Спосіб виготовлення мікрофлюїдних пристроїв з пластинчастого композитного напівфабрикату та спосіб виготовлення розпилювача

1. Спосіб виготовлення множини мікрофлюїдних пристроїв, насамперед соплових пристроїв, із пластинчастого композитного напівфабрикату, який складається із двох нерухомо з'єднаних між собою пластин, що мають в основному плоскі поверхні, на поверхні принаймні однієї з яких, що з'єднана з поверненою до неї поверхнею іншої пластини, виконана множина повторюваних систем канавок, розміри яких переважно знаходяться у мікрометровому діапазоні та які утворюють проточні канали, і який піддають механічній обробці уздовж ліній, які проходять між системами канавок, при якій композитний напівфабрикат розділяють на індивідуальні або об'єднані в групи мікрофлюїдні пристрої, який відрізняється тим, що системи канавок у пластинчастому композитному напівфабрикаті виконують таким чином, що вони безперервно з'єднуються одна з одною принаймні в одному напрямку по лініях, що проходять від одного краю пластинчастого композитного напівфабрикату до іншого його, протилежного, краю, до механічної обробки пластинчастого композитного напівфабрикату наявні в ньому канавки принаймні частково заповнюють заповнювачем у такий спосіб, щоб їх відкриті назовні до і/або після механічної обробки отвори та ділянки були заповнені заповнювачем, який вибирають таким чином, щоб він залишався в канавках як під час самої механічної обробки, так і при впливі на нього використову 2 (19) 1 3 87463 4 11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізня15. Спосіб за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняється тим, що заповнювач видаляють із канавок ється тим, що при механічній обробці уздовж ліній шляхом його нагрівання. у композитному напівфабрикаті виконують жолоб12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняки, які прорізають наскрізь одну із пластин, насамється тим, що заповнювач видаляють із канавок перед пластину із системою канавок, і не прохошляхом його розчинення в розчиннику та при недять наскрізь через іншу пластину. обхідності видування суміші заповнювача з роз16. Спосіб виготовлення розпилювача (11) текучочинником. го середовища (12), що містить сопловий пристрій 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що як (1) для розпилення текучого середовища (12), який розчинник використовують спирт або простий відрізняється тим, що сопловий пристрій (1) виефір. готовлено способом за будь-яким з попередніх 14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, який відрізняпунктів. ється тим, що заповнювач не видаляють із кана17. Спосіб виготовлення розпилювача (11) за п. вок до закінчення очищення мікрофлюїдних при16, який відрізняється тим, що він виконаний у строїв після механічної обробки. вигляді інгалятора, призначеного насамперед для аерозольної інгаляції лікарських препаратів. Даний винахід стосується способу виготовлення різних мікрофлюїдних пристроїв, насамперед соплових пристроїв, із пластинчастого композитного напівфабрикату з канавками, розміри яких знаходяться у мікрометровому діапазоні Такий спосіб виготовлення мікрофлюїдних пристроїв відомий (патент US 5547094), і його ознаки представлені в обмежувальній частині п. 1 формули винаходу. Даний винахід стосується також розпилювача із сопловим пристроєм подібного типу. Соплові пристрої (розпилювальні головки) типу, що розглядається, використовуються для розпилення на дуже дрібні крапельки різних рідин, які під високим тиском нагнітаються через сопловий отвір з невеликим поперечним перерізом. Такі соплові пристрої крім іншого широко використовують у медицині, наприклад, для генерування аерозолів з метою інгаляції. Соплові пристрої такого типу повинні відповідати дуже жорстким вимогам щодо розмірів крапель, оскільки, наприклад, при інгаляції діаметр більшої частини крапель рідини, яку розпилюють, для безперешкодного їх проникнення в легені повинен бути меншим ніж 6 мкм. Звичайно до здатних проникати в дихальні шляхи крапель або частинок відносять тільки ті з них, діаметр яких не перевищує 10 мкм. Згаданий вище патент US 5547094 стосується винятково соплових пристроїв блокового типу для застосування в зазначених вище цілях і способів виготовлення великої кількості високоякісних соплових пристроїв блокового типу. Описаний у цьому патенті спосіб дозволяє також інтегрувати в сопловий пристрій фільтр або навіть багатоступінчастий фільтр. Опис до патенту US 5547094 у повному обсязі включений в даний опис як посилання. Всі стадії технологічного процесу, описані в цьому патенті, а також всі матеріали та всі використовувані для виготовлення соплових пристроїв інструменти та пристрої можна використовувати і при здійсненні пропонованого в даному винаході способу. Іншу інформацію про такі мікрофлюїдні соплові пристрої можна знайти в WO 94/07607 А1 та WO 99/16530 А1. При виготовленні соплових пристроїв відомим способом спочатку виготовляють пластинчастий композитний напівфабрикат, що складається з двох пластин з по суті плоскими поверхнями, які міцно з'єднують між собою у двох напрямках. При необхідності такий пластинчастий композитний напівфабрикат можна виготовляти і з більшої кількості пластин. Дуже важливо підкреслити, що соплові пристрої в такому пластинчастому композитному напівфабрикаті одержують за рахунок виконання великої кількості повторюваних систем канавок, кожна з яких (систем) відповідає одному сопловому пристрою, у по суті плоскій поверхні однієї із пластин, яку з'єднують з по суті плоскою поверхнею іншої пластини. У принципі такі канавки можна виконувати на обох повернених одна до одної поверхнях двох пластин, які надалі з'єднують між собою. Відповідно до рівня техніки пластинчастий композитний напівфабрикат найбільш краще виготовляти з кремнієвої пластини та скляної пластини, які з'єднують між собою, однак можливі й інші варіанти. Канавки в остаточному підсумку утворюють у соплових пристроях проточні канали, розміри яких переважно знаходяться у мікрометровому діапазоні. У відомих на даний час соплових пристроях глибина канавок, які утворюють проточні мікроканали, знаходиться у межах від 2 до 40 мкм, переважно від 5 до 7 мкм, а поперечний переріз соплових отворів коливається від приблизно 25 до приблизно 500 мкм2. Окремі соплові пристрої з пластинчастого композитного напівфабрикату, який складається з їх множини, виготовляють його розділенням на окремі частини шляхом механічної обробки уздовж ліній, які проходять між двома сусідніми системами канавок. У результаті цієї операції одержують об'єднані до цього в блоки окремі соплові пристрої невеликих розмірів (невеликої площі). Відповідно до рівня техніки механічна обробка пластинчастого композитного напівфабрикату для його розділення на окремі соплові пристрої полягає в його розпилюванні дисковою пилкою, що обертається з високою швидкістю, краще з алмазною ріжучою крайкою. В іншому варіанті для розділення вели 5 87463 6 корозмірного пластинчастого композитного напіввих пристроїв, основні відмінні риси якого фабрикату на окремі соплові пристрої його можна представлені в п. 1 формули винаходу. також прорізати та потому відламувати від нього Відповідно до винаходу при здійсненні пропоокремі соплові пристрої. Обидві ці операції механінованого в ньому способу виконані в пластинчасчної обробки можна також комбінувати між собою, тому композитному напівфабрикаті канавки до а саме: на першій стадії пластинчастий композитйого механічної обробки заповнюють заповнюваний напівфабрикат можна спочатку прорізати пилчем, який залишається в канавках до закінчення кою, а потому на другій стадії остаточно відламумеханічної обробки. Тим самим заповнювач ефеквати від нього окремі соплові пристрої або тивно захищає канавки від потрапляння в них відокремлювати їх лазерним променем. стружки і/або МОР при механічній обробці. ЗаповПри виготовленні пластинчастого композитнонювач залишається в канавках до повного закінго напівфабрикату утворюючі його пластини можчення механічної обробки. Пропонований у винана з'єднувати одна з одною, зокрема, з'єднанням, ході захист канавок від можливого забруднення яке стимулюється електричним полем, а також істотно знижує відсоток браку при виготовленні іншими способами, включаючи склеювання, ультмікрофлюїдних пристроїв. развукове зварювання і т.д. Канавки заповнюють заповнювачем або повніПри виготовленні цим відомим способом сопстю, або тільки частково таким чином, щоб прилових пристроїв із пластинчастого композитного наймні відкриті ділянки канавок, які повернені нанапівфабрикату з канавками, розміри яких знахозовні або піддаються механічній обробці, були дяться у мікрометровому діапазоні, виникає певна заповнені заповнювачем, який перешкоджає попроблема, пов'язана із забрудненням канавок у траплянню в канавки стружки, МОР або аналогічпроцесі механічної обробки, зокрема, різання пилних забруднень під час механічної обробки пласкою. Звичайно при механічній обробці використотинчастого композитного напівфабрикату. Для вують мастильно-охолодну рідину (МОР), зокрема ефективного захисту канавок від потрапляння в на водній основі. Така МОР, особливо при наявноних забруднень не має значення, чи заповнені сті в ній відходів механічної обробки (дрібної струзаповнювачем внутрішні або середні частини кажки), у деяких випадках забиває канавки, очистити навок, оскільки на час механічної обробки цілком які практично стає вже неможливим. Наслідком достатньо закрити або заблокувати заповнювачем цього є високий відсоток браку. При цьому необвсі відкриті назовні ділянки канавок або місця їх хідно враховувати і ту обставину, що спочатку в зовнішнього з'єднання. пластинчастий композитний напівфабрикат об'єдІнші відмінні риси та кращі варіанти здійснення нано декілька сотень окремих соплових пристроїв, пропонованого у винаході способу представлені в які потому відокремлюють від нього по розташовазалежних пунктах формули винаходу. ним у вигляді сітки розділовим лініям. Очевидно, У даному винаході пропонується також розпищо виготовлення кожного такого соплового прилювач, заявлений у п. 16 формули винаходу. Крастрою окремо по суті неможливе й абсолютно нещі варіанти виконання пропонованого у винаході доцільне. розпилювача наведені у відповідних залежних Зазначена вище проблема характерна не тільпунктах формули винаходу. ки для виготовлення з одного пластинчастого комНижче винахід більш докладно розглянутий на позитного напівфабрикату множини соплових приприкладі деяких варіантів його здійснення з посистроїв блокового типу, до яких належить ланням на прикладені до опису креслення, на яких розглянутий вище рівень техніки, але й у цілому показано: для виготовлення із пластинчастого композитного на Фіг.1 - вигляд в аксонометрії пропонованого напівфабрикату множини мікрофлюїдних пристров даному винаході мікрофлюїдного пристрою, їв з відповідними канавками. Така ж проблема вина Фіг.2а - вигляд у плані нижньої частини поникає не тільки при виготовленні соплових приказаного на Фіг.1 мікрофлюїдного пристрою із сисстроїв, але й при виготовленні інших, темою канавок, мікрофлюїдних пристроїв, що безпосередньо не на Фіг.2б - вигляд у розрізі показаного на Фіг.1 виконують функцію сопла, наприклад, фільтраціймікрофлюїдного пристрою із зображенням його них пристроїв і розподільних пристроїв. шаруватої (композитної) структури, При виготовленні мікрофлюїдних пристроїв у на Фіг.2в - вигляд у розрізі виконаного за інцілому в пластинчастому композитному напівфабшим варіантом мікрофлюїдного пристрою із зорикаті бажано механічним шляхом виконують прображенням його шаруватої структури та місця розрізи уздовж ліній, які проходять між двома сусідніташування канавок, ми системами канавок і не обов'язково на Фіг.3 - вигляд у плані фрагмента пластинспівпадають з розділовими лініями, у результаті частого композитного напівфабрикату з множиною чого пластинчастий композитний напівфабрикат мікрофлюїдних пристроїв, які виготовляють із ньовиявляється розділений на ще не остаточно віддіго, один з яких показаний на Фіг.1, лені від нього окремі або об'єднані в групи мікрона Фіг.4 - схематичний вигляд у поздовжньому флюїдні пристрої або ж виявляється розділений на розрізі пропонованого у винаході розпилювача в фактично відділені від нього, але такі, що залишане зведеному стані (з розтисненою пружиною) з ються в згрупованому вигляді мікрофлюїдні привиготовленим пропонованим у винаході способом строї. сопловим пристроєм та Для рішення зазначеної вище проблеми в дана Фіг.5 - схематичний, повернений на 90° відному винаході пропонується новий спосіб виготовносно до показаного Фіг.4 вигляд у поздовжньому лення мікрофлюїдних пристроїв, зокрема сопло 7 87463 8 розрізі пропонованого у винаході розпилювача у можна послатися на публікацію WO 99/16530 А1, зведеному стані (зі стиснутою пружиною). яка також включена в даний опис як посилання. На Фіг.1 показаний мікрофлюїдний пристрій 1, Індивідуальні мікрофлюїдні соплові пристрої 1 у цьому випадку сопловий пристрій, який складаблокового типу, подібні до пристрою, який показається із двох частин: нижньої пластинчастої частиний в аксонометрії на Фіг.1, відокремлюють від ни 2 і розташованої над нею верхньої, також пласпластинчастого композитного напівфабрикату, тинчастої частини 3, яка нерухомо з'єднується з показаного на Фіг.3, шляхом його механічної обронижньою частиною. У кращому варіанті нижню бки уздовж ліній 6, які проходять між кожними частину 2 виготовляють із кремнію. Однак для видвома сусідніми системами канавок 4 та зображені готовлення нижньої частини мікрофлюїдного прина Фіг.3 переривчастими лініями. На Фіг.3 показастрою можна відповідно до згаданого вище рівня на сітка з ліній 6, які перетинаються під прямим техніки використовувати й інші різні матеріали. кутом одна щодо одної та проходять навколо кожВерхню частину 3 у кращому варіанті виготовляного окремого мікрофлюїдного пристрою 1. Для ють зі скла, замість якою відповідно до рівня техніточного розділення пластинчастого композитного ки можна використовувати й інші матеріали, нанапівфабрикату на окремі мікрофлюїдні пристрої 1 приклад, кремній, нітрид кремнію або германій. з одночасним утворенням сопла 5 або відкритих Окремий, показаний на Фіг.1 сопловий пристрій 1 протилежних кінців канавок 4 або відкритого вхідмає розміри 2x2,5x1,5 мм. Такий сопловий приного отвору відповідною фільтр) використовують стрій виготовляють у чистому виробничому примідискову пилку, яка обертається з високою швидкіщенні, чистота якого повинна відповідати певному стю (що часто перевищує 20000 об/хв) з алмазною класу. ріжучою крайкою, якою пластинчастий композитНа Фіг.1 мікрофлюїдний пристрій 1, виконаний ний напівфабрикат ріжуть на окремі частини строза першим варіантом, показано в поелементному го уздовж ліній 6, а точніше кажучи, уздовж ліній, зображенні з піднятою верхньою частиною 3. Нижякі проходять між кожними двома сусідніми лініями ня частина 2 цього пристрою окремо показана у 6. вигляді у плані на Фіг.2а. Очевидно, що фізично на поверхні пластинчаНа Фіг.2б мікрофлюїдний пристрій 1 показаний стого композитного напівфабрикату немає ніяких у розрізі в складеному або готовому вигляді. На ліній 6 або інших видимих позначок. Лінії 6 є уявФіг.3 у вигляді в плані показаний пластинчастий люваними й умовно позначають траєкторію, узкомпозитний напівфабрикат, з якого виготовляють довж якої при механічній обробці по пластинчасмножину мікрофлюїдних пристроїв 1 із системою тому композитному напівфабрикаті потрібно канавок 4. переміщати різальний інструмент, зокрема пилку. На Фіг.2в у розрізі, аналогічному зображеному Переміщення різального інструменту уздовж подіна Фіг.2б розрізу, показаний мікрофлюїдний прибної траєкторії забезпечується роботизованими стрій 1, виконаний за іншим варіантом. системами з відповідним програмним забезпеченШарувата (композитна) структура мікрофлюїдням. ного пристрою 1, показана на Фіг.2б та 2в, відповіЯк вже було відзначено вище, розділення пладає шаруватій структурі всього пластинчастого стинчастого композитного напівфабрикату на композитного напівфабрикату (див. Фіг.3), з якого окремі мікрофлюїдні пристрої можна виконувати в пропонованим у винаході способом виготовлений декілька стадій, принаймні одна з яких являє сотакий мікрофлюїдний пристрій. Композитний набою стадію механічної обробки, причому стружка, півфабрикат складається із двох нерухомо з'єднащо утворюється на ній і/або допоміжні речовини, них між собою у двох напрямках пластин, які після що використовують на ній, можуть привести до розділення пластинчастого напівфабрикату на описаного вище забруднення канавок. окремі мікрофлюїдні пристрої 1 або необов'язково Виконане за першим варіантом сопло 5 покана їх групи утворюють пластинчасті верхню та низане в аксонометрії на Фіг.1, у вигляді в плані на жню частини 2 і 3 мікрофлюїдного пристрою. ПлаФіг.2а та у розрізі на Фіг.2б. У цьому варіанті сопло стини, з яких складається композитний матеріал, 5 виконане у вигляді подвійного сопла, утвореного мають по суті плоскі поверхні з множиною повтодвома мікроканалами, причому два струмені рідирюваних систем, що утворюють проточні канали ни, які виходять з них, напрямлені назустріч один канавок 4, виконаних на одній з поверхонь приодному і тому вдаряють один у одного на деякій наймні однієї із пластин, якою вона з'єднується з відстані від вихідного отвору сопла 5 і взаємно відповідною поверхнею іншої пластини. Кожна дробляться на крапельки. У результаті такого зітксистема канавок утворює сопловий отвір або сопнення струменів на виході із сопла утворюються ло 5 (Фіг.1) або переходить у нього (Фіг.2б та 2в). дрібні крапельки рідини з необхідним розподілом На Фіг.3 показані системи канавок окремих мікроза розмірами. флюїдних пристроїв 1, які ще об'єднані в єдиний На Фіг.2б та 2в у розрізі показана структура пластинчастий композитний напівфабрикат. пластинчастого композитного напівфабрикату, Сопло 5 та канавки 4 можуть мати найрізноспосіб виготовлення з якого мікрофлюїдних приманітніше виконання, деякі варіанти якого вже строїв становить об'єкт даного винаходу. Такий були розглянуті вище при описі рівня техніки, до пластинчастий композитний напівфабрикат можна якого відноситься патент US 5547094, у якому використовувати для виготовлення з нього множиописані також і різні способи їх виготовлення, зокни мікрофлюїдних пристроїв 1, які не обов'язково рема, фотолітографія та травлення. Відносно фіповинні бути сопловими. льтрів, які інтегрують у такі мікрофлюїдні пристрої, У другому варіанті, показаному на Фіг.2в, сопло 5 утворене мікроканалом 5', який проходить у 9 87463 10 верхній, виготовленій бажано зі скла частині 3 мікту, який, як очевидно, фактично має набагато бірофлюїдного пристрою перпендикулярно до її осльші розміри У показаному на цьому кресленні новної площини та на своєму нижньому, повернеприкладі системи канавок 4 послідовно примиканому до нижньої частини 2 мікрофлюїдного ють одна до іншої за всією довжиною пластинчаспристрою кінці переходить у виконану на її верхній того композитного напівфабрикату від його верхповерхні канавку 4. Такий мікрофлюїдний пристрій нього краю до нижнього краю. Між вихідною 1 на відміну від першого, розглянутого вище варістороною сопла 5 однієї із систем канавок 4 і вхіданта можна використовувати не для бічного, а для ною стороною розташованої вище системи канаортогонального, якщо дивитися ззовні, розпилення вок 4 між лініями 6 за всією шириною пластинчасрідини. того композитного напівфабрикату проходить Мікрофлюїдний пристрій 1 із системою канапоперечний канал, який з'єднує вищележачу сисвок 4 виготовляють шляхом механічної обробки тему канавок 4 із соплом 5 нижчележачої системи пластинчастого композитного напівфабрикату, при канавок 4. якій його прорізають уздовж ліній 6, які проходять При виготовленні мікрофлюїдних пристроїв між кожними двома сусідніми системами канавок пропонованим у винаході способом виконані в 4, і в результаті якої пластинчастий композитний пластинчастому композитному напівфабрикаті напівфабрикат виявляється розділений на ще не канавки 4 до його механічної обробки заповнюють остаточно відділені від нього окремі або об'єднані заповнювачем. Заповнення канавок заповнювачем в групи мікрофлюїдні пристрої 1 або ж виявляєтьне викликає ніяких проблем, оскільки, як було відся розділений на повністю відділені від нього групи значено вище, всі системи канавок 4 у пластинчамікрофлюїдних пристроїв, кожна з яких складаєтьстому композитному напівфабрикаті з'єднані між ся лише з розділених, але ще не відділених від її собою. Однак заповнювач необхідно вибирати з остаточно мікрофлюїдних пристроїв. урахуванням того, що він повинен залишатися в Для цієї мети як детально показано на Фіг.2в, у канавках 4 протягом усього процесу механічної пластинчастому композитному напівфабрикаті обробки пластинчастою композитного напівфабришляхом його механічної обробки уздовж ліній 6 кату та не повинен вимиватися з них можливо вивиконують жолобки 6' (між кожними двома лініями користовуваними при механічній обробці допоміж6). Ці жолобки прорізають наскрізь тільки одну із ними рідинами або речовинами. Як уже пластин, який у показаному на Фіг.2в варіанті є говорилося вище при описі суті даного винаходу, нижня пластина 2 тобто пластина 2 із системою заповнення канавок 4 відповідним чином підібраканавок 4, і не проходять наскрізь через іншу планим заповнювачем дозволяє захистити їх від постину, якою у показаному на кресленні прикладі є трапляння в них забруднень у процесі механічної верхня пластина 3, а утворюють у ній закритий у обробки. Після закінчення механічної обробки заоснові канал. повнювач знову видаляють із канавок 4. Одержані Основна ідея даного винаходу полягає в тому, в результаті механічної обробки пластинчастого що незалежно від того, у якому місці та яким чикомпозитного напівфабрикату мікрофлюїдні прином в пластинчастому композитному напівфабристрої мають чисті канавки, що зберегли свою фокаті виконані системи канавок 4, їх на час механічрму та цілком придатні для подальшої обробки. ної обробки необхідно надійно захищати від Канавки можна заповнювати заповнювачем не можливого потрапляння в них забруднень. тільки знизу вверх (або в поздовжньому напрямку), У наведеному нижче докладному описі пропоале й через поперечний канал або інший аналогічнованого у винаході способу розглянутий варіант ний прохід, який проходить за всією шириною плавиготовлення мікрофлюїдного пристрою з виконастинчастого композитного напівфабрикату з ліва ною в пластинчастому композитному напівфабрина право (у площині креслення за Фіг.3). При певкаті системою канавок 4 для бічного розпилення ній ширині поперечних каналів для захисту канарідини. Необхідно підкреслити, що пропонований у вок від забруднення заповнювати заповнювачем винаході спосіб повною мірою стосується й вигоможна тільки самі канали та вхідні і вихідні отвори товлення показаного на Фіг.2в мікрофлюїдного канавок 4. Таке часткове заповнення канавок 4 пристрою із системою канавок для ортогонального помітно полегшує процес видалення заповнювача розпилення рідини. із всієї системи канавок після механічної обробки Пропонований у винаході спосіб є частиною пластинчастого композитного напівфабрикату. всього технологічного процесу виготовлення мікУ результаті виконання описаних вище технорофлюїдних пристроїв 1 описаного вище типу. При логічних стадій у пластинчастому композитному цьому пропонований у винаході спосіб припускає напівфабрикаті одержують показані на Фіг.2в жонаявність вже виготовленого пластинчастою комлобки 6', які є продовженням канавок 4 з нижньої позитного напівфабрикату з множиною мікрофлюсторони нижнього листа 2 та які тим самим в остаїдних пристроїв 1 і відрізняється від відомого споточному підсумку забезпечують доступ до сопла, собу насамперед виконанням у пластинчастому виконаного у верхній пластині каналу 5'. Очевидкомпозитному напівфабрикаті систем канавок 4, но, що мікрофлюїдні пристрої 1 подібного типу які (системи) послідовно, від одного краю пластинможна використовувати як пристрій з множиною частого композитного напівфабрикату до іншого розташованих у ряд сопел або як багатоканальний його протилежного краю примикають одна до інмікрофлюїдний пристрій для більш інтенсивного шої принаймні в одному, паралельному лініям 6 мікроструминного розпилення рідин. напрямку. Подібне розташування систем канавок У результаті виконання описаних вище технопоказано на Фіг.3, де зображений невеликий фралогічних стадій одержують мікрофлюїдний пригмент пластинчастого композитного напівфабрикастрій 1, який може являти собою, зокрема, окре 11 87463 12 мий блок або невелику пластину з показаною на Очевидно, що обидві ці температури, тобто Фіг.1 та 2 композитною структурою. У першому нормальна температура та температура заповваріанті сопло 5 такого мікрофлюїдного пристрою нення канавок заповнювачем, істотно залежать від утворено двома показаними на Фіг.2б у ненабагайого властивостей. При цьому, крім того, необхідто збільшеному масштабі вихідними отворами, які но враховувати й властивості матеріалу пластин, заповнені заповнювачем, позначеним на кресленні які при виготовленні пластинчастого композитного позицією 7. напівфабрикату нерухомо з'єднують між собою за Необхідно відзначити, що пропонований у видвома напрямками. У цілому ж за нормальну темнаході спосіб краще здійснювати в чистому приміпературу можна прийняти інтервал температур від щенні, чистота якого повинна відповідати певному приблизно 2 до приблизно 120°С, а за температукласу. ру заповнення канавок заповнювачем можна приДля виготовлення мікрофлюїдних пристроїв йняти інтервал температур від приблизно 5 до пропонованим у винаході способом важливе знаприблизно 280°С. чення має правильний вибір заповнювача. Щодо Звичайно для можливості проведення процесу цього варто враховувати, що розміри канавок 4, які механічної обробки при порівняно низьких темпезнаходяться у мікрометровому діапазоні, вимагаратурах використовуваний заповнювач повинен ють застосування спеціальної техніки їх заповненмати низьку в'язкість і/або високу леткість. Однак ня заповнювачем. Пов'язано це з тим, що на відмікрім такого заповнювача можна використовувати і ну від соплових пристроїв, які мають порівняно заповнювач з більш високою в'язкістю, що, як очебільші, макроскопічні розміри, у цьому випадку видно, збільшує тривалість технологічного проценеобхідно особливо враховувати капілярні ефекти, су і/або вимагає відповідного збільшення робочих а також поверхневий натяг і в'язкість заповнювача. температур. Більш того, у цьому випадку неможна застосувати Зазначеним вище загальним вимогам, яким й технологію виморожування води, яка відома за її повинен відповідати заповнювач, відповідають, застосуванням в процесах виготовлення макронаприклад, одно- та багатоатомні спирти, жирні скопічних пристроїв. кислоти, ефіри жирних кислот і суміші цих речоПершою важливою властивістю, яку повинен вин. До багатоатомних спиртів відносяться також мати заповнювач, є його незмішуваність із будьполіалкіленгліколі, зокрема, поліетиленгліколі. якою використовуваною при механічній обробці Особливий інтерес для застосування при здійсМОР або нерозчинність у ній. У крайньому випадку ненні пропонованого у винаході способу предстазаповнювач повинен мати лише мінімально можвляють, як було встановлено, одно- і багатоатомні ливу змішуваність з МОР або розчинність у ній спирти, які містять від 10 до 30 С-атомів, переважщоб уникнути його розчинення мастильноно від 12 до 24 С-атомів, найбільш краще від 16 до охолодною рідиною МОР й вимивання з канавок 4 20 С-атомів. Подібні хімікати мають найбільш припри механічній обробці. Так, наприклад, при роздатну для їх застосування при здійсненні пропонопилюванні пластинчастого композитного напівфаваного у винаході способу температуру плавленбрикату звичайно використовують МОР на водній ня, наприклад, близько 60°С, а також мають основі. Очевидно, що в цьому випадку заповнювач прийнятну температуру кипіння, наприклад, близьповинен бути не розчинний або дуже погано розко 210°С. Перевага таких хімікатів полягає також у чинний у воді. На практиці було встановлено, що з тому, що вони не розчинні у воді, але розчинні у урахуванням малих, таких, що знаходяться у мікспирту та простому ефірі і тому найбільш приватні рометровому діапазоні розмірів канавок 4, для їх для застосування при здійсненні пропонованого у заповнення краще вибирати заповнювач, який винаході способу. Вибір того або іншого заповнюможна використовувати в рідкому вигляді. вача в кожному конкретному випадку визначається Однак в одному з найбільш кращих варіантів наявністю подібних хімікатів на ринку. При наявноздійснення винаходу для заповнення канавок прості більш широкого спектра властивостей у того понується використовувати заповнювач, який у або іншого хімікату варто вибирати найбільш депроцесі механічної обробки знаходиться у твердошевий з наявних у продажу хімічний продукт. му агрегатному стані. Заповнювач, який знахоАльтернативно розглянутому вище вибору хідиться в такому агрегатному стані, ефективно та мічного продукту на основі його властивостей або надійно захищає канавки 4 від можливого забрудздатності змінювати свій агрегатний стан залежно нення. Перевести заповнювач у твердий агрегатвід температури або на додаток до нього можна ний стан можна шляхом випарювання можливо також використовувати заповнювачі, які мають використовуваного леткого розчинника або хімічінші властивості. До таких заповнювачів належать, ним шляхом. Більш краще, однак, використовуванаприклад, рідини (електрореологічні рідини), які ти як заповнювач речовину, яка переходить із одздатні змінювати свою консистенцію при накланого агрегатного стану в інший при відповідній данні на них електричної напруги Такі рідини так зміні температури. У цьому випадку при нормальсамо можна використовувати як заповнювачі при ній (кімнатній) температурі, при якій відбувається виготовленні мікрофлюїдних пристроїв пропонопроцес механічної обробки пластинчастого компованим у винаході способом. зитного напівфабрикату, такий заповнювач гаранОчевидно, що мікрометрові розміри канавок 4 товано буде знаходитися в канавках 4 у твердому у пластинчастому композитному напівфабрикаті агрегатному стані, але при температурі заповненстворюють певну проблему при їх заповненні відня ним канавок та його видалення з канавок, що повідним заповнювачем. Вирішення цієї проблеми істотно перевищує нормальну температуру, буде вимагає використання спеціальних методів заповлегко переходити в рідкий агрегатний стан. нення. Відповідно до кращого варіанта, який на 13 87463 14 практиці зарекомендував себе як найбільш ефекток до підвищення температури процес випарютивний, пластинчастий композитний напівфабривання заповнювача можна інтенсифікувати і прикат до заповнення канавок 4 заповнювачем піддаскорити за рахунок зниження навколишнього тиску ють вакуумуванню і лише потім канавки до достатнього низького рівня. В іншому варіанті заповнюють заповнювачем у вакуумі при залишвидаляти заповнювач із канавок 4 окремих соплоковому тиску, який становить, зокрема, менше ніж вих пристроїв 1 можна також шляхом його розчиприблизно 250 мбар. нення відповідним розчинником і при необхідності Подібна технологія дозволяє уникнути скупшляхом видування з канавок суміші, яка утворючення бульбашок газу в канавках 4. ється у них, заповнювача з розчинником. Ці обидПісля заповнення канавок 4 заповнювачем у ва методи можна також комбінувати між собою. вакуумі тиск у просторі, у якому знаходиться пласДля розчинення заповнювача, приклади якого, тинчастий композитний напівфабрикат, доцільно у тому числі і найбільш кращі, докладно розглянуті знову підвищувати до нормального, щоб при ньовище, рекомендується використовувати спирт або му відбувалося затвердіння заповнювача, який простий ефір Краще при цьому використовувати спочатку знаходиться у рідкому вигляді. низькомолекулярні спирти або прості ефіри, такі як На практиці весь пластинчастий композитний метанол, етанол, пропанол, ізопропанол і/або діенапівфабрикат поміщають у робочий простір, який тиловий ефір. Подібний підхід дозволяє повністю потім вакуумують до необхідного залишкового видаляти з канавок 4 весь заповнювач, який затиску. Потім пластинчастий композитний напівфалишився в них, та істотно знизити відсоток браку брикат у цьому робочому просторі поступово запри виготовленні мікрофлюїдних пристроїв. нурюють у похилому положенні у ванну з рідким Для захисту канавок 4 від можливого наступзаповнювачем до повного занурення в нього. При ного забруднення рекомендується також залишати цьому пластинчастий композитний напівфабрикат в них заповнювач аж до закінчення процесу очизанурюють у рідкий заповнювач у напрямку лінії щення мікрофлюїдних пристроїв, одержаних із безперервного з'єднання систем канавок 4 між пластинчастого композитного напівфабрикату при собою, рівень рідкого наповнювача усередині яких його механічній обробці, включаючи операцію його тим самим повільно підвищується від одного краю розділення на окремі частини. напівфабрикату до іншого, протилежного його На Фіг.4 та 5 у незведеному (Фіг.4) і зведеному краю доти, поки в остаточному підсумку весь плас(Фіг.5) стані схематично показаний пропонований у тинчастий композитний напівфабрикат, тобто всі винаході розпилювач 11 з виконаним за першим розташовані в ньому системи канавок, до кінця не або другим варіантом мікрофлюїдним пристроєм заповниться рідким заповнювачем. або сопловим пристроєм (розпилювальною голоПісля цього тиск у робочому просторі знову вкою) 1, призначеним для розпилення текучого підвищують до нормального. При цьому заповнюсередовища 12, зокрема, високоефективного лівач, який все ще зберігає рідку консистенцію, мокарського або іншого аналогічною складу. Пропоже під дією власного поверхневого натягу залишанований у винаході розпилювач 11 виконаний, тися в канавках 4 у пластинчастому композитному зокрема, у вигляді портативного інгалятора та пенапівфабрикаті, який для цього повністю повертареважно не вимагає для його роботи пропеленту. ють у горизонтальне положення. При наступному При розпиленні текучого середовища 12, пезниженні температури заповнювач, що знаходитьреважно рідини, зокрема, лікарського складу, ся в канавках 4, поступово твердіє всередині них. утворюється аерозоль, який вдихується не покаПісля цього пластинчастий композитний назаним на кресленнях пацієнтом або вводиться в півфабрикат із затверділим у канавках заповнювайого організм шляхом інгаляції. Звичайно інгалячем розпилюють пилкою, що обертається з висоцію проводять принаймні один раз на день, краще кою швидкістю, з алмазною ріжучою крайкою на декілька разів на день, звичайно через певні інокремі частини по лініях 6 або прорізають у ньому тервали часу. жолобки 6', показані на Фіг.2в. Потім з канавок 4 У розпилювачі 11 знаходиться відповідна ємвидаляють заповнювач. ність 13, краще змінна, яка заповнена текучим В аналогічних мікрофлюїдних пристроях їх касередовищем 12, що розпиляється, та яка утворює навки 4 можна заповнювати заповнювачем і під для неї витратну ємність. Запас текучого середонадлишковим тиском. вища, яке знаходиться у ємності 13, достатній для Виготовлення мікрофлюїдних пристроїв пройого багаторазового застосування, зокрема протяпонованим у винаході способом вимагає розробки гом заданого періоду часу, наприклад, одного міне тільки технології введення в канавки 4 заповсяця, або принаймні розрахований на 50, краще на нювача, краще у вигляді рідини, до механічної 100, разових доз або розпилень. обробки пластинчастого композитного напівфабЄмність 13 виконана в основному у вигляді рикату, але й особливої технології видалення з циліндричного патрона або балончика, який після канавок 4 заповнювача, який знаходиться в них, відкривання розпилювача 11 можна вставити в після механічної обробки пластинчастого композинього знизу і який при необхідності можна замінити тного напівфабрикату. Щодо цього, видаляти зана новий. Ємність 13 бажано повинна мати стійку повнювач із канавок 4 відділених від пластинчасабо жорстку конструкцію та, зокрема, при знахотого композитного напівфабрикату соплових дженні текучого середовища 12 у м'якому пакеті пристроїв 1 рекомендується шляхом підвищення 14, поміщеному усередину ємності 13. температури заповнювача. При збільшенні темпеРозпилювач 11 містить генератор 15 тиску, ратури заповнювач, який знаходиться в канавках 4 призначений для створення надлишкового тиску, може, наприклад, випаровуватися з них. На додаякий необхідний для переміщення та розпилення 15 87463 16 текучого середовища 12 у дозованій кількості, яку на тримач 16. При стисненні пружини ємність 13 при необхідності можна регулювати. Генератор 15 опускається в осьовому напрямку в крайнє нижнє тиску має тримач 16 ємності 13, що має, показану положення, яке відповідає зведеній пружині та на кресленнях лише частково, приводну пружину показане на Фіг.5. У процесі розпилення текучого 17 зі стопорним елементом 18, який звільняється середовища, яке знаходиться в ємності 13, останвручну, подавальну трубку 19 зі зворотним клапаня переміщається приводною пружиною 17 назад ном 20 і напірну камеру 21, розташовану на рівні вверх у своє вихідне положення. Іншими словами, мундштука 23, який охоплює пропонований у виємність 13, яка при стисненні пружини опускаєтьнаході сопловий пристрій 1. ся, а при розпиленні піднімається, здійснює у корПри взведенні приводної пружини 17 шляхом її пусі розпилювача зворотно-поступальні перемістиснення в осьовому напрямку тримач 16 разом з щення за типом поршня. ємністю 13 і подавальною трубкою 19 переміщаНижня корпусна деталь 28 бажано має форму ється вниз у площині креслень, що супроводжуковпачка, який охоплює нижній вільний кінець ємється всмоктуванням текучою середовища 12 з ності 13. При стисненні приводної пружини 17 ниємності 13 через зворотний клапан 20 у напірну жній кінець ємності (глибше) входить в нижню коркамеру 21 генератора 15 тиску. Оскільки сопловий пусну деталь 28 або в напрямку її дна до упирання пристрій 1 має дуже маленький прохідний перетин своїм дном 31 у розташовану усередині нижньої і по суті відповідає капіляру, він створює досить корпусної деталі 28 пружину 30 яка стискається в високий ефект дроселювання, надійно перешкоосьовому напрямку, та в охоплюваний нею пробійджаючий втягуванню повітря в напірну камеру при ник 32, що при першому контакті з ємністю 13 проусмоктуванні в неї текучого середовища навіть під колює в ній або в розташованій з боку її дна пробці час відсутності зворотного клапана. отвір, який для вирівнювання тиску в ємності з'єдПри наступному вимиканні стопорного елеменує її з атмосферою. нта 18 і звільненні й розпрямленні стисненої приРозпилювач 11 містить також лічильник 33, водної пружини 17 вона, а точніше, зусилля, яке який фіксує кількість циклів приведення розпилюрозвивається нею, створює прикладений до текувача 11 у дію, краще шляхом вимірювання кількосчого середовища 12, що знаходиться в напірній ті поворотів внутрішньої корпусної деталі 27 віднокамері 21, тиск, під дією якого подавальна трубка сно верхньої корпусної деталі 26. У показаному на 19 починає переміщатися назад вверх, а текуче кресленнях варіанті лічильник 33 працює виняткосередовище виприскується через сопловий приво як механічний пристрій. стрій 1, розпилюючись у вигляді крапель, розміри Таким чином, у даному винаході пропонується яких знаходяться у мікро- або нанометровому діарозпилювач 11 для інгаляційних цілей, який генепазоні, переважно становлять близько 5 мкм, і які рує практично нерухомий аерозольний туман або здатні проникати в легені та утворюють туман або аерозольний туман з дуже невеликою швидкістю струмінь аерозолю 24, показаний на Фіг.4. Таким на виході розпилювача, при якій крапельки аерошляхом переважно забезпечується чисто механічзольного тумана стають практично нерухомими на не переміщення та розпилення текучого середовідстані декілька сантиметрів від сопла. Для інгавища 12 та, зокрема, без усякого застосування ляції такого аерозолю 24 необхідний додатковий пропеленту або електрики. потік повітря. Під час інгаляції пацієнт, який не показаний на На закінчення необхідно відзначити, що в дакресленнях, вдихає аерозоль 24 разом з повітрям, ний опис як посилання в повному обсязі включещо додатково може всмоктуватися в мундштук 23 ний зміст публікацій WO 91/14468 А1 та WO через принаймні один передбачений в ньому пові97/12687 А1. У цих публікаціях описаний розпилютровпускний отвір 25. вач зі створюваним пружиною діючим на рідину Корпус розпилювача 11 складається з верхтиском від 5 до 60 МПа, переважно від 10 до 50 ньої корпусної деталі 26 та внутрішньої корпусної МПа, і об'ємом витіснення рідини за один хід подеталі 27, яка вставлена в неї та здатна повертаршня від 10 до 50 мл, переважно від 10 до 20 мл, тися відносно неї, до якої знімно, краще фіксуючим найбільш переважно близько 15 мл, при розмірах елементом 29, кріпиться нижня корпусна деталь крапель розпиленої рідини до 20 мкм, переважно 28, яка повертається вручну. Цю нижню корпусну від 3 до 10 мкм. Описаний у цих публікаціях роздеталь 28 можна від'єднати від розпилювача 11 пилювач у кращому варіанті має форму циліндра для поміщення в нього і/або заміни в ньому ємносдовжиною від приблизно 9 до приблизно 15 см і ті 13. діаметром (шириною) від приблизно 2 до приблизПри повороті вручну нижньої корпусної деталі но 5 см, а струмінь аерозолю, що виходить з його 28 разом з нею відносно верхньої корпусної деталі сопла, має розширення від 20 до 160°, переважно 26 повертається внутрішня корпусна деталь 27, від 80 до 100°. Такі ж параметри, зокрема зазнащо супроводжується стисненням або взведенням чені вище як кращі, має і пропонований у даному приводної пружини не показаним на кресленні винаході розпилювач 11. приводним механізмом, який впливає при цьому 17 87463 18 19 87463 20 21 Комп’ютерна верстка В. Мацело 87463 Підписне 22 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601