鈦MEMS技術(shù)在藥物輸送和微流控系統(tǒng)的應(yīng)用前景

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近年來，受益于MEMS技術(shù)，傳感器和執(zhí)行器小型化的同時(shí)，性能、功能和靈敏度也得到增強(qiáng)；加上低成本、個(gè)性化醫(yī)療應(yīng)用潛力，MEMS器件在醫(yī)療和生物領(lǐng)域的應(yīng)用快速增長。不過，由于硅等主要微機(jī)械材料固有的脆性特性，使得傳統(tǒng)MEMS器件在臨床醫(yī)學(xué)中的實(shí)用性受到限制，因?yàn)樗鼈儠戆踩院涂煽啃缘膿?dān)憂，并有可能引發(fā)災(zāi)難性的醫(yī)療事故。

鈦（Titanium，Ti）金屬的生物相容性和高斷裂韌性已經(jīng)得到證實(shí)，因而鈦微加工技術(shù)的最新進(jìn)展，為打造安全性和性能增強(qiáng)的MEMS器件創(chuàng)造了可能。在此背景下，UNIVERSITY OF CALIFORNIA RIVERSIDE（加州大學(xué)河濱分校）的研究人員探索了兩種方式推進(jìn)鈦MEMS技術(shù)在藥物輸送和微流控領(lǐng)域的應(yīng)用：（1）通過開發(fā)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(jìn)，用于實(shí)現(xiàn)未來光催化應(yīng)用的堅(jiān)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(tuán)隊(duì)制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(shè)計(jì)寬度范圍為50~200um，固定厚度為50um，長度范圍為500~1500um，固定針尖角度為60°。 試驗(yàn)證明，開孔鈦基微針的FEA模擬與機(jī)械測試結(jié)果非常一致，表明未來微針設(shè)計(jì)還存在優(yōu)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，表明相對于由硅或玻璃制造的其他器件，鈦基微針可以提供更安全的眼部藥物輸送。

定制的微針涂覆設(shè)備和微針涂覆過程：a）涂覆前；b）微針涂覆中；c）撤回微針，完成涂覆

涂層評估發(fā)現(xiàn)，相對于具有相同尺寸的實(shí)心微針幾何形狀，開孔微針能夠?qū)⑺幬镓?fù)載能力提高5倍。這些發(fā)現(xiàn)表明，開孔微針可以使傳輸治療劑量所需的微針數(shù)量最小化。最后，通過動物試驗(yàn)，在離體兔角膜中證實(shí)了這款鈦基微針可靠的注射能力，以及增強(qiáng)的亞表面藥物傳輸能力。這項(xiàng)研究證明了開孔鈦基微針的應(yīng)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(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)體鈦和玻璃基板的晶圓級鍵合。在低至250℃的溫度下實(shí)現(xiàn)超過玻璃強(qiáng)度的鍵合強(qiáng)度。通過結(jié)合該研究團(tuán)隊(duì)掌握的鈦DRIE（深反應(yīng)離子刻蝕）能力，制造出了晶圓級功能性鈦/玻璃基微流體器件。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)可以使用H2O2水氧化工藝輕松地將納米多孔 TiO2（NPT）集成到這些器件中。

該研究證明了鈦陽極鍵合技術(shù)的應(yīng)用前景，可利用鈦的有利優(yōu)勢來制造堅(jiān)固性、性能和功能增強(qiáng)的光學(xué)微流體器件。此外，這項(xiàng)研究還表明鈦陽極鍵合、鈦DRIE和基于H2O2的NPT生長組合工藝所提供的潛力，可在未來實(shí)現(xiàn)光催化應(yīng)用的高性能微反應(yīng)器。

總結(jié)來說，該研究成果證明了鈦MEMS技術(shù)在制造堅(jiān)固性、安全性和性能增強(qiáng)的新型藥物輸送和微流控系統(tǒng)的應(yīng)用前景。