KR20060051968A - 마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용하기 위한 가융성전도성 잉크 - Google Patents

마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용하기 위한 가융성전도성 잉크 Download PDF

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KR20060051968A
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제임스 이아인 로저스
마거릿 맥클린넌
제임스 모펫
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Abstract

마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용하기 위한 가융성 전도성 잉크에는 백금과 탄소를 함유하는 미분된 분말, 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체 및 용매가 포함된다. 또한, 미분된 분말 대 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체의 비율은 3:1 내지 1:3의 범위이다. 마이크로유체 시스템의 제조시, 가융성 전도성 잉크는 전극, 전기 전도성 트레이스 및/또는 전기 전도성 접촉 패드의 제조에 사용될 수 있다.
마이크로유체, 분석 시스템, 가융성 전도성 잉크

Description

마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용하기 위한 가융성 전도성 잉크{Fusible conductive ink for use in manufacturing microfluidic analytical systems}
도 1은 체액 샘플을 취하여 샘플 속의 피검물을 모니터링하기 위한 시스템을 나타낸 간략한 블럭 다이아그램이며, 당해 시스템에는 본 발명에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 양태가 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 양태와 관련된 위치 전극, 마이크로채널, 피검물 센서 및 계측기(meter configuration)의 간략한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 예시적 양태에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 분석 모듈의 간략한 상부도(파선은 숨겨진 소자들을 나타낸 것이다)이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 취한 도 3의 분석 모듈의 간략한 단면도이다.
도 5는 마이크로유체 분석 시스템의 전기 장치와 전기 접속된, 도 3의 분석 모듈의 간략한 단면도이다.
도 6은 또 다른 전기 장치의 일부와 전기 접속된, 도 3의 분석 모듈의 간략한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 또 다른 분석 모듈의 간략한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따르는 방법의 한 가지 양태를 나타낸 순서도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 방법의 단계를 예시한 단면도이다.
본 발명은 일반적으로 분석 장치에 관한 것이고, 구체적으로는 마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용되는 물질에 관한 것이다.
유체 샘플(즉, 유체 분석 장치)를 기본으로 하는 분석 장치에서 신뢰성이 높은 분석 결과를 수득하기 위해, 필수적인 유체 샘플은 매우 정확하고 정밀하게 제어되어야 한다. 적은 용적, 예를 들면, 10nℓ내지 10㎕의 유체 샘플을 사용하는 "마이크로유체" 분석 장치에 있어서, 이러한 제어는 특별하게 보증된다. 이러한 마이크로유체 분석 장치에서, 유체 샘플은 통상적으로 크기가, 예를 들면, 10 내지 500㎛인 마이크로채널 속에 함유되고 전달된다.
간질액(ISF: interstitial fluid) 샘플 중의 글루코스 농도의 측정을 포함하는 각종 분석방법의 성공에 있어서, 마이크로채널 속의 적은 용적 유체 샘플의 제어(예를 들면, 전달, 위치 검출, 유속 측정 및/또는 용적 측정)가 필수적일 수 있다. 예를 들면, 신뢰성이 높은 결과를 수득하는 데에 있어서, 분석 시작 전에 유 체 샘플이 검출 위치에 도달하도록 하기 위해 유체 샘플 위치를 숙지하고 있는 것이 요구될 수 있다.
그러나, 마이크로유체 분석 장치 중의 크기가 비교적 작은 유체 샘플 및 마이크로채널에는 다음과 같은 제어의 문제점이 존재할 수 있다. 예를 들면, 마이크로채널 및 주변부 구조물(예를 들면, 기판(들) 및 전극(들))은 단일화된 구조적 무결성이 부족하여, 마이크로채널이 액체 및/또는 공기로부터 적절하게 밀폐되지 않을 수 있다.
또한, 마이크로유체 분석 장치는 피검물 측정 및 유체 샘플 제어(예를 들면, 유체 샘플 위치 검출 및 유체 샘플 전달)를 포함하는 각종 목적을 위해 전극을 종종 사용한다. 그러나, 마이크로유체 분석 장치에 사용되는 전극은 비교적 작고, 상당히 깨지기 쉬울 수 있다. 그 결과, 전극은 작동하는 동안 불완전하거나 약한 전기적 접촉에 의해 잘못된 신호 및/또는 해로운 신호를 발생시키기 쉽다.
따라서, 분석 장치 내부의 전극과의 강인하고 안전한 전기 접속을 제공하는, 분석 장치의 제조에 사용할 수 있는 물질이 당해 분야에서 여전히 요구된다. 또한, 당해 물질에서, 분석 장치 내부의 임의의 마이크로채널은 필수적으로 액체 및/또는 공기로부터 밀폐되어 있어야 한다.
본 발명의 양태에 따르는 가융성 전도성 잉크를 마이크로유체 시스템의 제조에 사용하여, 마이크로유체 시스템 내부의 전극과의 강인하고 안전한 전기 접속이 제공될 수 있다. 또한, 가융성 잉크를 사용하여, 마이크로유체 시스템 내부의 마이크로채널이 액체 및/또는 공기로부터 밀폐될 수 있다.
본 발명의 양태에 따르는 가융성 전도성 잉크에는 백금과 탄소를 함유하는 미분된 분말, 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체 및 용매가 포함된다. 또한, 미분된 분말 대 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체의 비율은 3:1 내지 1:3의 범위이다.
본 발명에 따르는 가융성 전도성 잉크를 마이크로유체 시스템의 제조에 사용하여 전극, 전기 전도성 트레이스(trace) 및/또는 전기 전도성 접촉 패드를 제조할 수 있다. 또한, 가융성 전도성 잉크는 가융성이기 때문에, 당해 잉크로부터 제조한 전극 및 전기 전도성 트레이스는 절연 기판 및 적층물과 융합되어, 액체 및/또는 공기로부터 밀폐된 마이크로채널의 형성을 도울 수 있다. 또한, 당해 잉크로 제조한 전기 전도성 트레이스는 전기 전도성 접촉 패드와 융합되어, 전기 전도성 접촉 패드 및 전극 사이에 전기 전도성 트레이스를 통한 안전하고 강인한 전기 접속을 제공할 수 있다.
본원에 사용되는 용어는 본 명세서 전반에 걸쳐 일관되게 사용되며, 본 발명의 명확한 이해를 위해 이들 용어에 대한 정의가 다음과 같이 제공된다.
"융합됨(fused)"은 함께 용융되거나 용융되지 않고 합체된 상태를 의미한다.
"융합함(fusing)"은 함께 용융되거나 용융되지 않고 합체되는 작용을 의미한 다.
당해 분야의 숙련가들은 본 발명의 바람직한 양태에 따르는 마이크로유체 분석 시스템을, 예를 들면, 각종 분석 장치의 하위 시스템으로 사용할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 양태는 도 1에 도시된 시스템(100)의 분석 모듈로서 사용할 수 있다. 시스템(100)은 체액 샘플(예를 들면, ISF 샘플)을 취하여 샘플 속의 피검물(예를 들면, 글루코스)을 모니터링하기 위해 배치된다. 시스템(100)에는 일회용 카트리지(112)(파선형으로 도시한 상자), 국부 제어기 모듈(114) 및 원격 제어기 모듈(116)이 포함된다.
시스템(100)에서, 일회용 카트리지(112)에는, 체액 샘플(즉, ISF 샘플)을 신체(B)(예를 들면, 사용자의 피부층)로부터 취하기 위한 샘플링 모듈(118) 및 체액 속의 피검물(즉, 글루코스)을 분석하기 위한 분석 모듈(120)이 포함된다. 샘플링 모듈(118)은 당해 분야의 숙련가들에게 알려진 임의의 적합한 샘플링 모듈일 수 있고, 분석 모듈(120)은 본 발명의 양태에 따르는 마이크로유체 분석 시스템일 수 있다. 적합한 샘플링 모듈의 예가 국제 특허출원 제PCT/GB01/05634호(2002년 6월 27일자 국제 공개공보 제WO 02/49507호) 및 미국 특허원 제10/653,023호에 기재되어 있으며, 이들 둘 다의 전문은 본원에 참조의 목적으로 인용된다. 그러나, 시스템(100)에서, 샘플링 모듈(118)은 일회용 카트리지(112)의 부품이기 때문에, 일회용으로 배치된다.
도 2는 위치 전극, 마이크로채널, 피검물 센서 및 계측기(meter configuration)(200)의 간략한 개략도이며, 당해 도면은 본 발명에 따르는 마이크 로유체 분석 시스템을 이해하는 데 적절하다. 계측기(200)에는 제1 위치 전극(202), 제2 위치 전극(204), 전기 임피던스계(206), 타이머(208), 마이크로채널(210) 및 피검물 센서(212)가 포함된다. 도 2의 계측기에서, 물결선은 마이크로채널(210) 내부의 유체 샘플(예를 들면, ISF, 혈액, 소변, 혈장, 혈청, 완충액 또는 시약 유체 샘플)을 나타낸다.
계측기(200)은 마이크로채널(210) 속의 유체 샘플의 위치 또는 유속의 측정에 사용할 수 있다. 도 2의 계측기에서, 피검물 센서(212)는 제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이에 위치한다. 전기 임피던스계(206)는 제1 위치 전극(202) 및 제2 전극(204) 사이의 전기 임피던스를 측정하는 데 사용된다. 이러한 측정은, 예를 들면, 전압 공급원을 사용하여 제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이에 전압을 연속적으로 또는 주기적으로 가하여 유체 샘플에 의해 마이크로채널(210) 내부 및 제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이에 형성된 전도 경로(conducting path)로부터 발생한 임피던스를 측정할 수 있으며, 유체 샘플의 존재를 나타내는 신호를 수득함으로써 달성할 수 있다.
또한, 전기 임피던스계(206)가 제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이에 유체 샘플이 존재함으로써 발생하는 임피던스의 변화를 측정하는 경우, 신호를 타이머(208)로 보내어, 제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이에 최초로 존재하는 시간을 표시한다. 측정된 임피던스가 유체 샘플이 제2 위치 전극에 도달했음을 나타내는 경우, 또 다른 신호를 타이머(208)에 보낼 수 있다. 유체 샘플이 제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이에 최초로 존재하는 시점 및 유체 샘플이 제2 위치 전극에 도달한 시점 사이의 시간 차는 유체 샘플 유속(제1 위치 전극(202) 및 제2 위치 전극(204) 사이의 마이크로채널(210)의 용적의 인지)의 측정에 사용할 수 있다. 또한, 유체 샘플 유속 및/또는 유체 샘플 위치의 인지는 유체 샘플 총 용적의 측정에 사용할 수 있다. 또한, 유체 샘플이 제2 위치 전극(204)에 도달한 시점의 시간을 나타내는 신호를 로컬 제어기 모듈(예를 들면, 도 1과 도 2의 로컬 제어기 모듈(114))로 보내어 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르는 마이크로유체 분석 시스템과 사용할 수 있는 마이크로유체 분석 장치에 관한 추가의 설명이 미국 특허원 제10/811,446호에 기재되어 있으며, 이의 전문은 본원에 참조의 목적으로 인용된다.
도 3, 도 4 및 도 5에는 본 발명의 예시적 양태에 따르는 유체 샘플 중의 피검물을 모니터링하기 위한 마이크로유체 분석 시스템(300)이 간략하게 도시되어 있다. 마이크로유체 분석 시스템(300)에는 분석 모듈(302) 및 전기 장치(304)(예를 들면, 계기 및/또는 전원 장치)가 포함된다.
분석 모듈(302)에는 상단면(308)을 갖는 절연 기판(306)이 포함된다. 상단면(308)은 내부에 마이크로채널(310)을 포함한다. 또한, 분석 모듈(302)에는 절연 기판(306)의 상단면 위에 배치된 3개의 전기 전도성 접촉 패드(312), 마이크로채널(310) 위에 걸쳐 배치된 3개의 전극(314), 각각의 전극(314) 및 각각의 전기 전도성 접촉 패드(312)에 접속되어 있는 전기 전도성 트레이스(316) 및 적층물(318)이 포함된다. 적층물(318)은 전극(314), 전기 전도성 트레이스(316), 및 절연 기판(306)의 상단면(308) 일부 위에 걸쳐 배치된다.
전기 장치(304)에는 3개의 스프링 접촉물(320)(당해 접촉물에 관한 예시는 도 5를 참조) 및 섀시(chassis)(322)(도 5 참조)가 포함된다. 마이크로유체 분석 시스템(300)의 전기 전도성 접촉 패드(312)는 접근이 용이하도록 노출된 표면(324)과 표면(326)을 갖고, 이들 표면은 스프링 접촉물(320)을 통하여 전기 장치(304)에 대한 전기 접속을 제공한다.
절연 기판(306)은 당해 분야의 숙련가들에게 알려진 임의의 적합한 물질로부터 제조할 수 있다. 예를 들면, 절연 기판(306)은 절연 중합체, 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에스테르 및 이들의 임의의 배합물로부터 제조할 수 있다. 전기 장치와 전기 전도성 접촉 패드 사이의 전지 접속시키기 위해, 절연 기판이 필수적으로 비압축성이고, 전기 장치 내부에 삽입하기 위해서는 충분한 강성을 갖는 것이 특히 유리하다. 절연 기판(306)은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있으며, 통상적으로 두께는 대략 2mm이다.
전기 전도성 접촉 패드(312)는, 예를 들면, 아래에서 기술한 바와 같은 전도성 잉크 및 전도성 안료 물질(예를 들면, 사출 성형 및 인쇄 기술에 사용하기에 적합한, 흑연, 백금, 금, 및 은이 부하된 중합체를 포함하는 당해 분야의 숙련가들에게 알려진 임의의 적합한 전기 전도성 물질)로부터 제조할 수 있다.
전기 전도성 접촉 패드는 임의의 적합한 두께일 수 있다. 그러나, 전기 장치와 안전하고 강인하게 접속시키기 위해, 전기 전도성 접촉 패드의 두께는 5㎛ 내지 5mm인 것이 유리하고, 대략 50㎛인 것이 바람직하다. 이에 관하여, 전기 전도성 접촉 패드의 두께가 전극 또는 전기 전도성 트레이스보다 상당히 두꺼울 수 있 기 때문에, 비교적 얇은 전극 및 전기 전도성 트레이스를 제공함과 동시에, 전극과 전기 장치 사이(전기 전도성 트레이스 및 전기 전도성 접촉 패드를 통하여)가 안전하고 강인하게 전기 접속될 수 있음을 인지해야 한다.
또한, 전극(314) 및 전기 전도성 트레이스(316)는 광리소그래피, 스크린 인쇄 및 플렉소 인쇄 기술에서 통상적으로 사용되는 전도성 물질이 비제한적으로 포함되는 임의의 적합한 전도성 물질로부터 제조할 수 있다. 탄소, 귀금속(예를 들면, 금, 백금 및 팔라듐), 귀금속 합금 및 전위차 형성 금속 산화물 및 금속 염이 전극 및 전기 전도성 트레이스용 물질에 포함될 수 있는 부품의 예이다. 또한, 전도성 잉크[예를 들면, 애치슨 콜로이즈 캄파니(Acheson Colloids Company)(미국 미시간주 48060 포트 휴런 워싱턴 애브뉴 1600 소제)에서 Electrodag®418 SS로 시판중인 은 전도성 잉크]를 전극(314) 및 전기 전도성 트레이스(316)의 제조에 사용할 수 있다. 전극(314) 및 전도성 트레이스(316)의 통상적인 두께는, 예를 들면, 20㎛이다.
다중 전극의 경우를 위해, 각각의 전극은 동일한 전도성 잉크, 예를 들면, 국제 특허출원 제PCT/US97/02165호(1997년 8월 21일자 국제 공개공보 제WO 97/30344호)에 기재되어 있는 바와 같은 전도성 잉크, 또는 각각의 전극에 바람직하고 다양한 특성을 제공하는 상이한 전도성 잉크를 사용하여 제조할 수 있다.
또한, 적층물(318)은 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸-메타크릴레이트 및 폴리에스테르가 비제한적으로 포함된, 당해 분야에 알려진 임의의 적합한 물질로부터 제조할 수 있다. 적층물(318)이 유연한/유연하거나 가요성인 시트의 형태 인 경우, 본 발명의 바람직한 양태에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 제조는 단순화될 수 있다. 예를 들면, 적층물(318)은 두께가 약 5 내지 약 500㎛인 유연한 시트일 수 있다. 이에 관하여, 두께가 대략 50㎛인 적층물이 제조 용이성 측면에서 유리한 것으로 밝혀졌다. 적층물(318)은 통상적으로 절연 기판(306)보다 얇으며, 적층물(318)은 분석 모듈(302)의 제조 과정에서 열이 당해 층을 통하여 절연 기판(306)으로 용이하게 전달될 수 있을 정도로 충분히 얇다.
절연 기판(306)의 상단면(308)의 일부로 융합되어, 마이크로채널(310)이 필수적으로 액체 및/또는 공기로부터 밀폐되는 경우(i) 및/또는 절연 기판(306)의 상단면(308)으로 융합된 전극(314) 및/또는 전기 전도성 트레이스(316)가 포함되어, 마이크로채널(310)이 필수적으로 액체 및/또는 공기로부터 밀폐되는 경우(ii), 필수적으로 액체 및/또는 공기로부터 밀폐된 마이크로채널이 마이크로유체 분석 시스템(300)에서 달성될 수 있다. 이러한 융합된 구조물을 수득하는 예시적인 방법은 아래에 상세하게 기술되어 있다.
도 6은 3개의 스프링 접촉물(320)(당해 접촉물에 관한 예시는 도 6을 참조) 및 섀시(322')(도 6 참조)를 포함하는 또 다른 전기 장치(304')에 접속된, 마이크로유체 분석 시스템(300)의 분석 모듈(302')을 도시한 것이다. 도 6은 접근이 용이하도록 노출된 표면(326)과 접속된 스프링 접촉물(320')을 예시하고 있다.
도 3, 도 4, 도 5 및 도 6의 양태에서, 전기 전도성 접촉 패드(312)는 상단면(308)의 오목부(328)에 배치된다. 전기 전도성 접촉 패드(312)를 절연 기판(306)의 상단면 위의 오목부에 배치시킴으로써, 전기 전도성 접촉 패드(312)를 용 이하게 제조할 수 있으며, 당해 전기 전도성 접촉 패드는 전극(들) 및 전기 전도성 접촉 패드보다 두꺼워서, 전기 전도성 접촉 패드의 최상단면(예를 들면, 접근이 용이하도록 노출된 표면(324)) 또는 측면(예를 들면, 접근이 용이하도록 노출된 표면(326))으로부터 전기 장치에 강인하고 안전하게 접속될 수 있다. 그러나, 도 7에는 전기 전도성 접촉 패드가 절연 기판의 필수적으로 평평한 상단면 위에 배치되어 있는 또 다른 구조가 도시되어 있다. 도 7에는 본 발명에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 분석 모듈(700)이 도시되어 있다. 분석 모듈(700)에는 상단면(708)을 갖는 절연 기판(706)이 포함되어 있다. 상단면(708) 내부에는 마이크로채널(710)이 있다.
또한, 분석 모듈(700)에는 절연 기판(706)의 상단면 위에 배치된 전기 전도성 접촉 패드(712), 마이크로채널(710) 위에 걸쳐 배치된 전극(714), 전극(714) 및 전기 전도성 접촉 패드(712)에 접속되어 있는 전기 전도성 트레이스(716), 및 적층물(718)이 포함된다. 적층물(718)은 전극(714), 전기 전도성 트레이스(716), 및 절연 기판(706)의 상단면(708)의 일부 위에 걸쳐 배치되어 있다.
본 명세서를 숙지하면, 당해 분야의 숙련가들은 본 발명에 따르는 마이크로유체 분석 시스템의 분석 모듈에는 다수의 마이크로채널, 다수의 전극(예를 들면, 다수의 작업 전극 및 참조 전극), 다수의 전기 전도성 트레이스 및 다수의 전기 전도성 접촉 패드가 포함될 수 있음을 인지할 것이다. 또한, 절연 기판 및 적층물은 임의의 적합한 형태일 수 있다. 예를 들면, 절연 기판 및 적층물은 전기 전도성 접촉 패드(들)를 갖는 환형일 수 있으며, 전기 전도성 접촉 패드(들)는 이러한 환 형 절연 기판의 외부면에 배치된다.
도 8은 접근이 용이한 마이크로유체 시스템용 전기 전도성 접촉 패드를 갖는, 분석 모듈의 제조 공정(800) 단계를 도시한 순서도이다. 제조 공정(800)에는 상단면을 갖는 절연 기판, 상단면 내부에 존재하는 1개 이상의 마이크로채널, 및 상단면 위에 배치된 1개 이상의 전기 전도성 접촉 패드를 제조하는 단계(810)이 포함된다. 도 9a는 절연 기판(950), 절연 기판(950)의 상단면(952), 마이크로채널(954) 및 전기 전도성 접촉 패드(956)의 제조 단계를 수행한 결과를 도시한 것이다.
단계(810)에서 임의의 적합한 기술(들)을 사용할 수 있다. 예를 들면, 식각 기술, 절제(ablation) 기술, 사출 성형 기술 또는 고온 엠보싱 기술을 사용하여 마이크로채널을 절연 기판의 상단면에 형성시킬 수 있다. 사출 성형 기술을 사용하는 경우, 절연 중합체성 물질(당해 물질은 승온 및 승압의 조건하에 금형 속으로 용이하게 유동되는 것으로 알려져 있다)을 사용할 수 있다. 이러한 절연 중합체성 물질의 예에는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리에스테르가 비제한적으로 포함된다. 또한, 전기 전도성 접촉 패드는, 절연 기판의 제조 과정에서, 예를 들면, 전도성 잉크의 스크린 인쇄법 또는 전기 전도성 접촉 패드의 공성형법을 사용하여 제조할 수 있다.
도 8의 단계(820)에 기재되어 있는 바와 같이, 적층물의 바닥면에 배치된 1개 이상의 전극 및 1개 이상의 전기 전도성 트레이스를 포함하는 적층물을 제조한다. 도 9a는 적층물(958), 전극(960) 및 전도성 트레이스(962)의 제조 단계를 수 행한 결과를 도시한 것이다. 전극(들) 및 전기 전도성 트레이스(들)는, 예를 들면, 당해 분야의 숙련가들에게 알려진 임의의 적합한 전도성 잉크 인쇄 기술을 사용하여 적층물 위에 제조할 수 있다.
후속적으로, 제조 공정(800)의 단계(830)에서,
적층물의 바닥면의 적어도 일부를 절연 기판의 상단면의 적어도 일부에 부착시키는 단계(i),
전극(들)을 1개 이상의 마이크로채널에 노출시키는 단계(ⅱ),
각각의 전기 전도성 트레이스를 1개 이상의 전기 전도성 접촉 패드에 전기적으로 접속시키는 단계(ⅲ) 및
전기 전도성 접촉 패드의 1개 이상의 면을 노출된 상태로 남겨두어, 전기 접속에 접근이 용이하게 하는 단계(ⅵ)를 포함하는 방법으로 적층물을 절연 기판에 부착시킨다. 도 9b는 단계(830)을 수행한 결과를 도시한 것이다.
부착 단계(830) 동안, 적층물은 절연 기판의 상단면의 일부와 융합되어, 1개 이상의 마이크로채널이 필수적으로 액체로부터 밀폐되거나, 그렇지 않으면 필수적으로 공기로부터 밀폐될 수 있다. 충분한 열 및/또는 압력을 가하여 적층물 및 절연 기판의 국부 연화 및/또는 용융을 발생시킴으로써, 이러한 융합을 수행할 수 있다. 열 및/또는 압력을 가하는 것은, 예를 들면, 가열 롤러를 통해 수행할 수 있다. 이러한 융합은 물리적 부착에 의한 것으로 화학적 결합에 의한 것이 아니며, 당해 융합은 적층물 및 절연층 물질(들) 사이의 용융된 상태의 표면 습윤 및 고체 상태의 기계적 변조의 결과인 것으로 사료되지만, 이에 한정되지 않는다. "기계적 변조(mechanical keying)"는, 1가지 물질이 나머지 물질에 존재하는 공극 속에 기계적으로 침투 또는 전개됨을 포함하는 메커니즘을 통하여 2가지 물질 표면이 결합되는 것을 의미한다.
액체 및/또는 공기로부터 밀폐된 마이크로채널을 융합 및 생성시키기 위해, 적층물 및 절연 기판의 용융 특성을 미리 파악해야 한다. 예를 들면, 적층물과 절연층의 용융된 부분이 유동하여 혼합된 후에 적층물과 절연층 사이의 계면이 효과적으로 습윤되도록 하기 위해, 부착 단계 동안 적층물 및 절연 기판의 표면이 필수적으로 동일한 시간에 용융되는 것이 유리할 수 있다. 후속적으로 냉각시킨 결과, 액체 및/또는 공기로부터 밀폐된 마이크로채널을 제조하는 방식으로 적층물이 배치되어 있는 절연층의 일부에 융합된 적층물이 제조된다.
적층물 및 절연층 둘 다가 폴리스티렌으로 제조된 경우, 융합은, 예를 들면, 5bar 및 120℃에서 3초 동안 발생할 수 있다. 액체 및/또는 공기로부터 밀폐된 마이크로채널의 제조를 추가로 향상시키기 위해, 전기 전도성 트레이스 및/또는 전극이 절연 기판의 상단면과 융합되도록 하는 방식으로 부착 단계를 수행할 수도 있다. 이 경우, 전기 전도성 트레이스(및/또는 전극)가 제조되는 물질은 미리 파악되어, 당해 물질은 적층물 및 절연층의 융합의 경우와 동일한 압력, 온도 및 시간 조건하에 절연층과 융합된다. 그러나, 전기 전도성 트레이스(및/또는 전극)가 제조되는 물질은 부착 단계 동안 이러한 정의를 상당 부분 잃지 않아야 한다.
또한, 전기 전도성 트레이스와 전기 전도성 접촉 패드 사이의 전기 접속을 향상시키기 위해, 전기 전도성 트레이스 및 전기 전도성 접촉 패드를 부착 단계 동 안 융합되는 물질(예를 들면, 과량의 전도성 안료를 포함하는 물질)로 제조할 수 있다. 그러나, 전기 전도성 트레이스 및 전기 전도성 접촉 패드 사이의 전기 접속은 부착 단계 동안 형성되는 물리적 기계적 접속에 의해 형성될 수도 있다.
부착 단계를 위한 통상적인 조건은, 예를 들면, 80 내지 200℃ 범위의 온도, 약 0.5 내지 약 10bar 범위의 압력 및 약 0.5 내지 약 5초의 기간이다.
분석 모듈의 제조 실시예
폴리스티렌 물질[즉, 바스프 악틴게젤샤프트, 비즈니스 유닛 폴리스티렌(BASF, Aktiengesellschaft, Business Unit Polystyrene)(주소: 독일 D-67056 루드비히스하펜)에서 시판중인 폴리스티롤 144C] 및 또 다른 폴리스티렌 물질[즉, 엔에스베 쿤스트슈토프테크닉, 노르트도이췌 지카벨베르케 아게(NSW Kunststofftechnik, Norddeutsche Seekabelwerke AG)(주소: 독일 26954 노르덴하임)에서 시판중인 Norflex®Film]로 제조된 적층물로부터 제조한 절연 기판을 사용하여, 본 발명에 따르는 마이크로유체 분석 장치의 한 가지 양태를 제조하였다.
전극 및 전기 전도성 트레이스는 전도성 잉크를 사용하여 적층물 위에 인쇄하였다. 또한, 전기 전도성 접촉 패드는 동일한 전도성 잉크를 사용하여 절연 기판 위에 인쇄하였다. 전기 전도성 트레이스, 전기 전도성 접촉 패드 및 전극의 인쇄에 사용한 전도성 잉크의 조성은 다음과 같다.
백금과 탄소를 1:9의 질량비로 함유한 미분된 분말[예를 들면, 엠씨에이 서비스즈(MCA Services)(주소: 영국 에스쥐8 6엔티 사우스 캠브리지쇼어 멜드레트 노 스 앤드 유닛 1에이 롱 반)에서 제조한 MCA 20V 백금 피복된 탄소(platinized carbon)]: 18.5질량%
폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체[예를 들면, 레졸루션 인헨스드 프러덕츠, 레졸루션 오이로페 비브이(Resolution Enhanced Products, Resolution Europe BV)(주소: 네덜란드 3190 AN 호그빌라이트 Rt, 피오 박스 606)에서 제조한 Epikote™1055] 19.0질량% 및
메틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르) 용매[예를 들면, 다우 베네룩스 비.브이.(Dow Benelux B.V.)(주소: 벨기에 2650 에데겜 프린스 보데비인란 41)에서 제조] 62.5질량%.
바로 위에서 상세하게 기술한 전도성 잉크 조성물은 폴리스티렌 적층물 및 폴리스티렌 절연 기판(위에서 기술한 바와 같음)과 사용하기에 특히 유리하다. 그러나, 일반적으로 당해 조성물은 미분된 분말 대 중합체의 질량비를 약 3:1 내지 1:3으로 유지하는 과정에서 가변적일 수 있다.
본 명세서를 숙지하면, 전도성 잉크를 적층물 및/또는 절연 기판에 피복하는 기술(예를 들면, 분무 피복, 고온 엠보싱, 및 플렉소 인쇄)을 적합하게 하기 위해, 전도성 잉크에 존재하는 용매가 변할 수 있음을 당해 분야의 숙련가들은 인지할 것이다. 또한, 임의의 적합한 용매는, 예를 들면, 알콜, 메틸 에틸 케톤, 부틸 글리콜, 벤질 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 이소포론 및 방향족 탄화수소를 포함하는 메틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르)에 대해 치환될 수 있다.
후속적으로, 적층물 및 절연층의 연화 및 융합이 발생할 수 있는 온도 및 압력 조건하에서 절연 기판을 적층물에 부착하였다. 가열 롤러를 사용하여 적층물 및 절연 기판을 30 내지 3mm/sec의 속도로 가압함으로써, 온도 및 압력을 적층물 및 절연 기판에 가하였다.
또한, 온도 및 압력은 전도성 잉크의 연화 및 전도성 잉크와 절연 기판 사이의 융합 및 전도성 잉크와 적층물 사이의 융합을 발생시키시에 충분하였다. 이러한 연화 및 융합에도 불구하고, 전도성 잉크는 이의 전도성 특성을 유지하였다. 따라서, 전도성 잉크는 가융성 전도성 잉크를 의미하기도 한다.
부착 단계 동안 가해진 온도는 통상적으로 80 내지 150℃, 특히 약 120℃이고, 압력은 통상적으로 1 내지 10bar, 특히 약 5bar이었다.
부착 단계에 의해, 절연 기판, 적층물 및 전도성 잉크 사이의 임의의 물리적 접촉 지점들 사이에 갭이 부재한, 액체로부터 밀폐된 마이크로채널이 생성되었다,
최적의 융합을 촉진시키기 위해, 전도성 잉크의 융점이 적층물 및 절연 기판의 융점에 대해 +30 내지 -50℃인 것이 바람직하다. 또한, 전도성 잉크의 용융 범위가 기판의 융점에 대해 0 내지 -30℃인 것이 더욱 바람직하고, 바람직하게는 잉크의 용융 범위가 기판의 융점에 대해 -5 내지 -15℃이다. 이에 관하여, Epikote™1055의 보고된 융점 범위가 79 내지 87℃이고, 폴리스티렌(이로부터 적층물 및 절연 기판이 제조된)의 융점이 90℃임을 인지해야 한다.
또한, 전도성 잉크로부터 제조된 부품(예를 들면, 전극, 전기 전도성 트레이스 및 전기 전도성 접촉 패드) 및 절연 기판 또는 적층물 사이의 융합을 촉진시키 기 위해, 분자량이 절연 기판과 적층물을 제조할 수 있는 중합체성 물질의 분자량보다 작은 성분을 포함하는 전도성 잉크를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명을 실시하는 데에 있어서, 위에서 기술한 양태에 대한 각종 변형이 이루어질 수 있음을 이해해야 할 것이다. 특허 청구 범위는 본 발명의 범주를 정의하기 위한 것이며, 이들 특허 청구 범위 및 이에 상당하는 내용의 범주내에 존재하는 체계는 본 발명에 의해 보호된다.
본 발명에 의해, 분석 장치 내부의 전극과의 강인하고 안전한 전기 접속을 제공하는, 분석 장치, 특히 마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용할 수 있는 물질을 제조할 수 있다. 또한, 당해 물질에서, 분석 장치 내부의 임의의 마이크로채널은 필수적으로 액체 및/또는 공기로부터 밀폐되어 있다.

Claims (4)

  1. 백금과 탄소를 함유하는 미분된 분말,
    폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체 및
    용매를 포함하고, 미분된 분말 대 폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체의 비율이 3:1 내지 1:3의 범위인, 마이크로유체 분석 시스템의 제조에 사용하기 위한 가융성 전도성 잉크.
  2. 제1항에 있어서, 미분된 분말이 백금 및 탄소를 대략 1:9의 질량비로 함유하는, 가융성 전도성 잉크.
  3. 제1항에 있어서, 용매가 메틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르)인, 가융성 전도성 잉크.
  4. 제1항에 있어서,
    백금과 탄소를 1:9의 질량비로 함유하는 미분된 분말 18.5질량%,
    폴리(비스페놀 A-코-에피클로로하이드린)-글리시딜 말단 종결된 중합체 19.0질량% 및
    메틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르) 용매 62.5질량%를 포함하는 가융성 전도성 잉크.
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