DE69406020T2 - Verfahren zur herstellung von strukturen mit mikrokanälen/mikrohohlräumen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von strukturen mit mikrokanälen/mikrohohlräumen

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Herstellung von Mikrokanal- und Mikrohohlraumsystemen und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Verbindung planer Schichten bei derartigen Herstellungen.
  • Mikrokanal- und Mikrohohlraumstrukturen werden u.a. bei chemischen Analyseverfahren verwendet, wie z.B. bei Elektrophorese und Chromatographie. Bei einer Art derartiger Mikrofluidic- Strukturen wird ein Kanal- und/oder Hohlraumsystem zwischen zwei planen Materialschichten definiert, wobei die Vertiefungen, die den Kanälen bzw. Hohlräumen entsprechen&sub1; in einer oder beiden der gegenüberstehenden Schichtoberflächen gebildet werden. Üblicherweise werden die Schichten durch Verkleben miteinander verbunden. Wenn die beiden Schichten aus thermoplastischem Material bestehen, können sie alternativ durch die Anwendung von Hitze miteinander verbunden werden.
  • Handelt es sich jedoch um sehr kleine Kanalausmaße, neigen diese konventionellen Verbindungsverfahren dazu, das Kanaloder Hohlraumsystem zu einem großen Ausmaß durch teilweises Verklumpen mit Klebstoff oder geschmolzenem Material zu deformieren.
  • Das Ziel der Erfindung ist es, dieses Problem dadurch zu überwinden, daß ein Verfaliren bereitgestellt wird, welches es erlaubt, in bequemer Weise die Materialschichten zu verbinden, im wesentlichen ohne das Kanal- oder Hohlraumsystem zu beeinflussen. Gemäß der Erfindung wird dies durch ein Herstellungsverfahren erreicht, welches die Merkmale, die in Anspruch 1 definiert sind, enthält. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die Erfindung basiert auf dem Konzept, daß zur Verbindung zweier planer Elementoberflächen aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien, wobei es sich vorzugsweise um thermoplastisches Material/thermoplastische Materialien handelt, deren Oberfläche(n), wenn sie zusammengebracht werden, ein Kanal- und/oder Höhlensystem zwischen ihnen definieren, auf eine oder auf vorzugsweise beide Elementoberflächen eine dünne Schicht eines anderen, vorzugsweise ebenfalls thermoplastischen, Materials aufgetragen wird, das in einem Lösungsmittel gelöst wird, welches das Material der beiden Elementoberflächen nicht auflöst. Dieses aufgelöste Material sollte einerseits in der Lage sein, sich mit dem Material/den Materialien der beiden Oberflächen, die mit ihm beschichtet wurden, zu vereinigen, und andererseits bei einer niedrigeren Temperatur zu schmelzen, als der Schmelztemperatur des Elementoberflächenmaterials oder der Elementoberflächenmaterialien. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels werden die beiden Oberflächen zusammengebracht, z.B. durch Rollen, wobei der Zusammenbau auf eine Temperatur erhitzt wird, die das (vorzugsweise thermoplastische) Zwischenmaterial, nicht jedoch das Material der Elementoberflächen schmilzt, um eine Vereinigung der beiden Elementoberflächen zu bewirken.
  • Die aufgetragene Lösungsschicht sollte natürlich eine sehr geringe Dicke im Vergleich zu der Breite und Tiefe der Kanäle bzw. Mikrohohlräume besitzen, wobei die Breite und Tiefe beispielsweise in der Größenordnung von 50 bis 100 µm sein kann.
  • Wird ein thermoplastisches Material für die beiden Materialoberflächen verwendet, so ist in geeigneter Weise dieses thermoplastische Material dem thermoplastischen Material, das für die Verbindung der Kanal/Hohlraumstruktur verantwortlich ist, eng verwandt. Als ein Beispiel eines geeigneten Typs eines Thermoplasten für diesen Zweck können Fluorelastomere genannt werden.
  • Geeignete Kombinationen an Oberflächen-/Verbindungsmaterialien und Lösungsmitteln für die Durchführung der Erfindung werden von dem Fachmann, der durch die Beschreibung angeleitet wird, leicht ersonnen werden.
  • Das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird schematisch in den begleitenden Zeichnungen dargestellt&sub1; wobei die Fig. 1A bis 1C verschiedene Unterstufen bei der Herstellung einer Mikrofluidic-Struktur zeigen, und Fig. 2 ein Querschnitt des Endproduktes ist.
  • Fig. 1A zeigt eine Platte 1, die mit einem offenen Kanalsystem (nicht gezeigt) ausgestattet ist, wobei diese Platte, zusammen mit einer identischen Platte 2 ohne das Kanalsystem, das Mikrokanalsystem zwischen den beiden Platten definieren soll. Zur Verbindung der beiden Platten, die vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind, z.B. einem Fluorelastomer, wird zuerst eine dünne Schicht 3 eines vorzugsweise eng verwandten thermoplastischen Material, z.B. ein modifiziertes Fluorelastomer mit einem niedrigeren Schmelzpunkt auf beide Plattenoberflächen aufgesponnen. Dann wird bei einer erhöhten Temperatur (z.B. 135ºC), wie in Fig. 1B dargestellt, das Lösungsmittel entfernt. Die auf diese Weise behandelten beiden Platten werden dann, wie in Fig. 1C gezeigt, zusammengewalzt, und man läßt sie während einiger Zeit, z.B. 5 Minuten, sich verbinden. Die vervollständigte Mikrokanalstruktur ist in Fig. 2 gezeigt. Wie man in der letzteren Fig. sehen kann, definieren die beiden Platten 1, 2, die durch die Materialschicht 3 zusammengehalten werden, zwischen ihnen ein Kanalsystem 4.
  • Das folgende spezifische Beispiel, welches die Herstellung einer Mikrokanalstruktur beschreibt, stellt das erfindungsgemäße Verfahren weiter dar.
    • BEISPIEL
  • Eine Polymerstruktur mit geschlossenen geraden Kanälen mit einer Höhe von 50 µm, einer Breite von 250 µm und einer Länge von etwa 80 mm wurde auf die folgende Art und Weise hergestellt.
  • Eine Siliziumgußform mit einer Oberflächenreliefstruktur, die der gewünschten Kanalgeometrie entspricht, wurde auf eine per se bekannte Art und Weise hergestellt. Demgemäß wurde die Oberfläche einer Siliziumplatte zuerst bei etwa 1100ºC oxidiert, um eine Oxidschicht von 8000 Å Dicke zu bilden. Nach Waschen, Dehydrierung in einem Ofen und Priming mit Hexamethylsilan wurde eine Photoresistschicht auf die Oxidschicht aufgesponnen und durch Backen in einem Ofen stabilisiert. Eine Maske, welche dem gewünschten Kanalmuster entspricht, wurde dann auf der Plattenoberfläche plaziert, und die Oberflächenteile, welche nicht von der Maske bedeckt waren, wurden Licht ausgesetzt. Die ausgesetzten Photoresistteile wurden dann durch Entwicklungslösung entfernt, um die Oxidschicht freizulegen, und der verbleibende Photoresist wurde hartgebacken. Die freigelegte Oxidschicht wurde dann mit Fluorwasserstoffsäure/Ammoniumfluorid geätzt, um das Silizium (die Rückseite der Platte war durch widerstandsfähiges Band geschützt) freizulegen, woraufhin die Photoresistmaske durch Aceton entfernt wurde. Die oxidfreien Siliziumoberflächen wurden dann mit Kahumhydroxidlösung während einer ausreichend langen Zeit geätzt, um die gewünschte Ätztiefe zu erreichen. Die entstehende Oberfläche zeigte das gewünschte Kanalmuster.
  • Die erhaltene Siliziumgußform wurde dann gegen einen 2 mm dikken Hostaflon TFB 7100-Film (refraktiver Index etwa 1,36) bei etwa 160ºC und 20 kp/cm² gepreßt (Hostaflon ist ein thermoplastisches Fluorelastomer, das von Hoechst AG, Deutschland, verkauft wird). Die entstehende Kanalstruktur wurde mit einer Trägerschicht in Form einer planen Platte des gleichen Materials durch Aufspinnen einer dünnen Schicht an Hostaflon TFB X- 7200 (mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als Hostaflon TFB 7100), gelöst in Propylmethylketon auf die Trägerschicht und die Kanalstruktur, welche man dann bei 130ºC während 10 Minuten trocknen ließ, verbunden. Die Kanalstrukturen und die Trägerschicht wurden dann sofort zusammengerollt, und das erhaltene Sandwich wurde bei etwa 140ºC während 10 Minuten gebakken. Die auf diese Weise hergestellte Polymerstruktur zeigte intakte geschlossene Kanäle.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebene und in spezifischer Weise in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform beschränkt, sondern es können viele Modifikationen und Änderungen innerhalb des Bereiches des allgemeinen Erfindungskonzeptes, wie es in den folgenden Ansprüchen festgesetzt ist, vorgenommen werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bildung einer Mikrokanal- und/oder Mikro-Hohlraumstruktur durch Verbinden zweier Elemente (1, 2) die gegenüberstehende plane Oberflächen des gleichen Materials oder verschiedener Materialien besitzen, wobei eine Oberfläche oder beide Oberflächen offene Kanäle und/oder Hohlräume besitzt/besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durchgeführt wird durch Auftragen einer dünnen Schicht (3) einer Lösung eines Materials, das in der Lage ist, sich mit der Oberfläche/den Oberflächen zu verbinden und das einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt als das Material oder die Materialien der beiden Elementoberflächen (1, 2) in einem Lösungsmittel, das im wesentlichen das Elementoberflächenmaterial/die Elementoberflächenmaterialien nicht auflöst, auf eine oder beide Elementoberfläche(n) (1, 2), durch Entfernung des Lösungsmittels&sub1; durch Zusammenbringen der beiden Elemente (1, 2) und durch Erhitzen auf eine Temperatur, bei der das gelöste Material, nicht jedoch das Elementoberflächenmaterial oder die Elementoberflächenmaterialien, zum Schmelzen gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elemente (1, 2), die verbunden werden sollen, aus dem gleichen Material bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gelöste Material (3) thermoplastisch ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der beiden Elemente (1, 2) thermoplastisch ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der beiden Elemente (1, 2) und das gelöste Material (3) von im wesentlichen der gleichen Art sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien der beiden Elemente (1, 2) und das gelöste Material (3) Fluorelastomere sind.
DE69406020T 1993-06-15 1994-06-14 Verfahren zur herstellung von strukturen mit mikrokanälen/mikrohohlräumen Expired - Lifetime DE69406020T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9302051A SE501380C2 (sv) 1993-06-15 1993-06-15 Sätt att tillverka mikrokanal/mikrokavitetsstrukturer
PCT/SE1994/000584 WO1994029400A1 (en) 1993-06-15 1994-06-14 Method of producing microchannel/microcavity structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69406020D1 DE69406020D1 (de) 1997-11-06
DE69406020T2 true DE69406020T2 (de) 1998-02-26

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ID=20390280

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69406020T Expired - Lifetime DE69406020T2 (de) 1993-06-15 1994-06-14 Verfahren zur herstellung von strukturen mit mikrokanälen/mikrohohlräumen

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US (2) US6126765A (de)
EP (1) EP0738306B1 (de)
JP (2) JP3515784B2 (de)
DE (1) DE69406020T2 (de)
ES (1) ES2109706T3 (de)
SE (1) SE501380C2 (de)
WO (1) WO1994029400A1 (de)

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