(57)【要約】本発明は、ミクロ流体構造要素を生成する方法に関し、該方法は、（ａ）ミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリを提供し、前記鋳型アセンブリが、ダイ空洞を共に形成する第１鋳型ダイおよび第２鋳型ダイを備え、前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイが、（ｉ）ミクロ構造鋳型表面を備える金属であることが好ましい鋳型表面と、（ｉｉ）前記空洞にわたって前記第１鋳型ダイと前記第２鋳型ダイとの間に延びる１つまたは複数のコアピンとを備えることと、（ｂ）固化される成型材料を加えることと、（ｄ）前記硬化成型材料をダイ空洞から取り出すこととを備える。本発明は、該方法によって獲得可能なミクロ流体構造、ミクロ流体構造のミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリ、およびその使用法をさらに提供する。本発明は、ミクロ流体構造要素をさらに提供し、要素は、第１外面１０１および第２外面１０８を備え、前記第１外面および／または前記第２外面は、少なくとも１つのミクロ流体機能１０３、１０９のための少なくとも１つのミクロ構造を備え、前記第１外面および前記第２外面は、少なくとも１つのスルーゴーイングアパーチャ１０７によって流体連絡する。
2006509649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミクロ流体構造要素を製造する方法であって、
（ａ）ミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリを提供し、前記鋳型アセンブリが、ダイ空洞を共に形成する第１鋳型ダイおよび第２鋳型ダイを備え、前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイが、
（ｉ）スチール、ブロンズ、ベリリウム銅合金、または成型ダイアルミニウム合金などの金属であることが好ましい、ミクロ構造鋳型表面（７０５）を備える鋳型表面と、
（ｉｉ）前記ダイ空洞にわたって前記第１鋳型ダイと前記第２鋳型ダイとの間に延びる１つまたは複数のコアピンとを備えることと、
（ｂ）成型材料を前記ダイ空洞に加え、前記成型材料が、好ましくは熱可塑性物質、より好ましくはＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＣＯＣ、ＰＰ、ＰＥＴＧ、ＰＥ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＯＭ、ＰＵＲ、ＰＶＣ、およびＴＯＰＡＳからなる群から選択される熱可塑性物質であることと、
（ｃ）前記成型材料を固化させることと、
（ｄ）前記固化成型材料をダイ空洞から取り出すこととを備える、ミクロ流体構造要素を製造する方法。
【請求項２】
前記鋳型表面が、好ましくはニッケルである金属、好ましくはスチールである金属合金、好ましくはシリコンである半導体、好ましくはアルミナであるセラミックからなる群から選択される材料を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１鋳型ダイおよび前記第２鋳型ダイの一方または両方が、ミクロ構造鋳型表面および非ミクロ構造鋳型表面を備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記１つまたは複数のコアピンが、機械式ばね、水圧エキスパンダ、空気圧エキスパンダ、弾性材料、好ましくはゴム、好ましくはゴム、またはたとえばナイロン（登録商標）ＰＡ−６、ＰＡ−６．６、ＰＡ−９、ＰＡ−１０、ＰＡ−１１、ＰＡ−１２であるポリアミドなどの軟性プラスチックからなる群から選択される弾性手段を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイが、前記鋳型材料の適用または硬化中に前記型材料内に解放される、または前記固化成型材料の上に解放される、解放可能構造要素を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５において確定された方法によって得られるミクロ流体構造要素。
【請求項７】
ミクロ流体構造のミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリであって、
（ａ）第１鋳型ダイと、
（ｂ）第２鋳型ダイと、
（ｃ）閉鋳型位置と開鋳型位置との間において、互いに向かって、および互いから離れて相対運動するように前記第１鋳型ダイおよび前記第２鋳型ダイを支持するための調節可能サポートとを備え、
（ｄ）前記第１鋳型ダイまたは前記第２鋳型ダイは、前記閉位置において前記第１鋳型ダイおよび前記第２鋳型ダイの他方と係合する少なくとも１つのコアピンを備え、
前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイが、全体的または部分的微細構造成型表面を備える、鋳型アセンブリ。
【請求項８】
前記ミクロ構造鋳型表面が、前記少なくとも１つのコアピンと係合するための係合手段を備える、請求項７に記載の鋳型アセンブリ。
【請求項９】
前記係合手段が、前記ミクロ構造鋳型表面の突出部を備える、請求項８に記載の鋳型アセンブリ。
【請求項１０】
前記１つまたは複数のコアピンが、機械式ばね、水圧エキスパンダ、空気圧エキスパンダ、弾性材料、好ましくはゴム、またはナイロン（登録商標）ＰＡ−６、ＰＡ−６．６、ＰＡ−９、ＰＡ−１０、ＰＡ−１１、ＰＡ−１２からなる群から選択される弾性手段を備える、請求項７から９のいずれか一項に記載の鋳型アセンブリ。
【請求項１１】
微細流体構造要素であって、要素が、第１外面（１０１）および第２外面（１０８）を備え、前記第１外面および／または前記第２外面が、少なくとも１つのミクロ流体機能（１０３、１０９）のための少なくとも１つのミクロ構造を備え、前記第１外面および前記第２外面が、少なくとも１つのスルーゴーイングアパーチャ（１０７）によって流体連絡する、微細流体構造要素。
【請求項１２】
前記第１外面および前記第２外面が、前記スルーゴーイングアパーチャとほぼ直交する、請求項１１に記載の要素。
【請求項１３】
前記要素が、成型によって、好ましくは射出成型によって、より好ましくは圧縮射出成型によって準備される、請求項１１または１２に記載の要素。
【請求項１４】
要素が、モノリシック要素の形態にある、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の要素。
【請求項１５】
要素が、２つ以上の構造要素によってなる、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の要素。
【請求項１６】
前記第１外面および前記第２外面が、全体的にまたは部分的に機能化された表面を備える、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の要素。
【請求項１７】
前記全体的または部分的機能化表面が、表面処理によって、好ましくは物理的および／または化学的処理によって、より好ましくはプラズマ処理、熱処理、コロナ放電処理、気体燃焼処置、照射処理によって、または表面コーティングによって、好ましくはプラズマ重合付着および／または金属化によって機能化されている、請求項１６に記載の要素。
【請求項１８】
前記第１外面および／または前記第２外面が、少なくとも１つの追加要素（６０５）を備える、請求項１１から１７のいずれか一項に記載の要素。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの追加要素が、好ましくはＭＥＭＳ構成要素、より好ましくはミクロ構造チップ（６０５）であるインサート、印刷回路板（ＰＣＢ）、接着層、および好ましくは膜、シート、フォイルである中間層からなる群から選択される、請求項１８に記載の要素。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの追記要素が、好ましくは組み込むことによって、または接着させることによって、前記第１外面および／または前記第２外面に固定される、請求項１８または１９に記載の要素。
【請求項２１】
前記追加要素が、金属、好ましくはシリコンである半導体、セラミック、ガラス、ポリマー、好ましくはゴムである柔軟膜からなる群から選択される材料を備える、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのスルーゴーイングアパーチャが、好ましくはウェルまたはチャネルであるミクロ構造開空洞と流体連絡する、請求項１１から２１のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２３】
前記第１外面および／または前記第２外面が、ミリメートル領域の１つまたは複数の開構造を備える、請求項１１から２２のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２４】
前記第１外面および／または前記第２外面が、外部流体導管に結合するための流体結合手段を備え、好ましくは、結合手段は、特には軟性管のためのルアーであるルアーロックシステムからなり、最も好ましくは一体式流体結合手段である、請求項１１から２３のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２５】
前記第１外面および／または前記第２外面が、好ましくは０．１μｍから５ｍｍの範囲の、より好ましくは２μｍから０．８ｍｍの範囲の、１つまたは複数の開サブミリメートル構造を備える、請求項１１から２４のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２６】
前記第１外面および／または前記第２外面が、少なくとも１つの非ミクロ流体機能のための少なくとも１つのミクロ構造を備える、請求項１１から２５のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの非ミクロ流体機能が、情報を表示するための構造、好ましくはコードマークまたは管コネクタ番号などの、１つまたは複数の識別マークを備える、請求項２６に記載の要素。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの非流体機能が、カバー要素の位置決めおよび一時的固定のための位置決め構造、好ましくは誘導ピン、誘導エッジ、または誘導インデンテーションを備える、請求項１１から２７のいずれか一項に記載の要素。
【請求項２９】
前記第１外面および／または前記第２外面が、ラボオンチップ機能を提供する少なくとも１つのミクロ構造を備える、請求項１１から２８のいずれか一項に記載の要素。
【請求項３０】
前記ラボオンチップ機能が、
サンプル準備と、
センサへのサンプル送達と、
視覚調査または光学測定のための光学アクセスと、
ろ過と、
サンプルプラグ射出のための交差流体チャネルと、
流体を貯蔵するためのリザーバと、
流体の流れを１つのチャネルから他へ切り替えるための流れスイッチと、
１つまたは複数の流体の流れを混合するための流体ミキサと、
細胞培養器と、
細胞を分類するための細胞分類装置と、
細胞分析とからなる群から選択される１つまたは複数のミクロ流体動作のための手段からなる、請求項２９に記載の要素。
【請求項３１】
要素が、ほぼ平面である、請求項１１から３０のいずれか一項に記載の要素。
【請求項３２】
ミクロ流体構造であって、
請求項１１から３１に記載された少なくとも１つのミクロ流体構造要素と、
少なくとも１つのカバー要素とを備え、
前記少なくとも１つのミクロ流体構造要素の前記第１外面および／または前記第２外面は、前記少なくとも１つのカバー要素によって全体的または部分的に覆われる、ミクロ流体構造。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのカバー要素が、ミクロ構造である、請求項３２に記載の構造。
【請求項３４】
前記少なくとも１つのミクロ流体構造要素および／または前記少なくとも１つのカバー要素が、互いに関して位置決めするための対合手段を備える、請求項３２または３３に記載の構造。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのミクロ流体構造要素および前記少なくとも１つのカバー要素が、１つまたは複数の流体空洞または空洞システム、好ましくは流体導管、閉流体チャネル、流体リザーバ、またはその組合わせを形成する請求項３２から３４のいずれか一項に記載の構造。
【請求項３６】
前記少なくとも１つのカバー要素が、耐薬品性、機械的柔軟性、気体透過性、水不透過性、光透過性、剥離可能接着からなる群から選択される特性を提示する要素を全体的または部分的に備える請求項３２から３５のいずれか一項に記載の構造。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのカバー要素が、ＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＣＯＣ、ＰＰ、ＰＥＴＧ、ＰＥ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＯＭ、ＰＵＲ、ＰＶＣ、およびＴＯＰＡＳからなる群から選択される熱可塑性物質からなる群から選択される材料を備える請求項３２から３６のいずれか一項に記載の構造。
【請求項３８】
前記流体空洞が、多角形、三角形、矩形、正方形、六角形、楕円、円形、半円、またはその組合わせからなる群から選択される断面を全体的または部分的に提示し、前記断面が、深さおよび幅が一定である、または変化する請求項３２から３７のいずれか一項に記載の構造。
【請求項３９】
前記少なくとも１つのカバー要素が、ほぼ平面状である請求項３２から３８のいずれか一項に記載の構造。
【請求項４０】
標準ミクロ流体構造要素を製造する方法であって、該標準ミクロ流体構造要素が、標準面および使用適合面を備え、標準面が、好ましくは流体導管結合手段である所定の数のミクロ流体機能を備え、使用適合面が、少なくとも１つの所定のミクロ流体機能のための少なくとも１つの所定のミクロ構造を有し、標準面のミクロ流体機能が、使用適合面上の少なくとも１つの所定のミクロ流体機能と流体連絡し、前記方法が、  （ａ）請求項１１から３１に記載されたミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリを提供し、前記鋳型アセンブリが、
（ｉ）第１鋳型ダイが、標準面の所定の数のミクロ流体機能のミクロ構造鋳型表面および／またはマクロ構造鋳型表面を備え、第２鋳型ダイが、使用適合面の少なくとも１つの所定のミクロ流体機能のミクロ構造鋳型表面および／またはマクロ構造鋳型表面を備える、ダイ空洞を形成する第１鋳型ダイおよび第２鋳型ダイと、
（ｉｉ）前記ダイ空洞にわたって前記第１鋳型ダイと前記第２鋳型ダイとの間に延びる１つまたは複数のコアピンとを備えることと、
（ｂ）成型材料を前記ダイ空洞に加えることと、
（ｃ）前記成型材料を固化させることと、
（ｄ）前記効果成型材料をダイ空洞から取り出すこととを備える、標準ミクロ流体構造要素を製造する方法。
【請求項４１】
請求項３２から３９に記載されたミクロ流体構造、請求項１１から３１に記載された１つまたは複数のミクロ流体構造要素から製造されたミクロ流体構造、または請求項１から５に記載された方法によって製造されたミクロ流体構造の、分析分離、分析測定、細胞分析、ＤＮＡ塩基配列決定、およびタンパク質配列決定からなる群から選択される実験室分析のラボオンチップ動作を有するミクロ流体システムの製造での使用。
【請求項４２】
請求項３２から３９に記載されたミクロ流体構造、請求項１１から３１に記載されたミクロ流体構造要素から製造されたミクロ流体構造、または請求項１から５に記載された方法によって製造されたミクロ流体構造の、ヌクレオチド合成、タンパク合成、および細胞増殖からなる群から選択される実験室合成のラボオンチップ動作を有するミクロ流体システムの製造での使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミクロ流動構造要素を製造する方法、該方法によって得られるミクロ流体構造、ミクロ流体構造のミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリ、ミクロ流体構造要素、ミクロ流体構造、およびその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ミクロ流体構造の製造では、成型および／またはミクロ製作技術が、サブミリメートルの寸法の構造を精確に製造するために使用される。
【０００３】
ミクロ構造鋳型ダイの事前製造を含む成型技術は、ミクロ流体構造の各個々の使用法について設計されなければならない。しかし、ミクロ構造鋳型ダイの設計および準備は、時間がかかり、高価である。
【０００４】
したがって、製造方法に対する制約およびコストが最小限であるミクロ流体構造が必要である。
【０００５】
ＵＳ２００２／０１００７１４Ａ１は、ラボオンチップ機能について設計された動作のためのミクロ流体装置を開示し、前記装置は、基板およびチャネルのアーキテクチャを射出成型することによって準備される。
【０００６】
ＵＳ６１２６８９９は、（ｉ）サンプル入口、（ｉｉ）１つまたは複数の検出室、および（ｉｉｉ）室のそれぞれと入口との間において行止まり流体接続を提供するチャネル手段を有するサンプル分配網を画定する基板を含む液体サンプルを生物化学的に分析する装置を開示する。
【０００７】
ＷＯ−９９／１９７１７は、積層に沿って順次構成されたミクロ構造アレイ（２６）を含む柔軟で細長い膜積層として構築される連続形態ミクロ構造アレイを開示する。積層は、ロールから連続的に引き出して、処理および分析装置を通過させ、貯蔵のために再び巻く、または積み重ねることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一態様では、本発明の目的は、生成およびコストに対して最小限の制約で大量生成することができる改良ミクロ流体構造を提供することを追求することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、大能力のミクロ流体機能を提示するような改良ミクロ流体構造を提供することを追求することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、設計の適応性の増強を提示するような改良ミクロ流体構造を提供することを追求することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、改良ミクロ流体構造などを生成するための方法および装置を提供することを追求することである。
【００１２】
他の目的は、以下の記述から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による解決手段
「ミクロ流体構造要素を製造する方法」
本発明の一態様によれば、これらの目的は、ミクロ流体構造要素を製造する方法を提供することによって達成される。該方法は、
（ａ）ミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリを提供し、前記鋳型アセンブリが、共にダイ空洞を形成する第１鋳型ダイおよび第２鋳型ダイを備え、前記第１鋳型ダイおよび／または第２鋳型ダイが、
（ｉ）スチール、ブロンズ、ベリリウム銅合金、または成型ダイアルミニウム合金などの金属であることが好ましい、ミクロ構造鋳型表面を備える、鋳型表面と、
（ｉｉ）前記ダイ空洞にわたって前記第１鋳型ダイと前記第２鋳型ダイとの間に延びる１つまたは複数のコアピンとを備えることと、
（ｂ）成型材料を前記ダイ空洞に加え、前記成型材料が、好ましくは熱可塑性物質、より好ましくはＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＣＯＣ、ＰＰ、ＰＥＴＧ、ＰＥ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＯＭ、ＰＵＲ、ＰＶＣ、およびＴＯＰＡＳからなる群から選択される熱可塑性物質であることと、
（ｃ）前記成型材料を固化させることと、
（ｄ）前記固化成型材料をダイ空洞から取り出すこととを備える。
【００１４】
随意選択として、前記１つまたは複数のピンコアは、固化成型材料がダイ空洞から排出される前に、固化成型材料から解放および排出される。
【００１５】
成型材料は、当技術分野において知られている。
【００１６】
１つの好ましい実施形態では、前記鋳型表面は、好ましくはニッケルである金属、好ましくはスチールである金属合金、好ましくはシリコンである半導体、好ましくはアルミナであるセラミックからなる群から選択される材料を備える。
【００１７】
１つの好ましい実施形態では、前記第１鋳型ダイおよび前記第２鋳型ダイの一方または両方は、ミクロ構造鋳型表面および非ミクロ構造鋳型表面を備える。
【００１８】
１つの好ましい実施形態では、前記１つまたは複数のコアピンは、機械式ばね、水圧エキスパンダ、空気圧エキスパンダ、弾性材料、好ましくはゴム、またはたとえばナイロン（登録商標）ＰＡ−６、ＰＡ−６．６、ＰＡ−９、ＰＡ−１０、ＰＡ−１１、ＰＡ−１２であるポリアミドなどの軟性プラスチックからなる群から選択される弾性手段を備える。
【００１９】
コアピンと関連して弾性手段を使用する利点は、コアピンを保全または交換するより長い時間間隔が提供されることである。これは、固定または非弾性コアピン（固定された開始長、および鋳型インサートに緊密接触された「完全な」端面を有する）が（磨耗するとき）、時間および使用と共に悪化する完全より劣る接触表面を有する不均一端面を得るということによる。一方、弾性ピンは、ピンの磨耗および短縮に直面する場合でも、鋳型部分間の緊密接触を維持する。固定または非弾性ピンは、鋳型部分との十分な接触を保証するために、より多くの保全を必要とする。
【００２０】
本発明の一実施形態では、コアピンは、たとえば円錐形などわずかに先細りにすることによって、解放滑り角を有し、それにより、成型済み要素のコアピン解放をさらに制御することができる。
【００２１】
１つの好ましい実施形態では、コアピンの断面形態は、円形である。他の実施形態では、断面は、三角形、矩形もしくは正方形、または任意の多角形の形態など、スルーゴーイングアパーチャの適用に応じて、あらゆる他の形態を取ることが可能であり、それにより、ミクロ構造要素の表面上の接続チャネルまたはリザーバの様々な幾何学的断面にスルーゴーイングアパーチャを接続することが可能になる。
【００２２】
１つの好ましい実施形態では、前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイは、前記成型材料内にその適用または固化中に解放される、または前記固化成型材料の上に解放される解放可能構造要素を備える。
【００２３】
本発明の他の態様によれば、これらの目的は、上記で確定された本発明による方法によって獲得可能なミクロ流体構造要素を提供することによって達成される。
「ミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリ」
本発明の他の態様によれば、これらの目的は、ミクロ流体構造のミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリを提供することによって達成される。前記鋳型アセンブリは、
（ａ）第１鋳型ダイと、
（ｂ）第２鋳型ダイと、
（ｃ）閉鋳型位置と開鋳型位置との間において、前記第１鋳型ダイおよび前記第２鋳型ダイを、互いに向かっておよび互いから離れて相対運動するように支持するための調節可能サポートとを備え、
（ｄ）前記第１鋳型ダイまたは前記第２鋳型ダイは、前記閉位置において前記第１鋳型ダイおよび前記第２鋳型ダイの他方と係合する少なくとも１つのコアピンを備え、
前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイは、全体的または部分的ミクロ構造鋳型表面を備える。
【００２４】
１つの好ましい実施形態では、前記ミクロ構造鋳型表面は、前記少なくとも１つのコアピンと係合するための係合手段を備える。
【００２５】
１つの好ましい実施形態では、前記係合手段は、前記ミクロ構造鋳型表面の突出部を備える。
【００２６】
１つの好ましい実施形態では、前記１つまたは複数のコアピンは、機械式ばね、水圧エキスパンダ、空気圧エキスパンダ、弾性材料、好ましくはゴム、またはたとえばナイロン（登録商標）ＰＡ−６、ＰＡ−６．６、ＰＡ−９、ＰＡ−１０、ＰＡ−１１、ＰＡ−１２であるポリアミドなどの軟性プラスチックからなる群から選択される弾性手段を備える。
【００２７】
好ましい実施形態では、前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイは、以下の「ミクロ流体構造要素」のセクションにおいて確定されるミクロ流体構造要素を生成するように設計される。
「ミクロ流体構造要素」
本発明の一態様によれば、これらの目的は、ミクロ流体構造要素を提供することによって達成される。該要素は、第１外面および第２外面を備え、前記第１外面および／または前記第２外面は、
少なくとも１つのミクロ流体機能のための少なくとも１つのミクロ構造を備え、前記第１外面および前記第２外面は、少なくとも１つのスルーゴーイングアパーチャによって流体連絡する。
【００２８】
驚くべきことに、少なくとも１つのミクロ流体機能のための少なくとも１つのミクロ構造、および前記第１外面と前記第２外面との間において流体連絡するための少なくとも１つのスルーゴーイングアパーチャを有するミクロ流体構造要素は、成型することによって生成することができ、それにより、生成およびコストに対して最小限の制約で大量生成することが保証されることが判明した。
【００２９】
さらに、このミクロ流体構造要素により、３次元ミクロ流体構造が可能になり、その結果、１レベルにおけるミクロ流体交差を可能にしないが、第１面と第２面との間の流体連絡が流体クロス交差を可能にする３次元構造を提供する通常の従来の２次元ミクロ流体構造とは対照的に、新しくおよび／またはよりコンパクトな構造を設計することについて適応性が保証される。
【００３０】
スルーゴーイングアパーチャによって面の２つの間において流体連絡するそのようなミクロ流体構造要素の成型は、１つまたは複数のコアピン、好ましくは鋳型ダイの表面に関して接触および位置を調節するように適度に弾性である前記コアピンを含むことによって、その位置決めおよび磨耗のばらつきに関係なく、得ることができることが判明した。その結果、スルーゴーイングアパーチャを有する成型済みミクロ流体構造要素は、より長い寿命を提示する鋳型ダイにおいて生成することができ、それによりスループットが増大し、コストが減少する。
【００３１】
さらに、そのようなミクロ流体構造要素は、スルーゴーイングアパーチャによって流体連絡する前記第１外面および／または前記第２外面上に少なくとも１つのミクロ流体機能を含み、それにより、多数のミクロ流体機能を有する２面ミクロ流体構造を提供することができる。一般に、より多くのそのようなミクロ流体構造要素を組み立てることによって、多層ミクロ流体構造要素を得ることができる。
【００３２】
「少なくとも１つのミクロ流体機能のための少なくとも１つのミクロ構造を備える前記第１外面および／または前記第２外面」という用語は、それぞれまたは両方が少なくとも１つのミクロ構造表面を収容する、前記第１面および前記第２面を備える要素を示すことを意図する。ミクロ構造は、混合、毛細ポンピングなど、少なくとも１つのミクロ流体機能を収容するように設計される。
【００３３】
ミクロ流体機能は、当技術分野において知られている。たとえば、Ｐ．グラベセン（Ｇｒａｖｅｓｅｎ）、Ｊ．ブラネブジェルグ（Ｂｒａｎｅｂｊｅｒｇ）、およびＯ．Ｓ．ジェンセン（Ｊｅｎｓｅｎ）：「Ｍｉｃｒｏ−Ｆｌｕｉｄｉｃｓ−ａ  Ｒｅｖｉｅｗ」、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ、Ｍｉｃｒｏｅｎｇ、３（１９９３）、１６８〜１８２ページ、およびＲ．ツェンゲーレ（Ｚｅｎｅｒｌｅ）、「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ」、１９９８、１１１〜２２ページ、Ｎｉｎｔｈ  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ  Ｅｕｒｏｐｅ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、ＭＭＥ’９８、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓを参照されたい。
【００３４】
一般に、ミクロ流体構造のスルーゴーイングアパーチャは、アパーチャを生成するコアピンを成型済み材料からその固化後に解放して、そこから排出することができる限り、スルーゴーイングアパーチャの機能に応じて、前記第１外面と前記第２外面との間の直線的なアパーチャについて、任意の形状または任意の角度を有することができる。たとえば、コアピンは、直線的でほぼ円形のコアピンについて通常５度未満など、適切なドラフト角度を提示すべきである。斜角にある湾曲形状のアパーチャおよび直線アパーチャでは、これは、鋳型ダイから取り外す前に、コアピンを引き出すことによって達成することができる。
【００３５】
一実施形態では、コアピンは回転することができ、それにより、ねじ山タイプの形状のスルーゴーイングアパーチャが可能になる。
【００３６】
１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および前記第２外面は、前記スルーゴーイングアパーチャにほぼ直交し、それにより、固化成型材料のコアピンを引き出すことが特に容易になる。
【００３７】
ミクロ流体構造要素は、成型、好ましくは射出成型、より好ましくは圧縮射出成型によって準備され、それにより、多数の要素の生成を低コストで得ることができる。
【００３８】
一般に、ミクロ流体構造要素は、応用例に応じて、任意の数の適切な部分で生成される。
【００３９】
１つの好ましい実施形態では、ミクロ流体構造要素は、モノリシック要素の形態にあり、それにより、ミクロ流体機能は、単一要素において生成することができ、その結果、個々の部分を組み立てることに関連する生成コストが低減される。
【００４０】
他の好ましい実施形態では、ミクロ流体構造要素は、２つ以上の構造要素からなる複合要素の形態にあり、それにより、より多くのミクロ流体機能およびたとえばインサートを最終ミクロ流体構造に組み込むことができる。
【００４１】
一般に、多くの応用例では、たとえば、分析または合成のために化学的および生物学的な化合物および細胞を固定または不動にするように、ミクロ流体構造の様々な部分を全体的または部分的に機能化することが有益である。
【００４２】
その結果、１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および前記第２外面は、全体的または部分的に機能化された表面を備え、それにより、たとえば、ウェルもしくはチャネルを備える観測領域、または細胞を固定するためのリザーバを提供することができる。
【００４３】
一般に、表面は、任意の適切な技術によって機能化することができるが、前記全体的または部分的機能化表面は、表面処置によって、好ましくは物理的処置および／または化学的処置によって、機能化されていることが好ましい。
【００４４】
好ましい実施形態は、プラズマ処理、熱処理、コロナ放電処理、気体燃焼処理、および照射処理を含み、これら技術は、一括生成プロセスおよび連続生成プロセスの両方において、ミクロ流体構造要素の処置に容易に適合させることができる。
【００４５】
また、表面機能化の好ましい実施形態は、表面コーティング、好ましくはプラズマ重合付着および／または金属化によるコーティングを含む。
【００４６】
感知、信号処理、流体制御、計算など、所与の応用例について所望の機能化を提供するために、より特有の要素がミクロ流体構造要素において必要とされる。その結果、１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および／または前記第２外面は、少なくとも１つの追加要素を備える。
【００４７】
好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの追加要素は、インサート、好ましくはＭＥＭＳ構成要素、より好ましくはミクロ構造チップ、または印刷回路板（ＰＣＢ）からなる群から選択される。
【００４８】
他の好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの追加要素は、付着層、好ましくは膜、シート、またはフォイルである中間層からなる群から選択され、それにより、たとえば、流体から気体成分を化学的に分離する機能を達成することができる。
【００４９】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの追加要素は、好ましくは内部に組み込むことによって、または接着させることによって、前記第１外面および前記第２外面に固定され、それにより、頑強なミクロ流体構造を提供することができる。
【００５０】
１つの好ましい実施形態では、前記追加要素は、金属、好ましくはシリコンである半導体、セラミック、ガラス、ポリマー、好ましくはゴムである柔軟膜からなる群から選択される材料を備え、それにより、多数の特有の機能化を得ることができる。
【００５１】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのスルーゴーイングアパーチャは、好ましくはウェルまたはチャネルであるミクロ構造開空洞と流体連絡し、それにより、流体を反対側の面に送達することができる。
【００５２】
一般に、ミクロ流体機能では、可能な限り少量の流体を使用することが望ましく、それにより、流体を高速で処理することができる。その結果、ミクロ流体構造の寸法は、適切な量および時間で加えられる流体の望ましい機能および流れを提供するように選択される。この選択は、利用可能な成型技術および成型材料、ならびにすべてが当業者には知られている必要な機械的特性および化学的特性に依拠する。両方とも上記で引用されたグラベセンらおよびツェレンゲールを参照されたい。
【００５３】
一般に、寸法は、それぞれ、ミリメートルの領域、およびサブミリメートルの領域の寸法として分類することができる。
【００５４】
１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および／または前記第２外面は、ミリメートルの領域の１つまたは複数の開構造を備え、それにより、「マクロ」世界への流体結合を達成することができる。
【００５５】
たとえば試薬流体の供給および生成産物または中間産物の放出のためのミクロ流体導管とマクロ流体導管との間の流体結合が、「ミクロ」世界に適合された結合手段の知られている原理を使用することによって達成される。
【００５６】
１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および／または前記第２外面は、外部流体導管に結合するための導管結合手段、好ましくはルアーロックシステムを備える手段、より好ましくは柔軟管のためのルアーを備え、それにより、確実な流体接続が保証される。
【００５７】
１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および／または前記第２外面は、好ましくは０．１μｍから５ｍｍの範囲の、より好ましくは２μｍから０．８ｍｍの範囲の、１つまたは複数の開サブミリメートル構造を備え、それにより、ミクロ構造およびマクロ構造の両方とも、高精度で得ることができる。
【００５８】
１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および／または前記第２外面は、少なくとも１つの非マクロ流体機能のための少なくとも１つのミクロ構造を備え、それにより、構成要素、識別子、位置決めマーカ、固定構造、およびロゴを得ることができる。
【００５９】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの非ミクロ流体機能は、情報を表示するための構造、好ましくはコードマークまたは管コネクタ番号などの１つまたは複数の識別マーカを備え、それにより、各ミクロ流体構成要素の個々の識別が可能になる。
【００６０】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの非流体機能は、カバー要素を位置決めして、一時的に固定するための位置決め構造、好ましくは誘導ピン、誘導エッジ、または誘導インデンションを備え、それにより、精確な位置決めおよび固定を得ることができる。
【００６１】
１つの好ましい実施形態では、前記第１外面および／または前記第２外面は、ラボオンチップ機能を提供する少なくとも１つのミクロ構造を備え、それにより、細胞および生物学的化合物のスクリーニングなどの実験室機能を、費用効果の高いミクロ流体構造において実施することができる。
【００６２】
１つの好ましい実施形態では、前記ラボオンチップ機能は、
サンプル準備と、
センサへのサンプル送達と、
視覚調査または光学測定のための光学アクセスと、
ろ過と、
サンプルプラグ射出のための交差流体チャネルと、
流体を貯蔵するためのリザーバと、
流体の流れを１つのチャネルから他へ切り替えるための流れスイッチと、
１つまたは複数の流体の流れを混合するための流体ミキサと、
細胞培養器と、
細胞を分類するための細胞分類装置と、
細胞分析とからなる群から選択される１つまたは複数のミクロ流体動作のための手段からなる。
【００６３】
１つの好ましい実施形態では、要素は、ほぼ平面状である。
【００６４】
「ミクロ流体構造」
本発明の他の態様によれば、これらの目的は、ミクロ流体構造を提供することによって達成される。該構造は、
上記の「ミクロ流体構造要素」のセクションにおいて確定された本発明による少なくとも１つのミクロ流体構造要素と、
少なくとも１つのカバー要素とを備え、
前記少なくとも１つのミクロ流体構造要素の前記第１外面および／または前記第２外面は、前記少なくとも１つのカバーによって全体的または部分的に覆われ、それにより、開ミクロ構造は閉じられ、流体導管およびリザーバの機能が得られる。
【００６５】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのカバー要素は、ミクロ構造である。
【００６６】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのミクロ流体構造要素および／または前記少なくとも１つのカバー要素は、互いに関して位置決めするための対合手段を備える。
【００６７】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのミクロ流体構造要素および前記少なくとも１つのカバー要素は、１つまたは複数の流体空洞または空洞システム、好ましくは流体導管、閉流体チャネル、流体リサーバ、またはその組合わせを形成する。
【００６８】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのカバー要素は、耐薬品性、機械的柔軟性、気体透過性、水不透過性、光透過性、解放可能接着からなる群の中から選択される特性を提示する要素を全体的または部分的に備える。
【００６９】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのカバー要素は、ＰＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＣＯＣ、ＰＰ、ＰＥＴＧ、ＰＥ、ＰＡ、ＡＢＳ、ＰＯＭ、ＰＵＲ、ＰＶＣ、およびＴＯＰＡＳからなる群から選択される熱可塑性物質からなる群から選択される材料を備える。
【００７０】
１つの好ましい実施形態では、前記流体空洞は、多角形、三角形、矩形、正方形、六角形、楕円、円、半円、またはその組合わせからなる群から選択される断面を全体的または部分的に提示し、前記断面は、深さおよび幅が一定である、または変化する。
【００７１】
１つの好ましい実施形態では、前記少なくとも１つのカバー要素は、ほぼ平面状である。
【００７２】
「標準ミクロ流体構造要素を生成する方法」
本発明の他の態様によれば、これらの目的は、標準ミクロ流体構造要素を生成する方法を提供することによって達成され、該要素は、
標準面および使用適合面を備え、
標準面は、所定の数のミクロ流体機能、好ましくは流体導管結合手段を有し、
使用適合面は、少なくとも１つの所定のミクロ流体機能のための少なくとも１つの所定のミクロ構造を有し、
標準面のミクロ流体機能は、使用適合面上の少なくとも１つの所定のミクロ流体機能と流体連絡し、該方法は、
（ａ）「ミクロ流体構造要素」のセクションにおいて確定されたミクロ構造要素を成型するための鋳型アセンブリを提供し、前記鋳型アセンブリが、
（ｉ）第１鋳型ダイが、標準面の所定の数のミクロ流体機能のミクロ構造および／またはマクロ構造鋳型表面を備え、第２鋳型ダイが、使用適合面の少なくとも１つの所定のミクロ流体機能のミクロ構造鋳型表面および／またはマクロ構造鋳型表面を備える、ダイ空洞を形成する第１鋳型ダイおよび第２鋳型ダイと、
（ｉｉ）前記ダイ空洞にわたって前記第１鋳型ダイと前記第２鋳型ダイとの間に延びる１つまたは複数のコアピンとを備えることと、
（ｂ）成型材料を前記ダイ空洞に加えることと、
（ｃ）前記成型材料が固化させることと、
（ｄ）前記固化成型材料をダイ空洞から取り出すこととを備える。
【００７３】
随意選択で、前記１つまたは複数のピンコアは、固化成型材料がダイ空洞から排出される前に、固化成型材料から解放および排出される。
【００７４】
好ましい実施形態では、前記第１鋳型ダイおよび／または前記第２鋳型ダイは、上記の「ミクロ流体構造要素」のセクションにおいて確定されたミクロ流体構造要素を生成するように設計される。
【００７５】
「ミクロ流体構造の使用」
本発明の他の態様によれば、これらの目的は、上記の「ミクロ流体構造」のセクションにおいて記載されたミクロ流体構造、上記ミクロ流体構造要素」のセクションにおいて記載された１つまたは複数のミクロ流体構造要素から製造されたミクロ流体構造、または上記「ミクロ流体構造要素を生成する方法」のセクションにおいて記載された方法によって製造されたミクロ流体構造の、分析分離、分析測定、細胞分析、ＤＮＡ塩基配列決定、およびタンパク質配列決定からなる群から選択される実験室分析のラボオンチップ動作を有するミクロ流体システムの製造での使用を提供することによって達成される。
【００７６】
本発明の他の態様によれば、これらの目的は、上記の「ミクロ流体構造」のセクションにおいて記載されたミクロ流体構造、上記ミクロ流体構造要素」のセクションにおいて記載された１つまたは複数のミクロ流体構造要素から製造されたミクロ流体構造、または上記「ミクロ流体構造要素を生成する方法」のセクションにおいて記載された方法によって製造されたミクロ流体構造の、ヌクレオチド合成、タンパク合成、および細胞増殖からなる群から選択される実験室合成のラボオンチップ動作を有するミクロ流体システムの製造での使用を提供することによって達成される。
【００７７】
「表現の定義」
本文脈では、「ミクロ流体」という用語は、チャネルまたはスルーゴーイングアパーチャの断面など、流体システムの寸法がサブミリメートルの領域、通常はナノメートルからミリメートルの領域にあり、縦方向の延長部が、サブミリメートルからミリメートルを超える領域、通常は１ｍｍから１０００ｍｍの領域にあることを示すことを意図する。
【００７８】
本文脈では、「１つまたは複数」という用語は、「少なくとも１つ」、通常はいくつかを含むと解釈される。
【００７９】
以下において、例としてのみ、本発明は、好ましい実施形態の詳細な記述でさらに開示される。図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
図１は、ミクロ流体構造要素１００を示す本発明の実施形態を示し、この図では、要素１００の第１外面（この図では平面）１０１の上にミクロチャネル１０３、１０９、１１０を備え、ミクロチャネルは、フィードスルー１０７によって提供される入口／出口１０２と流体連絡する。この図では、フィードスルーは、柔軟管の直接取付けを可能にするルアー１０６の形態に成型される。ルアー１０６は、物理的損傷に対して保護し、ならびに適切な外径および内径の管に締付けサポートを提供する保護構造１０５を有する。この例のルアー１０６の内径は、８００μｍである。ルアーの外径は、１．６ｍｍであり、端部は、管の扱いを容易にするように、わずかに円錐形である。ルアーは、３ｍｍ長の管を受ける。
【００８１】
接続管は、たとえば、コールパルマー（Ｃｏｌｅ  Ｐａｌｍｅｒ）から入手可能なタイゴン（Ｔｙｇｏｎ）（商標）管であり、この場合、管は１．３ｍｍの内径を有し、ルアーの上で押されるとき、管はわずかに膨張する。膨張は、管の弾性特性と組み合わされて、緊密な流体接続をもたらし、十分な力を使用することによってのみ、管はルアーから外される。管の壁の厚さは、ルアー１０６と保護リング１０５との間にはめ込まれるように選択される。
【００８２】
この形態の流体接続は、クロマトグラフィ、ＨＰＬＣにおいて使用されるような非常に高い圧力下の流体には適していないが、最高で数百ｐｓｉの圧力には十分である。
【００８３】
特有の構成の外部接続を含む第２面１０８は、様々な異なるミクロ流体構造要素１００を確定する第１面１０１上のミクロ構造の異なるパターンと共に、再使用されることが可能である。いくつかの例では、フィードスルー１１１は、必要とされず、したがって、いずれの構造にも接続されない。
【００８４】
ミクロ流体構造の応用例は、粒子フィルタ、ミキサ、光学キュベット、毛細電気泳動、細胞分析、サンプル射出、ＰＣＲ室などを含めて、多様である。チャネルを通る流れを層状方式で誘導する共通接合部１１０において２つの別々の流れを組み合わせることによって、２つの流体が混合されることが可能である。
【００８５】
外部接続１０４の数は、構造要素１００上の利用可能な空間に基づき変更できる。外部接続１０４の相対位置も、変更することが可能である。あらゆるミクロ構造１０３、１０９は、フィードスルー開口１０２の正確な位置を知った上で設計されることが明らかに必要である。
【００８６】
図２は、この図では平面である、第１面１０１および第２面１０８の両方の上にミクロ構造を有する要素１００を示す、本発明の実施形態を示す。第２面上のミクロ構造２０３は、フィードスルー２０２、２０７を介して第１面１０１上のミクロ構造１０９と流体連絡し、一方、ミクロ構造１０３は、別のままである。
【００８７】
他のフィードスルー１０２が、外部接続（たとえば図１の１０４参照）のためのポートを提供する。
【００８８】
図３ａは、閉流体導管を提供するミクロ流体構造３００を得るために、ミクロ構造要素１００がカバー要素３０１と共に組み立てられる様子を示す、本発明の実施形態を示す。カバー３０１は、しばしば、ミクロ構造要素１００と同じベース材料から選択される（および、たとえば同じ方法によって製造される）が、様々な充填剤、顔料、または他の機能添加物に関して相違を提示することが可能である。１つの接合方法は、透過レーザ溶接である。この方法を実施する古典的な方式では、ベース材料は、カーボンブラックなどの吸収顔料を追加することによって、放射に対して不透過性であるように作成される。放射は、透過性部分によって透過される。その部分は、通常はＩＲ放射であるレーザ光への暴露中に共に締め付けられ、熱が境界面において発生して、２つの面を共に溶接する。２つの部分を接合する他の方式には、ＵＶ硬化接着剤、ホットメルトなどの接着剤を使用する積層化がある。
【００８９】
カバー要素３０１およびミクロ構造要素１００は、実際の接合プロセスの前に固定位置決めを容易にするために、対合構造３６１、３６０を含むことが可能である。これにより、カバー要素３０１の結合表面３１１上の構造を、要素１００の第１外面１０１上の構造１０３に関して位置決めすることが可能になり、これにより複合構造が生じる。同様にして、カバー要素３０１は、ミクロ構造要素１００の回りにリムはめ込み（図示せず）を含むことが可能であり、これにより位置決めと同様の効果が与えられる。カバー要素３１０の外面には、一般に特徴はないが、ミクロレンズ、屈折格子、または他の機能構造（図示せず）などの必須構造を有することができる。外表面３１０は、バーコード、識別マーカ、ロゴなど（図示せず）、チップに関する情報を印刷するために使用されることが可能である。カバーは、完全には示されず、湾曲線３１２に沿って切断されたセクションとしてのみ示されている。
【００９０】
図３ｂは、ミクロ構造１０３、１０２を両面上に有するミクロ流体構造要素３０３のアセンブリ３００を示す、本発明の実施形態を示す。外部接続のための手段を得るために、接続要素３０６（ミクロ流体構造要素１００の一体部分として図１に示される）が使用される。接続要素３０６は、この実施形態ではいずれのミクロ構造も欠いているが、他の実施形態では、たとえば、センサ要素などのミクロ流体機能、または２つのスルーゴーイングアパーチャ（この図ではフィードスルーによって例示される）間の流体接続など（図示せず）を形成するために、ミクロ構造（フィードスルー開口３０９とは別に）を含むことが可能である。ミクロ流体構造要素３０３の表面３０５および３０７ならびに接続要素３０６は、それぞれ、組み立てられたミクロ流体構造要素３０２を形成し、一方、フィードスルー３１５、１０７が、おそらくは図３ａに関して記述された対合構造手段によって、互いに関して適切に位置決めされることが見て分かるように、密接に接触される。組立てミクロ構造（組み立てられた）要素３０２は、閉鎖流体導管を有するアセンブリ３００を得るように、カバー要素３０１およびミクロ流体構造要素３０２のそれぞれ面３１１および３０４を接合することによって、カバー要素３０１と共に組み立てられる。接合は、図３ａに関して議論されたように実施されることが可能である。すべてのフィードスルー３０９が、ミクロ流体構造要素３０３上のミクロ構造に接続されるわけではない。接続要素３０６は、たとえば、ミクロ流体構造要素について記述されたのと同じ方法を使用して製造されることが可能である。
【００９１】
図４は、この図では両側に平面ミクロ構造外表面１０１、１０８を有する要素であるミクロ流体構造要素１００の断面図を示し、フィードスルー１０７を示す。矩形チャネル１０３の断面を両側の平面外表面１０１、１０８の上に見ることができる。チャネル構造側壁の高さ４２２は、チップ上において変化させることが可能であり、チャネル１０３の幅４２５ならびにリザーバ４０３の幅４２４および深さ４２３も変化させることが可能である。表面１０１、１０８は両方とも、ミクロ構造を含む。両垂直表面４２０、４２１は、ミクロ構造を有さずに示されている。しかし、これらの表面は、好都合であれば、たとえば、特別な流体を射出するために、または対合コネクタ（図示せず）によって流体接続される近傍ミクロ流体構造要素に結合するために、リザーバを形成するように、ミクロ構造を備えることが可能である。
【００９２】
図５は、ミクロ流体構造要素１００およびカバー要素５１０の断面図を示し、前記カバー要素は、ミクロ流体構造要素１００上の構造４０３に対して位置決めされる構造５３０（たとえば、ミクロ構造）を含む。異なる直径を有するフィードスルー１０７、５０７が示されており、いくつかは、ミクロチャネル構造１０３と流体連絡する。構造部分５１３（たとえば、ミクロ構造）を含むインサート要素５０５が、構造５１２と共に要素１００に対して作用する。インサートは、接着手段によって、または要素１００と接合されるカバー５１１を使用することによって、適所に維持される。カバー要素は、インサート５０５を受けるために、側壁５３２および底部壁５３１によって画定される陥凹を有する。ミクロ流体構造要素１００は、要素１００においてインサート５０５を受けて、位置決めするための対応する陥凹５０３を有する。カバーは、追加のミクロチャネル構造特徴５３３、５３４（たとえば、非垂直壁を有する）を含むことが可能である。矢印５４０および５４１は、ミクロ流体構造３００を形成するように、部分５１０、１００、５０５、５１１を組み立てる方向を示す。流体をミクロ流体構造３００へ、およびミクロ流体構造３００から供給するための外部接続１０４は、構造の一体式部分とする、または別に取り付けられることが可能である。
【００９３】
図６は、カバー６１０、６１１を有するミクロ構造要素１００のアセンブリ３００の形態にあるミクロ流体構造の断面図を示す。カバー６１０およびミクロ流体構造要素１００は、その部分を互いに関して位置決めすることを可能にするために、追加の対合構造５５０を有する。フィードスルー５０７、１０７、６０７は、直径が異なっていてもよく、異なるプロファイルで作成することもできる（たとえば、フィードスルー１０７と比較したフィードスルー６０７）。この場合、管を広い部分６１７に挿入することができ、プロファイル６１８のより小さい部分のみが、流体と接触する。フィードスルーは、チャネル１１３と流体連絡する。ミクロ流体構造３００は、フィードスルーおよび他の構造部分と共に、ミクロ流体構造要素１００の少なくとも２つの面１０１、１０８を使用して比較的コンパクトなミクロ流体流れシステムを画定する、ミクロチャネル１０３およびリザーバ４０３をさらに備える。
【００９４】
図７は、カバー７１０、７１２、７１３およびインサート要素６０５を有するミクロ流体構造要素１００のアセンブリ３００の形態にあるミクロ流体構造の断面図を示す。通常のインサート要素は、サンプル流体と密接に接触されるようにすることが必要であるシリコンをベースとするセンサである。給電およびデータの交換のためにセンサ要素に電気接続をセンサに提供するように、例示的なセンサチップインサートへの電気接続が、ミクロ流体構造要素１００の外表面１０８上を走る、またはカバー要素７１３に統合されることが可能である。サンプル流体は、フィードスルー５０７を介してミクロチャネル構造６０３を有する測定サイトに至ることが可能であり、フィードスルー５０７は、構造４０３およびフィードスルー１０７を介して外部流体接続６０４と流体連絡する。外部接続６０４は、別々に作成して、要素１００の表面１０８上に接合することができる。
【００９５】
いくつかの場合、カバーは、カバー要素７１２の部分的に取り外された複製７１２’および矢印６０２によってカバー７１２について示されるように、ミクロ流体構造要素１００の表面１０１に固定式に接着されることが可能である。取外しプロセス６０２の結果、ミクロ構造表面１０１の特定の部分４０３にアクセスすることが可能である。
【００９６】
図８ａは、ミクロ流体構造要素１００（図１〜図７参照）を作成することが可能である、鋳型アセンブリ７０１の実施形態を示す。ダイ空洞７１５が、第１ダイ要素７０２および第２ダイ要素７０３によって画定され、後者は、ダイライニング要素７０４を備える。コアピン７１０が、ダイ空洞７１５の中に突出し、鋳型ダイがダイ空洞を形成するように閉じられるとき、ミクロ構造ライニング７０４の表面７０５上にあるようになる。コアピンは、弾性ばね要素７１２による対向表面７０５との接触に関して自己調節される。表面７０５に対してピン７１０によって及ぼされる力は、ばねを事前装填するためにねじ７１３を調節することによって変更することが可能である。他の実施形態では、プランジャ（図示せず）が、ねじとコアピンとの間に挿入される。コアピンの延長部は、ピンの上のヘッド７１１によって限定される。コアピン７１０の長さは、表面７０５と完全に接触するために、ダイ空洞７１５の幅よりわずかに長くなければならない。通常のライニングの厚さは、０．１ｍｍから５０ｍｍの範囲にあるが、より厚くすることができる。
【００９７】
他の実施形態では、ミクロ構造は、たとえば微細機械加工またはレーザ彫刻、ＣＮＣ摩砕、または同様の方法によって、および随意選択でライニングを含めて、鋳型表面において直接、全体的にまたは部分的に組み込まれる。
【００９８】
コアピン７１０は、突出部７０５が流体構造を画定し、かつ陥凹７０６がミクロ流体構造要素１００の結合表面１０１（図１〜図７参照）を画定するミクロ構造表面上にある。ダイ要素７０２は、コアピン７１０を誘導するための精密に形成された構造７０９を有する。ミクロ構造パターンを形成する異なる高さ（ステップ７０７によって示される）にある表面７０５、７０６を有するダイライニング要素７０４は、電気めっきされたニッケルインサートとすることが可能である。
【００９９】
図８ｂは、柔軟ばね要素（図８ａの７１２）がエラストマ部分７２０によって置き換えられている鋳型アセンブリ７０１の断面図を示す。エラストマを使用することにより、コアピン間において必要とされる最小限の距離を低減するように作用することが可能である。コアピン７１１のヘッドは、１つまたは複数の方向においてより小さい空間を占めるように、縮小された幾何学的形状を有することが可能である。非対称ヘッド７１１が、コアピンを誘導して、軸７１４の回りの回転を防止することもできる。これは、コアピン７１０の接触表面７０５が回転対称ではない場合、重要である可能性がある。ダイライニング要素７０４は、異なる高さにおいて表面７２１、７０５、７０６を備え、これらは、共に、成型済みミクロ流体応増要素（たとえば図１〜図７の１００参照）もしくはカバー要素（たとえば図５の５１０、５１１参照）の上においてミクロ構造パターンを形成し、または接続要素（たとえば図３ｂの３０６参照）の上において構造パターンを形成する。
【０１００】
図８ｃは、両方のダイ表面がミクロ構造ライニング７０４、７３０によって（または他の手段によって、たとえばダイ要素７０２、７０３自体のそれぞれの表面によって）画定される鋳型アセンブリ７０１の断面図を示す。精密な穴が、コアピンがダイ空洞７１５の中に突出することを可能にするように、ミクロ構造ダイライニング７３０において作成される。コアピンの自己調節特性を提供する柔軟要素は、エラストマ要素７２０として示されているが、ばね要素によって提供されることも同様に可能である。インサートダイ７３０は、ミクロ構造要素を画定するように、突出部７３１および陥凹７３２（ステップ７３３によって分離される）を有する。インサートダイ７０４は、共にミクロ構造パターンを形成する表面７０５、７０６を異なるレベルにおいて備える。インサートダイ７３０および７０４は、鋳型の対向面の部分に少なくともわたってミクロ構造を共に形成する。
【０１０１】
本発明の他の実施形態では、ミクロ構造は、当該の面についてミクロ構造鋳型ダイを適用することによって、鋳型の対向していない表面上に形成されることが可能である（たとえば、図４の面４２０、４２１参照）。
【０１０２】
図８ａ、図８ｂ、および図８ｃでは、ダイ要素７０２および７０３は、成型プロセスの動作中、ダイライナ７０４上で接触するそれぞれの表面に対する適切な接触を保証するために、コアピン７１０に小さい圧力を提供するように、互いに関して相対方向に動く。
【０１０３】
図９は、両方のダイ要素７０２、７０３が、対向ミクロ構造ダイライニング７３０、７０４にそれぞれ接触する接触柔軟コアピン７０９、８０５を含む鋳型アセンブリ７０１の断面図を示す。コアピン８０５、７０９は、必要な力および柔軟性を提供するために、ばね装填する（図８ａの７１２によって示す）、またはエラストマ要素８０４（図８ｂの７２０によって示す）を使用することが可能である。図９に示されるコアピン７０９、８０５は、等しい外径を有する円形断面を有する。本発明の他の実施形態では、コアピンは、たとえば等しいまたは異なる外径８０７、８０６、異なる断面輪郭、または円形とは異なる断面輪郭を有することが可能である。
【０１０４】
本体８０１および８０３は、それぞれ、ダイ要素７０２および７０３のための中実基台を示す。矢印８０２は、成型プロセスの準備中、それぞれダイライナ７０４および７３０の上に接触するそれぞれの表面に対する適切な接触を保証するように、コアピン７０９、８０５に対し小さい圧力を提供するためのダイ要素７０３に対するダイ要素７０２の運動方向を示す。本体８０３は固定され、本体８０１（ならびに対応する柔軟要素７２０、ダイライニング７３０、およびコアピン７０９）は可動であると想定される。
【０１０５】
本発明の一実施形態では、コアピン８０５、７０９は、１ｍｍ未満、０．８ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．３ｍｍ未満など、２ｍｍ未満の最小断面寸法８０６、８０７を有する。それにより、最小断面寸法を有する穴（いわゆる「最小穴」）を製造することができる。具体的には、成型済み材料のある長さ／厚さにわたって延びる最小穴を得ることができる。
【０１０６】
本発明の一実施形態では、最小断面寸法を有する穴を備えるミクロ流体構造要素の最大長／厚さ（いわゆる、「最小穴の最大長」）は、０．８ｍｍより大きい、１ｍｍより大きい、１．５ｍｍより大きい、２ｍｍより大きい、４ｍｍより大きいなど、０．５ｍｍより大きい。
【０１０７】
本発明の一実施形態では、「最小穴の最大長」対「最小穴」の最小寸法の比は、４より大きいなど、６より大きいなど、２より大きい。本発明の好ましい実施形態では、「最小穴の最大長」および「最小穴の最小寸法」に対応する値は、それぞれ、４ｍｍ／０．８ｍｍ、１．６ｍｍ／０．３５ｍｍ、および０．８ｍｍ／０．２２ｍｍである。
【０１０８】
本発明の一実施形態では、コアピンは、たとえばわずかに円錐形であることによって、解放滑り角を有し、それにより、成型要素のコアピンリリースをさらに制御することができる。
【０１０９】
ミクロ構造スルーゴーイングアパーチャを提供するのに使用されるコアピンの材料の選択は、寸法を考慮して行われることが好ましく、所与の応用例についてコアピンの最小寸法が小さくなると、材料の剛性が必要であるなど、機械的特性がより注目される。
【０１１０】
本発明の実施形態では、コアピンは、ポリマー（たとえばＰＥＥＫ（商標））、ブラス、適切な剛性の他の金属で作成される。１つの好ましい実施形態では、最小寸法のコアピンは、たとえばパンチ針の形態で、たとえば０．２ｍｍから１０ｍｍの直径で、好ましくはＤＩＮ９８６１に従って生成された、硬化鋼で作成される。
【０１１１】
コアピンの断面形態は、通常は円形であるが、三角形、矩形、または正方形、もしくはあらゆる多角形の形態など、スルーゴーイングアパーチャの適用に応じて、あらゆる他の形態を取ることが可能である。
【０１１２】
本発明の一実施形態では、コアピンは、たとえば中空ケーン（ダイライニング要素７２１との接触付近の端部セクションにわたって少なくとも中空のコアを有する）の形態にある、完全にまたは部分的に管状である。本発明の一実施形態では、コアピンのためのダイライニング要素７２１の接触表面７０５は、管状コアピンを受けるように適合された小さい誘導突出部（図示せず）を備え、それにより、表面との接触を改善し、精度が向上し、成型中のコアピンが横滑りする危険性が抑えられる。
【０１１３】
本発明の１つの好ましい実施形態では、コアピンは、鋳型と接触する長さのセクションに少なくともわたって、外表面上において研磨される。これは、鋳型アセンブリからの分離中に、当該のコアピンによって形成される穴の内壁の損傷を最小限に抑えるという利点を有する。本発明の一実施形態では、適切な表面の粗さが、研磨のための０．５μｍ  ｒａ未満を有するダイアモンドペーストを使用することによって得られる。
【０１１４】
所与の鋳型アセンブリのコアピンの長さは、好ましくは放電機械加工（ＥＤＭ）によって調節されてもよい。同じ長さを有するべきであるコアピンは、好ましくは同時に機械加工されてもよい。
【０１１５】
本発明の一実施形態では、鋳型アセンブリのコアピン８０５、７０９の１つまたは複数は、固定される、または非弾性的である。
【０１１６】
図１０ａは、非弾性コアピン９１０が使用される、本発明による鋳型アセンブリ９０１の実施形態を示す。コアピンは、円錐部分９１２を有するヘッド９１１を有し、ピンのヘッドは、可動鋳型部品９２０によって運動が固定される。ダイ空洞９１５の１つの部分は、可動鋳型部分９０２によって構築される。ダイ空洞の他の部分は、ミクロ構造表面９０５、９０６、９０７を備える固定鋳型部分９０３によって構築される。コアピン９１０によって生成される穴と流体接続されるミクロチャネル９０５が示されている。鋳型アセンブリの固定部分９０３と可動部分９０２、９２０（記号９５１によって示される）との間の排出装置プレート９０５が、コアピン９１０を保護するために使用され、それにより、鋳型の可動部分からプラスチック部分を排出する際（図１０ａの排出装置プレート９５０の左側部分）、コアピンは湾曲されず、そうでない場合は損傷されない。
【０１１７】
図１０ａは、ダイ要素９０２、９０３が、突出部９０７において固定背面プレート９２０および対向ダイライニング９０３（後者はミクロ構造表面９０５、９０６、９０７を有する）にそれぞれ接触する固定コアピン９１０を含む、鋳型アセンブリ９０１の断面図を示す。コアピンは、分離線記号９５１によって示される分離線に沿ってプラスチック部分を鋳型から外すために鋳型を開くとき、ピンが鋳型空洞９１５の中に入るのを防止するために、ヘッド９１１を有する。
【０１１８】
図１０ｂは、非弾性コアピン９１０が使用される、本発明による鋳型アセンブリ９０１の実施形態を示す。コアピンは、円錐部分を有するヘッド９４５を有し、ピンのヘッドは、可動鋳型部品９４０によって運動が固定される。ダイ空洞９１５の１つの部分は、可動鋳型部分９４１によって構築される。ダイ空洞の他の部分は、ミクロ構造表面９４４を備える固定鋳型部分９４３によって構築される。排出装置プレート９４７が、部分を鋳型から外すとき、ピンを保護するために、コアピン９１０の回りに構成される。排出装置プレート９４７は、排出装置ピンが力９９０によって後ろから押されるとき、排出装置ピン９９１によって稼動または移動される。排出装置プレートは、力９４８をプラスチック部分に加え、その結果鋳型から外す。鋳型アセンブリは、分離線９５０に沿って分離され（記号９５１によって示す）、それにより、成型済み部品をダイ空洞から排出する。
【０１１９】
排出装置プレート９４７（および排出装置ピン９９１）は、当然、図８、図９、および図１１に示されたような、弾性的に可動されたコアピンを使用して鋳型アセンブリと組み合わされて同様に使用されることも可能である。
【０１２０】
本発明の一実施形態では、固定非弾性コアピンおよびばね稼動または弾性コアピンの混合が使用される。
【０１２１】
流れチャネルが共に非常に近接している、または鋳型に空間がないいくつかの産物設計では、非弾性または固定コアピン９１０が、小スループットチャネルをプラスチックにおいて製造するのに好ましい解決法である可能性が高い。
【０１２２】
図１１ａは、両方のダイ要素７４３、７４２が固定コアピン７１０を含む、鋳型アセンブリ７０１の断面図を示し、ピンは、それぞれの対向ミクロ構造ダイライニング７４４に接触する。コアピン７１０は、必要な力および柔軟性を提供するために、ばね装填７１２されることが可能である（図８ａの７１２によっても示される）。図１１ａに示されるコアピン７１０は、外径が等しい円形断面を有する。本発明の他の実施形態では、コアピンは、等しいまたは異なる外径、異なる断面輪郭（円形ではない断面輪郭を含む）など、異なる断面を有することが可能である。コアピンのヘッド７４５のためのサポートプレート７１１が、コアピン７１０とばね７１２との間に挿入される。ばね７１２は、それぞれの背面プレート７４０、７４１に対して押し付けられる。個々の背面プレートは、コアピンをより密接な間隔で配置することを可能にするように構成される。コアピンは、プラスチック部分を分離線７５０に沿って鋳型から外すために鋳型を開くとき（分離線記号９５１によって示す）、ピンが鋳型空洞７１５の中に入るのを防止するために、ヘッド７４５を有する。コアピン７１０によって形成される穴の「深さ」および２つのコアピン７１０間の至近距離７６１を決定する鋳型部品（たとえば、図２の１００などミクロ流体構造要素）の厚さ７６０は、重要な設計パラメータである。コアピン７１０のばね７１２を有するそれぞれの背面プレート７４０、７４１の接触表面は、背面プレート７４１の厚さに対応する距離７６２だけ分離される。背面プレートは、ばね７１２、サポートプレート７１１（および、図１１ｂのサポートプレート７７０など、可能であればばね７１２を保持する空洞に含まれる他の部分）、ならびにコアピン７１０のヘッド７４５の範囲（コアピン７１０の縦い方向における）より大きい厚さを有する。それにより、ばね７１２が共通背面プレートを有する状況と比較して、より接近したコアピン間隔７６０が達成されることが可能である。
【０１２３】
図１１ｂは、短いコアピン距離７６１（コアピンの縦中心線間の垂直距離によって与えられる）が、コアピン７１０の少なくとも１つのヘッド７４５とサポートプレート７１１との間において接触点を他のコアピンに向かう方向に距離７６７ずらすことによって実施される、本発明の他の実施形態を示す。両方のコアピンが、図１１ｂに示されるように、互いに向かってずらされることが好ましい。コアピンのそれぞれの縦中心線がばねの中心線と一致する「ずれなし」状況では、コアピン間の最小距離は、図１１ｂの距離７６６によって与えられる。図１１ｂの実施形態では、両方のコアピンとも、共通背面プレート７４０に接触するための上部サポートプレート７７０を有する。それにより、所与のばね７１２の力は、異なる厚さのサポートプレートを挿入することによって、異なる値および異なる空洞長に適合されることが可能である。図１１ｂの他の特徴は、図１１ａについて議論されている通りである。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】モノリシックに統合された入口および出口接続を備える例示的なミクロ流体構造要素を示す本発明の実施形態の図である。
【図２】両側の平面表面上にミクロ構造を有する本発明によるミクロ流体構造要素を示す図である。
【図３ａ】構造が、ミクロ流体構造要素およびカバーを備える、本発明によるミクロ流体構造を示す図である。
【図３ｂ】構造が、組み立てられたミクロ流体構造要素およびカバー要素を備える、本発明によるミクロ流体構造を示す図である。
【図４】本発明によるミクロ流体構造要素の断面図である。
【図５】構造がミクロ構造を有するカバーおよびミクロ構造インサートを備える、本発明による組み立てられていないミクロ流体構造の断面図である。
【図６】構造が、精確な取付けを可能にするように陥凹カバー要素および誘導要素を備えるカバー要素を有する、本発明によるミクロ流体構造の断面図である。
【図７】構造が取外し可能カバー要素およびインサートを有する、本発明によるミクロ流体構造の断面図である。
【図８ａ】コアピンを調節するためにばね要素を使用する、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図８ｂ】コアピンを調節するためにエラストマ部品を使用する、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図８ｃ】対向面上に２つのダイライニング要素を備える、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図９】２つの異なるダイ要素を元とする２つのコアピンが使用される、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図１０ａ】固定コアピンが使用される、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図１０ｂ】排出装置プレートの使用が示される、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図１１ａ】弾性コアピンが使用される、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図１１ｂ】隣接コアピン間の距離を低減するために、コアピンが互いに関してずれている、本発明による例示的な鋳型アセンブリの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【国際調査報告】
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