(57)【要約】チューブ状ポリマー構造は、流体経路の設計に一致した凸状モールドを生成し、該モールド上にポリマーのコーティングを堆積させ、該モールドを該ポリマーに対して引き抜くことなくｉｎ  ｓｉｔｕで該モールドを除去することによって形成される。一部の実施形態では、材料は、ワックスを含むかまたはワックスから本質的になり、それに対して他の実施形態では、材料は、熱可塑性物質を含むかまたは熱可塑性物質から本質的になる。ポリマーは、例えばパリレンであってもよい。
2016527097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ状ポリマー構造を形成する方法であって、
流体経路の設計に一致した凸状モールドを形成するステップであって、前記モールドが、溶媒に可溶な材料から形成されるステップと、
前記モールド上にポリマーのコーティングを堆積させて、コーティングされた構造を形成するステップであって、前記パリレンは、前記溶媒への曝露によって影響を受けないステップと、
前記コーティングされた構造を前記溶媒に曝すことによって、前記モールドをｉｎ  ｓｉｔｕで除去するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記材料がワックスである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料が熱可塑性物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ポリマーがパリレンである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記モールドが３Ｄ印刷によって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記モールドが、サポートワックスのブロックに形成され、前記ワックスモールドではなく前記サポートワックスを溶解するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマーの堆積前に、前記モールドが平滑化プロセスを受ける、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記平滑化プロセスが、前記モールド上に溶媒蒸気を通すステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記平滑化プロセスが、前記モールド上にフォトレジストをスピンコーティングしベークするステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記平滑化プロセスが、前記モールド上にポリビニルアルコールをスプレーコーティングするステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記チューブ状ポリマー構造の一つまたは複数の端部をトリミングして、その管腔を露出させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
チューブ状ポリマー構造を形成する方法であって、
流体経路の設計に一致した凸状モールドを形成するステップと、
前記モールド上にポリマーコーティングを堆積させて、コーティングされた構造を形成するステップと、
前記モールドを融解するのに十分であるが前記ポリマーに損傷を与えない温度に、前記コーティングされた構造を加熱することによって、前記モールドをｉｎ  ｓｉｔｕで除去するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記材料がワックスである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記材料が熱可塑性物質である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポリマーがパリレンである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記モールドが３Ｄ印刷によって形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記チューブ状ポリマー構造の一つまたは複数の端部をトリミングして、その管腔を露出させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
パリレンマニホールド構造を形成する方法であって、
キャビティを有するモールド、およびその内部に、一つまたは複数の流体経路に相補的な足場を形成するステップであって、前記モールドおよび前記足場が、溶媒に可溶な材料から形成されるステップと、
前記キャビティにポリマーを充填し、前記ポリマーを硬化させるステップであって、前記ポリマーが、前記溶媒への曝露によって影響を受けないステップと、
前記足場を含む前記モールドを前記溶媒に曝すことによって、ｉｎ  ｓｉｔｕで前記モールドを除去するステップと
を含む、方法。
【請求項１９】
アライメントフィーチャが前記キャビティ中に形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ポリマーの硬化後、前記ポリマーを溶解しない溶媒で前記モールドを溶解させる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ポリマーの硬化後、前記ポリマーに損傷を与えない温度で前記モールドを融解させる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ポリマーがパリレンである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
流体経路の設計に一致するようにワイヤを曲げるステップと、
前記ワイヤ上にポリマーのコーティングを堆積させるステップと、
前記ワイヤを前記ポリマーに対して引き抜くことなくｉｎ  ｓｉｔｕで前記ワイヤを除去するステップと
を含む、チューブ状ポリマー構造を形成する方法。
【請求項２４】
前記ワイヤが銅であり、前記除去するステップが、前記コーティングされたワイヤをエッチング液に曝露することによって前記ワイヤをエッチング除去するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記エッチング液がフェライト塩化物である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ワイヤが、前記ポリマーの融点よりも低い融点を有する金属から作製される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記ワイヤがＦｉｅｌｄの金属である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記ポリマーがパリレンである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記堆積させるステップの前に、前記ワイヤの断面を成形するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年５月８日に出願された米国仮特許出願第６１／８２１，０３９号の優先権および利益を主張し、その全体が参考として本明細書に援用され、これによって、上記米国仮特許出願の全開示内容が、参考として援用される。
【０００２】
技術分野
本発明は、マイクロ流体チャネルおよびそれを製造するための方法に関し、より詳細には、狭い半径および様々な断面を流体経路に適応させることが可能なコンジットに関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
特に医療分野において、これまでよりも小さいポンピングデバイスの必要性が、大きくなり続けている。その結果、より小さな動作性ポンプ構成要素の必要性も同様に大きくなり、従来の製造プロセスの限界への挑戦が行われている。流体デバイスが縮小するにつれ、デバイスパッケージ内に収まるように非常に狭い半径および様々な断面を持つ流体経路を製造することが必要になる。これらの断面の一部は丸みを帯びていなくてもよく、流体経路そのものの内部に直接流体コネクタを形成することが必要であり得る。
【０００４】
従来の製造技法には様々な制約がある。ポリマー流体経路を生成する１つの手法は、層状化ポリマーにチャネルを生成するのにフォトレジストを使用することである。ポリマーがフォトレジスト上で層状化されると、溶解して、流体チャネルを残す。例えば、Ｊａｓｏｎ  Ｓｈｉｈ、２００８年「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  （ＨＰＬＣ）  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｃｌｏｓｅｄ−Ｌｏｏｐ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」、Ｐｈ．Ｄ．  ｔｈｅｓｉｓ、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを参照されたい。別の手法は、小さい流体チャネルを生成するのにポリマー押出しを使用することである。例えば、Ｌｏｐｅｚ，  Ｆｅｒｎａｎｄｏ  Ｌ．、２０１１年、「Ｍｉｃｒｏ−Ｓｉｚｅｄ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ」、Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、ＵＳＡを参照されたい。これは、カテーテルおよび他の大規模なチューブを製作する標準的な方法である。様々な内径および壁厚が、押出し速度およびダイ構成を操作することによって実現されるが、狭い半径の捩れおよび曲げなどの形状は、容易に複製することができない。第３の手法は、デバイスで使用される、他のタイプの構造を生成する３次元（３Ｄ）ワックス印刷である。この手法は、非常に薄いポリマー層でコーティングされた比較的大きい３Ｄ構造を生成するのに使用されてきた。例えば、Ｆｅｎｇ，  Ｇｕｏ−ＨｕａおよびＫｉｍ，  Ｅｕｎ  Ｓｕｋ、２００３年、「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｎ  ｔｏ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｓｉｚｅｄ  ３Ｄ  Ｐａｒｙｌｅｎｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｒｉｇｉｄ  ａｎｄ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｔｈｅ  Ｓｉｘｔｅｅｎｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２００３年、５９４〜５９７頁を参照されたい。
残念ながら、これらのような従来の手法は、様々な半径および微小な寸法を有しかつ特に埋め込み型薬物ポンプでの長期使用に必要な、滑らかな仕上げを有する蛇行性の流体経路の生成を、容易に行うことができない。埋め込み型薬物ポンプ内の滑らかな流体経路は、一般に、薬物凝集を促進させる構造を回避するかまたは最小限に抑え、詰まりを低減させ、かつ長期の生物付着を回避する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｊａｓｏｎ  Ｓｈｉｈ、２００８年「Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  （ＨＰＬＣ）  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｃｌｏｓｅｄ−Ｌｏｏｐ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」、Ｐｈ．Ｄ．  ｔｈｅｓｉｓ、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
【非特許文献２】Ｌｏｐｅｚ，  Ｆｅｒｎａｎｄｏ  Ｌ．、２０１１年、「Ｍｉｃｒｏ−Ｓｉｚｅｄ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｆｏｒ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ」、Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃａｔｈｅｔｅｒ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、ＵＳＡ
【非特許文献３】Ｆｅｎｇ，  Ｇｕｏ−ＨｕａおよびＫｉｍ，  Ｅｕｎ  Ｓｕｋ、２００３年、「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｎ  ｔｏ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｓｉｚｅｄ  ３Ｄ  Ｐａｒｙｌｅｎｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｒｉｇｉｄ  ａｎｄ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｔｈｅ  Ｓｉｘｔｅｅｎｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、２００３年、５９４〜５９７頁
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
本明細書による製造技法は、要求される設計基準を満たす流体経路の広いアレイを生成することが可能である。下記の考察はパリレン（ポリ（ｐ−キシリレン））に焦点を当てるが、本発明は、当業者に明らかなように、多くのポリマー系、特に蒸着によって付着させられたものに、適用可能であることを理解すべきである。
一態様では、本発明は、チューブ状ポリマー構造を形成する方法に関連する。様々な実施形態では、方法は、流体経路の設計に一致した凸状モールド（ｍｏｌｄ）を形成するステップであって、このモールドが溶媒に可溶な材料から形成されるステップと；このモールド上にポリマーのコーティングを堆積させて、コーティングされた構造を形成するステップであって、溶媒への曝露によってパリレンが影響を受けないステップと；このコーティングされた構造を溶媒に曝すことにより、モールドをｉｎ  ｓｉｔｕで除去するステップとを含む。一部の実施形態では、材料は、ワックスを含むかまたはワックスから本質的になり、それに対して他の実施形態では、材料は、熱可塑性物質を含むかまたは熱可塑性物質から本質的になる。ポリマーは、例えばパリレンであってもよい。方法は、チューブ状ポリマー構造の一つまたは複数の端部をトリミングして、その管腔を露出させるステップを、さらに含んでいてもよい。
【０００７】
様々な実施形態では、モールドは３Ｄ印刷により形成される。例えばモールドは、サポートワックスのブロックに形成されてもよく、その場合、方法は、ワックスモールドではなくサポートワックスを溶解するステップをさらに含んでいてもよい。一般に、ポリマーの堆積後、ポリマーを溶解しない溶媒でモールドを溶解する。
【０００８】
様々な実施形態では、ポリマーを堆積させる前に、モールドを平滑化プロセスに供する。平滑化プロセスは、例えば、モールド上に溶媒蒸気を通すステップを含み得るかまたはこのステップから本質的になり得る。あるいは、平滑化プロセスは、モールド上にフォトレジストをスピンコーティングしベークするステップを含み得るかまたはこのステップから本質的になり得る。さらに別の代替例では、平滑化プロセスは、モールド上にポリビニルアルコールをスプレーコーティングするステップを含み得るかまたはこのステップから本質的になり得る。
【０００９】
代替の実施形態では、方法は、流体経路の設計に一致した凸状モールドを形成するステップと；このモールド上にポリマーコーティングを堆積させて、コーティングされた構造を形成するステップと；このコーティングされた構造を、モールドが融解するのに十分であるがポリマーを損傷させない温度まで加熱することにより、モールドをｉｎ  ｓｉｔｕで除去するステップとを含む。一部の実施形態では、材料はワックスを含むかまたはワックスから本質的になり、それに対して他の実施形態では、材料は熱可塑性物質を含むかまたは熱可塑性物質から本質的になる。ポリマーは、例えばパリレンであってもよい。モールドは、３Ｄ印刷により形成されてもよい。
【００１０】
別の態様では、本発明は、パリレンマニホールド構造を形成する方法に関する。様々な実施形態では、方法は、キャビティを有するモールドおよびその中で、一つまたは複数の流体経路に相補的な足場を形成するステップであって、モールドおよび足場が溶媒に可溶な材料から形成されているステップと；このキャビティにポリマーを充填し、ポリマーを硬化させるステップであって、このポリマーは、溶媒への曝露によって影響を受けないステップと；足場を含むモールドを、溶媒に曝すことによってｉｎ  ｓｉｔｕで除去するステップとを含む。
【００１１】
一部の実施形態では、アライメントフィーチャがキャビティに形成される。ポリマーを硬化した後、ポリマーを溶解しない溶媒でモールドを溶解させてもよく；あるいは（またはさらに）、ポリマーを硬化した後、ポリマーを損傷させない温度でモールドを融解させてもよい。この場合もポリマーはパリレンであってもよく、方法は、チューブ状ポリマー構造の一つまたは複数の端部をトリミングしてその管腔を露出させるステップをさらに含んでいてもよい。
【００１２】
さらに別の態様では、本発明は、チューブ状ポリマー構造を形成する方法に関する。様々な実施形態では、方法は、流体経路の設計に一致するようにワイヤを曲げるステップと；ワイヤ上にポリマーのコーティングを堆積させるステップと；ワイヤを、ポリマーに対して引き抜くことなくｉｎ  ｓｉｔｕで除去するステップとを含む。一部の実施形態では、ワイヤが銅であり、除去するステップは、コーティングされたワイヤをエッチング液に曝露することによってワイヤをエッチング除去するステップを含み；例えばエッチング液はフェライト塩化物（ｆｅｒｒｉｔｅ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）であってもよい。
【００１３】
一部の実施形態では、ワイヤは、ポリマー（例えば、パリレンであってもよい）の融点よりも低い融点を有する金属から作製される。例えばワイヤは、Ｆｉｅｌｄの金属（Ｆｉｅｌｄ’ｓ  ｍｅｔａｌ）であってもよい。方法は、堆積させるステップの前にワイヤの断面を成形するステップをさらに含んでいてもよい。
【００１４】
本明細書で使用される「実質的に」または「約」という用語は、±１０％（例えば、重量でまたは体積で）を意味し、一部の実施形態では±５％である。「〜から本質的になる」という用語は、他に本明細書で定義されない限り、機能に関与する他の材料を除外することを意味する。それにも関わらず、そのような他の材料は、まとまってまたは個々に、微量で存在していてもよい。
【００１５】
本明細書全体を通して、「一実施例」、「実施例」、「一実施形態」、または「実施形態」に対する言及は、その実施例に関連して記述される特定のフィーチャ、構造、または特徴が本発明の技術の少なくとも一つの実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して様々な場所で「一実施例において」、「実施例において」、「一実施形態」、または「実施形態」という文言が出現した場合、必ずしも全てが同じ実施例を指すわけではない。さらに、特定のフィーチャ、構造、ルーチン、ステップ、または特徴は、技術の一つまたは複数の実施例において任意の適切な様式で組み合わせてもよい。本明細書において提供される見出しは単なる便宜上のものであり、特許請求の範囲に記載される技術の範囲または意味を限定することが意図されるものでも、解釈することが意図されるものでもない。
【００１６】
前述の内容は、特に図面と併せて解釈した場合に、本発明の下記の詳細な記述からより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態による、チューブを形成するための層状化製作プロセスの結果を示す図である。
【００１８】
【図１Ｂ】図１Ｂは、単一製造順序で多数の類似した流体コンジットを生産するための、足場を示す図である。
【００１９】
【図２】図２は、一実施形態による、流体経路を含有する固体マニホールドの製作を示す図である。
【００２０】
【図３】図３は、一実施形態による、分岐状チューブマニホールドの製作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
詳細な説明
１．ワイヤマンドレル法
一実施形態では、チューブを製造する方法は、内部（管腔）寸法の非常に良好な制御および優れた表面仕上げを有する流体経路を製作するのに、金属（例えば、銅）ワイヤを利用する。代表的な実施形態では、プロセスは、意図されるチューブ内径（ＩＤ）の直径に等しい直径を有する銅ワイヤのある長さを切断することによって、開始する。切断された銅ワイヤの長さは、典型的には、製作されているチューブの長さよりも非常に長い。望む場合には、ワイヤは、チューブの所望の管腔幾何形状に対応するように機械加工されたジグなどの加圧用具を使用して成形されてもよい。例えば、丸みの付いた断面を持つワイヤを、その断面が三角形、四角形、または他の多角形になるように、ジグ中に圧入してもよい。当然ながら、ワイヤを成形するのに、任意の適切な機械加工（または、他の機械的な）技法を使用してもよく、実際に、所望の断面形状および直径を有するワイヤは、商業的に得ることが可能であってもよい。さらに、白金、タングステン、銀、および様々な合金を含む他の金属を、銅の代わりに使用してもよいが、銅は、上記銅およびフェライト塩化物反応が副生成物として気体を発生しないので好ましい。これは、追加のプロセスなしに、また、エッチングプロセスを阻止するよう動作し得かつ不都合である、エッチングにより発生した気体を除去する必要なしに、エッチングをより容易にする。
【００２２】
必要とされる断面幾何形状を持つワイヤは、所望の流体ルーティング経路に対応する形状に曲げてもよい。次いでワイヤを、パリレン堆積チャンバ内に配置し、その上に、所望の厚さ（例えば、２０μｍ）のパリレンの層を、例えば蒸着によって堆積させる。堆積後、パリレンでコーティングされたワイヤは、両端でポリマーがトリミングされて、銅が露出する。次いでトリミングされた、コーティングされたワイヤを、ポリマーコーティングに害を及ぼすことなくこのワイヤを溶解することになる溶液中に配置し、例えば、銅ワイヤの場合、フェライト塩化物溶液を使用することができ、典型的には、銅を完全に除去するのに最長３週間を要する。エッチングプロセスの終わりに、パリレンチューブのみが残る。次いでパリレンチューブを、使用に適正な長さにトリミングしてもよい。
【００２３】
この方法は、特に設計製作された断面および一貫した断面を有するワイヤが上記プロセスで使用されるので、非常に正確な内部寸法を持つチュービングの生成を可能にする。さらに、ワイヤは優れた表面仕上げを有していてもよいので、得られるチューブは非常に滑らかな内面を有することになる。押出しとは異なり、この方法は、所望の流体経路に一致するように成形された（真っ直ぐなチューブを成形しなければならないのとは対照的に）剛性チューブをもたらす。この方法は、容易な流体接続を促進させる、丸みの付いた断面を持つチューブも生成し得る。銅ワイヤは、さらなる入り組んだ構造が生成されるように、異なる断面形状または様々な半径に事前に機械加工されていてもよい。
【００２４】
この手法の変形例において、ワイヤは、Ｆｉｅｌｄの金属と呼ばれるビスマス、インジウム、およびスズ合金（一般に、３２．５％Ｂｉ、５１％Ｉｎ、および１６．５％Ｓｎ）から作製される。この軟質金属は、任意に成形することができるが、６２℃で融解する。したがって、上記金属を除去するのに化学溶液を使用する代わりに、パリレンでコーティングされたワイヤを上記金属の融点まで加熱することができ、上記金属はチューブから流出するだけになる。この場合も、ワイヤに適正な幾何形状が与えられるようにワイヤをジグ中へ圧入してもよく、ポリマー堆積後に、ワイヤは両端がクリップ処理されて、次のステップで金属を流出させる。正確なトリミングをするために、固定具を使用してもよい。コーティングされたワイヤを、６２℃に設定された炉内に配置し、上向きにする。上記金属が６２℃に到達すると、金属は融解し、ポリマーの外側コーティングのみが残される。次いでポリマーチューブを、使用される長さにトリミングする。
【００２５】
この方法は、公知の許容差を持つワイヤがプロセスで使用されるので、非常に正確な内径を持つチュービングを生成する。さらに、ワイヤは優れた表面仕上げを有するので、得られたチューブは非常に滑らかな内面を有する。押出しとは異なり、この方法は、適正な向きに真っ直ぐなチューブを固定しなければならないのとは対照的に、適正なルーティングに合わせて成形された剛性チューブをもたらす。この方法は、丸みの付いた断面を持つチューブを生成するのに使用することができ、これは流体接続の作製をより容易にする。銅ワイヤ法とは異なり、ワイヤ除去時間は、何週間ではなく何時間程度である。
【００２６】
２．チューブ製造の３Ｄマンドレル法
第２の製造技法は、凸状モールドまたは足場を構築する３Ｄ印刷材料として、有機（典型的には、無極性）溶媒に可溶なワックスなどの材料を使用し、上記凸状モールドまたは足場上にパリレンＣなどのポリマーの制御された厚さの層が堆積させられ、上記ポリマーは、溶媒の影響を受けない。本明細書で使用される「ワックス」という用語は、室温で固体である任意の脂質化合物（または化合物の混合物）を広く指す。典型的には、ワックスの分子構造は、官能基を有していてもいなくてもよく、かつエステル結合などの鎖内結合を含んでいてもよい長いアルキル鎖からなるか、またはそのような長いアルキル鎖を含む。ワックスは、天然のものでも合成のものでもよく、単一構成要素であっても構成要素のブレンドであってもよい。さらに、熱可塑性物質または有機混合物などのその他の材料を、それらが適切な溶媒に可溶である限り、印刷材料として使用してもよい。後に続く考察は説明を容易にするためにワックスについて言及するが、これらの代替の材料を代わりに使用してもよいことを理解すべきである。
【００２７】
構造の幾何形状および断面は、いずれの任意形状も生成されるようにワックスの層を構築することによって、生成されてもよい。パリレンをモールド上に堆積させた後、ワックスを溶解させ、堆積されたパリレンの外層のみを残す。その結果、制御された壁厚と正確に制御された断面および幾何形状の、チューブになる。
【００２８】
ワックスの足場は、成型、押出し、または表面上への選択的な層ごとの堆積であって、３Ｄ構造を構築する様式、しばしば「３Ｄ印刷」と呼ばれるプロセスを含むがこれらに限定することのない、任意の適切な様式で形成されてもよい。チューブ製作のためのこのワックス−足場手法は、非常に正確な寸法制御がなされる任意の断面およびルーティングのパリレンチューブの製造を可能にする。代表的な実施形態では、図１Ａに示されるように、３Ｄワックスプリンタを使用して、ワックスの足場をサポートワックスのブロック内に構築する。所望の断面１００の形状およびサイズが画定され、一連の平らな、細長いワックス層１１０（例えば、６．３５μｍの厚さを有する）が順次堆積させられる。層１１０は、蛇行性の経路に従うが、堆積の寸法に沿って断面１００にまとまってほぼ一致し、即ち層１１０は、断面１００により画定されたエンベロープ内に可能な限りぴたりと収まる。
【００２９】
印刷されると、得られたワックスチューブモールド１２０は、印刷プロセス中のワックス材料の層状付加により、粗く段差が付いた外観を有する。これは、順次堆積させられるポリマーを、粗く不透明な外観にする可能性がある。表面仕上げを改善するために、平滑化プロセスが、印刷されたワックスモールドに対して望ましくは行われる。１つのそのような方法は、チューブモールドが滑らかになるようにアセトンなどの溶媒蒸気を使用することである。溶媒蒸気をモールド上に通すために対流空気流を使用して、ワックスの上層を軟化させ、表面上を再度流れる。得られたモールドの表面仕上げは、材料を失うことなく滑らかである。
【００３０】
サポートワックスは、堆積したワックスよりも低い温度で融解し、例えばサポートワックスは、ワックス混合物（例えば、天然で生産されたワックス）であってもよく、一方、堆積したワックスはパラフィンであってもよい。サポートブロックは、印刷されたワックス部分が構築されるときにそれらが完了前に分解しないようにするために、該印刷されたワックス部分を保持する。印刷が完了したら、構造を、サポートワックスを融解するのに十分な温度であるが印刷されたワックスが影響を受けないままであるのに十分低い温度に加熱する（あるいは、構造は、サポートワックスを溶解するが堆積したワックスを溶解しない溶媒に曝される）。例えば、ある特定の形態の蜜蝋は３０℃で融解し、パラフィンは約５５℃で融解する可能性があり、合成ワックスは７５℃程度に高い融点を有する可能性がある。容易に利用可能な設備を使用して、３Ｄ印刷を２５．４μｍの精度に制御することができ、２５４μｍの最小フィーチャサイズに製作することができ、適切な３Ｄプリンタには、Ｓｏｌｉｄｓｃａｐｅ  Ｉｎｃ．（Ｍｅｒｒｉｍａｃｋ、ＮＨ）により販売されるＳＯＬＩＤＳＣＡＰＥ  Ｔ７６Ｐｌｕｓデバイス、および３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ｒｏｃｋ  Ｈｉｌｌ、ＳＣ）により販売されるデバイスのＰｒｏＪｅｔ  ３５００シリーズが含まれる。サポートブロックは、それ自体を印刷してもよく、または代わりに、リセスを持ちその底面が堆積ワックスを受容するリセスを持つ、ブロックの形態に成型されてもよい。
【００３１】
ワックスチューブモールドに関する代替の平滑化技法は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の手法を利用する。まず、ＳＵ−８などのフォトレジストを、印刷されたワックスモールド上にスピンコーティングする。フォトレジスト中の溶媒は、いかなる欠陥も溶解除去するように働き、一方、レジスト自体は、ワックスモールド中の表面段差を充填するのを助ける。スピンコーティングの何回かの反復は、最終的な所望の表面仕上げを実現するのに必要とされる場合がある。次いでレジストをモールド上でベークして溶媒を蒸発させ、レジストを硬化させる。このステップは、チューブモールドの形状およびサイズを維持しながら、モールド表面全体に均等な表面仕上げを生成する。
【００３２】
特定の用途では、僅かに小さい直径のチューブを生成することが望まれる場合がある。溶媒の組成物、濃度、またはスピンコーティング時間を増加させることにより、ワックスチューブはそのサイズを、制御された方式で、例えば５％または１０％低減させてもよい。そのような手法は、やはり表面を滑らかにしながら、ワックスプリンタの能力よりも低い寸法にチューブのサイズを有益に低減させることができる。例えば、２００μｍの直径の構造は、ワックスプリンタの範囲外であり得、これは（例えば）１０μｍの粗面を持つ２３０μｍの構造を生産する。フォトレジストの接触持続時間を長くすることにより、ワックスモールドを滑らかにすることができ、目標の２００μｍの直径の構造が得られるように低減させることができる。
【００３３】
第２のステップは、堆積後のパリレンの不透明度に対処する。ＳＵ−８フォトレジストをスピン処理しベークした後、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）溶液の薄層を、フォトレジストがコーティングされたモールドにスプレーしてもよい。ＰＶＡはモールドに輝きを与え、それが、堆積したパリレンを透明にする。ＰＶＡ溶液のいくつかのコーティングは、ワックスモールド上で所望の輝きを実現するのに必要とされる場合がある。
【００３４】
平滑化プロセスは、この場合も必要とされる寸法または許容差がワックスプリンタ自体によって生成または維持され得ない場合、ワックスモールドの特別の寸法制御に使用されてもよい。ＳＵ−８フォトレジストを、より長い時間にわたってベークする前にモールドの表面上に残すことにより、モールドフィーチャのサイズを低減させることになる。これは、利用可能な３Ｄ印刷技術を使用して実現可能な最小サイズよりも小さいフィーチャの組込みを容易にする。スピン処理中にＳＵ−８フォトレジストがモールド上に残る時間を１０秒から２０秒まで延ばすことにより、フィーチャサイズは３Ｄ印刷された寸法から１０％〜１５％減少する。このスピン時間を調節することにより、非常に正確な寸法変化および制御を実現することができる。
【００３５】
モールドが滑らかになったら、パリレン堆積チャンバ内に配置し、そこで、制御された厚さ（例えば、２０μｍ）のポリマー（例えば、パリレンＣ）を表面に堆積させる。パリレン堆積後、得られたチューブ状構造の端部をクリップ処理して、それぞれの端のワックスを外部環境に露出させる。固定具を、正確なトリミングのために使用してもよい。次いで構造を、アセトンまたは別の他の適切な溶媒の中に入れて、ワックスモールドを内側から溶解除去する。アセトン中での２４〜４８時間の浸漬時間後、パリレン外層のみが残る。
【００３６】
他のチューブ製造法とは異なり、本明細書に記述される３Ｄ印刷は、事実上任意の形状、直径、およびルーティングのチューブの生産を、容易に可能にする。図１Ｂは、追加の取扱いなしで実行される単一バッチで複数のチューブを生成するのに、単一の足場１４０をどのように使用してもよいのかを示す。個々のチューブ用のモールド１５０それぞれは、流体コネクタを生産するモールドセグメント１７０によって足場１６０に固着させられてもよい。製作後の使用中、流体コネクタは、チュービングセグメントをコンジット（例えば、別のチュービングセグメント）に接続するのに使用される。流体コネクタは、チューブを隣接するコンジットに位置合わせしかつ接続するために、特定の断面幾何形状（例えば、非円形、多角形など）を有していてもよい。
【００３７】
コネクタ部分は、典型的にはチューブよりも広い直径を有し、足場１６０への取着点を頑丈にするのに役立ち（ｓｅｒｖｅｓ  ｔｏ  ｓｔｕｒｄｙ）、一部の実施形態では、モールドセグメント１７０が拡がり、足場に接触する表面積を増大させるためにかつモールドにさらなる頑丈さを与えるために足場１６０に接合され、それによって製造中のモールドの偶発的な除去が回避される。拡がったセグメントは、仕上げられたチューブの一部であってもなくてもよく、即ち、それが、コネクタから切り取られてもよく、コネクタの一部を表してもよい。例えば、円錐状に拡がったコネクタ部分は、チューブが別のコンジットに接続された場合に応力緩和をもたらす可能性がある。
【００３８】
ポリマーを付着させ硬化させた後、得られたポリマーチューブを足場１６０から切り取ってもよく、各チューブの遠位端を除去して管腔を露出させてもよい。チューブを、この時点で溶媒の作用に供してもよいが、一部の実施形態では、これはモールド１７０が足場１６０に接着したまま行われるが、これはモールド１５０を除去する溶媒の作用に抗するものである（したがって、再使用することができる）。チューブ生産のためのワックス印刷法は、最小限の手作業による取扱いおよび製造で、非常に正確なチュービング構造を提供する。
【００３９】
３．チューブ製造の固体マニホールド法
本発明は、内部流体経路を持った固体マニホールドを形成するのに使用されてもよい。固体マニホールドは、一部のマイクロ流体構成（例えば、互換性がある流体経路構成要素から組み立てられたモジュラー設計）に極めて重要であり、より一般的には、高いチュービング強度、取扱いの容易さ、および構成要素の一体化の容易さをもたらす。ワックス印刷技術の柔軟性を利用することにより、ほぼどの構成のマニホールドでも作製することができる。代表的な製作順序を図２に示す。まず、ワックスモールド２００を、内部キャビティ２１０を備えた状態で、印刷するか、成型するか、またはその他の方法で製作する。キャビティ２１０内には、所望のチュービング構成（複数可）２１５に対応したワックス構造を印刷する。次に、キャビティ２１０に、マニホールドを構成することになる液体形態の材料、例えばパリレン、シリコーン、またはエポキシなどの硬化性ポリマー材料を充填する。材料２１５が硬化した後（例えば、化学線もしくはｅ−ビームに曝露することによって、または単にそれが乾燥し硬化することによって）、ワックスを仕上げられた構造から除去して、ワックス構造２１５に相補的な内部マイクロ流体通路を含有する固体マニホールド２３０を生成する。ワックスは、このワックスの融点まで加熱しかつマニホールドから流出させることにより（必要に応じて空気噴流により支援される）、またはワックス用の溶媒に曝すことにより、マニホールド２３０から除去されてもよい。マニホールドが架橋されるにつれ、溶媒の有用な範囲は広くなるが、それは、完全に架橋したポリマーに害を及ぼす溶媒がほとんどないからである。当初のワックスモールド２１５は、構成要素の一体化中に、チューブセットと、隣接する構成要素とを位置合わせしかつ接続するのを助けるために、追加の構造フィーチャ（ピン、スロット、インデント、部分チューブ、溝など）を含んでいてもよい。
【００４０】
４．チューブ製造の分岐チューブマニホールド法
図３に示されるように、分岐チューブマニホールドは、接続の数を集約すると共に流体接続に必要な空間を低減させるように生成されてもよい。代表的な製作順序では、多数の流体経路に沿った延長部を備えるワックスモールド３００が成型され印刷される。ワックスモールド３００の表面は、好ましくは上述のように滑らかにされる。次に、ワックスモールドは、コーティングされた構造３１０が形成されるように、パリレンなどのポリマーでコーティングされる。最後に、ワックスモールドは、加熱されるかまたは溶解除去され、モールド３００により画定された流体経路に一致したパリレンチュービング３２０が残る。
【００４１】
本発明の様々な実施形態を上に記述する。しかし、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された概念を組み込む他の実施形態を使用してもよいことが、当業者には明らかである。したがって、上述の記述は単なる例示であり、限定しようとするものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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