WO2008148917A2 - Método de fabricación para dispositivo enfocador de fluido a escala micrométrica - Google Patents

Método de fabricación para dispositivo enfocador de fluido a escala micrométrica Download PDF

Info

Publication number
WO2008148917A2
WO2008148917A2 PCT/ES2008/000413 ES2008000413W WO2008148917A2 WO 2008148917 A2 WO2008148917 A2 WO 2008148917A2 ES 2008000413 W ES2008000413 W ES 2008000413W WO 2008148917 A2 WO2008148917 A2 WO 2008148917A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wafer
fluid
focusing
focused
photolithography
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/ES2008/000413
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008148917A3 (es
Inventor
Antonio Luque Estepa
José Manuel QUERO REBOUL
Francisco Antonio PERDIGONES SÁNCHEZ
Alfonso Miguel GAÑÁN CALVO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universidad de Sevilla
Original Assignee
Universidad de Sevilla
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad de Sevilla filed Critical Universidad de Sevilla
Publication of WO2008148917A2 publication Critical patent/WO2008148917A2/es
Publication of WO2008148917A3 publication Critical patent/WO2008148917A3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • B05B7/0433Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of gas surrounded by an external conduit of liquid upstream the mixing chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30Micromixers
    • B01F33/301Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3011Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions using a sheathing stream of a fluid surrounding a central stream of a different fluid, e.g. for reducing the cross-section of the central stream or to produce droplets from the central stream
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/08Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point
    • B05B7/0884Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point the outlet orifices for jets constituted by a liquid or a mixture containing a liquid being aligned
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00119Arrangement of basic structures like cavities or channels, e.g. suitable for microfluidic systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502776Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for focusing or laminating flows
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0174Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate for making multi-layered devices, film deposition or growing
    • B81C2201/019Bonding or gluing multiple substrate layers

Definitions

  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The drops generated can vary between hundreds of microns and tens of nanometers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

El objeto de la presente invención es un procedimiento de fabricación para un dispositivo destinado a la dispersión de un fluido, llamado enfocado, en otro u otros, llamados enfocantes, de manera precisa y controlada a una escala micrométrica mediante la técnica conocida como 'flow focusing' y dispositivos fabricados según ese procedimiento. El método objeto de la presente invención permite de forma sencilla la fabricación de un dispositivo capaz de producir corrientes coaxiales de fluidos (encapsulación tridimensional). El proceso de fabricación, basado en técnicas estándar en tecnología de microsistemas (sistemas microelectromecánicos o MEMS, Micro Electro Mechanical Systems), permite la producción masiva de los dispositivos de dispersión con una precisión micrométrica, a bajo coste, y con un tamaño muy reducido. El dispositivo fabricado puede ser fácilmente integrado en matrices bidimensionales, pudiéndose crear flujos coaxiales en la dirección perpendicular a la matriz de dispositivos.

Description

TÍTULO
MÉTODO DE FABRICACIÓN PARA DISPOSITIVO ENFOCADOR DE FLUIDO A ESCALA MICROMÉTRICA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de Ia presente invención es un procedimiento de fabricación para un dispositivo destinado a Ia dispersión de un fluido, llamado enfocado, en otro u otros, llamados enfocantes, de manera precisa y controlada a una escala micrométrica mediante Ia técnica conocida como "flow focusing" y dispositivos fabricados según ese procedimiento
El método objeto de Ia presente invención permite de forma sencilla Ia fabricación de un dispositivo capaz de producir corrientes coaxiales de fluidos (encapsulación tridimensional). El proceso de fabricación, basado en técnicas estándar en tecnología de microsistemas (sistemas microelectromecánicos o MEMS, Micro Electro Mechanical Systems), permite Ia producción masiva de los dispositivos de dispersión con una precisión micrométrica, a bajo coste, y con un tamaño muy reducido.
El dispositivo fabricado puede ser fácilmente integrado en matrices bidimensionales, pudiéndose crear flujos coaxiales en Ia dirección perpendicular a Ia matriz de dispositivos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La técnica conocida como Flow-Focusing, o enfocamiento de fluido, es un método mecánico para Ia producción de chorros de muy pequeño diámetro. Según Ia forma de aplicación del método, puede conseguirse un chorro estable, o puede forzarse a éste a romperse en microgotas de tamaño controlado. La técnica se basa en envolver el chorro de líquido con otro fluido inmiscible con el primero, de manera que éste fluye coaxialmente con dicho fluido inmiscible (o enfocante). También es posible utilizar un líquido como fluido envolvente y que el fluido enfocado sea un gas.
Las principales aplicaciones de Ia encapsulación de fluido son las siguientes:
1. Generación de aerosoles. Mediante Ia dispersión de un líquido dentro del aire es posible generar gotas con tamaños muy controlados y homogéneos. Los diámetros de
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) las gotas generadas pueden variar entre los cientos de mieras y las decenas de nanómetros.
2. Generación de burbujas. Si el fluido enfocado es un gas y el fluido enfocante un líquido, entonces se generan burbujas, cuyo tamaño es perfectamente uniforme y puede ser controlado.
3. Generación de espumas y emulsiones. Mediante Ia aplicación de los dos métodos descritos en los epígrafes anteriores, es posible Ia producción altamente eficiente de emulsiones y espumas.
4. Producción de partículas complejas. Si se aplica Ia técnica de chorros coaxiales de fluidos inmiscibles dos o más veces sucesivamente, y se provoca su rotura en gotas, puede lograrse Ia producción de gotas de fluido que contengan en su interior otras gotas. Estas partículas encuentran aplicación en Ia dispensación de medicamentos, cuyo principio activo estaría en el interior, y se encontraría rodeado de un material protector que se disolvería, liberando dicho principio activo de manera controlada.
6. Análisis de partículas. Un analizador de partículas es capaz de medir las propiedades espectro-fotométricas de las partículas que circulan. Para conseguir un flujo lineal de partículas, es habitual forzar el fluido que las contiene a fluir rodeado por otra corriente coaxial. De esta forma, se consigue un chorro altamente estable y de dimensiones predeterminadas.
7. Citometría de flujo. En el caso de que las partículas analizadas según el método descrito en el epígrafe anterior sean células de un organismo animal o vegetal, Ia técnica se denomina citometría de flujo.
Existen varias técnicas y dispositivos conocidos para el enfocamiento bidimensional de fluidos (ver, por ejemplo, Ia patente US20040043506, inventores Haussecker y Sundarajan). Las técnicas de fabricación habitualmente empleadas para estos dispositivos permiten realizar agrupaciones lineales de los mismos, pero hacen extremadamente difícil realizar una matriz bidimensional de dispositivos.
También se han diseñado previamente dispositivos y sus procesos de fabricación correspondientes para lograr una encapsulación tridimensional de fluidos (ver Sundarajan et al., IEEE J. Microelectromech. Syst, vol. 13, no. 4, pp. 559-567). Hasta ahora, los procesos de fabricación y los materiales utilizados para estos dispositivos no permiten Ia agrupación de varios formando una matriz bidimensional.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) La integración de los dispositivos de encapsulación de fluido en matrices ofrece Ia ventaja de permitir una mayor producción en Ia unidad de tiempo, aumentando Ia eficiencia del sistema global.
Otros procesos de fabricación para dispositivos de encapsulación integrables en matrices han sido publicados previamente (por ejemplo, patente ES2199048, inventor Gañán-Calvo), pero son complejos y el nivel de integración que se alcanza es pequeño, dada Ia dificultad de mecanizar a pequeña escala los materiales en los que se basan, principalmente metales.
El alto número de patentes y publicaciones científicas orientadas a Ia consecución de un dispositivo de enfocamiento de flujo que se pueda fabricar fácilmente a pequeña escala y sea integrable en matrices demuestra Ia utilidad de dicho dispositivo.
En cuanto a los procesos de fabricación de dispositivos micrométricos, éstos se clasifican en mecanizado, grabado y moldeado. Las técnicas de mecanizado tradicional no suelen ser adecuadas para Ia construcción de un dispositivo como el descrito, ya que carecen de Ia precisión necesaria, y además no poseen Ia economía de escala necesaria para fabricar grandes cantidades a bajo coste. Los procesos de moldeado se utilizan para fabricar dispositivos de geometría compleja usando materiales moldeables, pero actualmente no son tan ampliamente usados para fabricar microsistemas como los procesos de grabado. Los procesos de grabado, que se utilizan en el método de fabricación objeto de Ia presente invención, evolucionan de las técnicas de fabricación de circuitos integrados en microelectrónica, y están basadas en reacciones químicas que eliminan material de un sustrato. Pueden clasificarse en grabado en superficie o en volumen, según sea Ia geometría del material a grabar. A su vez, las técnicas de grabado en volumen se dividen en grabado húmedo (cuando el reactivo que elimina el material se encuentra en fase líquida) y grabado seco (cuando está en cualquier otra fase, normalmente gaseosa).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El método de fabricación que se describe está destinado a Ia fabricación de un dispositivo que posea dos entradas de fluido y una única salida, por Ia que saldrán al exterior ambos fluidos de entrada. La configuración geométrica interna posibilita Ia realización de Ia técnica conocida como "flow-focusing", en Ia que uno de los fluidos, llamado enfocante, rodea completamente al otro fluido, llamado enfocado, de manera que éste es arrastrado concéntricamente por el enfocante en forma de un micro-chorro
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) capilar o de gotas microscópicas, siendo el tamaño de éstas determinado por las condiciones de flujo (caudal) de ambos fluidos enfocante y enfocado.
Este dispositivo tiene usos en sectores de Ia técnica como Ia industria farmacéutica (encapsulación de fármacos), Ia ciencia e ingeniería de materiales, Ia industria alimentaria, Ia industria química, Ia biotecnología, y Ia instrumentación científica.
Algunas de las aplicaciones del dispositivo son Ia generación de microsprays, microgotas, y espumas, así como Ia creación de partículas complejas, y el análisis de partículas o células.
Las ventajas que presenta el método objeto de Ia presente invención respecto a otras invenciones previas son:
- Permite de forma sencilla Ia fabricación de un dispositivo capaz de producir corrientes coaxiales de fluidos (enfocado tridimensional), Io que otros métodos desarrollados anteriormente no son capaces de realizar.
- El proceso de fabricación, basado en técnicas estándar en tecnología de microsistemas, permite Ia producción masiva de los dispositivos de dispersión con un bajo coste, y con un tamaño muy reducido (estando las dimensiones en el orden de las mieras).
- El dispositivo fabricado puede ser fácilmente integrado en matrices bidimensionales, pudiéndose además crear flujos coaxiales en Ia dirección perpendicular a Ia matriz de dispositivos.
El dispositivo objeto de Ia invención consiste en dos obleas que han sido mecanizadas y unidas para Ia encapsulación de fluidos, como se muestra en Ia figura 2. En Ia oblea (1) hay un taladro (4) por donde asciende el fluido enfocado. El fluido enfocante es aportado a través del conducto (6) hasta alcanzar Ia estructura cilindrica (5) encargada de conducir el fluido enfocado. Esta geometría garantiza Ia encapsulación del fluido enfocado por parte del fluido enfocante. Ambos fluidos salen por el orificio (3) de descarga de Ia oblea (2) superior.
El proceso de fabricación de Ia invención es el siguiente (ver figura 5):
1. Se realiza un grabado en una oblea de silicio (oblea #1) mediante un reactor RIE (Reactive Ion Etching), para realizar canales de reparto del fluido enfocante. El
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) grabado se realiza partiendo de una cara A de Ia oblea. Para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía sobre Ia misma cara A, usando una máscara que contiene Ia forma de los canales, y mediante Ia que se protegen las zonas que no se desean grabar. 2. Usando Ia misma máscara que en el paso 1 , se realiza fotolitografía sobre Ia cara B de Ia oblea #1 , y se graban las zonas no protegidas, creando una imagen especular de los canales existentes en Ia cara B, con una profundidad menor. Esta imagen se utilizará posteriormente para Ia alineación entre máscaras en otras etapas de fotolitografía. 3. Desde Ia cara B de Ia oblea #1 se vuelve a realizar otra etapa de fotolitografía, alineando Ia máscara con Ia copia de los canales realizada en el paso 2, y posteriormente se graba Ia oblea en todo su espesor usando RIE. De esta forma se crea el paso necesario para el fluido enfocado.
4. En una oblea #2 se realiza un grabado RIE desde su cara B, definiendo previamente Ia forma mediante fotolitografía. La profundidad de este grabado determina Ia separación entre el extremo superior de Ia superficie cilindrica (5) y Ia oblea superior (2).
5. Las dos obleas se unen mediante un proceso físico o químico de unión hermética, por ejemplo unión por fusión de silicio, o unión anódica. 6. En Ia oblea #2 se define una zona en su cara superior mediante fotolitografía, y mediante RIE se practica un orificio pasante que comunique el exterior con Ia cavidad creada en el interior de las dos obleas. Este orificio debe estar alineado con el orificio pasante del interior de Ia estructura cilindrica (5) y permitirá Ia salida de los fluidos enfocados y enfocante una vez producida Ia encapsulación. 7. Adicionalmente, en el paso 6 se puede mecanizar Ia oblea #2 para realizar Ia tobera de descarga (9) de Ia figura 3, o para reducir su espesor. 8. Asimismo, es posible mecanizar Ia oblea #1 por su cara inferior para definir mediante fotolitografía una red de canales de reparto del fluido enfocado, que lleve a éste hasta Ia entrada del orificio interno a Ia estructura cilindrica.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1. Concepto de enfocamiento de fluidos
En Ia figura, (7) es el fluido enfocante y (8) el fluido enfocado.
Figura 2. Sección del dispositivo
El dispositivo consta de dos obleas: inferior #1 (1) y superior #2 (2), que han sido micromecanizadas y unidas. En Ia oblea inferior (1) se ha tallado una superficie cilindrica (5) y una cámara de remanso que Ia rodea desde Ia cara superior. Desde Ia cara inferior
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) de la oblea (1) se han abierto dos orificios de entrada para el fluido enfocado (4) y fluido enfocante (6). En Ia oblea superior (2) se ha abierto un orificio de salida (3) que se encuentra alineado con el orificio de entrada de fluido enfocado (4). El fluido enfocado entra por (4) mientras que el fluido enfocante entra por (6). La forma cilindrica en (5) hace que el fluido enfocante envuelva al fluido enfocado y que ambos salgan por el orificio (3).
Figura 3. Sección del dispositivo, con geometría alternativa para Ia salida
El orificio de descarga puede presentar distintas geometrías de salida. En Ia figura 3 se muestra una salida cónica (9). Otros perfiles en Ia tobera de descarga son posibles.
Figura 4. Disposición de varios dispositivos integrados formando una matriz
En esta figura se aprecia cómo los dispositivos pueden fabricarse a partir del mismo sustrato, distribuidos en un plano, y con Ia salida del fluido encapsulado perpendicular a dicho plano.
Figura 5. Proceso de fabricación
El dibujo (a) muestra el rebaje realizado inicialmente en una oblea inferior #1 para crear Ia superficie cilindrica y Ia cámara de remanso. El dibujo (b) muestra el grabado desde Ia cara inferior para finalizar el orificio interior a Ia superficie cilindrica (por donde circulará el fluido enfocado) y el orificio de entrada del fluido enfocante. El dibujo (c) muestra el rebaje realizado en Ia oblea superior #2, y que determina Ia separación entre Ia superficie cilindrica y Ia tapadera. El dibujo (d) muestra Ia unión de las dos obleas mecanizadas hasta ahora. El dibujo (e) muestra el dispositivo final, después de realizar el orificio de salida en Ia oblea superior.
MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En Io que sigue se explica un ejemplo de modo de realización de Ia presente invención que no pretende ser ni exhaustivo ni limitar el campo que cubre Ia presente invención, y sólo se incluye a modo ilustrativo, estando el campo limitado sólo por las reivindicaciones que se exponen al final.
El método de fabricación es similar al que se ha descrito anteriormente. Al tratarse de técnicas estándar de fabricación de microsistemas, las dimensiones óptimas para este método de fabricación van desde pocos micrómetros hasta decenas o centenas. El proceso de fabricación de un dispositivo típico consiste en:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) 1a. Fotolitografía de una oblea inferior de silicio de 380 micrómetros de espesor, definiendo una red de canales de reparto de fluido enfoncante de anchura variable y comprendida entre los 100 y los 400 micrómetros.
1b. Grabado RIE de Ia oblea, con una profundidad de 180 micrómetros (um) en las zonas definidas por Ia fotolitografía anterior.
2a. Fotolitografía en Ia cara opuesta (inferior) de Ia misma oblea usando Ia misma máscara que en el paso 1a.
2b. Grabado de Ia oblea por Ia cara inferior, con una profundidad de 5um para usarlo como patrón de alineación.
3a. Fotolitografía desde Ia cara inferior usando una nueva máscara y alineándola con los patrones realizados en el paso 2b, definiendo orificios de 50um de diámetro, que se usarán como canales para el fluido enfocado. 3b. Grabado profundo (Deep RIE) de Ia oblea desde Ia cara inferior en las zonas definidas por Ia fotolitografía realizada en 3a. La profundidad del grabado es Ia necesaria para atravesar completamente todo el espesor de Ia oblea, en este caso 380um.
4a. En una nueva oblea superior de silicio de 380um de espesor se realiza una fotolitografía en Ia cara inferior, definiendo las áreas en las que el fluido enfocante se encuentra con el enfocado. Estas áreas tienen un diámetro de 600um. 4b. Grabado de Ia oblea en las zonas definidas en Ia fotolitografía anterior, con una profundidad de 20um.
5. Unión por fusión de las dos obleas de silicio, con Ia segunda oblea encima de Ia primera.
6. Reducción por mecanizado del espesor de Ia segunda oblea, hasta que el espesor resultante sea de 20um.
7a. Fotolitografía en Ia cara superior del conjunto formado por las dos obleas, definiendo los orificios de salida, con un diámetro de 50um.
7b. Grabado profundo de Ia segunda oblea desde su cara superior en las zonas definidas por Ia fotolitografía anterior, con Ia profundidad necesaria para perforar Ia oblea en su totalidad (en este caso 20um).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de fabricación de un dispositivo de nebulización mediante enfocamiento capilar de fluidos que consta de n bocas de descarga, por las que sale un fluido enfocado, situadas en una o varias cámaras de remanso y que están enfrentadas a n orificios de salida a través de los cuales sale el fluido enfocado y uno o varios fluidos enfocantes, caracterizado por que comprende los siguientes subprocesos en el orden indicado o en cualquier otro: a. se realiza un grabado o ataque químico sobre Ia cara A de una oblea #1 que, en una o varias etapas, define en su superficie una o varias cámaras de remanso dentro de las que se definen n bocas de descarga, siendo n mayor o igual que uno; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía; b. se realiza un grabado o ataque químico sobre Ia oblea #1 que, en una o varias etapas, define (i) una o varias entradas de fluido enfocante que alimentan directa o indirectamente a todas las cámaras de remanso y (ii) n entradas de fluido enfocado que alimentan a las n bocas de descarga; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía; c. se realiza un grabado o ataque químico sobre Ia cara A de Ia oblea #1 que, en una o varias etapas, define uno o varios canales que permiten distribuir el fluido enfocante desde Ia o las entradas de enfocante a cada una de las cámaras de remanso en donde se encuentran las n bocas de descarga; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía; d. se realiza un grabado o ataque químico sobre Ia cara B de Ia oblea #1 que, en una o varias etapas, define una red de distribución con o sin canales que permiten distribuir el fluido enfocado a cada una de las n entradas de fluido enfocado desde una o varias entradas generales; se considera un caso particular de esta red de canales que exista una entrada general para cada entrada de enfocado; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía; e. se realiza un grabado o ataque químico sobre una oblea #2 que, en una o varias etapas, define los n orificios de salida del dispositivo; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía; f. se realiza un grabado o ataque químico sobre Ia cara B de Ia oblea #2 que, en una o varias etapas, rebaja el espesor de Ia placa en las inmediaciones de los n orificios de salida en una cantidad igual o
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) superior a Omm; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía; g. se utiliza un método físico o químico para unir Ia cara A de Ia oblea #1 a
Ia cara B de Ia oblea #2, de manera que las n bocas de descarga quedan alineadas con los n orificios de salida, estando separados por una distancia determinada por el rebaje de Ia cara B de Ia oblea #2 y Ia altura de Ia boca de descarga de Ia oblea #1.
2. Procedimiento de fabricación de un dispositivo de nebulización mediante enfocamiento capilar de fluidos que consta de n bocas de descarga por las que sale un fluido enfocado, situadas en una o varias cámaras de remanso y que están enfrentadas a n orificios de salida a través de los cuales sale el fluido enfocado y uno o varios fluidos enfocantes, según Ia reivindicación 1 caracterizado por que comprende los siguientes subprocesos en el orden indicado o en cualquier otro: a. se realiza un grabado químico mediante un reactor RIE (reactive ion etching) sobre Ia cara A de una oblea de silicio #1 que, en una o varias etapas, define en su superficie una o varias cámaras de remanso dentro de las que se definen n bocas de descarga, siendo n mayor o igual que uno; para definir Ia forma a grabar se realiza primero una etapa de fotolitografía usando las máscaras necesarias; b. definiendo previamente Ia forma y alineación mediante fotolitografía, se realiza un grabado químico mediante reactor RIE sobre Ia oblea #1 que, en una o varias etapas, define (i) una o varias entradas de fluido enfocante que alimentan directa o indirectamente a todas las cámaras de remanso y (ii) n entradas de fluido enfocado que alimentan a las n bocas de descarga; c. definiendo previamente Ia forma y alineación mediante fotolitografía, se realiza un grabado químico mediante reactor RIE sobre Ia cara A de Ia oblea #1 que, en una o varias etapas, define uno o varios canales que permiten distribuir el fluido enfocante desde Ia o las entradas de enfocante a cada una de las cámaras de remanso en donde se encuentran las n bocas de descarga; d. definiendo previamente Ia forma y alineación mediante fotolitografía, se realiza un grabado químico mediante reactor RIE sobre Ia cara B de Ia oblea #1 que, en una o varias etapas, define una red de distribución con o sin canales que permiten distribuir el fluido enfocado a cada una de las n entradas de fluido enfocado desde una o varias entradas generales; se considera un caso particular de esta red de canales que exista una entrada general para cada entrada de enfocado;
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) e. definiendo previamente Ia forma y alineación mediante fotolitografía, se realiza un grabado químico mediante un reactor RIE sobre una oblea de silicio #2 que, en una o varias etapas, define los n orificios de salida del dispositivo; f. definiendo previamente Ia forma y alineación mediante fotolitografía, se realiza un grabado químico mediante reactor RIE sobre Ia cara B de Ia oblea #2 que, en una o varias etapas, rebaja el espesor de Ia placa en las inmediaciones de los n orificios de salida en una cantidad igual o superior a Omm; g se utiliza un método de unión por fusión para unir Ia cara A de Ia oblea
#1 a Ia cara B de Ia oblea #2, de manera que las n bocas de descarga quedan alineadas con los n orificios de salida, estando separados por una distancia determinada por el rebaje de Ia cara B de Ia oblea #2 y Ia altura de Ia boca de descarga de Ia oblea #1.
3. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado por que una o varias de sus etapas son realizadas por ablación láser en lugar de ataque químico con etapas de fotolitografía.
4. Procedimiento según reivindicaciones 1-3, caracterizado por que Ia boca de descarga que se obtiene es un tubo de sección circular, o un conducto de sección variable con una geometría tridimensional, incluyendo formas troncocónicas, piramidales, axilsimétricas con generatriz curva o combinaciones de las mismas.
5. Procedimiento según reivindicaciones 1-3, caracterizado por que el orificio de salida que se obtiene es de sección circular a Io largo de toda su longitud o tiene sección variable y una geometría tridimensional, incluyendo formas troncocónicas, piramidales, axilsimétricas con generatriz curva, toberas convergentes, toberas divergentes, toberas convergente-divergente o combinaciones de las mismas.
6. Procedimiento según reivindicaciones 1-3, caracterizado por que Ia unión de las dos obleas se realiza mediante Ia unión por fusión química, unión anódica, adhesivos convencionales, unión mecánica u otros procedimientos que aseguren Ia fijación de Ia geometría y Ia ausencia de fugas intersticiales.
7. Procedimiento según reivindicaciones 1-3, caracterizado por que Ia oblea #1 y/o #2 son sometidas en algún momento a una o varias etapas adicionales de procesado físico o químico, en particular fresado físico-químico, mecanizado convencional, ablación láser, que permiten variar el espesor de Ia oblea, Ia forma de los orificios de salida, Ia forma de los canales y/o las bocas de descarga.
8. Dispositivo de nebulización caracterizado por estar fabricado según procedimientos de reivindicaciones 1-7.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
9. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que el material base sobre el que se forman las estructuras es silicio y que las técnicas de grabado utilizadas sobre las obleas son técnicas convencionales en Ia fabricación de microsistemas.
10. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que el material base sobre el que se forman las estructuras es vidrio, material compuesto, plástico, o cualquier otro susceptible de ser mecanizado por ataque o grabado químicos según el procedimiento descrito.
11. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que n es igual a 1 y, por tanto el dispositivo consta de una sola boca de descarga y un solo orificio de salida.
12. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que Ia dirección del fluido enfocado en el interior de Ia boca de descarga es esencialmente perpendicular a las dos obleas.
13. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que Ia entrada del fluido enfocado proviene de otro dispositivo enfocador de fluido según reivindicación 8, estando por tanto dicha entrada constituida a su vez por un fluido enfocado y un fluido enfocante. Se consigue de esta forma el enfocamiento de tres fluidos simultáneamente. El dispositivo completo puede construirse apilando dos dispositivos como los descritos en Ia reivindicación 8, de forma que Ia salida de los dos fluidos encapsulados del dispositivo inferior se conecte a Ia entrada del fluido o del dispositivo superior.
14. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que consta de electrodos que permiten establecer una diferencia de potencial eléctrica entre el orificio de salida y Ia boca de descarga, de modo que el campo eléctrico generado provoca efectos sobre Ia formación y rotura del chorro microenfocado.
15. Dispositivo según reivindicación 8, caracterizado por que Ia o las entradas del fluido enfocante que alimentan a Ia o las cámaras de remanso se encuentran en Ia cara B o en Ia cara lateral de Ia oblea #1.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
PCT/ES2008/000413 2007-06-06 2008-06-05 Método de fabricación para dispositivo enfocador de fluido a escala micrométrica Ceased WO2008148917A2 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200701626A ES2310967B2 (es) 2007-06-06 2007-06-06 Metodo de fabricacion para dispositivo enfocador de fluido a escala m icrometrica.
ESP200701626 2007-06-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2008148917A2 true WO2008148917A2 (es) 2008-12-11
WO2008148917A3 WO2008148917A3 (es) 2009-01-29

Family

ID=40094229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2008/000413 Ceased WO2008148917A2 (es) 2007-06-06 2008-06-05 Método de fabricación para dispositivo enfocador de fluido a escala micrométrica

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2310967B2 (es)
WO (1) WO2008148917A2 (es)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9091434B2 (en) 2008-04-18 2015-07-28 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Meso-scaled combustion system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104865002B (zh) * 2015-05-05 2017-04-12 苏州曼普拉斯传感科技有限公司 一种mems压力传感器装置及封装方法
US10369579B1 (en) 2018-09-04 2019-08-06 Zyxogen, Llc Multi-orifice nozzle for droplet atomization

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2199048B1 (es) * 2002-02-04 2005-06-01 Universidad De Sevilla Dispositivo multidispositivo y procedimiento para la produccion de chorros capilares y particulas micro y nanometricos.
TW577855B (en) * 2003-05-21 2004-03-01 Univ Nat Cheng Kung Chip-type micro-fluid particle 3-D focusing and detection device
US7115230B2 (en) * 2003-06-26 2006-10-03 Intel Corporation Hydrodynamic focusing devices
US20070054119A1 (en) * 2005-03-04 2007-03-08 Piotr Garstecki Systems and methods of forming particles
ES2273572B1 (es) * 2005-05-04 2008-04-01 Universidad De Sevilla Procedimiento de preparacion de particulas de tamaño micro y nanometrico con productos labiles y particulas obtenidas.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9091434B2 (en) 2008-04-18 2015-07-28 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Meso-scaled combustion system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008148917A3 (es) 2009-01-29
ES2310967B2 (es) 2009-07-21
ES2310967A1 (es) 2009-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hwang et al. Microchannel fabrication on glass materials for microfluidic devices
ES2269980T3 (es) Filtro antimicrobiano microfluido.
Walczak et al. Inkjet 3D printing of microfluidic structures—on the selection of the printer towards printing your own microfluidic chips
Li et al. Fabrication of PDMS microfluidic devices with 3D wax jetting
US11794187B2 (en) Highly parallelized droplet microfluidic apparatus
US7115230B2 (en) Hydrodynamic focusing devices
JP5065803B2 (ja) 微量液体秤取装置、それを有するマイクロチップ及び微量な液体の秤取方法
JP6004446B2 (ja) 多層マイクロ流体プローブ・ヘッド及びその製造方法
Tottori et al. High-throughput production of satellite-free droplets through a parallelized microfluidic deterministic lateral displacement device
US20180071739A1 (en) Platform For Liquid Droplet Formation And Isolation
ES2310967B2 (es) Metodo de fabricacion para dispositivo enfocador de fluido a escala m icrometrica.
JP2017534840A (ja) 微細構造分離フィルタ
CN106061599B (zh) 环形微流体探头的制造
CN102896006B (zh) 微球分离筛选芯片及其制备方法
US9358512B2 (en) Fluid control device and fluid mixer
WO2016030551A1 (es) Procedimiento y dispositivo de generación de emulsiones micrométricas simples y compuestas
Luque et al. Silicon microdevice for emulsion production using three-dimensional flow focusing
JP2019506218A (ja) 微細構造化ノズル及びその生成
Sayah et al. Fabrication of microfluidic mixers with varying topography in glass using the powder-blasting process
Yew et al. Advances in Droplet Microfluidics
KR101492035B1 (ko) 베시클 제조장치
US20240352389A1 (en) Fluidic chip and cell encapsulation system
TWI243741B (en) Micro-channel structure mold machining
Luque et al. Integrable silicon microsystem for three-dimensional flow focusing
JP5234460B2 (ja) 観察体の観察台及び観察方法

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08805287

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08805287

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2