專利名稱：多通道且多層的制藥器件的制作方法
技術領域：
本發明的領域是同時測試許多生物/化學相互作用的化合物的領域。特別地，本發明是一種器件/結構以及一種測試藥物相互作用的方法。
背景技術：
在制藥工業中，測試化學物質A對化學物質B1…Bn(其中n可以是較大的數，約數百萬)的反應(包括生物活性)是有必要的。
一般的方法是在塑料卡片上提供一系列物質B1…Bn，并放置物質A與每個Bn接觸。市場上可買到的塑料卡片陣列包括96和384槽(well)。槽的直徑約為幾個毫米量級。化學物質放置或分配的方法通常借助移液管。使用計算機輔助掃描裝置來記錄(type)化學物質的相互作用。
由于需要測試數百萬的化學物質的組合以窮盡可能性，因此耗費了致力于藥品發現的公司數年的時間以推出成功的藥品到市場上。以計算機輔助掃描裝置現在的速度可以減少藥品發現時間，例如通過增加每次掃描的采樣次數。這是可能的，如果我們能例如在給定的體積內疊置更多數量的槽。給定體積內更多數量的槽還減少用在給定槽中的昂貴的化學物質的數量。
該塑料卡片通常由擠壓形成，孔的直徑及其在陣列內位置的精度并不足以制造微孔和通道。這實質上限制了塑料在該領域中的可延伸性。
制藥工業正在積極尋找這樣的微器件，該微器件帶有直徑約為100微米的數千個槽以及連接陣列內不同水平面的可選擇的槽的通道。

發明內容
本發明涉及一種帶有微槽和微通道的陶瓷器件及其形成的方法。
本發明的一個特點是通過層疊多個生片(green sheet)而在陶瓷結構中制造一系列微槽和微通道。
本發明的一方面，開放槽和通道由各層分別形成。
另一方面，槽和通道的多層陣列結構包括一組填充有燒結后形成通道的材料的結構。
本發明的另一特點是使用材料移除技術形成槽、通道和這種孔。
本發明的再一特點是使用燒結過程中從陶瓷結構選出的損失材料。
本發明的再一特點是使用燒結后不留殘留物的損失材料。
本發明的再一特點是使用燒結后留有多孔結構殘留物的損失材料，該多孔結構的微孔相互連接。
本發明的再一特點是使用在可壓實基體中形成通道的非可壓實材料(無機物或金屬或復合物)。
本發明的再一特點是在燒結過程中控制通道體積。
本發明的再一特點是在通道中使用由化學分解或氣態沉淀而留有敷層的材料。


圖1示出第一過程后所完成的結構。
圖2-5示出第一過程中的步驟。
圖6示出第二過程后所完成的結構。
圖7-10示出第二過程中的步驟。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明所完成的結構簡化后的一部分，該結構具有形成在板10-2中的單一水平通道25，該通道25連接形成在板10-1、10-2和10-3中的第一垂直孔22以及形成在板10-3中的第二孔24。板10-1到10-3最初是分離的陶瓷生片，該生片以傳統方法層疊并燒結以形成陶瓷板10。在操作中，物質可在壓力下通過板10-1而向上運動，在板10-3中的兩個位置擴散并離開。同樣，也可在相反方向流動，兩種物質從板10-3中的兩個孔進入、結合并從板10-1中的單一開口離開。
為了簡化說明，圖1示出使用三個生片和一個連接兩垂直槽的水平通道形成的結構。該結構由單個板通過層疊而組裝。該組裝過程就是帶有數千個孔陣列的陶瓷結構與選擇地連接以連接垂直孔的數千個水平通道的組裝。該陶瓷材料可包括氧化鋁、玻璃陶瓷、氮化鋁、硼硅玻璃和玻璃。垂直槽的直徑可以是20微米或以上，通道寬度可以是20微米或以上且長度可以最小是20微米。與物質接觸的槽的形狀可以是圓形、矩形、光滑或粗糙的。板10的總厚度可以是任何期望的值，但優選地是小于1mm。生片的厚度取決于應用場合，但優選地是從約3密耳到約30密耳的范圍。
層疊過程包括加熱、加壓和所需時間。優選的層疊壓力小于800磅/平方英寸，溫度低于90攝氏度并且所需時間小于5分鐘。燒結過程包括所選擇的材料和用于形成生片的粘合系統。
圖2A到2C示出層疊以形成圖1結構的分離的生片10-1、10-2和10-3。示例性地，水平通道25的長度大于孔22或24直徑的兩倍。示例性地，孔22的直徑約為20微米或以上。制造中用的直徑將取決于特定的應用場合和技術變量，例如，所通過物質的粘度、表面的表面張力/活性、流體期望的流動力、毛細的或強制流動、期望的流量和流速等等。
根據本發明，生片由例如氧化鋁、玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷的物質形成。用于形成垂直孔和水平通道的技術是通過例如鉆孔將材料鉆出的技術(包括分段沖裁、激光打孔、電子束鉆孔、噴砂和高壓液體噴射)的材料移除。
通過將材料壓向側面并使生片變形的微模壓不包括在優選實施例中，并一般將其稱為材料位移技術。這種技術是不期望的，這是因為期望的槽和通道相對位置精度非常小(即，幾個微米)，而由材料位移技術引入的變形對于提供期望的精度是一個顯著的障礙。
用于第一實施例的易消失材料可以是任何相容的有機材料，例如，對苯二酸、碳或其它有機物質。
用于形成第二實施例中多孔結構的材料可以是陶瓷(例如，氧化鋁、玻璃陶瓷、氮化鋁和硼硅玻璃)，該陶瓷的粒度示例性地小于40微米。
如果不擔心處理或其它操作期間壓力將使它們變形，水平和垂直孔可以保持開放(狀態)，或者它們可填充有易消失材料。
在本發明的第一實施例中，易消失材料是一種當其離開后不留有任何殘留物的材料。移除該易消失材料的過程可包括將它加熱至超過沸騰或升華溫度，以使該材料以蒸汽形式消散到周圍環境中；或者該技術可包括將易消失材料的分子和反應物的分子結合以形成氣體(狀態)的物質并進入到周圍環境中的燃燒或其它化學反應。易消失材料的形式優選地是一種易于施加到生片內的孔中的形式，例如漿料的形式。
在第二實施例中，易消失材料與燒結時將形成多孔結構的第二材料結合；例如顆粒形式的易消失材料的混合物，顆粒大小足夠大以使顆粒在未燃燒狀態相互接觸。因此，燒結后連續的開放結構將保持在開口微孔(open-pore)基體內以允許測試材料通過這些微孔從板10的一側到另一側。這也是顯然的通道中未燒結的多微孔體將使得形成受控的開放體積和通道尺寸。此外，通道中未燒結的多微孔體幫助防止燒結過程中通道倒塌。
圖6與圖1相似，示出所完成的結構，該結構中垂直孔是開放的，在燒結前填充有易消失材料并且水平通道具有多孔基體。水平通道225在燒結前用填充材料充滿，該填充材料是易消失材料和基體材料的混合物，該混合物燒結以形成具有開口微孔的多孔基體，這些開口微孔允許流體通過它從垂直孔22流到垂直孔24。
圖7A和7C示出填充有與用在前一示例中相同的易消失材料222的生片20-1和20-2。圖7B示出帶有空孔的生片20-2。
圖8示出板20-1和20-2的亞疊板(sublaminate)。圖9示出填充有填充材料225的水平孔。示例性地，材料225是易消失材料與上述將燒結以形成開口微孔結構的顆粒的混合。依照設計者的選擇，垂直通路也可以用多孔材料填充以實現設計目標。圖10示出燒結前的最終結構。
本發明可選擇的形式包括使用可壓實的材料作生片，并用非可壓實的材料填充開口以保持通路的尺寸。例如，基體材料可以是像氧化鋁的無機物與用于壓實的玻璃粉相混合，而通道(和/或孔)中的非可壓實物可以是較大的陶瓷顆粒，例如氧化鋁。
此外，通路中的材料可以是一種燒結時形成非多孔鞘層(sheath)的材料，從而通道容納襯套(liner)，例如，該鞘層與板10的基體材料/體相比具有交錯的表面能/活性。用于該鞘層的材料可以是無機物、金屬或復合物。該鞘層可以由疊層中的第一材料和填充物中的第二材料或周圍氣體之間的化學分解形成，和/或該鞘層由氣態沉淀形成。或者，該襯套可以由填充材料發出的蒸汽在壁上沉淀或與包含在疊層中的材料相反應而產生。
雖然已結合幾個優選實施例對本發明進行了描述，但是本領域的技術人員將意識到，本發明可以在附加權利要求的精神和范圍內以各種方式實施。
權利要求
1.一種形成板(10)的方法，所述板(10)用于使至少一種物質通過一組孔從第一側到第二側，所述方法包括如下步驟在第一陶瓷生片中形成多個垂直孔(22)(24)；在第二陶瓷生片中形成多個水平孔(25)；在第三陶瓷生片中形成多個垂直孔(22)(24)，其中所述第二生片中的至少一些所述水平孔(25)將所述第一生片中的孔與所述第三生片中的孔相連接；用包括易消失材料(222)的填充材料填充至少一些所述孔；將所述第一、第二和第三陶瓷生片層疊在一起；并燒結所述第一、第二和第三陶瓷生片，從而形成所述板并釋放所述易消失材料。
2.根據權利要求1的方法，其中形成所述第一、第二和第三陶瓷生片中至少一個的所述步驟受材料移除技術影響。
3.根據權利要求1的方法，其中在用所述易消失材料(222)填充所述孔的另一步驟之前，所述第二生片與所述第一和第三生片中的一個層疊在一起以形成亞疊板。
4.根據權利要求1的方法，其中在與另一所述生片層疊的步驟之前，每個所述第一、第二和第三生片中的孔都填充有所述易消失材料(222)。
5.根據權利要求1的方法，其中在所述第一、第二和第三生片中至少一個中的孔不填充有所述易消失材料(222)。
6.根據權利要求2的方法，其中所述易消失材料(222)在燒結過程中逸出而不留有殘留物。
7.根據權利要求3的方法，其中所述易消失材料(222)在燒結過程中逸出而不留有殘留物。
8.根據權利要求4的方法，其中所述易消失材料(222)在燒結過程中逸出而不留有殘留物。
9.根據權利要求2的方法，其中填充所述孔的所述填充材料(225)是在燒結過程中逸出而不留有殘留物的易消失材料和在所述燒結過程后留有多孔基體的基體材料的混合物。
10.根據權利要求3的方法，其中填充所述孔的所述填充材料(225)是在燒結過程中逸出而不留有殘留物的易消失材料和在所述燒結過程后留有多孔基體的基體材料的混合物。
11.根據權利要求4的方法，其中填充所述孔的所述填充材料(225)是在燒結過程中逸出而不留有殘留物的易消失材料和在所述燒結過程后留有多孔基體的基體材料的混合物。
12.根據權利要求1的方法，其中所述易消失材料(222)由下述組中選擇，該組包括對苯二酸和碳。
13.根據權利要求9的方法，其中所述易消失材料(222)由下述組中選擇，該組包括對苯二酸和碳；和所述基體材料由下述組中選擇，該組包括陶瓷，例如氧化鋁、玻璃陶瓷、氮化鋁和硼硅玻璃。
14.一種形成板的方法，所述板用于使至少一種物質通過一組孔從第一側到第二側，所述方法包括如下步驟在第一陶瓷生片中形成多個垂直孔(22)(24)；在第二陶瓷生片中形成多個水平孔(25)；在第三陶瓷生片中形成多個垂直孔(22)(24)，其中所述第二生片中的至少一些所述水平孔(25)將所述第一生片中的孔與所述第三生片中的孔相連接；將所述第一、第二和第三陶瓷生片層疊在一起；燒結所述第一、第二和第三陶瓷生片。
15.根據權利要求14的形成板的方法，其中形成所述第一、第二和第三陶瓷生片中至少一個的所述步驟受材料移除技術影響。
16.根據權利要求14的方法，其中所述第二生片與所述第一和第三生片中的一個層疊在一起以形成亞疊板。
17.根據權利要求15的方法，其中所述第二生片與所述第一和第三生片中的一個層疊在一起以形成亞疊板。
全文摘要
通過一種方法形成在制藥工業中用于混合和測試材料的板(10)，其中通過材料移除方法在一組生片中形成孔(22)(24)，至少一些孔(25)填充有在燒結期間逸出的易消失材料(222)。
文檔編號B29C65/00GK1735567SQ200380108211
公開日2006年2月15日 申請日期2003年11月25日 優先權日2003年1月7日
發明者納塔拉簡·戈文達拉簡, 烏馬·阿馬德, 拉希德·J·貝扎馬, 詹姆斯·N·休姆尼克, 約翰·U·尼克博克, 拉奧·V·瓦拉貝恩尼 申請人:國際商業機器公司