JP2010502470A - 微小流体デバイスの加工方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、スクリーン印刷による「開放」微小流体デバイスの加工方法に関する。本方法は以下のステップを含む：
ａ）少なくとも１つのスクリーン印刷形状物を、それぞれの形状物が微小流体デバイスに対応する所望のパターンに形成するために、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を、スクリーン印刷によって、基板上に堆積すること、
前記基板はガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選択される材料で作られる；及び
ｂ）スクリーン印刷形状物を、前駆体材料が溶融して基板に結合することが可能となる温度で焼成すること。
本発明の対象は、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、のシートによって「閉鎖」された微小流体デバイスの加工方法にも関する。

Description

本発明は、微小流体デバイスの加工方法に関する。

微小流体デバイスは、化学、特に以下の分野で知られた構造である：
−合成化学反応装置として機能する微小流体デバイス中に導入される反応開始物質から、あらゆる種類の化合物（分子、粒子、エマルジョン等）を製造することを目的とする微量反応；及び
−様々なソースの試料中の、特に生体液中の、特定の化合物を検出すること、及び一般にそれらの量を測定することを目的とする微量分析。ここでは微小流体デバイスは検出機能を提供する。

しかしながら、微小流体デバイスの役割は上述の機能に制限されない。特に、微小流体デバイスは熱交換装置、フィルター、ミキサー、抽出装置、分離装置（例えば電気泳動によって動作する分離装置）、所定の大きさの液滴若しくは固形物粒子の発生用デバイス、または特定の動作（細胞溶解、ＤＮＡの増幅等）を実行するためのデバイスとして機能するように設計されてもよい。

これらのデバイスは「開放」されていてもよく、すなわちこれらのデバイスは、微細構造、例えば微小流路及び微小容器を画定する形状物がエッチングされまたは堆積される単一の素子のみからなってもよい。

さらに一般には、微小流体デバイスは「閉鎖」されている。微小流体デバイスは２つの素子を含みそれらは板またはシートの形に並べて置かれて結合され、流体密封の微細構造を形成するために、他方の素子に面する表面に、少なくとも１つの素子がエッチングされまたは形状物が提供される。一般的に、微小流体デバイスは、流体の導入と放出のために、素子中に１以上の微細構造に通じる開口部を含む。

少量の流体が微細構造に貯蔵されまたは微細構造を通じて流される。それは、これらの流体に含まれる化合物を反応させること（一緒に、またはあらかじめ微小流体デバイスに導入されている１以上の化合物と共に）、またはそれらの化学的及び／または物理的特性を分析するために、微小流体デバイスの内側または外側で、流体の一部の構成物質を混合すること若しくは分離すること、を目的とする。その化学的または物理的特性の一つを測定するために、単に微細構造を通じて流体を流すことも可能である。

一般に、微細構造はほぼ正方形、長方形、台形、楕円形、または円形の断面を有し、厚みは１〜１０００μｍまでさまざまであり、好ましくは１０〜５００μｍである。微細構造の寸法は、微細構造が流路、容器、または前記流路若しくは前記容器のための接続素子のいずれであるかによって変わる。通常、幅は１０〜１０００マイクロメートル、長さは数ミリメートル〜数センチメートルの範囲でもよく、面積は１〜１００平方センチメートルまでさまざまであってもよい。

微小流体デバイスは異質の材料で作られてもよい。

例えば、微小流体デバイスはポリマー、シリコン、または金属から作られてもよい。しかしながら、これらの材料は多くの点で不満足である。
−ポリマーは有機溶剤に敏感であり（ポリマーは溶解し膨張する傾向がある）、２００〜３００℃以上の温度で長期処理に耐えることは困難であり、圧力の影響で変形し、完全に化学的に不活性というわけではない（流体に存在する化合物を吸収することがあり、そして場合により続いてそれらを放出することもある）。その上、ポリマーの表面仕上げを制御することは困難である。というのは、特に、上記の現象が時間の経過と共に進行するためである。最後に、特定のポリマーは、ポリマーが引き起こす摂動のために、一般的に分光検出技術、特にラマン分光法には不適である；
−シリコンは高価であり、特定の流体と親和性がなく、透明ではなく、並びにその半導体特性は電気力学及び電気浸透ポンプ技術の使用を妨げる。加えて、例えばフォトリソグラフィー及びＤＲＩＥ（深堀り反応性イオンエッチング）のような微細構造を形成するのに用いられる方法は、それらが、制御された環境下の保護チャンバー内での作業を必要とするために高価である：及び
−金属は腐食しやすく、透明でもなく特定の生体液と親和性もない。

上記の欠点を改善するために、微小流体デバイスをガラス、ガラス−セラミック、またはセラミックから加工することが提案されている。

これらの材料は、電気力学的または電気浸透プロセスによる流体の輸送を可能とする絶縁特性、それらの化学的不活性、それらの良好な表面仕上げ、及び耐久力のある方法で化学的に表面を修飾される性能、が評価される。

ガラスはそのコスト、その加工性、及びその透明性のために好まれ、流体に存在する化合物を光学的方法で検出することを可能とする。

ガラス素子において、流路は物理的エッチング、特にサンドブラスト加工及びＣＯ₂レーザーを用いた照射（ＪＰ−Ａ−２０００−２９８１０９）、またはガラスまたはガラス上に前もって堆積したガラス粉を基にして固めた層の直接化学エッチング（ＪＰ−Ａ−２００３−２９９９４４）によって得られてもよい。

しかしながら、物理的及び化学的エッチングプロセスはガラス素子の表面を傷つけて、光を散乱させがちであり、この種類の微小流体デバイスで、目に見える光学的検出法の操作を用いることはもはや不可能である。その上、エッチングした表面は、意図する用途には粗さが大きすぎて、例えば熱または化学的処理または例えば酸を用いる、追加の処理を適用して、修正する必要がある。

微細構造は、ガラス、ガラス−セラミック、またはガラス素子上のセラミック、の前駆体材料を真空成形することによって得てもよい（ＦＲ−Ａ−２８３０２０６）。この方法は、扱われる素子が大きいほど、よりいっそう高価な特有の真空デバイスを必要とする。

本発明の目的は、従来の方法よりも、生産性が高く経済的な微小流体デバイスを製造することである。

本発明の第１の対象は、特に流路または容器の形の少なくとも１つの微細構造を備えた基板を含む「開放」微小流体デバイスの加工方法であり、そのプロセスは以下のステップを含む：
ａ）少なくとも１つのスクリーン印刷形状物を、それぞれの形状物が微小流体デバイスに対応する所望のパターンに形成するために、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を、スクリーン印刷によって、前記基板上に堆積すること、
前記基板はガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選択される材料で作られる；及び
ｂ）前駆体材料を溶融して基板に結合することができる温度で、スクリーン印刷形状物を焼成すること。

本発明による方法は、特に同一の基板にいくつかの形状物を印刷することを可能とするスクリーン印刷ステップを含むことが有利である。

スクリーン印刷は当業者によく知られた印刷技術であり、安価で、生産性の向上が可能で、及びあらゆる形状に適用できる。

本発明によれば、上記形状物は、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を、基板に転写されるパターンが印刷されたスクリーンに通すことによる、スクリーン印刷によって形成される。

ステップａ）の前駆体材料は、上記基板の融点未満の温度で、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミックを生じるように溶融できなければならず、そしてこのようにして溶融することで上記基板に結合される。

概して、この材料は、スクリーン印刷のスクリーンのメッシュを通り抜けることができる十分に小さいサイズの粒子からなる微粉の形をなし、例えば平均粒径が１００μｍ以下であり、好ましくは１〜５０μｍであり、及び有利には１〜２０μｍである。好ましくは、上記粉末は単分散分布を有する。

通例、焼成後に表れる引張り応力を防ぐように、上記前駆体材料の熱膨張係数は上記基板の熱膨張係数に近い値を有して、完成した微小流体デバイスの破損の危険性を抑制する。したがって、上記前駆体材料の熱膨張係数と上記基板の熱膨張係数の間の差異は４０×１０^-7Ｋ^-1以下であり、好ましくは２０×１０^-7Ｋ^-1以下、及び有利には１０×１０^-7Ｋ^-1以下である。

有利には、ガラス前駆体材料は、酸化鉛系のガラスで例えばフェロ製のＣ８０Ｆフリット、亜鉛と酸化ホウ素系のガラスで例えばフェロ製のフリットＶＮ８２１ＢＪ、及び酸化ビスマス系ガラスで特に以下の質量パーセントの組成、からなるフリットから選ばれる：
Ｂｉ₂Ｏ₃ ５０〜７０％
ＳｉＯ₂ １５〜３０％
Ｂ₂Ｏ₃ １〜１３％
Ａｌ₂Ｏ₃ ０．５〜７％
Ｎａ₂Ｏ ０．５〜７％
有利には等式：Ｎａ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃＝７．５〜１８％を満足する。ビスマスを含む後者のガラス種類のフリットが、特に求められている透明形状物を得ることが可能となる。

有機媒体の機能は、上記混合物がスクリーンを通り抜けることができ、及び焼成ステップまで基板上で形状を保つことができる、粘度を与えることである。例えば油、特に松根油やキャスターオイル（ヒマシ油）のような当業者に知られている溶剤から選んでもよい。上記混合物中の媒体量は前駆体材料の性質と所望の粘度とによって決まる。

上記混合物は、上記流路に特定の特性を与えるために他の化合物を含んでもよく、例えば１種以上の金属酸化物若しくは金属または無機化合物を含んでもよい。

スクリーン印刷用のスクリーンは、基板に適用する条件に適合される。

好ましくは、上記スクリーンは、印刷される形状物の良好な解像度を得るように、小開口を有する。

その上、上記スクリーンは、上記混合物が１〜１０００μｍ、好ましくは２００μｍ以下の厚さに堆積できるように、選ばれる。

適切に行えば、上記基板上により厚い混合物を得るように、いくつかの連続的な堆積操作を行うことができる。

スクリーン印刷形状物が適用される基板は、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック製でもよい。

上記基板の厚みは広い範囲で変えてもよいが、好ましくは上記基板の厚みは薄く、特に４ｍｍ未満、有利には２ｍｍ以下、及びより良い厚みはさらに１ｍｍ以下である。

好ましくは、上記基板はガラス製、特にソーダ石灰ケイ酸塩ガラス製またはホウケイ酸ガラス製である。

上記基板は、前記の少なくとも１つの形状物が堆積される面の全体または一部に機能層がコーティングされてもよく、機能層は連続的または不連続であることが可能で、特にスクリーン印刷される形状物と一致または異なる形状を形成することができる。

そのような層の例として挙げられるものは、導体、特に導電層、加熱層、絶縁層、親水性層または疎水性層で作られてもよく、微小流体デバイスに導入される流体の１種以上の構成物質を吸収する層、触媒、特に光触媒層で作られてもよく、金属層、特に磁気的な方法で検出することができる層で作られてもよく、ミラー効果を有する反射防止層、低放射率層またはｌｏｗ−Ｅ層、つや消し防止層、曇り防止層、ソーラー保護層等で作られてもよい。導体層が好ましく、特に、導体層は電極及び金属層の製造を可能とするからであり、導体層は微細構造、特に流路でのその場検出方法の使用を可能とするからである。

上記基板はまた、スクリーン印刷混合物が堆積する面の全部または一部に微細構造を含んでもよい。

有利には、上記基板は大きい寸法を有し、いくつかの形状を同時にスクリーン印刷することができ、結果として、多くの微小流体デバイスを単一の操作で得ることが可能となる。したがって、最大数平方メートルであってもよいエリアを有する基板を使用することが可能となり、それによって数百の微小流体デバイスを単一基板上に製造することが可能となる。

ステップｂ）では、上記スクリーン印刷形状物が、上記前駆体混合物が溶融するのに十分な温度で焼成され、耐久性のある方法で上記基板に結合されることが可能である。

上記焼成温度は上記前駆体材料の性質、上記基板の性質によって決まり、並びに場合によっては機能層の性質及びスクリーン印刷混合物の堆積用の面上に存在する微細構造の性質によって決まる。

好ましくは、上記焼成温度は上記前駆体材料の融点よりも高く、有利には少なくとも上記前駆体材料の融点より５０℃高いが、上記基板の融点未満である。

上記基板がガラス製の場合、上記焼成温度は通常、歪点温度（ガラスが粘度１０^14.5ポイズを有する温度）に２００℃を加えた温度未満である。

上記焼成時間は１〜５０分で変えてもよく、好ましくは３〜２０分である。

好ましくは、第１に上記前駆体材料を固めるため及び上記有機媒体を除去するために、第２に上記前駆体材料を溶融させて上記基板に結合させるために、上記焼成ステップは低温で開始する。

冷却速度を速くし過ぎずに冷却することが重要であり、上記基板の引っ張り応力をできる限り小さくなるようにして、適切に行えば、上記基板が正確に切断され得る。冷却速度は好ましくは毎分２００℃未満であり、有利には毎分５〜１００℃である。

本発明の他の対象は、少なくとも２つの基板及び少なくとも１つの微細構造を含む「閉鎖」微小流体デバイスの加工方法であり、以下のステップを含むことに特徴を有する：
ａ）少なくとも１つのスクリーン印刷形状物を、それぞれの形状物が微小流体デバイスに対応する所望のパターンに形成するために、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を、スクリーン印刷によって、前記基板上に堆積すること、
前記基板はガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選択される材料で作られる；
ｂ）前記スクリーン印刷形状物を、上記有機媒体を除去するのに十分な温度で、任意に乾燥すること；
ｃ）上記スクリーン印刷形状物上に、前記第１の基板と同一または異なるガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選ばれる材料で作られる第２の基板を置くこと；及び
ｄ）前駆体材料が溶融して基板に結合することを可能とする温度で、得られた組立品を焼成すること。

ステップａ）は、開放微小流体デバイスの加工ステップａ）と同じ条件で行われる。

ステップｂ）では、スクリーン印刷形状物が、有機媒体の乾燥と除去を目的として、熱処理にさらされる。この処理の目的は、続く焼成ステップの際に、媒体の分解から生じる泡の形成を抑制することであり、これらの泡は、完成品の微小流体デバイスの流体密閉性を低下させる気孔を前駆体材料内に作りやすい。

上記温度は使用する媒体の性質によって決まる。概して５０〜２００℃、好ましくは約１００℃である。

上記乾燥時間は１分〜３０分までさまざまであり、好ましくは１分〜２０分である。

上記乾燥は、第１の基板上の形状物を仮固定すること、及び次のステップｃ）において第２の基板上に置かれる際にその（それらの）機械強度を改良すること、を可能とする。

第２の基板は第１の基板と同一でもよく、またはその寸法及び／または構成材料の性質及び／または機能層及び／または上記形状物に面する面の表面上に存在する微細構造が異なってもよい。

微小流体デバイスの微細構造の厚みを増加することを目的に、第２の基板は、前記面上に、第１の基板の前駆体材料と親和性がある前駆体材料をベースとする１以上のスクリーン印刷形状物を含んでもよい。

好ましくは、第２の基板の熱膨張係数は第１の基板上に存在する前駆体材料の熱膨張係数と一致し、結果として第１の基板の熱膨張係数とも一致する。

ステップｄ）では、上記基板とスクリーン印刷形状物とからなる組立品を、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料が溶融可能な温度で焼成して、２つの基板がガラス、ガラス−セラミック、またはセラミックに結合し、液状及びガス状流体に不浸透性の微細構造を形成する。

任意には、上記基板とスクリーン印刷形状物の接触をさらに強化するように、上記焼成の際に第２の基板に圧力が適用されてもよく、このようにして結合の品質を改良し、特に微細構造内の漏れの危険性を抑制する。

開放微小流体デバイスの製造用に記載したステップｂ）のように、上記焼成温度は前駆体材料の融点よりも高くなければならないが、最も低い融点を有する基板の融点未満でなければならない。

好ましくは、上記基板がガラス製の場合、上記焼成温度は、最も低い歪点温度を有する基板の歪点温度に２００℃を加えた温度未満である。この方法では、上記焼成時間は１〜５０分まで様々であり、好ましくは３〜２０分である。

本発明にしたがった方法を実施する１つのやり方によれば、上記基板間を一定に離す距離を保つことを目的に、スペーサーを上記基板間に置いてもよい。

上記スペーサーは、上記基板を結合させるために、上記基板が組み立てられそして焼成される前に、概して１つまたは両方の基板に置かれる。上記スペーサーは好ましくは第１の基板上に置かれる。

上記スペーサーは、例えば所望の間隔に一致した大きさの粒子及び焼成に耐性がある材料からなる粒子の形で、上記基板に適用する前に、前駆体材料に導入してもよい。好ましくは、粒子は球形である。

上記スペーサーはまた、上記形状物を構成するものと一致するまたは異なる前駆体混合物中に導入されてもよく、並びに上記形状物の外側に、例えば形状物を分離する領域に（すなわち形状物の間に）、または第１の基板の周辺領域及び／または第２の基板の周辺領域に、別々に適用されてもよい。上記混合物は、前述の領域の全てまたは一部の上に、スポットまたは連続的もしくは点線の形で堆積されてもよい。

上記スペーサーはまた、適切な形状と寸法の別々の素子でもよく、例えば上記基板の１つの表面上に堆積するボール、シリンダー、または十字形素子でもよい。適切に行えば、上記スペーサーは、焼成後に残留物を残さない接着剤を用いて所定の位置に保持されてもよい。

本発明の方法は、上述のステップに加えて以下のステップを含んでもよい：
−特にいくつかのスクリーン印刷形状物が存在する場合の、上記基板の切断。

開放微小流体デバイスの場合、上記切断は、ステップａ）の混合物の堆積後に基板上で、または焼成ステップｂ）の後に基板上で、行われてもよい。

閉鎖流体デバイスの場合、上記切断は第１の基板上及び／または第２の基板上で行われてもよい。好ましくは、第１の基板の切断はステップａ）またはステップｂ）の後に、有利にはステップｄ）の後に行われ、第２の基板の切断はステップｄ）の後に行われる。

第１の実施変形によれば、第１の基板は、ステップａ）の後に切断され、好ましくはステップｂ）の後に切断され、第１の切断基板と寸法が部分的に一致する第２の基板と共に組み立てられる。

第２の実施変形によれば、両基板はステップｄ）の後に切断される。

上記切断は任意の知られた方法で行われてもよく、例えばダイヤモンド砥石デバイスを用いて、またはレーザーを使用して行われる。切断は、概して形状物の間で、選ばれる切断モードに適合する距離毎に、基板を砕けやすくする（例えばあらかじめ亀裂をいれておく）目的で処理を受けてもよい領域で、または例えば適合されたスクリーン印刷形状物によって形成された領域で行われる（上記切断は形状物上で行われる）；
−上記微細構造とその外部に関係を持たせて、それによって流体が出入りすることができるように、基板に１以上の凹部をドリル加工すること。穴（オリフィス）は１つまたは両方の基板上に設置してもよい。好ましくは、ドリル加工は、開放デバイスの場合、ステップａ）の前、またはステップｂ）の後に基板上で行われ、閉鎖デバイスの場合、ステップａ）の前の第１基板上及び／または組立後の第２基板上で行われる）；
−特に、上記微小流体デバイスの衝撃強度を増加させるために、少なくとも１つのポリマーフィルムを微小流体デバイスの少なくとも１つの面に適用すること；
−使用される流体との親和性を改良するために、例えば親水性処理または親油性処理のような、少なくとも１つの微細構造の内壁面に化学的または物理的処理をすること；
−付属パーツ、例えば電極、磁石、バルブ、シール、及び任意の種類の接続素子を挿入すること。

特に有利には、開放微小流体デバイスの加工は以下の方法で行われる：
−複数の同一のまたは異なるスクリーン印刷形状物を形成するために、機能層でコーティングされたガラス基板上に、スクリーン印刷によって、少なくともガラスフリットと有機媒体の混合物を堆積すること；
−前記スクリーン印刷形状物を焼成すること；
−上記形状物の間で上記基板を切断して、微小流体デバイスを集めること；及び
−完全にまたは部分的に上記微細構造を封止するために、１以上の微小流体デバイスの表面にポリマーフィルムを任意に適用すること。

特に有利には、閉鎖流体デバイスの加工は以下の方法によって行われる：
−複数の同一のまたは異なるスクリーン印刷形状物を形成するために、不連続な機能層でコーティングされたガラス基板上に、スクリーン印刷によって、少なくとも１種のガラスフリットと有機媒体の混合物を堆積すること；
−上記有機媒体を除去するのに十分な温度で上記スクリーン印刷形状物を乾燥すること；
−前記形状物上の第１の基板と同様の寸法で、好ましくは少なくとも１つの凹部を含む第２のガラス基板を置くこと；
−上記前駆体材料が溶融して上記基板と結合することが可能となる温度で得られた組立品を焼成すること；及び
−上記形状物の間の基板を切断して、微小流体デバイスを集めること。

前述の特に有利な方法の１つまたは別の方法で、上記機能層は導電性である。

本発明にしたがって得られる微小流体デバイスは、第１の基板上で、わずかに丸くてもよいほぼ正方形または長方形の断面を有する微細構造を有する。その微細構造は、最大１０００μｍの範囲の深さを有し、好ましくは５〜２００μｍ、及び有利には１０〜１００μｍの深さを有する。すべてガラスで作られるデバイスは、上記構成基板または薄い厚みを有し且つ透明の基板に有効であり、それによって、光学的検出技術に用いることが可能となる。

本発明は以下の図を参照してより理解されるだろう。

３つの変形による、１以上の開放微小流体デバイスの加工方法のステップの模式図である。 １以上の閉鎖微小流体デバイス及び得られる様々な微小流体デバイスの加工方法のステップの模式図である。

図１は、３つの変形による、１以上の開放微小流体デバイスの加工方法のステップの模式図である。

第１変形によれば、所望の形状物が転写されるスクリーン印刷のスクリーン（示さず）が、裸基板Ａ上に置かれ、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体混合物がスキージを用いてスクリーンを通される。スクリーン印刷形状物１はこのように上記基板上に形成される。次いで、前駆体混合物を溶融し上記基板に耐久的に結合するように、上記基板が熱処理される。微小流体デバイス１０は微細構造２を含む。

第２変形によれば、基板Ａは機能層３、例えば導電層でコーティングされる。スクリーン印刷形状物１は第１変形の条件下で堆積され、そして機能層３でコーティングされた下内壁面、微細構造２’を含む微小流体デバイス１０’を形成するように、上記基板が熱処理される。この変形では、ポリマーフィルム４が、上記焼成後に形状物１に適用され、（上面に）「カバー」を形成し（デバイス１０’ａ）、ガラス基板（下面）に特に強化材として機能する「カバー」を形成し（デバイス１０’ｂ）、または下面と上面とに「カバー」を形成する（デバイス１０’ｃ）。

第３変形によれば、基板Ｂは表面にエッチングされた微細構造５、例えば微小流路を含む。スクリーン印刷形状物１は、上記微細構造に対して反対の形状物を配置することによって第１変形の条件下で基板に堆積され、そして上記基板が熱処理されて微小流体デバイス１０”を形成する。このように得られた微細構造２”は大きな体積を有してもよい。

図２に、１以上の閉鎖微小流体デバイス及び得られる様々な微小流体デバイスの加工方法のステップを、再び模式的に示す。

基板は、裸基板Ａ、機能層３でコーティングされた基板Ａ、または表面がエッチングされた微細構造５を含む基板Ｂであってもよい。

図１の第１変形に記載された条件下でスクリーン印刷される形状物１は、前述の基板上に堆積される。上記形状物を備えた基板は、媒体の除去とスクリーン印刷された形状物１の圧密とを確保する温度で熱処理される。

形状物１でコーティングされた基板は第２の基板と共に組み立てられる。第２の基板は裸基板Ａ、連続的な機能層３’でコーティングされた基板Ａ、スクリーン印刷形状物１’を有する基板Ａ、またはエッチングされた微細構造４’を含む基板Ｂでもよい。

上記基板の組み合わせは、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料を溶融すること及び上記基板に結合することに好適な温度で熱処理される。

様々な基板を組み合わせることで得られる微小流体デバイスを、１００ａ〜１００ｉに示す。

以下に示される典型的な実施態様は、それに制限されることなく、本発明を説明するものである。

例１
２つの同一の形状物を、スクリーン印刷によって、一枚のソーダ石灰シリカガラス（寸法：長さ＝１０ｃｍ、幅＝１０ｃｍ、厚み＝０．７ｍｍ）上に形成した。それぞれの形状物は、４ｃｍ間隔を離した２つの２ｃｍ×１ｃｍの大きさの長方形からなるＨ形状の微小流体デバイスに対応し、幅０．２ｃｍの線によって中央で接続されている。

上記形状物を製造するために、スクリーン印刷ペーストが用いられた。スクリーン印刷ペーストは、毎分３０００回転の速度で動作するディスク分散機で、ヒマシ油とチキソトロープ剤をベースとする３４質量部の媒体（Ｆｅｒｒｏから販売されている８０８４０を参照）と１００質量部の低融点鉛フリーホウ酸亜鉛ガラスフリット（ｄ₅₀＝５μｍ；Ｆｅｒｒｏから販売されているＶＮ８２１ＢＪを参照）とを混合して得られた。

上記混合物を、１ｃｍあたり８０〜２００のポリエステル糸で構成されたスクリーン印刷のスクリーンを用いて、ガラスシート上に約１５マイクロメートルの厚みに堆積した。次いで、１００℃で数分乾燥した。

スクリーン印刷した形状物を有するガラスシート上に、上述に画定した長方形に新たに形成した円形の穴（矩形ガラス１つあたり２つの穴、形状物１つあたり４つの穴）を備えた、第１のシートと同じ寸法のソーダ石灰シリカガラスの第２のシートを置いた。２つのシートによって形成した組立品を加熱炉に導入して以下の条件で熱処理した：毎分１０℃の速さで６００℃に加熱して、５分間６００℃で維持して、そして毎分１０℃の速さで室温に冷却した。

上記組立品が、両方のガラスシート上の形状物の間でレーザーによって切断され、そして微小流体デバイスが集められた。

これらのデバイスの流路は１０マイクロメートル程度の深さを有していた。

Claims (25)

1. 少なくとも１つの微細構造を備えた基板を含む微小流体デバイスの加工方法であって、
   ａ）少なくとも１つのスクリーン印刷形状物を、それぞれの形状物が微小流体デバイスに対応する所望のパターンに形成するために、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を、スクリーン印刷によって、前記基板上に堆積すること、
   前記基板はガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選択される材料で作られる；及び
   ｂ）該スクリーン印刷形状物を、該前駆体材料が溶融して該基板に結合することが可能となる温度で焼成すること；
   を含むステップを含むことを特徴とする、微小流体デバイスの加工方法。
2. ステップａ）の後に前記基板の切断を行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ステップｂ）の後に前記切断を行うことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 該基板が、該スクリーン印刷混合物を堆積する面の全部または一部に、機能層をコーティングされることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 該基板が、該スクリーン印刷混合物を堆積する面の全部または一部に微細構造を有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
6. 該微細構造とその外部に関係をもたせるために、基板に少なくとも１つの凹部をドリル加工するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 該ドリル加工が、ステップａ）の前またはステップｂ）の後に、該基板に行われることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 少なくとも１つの微細構造の内壁面に、化学的または物理的処理ステップを行うことを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 少なくとも１つのポリマーフィルムを、該微小流体デバイスの少なくとも１つの面に適用することを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 複数の同一のまたは異なるスクリーン印刷形状物を形成するために、少なくともガラスフリットと有機媒体との混合物を、スクリーン印刷によって、機能層でコーティングしたガラス基板上に堆積すること；
    前記スクリーン印刷形状物を焼成すること；
    該形状物の間の該基板を切断し、該微小流体デバイスを集めること；及び
    完全にまたは部分的に該微細構造を封止するために、ポリマーフィルムを１以上の微小流体デバイスの表面に任意に適用すること；
    を含む、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 該機能層が導電層であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 少なくとも２つの基板と少なくとも１つの微細構造を含む微小流体デバイスの加工方法であって、
    ａ）少なくとも１つのスクリーン印刷形状物を、それぞれの形状物が微小流体デバイスに対応する所望のパターンに形成するために、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を、スクリーン印刷によって、前記基板上に堆積すること、
    前記基板はガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選択される材料で作られる；
    ｂ）前記スクリーン印刷した形状物を、該有機媒体を除去するのに十分な温度で任意に乾燥すること；
    ｃ）前記第１の基板と同一のまたは異なるガラス、ガラス−セラミック、及びセラミックから選ばれる材料で作られる第２の基板を、該スクリーン印刷形状物上に置くこと；及び
    ｄ）得られた組立品を、該前駆体材料が溶融して該基板に結合することができる温度で焼成すること；
    のステップを含むことを特徴とする、微小流体デバイスの加工方法。
13. 該第１の基板及び／または該第２の基板を切断するステップを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 該第１の基板が、ステップａ）の後、好ましくはステップｂ）の後に切断され、及び該第２の基板がステップｄ）の後に切断されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
15. 該第１の基板が機能層でコーティングされ、または該スクリーン印刷混合物が堆積される面の全部または一部に微細構造を含むことを特徴とする、請求項１２〜請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 該第２の基板が、機能層でコーティングされること、ガラス、ガラス−セラミック、またはセラミック、の前駆体材料、及び有機媒体の混合物を用いてスクリーン印刷される形状物で覆われること、または該スクリーン印刷混合物が堆積される面の全部または一部に微細構造を含むこと、を特徴とする、請求項１２〜請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 該基板を組み立てる前にスペーサーが堆積されることを特徴とする、請求項１２〜請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 該スペーサーが該スクリーン印刷混合物に導入されること、または該第１の基板及び／若しくは該第２の基板上にガラスフリット状で堆積されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 該ガラスフリットが、該形状物の外側、または該形状物の間に堆積されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 該微細構造とその外部に関係をもたせるために、該第１の基板及び／または該第２の基板に少なくとも１つの凹部をドリル加工するステップを含むことを特徴とする、請求項１２〜請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 該ドリル加工が、ステップａ）の前に該第１の基板上で行われること、及び／または該基板が組み立てられる前に該第２の基板上で行われることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 少なくとも１つのポリマーフィルムを該微小流体デバイスの少なくとも１つの面上に適用することを含むことを特徴とする、請求項１２〜請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 少なくとも１つの微細構造の内壁面に化学的または物理的処理ステップが行われることを特徴とする、請求項１２〜請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 複数の同一のまたは異なるスクリーン印刷形状物を形成するために、少なくとも１種のガラスフリットと有機媒体の混合物とを、不連続な機能層でコーティングされたガラス基板上に、スクリーン印刷によって堆積すること；
    前記スクリーン印刷形状物を、該有機媒体を除去するのに十分な温度で乾燥すること；
    該第１の基板と同様の寸法の、好ましくは少なくとも１つの凹部を含む第２のガラス基板を、前記形状物上に置くこと；
    得られた組立品を、該前駆体材料が溶融して該基板に結合することができる温度で焼成すること；及び
    該形状物の間の該基板を切断し、及び該微小流体デバイスを集めること；
    を含む、請求項１２〜請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 該機能層が導電層であることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。

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