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생체의학에 적용 가능한 테이퍼형태의 금속성 마이코로니들 어레이의 개발
A Development of Tapered Metallic Microneedle Array for Bio-medical Application

제우성   (동명정보대학교, 메카트로닉스 공학과  ); 이정봉   (택사스대학교, 에릭존슨 전자컴퓨터 공학부UU0015089  ); 김갑석   (택사스대학교, 에릭존슨 전자컴퓨터 공학부UU0015089  ); 김경환   (경원대학교, 전기정보공학과UU0000122  ); 진병욱   (동명정보대학교, 메카트로닉스 공학과  );
  • 초록

    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. $200\;{\mu}m$ 높이의 SU-8기둥들에서 $4.37{\sim}5^{\circ}$ 범위의 테이퍼 각도를 $400\;{\mu}m$ 높이의 SU-8기둥에서는 $3.08{\sim}4.48^{\circ}$ 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. $200\;{\mu}m$ 와 $400\;{\mu}m$ 높이의 벽두께 $10{\mu}m-20{\mu}m$ 및 내경 $33.6{\mu}m-101{\mu}m$ 인 마이크로니들 어레이를 제작하였다. 또한 $400\;{\mu}m$ 높이의 벽두께 $20\;{\mu}m$ 및 내경 $33.6\;{\mu}m$ 인 $3.08^{\circ}$ 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 $3.1^{\circ}{\sim}5^{\circ}$ 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 $200{\mu}m\;and\;400{\mu}m$ tall, 10 by 10 arrays of metallic microneedles with inner diameters of the tip in the range of $33.6{\sim}101\;{\mu}m$ and wall thickness of $10{\mu}m\;-\;20{\mu}m$ were fabricated. Analytic solutions of the critical buckling of arbitrary-angled truncated cone-shaped columns are also presented. It was found that a single $400{\mu}m$ tall hollow cylindrical microneedle made of electroplated nickel with a wall thickness of $20{\mu}m$ , a tapered angle of $3.08^{\circ}$ and a tip inner diameter of $33.6{\mu}m$ 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.


  • 주제어

    A tapered hollow metallic microneedle .   SV-8 .   Electroplate.  

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    1. 1992 "전기설비용 Epoxy/$SiO_2$ 복합재료의 계면처리 효과에 따른 직류 절연파괴 강도의 개선에 관한 연구" 照明·電氣設備學會誌 = Journal of the Korean institute of illuminating and electrical installation engineers 6 (2): 51~55    
    2. 1996 "2,3 성분 상호침입망목 에폭시 복합재료의 절연 파괴 특성에 관한 연구" 電氣電子材料學會誌= The journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 9 (4): 364~371    
    3. 1996 "상호침입망목 에폭시 복합재료의 교류절연파괴 특성 및 기계적 특성에 관한 연구" 電氣電子材料學會誌= The journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 9 (7): 702~707    
    4. 1997 "망목 구조 변화에 따른 에폭시 수지의 유전 특성에 관한 연구" 電氣電子材料學會誌= The journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 10 (7): 651~658    
    5. 1998 "대향타겟스퍼터링에 의한 Co-Cr 박막의 제작" 전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers 11 (5): 418~422    
    6. 1998 "스퍼터 기술에 의한 자기기록 헤드, 매체용 박막의 제작" 전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers 11 (12): 48~54    
    7. 1998 "미세조직 자성박막의 제조 -대향 타겟식 스퍼터법에 의한 박막의 구조-" 전기전자재료 = Bulletin of the Korean institute of electrical and electronic material engineers 11 (12): 69~75    
    8. 1998 "대향타겟스퍼터링으로 제작된 박막의 결정 배향성" 한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering 31 (4): 217~222    
    9. 1999 "Co-Cr 박막의 미세구조 변화에 따른 자기적 특성" 韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society 8 (1): 26~30    
    10. 2000 "직류 대향타겟스퍼터링법으로 제작된 ZnO 박막의 c-축 배향성" 한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering 33 (1): 34~37    

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