JP2006507105A - マイクロ流体抗菌フィルタ - Google Patents

Abstract

マイクロ流体システム１００用の抗菌フィルタ１０５は、中に形成された複数の穴２１８を有してシリコンを主原料とするフィルタ膜２１３を有する。この膜２１３は基板２１１上に形成される。フィルタ膜２１３の一方の側は、フィルタ膜２１３上で複数の穴２１８の間に抗菌コーティング２１６を有し、他方の側はシリコン基板から形成されたフィルタ支持体を有する可能性がある。抗菌フィルタ１０５を作製する方法は、基板２１１上にフィルタ膜２１３を形成する工程、フィルタマスク２１５を供給し、マスク２１５内の穴２２２を通じてエッチングすることによって膜２１３に穴２１８を形成する工程を含む。その後、マスク処理とエッチングの工程を使用して、フィルタ膜２１３から基板２１１の複数部分が取り除かれて穴２１８が露出する。穴２１８に隣接する膜２１３に、抗菌コーティングが適用される。

Description

本発明は、概して、流体の精製のためのフィルタに関する。さらに特定すると、本発明はマイクロ流体抗菌フィルタに関する。

ＭＥＭＳ技術は、微細加工技術を使用して電気部品と機械部品を共通のシリコン基板上に集積する。フォトリソグラフィ処理工程およびその他のマイクロエレクトロニクスの処理工程といった集積回路（ＩＣ）製造工程は、電気部品を形成する。通常、ＩＣ製造工程は、シリコン、ガラス、およびポリマーといった材料を使用する。ＩＣ処理工程と両立し得るマイクロマシニング工程は、機械部品を形成するためにＩＣの複数領域を選択的にエッチング除去するか、またはＩＣに新たな構造層を追加する。シリコンを基本とするマイクロエレクトロニクスをマイクロマシニング技術と統合することは、シングルチップ上に完全な電気機械システムが加工されることを可能にする。そのようなシングルチップシステムは、マイクロエレクトロニクスの演算性能とマイクロマシニングの機械的感知および制御性能を統合することで、高度なデバイスを提供する。

ＭＥＭＳの１つのタイプは、マイクロ流体システムである。マイクロ流体システムは、チャネル、リザーバ、ミキサ、ポンプ、バルブ、チャンバ、キャビティ、反応チャンバ、ヒータ、流体相互接続部、ディフューザ、ノズル、およびその他のマイクロ流体部品といった部品を含む。通常、これらのマイクロ流体部品は、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの間の寸法を有する。これらの小さい寸法は、マイクロ流体システムの物理的サイズ、電力消費、応答時間、および無駄を最小限にする。そのようなマイクロ流体システムは、人体もしくは動物の体の外側または内側のいずれかに配置されて着用可能なミニチュアデバイスを提供することが可能である。

マイクロ流体システムの用途には、遺伝学、化学、生化学、薬学、生物医学、クロマトグラフィ、ＩＣの冷却、インクジェットプリンタのヘッド、医学、放射線学、環境面、ならびに動作のために液体もしくは気体を充填されるキャビティを必要とするいかなる装置も含まれる。そのような用途は、分析、合成、および精製に関連する処理工程を含む可能性がある。医学用途には、診断および埋め込み型薬剤調剤システムのような患者の管理が含まれる。環境面の用途には、空気もしくは水の汚染物質、化学物質、生物学的組織体、または放射線状態といった、危険物質または状態の検出が含まれる。遺伝学的用途には、ＤＮＡの検査および／または分析が含まれる。

抗菌フィルタは、流体システム内の微生物をフィルタ除去する装置である。通常、抗菌フィルタは、空気、水、および薬剤供給システムといった流体の精製のために使用される。薬剤供給システムでは、抗菌フィルタは、ヒトもしくは動物の体内の微生物が、薬剤供給の流体供給源に到達するのを防止するために使用される。いくつかの抗菌フィルタは、流体がフィルタを通って１方向に流れることを許容するのに充分なほど大きいが、微生物が反対方向にフィルタを通って移動することを阻止するのに充分なほど小さい、複数の穴を備えて作製される。抗菌フィルタは、また、フィルタの下流側に配置された銀などのコーティングも有することが可能であり、コーティングが、フィルタへのいくつかの微生物の付着を阻止し、そのコーティングに接触する他の微生物を殺菌する。いくつかの抗菌フィルタは、別の呼び方ではトーチュラスパス（ｔｏｒｔｕｒｏｕｓ ｐａｔｈ）として知られている長く、細く、屈曲した経路を有し、その経路が、流体が経路を通って１方向に流れることを可能にし、その一方で反対方向の微生物の流れを阻止する。抗菌フィルタは、大規模に作製されてきた。しかしながら、抗菌フィルタを大規模に作製することは、費用効率を保ち、製造可能かつ信頼性を有しながら、極めて小さい穴を精度よく構成するといった特別の難題を与える。

したがって、マイクロ流体システムに使用されるために充分なほど小さい抗菌フィルタを有することが望まれるであろう。その抗菌フィルタは、マイクロ流体システムに集積化されることが可能となるように、マイクロマシニング工程を使用して構築されるであろう。マイクロマシニング工程は、高精度であり、かつ費用効果を維持するであろう。したがって、抗菌フィルタは、製造し易く、かつ高品質になるであろう。

本発明の一態様によると、マイクロ流体システムに適した抗菌フィルタは、シリコンを主原料とする材料で形成されたフィルタ膜を有し、その中に形成された複数の穴を有する。

本発明の別の態様によると、支持構造体が、フィルタ膜の第１の側に接続されてそこから延びる。

本発明の別の態様によると、フィルタ膜の複数の穴の間に、抗菌コーティングが配置される。

本発明の別の態様によると、マイクロ流体システムは、流体を含むように構成された流体供給源、流体供給源に流体連絡され、かつ流体を受け取るように構成された流体シンク、および流体供給源と流体シンクに流体連絡された抗菌フィルタを含む。

本発明の別の態様によると、マイクロ流体システムは、流体供給源を抗菌フィルタへと流体連絡する上流側チャネル、および流体シンクを抗菌フィルタへと流体連絡する下流側チャネルをさらに含む。

本発明の別の態様によると、抗菌フィルタを作製するための方法は、基板を提供する工程、基板上にフィルタ膜を形成する工程、フィルタ膜に複数の穴を形成する工程、およびフィルタ膜の複数の穴を露出させるために基板の少なくとも一部を除去する工程を含む。

本発明の別の態様によると、フィルタ膜を形成する工程は、フィルタ材料を基板の予め定めた深さの中に拡散させる工程をさらに含み、基板内へのフィルタ材料の拡散の予め定めた深さが、フィルタ膜の予め定めた厚さに対応する。

本発明の別の態様によると、フィルタ膜を形成する工程は、基板上にフィルタ膜を堆積させる工程をさらに含む。

本発明の別の態様によると、フィルタ膜に複数の穴を形成する工程は、複数の穴を有するフィルタマスクをフィルタ膜上に供給する工程、およびフィルタマスクの複数の穴に対応するフィルタ膜の複数の穴を形成する工程をさらに含む。

本発明の別の態様によると、フィルタマスクを供給する工程は、さらに、フィルタ材料上に複数のスペーサを堆積させる工程を含み、複数のスペーサの一部がフィルタ材料に接触し、さらに、スペーサの周囲の一部およびフィルタ材料の上にフィルタマスクを堆積させる工程を含み、フィルタ材料の表面に接している複数のスペーサの部分が、複数のスペーサの部分とフィルタ材料との間にフィルタマスク材料が入るのを妨げ、さらに、フィルタマスクに複数の穴を形成するために複数のスペーサを取り除く工程を含み、フィルタ材料に接している各々のスペーサが、フィルタマスクの各々の穴に対応する。

本発明の別の態様によると、複数のスペーサを取り除く工程は、複数のスペーサを溶解する工程をさらに含む。

本発明の別の態様によると、複数のスペーサを取り除く工程は、複数のスペーサを分解させる工程をさらに含む。

本発明の別の態様によると、フィルタ膜に複数の穴を形成する工程は、フィルタマスクの穴を通じてフィルタ膜をエッチングする工程をさらに含む。

本発明の別の態様によると、基板の少なくとも一部を取り除く工程は、フィルタ膜から基板の複数部分を取り除く工程をさらに含み、フィルタ膜と接している基板の残り部分が、フィルタ膜のための支持構造体を供給する。

本発明の別の態様によると、基板の少なくとも一部を取り除く工程は、フィルタ膜から基板全体を取り除く工程をさらに含む。

本発明の別の態様によると、フィルタ膜上の複数の穴の間に、抗菌コーティングが堆積させられる。

本発明のこれらおよびその他の態様は、以下の詳細な説明、および同じ参照符号が、異なる図面に示される同じ特徴または要素に割り当てられる添付の図面類を参照しながらさらに説明される。これらの図が、縮尺通りに描かれなくてもよいことに留意すべきである。さらに、明細書に直接または間接的に述べられた本発明の他の実施形態が存在し、それらは図面に特に例示されていないこと、およびその逆もあり得る。

図１は、本発明の好ましい実施形態による抗菌フィルタ１０５を有するマイクロ流体システム１００を例示している。マイクロ流体システム１００は、上記で述べたＭＥＭＳ技術を使用して構築される。マイクロ流体システム１００は、概して、流体供給源１０１、上流側チャネル１０３、抗菌フィルタ１０５、下流側チャネル１０７、流体シンク１０９、および流体１１３を含む。流体供給源１０１は、上流側チャネル１０３と下流側チャネル１０７を通じて流体シンク１０９へと流体連絡される。マイクロ流体システム１００の流体流の方向１１１は、流体供給源１０１から流体シンク１０９へ向かう。抗菌フィルタ１０５は、マイクロ流体システム内の微生物をフィルタ除去する。本発明の好ましい実施形態では、抗菌フィルタ１０５は、下流側チャネル１０７もしくは流体シンク１０９からの微生物の移動、または上流側チャネル１０３もしくは流体供給源１０１への微生物の移動を阻止する。抗菌フィルタ１０５は、２つのマイクロ流体部品間を流れる流体をフィルタ処理することが可能である。抗菌フィルタ１０５は、上流側チャネル１０３と下流側チャネル１０７との間を流れる流体をフィルタ処理することが好ましい。場合によっては、抗菌フィルタ１０５は、流体供給源１０１と上流側チャネル１０３の間、または下流側チャネル１０７と流体シンク１０９との間、または上流側チャネル１０３もしくは下流側チャネル１０７を備えずに、流体供給源１０１と流体シンクとの間を流れる流体をフィルタ処理することもあり得る。

流体供給源１０１は、流体１１３を含み、かつ限定はされないがリザーバ、ミキサ、およびチャンバを含む、上述のいかなるマイクロ流体部品も代表する。同様に、流体シンク１０９は、流体１１３を受け取り、かつ一般的に上述のいかなるマイクロ流体部品も代表する。

上流側チャネル１０３と下流側チャネル１０７は、流体供給源１０１と流体シンク１０９との間で流体１１３を搬送する。上流側チャネル１０３と下流側チャネル１０７は、抗菌フィルタ１０５によって接続される２つの別々のチャネル、または内部に配置された抗菌フィルタを有する１つの一体型のチャネルとして形成されることが可能である。流体１１３は、流体１１３に与えられる圧力に応答して、流体供給源１０１から流体シンク１０９へと流れる。流体１１３に与えられる圧力は、マイクロ流体システム１００に関して外部の供給源もしくは内部の供給源から加えられることができる。圧力の外部供給源の例には、限定はされないが重力および回転機構が含まれる。圧力の内部供給源の例には、限定はされないがポンプが含まれる。ポンプはまた、マイクロ流体システム１００の部品でもあることが好ましい。

流体１１３は、液体状態または気体状態といった流体が流れることを可能にするいかなる適切な状態を有することも可能である。流体１１３は、上述したようなマイクロ流体システムの用途にとって適切ないかなる物質の組成も代表する。限定はされないが、流体１１３の例には、化学流体、体内流体、有害流体、生物学流体、および放射性流体が含まれる。生物学的流体は、限定はされないが、血液、血漿、血清、リンパ液、唾液、涙、脳脊髄液、尿、汗、精液、および植物および野菜の抽出液を含む生物学的に由来するいかなる分析サンプルであってもよい。

図１のマイクロ流体システム１００は、明瞭化するために比較的単純なシステムを示している。実際には、マイクロ流体システム１００は、複数の抗菌フィルタ１０５といった多くのおよび／または重複したマイクロ流体部品を有する、極めて複雑なシステムである可能性がある。複雑または並列の機能を実行するマイクロ流体システム１００は、通常、マイクロ流体システムの異なる部分を通過して移動する流体１１３を、同時もしくは異なる時間にフィルタ処理するために、１０個以上の抗菌フィルタ１０５といった多くの抗菌フィルタ１０５を必要とする。したがって、抗菌フィルタ１０５はコンパクトで信頼性があり、製造が単純で、かつマイクロ流体システム１００の残り部分と容易に一体化されることが望ましい。

図２Ａ〜図２Ｋは、本発明の好ましい実施形態による、図１の抗菌フィルタ１０５を作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って例示している。図２Ａ〜図２Ｋは、抗菌フィルタ１０５の特徴を作り出すために追加もしくは除去される様々な材料を例示している。図３は、図２Ａ〜図２Ｋに示したようなマイクロマシニングによる製造工程を使用して、抗菌フィルタ１０５を作製する方法を述べるフローチャートを例示している。本方法は、工程３０２〜３１２のシーケンスを包括的に含む。図３に示された工程３０２〜３１２は、それぞれ図２Ａ〜図２Ｋの断面図に対応する。次に、図３の工程の各々、およびそれに対応する図２Ａ〜図２Ｋの断面図が、詳細に説明される。

図２Ａに対応する図３の工程３０２では、基板２１１が提供される。基板２１１は、マイクロマシニングによる製造工程と両立するどのような材料で形成されることも可能である。基板２１１は、シリコンで作製されることが好ましい。基板２１１は、半導体製造工程の技術でよく知られている方法を使用して構成される。概して、基板２１１は、その上に抗菌フィルタ１０５を築くべき基礎もしくはプラットフォームを提供する。基板２１１は、１〜数百ミクロンの範囲の厚さを有することが可能であり、３マイクロメートルの厚さであることが好ましい。本発明の好ましい実施形態では、基板２１１は、ＭＥＭＳにおける最終のデバイスとして、抗菌フィルタ１０５のための構造的支持体もやはり提供する。

図２Ｂに対応する図３の工程３０３では、基板２１１の第１の側、好ましくは底の側に基板マスク材料２００が堆積される。基板マスク材料２００は、マイクロマシニングによる製造工程と両立するどのような材料で形成されることも可能である。基板マスク材料２００は、二酸化ケイ素であることが好ましい。基板２０２と基板マスク材料２００は、加工済みウェハとして一体で提供されることが好ましい。基板マスク材料２００は、半導体製造工程の技術でよく知られている様々な方法を使用して、基板２１１上に堆積されることが可能である。基板マスク材料２００は、数百〜数千オングストロームの範囲の厚さを有することが可能であり、１０００オングストロームの厚さであることが好ましい。基板マスク材料は、半導体製造工程の技術でよく知られている様々な方法を使用して、基板２１１上に堆積されることが可能である。基板マスク材料２００は、基板２１１のための基板マスク２１２を形成するために、後にマイクロマシニング工程で使用される。

図２Ｃに対応する図３の工程３０４では、基板２１１の第２の側である上側にフィルタ材料２０１が形成される。フィルタ材料２０１は、マイクロマシニングによる製造工程と両立するどのような材料で形成されることも可能である。好ましい実施形態では、フィルタ材料２０１は、半導体処理工程の技術でよく知られている電気化学、超音波スプレー、エアロゾル、またはスピンオンといった堆積方法を使用して、基板２１１上に堆積される。場合によっては、フィルタ材料２０１は、ホウ素のようなシリコンと相溶性がある材料で基板２１１の上面をドープすることによって、基板２１１の表面上に形成されることも可能である。このケースでは、フィルタ材料の厚さは、基板２１１の表面へのフィルタ材料２０１の浸透の深さに相当する。フィルタ材料２０１が堆積されるとき、フィルタ材料２０１は、ポリシリコンであることが好ましいが、窒化物、エピタキシなどであることもやはり可能である。フィルタ材料２０１は、０．１〜１００マイクロメートルの厚さを有することが可能であり、３〜５マイクロメートルの厚さであることが好ましい。フィルタ材料２０１は、ＭＥＭＳにおける最終のデバイスとして、抗菌フィルタ１０５用のフィルタ膜２１３を形成するために、後にマイクロマシニング工程で使用される。

図２Ｄに対応する図３の工程３０５では、基板マスク２１２を形成するために、基板マスク材料２００に開口部２２０が形成される。開口部２２０は、別の用語では凹部、ウェル、キャビティなどとして知られている。開口部２２０は、半導体処理工程の技術でよく知られているエッチング工程を伴うフォトレジストのような様々な方法を使用して、基板マスクに形成される。開口部２２０は、基板の底面の部分が露出されるように、基板マスク材料を貫いて基板２１１の底面へと延びる。基板マスク２１２内に形成された開口部２２０は、フィルタ支持体を形成するために後になって除去される基板２１１の底側の領域を画定する。開口部２２０は、図３の方法のいかなる工程の後、または図２Ｂ〜図２Ｋのいかなるシーケンスの後でも、適切もしくは望ましいときに形成されることができる。なぜならば開口部の形成は他の工程と無関係だからである。しかしながら、開口部２２０は、フィルタ支持体を形成するために開口部２２４が基板２１１に形成される（図２Ｉ参照）ことが可能となる前に、基板マスク材料に形成される必要がある。

図２Ｅに対応する図３の工程３０６では、フィルタ材料の上面にスペーサ２１４が堆積される。スペーサ２１４は、マイクロマシニングによる製造工程と両立するどのような材料で形成されることも可能である。スペーサは、ポリスチレンで形成されることが好ましいが、シリカ、ポリマー、カルボキシレート（ＣＯＯＨ）ポリスチレンなどで形成されることもやはり可能である。スペーサ２１４は、どのような形状とサイズを有する可能性もある。スペーサ２１４は、サブミクロンの範囲の直径を有する球体であることが好ましい。場合によっては、スペーサ２１４は、立方体、楕円形、および不規則もしくは無秩序な形状である可能性もある。スペーサ２１４は、中実であってもまたは中空であってもよい。フィルタ材料上に堆積したスペーサ２１４は、各々同じかまたは近似した形状とサイズを有することが好ましいが、しかし異なる形状とサイズを有することもやはり可能である。本発明の好ましい実施形態では、スペーサ２１４は、Ｂａｎｇｓ Ｌａｂ，９０２５ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｒｉｖｅ，Ｆｉｓｈｅｒｓ，ＩＮ ４６０３８−２８８６から得られる部品番号Ｐ０００２１００Ｎを有する球体である。好ましい実施形態では、スペーサ２１４は、半導体処理工程の技術でよく知られている電気化学、超音波スプレー、エアロゾル、またはスピンオンといった堆積方法を使用して、基板２１１上に堆積される。スペーサ２１４は、隣り合った関係で配列された単層のスペーサ２１４として堆積されることが好ましいが、しかしもしも所望され、かつ適切であれば、多層として堆積されることもやはり可能である。所望され、かつ適切であるとき、スペーサ２１４は、無秩序もしくは予め定められたパターンで堆積されることが可能である。スペーサ２１４は、液体が乾燥するとスペーサ２１４だけが残るように、堆積工程の間は液体で運ばれることが好ましい。スペーサ２１４は、ポリシリコンで作製されたフィルタ材料２０１の表面に自然に付着するが、しかし上述の電気泳動堆積法を使用してフィルタ材料へと引き寄せられることが可能であり、それはやはりスペーサ２１４の密度を上げる。スペーサ２１４は、０．０５〜０．５マイクロメートルの範囲のどのような直径もしくは厚さを有することも可能であり、０．２マイクロメートルの厚さであることが好ましい。図２Ｈで最もよく判るように、スペーサ２１４は、フィルタマスク２１５に抗菌フィルタ１０５用の穴２２２を形成するために、後になってマイクロマシニング工程で使用される。概して、スペーサ２１４の直径はフィルタマスク２１５の穴２２２の直径に対応し、他方で抗菌フィルタ１０５のフィルタ膜２１３の穴２１８に対応する。したがって、各々のスペーサ２１４のサイズが、フィルタ処理される必要のある微生物のサイズに間接的に関係するので、スペーサ２１４のサイズに特別の配慮が払われなければならない。

図２Ｆに対応する図３の工程３０７では、フィルタ材料上のスペーサ２１４の周りにフィルタマスク材料が堆積される。フィルタマスク材料は、完全にスペーサ２１４を覆わないことが好ましい。さらに、フィルタマスク材料は、スペーサ２１４がフィルタ材料に接しているスペーサ２１４とフィルタ材料２０１との間に入らない。実際では、基板の比較的平坦な表面に対する球体の曲率を持った形状、および使用される堆積方法が原因で、フィルタマスク材料は球体の下に半分ほど広がる。フィルタマスク材料のこの比較的不正確な適用は、受容可能であり、なぜならば、後に残りの工程で説明されるように、最終目標は、フィルタ膜２１３にスペーサ２１４の直径に相当する穴２１３を有することであるという理由による。フィルタマスク２１５は、マイクロマシニングによる製造工程と両立するどのような材料で形成されることも可能である。好ましい実施形態では、フィルタマスク材料は、半導体処理工程の技術でよく知られている電気化学、超音波スプレー、エアロゾル、またはスピンオンといった堆積方法を使用して、フィルタ材料２０１上に堆積される。フィルタマスク２１５は、イオンがそれを通過することを許容しない材料で形成されることが好ましい。それゆえに、フィルタマスク２１５は、チタン、クロム、タングステン、プラチナ、ニッケルなどといったほとんど非溶解性の金属から形成される可能性がある。フィルタマスク材料は、０．０５〜０．３マイクロメートルの範囲の厚さを有することが可能であり、０．０５マイクロメートルの厚さであることが好ましい。フィルタマスク材料は、抗菌フィルタ１０５用のフィルタマスク２１５を形成するために、後になってマイクロマシニング工程で使用される。

図２Ｇに対応する図３の工程３０８では、別の呼び方でフィルタテンプレートと呼ばれるフィルタマスク２１５を供給するために、フィルタマスク材料に穴２２２を形成するためにスペーサ２１４が除去される。スペーサ２１４は、マイクロマシニングによる製造工程と両立するどのような方法を使用して除去されることも可能である。スペーサ２１４は、酸溶液、塩基溶液または酸化剤溶液などの溶液で、スペーサ２１４を溶解することによって除去されることが好ましい。例えば、過酸化水素および硫酸は、各々ポリマー材料で形成されたスペーサ２１４を溶解する。また、例えばアセトンも、有機物で形成されたスペーサ２１４を溶解することが可能である。場合によっては、スペーサ２１４は、限定はされないが超音波、エチレンジアミンピロカテコール水（ＥＤＰ）などを含む処理法を使用して、スペーサ２１４を分解させることによって除去される可能性もある。実際では、工程３０７で述べたように、フィルタマスク材料がスペーサ２１４の下に半分ほど広がるので、フィルタマスク材料の穴２２２は、スペーサ２１４の直径の約半分の直径を有する。本発明の好ましい実施形態では、或る材料で形成された或る要素（すなわちスペーサ２１４）を、異なる材料で形成されたフィルタマスク材料から取り除くことによって、本工程が、フィルタマスク２１５に穴２２２を形成することに気付くことが興味深い。フィルタマスク２１５に穴を形成するこの好ましい方法は、電子ビーム、遠紫外光、Ｘ線、またはフォトリソグラフィによるような、さらに高価で時間を消費し、かつ精度の低い、フィルタマスクへの穴形成方法と対照的である。

図２Ｈに対応する図３の工程３０９では、フィルタ膜２１３を形成するために、フィルタマスク２１５を使用してフィルタ材料に穴２１８が形成される。穴２１８は、フィルタ材料の厚さを貫いて延びる。穴２１８は半導体製造工程と両立するどのような処理工程を使用して形成されることも可能である。本発明の好ましい実施形態では、穴２１８を形成するために、方向制御型のエッチング方法が使用される。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）方法が使用されることが好ましいが、しかしイオンビームミリングのような他の方法が使用されることもやはり可能である。ＲＩＥ処理時では、イオンが、フィルタマスク２１５に衝突する。工程３０７で上述したようなフィルタマスク２１５の材料のために、イオンは、フィルタマスク２１５から跳ね返る。しかしながら、工程３０８で述べたようにフィルタマスク２１５に形成された穴２２２は、イオンが穴２２２を通過してフィルタマスクの反対側にあるフィルタ材料に到達することを可能にする。半導体製造工程の技術でよく知られているように、イオンは、フィルタ材料と反応して選択的にフィルタ材料を除去し、フィルタ材料に穴２１８を生じさせる。穴２１８の形成速度および穴２１８の深さは、イオン衝突の強度と持続時間、ならびにフィルタ材料などの要因によって決まる。フィルタ膜２１３に形成される穴２１８は、フィルタマスク２１５の穴２２２を通過するイオンの流出もしくはフリンジ効果のせいで、フィルタマスク２１５内の穴２２２よりも、スペーサ２１４の約半分の寸法で少し大きくなる傾向がある。フィルタマスク２１５に形成された穴２２２は、スペーサ２１４の直径の約半分の直径を有するので、フィルタ材料の穴２１８は、スペーサ２１４の寸法とほぼ等しい寸法を有する。フィルタ材料内の穴２１８は好ましくない微生物を効果的にフィルタ除去するようにほぼサイズ決定される。

図２Ｉに対応する図３の工程３１０では、フィルタ支持体を形成するために基板２１１に穴２２４が形成される。フィルタ支持体の使用は、任意であり、フィルタ膜２１３の構造と材料の完全性、ならびにフィルタ膜２１３が一体化されるＭＥＭＳの構造と材料に応じて決まる。穴２２４は、当業者に知られているように半導体製造工程と両立するどのような処理工程を使用して形成されることも可能である。工程３０５で述べたように、穴２２４は、基板２１１の厚さを貫いて延び、基板マスク材料２００に形成された開口部に対応する。基板２１１の穴２２４は、フィルタ膜２１３の穴２１８を露出させる。穴２２４を形成するように基板材料を選択的に取り除くことによって、残りの基板材料がフィルタ支持体を形成する。フィルタ支持体の数と場所は、望み通りに、かつ適切であるように変わる可能性がある。

図２Ｊに対応する図３の工程３１１では、半導体製造工程の技術でよく知られている方法を使用して、フィルタマスク材料と基板マスク材料が取り除かれる。

図２Ｋに対応する図３の工程３１２では、フィルタ支持体から遠い方のフィルタ膜２１３の側に、コーティング２１６が堆積される。別の呼び方ではフィルムとして知られるコーティング２１６は、半導体処理工程の技術でよく知られている電気化学、超音波スプレー、エアロゾル、またはスピンオンといった半導体製造工程と両立するどのような方法を使用して堆積されることも可能である。コーティング２１６は、微生物がそれに付着することを許容せず、かつ／またはコーティング２１６に接触する微生物を殺菌する材料で形成されることが好ましい。コーティング２１６は、銀で形成されることが好ましい。コーティング２１６は、０．０５〜数ミクロンの厚さの範囲の厚さを有することが可能であり、０．１マイクロメートルの厚さであることが好ましい。コーティング２１６は、フィルタ膜２１３の下流側に堆積されることが好ましい。流体が、フィルタ膜２１３を通って流れるとき、流体の圧力は、通常微生物が流体の圧力に対抗して上流側に移動し、流体供給源に到達するのを防ぐ。しかしながら、流体流の圧力が停止すると、微生物は、マイグレーションもしくは拡散によって、フィルタ膜２１３を通って上流側に動こうとする可能性がある。このケースでは、コーティング２１６が、そのような移動を阻止もしくは妨害する。フィルタ膜２１３の用途に応じて、コーティング２１６は場合により使用される。

都合の良いことに、上述の複数の工程は、マイクロ流体システム１００に使用されるのに充分なほど小さい抗菌フィルタ１０５を作り出す。抗菌フィルタ１０５は、それがマイクロ流体システム１００に集積化されることが可能となるように、マイクロマシニング工程を使用して構築される。抗菌フィルタ１０５は、正確に画定された穴のサイズを有し、それらは費用効率を維持し、かつ製造することが容易である。フィルタ１０５は、望ましくない微生物を信頼性良くフィルタ除去する。本発明の好ましい実施形態では、抗菌フィルタ１０５は、ミニチュアもしくは微小サイズの静脈内システムあるいは埋め込み型薬剤供給システムに使用される。

図４〜図７は、それぞれ抗菌フィルタ１０５の上面、前面、右側、および底面の図を例示している。図５および図６は、フィルタ膜２１３の上に配置されたコーティング２１６を示しており、フィルタ膜２１３は基板２１１上に形成される。図４および図７は、抗菌フィルタ１０５に形成された穴２１８を示している。図７は、フィルタ支持体として形成された基板２１１を示しており、フィルタ１０５の周縁部に沿った壁、およびフィルタ１０５の周縁部よりも内側の６本の支柱を有する。図４は、点線でフィルタ支持体を示しているが、なぜならばそれらはこの図では隠されているからである。

図４と図７に見られるような抗菌フィルタ１０５のサイズおよび形状は、特定の用途のために望み通りに、かつ適切であるように変わる可能性がある。図４と図７に見られるような抗菌フィルタ１０５の形状は、正方形、長方形、円形、楕円形、どのような数の辺を有する形状であることも可能であり、同様にどのような不規則な形状であってもよい。本発明の好ましい実施形態では、図４と図７に見られるような抗菌フィルタ１０５のサイズは、数十ミクロンから数ミリメートルの範囲であり、１ｍｍ×１ｍｍであることが好ましい。本発明の好ましい実施形態では、立面図の図５と図６に見られるような抗菌フィルタ１０５の厚さは、０．１から５０マイクロメートルの範囲であり、３マイクロメートルであることが好ましい。

次に、図８、図９、および図１０が、一緒に説明される。図８は、本発明の一実施形態による、上流側チャネル１０３、抗菌フィルタ１０５、および下流側チャネル１０７に関する半導体構造の立面図を例示している。図９は、本発明の他の実施形態による、流体供給源１０１と抗菌フィルタ１０５に関する半導体構造の立面図を例示している。図１０は、本発明の他の実施形態による、抗菌フィルタ１０５と流体シンク１０９に関する半導体構造の立面図を例示している。

概して、図８、図９、および図１０では、上流側チャネル１０３、下流側チャネル１０７、抗菌フィルタ１０５、流体供給源１０１、および流体シンク１０９は、マイクロマシニング工程および半導体構造と両立する材料を使用して形成される。半導体構造は、知られている組み立て方法と材料を使用して、上流側チャネル１０３、下流側チャネル１０７、抗菌フィルタ１０５、流体供給源１０１、および流体シンク１０９が積層配列で組み立てられることを可能にするようにプレーナ型であることが好ましい。特定の用途にとって望ましくかつ適切である場合、どのような個別要素も互いに集積化される可能性がある。抗菌フィルタ１０５上のコーティング２１６は、微生物がフィルタ１０５を通って上流側へ移動するのを阻止するために、抗菌フィルタ１０５の下流側になるように方向付けされる。

図８では、上流側チャネル１０３と下流側チャネル１０７は、流体のチャネルを表わし、マイクロマシニング技術を使用して半導体材料に形成されることが好ましい。流体は、上流側チャネル１０３の右側に流入することが好ましいが、しかし場合によっては（破線で示されるように）上流側チャネル１０３の左側、あるいは上流側チャネル１０３の右側と左側の両方に流入することも可能である。同様に、流体は、下流側チャネル１０７の左側から流出するが、しかし場合によっては（破線で示されるように）下流側チャネル１０７の右側、あるいは下流側チャネル１０７の左側と右側の両方から流出することも可能である。抗菌フィルタ１０５は、上流側チャネル１０３と下流側チャネル１０７との間に配置される。フィルタ支持体を構成する基板２１１は、上流側チャネル１０３に接している。フィルタ膜２１３上のコーティング２１６は、下流側チャネル１０７に接している。

図９では、流体供給源１０１と抗菌フィルタ１０５との間に配置される上流側チャネル１０３を有することなく、流体供給源１０１が、直接抗菌フィルタ１０５に接している。このケースでは、フィルタ支持体を形成する基板２１１が流体供給源１０１に接している。

図１０では、流体シンク１０７と抗菌フィルタ１０５との間に配置される下流側チャネル１０７を有することなく、流体シンク１０９が、直接抗菌フィルタ１０５に接している。このケースでは、コーティング２１６が、流体シンク１０９に接している。

本発明は、その様々な例示となる実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明は、これら特定の実施形態に限定されるように意図されているわけではない。添付の特許請求項に述べられたような本発明の精神と範囲から逸脱することなく、開示された主題の変形例、修正例、および組み合わせが、為され得ることを当業者は認識するであろう。

本発明の好ましい実施形態による抗菌フィルタを有するマイクロ流体システムを示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 本発明による図１の抗菌フィルタを作製するためのマイクロマシニングによる製造工程を断面でシーケンスに従って示す図である。 図２Ａ〜図２Ｋのマイクロマシニングによる製造工程を使用して、抗菌フィルタを作製する方法を述べるフローチャートを示す図である。 図１の抗菌フィルタを示す平面図である。 図１の抗菌フィルタを示す正面図である。 図１の抗菌フィルタを示す右側面図である。 図１の抗菌フィルタを示す底面図である。 本発明の第１の実施形態による上流側チャネル、抗菌フィルタ、および下流側チャネルのための半導体構造を示す立面図である。 本発明の第２の実施形態による流体供給源および抗菌フィルタのための半導体構造を示す立面図である。 本発明の第３の実施形態による抗菌フィルタおよび流体シンクのための半導体構造を示す立面図である。

Claims (15)

1. マイクロ流体システム用の抗菌フィルタを作製するための方法であって、
   基板を提供する工程、
   基板上にフィルタ材料のフィルタ膜を形成する工程、
   フィルタマスクに複数の凹部と穴を画定するためにスペーサの各々の一部がフィルタ材料に接するように、フィルタ材料の上に複数のスペーサを堆積し、フィルタ材料の表面に接するスペーサの各々の部分が、スペーサとフィルタ材料との間にフィルタマスク材料がつながって入るのを阻止し、それによりフィルタマスクに複数の穴のうちの１つを画定するように、スペーサの周囲の一部およびフィルタ材料の上にフィルタマスク材料を堆積させ、かつ、フィルタマスクに複数の凹部と穴を形成するように複数のスペーサを取り除くことによって、中に複数の穴を有するフィルタマスクをフィルタ膜上に提供し、かつ
   フィルタ膜に、フィルタマスクの複数の凹部と穴にそれぞれ位置が合った複数の穴を形成することによって、フィルタ膜を貫いて複数の穴を形成する工程、および
   フィルタ膜の少なくともいくつかの穴を露出させるために基板の少なくとも一部を取り除く工程を含む方法。
2. フィルタ膜を形成する工程が、
   予め定められた基板の深さにフィルタ材料を拡散させる工程をさらに含み、基板内へのフィルタ材料の拡散の予め定められた深さが、フィルタ膜の予め定められた厚さに相当する、請求項１に記載の方法。
3. フィルタ膜を形成する工程が、
   基板上にフィルタ膜を堆積させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. フィルタ膜に複数の穴を形成する工程が、
   中に複数の凹部を有するフィルタマスクを、フィルタ膜の上に提供する工程、および
   フィルタ膜に、フィルタマスクの複数の穴と位置が合った複数の穴を形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
5. 複数のスペーサを取り除く工程が、
   複数のスペーサを溶解する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 複数のスペーサを取り除く工程が、
   複数のスペーサを分解させる工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. フィルタ膜に複数の穴を形成する工程が、
   フィルタマスクの凹部を通じてフィルタ膜をエッチングする工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. フィルタ膜の複数の穴の間に抗菌コーティングを堆積させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
9. 抗菌コーティングが銀を含む、請求項９に記載の方法。
10. フィルタ膜の複数の穴が、フィルタマスクの凹部を通じてフィルタ膜をエッチングすることによって形成される、請求項４に記載の方法。
11. エッチング工程が反応性イオンエッチングを含む、請求項１０に記載の方法。
12. マイクロ流体システムに適合した抗菌フィルタであって、
    シリコンを主原料とする材料で形成され、かつ抗菌フィルタを貫いて形成される複数の穴を有する、抗菌フィルタ。
13. フィルタ膜に接続され、かつフィルタ膜から延びるシリコンの支持構造体をさらに含む、請求項１２に記載の抗菌フィルタ。
14. フィルタ膜の複数の穴の間に配置された抗菌コーティングをさらに含む、請求項２６に記載の抗菌フィルタ。
15. マイクロ流体システム用の抗菌フィルタを作製するための方法であって、
    基板を提供する工程、
    基板上にフィルタ材料のフィルタ膜を形成する工程、
    フィルタ膜に複数の穴を形成する工程、および
    フィルタ膜の複数の穴を露出させるために基板の少なくとも一部を取り除く工程を含む方法。

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