DE102013203050A1 - Producing microsieve useful for enrichment or extraction of cells from cell-containing body fluids, preferably blood, urine, biopsy fluid, saliva, comprises e.g. providing carrier, and applying polymer film on carrier - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebs. The invention relates to a method for producing a microsieve.
Mikrosiebe, auch als Mikrofilter bezeichnet, werden heute zunehmend für anspruchsvolle Trennaufgaben verwendet, beispielsweise in der Medizintechnik oder Biotechnologie. So kann die Anreicherung oder Extraktion bestimmter Zellen aus menschlichem Blut mittels Filtration des Bluts durch ein Mikrosieb erfolgen (Mikrofiltration). Mikrosiebe besitzen im Unterschied zu den herkömmlichen Mikrofiltern aus schwammartigen Polymer- oder Keramikmembranen eine definierte Porengeometrie und sind daher deutlich effizienter und besser klassifizierend. Zur Optimierung eines Filtrationsverfahrens ist eine frei wählbare Porengeometrie sowie Porendichte und -verteilung des Mikrosiebs wünschenswert. Im Gegensatz zu schwammartigen Filtermembranen dringen die zurückgehaltenen Partikel bei Mikrosieben kaum oder gar nicht in die Oberfläche ein. Somit sind sie zum einen leichter mikroskopisch identifizierbar und können zum anderen leichter vom Filter abgelost werden, wenn weitere Analysemethoden dies erfordern. Microsieves, also known as microfilters, are increasingly being used today for demanding separation tasks, for example in medical technology or biotechnology. Thus, the enrichment or extraction of certain cells from human blood by filtration of the blood through a microsieve can be done (microfiltration). Microsieves, in contrast to the conventional microfilters sponge-like polymer or ceramic membranes have a defined pore geometry and are therefore much more efficient and better classifying. To optimize a filtration process, a freely selectable pore geometry and pore density and distribution of the microsieve is desirable. In contrast to sponge-like filter membranes, the retained particles hardly or not at all penetrate into the surface of micro-sieves. Thus, on the one hand they are easier to identify microscopically and on the other hand they can be more easily removed from the filter if further analysis methods require it.
Eine Art bekannter Mikrosiebe sind die sog. Track-Etched-Membranen. Bei diesen wird eine Polymerfolie mit Schwerionen beschossen und die von den Schwerionen in der Folie hinterlassene Spur anschließend mit einem Ätzprozess zu einer Pore erweitert. Diese Membranen weisen bedingt durch ihr Herstellungsverfahren eine räumlich unregelmäßige Porenverteilung auf. Je nach Porengröße ist die maximale Anzahl von Poren pro Flächeneinheit erheblich begrenzt. So ist es mit Track-Etched-Membranen bei einem Porendurchmesser von 8 Mikrometern beispielsweise nur möglich, einen Porenanteil an der Gesamtfläche der Membran von maximal 5% zu erreichen. Außerdem durchläuft eine Vielzahl von Poren das Grundmaterial der Membran nicht senkrecht, sondern schräg. Ferner treten Doppelporen auf, welche eine gemeinsame Pore mit einem größeren als dem nominellen Durchmesser ergeben. One type of known microsieves are the so-called track-etched membranes. In these, a polymer film is bombarded with heavy ions and the trace left by the heavy ions in the film is subsequently expanded to a pore with an etching process. These membranes have due to their manufacturing process on a spatially irregular pore distribution. Depending on the pore size, the maximum number of pores per unit area is considerably limited. For example, with track-etched membranes with a pore diameter of 8 micrometers, it is only possible to achieve a maximum pore fraction of the membrane's total area of 5%. In addition, a plurality of pores does not pass through the base material of the membrane perpendicularly, but obliquely. Furthermore, double pores occur which give a common pore with a larger than the nominal diameter.
Aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebs anzugeben, mit dem der eingangs genannte Nachteil vermieden wird. Insbesondere soll die Herstellung von Mikrosieben ermöglicht werden, die dünner als 10 µm sind. It is an object of the present invention to provide an improved method for producing a microsieve, with which the above-mentioned disadvantage is avoided. In particular, the production of micro-sieves should be made possible, which are thinner than 10 microns.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens. This object is achieved by a method having the features of claim 1. The subclaims relate to advantageous embodiments of the method.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Mikrosiebs umfasst die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines Trägers,
- – Aufbringen einer Polymerfolie auf den Träger,
- – Aufbringen einer Metallschicht auf die Polymerfolie,
- – Aufbringen einer fotostrukturierbaren Schicht auf die Polymerfolie,
- – teilweises Abdecken der fotostrukturierbaren Schicht mit einer Maske zur Festlegung der Struktur des Mikrosiebs,
- – Belichten der fotostrukturierbaren Schicht mittels Einwirkung von Strahlung und Entwickeln der fotostrukturierbaren Schicht,
- – nasschemisches Ätzen der Metallschicht zur Übertragung der Struktur des Mikrosiebs in die Metallschicht, – Trockenätzen der Polymerfolie,
- – Entfernen der Metallschicht und der fotostrukturierbaren Schicht.
- – Ablösen des Mikrosiebs vom Träger.
- Providing a carrier,
- Applying a polymer film to the carrier,
- Applying a metal layer to the polymer film,
- Applying a photoimageable layer to the polymer film,
- Partially covering the photopatternable layer with a mask to define the structure of the microsieve,
- Exposing the photopatternable layer by exposure to radiation and developing the photopatternable layer,
- Wet-chemical etching of the metal layer for transfer of the structure of the microsieve into the metal layer, dry etching of the polymer film,
- - Removing the metal layer and the photoimageable layer.
- - detachment of the microsieve from the carrier.
Das Verfahren erzeugt also einen Mikrosieb oder eine Mehrzahl von Mikrosieben, die im Wesentlichen aus einer Polymerfolie bestehen. Dabei kommen als Materialien für die Polymerfolie beispielsweise Polycarbonat (PC), Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PET), Polyarylat oder Polytetrafluorethylen in Frage. Die Polymerfolie ist insbesondere eine vorgefertigte, insbesondere kommerziell verfügbare, Polymerfolie. Als Metall für die Metallschicht wird bevorzugt Aluminium verwendet. Das Aufbringen der Metallschicht erfolgt bevorzugt mittels Elektronenstrahlverdampfung oder Sputtern. The method thus produces a microsieve or a plurality of microsieves, which essentially consist of a polymer film. Suitable materials for the polymer film include polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyarylate or polytetrafluoroethylene. The polymer film is in particular a prefabricated, in particular commercially available, polymer film. As the metal for the metal layer, aluminum is preferably used. The application of the metal layer is preferably carried out by means of electron beam evaporation or sputtering.
Der Vorteil der Verwendung von Polymerfolien zur Herstellung von Mikrosieben ist deren einfache Herstellbarkeit, beispielsweise im Foliengießverfahren, die zu einer hohen Verfügbarkeit in der für den Einsatz als Mikrofilter geeigneten Schichtdicke von ca. 5 µm bis 15 µm führt. Die Schichtdicke vorhandener Polymerfolien ist dabei zusätzlich sehr homogen. Besonders vorteilhaft ist, dass die Folien optisch transparent sind, wodurch sie für den Einsatz mit einem Durchlichtmikroskop geeignet sind. Schließlich spricht für die Polymerfolien eine hohe Biokompatibilität. Die verwendeten lithographischen Prozesse sind vorteilhaft weit verbreitet und erlauben einen hohen Substratdurchsatz und damit eine kostengünstige Fertigung. The advantage of the use of polymer films for the production of micro-sieves is their ease of manufacture, for example in the film casting process, which leads to a high availability in the suitable for use as a microfilter layer thickness of about 5 microns to 15 microns. The layer thickness of existing polymer films is additionally very homogeneous. It is particularly advantageous that the films are optically transparent, whereby they are suitable for use with a transmitted light microscope. Finally, the polymer films have a high biocompatibility. The lithographic processes used are advantageously widespread and allow a high substrate throughput and thus a cost-effective production.
Die Maske ist insbesondere so gestaltet, dass das Mikrosieb eine Löcherstruktur erhält, wobei die Löcher einen, insbesondere gleichförmigen, Durchmesser zwischen ca. 1 Mikrometern und ca. 50 Mikrometern aufweisen. Es ist eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, dass die Löcher einen gleichförmigen Durchmesser zwischen 5 Mikrometern und ca. 25 Mikrometern, insbesondere zwischen ca. 7 Mikrometern und ca. 15 Mikrometern, aufweisen. Alternativ können auch Langlöcher verwendet werden, d.h. Löcher mit ovalem oder rechteckigem Querschnitt mit beispielsweise einer Breite von 5 µm und einer Länge von 20 µm. In particular, the mask is designed such that the microsieve acquires a hole structure, the holes having a, in particular uniform, diameter between approximately 1 micrometer and approximately 50 micrometers. It is a particularly preferred embodiment that the holes have a uniform diameter between 5 microns and about 25 microns, in particular between about 7 microns and about 15 microns. Alternatively, slots can also be used, ie holes with an oval or rectangular cross section, for example, with a width of 5 microns and a length of 20 microns.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Bereitstellen der Polymerfolie die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines Trägers, wobei der Träger eine thermisch oder durch Strahlung aktivierbare Ablösungsschicht ist, die bei Einwirkung der Strahlung oder bei Erreichen einer Schwelltemperatur die chemische Bindung an die Polymerfolie löst,
- – Auflaminieren der Polymerfolie auf die Ablösungsschicht.
- Providing a carrier, wherein the carrier is a thermally or radiation activatable release layer which dissolves the chemical bond to the polymer film upon exposure to radiation or upon reaching a threshold temperature,
- - laminating the polymer film on the release layer.
Mit anderen Worten wird eine thermisch oder durch Strahlung aktivierbare Ablösungsschicht direkt als Träger, also Substrat, verwendet. Es kommt kein weiterer Träger wie ein Siliziumsubstrat mehr zum Einsatz, sondern die gesamte Prozessierung findet ausschließlich auf der Ablösungsschicht statt. Hiermit wird vorteilhaft Material bei der Herstellung der Mikrosiebe eingespart, das für die Mikrosiebe an sich ohnehin nicht verwendet wird. Ein Beispiel für eine Ablösungsschicht ist als „Thermal Release“ Film bekannt und löst bei Erreichen einer Schwelltemperatur die chemische Bindung an die Polymerfolie, so dass diese zerstörungsfrei separiert wird. Eine andere Variante einer Ablöseschicht ist als „UV Release“ Film bekannt und löst unter Einwirkung von beispielsweise UV-Strahlung die chemische Bindung an die Polymerfolie, so dass diese zerstörungsfrei separiert wird. In other words, a release layer which can be activated thermally or by radiation is used directly as support, ie substrate. There is no further support such as a silicon substrate more used, but the entire processing takes place exclusively on the release layer. This material is advantageously saved in the production of micro-sieves, which is not used anyway for the microsieves. An example of a release layer is known as a "thermal release" film and when a threshold temperature is reached it dissolves the chemical bond to the polymer film so that it is separated non-destructively. Another variant of a release layer is known as a "UV release" film and dissolves under the action of, for example, UV radiation, the chemical bond to the polymer film, so that it is separated without destroying.
Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung der Ablösungsschicht als Träger besteht darin, dass die Herstellung der Mikrosiebe damit im Rolle-zu-Rolle-Verfahren stattfinden kann. A particular advantage of using the release layer as a carrier is that the manufacture of the microsieves can thus take place in the roll-to-roll process.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Bereitstellen der Polymerfolie die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines Trägers,
- – Aufbringen einer Ablösungsschicht auf dem Träger, wobei die Ablösungsschicht der späteren Ablösung des Mikrosiebs vom Träger dient,
- – Auflaminieren der Polymerfolie auf die Ablösungsschicht.
- Providing a carrier,
- Applying a release layer on the support, the release layer serving for later detachment of the microsieve from the support,
- - laminating the polymer film on the release layer.
Im Gegensatz zur vorher genannten Möglichkeit wird hier also ein von der Ablösungsschicht separater Träger verwendet. Als Träger kann beispielsweise ein Silizium- oder Glassubstrat verwendet werden. Vorteilhaft wird vor Aufbringen der Polymerfolie auf den Träger eine Ablösungsschicht auf den Träger aufgebracht. Mithilfe dieser Ablösungsschicht wird das Mikrosieb oder die Mikrosiebe wiederum zerstörungsfrei vom Träger gelöst. In contrast to the previously mentioned possibility, a carrier separate from the release layer is used here. As a carrier, for example, a silicon or glass substrate can be used. Advantageously, a release layer is applied to the carrier before the polymer film is applied to the carrier. With the aid of this detachment layer, the microsieve or the microsieves is again detached from the carrier in a non-destructive manner.
Zweckmäßig erfolgt nach dem Entfernen der fotostrukturierbaren Schicht ein Ablösen des aus der Polymerfolie erzeugten Mikrosiebs vom Träger. Expediently, after removal of the photopatternable layer, detachment of the microsieve produced from the polymer film takes place from the carrier.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird als Ablösungsschicht eine chemisch auflösbare Opferschicht verwendet. Zweckmäßig wird zum Ablösen des Mikrosiebs vom Träger dann ein Ätzschritt zur wenigstens teilweisen Auflösung der Ablösungsschicht durchgeführt. Die Opferschicht kann beispielsweise naßchemisch entfernt werden, wodurch die Verbindung zwischen dem Mikrosieb und dem Träger aufgehoben wird. In one embodiment of the invention, a chemically dissolvable sacrificial layer is used as the release layer. It is expedient to carry out an etching step for detaching the microsieve from the carrier for the at least partial dissolution of the release layer. For example, the sacrificial layer can be removed wet-chemically, thereby eliminating the bond between the microsieve and the support.
Alternativ kann als Ablösungsschicht eine thermisch oder durch Strahlung aktivierbare Ablösungsschicht verwendet werden, die bei Einwirkung der Strahlung oder bei Erreichen einer Schwelltemperatur die chemische Bindung an die Polymerfolie löst. Zweckmäßig wird dann zum Ablösen des Mikrosiebs vom Träger die Ablösungsschicht mit Strahlung beaufschlagt oder aufgeheizt wird. Alternatively, the release layer can be a release layer that can be activated thermally or by radiation, which dissolves the chemical bond to the polymer film when exposed to the radiation or when a threshold temperature is reached. Appropriately, the detachment layer is then exposed to radiation or heated to dissolve the microsieve from the carrier.
Das so erhaltene Mikrosieb kann insbesondere zum Trennen fester Stoffe und/oder oder zum Zurückhalten fester Stoffe aus einem Flüssigkeits- und/oder Gasstrom verwendet werden. Unter einem Mikrosieb kann also allgemein auch ein Mikrofilterelement verstanden werden. Das Mikrosieb kann insbesondere eine (Trenn-)Membran sein. The microsieve thus obtained can be used in particular for separating solids and / or for retaining solids from a liquid and / or gas stream. A micro-sieve can therefore generally also be understood to mean a microfilter element. The microsieve may in particular be a (separating) membrane.
Das Mikrosieb kann insbesondere eingesetzt werden zur Anreicherung oder Extraktion bestimmter Zellen aus zellhaltigen Körperflüssigkeiten, z.B. aus Blut, Urin, Biopsieflüssigkeiten, Speichel usw., einschließlich aus Humanblut oder aus natürlichen oder künstlich erzeugten Zellsuspensionen oder Verdünnungen davon. In particular, the microsieve can be used for the enrichment or extraction of certain cells from cell-containing body fluids, e.g. from blood, urine, biopsy fluids, saliva, etc., including from human blood or from natural or engineered cell suspensions or dilutions thereof.
Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt. Dabei zeigt
Im ersten Prozessschritt wird ein Substrat, in diesem Fall ein Silizium-Substrat
Folgend wird eine Polymerfolie, beispielsweise eine Polyimidfolie
Auf die Polyimidfolie
Im nächsten Prozessschritt wird eine Fotolackschicht
Im nächsten Prozessschritt findet eine Belichtung des Fotolacks statt. Dazu wird die Fotolackschicht
Der folgende Prozessschritt ist eine nasschemische Ätzung, die die Mikrosiebstruktur von der Fotolackschicht
Im darauf folgenden Prozessschritt wird eine Trockenätzung durchgeführt. Der verbleibende Teil der Fotolackschicht
Im nachfolgenden Prozessschritt wird der verbleibende Teil der Fotolackschicht
Zurück bleibt nur die nun strukturierte Polyimidfolie
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DE201310203050 DE102013203050A1 (en) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | Producing microsieve useful for enrichment or extraction of cells from cell-containing body fluids, preferably blood, urine, biopsy fluid, saliva, comprises e.g. providing carrier, and applying polymer film on carrier |
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