KR20230145460A - 폴딩된 호일로 구성된 미세유체 시스템 및 제조 방법 - Google Patents

폴딩된 호일로 구성된 미세유체 시스템 및 제조 방법 Download PDF

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요하노이움 리서치 포르슝스게젤샤프트 엠베하
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Abstract

본 발명은 단일 호일로부터 폴딩되어 다수의 적층 호일 플라이(1)를 형성하고, 상이한 평면에 미세유체 구조(5)를 포함하는 호일 복합체로서, 상기 미세유체 구조가 엠보싱된 오목부를 갖는 호일 플라이가 적층 방향으로 인접한 각각의 호일 플라이에 의해 덮여 형성되고, 하나의 평면의 미세유체 구조가 적어도 하나의 호일 플라이의 관통-개구를 통해 다른 평면의 미세유체 구조에 연결되는, 호일 복합체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 호일 복합체를 제조하기 위한 방법 및 호일 복합체의 용도에 관한 것이다.

Description

폴딩된 호일로 구성된 미세유체 시스템 및 제조 방법
발명의 분야
본 발명은 미세유체 시스템을 형성하는 폴딩된 필름을 포함하는 필름 복합체, 필름 복합체의 제조 방법 및 필름 복합체의 적용에 관한 것이다.
기술의 언급
미세유체 구조를 가진 구성 요소는 많은 센서 칩의 일반적인 요소이며, 액체가 흡수, 전달, 혼합 또는 달리 처리될 수 있는 마이크로채널 및 마이크로챔버를 포함한다. 예시적인 응용 분야로는 병원에서 세균의 신속한 진단 또는 공정 기술, 환경 분석 등에서 화학물질의 신속한 분석을 위한 바이오센서이다. 대부분의 응용 분야에서, 미세유체 구조는 입구 및 출구 포트를 포함하는 커버로 닫혀 있다.
랩-온-칩(lab-on-chip) 시스템은, 예를 들어, 환자의 집이나 주치의 진료실에서 직접 신속한 테스트와 분석을 위해 사용되는 작은 미니 실험실이다. 이러한 시스템이 필름 기재에 통합되는 경우, 이는 랩-온-호일(lab-on-foil) 시스템으로 지칭된다. 이는 작고 사용 후 폐기하기 쉬워야 하며, 따라서 생산 비용도 저렴해야 한다. 랩-온-호일 시스템은 이러한 조건을 특히 높은 정도로 충족시킨다. 대부분, 이러한 시스템은 통상적인 측정 설정에 맞추기 위해 현미경 슬라이드의 크기로 제조된다. 이러한 시스템의 제한된 크기로 인해, 이들은 종종 소수의 기능만을 포함한다.
DE 10 106 008 A1호는 미세유체 구조 및 관통-구멍을 갖는 2개의 필름층을 갖는 폴딩된 구조를 포함하는 PCR 마이크로반응기로서 미세유체 시스템을 개시한다. 미세유체 구조는 하나의 필름층에 오목부(recession)를 형성함으로써 형성되며, 이는 관통-구멍을 갖는 제2 필름층을 통해 폴드에 의해 덮인다. 대안적으로, 미세유체 구조는 서로의 거울 이미지인 둘 모두의 필름층에 오목부를 형성하고 두 개의 필름층을 서로 폴딩시켜 두 개의 필름층의 오목부로 구성된 미세유체 구조를 형성함으로써 형성된다. 따라서, 상이한 평면에서 미세유체 구조를 갖는 미세유체 시스템은 형성되지 않는다. 또한, 미세유체 시스템은 단지 2개의 필름층으로 구성되어, 상이한 평면의 미세유체 구조를 연결하기 위한 관통-구멍이 포함되지 않는다.
US 2018/0264474호는 다중 필름층을 갖는 폴딩된 구조를 포함하는 조직 공학용 미세유체 시스템을 개시하며, 여기서 필름층의 미세유체 구조 및 필름층을 통한 관통-구멍은 레이저에 의해 생성된다.
본 발명이 해결하고자 하는 문제
종래 기술은 미세유체 구조가 엠보싱에 의해 형성되지 않는 필름 폴딩에 의해 형성된 미세유체 시스템을 개시한다. 레이저 공정과 비교하여, 엠보싱 공정은 특히 롤-투-롤 공정으로 수행될 때 빠르고 효율적으로 수행될 수 있고, 미세유체 구조가 간단한 방식으로 생산될 수 있다는 이점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 간단한 공정을 사용하여 미세유체 구조를 갖는 개선된 필름 복합체를 제공하는 것이다.
발명의 개요
상기 문제는 단일 필름을 폴딩시켜 형성되고 엠보싱에 의해 생성된 미세유체 구조를 갖는 필름 복합체를 제공함으로써 해결되었다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 하기 포인트에서 정의된다:
[1] 단일 필름으로부터 폴딩되어 복수의 적층 필름층(1)을 형성하고, 상이한 평면에 미세유체 구조(5)를 포함하는 필름 복합체로서, 여기서 미세유체 구조가 엠보싱된 오목부를 갖는 필름층이 적층 방향으로 인접한 각각의 필름층에 의해 덮이는 방식으로 형성되고, 하나의 평면의 미세유체 구조가 적어도 하나의 필름층의 관통-구멍을 통해 또 다른 평면의 미세유체 구조에 연결되는, 필름 복합체.
따라서, 미세유체 구조는 하나의 필름층에 오목부를 엠보싱하고 이러한 오목부를 또 다른 필름층으로 덮음으로써 형성된다. 상이한 평면에 있는 이러한 미세유체 구조 중 적어도 2개, 선택적으로 2개 이상 또는 전부는 관통-구멍을 통해 연결되며, 즉 이들은 서로 소통된다.
[1-1] 바람직하게는, 필름층 사이에 접착제를 사용하지 않고 미세유체 구조가 형성된다.
[2] [1] 또는 [1-1]에 따른 필름 복합체로서, 팬-형상 방식으로 폴딩되거나, 2개의 폴딩 에지 및 이에 따라 중심 필름층 및 제1 외부 필름층이 중심 필름층 위에 폴딩되고 제2 외부 필름층이 이후 제1 필름층 위에 폴딩되는 방식으로 제1 및 제2 외부 필름층을 갖는 필름을 폴딩시킴으로써 획득 가능한, 필름 복합체.
[2]에 따르면, 폴딩은 팬-형상 방식, 즉 팬폴드 원리에 따라 수행된다. [2]에 따르면, 폴딩은 도 5 및 도 6에 제시된 원리에 따라 교대로 수행된다. 이 원리의 장점은 3개의 필름층을 갖는 필름의 경우, 두 개의 폴딩 에지가 필름의 동일면에 형성될 수 있고, 모든 오목부가 필름의 동일면에 엠보싱될 수 있고, 폴딩 후, 모든 오목부가 여전히 필름 복합체 내부에 있고, 즉, 외부에는 오목부가 없다는 점이다.
[3] [1], [1-1] 또는 [2]에 따른 필름 복합체로서, 여기서 (i) 필름층 중 적어도 하나는 캐리어 필름을 포함하고, 캐리어 필름의 한쪽 표면측에 에보싱된 오목부를 갖는 래커층을 포함하고/하거나; (ii) 필름층 중 적어도 하나는 캐리어 필름을 포함하고, 캐리어 필름의 양면측에 캐리어 필름의 2 개의 표면측 중 적어도 하나에 엠보싱된 오목부를 갖는 래커층을 포함하는, 필름 복합체.
(ii)의 경우, 미세유체 구조는 (a) 인접한 두 필름층의 오목부를 덮고/덮거나 (b) 필름층의 양면측에 오목부를 갖고 양면측의 오목부를 덮음으로써 상이한 평면에서 형성될 수 있다.
필름이 팬-유사 방식으로 폴딩될 때, 한 표면측에 엠보싱된 래커층을 갖는 섹션 및 다른 표면측에 엠보싱된 래커층을 갖는 섹션을 교대로 갖는 필름으로부터 폴딩되고, 섹션 사이에 폴딩되어 필름층을 형성하는 항목 [3](i)에 따른 필름 복합체가 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로, 캐리어 필름은 전체 필름 복합체에서 캐리어 필름에 의해 덮이는 것이 방지될 수 있다.
포인트 [3](ii)에 따른 필름 복합체가 바람직할 수 있으며, 이는 캐리어 필름의 양면측에 오목부를 갖는다. 이 경우, 중간 캐리어 필름 없이 각각의 폴딩 공정 동안 상이한 평면의 미세유체 구조가 생성된다.
2개의 인접한 필름층의 경우, 오목부를 갖는 표면측이 서로 대면할 수 있다. 대면 오목부는, 예를 들어, 반응 챔버로서 사용될 수 있는 더 높은 미세유체 구조를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다.
[3-1] 바람직하게는, [3]에 따른 필름 복합체에서, 2개의 인접한 필름층의 래커층은 UV 경화에 의해 결합된다.
UV 경화는 공유 결합을 형성하여, 층의 특히 강한 연결 및 미세유체 구조의 밀폐 커버링을 발생시킨다.
[4] 전술한 포인트 중 임의의 것에 따른 필름 복합체로서, 여기서 필름은 필름의 레이저 절단에 의해 생성된 폴딩 에지에서 폴딩되고/거나, 관통-구멍은 레이저 절단에 의해 생성되는, 필름 복합체.
[5] 전술한 포인트 중 어느 하나에 따른 필름 복합체로서, 전체 표면에 걸쳐 서로의 상부에 바로 놓이는 합동(congruent) 필름층, 및 폴딩된 에지로 구성되는, 필름 복합체.
[5-1] 바람직하게는, [5]에 따른 필름 복합체는 팬-유사 방식으로 폴딩된다.
[5-2] 바람직하게는, [5]에 따른 필름 복합체에서, 2개의 인접한 필름층의 래커층은 UV 경화에 의해 결합된다.
[6] 전술한 포인트 중 어느 하나에 따른 필름 복합체로서, 여기서 서로 소통하는 미세유체 구조는 상이한 평면에 형성되고, 여기서 적층 방향으로 인접한 2개의 필름층은 서로를 대면하고 적층 방향에서 서로 부분적으로만 중첩되는 엠보싱된 오목부를 갖는, 필름 복합체.
대면하는 오목부는 서로 중첩되지만 부분적으로만 중첩된다. 따라서, 이들은 폴딩 후에는 합동이 아니다. 이는 필름의 2개의 층이 서로의 상부에서 폴딩될 때, 상이한 평면에 놓여 있고 소통 방식으로 연결되는 미세유체 구조가 생성되고, 이에 의해, 예를 들어, 레이저의 도움으로 생성되어야 하는 관통-구멍이 필요하지 않음을 의미한다.
[7] 전술한 포인트 중 어느 하나에 따른 필름 복합체로서, 미세유체 구조에 작용기화, 나노구조화, 소수성화 및 가열제 충전으로부터 선택된 적어도 하나의 변형을 포함하는, 필름 복합체.
미세유체 구조는 이러한 변형 중 몇 가지를 가질 수 있으며, 변형은 미세유체 구조의 상이한 섹션에 존재한다. 폴딩 동안 서로의 상부에 2개의 오목부를 배치함으로써, 평면도에서 미세유체 구조의 동일한 장소에 2개의 별개의 상이한 변형, 즉, 상부에 하나의 변형 및 하부에 하나의 변형이 심지어 존재할 수 있다.
[8] 전술한 포인트 중 어느 하나에 따른 필름 복합체로서, 여기서 필름층 중 적어도 하나는 캐리어 필름, 및 캐리어 필름의 적어도 하나의 표면측에, 엠보싱된 오목부를 갖는 래커층을 갖고, 여기서 (i) 오목부는 필름층의 래커층에 존재하고, 래커층은 UV 경화에 의해 인접한 필름층에 결합되거나, (ii) 오목부는 필름층의 열가소성 래커층에 존재하고, 래커층은 열 결합에 의해서만 인접한 필름층에 결합되는, 필름 복합체.
항목 [8](i)에 따른 필름 복합체는 제1 구현예에 설명되어 있다. 항목 [8](ii)에 따른 필름 복합체는 제2 구현예에 설명되어 있다.
[9] [1]에 따른 필름 복합체로서, 팬-형상 방식으로 폴딩되고, 전체 표면에 걸쳐 서로 바로 위에 놓여 있는 합동 필름층, 및 폴딩 에지로 구성되고, 여기서 폴딩 에지 및 관통-구멍은 레이저를 사용하여 제조되었고, 필름층은 캐리어 필름 및 오목부를 갖는 래커층을 갖고, 래커층은 UV 경화에 의해 인접한 필름층에 결합되는, 필름 복합체.
[10] 하기 단계를 포함하는 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 따른 필름 복합체를 제조하는 방법:
(a) 캐리어 필름의 제1 표면측에 경화성 엠보싱 래커층을 적용하여 엠보싱 래커 섹션에 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
(b) 캐리어 필름의 제1 표면측에 경화성 결합 래커층을 적용하여 결합 래커 섹션에 결합 래커층을 형성하는 단계,
(c) 엠보싱 도구를 사용하여 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층의 오목부를 엠보싱시키는 단계,
(d) 단계 (c)에서 엠보싱된 엠보싱 래커층을 부분적으로 경화시키는 단계,
(e) 단계 (d) 후 엠보싱 도구를 제거하는 단계,
(f) 단계 (e)에서 획득된 구조를 통해 캐리어 필름의 제1 표면측에서 제2 표면측으로 관통-구멍을 형성하고, 엠보싱 래커 섹션과 결합 래커 섹션 사이의 구조를 폴딩시켜 2개의 필름층을 형성하는 단계,
(g) 단계 (f)에서 획득된 2개의 필름층을 중첩하여 한 필름층의 엠보싱 래커 섹션의 엠보싱 래커층의 오목부가 다른 필름층의 결합 래커 섹션의 결합 래커층에 의해 밀봉되어 미세유체 구조를 형성하도록 복합체를 형성하는 단계,
(h) 단계 (g)에서 획득된 복합체의 부분 경화된 엠보싱 래커층과 결합 래커층을 경화시켜 이들 층 사이에 공유 결합을 형성함으로써 필름 복합체를 획득하는 단계.
[11] [10]에 따른 방법으로서, 여기서 경화성 결합 래커는 단계 (c) 내지 (e)에 따라 엠보싱되고 부분적으로 경화되는 경화성 엠보싱 래커인, 방법.
[12] 하기 단계를 포함하는 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 따른 필름 복합체를 제조하는 방법:
(a) 중합체로 라디칼 중합 가능한 단량체를 함유하는 엠보싱 래커층을 캐리어 필름의 제1 표면측에 적용하여 엠보싱 래커 섹션에 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
(b) 캐리어 필름의 제1 표면측에 커버층을 적용하여 커버층 섹션에 커버층을 형성하는 단계,
(c) 엠보싱 도구를 사용하여 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층에 오목부를 엠보싱시키는 단계,
(d) 엠보싱 래커층에 포함된 단량체를 중합체로 중합시켜 캐리어 필름 상에 열가소성 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
(e) 단계 (d) 후 엠보싱 도구를 제거하는 단계,
(f) 단계 (e)에서 획득된 구조를 통해 캐리어 필름의 제1 표면측에서 제2 표면측으로 관통-구멍을 형성하고, 엠보싱 래커 섹션과 커버층 섹션 사이의 구조를 폴딩시켜 2개의 필름층을 형성하는 단계,
(g) 단계 (f)에서 획득된 2개의 필름층을 서로 열 결합시켜 한 필름층의 엠보싱 래커 섹션의 엠보싱 래커층의 오목부가 다른 필름층의 커버층 섹션의 커버층에 의해 밀봉되어 미세유체 구조를 형성하고, 이에 의해 필름 복합체가 획득되는, 단계.
[13] [12]에 따른 방법으로서, 여기서 커버층은 단계 (c) 내지 (e)에 따라 엠보싱되고 중합되는 열가소성 엠보싱된 래커층인, 방법.
[14] 포인트 [10] 내지 [13] 중 어느 하나에 따른 방법으로서, 여기서 엠보싱은 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로 수행되는, 방법.
[15] 중합효소 연쇄 반응 또는 등온 증폭에 의한 DNA의 증폭을 위한 포인트 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 따른 필름 복합체의 용도.
본 발명의 이점
미세유체 구조를 갖는 박막층을 사용함으로써, 동일한 풋프린트에 대해 더 큰 이용 가능한 공간이 획득되고 동일한 영역에 더 많은 기능이 수용될 수 있다.
본 발명에 따른 필름 복합체의 제조는 미리 결정된 폴딩 라인에서 필름층을 폴딩함으로써 촉진된다.
넓은 영역에 걸쳐 높은 처리량으로 미세구조의 롤-투-롤 엠보싱은 본 발명에 따른 필름 복합체에서 미세유체 구조를 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 미세구조는 공지된 방법을 사용하여 커버층의 적층에 의해 동시에 밀봉될 수 있다. 이는, 예를 들어, 바이오센서에 사용하기 위해 필요한 폐쇄 채널 네트워크를 생성하는 것을 가능하게 한다.
미세유체 구조는 커버와 측벽 사이의 모든 주위에 밀폐적으로 밀봉된다. 이는 미세유체 구조를 기계적으로 안정하고 취급 동안 압력 차이 및 응력에 둔감하게 한다. 밀폐형 밀봉은 또한 분석 결과를 위조할 수 있는 이물질 및 불순물의 침입를 방지하고, 또한 온도-제어된 공정(예를 들어, 온-칩 증폭)을 수행할 수 있게 한다. 동시에, 캐리어 필름 및 얇은 래커층의 구조는 높은 정도의 기계적 유연성을 초래하고, 이는 비용 효율적인 롤 공정에서의 생산 및 용이한 폴딩을 가능하게 한다. 미세유체 구조는 또한 접착제를 사용하지 않고 밀봉되어, 가능한 오염을 피한다.
미세유체 구조는 전체적으로 동일한 물질로 제조될 수 있기 때문에, 유체 또는 분석물의 균일하고 문제 없는 수송이 가능하다.
본 발명에 따른 방법은 간단한 UV 결합 또는 열 결합을 가능하게 하고, 따라서 고-처리량 공정에 사용될 수 있다. UV 결합에서, 공유 결합이 생성된다. 또한, UV 결합은 열가소성 거동을 필요로 하지 않으며, 따라서 일작용성 아크릴레이트의 사용을 제한하지 않아, 물질 개발에서 더 많은 자유를 허용한다. 경화 동안 가교의 형성으로 인해, 채널 물질은 탄성이 있어, 롤-기반 생산 동안 또는 적용시 크래킹이 회피된다.
상이한 크기, 모양 및 특성의 다수의 소통하는 미세유체 구조는 단일 기재에서 상이한 기능의 조합을 가능하게 하여, 시간, 비용 및 자원을 절약한다. 예를 들어, 이러한 조합은 하기 기능 중 하나 이상을 포함한다: 분석될 DNA가 칩에서 직접 증폭될 수 있도록 하는 샘플 증폭(예를 들어, LAMP(루프-매개 등온선), LAMP(루프-매개 등온 증폭) 또는 PCR(중합효소 연쇄 반응)에 의함); 칩을 통해 흐르는 유체가 원하는 위치에서 정지될 수 있도록 하는 소수성 지연 구조의 형성; 더 큰 표면적을 생성하여 개선된 생체작용성화를 가능하게 하는 구조화된 센서 표면의 형성; 확장된 반응 챔버; 추가적인 공정 유체를 수용하기 위한 확장된 저장 챔버; 모세관-구동 방식으로 층에서 층으로 유체를 끌어당기는 방식으로 필름층 사이의 관통-구멍의 설계; 및 금속 잉크로 미세유체 구조의 모세관-구동 충전 및 후속 소결(가열제 충전)에 의해 수행되는, 샘플 증폭 동안 요구되는 온도 제어를 위한 가열 전도체 구조의 생성.
공기-충전된 챔버를 형성함으로써, 필름 가열에 의해 템퍼링된 챔버의 단열이 개선될 수 있다. 역반사체가 또한 이러한 공기-충전된 챔버에 구축될 수 있으며 광학 신호(예를 들어, 화학발광 반응)를 외부로 더 잘 전도할 수 있다.
도면의 설명
도 1은 DNA의 증폭에 사용하기 위한 필름 복합체의 예를 이용한 본 발명에 따른 필름 복합체의 제조 원리를 예시한다. 등온 PCR을 위한 온도는 PCR 챔버(13) 아래의 가열 매질-충전된 미세유체 구조(15)를 통해 설정된다. 미세구조화된 표면(14)은 생물작용성화(예를 들어, DNA 및/또는 단백질의 결합)를 가질 수 있다. 소수성 밸브(12)는 물질과 표면의 선택적 상호작용 및, 예를 들어, 인접한 미세유체 구조로의 선택적 통과에 사용된다.
도 2a는 필름층(1)의 개략적인 단면을 제시한다. 100%의 깊이의 만입부(4)를 갖는 엠보싱 래커층(3)은 캐리어 필름(2)의 한 면에 적용된다.
도 2b는 한 면에 엠보싱된 래커층을 갖는 필름층(도 2a 참조)으로 구성된 본 발명에 따른 필름 복합체의 단면을 제시한다. 폴딩된 에지는 제시되지 않는다. 오목부는 인접한 필름층에 의해 덮혀서 단면이 폐쇄된 미세유체 구조(5)를 형성한다. 관통-구멍(6)은 상이한 평면의 미세유체 구조(5)를 연결한다.
도 3a는 필름층(1)의 개략적인 단면을 제시한다. 100% 깊이의 오목부(4)를 갖는 엠보싱 래커층(3)은 캐리어 필름(2)의 양면에 적용된다. 오목부(4)는 상이한 작용성화를 가질 수 있다. 예를 들어, 오목부(4)는 가열 수단(7) 또는 나노구조(8)를 함유할 수 있다.
도 3b는 양면에 엠보싱된 래커층을 갖는 필름층(도 3a 참조)으로 구성된 본 발명에 따른 필름 복합체의 단면을 제시한다. 폴딩된 에지는 제시되지 않는다. 오목부는 인접한 필름층에 의해 덮혀서 단면이 폐쇄된 미세유체 구조(5)를 형성한다. 관통-구멍(6)은 상이한 평면의 미세유체 구조(5)를 연결한다. 미세유체 구조(5)는 상이한 작용성화를 가질 수 있다. 예를 들어, 미세유체 구조(5)는 가열 수단(9) 또는 나노구조(10)를 함유할 수 있다.
도 4는 양면에 엠보싱된 래커층을 갖는 필름층으로 구성된 본 발명에 따른 필름 복합체의 단면을 제시한다. 폴딩된 에지 및 관통-구멍은 제시되지 않는다. 오목부는 인접한 필름층에 의해 덮혀서 단면이 폐쇄된 미세유체 구조(5)를 형성한다. 미세유체 구조(5)는 단면에서 상이한 작용성화를 가질 수 있다. 예를 들어, 미세유체 구조(5)는 가열 수단(9) 및 나노구조(10)를 함유할 수 있다. 미세유체 구조(5)는 반응 챔버 또는 저장 챔버로서 사용될 수 있는 100% 깊이의 넓은 오목부(4)(도 2a, 2b 및 3a 참조)를 형성함으로써 더 큰 챔버(16)를 형성할 수 있다. 챔버(16)는 연결 오목부(17)를 통해 미세유체 구조(5)에 연결된다.
도 5는 본 발명에 따른 필름 복합체의 제조를 위한 필름의 평면도를 제시한다. 필름은 3개의 필름층 A, B 및 C 및 2개의 폴딩된 에지(11)로 구성된다. 필름층은 상부면에 관통-구멍(6) 및 오목부(4)를 갖는다. 필름층 (B) 상으로의 필름층 (A)의 제1 폴딩(도 5에서 "1."로 표시됨)은 복합체 (A)/(B)를 생성한다. 복합체 (A)/(B)의 필름층 (A) 상으로의 필름층 (C)의 제2 폴딩(도 5에서 "2."로 표시됨)은 필름 복합체 (B)/(A)/(C)를 생성한다. (A)의 오목부는 (A)의 관통 구멍 및 (B)의 상응하는 관통 구멍과 함께 액체 입구를 생성한다. (B)의 챔버는, 예를 들어, LAMP에 대한 반응 챔버로서 기능할 수 있다. (A) 및 (B)의 부적합 오목부로 인해, (A) 및 (B)의 폴딩은 상이한 평면에 놓여 있고 소통 가능하게 연결된 2개의 챔버를 생성하고, 이에 의해 통로 개방이 필요하지 않다. (C)에서 형성된 오목부는 폴딩될 때 챔버를 생성하며, 이는, 예를 들어, 센서 채널 및 폐기물 저장소로서 기능할 수 있고, 이에 의해 센서 채널은 (A)의 관통-구멍을 통해 (B)의 반응 챔버에 소통 가능하게 연결된다.
도 6은 도 5에 제시된 필름을 폴딩하여 형성된 필름 복합체의 단면도이다.
도면에서, 미세유체 구조는 직사각형 형상을 가지며, 대부분 엠보싱 래커층의 층 두께의 100%의 깊이를 갖는다. 미세유체 구조는 엠보싱에 의해 제조될 수 있는 임의의 다른 모양, 예를 들어, 캐리어 필름을 향해 테이퍼링되는 삼각형 모양 또는 둥근 모양을 가질 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 깊이는 또한 100% 미만일 수 있어, 미세유체 구조가 캐리어 필름에 의해 부분적으로 덮이지 않는다.
본 발명의 구현예
본 발명에 따른 필름 복합체는 단일 필름으로부터 폴딩된다. 즉, 필름 복합체는 폴딩된 필름으로 구성된다. 결과적으로, 필름층 사이의 다른 구성요소, 예를 들어, 접착제, 또는 다른 층 또는 플라이는 배제되는 반면, 나노구조, 가열제, 작용성화 등과 같은 추가적인 구성요소는 미세유체 구조에서 배제되지 않는다. 필름은 여러 번 폴딩되어 여러 필름층과 그 사이에 폴딩된 에지를 형성한다.
필름 복합체에서, 미세유체 구조는 상이한 층에 함유되며, 여기서 (i) 미세유체 구조는 엠보싱된 오목부를 갖는 필름층이 적층 방향으로 인접한 각각의 필름층에 의해 덮이도록 형성되고, 여기서 (ii) 하나의 층의 미세유체 구조는 적어도 하나의 필름층의 관통-구멍을 통해 또 다른 층의 미세유체 구조에 연결된다. 특징 (ii)은 필름층의 양면에 미세구조, 즉, 오목부를 정의한다. 이러한 미세구조는 오목부가 각각 추가의 필름층에 의해 덮인다는 사실에 의해 특징 (i)에 따라 생성된다. 따라서, 특징 (i) 및 (ii)의 조합은 필름 복합체가 적어도 3개의 필름층을 갖는 것을 필요로 한다.
일 구현예에서, 필름 복합체는 적층 필름 플라이가 이들의 전체 표면에 걸쳐 서로의 상부에 놓이는 방식, 즉, 이들이 또한 폴딩된 에지 바로 옆에 연결되는 방식으로 설계된다. 따라서, 필름 복합체는 이들의 전체 표면에 걸쳐 서로의 상부에 직접 놓이는 합동 필름층, 및 폴딩된 에지로 구성된다. 필름층은 동일한 길이 및 폭 및 표면 모양을 가지며, 바람직하게는 이들은 동일한 크기의 직사각형이고, 폴딩 에지는 필름 복합체의 수직 방향으로 필름층의 한 말단 및 대향 말단에 교대로 위치하며, 바람직하게는 직사각형 필름층의 대향 표면측 상에 위치한다. 오목부는 합동이 아니거나 또한 합동 필름층과 독립적으로 합동이다.
따라서, 필름 복합체는 바람직하게는 팬폴드(fanfold) 원리에 따라, 즉, 연속 종이의 스택과 같이 팬-유사하게 폴딩될 수 있다. 이는 인접한 필름층에 연결되지 않은 필름층의 적어도 하나의 표면측에 영역이 없음을 의미한다. 이러한 방식으로, 필름층의 표면이 최대로 사용된다.
팬폴드 원리에 따른 폴딩의 대안으로 또는 추가로, 임의의 유형의 폴딩이 물론 가능하다. 예를 들어, 2개의 폴딩 에지 및 이에 따라 중간 필름층 뿐만 아니라 제1 및 제2 외부 필름층을 갖는 필름은 제1 외부 필름층이 중간 필름층 상에서 폴딩되고, 이어서, 제2 외부 필름층은 제1 필름층 상에서 폴딩되는 방식으로 폴딩될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 필름층의 맥락에서, 용어 "적층 필름층"은 각각의 필름층이 필름 복합체에서 또 다른 필름층에 직접 연결되는 것을 의미한다. 본원에서 사용되는 용어 "적층 방향"은 평평한 필름층의 x-y-평면에 수직인 z-방향을 의미하고, 필름층 위 또는 아래의 위치를 나타낸다. 필름층의 맥락에서, "적층 방향으로 인접하는"이라는 표현은 제1 필름층이 제2 필름층에 직접 연결되고 z-방향으로 제2 필름층 위 또는 아래에 있음을 의미한다. 본원에서, "상이한 평면에서"라는 표현은 z-방향으로 상이한 높이를 의미한다. 예를 들어, 미세유체 구조의 상이한 평면은 필름 복합체 내의 미세유체 구조가 상이한 필름층에 또는 동일한 필름층의 하부 및 상부 면에 존재한다는 사실로부터 야기될 수 있다.
필름 복합체에서, 상이한 평면의 미세유체 구조의 적어도 일부는 관통-구멍을 통해 상호연결된다. 이러한 맥락에서, 용어 "상호연결된"은 미세유체 구조가 서로 소통할 수 있고, 즉, 물질, 예를 들어, 액체와 같은 유체를 하나의 미세유체 구조로부터 또 다른 미세유체 구조로 이동시키는 것이 가능함을 의미한다.
필름층은 특히 폴딩된 에지에 의해 필름을 폴딩함으로써 또 다른 필름층으로부터 분리된다는 사실에 의해 정의된다.
필름 및 이에 따라 또한 각각의 필름층은 적층 방향으로 인접한 필름층과의 접촉 영역을 정의하는 x- 및 y-방향, 및 필름 두께 또는 필름층 두께에 해당하는 z-방향의 치수로 편평하다. x- 및 y-방향의 정도는 각각 z-방향의 정도의 적어도 10배, 바람직하게는 적어도 20배, 더욱 바람직하게는 적어도 50배이다. 필름층은 그 자체로 얇은 필름이다.
단수가 본 발명에서 요소 또는 구조, 예를 들어, "미세유체 구조" 또는 "상기 미세유체 구조"를 지정하기 위해 사용될 때마다, 이는 복수의 이러한 요소 또는 구조를 명시적으로 배제하려는 것이 아니며, 따라서 예시적인 지정은 달리 지시되지 않는 한 "적어도 하나의 미세유체 구조" 또는 "상기 적어도 하나의 미세유체 구조"와 동의어이다.
특정 적용을 위해 필름 복합체에서 가열이 필요할 수 있다. 이는 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 이는 미세유체 구조를 가열 매질로 충전함으로써 형성될 수 있고, 따라서 도 4의 히터(9)와 같은 필름 복합체의 일체형 부분일 수 있다. 그러나, 히터는 또한 필름 복합체의 외부에 부착될 수 있다. 가열제는 외부 필름층의 엠보싱된 오목부에 충전될 수 있다. 예를 들어, 금속 잉크는 모세관 작용에 의해 가열제로서 충전될 수 있다. 이러한 방식으로, 필름 가열로서 사용될 수 있는 미세유체적으로 충전된 전극이 생성될 수 있다. 가열은 또한 별도로 제조된 가열 필름을 적용함으로써 제공될 수 있다. 가열제는 또한, 예를 들어, 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅에 의해 외부 필름층 상에 프린팅될 수 있다. 도 6은 상기 언급된 히터 중 하나에 적합한 필름 복합체를 제시한다. 특히, 히터는 유리하게는 필름층(B)의 내부 또는 상의 외부에, 즉, 오목부를 갖는 면의 후면에 형성될 수 있다. 필름 히터 및 프린팅된 히터 둘 모두는 도 6에 제시된 필름 복합체에 적합할 것이다.
필름은 캐리어 필름 및 선택적으로 이의 표면측 중 하나 또는 둘 모두 상의 추가 층, 예를 들어, 엠보싱 래커층 또는 결합층으로 구성된다.
필름 복합체에 대한 필름층은 필름으로부터 폴딩된다.
캐리어 필름
캐리어 필름은 x-y 방향의 영역과 z 방향의 두께를 갖는 평평한 중합체 필름이다.
캐리어 필름은 바람직하게는 5 내지 2000 μm, 바람직하게는 10 내지 1000 μm, 특히 바람직하게는 20 내지 500 μm의 두께를 갖는다. 이는 바람직하게는 PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PSU, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC(사이클로올레핀 공중합체), POM, ABS, PVC, PTFE, ETFE(에틸렌 테트라플루오로에틸렌), PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PVF(폴리비닐 플루오라이드), PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드), 및 EFEP(에틸렌-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-플루오로폴리머), COP(사이클로올레핀 중합체), PS(폴리스티렌)으로 제조된 플라스틱 필름이다.
캐리어 필름의 표면은, 예를 들어, 하이드록시, 티오 또는 아민기와 같은 작용성화를 가질 수 있다. 대안적으로, 작용성화는 보호기로 보호될 수 있으며, 이는 엠보싱 래커층의 기본 물질의 엠보싱 및 중합 후에 제거된다. 작용성화의 보호는 또한 표면의 소수화에 해당할 수 있으므로, 캐리어 필름과 엠보싱 래커층의 물질이 더 잘 상용성화되고 따라서 비-공유 접착력이 강화된다.
작용성화는 엠보싱 래커층의 중합체의 공유 결합을 위해 작용할 수 있다.
작용성화는 또한, 예를 들어, 진단 목적을 위해 원하는 화합물을 공유 결합시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 화합물은 생체분자, 예를 들어, 핵산, 단백질, 예를 들어, 항체, 지질 또는 탄수화물일 수 있다. 또한, 두 개의 반응성 기를 갖는 분자는 이러한 작용성화를 통해 부착될 수 있으며, 이에 따라 하나의 반응성 기는 캐리어 필름의 작용성화와 공유 결합을 형성하고 다른 반응성 기는 표적 물질과 반응할 수 있다.
그러나, 원칙적으로 가능한 작용성화는 엠보싱 래커 내 또는 상에 있다.
엠보싱된 래커층
캐리어 필름 상에 존재하며 엠보싱된 오목부를 갖는 래커층은 엠보싱 래커층으로 언급된다. 이는 바람직하게는 10 nm 내지 1000 μm, 더욱 바람직하게는 50 nm 내지 500 μm, 더욱 더 바람직하게는 100 nm 내지 100 μm의 두께, 즉 캐리어 필름의 표면측과의 접촉면에 수직인 정도를 갖는다. 개별 구현예에서, 두께는 100 nm 내지 50 μm일 수 있다.
엠보싱의 깊이는 래커층의 두께 및 스탬프 구조의 깊이에 의존한다. 엠보싱 깊이는 엠보싱 래커층의 두께의 1 내지 100% 미만 또는 심지어 1 내지 100%일 수 있다. 바람직하게는, 이는 엠보싱 래커층의 두께의 50 내지 100%, 보다 바람직하게는 50 내지 100% 미만, 더욱 더 바람직하게는 80 내지 95%이다. 엠보싱 래커층의 두께(μm)와 엠보싱 깊이(%)의 조합은 바람직하게는 0.1 내지 500 μm 및 10 내지 100%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 100 μm 및 70 내지 100% 또는 0.1 내지 50 μm 및 30 내지 100%일 수 있다. 개별 구현예에서, 엠보싱 깊이는 50 내지 200 μm일 수 있고, 엠보싱 래커층의 두께의 50 내지 100%일 수 있다.
전형적으로, 엠보싱 깊이는 엠보싱 래커층의 두께의 100% 미만이므로, 미세유체 구조는 3개의 면(2개의 벽 및 바닥)에 동일한 물질을 갖는다. 미세유체 구조의 커버가 엠보싱 래커층과 동일한 물질로 제조되는 경우, 미세유체 구조는 전체적으로 동일한 물질에 의해 형성된다.
특정 구현예에서, 엠보싱 깊이는 엠보싱 래커층의 두께의 100%일 수 있으며, 이는 엠보싱 내에 영역이 있으며, 여기서 래커층 물질이 캐리어 상에 남아 있지 않음을 의미한다. 다시 말해서, 레지스트 층은 형성된 미세유체 구조가 캐리어 필름에 의해 적어도 부분적으로 덮이도록 캐리어 필름으로 연장되는 오목부를 가질 수 있다. 이 경우, 엠보싱 래커층은 연속 층이 아니라 중단된 층이다(도 2 내지 4 참조). 일반적으로, 캐리어 필름에 대한 접촉 표면에서 엠보싱 래커층의 이러한 중단은 바람직하게는 엠보싱 래커층의 총 영역의 1 내지 90%, 보다 바람직하게는 5 내지 70%, 더욱 더 바람직하게는 10 내지 60%를 구성한다. 엠보싱 깊이가 엠보싱 래커층의 두께의 100%인 경우, 엠보싱 래커층을 갖지 않는, 즉 접근 가능한 엠보싱된 영역에 캐리어 필름의 표면이 존재하며, 이는 엠보싱 래커층 내의 오목부의 표면과 상이할 수 있다. 이러한 차이는, 예를 들어, 캐리어 필름의 표면이 작용성화, 예를 들어, 하이드록실, 티오 또는 아민 기를 갖는다는 사실로 구성될 수 있다. 100%의 엠보싱 깊이에서, 공동은 커버층의 밑면으로부터 캐리어 필름의 표면으로 연장되며, 엠보싱 래커층의 두께 영역은 공동의 측벽을 형성한다. 엠보싱 래커층의 엠보싱된 영역에 노출된 캐리어 필름의 표면 상의 작용성화는 상기 추가로 설명된 바와 같이 원하는 화합물을 바람직하게는 공유적으로 캐리어 필름에 결합시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 화합물은 엠보싱 래커층에 대한 결합 옵션의 필요 없이 엠보싱 래커층의 엠보싱된 영역에 선택적으로 도입될 수 있다. 이는 엠보싱 래커층의 베이스 물질의 선택에서 더 큰 자유를 제공한다.
미세유체 구조
본 발명에 따른 필름 복합체는 만입부를 갖는 필름층을 인접한 필름층으로 덮음으로써 생성된 공극인 미세유체 구조를 함유한다. 따라서, 이들은 2개의 필름 사이에 끼워진다.
미세유체 구조는 인접한 필름층, 즉, 커버층에 의해 덮인 캐리어 필름 상의 엠보싱된 래커층의 오목부로부터 형성될 수 있다. 엠보싱 래커층은 커버층을 대면하는 표면측에 엠보싱된다. 커버층은 래커층의 바로 위에 있다. 보다 바람직하게는, 엠보싱의 오목부를 제외하고, 래커층의 엠보싱된 면은 커버층에 의해 완전히 그리고 직접적으로 덮인다. 바람직하게는, 엠보싱의 오목부에는 래커층 물질도 커버층 물질도 없으므로, 유체-충전될 수 있는 공동이 생성된다. 용어 "직접"은 추가 물질, 예를 들어, 접착제가 래커층과 커버층 사이에 존재하지 않음을 의미한다.
미세유체 구조는 z-방향 및 x-방향 또는 y-방향으로 마이크로미터 규모의 치수를 가지며, x-y 평면은 필름층의 영역에 의해 정의된다. 예를 들어, 미세유체 구조는 각각 0.1 내지 200 μm, 바람직하게는 1 내지 50 μm의 깊이(z-방향) 및 폭(x- 또는 y-방향)을 갖는다. 미세유체 구조의 길이는 제한되지 않는다. 미세유체 구조는 유체, 즉, 가스 또는 액체를 수용하고 수송하는데 적합하다. 21℃에서의 유체는 액체 또는 가스, 특히 공기이다. 미세유체 구조는 또한 엠보싱 래커층의 물질 및 커버층의 물질 둘 모두와 상이한 고체 물질로 충전될 수 있다. 이러한 물질은, 예를 들어, 가열제이다.
100% 엠보싱 깊이에서, 공동은 캐리어 필름과 인접한 필름층 사이에, 엠보싱 래커층과 인접한 필름층 사이의 더 낮은 엠보싱 깊이에서 형성된다.
미세유체 구조는 온 사방에서 단단히 밀봉된다. 커버와 관련하여 용어 "온 사방에서"는 본원에서 미세유체 구조가 z-방향, 즉, 기재 필름 평면에 수직인 방향, 및 x-방향 또는 y-방향의 모든 지점에서 밀봉됨을 의미한다. 따라서, 관통-구멍 또는 상호연결 오목부를 갖는 영역을 제외하고, 미세유체 구조가 온 사방에서 종결되는 미세유체 구조의 각 지점에서 y-방향의 단면 평면이 존재한다. 미세유체 구조는 바람직하게는 x-y 평면에서 이들의 말단 중 하나에서 적어도 하나의 개구, 바람직하게는 적어도 하나의 입구 개구 및 적어도 하나의 출구 개구를 갖는다.
엠보싱
필름층은 엠보싱된 오목부를 갖는다. 본원에서 사용되는 "엠보싱"은 원하는 만입부가 기재에 생성되도록 충분히 부드러운 기재가 요망되는 만입부의 네거티브 형상을 갖는 엠보싱 도구와 접촉하는 공정을 지칭한다.
기재는 엠보싱 후에 중합되거나 경화되는 중합되지 않은 또는 불완전하게 중합된 또는 경화된 중합체 출발 물질일 수 있다. 그러나, 기재는 또한 엠보싱 후에 고화되는 연화된 중합체일 수 있다. 예를 들어, 고체 중합체는 열적으로 연화되고, 엠보싱된 다음, 냉각에 의해 재-고화될 수 있다. 유사하게, 고체 중합체는 압출기에서 열적으로 용융되고, 압출 및 엠보싱 후 냉각에 의해 재-고화될 수 있다. 원하는 오목부의 네거티브 형상을 갖는 엠보싱 도구는, 예를 들어, 엠보싱 다이 또는 롤러일 수 있다.
엠보싱 공정의 한 예는 자외선 나노임프린트 리소그래피(UV-NIL)이다. 이 공정에서, 액체 엠보싱 래커는 저온 상태의 중합체 기재에 적용된다. 오목부의 역전된 프로파일을 갖는 나노구조화된 스탬프는 네거티브 몰드로서 사용되고, 엠보싱 래커로 프레싱되고, 여기서 요망되는 구조는 이후 포지티브 몰드로서 엠보싱된다. 엠보싱 래커는 UV 광의 조사에 의해 중합되고 고화된다. 엠보싱된 패턴으로부터 스탬프를 분리한 후, 스탬프의 프로파일은 반전된 형태로 복제된다. 이 공정은 원통형 스탬프를 사용할 때 연속 롤-투-롤 공정으로 구현될 수 있다. 이는 매우 큰 영역이 짧은 시간에 구조화될 수 있게 한다.
엠보싱 작업의 예는 하기 제1 및 제2 구현예의 필름 복합체의 설명에서 설명된다.
본 발명에 따른 필름 복합체에서 엠보싱된 오목부의 형성의 또 다른 예는 중합체의 압출 및 롤러에 의한 엠보싱이다.
어쨌든, 엠보싱 동안 충분히 부드러운 기재와 고체 엠보싱 도구 사이에 접촉 및 이에 따른 상호작용이 존재한다. 이러한 상호작용은, 예를 들어, 소수성 또는 이온성 상호작용이다. 기재는 강성이 아니기 때문에, 기재가 함유하는 분자는 이동성이 있다. 엠보싱 도구와의 상호작용으로 인해, 임의의 경우에 기재 분자의 특정 배향 및 이에 따른 기재 표면의 변화가 존재하며, 이는 엠보싱된 고체 기재 상에서 검출될 수 있다. 예를 들어, 엠보싱된 표면은 물에 대한 이들의 습윤성에서 기재의 엠보싱되지 않은 표면과 상이하다.
구조 및 이에 따른 또한 엠보싱된 기재 표면의 특성에서의 이러한 변화는 또한, 예를 들어, 레이저의 도움으로 생성된 만입부과 엠보싱된 만입부를 구별하는 것을 가능하게 한다. 레이저 처리의 기재는 연성이 아니라 강성이어서, 기재 분자의 배향 및 이에 따른 표면 특성의 변화가 배제된다. 또한, 엠보싱 공정과 달리, 레이저 처리는 빼기 공정으로서의 특성 및 높은 에너지 투입으로 인해 불가피하게 기재의 표면 분자의 파괴 및 변형을 초래한다.
제1 구현예에 따른 필름 복합체 및 이의 제조
제1 구현예에 따른 미세유체 구조의 제조는 DE 10 2020 114 621 A1호에 설명되어 있다.
제1 구현예에 따른 필름 복합체를 제조하기 위한 방법은 하기 단계를 포함한다:
(a) 캐리어 필름의 제1 표면측에 경화성 엠보싱 래커층을 적용하여 엠보싱 래커 섹션에 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
(b) 캐리어 필름의 제1 표면측에 경화성 결합 래커층을 적용하여 결합 래커 섹션에 결합 래커층을 형성하는 단계,
(c) 엠보싱 도구를 사용하여 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층의 오목부를 엠보싱시키는 단계,
(d) 단계 (c)에서 엠보싱된 엠보싱 래커층을 부분적으로 경화시키는 단계,
(e) 단계 (d) 후 엠보싱 도구를 제거하는 단계,
(f) 단계 (e)에서 획득된 구조를 통해 캐리어 필름의 제1 표면측에서 제2 표면측으로 관통-구멍을 형성하고, 엠보싱 래커 섹션과 결합 래커 섹션 사이의 구조를 폴딩시켜 2개의 필름층을 형성하는 단계,
(g) 단계 (f)에서 획득된 2개의 필름층을 중첩하여 한 필름층의 엠보싱 래커 섹션의 엠보싱 래커층의 오목부가 다른 필름층의 결합 래커 섹션의 결합 래커층에 의해 밀봉되어 미세유체 구조를 형성하도록 복합체를 형성하는 단계,
(h) 단계 (g)에서 획득된 복합체의 부분 경화된 엠보싱 래커층과 결합 래커층을 경화시켜 이들 층 사이에 공유 결합을 형성함으로써 필름 복합체를 획득하는 단계.
바람직하게는, 경화성 결합 래커는 단계 (c) 내지 (e)에 따라 엠보싱되고 부분적으로 경화되는 경화성 엠보싱 래커이다.
본 발명에 따른 바람직한 필름 복합체는 제1 구현예의 방법에 따라 제조될 수 있다.
이러한 구현예에서, 미세유체 구조는 단단히 밀봉된다. 용어 "단단히"는 본원에서 미세유체 구조의 커버링이, 예를 들어, 가열에 의해 비파괴적으로 분리될 수 없음을 의미한다. 본 발명에서 단단한 커버의 기초는 초기 구조 사이의 공유 결합이다. 미세유체 구조의 단단한 폐쇄는 요소의 표면이 서로 화학적으로 결합, 즉, 공유 결합됨으로써 달성된다. 이는 더 이상 이의 개별 부분으로 분리될 수 없는 매립된 미세유체 구조를 갖는 적층 구조를 생성한다. 밀폐형 밀봉은 또한 분석 결과를 위조할 수 있는 이물질 및 불순물의 침투를 방지하고 또한 온도-제어된 공정(예를 들어, 온-칩 증폭)이 실행되도록 한다.
미세유체 구조는 경화된 엠보싱 래커 및 경화된 결합 래커로만 밀봉된다. 이는 베이스, 측벽 및 커버가 100%의 깊이를 엠보싱할 때 베이스가 캐리어 필름인 것을 제외하고는 이러한 경화된 래커로만 구성됨을 의미한다. 이러한 엠보싱은 다른 물질, 예를 들어, 바닥 부분과 커버 부분 사이의 접착제를 배제한다.
경화성 엠보싱 래커 및 경화성 결합 래커는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 본 구현예에서 사용되는 용어 "래커" 및 "래커층"은 달리 지시되지 않는 한, 경화성 엠보싱 래커 및 이와 독립적으로 경화성 결합 래커 또는 이로부터 형성된 층 둘 모두를 지칭한다. 래커층은 래커를 포함하거나 이로 구성된다.
래커는, 예를 들어, 열적으로 또는 UV 광선 또는 전자 빔을 사용하여 경화될 수 있다. UV 광선으로 경화시키는 것이 바람직하다. 래커는 바람직하게는 중합성 C-C 이중 결합을 갖는 적어도 하나의 화합물을 함유한다. 화합물은 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 비닐 에테르, 알릴 에테르, 프로페닐 에테르, 알켄, 디엔, 불포화 에스테르 - 특히 폴리이타코네이트, 알릴 트리아진, 알릴 이소시아네이트 및 N-비닐 아미드로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. (메트)아크릴레이트가 바람직하다. 우레탄 아크릴레이트가 바람직하다. 중합성 C-C 이중 결합을 갖는 화합물 이외에, 코팅은 또한 티올-함유 화합물을 함유할 수 있다. 폴리이타코네이트는 불포화 에스테르의 특별한 경우이지만, 여전히 언급할 가치가 매우 높다.
적합한 UV-경화성 래커는, 예를 들어, 가능하게는 1-10 질량%의 고-작용성 아크릴레이트를 갖는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(PEGDA), 또는 고 가교 다작용성 폴리에테르, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄 아크릴레이트 시스템을 기반으로 하는 래커 시스템을 기반으로 한다. 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에톡실화된 (매우 중요!) 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 아크릴로일 모르폴린, 에톡실화된 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트 및 삼작용성 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 바람직하다. 다른 예는 트리글리세롤 디아크릴레이트/글리세롤 1,3-디글리세롤레이트 디아크릴레이트 및 폴리에톡실화된 펜타에리트리톨 디아크릴레이트 및 트리아크릴레이트를 포함한다. 펜타에리트리톨의 4개의 OH 기 중 아크릴화되지 않은 것은 미세유체 구조에서 수용액과 상호작용하거나 작용성화에 사용될 수 있다.
UV-경화성 아크릴 래커가 특히 바람직하다. 이들은 임의의 전처리(SU8과 같은 프리베이크(prebake)) 및 매우 빠른(1초 미만) 가교를 필요로 하지 않기 때문에 롤-투-롤 공정에서 가공하기 쉽다. 이들은 또한 이들의 표면 에너지 및 따라서 모세관-구동 미세유체학에서 필수적인 역할을 하는 이들의 습윤 특성과 관련하여 매우 조절 가능하다.
래커는 UV 방사선 하에 가교를 일으키는 광개시제, 예를 들어, 아실 포스핀 옥사이드, 또는 올리고머 다작용성 알파 하이드록시 케톤 또는 단량체 알파 하이드록시 케톤을 기반으로 하는 광개시제를 0.05 내지 5 질량% 함유할 수 있다.
엠보싱 래커 및 결합 래커는 서로 독립적으로 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제의 예는 표면-활성 접착방지 첨가제 및 반응성 희석제이다.
엠보싱 도구에 대한 엠보싱 래커의 접착을 감소시키고 엠보싱 후 엠보싱 도구의 제거를 용이하게 하기 위해, 실리콘-함유 또는 불포-함유될 수 있는 표면-활성 접착방지 첨가제가 출발 물질로서 사용되는 엠보싱 래커에 첨가될 수 있다. 특히, 첨가제는 실리콘-함유 또는 불소-함유 첨가제를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 구성원이다. 이러한 첨가제는 접착력을 감소시키고 엠보싱 도구로부터 엠보싱 래커의 분리를 용이하게 한다. 상기 접착방지 첨가제는 본 발명에 따른 공정을 수행한 후 엠보싱된 구조 층에 적어도 부분적으로, 예를 들어, 0.1 내지 3 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
반응성 희석제는 엠보싱 래커 및/또는 결합 래커에 포함될 수 있다. 반응성 희석제는 래커의 점도를 조정하기 위해 저분자 화합물을 함유한다.
래커층 물질은 기재 필름에 적용된다. 래커층 물질은 경화되지 않고, 즉 중합되지 않기 때문에, 이는, 예를 들어, 브러싱 또는 캐스팅에 의해 적용될 수 있도록 낮은 점도를 갖는다. 바람직하게는, 이는 인그레이빙(engraving) 또는 슬롯 다이 코팅에 의해 적용된다.
점도는 물질이 쉽게 적용될 수 있도록 조정된다. 한편, 이는 엠보싱 동안 형성된 구조를 보존하기에 충분히 점성이어야 한다. 둘 모두의 요건을 충족시키기 위해, 기재에 적용된 물질은 먼저 부분 경화 및 이에 따른 점도의 증가가 일어나도록 적당히 조사될 수 있다. 래커는 부분 경화 후 이미 고체일 수 있지만, 이는 미반응 반응기를 가질 것이다. 래커층 물질의 요망되는 낮은 점도는 바람직하게는 실온에서 달성된다. 이는 실온과 같은 저온에서 래커층 물질의 적용을 가능하게 한다.
엠보싱된 래커층은 바람직하게는 100 nm 내지 1000 μm, 더욱 바람직하게는 1 μm 내지 100 μm의 두께, 즉, 기재 필름과의 접촉 표면에 수직인 정도를 갖는다. 개별 구현예에서, 두께는 1 μm 내지 50 μm일 수 있다.
결합 래커층은 바람직하게는 엠보싱 래커층보다 얇고, 바람직하게는 5 μm 미만, 더욱 바람직하게는 1 μm 미만의 두께를 갖는다. 바람직한 조합은 1 μm 내지 100 μm의 두께를 갖는 엠보싱 래커층 및 1 μm 미만의 두께를 갖는 결합 래커층이다.
제1 구현예의 방법의 단계는 하기에 상세히 설명된다.
단계 (a) 및 (b):
캐리어 필름의 동일한 표면측에 대한 경화성 엠보싱 래커층 및 경화성 결합 래커층의 적용은, 예를 들어, 롤-투-롤 공정으로 수행되며, 여기서 기재 필름에 대한 래커층의 적용은, 예를 들어, 슬릿 노즐에 의해 또는 인그레이빙 롤러를 사용한 그라비아 인쇄에 의해 수행된다. 팬폴드 원리에 따라 폴딩될 때, 엠보싱 래커층 및 결합 래커층은 기재 필름의 동일한 표면측의 상이한 섹션에 형성될 수 있어서, 이들은 두 섹션 사이에 위치된 폴딩 에지에서 이들을 폴딩시킴으로써 서로의 상부에 이후에 배치될 수 있다. 예를 들어, 중간 필름층 상에 2개의 외부 필름층을 폴딩시킴으로써 상이한 원리에 따라 폴딩되는 경우, 엠보싱 래커층 및 결합 래커층은 캐리어 필름의 반대 표면측, 즉, 전면 및 후면에 형성될 수 있다.
결합 래커층의 두께는 바람직하게는 단계 (h)에서 더 빠른 경화를 가능하게 하고 단계 (g)에서 결합을 형성할 때 오목부의 차단을 방지하기 위해 작다. 결합 래커층이 너무 두꺼운 경우, 단계 (g)에서 표면 및 층이 화학적으로 경화, 즉, 공유 결합되기 전에도 여전히 액체 물질이 엠보싱 래커층의 오목부 내로 흐르거나 프레싱될 수 있다. 예를 들어, 결합 래커층은 1 μm 미만의 두께를 갖는다. 나노미터 범위의 결합 래커층의 두께는 또한 필름 복합체의 주어진 높이에 대한 필름층의 수를 증가시킬 수 있다.
단계 (a)에서 적용을 위한 엠보싱 래커는 바람직하게는 낮은 점도이고, 바람직한 구현예에서, 엠보싱 래커와 결합 래커의 조성은 동일하기 때문에, 결합 래커는 또한 적용될 때 점도가 낮다. 이 경우, 결합 래커를 갖는 캐리어 필름은 결합 래커층이 중력의 영향 하에 캐리어 필름의 상부에 놓이는 방식으로 배열되는 것이 바람직하거나 필요할 수 있는데, 그렇지 않으면 얇은 액체 결합 래커층이 라미네이팅 단계 (g)까지 캐리어 필름 상에 유지되는 것이 보장될 수 없기 때문이다. 제1 구현예에서, 엠보싱 래커 및 결합 래커는 캐리어 필름의 동일한 표면측에 적용된다. 이러한 표면측은 바람직하게는 캐리어 필름의 상부 측이므로, 언급된 문제가 회피된다.
그러나, 대안적으로, 캐리어 필름에 대한 결합 래커의 접착은 중력의 영향과 독립적으로 발생하며 비공유 접착에 기반한다. 이러한 접착은 커버 필름 및 결합 래커의 표면 에너지를 조정함으로써, 적합한 결합 래커 물질을 선택함으로써 및/또는 특히 결합 래커의 박층을 사용함으로써 달성된다.
결합 래커층을 더욱 점성으로 만들고, 필요한 경우 이를 커버 필름에 공유적으로 결합시키기 위해, 이는 부분적으로 경화될 수 있다. 그러나, 이는 단계 (h)에서 경화 후 더 낮은 접착력을 초래한다.
제1 구현예의 일 구현예에서, 캐리어 필름은 양 표면측에 엠보싱된 래커층을 가질 수 있고, 2개의 엠보싱된 래커층 각각은 캐리어로부터 멀리 대향하는 표면측에 이의 엠보싱을 가져, 양면에 엠보싱된 구조가 획득될 수 있다. 이는, 예를 들어, 롤-투-롤 공정에서 이중 패스에 의해 수행될 수 있다.
단계 (c):
엠보싱 도구를 사용한 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층에서의 오목부의 엠보싱은 엠보싱 래커층의 적어도 일부 영역에서 수행되고, 엠보싱 래커층의 평면에 오목부를 형성하는 것을 포함한다.
엠보싱은 엠보싱 도구, 예를 들어, 펀치로 수행되며, 원통형 펀치가 사용되는 경우 연속 롤-투-롤 공정으로 구현될 수 있다.
UV-NIL이 사용될 수 있으며, 여기서 요망되는 구조의 역전된 프로파일을 갖는 나노구조화된 스탬프는 네거티브 몰드로서 사용되고, 엠보싱 래커로 프레싱되고, 여기서 요망되는 구조는 이후 포지티브 몰드로서 엠보싱된다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 채널 및 챔버가 롤 포맷으로 큰 중합체 기재 상에 생성되는 미세유체 구조를 위한 고처리량 생산 공정(롤-투-롤 UV-NIL)이다.
엠보싱의 깊이, 즉, z-방향의 오목부의 정도는 엠보싱 래커층의 두께의 1 내지 100% 미만일 수 있다. 바람직하게는, 이는 엠보싱 래커층의 두께의 50 내지 100% 미만, 더욱 바람직하게는 80 내지 100%이다.
결합 래커층은 또한 엠보싱될 수 있다. 이러한 방식으로, 캐리어 필름 상의 엠보싱 래커층의 엠보싱 및 결합 래커층의 엠보싱은 구조적으로 및 기능적으로 서로를 보완할 수 있고, 엠보싱 래커층만 엠보싱되는 경우 획득될 수 없는 미세유체 구조 및 공동을 갖는 다양한 구조가 획득될 수 있다. 결합 래커층의 공동은 엠보싱 래커층의 공동 위에 배열될 수 있어, 더 높은 공동이 생성될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 저장 챔버 또는 반응 챔버로서 사용될 수 있는 큰 부피를 갖는 미세유체 구조가 형성될 수 있다.
단계 (d):
단계 (c)에서 엠보싱된 엠보싱 래커층의 부분 경화 정도는 한편으로는 후속 경화 및 결합 래커와의 결합을 위해 충분한 양의 반응성 기가 남아 있고, 다른 한편으로는 탈형 및 폴딩을 위한 구조의 요구되는 안정성을 보장하기 위해 충분한 부분 경화가 일어나도록 조정된다. 이를 위해, 하기 파라미터가 최적화된다: 스탬핑 래커의 중합 속도(특히, 광개시제의 유형 및 함량), UV 강도, 웹 속도, 기재 필름의 투과.
단계 (e):
엠보싱 및 부분 경화 후, 엠보싱 도구가 제거된다. 이 단계를 용이하게 하고 엠보싱의 품질을 증가시키기 위해, 표면-활성 비-점착 첨가제가 단계 (a)에서 사용된 엠보싱 래커에 첨가될 수 있다.
단계 (f):
관통-구멍은 단계 (e)에서 획득된 구조에 의해 z-방향으로 생성된다. 예를 들어, 관통-구멍의 형성은 엠보싱된 오목부가 존재하는 위치에서 일어난다. 캐리어 필름이 각각의 위치에서 한 면 또는 양면에 엠보싱 래커로 덮여 있는지 여부 및 엠보싱이 100% 이하의 깊이를 갖는지의 여부에 따라, 캐리어 필름의 물질 및 가능하게는 엠보싱 래커의 물질이 제거되어야 한다. 관통-구멍은 레이저의 도움으로 생성될 수 있다.
단계 (e)에서 획득된 구조는 또한 관통-구멍의 형성 전 또는 후에 폴딩된다. 폴딩은 바람직하게는, 예를 들어, 레이저 구조화를 통해 생성되는 폴딩 에지에서 수행된다. 폴딩 에지의 스코어링은 필름층의 자가-정렬을 가능하게 한다.
단계 (g)
2개의 필름층은 서로의 상부에 배치된다. 2개의 필름층이 합동인 것이 바람직하기 때문에, 2개의 필름층은 정확한 맞춤으로 서로의 상부에 배치될 수 있다. 필요한 경우, 필름의 2개의 층은 저압 하에 함께 프레싱되고 이러한 상태로 유지될 수 있다.
하나의 필름층의 엠보싱 래커층은 엠보싱의 오목부를 제외하고는 다른 필름층의 결합 래커층에 의해 그 전체 표면 위에 직접적으로 덮인다. 바람직하게는, 엠보싱의 오목부에 엠보싱 래커 또는 결합 래커가 없어, 공동이 생성된다. 2개의 필름층은 함께 결합되고 미세유체 구조를 갖는 외부 캐리어 필름 및 내부 래커층을 갖는 샌드위치-유사 복합체를 형성한다.
단계 (h):
본 발명에 따른 필름 복합체에서, 엠보싱 래커층 및 결합 래커층은 완전히 경화되고, 즉, 중합되고 가교된다. 이러한 완전한 경화는 단계 (h)에서 일어난다. 경화는 바람직하게는 광중합이고, 방사선에 노출시킴으로써 수행된다. 이러한 방사선은 바람직하게는 적합한 파장의 광, 예를 들어, UV 광이다. 방사선 선량은 출발 물질의 완전한 중합을 보장하기에 충분히 높다. 바람직하게는, 경화의 완전성을 보장하기 위해 과량선량이 사용된다.
단계 (d)에서의 부분 경화 및 단계 (h)에서의 경화는 동일하거나 상이한 방식으로 수행될 수 있으며, 동일한 방식이 바람직하다. 부분 경화 및 경화는 열적으로 또는 UV 광선 또는 전자 빔을 사용하여 서로 독립적으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 단계 (d)에서의 부분 경화 및 단계 (h)에서의 경화는 UV 조사에 의해 수행된다.
제2 구현예에 따른 필름 복합체 및 이의 제조
제2 구현예에 따른 미세유체 구조의 제조는 WO 2020/187990 A1호에 설명되어 있다.
제2 구현예에 따른 본 발명에 따른 필름 복합체의 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:
(a) 중합체로 라디칼 중합 가능한 단량체를 함유하는 엠보싱 래커층을 캐리어 필름의 제1 표면측에 적용하여 엠보싱 래커 섹션에 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
(b) 캐리어 필름의 제1 표면측에 커버층을 적용하여 커버층 섹션에 커버층을 형성하는 단계,
(c) 엠보싱 도구를 사용하여 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층의 오목부를 엠보싱시키는 단계,
(d) 엠보싱 래커층에 포함된 단량체를 중합체로 중합시켜 캐리어 필름 상에 열가소성 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
(e) 단계 (d) 후 엠보싱 도구를 제거하는 단계,
(f) 단계 (e)에서 획득된 구조를 통해 캐리어 필름의 제1 표면측에서 제2 표면측으로 관통-구멍을 형성하고, 엠보싱 래커 섹션과 커버층 섹션 사이의 구조를 폴딩시켜 2개의 필름층을 형성하는 단계,
(g) 단계 (f)에서 획득된 2개의 필름층을 서로 열 결합시켜 한 필름층의 엠보싱 래커 섹션의 엠보싱 래커층의 오목부가 다른 필름층의 커버층 섹션의 커버층에 의해 밀봉되어 미세유체 구조를 형성하고, 이에 의해 필름 복합체가 획득되는, 단계.
바람직하게는, 커버층은 단계 (c) 내지 (e)에 따라 엠보싱되고 중합되는 열가소성 래커층이다.
본 발명에 따른 필름 복합체에서, 미세유체 구조는 엠보싱된 오목부를 갖는 필름층이 각각의 인접한 필름층에 의해 덮이도록 형성된다. 제2 구현예의 설명에서, 인접한 필름층 또는 이의 최하층은 예시의 목적으로 커버층으로 지칭된다. 그러나, 이러한 커버층은 반드시 엠보싱된 오목부를 갖는 필름층 위에 위치할 필요는 없다. 오히려, 이는 또한 엠보싱 래커층이 캐리어 필름의 하부에 배열되는 경우 유사한 방식으로 필름층 아래에 위치할 수 있다. 커버층은 또한 필름층의 양면에 배열될 수 있다.
단계 (a) 및 (b)에서 엠보싱 래커층 및 커버층의 적용은 기본적으로 제1 구현예에서와 같이 수행되지만, 물질은 상이하다. 단계 (c) 내지 (e)에서의 엠보싱은 또한 제1 구현예에 설명된 바와 같이 수행되지만, 단계 (d)에서 제1 구현예의 부분 경화와 제2 구현예의 중합은 상이하다. 단계 (f)는 둘 모두의 구현예에서 동일하다.
제2 구현예의 방법은 본질적으로 엠보싱 래커층 및 결합층 또는 커버층의 출발 물질의 성질에서 제1 구현예의 방법과 상이하다.
제2 구현예에서 사용되는 엠보싱된 래커층은 이것이 열가소성이고, 엠보싱되고 라디칼 중합되는 래커층이라는 특징을 갖는다.
제2 구현예의 일 구현예에서, 캐리어 필름은 양 표면측에 엠보싱된 래커층을 가질 수 있고, 2개의 엠보싱된 래커층 각각은 캐리어로부터 멀리 대향하는 표면측에 이의 엠보싱을 가져, 양면에 엠보싱된 구조가 획득될 수 있다. 이는, 예를 들어, 롤-투-롤 공정에서 이중 패스에 의해 수행될 수 있다.
코팅층을 위한 베이스 물질은 중합되지 않거나 완전히 중합되지 않고, 라디칼 중합, 바람직하게는 광중합 또는 열 중합에 의해 코팅으로 전달된다. 따라서, 이는 단량체 또는 올리고머이다. 예비중합체 및 사슬 연장제가 또한 사용될 수 있다.
베이스 물질은 캐리어층, 예를 들어, 중합체 기재에 적용된다. 베이스 물질은 경화되지 않고, 즉, 중합되지 않기 때문에, 이는, 예를 들어, 브러싱에 의해 적용될 수 있도록 하는 요망되는 점도를 갖는다. 바람직하게는, 물질은 액체이고, 따라서 붓기에 의해 적용될 수 있다. 롤-투-롤 공정에서, 래커는, 예를 들어, 슬릿 노즐에 의해, 또는 인그레이빙 롤러를 사용한 그라비아 인쇄에 의해 기재에 적용된다.
점도는 물질이 쉽게 적용될 수 있도록 조정된다. 한편, 이는 엠보싱 동안 형성된 구조를 보존하기에 충분히 점성이어야 한다.
중합 동안, 예를 들어, UV 광으로 조사될 때 단지 또는 본질적으로 단지 선형 중합체 사슬을 형성하는 코팅층이 사용된다. 이러한 사슬은 서로 가교되지 않거나 거의 가교되지 않아, 가교가 전혀 발생하지 않거나 단지 약간만 발생한다. 이러한 코팅층은 열가소성 거동을 나타내므로 열 변형 가능하다.
코팅층을 위한 베이스 물질은 단계 (d)에서 완전히 중합된다. 중합은 바람직하게는 광중합이고, 방사선에 대한 노출에 의해 발생한다. 이러한 방사선은 바람직하게는 적합한 파장의 광, 예를 들어, UV 광이다. 방사선 선량은 출발 물질의 완전한 중합을 보장하기에 충분히 높다. 바람직하게는, 중합의 완전성을 보장하기 위해 과량선량이 사용된다.
제2 구현예에 따른 필름 복합체에서, 커버층은 인접한 필름층 또는 이의 최하층에 해당한다. 따라서, 커버층 물질은 인접한 필름층의 캐리어 필름 또는 이에 적용된 층, 예를 들어, 엠보싱된 래커층일 수 있다. 커버층의 물질은 제한되지 않으며, 바람직하게는 또한 열가소성이다.
엠보싱된 표면측을 폴딩한 후, 커버층은 엠보싱 래커층에 대향하여, 엠보싱 래커층의 오목부로 인해, 미세유체 구조를 형성하는 2개의 층 사이에 공동이 존재한다.
커버층은 엠보싱을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 캐리어 필름 상의 엠보싱 래커층의 엠보싱 및 커버층의 엠보싱은 구조적으로 및 기능적으로 서로를 보완할 수 있고, 엠보싱 래커층만 엠보싱되는 경우 획득될 수 없는 미세유체 구조 및 공동을 갖는 다양한 구조가 획득될 수 있다. 커버층의 오목부는 엠보싱 래커층의 오목부 위에 배열되어, 더 높은 공동이 생성될 수 있다.
단계 (g)에서, 열 결합을 수행하여 엠보싱 래커층을 커버층에 결합시킨다. 본원에서 사용되는 용어 "열 결합"은 2개의 구성요소 중 적어도 하나를 가열하는 것을 포함하는 열가소성 용접 유형 공정에 의해 2개의 구성요소, 예를 들어, 2개의 층 사이에 결합을 생성하는 것을 의미한다. 열 결합의 예는 핫 프레싱, 핫 라미네이션, 열압착 결합 및 초음파 및 레이저 용접이다. 따라서, 열 결합은, 한편으로, 2개의 구성요소 중 적어도 하나를 가열하고, 2개의 구성요소를 접촉시킨 다음, 냉각시켜 2개의 구성요소로부터 복합 재료를 형성함으로써, 2개의 구성요소 사이의 결합이 생성될 수 있고, 다른 한편으로, 이 결합은 또한 비파괴적인 방식으로 가열에 의해 다시 방출될 수 있음을 의미한다.
엠보싱 래커층을 커버층에 결합시키기 위한 열 결합은 냉각 후 층들 사이에 확고한 결합이 형성될 정도로 두 층의 물질이 연화되는 온도(결합 온도)에서 수행된다. 결합 온도는, 한편으로는 층들 사이에 요망되는 결합이 형성되고, 다른 한편으로는, 엠보싱 래커층의 엠보싱이 연화에 의해 손상되지 않거나 불리하게 변화되지 않도록 하는 방식으로 층의 물질에 따라 선택된다. 따라서, 층의 연화 온도는 바람직하게는 유사해야 한다. 이를 달성하는 가장 쉬운 방법은 엠보싱 래커층 및 결과적으로 동일한 연화 특성을 갖는 커버층에 대해 동일한 물질을 사용하는 것이다.
일 구현예에서, 엠보싱 래커층은 커버층보다 약간 더 높은 연화 온도를 가질 수 있다. 이는 연화 및 결합 동안 엠보싱이 손상되거나 변경되지 않도록 하는 데 도움이 될 수 있다.
엠보싱 래커층이 열 결합에 의해서만 커버층에 결합되는 경우, 2개의 층 사이에 공유 결합이 생성되지 않아, 2개의 층이 또한 가열에 의해 다시 분리될 수 있다.
적용예
본 발명에 따른 필름 복합체의 적용의 예는 도 1에 예시된 등온 증폭(LAMP)에 의한 DNA 증폭이며, 이는 샘플 제조의 노력을 감소시켜 시간 및 비용을 절약한다. 또한, 시험 절차의 복잡성이 감소되어, 의료 관행 및 사설 환경에서 신속한 시험으로의 광범위한 사용을 용이하게 한다.
등온 증폭에 필요한 가열제는 엠보싱 후 생성된 오목부에 직접 충전될 수 있다. 예를 들어, 금속 잉크, 예를 들어, Ag 나노입자 잉크는 모세관 작용에 의해 가열제로서 충전될 수 있다. 이러한 방식으로, 등온 DNA 증폭을 위한 필름 히터로서 사용될 수 있는 미세유체적으로 충전된 전극이 생성될 수 있다. 요건에 따라, 가열 채널은 미세유체 구조와 필름의 동일한 표면측에 또는 반대 표면측에 엠보싱될 수 있다. 이는 별도의 가열 필름의 생산과 비교하여 공정 단계의 수 및 그에 따른 비용을 상당히 감소시킨다. 동시에, 중간 접착제 층 및 추가 기재 없이 열 전달이 보다 직접적이고, 따라서 더 적은 에너지가 소비되기 때문에 성능이 증가한다.
계층적 구조(마이크로- 또는 나노스케일 상부구조를 갖는 채널)의 제작은 단일 엠보싱 단계에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 오버구조는 일반적인 포토리소그래피 단계에 의해 또는 마이크로- 또는 나노구조의 사전 엠보싱에 의해, 및 이후 엠보싱된 구조에 대한 포토리소그래피에 의해 마스터 제작의 일부로서 제작된다. 예를 들어, 측정 채널의 계층적 구조는 센서 표면적을 증가시키고 감도 및 선택성을 증가시킬 수 있게 한다.
참조 부호 목록
1 필름층
2 캐리어 필름
3 엠보싱 래커층
4 오목부
5 미세유체 구조
6 관통-구멍
7, 9 각각 가열 매체를 갖는 오목부 또는 미세유체 구조
8, 10 각각 나노구조를 갖는 오목부 또는 미세유체 구조
11 폴딩 에지
12 소수성 밸브
13 등온 PCR용 챔버
14 미세구조화된 표면
15 가열 매체를 갖는 마이크로챔버
16 반응 챔버
17 연결 오목부

Claims (15)

  1. 단일 필름으로부터 폴딩되어 복수의 적층 필름층(1)을 형성하고, 상이한 평면에 미세유체 구조(5)를 포함하는 필름 복합체로서, 여기서 미세유체 구조가 엠보싱된 오목부를 갖는 필름층이 적층 방향으로 인접한 각각의 필름층에 의해 덮이는 방식으로 형성되고, 하나의 평면의 미세유체 구조가 적어도 하나의 필름층의 관통-구멍을 통해 또 다른 평면의 미세유체 구조에 연결되는, 필름 복합체.
  2. 제1항에 있어서, 팬(fan)-형상 방식으로 폴딩되거나, 2개의 폴딩 에지 및 이에 따라 중심 필름층 및 제1 외부 필름층이 중심 필름층 위에 폴딩되고 제2 외부 필름층이 이후 제1 필름층 위에 폴딩되는 방식으로 제1 및 제2 외부 필름층을 갖는 필름을 폴딩시킴으로써 획득 가능한, 필름 복합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 필름층 중 적어도 하나가 캐리어 필름을 포함하고, 캐리어 필름의 한쪽 표면측에 엠보싱된 오목부를 갖는 래커층을 포함하고/하거나; 필름층 중 적어도 하나가 캐리어 필름을 포함하고, 캐리어 필름의 양면 측에 캐리어 필름의 2개의 표면측 중 적어도 하나에 엠보싱된 오목부를 갖는 래커층을 포함하는, 필름 복합체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 필름이 필름의 레이저 절단에 의해 생성된 폴딩 에지에서 폴딩되고/거나, 관통-구멍이 레이저 절단에 의해 생성되는, 필름 복합체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 표면에 걸쳐 서로의 상부에 바로 놓이는 합동(congruent) 필름층, 및 폴딩된 에지로 구성된 필름 복합체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 소통하는 미세유체 구조가 상이한 평면에 형성되고, 여기서 적층 방향으로 인접한 2개의 필름층이 서로 대면하고 적층 방향에서 서로 부분적으로만 중첩되는 엠보싱된 오목부를 갖는, 필름 복합체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 미세유체 구조에 작용기화, 나노구조화, 소수성화 및 가열제 충전으로부터 선택된 적어도 하나의 변형을 포함하는 필름 복합체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 필름층 중 적어도 하나가 캐리어 필름, 및 캐리어 필름의 적어도 하나의 표면측에, 엠보싱된 오목부를 갖는 래커층을 갖고, 여기서 오목부가 필름층의 래커층에 존재하고, 래커층이 UV 경화에 의해 인접한 필름층에 결합되거나, 오목부가 필름층의 열가소성 래커층에 존재하고, 래커층이 열 결합에 의해서만 인접한 필름층에 결합되는, 필름 복합체.
  9. 제1항에 있어서, 팬-형상 방식으로 폴딩되고, 전체 표면에 걸쳐 서로 바로 위에 놓여 있는 합동 필름층, 및 폴딩 에지로 구성되고, 여기서 폴딩 에지 및 관통-구멍이 레이저를 사용하여 제조되었고, 필름층이 캐리어 필름 및 오목부를 갖는 래커층을 갖고, 래커층이 UV 경화에 의해 인접한 필름층에 결합되는, 필름 복합체.
  10. (a) 캐리어 필름의 제1 표면측에 경화성 엠보싱 래커층을 적용하여 엠보싱 래커 섹션에 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
    (b) 캐리어 필름의 제1 표면측에 경화성 결합 래커층을 적용하여 결합 래커 섹션에 결합 래커층을 형성하는 단계,
    (c) 엠보싱 도구를 사용하여 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층의 오목부를 엠보싱시키는 단계,
    (d) 단계 (c)에서 엠보싱된 엠보싱 래커층을 부분적으로 경화시키는 단계,
    (e) 단계 (d) 후 엠보싱 도구를 제거하는 단계,
    (f) 단계 (e)에서 획득된 구조를 통해 캐리어 필름의 제1 표면측에서 제2 표면측으로 관통-구멍을 형성하고, 엠보싱 래커 섹션과 결합 래커 섹션 사이의 구조를 폴딩시켜 2개의 필름층을 형성하는 단계,
    (g) 단계 (f)에서 획득된 2개의 필름층을 중첩하여 한 필름층의 엠보싱 래커 섹션의 엠보싱 래커층의 오목부가 다른 필름층의 결합 래커 섹션의 결합 래커층에 의해 밀봉되어 미세유체 구조를 형성하도록 복합체를 형성하는 단계,
    (h) 단계 (g)에서 획득된 복합체의 부분 경화된 엠보싱 래커층과 결합 래커층을 경화시켜 이들 층 사이에 공유 결합을 형성함으로써 필름 복합체를 획득하는 단계를 포함하는,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 필름 복합체를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 경화성 결합 래커가 단계 (c) 내지 (e)에 따라 엠보싱되고 부분적으로 경화되는 경화성 엠보싱 래커인 방법.
  12. (a) 중합체로 라디칼 중합 가능한 단량체를 함유하는 엠보싱 래커층을 캐리어 필름의 제1 표면측에 적용하여 엠보싱 래커 섹션에 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
    (b) 캐리어 필름의 제1 표면측에 커버층을 적용하여 커버층 섹션에 커버층을 형성하는 단계,
    (c) 엠보싱 도구를 사용하여 단계 (a)에서 획득된 엠보싱 래커층에 오목부를 엠보싱시키는 단계,
    (d) 엠보싱 래커층에 포함된 단량체를 중합체로 중합시켜 캐리어 필름 상에 열가소성 엠보싱 래커층을 형성하는 단계,
    (e) 단계 (d) 후 엠보싱 도구를 제거하는 단계,
    (f) 단계 (e)에서 획득된 구조를 통해 캐리어 필름의 제1 표면측에서 제2 표면측으로 관통-구멍을 형성하고, 엠보싱 래커 섹션과 커버층 섹션 사이의 구조를 폴딩시켜 2개의 필름층을 형성하는 단계,
    (g) 단계 (f)에서 획득된 2개의 필름층을 서로 열 결합시켜 한 필름층의 엠보싱 래커 섹션의 엠보싱 래커층의 오목부가 다른 필름층의 커버층 섹션의 커버층에 의해 밀봉되어 미세유체 구조를 형성하고, 이에 의해 필름 복합체가 획득되는, 단계를 포함하는,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 필름 복합체를 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 커버층이 단계 (c) 내지 (e)에 따라 엠보싱되고 중합되는 열가소성 엠보싱된 래커층인 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 엠보싱이 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정으로 수행되는 방법.
  15. 중합효소 연쇄 반응 또는 등온 증폭에 의한 DNA의 증폭을 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 필름 복합체의 용도.
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