专利名称：具有高长径比的铸塑聚合物层的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及与生物溶液或流体接触使用的具有高长径比的构图聚合物层。更特别地，本发明涉及构图聚合物层，它包括通过具有高长径比，即高度与厚度之比大于或等于5的壁划界的沟槽或井的微结构。本发明还涉及生产这种构图的聚合物层的方法。
背景技术：
在生物医学部门，过滤含生物组分，例如蛋白质，酶，抗体，抗原，DNA，细胞，血小板，等等的生物溶液或生物流体的器件是已知的。所述器件包括通过具有高长径比的壁划界的一系列的微米尺寸的沟槽或井。 典型地通过干蚀硅或ー些其他无机材料的基底的技木，制造这种器件。例如，美国专利6841339公开了使用US5501893中所述的等离子体各向异性侵蚀方法(Bosch法)，或者“蚀刻并涂布(etch-and-coat)”型的另一方法，制备硅的微模具(micromold)的方法，其中侵蚀法与钝化法，即在形成过程中保护壁的方法平行地进行。美国专利5256360公开了使用EDM装置(EDM :放电机械加工)制造具有许多棒状突出物的过滤器模具，并建议使用激光束微机械加工或电子束微机械加工技术。或者替代地，已知获得具有高长径比的微结构的微侵蚀的其他技木。例如，US6582890 公开了使用来自德国“Lithographische Galvanoformung Abformtechnik” 的X-射线曝光的方法，称为缩写LIGA和SLIGA。这些方法由于成本和操作者暴露于X-射线下的危险是受到批评的，并建议使用一系列的沉积和暴露于光敏层，使用“ lost”模具，制备具有高长径比的多层微结构的方法。采用现有技术的方法制造的器件的第一个缺点是，生产技术非常昂贵。而且，在硅或ー些其他无机材料的基底上生产的器件非常脆，其具有差的机械性能，结果它们容易破碎。而且，硅或无机材料的表面的水或水溶液可润湿性差。因此，采用这些材料制造的器件要求用化学试剂，例如聚こニ醇和/或官能化试剂(所述试剂可能改变器件几何形状)，或者用物理试剂(所述试剂保证不了长期耐久性)，例如基于氮或形成气体的等离子处理，从而表面处理。因它们在其下进行的条件(高温，高真空)导致这些处理可能困难且昂贵。申请人:确定使用其中液体単体或预聚物倾倒在模具内，然后聚合的聚合模塑技术本身并不导致产生微米结构，这是因为从模具中取出聚合物困难且容易破裂。或者替代地，在当使用模具分解(dissolution)的情况下，该方法对于具有高长径比的微结构来说，尤其昂贵，因为它需要针对每一器件制造模具。
发明内容
申请人:已发现，使用常规材料和技术满足不了在过滤生物溶液或生物流体的现代器件上强加的要求。事实上，申请人观察到，过滤生物溶液或生物流体的器件应当由与更具有抗性且不那么发脆的材料制造，从而通过不那么昂贵的方法，显示出良好的固有的可润湿性特征。申请人:已发现，采用其中使用丙烯酸类和/或环氧可聚合材料的聚合模塑方法和由有机材料，例如光敏聚合物材料， 或者无机材料，例如硅或金属制造的模具，可克服前述缺点，其中所述模具表面用合适的聚合抑制剂处理过。因此，本发明涉及ー种器件，它包括与生物溶液或流体接触使用的具有高长径比的构图聚合物层，以及生产所述层的方法，该方法包括使用丙烯酸类和/或环氧可聚合材料的聚合模塑段和有机或无机性质的模具。
图I示出了根据本发明，在生产构图聚合物层的方法的过程中，模具-可聚合制剤-基底体系的截面视图，其特征在于一系列的平行通道。图1(a)示出了空模具，图1(b)示出了用液体可聚合的制剂填充的模具，图I (C)示出了基底的定位和聚合，图I (d)示出了从模具中分离基底-构图聚合物层体系。图2示出了根据本发明，在生产用图I的构图聚合物层的覆盖层表示的不同构图聚合物层的方法过程中，模具-可聚合制剤-基底体系的截面视图。图2(a)示出了空模具，图2 (b)示出了用液体可聚合的制剂填充的模具，图2 (c)示出了基底的定位和聚合，图2 (d)示出了从模具中分离基底-构图聚合物层体系。图3示出了在组装方法的过程中，构图聚合物层-覆盖层体系的截面视图。图3(a)示出了两个组件的组装，和图3(b)示出了成品。
具体实施方案本发明涉及ー种器件，它包括与生物溶液或流体接触使用的具有高长径比的构图聚合物层，以及生产所述层的方法，该方法包括利用有机或无机性质的模具，使用丙烯酸类和/或环氧可聚合材料的聚合模塑段。采用本发明方法获得的构图聚合物层包括通过高长径比，即高度与宽度之比大于或等于5的壁划界的沟槽或井的微结构。术语微结构是指至少ー维尺寸(高度，宽度或长度)为微米尺寸，即小于500微米，优选小于100微米的三维结构。在本发明中使用的模具可由显著宽泛的各种材料制成。可使用由无机材料，例如，硅和金属，或者有机材料，例如光敏聚合物(SU-8)制成的模具。优选地，使用由硅制成的模具。可通过各种技术，例如蚀刻,热压花,激光,激光喷砂处理(blasting)，微机械加工等等，由平坦的光滑表面为起始生产该模具。具有高定义结构的模具的一个实例可由通过干法蚀刻在其上产生微细结构的硅片制成。制造在本发明方法中使用的高定义模具的方法的实例公开于前述专利US5501893和 US6841339 中。如图2所示，视需要，使用本发明的方法，可通过合适地构图的模具I'，生产含以上提及的微结构的器件用的覆盖层4'。可将它们胶合到该器件上，以便获得过滤含生物组分的生物溶液或生物流体的器件10，如图3所示。器件10包括图3中未示出的合适的入口和出口开ロ，以供喂料和待过滤的流体离开。获得具有高长径比的构图聚合物层所使用的制剂可以是丙烯酸类或环氧类。优选地，使用丙烯酸类制剂，以便获得构图聚合物层表面的高极性。所使用的制剂类型对制造模具和基底所使用的方法和材料以及生产本发明的构图聚合物层所使用的方法具有影响。所使用的制剂在聚合之后必须提供对模具表面粘合性非常低，但对基底表面粘合性非常高的聚合物材料。按照这一方式，可在没有引起完成的制品破损和/或缺陷的情况下，分离构图聚合物层和模具。申请人:已发现，使用前述丙烯酸类和/或环氧制剂可获得具有良好防结垢性能，即尤其抗污垢沉积物形成，且生物相客，即对与之接触的生物流体没有相互作用，且没有从该层或者从生物流体中分别发生组分的任何释放或吸收的构图聚合物层。 因此，使用丙烯酸类和/或环氧制剂是指可避免通常改进防结垢性能和生物相容性所使用的所有表面处理，例如热，电晕，等离子体处理等。此外，申请人已发现，使用前述丙烯酸类和/或环氧制剂使得可获得聚合物层表面较好的可润湿性。丙烯酸类制剂优选包括至少ー种多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯単体，和至少ー种聚亚烷基ニ醇单(甲基)丙烯酸酯単体的混合物。多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯单体优选选自三丙烯酸酯类，例如双三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(DiTMPTTA)，三-(2-羟こ基)-异氰脲酸酯三丙烯酸酯(TEICTA)，ニ季戊四醇三丙烯酸酯(DiPETA)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯こ氧化物(ΤΜΡΕ0ΤΑ)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯丙氧化物(ΤΜΡΡ0ΤΑ)，季戊四醇三丙烯酸酯こ氧化物(ΡΕΤΕ0ΙΑ)，甘油基三丙烯酸酯丙氧化物(GPTA)，季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)，和改性季戊四醇三丙烯酸酯；和三甲基丙烯酸酯类，例如三こニ醇三甲基丙烯酸酷(TIEGTMA)，四こニ醇三甲基丙烯酸酯(TTEGTMA)，聚こニ醇三甲基丙烯酸酯(PEGTMA)，三羟基己烷三甲基丙烯酸酯(HTTMA)，双酚A三甲基丙烯酸酯こ氧化物，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)。优选使用多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯こ氧化物或丙氧化物単体。使用多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯こ氧化物或丙氧化物単体会改进本发明所得构图聚合物层表面的可润湿性。而且，使用通常粘度低的液体的多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯こ氧化物或丙氧化物単体允许降低制剂粘度，结果更好地填充模具的微腔。优选的多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯こ氧化物或丙氧化物单体包括，但不限于，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯こ氧化物(ΤΜΡΕ0ΤΑ)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯丙氧化物(ΤΜΡΡ0ΤΑ)，季戊四醇三丙烯酸酯こ氧化物(ΡΕΤΕ0ΙΑ)，甘油基三丙烯酸酯丙氧化物(GPTA)，双酚A三甲基丙烯酸酯こ氧化物，和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯こ氧化物(TMPETMA),以商品名 Omnimer 商购于例如 IGM Resins。丙烯酸类制剂优选包括约40%-约90%重量多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯こ氧化物或丙氧化物単体，基于丙烯酸类制剂的总重量。根据优选的实施方案，丙烯酸类制剂优选包括约50%-约80%重量多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯こ氧化物或丙氧化物単体，基于丙烯酸类制剂的总重量。聚亚烷基ニ醇单(甲基)丙烯酸酯単体优选选自(甲基)丙烯酸酯类，例如聚丙ニ醇单甲基丙烯酸酯，聚こニ醇单甲基丙烯酸酯，聚こニ醇-聚丙ニ醇单甲基丙烯酸酯，聚丙ニ醇单丙烯酸酯，聚こニ醇单丙烯酸酯，聚丙ニ醇聚三亚甲基单丙烯酸酷，聚こニ醇聚四亚甲基ニ醇单甲基丙烯酸酷，甲氧基聚こニ醇单甲基丙烯酸酷，全氟烷基こ基聚氧亚烷基单甲基丙烯酸酯，及其结合物。前述(甲基)丙烯酸酯类例如商购于Nippon Oils & FatsCo.,其商品名为Blemmer PP系列(聚 丙ニ醇单甲基丙烯酸酷)，Blemmer PE系列(聚乙ニ醇单甲基丙烯酸酷)，Blemmer PEP系列(聚こニ醇-聚丙ニ醇单甲基丙烯酸酷)，BlemmerAP-400 (聚丙ニ醇单丙烯酸酯)和Blemmer AE-350 (聚こニ醇单丙烯酸酯)。丙烯酸类制剂优选包括约5%-约35%重量聚亚烷基ニ醇单(甲基)丙烯酸酯単体，基于丙烯酸类制剂的总重量。在优选的实施方案中，丙烯酸类制剂优选包括约10%-约30%重量聚亚烷基ニ醇单(甲基)丙烯酸酯単体，基于丙烯酸类制剂的总重量。环氧制剂可包括本领域已知的任何可聚合环氧树脂，例如表氯醇与多元醇或多元酚(尤其双酚A)的缩合反应产物，脂环族环氧树脂，由ニ烯烃或聚烯烃或其共聚物衍生的环氧树脂，通过与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚获得的复合环氧树脂，由不饱和脂肪酸的甘油酯获得的环氧树脂，等等。环氧制剂优选包括(i)脂环族环氧树脂，例如2，4-环氧基环己基甲基-(3，4-环氧基)环己烧羧酸酯(ERL4221 . Union Carbide Plastics Company,或Araldite CY179,Ciba Products Company) ,3,4-环氧基环己基甲基-(3，4_环氧基)环己烧羧酸酯(Cyracure UVR-6105, Dow Chemical),双(3，4_ 环氧基 _6_ 甲基环己基甲基)己ニ酸酯(ERL4289 , Union Carbide Plastics Company, Araldite CY178, Ciba ProductsCompany)，双(3，4_ 环氧基环己基甲基)己 ニ酸酷(EHPE3150, Daicel ChemicalIndustries),こ烯基环己烯ニ氧化物(ERL4206 , Union Carbide Plastics Company),双(2，3-环氧基环戍基)醚树脂(ERL4205 , Union Carbide Plastics Company),2-(3,4-环氧基)环己基-5，5-螺(3，4-环氧基)-环己烷-间-ニ嚙烷(Araldite CY175, Ciba Products Company), (ii)多元酹缩水甘油基醚的环氧树脂,例如ニ缩水甘油基醚双酚 A 环氧树脂(Epon 826, Epon 828, Epon 830, Epon 1001, Epon 1002, Epon 1004,Shell Chemical Company)，聚缩水甘油基醚酚醛清漆环氧树脂(DEN 431, DEN 438, andDEN 439, Dow Chemical Company) ； (iii)缩水甘油基酯的环氧树脂，例如邻苯ニ甲酸ニ缩水甘油酷(ED-5661, Celanese Resins Company),四氧邻苯ニ甲酸ニ缩水甘油酷(Araldite CY182, Ciba Products Company)和六氢邻苯ニ甲酸ニ缩水甘油酷(Araldite CY183, Ciba Products Company or ED-5662, Celanese Resins Company);及其混合物。可根据本领域已知的方法，例如热和/或光化学法，发生丙烯酸类和/或环氧制剂的聚合。优选地，光化学法发生聚合。若基底对辐射线不透光，则需要使用热引发剂替代光引发剂以供促进制剂聚合。丙烯酸类和/或环氧制剂包括约1%_约25%，更优选约2%-约20wt%热引发剂或对UV和/或蓝光辐射线敏感的引发剂(光引发剂)，相对于制剂的总重量。术语“光引发剂”表示能将蓝光和/或UV辐射线的能量转化成自由基的化合物。术语“热引发剂”表示能将热能转化成自由基的化合物。存在自由基启动链反应，所述链反应将反应性单体转化成低聚物，和最终转化成聚合物。合适的光引发剂的实例包括，但不限干，2，2' -(2，5_噻吩ニ基)双(5_叔丁基苯并感唑)；1-轻基环己基苯基酮；2，2-ニ甲氧基-2-苯基苯こ酮；|吨酮(xanthone) -M酮；蒽醌；3-甲基苯こ酮；4-氯ニ苯甲酮；4，4' - ニ甲氧基ニ苯甲酮；4，4' -ニ氨基ニ苯甲酮；Michler' s酮；ニ苯甲酮；苯偶姻丙醚；苯偶姻こ醚；苄基ニ甲基缩酮；1-(4_异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙-1-酮；2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮；甲基苯甲酰基甲酸酷噻吨酮；ニこ基噻吨酮；2_异丙基噻吨酮；2_氯噻吨酮；2-甲基-1-(4-(甲硫基)苯基)-2-吗啉基丙-I-酮；和2，4，6-三甲基苯甲酰基ニ苯基氧化膦。优选地，在丙烯酸类制剂中使用多官能光引发剂。合适的多官能光引发剂的实例包括，但不限于，Esacure KIP 100(70wt%低聚α -羟基苯こ酮和30wt% ニ甲基羟基苯こ酮的混合物)，KIP 150, Esacure KT0-46 (三甲基ニ苯甲酮，聚合的羟基酮，和三甲基苯甲酰基ニ苯基氧化膦的混合物)，和Esacure ΟΝΕ (α -轻基酮双官能光引发剂),所有均商购于意 大利,Gallarate 的 Lamberti S. P. Α.。有利地，合适的热引发剂包括，但不限于，有机过氧化物，例如过氧化ニ酰基，过氧ニ碳酸酷，烷基过酷，ニ烷基过氧化物，过缩酮，酮过氧化物，和烷基氢过氧化物，和偶氮化合物。所述热引发剂的具体实例是过氧化ニ苯甲酰，过苯甲酸叔丁酯，叔丁基过氧化物，过氧化甲こ酮，和偶氮ニ异丁臆。优选地，在环氧制剂中使用阳离子类型的光引发剂。优选使用阳离子光引发齐U，因为这类光引发剂对氧气不敏感且在通常大气条件下进行反应。阳离子光引发剂选自当辐照吋，释放路易斯酸或布朗斯台德酸的那些，例如芳基重氮盐，ニ芳基重氮盐，三芳基锍盐，ニ烷基苯甲酰甲基锍盐，ニ烷基-4-羟苯基锍盐，Fe-芳烃化合物，和硅烷醇-铝络合物。芳族光引发剂的优选实例是芳族碘鎗盐，和芳族锍盐，例如三芳基锍六氟憐酸盐(Cyracure UVI_6992，Dow Chemical Company),三芳基锍六氟憐酸盐(CyracureUVI-6976, Dow Chemical Company)和芳基琉六氣憐酸盐(Esacure 1064, Lamberti,意大利)。本发明的构图聚合物层优选连接到基底上。在丙烯酸类或环氧制剂的聚合过程中，进行构图聚合物层和基底之间的粘合。可由各种材料，例如硅，聚合物(PMMA，PC, COC, COP和PS)，光聚合物例如SU8(MicroChem Corp.), Ordyl SY314 (Elga Europe),和 TMMR 2000 (Tokyo Ohka KogyoCo.)和金属，例如铝，铜，钽和镍构造在本发明中使用的基底。基底的功能是，通过与上述层形成強力粘合，提供对于该构图聚合物层的支撑。在从模具中分离该构图聚合物层的最后阶段中，相对于基底，聚合物层的粘合强度必须大于相对于模具形成的粘合強度。优选地，为了降低成本和更好地粘合，使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底。优选地,基底对UV和/或蓝光辐射透光，以允许借助前述光引发剂进行聚合。若基底对UV和/或蓝光辐射不透光，则有利地，使用热引发剂，促进制剂聚合。本发明的方法包括
(a)表面处理事先形成的模具；(b)在模具内倾倒液体可聚合制剂；(c)任选地，表面处理基底；(d)在液体可聚合制剂上定位所述基底；(e)聚合液体可聚合制剂；和(f)分离模具与构图聚合物层。有利地，模具和基底经历表面处理。表面处理的目的是相对于模具和基底，改性聚合的制剂的粘合特征。
在模具上进行的表面处理的目的是，降低聚合的制剂对模具表面的粘合性。在其聚合受到氧气存在抑制的丙烯酸类制剂的情况下，通过各种技术，其中包括低能氧等离子体处理，在模具表面上物理吸附分子氧层(即使得进行物理吸附或物理附着)。有利地，在模具表面上形成分子氧层会抑制丙烯酸类制剂在与模具表面的界面处聚合，从而降低构图聚合物层对模具的粘合，并有利于其除去。有利地，在模具表面上形成分子氧层还使得所述表面极性更大，从而改进液体丙烯酸类制剂相对于表面的可润湿性，和因此改进模具微腔的填充。在环氧制剂的情况下，以各种方式处理模具表面，这取决于所使用的聚合类型。在阴离子聚合的情况下，用路易斯酸，例如BF3的等离子体处理模具表面。在阳离子聚合的情况下，用氨基娃烧或氨气处理模具表面。相反，在基底上进行的表面处理的目的是，増加聚合的制剂对基底表面的粘合性。在丙烯酸类制剂的情况下，允许用氮气，形成气体，或稀有气体(避免使用氧气)等离子体处理基底表面。在环氧制剂的情况下，以各种方式处理基底表面，这取决于所使用的聚合类型。在阳离子聚合的情况下，用稀有气体或氧气的等离子体处理基底表面，避免使用含氮气(形成气体或氮气)的等离子体。在阴离子聚合的情况下，可用稀有气体或氧气的等离子体，也可采用形成气体或氮气的等离子体处理基底表面。在基底是聚合基底(例如PMMA或PC)的情况下，可采用合适的溶剂促进聚合物层和基底之间的粘合，当在制剂内引入时，侵蚀基底的聚合物材料的表面，从而促进制剂中的单体迁移到所述基底内。有利地，在制剂内存在合适的溶剂促进在倾倒相内单体迁移到基底内部。在随后聚合阶段过程中，在聚合物层和基底之间形成非常高強力的粘合性，当两种材料间的界面消失时。有利地，制剂然后包括各类有机溶剤，例如酮(丙酮，甲こ酮)，醇类(こ醇，甲醇)，烃(苯，己烷)，亚砜(ニ甲亚砜)。在模具内倾倒液体可聚合制剂的阶段包括完全填充模具的微液压力(microhydraulic)系统，即微通道和微腔。为了促进完全填充，倾倒液体可聚合制剂的阶段有利地在30°C _120°C，优选50°C -100°C，更优选60°C -90°C的温度下进行。按照这一方式，液体可聚合制剂是更加流动的，即具有更低的粘度，和模具侧壁的可润湿性得到改进，这也是模具事先表面处理的结果。对于以上所述的目的来说，在预见使用溶剂的情况下，倾倒阶段有利地在室温下进行，以避免所述溶剂过度蒸发。在倾倒阶段中，预见通常使用略微过量的液体可聚合制剂，所述制剂然后从模具边缘溢流，结果保证完全填充模具，和在随后定位基底的过程中，液体可聚合制剂表面与基底完全接触。将任选地用如前所述处理过的基底定位在液体可聚合制剂的表面上，其方式使得基底表面与可聚合制剂表面完全接触。 按照这一方式，若基底是塑料材料和制剂包括有机溶剤，则溶剂将开始侵蚀基底表面，其结果是可聚合制剂的单体迁移到基底内部。为了促进有机溶剂的作用，例如通过热板，加热模具-制剤-基底体系。—般地，通过暴露于UV-蓝光辐射线或通过加热，进行聚合段。有利地，通过暴露于波长为UV-蓝光范围内的辐射线，即200-500纳米下，进行聚合段。通过光引发剂吸收UV-蓝光辐射线的能量，所述光引发剂能转化光能成自由基。存在自由基将开始链反应，所述链反应将转化単体成低聚物，和最終成聚合物。在一些情况下，例如当基底对UV-蓝光辐射线不透光时，可通过热处理进行该聚合阶段。在这ー情况下，热引发剂优选加入到可聚合制剂中。聚合温度主要取决于热引发剂的分解温度，但优选低于135°C，和尤其低于110°C。还可使用两种聚合体系，光化学和热体系的结合。在这ー情况下，优选在光化学段之后进行热聚合段。所得聚合物将复制(copy)模具表面，从而形成在所述模具上所制造结构的负形体(negative；。如前所述，使用丙烯酸类和/或环氧可聚合材料得到所得构图聚合物层表面较好的可润湿性。当使用与表面接触的水滴，通过接触角方法测量时，本发明构图聚合物层表面的可润湿性小于或等于50°，优选小于40°，和更优选小于350。该方法包括測量在构图聚合物层表面和与水滴成切向的接触点之间形成的角度。水滴的体积为约5ml，和通过测量在筛网(screen)上扩大的水滴的突出宽度与高度，并采用下式，进行测量。a =2arctan (2h/D)其中α是接触角，单位。，11是液滴的高度，单位mm，和D是液滴的接触直径，单位mmD分离段包括从本发明的构图聚合物层中除去模具。在进行加热/冷却的ー些热循环之后，通过在基底上施加牵拉力，利用构成模具和基底的材料的不同热膨胀，引发并促进聚合物层和模具之间的脱层过程，从而机械地进行模具除去。有利地，为了促进聚合物层和模具之间的分离过程，进行至少ー个热循环，优选至少3个，其中通过首先在高于50°C，优选60°C-100°C，更优选约80°C的温度下加热，然后冷却到低于30°C，优选冷却到室温，从而进行每ー循环。为了完全除去模具，可使用机械类型的分离体系，其中可在没有损坏所得微结构的情况下，分离最初连接在一起的两个表面。具有代表在模具内产生的结构的负形体形状的构图聚合物层保留在基底上。可采用等离子体处理，除去在该模具内部的任何交联聚合物残渣。有利地，由此在非常低的成本下获得本发明的构图聚合物层。优选地，本发明的构图聚合物层的长径比大于5，优选大于10，和更优选大于20.长径比是本领域技术人员已知的，它定义为结构的高度与宽度之比。參考图3，在本发明的构图聚合物层4中，长径比定义为沟槽6或壁7的高度与它们各自的宽度之比。本发明的构图聚合物层包括至少ー个尺寸(高度，宽度或长度)为微米尺寸，即小于500微米，优选小于100微米的微结构。优选地，本发明的构图聚合物层包括至少两个尺寸(高度和宽度)为微米尺寸，即小于500微米，优选小于100微米的微结构。參考图3，在本发明的构图聚合物层4中，沟槽6或壁7的高度(h)小于500微米，优选小于200微米，和更优选1-100微米；沟槽6或壁7的宽度(w或V )小于500微米，优选小于100微米，和更优选1-50微米。
可仅仅采用在硅或无机材料上干法蚀刻，高成本地获得相同程度的定义，其中最终的表面性能与制造腔室所使用的方法类型紧密相连，且要求进ー步处理，以使得它们可润湿和生物相客。采用本发明方法可实现的定义仅仅与所使用的模具定义限制紧密地相关。有利地，本发明的方法使得可能在低的成本下，生产具有非常高长径比的构图聚合物层。这采用通常的平板印刷技术不可能实现。而且，本发明的构图聚合物层固有地拥有它所打算的生物医学应用所要求的可润湿性，防结垢性能，和生物相容性的表面特征，且不需要进行进一歩的表面处理(它将增加成本)，这是因为由其制造的材料的性质导致的。最后，通过相当昂贵的技术制造的模具可再利用，以制造接替的(successive)复制品，这将有助于保持減少本发明的构图聚合物层的生产成本。此外，本发明的构图聚合物层的机械性能证明好得多，这是因为该聚合物的脆性小于无机材料(例如，硅)，它对任何随后的エ艺过程中或者制品的使用寿命过程中的破损或损害不敏感。以下參考图1-3描述本发明的优选实施方案。參考图1(a)，示出了模具1，它包括通过壁7隔开的一系列通道构图的沟槽6。优选通过本领域技术人员已知的技术，通过干法蚀刻，获得模具I。模具的内表面8经历低能氧气等离子体处理并且形成在所述表面8上物理吸附的分子氧层。參考图1(b)，示出了模具1，其中将适量液体可聚合制剂2倾倒在模具I内，以便填充所有的通道构图的沟槽6和整个模具I。液体可聚合制剂2可具有前面所述的组成。特别地，使用下表I所示的制剂。在室温下进行倾倒。接下来，參考图I (C)，在该模具上定位基底3，以便匹配模具I的边缘与液体可聚合制剂2的表面。有利地，基底3由PMMA制造，和液体可聚合制剂2包括ニ甲亚砜。在液体可聚合制剂内存在ニ甲亚砜促进单体迁移到基底内部，并在随后的聚合段过程中，在聚合物层和基底之间形成高的粘合強度。在热板上，在40°C _130°C，优选80-90°C的温度下加热模具-基底体系。当使用塑料材料，例如PMMA时，选择温度，避免任何一级转变(熔化，结晶)和/或任何ニ级转变(玻璃化转变)。可加热PMMA到最高120°C，该温度超出了该材料开始软化和翘曲的温度。然后通过暴露于波长为约320nm的UV辐射线下，聚合液体可聚合制剂2，从而形成图1(d)所示的构图聚合物层4。通过在基底上施加牵拉力，从模具中取出由构图聚合物层4仍然粘附到其上的基底3构成的器件5。为了促进聚合物层和模具之间的分离过程，进行加热到约80°C，然后冷却到室温的三次热循环。如图2所示，使用与图I所述的那些类似的エ序和材料，制造覆盖物5，，所述覆盖物5'由基底3'和通过聚合合适地倾倒在模具I'内的液体可聚合制剂2'获得的构图聚合物层V构成。然后如图3(a)所示，组装器件5和覆盖物5'，于是获得图3(b)图示的成品10。通过本领域技术人员已知的技木，使用粘合剂或者借助超声，或者溶剂粘结，热压或激光焊接技术，将覆盖物5'连接到器件5上。以下给出的表I列举了生产本发明的构图聚合物层所使用的丙烯酸类液体制剂。所有数值以相对于制剂总重量的重量百分数为单位表达。表I
权利要求
1.一种器件(5，5'，10)，它包括与生物溶液或流体接触使用的至少一层构图聚合物层(4，4')，其中所述构图聚合物层(4，4')的长径比大于5，且由聚合丙烯酸类和/或环氧可聚合材料制造。
2.权利要求I的器件(5,5,，10)，其中所述构图聚合物层的表面的可润湿性小于或等于50°，优选小于40°。
3.权利要求I的器件(5，5'，10)，其中所述构图聚合物层(4，4')的长径比大于10，优选大于20。
4.权利要求I的器件(5，5'，10)，其中所述丙烯酸类可聚合材料包括至少一种多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯单体和至少一种聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体的混合物。
5.权利要求4的器件(5,5,，10)，其中所述多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯单体选自多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯乙氧化物或丙氧化物单体。
6.权利要求5的器件(5，5'，10)，其中所述多羟基化合物三(甲基)丙烯酸酯单体选自三羟甲基丙烷三丙烯酸酯乙氧化物(TMPEOTA)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯丙氧化物(ΤΜΡΡ0ΤΑ)，季戊四醇三丙烯酸酯乙氧化物(ΡΕΤΕ0ΙΑ)，甘油基三丙烯酸酯丙氧化物(GPTA)，双酚A三甲基丙烯酸酯乙氧化物，和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯乙氧化物(TMPETMA)O
7.权利要求4的器件(5，5'，10)，其中所述聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯单体选自聚丙二醇单甲基丙烯酸酯，聚乙二醇单甲基丙烯酸酯，聚乙二醇-聚丙二醇单甲基丙烯酸酯，聚丙二醇单丙烯酸酯，聚乙二醇单丙烯酸酯，聚丙二醇聚三亚甲基单丙烯酸酯，聚乙二醇聚四亚甲基二醇单甲基丙烯酸酯，甲氧基聚乙二醇单甲基丙烯酸酯，全氟烷基乙基聚氧亚烷基单甲基丙烯酸酯，及其结合物。
8.权利要求I的器件(5，5'，10)，其中所述环氧可聚合材料包括(i)脂环族环氧树脂；(ii)多元酚缩水甘油基醚的环氧树脂，缩水甘油基酯的环氧树脂，或其混合物。
9.权利要求8的器件(5，5'，10)，其中所述脂环族环氧树脂选自2，4-环氧基环己基甲基-(3，4-环氧基)环己烧羧酸酯(ERL4221 , Union Carbide Plastics Company,或 Araldite CY179, Ciba Products Company), 3，4_ 环氧基环己基甲基-(3，4_ 环氧基)环己烧竣酸酷(Cyracure UVR-6105, Dow Chemical),双(3，4_环氧基_6_甲基环己基甲基)己二酸酷(ERL4289 , Union Carbide Plastics Company, Araldite CY178, CibaProducts Company),双(3，4-环氧基环己基甲基)己二酸酷(EHPE3150, Daicel ChemicalIndustries),乙烯基环己烯二氧化物(ERL4206 , Union Carbide Plastics Company),双(2，3-环氧基环戍基)醚树脂(ERL4205 , Union Carbide Plastics Company), 2-(3，4-环氧基)环己基-5，5-螺(3，4-环氧基)-环己烷-间-二藥烷(Araldite CY175，CibaProducts Company)和它们的混合物。
10.权利要求I的器件(5，5'，10)，其中所述丙烯酸类和/或环氧可聚合材料包括相对于总重量，约1%_约25wt%的至少一种热引发剂或至少一种对UV和/或蓝光辐射敏感的引发剂(光引发剂)。
11.权利要求10的器件(5,5,，10)，其中所述丙烯酸类可聚合材料包括选自EsacureKIP 100，KIP 150，Esacure KT0-46和Esacure ONE中的至少一种多官能的光引发剂。
12.权利要求10的器件(5，5'，10)，其中所述环氧可聚合材料包括选自芳族碘鎗盐和芳族锍盐中的至少一种阳离子光引发剂。
13.权利要求I的器件(5，5'，10)，其中所述构图聚合物层粘附到基底上，所述基底由选自硅，聚合物，光聚合物和金属中的至少一种材料制成。
14.生产粘附到基底(3，3')上的构图聚合物层(4，4')的方法，所述方法包括下述阶段 (a)用聚合抑制剂表面处理事先形成的模具(1，I')， (b)将丙烯酸类和/或环氧液体可聚合制剂(2，2')倾倒在所述模具(1，I')内， (c)在所述液体可聚合制剂(2，2')上定位所述基底(3，3')， (d)聚合所述液体可聚合制剂(2，2')，和 (e)将所述模具(1，I')与所述构图聚合物层(4，4')相分离。
15.权利要求14的生产粘附到基底(3，3')上的构图聚合物层(4，4')的方法，所述方法包括 (f)表面处理所述基底(3，3')。
16.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中所述液体可聚合制剂(2，2')是丙烯酸类，和特征在于所述模具(1，I')的所述表面处理包括形成物理吸收到模具表面上的分子氧层。
17.权利要求16的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中所述模具(1，^ )的所述表面处理包括低能氧等离子体处理。
18.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中所述液体可聚合制剂(2，2')是环氧，和特征在于所述模具(1，I')的所述表面处理包括用路易斯酸的等离子体，用氨基硅烷或用氨气处理。
19.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中所述液体可聚合制剂(2，2')是丙烯酸类，和特征在于所述基底(3，3')的表面处理包括用氮气，形成气体，或稀有气体等离子体处理。
20.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中所述液体可聚合制剂(2，2')是环氧，和特征在于所述基底(3，3')的表面处理包括用稀有气体，氧气，形成气体，或氮气的等离子体处理。
21.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中所述基底(3，3')由聚合物材料制造。
22.权利要求21的生产粘附到基底(3，)上的构图聚合物层(4，V)的方法，其中所述液体可聚合制剂(2，2')包括选自酮，醇，烃，和亚砜的至少一种有机溶剂。
23.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在30°C _120°C的温度下进行所述倾倒(b)。
24.权利要求23的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在50°C _100°C的温度下进行所述倾倒(b)。
25.权利要求24的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在60°C _90°C的温度下进行所述倾倒(b)。
26.权利要求22的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在室温下进行所述倾倒(b)。
27.权利要求26的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在所述定位(c)的过程中，加热包括所述模具，所述制剂和所述基底的系统到40°C-130°C，优选80°C _90°C的温度。
28.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中通过暴露于UV-蓝光辐射，通过热法，或者通过其结合方法，进行所述聚合(d)。
29.权利要求28的生产粘附到基底(3，3^ )上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在光引发剂存在下，通过暴露于波长为200-500nm的UV-蓝光福射线下,进行聚合(d)。
30.权利要求28的生产粘附到基底(3，3')上的构图聚合物层(4，4!)的方法，其中通过热处理，在低于135°C的温度下，在热引发剂存在下进行聚合(d)。
31.权利要求14的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中在至少一个热循环之后，机械进行所述分离(d)。
32.权利要求31的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中首先通过加热到高于50°C的温度，然后冷却到低于30°C的温度，进行所述热循环。
33.权利要求32的生产粘附到基底(3，3^)上的构图聚合物层(4，V )的方法，其中通过首先加热到60°C -100°C的温度，然后冷却到室温，进行所述热循环。
34.—种器件(5，5'，10)，它包括粘附到基底(3，3')上的至少一层构图聚合物层(4，4')，其中所述构图聚合物层(4，4')的长径比大于5，且通过聚合丙烯酸类和/或环氧可聚合材料制造，和其中所述基底由选自硅，聚合物，光聚合物，和金属中的至少一种材料制造。
全文摘要
本发明涉及一种器件，它包括与生物溶液或流体接触使用的具有高长径比的构图聚合物层，以及生产所述层的方法，该方法包括聚合模塑阶段，所述聚合模塑阶段使用丙烯酸类和/或环氧可聚合材料以及有机或无机性质的模具。
文档编号B81C99/00GK102834348SQ200980163364
公开日2012年12月19日 申请日期2009年12月14日 优先权日2009年12月14日
发明者D·西亚姆皮尼, L·维塔尔伯 申请人:好利获得股份公司