理和执行等功能的微系统,对仪器设备实现体积小、重量轻、能耗低和智能化具有独特的优势。

　　MEMS的一个重要研究领域是微型的生化分析系统(生物MEMS),最近生物MEMS的一个研究热点是MEMS微针的研究。

　　微针(Microneedles)是指直径为几十微米,长度在100μm以上的针状结构。微针在生物医学和化学检验等方面具有广泛的应用前景。目前在生物化学检验和研究中用的微针都是单个的玻璃或金属微针,是采用常规的拉制或磨削工艺加工的,无法形成阵列,因此存在加工效率低、成本很高的缺点,难以实现精确和微量采样。除此之外,传统采样方法在采样过程中由于存在挤压等作用而导致分析样浓度改变和明显的疼痛感,而采用微针阵列给药或采样,不仅能实现精确、微量、无痛,而且可以使生化检验的精度、可靠性和效率大幅度提高。微针和MEMS中的微流体、微分析系统相结合,可以实现生化检测的微型化和集成化。

　　2　国外的研究进展

　　MEMS微针技术在国外出现的时间也还不是很长。美国国防高级研究计划局(DARPA)是在2000年将MEMS微流体系统列入研究计划,主要目的是用于生物化学检测和分析,微针是其中的关键技术之一。美国乔治亚州理工学院的科学家们开展了微针的系统研究[1],研究了硅、玻璃、金属或其它医用聚合物材料的实心和中空微针的加工方法及微针向细胞和皮肤输送药物的能力。他们称,微型针头适用于小剂量注射高效药物,特别是一些利用生物新技术制造的基于蛋白的大分子药物。按照设想,微型针头还可通过计算机控制,对病人进行精确的药物治疗。该研究小组最近发表了采用激光加工技术来制备中空微针的新方法,利用激光直接在金属或聚合物材料上写出所需结构,经选择性电镀后再将原基底材料腐蚀去除以得到金属微针阵列。该方法的优点是工序简单,缺点是微针表面较粗糙,所能加工的微针长度受激光散焦限制。该研究组除金属微针外,还开展了生物可降解微针的研究。图1是该研究组制造的实心和中空微针的电镜照片(阵列和其中一个微针)。