JP7257565B2 - マイクロ流体デバイス、その製造方法、およびその使用 - Google Patents

Description

本発明は、シリコン技術で製造され少なくとも１つの３Ｄマイクロ環境が存在するマイクロ流体デバイスと、シリコンベースの技術を用いた前記デバイスの製造方法と、様々な用途、典型的には細胞機能チップ、生体機能チップ、lab-on-a-chipの実験といった生物学的細胞実験における前記デバイスの利用と、マイクロリアクターとしてのデバイスの利用と、の分野に関するものである。

マイクロ流体デバイスは、人間によって生成されたマイクロシステム内の少なくとも１つの小さな流体（液体または気体）量を操作することを目的とした一連の技術に関するものである。デバイス内には細胞培養物または単独の細胞といったものが存在し得る。前述の細胞培養物に関する実験とは、十分に制御された環境における細胞の維持および増殖のことである。この環境は自然発生の状況に似せられることがある。そして細胞も同様に、その細胞の自然発生する周囲のマイクロ環境中に存在し得る多数のシグナルのうちの少なくとも１つが印加された状態で研究され得る。

マイクロ流体工学的な細胞培養は、マイクロ流体素子の容積内の細胞の培養、維持、および増殖、ならびに定性的および定量的な実験・分析などにより細胞の操作を試みるものであることがある。これは、幹細胞培養、非分裂細胞またはゆっくり分裂する細胞などの細胞培養を、細胞培養パラメータとマイクロ流体デバイスによって作られたマイクロ環境条件との間の相互作用の観点から理解する試みに関連することがある。チャンバや流路などのマイクロ流体素子の寸法は、生体細胞の物理的尺度やその他の用途に非常に適していると考えられる。

一般的に、マイクロ流体素子は、例えば細胞培養条件について良好な水準の制御を提供すると考えられている。通常、マイクロ流体素子内の流体の動きは層流と見なされる；流体量は典型的には１０^－６～１０^－１２ｌのオーダーである；例えば、チップ内バルブを設けることによって、流体の流れを容積およびタイミングに関して正確に制御することができる；マイクロ環境の精密な化学的および物理的制御も可能である；先行技術は通常、制御が不十分であると思われる手作業の手順に依存しているものの、単一のデバイス上で個々に制御可能な細胞培養チャンバを多数製造することが考えられる。

いくつかの先行技術文献がマイクロ流体について述べている。
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５は、比較的単純な生体機能チップデバイスについて述べており、これは複雑な感知／刺激要素を含むことはできない；したがって、これらのデバイスはほとんどの用途に適していない。

非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、および特許文献６が提示するデバイスが有するのは、限られた生産歩留まり、限られたスループット、限られた機能であり、これは特定のマイクロ流体デバイス以上のものに関連しているとは考えられない；これらのデバイスはいくつかの基本的な機能を提供すると考えられるが、さらなる用途のための技術的な問題については用意ができていない。

近年、本発明者の一人が記事を発表した（非特許文献４）。Cytostretchデバイスは、マイクロ流体流路に関するものではない。流路を持たない箔である。製造のためのいくつかの工程が本方法と重複するものの、上記特許文献６およびこの論文は、薄い層における流路といったものに関するものではない。

国際公開第２０１６／０４９３６３号 国際公開第２０１６／０４９３６５号 国際公開第２０１６／０１０８６１号 国際公開第２０１６／００４３９４号 ＵＳ１５／２９５５５３４Ａ１ 国際公開第２０１５／１３８０３４号

Huh, Dongeun, et al. In "Reconstituting organ-level lung functions on a chip." Science 328.5986 (2010): 1662-1668 Kim, Hyun Jung, et al. in "Human gut-on-a-chip inhabited by microbial flora that experiences intestinal peristalsis-like motions and flow." Lb on a Chip 12.12 (2012): 2165-2174 Huh, Dongeun, et al. in "Microfabrication of human organs-on-chips." Nature protocols 8.11 (2013): 2135-2157 Gaio et al., "Cytostretch, an Organ-on-chip Platform", Micromachines, Vol.7, July 14, 2016, 120 (p. 1-14)

本発明は、機能性および利点を損なうことなく、１つ以上の上記のあるいはさらなる短所を克服するデバイスおよびその製造方法に関するものである。

本発明は第１の態様においては請求項１に係るデバイスに関し、特に、スループットがより高く、より安価で製造でき、信頼性がより高く、より多用途で、細胞などのより良い処理を提供し、より広範の機能を提供するという利点を有する。生体機能チップの場合、本デバイスは疾病モデル化、薬物スクリーニングおよび毒性試験を改善する。製薬会社はこれを、動物実験を部分的に置き換えるためのツールとして使用して、動物福祉と薬物試験の信頼性を改善することができる。

本デバイスは、マイクロ流体素子およびナノ／マイクロスケール素子などが設けられた少なくとも３つの異なる層を含む。最初の２つの層はポリマー製であるが、通常は両方の層が同じポリマーである必要はない；第１のポリマー層２０ａは、基板、典型的にはシリコン１０またはガラスウエハ上に設けられ、比較的薄い；本発明において、用語「基板」、「シリコン」、および「ガラス」は置き換え可能と考えてよい。最上層は、ホイルとも呼ばれる膜に関連していると考えることができ、これは選択的バリアに関連していると考えられる；これに加えて、あるいはこれの代わりに、本ポリマー層はフィルム、すなわち薄い連続的なポリマー材料に関連すると考えることができ、一方、より厚いプラスチック材料はシートに関連するであろう；最上層は、好ましくは、その中にマトリクス状の孔２８を備えており、少なくとも１つの孔は流体、気体、種、微粒子、イオンなどを通過させることが可能で、特定の用途に合わせることができる；最上層は、０．０５～３０μｍ、好ましくは０．１～２５μｍ、より好ましくは０．２～２０μｍ、さらにより好ましくは０．５～８μｍ、例えば１～５μｍまたは２～３μｍの厚さを有する；顕微鏡を使用して生体細胞などの試料を調べられるように、最上層は光学的に透明であるか、または少なくともほどんど透明、＞９０％程度、例えば＞９８％透明である；比較的薄いポリマー層２０ａと接触しているのは、より厚いポリマー底層２０ｂである。底層は、ポリマー底層に少なくとも部分的に埋め込まれた少なくとも１つの第２のマイクロ流路２１および／または少なくとも１つの第２のマイクロチャンバ２２を含む；これらのマイクロ流体素子の数、レイアウト、サイズ、およびさらなる特徴は、特定の用途に合わせてよい；マイクロ流体素子は、ウェルの場合のように、底層２０ｂに完全に埋め込まれても、および／または部分的に埋め込まれてもよい；ポリマー底層は最上層よりも厚く、そして好ましくは５０～２０００μｍの厚さを有し、したがって最上層よりも少なくとも一桁厚く、そして典型的には２～３桁厚い；厚さは、好ましくは１５０～１０００μｍ、より好ましくは２００～５００μｍ、さらにより好ましくは２５０～４００μｍ、例えば３００～３５０μｍである；デバイスは、ポリマーベースのマイクロ流体素子の上層２０ａとマイクロ流体接続しているシリコンベースのマイクロ流体素子をさらに含み、ここで、シリコンベースのマイクロ流体素子はデバイス使用のためにアクセス可能であり、かつ／またはデバイス使用のためにアクセス可能とされ得る；基板、例えばシリコンを土台とするマイクロ流体素子は、シリコン内に少なくとも部分的に埋め込まれている（上記参照）少なくとも１つの第１のマイクロ流路１１および／または少なくとも１つの第１のマイクロチャンバ１２と、少なくとも１つの入力部１６とを含み、入力部１６は、例えば機能的に定義あるいは要求されている通り、ポリマー底層に埋め込まれた少なくとも１つの第２のマイクロ流路２１および／または少なくとも１つの第２のマイクロチャンバ２２とマイクロ流体接続する；支持体または基板１０は、Ｓｉやガラスといったシリコン半導体プロセスにおいて典型的に使用されるウェハに関連することがある；このためシリコンについての言及はいずれも、他の適切な基板のいずれにも関連し得る；ポリマー上層２０ａは、基板（シリコン）に埋め込まれた第１のマイクロ流路１１のうち少なくとも１つおよび／または第１のマイクロチャンバ１２のうちの少なくとも１つ（の中の流体）を、ポリマー底層に埋め込まれた第２のマイクロ流路２１のうちの少なくとも１つおよび／または第２のマイクロチャンバ２２のうちの少なくとも１つ（の中の流体）から、好ましくはその中の孔２８のマトリクスによって少なくとも部分的に分離するためのものである；ポリマー製とシリコン製のマイクロ流体素子は、直接的または間接的に相互にマイクロ流体接続している；基板に埋め込まれた第１のマイクロチャンバ（１２）は、外部からアクセス可能である；一例としては、それは、底部および１つ以上の側壁を有する空洞と見なすことができる。ここでポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のようなポリシロキサン、ポリイミド、ポリウレタン、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレン（ＳＥＢＳ）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、およびブチルゴムといった生体適合性ポリマーと、バイオラバー（ＰＧＳ）およびポリ（１，８－オクタンジオール－co－クエン酸塩）（ＰＯＣ）といった生分解性ポリマー、ならびにそれらの組み合わせ、から独立して選択される。

「流体」という用語は、気体、液体およびそれらの組み合わせに関係し得る。「マイクロ流体」は、デバイスの境界条件下で流体であると想定されるものである。

複数のポリマー層、典型的には膜または箔、複数のマイクロ流路、複数のマイクロチャンバ、および第１のマイクロチャンバ（「マクロチャンバ」とも呼ばれる）を形成するものによって構成される機構は、例えばデバイスの裏側／表側に配置された顕微鏡やカメラによってオフラインで光学的に監視することができる。マクロチャンバは、１００×１００μｍ^２から１０×１０μｍ程度の寸法を有することができる。この機構は、マイクロ環境および／またはマクロチャンバ内に設けられた微小電極アレイおよび／またはマイクロ加工センサ（流量／温度／ｐＨセンサなど）によってオンラインで監視することができる。この機構はまた、マイクロチャンバ／流路およびマクロチャンバを通って流れる液体の流れによっても変化／刺激され得る；マイクロチャンバ／流路およびマクロチャンバを通って流れるガス流によっても同様である；マイクロチャンバ内、マイクロ流路内、および膜の裏側と表側とに働く圧力差によっても（例えば図１１参照）；微小電極アレイによりもたらされる電気刺激によっても；デバイスの裏側／表側に配置された光学系による光刺激によっても；膜内に配置された液体の流れまたは液体溜まりによってもたらされる化学的刺激によっても；その他マイクロ流路／チャンバ内に配置されたマイクロ加工アクチュエータによっても；そしてこれらの組み合わせによっても、同様であり、したがって、このデバイスは多用途であると考えられる。

提案されるマイクロチップは通常、標準的なＩＣおよびＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板上に製造される。シリコンバルクおよび選択された製造プロセスは、以下のような利点をもたらす：ウェハスケールの製造を成さしめる標準クリーンルーム適合マイクロ製造プロセスを使用して、手作業での組み立ておよび試料の取り扱いを排除することにより大量生産へと規模拡大することができる。これにより、高い歩留まりとスループット、ひいては低コストの大量生産が可能になる。このデバイスは、膜の裏側および／または表側、および／またはマイクロ流路／チャンバによって構成されてマイクロ環境内に埋め込まれた追加のモジュールを装備することができる。製造中に１つまたは複数のモジュールを追加または除去することによって、様々な需要を満たすようにデバイスを順応させることが可能である。以下のようなモジュールの例が考えられる：環境内の体外培養された器官および／または環境内の気体／液体を電気刺激／監視するための微小電極アレイ；細胞培養モニタリング用の参照電極；マイクロチャンバ／流路および／またはマクロチャンバ内の環境を監視するための流量／温度／ｐＨセンサおよび／またはひずみゲージ；上述のセンサによって検出された信号用のプリアンプなどのＩＣ回路；細胞の整列を促進するための微小溝であって、接着性粒子および／またはエラストマーなどでコーティングできるもの；流体を混合するためのマイクロピラー；環境温度を調節するためのホットプレートなどのマイクロ加工アクチュエータ。

本デバイスは、様々な用途に用いることができ、例えば、ヒト神経細胞といった一次細胞やその他の細胞の、機械的および／または電気的刺激などを必要とする増殖および分化、そして層構造の研究や；生体組織および／または臓器のマイクロ環境のシミュレーションなどが含まれる。

本デバイスは、様々な生体機能チップ、Lab-on-Chips、マイクロ流体素子、およびマイクロリアクターにおいて多数の用途を見出すことができる。一体化された電気的微小構造２９、９０を有する本発明のデバイスの能力は、各種細胞のリアルタイムのモニタリングおよび刺激を行える細胞のマイクロ環境を備えることを可能とする；用途はいくつかあるが、その中で特に、例えば心臓細胞またはニューロンの電気刺激、ニューロンおよび心臓細胞の電気的活動の読み取り、脳血液関門モデルにおける経内皮電気抵抗測定。

本発明のデバイスはまた、その構成可能なポリマー層を通して細胞のマイクロ環境に与えられる機械的および神経地図信号に対する制御を可能とし、ポリマー層の例としては心臓細胞の接着および整列を改善するためのパターン化表面２７、培養細胞に局所的に応力を加えるための可撓性膜層２０ａ、ｂ、肺および／または皮膚モデルにおける免疫細胞の移動を可能として観察および２つの異なる細胞培養の間のインターフェースの研究を行うための微孔性表面２８がある。加えて、このデバイスは、肺、肝臓、胃腸または脳関門モデルにおける気流および／または血流を通すため制御された流体の流れを細胞マイクロ環境へ正確に供給するための微小機構と、各種薬品を含む細胞マイクロ環境およびこの薬品および/またはその他の生物学的または化学的物質のためのリザーバとして使用されるマイクロチャンバ２２を提供する。したがって、本デバイスは、脳機能チップ、心臓機能チップ、肺機能チップ、胃腸機能チップ、血液脳関門機能チップ、肝機能チップおよび／または腎機能チップといった個別の生体機能チッププラットフォームのうちの少なくとも１つを開発するのに適している。

一方、本デバイスの入口部、マイクロ流路およびマイクロチャンバは、ミクロンおよび／またはミリメートル規模の環境における流体条件を精密に制御することを必要とする生物学的プロセスおよび／またはその他の現象を研究するために基板上でマイクロ流体デバイスおよび／またはマイクロリアクターを開発するために利用できる。

第２の態様では、本発明は本デバイスの製造方法に関する。この方法においては例えばはＳｉ基板１０が設けられ、その後、標準的な様々の半導体処理工程が多かれ少なかれ実行されるとよい；最初に、第１の誘電体層（５１ａ、ｂ）が基板の両面に堆積／成長され、その後、誘電体層が底側、すなわち片面のみにパターニングされる；次に、誘電体層上にポリマー材料の第１の箔層６１を堆積する；膜層は、典型的には、誘電体層のパターニングされていないＳｉ側にスピン形成され、一例では、ＰＤＭＳがスピン形成される；その後、光リソグラフィまたは電子ビームリソグラフィを用いて第１の膜層６１のパターニングステップが実行される；典型的にはソフトリソグラフィ処理つまり“手作業”が用いられるので、こうしたパターニングツールを使用することは正に非典型的であると考えられる；さらに、従来技術の処理は、通常、完全に統合されておらず、例えば半導体プロセスと互換性があったりする；その後、犠牲層７２が、誘電体層またはフォトレジスト（ＰＲ）層などの第１の膜層上に堆積される；ＰＲはスピン形成によって設けられてもよい；その後、第１のポリマー膜層６１はリソグラフィまたは電子ビームマシンを使用してパターニングされる；第１の膜ポリマー層をプラズマエッチング／ドライエッチングでエッチングする；通常は、マイクロスケール／ナノスケールの構造を整列させるために整列ステップが必要とされる；次に、第２の膜層６２が、スピン形成などによって犠牲層７２上に堆積される；第２の膜層は、第１膜層６１と同じ材料（ポリマー）であってもよいし、あるいは異なる材料であってもよい；次に、好ましくはドライエッチングを使用して、その底側でシリコン基板１０をエッチングし、好ましくは第１の誘電体層上でエッチングを停止し、それによってＳｉ内の流路１１／チャンバ１２用の開口部を設ける；第１の誘電体層５１ｂが底面から（ウェット）エッチングされ、流路／チャンバ用の開口部を設ける；そして、さらなるステップとして、犠牲層７１が（ウェット）エッチングされ、それによって流路２１／チャンバ２２が開放される。そしてウェハは角切り（切断）されて、細胞培養のためのウェル３５、マイクロ流体入口部３２、膜３６を伸張するための空気入口部、および電極の出力を読むための電気的出力部、そしてチップ３８に埋め込まれたセンサなどを含むアセンブリに取り付けられるとよい。これと共に本方法は、本デバイスを製造する方法を提供する。

第３の態様において、本発明は、生物学的細胞実験、生体機能チップ実験、光学顕微鏡実験、ヒト神経細胞などの初代細胞実験の増殖および分化の実験、細胞の機械的および電気的刺激、層構造、生体組織および／または器官内のマイクロ環境のシミュレーション、のうちの少なくとも１つのための、Lab-on-Chipとしての、マイクロ流体デバイスとしての、およびマイクロリアクターとしての、本デバイスの使用に関するものである。このため、本デバイスは非常に用途が広いと考えられる。

ステップのうちのいくつかは、異なる順序で、かつ／またはより遅い段階であるいはより早い段階で実行されてもよいことに留意されたい。

これによって、本発明は、１つ以上の上述の問題に対する解決策を提供する。

本明細書を通じて本発明の利点を詳述する。

図１ａ～図１ｐは、本方法の例示的実施形態の詳細を示す。この方法は、マイクロ電極アレイ、流路内のコラムのアレイ、２組の微小溝、およびシリコン支持体内に埋め込まれたセンサ／電極の製造を含む。
図２～図１２は、本デバイスの例示的な詳細を示す。
図１３～図１６は、本デバイスおよびその構造の例を示している。
シリコン基板の提供と酸化シリコンの堆積（前面と背面）および（埋め込みセンサー付きのシリコンウエハー上での）パターニングを示す。 アルミニウムの堆積およびパターニング（コンタクトパッド用）を示す。 （パリレン／ポリイミドなどの）第１の絶縁層の堆積およびパターニングを示す。 金属の堆積およびパターニング（金属線および電極用）を示す。 第２の絶縁層（パリレン／ポリイミドなど）の堆積およびパターニングを示す。 犠牲層のスピニングおよびパターニングを示す（微小溝の第１の組用）を示す。 ＰＤＭＳのスピニングを示す。 ＰＤＭＳパターニング（ウェハ上のランディング）を示す。 ＰＤＭＳパターニング（部分エッチング－溝の第２の組）を示す。 犠牲層の堆積およびパターニング（流路用）を示す。 第２のＰＤＭＳ層のスピニングを示す。 第２のＰＤＭＳ層のパターニングを示す。 シリコンエッチングを示す。 マクロチャンバ／流路のコーティング（プラチナ／パリレン）を示す。 酸化シリコンエッチングを示す。 マイクロチャンバ／流路を開放し、溝の第１の組を開放する様子を示す。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、マイクロチャンバ１２内の入口部および出口部１６を通じて、ならびに孔マトリクス２８を通じてアクセス可能な１つの流路２１を含む１つのデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ、ポリマー層２０ａ、ｂにそれぞれ埋め込まれたマイクロ流路２１およびマイクロチャンバ２２を備えた２つのデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 上部ポリマー層２０ａに埋め込まれた電極のアレイを備えたデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 流路２１内の溶液でセンサ／電極９０を露出させる上部ポリマー層２０ａにエッチングされた孔を有するデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 電極および／またはセンサ２８、９０および層１４のための電気的入力部／出力部として使用することができるよりも上部および底部ポリマー層上に開口部を有するデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 リザーバ３５内の細胞培養物の整列を促進するために微小溝のアレイを備えたデバイスの例示的な実施形態の詳細を示す。 マイクロチャンバ２１および／またはマイクロ流路２２によって分離された２つのポリマー層２０ａ、２０ｂを接続するコラム２６のアレイを備えたデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 マイクロチャンバ１２の壁に堆積されたコーティング層１４を備えたデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。これは、プラチナなどの導電性コーティング層の場合には参照電極として用いられ、一方パリレンやポリアミドのような絶縁層の場合には、細胞培養物からの電気絶縁として用いられるとよい。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、マイクロチャンバ１２内の４つの入口部１６を通じて、そして孔マトリクス２８を介してアクセス可能な３つの独立した流路２１を含む１つのデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。流路２１ａの１つは２つの入口部に接続しており、３Ｄ細胞培養に使用することができる。流路２１ｃは、単一の孔２８ａを介してチャンバ１２に接続されており、細胞培養物に薬物を運ぶために使用され得る。流路２１ｂは隔離されており、流路２１ｃとマイクロチャンバ１２との間に圧力差を加えることによって１２内の細胞培養物を局所的に伸張するために使用することができる。 １つのデバイスの例示的実施形態の詳細を示し、（ａ）は弛緩状態にあるとき、（ｂ）はマイクロチャンバ１２と厚いポリマー層２０ｂの裏側との間に圧力差を加えることによってポリマー層が伸張される場合、（ｃ）はマイクロチャンバ１２とマイクロ流路１２との間に圧力差を加えることによって薄いポリマー層が局所的に伸張される場合。 １つ以上のデバイス１００と、チップおよびデバイス１００の上部で封止されたシリンダ３１で構成された１つ以上のリザーバ３５と、流路２１内に流れを与える１つ以上のマイクロ流体入口部３２と、入口部３４およびデバイス１００に埋め込まれた電極２９および／またはセンサ９０とのインターフェースのためにフリップチップ接続またはワイヤボンディング接続３７を介してデバイス電気出力部１８に接続されたプリント回路基板３９上に配置された１つ以上の電気的入力部／出力部３８を含む１つ以上の圧力チャンバ３６と、によって構成されたアセンブリに取り付けられた１つのデバイスの例示的実施形態の詳細を示す。 図１３ａ～ｃは、薄いポリマー上層２０ａにエッチングされた開口部２８の一例を示す。孔は円形であり、幅は約５μｍ（図１３ａ）および約７μｍ（図１３ｂ～ｃ）、深さは約５μｍである。これらの孔は、その通路のうちのいくつかが矢印で示されている通路によって箔を介して相互接続されている。このように複数の相互接続された中空構造を含むなどした、大きく開いた骨格タイプの箔が形成される。 親指と指とで保持された本デバイスの一例を示す。この中には、基板ベースのマイクロ流体素子１０、第１のマイクロチャンバ（マクロチャンバ）１２（このマクロチャンバはキャビティであってもよい）、および第２のマイクロ流路２１が見て取れる。 図１５ａ～ｎは、本デバイスで可能なサイズおよび孔－孔距離の変形の例を示す。最上段の孔径は１μｍ、中段は２．５μｍ、最下段は５μｍである。左側の列は孔－孔間距離が１μｍ、第２列は２μｍ、第３列は３μｍ、右側の列は４μｍである。 本デバイスの２つの例を示す。上側の例では、基板１０にマイクロ流体素子が設けられている。第１のマイクロ流路１１、第１のマイクロチャンバ（マクロチャンバ）１２、入力部１６が設けられており、このマクロチャンバは（ここおよび説明全体を通じてはウェルであるが）キャビティとみなすことができる。基板の高さは約５００μｍである。ポリマー層には１つの水平方向マイクロ流路２１のみが示されている。下側の例では設けられている要素がさらに少ない。流路２１の幅は１～５ｃｍである。

本発明は第１の態様においては請求項１に係るデバイスに関するものである。なお本出願においては、特定の構成要素が他の構成要素に覆われていたり、一体化したりしていることを「埋め込まれる」と表現することがある。

一例として、本デバイスは、ポリマーベースのマイクロ流体素子に埋め込まれた、および／または基板ベースのマイクロ流体素子と統合され埋め込まれた、マイクロチップ、統合センサ、および出力部１８のうちの少なくとも１つをさらに含む。マイクロチップは、例えばシリコン基板内などでシリコン（１０）内に完全に一体化されてもよい。マイクロチップは、制御機能を実行し、入力を処理し、（データ）出力を提供することができる。出力部１８は、シリコン内および／またはポリマー内に配置することができる；複数の出力部と複数の入力部が存在し得る。統合センサはシリコン内に設けられてもよく、シリコンベースであってもよい；センサは通常、マイクロ流体流路／チャンバ内に設けられる。センサは、化学センサ、物理センサなどに関連し得る。

本デバイスの一例においては、ポリマー２０（箔）は、＞１［ＭＰａ］（ＩＳＯ５２７）の引張強度を有する伸縮性および／または＜３［ＧＰａ］（ＩＳＯ５２７）のヤング率を有する可撓性を備える、ここで膜は＞１０［ＧＰａ］（ＩＳＯ５２７）のヤング率を有する剛性である。

本デバイスの一例においては、ポリマーは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのポリシロキサン、ポリイミド、ポリウレタン、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレン（ＳＥＢＳ）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、ブチルゴム、ostemerなどの生体適合性ポリマー、およびバイオラバー（ＰＧＳ）やポリ（１，８－オクタンジオール－co－シトレート）（ＰＯＣ）などの生分解性ポリマー、ならびにこれらの組み合わせから独立して選択される。生分解性材料を使用することは有益であり得て、例えば初期培養の後、２つの培養物の間の境界が徐々に消えていくかもしれない。ポリマーは多孔質でも非多孔質でもよく、それにより、気体についてはＩＳＯ１５１０５－１またはＩＳＯ２５５６によって定められ、水についてはＩＳＯ２５２８によって定められるような、流体に対して一定の透過性を有する。

本デバイスの一例においては、ポリマー上層（または膜）はｎ×ｍ個の開口部のアレイを含み、ｎ∈［１，１０^６］、好ましくはｎ∈［２，１０^５］、より好ましくはｎ∈［５，１０^４］、さらにより好ましくはｎ∈［１０，１０^３］であり、例えばｎ∈［１００，５００］であって、ここでｍ∈［１，１０^６］、好ましくはｍ∈［２，１０^５］、より好ましくはｍ∈［５，１０^４］、さらにより好ましくはｍ∈［１０，１０^３］、例えばｍ∈［１００，５００］であり、ここで、孔の密度は、０．００１～２５０／１００μｍ^２、好ましくは０．０１～１００／１００μｍ^２、より好ましくは０．１～５０／１００μｍ^２、さらにより好ましくは１～２０／１００μｍ^２であり、かつ／または平均孔面積は、０．０５～５００μｍ^２、好ましくは０．１～２００μｍ^２、より好ましくは０．２～１００μｍ^２、さらにより好ましくは０．５～５０μｍ^２、例えば１～５μｍ^２または１０～３０μｍ^２である。

本デバイスの一例においては、ポリマー上層（または膜）は、骨組状構造などの複数の相互接続された中空構造を含む。

一例として、本デバイスは、デバイス内にセンサ、ポンプ、微小電極、弁、歪みゲージ、アクチュエータ、ヒータ、冷却器、刺激器、流量センサ、温度計、ｐＨセンサ、ＩＣ回路、増幅器、アクチュエータ、ホットプレート、微小電極アレイ、化学刺激器、光刺激器、圧力調節器、イオンセンサ、およびさらなる素子のうちの少なくとも１つをさらに備える。これは、本設計および製造方法の多様性を表している。

一例として、本デバイスは、薄いポリマー上層２０ａに埋め込まれた少なくとも１つの電極２９および微小溝をさらに含み、この電極は、好ましくは０．２～５０００μｍ^２、望ましくは０．２５～２５００μｍ^２、より好ましくは０．５～２０００μｍ^２、さらにより好ましくは１～１０００μｍ^２、例えば２～５００μｍ^２または５～１００μｍ^２のアクセス可能領域２９ａを有する；微小溝は、０．４と５０００μｍの間、例えば１～５００μｍの長さと、０．４と５０００の間、例えば１～５０μｍの幅、そして０．２と５０μｍの間、例えば１から２０μｍ、特に２～５μｍの深さを持つとよい。

本デバイスの一例においては、薄いポリマー上層２０ａは、その少なくとも一方の面において、刻み目、溝、局所構造などの少なくとも１つの微小構造、好ましくは少なくとも１つの配向された微小溝、望ましくはｘ*ｙ方向に配向された微小溝のアレイを含み、ここでｘ∈［１，１０^６］、好ましくはｘ∈［２，１０^５］、より好ましくはｘ∈［５，１０^４］、さらにより好ましくはｘ∈［１００，５００］であり、ｙ∈［１，１０^６］、好ましくはｙ∈［２，１０^５］、より好ましくはｙ∈［５，１０^４］、さらにより好ましくはｙ∈［１０，１０^３］、例えばｙ∈ ［１００，５００］であって、微小溝の密度は１０^－４～２５／１００μｍ^２、好ましくは１０^－３～１０／１００μｍ^２、より好ましくは１０^－２～５／１００μｍ^２、かつ／または平均溝面積は０．１～１０^６μｍ^２、好ましくは１～１０^５μｍ^２、より好ましくは１０～１０^４μｍ^２、さらにより好ましくは１００～１０^３μｍ^２、例えば２００～５００μｍ^２であって、かつ／または溝長さが５μｍ～５ｍｍであり、かつ／または少なくとも１つの微小構造がデバイスの縁部に対して、または第１のマイクロチャンバに対して整列している；この整列は、例えば、縁部に対して平行または直交であるとよい；また微小構造は、典型的には、お互いに対して、例えば平行に、整列している。

本デバイスの一例においては、基板（シリコン）内に埋め込まれた少なくとも１つの第１のマイクロ流路１１および／または少なくとも１つの第１のマイクロチャンバ１２は、外側からアクセス可能（すなわち、“部分的に開放”）である。かつ／または、基板（シリコン）に埋め込まれた少なくとも１つの第１のマイクロ流路１１および／または少なくとも１つの第１のマイクロチャンバ１２は、５０～２０００μｍ、好ましくは１００～１０００μｍ、より好ましくは２００～５００μｍ、例えば３００～４００μｍの高さを有する；マイクロチャンバ１２およびマイクロ流路１１は、円形、長方形、六角形、楕円形、および多角形から選択される様々な形状をとることができる；マイクロ流路は、２０～１０^６μｍ^２、好ましくは１００～１０^５μｍ^２、より好ましくは４００～１００００μｍ^２の面積を有することができる；ポリマーに埋め込まれる少なくとも１つの第２のマイクロ流路２１および／または少なくとも１つの第２のマイクロチャンバ２２の高さは、１～１０００μｍ、好ましくは５０～５００μｍ、より好ましくは１００～４００μｍ、例えば２００～３００μｍである。

本デバイスの一例においては、第１のマイクロ流路（１１）は、流路の上部側と底部側とを接続するポリマー製の少なくとも１つのコラム、好ましくは少なくとも１つの配向されたコラム、望ましくはｃ*ｄのコラム２６のアレイを含み、ここで、ｃ∈［１，１０^６］、好ましくはｃ∈［２，１０^５］、より好ましくはｃ∈［５，１０^４］、さらにより好ましくはｃ∈［１０，１０^３］、例えばｃ∈［１００，５００］であり、ｄ∈［１，１０^６］、好ましくはｄ∈［２，１０^５］、より好ましくはｄ∈［５，１０^４］、さらにより好ましくはｄ∈［１０，１０^３］、例えばｄ∈［１００，５００］であって、密度ピラーが１０^－４～２５／１００μｍ^２、好ましくは１０^－３～１０／１００μｍ^２、より好ましくは１０^－２～５／１００μｍ^２であり、かつ／またはピラーの断面積が１～１０^７μｍ^２、好ましくは１０～１０^６μｍ^２、より好ましくは１００～１０^５μｍ^２、さらにより好ましくは１０００～５*１０^４μｍ^２、例えば１０００～１０^４μｍ^２である。

本デバイスの一例では、マイクロチャンバ２１（キャビティ状構造）および／または１２の壁は、プラチナなどの導電材料１４、またはパリレンなどの電気絶縁材料。あるいは両方の組み合わせで被覆されてもよい。プラチナコーティングは、リザーバ３５と直接連絡する追加の電極として使用することができる。

本デバイスの一例では、ポリマー層２０ａ、２０ｂに開口部が設けられ、この開口部は、金属パッド、ＩＣ、光センサなどのセンサ、ヒータなどのうちの少なくとも１つへのアクセスを提供する。

第２の態様では、本発明は、半導体プロセスのような環境などにおいて１つまたは複数のデバイスを製造するための請求項１１に係る方法に関する。

本方法の一例では、第１および第２の誘電体層５１ａ、ｂ、５２は、ＳｉＯ_２およびＳｉ_３Ｎ_４などのＳｉ誘電体材料から独立して選択される材料から作られる。

本方法の一例では、第１の誘電体層５１ａ、５１ｂ、および第２の誘電体層５１の厚さは、それぞれ独立して５～５００ｎｍ、好ましくは１０～２５０ｎｍ、より好ましくは２０～１００ｎｍ、例えば３０～５０ｎｍである。

本方法の一例では、可撓性および／または伸縮性の第２および第３の誘電体層５２、５３は、ポリアミドおよびパリレンなどのポリマーから独立して選択される材料から作られる。

本方法の一例では、第１の箔層（６１）の厚さは、５０～３００００ｎｍ、好ましくは２５０～５０００ｎｍ、より好ましくは５００～２０００ｎｍ、例えば１０００～１５００ｎｍである。

本方法の一例では、第２の箔層６２の厚さは、５０～２０００μｍ、好ましくは２００～１０００μｍ、より好ましくは３００～８００μｍ、例えば５００～７００μｍである。

本方法の一例では、箔層６１、６２はそれぞれ独立して、バイオポリマー、好ましくはＰＤＭＳなどのポリシロキサン、ポリイミド、パリレンといった生体適合性ポリマー、およびバイオラバー（ＰＧＳ）やポリ（１，８－オクタンジオール－co－クエン酸塩）（ＰＯＣ）といった生分解性ポリマー、ならびにこれらの組み合わせから選択される材料から作られる。

本方法の一例では、犠牲層７２は、Ｉ線フォトレジストなどのフォトレジスト、酸化シリコン、および金属である。

本方法の一例では、パターニングは、ＡＳＭＬ ＰＡＳ ５５００などのＩ線リソグラフィ装置を使用して行われる。

本方法の一例では、少なくとも１つの誘電体層が、ＰＥＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、低温ＰＥＣＶＤ、および熱酸化のうちの１つによって形成される。

本方法の一例では、シリコンのドライエッチングがＤＲＩＥを用いて行われ、かつ／またはシリコンのウェットエッチングがＫＯＨを用いて行われる。

本方法の一例では、少なくとも１つの箔層がスピン形成される。

１つ以上のデバイスを製造するための上記方法の一例および／または部分的な変形例、例えば半導体プロセスのような環境において、本方法は、以下から選択される少なくとも１つのステップを含むとよい：
少なくとも１つのセンサ９０と、微小電極アレイ（２９）と、少なくとも２組の微小溝（２７）とを任意に含むＳｉ基板１０を設け、
ａ１）基板の少なくとも片面に第１の誘電体層（５１ａ、ｂ）を堆積／成長させ、
ａ２）誘電層を上側および／または底側、すなわちいずれか一方の面または両方の面にパターニングし；
ｂ１）基板の上側に金属層を堆積し；
ｂ２）金属層をパターニングし；
ｃｌ）基板の上側に第１の可撓性および／または伸縮性の誘電層を堆積し；
ｃ２）第１の可撓性および／または伸縮性の誘電層をパターニングし；
ｄｌ）基板の上側に金属および／または導電性ポリマーなどの導電層を堆積し；
ｄ２）導電層をパターニングし；
ｅｌ）第２の可撓性および／または伸縮性の誘電層を堆積し；
ｅ２）第２の可撓性および／または伸縮性の誘電層をパターニングし；
ｆ１）微小溝の第１の組用の第１の犠牲層を堆積し；
ｆ２）第１の犠牲層７１をパターニングし；
ｇ）第２の誘電体層の第１の箔層６１を堆積し；パターン化されていないＳｉ側ではＰＤＭＳスピニングし
ｈ）リソグラフィまたは電子ビームマシンを使用して第１の箔層６１をパターニングし；
ｉ）微小溝の第２の組用にリソグラフィまたは電子ビームマシンを使用して第１の膜層６１を部分的にエッチングし
ｌ１）ＰＲなど第１の箔層に第２の犠牲層７２を堆積し、ＰＲスピニングし、
ｌ２）リソグラフィまたは電子ビームマシンを用いて第２の犠牲層７２をパターニングし；
ｍ）犠牲層７２に第２の箔層６２を堆積し；
ｎ）第２の箔層６１をパターニングし；
ｏ）シリコン基板１０を底側でドライまたはウェットエッチングし、好ましくは第１の誘電体上でエッチングを停止して、Ｓｉ内の流路１１／チャンバ１２のための開口部を設け；
ｐ１）白金・パリレンなどの導電性および／または絶縁性チャンバコーティングの堆積をし、任意で化学的表面処理、例えば親水性処理をし、
ｐ１）導電性または絶縁性チャンバコーティングのエッチングをし；
ｑ）第１の誘電体層５１ｂを底側から（ウェット）エッチングして、流路／チャンバ用の開口部を設け；
ｒ）犠牲層７２を（ウェット）エッチングし、それによって流路２１／チャンバ２２を開放する。

本方法の一例では、基板（シリコン）に埋め込まれた少なくとも１つの第１のマイクロ流路１１および／または少なくとも１つの第１のマイクロチャンバ１２と、少なくとも１つの入力部１６と、ポリマー底層に埋め込まれた少なくとも１つの第２のマイクロ流路２１および／または少なくとも１つの第２のマイクロチャンバ２２と、の寸法は、それぞれ独立して５０ｎｍ～２ｍｍの範囲で完全に調節可能であり、かつ／または孔２８のマトリクスと、微小構造と、の寸法が、それぞれ独立して、例えば、Ｅ－ＵＶ－Ｉ－線リソグラフィおよび／またはｅ－ビームリソグラフィといったリソグラフィにより５０ｎｍ～１００μｍの範囲で完全に調節可能である。

本方法の一例では、基板層は少なくとも２つの位置合わせマーカを備え、少なくとも１つの方法ステップ中に基板１０が位置合わせされる。

第３の態様では、本発明は請求項２５に係る使用に関する。

本使用の一例では、デバイスのウェット／湿潤区画とドライ区画は物理的に分離されており、ドライ区画が電子素子を含む。

本用途の一例は、血液脳関門モデルとしてのものである。このモデルは、マイクロ流路２１またはマイクロチャンバ２２内で培養された脳微小血管内皮細胞（ＢＭＥＣ）およびアストロサイトを含み得る。これらの細胞は、神経細胞および／または他の脳細胞と共にシリコンマイクロチャンバ１２上で培養され得る。この場合、パターン化表面２７を有する膜層６１は、中枢神経系を循環系から分離しそれ自体関門を作り出す動的界面となる。次いで、マイクロ流路２１は、その透過性および機能に影響を及ぼす剪断応力を発生させて関門に供給することを可能にする。剪断応力は、マイクロ流体接点１１、２１におけるシリコンおよびポリマーの入口部によって供給されるマイクロ流路２１を通って流れる血液または気体によって発生する可能性がある。電気的微小構造２１、１４、９０は、統合された経内皮電気的測定（ＴＥＥＲ）を備えることを可能とする。ポリマー膜２０ａ、ｂはまた、前述の培養マイクロ環境の界面の機械的刺激を可能とする。

第４の態様では、本発明は、本デバイス１００と、チップおよびデバイス上側で封止するシリンダ３１を含むリザーバ３５と、入口部３４を含む圧力チャンバ３６と、少なくとも１つの電気的出力部１８を備えたプリント回路基板（ＰＣＢ）に例えばフリップチップ接続またはワイヤボンディング接続３７を介して電極２９および／またはセンサ９０などとのインターフェースのために接続された電気的入力部／出力部３５と、の少なくとも１つを含むアセンブリに関する。

本発明は添付の図面および実施例によってさらに詳述されるが、これらは本質的に例示および説明のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。自明であるかどうかによらず、本特許請求の範囲によって定義される保護の範囲内に入る多くの変形形態が考えられることは、当業者には明らかであろう。

１００ マイクロ流体デバイス
１０ 基板ベースのマイクロ流体素子
１１ 第１のマイクロ流路
１２ 第１のマイクロチャンバ（マクロチャンバ）
１４ コーティング層
１６ 入力部
１８ 出力部
２０ ポリマーベースのマイクロ流体素子
２０ａ ポリマー上層
２０ｂ ポリマー底層
２１ 第２のマイクロ流路
２１ｂ 隔離された流路
２１ｃ 流路
２２ 第２のチャンバ
２６ コラム（のアレイ）
２７ パターン構造
２８ 孔のマトリクス
２８ａ ドラッグデリバリーなどのための、単一孔
２９ 電極
２９ａ 電極のアクセス可能領域
３１ シリンダ
３２ マイクロ流体入口部
３４ 空気圧チャンバ
３５ リザーバ
３６ 空気入口部
３７ 電気的接点
３８ 電気的入力部／出力部
３９ プリント基板
５１ａ、ｂ第１の誘電体層
５２ 第２の誘電体層
５３ 第３の誘電体層
６１ 第１の膜ポリマー層
６２ 第２の膜ポリマー層
７１ 第１の犠牲層
７２ 第２の犠牲層
８１ コンタクトパッド
８２ 金属線と電極
９０ センサ
［訳注：ここに記載されていた図面の説明文は「図面の簡単な説明」の項に移動］
（実施例／実験）
詳細な説明の文中で本発明を説明してきたが、添付の実施例および図面と併せることで最もよく理解されるであろう。

Claims (16)

1. マイクロ流体デバイス（１００）であって、以下を含むもの：
   （ａ） 光学的に透明なポリマー（２０）フィルムであり、以下を有する：
   － 光学的に透明なポリマーで構成されており、０．０５μｍから３０μｍまでの範囲の第１の厚みを有するポリマー上層（２０ａ）、および
   － 光学的に透明なポリマーで構成されており、前記ポリマー上層と接触するポリマー底層（２０ｂ）。このポリマー底層（２０ｂ）は５０μｍから２０００μｍまでの範囲の第２の厚みを有しており、少なくとも部分的に前記ポリマー底層に埋め込まれた第２のマイクロ流路（２１）と第２のマイクロチャンバ（２２）とのうち少なくとも１つを備える。
   （ｂ） シリコンまたはシリコン上の誘電体で構成される硬質の基板（１０）。この基板は前記第１のポリマー上層（２０ａ）と接触しており、以下を含む：
   － 前記基板に埋め込まれた空洞を形成する第１のマイクロチャンバ（１２）。この空洞は前記ポリマー上層（２０ａ）によって下方から境界付けられており、前記基板（１０）の上面に設けられたアクセス開口を介して開放されていると共に前記マイクロ流体デバイスの上側からアクセス可能である。
   － 前記基板に埋め込まれた第１のマイクロ流路（１１）。この第１のマイクロ流路（１１）は前記基板の上面に形成された少なくとも１つの入力部（１６）を介してアクセス可能であり、前記第１のマイクロ流路は、前記第２のマイクロ流路（２１）と前記第２のマイクロチャンバ（２２）とのうち少なくとも１つと前記入力部（１６）との間の相互マイクロ流体接続を形成している。
   そして、前記ポリマー上層（２０ａ）は、前記第１のマイクロチャンバ（１２）を前記第２のマイクロ流路（２１）と前記第２のマイクロチャンバ（２２）とのうち少なくとも１つから分離する選択的バリアを形成する孔（２８）のマトリクスを備える。
2. マイクロチップとして形成された、請求項１に記載のデバイス（１００）。
3. 前記ポリマー（２０）が、１［ＭＰａ］（ＩＳＯ５２７）より大きい引張強度の伸縮性、３［ＧＰａ］（ＩＳＯ５２７）より小さいヤング率の可撓性、１０［ＧＰａ］（ＩＳＯ５２７）より大きいヤング率の剛性、のうちの少なくとも１つを持つ、請求項１または請求項２に記載のデバイス（１００）。
4. 前記ポリマーが、生体適合性ポリマー、ポリイミド、ポリウレタン、ブチルゴム、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレン（ＳＥＢＳ）、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、および、生分解性ポリマー、ならびにそれらの組み合わせ、から独立して選択されたものである、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
5. 前記ポリマーが、ポリシロキサン、バイオラバー（ＰＧＳ）、ポリ（１，８－オクタンジオール－co－シトレート）（ＰＯＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ostemer、あるいはこれらの組み合わせである、請求項４に記載のデバイス（１００）。
6. 前記ポリマー上層（２０ａ）に備えられた孔（２８）のマトリクスが、１００μｍ ^２ あたり０．００１個から２５０個の範囲の、孔の面密度を有しており、前記孔のマトリクスにおける平均孔面積が０．０５μｍ ^２ から５００μｍ ^２ の範囲である、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
7. デバイスに埋め込まれた、センサ、ポンプ、微小電極、バルブ、歪みゲージ、アクチュエータ、加熱器、冷却器、刺激装置、流量センサ、温度センサ、ｐＨセンサ、ＩＣ回路、増幅器、アクチュエータ、ホットプレート、微小電極アレイ、化学刺激装置、光刺激装置、イオンセンサ、圧力調節器、のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
8. 前記ポリマー上層（２０ａ）に埋め込まれた少なくとも１つの電極（２９）を含み、前記電極が、前記第１のマイクロチャンバ（１２）内に露出電極領域（２９ａ）を定め、前記露出電極領域が０．１μｍ ^２ から５０００μｍ ^２ の範囲である、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
9. 前記ポリマー上層（２０ａ）が、その片面に、前記第１のマイクロチャンバ（１２）に対して整列しているｘ*ｙ微小溝（２７）のアレイを含み、前記微小溝は１００μｍ ^２ あたり１本から２５本の範囲の面密度および０．１μｍ ^２ から１０ ^６ μｍ ^２ の範囲の平均溝面積を有する、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
10. 前記第１のマイクロ流路（１１）が、５０～２０００μｍの高さを有し、ポリマーに埋め込まれた前記第２のマイクロ流路（２１）および前記第２のマイクロチャンバ（２２）の少なくとも１つが、１～１０００μｍの高さを有する、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
11. 前記第１のマイクロ流路（１１）および前記第２のマイクロチャンバ（２２）の少なくとも１つが、上側と底側とを接続するポリマー製の少なくとも１つのコラム（２６）を含む、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
12. 前記マイクロチャンバ（１２）の壁および前記マイクロ流路（１１）の壁が、絶縁層または導電層（１４）でコーティングされている、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のデバイス。
13. ポリマー層（２０ａ、２０ｂ）が開口部（１８）を備え、前記開口部が、金属パッド、ＩＣ、センサ、加熱器のうちの少なくとも１つへのアクセスを提供する、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のデバイス（１００）。
14. 請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の少なくとも１つのデバイス（１００）を製造する方法であり、少なくとも１つのセンサ（９０）を含むＳｉ基板（１０）を提供するステップを含んでおり、
    ａ１）基板の両面に第１の誘電体層（５１ａ，ｂ）を堆積／成長させ、
    ｂ）底側に誘電体層をパターニングし；
    ｃ）誘電体層のパターニングされていないＳｉ側に第１のポリマー層（６１）を堆積し；
    ｄ）リソグラフィまたは電子ビーム装置を用いて第１のポリマー層（６１）をパターニングし；
    ｅ１）第１のポリマー層（６１）に犠牲層（７２）を堆積し；
    ｅ２）リソグラフィまたは電子ビームマシンを使用して犠牲層（７２）をパターニングし；プラズマエッチング／ドライエッチングにより第１ポリマー層をエッチングし；
    ｆ）犠牲層（７２）に第２の層（６２）を堆積し；
    ｇ）底側でシリコン基板（１０）をドライエッチングし、それによってＳｉ内に流路（１１）／チャンバ（１２）用の開口部を設け；
    ｈ）第１の誘電体層（５１ｂ）を底側から（ウェット）エッチングして流路／チャンバ用の開口部を設け；
    ｉ）犠牲層（７２）を（ウェット）エッチングし、それによって流路（２１）／チャンバ（２２）を開放すること
    を行う方法。
15. 前記第１および第２の誘電体層（５１ａ，５１ｂ，５２）が、Ｓｉ誘電体材料から独立して選択される材料から作成される、請求項１４に記載の方法。
16. 生物学的細胞実験、生体機能チップの実験、光学顕微鏡実験、初代細胞の増殖および分化の実験、細胞の機械的および電気的刺激、層状構造、生体組織および／または器官内のマイクロ環境のシミュレーション、の少なくとも１つのための、Lab-on-Chipとしての、マイクロ流体素子デバイスとしての、そしてマイクロリアクターとしての、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のデバイス（１００）の使用。

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