생체의학에 적용 가능한 테이퍼형태의 금속성 마이코로니들 어레이의 개발

A Development of Tapered Metallic Microneedle Array for Bio-medical Application

본 연구에서는 유리기판을 통한 SU-8의 이중층을 후면 노광을 통하여 테이퍼지고 속이 빈 형태의 마이크로니들 배열구조물을 만드는 새로운 방법을 제안하였으며 테이퍼지고 속이 빈 형태의 원형축의 Buckling현상에 관한 해석해를 구하였다. Pyrex 7740을 유리기판으로 사용하고 이중층 구조의 SU-8 막을 후면 노광으로 금형 구조물을 제작하는 공정을 개발하였다. 200μm 높이의 SU-8기둥들에서 4.37~5°범위의 테이퍼 각도를 400μm 높이의 SU-8기둥에서는 3.08~4.48°범위 내의 테이퍼 각을 보여주고 있다. 후면 유체저장소와 가로세로 각각 10개의 테이퍼 형태로 전기도금된 니켈 마이크로니들 어레이를 유리 기판을 통해 이중층 구조의 SU-8막을 후면 노광하고. 니켈을 전기도금 함으로서 실현시켰다. 200μm와 400μm 높이의 벽두께 10μm-20μm 및 내경 33.6μm-101μm인 마이크로니들 어레이를 제작하였다. 또한 400μm 높이의 벽두께 20μm 및 내경 33.6μm인 3.08°의 테이퍼 각 마이크로니들의 임계 버클링힘은 1.8N이었다. 이 해는 차후의 테이퍼 형태의 마이크로니들의 설계시 많은 도움을 주리라 생각한다.

This paper presents a novel fabrication process for a tapered hollow metallic microneedle array using backside exposure of SU-8, and analytic solutions of critical buckling of a tapered hollow microneedle. An SU-8 meta was formed on a Pyrex glass substrate and another SU-8 layer, which was spun on top of the SU-8 mesa, was exposed through the backside of the glass substrate. An array of SU-8 tapered pillar structures. with angles in the range of 3.1°~5° was formed on top of the SU-8 mesa. Conformal electrodeposition of metal was carried out followed by a mechanical polishing using a pianarizing polymeric layer. All organic layers were then removed to create a metallic hollow microneedle array with a fluidic reservoir on the backside. Both 200μmand400μm tall, 10 by 10 arrays of metallic microneedles with inner diameters of the tip in the range of 33.6~101μm and wall thickness of 10μm-20μm were fabricated. Analytic solutions of the critical buckling of arbitrary-angled truncated cone-shaped columns are also presented. It was found that a single 400μm tall hollow cylindrical microneedle made of electroplated nickel with a wall thickness of 20μm, a tapered angle of 3.08° and a tip inner diameter of 33.6μm has a critical buckling force of 1.8 N. This analytic solution can be used for square or rectangular cross-sectioned column structures with proper modifications.