钛MEMS技术在药物输送和微流控系统的应用前景

据麦姆斯咨询报道，近年来，受益于MEMS技术，传感器和执行器小型化的同时，性能、功能和灵敏度也得到增强；加上低成本、个性化医疗应用潜力，MEMS器件在医疗和生物领域的应用快速增长。不过，由于硅等主要微机械材料固有的脆性特性，使得传统MEMS器件在临床医学中的实用性受到限制，因为它们会带来安全性和可靠性的担忧，并有可能引发灾难性的医疗事故。

钛（Titanium，Ti）金属的生物相容性和高断裂韧性已经得到证实，因而钛微加工技术的最新进展，为打造安全性和性能增强的MEMS器件创造了可能。在此背景下，UNIVERSITY OF CALIFORNIA RIVERSIDE（加州大学河滨分校）的研究人员探索了两种方式推进钛MEMS技术在药物输送和微流控领域的应用：（1）通过开发钛基微针（MN），探寻更安全、更简单、更有效的眼部药物输送方式；（2）通过钛阳极键合工艺的改进，用于实现未来光催化应用的坚固的微流控器件。

钛基微针

开孔钛基微针（200um宽，50um厚，1500um长）和26G皮下注射针（外径464um）对比的扫描电子显微镜照片

该研究团队制造了具有贯穿开孔的钛基微针，其开孔用作药物储存的储存器。器件设计宽度范围为50~200um，固定厚度为50um，长度范围为500~1500um，固定针尖角度为60°。 试验证明，开孔钛基微针的FEA模拟与机械测试结果非常一致，表明未来微针设计还存在优化空间。对这款开孔钛基微针的轴向压力显示器件没有破裂或破碎，表明相对于由硅或玻璃制造的其他器件，钛基微针可以提供更安全的眼部药物输送。

定制的微针涂覆设备和微针涂覆过程：a）涂覆前；b）微针涂覆中；c）撤回微针，完成涂覆

涂层评估发现，相对于具有相同尺寸的实心微针几何形状，开孔微针能够将药物负载能力提高5倍。这些发现表明，开孔微针可以使传输治疗剂量所需的微针数量最小化。最后，通过动物试验，在离体兔角膜中证实了这款钛基微针可靠的注射能力，以及增强的亚表面药物传输能力。这项研究证明了开孔钛基微针的应用潜力，可为眼部药物输送提供安全、简单且高效的新方法。

钛阳极键合微流控器件

通道宽度100um和通道间距200~600um的晶圆级阳极键合钛微流控器件阵列

该研究团队证明了在没有粘合剂或中介层的情况下，首次用阳极键合工艺成功实现体钛和玻璃基板的晶圆级键合。在低至250℃的温度下实现超过玻璃强度的键合强度。通过结合该研究团队掌握的钛DRIE（深反应离子刻蚀）能力，制造出了晶圆级功能性钛/玻璃基微流体器件。该研究团队发现可以使用H2O2水氧化工艺轻松地将纳米多孔 TiO2（NPT）集成到这些器件中。

该研究证明了钛阳极键合技术的应用前景，可利用钛的有利优势来制造坚固性、性能和功能增强的光学微流体器件。此外，这项研究还表明钛阳极键合、钛DRIE和基于H2O2的NPT生长组合工艺所提供的潜力，可在未来实现光催化应用的高性能微反应器。

总结来说，该研究成果证明了钛MEMS技术在制造坚固性、安全性和性能增强的新型药物输送和微流控系统的应用前景。