ES2269980T3

ES2269980T3 - Filtro antimicrobiano microfluido.

Info

Publication number: ES2269980T3
Application number: ES03706041T
Authority: ES
Inventors: Harlow B. Christianson; Steve T. Cho
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2007-04-01
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: WO2003068373A2; JP2006507105A; DE60306336T2; US7201846B2; US20040154972A1; WO2003068373A3; AU2003207804B2; AU2003207804A1; ATE330694T1; DE60306336D1; EP1471991A2; CA2475800A1; EP1471991B1; JP4111919B2; US20030150791A1

Abstract

Un método para preparar un filtro antimicrobiano (105) para un sistema microfluido (100), comprendiendo el método las etapas de: proporcionar un sustrato (211); formar un material de filtro (201) sobre el sustrato; y formar una pluralidad de orificios (218) en el material de filtro por una técnica de enmascarado; caracterizado por el hecho de que la técnica de enmascarado comprende las etapas de: proporcionar una pluralidad de espaciadores (214) sobre el material de filtro; proporcionar un material de enmascaramiento (215) alrededor de los espaciadores; retirar los espaciadores creando de este modo una pluralidad de orificios (212) en el material de enmascaramiento donde cada espaciador que contacta con el material de filtro corresponde a un orificio único en el material de enmascaramiento; y procesar los orificios (218) en el material de filtro (201) en las regiones de los orificios (222) en el material de enmascaramiento; y retirar al menos una parte del sustrato para exponer al menos algunos de los orificios en el material de filtro.

Description

Filtro antimicrobiano microfluido.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en líneas generales a un método para preparar filtros para la purificación de fluidos. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método para preparar un filtro antimicrobiano microfluido.

Antecedentes de la invención

La tecnología MEMS integra componentes eléctricos y componentes mecánicos en un sustrato de silicio común usando tecnología de microfabricación. Los procesos de fabricación de circuitos integrados (IC), tales como procesos de fotolitografía y otros procesos microelectrónicos, forman los componentes eléctricos. Los procesos de fabricación de IC típicamente usan materiales tales como silicio, vidrio, y otros polímeros. Los procesos de micromecanizado, compatibles con los procesos de IC, graban selectivamente áreas del IC y añaden nuevas capas estructurales al IC para formar los componentes mecánicos. La integración de compuestos microelectrónicos basados en silicio con tecnología de micromecanizado permite completar los sistemas electromecánicos a fabricar en un único chip. Dichos sistemas de único chip integran la capacidad computacional de los compuestos microelectrónicos con la sensibilidad mecánica y capacidades de control del micromecanizado para proporcionar dispositivos inteligentes.

Un tipo de MEMS es un sistema microfluido. Los sistemas microfluidos incluyen componentes tales como canales, depósitos, mezcladores, bombas, válvulas, cámaras, cavidades, cámaras de reacción, calentadores, interconectores fluidos, difusores, boquillas, y otros componentes microfluidos. Estos componentes microfluidos típicamente tienen dimensiones entre unos pocos micrómetros y unos pocos cientos de micrómetros. Estas pequeñas dimensiones minimizan el tamaño físico, el consumo de potencia, el tiempo de respuesta y el derroche del sistema microfluido. Dichos sistemas microfluidos pueden proporcionar dispositivos en miniatura que se pueden llevar localizados fuera o dentro de un cuerpo humano o un cuerpo animal.

Las aplicaciones para los sistemas microfluidos incluyen dispositivos genéticos, químicos, bioquímicos, farmacéuticos, biomédicos, cromatográficos, de refrigeración IC, cabezales de impresoras por chorro de tinta, médicos, radiológicos, medioambientales, así como cualquier dispositivo que necesite cavidades líquidas o rellenas de gas para su funcionamiento. Dicha aplicación puede implicar procesos relacionados con el análisis, síntesis y purificación. Las aplicaciones médicas incluyen el diagnóstico y tratamiento del paciente tales como sistemas de suministro de fármacos implantados. Las aplicaciones medioambientales incluyen detección de materiales peligrosos o condiciones tales como contaminantes del aire o acuosos, agentes químicos, organismos biológicos o condiciones radiológicas, las aplicaciones genéticas incluyen el ensayo y/o análisis del ADN.

Un filtro antimicrobiano es un dispositivo que filtra los microorganismos en un sistema fluido. Los filtros antimicrobianos se usan típicamente para la purificación de fluidos, tales como en aire, agua, y sistemas de suministro de fármacos. En sistemas de suministro de fármacos, los filtros antimicrobianos se usan para evitar que los microorganismos en un cuerpo humano o animal alcancen la fuente de fluidos del suministro de fármacos. Algunos filtros antimicrobianos se preparan con orificios que son suficientemente grandes para permitir que el fluido fluya a través del filtro en una dirección, pero suficientemente pequeños para evitar que los microorganismos se desplacen a través del filtro en dirección opuesta. Los filtros antimicrobianos también pueden tener un recubrimiento, tal como de plata, dispuesto en el lado aguas abajo del filtro que evita que algún microorganismo se adhiera al filtro y elimine otros microorganismos que contactan con el recubrimiento. Algunos filtros antimicrobianos tienen una trayectoria de paso larga, estrecha, serpenteante, conocida también como trayectoria de paso tortuosa, que permite que el fluido fluya en una dirección a través de la trayectoria inhibiendo el flujo de microorganismos en dirección opuesta. Los filtros antimicrobianos se preparan a escala macroscópica. Sin embargo, comercializar los filtros antimicrobianos a escala microscópica presenta retos especiales, tales como la construcción de orificios muy pequeños con precisión que sean baratos, fabricables y
fiables.

Por consiguiente, es deseable tener un filtro antimicrobiano que sea suficientemente pequeño para usar en un sistema microfluido. El filtro antimicrobiano se construiría usando procesos de micromecanizado para permitir que se integre en el sistema microfluido. Los procesos de micromecanizado tienen que ser precisos y rentables. Por tanto, el filtro antimicrobiano sería fácil de fabricar y de alta calidad.

El documento DE 3631804 describe un método para proporcionar un material de membrana sobre un sustrato, proporcionando un enmascaramiento que tiene una pluralidad de huecos y que forman una pluralidad de orificios en alineación con los huecos por medio de radiación y una técnica de grabado o fotolitográfica.

El documento WO 01/85341A describe métodos para formar filtros usando técnicas de enmascarado en las que se procesa una pluralidad de orificios por grabado con iones reactivos.

El documento US 5 753 014 describe un filtro de membrana que comprende una membrana que puede procesarse con el uso de micromecanizado de silicio mediante el depósito de una capa de membrana relativamente delgada sobre un soporte, por el uso de una técnica de deposición de vapor adecuada o recubrimiento por rotación, después de lo cual se hacen perforaciones en la capa de membrana fina, por ejemplo, por grabado con la ayuda de una técnica fotolitográfica o de imprenta.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se describe un método para preparar un filtro antimicrobiano adaptado para un sistema microfluido que incluye una membrana de filtro formada de un material basado en silicio y que tiene una pluralidad de orificios formados en la misma de acuerdo con la reivindica-
ción 1.

Se conecta y se extiende una estructura de soporte desde un primer lado de la membrana de filtro.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se dispone un recubrimiento antimicrobiano entre los orificios en la membrana de filtro.

El sistema microfluido puede incluir una fuente de fluidos adaptada para que contenga un fluido, un colector de fluidos conectado de forma fluida con la fuente de fluidos y adaptado para recibir fluido, y el filtro antimicrobiano conectado de forma fluida con la fuente de fluidos y el colector de fluidos.

El sistema microfluido puede incluir adicionalmente un canal aguas arriba conectado de forma fluida con la fuente de fluidos al filtro antimicrobiano y un canal aguas abajo conectado de forma fluida con el colector de fluidos al filtro antimicrobiano.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la etapa de formación de la membrana de filtro incluye adicionalmente la etapa de difundir el material de filtro en una profundidad predeterminada del sustrato, donde la profundidad predeterminada de la difusión del material del filtro en el sustrato corresponde a un espesor predeterminado de la membrana de filtro.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la etapa de formación de la membrana de filtro incluye adicionalmente la etapa de depositar la membrana de filtro en el sustrato.

De acuerdo con la presente invención, la etapa de proporcionar el enmascaramiento del filtro comprende adicionalmente las etapas de depositar una pluralidad de espaciadores en el material de filtro, donde una parte de la pluralidad de espaciadores contactan con el material de filtro, depositando el material de enmascaramiento del filtro parcialmente alrededor de los espaciadores y en el material de filtro, donde la parte de la pluralidad de espaciadores que contacta con la superficie del material de filtro impide que el material de enmascaramiento del filtro llegue a estar entre la parte de la pluralidad de espaciadores y el material de filtro, y retirando la pluralidad de espaciadores para formar la pluralidad de orificios en el enmascaramiento del filtro, donde cada espaciador que contacta con el material de filtro corresponde a cada uno de los orificios en el enmascaramiento del filtro.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la etapa de retirar la pluralidad de espaciadores comprende adicionalmente la etapa de disolver la pluralidad de espaciadores.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la etapa de formar la pluralidad de orificios en la membrana de filtro comprende adicionalmente la etapa de grabar la membrana de filtro a través de los orificios en el enmascaramiento del filtro.

De acuerdo con la presente invención, la etapa de retirar al menos una parte del sustrato comprende adicionalmente la etapa de retirar partes del sustrato de la membrana de filtro, donde las partes restantes del sustrato que contactan con la membrana de filtro proporcionan la estructura de soporte para la membrana de filtro.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la etapa de retirar al menos una parte del sustrato comprende adicionalmente la etapa de retirar el sustrato entero de la membrana de filtro.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se deposita un recubrimiento antimicrobiano entre los orificios en la membrana de filtro.

Estos y otros aspectos de la presente invención se describen adicionalmente con referencia a la siguiente descripción detallada y las figuras adjuntas, donde se dan los mismos números de referencia para los mismos artículos o elementos ilustrados en las diferentes figuras. Obsérvese que las figuras no pueden dibujarse a escala.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra un sistema microfluido que tiene un filtro antrimicrobiano de acuerdo con una realización preferida de la presente invención.

La Figuras 2A-K ilustran, en una secuencia de vistas de sección transversal, un proceso de fabricación por micromecanizado para preparar el filtro antimicrobiano de la Figura 1 de acuerdo con la presente invención.

La Figura 3 ilustra un diagrama de flujo que describe un método para preparar el filtro antimicrobiano usando el proceso de fabricación por micromecanizado de la Figuras 2A-2K.

La Figura 4 es una vista en planta desde arriba del filtro antimicrobiano de la Figura 1.

La Figura 5 es una vista en alzado frontal del filtro antimicrobiano de la Figura 1.

La Figura 6 es una vista en alzado desde el lado derecho del filtro antimicrobiano de la Figura 1.

La Figura 7 es una vista en planta de la parte inferior del filtro antimicrobiano de la Figura 1.

La Figura 8 ilustra una vista en alzado de una construcción semiconductora para el canal aguas arriba, el filtro antimicrobiano y el canal aguas abajo de acuerdo con una primera realización de la presente invención.

La Figura 9 ilustra una vista en alzado de una construcción semiconductora para la fuente de fluidos y el filtro antimicrobiano de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.

La Figura 10 ilustra una vista en alzado de una construcción semiconductora para el filtro antimicrobiano y el colector de fluidos de acuerdo con una tercera realización de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Figura 1 ilustra un sistema microfluido 100 que tiene un filtro antimicrobiano 105 de acuerdo con una realización preferida de la presente invención. El sistema microfluido 100 se construye usando la tecnología MEMS descrita anteriormente. El sistema microfluido 100 incluye generalmente una fuente de fluidos 101, un canal aguas arriba 103, el filtro antimicrobiano 105, un canal aguas abajo 107, un colector de fluidos 109, y un fluido 113. La fuente de fluidos 101 está conectada de forma fluida con el colector de fluidos 109 a través del canal aguas arriba 103 y el canal aguas abajo 107. La dirección del flujo de fluido 111 en el sistema microfluido 100 es desde la fuente de fluidos 101 al colector de fluidos 109. El filtro antimicrobiano 105 filtra los microorganismos en el sistema microfluido. En la realización preferida de la presente invención, el filtro antimicrobiano 105 evita que los microorganismos se desplacen desde el canal aguas abajo 107 o el colector de fluidos 109 al canal aguas arriba 103 y la fuente de fluidos 101. El filtro antimicrobiano 105 puede filtrar el fluido que fluye entre dos componentes microfluidos. Preferiblemente, el filtro antimicrobiano 105 filtra el fluido que fluye entre el canal aguas arriba 103 y el canal aguas abajo 107. Como alternativa, el filtro antimicrobiano 105 puede filtrar el fluido que fluye entre la fuente de fluidos 101 y el canal aguas arriba 103, o entre el canal aguas abajo 107 y el colector de fluidos 109, o entre la fuente de fluidos 101 y el colector de fluidos 109 sin el canal aguas arriba 103 o el canal aguas abajo 107.

La fuente de fluidos 101 contiene el fluido 113 y representa cualquiera de los componentes microfluidos descritos anteriormente, incluyendo, aunque sin limitación, depósitos, mezcladores, y cámaras. De forma similar, el colector de fluidos 109 recibe el fluido 113 y representa genéricamente cualquiera de los componentes microfluidos descritos anteriormente.

El canal aguas arriba 103 y el canal aguas abajo 107 llevan el fluido 113 entre la fuente de fluidos 101 y el colector de fluidos 109. El canal aguas arriba 103 y el canal aguas abajo 107 puede estar formado como dos canales diferentes conectados por el filtro antimicrobiano 105 o como un canal integral que tiene el filtro antimicrobiano 105 dispuesto en el mismo. El fluido 113 que fluye desde la fuente de fluidos 101 al colector de fluidos 109 es responsable de la presión ejercida sobre el fluido 113. La presión ejercida sobre el fluido 113 puede suministrarse desde una fuente externa o una fuente interna con respecto al sistema microfluido 100. Los ejemplos de fuente externa de presión incluyen, sin limitación, mecanismos de gravedad y rotación. Un ejemplo de la fuente interna de presión incluye, sin limitación, una bomba. Preferiblemente, la bomba también es un componente del sistema microfluido 100.

El fluido 113 puede tener cualquier estado apropiado que permita que el fluido fluya, tal como un estado líquido o un estado gaseoso. El fluido 113 representa cualquier composición de materia apropiada para aplicaciones del sistema microfluido 100, como se ha descrito anteriormente. Los ejemplos de fluidos 113 incluyen, sin limitación, fluidos químicos, corporales, peligrosos, biológicos, y radiológicos. Los fluidos biológicos pueden ser cualquier muestra analítica biológicamente obtenida, incluyendo, sin limitación, sangre, plasma, suero, fluido linfático, saliva, lágrimas, fluido cefalorraquídeo, orina, sudor, semen, y extractos de plantas y vegetales.

El sistema microfluido 100 de la Figura 1 representa un sistema simple relativo para propósitos de claridad. En la práctica, el sistema microfluido 100 puede ser un sistema muy complejo que tiene muchos componentes y/o componentes microfluidos duplicados, tales como filtros antimicrobianos múltiples 105. El sistema microfluido 100, que realiza funciones complejas o paralelas, típicamente necesita muchos filtros antimicrobianos 105, tales como más de diez filtros antimicrobianos 105, para filtrar los fluidos 113 que se mueven por todas las partes del sistema microfluido 100 en el mismo momento o en diferentes momentos. Por lo tanto, es deseable que los filtros antimicrobianos 105 sean compactos, fiables, sencillos de fabricar, y fáciles de integrar con el resto del sistema microfluido 100.

Las Figuras 2A-2K ilustran, en una secuencia de vistas de sección transversal, un proceso de fabricación por micromecanizado para preparar el filtro antimicrobiano 105 de la Figura 1 de acuerdo con la realización preferida de la presente invención. Las Figuras 2A-2K ilustran diversos materiales que se añaden o se retiran para crear las características del filtro antimicrobiano 105. La Figura 3 ilustra un diagrama de flujo que describe un método para preparar el filtro antimicrobiano 105 usando el proceso de fabricación por micromecanizado, como se muestra en las Figuras 2A-2K. El método incluye una secuencia de etapas 302-312, incluidas. Las etapas 302-312 mostradas en la Figura 3 corresponden a las vistas en sección transversal de las Figuras 2A-2K, respectivamente. A continuación, se describen con detalle cada una de las etapas de la Figura 3 y la vista en sección transversal correspondiente de las Figuras 2A-2K.

En la etapa 302 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2A, se proporciona un sustrato 211. El sustrato 211 puede estar formado de cualquier material que sea compatible con el proceso de fabricación por micromecanizado. Preferiblemente, el sustrato 211 está fabricado de silicio. El sustrato 211 se construye usando métodos que son bien conocidos en la técnica del procesado de fabricación de semiconductores. El sustrato 211 proporciona generalmente la base o plataforma sobre la que se construye el filtro antimicrobiano 105. El sustrato 211 puede tener un espesor en el intervalo de uno a cientos de micrómetros, y es preferiblemente de 3 micrómetros de espesor. En la realización preferida de la presente invención, el sustrato 211 también proporciona un soporte estructural para el filtro antimicrobiano 105, como un dispositivo acabado, en el MEMS.

En la etapa 303 de la Figura 3 que corresponde a la Figura 2B, el material de enmascaramiento del sustrato 200 se deposita en el primer lado, preferiblemente el inferior, del sustrato 211. El material de enmascaramiento del sustrato 200 puede estar formado de cualquier material que sea compatible con el proceso de fabricación por micromecanizado. Preferiblemente, el material de enmascaramiento del sustrato 200 es dióxido de silicio. Preferiblemente, el sustrato 211 y el material de enmascaramiento del sustrato 200 se proporcionan juntos como una oblea fabricada. El material de enmascaramiento del sustrato 200 puede depositarse sobre el sustrato 211 usando una diversidad de métodos que son bien conocidos en la técnica del procesado en la fabricación de semiconductores. El material de enmascaramiento del sustrato 200 puede tener un espesor en el intervalo de cientos a miles de ángstrom de espesor, y es preferiblemente de 1000 ángstrom (0,1 nm) de espesor. El material de enmascaramiento del sustrato puede depositarse en el sustrato 211 usando una diversidad de métodos que son bien conocidos en la técnica de los procesos de fabricación de semiconductores. El material de enmascaramiento del sustrato 200 se usa después en el proceso de micromecanizado para formar un enmascaramiento del sustrato 212 para el sustrato 211.

En la etapa 304 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2C, el material de filtro 201 se forma en el segundo lado, superior del sustrato 211. El material de filtro 201 puede estar formado de cualquier material que sea compatible con el proceso de fabricación por micromecanizado. En la realización preferida, el material de filtro 201 se deposita en el sustrato 211 usando procesos de deposición tales como deposición electroquímica, por pulverización ultrasónica, por aerosol, o por rotación, que son bien conocidos en la técnica del procesado de semiconductores. Como alternativa, el material de filtro 201 puede formarse en la superficie del sustrato 211 dopando la superficie superior del sustrato 211 con un material compatible con el silicio, tal como boro. En este caso, el espesor del material de filtro corresponde a la profundidad de penetración del material de filtro 201 en la superficie del sustrato 211. Cuando el material de filtro 201 se deposita, preferiblemente, el material de filtro 201 es polisilicio, pero también puede ser nitruro, epoxi y similares. El material de filtro 201 puede tener un espesor en el intervalo de 0,1-100 micrómetros, y es preferiblemente de 3,5 micrómetros de espesor. El material de filtro 201 se usa después en el proceso de micromecanizado para formar una membrana de filtro 213 para el filtro antimicrobiano 105, como un dispositivo acabado, en el MEMS.

En la etapa 305 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2D, las aberturas 220 se forman en el material de enmascaramiento del sustrato 200 para formar el enmascaramiento del sustrato 212. Las aberturas 220 pueden conocerse por lo demás como huecos, pocillos, cavidades, y similares. Las aberturas 220 se forman en el material de enmascaramiento del sustrato 200 usando una diversidad de métodos, tales como fotorresistencia con un proceso de grabado, que son bien conocidos en la técnica del procesado de semiconductores. Las aberturas 220 se extienden a través del material de enmascaramiento del sustrato 200 hasta la superficie inferior del sustrato 212 de modo que están expuestas partes de la superficie inferior del sustrato. Las aberturas 220 formadas en el enmascaramiento del sustrato 212 definen áreas en el lado inferior del sustrato 211 que se retiran después para formar los soportes de filtro. Las aberturas 220 pueden formarse después de cualquier etapa en el método de la Figura 3 o después de cualquier secuencia de la Figura 2B-2K que es apropiada o deseable porque la formación de las aberturas no depende de otra etapa. Sin embargo, las aberturas 220 tienen que formarse en el material de enmascaramiento del sustrato antes de que las aberturas 224 puedan formarse en el sustrato 211 para formar los soportes de filtro (véase
Figura 21).

En la etapa 306 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2E, los espaciadores 214 se depositan en la parte superior del material de filtro. Los espaciadores 214 pueden formarse de cualquier material que sea compatible con el proceso de fabricación por micromecanizado. Preferiblemente, los espaciadores están formados de poliestireno, pero también pueden estar formados de sílice, material polimérico, carboxilato (COOH) poliestireno, y similares. Los espaciadores 214 pueden tener cualquier forma y tamaño. Preferiblemente, los espaciadores 214 son esferas que tienen un diámetro en el intervalo submicrométrico. Como alternativa, los espaciadores 214 pueden ser cubos, óvalos, y formas irregulares o aleatorias. Los espaciadores 214 pueden ser sólidos o huecos. Cada uno de los espaciadores 214 depositados en el material de filtro tiene preferiblemente tamaños y formas iguales o casi similares, pero también pueden tener diferentes formas y tamaños. En la realización preferida de la presente invención, los espaciadores 214 son esferas que tienen un número de pieza P0002100N de Bangs Lab, 9025 Technology Drive, Fishers, IN 46038-2886. En la realización preferida, los espaciadores 214 se depositan en el sustrato 211 usando un proceso de deposición tal como deposición electroquímica, por pulverización ultrasónica, por aerosol, o por rotación, que son bien conocidos en la técnica del procesado de semiconductores. Los espaciadores 214 se depositan preferiblemente en forma de una única capa de espaciadores 214 dispuesta en una relación lado a lado, pero también pueden depositarse en forma de múltiples capas si se desea y es apropiado. Los espaciadores 214 pueden depositarse en un patrón aleatorio o predeterminado, según se desee y sea apropiado. Preferiblemente, los espaciadores 214 se introducen en un líquido durante el proceso de deposición, dejando sólo los espaciadores 214 cuando se seca el líquido. Los espaciadores 214 se adhieren de forma natural a la superficie del material de filtro 201 fabricado de polisilicio, pero puede fabricarse para que se atraiga al material de filtro usando el proceso de deposición por electroforesis, descrito anteriormente, que también aumenta la densidad de los espaciadores 214. Los espaciadores 214 pueden tener cualquier diámetro o espesor en el intervalo de 0,05-0,5 micrómetros, y son preferiblemente de 0,2 micrómetros de espesor. Como se observa mejor en la Figura 2H, los espaciadores 214 se usan después en el proceso de micromecanizado para formar los orificios 222 en un enmascaramiento del filtro 215 para el filtro antimicrobiano 105. En líneas generales, el diámetro de los espaciadores 214 se corresponde con el diámetro de los orificios 222 en el filtro, el enmascaramiento 215 que, a su vez, se corresponde con los orificios 218 en la membrana de filtro 213 del filtro antimicrobiano 105. Por lo tanto, debe darse una consideración especial al tamaño de los espaciadores 214 porque el tamaño de cada espaciador 214 está relacionado indirectamente con el tamaño de los microorganismos que tienen que filtrarse.

En la etapa 307 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2F, el material de enmascaramiento del filtro se deposita alrededor de los espaciadores 214 en el material de filtro. Preferiblemente, el material de enmascaramiento del filtro no cubre completamente los espaciadores 214. Además, el material de enmascaramiento del filtro no está entre los espaciadores 214 y el material de filtro 201 donde los espaciadores 214 contactan con el material de filtro. En la práctica, aproximadamente la mitad del material de enmascaramiento del filtro se extiende por debajo de las esferas debido a la forma curvada de las esferas contra la superficie relativamente plana del sustrato y el método de deposición usado. Esta aplicación relativamente imprecisa del material de enmascaramiento del filtro es aceptable porque el objetivo final es tener orificios 218 en la membrana de filtro 213 que correspondan al diámetro de los espaciadores 214, como se describe a continuación con las etapas restantes. El enmascaramiento del filtro 215 puede estar formado de cualquier material que sea compatible con el proceso de fabricación por micromecanizado. En la realización preferida, el material de enmascaramiento del filtro se deposita en el material de filtro 201 usando procesos de deposición tales como deposición electroquímica, por pulverización ultrasónica, por aerosol, o por rotación, que son bien conocidos en la técnica del procesado de semiconductores. Preferiblemente, el enmascaramiento del filtro 215 está formado de un material que no permite que los iones pasen a su través. Por tanto, el enmascaramiento del filtro 215 puede estar formado de metales más refractarios tales como titanio, cromo, tungsteno, platino, níquel, y similares. El material de enmascaramiento del filtro tiene un espesor en el intervalo de 0,05-0,3 micrómetros, y es preferiblemente de 0,05 micrómetros de espesor. El material de enmascaramiento del filtro se usa después en el proceso de micromecanizado para formar un enmascaramiento del filtro 215 para el filtro anti-
microbiano 105.

En la etapa 308 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2G, los espaciadores 214 se retiran para formar orificios 222 en el material de enmascaramiento del filtro para proporcionar el enmascaramiento del filtro, denominado también molde del filtro. Los espaciadores 214 pueden retirarse usando cualquier método que sea compatible con el proceso de fabricación por micromecanizado. Preferiblemente, los espaciadores 214 se retiran disolviendo los espaciadores 214 con soluciones, tales como una solución ácida, una solución básica o una solución oxidante. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico disuelven cada uno espaciadores 214 formados de un material polimérico. Además, por ejemplo, la acetona puede disolver espaciadores 214 formados de agentes orgánicos. Como alternativa, los espaciadores 214 pueden retirarse disgregando los espaciadores 214 usando procesos, incluyendo, pero sin limitación, ultrasonidos, etilendiamina-pirocatecol-agua (EDP), y similares. En la práctica, como aproximadamente la mitad del material de enmascaramiento del filtro se extiende por debajo de los espaciadores 214, como se ha descrito en la etapa 307, los orificios 222 en el material de enmascaramiento del filtro tienen un diámetro de aproximadamente la mitad del diámetro de los espaciadores 214. En la realización preferida de la presente invención, es interesante observar que el proceso formación de los orificios 222 en el enmascaramiento del filtro 215 retirando un elemento (es decir, los espaciadores 214), formados de un material, del material de enmascaramiento del filtro, formado de un material diferente. Este método preferido para formar los orificios en el enmascaramiento del filtro 215 contrasta con métodos más caros, que llevan más tiempo y menos precisos para formar orificios en un enmascaramiento del filtro, tal como por chorro de electrones, luz ultravioleta intensa, rayos X o fotolitografía.

En la etapa 309 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2H, los orificios 218 se forman en el material de filtro usando el enmascaramiento del filtro 215 para formar la membrana de filtro 213. Los orificios 218 se extienden a través del espesor del material de filtro. Los orificios 218 pueden formarse usando cualquier proceso que sea compatible con el procesado de fabricación de semiconductores. En la realización preferida de la presente invención, se usa un proceso de grabado controlado direccionalmente para formar los orificios 218. Preferiblemente, se usa un proceso de grabado con iones reactivos (RIE), pero también pueden usarse otros procesos tales como triturado con chorro de iones. Durante el proceso RIE, los iones bombardean el enmascaramiento del filtro 215. A causa del material del enmascaramiento del filtro 215, como se ha descrito anteriormente en la etapa 307, los iones rebotan en el enmascaramiento del filtro 215. Sin embargo, los orificios 222 formados en el enmascaramiento del filtro 215, como se ha descrito en la etapa 308, permiten que los iones pasen a través de los orificios 222 para alcanzar el material de filtro en el lado opuesto del enmascaramiento del filtro. Los iones reaccionan con el material de filtro para provocar que el material de filtro se retire selectivamente, como se sabe bien en la técnica del procesado de fabricación de semiconductores, para crear los orificios 218 en el material de filtro. La velocidad de formación de los orificios 218 y la profundidad de los orificios 218 depende de factores tales como la intensidad y duración del bombardeo de iones así como del material de filtro. Los orificios 218 formados en la membrana de filtro 213 tienden a ser algo más grandes que los orificios 222 en el enmascaramiento del filtro 215 en aproximadamente la mitad de la dimensión de los espaciadores 214 debido a una filtración a través de o un efecto de borde de los iones que pasan a través de los orificios 222 en el enmascaramiento del filtro 215. Por lo tanto, los orificios 222 formados en el enmascaramiento del filtro 215, tienen un diámetro de aproximadamente la mitad del diámetro de los espaciadores 214, teniendo los orificios 218 en el material de filtro una dimensión aproximadamente igual a la dimensión de los espaciadores 214. Los orificios 218 en el material de filtro se dimensionan aproximadamente para filtrar de manera eficaz los microorganismos no deseados.

En la etapa 310 en la Figura 3, que corresponde a la Figura 2I, los orificios 224 se forman en el sustrato 211 para formar los soportes de filtro. El uso de soportes de filtro es opcional y depende de la integridad estructural y del material de la membrana de filtro 213, así como de la construcción y material del MEMS con el que se integra la membrana de filtro 213. Los orificios 224 pueden formarse usando cualquier proceso que sea compatible con el procesado de fabricación de semiconductores, como se sabe bien en la técnica. Los orificios 224 se extienden a través del espesor del sustrato 211 y corresponden a las aberturas 220 formadas en el material de enmascaramiento del sustrato 200, como se ha descrito en la etapa 305. Los orificios 224 en el sustrato 211 exponen los orificios 218 en la membrana de filtro 213. Retirando selectivamente el material de sustrato para formar los orificios 224, el material de sustrato que permanece forma los soportes de filtro. La cantidad y localización de los soportes de filtro puede variar según se desee y sea apropiado.

En la etapa 311 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2J, el material de enmascaramiento del filtro y el material de enmascaramiento del sustrato se retiran usando métodos que son bien conocidos en la técnica del procesado de fabricación de semiconductores.

En la etapa 312 de la Figura 3, que corresponde a la Figura 2K, se deposita un recubrimiento 216 en el lado de la membrana de filtro 213 que está lejos de los soportes de filtro. El recubrimiento 216, conocido también como película, puede depositarse usando cualquier proceso que sea compatible con el procesado de fabricación de semiconductores, tal como deposición electroquímica, por pulverización ultrasónica, por aerosol, o por rotación, que son bien conocidos en la técnica del procesado de semiconductores. Preferiblemente, el recubrimiento 216 se forma de un material que no permite que los microorganismos se adhieran al mismo y/o se eliminen los microorganismos que contactan con el recubrimiento 216. Preferiblemente, el recubrimiento 216 se forma de plata. El recubrimiento 216 puede tener un espesor en el intervalo de 0,05 a varios micrómetros de espesor, y es preferiblemente de 0,1 micrómetros de espesor. Preferiblemente, el recubrimiento 216 se deposita en el lado aguas abajo de la membrana de filtro 213. Cuando el fluido fluye a través de la membrana de filtro 213, la presión del fluido típicamente evita que los microorganismos se desplacen aguas arriba contra la presión del fluido para alcanzar la fuente de fluido. Sin embargo, cuando o si la presión del flujo de fluidos se detiene, los microorganismos pueden intentar desplazarse, por migración o difusión, aguas arriba a través de la membrana de filtro 213. En este caso, el recubrimiento 216 evita o inhibe dicho movimiento. Dependiendo de la aplicación de la membrana y el filtro 213, el recubrimiento 216 es opcional.

Las etapas descritas anteriormente producen de manera ventajosa un filtro antimicrobiano 105 que es suficientemente pequeño para usarlo en el sistema microfluido 100. El filtro antimicrobiano 105 se construye usando procesos de micromecanizado que permiten que se integre en el sistema microfluido 100. El filtro antimicrobiano 105 tiene tamaños de orificio definidos de forma precisa que son rentables y fáciles de fabricar. El filtro 105 filtra de forma viable los microorganismos no deseados. En la realización preferida de la presente invención, el filtro antimicrobiano 105 se usa en sistemas de suministro de fármacos intravenosos o implantados en miniatura o de tamaño microscópico.

Las Figuras 4-7 ilustran las vistas desde arriba, frontal, desde la derecha y desde abajo del filtro antimicrobiano 105 respectivamente. Las Figuras 5 y 6 muestran el recubrimiento 216 dispuesto en la membrana de filtro 213 que está formado en el sustrato 211. Las Figuras 4 y 7 muestran los orificios 218 formados en el filtro antimicrobiano 105. La Figura 7 muestra el sustrato 211 formado como soportes de filtro que comprenden una pared a lo largo del perímetro del filtro 105 y seis sujeciones en el interior del perímetro del filtro 105. La Figura 4 muestra los soportes de filtro con líneas discontinuas porque están ocultos en esta vista.

El tamaño y forma del filtro antimicrobiano 105, como se ve en la Figura 4 y Figura 7, puede variar según se desee y sea apropiado para una aplicación particular. La forma del filtro antimicrobiano 105, como se ve en las Figuras 4 y 7, puede ser cuadrada, rectangular, redonda, ovalada, una forma que tenga cualquier cantidad de lados, así como cualquier forma irregular. En la realización preferida de la presente invención, el tamaño del filtro antimicrobiano 105, como se ve en las Figuras 4 y 7, está en el intervalo de 10 micrómetros a varios milímetros y es preferiblemente 1 mm x 1 mm. En la realización preferida de la presente invención, el espesor del filtro antimicrobiano 105, como se ve en las vistas en alzado de las Figuras 5 y 6, está en el intervalo de 0,1 y 50 micrómetros y es preferiblemente 3 micrómetros.

A continuación, las Figuras 8, 9 y 10 se describen juntas. La Figura 8 ilustra una vista en alzado de una construcción de un semiconductor para el canal aguas arriba 103, el filtro antimicrobiano 105 y el canal aguas abajo 107 de acuerdo con una realización de la presente invención. La Figura 9 ilustra una vista en alzado de la construcción de un semiconductor para la fuente de fluidos 101 y el filtro antimicrobiano 105, de acuerdo con otra realización de la presente invención. La Figura 10 ilustra una vista en alzado de la construcción de un semiconductor para el filtro antimicrobiano 105 y el colector de fluidos 109, de acuerdo con otra realización de la presente invención.

En líneas generales, las Figuras 8, 9 y 10, el canal aguas arriba 103, el canal aguas abajo 107, el filtro antimicrobiano 105, la fuente de fluidos 101 y el colector de fluidos 109 se forman usando procesos de micromecanizado y materiales compatibles con la construcción de semiconductores. Preferiblemente, la construcción del semiconductor es plana para permitir que el canal aguas arriba 103, el canal aguas abajo 107, el filtro antimicrobiano 105, la fuente de fluidos 101 y el colector de fluidos 109 se ensamblen en una disposición apilada usando procesos y materiales de ensamblaje conocidos. Cualquiera de los elementos individuales puede integrarse entre sí, si se desea y si es apropiado para una aplicación particular. El recubrimiento 216 en el filtro antimicrobiano 105 está orientado para que esté en el lado aguas abajo del filtro antimicrobiano 105 para evitar que los microorganismos se muevan aguas arriba a través del filtro 105.

En la Figura 8, el canal aguas arriba 103 y el canal aguas abajo 107 representan un canal fluido, preferiblemente formado de un material semiconductor, usando técnicas de micromecanizado. Preferiblemente, el fluido fluye en el lado derecho del canal aguas arriba 103, pero alternativamente puede fluir en el lado izquierdo del canal aguas arriba 103 (como se muestra por las líneas discontinuas) o tanto en el lado derecho como izquierdo del canal aguas arriba 103. Del mismo modo, el fluido fluye desde el lado izquierdo del canal aguas abajo 107, pero alternativamente puede fluir desde el lado derecho del canal aguas abajo 107 (como se muestra por las líneas discontinuas) o tanto desde el lado izquierdo como del derecho del canal aguas abajo 107. El filtro antimicrobiano 105 está dispuesto entre el canal aguas arriba 103 y el canal aguas abajo 107. El sustrato 111 que forma el soporte de filtro contacta con el canal aguas arriba 103. El recubrimiento 216 de la membrana de filtro 213 contacta con el canal aguas abajo 107.

En la Figura 9, la fuente de fluidos 101 contacta directamente con el filtro antimicrobiano 105, sin que el canal aguas arriba 103 esté dispuesto entre la fuente de fluidos 101 y el filtro antimicrobiano 105. En este caso, el sustrato 211 que forma el soporte de filtro contacta con la fuente de fluidos 101.

En la Figura 10, el colector de fluidos 109 contacta directamente con el filtro antimicrobiano 105, sin que el canal aguas abajo 107 esté dispuesto entre el colector de fluidos 107 y el filtro antimicrobiano 105. En este caso, el recubrimiento 216 contacta con el
colector de fluidos 107.

Claims

1. Un método para preparar un filtro antimicrobiano (105) para un sistema microfluido (100), comprendiendo el método las etapas de:

proporcionar un sustrato (211);

formar un material de filtro (201) sobre el sustrato; y

formar una pluralidad de orificios (218) en el material de filtro por una técnica de enmascarado;

caracterizado por el hecho de que la técnica de enmascarado comprende las etapas de:

proporcionar una pluralidad de espaciadores (214) sobre el material de filtro;

proporcionar un material de enmascaramiento (215) alrededor de los espaciadores;

retirar los espaciadores creando de este modo una pluralidad de orificios (212) en el material de enmascaramiento donde cada espaciador que contacta con el material de filtro corresponde a un orificio único en el material de enmascaramiento; y

procesar los orificios (218) en el material de filtro (201) en las regiones de los orificios (222) en el material de enmascaramiento; y retirar al menos una parte del sustrato para exponer al menos algunos de los orificios en el material de filtro.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de formación del material de filtro (201) comprende difundir el material de filtro en una profundidad predeterminada del sustrato (211), donde la profundidad predeterminada de la difusión del material de filtro en el sustrato (211) corresponde a un espesor predeterminado del material de filtro (201).

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de formación del material de filtro (201) comprende depositar el material de filtro sobre el sustrato (211).

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de retirar los espaciadores (214) comprende disolver los espaciadores.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de procesar los orificios (218) en el material de filtro (201) en las regiones de los orificios (222) en el material de enmascaramiento comprende grabar el material de filtro (201) en las regiones de los orificios (222) en el material de enmascaramiento.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente la etapa de depositar un recubrimiento antimicrobiano en el material de filtro (201) entre los orificios (218) en el material de filtro.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el recubrimiento antimicrobiano contiene plata.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de procesamiento incluye grabado con iones reactivos.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los espaciadores se distribuyen uniformemente en el material de filtro.