PT1644129E - Processo de produção de configurações microfluídicas a partir de uma estrutura compósita em forma de placa - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO DE PRODUÇÃO DE CONFIGURAÇÕES MICROFLUÍDICAS A PARTIR DE UMA ESTRUTURA COMPÓSITA EM FORMA DE PLACA"

Esta invenção refere-se a um processo de produção de uma multiplicidade de configurações microfluidicas, particularmente configurações de injectores, a partir de uma estrutura compósita em forma de placa compreendendo estruturas de ranhuras com dimensões na gama dos micrómetros, em particular a um processo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. Um processo como este é conhecido, o qual compreende as caracteristicas da cláusula do preâmbulo da reivindicação 1 (documento US 5547094 A) . A presente invenção refere-se ainda a um atomizador compreendendo uma configuração de injectores deste tipo, em particular a um processo de produção de um atomizador de acordo com o preâmbulo da reivindicação 16.

Empregam-se configurações de injectores, do tipo em questão, para a atomização de liquidos transformando-os em goticulas muito finas comprimindo os liquidos, sob uma pressão elevada, através de uma abertura de injecção de pequena secção. Entre as suas outras aplicações, as configurações de injectores deste tipo empregam-se, no dominio da medicina, para a produção de aerossóis para fins de inalação, por exemplo. Fazem-se exigências rigorosas, no que respeita ao tamanho das goticulas, relativamente a uma configuração de injectores do tipo em questão, uma vez que para aplicações de inalação, por exemplo, uma proporção suficientemente grande de goticulas deve ter um diâmetro menor do que 6 pm para entrar satisfatoriamente nos 1 pulmões. Em geral, consideram-se as partículas ou gotículas com um diâmetro menor do gue 10 pm como sendo respiráveis. O documento US 5547094 A refere-se exclusivamente a configurações de injectores do tipo em bloco para aplicações deste tipo, e a métodos de produção de grandes quantidades de configurações de injectores do tipo em bloco como estas com uma qualidade consistentemente elevada. Com este conhecido processo, também é possível incorporar um filtro, ou mesmo filtros de múltiplos andares, na configuração de injectores. O documento US 5547094 A também divulga os passos de processo de um correspondente processo de produção e todas as especificações essenciais são ali divulgadas, assim como as ferramentas que são utilizadas. Pode, ainda, encontrar-se informação, no que respeita a estas configurações de injectores, nos documentos WO 94/07607 AI e WO 99/16530 AI. O conhecido processo envolve, em primeiro lugar, a produção de uma estrutura compósita em forma de placa que compreende duas placas com superfícies intrinsecamente planares que são unidas, fixamente e de modo bidimensional, uma à outra. Pode, também, opcionalmente, acrescentar-se mais placas. É essencial que se criem as configurações de injectores, na estrutura compósita em forma de placa, proporcionando uma multiplicidade de estruturas de ranhuras recorrentes, correspondendo, cada uma delas, a uma configuração de injectores, numa superfície intrinsecamente planar de uma das placas que é unida à superfície intrinsecamente planar da outra placa. As estruturas de ranhuras podem, também, opcionalmente, ser dispostas em ambas as superfícies das duas placas viradas mutuamente uma para a outra que são aqui relevantes e que estão unidas uma à outra. Na 2 técnica anterior, uma combinação particularmente preferida consiste num compósito de uma placa de silicio e de uma placa de vidro, em que outras variantes também são mencionadas.

As estruturas de ranhuras formam, fundamentalmente, os canais de escoamento das configurações de injectores, que, de um modo preferido, têm dimensões na gama dos micrómetros. Para se dar uma ideia da ordem de grandeza das estruturas de ranhuras, a técnica anterior menciona cotas de estrutura entre 2 e 40 ym, de um modo preferido entre 5 e 7 ym, e áreas de secção dos bocais entre, cerca de, 25 e, cerca de, 500 ym2.

Obtêm-se configurações de injectores separadas, a partir da estrutura compósita em forma de placa compreendendo uma multiplicidade de configurações de injectores, separando a estrutura compósita em forma de placa, por intermédio de trabalho mecânico, ao longo de linhas divisórias que se estendem entre duas estruturas de ranhuras. As configurações de injectores de pequena área de superficie, que eram, a principio, do tipo bloco, existem depois separadamente. De acordo com a técnica anterior, a separação por intermédio de trabalho mecânico efectua-se, em particular, por corte por serra com uma serra circular, de um modo preferido com uma serra circular diamantada que trabalha a elevada velocidade. Também é citada, como uma alternativa, o entalhamento e a quebra de estruturas compósitas em forma de placa maiores, por exemplo. Também se podem combinar estes dois passos de trabalho mecânico, nomeadamente, o corte por serra que pode ser efectuado como o primeiro passo, concluindo-se, num segundo passo, com quebra ou separação por feixe laser. 3

No que respeita à produção da estrutura compósita, faz-se referência, em particular, à ligação por aplicação de campo, e, também, a outras técnicas de união incluindo ligação por adesivo, ligação por ultra-sons, etc.

Com este processo, que, deste modo, se assume como sendo conhecido, para a produção de configurações de injectores a partir de uma estrutura compósita em forma de placa compreendendo estruturas de ranhuras que têm dimensões na gama dos micrómetros, surge o problema da contaminação das estruturas de ranhuras durante o trabalho mecânico, particularmente por intermédio do corte por serra. Normalmente, durante o trabalho mecânico, utiliza-se um lubrificante de arrefecimento liquido, particularmente um baseado em água. Devido a isto, e devido à limalha para ali arrastada, em determinadas circunstâncias as estruturas de ranhuras ficam bloqueadas pelo que, na prática, ficam impossibilitadas de serem limpas. 0 que resulta numa elevada taxa de rejeição. A este respeito, deve tomar-se em consideração que várias centenas de configurações de injectores individuais são, em primeiro lugar, formadas numa estrutura compósita em forma de placa, sendo, depois, separadas por intermédio de uma rede do tipo grelha de linhas divisórias. A produção individual de configurações de injectores deste tipo é, por esse motivo, completamente inconcebível. 0 problema anteriormente divulgado é não só aplicável à produção de uma multiplicidade de configurações de injectores separadas, do tipo bloco, a partir de uma estrutura compósita em forma de placa, à qual se refere a anteriormente mencionada técnica anterior, mas, em geral, é, também, aplicável ao fabrico de uma multiplicidade de configurações microfluidicas compreendendo as correspondentes estruturas de ranhuras a partir 4 de uma estrutura compósita em forma de placa em geral. Para além das configurações de injectores, este problema surge para outras configurações microfluidicas que não tenham função de injecção definida, por exemplo configurações filtrantes ou configurações de distribuição.

Para configurações microfluidicas em geral, a estrutura compósita em forma de placa é, de um modo preferido, trabalhada mecanicamente ao longo de linhas que se estendem entre as estruturas de ranhuras e que não são, necessariamente, linhas divisórias, de forma a que, subsequentemente, as configurações microfluidicas, na estrutura compósita, sejam separadas individualmente ou sejam separadas por grupos mas não sejam completamente separadas, ou, sejam, de facto, separadas individualmente mas sejam completamente separadas por grupos.

Para as configurações microfluidicas em geral, anteriormente mencionadas, particularmente as configurações de injectores, o problema anteriormente mencionado resolve-se por intermédio de um processo de acordo com a reivindicação 1.

De acordo com a invenção, as estruturas de ranhuras são preenchidas, antes do trabalho mecânico, com um meio de enchimento que não volta a ser removido das estruturas de ranhuras a não ser após o trabalho mecânico. As estruturas de ranhuras ficam, desse modo, impedidas, de maneira fiável, de se contaminarem pela limalha e/ou pelo lubrificante de arrefecimento durante o trabalho mecânico. As estruturas de ranhuras permanecem protegidas e não são novamente expostas até que a operação esteja completa. A taxa de rejeição das configurações microfluidicas é, deste modo, baixa, porque as 5 substâncias contaminadoras são sistematicamente impedidas de alcançarem as estruturas de ranhuras.

As estruturas de ranhuras são preenchidas, ou completamente, ou apenas parcialmente, de um modo tal que, pelo menos, as aberturas das estruturas de ranhuras que estão expostas ao exterior ou ao trabalho mecânico são obstruídas pelo meio de enchimento de forma a que as estruturas de ranhuras não sejam contaminadas pela limalha, lubrificante de arrefecimento ou semelhantes, durante o trabalho mecânico da estrutura compósita. No que respeita à protecção contra a contaminação, desde que, durante o trabalho mecânico, todas as aberturas ou ligações para o exterior estejam fechadas ou obstruídas pelo meio de enchimento, não é importante que o interior ou partes de dentro das estruturas de ranhuras também estejam, ou não, preenchidas com o meio de enchimento. A reivindicação 16 refere-se ao processo de produção de um atomizador como anteriormente se mencionou.

Em detalhe, existem diversas opções para conceber e, posteriormente, desenvolver o processo de acordo com a invenção, e, faz-se, a este respeito, referência às reivindicações dependentes. A invenção, as suas formas de realização e seus outros desenvolvimentos, são explicados, com mais detalhe, na descrição que se faz posteriormente de exemplos de formas de realização, fazendo referência aos desenhos, em que: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma configuração microfluidica de acordo com a presente invenção; 6 A Figura 2a é uma vista em planta de uma parte inferior da configuração microfluidica da Figura 1, mostrando a estrutura de ranhuras; A Figura 2b é um corte através da configuração microfluidica da Figura 1, mostrando a estrutura compósita; A Figura 2c é um corte através de outra configuração microfluidica, mostrando a estrutura compósita e a posição da estrutura de ranhuras; A Figura 3 é uma vista em planta de uma parte de uma estrutura compósita em forma de placa compreendendo uma diversidade de configurações microfluidicas de acordo com a Fig. 1; A Figura 4 é um corte esquemático de um atomizador, de acordo com a invenção, com uma configuração de injectores deste tipo em estado de repouso; e A Figura 5 é um corte esquemático do atomizador, rodado de 90° em relação ao da Figura 4, em estado de funcionamento. A Figura 1, em primeiro lugar, mostra uma configuração 1, que, aqui, consiste numa configuração de injectores e que está separada por grupos, consistindo numa parte 2 inferior em forma de placa e numa parte 3, que também tem forma de placa, e que é disposta na parte 2 inferior sendo fixamente unida a esta. De acordo com uma forma de realização preferida, a parte 2 inferior é constituída por silício. Contudo, a técnica anterior, mencionada no início, também divulga uma vasta série de outros 7 materiais. Numa forma de realização preferida, a parte 3 superior é constituída por vidro, mas, a este respeito, a técnica anterior também divulga outras alternativas, e. g. silicio, nitreto de silicio ou germânio. A configuração 1 de injectores separada ilustrada na Figura 1 tem dimensões totais de 2,0 mm x 2,5 mm x 1,5 mm. Uma configuração de injectores como esta é fabricada numa sala limpa com a classificação adequada. A Figura 1 mostra a configuração 1, de acordo com uma primeira forma de realização, como um desenho explodido, nomeadamente com a parte 3 superior levantada. A Figura 2a é uma vista em planta da parte 2 inferior. A Figura 2b é um corte através da configuração 1 individual no seu estado montado ou finalizado. A Figura 3 é uma vista em planta de uma estrutura compósita em forma de placa a partir da qual se produz uma diversidade de configurações 1 compreendendo estruturas 4 de ranhuras. A Figura 2c é um corte, correspondente ao da Figura 2b, através de uma configuração 1 de acordo com uma segunda forma de realização. A sequência de camadas da configuração 1, que se mostra nas Figuras 2b e 2c, corresponde à sequência de camadas de toda a estrutura compósita em forma de placa que está presente no inicio deste passo de fabrico (ver a Figura 3) . A estrutura compósita compreende duas placas que são unidas, fixamente e de modo bidimensional, uma à outra e a partir das quais se formam, subsequentemente, as partes 2 e 3 em forma de placa da configuração 1, que é, opcionalmente, separada por grupos. As placas têm, geralmente, superfícies planares, em que uma multiplicidade de estruturas 4 de ranhuras recorrentes, que formam canais de escoamento, são dispostas numa superfície de, pelo menos, uma das placas que é unida à superfície da outra placa. Cada estrutura de ranhuras forma um verdadeiro injector 5 (Figura 1), ou a algo correspondente (Figura 2b ou 2c) . A Figura 3 mostra as estruturas de ranhuras para as configurações 1 individuais, as quais, na Figura 3, ainda estão unidas umas às outras em toda a estrutura compósita em forma de placa.

Existe um largo espectro disponível de opções para a concepção do injector 5 e das estruturas 4 de ranhuras, algumas das quais foram já divulgadas na, anteriormente mencionada, técnica anterior de acordo com o documento US 5547094 A, que também divulga processos de produção correspondentes, tais como, fotolitografia e técnicas de gravação. Mostram-se estruturas filtrantes no documento WO 99/16530 AI.

Obtém-se, a partir da estrutura compósita em forma de placa da Figura 3, uma configuração 1 individual, como a que se mostra na vista em perspectiva da Figura 1, separando a estrutura compósita em forma de placa, por intermédio de trabalho mecânico ao longo de linhas 6 que se estendem entre cada duas estruturas 4 de ranhuras e que são mostradas, na Figura 3, por intermédio das linhas a tracejado, de forma a que, subsequentemente, as configurações 1 de injectores do tipo bloco existam separadamente. A Figura 3 mostra a rede em grelha de linhas 6, que se intersectam em ângulos rectos, e em que cada delimita uma configuração 1. Efectua-se uma separação precisa da configuração 1, com a exposição simultânea do injector 5 correspondente, ou da extremidade oposta da estrutura 4 de ranhuras, ou da entrada de uma correspondente estrutura filtrante, por intermédio de corte por serra com, por exemplo, uma serra circular diamantada de elevada velocidade 9 (frequentemente mais elevada do que 20,000 rpm), precisamente ao longo destas linhas 6 ou, mais precisamente, entre duas das tais linhas 6. É evidente que as linhas 6 não têm de estar fisicamente presentes ou, não têm de ser tornadas visíveis por intermédio de marcas. As linhas 6 são sistemas de auxílio meramente imaginários que mostram por onde deve a ferramenta, particularmente a serra, ser conduzida, na estrutura compósita em forma de placa. Como tal, esta situação é afectada por uma técnica robotizada, com o correspondente software.

Como já se expôs anteriormente, a separação pode também efectuar-se numa diversidade de passos, em que, pelo menos, um passo de separação é afectado pelo trabalho mecânico, o que resulta na contaminação, anteriormente mencionada, devido à limalha que se forma e/ou a quaisquer sistema de auxílio que se utilizem.

Mostra-se, para a primeira forma de realização, que é ilustrada nas Figuras 1, 2a, 2b e 3, o injector 5, na secção da Figura 2. Neste caso, emprega-se um injector duplo que direcciona os dois jactos de fluido um contra o outro de forma a que colidam um com o outro a uma determinada distância do injector 5 e se desintegrem mutuamente. Esta situação resulta na desejada distribuição de tamanhos de gotícula.

As Figuras 2b e 2c representam cortes da estrutura compósita que é o ponto central da presente invenção. Esta é empregue para a produção de uma multiplicidade de configurações 1 microfluídicas que não têm de ser, necessariamente, configurações de injectores. 10

Na segunda forma de realização, que se mostra na Figura 2c, o injectores 5, anteriormente mencionado, existe na forma de um canal 5' de injectores que se estende na parte 3 superior, que, de acordo com o ensinamento preferido, é constituída por vidro, perpendicularmente ao plano principal da parte 3 superior, e a extremidade inferior da qual, que está virada para a parte 2 inferior, leva-o para dentro da estrutura 4 de ranhuras daquela superfície. Por esse motivo, esta configuração pode ser utilizada para efectuar escoamento ortogonal através da configuração 1 microfluidica, quando observado a partir do exterior, em contraste com o escoamento lateral do exemplo de acordo com a primeira forma de realização que anteriormente se descreveu. A estrutura 4 de ranhuras da configuração 1 microfluidica obtém-se por intermédio de trabalho mecânico, na estrutura compósita em forma de placa, ao longo de linhas 6 que se estendem entre cada uma das estruturas 4 de ranhuras de forma a que, subsequentemente, as configurações 1 microfluídicas, na estrutura compósita, sejam separadas individualmente ou separadas por grupos mas não sejam completamente separadas, ou sejam completamente separadas por grupos mas apenas existam separadamente dentro de cada grupo. A Figura 2c mostra, em detalhe, que as ranhuras 6' (entre duas linhas 6) são introduzidas, para este fim, na estrutura compósita por intermédio de trabalho mecânico ao longo das linhas 6. Estas ranhuras recortam uma placa, que é a placa 2 inferior da Figura 2c, nomeadamente a placa 2 que compreende as estruturas 4 de ranhuras, e não recortam a outra placa, que é a placa 3 superior da forma de realização exemplificada, mas formam ali, meramente, um canal que é fechado na base. 11 A necessidade, que é essencial para o ensinamento da invenção, de proteger as estruturas 4 de ranhuras durante o trabalho mecânico existe independentemente de como ou onde são estas estruturas 4 formadas na estrutura compósita em forma de placa. A descrição do processo de produção, que é apresentada a seguir, de acordo com a invenção, explica isto fazendo referência a uma estrutura de configuração lateral das estruturas 4 de ranhuras na estrutura compósita em forma de placa. Para a estrutura de configuração ortogonal que se ilustra na Figura 2c, nada é alterado no processo de produção de acordo com a invenção, e estas considerações podem, consequentemente, ser aplicadas. 0 processo de produção de acordo com a invenção refere-se a uma parte de todo o processo de produção de configurações 1 microfluidicas do tipo em questão. Inicia-se na já existente estrutura compósita em forma de placa compreendendo uma multiplicidade de configurações 1 e distingue-se, em primeiro lugar, por as estruturas 4 de ranhuras da estrutura compósita em forma de placa serem produzidas de forma a que sejam continuamente unidas umas às outras, pelo menos numa direcção, através das linhas 6, desde um bordo até ao bordo oposto da estrutura compósita em forma de placa. Pode observar-se esta situação na Figura 3, que mostra uma parte de uma estrutura compósita que, na prática, é, naturalmente, muito maior. Na forma de realização que se ilustra, as estruturas 4 de ranhuras são continuamente unidas umas às outras desde a parte de baixo até à parte de cima. Entre a saida do injectores 5 de uma estrutura 4 de ranhuras e a entrada da estrutura 4 de ranhuras 12 situada acima, existe um canal transversal, situado entre as linhas 6, que une a estrutura 4 de ranhuras situada na parte de cima, em toda a sua largura, até ao injectores 5 da estrutura 4 de ranhuras situada por baixo.

De acordo com a invenção, as estruturas 4 de ranhuras da estrutura compósita em forma de placa são, depois, preenchidas com um meio de enchimento antes do trabalho mecânico. Este enchimento com um meio de enchimento é efectuado sem problemas devido ao facto das estruturas 4 de ranhuras terem sido unidas, como se mencionou anteriormente. Contudo o meio de enchimento tem de ser seleccionado de forma a que não seja removido das estruturas 4 de ranhuras, quer por intermédio do trabalho mecânico, quer por intermédio de auxílios que, possivelmente, venham a ser utilizados durante o trabalho mecânico. Como já se explicou na parte geral da descrição, as estruturas 4 de ranhuras são, deste modo, protegidas da entrada de substâncias contaminadoras durante o trabalho mecânico. Após o final do trabalho mecânico, o meio de enchimento é, então, novamente removido das estruturas 4 de ranhuras. Estas últimas ficam disponíveis, no seu estado inicial e sem substâncias contaminadoras, para outros passos de processamento.

Como uma alternativa, ou além do enchimento desde a parte de baixo até à parte de cima (ou: longitudinal), pode utilizar-se o canal transversal ou outra formação que se estenda da esquerda para a direita (na Fig. 3) para o meio de enchimento. Proporcionando aos canais transversais uma respectiva largura, esta situação pode resultar no enchimento, com um meio de enchimento, apenas dos canais transversais e das aberturas das estruturas 4 de ranhuras. Com este enchimento apenas parcial, o 13 meio de enchimento pode ser facilmente removido das estruturas 4 de ranhuras após o trabalho mecânico da estrutura compósita.

Os resultados dos passos de processo, anteriormente explicados, podem ser observados na Figura 2c, assim como as ranhuras 6' que são ali introduzidas e que produzem a estrutura 4 de ranhuras a partir do lado de baixo da parte 2 inferior, e que, fundamentalmente deste modo, tornam acessível o canal 5' de injectores na parte superior. É concebível que as configurações 1 microfluidicas deste tipo possam ser utilizadas como uma linha para uma configuração de injectores múltiplo ou para processos microfluidicos de múltiplos canais mais extensos.

Os passos de processo anteriormente descritos resultam numa configuração 1 que, depois, existe, em particular, na forma de um bloco ou como uma pequena placa na forma de um compósito, como se mostra nas Figuras 1 e 2. Relativamente à primeira forma de realização, mostram-se, na Figura 2b, as duas sardas do injectores 5, numa escala um pouco exagerada e preenchidas com o meio de enchimento, em que o número 7 designa o meio de enchimento.

Deve compreender-se que o processo, de acordo com a invenção, é, de um modo preferido, efectuado utilizando a tecnologia de salas limpas, em que se deve seleccionar uma categoria adequada de processamento de salas limpas. A escolha do meio de enchimento é particularmente importante para o processo de acordo com a invenção. A este respeito, tem de se tomar em conta que as dimensões das estruturas 4 de ranhuras, que estão na gama dos micrómetros, implicam técnicas de enchimento especiais. Neste caso, os 14 efeitos de capilaridade e os efeitos de tensão superficial e viscosidade, têm consequências bastante diferentes das que se observam para configurações de injectores maiores, de dimensões macroscópicas. Além disso, a técnica, conhecida dos processos macroscópicos, que envolve o congelamento de água é irrelevante neste caso. A primeira importante propriedade do meio de enchimento reside no facto deste ser imiscivel em e não se dissolver com, qualquer lubrificante de arrefecimento que seja utilizado. Pelo menos, estes efeitos devem ser moderados de modo a impedirem que o meio de enchimento se dissolva nas estruturas 4 de ranhuras durante o trabalho mecânico. Se, por exemplo, for empregue o corte mecânico por serra, geralmente emprega-se um lubrificante de arrefecimento baseado em água. 0 meio de enchimento deve, então, ser insolúvel ou muito dificilmente solúvel em água. Na prática verificou-se que, considerando as dimensões na gama dos micrómetros, a escolha do meio de enchimento para as estruturas 4 de ranhuras resulta num meio de enchimento que pode ser utilizado, vantajosamente, na forma liquida para o enchimento das estruturas 4 de ranhuras.

Contudo, de acordo com uma forma de realização particularmente preferida, o meio de enchimento encontra-se num estado sólido de agregação durante o trabalho mecânico. Assegura-se, então, que as estruturas 4 de ranhuras ficam protegidas de substâncias contaminadoras. Pode obter-se um estado sólido de agregação do meio de enchimento evaporando um solvente volátil que pode, possivelmente, ser utilizado, ou efectuando um processo quimico. Contudo, é particularmente vantajoso se for empregue um procedimento dependente de temperatura. Pode, então, assegurar-se que à temperatura normal, 15 que existe durante o trabalho mecânico, o meio de enchimento existe num estado sólido de agregação, mas que, à temperatura de enchimento que é consideravelmente mais elevada do que a temperatura normal, as estrutura 4 de ranhuras são preenchidas por intermédio do meio de enchimento na forma liquida. É evidente que estas temperaturas, nomeadamente ambas, a temperatura normal e a temperatura de enchimento, são fortemente dependentes do meio de enchimento. Os materiais das placas que são unidas, fixamente e de modo bidimensional, uma à outra, também desempenham, naturalmente, um papel. Geralmente pode assumir-se, contudo, que a temperatura normal varia entre, cerca de, 2 °C e, cerca de, 120 °C, e que a temperatura de enchimento varia entre, cerca de, 5 °C e, cerca de, 280 °C.

Normalmente, utilizar-se-á um meio de enchimento que tenha uma baixa viscosidade e/ou tenha uma elevada volatilidade de modo a permitir o processamento a temperaturas relativamente baixas. Contudo, pode, também, utilizar-se um meio de enchimento com viscosidade mais elevada, com períodos de processo mais longos e/ou temperaturas de processo mais elevadas.

Os requisitos anteriormente mencionados, que são, geralmente, mais impostos ao meio de enchimento, são obtidos, por exemplo, por intermédio de mono e poliálcoois, ácidos gordos saturados e insaturados, ésteres de ácidos gordos e misturas destas substâncias. Os poliálcoois (também chamados álcoois poli-hidricos, polifuncionais ou poli-hidroxílicos) também incluem polialcilenoglicóis, tais como os polietilenoglicóis. Os mono ou poliálcoois contendo 10 a 30 átomos de C, de um modo preferido desde 12 até 24 átomos de C, particularmente desde 16 até 20 átomos de C, provaram ter particular interesse. O ponto 16 de fusão destes produtos químicos é de uma interessante ordem de grandeza de, por exemplo, cerca de, 60 °C, e também têm um ponto de ebulição adequado de, por exemplo, cerca de, 210 °C. São, de um modo preferido, insolúveis em água mas são solúveis em álcool e éter, e são, por esse motivo, bastante adequados para o processo de acordo com a invenção. A escolha dos meios de enchimento a utilizar para cada aplicação individual, depende da disponibilidade destes produtos químicos no mercado. Se uma extensa gama de opções estiver disponível, seleccionar-se-á um produto químico comercialmente disponível de custo particularmente vantajoso.

Alternativamente ou além do produto químico descrito ou dos métodos dependentes de temperatura, pode utilizar-se outros fenómenos para o enchimento. Por exemplo, existem líquidos (líquidos electro-heológicos) que alteram a sua consistência quando se aplica uma tensão eléctrica. Tais líquidos também podem ser utilizados para o processo descrito, i. e. como meios de enchimento.

As dimensões das estruturas 4 de ranhuras, na gama dos micrómetros, constituem um problema para o enchimento das estruturas 4 de ranhuras da estrutura compósita em forma de placa. Neste caso, tem de se tomar em consideração a aplicação de técnicas de enchimento especiais. De acordo com o ensinamento preferido, e como, na prática, se provou ser particularmente vantajoso, a estrutura compósita é evacuada antes das estruturas 4 de ranhuras serem preenchidas com o meio de enchimento, e o enchimento é efectuado sob vácuo, particularmente a uma pressão residual de menos do que, cerca de, 250 mbar. Desse modo, impede-se o aparecimento de aglomerações de bolhas de gás nas estruturas 4 de ranhuras. 17 novamente a as de é É, também, vantajoso se, novamente, se restabelecer pressão normal na estrutura compósita em forma de placa, após estruturas 4 de ranhuras terem sido preenchidas com o meio enchimento, e se a solidificação do meio de enchimento, que inicialmente liquido, ocorrer à pressão normal.

Na prática, a estrutura compósita em forma de placa é introduzida, como um todo, dentro de um volume receptor que é, depois, evacuado até à pressão residual desejada. A estrutura compósita em forma de placa é, subsequentemente, mergulhada, inclinada no referido volume, num banho de meio de enchimento liquido, até que esteja completamente coberta pelo meio de enchimento liquido. Esta situação ocorre na direcção da junção continua entre as estruturas 4 de ranhuras, de forma a que o nivel de meio de enchimento, dentro das estruturas 4 de ranhuras, aumente gradualmente desde um bordo até ao bordo oposto até que, finalmente, toda a estrutura compósita em forma de placa, i. e. todas as estruturas 4 de ranhuras ali situadas, esteja/estejam completamente preenchidas com o meio de enchimento.

Subsequentemente, restabelece-se, novamente, a pressão normal no volume receptor. 0 meio de enchimento, que ainda é liquido, pode, deste modo, permanecer nas estruturas 4 de ranhuras sob a sua própria tensão superficial, para cujo fim a estrutura compósita em forma de placa é colocada, como um todo, na horizontal. A temperatura é, depois, reduzida de forma a que o meio de enchimento solidifique nas estruturas 4 de ranhuras.

Depois disto, a estrutura compósita em forma de placa, contendo o meio de enchimento solidificado, é cortada por 18 intermédio de corte por serra, com uma serra circular diamantada de velocidade muito elevada, ao longo das linhas 6, ou é proporcionada com as ranhuras 6' como se mostra na Figura 2c. Esta situação é seguida de remoção do meio de enchimento das estruturas 4 de ranhuras.

Em configurações semelhantes, o meio de enchimento pode preencher as estruturas 4 de ranhuras com ou por intermédio de pressão.

Tal como são necessárias particulares considerações no que respeita a como se introduzir o meio de enchimento, de um modo preferido como um liquido, nas estruturas 4 de ranhuras antes de se proceder à operação de separação, são necessárias particulares considerações no que respeita a como remover novamente o meio de enchimento situado nas estruturas 4 de ranhuras, após o trabalho mecânico. A este respeito, recomenda-se que o meio de enchimento seja removido das estruturas 4 de ranhuras das configurações 1 de injectores separadas, aumentando a temperatura do meio de enchimento. Esta situação pode significar que o meio de enchimento se evapora das estruturas 4 de ranhuras por intermédio de um aumento na temperatura. Além do aumento da temperatura, esta situação pode ser facilitada tornando a pressão ambiente suficientemente baixa de forma a que a evaporação ocorra mais rapidamente. Como alternativa a isto, verificou-se, na prática, que o meio de enchimento pode ser removido das estruturas 4 de ranhuras das configurações 1 de injectores separadas dissolvendo o meio de enchimento num solvente e, se necessário, aspergindo o meio de enchimento/mistura solvente. Pode, também, combinar-se estes dois métodos. 19

Recomenda-se um álcool ou um éter como um solvente para o meio de enchimento, os quais foram anteriormente descritos em detalhe e que podem ser utilizados de modo particularmente vantajoso. São preferidos álcoois ou éteres de baixo peso molecular, tais como, metanol, etanol, propanol, isopropanol, e/ou éter dietilico. É, deste modo, possível, na prática, libertar completamente as estruturas 4 de ranhuras dos resíduos do meio de enchimento, e produzir confiqurações microfluídicas com taxas de rejeição muito baixas.

Em relação ao anterior, também se recomenda, de modo a evitar a contaminação subsequente das estruturas 4 de ranhuras, que o meio de enchimento não seja removido até que a limpeza tenha sido efectuada, depois do trabalho mecânico, incluindo a operação de separação.

As Figuras 4 e 5 são ilustrações de um atomizador 11 de acordo com a invenção, o qual compreende as configurações microfluídicas ou a configuração 1 de injectores, de acordo com a primeira ou segunda forma de realização, para a atomização de um fluido 12, particularmente um fármaco altamente eficaz ou semelhante, no seu estado de repouso (Figura 4) e no seu estado de funcionamento (Figura 5) . 0 atomizador 11 é, em particular, formado como um inalador portátil e, de um modo preferido, actua sem um gás propulsor.

Na atomização do fluido 12, que é de um modo preferido um líquido, particularmente um fármaco, forma-se um aerossol que pode ser inspirado ou inalado por um utilizador, que não está ilustrado. A inalação é, normalmente, efectuada, pelo menos, uma vez por dia, particularmente várias vezes por dia, de um modo preferido em intervalos de tempo predeterminados. 20 0 atomizador 11 compreende um recipiente 13 adequado, que é, de um modo preferido, substituivel, que compreende o fluido 12 e que forma um reservatório para a atomização do fluido 12. 0 recipiente 13, de um modo preferido, contém um volume de fluido que é suficiente para múltiplas aplicações, particularmente para um periodo predeterminado de aplicação, tal como um mês, ou para, pelo menos, 50, de um modo preferido, pelo menos, 100 doses ou atomizações. O recipiente 13 é de construção substancialmente cilíndrica ou do tipo cartucho, e, após o atomizador 11 ter sido aberto, pode ser inserido neste último a partir de uma posição inferior e, se necessário, pode ser substituído. A construção é, de um modo preferido, rigida, particularmente no local em que se encontra o saco 14 que contém o fluido 12, no recipiente 13. O atomizador 11 compreende um gerador 15 de pressão para transporte e atomização do fluido 12, particularmente, num volume de dosagem predeterminado que é ajustável, se necessário. O gerador 15 de pressão compreende um suporte 16 para o recipiente 13, uma mola 17 de accionamento associada, apenas ilustrada em parte, com um elemento 18 de travagem que pode ser accionado manualmente para destravar, um tubo 19 de alimentação com uma válvula 20 de retenção e uma câmara 21 de pressão na zona de um bocal 13, que junta a configuração 1 de injectores de acordo com a invenção.

Quando a mola 17 de accionamento é solicitada axialmente, o suporte 16, com o recipiente 13 e o tubo 19 de alimentação, move-se para baixo, como se mostra nas ilustrações, e o fluido 12 é sugado do recipiente 13 para dentro da câmara 21 de 21 pressão do gerador 15 de pressão através da válvula 20 de retenção. Uma vez que a configuração 1 de injectores tem uma secção de passagem de escoamento muito pequena e é formada, em particular, como um capilar, produz-se um efeito de estrangulamento que é suficientemente forte para que o reescoamento de ar neste ponto seja impedido de modo fiável, mesmo sem a válvula de retenção.

Na subsequente libertação de tensão após acção do elemento 18 de travagem, o fluido 12, na câmara 21 de pressão, é colocado sob pressão por intermédio da mola 17 de accionamento -nomeadamente pela força da mola - que move o tubo 19 de alimentação novamente para cima, e é libertado através da configuração 1 de injectores, na qual é atomizado, particularmente em partículas na gama dos pm ou nm, de um modo preferido em partículas de, cerca de, 5 pm que podem entrar nos pulmões e que formam uma névoa ou jacto de um aerossol 24, como se indica na Figura 4. Por esse motivo, o fluido 12 é, de um modo preferido, transportado e atomizado de modo totalmente mecânico, particularmente sem um gás propulsor e sem energia eléctrica.

Um utilizador, não ilustrado, pode inalar o aerossol 24, em que, ar suplementar pode ser sugado para dentro do bocal 23 através de, pelo menos uma, abertura 25 de ar, suplementar. O atomizador 11 tem uma parte 26 superior de alojamento, e uma parte 27 interna que pode rodar em relação à primeira e à qual se pode fixar de modo desmontável, de um modo preferido por meio de um elemento 29 de fixação, uma parte 28 de alojamento, que, em particular, se pode accionar manualmente. A parte 28 de 22 alojamento pode ser desmontada do atomizador 11 para inserir e/ou substituir o recipiente 13.

Rodando manualmente a parte 28 de alojamento, a parte 27 interna pode ser rodada em relação à parte 26 superior de alojamento, pelo que a mola 17 de accionamento pode ser solicitada através de uma unidade accionadora, que não está ilustrada mas que actua no suporte 16. Quando se efectua o carreqamento, o recipiente 13 move-se axialmente para baixo até que o recipiente 13 assuma uma posição final no estado de funcionamento, como se indica na Figura 5. Durante a operação de atomização, o recipiente 13 move-se novamente para trás, para a sua posição inicial, por intermédio da mola 17 de accionamento. Por esse motivo, o recipiente 13 executa um movimento de êmbolo durante a operação de carregamento e durante a operação de atomização. A parte 28 de alojamento forma, de um modo preferido, uma parte inferior de alojamento do tipo tampão e encaixa em volta ou encaixa sobre uma zona de extremidade livre, inferior, do recipiente 13. Quando a mola 17 de accionamento é solicitada, a zona de extremidade do recipiente 13 move-se (mais) para dentro da parte 28 de alojamento ou para a sua face de extremidade, após o que, uma mola 30, que actua axialmente e que é disposta na parte 28 de alojamento, entra em contacto com a base 31 de recipiente e, com um elemento 32 perfurante abre o recipiente 13, ou um selo na base, em primeiro contacto, para a ventilar. O atomizador 11 compreende um dispositivo 33 de controlo que conta o número de operações do atomizador 11, de um modo preferido, por detecção de uma rotação da parte 27 interna em 23 relação à parte 2 6 superior de alojamento. Na forma de realização que se ilustra, o dispositivo 33 de controlo actua de modo totalmente mecânico.

Assim, a presente invenção refere-se a atomizadores 11, para fins de inalação, que produzem uma névoa de aerossol praticamente estacionária ou uma névoa de aerossol com uma velocidade de emergência que é suficientemente baixa para que a propagação da névoa de aerossol, praticamente, se imobilize após alguns centímetros. 0 aescoamento de ar suplementar é necessário para se tomar o aerossol 24 por inalação.

Os documentos WO 91/14468 AI e WO 97/12687 AI referem-se a um atomizador com uma pressão de mola, no fluido, de 5 a 60 MPa, de um modo preferido, de 10 a 50 MPa, com um volume por curso de 10 a 50 pL, de um modo preferido de 10 a 20 pL, de um modo muito preferido, cerca de, 15 pL por curso, e tamanho de partícula até 20 pm, de um modo preferido de 3 a 10 pm. A divulgação também se refere, de um modo preferido, a um atomizador com uma forma semelhante à de um cilindro e um comprimento de, cerca de, 9 cm a, cerca de , 15 cm de comprimento e de largura, cerca de, 2 cm a, cerca de, 5 cm, e com uma amplitude de jacto de injectores de 20° a 160°, de um modo preferido de 80° a 100°. Valores desta ordem também se aplicam, como valores particularmente preferidos, ao atomizador 11, de acordo com o ensinamento da presente invenção.

Lisboa, 30 de Novembro de 2006 24

Claims (17)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de produção de uma multiplicidade de configurações (1) microfluídicas, particularmente configurações (5) de injectores, a partir de uma estrutura compósita em forma de placa, em que a estrutura compósita compreende duas placas (2, 3) que são unidas, de modo bidimensional e fixamente, uma à outra e que têm, geralmente, superfícies (4) planares, e uma multiplicidade de estruturas (4) de ranhuras recorrentes, cujas dimensões estão, de um modo preferido, na gama dos micrómetros e que formam canais de escoamento, é disposta numa superfície de, pelo menos, uma das placas (2, 3) que é unida à superfície da outra placa (2, 3), em que a estrutura compósita em forma de placa é trabalhada mecanicamente ao longo de linhas (6) que se estendem entre as estruturas (4) de ranhuras de forma a que, subsequentemente, as configurações (1) microfluídicas, na estrutura compósita, sejam separadas individualmente ou por grupos, caracterizado por as estruturas (4) de ranhuras, da estrutura compósita em forma de placa, serem produzidas de forma a que sejam continuamente unidas umas às outras, pelo menos numa direcção, através das linhas (6), desde um bordo até ao bordo oposto da estrutura compósita em forma de placa, antes do trabalho mecânico, as estruturas (4) de ranhuras, da estrutura compósita em forma de placa, serem preenchidas com um meio de enchimento, pelo menos parcialmente, de um modo tal que as aberturas ou partes das estruturas (4) de ranhuras, cujas aberturas ou partes são abertas para o 1 exterior antes e/ou após o trabalho mecânico, sejam preenchidas com o meio de enchimento, em que o meio de enchimento é seleccionado de forma a que não seja removido das estruturas (4) de ranhuras, quer por intermédio do próprio trabalho mecânico, quer por sistemas de auxilio utilizados durante o trabalho mecânico, e o meio de enchimento ser removido das estruturas (4) de ranhuras das configurações microfluidicas após o trabalho mecânico.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar um meio de enchimento que é imiscivel num e/ou não é dissolvido por um lubrificante de arrefecimento utilizado durante o trabalho mecânico, e ser, de um modo preferido, utilizado um meio de enchimento que não seja solúvel em água.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por se preencherem as estruturas (4) de ranhuras com um meio de enchimento que exista no estado liquido.
4. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por se utilizar um meio de enchimento que se encontre num estado sólido de agregação durante o trabalho mecânico, particularmente à temperatura normal, a qual ocorre durante o trabalho mecânico.
5. 5. Processo de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizado por se introduzir o meio de enchimento nas estruturas (4) de ranhuras a uma temperatura que é 2 significativamente mais elevada do que a temperatura normal.
6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado por a temperatura normal variar entre, cerca de, 2 °C e, cerca de, 120 °C.
7. 7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por a temperatura de enchimento variar entre, cerca de, 5 °C e cerca de, 280 °C.
8. 8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por se utilizarem, álcoois, poliálcoois mono e poli-hídricos, ácidos gordos, ésteres de ácidos gordos saturados e insaturados ou uma mistura destas substâncias.
9. 9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por se evacuar a estrutura compósita antes da estrutura (4) de ranhuras ser preenchida com o meio de enchimento e o enchimento ser efectuado sob vácuo, particularmente a uma pressão residual menor do que, cerca de, 250 mbar.
10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por, após a estrutura de ranhuras ter sido preenchida com o meio de enchimento, se restabelecer, novamente, a pressão normal na estrutura compósita em forma de placa e a solidificação do meio de enchimento, que estava, inicialmente, no estado liquido, ocorrer, de um modo preferido, à pressão normal. 3
11. 11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por se efectuar a remoção do meio de enchimento das estruturas (4) de ranhuras, com o meio de enchimento a uma temperatura elevada.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por se efectuar a remoção do meio de enchimento das estruturas (4) de ranhuras dissolvendo o meio de enchimento num solvente e, opcionalmente, aspergindo a mistura meio de enchimento/solvente.
13. 13. Processo de acordo com a reivindicação 12 e de acordo com a reivindicação 8 em particular, caracterizado por se utilizar um álcool ou um éter como o solvente.
14. 14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por não se remover o meio de enchimento até que as configurações (1) microfluidicas tenham sido limpas, a seguir ao trabalho mecânico.
15. 15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por, devido ao trabalho mecânico ao longo das linhas (6), se introduzirem ranhuras na estrutura compósita, que atravessam uma placa (2, 3) , particularmente a placa compreendendo a estrutura (4) de ranhuras, e que não atravessam a outra placa (2, 3). 4
16. 16. Processo de produção de um atomizador (11) para um fluido (12) compreendendo uma configuração (5) de injectores para atomização do fluido (12), caracterizado por se produzir a configuração (5) de injectores de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.
17. 17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por se formar o atomizador (11) como um inalador, particularmente para terapia médica por aerossóis. Lisboa, 30 de Novembro de 2006 5