JP2011524807A - 波形の搬送プレートを有する混合デバイス - Google Patents
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Abstract
少なくとも2種の成分を含有する接着剤を混合するための混合デバイス(10)が、それぞれのカバープレート(20、22)で各々被覆された第1および第2の溝付き表面を有する搬送プレート(12)を備える。搬送プレートと、その両側にあるカバープレートとは協働して、混合デバイスを通って延在している複数の隔てられたチャネル(30、32)を画定する。チャネルの吐出端部(30D、32D)は、互いに噛み合わされる。第1および第2の分配マニホルド(40、42)が、混合デバイス内に画定される。1種の接着剤成分を受け入れるように構成された供給ポート(20S)が、それぞれのカバープレート(20)を通って、分配マニホルド(40)のうちの1つと流体連通するように延在する。
Description
優先権の主張
本出願は、参照により本明細書に援用される以下の米国仮特許出願の各々の優先権を主張するものである:
(1)Mixing Device Having Opposed Supply Ports and A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,559号(CL−4042);
(2)Adhesive Dispenser Apparatus Having Opposed Supply Ports、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,563号(CL−4293);
(3)Mixing Device Having Rearwardly Positioned Supply Ports And A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,565号(CL−4294);
(4)Adhesive Dispenser Apparatus Having Rearwardly Positioned Supply Ports、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,570号(CL−4295);
(5)Mixing Device Having Laterally Adjacent Supply Ports And A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,551号(CL−4296);
(6)Adhesive Dispenser Apparatus Having Laterally Adjacent Supply Ports、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,546号(CL−4297);
(7)Method For Fabricating A Mixing Device Having A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,539号(CL−4298);および
(8)Method For Fabricating A Dispenser Apparatus Having A Mixing Device With A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,557号(CL−4318)。
本出願は、参照により本明細書に援用される以下の米国仮特許出願の各々の優先権を主張するものである:
(1)Mixing Device Having Opposed Supply Ports and A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,559号(CL−4042);
(2)Adhesive Dispenser Apparatus Having Opposed Supply Ports、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,563号(CL−4293);
(3)Mixing Device Having Rearwardly Positioned Supply Ports And A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,565号(CL−4294);
(4)Adhesive Dispenser Apparatus Having Rearwardly Positioned Supply Ports、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,570号(CL−4295);
(5)Mixing Device Having Laterally Adjacent Supply Ports And A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,551号(CL−4296);
(6)Adhesive Dispenser Apparatus Having Laterally Adjacent Supply Ports、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,546号(CL−4297);
(7)Method For Fabricating A Mixing Device Having A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,539号(CL−4298);および
(8)Method For Fabricating A Dispenser Apparatus Having A Mixing Device With A Corrugated Conveying Plate、2008年6月18日に出願された仮特許出願第61/073,557号(CL−4318)。
本発明は、速硬化性の多液型接着剤、特に医療用接着剤の分配に用いられる装置、さらに具体的には、多液型のポリマー組織接着剤を混合するための混合デバイスの様々な実施形態、それを作製するための方法、混合デバイスを組み込んだディスペンサ装置およびディスペンサ装置を作製するための方法に関する。
速硬化性の二液型接着剤は、成分を合わせて混合すると数秒以内に硬化する接着剤である。このような速硬化性の二液型接着剤には、多くの潜在的な医療用途用の組織接着剤としての使用を含め、多くの用途がある。このような潜在的な医療用途としては、局所的な創傷の閉鎖、角膜に対する合成アンレーまたはインレーの接着、薬剤の送達、手術後の癒着を防ぐための癒着防止バリアの提供、および内部外科手術における縫合糸またはステープルの補完または代用が挙げられる。医療用途に適するためには、このような組織接着剤は、速硬化性で、優れた機械的強度を有し、下層の組織に結合することが可能であり、ウイルス感染のリスクのないものでなければならない。このような組織接着剤が毒性の分解生成物を放出しないことが、内部用途には特に重要である。
このような速硬化性の二液型接着剤の成分は、塗布の部位において、または塗布の直前(すなわち、通常は数秒以内)に混合されなければならない。接着剤を組織に塗布する際、2種の成分を合わせて混合するのに従来のスタティックミキサーが用いられている。これらの従来のスタティックミキサーは、通常、蛇行経路を用いる。この蛇行経路内で混合動作が行われた後、接着剤が混合経路から出る。このような従来のスタティックミキサーの典型例は、Med Mix Systems AG(Rotkreuz,Switzerland)およびMix Tek System LLC(New York,New York)によって販売されるデバイスである。
また、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,595,712号明細書には、平面構造内で蛇行経路を用いる静的な混合デバイスが開示されている。
これらの先行技術のスタティックミキサーは、接着剤の断続的な塗布が必要とされる医療用途に用いるのに不都合であると考えられている。ミキサーを通る接着剤の流れが一時的にでも中断されると、混合された成分の粘度が急速に上昇する。ゲル化として知られているこの粘度上昇が、非常に急速に起こり得るため、ミキサーの経路が詰まり、それによって接着剤の流れの続行が妨げられる。
上述したスタティックミキサーの他に、電動の羽根車および磁気攪拌子などのダイナミックミキサーが用いられている。しかしながら、これらのデバイスは、高価で扱いにくい上、これらで混合し過ぎると接着剤を傷めるおそれがあるため医療用途には特に受け入れられない。
したがって、上記に鑑みて、先行技術のデバイスおよびそれを用いたディスペンサ装置の詰まりの問題のない、速硬化性の多液型接着剤を適切に混合することができる混合デバイスが必要とされていると考えられる。
第1の態様において、本発明は、少なくとも2種の成分を含有する接着剤を混合するための混合デバイスに関する。混合デバイスは、第1および第2の表面を有する搬送プレートを備え、各表面は、それぞれの第1および第2のカバープレートで被覆されている。搬送プレートの各表面には、複数の溝が形成されており、各表面上の各溝は、中間にあるランド部(land)によって当該表面上の隣接する溝と隔てられている。被覆カバープレートは、搬送プレートのそれぞれの第1および第2の表面上のランド部と接触して配置される。
カバープレートと搬送プレートのそれぞれの表面とは協働して、混合デバイスを通って延在する複数の隔てられたチャネルを画定する。各チャネルは、供給端部および吐出端部を有する。チャネルは互いに噛み合って配置される。すなわち、搬送プレートおよびその対応する被覆カバープレートの表面上の溝から形成される各チャネルの吐出端部は、搬送プレートおよびその対応する被覆カバープレートの他方の表面上の溝から形成される少なくとも1つのチャネルの吐出端部に隣接している。
カバープレートの各々と搬送プレートのそれぞれの表面とが協働して、混合デバイス内に第1および第2の分配マニホルドを画定する。各分配マニホルドはそれぞれ、第1および第2の組のチャネルの供給端部と連通している。接着剤の成分の1種を受け入れるように各々が構成された第1および第2の供給ポートが、第1および第2の分配マニホルドのそれぞれ1つと流体連通して配置される。
本発明の混合デバイスの第1の実施形態において、各供給ポートが、両側にあるカバープレートのそれぞれ1つを通って、カバープレートと搬送プレートとの間に画定された分配マニホルドと流体連通するように延在している。
混合デバイスの第2の実施形態において、カバープレート上の後縁面と搬送プレート上の後縁面とが協働して、混合デバイスの後面を画定する。この実施形態において、供給ポートは、混合デバイスの後面を通って、それぞれの分配マニホルドと流体連通するように延在している。特に、供給ポートは、カバープレートおよび搬送プレートの後縁面に付けられた開口部によって画定される。
混合デバイスの第3の実施形態において、個々に分かれた、側方向に隣接している供給ポートが、カバープレートの1つの表面に開口している。第1の供給ポートは、第1のカバープレートを通って、第1の分配マニホルドと連通するように延在している。第2の供給ポートは、第1のカバープレートおよび搬送プレートの両方を通って、第2のカバープレートと搬送プレートの他方の表面との間に画定された第2の分配マニホルドと流体連通するように延在している。
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本発明の別の態様は、上記で要約した混合デバイスの実施形態の1つを組み込んだ接着剤ディスペンサ装置に関する。
ディスペンサ装置は、混合デバイスと、第1および第2のカバープレートに連結されたヘッダーとを含む。ヘッダーには、第1および第2の経路がそれを通って延在している。ヘッダーの経路がそれぞれ、混合デバイスの第1および第2の供給ポートと流体連通して配置されるように、ヘッダーは、混合デバイスに接触して連結される(すなわち、流体を通さないように物理的に当接される)。
第1の実施形態において、ディスペンサは、混合デバイスの第1の実施形態を用いる。ヘッダーは、合わせて結合された第1および第2のヘッダーブロックから形成される。各ヘッダーブロックが、エポキシ接着剤と同様に、カバープレートの1つの主面に物理的に結合される。
第2の実施形態において、ディスペンサは、混合デバイスの第2の実施形態を用いる。本発明のこの実施形態のヘッダーは、エポキシ接着剤と同様に、少なくとも搬送プレートの後縁面に物理的に結合された一体のブロックとして形成される。それに加えてまたはその代わりに、ヘッダーは、カバープレートの後縁面および/またはカバープレートの主面のいずれかにおいて、カバープレートの少なくとも1つに物理的に結合され得る。
第3の実施形態において、ディスペンサは、混合デバイスの第3の実施形態を用いる。本発明のこの実施形態において、ヘッダーは、エポキシ接着剤と同様に、供給ポートが開口しているカバープレートに物理的に結合された一体のブロックとして形成される。
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別の態様において、本発明は、混合デバイスを作製するための方法に関する。本方法は、
a)溝付き搬送プレートを提供する工程と;
b)窪んでいる第1および第2のカバープレートを搬送プレートのそれぞれの表面に結合し、それによって第1および第2の組の隔てられた互いに噛み合わされたチャネルならびに第1および第2の分配マニホルドを画定する工程と;
c)カバープレートの表面を通るそれぞれの供給ポートを形成する工程と
を含む。各ポートは、それぞれの分配マニホルドと流体連通して配置される。
a)溝付き搬送プレートを提供する工程と;
b)窪んでいる第1および第2のカバープレートを搬送プレートのそれぞれの表面に結合し、それによって第1および第2の組の隔てられた互いに噛み合わされたチャネルならびに第1および第2の分配マニホルドを画定する工程と;
c)カバープレートの表面を通るそれぞれの供給ポートを形成する工程と
を含む。各ポートは、それぞれの分配マニホルドと流体連通して配置される。
好ましくは、搬送プレートはシリコンであり、カバープレートはガラスである。搬送プレートの溝は、エッチングによって形成される。結合工程は、ガラスのカバープレートをシリコンの搬送プレートに陽極接合することによって行われる。
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さらに別の態様において、本発明は、少なくとも2種の成分を含有する接着剤を分配するためのディスペンサ装置を作製するための方法に関する。本方法は、
a)隔てられた互いに噛み合わされたチャネルの組を形成するカバープレートが結合された溝付き搬送プレート、チャネルと連通している分配マニホルド、およびマニホルドと流体連通して配置された供給ポートを有する混合デバイスを作製する工程と;
b)ヘッダーが混合デバイスに接触して流体を通さないように物理的に当接されるとともに、ヘッダーの経路が混合デバイスの供給ポートと流体連通して配置されるように、経路が形成されたヘッダーを混合デバイスに連結する工程と
を含む。
a)隔てられた互いに噛み合わされたチャネルの組を形成するカバープレートが結合された溝付き搬送プレート、チャネルと連通している分配マニホルド、およびマニホルドと流体連通して配置された供給ポートを有する混合デバイスを作製する工程と;
b)ヘッダーが混合デバイスに接触して流体を通さないように物理的に当接されるとともに、ヘッダーの経路が混合デバイスの供給ポートと流体連通して配置されるように、経路が形成されたヘッダーを混合デバイスに連結する工程と
を含む。
本発明は、本出願の一部を成す添付の図とともに理解される以下の詳細な説明からより完全に理解されよう。
以下の詳細な説明を通して、図面中の全ての図における類似の参照符号は、類似の要素を指す。
図1〜5は、本発明の一態様に係る、参照文字101によって全体的に示される混合デバイスの第1の実施形態を示す。混合デバイス101は、先行技術のスタティックミキサーに付随する詰まりをなくしながら、十分に混合された二液型接着剤を組織の所望の領域に断続的に塗布することを可能にする。
混合デバイス101は、それぞれの第1のカバープレート20および第2のカバープレート22によって被覆された中心搬送プレート12を備える。各カバープレート20、22は、それぞれの前縁面20F、22F(図2、5)およびそれぞれの後縁面20R、22R(図5)を有する。カバープレートは、ホウケイ酸ガラスから形成されるのが好ましい。あるいは、カバープレートは、ポリマー材料、複合材料、結晶性材料、および/または金属から形成され得る。カバープレートは、通常、厚さ1ミリメートル(1.0mm)である。
中心搬送プレート12は、それぞれの第1の主面14および第2の主面16(図2)ならびにそれぞれの前縁副面12F(図2、5)および後縁副面12R(図5)を有する。前縁面12Fならびにカバープレート20、22の前縁面20Fおよび22Fは協働して、混合デバイス101の前面10Aを形成する(図5)。同様に、後縁面12Rならびにカバープレート20、22の後縁面20Rおよび22Rは協働して、混合デバイス101の後面10Pを形成する。
搬送プレート12は、<100>結晶シリコンから形成されるのが好ましい。あるいは、搬送プレートは、ポリマー材料、複合材料、ガラスまたは金属から形成され得る。
図2に最もよく示されるように、搬送プレート12の各主面14、16には、複数の溝14G、16Gがそれぞれ形成されている。各主面14、16の各溝14G、16Gは、中間にあるランド部14L、16Lによって、当該表面上の隣接する溝と隔てられ、それによって、十分に波形の形態が搬送プレート12に付与される。
搬送プレート12の主面14上の溝付き領域は、2つの平坦な外側縁14Mおよび後側縁14R(図2)によって3つの側面を囲まれる。搬送プレート12の主面16上の溝付き領域は、2つの平坦な外側縁16M(図4)および後側縁16R(図5)によって同様に囲まれる。
搬送プレート12の両側にある主面上の隣接する溝14G、16Gは、所定の厚さ寸法18T(図3A)を有するウェブ18によって側方向が隔てられている。
第1のカバープレート20および第2のカバープレート22はそれぞれ、搬送プレート12の第1の主面14および第2の主面16を被覆している。各カバープレート20、22は、当該カバープレートが対向する搬送プレート12の主面上の縁部およびランド部に対して接触して配置される。したがって、カバープレート20は、搬送プレート12の対向する主面14上の縁部14M、14Rおよびランド部14Lと接触している。同様に、カバープレート22は、搬送プレート12の対向する主面16上の縁部16M、16Rおよびランド部16Lと接触している。
各カバープレート20、22、および搬送プレート12の対応するそれぞれの対向する主面14、16は協働して、混合デバイス101を通って延在する、隔てられた第1の組のチャネル30および第2の組のチャネル32を画定する。図5に示されるように、各チャネル30、32は、その供給端部30S、32Sとその吐出端部30D、32Dとの間にわたる所定の長さ寸法30L、32Lを有する。チャネル軸30A、32A(図3、3Aおよび4において符号「x」で示される)が、各チャネルを通ってその供給端部からその吐出端部まで延在している。
チャネルの長さ寸法30L、32Lは、搬送プレート12の全長と整合する任意の好ましい値であり得る。搬送プレートの第1の表面上のチャネルの組における、チャネル30の長さ30Lは、互いに対して、および搬送プレートの第2の表面上のチャネルの組における、チャネル32の長さ32Lにほぼ等しい。
搬送プレート12は、約10ミリメートル(10mm)の長さ12L(図5)を有する。搬送プレート12の幅寸法は、搬送プレートの両側にある表面上のチャネルの組におけるチャネルの数によって決まる。図1〜5(図では、搬送プレート12の表面14に6つで1組のチャネルが配置される一方、反対側の表面16には5つで1組のチャネルが配置される)に示される混合デバイス101では、幅寸法は約10ミリメートル(10mm)である。より多数のチャネルが所望される場合、搬送プレート12の幅寸法がそれに比例して増加されることになることを理解されたい。同様に、チャネルの幅が広くなるほど、搬送プレート12の幅寸法が増加されることになる。
また、搬送プレート12の長さおよび幅が、混合デバイス101ならびに本明細書において後に記載される混合デバイス102(図11、12)および103(図13、14)の様々な他の実施形態の全長および全幅寸法を決定する。
図5に最もよく示されるように、混合デバイス101の前面10A(同一平面内にある前縁面20F、22Fおよび12Fによって画定される)は、チャネル軸30A、32Aに対して垂直である。しかしながら、図6に示されるように、前面10Aは、チャネル軸30A、32Aに対して傾斜されていてもよい。いずれの構成(すなわち、軸に対して前面10Aが垂直かまたは傾斜している)も、混合デバイスのいずれの他の実施形態102、103とともに用いてもよいことに留意されたい。
また、図6に示唆されるように、前縁面20F、22Fの角隅部20C、22Cの一方または両方が丸みを帯びていてもよい。
チャネル30、32は、それらの吐出端部が互いに噛み合わされるように配置される(図1、3、3Aおよび4)。「互いに噛み合わされる」とは、各チャネル30の吐出端部30Dが少なくとも1つのチャネル32の吐出端部32Dに隣接していることを意味している。
ウェブ18の厚さ寸法18T(図3A)は、隣接するチャネル間の間隔が可能な限り近くなるように、搬送プレート12の構成材料と整合する最小厚さであるのが好ましい。約10〜100マイクロメートルの厚さ寸法18Tが好ましい。
これ以降で示されるように、使用の際、近くに隣接するチャネルの隣接する吐出端部30D、32D間のこの互いに噛み合わされた構成により、チャネル30から出る接着剤の1種の成分が、チャネル32から出る接着剤の他の成分と側方向に隣接して接触される。搬送プレートの両側の表面上の側方向に隣接するチャネルから出る接着剤の成分は、合わさって拡散して、拡散混合がなされる。
図1〜5に示される混合デバイス101において、チャネル30の軸30Aは互いに平行である。これらの軸30Aは、互いに同一平面内にあるようにも示されている(すなわち、それらの軸は共通の面30R内にある、図3A)。同様に、チャネル32の軸32Aも、互いに平行であり、また、共通の面32R内にある。さらに、チャネル30の軸30Aは、チャネル32の軸32Aに平行である。
図7A、7B、7Cおよび7Dに示されるように、チャネルの吐出端部30D、32Dにおける噛み合わされた関係を保ちながら、チャネル軸の他の構成が可能である。チャネル軸のこれらの代替的な構成のいずれも、本発明の混合デバイスの実施形態101、102、または103のいずれとともに用いてもよい。
図7Aにおいて、主面14上のチャネル30の軸30Aが互いに平行である一方、主面16上のチャネル32の軸32Aが互いに平行である。しかしながら、軸30Aの各々は、軸32Aの各々に対して鋭角をなして配向される。
図7Bは、チャネル30の軸30Aが互いに対して鋭角をなして配向された構成を示す。同様に、チャネル32の軸32Aも互いに対して鋭角をなして配向される。しかしながら、軸30A、32Aは平行に配置されないが、軸30A、32Aの対は、必要に応じて、互いに平行であることがある。
図7Cおよび7Dは、軸30A、32Aが直線でない構成を示す。図7Cにおいて、軸30A、32Aは、折れ線線形である(piece−wise linear)。図7Dにおいて、軸30A、32Aは、湾曲した部分を含む。
接着剤の成分の一方または両方が、搬送プレートまたはカバープレートのいずれかの材料に親和性を示す場合があり得る。したがって、チャネル30、32の表面が接着剤成分に対して親和性を欠く(すなわち、接着剤成分をはじく)ように、チャネル30、32の表面を処理するのが望ましいことがある。したがって、図3Aに示されるように、好ましい場合、搬送プレート12の各主面の溝付き部分およびカバープレート20、22の表面の被覆部分には、シロキサン含有層34が設けられている。層34は厚さ34Tを有する。厚さ34Tは、10マイクロメートル未満であるのが好ましい。好ましいシロキサン含有材料は、「SurfaSil」(商標)の商品名でThermo Fisher Scientific Inc.(Rockford,Illinois)によって販売されるシリコン処理(siliconizing)流体である。
また、シロキサン含有層36が、混合デバイスの前面10A(図5および6)に設けられてもよい。チャネル30、32の表面を処理するのに用いられる同じシロキサン含有材料が用いられてもよい。
第1の組のチャネル30および第2の組のチャネル32の各チャネルは、それらを通って延在する軸に垂直な面で測定されて、所定の断面積を有する。
接着剤成分の流速が同じであると仮定すると、第1の組のチャネル30の断面積対第2の組のチャネル32の断面積の比率により、分配される接着剤の第1および第2の成分の体積の比率が決まる。
図3および3Aにおいて、チャネル30および32の断面積はほぼ等しいため、吐出端部30D、32Dから出る接着剤成分の体積がほぼ等しい。しかしながら、異なる分配体積の接着剤成分が所望される場合、図8に示されるように、チャネル30および32の断面積は互いに異なっていてもよい。
また、チャネルは、異なる断面形状を有していてもよい。例えば、図8にも示されるように、チャネル30(および/または32)は、断面形状が三角形(ほぼ等辺三角形)であってもよい。あるいは、チャネル32(および/または30)は、断面形状が台形であってもよい。これらの三角形および/または台形の形状は、搬送プレート12が<100>結晶シリコンをエッチングすることによって作製される場合に生じる。異なる材料および/または異なる作製方法が用いられる場合には、矩形または半円形などの他の断面形状が生成されることがある。
チャネルのサイズおよび/または形状のうち、これらの代替的な関係のいずれも、本発明の混合デバイスの実施形態101、102、または103のいずれとともに用いてもよい。
シリコン搬送プレート12の典型的な厚さ寸法は、約300〜500マイクロメートルである。三角形のチャネル(図8のチャネル30など)については、三角形の典型的な脚部寸法は、約200〜350マイクロメートルである。台形のチャネル(図8のチャネル32など)については、チャネルの幅は、台形の2つの平行な辺のうちの長い方に沿って測定した際に、500マイクロメートル以下である。チャネルの深さは、台形の2つの平行な辺の間で測定した際に、通常、約200〜300マイクロメートルである。
カバープレート20、22の各々および搬送プレート12のそれぞれの主面14、16は協働して、混合デバイス101(図1、4および5)内の第1の分配マニホルド40および第2の分配マニホルド42を画定する。
チャネルがどのような配置、サイズまたは形状であるかにかかわらず、各分配マニホルド40、42はそれぞれ、第1の組のチャネル30および第2の組のチャネル32の供給端部30S、32Sと連通する。一般に、チャネル30、32の断面積は、混合デバイス内に形成された分配マニホルド(後に記載される)がチャネルを通る流れが発生する前に満たされるように十分に小さくすべきである。
図1〜5に示される混合デバイス101の実施形態において、各分配マニホルド40、42は、各カバープレート20、22に設けられた凹部20T、22T(図2)によって画定される。代替例として、図9および10に示されるように、搬送プレート12の主面の一方または両方にはまた、キャビティ14C、16Cが形成されていることがある。搬送プレート12の主面の一方または両方のキャビティ14C、16Cは、それぞれの対向するカバープレートに形成された凹部20T、22Tとともに協働して、混合デバイス101の拡大された分配マニホルド40’、42’を画定する。拡大された分配マニホルド40’、42’は、必要に応じて、混合デバイスの他の実施形態102、103に同様に形成されてもよい。
接着剤のそれぞれの成分を各分配マニホルド内に導入するのを(それがどのように構成されていようと)可能にするために、供給ポートが設けられる。これ以降で示されるように、供給ポートの様々な配置が、混合デバイスおよびそれを用いた分配装置の様々な実施形態を画定する。
混合デバイス101の場合、供給ポート20S1、22S1が、各それぞれの両側にあるカバープレート20、22を通って、場合によっては、各分配マニホルド40、42(図4および5)またはそれぞれの拡大された分配マニホルド40’、42’(図9および10)まで反対側において延在している。ポート20S1、22S1は、機械加工またはエッチングなどの任意の好適な手段を用いて形成され得る。
図11および12に示される代替的な実施形態において、各供給ポート20S2、22S2は、混合デバイス102の後方に位置決めされて、その後面102Pを通って、それぞれの分配マニホルド40、42(または40’、42’)と連通するように延在している。図示されるように、各供給ポート20S2、22S2は、それぞれのカバープレート20、22および搬送プレート12に形成される。あるいは、各供給ポート20S2、22S2は、それぞれのカバープレート20、22に全体的に形成されてもよい。供給ポート20S2、22S2を形成するための任意の好適な技術を用いることができる。
図13および14は、混合デバイス103のさらに別の代替的な実施形態を示し、この実施形態では、供給ポート20S3、22S3の両方が、互いに対して側方向に隣接し、互いに個別に分かれており、同じカバープレートを通って延在している。供給ポート20S3は、カバープレート20を通って形成され、分配マニホルド40(または40’)まで延在している。供給ポート22S3は、カバープレート20および搬送プレート12の両方を通って分配マニホルド42(または42’)まで延在している。この実施形態の供給ポート20S3、22S3のこの側方向に隣接する位置決めに対処するために、マニホルド40、42(または40’、42’)が、十分な距離だけ互いにオフセットされていなければならないことが留意される。図13、14A、14Bおよび17に示唆されるように、オフセット距離は、左右におよび/または前後に延在し得る。
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それぞれの混合デバイス101、102または103の実施形態のいずれかを組み込んだディスペンサ装置1101、1102または1103も、本発明の意図の範囲内にある。
いずれの場合も、ディスペンサ装置1101、1102または1103は、混合デバイスに連結されたヘッダー501、502または503を含む。各ヘッダー501、502または503には、第1および第2の経路がそれを通って延在している。「連結された」とは、ヘッダーの経路が混合デバイスの供給ポートと流体連通して配置されるように、ヘッダーが混合デバイスに対して流体を通さないように物理的に当接されることを意味している。ヘッダー501、502または503とその関連する混合デバイス101、102または103との間の連結は、ヘッダーを混合デバイスの適切な位置に物理的に結合することによって行われる。
混合デバイスに対するヘッダーの結合は、取り外し不可能であっても、または取り外し可能であってもよい。混合デバイスがディスペンサ内で1回だけ用いられることが意図される場合、ヘッダーに対する混合デバイスの結合は、取り外し可能になされるのが望ましい。その後、ヘッダーは、再利用のために清浄化され得る。
図15は、図1〜5に示される混合デバイス101の実施形態を組み込んだ、参照文字1101によって全体的に示されるディスペンサ装置の断面図である。
ディスペンサ装置1101は、第1のヘッダーブロック150および第2のヘッダーブロック152を含むヘッダー501を含む。ヘッダーブロックは、(図示されるように)物理的に別個であってもまたは結合されていてもよい。各ヘッダーブロック150、152は、第1のカバープレート20および第2のカバープレート22にそれぞれ連結される。各ヘッダーブロック150、152には、経路150P、152Pが形成されている。連結によって、各経路150P、152Pは、混合デバイス101に形成されたそれぞれの供給ポート20S1、22S1の一方と流体連通して配置される。このため、接着剤の成分を、ヘッダーブロック150、152の経路150P、152P内に導入し、それぞれの供給ポート20S1、22S1を通して、それぞれの分配マニホルド40、42(または40’、42’)内に導入することができる。
この実施形態において、ヘッダーブロック150、152は、ヘッダーおよびカバープレートの構成材料と整合する任意の好適な結合方法を用いて、それぞれの第1のカバープレート20および第2のカバープレート22に物理的に結合されるのが好ましい。ヘッダーおよびカバープレートがガラスまたは石英ガラスで作製された構成においては、紫外線で硬化されるエポキシが、これらの部材を恒久的に結合するのに適していることが分かっている。ヘッダーおよびカバープレートがシリコンで作製される場合、それらは合わせて熱融着され得る。ヘッダーおよびカバープレートがポリマー材料で作製される場合、それらは、超音波で結合されるかまたは合わせて溶接され得る。カバープレートの主面において物理的結合が行われるのが好ましい。
あるいは、取り外し可能な機械的結合の構成(例えば、圧着(clamping)構成)を用いて、いずれかの材料で作製されたヘッダーおよびカバープレートを結合してもよい。
図16に示されるディスペンサ装置1102の第2の実施形態は、図11および12に例示される混合デバイス102を用いる。ディスペンサ装置1102は、混合デバイス102の後面に連結されたヘッダー502を含む。
この場合、ヘッダー502は、第1のヘッダーブロック250および第2のヘッダーブロック252を備える。ブロック250、252は、平坦な接触表面に沿って結合される。各ヘッダーブロック250、252には、それぞれの経路250P、252Pが形成されている。経路250P、252Pはそれぞれ、第1の供給ポート20S2および第2の供給ポート22S2と流体連通して配置される。
図11および12とともに上述したように、供給ポート20S2、22S2は、カバープレート20、22のそれぞれの後面20R、22Rを通過する。このため、接着剤の成分を、ヘッダー250、252の経路250P、252P内に導入し、それぞれの供給ポート20S2、22S2を通して、それぞれの分配マニホルド40、42(または40’、42’)内に導入することができる。
この構成において、ヘッダーブロック250、252は、少なくとも、搬送プレート12の後面12Rならびに第1のカバープレート20および第2のカバープレート22の後面20R、22Rにそれぞれ物理的に結合される。ブロック250、252は、カバープレート20、22の主面にも物理的に結合され得る。これらの物理的な結合は、図15とともに説明されるのと同じように行われ得る。
ディスペンサ装置1103の第3の実施形態は、図17、18Aおよび18Bに示される。この第3の実施形態1103は、図13および14に示される混合デバイス103を用いる。ディスペンサ装置1103は、第1のカバープレート20に連結されたヘッダー503を含む。ヘッダー503は、一体のヘッダーブロック350を含む。
ヘッダーブロック350には、第1の経路350Pおよび第2の経路352Pが形成されている。経路350Pは、カバープレート20の第1の供給ポート20S3と流体連通して配置される。経路352Pは、第2の供給ポート22S3と流体連通して配置される。第2の供給ポート22S3は、第1のカバープレート20および搬送プレート12を通過し、第1の供給ポート20S3および第1のマニホルド40(または40’)とは個別に分かれている。
ヘッダーブロック350は、上述した結合手段のいずれかを用いて、カバープレート20に物理的に結合される。
ここで、接着剤の第1の成分を、ヘッダー350の経路350Pに導入し、供給ポート20S3を通して、分配マニホルド40(または40’)に導入することができる。ここで、接着剤の第2の成分を、ヘッダー350の経路352Pに導入し、供給ポート22S3を通して、分配マニホルド42(または42’)に導入することができる。
使用の際、接着剤の成分は、参照文字Sによって全体的に示される供給ユニットから、場合により、ディスペンサ1101、1102、1103のヘッダー501、502、503のそれぞれの経路内に導入される。供給ユニットSは、チャンバS1およびS2を有し、その各々が接着剤成分の1種を保持する。
各接着剤成分は、そのそれぞれのチャンバS1およびS2からヘッダー501、502、503のそれぞれ経路に流れ込むことによってかかる原動力に影響される。原動力は、等しい体積の接着剤成分が供給ユニットSのチャンバS1およびS2から混合デバイス101、102、103に流れ込むように、容積式機構によって与えられるのが好ましい。
次に、成分は、それぞれの供給ポートを通過してそれぞれの分配マニホルド40、42(または40’、42’)に入る。各成分の流れ方向は、それぞれの流れの矢印A1およびA2によって示されている。
混合デバイス101、102、103のチャネル30、32の各々の断面積は、接着剤成分のいずれもがチャネルを通って流れる前にマニホルドが完全に満たされるように、マニホルドの断面積と比較して十分に小さい。原動力を継続して加えると、接着剤成分が、チャネルを通って、それぞれの供給端部30S、32Sから吐出端部30D、32Dへと流される。
接着剤成分は、分配される成分の体積比にかかわらず、チャネルの吐出端部30D、32Dに同時に到達するのが望ましい。接着剤成分を吐出端部30D、32Dから同時に出させると、確実に成分の混合がすぐに開始することになる。また、接着剤成分を同時に出すことにより、事前に分配された接着剤成分を除去するために混合デバイスの吐出端部を拭う必要がなくなる。
等しい体積の各接着剤成分(すなわち、体積比が1.0)を必要とする用途では、混合デバイス10を通る各経路の体積の合計が等しいことが重要である。
各経路の体積は、各経路セグメント(すなわち、それぞれのヘッダー経路;供給ポート;マニホルドおよびチャネル)の体積の合計によって決まる。記載のとおり、各チャネルの体積は、当該チャネルの断面積および長さによって決まる。このため、このような用途では(他の経路セグメントの体積が等しいと仮定して)、チャネル30、32は、等しい断面積および等しいチャネル長さ30L、32Lを有するべきである。
1.0以外の比率の成分を必要とする用途では、様々な経路セグメントの体積を適切に調節することができる。実際には、最も好都合な調節は、図8とともに上述したように、チャネルの断面積を所望の成分比に合わせて変更することである。
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カバープレートおよび搬送プレートを形成する技術は、これらの部材に用いられている材料に依存する。好適な材料としては、ポリマー材料、複合材料、結晶性材料、ガラス、および金属が挙げられる。
カバープレートおよび搬送プレートがポリマー材料または複合材料から作製される場合、搬送プレートの第1および第2の表面両方の溝ならびにカバープレートの凹部は、成形によって形成され得る。供給ポートも、成形プロセスの際に形成される。圧縮成形または射出成形技術のいずれかを用いることができる。このような材料を用いて、カバープレートは搬送プレートに結合(例えば、超音波溶接)され得る。
カバープレートおよび搬送プレートが結晶性材料以外の金属材料から作製される場合、搬送プレートの第1および第2の表面両方の溝ならびにカバープレートの凹部および供給ポートは、ダイヤモンドコーティング工具を用いた砥粒加工などの任意の好適な機械加工方法によって形成され得る。このような構造において、カバープレートは、はんだ付けなどの任意の好適な技術によって、搬送プレートに結合され得る。
カバープレート20、22用の好ましい材料は、ガラス、特にホウケイ酸ガラスまたは石英ガラスである。このような材料では、カバープレートの凹部は、砥粒加工によって、すなわち、ダイヤモンドコーティング工具または超硬工具を用いて形成される。供給ポート20S1、22S1または20S3、22S3は、砥粒ドリル加工によって、好ましくはダイヤモンドコーティングドリルまたはダイヤモンドコーティング穴鋸を用いて形成され得る。供給ポート20S2、22S2は、砥粒加工、好ましくはダイヤモンドコーティング工具を用いた機械加工によって形成される。結晶性材料で作製されたカバープレートでは、凹部は、エッチングまたは砥粒加工によって形成され得る一方、供給ポートは、ダイヤモンドコーティング工具またはレーザーカッターを用いて形成され得る。
搬送プレート12用の好ましい材料は、結晶性材料、特にシリコン、最も特定的には<100>結晶方位を有するシリコンである。この材料では、第1および第2の表面両方の溝は、エッチングによって形成される。搬送プレート12がガラスから形成される場合、溝は、ダイヤモンドコーティング工具を用いて形成される。搬送プレートを通るポートが必要とされる場合、ポートは、レーザーカッターまたはダイヤモンドコーティングドリルを用いて形成され得る。
混合デバイス101、102、103用の材料の好ましい組合せは、ホウケイ酸ガラスから形成されたカバープレートおよび<100>結晶シリコンから形成された搬送プレートである。このような組合せでは、ガラスカバープレートは、シリコン搬送プレートに陽極接合される。
カバープレートおよび搬送プレートに用いられる材料にかかわらず、チャネルの表面は、接着剤のいずれの成分に対しても親和性を欠くように処理される。好ましい表面処理方法は、シロキサン含有層の堆積である。
作製方法
一般に、複数の混合デバイスが、群をなして形成される。各混合デバイスは、好ましい材料、すなわち、ホウケイ酸ガラスから形成されたカバープレート、および<100>結晶シリコンから形成された搬送プレートを含む。
一般に、複数の混合デバイスが、群をなして形成される。各混合デバイスは、好ましい材料、すなわち、ホウケイ酸ガラスから形成されたカバープレート、および<100>結晶シリコンから形成された搬送プレートを含む。
図19に示されるように、ブロック100において、複数の搬送プレートの前駆物が、シリコンウエハの部分上に形成される。複数の組の溝が、シリコンウエハの両側にある第1および第2の表面上に形成される。第1の表面上の各組の溝は、第2の表面上の対応する組の溝を覆う。第1の表面上の溝の組の各溝は、ウェブによって、第2の表面上のその対応する溝の組の溝と隔てられている。1つの表面上の各溝の組の各溝は、ランド部によって、当該組の隣接する溝と隔てられている。必要に応じて、後に協働して分配マニホルドを画定するキャビティが、ウエハの表面に形成され得る。分配マニホルドと連通する必要のあるいずれのポートも、ウエハを通って形成され得る。
ブロック200において、複数のカバープレートの前駆物が、それぞれの第1および第2のガラスシートの部分上に形成される。後に分配マニホルドを画定する凹部が、各ガラスシートに形成される。作製されている混合デバイスおよび混合デバイス中の供給ポートの最終的な構成の実施形態に応じて、ガラスシートの少なくとも一方(または両方)には、一連の適切に配置された開口部が形成されている。
ウエハおよびカバーシートが清浄化された(ブロック400)後、カバーシートおよびシリコンウエハは、正確に位置合わせして設置される(ブロック500)。各カバーシートの凹部がウエハのそれぞれの組の溝と整列するように、カバーシートの一方は、ウエハの第1の表面上に設置され、他方のカバーシートは、ウエハの第2の表面上に設置される。ガラスカバーシートが透明であるため、ビデオカメラを備えた顕微鏡を用いて位置合わせを行うことができる。カバーシートおよびシリコンウエハ上に場合により位置合わせの印を用いて、結合する前に正確な位置合わせを確保することができる。
カバーシートが、シリコンなどの結晶性材料で作製される場合、溝付きシリコンウエハに対してカバーシートを位置合わせするのに、上記ビデオカメラの代わりに赤外線感光性のビデオカメラを用い得る。
これは、シリコンが赤外線にいくらか透過性であるため可能である。
ブロック600に示されるように、位置合わせされたカバーシートは、溝付きシリコンウエハのそれぞれの表面に結合されて、ウエハスタックが形成される。良好な結合を行うために、表面は極めて平坦であるべきであり、シリコンウエハの各表面上のいかなる酸化物層も損傷されていないものとすべきである。好ましい手順は、ガラスカバーシートを1つずつシリコンウエハに位置合わせし、陽極接合することである。カバーシートがシリコンを含む場合、カバーシートは、溝付きシリコンウエハに融着され得る。
ブロック700において、各混合デバイスが搬送プレートならびに第1および第2のカバープレートを有するように、結合されたウエハスタックは(ダイアモンド製のダイシング鋸などで)複数の個々の混合デバイスへと切断される。各第1および第2のカバープレートは、それぞれのカバーシートの前駆部分から形成され、搬送プレートは、ウエハの前駆部分から形成される。スタックは、各チャネルの吐出端部が各個々の混合デバイスの前面に延在するように切断される。
それによって、各混合デバイス(101、102、103)のカバープレート(20、22)と搬送プレート(12)とは協働して以下のものを画定する:
混合デバイスを通って延在している複数の隔てられた第1および第2の組のチャネル(30、32)(各チャネルは、供給端部(30S、32S)および吐出端部(30D、32D)を有する);
それぞれの組のチャネルの供給端部とそれぞれ流体連通する第1および第2の分配マニホルド(40、42または40’、42’);および
第1および第2の分配マニホルドのそれぞれ1つと流体連通して配置された第1および第2の供給ポート(20S1、22S1または20S2、22S2または20S3、22S3)。
混合デバイスを通って延在している複数の隔てられた第1および第2の組のチャネル(30、32)(各チャネルは、供給端部(30S、32S)および吐出端部(30D、32D)を有する);
それぞれの組のチャネルの供給端部とそれぞれ流体連通する第1および第2の分配マニホルド(40、42または40’、42’);および
第1および第2の分配マニホルドのそれぞれ1つと流体連通して配置された第1および第2の供給ポート(20S1、22S1または20S2、22S2または20S3、22S3)。
ブロック800に開示されるように、各混合デバイスのチャネル30、32は、シロキサン含有層36(図3A)を堆積するように個々に処理され得る。各混合デバイスの前面10Aも、そのように個々に処理され得る(図5または6)。
ブロック900から分かるように、ディスペンサ装置1101、1102または1103が、適切に構成されたヘッダー501、502または503をそれぞれの混合デバイス101、102または103に連結し、物理的に結合することによって形成される。上述したように、適切な結合形態は、ヘッダーおよび混合デバイスの構成材料に依存する。
図20のフローチャートは、複数の搬送プレート前駆物を形成するための、図19のブロック100内の個々の工程を示す。これらの個々の工程は、一般に、シリコンウエハ用の公知の半導体処理技術に対応する。ウエハの両側のパターン用のフォトツール(photo−tools)は、周知のコンピュータによる設計技術を用いて作製される。フォトツールは、溝14G、16G(および場合によりキャビティ14C、16C)用の所望のパターンの画像を画定する。主面上に好ましい<100>結晶面(または他の配向)を有する研磨シリコンウエハは、商業的供給源から購入され得る。好適な研磨ウエハは、Silicon Quest International(Santa Clara,CA)から入手可能である。
研磨ウエハは、まず、「RCAプロセス」などの周知の一般的な清浄化技術を用いて清浄化される(ブロック100A)。
周知の標準的な技術を用いて、酸化物膜がウエハ上に成長されてもよい(ブロック100B)。酸化物層の存在は、後の工程のいくつかを容易にするため、望ましい。
公知の化学気相堆積(「CVD」)法を用いて、窒化物層が酸化物層上に堆積される(ブロック100C)。窒化物層は、シリコンをエッチングするために後に用いられるエッチング液による腐食から酸化物層を保護する。
周知のスピンコーティング技術を用いて、フォトレジストが製造業者の指示書にしたがって塗布される(ブロック100D)。
ウエハは、ウエハの結晶面と正確に位置合わせされたフォトツールでマスクされる(ブロック100E)。フォトツール上のパターンの直線部分が、通常、<110>結晶面に沿って位置合わせされる。フォトレジストを露光し、現像した後、現像されていないフォトレジストが剥がされて、窒化物/酸化物膜層の部分が露出される。
露出された窒化物/酸化物膜はエッチングされて、所望のパターンの窒化物/酸化物ネガ像のマスクが形成される(ブロック100F)。好ましくは、ウエハの両側がレジストでマスクされてもよく;このレジストは、各表面上で所望のパターンで露光され;このレジストは、現像され、洗浄され;窒化物/酸化物は、両方の表面上で同時にエッチングされる。
次に、等方性エッチング液または異方性エッチング液のいずれかを用いてシリコンをエッチングする(ブロック100G)ことによって、溝の組がウエハの表面に形成される。エッチング液の選択は、溝の所望の形状および構成に依存する。三角形または台形の溝の断面形状が望ましい場合、異方性エッチング液が用いられる。直線の溝は、いずれかのエッチング液を用いて形成され得るが、曲線状の溝は、等方性エッチング液を用いてエッチングされなければならない。
好ましい場合には、窒化物/酸化物でマスクされたシリコンウエハは、同じエッチング液を用いて、両方の主面上でエッチングされる。エッチングは、両方の表面で同時に行われてもよい。ウエハの両側で異なるエッチング液が用いられるべきである場合、第1の側が、第1のエッチング液を用いてエッチングされる。次に、第2の側が、第2のエッチング液を用いてエッチングされる。
ネガ像の窒化物層は、沸騰しているリン酸などの好適な溶媒を用いてウエハから剥がされて(ブロック100H)、損傷されていない酸化物層が露出される。
ネガ像の残りの酸化物層は、緩衝されたフッ化水素などの好適な溶媒を用いてウエハから除去されてもよい(ブロック100I)。
次に、ウエハは、上述したのと同じ「RCAプロセス」技術を用いて、再度清浄化される(ブロック100J)。
ブロック100Kに示されるように、全てのエッチング工程が完了した後、ウエハを通るあらゆるポート(図13、14Bの搬送プレート12における供給ポート22S3の部分など)が、通常、パルスネオジム−YAGレーザー切断システムを用いて、ウエハをレーザー切断することによって形成される。あるいはダイアモンド製の掘削器具(burr)を用いてもよい。
ウエハは、切断のデブリを除去するために再度清浄化される(ブロック100L)。
第1の実施形態に係る一連の混合デバイス101を、図19および20とともに記載される作製方法を用いて、好ましい材料から作製した。
直径が100ミリメートル(100mm)の<100>結晶が配向されたシリコンウエハを用いて搬送プレートの前駆物を形成した。異方性の水酸化カリウム(KOH)エッチング液浴を用いて、シリコンウエハの両方の表面上に溝をエッチングした。各溝を、厚さ100マイクロメートル(100μm)のウェブによって、反対側の表面上の溝と離隔した。ウェブの厚さのため、混合デバイスのチャネルは、間隔が約100マイクロメートル(100μm)空いていた。
直径100ミリメートル(100mm)×厚さ1ミリメートル(1mm)のホウケイ酸ガラスシートを用いて、カバープレートの前駆物を形成した。
2つの異なるサイズのチャネルを有する混合デバイス、すなわち、
1)500マイクロメートル×200マイクロメートル(500×200μm)のチャネル(「大きな」チャネルの混合デバイスと呼ぶ);および
2)350マイクロメートル×200マイクロメートル(350×200μm)のチャネル(「小さな」チャネルの混合デバイスと呼ぶ)
を作製した。
1)500マイクロメートル×200マイクロメートル(500×200μm)のチャネル(「大きな」チャネルの混合デバイスと呼ぶ);および
2)350マイクロメートル×200マイクロメートル(350×200μm)のチャネル(「小さな」チャネルの混合デバイスと呼ぶ)
を作製した。
搬送プレートの各表面上に2〜6つのチャネルを有する混合デバイスを、各混合デバイスが幅の異なる接着剤出力流れを形成するように作製した。これ以降で開示される全ての試験結果を、搬送プレートの各表面上に6つのチャネルを有する混合デバイス(「2×6」混合デバイスと呼ぶ)から得た。
各混合デバイスのチャネルおよび前面を、シロキサン含有材料で被覆した。
第1および第2のヘッダーブロックを(UV硬化性エポキシ接着剤を用いて)各混合デバイスのそれぞれの第1および第2のカバープレートに結合することによって、図15に開示されるディスペンサ装置を形成した。
第1の接着剤成分(これ以降で記載される)を、(図15に示されるように)2バレルシリンジの第1のバレルから、ヘッダーの経路を介して、第1の供給ポートを介して、第1の分配マニホルドへと供給した。第2の接着剤成分(これ以降で記載される)を、2バレルシリンジの第2のバレルから、ヘッダーの経路を介して、第2の供給ポートを介して、第2の分配マニホルドへと供給した。それぞれの分配マニホルドからの各それぞれの接着剤成分の流れは、それぞれの第1および第2のチャネルを通過した。第1および第2の成分は、チャネルの互いに噛み合わされた吐出端部から交互に流れて、混合デバイスを越えて融合された流れを形成した。第1および第2の接着剤成分は合わさって拡散し、化学的に反応して、ヒドロゲルを形成した。化学反応は混合デバイスの外で起こるため、成分がヒドロゲルを形成するのに伴う粘度の増大により、デバイスのチャネルが詰まることはなかった。
実施例1:
この実験は、上記の2つの混合デバイスの混合性能を、MedMix Systems AG(Rotkreuz,Switzerland)からPart Number ML 2.5−16−LM(V01)として入手可能な先行技術の16段のスタティックミキサーを用いて作製された対照の試料と比較した。各混合デバイスによって2種の接着剤成分を混合することによって作製されたヒドロゲル接着剤の分解時間を比較した。全ての混合試験は、同じ2種の接着剤成分から作製されたヒドロゲル試料を用いた。
この実験は、上記の2つの混合デバイスの混合性能を、MedMix Systems AG(Rotkreuz,Switzerland)からPart Number ML 2.5−16−LM(V01)として入手可能な先行技術の16段のスタティックミキサーを用いて作製された対照の試料と比較した。各混合デバイスによって2種の接着剤成分を混合することによって作製されたヒドロゲル接着剤の分解時間を比較した。全ての混合試験は、同じ2種の接着剤成分から作製されたヒドロゲル試料を用いた。
成分1は、4:1の体積比で混合されたD60−27−20/D10−49−25として示される2種のデキストランアルデヒドの水溶液であった。符号D60−27−20は、第1のデキストランアルデヒドの分子量が60,000であり、20パーセント(20%)の固形分においてアルデヒド末端の酸化レベルが27パーセント(27%)であることを示していた。D10−49−25の符号は、第2のデキストランアルデヒドの分子量が10,000であり、25パーセント(25%)の固形分においてアルデヒド末端の酸化レベルが49パーセント(49%)であることを示していた。
成分2は、55パーセント(55%)の固形分において2.7:1の重量比でP8−10−1/P4−2−1として示される2種のポリエチレングリコール(PEG)アミンの水溶液であった。P8−10−1の符号は、第1のPEGアミンが、8本のアーム、10,000の分子量および各PEGアームの末端1つ当たり1つのアミン基を有したことを示していた。P4−2−1の符号は、第2のPEGアミンが、4本のアーム、2,000の分子量および各PEGアームの末端1つ当たり1つのアミン基を有したことを示していた。
対照試料:
分配される重量が各々異なるヒドロゲル接着剤の3種の対照試料(「対照1スタティックミキサー」、「対照2スタティックミキサー」および「対照3スタティックミキサー」と示される)を、上述したのと同じ2種の接着剤成分(成分1および成分2)を混合することによって作製した。対照試料については、先行技術の16段のスタティックミキサーによって等しい体積の2種の接着剤成分を同時に分配し、その混合物を平滑な表面上に堆積することによって混合を行った。
分配される重量が各々異なるヒドロゲル接着剤の3種の対照試料(「対照1スタティックミキサー」、「対照2スタティックミキサー」および「対照3スタティックミキサー」と示される)を、上述したのと同じ2種の接着剤成分(成分1および成分2)を混合することによって作製した。対照試料については、先行技術の16段のスタティックミキサーによって等しい体積の2種の接着剤成分を同時に分配し、その混合物を平滑な表面上に堆積することによって混合を行った。
ヒドロゲル対照試料を15分間硬化させてから秤量した。
対照試料を以下のようにインキュベートした。20ミリリットル(20ml)のリン酸緩衝生理食塩水溶液(GIBCO(登録商標)参照番号14190−136、DPBS 1Xダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水、Invitrogen Corp.(Calsbad,CA)から入手可能)を満たした20ミリリットル(20ml)のシンチレーションバイアル(商品番号VW74512−20、Disposable Scintillation Vials、VWR International,LLC(West Chester,PA)から入手可能)に試料を入れた。毎分回転数80(80rpm)で回転する摂氏37度(37℃)における回転インキュベーションオーブン(モデルInnova 4230 Incubator Shaker、New Brunswick Scientific(Edison,NJ)から入手可能)にバイアルを入れた。
オーブンに6時間入れた後、対照試料をバイアルから取り出し、篩の上に置いて乾燥させた。次に、対照試料を吸収紙で押さえて、あらゆる残留液体を取り除いてから、秤量した。重量を記録し、20ミリリットル(20ml)の新鮮なリン酸緩衝生理食塩水溶液を満たしたバイアルに対照試料を戻した。次に、毎分回転数80(80rpm)で回転する摂氏37度(37℃)におけるインキュベーションオーブンにバイアルを戻した。
24時間の時点、48時間の時点および72時間の時点あるいは残りのヒドロゲル対照試料の重量が無視できるようになるまで、乾燥および秤量手順を繰り返し行った。
上述したような本発明の混合デバイスを用いて、試験試料を形成した。
上記の小さなチャネルの混合デバイスを用いて、ヒドロゲル接着剤の4種の試験試料(「2×6ミキサー1−小チャネル」〜「2×6ミキサー4−小チャネル」と呼ぶ)を作製した。上記の大きなチャネルの混合デバイスを用いて、ヒドロゲル接着剤の3種の試験試料(「2×6ミキサー1−大チャネル」〜「2×6ミキサー3−大チャネル」と呼ぶ)を作製した。各試験試料は、対照試料の1種の重量にほぼ相当する分配重量を有していた。混合デバイスの1つを通して等しい体積の2種の接着剤成分を同時に分配し、その混合物を平滑な表面に堆積することによって、試験試料を調製した。次に、対照試料用の上記の試験方法にしたがって、試料を硬化させ、秤量してから、インキュベートし、乾燥させ、秤量した。
実験結果を以下の表1に示す。
対照試料の全ておよび試験試料の全てが、72時間までに分解された。対応する初期重量を有する対照試料および試験試料は、同様の重量対時間プロファイルで分解した。このことは、本発明に係る各混合デバイスの混合効率が、対照として用いられる先行技術のデバイスの混合効率と同等であることを示している。
実施例2:
この実験は、本発明に係る混合デバイス(実施例1に記載される「2×6ミキサー−小チャネル」デバイス)が詰まりを起こすことなく、混合されたヒドロゲル接着剤の複数のアリコートを分配することができたかどうかを決定するために行った。
この実験は、本発明に係る混合デバイス(実施例1に記載される「2×6ミキサー−小チャネル」デバイス)が詰まりを起こすことなく、混合されたヒドロゲル接着剤の複数のアリコートを分配することができたかどうかを決定するために行った。
2種の液体接着剤成分を、混合デバイスを通して分配した。2バレルシリンジを用いて、接着剤成分を、600マイクロリットル(600μl)のアリコートとして繰り返し分配した。アリコートごとに、混合デバイスの先端をかみそりの刃で取り除いて、あらゆる残留接着剤材料を除去した。この後、5分間または10分間の待ち時間の後、次のアリコートを分配した。試験を合計時間で50分間行った。
本発明に係る混合デバイスは、詰まりを起こさずに、(0分、5分、10分、20分、30分、40分および50分の時点で)7つのアリコートを分配することができた。
先行技術のスタティックミキサーを対照として用いた。先行技術のデバイスは、30秒の待ち時間の後、スタティックミキサーが手作業による分配ができないほど詰まってしまったため、1つのアリコートしか作製できなかった。
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本明細書において上に記載される本発明の教示の利益を有する当業者は、本発明に対して多くの変更を行い得る。このような変更は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の意図の範囲内にあるものと解釈されるものである。
Claims (20)
- 少なくとも2種の成分を含有する接着剤を混合するための混合デバイスであって、
第1および第2のカバープレートと;
第1および第2の表面を有する搬送プレートであって、各表面に複数の溝が形成されており、各表面上の各溝がランド部によって当該表面上の隣接する溝と隔てられている搬送プレートと、
前記混合デバイス内に画定された第1および第2の分配マニホルドであって、各分配マニホルドがそれぞれ、選択された複数のチャネルの各々と流体連通して配置されており、それによって第1および第2の組のチャネルを画定する第1および第2の分配マニホルドと、
前記第1および第2の分配マニホルドのそれぞれ1つと流体連通して配置された第1および第2の供給ポートであって、各々が、前記接着剤の成分の1種を受け入れるように構成されている第1および第2の供給ポートと
を備え、
前記第1および第2のカバープレートがそれぞれ、前記搬送プレート上の前記第1および第2の表面を被覆し、前記搬送プレートの各それぞれの表面上の前記ランド部が、当該表面を被覆する前記カバープレートに対して接触するように配置されており、それによって、前記混合デバイスを通って延在している、隔てられたチャネルを画定し、各チャネルが吐出端部を有し、
前記第1の組のチャネルの前記少なくとも1つのチャネルの吐出端部が前記第2の組のチャネルの前記チャネルの少なくとも1つの吐出端部に隣接するように、前記チャネルが配置される混合デバイス。 - 各チャネルが供給端部も有し、
前記カバープレートの各々と前記搬送プレートのそれぞれの表面とが協働して、前記混合デバイス内に前記第1および第2の分配マニホルドを画定し、各分配マニホルドがそれぞれ、それぞれの組のチャネルの前記供給端部と連通している請求項1に記載の混合デバイス。 - 前記第1の供給ポートが、前記第1のカバープレートを通って、前記第1の分配マニホルドと流体連通するように延在し、前記第2の供給ポートが、前記第2のカバープレートを通って、前記第2の分配マニホルドと流体連通するように延在する請求項1に記載の混合デバイス。
- 各カバープレートが上に後縁面を有し;
前記搬送プレートが上に後縁面を有し、
前記カバープレート上の後縁面および前記搬送プレート上の後縁面が前記混合デバイスの後面を画定し、
前記第1の供給ポートおよび前記第2の供給ポートが、前記混合デバイスの後面を通って、前記それぞれの第1および第2の分配マニホルドと流体連通するように延在する請求項1に記載の混合デバイス。 - 各カバープレートが上に後縁面を有し;
前記搬送プレートが上に後縁面を有し;
前記カバープレートの後縁面および前記搬送プレートの後縁面が前記混合デバイスの後面を画定し、
前記カバープレートの各々と前記搬送プレートのそれぞれの表面とが協働して、前記混合デバイス内に前記第1および第2の分配マニホルドを画定し、各分配マニホルドがそれぞれ、それぞれの組のチャネルの前記供給端部と連通しており、
前記第1の供給ポートおよび前記第2の供給ポートが、前記混合デバイスの後面を通って、前記それぞれの第1および第2の分配マニホルドと流体連通するように延在する請求項1に記載の混合デバイス。 - 前記カバープレートの各々と前記搬送プレートのそれぞれの表面とが協働して、前記混合デバイス内に前記第1および第2の分配マニホルドを画定し、各分配マニホルドがそれぞれ、前記第1および第2の組のチャネルの供給端部と連通しており、
前記第1の供給ポートが、前記第1のカバープレートを通って、前記第1の分配マニホルドと流体連通するように延在しており、前記第2の供給ポートが、前記第1のカバープレートおよび前記搬送プレートの両方を通って、前記第2の分配マニホルドと流体連通するように延在している請求項1に記載の混合デバイス。 - 前記分配マニホルドが互いにオフセットされている請求項6に記載のディスペンサ装置。
- 少なくとも2種の成分を含有する接着剤を混合するための混合デバイスであって、
第1および第2のカバープレートと;
第1および第2の表面を有する搬送プレートであって、各表面に複数の溝が形成されており、各表面上の各溝がランド部によって当該表面上の隣接する溝と隔てられている搬送プレートと、
前記第1のカバープレートを通って、前記第1の分配マニホルドと流体連通するように延在している第1の供給ポート、および前記第2のカバープレートを通って、前記第2の分配マニホルドと流体連通するように延在している第2の供給ポートであって、各々が、前記接着剤の成分の1種を受け入れるように構成されている第1および第2の供給ポートと
を備え、
前記第1および第2のカバープレートがそれぞれ、前記搬送プレート上の前記第1および第2の表面を被覆し、前記搬送プレートの各それぞれの表面上の前記ランド部が、当該表面を被覆する前記カバープレートに対して接触するように配置されており、それによって、前記混合デバイスを通って延在している第1および第2の組の隔てられたチャネルを画定し、
前記第1の組のチャネルが、前記搬送プレートの第1の表面に沿って延在しており、前記第2の組のチャネルが、前記搬送プレートの第2の表面に沿って延在しており、各チャネルが、供給端部および吐出端部を有し、
前記第1の組のチャネルの各チャネルの吐出端部が前記第2の組のチャネルの前記少なくとも1つのチャネルの吐出端部に隣接するように、前記チャネルが配置され、
前記カバープレートの各々と前記搬送プレートのそれぞれの表面とが協働して、前記混合デバイス内に第1および第2の分配マニホルドを画定し、各分配マニホルドがそれぞれ、前記第1および第2の組のチャネルの供給端部と連通している混合デバイス。 - 前記第1の組のチャネルの各チャネルが、前記搬送プレートに形成されたウェブによって、前記第2の組のチャネルの隣接するチャネルと隔てられている請求項8に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートの溝を有する表面の部分およびそれと協働してチャネルを画定する前記カバープレートの表面の部分が、前記接着剤のいずれの成分に対しても親和性を欠く請求項8に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートおよび前記カバープレートの各々が、前記チャネルの吐出端部に縁面を有し、前記搬送プレートおよび前記カバープレートの縁面が、同一平面内にある請求項8に記載の混合デバイス。
- 各カバープレートの縁面および前記搬送プレートの縁面が、前記接着剤のいずれの成分に対しても親和性を欠く請求項11に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートおよび各カバープレートの同一平面内の縁面が、前記チャネルの軸に対して垂直である請求項11に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートおよび各カバープレートの同一平面内の縁面が、前記チャネルの軸に対して傾斜している請求項11に記載の混合デバイス。
- 前記カバープレートの各々が、前記チャネルの吐出端部に縁面を有し、
前記カバープレートの各々の縁面が丸みを帯びた角隅部を有する請求項8に記載の混合デバイス。 - 前記搬送プレートに対向する前記第1のカバープレートの表面に凹部が形成されており、前記凹部が前記第1の分配マニホルドを画定する請求項8に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートの第1の表面にキャビティが形成されており、前記第1のカバープレートの凹部と前記搬送プレートのキャビティとが協働して、前記第1の分配マニホルドを画定する請求項16に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートに対向する前記第2のカバープレートの表面にも凹部が形成されており、前記凹部が前記第2の分配マニホルドを画定する請求項16に記載の混合デバイス。
- 前記搬送プレートの第2の表面にもキャビティが形成されており、前記第2のカバープレートの凹部と前記搬送プレートの第2のキャビティとが協働して、前記第2の分配マニホルドを画定する請求項18に記載の混合デバイス。
- 前記第1および第2の成分が前記分配された接着剤中に所定の比率で存在し、
前記第1および第2の組のチャネルの各チャネルが、それらを通って延在している軸に対して垂直な面で測定される所定の断面積を有し、
前記第1の組のチャネルの断面積対前記第2の組のチャネルの断面積の比率が、前記分配された接着剤の第1および第2の成分の比率に等しい請求項8に記載の混合デバイス。
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