(57)【要約】  能動流体デバイス（４）を含む第一の層（１）、デバイス（４）を流体源および／または出口および／または他のデバイスに連結するための１つの相互連結流路（６）を含む第二の層（３）、およびデバイス（４）と相互連結流路（６）間の流体通路を定める少なくとも１つのビア（５）を定める中間層（２）を含むマイクロ流体構造であって、ここでデバイス（４）および相互連結通路（６）を通る流路が概して平行である。
2008539090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動流体デバイスを含む第一の層、デバイスを流体源および／または出口および／または他のデバイスに相互連結するための少なくとも１つの相互連結流路を含む第二の層、およびデバイスと相互連結流路間の流体通路を定める少なくとも１つのビアを定める中間層を含む物理的に異なる複数の層を有し、デバイスおよび相互連結流路を通る流路が概して平行であることを特徴とするマイクロ流体構造。
【請求項２】
複数のデバイスを第一の層に、また対応する複数のビアを中間層に更に含むことを特徴とする請求項１記載の構造。
【請求項３】
流路を他の流路および／または流体源および／または流体出口と連結するための相互連結流路を通り抜ける通路を含むことを特徴とする請求項１または２記載の構造。
【請求項４】
第一のおよび第二の層がポリマーで形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の構造。
【請求項５】
ポリマーがフッ素化ポリマーであることを特徴とする請求項４記載の構造。
【請求項６】
第一および第二の層の少なくとも１つが、構造を通って流れる作動流体の局部の加熱または冷却を可能にするための迷路（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ）構造を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の構造。
【請求項７】
迷路が相互連結流路の一部に形成されることを特徴とする請求項６記載の構造。
【請求項８】
デバイスおよび／または相互連結流路が実質的に一定の深さの流路を定めることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の構造。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の構造の積み重ねを含むことを特徴とするマイクロ流体システム。
【請求項１０】
１つの面に少なくとも１つの相互連結流路およびもう一方の面に少なくとも１つのデバイスを含んだそれぞれ向かい合った面を有する平面エレメントの積み重ねを含み、エレメントがそれらの間に中間層を挟んで積み重ねられて構造の積み重ねを形成していることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
向かい合った面を有する平面エレメントの積み重ねを有し、ここでエレメントの第一の組がそれらの面のそれぞれに形成された少なくとも１つのデバイスを有し、また第二の組がそれらの面のそれぞれに形成された少なくとも１つの相互連結流路を含み、それぞれの組のエレメントがそれらの間に中間層を含んで交互に積み重ねられ、構造の積み重ねを形成することを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
向かい合った面を含む平面の本体を有し、またそれぞれの面に以下の構成の１つが形成されることを特徴とするマイクロ流体エレメント；
１つの面が少なくとも１つの相互連結流路を有し、また他の面が少なくとも１つの能動デバイスを有することを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１から９のいずれか１項記載の複数の構造を含むカートリッジを含むことを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項１４】
構造が請求項９、１０または１１記載のシステムを形成することを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
基材の向かい合った面のそれぞれが、１つの面が少なくとも１つの相互連結流路を有し、また他の面が少なくとも１つの能動デバイスを有することを特徴とする構成を含む、向かい合った面を有するマイクロ流体エレメントを形成する方法。
【請求項１６】
基材が、中央部のエッチング可能なポリマー層と、その向かい合った面のそれぞれに含む金属層、により当初に形成されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
金属層の最初の１つがパターン形成されてハードマスクを形成し、また次の面がそれを通してエッチングされることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
基材が反転され、第二の金属層がパターン形成され、またそれを通してエッチングされることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
金属層がエッチングの後に除去されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
両方のエッチング工程の間、基材の静電気クランプを可能にするように、第二の金属層を通してのエッチングが完了するまで第一の金属層は保持されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
単一のエッチング工程でいずれかの構成が形成されることを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
相互連結流路が形成された時に、少なくともその１つを通して通路を開けることを更に含むことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
基材が中央部のエッチング停止層を含むことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
エッチング停止層が金属であることを特徴とする請求項２３項記載の方法。
【請求項２５】
基材がフッ素化ポリマーから形成されることを特徴とする請求項１５から２４のいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
積み重ねの上端および下端以外は１つの面が１つのデバイスを含み、それらの間のビアを含む層を結合し、これによってそれぞれのデバイスが面している相互連結流路にビアによって連結されていることを特徴とする請求項１５から２５のいずれか１項記載の方法により形成されたエレメントの積み重ねを形成することを含むマイクロ流体システムの形成方法。
【請求項２７】
連結する前に、エッチングされた構成が犠牲的（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）除去可能なフィラーで満たされ、また連結の後にフィラーが除去されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
フィラーが可溶であり、また結合の後に溶解されることを特徴とする請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
流体回路の微細化は、近年、少なからぬ新たな関心を受けている分野である。それらは、最初は固体半導体の出現の前に論理的デバイスとして開発され、その例はＵＳ３，４９５，６０４およびＵＳ３，４９５，６０８である。ここではその論理と相互連結は単一の層の単一の表面の中で形成され、またガスケットまたは更なる層の背面でシールされた。より最近では、特に流体の分析の微細化に新たな関心がもたれ、それによってサンプルサイズの低減と、ユースポイント装置へのクレジットカードの差込みと同様に使い捨て分析用スライドの使用の実現性を可能ならしめる。より少ない興味をもたれるものは、エマルジョン、ポリマービーズなどの製造へのマイクロ流体の利用であり、そこではマイクロまたはナノスケールの合成は、大規模な並列処理によって繰り返して商業用数量を生産することができる。研究プロセスと正確に同一の大量生産プロセスであること、および大きなエネルギーの投入なしで非常に完全な混合、例えば、エマルジョンを作るなどの可能性を含む多くの潜在的な利点がある。
【０００２】
多層のマイクロ流体の製造へのアプローチの例は、以下で見ることができるＥＮＭＡ４９０Ｆａｌｌ２００３Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍａｒｙｌａｎｄに示されている。
http://www.mne.umd.edu/ugrad/courses/490 materials design/490 fall 2 003/enma490 fall2003 final project results/final-report-enma490-fall2003.pdf
【０００３】
これは、２つ層の相互連結およびＰＤＭＳを用いた成型で形成された中間層中のビアおよびシリコンウェハ上に積み重ねられたＳＵ８層を含む３次元相互連結構造を記載している。これは、おそらくある望ましい特性（例えば、強さ、安さ、平滑性）を有するシリコンまたはガラスのような基盤の材料を用い、またこれに薄いコーティングまたは層として層を付加するまたは選択的にそれらにコートするという戦略の一例である。
【０００４】
他のアプローチは、ＧＢ２３９５３５７Ａのように、望ましい材料の基材を用いるものである。これは半導体ウェハモデルを基盤としており、そこではシリコンウェハがシリコンデバイスを形成するのに用いられている。このアプローチは材質の完全性を確実にする一方で、ポリマー基材の加工には多くの問題がある。他の関連するアプローチはシリコンのような基盤に構成を形成し、その後、デバイスの要求に合致するような表面を付加し、また流体と接触する層の表面を相互連結するような方法で、フッ素化ポリマーでのコーティングによるように、それらの表面をコーティングする。このアプローチにはたくさんの問題がある、特に、非平面の表面を、よく付着する、高品質かつ一貫した厚みでコーティングすることは現状困難でありまたは不可能である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
出願人は、もうひとつの望ましい製造の戦略は、積層前の基材を用い、また、さらに積層して、デバイスとは分離した層に形成された相互連結層とは分離した能動デバイス層を形成し、そしてビアを用いてデバイスを相互連結に連結することであると認識している。デバイスの密度を高くするためには、多数のデバイス層および相互連結層を積み重ねることで、小型の便利な高処理能力のマイクロ流体デバイスの多数の配列を提供することを実現することができる。
【０００６】
流体デバイスは、そのエネルギーレベル、平滑性／粗さ、形状のような特性などを含めて表面に非常に敏感であることが更に理解されるべきである。使用される材料はたいていの場合において少なくとも流体を汚染してはならず（要求されない限り）、長期に存続し、また好ましくは行政当局によってすでに認可された標準的な材料であるべきである。従って、例えば、構成のためには、出願人は、ＦＤＡに合致するようにコーティングまたは同等の当局の認可を必要とされるであろう、仕事が容易な材料よりも、むしろ食品薬品局（ＦＤＡ）認可の材料を好む。しかしながら、乱流を生み出す、機能性の要素を付加することを可能とする、またはデバイスに何らかの方法で機能性を付加する、もしくは生み出すために少なくとも選択的に表面を修正することが望まれるであろう。
【０００７】
出願人は積層体からなる製造前基材の製造または選択を提案する。この積層体は、プラズマエッチングのようなパターンニングプロセスに関して大いに異なる性質を持つ平面の層からなっている。層のいくつかは犠牲的（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）層および／または、いくつかは実質的に流体と接触しないので、従って流体に関して望ましい性質を有する必要はない。
【０００８】
例えば、半導体ウェハの製造などのよく知られたプロセスは、積層体の１つの面（上部）上にデバイスを、また他の面（下部）に相互連結構造をパターニングするのに使用することができる。その次に、ガスケット層が形成され、それは別の層または同じ積層体の部分となることができる。次いで、上部のデバイス層が下部の相互連結層に、２つの間の相互連結を定めるガスケット層とともに面しているように、積層体はお互いに、間に入るガスケット層とともに積層される。
【０００９】
ガスケット層は同じ積層体の上部および下部層の間の積層体の中に位置することができることが理解されなければならない。その近くに形成される流路は、構成流体、おそらく形成されたビーズまたは液滴を含むアウトプット流体、および温度調整を提供するような直接にはプロセスの一部ではない流体のためのものであろうこともまた理解されなければならない。
【００１０】
マイクロ流体デバイス中のプロセス流体の温度管理は、ポリマー基材に対しては、これらの材料の低熱伝導性のために、特に適用できる。これは、最初は直感的な考えとは逆のようにみえるが、しかしながら低熱伝導性が、過剰な大きな熱流束なしに、デバイスの別々の領域が異なる温度に維持されることを可能にする。例えば、シリコンベースのデバイスにはこの考え方は適用できない。以下に記載された熱交換構造はシリコンまたはガラスベースのデバイスに機能するが、同じ基盤の別々の領域を異なる温度に維持することは実行できない。
【００１１】
積層体の部分を形成し、流体応用のための適切な材料の成功した処理を可能にするハードマスク層の選択は、重要であろう。好ましいハードマスクは、静電クランプを可能にするために、熱的に制御された基材チャックへの熱伝導性を向上させるための基材背面加圧を可能にするために、伝導性である。
【００１２】
フッ素化ポリマーのプラズマエッチングは、ＧＢ２３９５３５７に記載されているように、多量のイオン照射を必要とし、またこれは熱を生み出して、それはポリマー基材中には容易には消散しない。この結果は、ポリマー基材を溶融してしまうか、またはより低いパワーレベル適用であり、低速のエッチングをもたらすのかどちらかである。背面または背面近くに伝導層のない静電クランプは不可能であり、また機械的クランプであったとしても、プラズマからの熱の投入は基材の正面上であり、また熱の消散は主として基材の背面からチャックへ、であるので、限られた利益しかない。チャックを非常に低温で運転することも限られた価値しかない。ＧＢ‘３５７は極低温のチャックの冷却を記載しているが、しかしながら基材のチャックへの効果的なクランプがなく、基材の正面から背面までのポリマーの厚さが厚いので、効果的な冷却は乏しい。不幸にも、ポリマーは、平面を保ち、また取り扱われるためには十分な硬さを得るためにある最低限の厚さである必要がある。もしも基材が薄すぎたら、それは平面ではあり得ず、またそれ故に冷却されたチャックへの熱伝導性がより悪くなり、プラズマ処理は実用上不可能である。
【００１３】
従って、出願人は、総厚さが５ｍｍ未満、好ましくは３ｍｍまたはそれ未満、最も好ましくは約１．６ｍｍが選択される、伝導性および絶縁性のポリマー層からなる積層された基材を使用することができる。適切な積層体は、銅またはニッケルのような金属がどちらかまたは好ましくは両方の面に付いたＰＴＦＥマイクロ波回路基板である。１つの面にデバイスを形成するには、技術的によく知られているように、その面はパターン形成およびエッチングされなければならず、好ましくはハードマスクとして金属が用いられる。反対側の面は相互連結構造がパターン形成されまたエッチングされる。
【００１４】
それから、１つの面のデバイスを他の面の相互連結構造に連結するビアを、好ましくは相互連結側から、パターン形成し、またエッチングすることが可能であり、そうすれば基材そのものがデバイス側と相互連結側の間でガスケット層となる。基材の積み重ねの相互連結層を連結する、基材を通る通路もまた形成することができる。加えて、または代わりに、２つの基材の上部および下部面の間に、ガスケット層が形成され、また間に入れられる。好ましくはこのガスケット層は、その中に、デバイスを相互連結構造に選択的に繋ぐ孔が形成される前または後のいずれかに、少なくとも基材の上部または下部面と結合されている。
【００１５】
デバイスと相互連結は、材料の厚みの中へエッチングすることができ、またエッチングプロセスは、時間または終点信号の参照によって停止される。この終点は、「エッチング停止」層として機能する埋められた層を含む積層体を使うことにより達成され、またエッチングは減速されまたは停止される。もしもこのようなエッチング停止層が用いられるなら、この層は完成された基材の使用の前にいずれかの適切なウェットまたはドライプロセスによって除去される（少なくとも一部）かまたは残存していてもよい。この「エッチング停止」層が残存するか否かの選択は、それが接触するであろう流体への適切性およびデバイスの最終的な用途を基になされる。関係する機関により作成された認定された材料、表面エネルギー、付着物、洗脱（ｌｅａｃｈｉｎｇ）、吸収および事実いずれかの関連する性質のリストを照会することができる。
【００１６】
集積回路工業で開発されたような標準的なセルデザインルールを用いることによって、莫大な数のデバイスを有利に配列することができ、それ故、乳化機、混合機その他のような多数の能動デバイスを基材上にパッケージすることが可能である。例としては、１００×２００ミクロンのビアおよびセルサイズ２００×６００ミクロンで、セル当たり２つの乳化機であれば、５００，０００個のＴブランチ乳化機を２００ｍｍの基材上にパッケージすることができる。
【００１７】
積層体層および／またはガスケット層に適切なポリマーは、デュポンからテフロン（登録商標）を含めて供給されているようなＰＴＦＥ（ＰＦＡおよびＦＥＰ）、および一般に「不活性」、すなわち本用途にまた使用存続期間に十分な程度不活性、であると考えられている他のポリマーおよび金属を含んでいる。
【００１８】
従来のＰＴＦＥは、ニッケル（両方の材料は食品薬品局認可済である）および銅を含む金属と結合されて、Ｒｏｇｅｒｓ  Ｃｏｒｐ．のような多層のマイクロ波回路基板供給者から利用可能である。このことは、新しい構造の開発を可能にするための、比較的に低コスト、低リスクの手段を提供する。
【００１９】
相互連結およびデバイス流路の構成
プロセスフローは以下のものからなることができる：
１．両面「回路基板」（銅／ＰＦＡ／銅）の（下部）相互連結金属層にパターン形成および銅をハードマスクとして用いてＰＦＡにドライエッチングをする。
２．デバイス層に１を繰り返す。
３．ウェットプロセスで銅を除去する。
４．ＦＥＰガスケットを１つの面に結合する。
５．ガスケット層にパターン形成し、またドライエッチングする。
６．通路を開ける。
７．積み重ねを結合する。
【００２０】
好ましいプロセスシーケンスは以下のようである：
１．両面「回路基板」（銅／ＰＦＡ／銅）の（下部）相互連結金属層にパターン形成および銅をハードマスクとして用いてＰＦＡにドライエッチングをする。
２．相互連結層から銅を除去する（例えば、スプレーウェットプロセス）。
３．ＦＥＰガスケット層を相互連結層面と結合する。
４．ガスケット層にパターン形成し、またドライエッチングする。
５．（上端）デバイス層に１を繰り返す。
６．デバイス層から銅を除去する（例えば、スプレーウェットプロセス）。
７．通路を開ける。
８．積み重ねを結合する。
【００２１】
この第二のシーケンスは、すべてのドライエッチングプロセスについて、銅の伝導体が積層体上に残る（それによって静電クランプを可能にする）ので好ましい。
【００２２】
結合は溶融または接着を含むいずれかの適切な方法によることができる。特にＰＴＦＥは接着（もし処理できれば）または熱的結合ができる。
【００２３】
結合プロセスの間に、エッチングされたフィーチュア（ｆｅａｔｕｒｅｓ）が少なくとも部分的に接着剤または溶融した材料によって満たされるというリスクがある。この問題は、結合プロセスがエッチングされたフィーチュアを満たさないことを確実にするために、結合の前にエッチングされた構造を可溶性の材料のような犠牲的（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）フィラーで満たし、次いで後に溶出することで解決できる。
【００２４】
このように、本発明の１つ態様は、能動流体デバイスを含む第一の層、デバイスを流体源および／または出口および／または他のデバイスに相互連結するための少なくとも１つの相互連結流路を含む第二の層、およびデバイスと相互連結流路間の流体通路を定める少なくとも１つのビアを定める中間層を含む物理的に異なる複数の層を有するマイクロ流体構造からなる。
【００２５】
好ましくは、本構造は複数のデバイスを第一の層に、また対応する複数のビアを中間層に更に含んでいる。更に、本構造は、流路を他の流路および／または流体源および／または流体出口と連結するための相互連結流路を通り抜ける通路を含んでもよい。
【００２６】
第一のおよび第二の層は、フッ素化ポリマーのようなエッチング可能なポリマーまたは別のやり方でパターン形成され得るかもしくは刻印（ｉｍｐｒｉｎｔ）、成型もしくは他の方法で形を作ることのできる他の適切なポリマーで形成することができる。
【００２７】
少なくとも第一および第二の層の１つは、構造を通して流れる作動流体の局部的加熱および冷却を可能とするために、迷路（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ）構造を含むことができる。迷路は相互連結流路の部分として形成することができる。
【００２８】
本発明の更なる態様は、上記で定義されたような構造の積み重ねを含むマイクロ流体システムからなる。この場合には、積み重ねは、１つの面に少なくとも１つの相互連結流路および他の面に少なくとも１つのデバイスを含んだそれぞれ向かい合った面を有する平面エレメントの積み重ねを含み、エレメントがそれらの間に中間層を挟んで積み重ねられて構造の積み重ねを形成している。別の実施態様では、本システムは、向かい合った面を有する平面エレメントの積み重ねを有していてもよく、ここでエレメントの第一の組がそれらの面のそれぞれに少なくとも１つの形成されたデバイスを有し、また第二の組がそれらの面のそれぞれに少なくとも１つの相互連結流路を含み、それぞれの組のエレメントがそれらの間に中間層を含んで交互に積み重ねられ、構造の積み重ねを形成する。
【００２９】
本発明の更なる態様は、向かい合った面を含む平面の本体を有し、またそれぞれの面に以下の構成の１つが形成されるマイクロ流体エレメントを含む。
（ａ）両方の面が少なくとも１つの相互連結流路を有する、
（ｂ）両方の面が少なくとも１つの能動デバイスを有する、
（ｃ）１つの面が少なくとも１つの相互連結流路を有し、また他の面が少なくとも１つの能動デバイスを有する。
【００３０】
本発明の更なる態様は、複数の構造を含むカートリッジを含む、上記で定義されたようなマイクロ流体装置を含み、この場合は、構造は上記に定義されたようなシステムを形成していてよい。
【００３１】
本発明の更なる態様は、向かい合った面のそれぞれに構成を含み、その構成は以下の組み合わせの１つである、向かい合った面を有するマイクロエレメントからなる。
（ａ）両方の面は少なくとも１つの相互連結流路を有する、
（ｂ）両方の面が少なくとも１つの能動デバイスを有する、
（ｃ）１つの面が少なくとも１つの相互連結流路を有し、また他の面が少なくとも１つの能動デバイスを有する。
【００３２】
基材は、最初に、中央部のエッチング可能なポリマー層と、その向かい合った面のそれぞれに含む金属層、により形成することができる。この方法では、金属層の最初の１つがパターン形成されてハードマスクを形成することができ、また次の面がそれを通してエッチングされる。次いで、基材が反転され、第二の金属層がパターン形成され、またそれを通してエッチングすることができる。金属層はエッチングの後に除去することができる。
【００３３】
ドライエッチング工程の間、基材の静電気クランプを可能にするように、ポリマーのすべてのドライエッチングが完了するまで金属層は保持されることが特に好ましい。
【００３４】
本方法は、更に、相互連結流路が形成された時に、少なくともその１つを通して通路を開けることを含むことができる。
【００３５】
基材は、中央部のエッチング停止層を含むことができ、それは金属でもよい。基材はフッ素化ポリマーで形成することができる。
【００３６】
基材はドライエッチングとは別の方法、例えば、エンボス成型、成型、選択的硬化／架橋、レーザー、砂もしくは水によるアブレーションおよび同等のおよびいずれかの他の実施可能な方法によりパターン形成できる。
【００３７】
本発明の更なる態様は、積み重ねの上端および下端以外は、１つの相互連結流路を含む面が、１つのデバイスを含む面と面するように、上記に明記された方法のいずれか１つによって形成されたエレメントの積み重ねを形成する、そしてそれらの間に、ビアを含む層を結合し、これによってそれぞれのデバイスが、面する相互連結流路にビアによって連結されることを含むマイクロ流体システムの形成方法からなる。
【００３８】
結合の前に、エッチング構成は除去可能な、例えば可溶の、フィラーで満たすことができ、そして結合の後でフィラーは除去することができる。このことでエッチングされた構成が結合材料によって閉塞されることが防がれる。
【００３９】
本発明は上記に明示されているが、本発明は上記のまたは以下の記載の中のいかなる組み合わせによる発明をも含むことは理解されなければならない。
【００４０】
本発明は様々な方法で実行することができ、そこで特定の実施態様が、例の形で、添付の図面を参照して、ここに記載される。
【００４１】
図を参照した本発明の実施態様の詳細な記載
図１に、中に相互連結流路４が形成されている上端の基材１をみることができる。ビア５を含むガスケット層２が下部の基材３中のデバイス６に選択的な連結を与える。
【００４２】
図２に、いくつかの積み重ねられた基材の相互連結流路４を連結する通路７を含む基材の積み重ねが図式的に表されている。
【００４３】
図３に、２つの基盤を使った３つの層で作られた単純な３末端（ｔｅｒｍｉｎａｌ）の乳化機の半透明３／４図をみることができる。ガスケット層は、相互連結流路がデバイス層中のデバイスへ通ることを可能にし、極めて高いパッケージング密度および自由な相互連結の経路指定を可能とする。相互連結層をデバイス層から分離することにより、異なるスケールサイズの構造を形成することが容易になる。典型的な相互連結はずっとより大きくなり、例えば相互連結流路における圧力損失を最小限にし、また均等な分配およびデバイスからの流体の取り入れを確実にするために、デバイスよりも十倍大きい。
【００４４】
図４に、一緒に積み重ねられ、また適切な連結と付属品を備えられた多数の基材からなる完成されたパッケージされたカートリッジ８をみることができる。これらの連結は、流体が、例えば熱的に誘導されるビーズを作る重合のために、もしも必要であれば、温度制御流体を含むカートリッジに入ったり、また出たりすることを可能にする。局部的な冷却が必要なところでは、冷却流路を重合が必要なところに接近して走らせることができる。フッ素化ポリマーの乏しい熱伝導性は、冷却が高度に局部に限定されることを意味する。
【００４５】
図５は、カートリッジ８および適切なバルブを経由して流体を収集しまた供給するための容器９を含む完成された生産システム１０を示している。供給容器はその流体をカートリッジを通して動かすために加圧されてもよい。プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）のような自動化された制御システムが、貯蔵された論理プログラム、ヒューマンインターフェース、およびセンサー、バルブ、流量測定器および制御装置を必要に応じてとともに備えられてよい。少なくとも１つの基材上の少なくとも１つのデバイスの運転を感知することによりカートリッジに搭載されたデバイスの運転を監視するセンサーを有することは重要なことであり得る。
【００４６】
図６は、加工前の３−層の積層体の断面図である。基材１は、例えば銅の、上端および下端層１ａおよび１ｂを有する。これらの層はいくつかの機能を有し、また完全に犠牲的（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）であるかまたは少なくとも一部は加工後に基材上に残ってもよい。これらは静電クランプを可能とし、またハードマスクとしての役割を果たし、これによって基材のドライエッチングを可能とする。適切なエッチングプロセスは、ドライエッチングの分野でよく知られているように、いずれかのプラズマ源および基材の盤のバイアス（ｂｉａｓｉｎｇ）を含んでいる。これらは「ＲＩＥ」、「ＩＣＰ」、「ダイオード」、「トリオード」などとして様々に知られている。ＰＴＦＥは完全にフッ素と炭素からなり、化学的なエッチングが困難である（しかし、不可能ではない）。攻撃的なイオン照射を伴うドライプロセスは、そのために好まれ、アルゴン、クリプトンまたはキセノンなどの不活性ガスを用いることができ、加えて、四フッ化炭素との、または四フッ化硫黄および酸素と混合して用いることができる。金属ハードマスクの利点は、フォトレジストマスクが層１ａおよび１ｂにパターン形成するために最初に用いることができ、そしてこれらの層はウェットエッチングを含むいずれかの適切な手段で高度の選択性で下にある基材１までエッチングされる。層１ａおよび１ｂは、フォトレジストマスクをなお残して、または除去して、基材１のエッチングのために堅牢なマスクとして用いることができる。
【００４７】
図７に、更に層１ｃを含む加工前の５−層の基材が示されている。層１ｃは基材中のデバイス層または相互連結層またはその両方のいずれかに対するエッチング停止層を備えていてもよい。層１ｃはそれ自身の特徴、特にデバイス層にだけ曝されている場合は、反応への触媒であるような特徴を有していてもよく、そして例えば、白金、鉄またはいずれかの他の触媒であることができる。これは図８に示されているように、ガスケット層を形成してもよい。
【００４８】
図８は、エッチング完了後の図７の基材１を示しているが、しかしながら、明瞭化の目的のために両方の層１ａと１ｂはまだ存在している。みることができるように、層１ｃはそれにエッチングされたビア５のあるガスケット層２となっている。基材の上部の部分は相互連結流路４を含み、また下部の基材層にはデバイスがある。このような基材は、単独でまたは積み重ねて基材をお互いに分離するためのブランケットシート（通路のみを含む）とともに使用することができる。
【００４９】
図９に平行マイクロ流路熱交換器が示されている。単一層のマイクロ流体デバイスの中に、有益な量の熱が移動できるような平行マイクロ流路を構築することができる。図９は、ＰＦＡ基材の表面にエッチングされた、典型的な平行マイクロ流路熱交換器を示している。温度制御された冷媒流体は入り口ウェル１１からデバイスに入り、そして曲がりくねったマイクロ流路を経由して出口ウェル１２へと流れる。製品または供給流体は１３で第二のマイクロ流路を経由して、平行な曲がりくねった経路を製品出口ウェル１４へと進む。製品マイクロ流路と冷媒マイクロ流路は比較的薄い壁１５によって分離されており、これを通して熱が伝導される。示された実施態様では、２つのマイクロ流路は１０μｍ深さで２０μｍ幅である。マイクロ流路間の壁は５μｍの厚さである。しかしながら、広い範囲の寸法が可能である。２つのマイクロ流路間の熱抵抗は、１０μｍの長さについて約２×１０５ＫＷ−１である。これは２つの流体間の有益な熱の移動を可能にするのに十分である。
【００５０】
特定の用途に必要とされる熱交換器の長さは、流速および流体の比熱容量に加えて、流入する流体間の温度差、製品流体中での必要な温度変化に依存する。有用なデバイスは、長さが、マイクロ流路の深さの１０倍（１０ｘ）から数１００倍（１００ｘ）のオーダーまでの範囲でつくることができる。示されているデバイスは約１７００μｍの長さを有している。
【００５１】
更なる実施態様は、製品流体管路の両側に沿って冷媒管路を走らせるものである。これは製品流体への、または製品流体からの熱移動速度を約２倍にする。
【００５２】
冷媒流体はいずれかの液体または気体でよい。しかしながら、その低粘度、高比熱容量および毒性のないことおよび同様の製品適合性の問題から、水が好まれる。
【００５３】
明らかに、熱交換器は製品または供給流体の温度を、必要とされるように、上げるまたは下げる、のいずれにも用いることができる。用途の例は、アウトプット流体における、液滴のビーズへの、熱的に誘導された凝固である。
【００５４】
図１０は、多層の熱交換器を示している。流路を持つ層を１つより多く用いるマイクロ流体デバイスにおいては、別の熱交換構造が可能である。ここでは、２つの水平なマイクロ流路が十分に薄い垂直層によって分離されており、従って熱はこれらの２つのマイクロ流路の間で効果的に移動させることができる。上記の図はＰＦＡ基材の第一の層１６中の管路を示しており、これは温度制御された冷媒流体を運ぶことができる。製品流体は、第一の層の直ぐ上の第二の層中の曲がりくねった管路１７を通して流れる。示されている実施態様中では、冷媒管路１８は断面が１００μｍ×５０μｍで、製品流体管路１９は断面が２０μｍ×１０μｍである。製品流体管路の下端と冷媒流体管路の上端の間の垂直の分離は１３μｍである。この構造の熱抵抗は、重なり合う製品流体管路の長さ１０μｍ当たり約２．６×１０５ＫＷ−１、または示された構造について総体で４×１０３ＫＷ−１である。
【００５５】
前述のように、構造の詳細なデザインは製品流体の流速および熱容量および必要とされる温度変化に依存する。他の機能的に同等の（曲がりくねっていない）配置が可能であり、また両側への配置も考慮され得る。
【００５６】
より一般的には、図１１に示されるように熱交換器を用いて熱的な区域を作り出すことができる。
【００５７】
熱交換器理論の発展は、単一のまたは複数の冷媒回路を用いてマイクロ流体基材の全体を通して熱の分配を設計することである。もしも、１つまたはそれ以上の反応物質が反応の前に第一の温度に維持され、また反応の間もしくは後に製品が第二の温度に維持される必要があれば、これは、基材の中で異なる温度に維持されるように、冷媒管路をプロセス流体管路の隣に流路指定する方法で達成することが可能である。このことは、単一層または多層構造のいずれか、またはその組み合わせを用いることにより達成することができる。上記の図では、２つの反応物質流体が基材２０中の管路２１および２２に流れ込み、分岐合流点２３で合流し、また反応する。結果として生じる製品は、管路２４を通して流れ出す。管路２１および２２および分岐合流点２３は、第一の冷媒管路２５に近接していることによって第一の温度に維持されている。反応の後で、製品のアウトプットの流れは、第二の冷媒管路２６に近接することによって、第二の温度に変えられる。
【００５８】
主題の変化は考えられ得る。２区域以上の温度制御を、追加的な冷媒回路を用いることによって提供することができる。管路２６の上の管路２４における熱伝導区域の詳細なデザインは、熱伝導の詳細デザインの必要性に応じて、曲がりくねった流路、または平行な走路、またはいくつかの他の同等な方法での配置を用いることができる。単一層での実施における平行管路の使用によっても同様の結果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は本発明の完成された構造の部分の断面図である。
【図２】図２は本発明の完成された構造の積み重ねの部分の断面図である。
【図３】図３は、セル当たり２およびブロック当たり多数に配列されたＴ乳化機デバイスの３／４半透明の図である。
【図４】図４は基材の積み重ねを含む完成したカートリッジの図である。
【図５】図５は多数のカートリッジを含む完全な生産システムの図である。
【図６】図６は処理前の積層体の断面図である。
【図７】図７は処理前の他の積層体の断面図である。
【図８】図８は処理後の他の積層体の断面図である。
【図９】図９は熱交換器である。
【図１０】図１０は他の熱交換器である。
【図１１】図１１は２つの熱交換器である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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