專利名稱：多通道且多層的制藥器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是同時(shí)測(cè)試許多生物/化學(xué)相互作用的化合物的領(lǐng)域。特別地，本發(fā)明是一種器件/結(jié)構(gòu)以及一種測(cè)試藥物相互作用的方法。
背景技術(shù)：
在制藥工業(yè)中，測(cè)試化學(xué)物質(zhì)A對(duì)化學(xué)物質(zhì)B1…Bn(其中n可以是較大的數(shù)，約數(shù)百萬)的反應(yīng)(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(zhì)B1…Bn，并放置物質(zhì)A與每個(gè)Bn接觸。市場(chǎng)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(gè)毫米量級(jí)?；瘜W(xué)物質(zhì)放置或分配的方法通常借助移液管。使用計(jì)算機(jī)輔助掃描裝置來記錄(type)化學(xué)物質(zhì)的相互作用。
由于需要測(cè)試數(shù)百萬的化學(xué)物質(zhì)的組合以窮盡可能性，因此耗費(fèi)了致力于藥品發(fā)現(xiàn)的公司數(shù)年的時(shí)間以推出成功的藥品到市場(chǎng)上。以計(jì)算機(jī)輔助掃描裝置現(xiàn)在的速度可以減少藥品發(fā)現(xiàn)時(shí)間，例如通過增加每次掃描的采樣次數(shù)。這是可能的，如果我們能例如在給定的體積內(nèi)疊置更多數(shù)量的槽。給定體積內(nèi)更多數(shù)量的槽還減少用在給定槽中的昂貴的化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量。
該塑料卡片通常由擠壓形成，孔的直徑及其在陣列內(nèi)位置的精度并不足以制造微孔和通道。這實(shí)質(zhì)上限制了塑料在該領(lǐng)域中的可延伸性。
制藥工業(yè)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(shù)千個(gè)槽以及連接陣列內(nèi)不同水平面的可選擇的槽的通道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是通過層疊多個(gè)生片(green sheet)而在陶瓷結(jié)構(gòu)中制造一系列微槽和微通道。
本發(fā)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(jié)構(gòu)包括一組填充有燒結(jié)后形成通道的材料的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是使用材料移除技術(shù)形成槽、通道和這種孔。
本發(fā)明的再一特點(diǎn)是使用燒結(jié)過程中從陶瓷結(jié)構(gòu)選出的損失材料。
本發(fā)明的再一特點(diǎn)是使用燒結(jié)后不留殘留物的損失材料。
本發(fā)明的再一特點(diǎn)是使用燒結(jié)后留有多孔結(jié)構(gòu)殘留物的損失材料，該多孔結(jié)構(gòu)的微孔相互連接。
本發(fā)明的再一特點(diǎn)是使用在可壓實(shí)基體中形成通道的非可壓實(shí)材料(無機(jī)物或金屬或復(fù)合物)。
本發(fā)明的再一特點(diǎn)是在燒結(jié)過程中控制通道體積。
本發(fā)明的再一特點(diǎn)是在通道中使用由化學(xué)分解或氣態(tài)沉淀而留有敷層的材料。


圖1示出第一過程后所完成的結(jié)構(gòu)。
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(jié)構(gòu)。
圖7-10示出第二過程中的步驟。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)本發(fā)明所完成的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后的一部分，該結(jié)構(gòu)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(tǒng)方法層疊并燒結(jié)以形成陶瓷板10。在操作中，物質(zhì)可在壓力下通過板10-1而向上運(yùn)動(dòng)，在板10-3中的兩個(gè)位置擴(kuò)散并離開。同樣，也可在相反方向流動(dòng)，兩種物質(zhì)從板10-3中的兩個(gè)孔進(jìn)入、結(jié)合并從板10-1中的單一開口離開。
為了簡(jiǎn)化說明，圖1示出使用三個(gè)生片和一個(gè)連接兩垂直槽的水平通道形成的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由單個(gè)板通過層疊而組裝。該組裝過程就是帶有數(shù)千個(gè)孔陣列的陶瓷結(jié)構(gòu)與選擇地連接以連接垂直孔的數(shù)千個(gè)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(zhì)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(yōu)選地是小于1mm。生片的厚度取決于應(yīng)用場(chǎng)合，但優(yōu)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(shí)間。優(yōu)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(shí)間小于5分鐘。燒結(jié)過程包括所選擇的材料和用于形成生片的粘合系統(tǒng)。
圖2A到2C示出層疊以形成圖1結(jié)構(gòu)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(yīng)用場(chǎng)合和技術(shù)變量，例如，所通過物質(zhì)的粘度、表面的表面張力/活性、流體期望的流動(dòng)力、毛細(xì)的或強(qiáng)制流動(dòng)、期望的流量和流速等等。
根據(jù)本發(fā)明，生片由例如氧化鋁、玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷的物質(zhì)形成。用于形成垂直孔和水平通道的技術(shù)是通過例如鉆孔將材料鉆出的技術(shù)(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(cè)面并使生片變形的微模壓不包括在優(yōu)選實(shí)施例中，并一般將其稱為材料位移技術(shù)。這種技術(shù)是不期望的，這是因?yàn)槠谕牟酆屯ǖ老鄬?duì)位置精度非常小(即，幾個(gè)微米)，而由材料位移技術(shù)引入的變形對(duì)于提供期望的精度是一個(gè)顯著的障礙。
用于第一實(shí)施例的易消失材料可以是任何相容的有機(jī)材料，例如，對(duì)苯二酸、碳或其它有機(jī)物質(zhì)。
用于形成第二實(shí)施例中多孔結(jié)構(gòu)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(dān)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(tài))，或者它們可填充有易消失材料。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，易消失材料是一種當(dāng)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(huán)境中；或者該技術(shù)可包括將易消失材料的分子和反應(yīng)物的分子結(jié)合以形成氣體(狀態(tài))的物質(zhì)并進(jìn)入到周圍環(huán)境中的燃燒或其它化學(xué)反應(yīng)。易消失材料的形式優(yōu)選地是一種易于施加到生片內(nèi)的孔中的形式，例如漿料的形式。
在第二實(shí)施例中，易消失材料與燒結(jié)時(shí)將形成多孔結(jié)構(gòu)的第二材料結(jié)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(tài)相互接觸。因此，燒結(jié)后連續(xù)的開放結(jié)構(gòu)將保持在開口微孔(open-pore)基體內(nèi)以允許測(cè)試材料通過這些微孔從板10的一側(cè)到另一側(cè)。這也是顯然的通道中未燒結(jié)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(jié)的多微孔體幫助防止燒結(jié)過程中通道倒塌。
圖6與圖1相似，示出所完成的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中垂直孔是開放的，在燒結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)以形成開口微孔結(jié)構(gòu)的顆粒的混合。依照設(shè)計(jì)者的選擇，垂直通路也可以用多孔材料填充以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。圖10示出燒結(jié)前的最終結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明可選擇的形式包括使用可壓實(shí)的材料作生片，并用非可壓實(shí)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(jī)物與用于壓實(shí)的玻璃粉相混合，而通道(和/或孔)中的非可壓實(shí)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(jié)時(shí)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(cuò)的表面能/活性。用于該鞘層的材料可以是無機(jī)物、金屬或復(fù)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(xué)分解形成，和/或該鞘層由氣態(tài)沉淀形成?；蛘?，該襯套可以由填充材料發(fā)出的蒸汽在壁上沉淀或與包含在疊層中的材料相反應(yīng)而產(chǎn)生。
雖然已結(jié)合幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，本發(fā)明可以在附加權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)以各種方式實(shí)施。
權(quán)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(zhì)通過一組孔從第一側(cè)到第二側(cè)，所述方法包括如下步驟在第一陶瓷生片中形成多個(gè)垂直孔(22)(24)；在第二陶瓷生片中形成多個(gè)水平孔(25)；在第三陶瓷生片中形成多個(gè)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(jié)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(jù)權(quán)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(gè)的所述步驟受材料移除技術(shù)影響。
3.根據(jù)權(quán)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(gè)層疊在一起以形成亞疊板。
4.根據(jù)權(quán)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(gè)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(jù)權(quán)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(gè)中的孔不填充有所述易消失材料(222)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述易消失材料(222)在燒結(jié)過程中逸出而不留有殘留物。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述易消失材料(222)在燒結(jié)過程中逸出而不留有殘留物。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述易消失材料(222)在燒結(jié)過程中逸出而不留有殘留物。
9.根據(jù)權(quán)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(jié)過程中逸出而不留有殘留物的易消失材料和在所述燒結(jié)過程后留有多孔基體的基體材料的混合物。
10.根據(jù)權(quán)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(jié)過程中逸出而不留有殘留物的易消失材料和在所述燒結(jié)過程后留有多孔基體的基體材料的混合物。
11.根據(jù)權(quán)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(jié)過程中逸出而不留有殘留物的易消失材料和在所述燒結(jié)過程后留有多孔基體的基體材料的混合物。
12.根據(jù)權(quán)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(duì)苯二酸和碳。
13.根據(jù)權(quán)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(duì)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(zhì)通過一組孔從第一側(cè)到第二側(cè)，所述方法包括如下步驟在第一陶瓷生片中形成多個(gè)垂直孔(22)(24)；在第二陶瓷生片中形成多個(gè)水平孔(25)；在第三陶瓷生片中形成多個(gè)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(jié)所述第一、第二和第三陶瓷生片。
15.根據(jù)權(quán)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(gè)的所述步驟受材料移除技術(shù)影響。
16.根據(jù)權(quán)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(gè)層疊在一起以形成亞疊板。
17.根據(jù)權(quán)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(gè)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(yè)中用于混合和測(cè)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(jié)期間逸出的易消失材料(222)。
文檔編號(hào)B29C65/00GK1735567SQ200380108211
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者納塔拉簡(jiǎn)·戈文達(dá)拉簡(jiǎn), 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(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司