JP5334858B2 - 超疎水性表面を有する流体浸透性本体 - Google Patents

超疎水性表面を有する流体浸透性本体 Download PDF

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Description

本出願は、２００６年１１月３０日出願の「ＦＬＵＩＤ−ＰＥＲＭＥＡＢＬＥ ＢＯＤＹ ＨＡＶＩＮＧ Ａ ＳＵＰＥＲ−ＨＹＤＲＯＰＨＯＢＩＣ ＳＵＲＦＡＣＥ」という名称の米国特許出願第１１／６０７，１３４号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれている。
本発明は一般に超疎水性表面を有する構造体、およびそれらの製造方法に関する。
疎水性構造体は、水などの高い表面張力の液体をはじくそれらの能力で知られている。隙間によって間隔があけられかつ基板上に互いに対して所定の位置に保持される複数の高くされた機構を含むいくつかの疎水性構造体が作られてきている。これらの高くされた機構は、ポスト、刃、スパイクおよびリッジを含む様々な形状の形態を取ることができる。十分に高い表面張力を有する液体がそのような疎水性構造体の表面と接触するとき、この液体は、液体が隙間内に直ちに浸透しないように、十分に高い局所的な接触角で疎水性構造体の表面との界面を形成することができる。そしてそのような表面は「超疎水性」と表現される。
これらの開発にも関わらず、高くされた機構上に形成される超疎水性表面はしばしば、液体によってこの高くされた機構に加えられる低い圧力を維持し、超疎水性はじき力の破壊および表面を貫通し高くされた機構間の隙間内への液体の結果としての浸透を遅らせるために、念入りな注意を必要とする。そのような低圧が必要になることによって、流体が表面上を流れる必要がある環境へのそのような超疎水性表面の使用が、そのような流れは表面上にかなりの圧力を発生させる可能性があるので、妨げられる可能性がある。さらに、超疎水性表面挙動は、限られた範囲の最終使用用途に対してしか調査されてきていない。そのような最終使用の拡大は、液体を取り扱う新たな方法を促進させる可能性がある。特許文献５は、可変な透過率を有するナノ構造化表面を開示する。
米国特許出願第１１／６０７，１３４号 米国特許第７，０４８，８８９号 米国特許出願第１１／３８７，５１８号 米国特許出願第１１／４１６，８９３号 特開２００５−３４９５５８号公報
Ｃｈｏｉ ａｎｄ Ｋｉｍ、「Ｌａｒｇｅ Ｓｌｉｐ ｏｆ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｏｖｅｒ ａ Ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．９６、０６６００１−１〜０６６００１−４頁（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２００６年２月１７日）
したがって、超疎水性表面挙動の開発を実現可能にする新しい型式の超疎水性表面構造体に対する継続的なニーズが存在する。
一例の一実装形態では、第１の非平面流体浸透性本体表面を有しかつ第２の流体浸透性本体表面を有する剛体の流体浸透性本体と；第１および第２の流体浸透性本体表面両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を各々が有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構とを含む装置が提供される。
一例の別の実装形態として、第１および第２の流体浸透性本体表面を有する流体浸透性本体と；第１および第２の流体浸透性本体表面両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を各々が有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構と；第２の流体浸透性本体表面と共に、第２の流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体とを含む装置が提供される。
一例のさらなる実装形態では、第１の流体封じ込め構造体を含みかつ第１および第２の流体浸透性本体表面を有する流体浸透性本体と；第１および第２の流体浸透性本体表面両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を各々が有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構と；第２の流体浸透性本体表面と共に、第２の流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体とを含む装置を準備するステップと：第１の液体を第１の流体封じ込め構造体内に導入し、かつ流体を第２の流体封じ込め構造体内に導入し、それによって流体浸透性本体を介して第１の液体と流体の間に相互作用が起きるのを可能にするステップとを含む、ある流体である液体を処理する方法が提供される。
一例のさらに別の実装形態として、第１の流体封じ込め構造体を含みかつ第１および第２の流体浸透性本体表面を有する流体浸透性本体と；第１および第２の流体浸透性本体表面両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を各々が有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構と；第２の流体浸透性本体表面と共に、第２の流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体とを含む装置を準備するステップと：液体を第１の流体封じ込め構造体内に導入し、ガス流体を第２の流体封じ込め構造体内に導入し、かつ第１の流体封じ込め構造体内の圧力を、第２の流体封じ込め構造体内の圧力に対して、選択された範囲内に維持するステップとを含む、超疎水性表面を維持する方法が提供される。
本発明の他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図および詳細な説明を検討することで当業者に明らかであり、かつ明らかになるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴および利点は、この説明内に含まれ、本発明の範囲内であり、かつ添付の特許請求の範囲によって保護されるべきものとする。
本発明は、以下の図を参照してより良く理解することができる。図内の構成部品は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに本発明の原理を説明することに強調が置かれている。さらに図で、同様な参照番号は異なる図全体を通して対応する部品を指示する。
第１の流体浸透性本体表面、および第１の流体浸透性本体表面上に複数の高くされた微小規模の機構を有する流体浸透性本体を含む装置の一例を示す上面図である。 図１の装置を示す、線２−２に沿った部分横断面側面図である。 図１および２の装置を示す、線３−３に沿った横断面底面図である。 導管を含みかつ第１の流体浸透性本体表面、および第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構を有する流体浸透性本体を含む装置の一例を示す斜視図である。 図４の装置を示す、線５−５に沿った横断面側面図である。 空洞を含みかつ第１の流体浸透性本体表面、および第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構を有する流体浸透性本体を含む装置の一例を示す斜視図である。 図６の装置を示す、線７−７に沿った横断面側面図である。 導管を有する複数の装置、または空洞を有する複数の装置、または導管を有する装置と空洞を有する装置を含む複数の装置のいずれかを含むように選択された装置の一例の横断面図である。 図１〜８に示すような装置を製造するための方法の一例を示す流れ図である。 図９の方法による製造中の図４〜５に示すような装置の一例を示す斜視図である。 ある流体である液体を処理する方法の一実施態様を示す流れ図である。 超疎水性表面を維持する方法の一実施態様を示す流れ図である。
第１および第２の流体浸透性本体表面を有する流体浸透性本体と；各々が第１および第２の流体浸透性本体表面両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構とを含む装置が提供される。一例では、複数の高くされた微小規模の機構の各々は、超疎水性表面を形成する端部を含むことができ、この高くされた微小規模の機構は、第１の流体浸透性本体表面からある距離のところに間隔をあけて配置される。別の例として流体浸透性本体は、流体浸透性導管または流体浸透性空洞を含むことができる。さらなる例としてこの装置は、第２の流体浸透性本体表面と共に流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体を含むことができる。
図１は、第１の流体浸透性本体表面１０４、および第１の流体浸透性本体表面１０４上の複数の高くされた微小規模の機構１０６とを含む流体浸透性本体１０２を含む装置１００の一例を示す上面図である。図２は、図１の装置１００を示す、線２−２に沿った部分横断面側面図である。図３は、図１および２の装置１００を示す、線３−３に沿った横断面底面図である。流体浸透性本体１０２は、図１に示すような第１の流体浸透性本体表面１０４に加え図２に示すような第２の流体浸透性本体表面１０８を含む。図２は、流体浸透性本体１０２のギザギザのある端部１０３、１０５によって示すような、装置１００の部分図を示す。
一例では、複数の高くされた微小規模の機構１０６の各々は、第１の流体浸透性本体表面１０４からある距離１１２の間隔があけられ、超疎水性表面１１４を形成する端部１１０を含むことができる。別の例として、装置１００は、第２の流体浸透性本体表面１０８上の複数の高くされた微小規模の機構１１６を含むことができる。さらなる例では、複数の高くされた微小規模の機構１１６の各々は、第２の流体浸透性本体表面１０８からある距離１２０の間隔があけられ、超疎水性表面１２１を形成する端部１１８を含むことができる。複数の高くされた微小規模の機構１０６は、一例として、流体浸透性本体１０２とモノリシックであり得る。同様に、複数の高くされた微小規模の機構１１６は、一例として、流体浸透性本体１０２とモノリシックであり得る。この明細書を通して、用語「モノリシック」は、高くされた微小規模の機構１０６、１１６および流体浸透性本体１０２などのそのように記載される装置要素が、同じ材料の単一の、一体の本体であることを意味する。装置１００も同様に、複数のモノリシック区画（図示せず）から組み立てることができることを理解されたい。
流体浸透性本体１０２は、複数の流体浸透性セル１２２を含む。複数の流体浸透性セル１２２の各々は、それぞれ第１の流体浸透性本体表面１０４および第２の流体浸透性本体表面１０８内の開口部１２８、１３０と連通する流体通路１２６を画成するセル壁１２４を含む。一例として、複数の流体通路１２６は、流体が第１と第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８の間を拡散で単に通過するのではなく、第１の流体浸透性本体表面１０４と第２の流体浸透性本体表面１０８との間を浸透できるように十分に大きくすることができる。一例では、流体通路１２６の横断面１２５は、約０．１ミリメートルと約５０ミリメートルの間の範囲内の平均直径を有することができる。別の例として、流体通路１２６の横断面１２５は、約５ミリメートルと約１０ミリメートルの間の範囲内の平均直径を有することができる。追加の例では、流体通路１２６の横断面１２５は、約０．５ミリメートルと約３ミリメートルの間の範囲内の平均直径を有することができる。
一例では、流体浸透性本体１０２は、約０．１ミリメートルと約５０ミリメートルの間の範囲内の、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８の間の厚さ１１９を有することができる。別の例として、流体浸透性本体１０２は、約１ミリメートルの第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８の間の厚さ１１９を有することができる。
この明細書を通じて使用されるとき用語「流体」は、流れることができる状態の物質を意味しかつ含む。「流体」は、例として、ガス、液体、またはガスと液体であることができ、かつその上「流体」が流れることができることを条件でとして、固体を含むことができる。
この流体が液体を含む場合の一例として、この超疎水性表面１１４は、高くされた微小規模機構１０６の両端部１１０に加えられる選択された流体圧力で、液体が直ちにこの超疎水性表面１１４を貫通するのを防止することができる。一例では、この流体浸透性本体１０２は、各々が第１の流体浸透性本体表面１０４と連通する単一の第１の流体浸透性本体表面開口部１２８を有し、かつ第２の流体浸透性本体表面１０８と連通する単一の第２の流体浸透性本体表面開口部１３０を有する複数の複数の流体浸透性セル１２２を含むことができる。さらなる例（図示せず）では、複数の流体通路１２６、または各流体通路１２６は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８内の開口部１２８、１３０を共に間接的に接続することができる。一例（図示せず）として、開口部１２８は流体通路１２６を介して２つ以上の開口部１３０と連通することができ、あるいは開口部１３０は流体通路１２６を介して２つ以上の開口部１２８と連通することができる。第１の流体浸透性本体表面１０４内の開口部１２８と第２の流体浸透性本体表面１０８内の開口部１３０との間の流体通路１２６は、一例として、図２に示すように直線であることができる。別の例（図示せず）として、この流体浸透性本体１０２は、直線でない流体通路１２６を含むことができる。例として、流体浸透性本体１０２は、曲がった、枝分かれする、または流体通路１２６が連通する開口部１２８、１３０に隣接するような表面の面（図示せず）に対して垂直なあるいは垂直でない１つまたは複数の角度で第１と第２の流体浸透性本体表面１０４と１０８との間を通過する流体通路１２６を含むことができる。
一例では、流体浸透性本体１０２内の複数のセル壁１２４はそれぞれ、第１の流体浸透性本体表面１０４の一部をなす、または第２の流体浸透性本体表面１０８の一部をなすリッジ１３２を含むことができる。別の例として、この装置１００は、各々がリッジ１３２の上に位置決めされている複数の高くされた微小規模の機構１０６を含むことができる。
例として、第１の流体浸透性本体表面１０４内の開口部１２８は、選択された開口部形状を有することができ、第１の流体浸透性本体表面１０４内の第１のアレー内に互いに対して位置決めすることができる。図１は、六角形の形状を有する第１の流体浸透性本体表面開口部１２８を形成するセル壁１２４を有する流体浸透性セル１２２の第１のアレーの一例を示し、この開口部１２８は、第１の流体浸透性本体表面１０４内でハニカムの第１のアレー内に配置される。別の例として、このセル壁１２４は隣接する流体浸透性セル１２２の間で選択された厚さ１３４を有することができ、複数の第１の流体浸透性本体表面開口部１２８は、第１の流体浸透性本体表面１０４内でのそのような開口部１２８の密度を最大にするために、選択された厚さ１３４を有するセル壁１２４によってのみ第１の流体浸透性本体表面１０４内で分離することができる。一例として、セル壁１２４の選択された厚さ１３４は、約１ミリメートルであり得る。例として、セル壁１２４の選択された厚さ１３４は、約０．０５ミリメートルと約５ミリメートルの間の範囲内であり得る。さらなる例（図示せず）では、第１の流体浸透性本体表面１０４内の開口部１２８は、図１に示すものと異なる第１のアレーを形成することができる。例として、第１の流体浸透性本体表面開口部１２８の他の形状を利用することができる。例では、第１の流体浸透性本体表面開口部１２８の以下の形状の１つまたは複数を選択することができる：三角形、正方形、長方形、五角形、台形、七角形、多角形、円形、楕円形、および不規則形。さらなる例として、第１の流体浸透性本体表面開口部１２８の形状は：選択された形状もしくは複数の形状の２つ以上のサイズまたは段階的なサイズ、あるいは第１の流体浸透性本体表面１０４内の様々な選択された位置または区域のところに含めるための異なる選択された形状を含むように選択することができる。追加の例として、第２の流体浸透性本体表面１０８内の開口部１３０は、同じ方法で選択された形状を有することができ、かつ開口部１２８に対して論じたのと同じ方法で選択された、第２の流体浸透性本体表面１０８内のアレー内に位置決めすることができる。図３は、六角形の形状を有する第２の流体浸透性本体表面開口部１３０を形成するセル壁１２４を有する流体浸透性セル１２２の第１のアレーの一例を示し、この開口部１３０は、第１の流体浸透性本体表面１０４に関して図１に示す第１のアレーに対して選択することができるものと同じハニカムの第１のアレー内に配置される。別の例（図示せず）では、正方形の形状（図示せず）を有する第１および第２の流体浸透性本体表面開口部１２８、１３０を形成するセル壁１２４を有する流体浸透性セル１２２の第１のアレーは、正方形網目の第１のアレー内に配置される開口部１２８、１３０を含むことができる。
一例として、装置１００は、第１の流体浸透性本体表面１０４上の第２のアレー内に位置決めされる複数の高くされた微小規模の機構１０６を含むことができ、この第２のアレーは第１のアレーとは異なる。図１は、流体浸透性セル１２２のセル壁１２４のリッジ１３２上に位置決めされる複数の高くされた微小規模の機構１０６を含む第２のアレーの一例を示し、この高くされた微小規模の機構１０６は第１の流体浸透性本体表面１０４内の第１のアレー内に配置されている。一例では、複数の高くされた微小規模の機構１０６は、セル壁１２４によって画成される流体浸透性セル１２２の間の頂点１３６のところに位置決めすることができる。図１に示す例では、複数の高くされた微小規模の機構１０６は、六角形の形状を有し、上記で論じたように第１の流体浸透性本体表面１０４内の第１のアレー内に配置されている流体浸透性セル１２２の間の頂点１３６のところに配置することができる。したがって、この高くされた微小規模の機構１０６は、図１に示すように第１のアレーとは異なる、第１の流体浸透性本体表面１０４上の第２のアレー内に配置することができる。このようにすると、一例として、高くされた微小規模の機構１０６および第１の流体浸透性本体表面開口部１２８は、互いの干渉なしに第１の流体浸透性本体表面１０４上のそのような第２および第１のアレー内に位置決めすることができる。
一例では、第１の流体浸透性本体表面１０４および第２の流体浸透性本体表面１０８は両方とも平面の表面を含むことができる。この明細書を通して、用語「平面の」は、説明される表面が全体的にまたは実質的に平面であるが必ずしも完全に平面でないことを意味する。別の例として、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８は同一平面上にあり得る。別の例では、この第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８は、両方とも非平面であるか、または各々が平面であるが同一平面になくてもよい。一例（図示せず）では、第１の流体浸透性本体表面１０４は、半円筒状または円筒状表面などの非平面表面を含むことができる。別の例として、流体浸透性本体１０２は、その形状を維持するのに適した剛体構造を有することができる。さらなる例では、この第１の流体浸透性本体表面１０４は、半円筒状または円筒状表面などの剛体の非平面表面を含むことができる。例として、流体浸透性本体１０２の一部分または全体が第１の流体封じ込め構造体１３８を形成することができる。さらに以下で論じる例では、流体浸透性本体１０２は導管または空洞を含む第１の流体封じ込め構造体１３８を形成することができる。この明細書を通して、用語「導管」は、流体を１つの点から別の点に運搬するのに利用することができる内部区域を含む構造体を意味する。この明細書を通して、用語「空洞」は、中空の内部区域を含む構造体を意味する。一例として、第１の流体浸透性本体表面１０４は、導管の内部区域または空洞の内部区域を形成することができる。別の例では、流体浸透性本体１０２の一部分または全体は、筒状の導管または筒状の空洞などの、筒状の第１の流体封じ込め構造体１３８を形成することができる。例として、そのような筒状の第１の流体封じ込め構造体１３８は、円形、楕円形、正方形、長方形、多角形もしくは不規則形である、流体を運搬する方向に対して横断方向に画成される導管の筒状の横断面、または空洞からの出口の方向に対し横断方向に画成される筒状横断面を有することができる。
一例では、装置１００は、流体封じ込め本体１４０を含むことができる。別の例として、この流体封じ込め本体１４０は、第２の流体浸透性本体表面１０８と共に、第２の流体封じ込め構造体１４２を形成することができる。第２の流体浸透性本体表面１０８が平面である一例では、この第２の流体封じ込め構造体１４２は、長方形のプリズム状のまたは立方体形状を一般に有する空間を占有することができる。流体浸透性本体１０２が、筒状導管または筒状空洞などの筒状の第１の流体封じ込め構造体１３８を形成できる例では、第２の流体封じ込め構造体１４２は、筒状の第１の流体封じ込め構造体１３８を取り囲む空間を占有することができ、一般に環状の形状を有する。別の例として、装置１００は、流体浸透性本体１０２を流体封じ込め本体１４０と結合させる支持部材１４４を含むことができる。この支持部材１４４は、一例として、流体浸透性本体１０２を流体封じ込め本体１４０に対して選択された位置に維持することができる。一例（図示せず）では、装置１００は、流体浸透性本体１０２を流体封じ込め本体１４０と結合させる複数の支持部材１４４を含むことができる。
一例として、装置１００は、第１の流体封じ込め構造体１３８および第２の流体封じ込め構造体１４２を含むことができ、この第２の流体封じ込め構造体１４２は、流体圧力封じ込めチャンバになるように選択することができる。別の例では、第１および第２の流体封じ込め構造体１３８および１４２のうちのいずれかまたは両方は、流体の投入および排出用の１つまたは複数の接続金具を含むことができる。一例として、第１の流体封じ込め構造体１３８は、流体の投入用の接続金具１４６および流体の排出用の接続金具１４８を含むことができる。さらなる例では、第２の流体封じ込め構造体１４２は、流体の投入用の接続金具１５０および流体の排出用の接続金具１５２を含むことができる。これらの接続金具１４６〜１５２は、例えば、開口部または弁を含むことができる。別の例では、第１および第２の流体封じ込め構造体１３８および１４２のうちのいずれかまたは両方は、１つまたは複数の流体圧力ゲージ１５４および１５６をそれぞれ含むことができる。例では、図に示されかつこの明細書で論じられる装置１００の任意のまたは全ての要素は剛体であってもよく、装置１００の利用でそれらの形状を維持する能力があり得る。第１および第２の流体封じ込め構造体１３８および１４２を含み、第２の流体封じ込め構造体１４２が流体圧力封じ込めチャンバになるように選択される装置１００の、一例としての動作では、第２の流体封じ込め構造体１４２内の流体圧力は、増大した流体圧力を第１の流体封じ込め構造体１３８内で利用できるようにすることができる。第１の流体封じ込め構造体１３８内の流体圧力は、一例として、第１の流体封じ込め構造体１３８内に流れ込むかまたはそこを通る流体の流れから結果として生じる圧力を含むことができる。別の例（図示せず）では、装置１００は、流体を装置１００内で搬送し、装置１００内に投入し、かつそこから外に出すための導管を含むことができる。さらなる例（図示せず）として、装置１００は、装置１００の構造的および動作的完全性を維持するための周囲壁および追加の支持部材を含むことができる。
第１の流体封じ込め構造体１３８内の流体が液体を含む場合の一例として、第１の流体封じ込め構造体１３８内で徐々に増大する流体圧力が最終的に超疎水性表面１１４内の破壊を引き起こす可能性がある。超疎水性表面１１４内のそのような破壊の発生後、液体は第１の流体封じ込め構造体１３８から流体浸透性セル１２２を通り第２の流体封じ込め構造体１４２内に浸透することができる。第２の流体封じ込め構造体１４２が流体圧力封じ込めチャンバになるように選択される一例では、第２の流体封じ込め構造体１４２内の流体圧力は、第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体圧力に対抗するように、接続金具１５０、１５２を通る流体の投入および排出を制御し、流体圧力ゲージ１５６でこの圧力を監視することによって上向きに調節することができる。一例として、第１と第２の流体封じ込め構造体１３８および１４２内の流体圧力をバランスさせることによって、第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体の上昇した流体圧力にも関わらず超疎水性表面１１４を維持することができる。
一例で、高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０によって集合的に形成されている超疎水性表面１１４によって支持することができる最大流体圧力は、高くされた微小規模の機構１０６の端部から端部までの分離距離１５８または「ピッチ」を短くすることによって増大させることができる。別の例として、後で論じる３Ｄ印刷方法を装置１００の製造に利用することができる。その場合、さらなる例で、高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０間の分離１５８をそのように短縮するために、相対的により高い解像度を３Ｄ印刷方法で選択することができる。一例（図示せず）として、そのような短縮は、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の省略および第１および第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８の超疎水性表面としての利用を容易にする可能性がある。
一例として、空気を含む基底構造体を有する超疎水性表面１１４によって支持することができる最大液体圧力は、一般に以下の等式で記載することができる。
Figure 0005334858
 上式でｂは高くされた微小規模の機構１０６の高さ１１２、ｄは高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０間の距離１５８、およびΔＰ＝メガパスカル（「ＭＰａ」）で表される空気の圧力を上回る液体の圧力Ｐ１である。さらに、等式内のθＡは、液体と高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０との間の進み接触角である。その上、等式内のαは、第１の流体浸透性本体表面１０４と端部１１０との間の、高くされた微小規模の機構１０６の横表面が第１の流体浸透性本体表面１０４に対して直角な線からそれる平均角度である。同様に、等式内で、σは液体−空気界面の表面張力である。一例として、液体が水の場合は、摂氏２０度（「℃」）でσ＝０．０７２７ニュートン毎メートル（Ｎ／ｍ）、約１大気圧でΔＰは０．１ＭＰａ、かつ（θＡ−α）は１２０°である。したがって、ピッチ距離ｄ（１５８）は、約１マイクロメートルより小さくなければならず、高くされた微小規模の機構（１０６）の高さｂ（１１２）は、約０．４マイクロメートルより大きくなければならない。別の例として、上記の等式は、超疎水性表面１１４によって支持することができる最大液体圧力は、高くされた微小規模の機構１０６の直径１６０に逆比例することも一般に示す。上記の公式は、Ｃｈｏｉ ａｎｄ Ｋｉｍ、「Ｌａｒｇｅ Ｓｌｉｐ ｏｆ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｏｖｅｒ ａ Ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ」、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．９６、０６６００１−１〜０６６００１−４頁（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ２００６年２月１７日）に開示されており、その全体は参照により本明細書に組み込まれている。
別の一般的な例として、流体浸透性セルを含まない固体本体表面（図示せず）によって支持される高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０上に形成される超疎水性表面１１４は、２００ミクロンの端部から端部までの距離１５８または「ピッチ」で平方インチ当たり約０．０７ポンド（「ｐｓｉ」）に等価な約０．０００５ＭＰａまでの液体圧力を支持する能力が一般にあり得る。別の例（図示せず）で、そのような固体本体表面によって支持される高くされた微小規模の機構１０６は、その固体本体表面上にピラミッド基部を伴うピラミッド形状を有するように選択することができる。その例では、超疎水性表面１１４は、約５０〜１００％まで相対的に増大する最大液体圧力を支持する能力があり得る。さらなる例で、流体浸透性セルを含まず、かつ２ミクロンの端部から端部までの距離１５８または「ピッチ」を有する固体本体表面によって支持される高くされた微小規模の機構１０６の端部上に超疎水性表面１１４を形成することができる場合は、この超疎水性表面１１４は、約７．４ｐｓｉに等価な約０．０５ＭＰａまでの液体圧力を支持する能力が理論的にあるであろう。
別の例で、上記の等式は、高くされた微小規模の機構１０６の所与の直径１６０に対して、超疎水性表面１１４によって維持できる最大液体圧力は、高くされた微小規模の機構１０６を支持する本体表面の全域でのΔＰが一定に維持できるように超疎水性表面１１４
の下の空気圧力も増大する場合は、増大させることができることを示している。
一例として、超疎水性表面１１４の下の空気を含む閉じられた空間を、選択された圧力下で空気を維持できるように設けることができ、この選択される圧力は一例で高めることができる。一例で、この空気圧力は、空気の泡が液体内に導入されるかまたは不安定な液体／空気界面を作り出すのを避けるために、超疎水性表面１１４上の液体の圧力より低くなるように制御することができる。別の例として、この空気圧力は、超疎水性表面１１４が損なわれないままであり得るように、上記の等式でΔＰに対して指示される値より大きくなるように制御することができる。追加の一例として、第２の流体封じ込め構造体１４２内の空気圧力は、高圧を含め任意の選択された値まで増大させることができ、第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体圧力が対応する高圧で維持されるのを可能にする。さらなる例で、この高くされた微小規模の機構１０６は、相対的に小さな端部から端部までの距離１５８を有するようにさらに選択することができ、それによって対応してより大きな最大ΔＰが可能になり、結果としてその中に超疎水性表面１１４が維持され得るより大きなΔＰ動作ウィンドウになる。さらなる別の例として、ΔＰ動作ウィンドウ内で選択される値で空気圧力を制御することは、第１の流体封じ込め構造体１３８内のガス泡の形成を減少させるかもしくは無くし、または取り除きまたはさらなる処理のために、流体通路１２６を通り第２の流体封じ込め構造体１４２に到達するそれらの通過を容易にすることができる。そのようなガス泡は、一例として、第１の流体封じ込め構造体１３８内で生じ、第１の流体浸透性本体表面１０４に付着する可能性がある。第１の流体浸透性本体表面１０４に付着したガス泡は、一例として、流体流れに対する妨害物を作り出し、第１の流体封じ込め構造体１３８内の流体流れの圧力降下の原因となる。
一例で、導管を含む第１の流体封じ込め構造体１３８、および流体封じ込めチャンバになるように選択される第２の流体封じ込め構造体１４２を装備する装置１００は、超疎水性表面１１４を維持しながら高められた圧力で導管を通る液体を含む流体の流れを容易にすることができる。そのような高められた圧力は、一例として、液体を含む流体の高処理量流れ中、あるいは第１の流体封じ込め構造体１３８内に含まれる導管を通る液体を含む高粘度流体の流れ中に起きる可能性がある。装置１００は、高くされた微小規模の機構１０６、または１１６、または１０６と１１６の両方を含むことができることを理解されたい。一例で、第１の流体封じ込め構造体１３８内へ導入するための流体および第２の流体封じ込め構造体１４２内へ導入するための流体は、独立で選択することができる。
別の例として、第１の流体封じ込め構造体１３８内へ導入するための流体は液体を含むことができ、第２の流体封じ込め構造体１４２内へ導入するための流体は、ガスまたは液体を含むことができる。一例で、高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０と接触している表面周囲部分を除き、液体の全表面周囲（図示せず）は、流体浸透性本体１０２を介して、第２の流体封じ込め構造体１４２内の流体と極めて近接して配置することができる。第１の流体封じ込め構造体１３８内に導入するための流体が液体を含み、第２の流体封じ込め構造体１４２内に導入するための流体がガスを含む場合は、装置１００は、このガスの選択された圧力によって液体の上昇した圧力と対抗することによって、超疎水性表面１１４を危うくすることなしに、第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体の流体流れを上昇した圧力に維持するように利用することができる。さらなる例として、このガスの選択された圧力は、このガスの液体内への移動、流れ、拡散または溶解、あるいはガスの液体との反応を促進させることができる。第１の流体封じ込め構造体１３８内に導入するための流体が液体を含み、第２の流体封じ込め構造体１４２内に導入するための流体も液体を含む場合は、この装置１００は、第１と第２の流体封じ込め構造体１３８および１４２内の液体間の相互作用を促進させるために利用することができる。一例として、第１の流体封じ込め構造体１３８内の、または第２の流体封じ込め構造体１４２内の液体内の分子は、それぞれ第２の流体封じ込め構造体１４２内の液体または第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体まで移動し、流れまたは拡散し、あるいはその液体と相互作用することができる。例では、そのような移動、流れまたは拡散は、一例として液体の蒸気圧によって生じる場合がある。さらなる例では、超疎水性表面１１４、１２１は危うくされ、次いでそれらの反応または混合などの、液体間の直接的な相互作用が可能になる可能性がある。超疎水性表面１１４、１２１がそのように危うくなることは、例として、上昇した圧力または超疎水性表面１１４、１２１によって支持不可能な他の状態の外部からの付加または内部発生によって生じる可能性がある。
一例として、この装置１００は、酸素を血液に供給し二酸化炭素を血液から取り除くことができるように、血液を含む流体を第１の流体封じ込め構造体１３８に導入し、酸素を含有する流体を第２の流体封じ込め構造体１４２内に導入することによって、血液に酸素を送り込むために利用することができる。別の例で、この装置１００は、反応が流体浸透性本体１０２の全体にわたって、または超疎水性表面１１４のところで起きるように、ある液体を含む流体を第１の流体封じ込め構造体１３８内に導入し、その液体と反応するための流体を第２の流体封じ込め構造体１４２内に導入することによって、化学品製造に利用することができる。その場合、反応のための流体は増加した速度で互いの接触を行うことができ、かつ増加した速度で第１および第２の流体封じ込め構造体１３８、１４２内を流れるようにさせることができ、それが反応速度の増大を促進させることができる。さらなる例として、この装置１００は、医療治療装置内の血液の流れなどの、第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体の流れ速度の増大を促進するために利用することができる。別の例では、この装置１００は、液体溶剤内に溶解された固体の、溶剤を除去することによる乾燥などの、第１の流体封じ込め構造体１３８内の液体からのガスまたは蒸気の除去を容易にするために利用することができる。追加の例として、この装置１００は、第１の流体封じ込め構造体１３８内を流れる液体が第２の流体封じ込め構造体１４２内を流れる流体と相互作用するのを可能にすることによって、血液などの液体の透析に利用することができる。その場合、一例で、この装置１００は、超疎水性表面１１４および１２１の両方を含むように選択することができ、次いで液体は第２の流体封じ込め構造体１４２内を流れるようにさせることができる。さらなる例として、この装置１００は、第１の流体封じ込め構造体１３８内を流れる液体からの分子を運搬する蒸気が、第２の流体封じ込め構造体１４２内を流れる液体と接触できるようにすることによって、燃料電池内で利用することができる。
第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８のところでそれぞれ測定される高くされた微小規模の機構１０６，１１６の平均直径１６０は、（本明細書を通して「微小規模」と呼ばれる）約１，０００マイクロメートルより小さい。一例として、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８のところでそれぞれ測定される高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均直径１６０は、約４００マクロメートルより小さくてもよい。一例で、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８のところでそれぞれ測定される高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均直径１６０は、約５０マイクロメートルより大きくてもよい。比較的小さな平均直径１６０を有する高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、高くされた微小規模の機構上の流体の流れに対して比較的低い抵抗を生じ得る。別の例として、高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８のところで約０．２４ミリメートルの直径と、端部１１０、１１８のところで約０．１５ミリメートルの直径とを有することができる。
一例で、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均長さ１１２、１２０は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上で約１０ミリメートル（「ｍｍ」）より短く、かつそれぞれそこから離れて延びることができる。さらなる例で、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均長さ１１２、１２０は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上で約２ミリメートルより短く、かつそれぞれそこから離れて延びることができる。追加の例として、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均長さ１１２、１２０は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上で約１０ミリメートルより長く、かつそれぞれそこから離れて延びることができる。別の例では、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均長さ１１２、１２０は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上で約１６マイクロメートルより長く、かつそれぞれそこから離れて延びることができる。別の例として、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均長さ１１２、１２０は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上で約１，０００マイクロメートルと約２，０００マイクロメートルの間の範囲内にあり、かつそれぞれそこから離れて延びることができる。さらなる例として、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の平均長さ１１２、１２０は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上で約６００マイクロメートルと約７００マイクロメートルの間の範囲内にあり、かつそれぞれそこから離れて延びることができる。
一例で、第１の流体浸透性本体表面１０４は、高くされた微小規模の機構１０６の端部１１０によって形成される超疎水性表面１１４によって実質的に覆われることができる。別の例では、第２の流体浸透性本体表面１０８は、高くされた微小規模の機構１１６の端部１１８によって形成される超疎水性表面１２１によって実質的に覆われることができる。「実質的に覆われる」ことによって、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の端部１１０および１１８が集合的に超疎水性挙動を示すように、高くされた微小規模の機構１０６、１１６が第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上でそれぞれ十分な密度を有して間隔をあけられていることを意味する。本明細書を通して使用される用語「超疎水性」は、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の主題のパターンが約センチメートル当たり７０ダイン（「ｄ／ｃｍ」）より大きな表面張力を有する液体によって直ちに濡らされることがなく、かつ約２８ｄ／ｃｍより大きな表面張力を有する液体によって直ちに濡らされ得ないことを意味する。一例として、約２８ｄ／ｃｍの表面張力を有するアルコールは、本明細書で開示される高くされた微小規模の機構の超疎水性パターンを直ちに濡らすことはできない。
一例として、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、最も近く隣接する高くされた微小規模の機構１０６、１１６間の平均間隔（「ピッチ」）が約１マイクロメートルと約１ｍｍの間の範囲内になるように、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８の上にそれぞれ、あるパターンで配置することができる。別の例で、高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、最も近く隣接する高くされた微小規模の機構１０６、１１６間の平均ピッチが約０．２ｍｍと約０．６ｍｍの間の範囲内になるように第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８上に、あるパターンで配置することができる。さらなる例で、高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上に、ランダムに間隔をあけて、均一に間隔をあけて、あるいは画定されたパターンまたは勾配で配置することができる。
追加の例として、高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４および１０８の上にそれぞれ、六角形ユニット・セル・パターンで配置することができる。一例で、六角形ユニット・セル内の高くされた微小規模の機構１０６、１１６の外側表面間の最大ピッチは、約０．４ミリメートルであってもよく、ユニット・セル内の同じ高くされた微小規模の機構１０６、１１６の内側表面間の最小ピッチは、約０．２ミリメートルであり得る。
この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、任意の横断面形状または複数の形状を有することができ、そのような横断面は、第１および第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８の一部分に対して全体的に横断する方向に、高くされた微小規模の機構１０６、１１６を通る断面として定義される。例として、そのような横断面形状は、単独でまたは組合せで、ポスト、刃、スパイク、ピラミッド、正方形、釘およびリッジを含むことができる。適切な横断面形状は、例として米国特許第７，０４８，８８９号として２００６年５月２３日に発行された、「Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ／Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１０／８０６，５４３号の図 １Ａ〜Ｅおよび３Ａ〜Ｃに示されており、それらの全体は参照により本明細書に組み込まれている。別の適切な横断面形状は、２００６年３月２３日出願の、「Ｓｕｐｅｒ−Ｐｈｏｂｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」という名称の米国特許出願第１１／３８７，５１８号に開示されており、それらの全体は参照により本明細書に組み込まれている。
超疎水性表面１１４、１２１を形成するのに加え、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、熱絶縁体として集合的に機能することもできる。一例で、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、高くされた微小規模の機構１０６、１１６の長さ１１２、１２０に沿ってサイズが変わる横断面形状を有することができる。一例として、そのような変動する横断面形状は、隣接する高くされた微小規模の機構１０６、１１６の間に空隙空間を画成することができる。この空隙空間は、高くされた微小規模の機構１０６、１１６によって形成される超疎水性表面の熱絶縁体として機能するための有効性を増大させることができる。
一例で、高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約２００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の正方形寸法を有する正方形のピラミッド形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、かつ約２００マイクロメートルのピッチで、約２０００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。別の例で、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約２００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の寸法を有する正方形の形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、かつ約６００マイクロメートルのピッチで、約１，５００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。さらなる例として、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約２００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の寸法を有する正方形の形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、約６００マイクロメートルのピッチで、約１，０００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。追加の例で、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約２００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の寸法を有する正方形の形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、約５００マイクロメートルのピッチで、約１，５００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。さらなる例として、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約２００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の寸法を有する正方形の形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、約５００マイクロメートルのピッチで、約１，０００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。別の例で、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約２００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の寸法を有する正方形の形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、約４００マイクロメートルのピッチで、約１，０００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。さらなる例として、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８のところで測定される約１００マイクロメートル×２００マイクロメートルの平均の寸法を有する釘状の形状を有することができ、この高くされた微小規模の機構１０６、１１６は、第１または第２の流体浸透性本体表面１０４、１０８上にあり、約４００マイクロメートルのピッチで、約１，０００マイクロメートルの平均長さ１１２、１２０だけそこから離れて延びることができる。
装置１００を形成するための材料は、機械的に強い固体本体を形成するのに適した選択された高分子を生み出す前駆体試薬を含むことができる。一例で、高分子材料用の前駆体は、１つには結果として得られる高分子の相対的な柔軟性または剛性に応じて選択することができる。例として、この装置１００は、装置１００に対する選択された最終用途に応じて剛体のまたは柔軟な高分子を含むことができる。別の例で、生体適合性高分子用の前駆体を選択することができる。一例として、ポリエチレンは生体適合性である。固体状態で適用される材料を採用する（以下で論じる）ラピッド・プロトタイプ・レイダウン方法の場合は、狭い粒子サイズ分布を有する高分子粒子を一例として選択することができる。別の例で、比較的小さな寸法を有する高くされた微小規模の機構１０６、１１６を製造できるように、比較的小さな平均粒子サイズを有する高分子粒子を選択することができる。さらに以下で論じるように、インクジェット方法または他の流体スプレー方法が装置１００を形成する材料のレイダウンのために選択される場合は、この試薬は液体などの流体形態で供給することができる。
装置１００を形成するための材料は、モノマー、オリゴマー、プレポリマーおよびポリマー、ならびに硬化剤および他の重合化添加剤を含み得る。使用または形成されるべき適切なポリマーには、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびコポリマーなどのポリオレフィン；アクリル・ポリマー；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（「ＡＢＳ」）ポリマー；ポリカーボネート（「ＰＣ」）；ＰＣ−ＡＢＳ；メチル・メタクリレート；メチル・メタクリレート−ＡＢＳコポリマー（「ＡＢＳｉ」）；ポリフェニルスルフォン；ポリアミド；およびフッ素化エチレンプロピレン・コポリマーおよびテフロン（登録商標）フッ化炭化水素ポリマーなどのフッ素重合体が含まれる。一例として、最小濃度の活性な親水性成分を有するポリマーを選択することができる。装置１００の全体的な柔軟性を増大させるように添加物を選択することができる。一例で、選択されたポリマーと互換性があるが比較的低い分子量を有する分子を軟化剤添加物として使用することができる。ポリエチレン・ポリマーに対して、一例として、低分子量直鎖炭化水素ワックスを軟化剤添加物として使用することができる。別の例で、ペルフルオロ炭化水素ワックスなどのハロゲン化炭化水素をそのような添加剤として使用することができる。別の例で、アクリル、アクリル酸ウレタン、ビニル・エーテル、エポキシ・アクリル、エポキシおよび塩化ビニル・ポリマーなどの紫外線硬化ポリマーを使用することができる。適切なポリマー成分は、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ Ｉｎｃ．，１４９５０ Ｍａｒｔｉｎ Ｄｒ．，Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ ５５３４４ およびＲｅｄｅｙｅ ＲＰＭ，８０８１ Ｗａｌｌａｃｅ Ｒｄ．，Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ ５５３４４から市販されているラピッド・プロトタイピング・ポリマーを含むことができる。一例として、３−Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＶｉｓｉＪｅｔ（登録商標）ＨＲ−２００ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌを造形材料として利用することができる。ＶｉｓｉＪｅｔ（登録商標）ＨＲ−２００ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌは、トリエチレン・グリコール・ジメタクリレート・エステル、アクリル酸ウレタン・ポリマー、およびプロピレン・グリコール・モノメタクリレートを含む。別の例として、装置１００を形成するための材料は、セラミック粉などのセラミックを含み得る。
高くされた微小規模の機構１０６、１１６の直径、長さ、ピッチ、および形状に関する、かつ超疎水性表面１１４、１２１の形成および熱絶縁体としてのそれらの利用に関する、かつ装置１００を作るための材料に関する前述の論議は、以下で論議される装置４００、６００、８００を含む、本明細書のどこか他のところで開示されている超疎水性表面を含む全ての他の高くされた微小規模の機構および全ての他の装置にも同様に適用される。
図４は、導管を含みかつ第１の流体浸透性本体表面４０４を有する流体浸透性本体４０２と、第１の流体浸透性本体表面４０４上の複数の高くされた微小規模の機構４０６とを含む、装置４００の一例を示す斜視図である。図５は、図４の装置４００を示す、線５−５に沿った横断面側面図である。図４および５は、流体浸透性本体１０２が導管を有するように選択される装置１００の一例を示す。したがって、装置１００の上記の論議は、図４および５の以下の論議に適用可能であり、かつその全体がそれに組み込まれていると見なされる。流体浸透性本体４０２は、第１の流体浸透性本体表面４０４に加え第２の流体浸透性本体表面４０８も含む。一例で、複数の高くされた微小規模の機構４０６の各々は、第１の流体浸透性本体表面４０４からある距離の間隔があけられている、超疎水性表面４１２を形成する端部４１０を含むことができる。（図５にのみ示され、図４の頂部のところにある）別の例として、この装置４００は同様に、別の超疎水性表面４１３を形成する、第２の流体浸透性本体表面４０８上の複数の高くされた微小規模の機構４０７を含むことができる。複数の高くされた微小規模の機構４０６または４０７またはそれらの両方は、一例として、流体浸透性本体４０２とモノリシックであることができる。流体浸透性本体４０２は、複数の流体浸透性セル４１４を含む。複数の流体浸透性セル４１４の各々は、それぞれ第１の流体浸透性本体表面４０４および第２の流体浸透性本体表面４０８内の開口部（図示せず）と連通する流体通路（図示せず）を画成するセル壁（図示せず）を含む。例（図示せず）で、この流体浸透性本体４０２は、装置１００と関連して前に論じたのと同じように選択される、第１のアレー内で向きを合わせられ、リッジ、流体通路、セル壁、および第１の流体浸透性本体表面４０４および第２の流体浸透性本体表面４０８内の開口部を有する流体浸透性セル４１４を含むことができる。一例として、装置４００は、第１の流体浸透性本体表面４０４上の第２のアレー内に位置決めされる複数の高くされた微小規模の機構４０６を含むことができ、この第２のアレーは第１のアレーと異なり、かつこの第１および第２のアレーは、装置１００に関して上記で論じたのと同じように選択される。同様にさらなる例として、装置４００は、第２の流体浸透性本体表面４０８上の第２のアレー内に位置決めされる複数の高くされた微小規模の機構４０７を含むことができ、この第２のアレーは第１のアレーと異なる。
例として、流体浸透性本体４０２の一部分または全体は、導管を含む第１の流体封じ込め構造体４１６を形成することができる。一例として、第１の流体浸透性本体表面４０４は、導管の内部区域を形成することができる。別の例として、流体浸透性本体４０２は、その形状を維持するのに適した剛体構造を有することができる。さらなる例で、図に示されかつこの明細書で論じられる装置４００の任意のまたは全ての要素は剛体であり、装置４００の利用でそれらの形状を維持する能力を有することができる。別の例で、流体浸透性本体４０２は、装置１００に関して前に論じたのと同じように筒状横断面を有する、筒状導管を含む第１の流体封じ込め構造体４１６を形成することができる。高くされた微小規模の機構を含む導管に関する背景情報は、本願の権利者が所有する２００６年３月３日出願の「Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ」という名称の米国特許出願第１１／４１６，８９３号に開示されており、それらの全体は参照により本明細書に組み込まれている。
一例で、装置４００は流体封じ込め本体４１８を含むことができる。別の例として、この流体封じ込め本体４１８は、第２の流体浸透性本体表面４０８と共に、第２の流体封じ込め構造体４２０を形成することができる。流体浸透性本体４０２が筒状導管を含む第１の流体封じ込め構造体４１６を形成することができる場合の一例では、この第２の流体封じ込め構造体４２０は、筒状導管を含む第１の流体封じ込め構造体４１６を取り囲む空間を占有することができ、一般に環状形状を有することができる。別の例として、装置４００は、流体浸透性本体４０２を流体封じ込め本体４１８と結合させる１つまたは複数の支持部材４１９を含むことができる。支持部材４１９は、一例として、装置１００に対して上記で論じたのと同じように、流体浸透性本体４０２を流体封じ込め本体４１８に対して選択される位置に維持することができる。さらなる例として、装置４００は第１の流体封じ込め構造体４１６および第２の流体封じ込め構造体４２０を含むことができ、この第２の流体封じ込め構造体４２０は、装置１００に関して上記で論じたのと同じように、流体圧力封じ込めチャンバになるように選択することができる。別の例で、第１および第２の流体封じ込め構造体４１６および４２０のうちのいずれかまたは両方は、装置１００に関して前に論じたのと同じように設けられかつ動作する、１つまたは複数の接続金具４２１または流体圧力ゲージ４２３またはそれらの両方を含むことができる。
一例で、複数の高くされた微小規模の機構４０６は、第１の流体浸透性本体表面４０４からほぼ長手方向軸４２２に向かう方向に延びることができる。一例として、筒状導管を含む流体浸透性本体４０２の境界は、例示の破線４２４、４２６、４２８、および４３０によって概略的に画定することができる。装置４００の端部４３２、４３４は、長手方向軸４２２の端部のところでほぼ矢印の方向に装置４００を通る流体（図示せず）の通過を容易にすることができる。
別の例で、この長手方向軸４２２は曲がった区域（図示せず）を含むことができ、第１の流体浸透性本体表面４０４は、全体的にこの曲線に従うことができる。例として、この曲線は漸進的であることができ、または唐突な曲がりを含むことができる。この長手方向軸４２２は直線の区域も含むことができ、または長手方向軸４２２全体が曲がっていることもある。導管を含む第１の流体封じ込め構造体４１６は、矢印を有する破線で示され長手方向軸４２２に対して横断方向に画定される直径４３６を有することができる。一例で、流体浸透性本体４０２は、装置４００がパイプの全体的形状を有することができるように、ほぼ円筒状の外形を有することができる。装置４００が第２の流体封じ込め構造体４２０を含むことができる別の例では、この第２の流体封じ込め構造体４２０も、装置４００がパイプの全体的形状を有することができるように、ほぼ円筒状の外形を有することができる。さらなる例（図示せず）として、流体浸透性本体４０２または、やはり存在する場合は、第２の流体封じ込め構造体４２０は、装置４００が別の選択された外形を有することができるように、追加の材料を含むことができる。さらなる例（図示せず）で、装置４００は別の構成部品を有する機器に一体化することができる。
一例として、第１の流体封じ込め構造体４１６の直径４３６は、長手方向軸４２２に沿って均一であり得る。別の例（図示せず）として、第１の流体封じ込め構造体４１６の直径４３６は、長手方向軸４２２に沿った異なる位置で２つ以上の異なる値を含むことができる。さらなる例（図示せず）では、直径４３６の値は、長手方向軸４２２に沿った１つまたは両方の方向で、例として漏斗またはピペットの先端を形成するある傾斜または別のパターン化された変化を画成することができる。
図６は、空洞を含みかつ第１の流体浸透性本体表面６０４を有する流体浸透性本体６０２と、第１の流体浸透性本体表面６０４上の複数の高くされた微小規模の機構６０６とを含む装置６００の一例を示す斜視図である。図７は、図６の装置６００を示す線７−７に沿った横断面側面図である。図６および７は、流体浸透性本体１０２が空洞を含むように選択される装置１００の一例を示す。したがって、装置１００、４００の上記の論議は、図６および７の以下の論議に適用可能であり、かつそれらの全体が組み込まれていると見なされる。流体浸透性本体６０２は、第１の流体浸透性本体表面６０４に加えて第２の流体浸透性本体表面６０８も含む。一例で、複数の高くされた微小規模の機構６０６の各々は、第１の流体浸透性本体表面６０４からある距離の間隔があけられており、かつ床６１４を含む超疎水性表面６１２を形成する端部６１０を含むことができる。（図７にのみ示され、図６の頂部のところにある）別の例として、この装置６００は同様に、別の超疎水性表面６１８を形成する、第２の流体浸透性本体表面６０８上の複数の高くされた微小規模の機構６１６を含むことができる。複数の高くされた微小規模の機構６０６または６１６またはそれらの両方は、一例として、流体浸透性本体６０２とモノリシックであることができる。流体浸透性本体６０２は、複数の流体浸透性セル６２２を含む。複数の流体浸透性セル６２２の各々は、それぞれ第１の流体浸透性本体表面６０４および第２の流体浸透性本体表面６０８内の開口部（図示せず）と連通する流体通路（図示せず）を画成するセル壁（図示せず）を含む。例（図示せず）で、この流体浸透性本体６０２は、装置１００に関連して前に論じたのと同じように選択される、第１のアレー内で向きを合わせられ、リッジ、流体通路、セル壁、および第１の流体浸透性本体表面６０４および第２の流体浸透性本体表面６０８内の開口部を有する流体浸透性セル６２２を含むことができる。一例として、装置６００は第１の流体浸透性本体表面６０４上の第２のアレー内に位置決めされている複数の高くされた微小規模の機構６０６を含むことができ、この第２のアレーは第１のアレーと異なり、かつこの第１および第２のアレーは、装置１００に関して上記で論じたのと同じように選択される。同様にさらなる例として、装置６００は第２の流体浸透性本体表面６０８上の第２のアレー内に位置決めされている複数の高くされた微小規模の機構６１６を含むことができ、この第２のアレーは第１のアレーと異なる。
例として、流体浸透性本体６０２の一部分または全体は、空洞を含む第１の流体封じ込め構造体６２４を形成することができる。一例として、第１の流体浸透性本体表面６０４は、空洞の内部区域を形成することができる。別の例として、流体浸透性本体６０２はその形状を維持するのに適した剛体構造を有することができる。さらなる例で、図に示されかつこの明細書で論じられる装置６００の任意のまたは全ての要素は剛体であってもよく、装置６００の利用でそれらの形状を維持する能力を有することができる。別の例で、流体浸透性本体６０２は、装置１００に関して前に論じたのと同じような筒状横断面を有する、筒状空洞を含む第１の流体封じ込め構造体６２４を形成することができる。高くされた微小規模の機構を含む空洞に関する背景情報は、本願の権利者が所有する２００６年３月３日出願の「Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ」という名称の米国特許出願第１１／４１６，８９３号に開示されている。
一例で、装置６００は流体封じ込め本体６２６を含むことができる。別の例として、この流体封じ込め本体６２６は、第２の流体浸透性本体表面６０８と共に、第２の流体封じ込め構造体６２８を形成することができる。流体浸透性本体６０２が筒状空洞を含む第１の流体封じ込め構造体６２８を形成することができる場合の一例では、この第２の流体封じ込め構造体６２８は、筒状空洞を含む第１の流体封じ込め構造体６２４を取り囲む空間を占有することができ、それ自体全体的に空洞形状を有することができる。別の例として、装置６００は、流体浸透性本体６０２を流体封じ込め本体６２６と結合させる１つまたは複数の支持部材６２９を含むことができる。支持部材６２９は、一例として、装置１００に対して上記で論じたのと同じように、流体浸透性本体６０２を流体封じ込め本体６２６に対して選択された位置に維持することができる。一例で、第２の流体封じ込め構造体６２８は、装置６００内に線６３２のところで第２の流体浸透性本体表面６０８および流体封じ込め本体６２６とのシールを形成するカバー（図示せず）を含むことによって、流体圧力封じ込めチャンバになるように選択することができる。別の例で、第１および第２の流体封じ込め構造体６２４および６２８のうちのいずれかまたは両方は、装置１００に関して前に論じたのと同じように設けられかつ動作する、１つまたは複数の接続金具６３１または流体圧力ゲージ６３３またはそれらの両方を含むことができる。
一例で、複数の高くされた微小規模の機構６０６は、第１の流体浸透性本体表面６０４からほぼ長手方向軸６３４に向かう方向に延びることができる。一例として、流体浸透性本体６０２の境界は、例示の破線６３６、６３８、６４０、および６４２によって概略的に画定することができる。装置６００の開端部６４４は、長手方向軸６３４の端部のところでほぼ矢印の方向に装置６００を出入りする流体（図示せず）の通過を容易にすることができる。
別の例で、この長手方向軸６３４は曲がった区域（図示せず）を含むことができ、第１の流体浸透性本体表面６０４は、全体的にこの曲線に従うことができる。例として、この曲線は漸進的であり得るか、または唐突な曲がりを含むことができる。この長手方向軸６３４は直線の区域も含むことができるか、または長手方向軸６３４全体が曲がっていてもよい。空洞を含む第１の流体封じ込め構造体６２４は、矢印を有する破線で示され長手方向軸６３４に対して横断方向に画定される直径６４６を有することができる。一例で、流体浸透性本体６０２は、装置６００がカップの全体的形状を有することができるように、ほぼ円筒状の外形を有することができる。装置６００が第２の流体封じ込め構造体６２８を含むことができる別の例では、この第２の流体封じ込め構造体６２８も、装置６００がカップの全体的形状を有することができるように、ほぼ円筒状の外形を有することができる。さらなる例（図示せず）として、流体浸透性本体６０２または、やはり存在する場合は、第２の流体封じ込め構造体６２８は、装置６００が別の選択された外形を有することができるように、追加の材料を含むことができる。さらなる例（図示せず）では、装置６００は別の構成部品を有する機器に一体化することができる。
一例として、第１の流体封じ込め構造体６２４の直径６４６は、長手方向軸６３４に沿って均一であり得る。別の例（図示せず）として、第１の流体封じ込め構造体６２４の直径６４６は、長手方向軸６３４に沿った異なる位置で２つ以上の異なる値を含むことができる。さらなる例（図示せず）では、直径６４６の値は、例としてフラスコまたはボールを形成する長手方向軸６３４に沿った１つまたは両方の方向である傾斜または別のパターン化された変化を画成することができる。一例で、第１の流体封じ込め構造体６２４の直径６４６は、約５ミリメートルの長さを有することができ、かつ長手方向軸６３４の方向での筒状空洞の深さは約７ミリメートルであり得る。
一例として、装置６００は、流体浸透性本体６０２が追加の材料（図示せず）と一体化することができるように、より大きな機器（図示せず）内に組み込むことができる。一例で、複数の装置６００は、それらの長手方向軸６３４を互いに平行な、間隔があいたアレー内に位置合わせすることができ、各装置６００は開端部６４４を有し、この開端部６４４は一平面（図示せず）内に位置合わせされる。一例として、９６基の装置６００が生物学的および化学的試験を行うのに利用するための、標準の９６ウエルのマイクロ・ウエル・プレートを集合的に形成することができる。一例で、高くされた微小規模の機構６０６は、水相試験の完了後、装置６００からの試薬の自己清掃を促進させることができる。
図８は、複数の装置８０２を含むように選択された装置８００の一例の横断面図である。一例として、装置８００は、１つまたは複数の装置４００および１つまたは複数の装置６００を含むことができる。したがって、装置１００、４００および６００の上記の論議は、図８の以下の論議に適用可能であり、かつそれら全体が組み込まれていると見なされる。一例で、この装置８００は、各装置８０２が装置４００または装置６００のいずれかとして独立して選択される、７つの装置８０２を含むことができる。別の例として、この装置８００は、互いに対して図８に示すように配置される４つの装置４００および３つの装置６００を含むことができる。装置８０２の任意の数量、装置４００と６００の中での任意の選択、および互いに対する装置４００および６００の任意の配置を、装置８００内の複数の装置８０２内に含めるために選択できることを理解されたい。例として、２と約１，０００の間、または２と約１００の間、または２と約１０の間の数量の装置８０２を装置８００に含むことができる。前に論じたように、図４〜５に示す装置４００は、一例として、第１の流体浸透性本体表面４０４、および第２の流体浸透性本体表面４０８を有する、導管を含むように選択された１つの流体浸透性本体４０２を含むことができる。さらに前に論じたように、図６〜７に示す装置６００は、一例として、第１の流体浸透性本体表面６０４、および第２の流体浸透性本体表面６０８を有する、空洞を含むように選択された１つの流体浸透性本体６０２を含むことができる。装置４００および装置６００の各々は、上記で既に明らかにされてきたように、追加の機構を含みかつ別の機構を含むように選択することができることを理解されたい。一例で、装置８００内に複数の装置４００、６００を含めることによって、単一のそのような装置４００、６００内で起きるより、装置８００の利用での流体間の相互作用の高い速度を促進させることができる。別の例として、この装置８００は、装置８０２の対の間に１つまたは複数の支持部材８０４を含むことができる。支持部材８０４は、一例として、装置８０２の対を互いに対する選択された位置で維持することができる。
一例で、装置８００は流体封じ込め本体８０６を含むことができる。別の例として、流体封じ込め本体８０６は、第２の流体浸透性本体表面４０８、６０８と共に、第２の流体封じ込め構造体８０８を形成することができる。別の例として、この流体〜第２の流体封じ込め構造体８０８は、その形状を維持するのに適した剛体の構造を有することができる。さらなる例で、図に示されかつこの明細書で論じられる装置８００の任意のまたは全ての要素は剛体であることができ、かつ装置８００の利用でそれらの形状を維持する能力を有することができる。一例で、第２の流体封じ込め構造体８０８は、装置８０２を取り囲む空間を占有することができ、図４および６に示すのと同じように環状の形状を一般に有することができる。別の例として、装置８００は、第２の流体浸透性本体表面４０８、６０８を流体封じ込め本体８０６に結合させる１つまたは複数の支持部材８１０を含むことができる。支持部材８１０は、一例として、装置４００、６００を流体封じ込め本体８０６に対して選択された位置に維持することができる。さらなる例として、第２の流体封じ込め構造体８０８は、装置１００に関連して上記で論じたのと同じように、流体圧力封じ込めチャンバになるように選択することができる。別の例で、この第２の流体封じ込め構造体８０８は、装置１００に関連して前に論じたのと同様の方式で設けられかつ動作する１つまたは複数の接続金具８１２または流体ゲージ８１４またはそれらの両方を含むことができる。さらなる例として、流体封じ込め本体８０６の内側表面８１６は、内部表面８１６からある距離の間隔があけられ超疎水性表面を形成する端部を含む、複数の高くされた微小規模の機構を（図示せず）有することができる。
別の例で、装置８００内に含むために選択された任意の装置４００の長手方向軸４２２および任意の装置６００の長手方向軸６３４は、互いに平行であることができる。全ての長手方向軸４２２、６３４が互いに平行である別の例として、装置８００は曲がった区域（図示せず）を含むことができ、第１の流体浸透性本体表面４０４、６０４は、全体的にこの曲線に従うことができる。例として、この曲線は漸進的であってもよいか、または唐突な曲がりを含むことができる。この長手方向軸４２２、６３４は、一例として、直線の区域も含むことができるか、または長手方向軸４２２、６３４全体が曲がっていることもあり得る。別の例で、装置８００に含まれる任意の第１の流体封じ込め構造体４１６、６２４は、同じ直径または異なる直径４３６、６４６を有することができる。一例として、この直径４３６、６４６は、長手方向軸４２２、６３４に沿って均一であってもよいか、または各々が独立して長手方向軸４２２、６３４に沿った異なる位置で２つ以上の異なる値を含むことができ、あるいは直径４３６、６４６の値は、それぞれ独立に長手方向軸４２２、６３４に沿った１つまたは両方の方向で、ある傾斜または別のパターン化された変化を画成することができる。一例で、第２の流体封じ込め構造体８０８は、ほぼ円筒状の外形を有することができる。さらなる例（図示せず）として、第２の流体封じ込め構造体８０８は、装置８００が別の選択された外形を有することができるように、追加の材料を含むことができる。さらなる一例（図示せず）で、装置８００は別の構成部品を有する機器に一体化することができる。
図９は、図１〜８に示す装置１００、４００、６００、８００を製造するための方法９００の一例を示す流れ図である。この方法９００は、ステップ９０２で開始し、ステップ９０４で、３次元（「３−Ｄ」）グラフィック・デザイン電子データ・ファイルが図１〜８に関して上記で論じた装置１００、４００、６００、８００に対して設けられる。この３−Ｄグラフィック・デザインは、コンピュータ支援設計（「ＣＡＤ」）としても知られている、３−Ｄグラフィック・コンピュータ・プログラムを使用して作り出すことができる。例として、Ａｕｔｏｄｅｓｋ，Ｉｎｃ．，１１１ ＭｃＩｎｎｉｓ Ｐａｒｋｗａｙ，Ｓａｎ Ｒａｆａｅｌ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ９４９０３から市販されている３ｄｓ Ｍａｘ 表面モデル化プログラムを利用することができる。別の例で、Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，１４０ Ｋｅｎｄｒｉｃｋ Ｓｔ．，Ｎｅｅｄｈａｍ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ０２４９４から市販されているＰＲＯ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ固体モデリング・プログラムを利用することができる。
ステップ９０６で、この３−Ｄグラフィック・デザイン・データ・ファイルは、選択された３−Ｄラピッド・プロトタイプ・ファブリケーション（「ＲＰＦ」）装置と互換性のあるフォーマットを有する電子データ・ファイルに変換することができる。ステップ９０８で、この変換された３−Ｄグラフィック・データ・ファイルは、選択された３−Ｄラピッド・プロトタイプ・ファブリケーション装置内に入力される。
一例で、次いでこの３−Ｄラピッド・プロトタイプ・ファブリケーション装置は、装置１００、４００、６００、８００のための造形材料の層を連続的にレイダウンすることによって、この３−Ｄグラフィック・データ・ファイルを装置１００、４００、６００、８００に変換するのに使用することができる。
方法９００によって装置１００、４００、６００、８００を製造するのに利用するために選択することができる市販のＲＰＦ装置によって行われるレイダウン方法の例の中には以下のものが存在する：熱相変化インク・ジェット堆積法（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎｋ ｊｅｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、感光性樹脂相変化インク・ジェット堆積法（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒ ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎｋ ｊｅｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ステレオリソグラフィ（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）（「ＳＬＡ」）法、ソリッド・グラウンド・キュアリング法（ｓｏｌｉｄ ｇｒｏｕｎｄ ｃｕｒｉｎｇ）（「ＳＧＣ」）、粉末焼結積層造形法（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｃｕｒｉｎｇ）（「ＳＬＳ」）、熱溶融積層法（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ）（「ＦＤＭ」）、積層物体製造法（ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）（「ＬＯＭ」）、および３−Ｄ印刷法（「３ＤＰ」）。これらの方法の各々は、支持表面上に装置１００、４００、６００、８００用の造形材料の薄い層の連続的なレイダウンを含むことができる。この支持表面は、固体のプラットフォームまたは上に造形材料が浮くようにさせられる液体表面であり得る。造形材料が支持表面から上方に間隔のあいた位置にレイダウンする必要がある場合は、この間隔のあいた造形材料を上に引き続き堆積させることができる支持材料は、その目的のために必要とされるときおよび場所にレイダウンされ、その引き続く取り外しのために配置される。例として、この支持材料は熱によって除去可能なワックス、または選択的に溶解させることができる材料であり得る。
これらの方法の各々は、造形材料を液体または固体形態のいずれかでレイダウンする。液体形態での造形材料のレイダウンを含む方法には、熱相変化インク・ジェット堆積法、感光性樹脂相変化インク・ジェット堆積法、およびＳＬＡ法が含まれる。インク・ジェット法の使用は、インク・ジェットからスプレーされる液体造形材料の固化が最小限の空洞形成を伴って起き得るので、結果として比較的高品質の装置１００、４００、６００、８００の製造をもたらすことができる。さらに、インク・ジェットからスプレーされる液体造形材料は非常に小さな粒子サイズを有することができ、そのような粒子サイズによって、比較的小さな寸法の高くされた微小規模の機構の製造が可能になる。しかしながら、高くされた微小規模の機構の最小実現可能寸法は、インク・ジェット・システム内の液体造形材料の流動力学によって制限される場合がある。熱相変化インク・ジェット装置は、インク・ジェットと代替可能でありかつ冷却で固化するのに適した限られた種類の造形材料しか利用することができないが、比較的強靭であるが脆い装置１００、４００、６００、８００を作り出すことができる。感光性樹脂相変化インク・ジェット装置は、インク・ジェットと代替可能でありかつ紫外線に露出された際に固化するのに適した広い種類の造形材料を採用することができ、剛体であるかまたは比較的柔軟であるかのいずれかの装置１００、４００、６００、８００を作り出すことができる。一例で、３Ｄ−Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，２６０８１ Ａｖｅｎｕｅ Ｈａｌｌ，Ｖａｌｅｎｃｉａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ９１３５５から市販されているＩｎＶｉｓｉｏｎ ＨＲ ３−Ｄ Ｐｒｉｎｔｅｒを利用することができ、最初の３−Ｄグラフィック電子データ・ファイルはステップ９０６でＳＴＬファイル・フォーマットに変換することができる。一例として、３Ｄ−Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から市販されている、ＶｉｓｉＪｅｔ（登録商標）ＨＲ−２００ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌを造形材料として利用することができる。ＶｉｓｉＪｅｔ（登録商標）ＨＲ−２００ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌは、トリエチレン・グリコール・ジメタクリレート・エステル、アクリル酸ウレタン高分子、およびプロピレン・グリコール・モノメタクリレートを含む。ＳＬＡは液体の感光性樹脂を採用することができ、そのタンクの上で紫外線光レーザをなぞることができ、液体感光性樹脂の固化した層はタンク内に沈められる。ＳＧＣは同様の技術を使用することができるが、固化した層は固体の造形プラットフォーム上に支持される。
固体形態での造形材料のレイダウンを含む方法には、ＳＬＳ、ＦＤＭ、ＬＯＭおよび３ＤＰが含まれる。ＳＬＳは、２つの造形材料粉体マガジン上を前後に移動する平坦化ローラ、およびそのローラによって造形プラットフォーム上に塗布される粉体被覆から造形材料層を選択的に焼結するレーザを採用することができる。３ＤＰ方法は、造形材料粉体のベッドを採用することができ、その上に接着剤が、接合された造形材料の連続層を形成するように、インク・ジェットによって選択的にスプレーされる。３ＤＰ方法は、接着剤による粉体の不均一な濡れおよび接合された造形材料粒子間の空洞の存在の結果として比較的粗い、多孔質の構造を有する装置１００、４００、６００、８００を作り出すことができる。接着剤を過剰に塗布すると、比較的または過剰に大きな高くされた微小規模の機構の形成に結果としてなる可能性がある。一例で、狭い粒子サイズ分布および非常に小さな粒子を有する造形材料粉体を選択することができる。別の例として、接着剤塗布前にこの粉体の充填均一性を注意深く制御することもできる。一例として、インク・ジェットによってスプレーされる接着剤小滴の平均サイズより少なくとも約１０分の１の平均粒子サイズを有する造形材料粉体を選択することができる。そのような造形材料粉体は、それが造形されるとき、液体造形材料のインク・ジェット印刷を使用するときに結果として生じるであろうより少ない、装置１００、４００、６００、８００の収縮に結果としてなり得る。ＦＤＭ方法は、プラスチック線の溶融およびインク・ジェット・スプレーを採用することができる。ＬＯＭ方法は、造形材料シートの薄い層の連続的なレーザ切断および接合を含むことができる。装置１００、４００、６００、８００用の造形材料としてセラミック粉体が選択される可能性のある場合の一例では、ＳＬＳ方法をこの粉体を焼結させるために利用することができる。ＳＬＳ方法によって焼結させるのに適した任意のセラミック成分またはその均等物を利用することができることを当業者は理解されたい。非疎水性セラミック成分が選択される場合の一例として、焼結したセラミックから形成される装置の高くされた微小規模の機構上に疎水性層を付着させることができる。そのような疎水性層は、一例で、化学的気相成長法によって付着させることができる。一例で、ペルフルオロ化炭化水素被覆成分を利用することができる。他の疎水性被覆成分が使用できることを当業者は理解されたい。
さらなる例として、装置１００、４００、６００、８００を製造するための造形材料の代わりに支持材料をレイダウンするように、３−Ｄラピッド・プロトタイプ・ファブリケーション装置を、装置１００、４００、４００、６００、８００のネガ画像を伴ってプログラムすることができる。一例で、３−Ｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＶｉｓｉＪｅｔ（登録商標）Ｓ−１００ Ｍｏｄｅｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ、ヒドロキシル化されたワックス成分、を造形材料として使用することができる。
ステップ９１０で、装置１００、４００、６００、８００に対する３−Ｄ造形向きを選択することができる。一例として、図４を参照すると、装置４００は長手方向軸４２２の方向、または第１の流体封じ込め構造体４１６の直径４３６に対して平行な横断方向のいずれかに造形することができる。一例で、装置４００に対する造形の向きは、高くされた微小規模の機構４０６、４０７および、含まれている場合は第２の流体封じ込め構造体４２０が、それらの製造中それらのための支持材料の堆積の必要性が最小になるような方向に造形されるように選択することができる。一例として、ＳＬＡを使用する長手方向軸４２２の方向への装置４００の製造は、支持材料のレイダウンを減少させるのを容易にする可能性がある。高くされた微小規模の機構４０６、４０７が連続するリッジの形態で選択される別の例では、ＳＬＡ、ＦＤＭ、ＬＯＭ、３ＤＰ、またはＩｎＶｉｓｉｏｎジェット・プリンターを使用する長手方向軸４２２の方向での装置４００の製造は、さらに少ない支持材料のレイダウンしか必要としない可能性がある。
図１０は、図９の方法により製造中の図４〜５に示す装置４００の一例を示す斜視図である。図１０に示す装置４００は、長手方向軸４２２を有する第１の流体封じ込め構造体４１６との境界となる第１の流体浸透性本体表面４０４を有する流体浸透性本体４０２と；第２の流体浸透性本体表面４０８を含む第１の流体浸透性本体４０２と；高くされた微小規模の機構４０６を含む第１の流体浸透性本体表面４０４および高くされた微小規模の機構４０７を含む第２の流体浸透性本体表面４０８とを含む。一例として、装置４００は、造形支持部１００２上で矢印１００４の方向に製造することができる。支持材料１００６は、装置４００が造形されるとき、造形支持部１００２の上にレイダウンすることができる。支持部材１００６は、流体浸透性本体４０２および高くされた微小規模の機構４０６、４０７を取り囲む線１００８まで第１の流体封じ込め構造体４１６を満たすことができる（図示せず）。別の例として、高くされた微小規模の機構がそれらの先端で開始しそれらを共に保持する流体浸透性本体の形成で終了して造形される場合は、高くされた微小規模の機構間の空洞空間全体は、造形材料のレイダウン中に支持材料で満たす必要がある可能性がある。
ステップ９１２で、造形材料は造形支持部上にレイダウンすることができ、流体浸透性本体および高くされた微小規模の機構はモノリシック的に製造することができる。したがって一例として、装置４００は図１０に示すように製造することができる。一例で、造形材料の層のレイダウンの各サイクルは、矢印１００４の方向での造形材料の平らな堆積を維持するために層の平削りを含むことができる。このようにすると、結果として得られる装置４００の正確な造形寸法を制御することができる。一例として、高くされた微小規模の機構４０６は、平削りが、高くされた微小規模の機構４０６の破断ではなく、造形材料の目下堆積されている層のきれいな切除に結果としてなるように、柔軟性のある材料から製造することができる。一例で、３−Ｄラピッド・プロトタイプ・ファブリケーション装置が採用される場合、インク・ジェット・ノズルをどのようなインク・ジェット・ノズルのつまりも検出しかつ取り除くように、各レイダウン・サイクルの後で試験することができる。
図９でのように、製造中に装置１００、４００、６００、８００のための機械的支持を提供するために支持材料がレイダウンされる可能性がある場合は、この支持材料はステップ９１４で後で取り除くことができる。例として、支持材料成分は、この支持材料を熱を加えることによって、または適切な溶剤内での支持材料の選択的な溶解によって選択的に取り除くことができるように選択することができる。一例として、支持材料はワックスであることができる。次いで方法９００はステップ９１６で終了する。
この方法９００は、装置１００、４００、６００または８００を製造するために同様の方法で利用することもできる。装置６００が製造される場合の一例で、高くされた微小規模の機構６０６が最初に第１の流体浸透性本体表面６０４の床６１４上に、次いで第１の流体浸透性本体表面６０４の残りの上で、ほぼ開口部端６４４に向かう方向に製造できるように、ステップ９１０で３−Ｄ造形向きを選択することができる。
図１１は、ある流体である液体を処理する方法１１００の一実施態様を示す流れ図である。装置１００、４００、６００および８００の製造、構造および動作の前述の論議は、方法１１００のこの論議内にそれら全体が組み込まれている。この方法１１００は、ステップ１１０２で開始し、ステップ１１０４で、前に論じたように、第１の流体封じ込め構造体を含みかつ第１および第２の流体浸透性本体表面を有する流体浸透性本体と；第１および第２の流体浸透性本体表面の両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を各々が有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構と；第２の流体浸透性本体表面と共に第２の流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体とを含む、選択された装置１００、４００、６００および８００が準備される。ステップ１１０６で、第１の液体が第１の流体封じ込め構造体内に導入され、ある流体が第２の流体封じ込め構造体内に導入され、それによって第１の液体と流体浸透性本体を通る液体との間の相互作用が起きるのが可能になる。この方法は、ステップ１１０８で終了することができる。一例で、この方法は、第１の流体封じ込め構造体内の圧力を、第２の流体封じ込め構造体内の圧力に対して、選択される範囲内に維持するステップを含むことができる。別の例として、この方法は、第１の液体と流体内のガスとの間の、流体浸透性本体を介した相互作用が起きるのを可能にすることを含むことができる。さらなる例として、この方法は、第２の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構を含む装置を設けるステップと；第２の液体を第２の流体封じ込め構造体内に導入し、第１と第２の液体間に液体浸透性本体を介した相互作用が起きるのを可能にするステップとを含むことができる。
図１２は、超疎水性表面を維持する方法１２００の一実施態様を示す流れ図である。装置１００、４００、６００および８００の製造、構造および動作の前述の論議は、方法１２００のこの論議内にそれら全体が組み込まれている。この方法１２００はステップ１２０２で開始し、ステップ１２０４で、前に論じたような、第１の流体封じ込め構造体を含みかつ第１および第２の流体浸透性本体表面を有する流体浸透性本体と；第１および第２の流体浸透性本体表面両方内の開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を各々が有する、流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；第１の流体浸透性本体表面上の複数の高くされた微小規模の機構と；第２の流体浸透性本体表面と共に第２の流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体とを含む、選択された装置１００、４００、６００および８００が準備される。ステップ１２０６で、第１の液体が第１の流体封じ込め構造体内に導入され、あるガス状流体が第２の流体封じ込め構造体内に導入され、第１の流体封じ込め構造体内の圧力が第２の流体封じ込め構造体内の圧力に対して選択された範囲内に維持される。この方法は、ステップ１２０８で終了することができる。一例で、この方法は、第２の流体封じ込め構造体を上昇した圧力の下に置くステップを含むことができる。
この装置１００、４００、６００および８００は、超疎水性表面を有する流体浸透性本体が有用であり得る広い範囲の最終使用用途で利用することができる。例として、この装置１００、４００、６００、８００は、超低摩擦流体流れを促進することができる。生体素子およびマイクロリアクターなどのマイクロ流体封じ込め構造体を含む機器は、方法９００によって製造することができ、かつ装置１００、４００、６００、８００を組み込むことができる。一例で、この装置１００、４００、６００、８００は、生物学的および化学試薬用の一時的な収納容器として、または反応容器として役立つことができ、かつこの試薬が水性溶液である場合、自己清掃的であり得る。
前述の説明が時には図１〜１０に示す装置１００、４００、６００、８００を指示するけれども、対象物はそれらの構造体、または本明細書内で論じられた構造体に限定されないことを理解されたい。超疎水性表面を有する流体浸透性本体を含む他の形状および構成も製造することができる。同様に、開示された方法９００は、超疎水性表面を有する流体浸透性本体を含む追加の装置を製造するために利用することができる。さらに、図１１に示すある流体である液体を処理する方法、および図１２に示す超疎水性表面を維持する方法は、追加のステップおよび示されたステップの改変を含むことができることを当業者は理解されたい。装置１００、４００、６００、８００の各々に対して上記で論じた最終利用用途は、同様にそのような装置全てに適用可能であることを理解されたい。例として、装置１００、４００、６００、８００は、血液に酸素を送り込むこと；血液透析；商業的な、化学的な、バイオテクノロジー関連の製造；微小流体工学を含む、装置内で増大した流量で流体を輸送すること；および液体からガスまたは蒸気を取り除くことに利用することができる。
さらに、多数の例の前述の説明は、例示および説明の目的で示されてきたことが理解されるであろう。この説明は網羅的ではなく、特許請求される発明を開示された正確な形態に限定しない。上記の説明に照らして改変および変形形態が可能であるか、または本発明の実施から得ることができる。特許請求の範囲およびそれらの均等物が本発明の範囲を画定する。

Claims (10)

  1. 第１の非平面外表面を有し、かつ前記第１の非平面外表面とは別の方向を向いた第２の外表面を有する剛体の流体浸透性本体と、
    前記流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルとを備え、前記流体浸透性セルの各々は前記第１の非平面外表面に開口部と、前記第２の外表面に別の開口部とを有し、前記流体浸透性セルの各々は前記第１および第２の外表面両方内の前記開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を有し、さらに、
    前記流体浸透性本体の前記第１の非平面外表面上に複数の高くされた微小規模の機構
    を備える、装置。
  2. 前記複数の高くされた微小規模の機構の各々は端部を含み、前記端部は、前記流体浸透性本体の前記第１の非平面外表面からある距離だけ離間して配置され、前記端部は集合的に超疎水性表面を形成する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記流体浸透性本体はモノリシックであり、かつ複数の前記高くされた微小規模の機構は前記流体浸透性本体とモノリシックである、請求項１に記載の装置。
  4. 別の複数の高くされた微小規模の機構を前記流体浸透性本体の前記第２の外表面上に含む、請求項１に記載の装置。
  5. 前記流体浸透性本体の前記第１の非平面外表面は流体封じ込め構造体を形成し、前記流体封じ込め構造体は流体浸透性導管または流体浸透性空洞である、請求項１に記載の装置。
  6. 第１の外表面を有し、かつ前記第１の外表面とは別の方向を向いた第２の外表面を有する剛体の流体浸透性本体と、
    前記流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルとを備え、前記流体浸透性セルの各々は前記第１の外表面に開口部と、前記第２の外表面に別の開口部とを有し、前記流体浸透性セルの各々は前記第１および第２の外表面両方内の前記開口部と連通する流体通路を画成するセル壁を有し、さらに、
    前記第１の流体浸透性本体の前記第１の外表面上の複数の高くされた微小規模の機構と、
    前記第２の流体浸透性本体の前記第２の外表面と共に、流体封じ込め構造体を形成する流体封じ込め本体と
    を備える、装置。
  7. 前記流体浸透性本体はモノリシックであり、かつ複数の前記高くされた微小規模の機構は前記流体浸透性本体とモノリシックである、請求項６に記載の装置。
  8. 別の複数の高くされた微小規模の機構を前記流体浸透性本体の前記第２の外表面上に含む、請求項６に記載の装置。
  9. 第１の流体封じ込め構造体を形成し、かつ互いに反対の方向を向いた第１および第２の外表面を有する剛体の流体浸透性本体と；前記第１および第２の外表面両方内の開口部と連通する通路を画成するセル壁を各々が有する、前記流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；前記流体浸透性本体上の前記第１の外表面上に位置し、かつ超疎水性表面を形成する、複数の高くされた微小規模の機構と；前記流体浸透性本体の前記第２の外表面と共に第２の流体封じ込め構造体を形成する、流体封じ込め本体とを含む装置を準備するステップと、
    液体を前記第１の流体封じ込め構造体内に導入し、かつ流体を前記第２の流体封じ込め構造体内に導入し、それによって前記液体と前記流体との間で前記流体浸透性本体を介して相互作用が起きるのを可能にするステップと
    を含む、方法。
  10. 第１の流体封じ込め構造体を形成し、かつ互いに反対の方向を向いた第１および第２の外表面を有する剛体の流体浸透性本体と；前記第１および第２の外表面両方内の開口部と連通する通路を画成するセル壁を各々が有する、前記流体浸透性本体内の複数の流体浸透性セルと；前記流体浸透性本体上の前記第１の外表面上に位置し、かつ超疎水性表面を形成する、複数の高くされた微小規模の機構と；前記流体浸透性本体の前記第２の外表面と共に第２の流体封じ込め構造体を形成する、流体封じ込め本体とを含む装置を準備するステップと、
    液体を前記第１の流体封じ込め構造体内に導入し、ガス状流体を前記第２の流体封じ込め構造体内に導入し、かつ前記第１の流体封じ込め構造体内の圧力を、前記第２の流体封じ込め構造体内の圧力に対して、選択された範囲内に維持するステップと
    を含む、方法。
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