ES2236022T3 - Metodo para moldeo de materiales sobre un substrato plano. - Google Patents

Abstract

Un método de moldeo de una película fina sobre la superficie de un substrato, que comprende: a. Disposición sobre el elemento ventana (2) de un sistema de molde de microrreacción, dicho sistema de molde de microrreacción comprende i. un elemento ventana (2) que comprende un material transparente por lo menos a una longitud de onda de una radiación electro-magnética, teniendo además el elemento ventana una superficie superior que forma el fondo, de por lo menos una cavidad del molde, teniendo la cavidad una profundidad entre 100 nm y 100 m; ii. por lo menos un lado de la cavidad del molde (4); y iii.una tapa que comprende un substrato; una composición de hidrogel solidificable, que contiene monómeros polimerizables y un compuesto iniciador de la polimerización, en donde el com- puesto iniciador de la polimerización es sensible a una energía de activación a la cual es transparente el elemento ventana; b. Colocación de la superficie del substrato en contacto hermético con los lados de la cavidad del molde para formar la tapa del sistema del molde de microrreacción; c. Exposición del molde de microrreacción a una fuente de energía de activación, en donde la cavidad del molde se expone a la energía de activación trans-mitida a través del elemento ventana, con un nivel de energía suficiente para iniciar la polime-rización de los monómeros durante entre 2 y 2000 segundos; y d. Separación del molde del substrato, para dejar al descubierto la película moldeada en la superficie del substrato.

Description

Método para moldeo de materiales sobre un substrato plano.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un método para el moldeo e injerto de materiales en un substrato plano. Más específicamente, esta invención se refiere al moldeo e injerto de capas altamente uniformes y muy delgadas de materiales poliméricos sobre la superficie de microchips para aplicación electrónica y otras pequeñas superficies de substratos.

Antecedentes de la invención

La siguiente descripción proporciona un resumen de la información de interés para la presente invención.

La aplicación de películas delgadas a superficies de un substrato a un nivel de microescala ha sido predominantemente una cuestión de la industria electrónica. Esta aplicación ha implicado también predominantemente el empleo de tecnologías de revestimiento por centrifugación y laminación de revestimiento. Sin embargo, con respecto a la aplicación de películas delgadas compuestas por capas de polímero permeables, en microchips para aplicaciones electrónicas empleados en el aislamiento y detección de biomateriales, ni la laminación por recubrimiento ni el revestimiento por centrifugación, proporcionan resultados particularmente óptimos.

Por ejemplo, el empleo del revestimiento por centrifugación de capas permeables sobre substratos que comprenden diseños de cartuchos de microchips para aplicaciones electrónicas, que no son completamente planos, da a menudo como resultado, problemas para obtener capas uniformes en regiones seleccionadas del microchip. En consecuencia, el revestimiento por centrifugación de superficies que no son planas da como resultado amplias variaciones del grueso de la capa permeable aplicada.

Las exigencias del trabajo de los microchips implican tolerancias muy estrictas en los potenciales y corrientes electrónicas aplicadas y obtenidas en la superficie de la capa encima de los electrodos del microchip. Por lo tanto, es necesario que la permeabilidad del grueso de la capa sea uniforme. Las variaciones en el grueso dan como resultado variables incontrolables, cuando se intenta transportar biomateriales entre los sitios de captura, para aplicaciones electrónicas del microchip.

En otro aspecto, cuando se aplica agarosa mediante el revestimiento por centrifugación, el proceso debe mantenerse dentro de un margen específico de temperatura para lograr una correcta dispersión de la agarosa. Si la temperatura es demasiado baja, la agarosa se congelará prematuramente y no se dispersará correctamente. Cuando deben aplicarse hidrogeles sintéticos basados en soluciones monoméricas mediante revestimiento por centrifugación y a continuación deben reticularse, es necesario adicionar polímeros solubles a la solución de hidrogel con el fin de aumentar la viscosidad de dichas películas de tal forma que se obtenga un grueso apropiado. Sin embargo, la adición de polímeros que potencian la viscosidad cambia la composición final de la capa permeable así como las características de rendimiento de la capa para permitir la electroforesis de polielectrolitos y iones entre el electrodo y la superficie superior de la capa. El revestimiento por centrifugación es además problemático puesto que requiere altas velocidades para la dispersión radial de las mezclas de monómeros o monómero/polímero. Estas altas velocidades pueden ocasionar daños al substrato.

Se han empleado también otros métodos para proporcionar un grueso uniforme. Por ejemplo, en un intento de depositar películas delgadas sobre microchips, se ha empleado un método de cubreobjetos en donde un cubreobjetos se aplica directamente a una solución de un material polimerizable antes de la polimerización real, con la idea de que el portaobjetos podría proporcionar una capa polimerizada uniforme sobre la parte superior del microchip. Aunque este método mejora la uniformidad de la superficie, existe una gran variabilidad de gruesos que imposibilita la aplicación de dicho método cuando se trata de una aplicación electrónica altamente sensible y un alto volumen de fabricación.

Todavía en otras aplicaciones de moldeo a microescala, algunos procesos emplean moldes presurizados en los que el molde se presuriza entre 1 y 50 atm para impedir la formación de huecos o contracciones de volumen durante la polimerización (Micro and Nano Patterning Polymers ("polímeros para micro y nanomodelos"), Oxford University Press, 1993, ISBN 0841235813). Todavía otros sistemas emplean la inyección de una solución o mezcla de los componentes en el molde de microrreacción.

La patente JP 59227131 describe un sistema de molde de microrreacción que se prepara mediante un procedimiento de moldeo, en donde la resina de curado se vierte dentro de una cavidad de moldeo. También se describe un aparato de moldeo de fotopolimerización en las patentes EP 0446040, US 4073835 que se refiere a un método con una resina que encapsula piezas eléctricas con un curado por UV de la resina ignífuga. Un procedimiento similar se describe en la patente DE 19705303 que se refiere a un procedimiento para la preparación de micropiezas a partir de una resina de moldeo empleando dispositivos de moldeo.

En cambio, nosotros hemos desarrollado un sistema simple de moldeado por microrreacción que genera películas altamente uniformes directamente sobre la superficie de un substrato, como p. ej., un microchip, el cual sistema evita los problemas de variación del grueso que tienen lugar en las técnicas de polimerización orientada al revestimiento por centrifugación y por cubreobjetos. Además, hemos desarrollado unos dispositivos para formar directamente capas permeables con un grueso reproducible, sobre microchips y otros substratos para aplicaciones electrónicas. Esta invención puede aplicarse a la fijación de múltiples películas finas o capas de un hidrogel e injertos de materiales poliméricos sobre un substrato, de manera que permite la aplicación a una fabricación a gran escala y económica. Este sistema de moldeo proporciona además la creación de un substrato con múltiples capas permeables con una multiplicidad de características.

Resumen de la invención

La invención se refiere a un método de acuerdo con las características de la reivindicación 1.

En una versión, se proporciona un sistema de moldeo que consiste en un molde de dos piezas que tiene un elemento ventana transparente y una caja o marco de moldeo construida de metal o polímero. De preferencia, el metal empleado para la caja puede ser de acero inoxidable 304, acero inoxidable 316 ó titanio. Para versiones que emplean una caja de polímero, son ejemplo de un polímero adecuado, el politetrafluoretileno, el polifluoralcoxano (PFA) y el polieteretercetona (PEEK).

En esta versión de un molde de dos piezas, la ventana transparente puede estar construida de cualquier material que permita la transmisión por lo menos de una longitud de onda de una radiación electromagnética, en particular la ultravioleta (UV), visible (Vis), e infrarroja (IR). En versiones preferidas, los materiales aceptables para la construcción de la ventana pueden comprender substancias cristalinas tales como la sílice fundida, cuarzo, zafiro, germanio, silicio o vidrio, o materiales poliméricos orgánicos tales como el plexiglás, poliacrilatos y policarbonatos. El elemento ventana comprende además una superficie superior que sirve como "placa base" o fondo del molde que está encajada dentro del marco del molde. Esta superficie puede comprender en general cualquier contorno para hacer una superficie modelada para el material que va a moldearse en un fina película. En una versión preferida, esta superficie es plana. Mediante el termino plana se entiende una superficie que tiene variaciones en altura vertical inferiores a 1 \mum. con el término modelada se da a entender una superficie que tiene unas variaciones de contorno vertical mayores de 1 \mum. Tanto si es plana como si es modelada, el elemento ventana y su superficie superior proporciona el acceso de la radiación a la cavidad del molde.

Con el fin de que el elemento ventana forme el fondo del molde, la superficie superior del elemento ventana está desplazada de la parte superior del elemento marco formando con ello la cavidad del molde. En una versión preferida, el desplazamiento es de entre 100 nanometros y 100 \mum por debajo de la superficie del marco. Adicionalmente, este desplazamiento es variable por el hecho de que el elemento ventana está conectado "deslizablemente" a, y está encajado en el elemento marco. Con el término deslizablemente se entiende que la posición del elemento ventana puede ajustarse deslizando el interior de la ventana por el elemento marco.

En otra versión, el sistema acopla la fotopolimerización y el moldeo en un único proceso. En esta versión, la ventana es transparente a la energía de la luz UV la cual se emplea para iniciar la fotopolimerización de una solución de monómero reactivo que en la polimerización se convierte en una película fina la cual a su vez se une a la superficie del microchip u otro substrato durante la polimerización. En este sistema puede emplearse un iniciador de luz UV, tal como el compuesto por un 50% de óxido de 2,4,6-trimetilbenzoil difenilfosfina y un 50% de 2-hidroxi 2-metil-1-fenil-propan-1-ona (D 4265) junto con un monómero polimerizable para iniciar la polimerización.

En otra versión, la iniciación de la polimerización puede efectuarse empleando una ventana que es transparente a la energía térmica en forma de radiación IR. En esta versión, la solución del monómero y el molde se calientan en un margen específico de temperatura con lo que se ocasiona la activación de los iniciadores de la polimerización sensibles al calor tales como p. ej., el azobisisobutironitrilo (AIBN).

En otra versión, la polimerización puede efectuarse empleando energía química en donde la polimerización de un monómero tiene lugar en un corto período de tiempo en la cavidad del molde empleando iniciadores químicos tales como p. ej., el persulfato de amonio/tetrametil etileno diamina (APS/TEMED).

Todavía en otras versiones, pueden emplearse los elementos ventana transparentes a la luz visible, cuando en la reacción de polimerización se emplean los iniciadores químicos sensibles a las longitudes de onda de la luz visible.

En otra versión, el microchip u otras formas de substrato forman una tapadera o "capucha" del sistema de moldeo. Puesto que el substrato forma una de las caras del molde, actúa simplificando el sistema del molde mientras que al mismo tiempo proporciona un mecanismo para definir el grueso de la película, determinado por el espacio entre la superficie del substrato y el fondo de la cavidad del molde.

En otra versión, el sistema de molde en dos piezas comprende un dispositivo para el llenado del pozo del molde empleando unas puertas de entrada que permiten que la solución del monómero fluya dentro del molde desde una cara hasta la cara opuesta del molde, en donde existe una puerta de salida para el fluido en exceso.

Todavía en otra versión, el sistema de molde puede comprender también en lugar de un molde de dos piezas, un molde de una pieza única o molde "no compuesto" que comprende una placa que es transparente por lo menos para una longitud de onda de la radiación electromagnética. En esta versión se forma una cavidad del molde en una superficie superior de la placa hasta una profundidad entre 100 nanometros y 100 \mum. En una versión preferida, la placa puede estar construida de materiales tales como sílice fundida, cuarzo, zafiro, germanio, silicio, vidrio, poliacrilatos, policarbonatos, y plexiglás. En esta versión el substrato sirve también como tapadera del molde. En otra versión, dichos moldes no compuestos pueden comprender bien "bloques de molde" individuales que además pueden estar unidos a una superficie de manera que se forma una serie de moldes, o pueden formarse directamente una serie de moldes individuales en la superficie de un bloque único de dicho material.

Todavía en otra versión en la que se emplea la iniciación de la polimerización por radiación UV, pueden moldearse películas finas para un substrato en espacio de segundos después de la irradiación con UV. Además, tales películas, que tienen una alta uniformidad entre sí, pueden reproducirse a partir de los moldes sobre substratos individuales.

Todavía en otras versiones, el sistema del moldeo de películas finas sobre superficies de substratos, puede efectuarse de una forma repetitiva como para permitir la formación de una multiplicidad de capas de película fina sobre la superficie de un único substrato. En esta versión se contempla que cada capa proporcionará una propiedad específica a la capa de permeación como se desea.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un gráfica de barras que muestra los coeficientes de variabilidad (CV) de los gruesos de las películas delgadas obtenidas sobre diferentes microchips de tres diferentes moldes de vidrio en los cuales la cavidad del molde está grabada empleando un tratamiento abrasivo con ácido fluorhídrico (HF).

La figura 2 es una gráfica de barras que muestra los CV de los sitios de captura de los contactos de los microchips individuales empleando el mismo molde para la formación de películas delgadas sobre cada uno de los seis diferentes microchips.

La figura 3 es un dibujo en perspectiva de un molde de microrreacción compuesto de cuarzo y metal, que tiene una ventana de cuarzo ajustable tal que la posición de la ventana puede ajustarse para formar una cavidad del molde con diferentes profundidades. La figura muestra además las puertas de llenado a cada lado de la cámara del molde.

La figura 4 es una vista lateral del molde compuesto mostrando varias características del sistema de molde compuesto.

Las figuras 5A-F muestran secuencias del proceso de moldeo en donde o bien se aplican capas de películas delgadas únicas al substrato (figura 5A) ó bien se aplican múltiples películas uniformemente apiladas (figura 5B) ó formando capas en formatos diferentes (figuras 5C-F).

La figura 6 es una gráfica que muestra la regularidad de la variabilidad del grueso de película, en película de 5 ó 100 \mum de grueso.

La figura 7 es una gráfica de barras que muestra la regularidad de la variabilidad entre películas delgadas producidas sobre chips empleando un molde compuesto de cuarzo/metal.

Descripción detallada de las versiones preferidas

Con referencia a las versiones específicas, se proporciona un sistema de molde de microrreacción que tiene el fondo de la cavidad del molde que es transparente por lo menos para una longitud de onda de la radiación electromagnética formando con ello una "ventana" que permite la transmisión de una energía de activación tal como la radiación UV, Vis e IR. El elemento de dicha "transparencia" del fondo del molde proporciona la oportunidad de que los materiales que se encuentran dentro de la cavidad del molde puedan ser inducidos a reaccionar bajo demanda, mediante la activación de los grupos químicos sensibles a la longitud de onda de la radiación electromagnética empleada. En una versión preferida estos grupos reactivos actúan para iniciar la polimerización de ciertos monómeros polimeri-
zables.

En una versión particularmente preferida, los monómeros polimerizables que comprenden grupos químicos pueden ser premezclados con substancias químicas iniciadoras de la polimerización las cuales son sensibles a la radiación UV y que se añaden dentro de la cavidad del molde. Por contacto con la irradiación UV dirigida a través del fondo del molde, los monómeros e iniciadores son inducidos a reaccionar en una reacción de polimerización tal que la solución se convierte en un polímero al cabo de segundos de contacto con la luz UV.

En otra versión, los materiales de la ventana del molde transparentes a la radiación IR pueden emplearse conjuntamente con iniciadores sensibles al calor. En dicha versión, la energía IR necesaria puede aplicarse a la cavidad del molde manteniendo el molde a una temperatura entre 15 y 250ºC durante el período requerido para inducir la polimerización.

En otra versión, los materiales polimerizables pueden emplearse conjuntamente con iniciadores que son químicamente sensibles en oposición a la sensibilidad a UV ó IR.

Todavía en otra versión, los materiales polimerizables pueden emplearse juntamente con iniciadores que son sensibles a las longitudes de onda de la luz visible.

De esta forma, en las versiones preferidas, los iniciadores de la polimerización pueden comprender aquellos que son sensibles a cualquier luz visible, irradiación UV, radiación térmica (IR) ó que reaccionan por contacto con grupos químicos específicos.

Clases y ejemplos representativos de los fotoiniciadores UV que pueden emplearse, incluyen los fotoiniciadores de bencilocetal tales como la 2,2-dimetoxi-2-fenilacetofenona, éteres de benzoína tales como la 2-metoxi-2-fenilacetofenona, hidroxi alquil fenil cetonas tales como la 2-hidroxi 2-metil-1-fenil-propan-1-ona, dialcoxi acetofenonas como la 2,2-dietoxi acetofenona, benzoil ciclohexanol cetonas tales como la 1-hidroxiciclohexil fenil cetona, óxidos de benzoil fosfina tales como el óxido de 2,4,6-trimetilbenzoil difenilfosfina, alquiltiofenil morfolino cetona tales como la 1-metil-1-(4-metiltiofenil)-2-morfolino propan-1-ona, morfolinofenil amino cetonas tales como la 2-bencil-2-N,N-dimetil-amino-1-(4-morfolinofenil)-1-butanona. Clases de compuestos fotoiniciadores adicionales de UV, los cuales trabajan en presencia de hidrógeno o dadores de electrones (coiniciadores) incluyen fenonas tales como la benzofenona, tioxantonas tales como la clorotioxantona, quinonas tales como la canfoquinona, y cetocumarinas tales como la 1-fenil-cetocumarina y la clase bencilo.

Iniciadores representativos químicos y térmicos incluyen azonitrilos tales como el 2,2'-azobisisobutironitrilo, derivados azoicos tales como el 2,2'-azobisisobutiramidina, alquilperóxidos tales como el peróxido de terc-butilo, acil peróxidos tales como el peróxido de benzoilo, hidroperóxidos tales como el hidroperóxido de terc-butilo y peróxidos de cetona tales como el diperóxido cíclico de acetona, iniciadores de persulfato tales como el persulfato de amonio y potasio, e iniciadores de azida tales como la azida de p-toluensulfonilo. Algunos de éstos, tales como el APS, trabajan en presencia de coiniciadores como el TEMED.

En una mayoría de versiones preferidas, los iniciadores pueden seleccionarse del grupo formado por azobisisobutironitrilo (AIBN), persulfato de amonio y tetrametiletilendiamina (APS/TEMED), peróxido de benzoilo, y una solución compuesta del 50% de óxido de 2,4,6-trimetilbenzoil difenilfosfina y el 50% de 2-hidroxi-2-metil-1-fenil-propan-1-ona (D4265).

La presente invención contempla generalmente que los monómeros pueden transformarse en películas poliméricas finas empleando irradiación UV, Vis ó IR, ó iniciadores químicamente sensibles. Estos monómeros incluyen los seleccionados del grupo formado por epóxidos, grupos alquenilo incluyendo pero sin limitar a los \alpha, \beta carbonilos no saturados substituidos o sin substituir, en donde el doble enlace está directamente unido al carbono el cual está unido por un doble enlace a un oxígeno y con un enlace sencillo a otro oxígeno, nitrógeno, azufre, halógeno o carbono; vinilo, en donde el doble enlace está unido con un enlace sencillo a un oxígeno, nitrógeno, halógeno, fósforo o azufre, alilo, y el doble enlace está unido por un enlace sencillo a un carbono el cual está unido a un oxígeno, nitrógeno, halógeno, fósforo o azufre; homoalilo en donde el doble enlace está unido con un enlace sencillo a un carbono el cual está unido con un enlace sencillo a otro carbono el cual está unido a continuación con un enlace sencillo a un oxígeno, nitrógeno, halógeno, fósforo o azufre; y grupos alquinilo en los que existe un enlace triple entre dos átomos de carbono.

Puesto que durante la formación del material en una película en el molde, se desea que se fije a la superficie de un substrato, p. ej. un microchip para aplicaciones electrónicas, en una versión preferida, el substrato puede recubrirse previamente con un agente de copulado covalente tal como los que están comercialmente disponibles y son ya conocidos por los expertos en la técnica. Por ejemplo, puede aplicarse el metacriloxipropil trimetoxisilano a la superficie del substrato lo cual permite que los grupos químicos de la matriz del polímero de la capa permeable se unan al substrato.

En una versión preferida, el substrato sirve como de "tapadera" al molde. Antes de exponer el contenido monómero polimerizable/iniciador del molde a la radiación iniciadora de la polimerización, el substrato se coloca bien sujeto contra la superficie superior del material que forma el marco de la cavidad del molde. Tanto si esta superficie superior comprende un marco de metal o de polímero, o la superficie de un material no compuesto (por ejemplo cuarzo, silicato o policarbonato), se hace que la superficie del substrato entre en contacto con la solución de monómero polimerizable de tal forma que el substrato descienda a la posición y quede contiguo al marco de la cavidad del molde, expulsando la solución en exceso de la cavidad del molde. En versiones en donde se emplean iniciadores químicos, estos iniciadores se añaden a la mezcla de monómeros justo antes de añadir la solución monómero/iniciador a la cavidad del molde.

En versiones que incluyen una cámara de llenado, el substrato puede colocarse en la parte superior de la cavidad del molde antes de la adición de la solución polimerizable. A continuación la solución puede introducirse por una puerta de llenado al interior del hueco del molde, pudiendo salir el exceso de fluido por la segunda puerta.

En una versión preferida, puede formarse una cavidad del molde en la superficie superior de un material transparente bien mecánicamente como p. ej., mediante una sonicación, o mediante un ataque químico hasta una profundidad entre 100 nanometros y 100 \mum. En una versión en donde se emplea un molde compuesto de marco de metal/ventana transparente, la profundidad de la cavidad del pozo puede regularse ajustando la posición del material transparente en relación al marco, de tal manera que la superficie superior del material transparente esté debajo de la superficie superior del marco a una profundidad entre 100 nanometros y 100 \mum.

Cuando se contempla el empleo de un metal para el marco, dicho metal puede comprender el acero inoxidable 304, el acero inoxidable 316 o el titanio. Para versiones que utilizan un marco de polímero, ejemplos de polímeros adecuados comprenden el politetrafluoretileno, polifluoralcoxano (PFA) y polieteretercetona (PEEK).

Los materiales que se contemplan para la ventana tanto para las versiones de un material compuesto como para un material no compuesto, incluyen el vidrio inorgánico tal como la sílice fundida y derivados de la misma, cristales como el cuarzo, zafiro, germanio y silicio y polímeros orgánicos tales como los poliacrilatos o policarbonatos. En cada caso el material se escoge por su capacidad para permitir la transmisión de por lo menos una longitud de onda de la luz visible, radiación UV, y radiación IR.

Todavía en otra versión, el substrato con la película fina polimerizada fijada, se separa fácilmente del molde sin dañar la unión de la película fina con el substrato o dañando la propia película fina recién formada. La separación del substrato del molde puede facilitarse fácilmente aplicando previamente un recubrimiento a la superficie del molde (es decir la superficie del material de la ventana que forma el fondo de la cavidad del molde) con un producto químico antiadherente (es decir un agente de separación de la pieza moldeada del molde). Estos materiales incluyen aunque no están limitados a, perfluorsilanos tales como el heptadecafluor-tetrahidrodeciltriclorosilano, clorosilanos como el cloro-trimetilsilano, y alcoxisilanos tales como el metoxitrietilsilano. Otros recubrimientos antiadherentes contemplados para emplear incluyen también los seleccionados del grupo formado por los fluorpolímeros, y materiales depositados por un gas reactivo tal como monómeros polimerizables de plasma. Las superficies que tienen estos recubrimientos permiten no solamente una fácil separación del film moldeado de la cavidad del molde sino también la transmisión de energía de luz UV a la solución de la película que hay que polimerizar.

Las dimensiones de las cavidades del molde pueden ser de cualquier tamaño útil para las películas delgadas a moldear en áreas pequeñas de la superficie del substrato. En una versión preferida, los pozos pueden comprender un área tan pequeña como 10 \mum^{2} ó tan grande como 100 cm^{2} ó más. Las cavidades del molde pueden formarse fácilmente en la superficie de un material de la ventana como se ha definido en la presente, bien mecánicamente como p. ej., por sonicación o mediante grabado empleando las bien conocidas técnicas de ataque químico con ácido fluorhídrico o ataque con óxido tamponado.

El sistema del molde puede además ser utilizado de forma que se apliquen fácilmente múltiples capas de película delgada sobre la superficie del substrato. Por ejemplo puede aplicarse al substrato una capa base que tenga varias propiedades. Propiedades de utilidad para una capa base incluyen (1) la resistencia a condiciones ácidas y básicas causadas o por pH extremos que dan por resultado por ejemplo, la polarización de los electrodos del substrato de un microchip para aplicaciones electrónicas, y (2) el aislamiento para la protección de las moléculas a ser transportadas por la electroquímica del propio electrodo. Las películas secundarias pueden comprender grupos reactivos para fijar, bien covalentemente o no covalentemente, moléculas de captura. Otras capas pueden contener reactivos para el transporte iónico u oxígeno, secuestradores de radicales libres o propiedades humectantes potenciadas.

Como ejemplo de operación, el proceso de moldeo puede comprender los siguientes pasos:

Paso 1

En primer lugar, se trata la superficie del substrato con un agente de copulado covalente para obtener una adhesión superficial preferente, habiéndose tratado previamente la superficie del molde con un agente antiadherente de separación.

Paso 2

La solución monómero polimerizable/iniciador, se deposita sobre la superficie del molde (el molde puede estar orientado mirando hacia fuera o en una posición invertida. Cuando el molde está abajo mirando hacia arriba, la solución puede depositarse en el pozo del molde. Cuando el molde está arriba de cara abajo, la solución puede depositarse sobre el substrato de la superficie).

Paso 3

El substrato o "tapadera" del molde (p. ej., un microchip) entra en contacto con el molde de forma que el substrato queda contiguo al marco que rodea la cavidad del molde.

Paso 4

La solución de monómero/iniciador es inducida a polimerizar o "curar" al ponerse en contacto la solución con una fuente de activación del iniciador. En una versión preferida, esta fuente es la irradiación UV que es canalizada o distribuida uniformemente a través de la ventana durante generalmente entre 2 y 2000 segundos, habitualmente entre 2 y 300 segundos, y de preferencia, entre 2 y 30 segundos.

Cuando se emplea la irradiación UV se admite que la energía de la luz comprende un margen de energía entre 0,1 miliwat/cm^{2} y 1000 miliwat/cm^{2}. De preferencia, la intensidad UV es 100 mW/cm^{2} empleando longitudes de onda de 320-390 nm. Cuando se emplean iniciadores térmicamente sensibles, el molde puede calentarse a temperaturas entre 15 y 250ºC entre 5 y 2000 segundos. El calor puede ser o bien de una fuente de luz que emite infrarrojos, o bien de una fuente no luminosa. Cuando se emplean iniciadores químicos, la solución de reacción puede ser mantenida en el molde entre 1 minuto y 30 minutos para completar la polimerización de la película fina sobre el substrato.

Paso 5

Después de la polimerización del paso 4, el substrato con su película fina adherente es separado de la cavidad del molde.

Paso 6

Los substratos recubiertos con la película fina se lavan para eliminar reactantes extraños y a continuación se secan.

Paso 7

El molde está inmediatamente disponible para emplear en otra reacción de moldeo en donde se repiten los pasos 1-6. En una versión preferida, el sistema del molde puede emplearse para aplicar al substrato, capas múltiples de películas delgadas.

En aplicaciones en las cuales la solución de monómero se canaliza dentro de la cavidad del molde, empleando puertas de llenado, la tapa o substrato puede estar en contacto con el molde antes de llenar el molde con la solución de polimerización.

Resultados Ejemplo 1 Método de la corredera de vidrio

En un sistema de molde con corredera de vidrio, las películas finas se obtuvieron con un grueso altamente uniforme entre diferentes substratos de microchips de tal forma que los "coeficientes de variación" (CV) entre los microchips fue inferior a 11,1%. Además, el grueso de las películas sobrepasando los electrodos individuales o sitios de captura (es decir, los contactos) del microchip tenían coeficientes de variación contacto a contacto, inferiores al 6,3%. Estos resultados están mostrados en las figuras 1 y 2, En la figura 1 se emplearon tres diferentes moldes de vidrio grabado para aplicar una solución de acrilamida (acrilamida:bisacrilamida 19:1) a la superficie del microchip. Se efectuaron seis ensayos empleando el molde número 1, cinco ensayos se realizaron empleando el molde número 2 y siete ensayos se realizaron empleando el molde número 3. Como puede verse, los coeficientes de variación fueron de 17,5%, 7,8% y 1,9% respectivamente. Los moldes se formaron cada uno empleando la tecnología del grabado con HF (por ejemplo, el grabado de las ventanas de vidrio de borosilicato, puede efectuarse con HF al 48% durante uno a dos minutos seguido de un lavado con agua para obtener un pozo del molde grabado de aproximadamente 10 \mum de profundidad).

En la figura 2, el molde 3 se empleó además para el ensayo de variabilidad del grueso de la película de terminal a terminal. Para cada microchip, se ensayaron siete rellenos diferentes sobre el mismo chip. Como se ha indicado, los rellenos del microchip 1 tuvieron un CV de 1,5%. De manera similar, los rellenos de los microchips 2-6 tenían unos CV del 3,1%, 2,2%, 6,3%, 2,6% y 3,8% respectivamente. La variación entre seis diferentes chips empleando el mismo molde (molde número 3) fue del 11,1%.

Ejemplo 2 Método del compuesto cuarzo/metal

En este ejemplo se construyó un molde compuesto, a base de cuarzo/metal, con una ventana regulable de cuarzo como se muestra en las figuras 3 y 4. En la figura 3, la placa base (1) puede estar íntegramente asociada con el marco del pozo (3). En el interior del marco del pozo (3) se encuentra la ventana transparente (2) ajustada para estar apoyada desde el borde superior del marco de forma que se crea una cavidad del molde. Situados lateralmente en posiciones opuestas, están los pozos de llenado del molde (4). La figura 4 muestra una sección transversal del sistema de molde de la figura 3. Como se indica en el ejemplo del dibujo, la ventana transparente está apartada unos 5 \mum. También se muestran los canales de llenado (5) para la entrada y salida del fluido de la cavidad del molde.

El grueso de la cavidad del molde (y en consecuencia el grueso de la película fina) puede ser ajustado reproduciblemente dentro de un pequeño tanto por ciento, ajustando la posición de la ventana. Por ejemplo, la figura 6 muestra los resultados de la variabilidad de la regularidad en términos de los CV del grueso para películas finas, producidas ajustando la ventana en tres posiciones diferentes. Los gruesos encontrados fueron de 5, 11 y 100 \mum. Los CV fueron 0,9, 2,0 y 16,2% respectivamente. Como se muestra en la figura 7, el CV de chip a chip fue del 7,9%, el CV de contacto a contacto fue inferior al 5,8% para un total de 37 microchips.

Ejemplo 3 Moldeo multicapa

En este ejemplo, el sistema de la invención se emplea para aplicar capas múltiples sobre la superficie del substrato. Como se muestra en las figuras 5A-F, pueden aplicarse capas múltiples en varios formatos. Por ejemplo, el molde puede prepararse para recibir una solución polimerizable. La preparación puede incluir la aplicación de una superficie antiadherente a la cavidad del molde (1). Después de añadir la solución al pozo(2), la superficie del substrato se pone en contacto con el molde (3). La solución se polimeriza aplicando energía radiante a la solución, y a continuación puede separarse del molde la primera capa unida al substrato. La figura 5B muestra como el substrato al que se ha fijado la capa base de película fina, puede ponerse en contacto con el mismo o diferente molde para que le sea aplicada una segunda capa.

En otra versión, la aplicación de múltiples capas puede incluir la aplicación de capas de forma escalonada de manera que una capa puede comprender completamente la capa inferior o cubrir solo parcialmente dicha capa inferior. Como se muestra en la figura 5C, la capa secundaria es más pequeña que la capa primaria. En este ejemplo, la segunda capa ha sido aplicada empleando simplemente un segundo molde con unas dimensiones de área más pequeñas. En la figura 5D se aplica una tercera capa que tiene un área todavía más pequeña. En la figura 5E, se han aplicado capas empleando unos moldes de reacción que tienen consecutivamente áreas mayores. En la figura 5F se muestra otra versión que muestra la versatilidad de la aplicación de la película fina de la invención en donde pueden aplicarse consecutivamente capas de un formato variable. En este caso, la capa secundaria se ha aplicado empleando una cavidad de molde mayor de forma que la primera capa está totalmente cubierta por la segunda capa mientras la tercera capa se ha aplicado con un molde más pequeño. Aplicando las capas finas de esta manera se proporciona una capa base que puede ser más densa que las capas más al exterior para proteger contra los pH extremos y el ambiente fuertemente ionizante de la superficie del electrodo de metal. La capa del centro puede ser menos densa que la capa base y tener grupos para fijar las moléculas transportadas a la posición del electrodo. La capa del centro puede tener también una propiedad que facilita un fácil lavado para eliminar las moléculas capturadas. La tercera capa puede contener una química de fijación diferente de la segunda capa para la unión de moléculas particulares desde la solución de ensayo de forma que puede utilizarse un contacto de captura para detectar varias diferentes moléculas de interés.

Modificaciones y otras versiones de la invención serán aparentes a los expertos en la técnica a la cual se refiere esta invención, aprovechando las precedentes enseñanzas, descripciones y dibujos anexos. La presente invención no se limita por lo tanto a las versiones específicas descritas sino que incluye las modificaciones y otras versiones que están dentro del ámbito de las reivindicaciones del apéndice. Todas las citas bibliográficas se incorporan a la presente como referencia.

Claims (21)

1. Un método de moldeo de una película fina sobre la superficie de un substrato, que comprende:

a.

Disposición sobre el elemento ventana (2) de un sistema de molde de microrreacción,

dicho sistema de molde de microrreacción comprende

i.

un elemento ventana (2) que comprende un material transparente por lo menos a una longitud de onda de una radiación electromagnética, teniendo además el elemento ventana una superficie superior que forma el fondo, de por lo menos una cavidad del molde, teniendo la cavidad una profundidad entre 100 nm y 100 \mum;

ii.

por lo menos un lado de la cavidad del molde (4); y

iii.

una tapa que comprende un substrato;

una composición de hidrogel solidificable, que contiene monómeros polimerizables y un compuesto iniciador de la polimerización, en donde el compuesto iniciador de la polimerización es sensible a una energía de activación a la cual es transparente el elemento ventana;

b.

Colocación de la superficie del substrato en contacto hermético con los lados de la cavidad del molde para formar la tapa del sistema del molde de microrreacción;

c.

Exposición del molde de microrreacción a una fuente de energía de activación, en donde la cavidad del molde se expone a la energía de activación transmitida a través del elemento ventana, con un nivel de energía suficiente para iniciar la polimerización de los monómeros durante entre 2 y 2000 segundos; y

d.

Separación del molde del substrato, para dejar al descubierto la película moldeada en la superficie del substrato.

2. Un método de moldeo de una película fina sobre la superficie de un substrato, de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cavidad del molde tiene unas dimensiones de longitud de aproximadamente entre 1 mm y 3,5 cm y unas dimensiones de ancho de aproximadamente entre 1 mm y 3,5 cm.

3. Un método de moldeo de una película fina sobre la superficie de un substrato, de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cavidad del molde está formada dentro del elemento ventana, de manera que el material del elemento ventana forma los lados de la cavidad del molde.

4. El método de la reivindicación 1, en donde los monómeros polimerizables se seleccionan del grupo formado por acrilamida, bisacrilamida, metacrilamida, N-alquil acrilamidas, derivados de etilenglicol funcionalizados, N-vinil pirrolidinona, biscistamina, acrilatos, metacrilatos, acrilonitrilos y derivados de los mismos.

5. El método de la reivindicación 1, en donde la superficie del substrato comprende un microchip.

6. El método de la reivindicación 5, en donde el microchip es un microchip para aplicaciones electrónicas.

7. El método de la reivindicación 1, en donde los grupos del iniciador de la polimerización se seleccionan del grupo constituido por AIBN, APS y TEMED, peróxido de benzoilo, y D 4265.

8. El método de la reivindicación 1, en donde la energía de activación es una radiación electromagnética del espectro visible.

9. El método de la reivindicación 1, en donde la energía de activación es una radiación electromagnética del espectro ultravioleta.

10. El método de la reivindicación 9, en donde la cavidad del molde se expone a un nivel de energía en el margen entre 0,1 mW/cm^{2} y 1000 mW/cm^{2}.

11. El método de la reivindicación 9, en donde la radiación ultravioleta es de una longitud de onda entre 320 y 390 nm.

12. El método de la reivindicación 1, en donde la energía de activación es una radiación electromagnética del espectro infrarrojo.

13. El método de la reivindicación 1, en donde la composición química solidificable en la cavidad del molde se calienta mediante la radiación electromagnética infrarroja a una temperatura entre 15ºC y 250ºC.

14. El método de la reivindicación 1, en donde el molde de microrreacción se expone a la radiación electromagnética infrarroja entre 5 y 2000 segundos.

15. El método de la reivindicación 1, en donde el molde de microrreacción se llena con la composición química solidificable la cual pasa a través de unas puertas en la cavidad del molde.

16. El método de la reivindicación 1, en donde el molde de microrreacción se expone a la energía de activación entre 2 y 300 segundos.

17. El método de la reivindicación 1, en donde el molde de microrreacción se expone a la energía de activación entre 2 y 30 segundos.

18. El método de la reivindicación 1, que comprende además los pasos de:

e.

lavado del molde;

f.

repetición de los pasos (a) al (d) por lo menos una vez, para formar por lo menos una capa de película fina adicional sobre la parte superior de la capa de película fina formada en (d);

en donde se forma una pluralidad de capas de película fina sobre la superficie del substrato.

19. El método de la reivindicación 18, en donde cada una de las capas de película fina comprende una distinta composición de un polímero y/o reactivos.

20. El método de la reivindicación 1, que comprende además el paso de:

e.

repetición de los pasos (a) hasta el (d) empleando un molde de microrreacción del mismo o diferente tamaño por lo menos una vez para formar por lo menos una capa de película fina adicional sobre la parte superior de la capa de película fina formada en (d),

con lo que se forman una pluralidad de capas de película fina sobre la superficie del substrato.

21. El método de la reivindicación 20, en donde cada una de las capas de película fina presenta una composición distinta de un polímero y/o reactivos.