异平面微阵列结构的制备和特性研究

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利用基于MEMS(微电子机械系统)工艺的微结构制造技术来制备微阵列是当今时代的一个热门研究方向。微阵列在生物学和医学领域中,有着广泛的应用和光明的前景。根据外部形貌结构的不同,微阵列可分为同平面阵列和异平面阵列,同平面阵列结构的轴向平行于基底表面,在制作加工上比较简单,但制备材料力学性能要求高,且载药量有限,异平面阵列结构的轴向则垂直于基底表面,制作加工相对复杂,但很容易刺入皮肤。本文工作主要是对异平面阵列的结构设计、模拟仿真、加工制备、模板转模和成品测试这几个方面来展开研究。具体来说,首先根据实际需求评估并设计了各种微阵列的三维结构;接着通过对比选取了硅的各向异性腐蚀作为初始工艺,该工艺得到的四棱锥凹结构一致性整齐,尖锐度良好,在后续工艺中可以作为微针的针头和微电极的探头,利用模压技术还能成为微孔的模具;接下来选取若干材料以备转模,并根据其密度、杨氏模量和泊松比等物质性质参数,使用ANSYS软件模拟受力情况,判断是否符合力学性能上的要求,然后利用微加工工艺制备微针、微电极和微孔阵列的母模板,根据不同要求转模出多级多材料模具和试样,最后运用各种测试设备,比如立体三维显微镜,结合力测试仪以及接触角测量仪等,对试样的各项性能进行测试,并对获取的大量数据进行分析总结。在这些工作的基础上,本文提出了微阵列制备和应用前景展望、更进一步的性能改进提升以及后续研究工作计划,希望能够对越来越成熟的微阵列制备工艺有所裨益和帮助。
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