ES2580834T3

ES2580834T3 - Microagujas de polímero cristalino líquido

Info

Publication number: ES2580834T3
Application number: ES11728098.2T
Authority: ES
Inventors: Daniel C. Duan; Stanley Rendon
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-08-29
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: EP3047950A1; EP2646218B1; CA2817950C; AU2011337216B2; IL226330A; AU2011337216A1; DK2646218T3; CN103228416A; SG190806A1; US20130253446A1; BR112013012971A8; JP5969495B2; MX344881B; CA2817950A1; EP2646218A1; JP2014505671A; KR101851034B1; IL226330A0; WO2012074576A1; MX2013005824A

Abstract

Un dispositivo (10) que comprende una microaguja (100) de polímero cristalino líquido termotrópico, en donde la microaguja (100) comprende una punta y una base, y en donde la microaguja (100) tiene un 5 momento de flexión sostenido máximo medido a un 15% de la distancia desde la punta hasta la base de 30.000 a 60.000 mN-μm.

Description

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DESCRIPCION

Microagujas de polimero cristalino liquido

La presente invencion se refiere a microagujas de polimero cristalino liquido, especialmente a microagujas de polimero cristalino liquido termotropico.

WO 2010/117602 A2 se refiere a un metodo de fabricacion de un conjunto de microagujas huecas. Tambien se refiere a los articulos obtenidos mediante el mismo y al uso de los articulos en aplicaciones tales como suministro de fluido y/o extraccion de fluido corporal de un paciente.

WO 02/34017 A2 se refiere a polimeros cristalinos liquidos. Los polimeros cristalinos liquidos se pueden fundir formando caracteristicas muy finas tales como crestas y/o canales moldeados en el articulo solido resultante. Con las condiciones de moldeo adecuadas se pueden moldear crestas y/o acanaladuras de tan solo 0,1 micrometros de anchura y/o de tan solo 10 nm de profundidad y/o crestas o acanaladuras de tan solo 0,2 micrometros de separacion en PCL. En partes de PCL se pueden moldear tambien caracteristicas de tamanos similares, tales como depresiones o puntos elevados.

Sumario de la invencion

En un aspecto, la presente descripcion proporciona un dispositivo que comprende una microaguja de polimero cristalino liquido termotropica.

En otro aspecto, la presente descripcion proporciona un dispositivo que comprende un conjunto de microagujas de polimero cristalino liquido en donde las microagujas tienen una profundidad de penetracion de 50 a 120 micrometros empleando una fuerza de 8,89 Newton (2 libras de fuerza) durante 10 segundos.

En otro aspecto, la presente descripcion proporciona un dispositivo que comprende un conjunto de microagujas de polimero cristalino liquido en donde las microagujas tienen una profundidad de penetracion de 50 a 150 micrometros empleando una fuerza de 13,34 Newton (3 libras de fuerza) durante 10 segundos.

En otro aspecto, la presente descripcion proporciona un dispositivo que comprende un conjunto de microagujas de polimero cristalino liquido en donde las microagujas tienen una eficacia de penetracion de 70% o superior empleando una fuerza de 13,34 Newton (3 libras de fuerza) durante 10 segundos.

En otra realizacion, la presente descripcion proporciona un metodo para fabricar microagujas de polimero cristalino liquido termotropico y conjuntos de microagujas.

Breve descripcion de las figuras

En los dibujos adjuntos:

La Fig. 1 es una vista en seccion transversal de un dispositivo de la presente descripcion;

Descripcion detallada de determinadas realizaciones

El proceso de moldeo de la presente descripcion puede ofrecer una o mas de las siguientes ventajas: la capacidad de obtener propiedades macroscopicas especificamente deseadas de un articulo moldeado controlando selectivamente el grado en que los mesogenos del polimero cristalino liquido termotropico (PCLT) se alinean o se desprenden del flujo durante el moldeo, la capacidad de reproducir con fiabilidad la forma de la cavidad de moldeo del articulo en el articulo moldeado resultante, la capacidad de producir caracteristicas de articulo finas que tienen propiedades fisicas anisotropicas y/o la capacidad de producir caracteristicas de articulo finas que tienen propiedades mesoscopicas fisicas equilibradas.

En PCLT relevantes comerciales, los mesogenos constituyen la unidad mas fundamental de los polimeros de cristal liquido que induce un orden estructural en una disposicion conocida como “nematica”, que se caracteriza por tener unidades de mesofase que muestran un orden de orientacion de gran alcance, pero un orden estructural o de posicion de corto alcance solamente. La alineacion de los mesogenos a lo largo de una direccion (o vector) de orientacion promedio definida como “director” se puede caracterizar por un factor de anisotropia molecular (en adelante denominado “factor de anisotropia”) que oscila de 0 para una distribucion aleatoria de orientaciones moleculares (es decir, isotropicas) de mesogeno y 1 para una a alineacion molecular perfecta.

En la presente memoria, el termino “PCLT fundido” se refiere no solamente a que la totalidad de un PCLT esta en estado fundido (es decir, un estado en el que sus mesogenos se pueden desprender del flujo), sino tambien a un PCLT que tiene sus mesogenos en forma de regiones cristalinas orientadas solidas (por ejemplo, en el que sus mesogenos estan alineados con el flujo) estando el resto del PCLT fundido (por ejemplo, en forma de una o de diversas regiones amorfas de fluido).

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En la presente memoria, el termino “alineado con el flujo” alude a los mesogenos de PCLT que presentan un factor de anisotropfa en el intervalo de al menos aproximadamente 0,4 hasta 1,0, preferiblemente de al menos aproximadamente 0,5 hasta 1,0, pero sin alcanzar ese valor y, mas preferiblemente, de aproximadamente 0,6 a menos de 1,0, con respecto a la direccion de flujo.

Segun la presente invencion, se considera que la composicion fundida que llena cada camara de moldeo tiene una parte sustancial de sus mesogenos de PCLT alineados con el flujo, dependiendo de la aplicacion, cuando al menos de aproximadamente 30% hasta 100%, de 35% hasta 100%, de 40% hasta 100%, de 45% hasta 100%, de 50% hasta 100%, de 55% hasta 100%, de 60% hasta 100%, de 65% hasta 100%, de 70% hasta 100%, de 75% hasta 100%, de 80% hasta 100%, de 85% hasta 100%, de 90% hasta 100%, o de 95% hasta 100% de los mesogenos de PCLT que llenan la camara de moldeo estan alineados con el flujo. En consecuencia, se considera que la parte del dispositivo o artfculo moldeado formado por cada camara de moldeo (por ejemplo, cada microaguja) tiene una parte sustancial de mesogenos de PCLT alineados con el flujo, cuando al menos de aproximadamente 30% hasta 100%, de 35% hasta 100%, de 40% hasta 100%, de 45% hasta 100%, de 50% hasta 100%, de 55% hasta 100%, de 60% hasta 100%, de 65% hasta 100%, de 70% hasta 100%, de 75% hasta 100%, de 80% hasta 100%, de 85% hasta 100%, de 90% hasta 100%, o de 95% hasta 100% de los mesogenos de PCLT a lo largo de la microaguja estan alineados con el flujo. Puede ser deseable que un maximo de aproximadamente 25% de los mesogenos de PCLT de la microaguja esten desprendidos del flujo (es decir, que un maximo de aproximadamente 25% de la dimension menor de la parte correspondiente del dispositivo o artfculo moldeado sea isotropica). Para otras aplicaciones, pueden ser tolerables cantidades mayores de mesogenos de PCLT desprendidos del flujo en cada microaguja. Para otras aplicaciones, puede ser deseable una cantidad maxima incluso inferior de mesogenos de PCLT desprendidos del flujo en la microaguja.

Los mesogenos de PCLT empezaran a rotar rapidamente (desde un estado alineado con el flujo) a temperaturas de moldeo a las que el PCLT esta fundido. Por lo tanto, el PLCT fundido en al menos la camara de moldeo de microagujas se deberfa solidificar rapidamente, despues de llenar la camara de moldeo de la microaguja, para garantizar que una cantidad sustancial de los mesogenos alineados con el flujo permanezcan alineados con el flujo en la microaguja moldeada. Las dimensiones de cada cavidad de moldeo de la microaguja pueden influir en la velocidad de enfriamiento del PCLT fundido dentro de la cavidad. Por ejemplo, cuanto menor sea la dimension de la cavidad de moldeo, mayor sera la velocidad de enfriamiento, puesto que la cantidad de PCLT fundido que deba solidificar sera menor. Ademas, si el molde esta hecho de un material de menor conductividad termica como, por ejemplo, acero inoxidable en lugar de un material de mayor conductividad termica como, por ejemplo, una aleacion de cobre, los disenos de molde de mayor tamano o mas voluminosos daran lugar a una velocidad de enfriamiento inferior, puesto que un material de moldeo de una conductividad termica menor conducira calor desde el PCLT fundido de forma mas lenta. Esta velocidad de enfriamiento determinara si una cantidad adecuada de los mesogenos de PCLT permaneceran alineados con el flujo para proporcionar propiedades ffsicas deseadas al artfculo moldeado solidificado.

Los mesogenos de PCLT alineados con el flujo se pueden hallar en la totalidad del elemento moldeado del artfculo formado por cada cavidad o formado al menos por cada cavidad de moldeo de la microaguja. De forma alternativa, los mesogenos de PCLT alineados con el flujo del elemento moldeado, formado por cada cavidad de moldeo de la microaguja se pueden hallar en una zona exterior o espesor (por ejemplo, la piel) que contiene un nucleo de la composicion fundida que contiene mesogenos de PCLT que no estan alineados con el flujo, en comparacion con la zona exterior o espesor, (por ejemplo, que estan practicamente o completamente desprendidos del flujo o son isotropicos). Dicha zona exterior o espesor de los mesogenos de PCLT alineados con el flujo se puede formar bajo tres condiciones posibles: (1) cuando la dimension menor es demasiado amplia como para permitir una velocidad de flujo lo suficientemente alta por toda la dimension menor, (2) cuando solamente la parte exterior se enfrfa de forma suficientemente rapida como para solidificar los mesogenos en un estado de flujo alineado, o (3) tanto (1) como (2). Cuando la dimension de la microaguja es demasiado pequena y la velocidad de enfriamiento del PCLT fundido es lo suficientemente alta, todos los mesogenos en el PCLT fundido a lo largo de toda la microaguja pueden estar en estado alineado con el flujo y permanecer alineados con el flujo cuando el PCLT fundido se solidifica.

Las caracterfsticas especfficas del metodo de preparacion de microagujas segun la presente descripcion se describen en la solicitud de patente estadounidense provisional n.° 61/287.799 (presentada el 18 de diciembre de 2009). Los siguientes metodos ilustrativos describen el procedimiento de moldeo asociado con el moldeo por inyeccion de un conjunto de microagujas de PCLT utilizando una construccion de herramienta con cavidad laminada.

El metodo comienza con la plastificacion de los granulos solidos de material de PCLT puro (por ejemplo, Vectra MT1300, comercializado por Ticona Engineering Polymers, Inc, Florence, KY) utilizando una maquina de moldeo por inyeccion Krauss-Maffei (comercializada por Krauss-Maffei Florence, KY) equipada con un husillo de 22 mm con movimiento alternativo disenado para una compresion baja o media. El material se introduce en la seccion de alimentacion del husillo a temperaturas proximas a la temperatura de fusion nominal del polfmero (por ejemplo, Vectra MT1300, < 248,8 0C [480 F]) para asegurar una exposicion termica limitada del material. Conforme gira el husillo, el material comienza a plastificar y a penetrar en la region de compresion del husillo, en donde el polfmero comienza a presentar fuerzas de alta cizalladura que comienzan el proceso de fusion del material ablandador hasta un intervalo de temperaturas de 271,1 0C (520 F) a 282,2 0C (540 F).

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A medida que se establece la inyeccion, el polimero pasa mas alla de la parte de dosificacion del husillo donde queda listo para la inyeccion (ahora a 293,3 0C o 560 F). El material tambien se puede continuar introduciendo hasta un colector caliente (o canal caliente) antes de inyectarlo en la cavidad de interes. Las gotas del canal caliente se mantienen a la misma temperatura nominal que la zona de dosificacion del husillo.

Una vez se ha establecido la aplicacion de material y el polimero esta en equilibrio termico con el conjunto de husillo y camara, ya se puede comenzar el proceso. El PCLT se mantiene a una temperatura que reduce la cantidad de anisotropia adquirida durante el proceso de plastificado y garantiza tambien que el polimero no se congele de forma prematura cerca del punto de entrada en el molde.

El molde se cierra y establece una fuerza de sujecion suficiente de entre 18 a 27 megagramos (de 20 a 30 toneladas) para vencer la presion de la cavidad interna (superior a 13,7 x 10A7 pascal [20 Kpsi]) cuando se inyecta el material. Una vez establecida la fuerza de sujecion, el PCLT se inyecta a alta velocidad (> 10,16 cm/s [4 pulgada/s]) mediante el embolo de la unidad de inyeccion suponiendo que haya disponible suficiente presion en la primera etapa (superior a 17,235 x 10A7 pascal [25 Kpsi]) para alcanzar la velocidad deseada. La temperatura del molde se mantiene constante a 82 0C (180 F) durante todo el ciclo.

El material polimerico entrante se ve expuesto a altas velocidades de cizalladura a traves del orificio de inyeccion, lo que favorece un alto grado de anisotropia molecular que garantiza que las propiedades mecanicas de las microagujas moldeadas se encuentren preferiblemente en el eje longitudinal de la aguja (es decir, para una aguja piramidal cuadrada, a lo largo del eje desde la base hasta la punta conica). Durante esta etapa el material experimenta una transicion desde el estado “desprendido del flujo” en equilibrio a un estado “alineado con el flujo” (ver la solicitud de patente estadounidense provisional n.° 61/287.799 [presentada el 18 de diciembre de 2009]).

Otro elemento de procesado de PCLT es el uso de herramientas laminadas de acero inoxidable P20 o 420 que favorecen la evacuacion de aire desde la cavidad junto con la velocidad de inyeccion del material. La viscosidad del aire es lo suficientemente baja para favorecer la salida del gas a traves de las superficies submicrometricas que definen la geometria de la aguja. De forma simultanea, la viscosidad del polimero que entra, se orienta y se solidifica de forma rapida es por lo tanto demasiado alta como para entrar en las superficies submicrometricas definidas por la cavidad de la herramienta laminada, por lo que solamente puede escapar aire.

La primera etapa transcurrira de forma tipica en menos de 0,3 segundos dependiendo de la amplitud del camino de flujo del material. De forma mas tipica, se necesitan 0,1 segundos para llenar completamente la cavidad durante la inyeccion de la primera etapa.

Cuando el material ha entrado y llenado aproximadamente 98% de la cavidad utilizando la inyeccion de la primera etapa (controlada por la velocidad) se llena la parte restante del molde utilizando una inyeccion de segunda etapa (controlada por presion).

Una presion en la segunda etapa de o proxima a 12,41 x 10A7 pascal (18 Kpsi) asegura que las partes restantes del molde (de escala macrometrica o micrometrica) se llenen completamente y que la contraccion del material que pueda producirse quede compensada por material adicional aplicado a traves del cojin de polimero pequeno disponible en la parte delantera del husillo.

Tras una solidificacion rapida del material por debajo de su temperatura de distorsion por calor (HDT) de 176,6 0C (350 F), el conjunto o conjuntos de microagujas estan listas para la fase del proceso correspondiente a la eyeccion.

La eyeccion es el mecanismo de retirada de la parte moldeada de la cavidad de moldeo por inyeccion. Esto puede suceder de forma tipica con un conjunto de machos de eyeccion, con un procedimiento neumatico, por vacio, etc., para garantizar que se pueda retirar adecuadamente la parte de la herramienta.

Tambien pueden realizarse ejemplos comparativos de conjuntos de policarbonato moldeados por inyeccion. A continuacion se describe un procedimiento de moldeo comparativo asociado con el moldeo por inyeccion de un conjunto de microagujas basadas en policarbonato (PC) utilizando una construccion de herramienta con cavidad laminada.

El metodo comienza con la plastificacion de granulos solidos de material de policarbonato (“PC”) puro (Lexan HPS1R, comercializado por Sabic Innovative Plastics, Pittsfield, MA) utilizando una maquina de moldeo por inyeccion Krauss-Maffei equipada con un husillo de moldeo por inyeccion de movimiento alternativo de 18 mm disenado para valores medios de compresion.

El material se introduce en la seccion de alimentacion del husillo a temperaturas proximas a la temperatura de fusion nominal del polimero (por ejemplo, Lexan, < 248,8 0C [480 F]) para asegurar una exposicion termica limitada del material. Conforme gira el husillo, el material comienza a plastificar y a penetrar en la region de compresion del husillo, en donde el polimero comienza a presentar fuerzas de alta cizalladura que comienzan el proceso de fusion del material ablandador a temperaturas de hasta 282,2 0C (540 F).

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Conforme se establece la inyeccion, el polimero pasa mas alia de la parte de dosificacion del husillo donde queda listo para la inyeccion (todavia a 282,2 °C o [540 F]), manteniendo un perfil de temperatura lineal en toda la longitud del husillo). El material se puede introducir tambien en un colector caliente (o canal caliente) antes de inyectarlo en la cavidad de interes. Las gotas del canal caliente se mantienen a la misma temperatura nominal que la zona de dosificacion del husillo.

Una vez se ha establecido la aplicacion de material y el polimero esta en equilibrio termico con el conjunto de husillo y camara, ya se puede comenzar el proceso. Para garantizar que el policarbonato pueda replicar completamente la superficie de la cavidad de moldeo laminada, es necesario aumentar la temperatura de moldeo hasta un estado apropiado que garantice que la temperatura del polimero de entrada no disminuya hasta valores inferiores al punto de ablandamiento y que tenga una viscosidad lo suficientemente baja para llenar la cavidad de interes.

La temperatura de moldeo cerca de la cavidad se aumenta rapidamente hasta un valor de 165,5 0C (330 F) a 182,2 0C (360 F). Esta temperatura variara dependiendo de la viscosidad absoluta del material, el indice de fluidez en estado fundido, los tamanos de cavidad macrometricos a micrometricos y la aireacion. Esta temperatura se mantiene el tiempo suficiente para garantizar el llenado completo de la cavidad de interes antes de la segunda etapa. Una vez alcanzada la temperatura, el molde se cierra y aplica una fuerza de sujecion suficiente (de 18 a 27 megagramos [de 20 a 30 toneladas]) para vencer la presion interna de la cavidad (superior a 11,03 x 10A7 pascal [16 Kpsi]) cuando se inyecta el material. Una vez establecida la fuerza de sujecion, el PC se inyecta a velocidades relativamente bajas (< 5,08 cm/s [2 pulgada/s]) mediante el embolo de la unidad de inyeccion suponiendo que haya disponible suficiente presion en la primera etapa para alcanzar la velocidad deseada.

El material de entrada se vera expuesto a fuerzas de cizalladura intensas, pero dichas fuerzas seran sustancialmente menores que las del moldeo por inyeccion de PC tradicional puesto que la temperatura de moldeo se mantiene tan alta durante la primera etapa de inyeccion. De este modo se garantiza que los esfuerzos termicos y de cizalladura asociados con el artfculo final despues del enfriamiento sean minimos. Esto favorece, a su vez, unas propiedades macroscopicas y microscopicas uniformes y equilibradas en el artfculo.

La capacidad de evacuar aire de la cavidad en combinacion con la velocidad de inyeccion del material resulta util para el procesamiento de un conjunto de microagujas de PC utilizando herramientas laminadas. La viscosidad del aire es lo suficientemente baja para favorecer la salida del gas a traves de las superficies submicrometricas que definen la geometria de la aguja. Por otra parte, la viscosidad del polimero que entra, se orienta y se solidifica de forma rapida es demasiado alta como para entrar en las superficies submicrometricas definidas por la cavidad de la herramienta laminada.

El molde esta constituido por 196 cavidades (de 14 x 14) de una profundidad de 700 micrometros cada una y que convergen en una punta de menos de 5 micrometros de seccion. La primera etapa transcurrira de forma tipica en menos de 2 segundos dependiendo de la amplitud del camino de flujo del material. De forma mas tipica, se necesita 1 segundo para llenar completamente la cavidad durante la inyeccion de la primera etapa.

Cuando el material ha entrado y llenado 98% de la cavidad utilizando la inyeccion de la primera etapa (controlada por la velocidad) se llena la parte restante del molde utilizando inyeccion de segunda etapa (controlada por presion). La inyeccion de segunda etapa asegura que las partes restantes del molde (de escala macrometrica o micrometrica) se llenen completamente y que el encogimiento de material que se pueda producir quede compensado por esta cantidad adicional de material aplicado a traves del cojin de polimero pequeno disponible en la parte delantera del husillo.

Durante esta etapa es cuando la temperatura del molde (de 115,5 0C [240 F] a 121, 1 0C [250 F]) se reduce enormemente para reducir la temperatura del polimero por debajo de la temperatura de transicion vitrea del material. Una vez completa la solidificacion del material (garantizando que el polimero esta por debajo de su HDT) el conjunto o conjuntos de microagujas estan listas para la fase del proceso correspondiente a la eyeccion.

Cada uno de los metodos ilustrativos anteriormente descritos en la presente memoria puede ser utilizado para formar diversos artfculos moldeados distintos. Ademas, el llenado de cada cavidad con una composicion fundida puede dar lugar a una caracteristica estructural hueca (por ejemplo, una aguja hueca), una caracteristica estructural maciza (por ejemplo, una aguja o aguja de tipo alfiler maciza), o una combinacion de ambos.

En esta solicitud, las microagujas tienen de forma tipica una altura inferior a 1000 micrometros, una altura inferior a 800 micrometros y, en ocasiones, una altura inferior a 500 micrometros. Las microagujas pueden tener una altura superior a 50, una altura superior a 200 micrometros y, en ocasiones, una altura superior a 500 micrometros.

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Las microagujas se pueden caracterizar por una relacion de aspecto. En la presente memoria, el termino “relacion de aspecto” es la relacion de la altura de la microaguja (por encima de la superficie que rodea la base de la microaguja) hasta la dimension maxima de la base, es decir, la dimension mayor en linea recta que ocupa la base (sobre la superficie ocupada por la base de la microaguja). En el caso de una microaguja piramidal con base rectangular, la dimension maxima de la base seria la linea diagonal que conecta esquinas opuestas a traves de la base. Las microesferas segun la presente descripcion de forma tipica tienen una relacion de aspecto de entre aproximadamente 2:1 a aproximadamente 6:1 y, en ocasiones, de entre aproximadamente 2,5:1 a aproximadamente 4:1.

Los conjuntos de microagujas preparados segun cualquiera de las realizaciones descritas en la presente memoria pueden comprender cualquiera de diversas configuraciones, como las descritas en las siguientes patentes y solicitudes de patente, cuyas descripciones se incorporan en la presente memoria como referencia. Una realizacion de los dispositivos de microagujas comprende las estructuras descritas en la solicitud de patente estadounidense n.° 2003/0045837. Las microestructuras descritas en la solicitud de patente anteriormente mencionada estan en forma de microagujas que tienen estructuras conicas que incluyen al menos un canal formado en la superficie exterior de cada microaguja. Las microagujas pueden tener bases alargadas en una direccion. Los canales de las microagujas con bases alargadas se pueden extender desde uno de los extremos de las bases alargadas hacia las puntas de las microagujas. Los canales formados a lo largo de las caras de las microagujas pueden terminar de forma opcional poco antes de las puntas de las microagujas. Los conjuntos de microagujas tambien incluyen estructuras a modo de conducto formadas en las superficies del sustrato en el cual esta situado el conjunto de microagujas. Los canales de las microagujas pueden estar en comunicacion de fluidos con las estructuras de conducto. Otra realizacion para los dispositivos de microagujas comprende las estructuras descritas en la solicitud de patente dependiente US- 2005/0261631, que describe microagujas con una forma estrechada y truncada y una relacion dimensional controlada. Otra realizacion de los conjuntos de microagujas comprende las estructuras descritas en la patente US- 6.31 3.612 (Sherman, y col.), que describe estructuras conicas que tienen un canal central hueco. Otra realizacion de los conjuntos de microagujas comprende las estructuras descritas en el documento de publicacion internacional n.° WO 00/74766 (Gartstein, y col.), que describe microagujas huecas que tienen al menos un filo longitudinal en la superficie superior de la punta de la microaguja.

En una realizacion, la microaguja comprende mesogenos molecularmente alineados con un factor de anisotropia en el intervalo de mas de 0,3 hasta 1,0. El proceso de moldeo descrito en la presente memoria puede dar lugar a microagujas con dicha anisotropia. Por ejemplo, la Figura 1 muestra una seccion transversal de un dispositivo segun la presente descripcion. El dispositivo 10 comprende la base 130 y la microaguja 100. La microaguja 100 ademas comprende una capa 110 mesogenica alineada y una capa 120 mesogenica desalineada. La base 130 puede tener capas mas o menos alineadas que la capa 120 mesogenica desalineada.

Conviene senalar que si bien en la Figura 1 se muestra una capa 110 mesogenica alineada que termina en la base, puede haber una capa que tenga cierto grado de alineacion a lo largo de las superficies de la base 130 (tanto en la superficie proxima a la microaguja como a lo largo de la superficie situada enfrente de la microaguja). De forma mas general, en cualquier posicion en la que la resina entre en contacto con el molde puede haber cierto grado de alineacion mesogenica, especialmente cuando dichas regiones pueden enfriarse lo suficientemente rapido para conservar la alineacion. Dicha alineacion puede deberse al esfuerzo de fluencia experimentado por el PCLT cuando llena la cavidad del molde y al enfriamiento rapido asociado del PCLT mas proximo a la superficie del molde.

Los dispositivos de la presente descripcion pueden proporcionar microagujas que tienen un alto modulo de flexion, por ejemplo, haciendo posible una facil penetracion en la piel. Ademas, las microagujas de la presente invencion son duras. “Duras” significa que los dispositivos segun la presente descripcion no experimentan ruptura de la aguja por cizalladura desde la base. Especialmente, en el caso de los dispositivos de la presente descripcion se observa que aunque las microagujas se pueden romper por su base al aplicar una fuerza de cizalladura lo suficientemente alta en su punto medio, no tienden a separarse de la base.

En algunas realizaciones, la microaguja esta integrada en la base 130 y sobresale de esta. Como se ha descrito en el metodo anteriormente descrito, al menos una parte de los mesogenos pueden estar alineados con el flujo. En algunas realizaciones, al menos aproximadamente 30% de los mesogenos estan alineados con el flujo. En otra realizacion, al menos aproximadamente 10% de los mesogenos estan alineados con el flujo y el resto de los mesogenos tiene un estado de orientacion relativamente isotropico.

Sin pretender imponer ninguna teoria, se cree que la “piel” mesogenica altamente alineada de la capa 110 mesogenica alineada puede proporcionar la resistencia para permitir una facil penetracion en la piel por parte de los dispositivos de la presente invencion. La capa mesogenica desealineada, por otra parte, puede, debido a su estado desalineado asi como al estado desalineado de la base 130, proporcionar la dureza que permite que las microagujas sean resistentes frente a la fractura observada de forma tipica en dispositivos de microaguja de polimero moldeado altamente cristalino.

En otra realizacion, el dispositivo de la presente descripcion comprende una microaguja que comprende una punta y una base. Para ilustrar la rigidez de la aguja, en determinadas realizaciones se puede observar que la microaguja tiene un momento de flexion medido a 15% de la distancia desde la punta a la base de 30.000 a

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60.000 mN-pm. En otras realizaciones, la microaguja tiene un momento de flexion medido a 60% de la distancia desde la punta a la base de 85.000 a 105.000 mN-pm.

La eficacia de un dispositivo que comprende una microaguja puede quedar ilustrada por la fuerza de pandeo aplicada a la punta de la microaguja requerida antes de observar una deformacion desastrosa. Por ejemplo, en una realizacion, el dispositivo de la presente descripcion comprende una microaguja que tiene una resistencia al pandeo de 0,2 a 0,5 N. Por ejemplo, como se muestra en los Ejemplos, valores de fuerza de pandeo similares para las microagujas de policarbonato son de aproximadamente 0,1 N, menos de la mitad de la fuerza requerida para ocasionar una deformacion desastrosa de las microagujas de la presente descripcion.

Otro modo adicional de describir dispositivos de la presente descripcion es caracterizando los modulos elasticos de una seccion transversal de la microaguja. Por ejemplo, en una realizacion, el area que contiene los mesogenos molecularmente alineados de la microaguja tiene un modulo elastico de 6 a 8 GPa. En otra realizacion, cuando la microaguja comprende ademas un area en la que los mesogenos son sustancialmente isotropicos (por ejemplo, la capa 120 mesogenica no alineada) el area isotropica tiene un modulo de elasticidad de 4 a 6 GPa. Este modulo elastico diferencial puede permitir la facil insercion de la microaguja en la piel reduciendo al mismo tiempo la tendencia de la microaguja a la fractura.

Los dispositivos de la presente invencion tienen microagujas que se pueden describir en funcion de su grado de orientacion. Por ejemplo, la funcion de orientacion Hermans es una expresion matematica relativamente simple que describe el grado de orientacion de una muestra polimerica dada. Por ejemplo, conjuntos de PC obtenidos como se ha descrito anteriormente en la presente memoria muestran solamente una dispersion difusa de rayos X y no muestran indicios de presencia de materiales cristalinos alineados. Sin embargo, para las microagujas de PCLT segun la presente descripcion, se observan valores de la funcion de orientacion de Hermans de 0,4 a 0,8, mas especialmente de 0,6 a 0,75.

En otro aspecto, la presente descripcion proporciona un dispositivo que comprende un conjunto de microagujas de polimero cristalino liquido en donde las microagujas tienen una profundidad de penetracion de 50 a 150 micrometros empleando una fuerza de 13,3 Newton (3 libras de fuerza) durante 10 segundos.

El experto en la tecnica entendera que los estudios sobre profundidad de penetracion pueden verse influenciados por la eleccion del sustrato que se penetra. Por ejemplo, como se describe mas detalladamente en los ejemplos, los resultados del estudio de profundidad de penetracion en cerdos varian dependiendo de si se llevan a cabo en la pata o en la costilla. En la presente solicitud, salvo que se indique de otro modo, los valores de profundidad de penetracion se proporcionan segun se mide por aplicacion a la seccion de las costillas de un cerdo.

En otro aspecto, la presente descripcion proporciona un dispositivo que comprende un conjunto de microagujas de polimero cristalino liquido en donde las microagujas muestran eficacia de penetracion aplicando una fuerza de 13,3 Newton (3 libras de fuerza) durante 10 segundos de 70% o superior, 80% o superior, o incluso 90% o superior. En este contexto, eficacia de penetracion significa, para un conjunto de microagujas dada, la relacion de microagujas que penetran la piel con respecto al numero total de agujas del conjunto. En los Ejemplos se proporciona una descripcion mas especifica de la tecnica de medicion.

De nuevo en este contexto, los estudios de eficacia de penetracion pueden verse influenciados por la eleccion del sustrato que se penetra. En la presente solicitud, salvo que se indique de otro modo, los valores de eficacia de penetracion se proporcionan segun se mide por aplicacion a la seccion de la pata de un cerdo.

En otro aspecto, la presente descripcion se refiere a microagujas de plastico moldeadas insertables a mano. De forma mas especifica, las microagujas pueden ser de polimero de cristal liquido termoplastico. En una realizacion, insertable a mano significa insertable en la piel de un humano aplicando presiones manuales normales. Por ejemplo, las presiones aplicadas a mano adecuadas pueden ser inferiores a 35,5 Newton (8 libras de fuerza), inferiores a 22,4 Newton (5 libras de fuerza) o incluso inferiores a 13,34 Newton (3 libras de fuerza).

Puede entenderse que puede no resultar sencillo realizar pruebas con dichos dispositivos en humanos, por lo que la determinacion de la capacidad de insercion manual puede requerir el uso de modelos animales. El experto en la tecnica considera de forma tipica que la piel de cerdo es un modelo animal proximo a la piel humana. Por lo tanto, en una realizacion, las microagujas se pueden insertar a mano en piel de cerdo utilizando presiones aplicadas a mano normales. Por ejemplo, las presiones aplicadas a mano adecuadas pueden ser inferiores a 35,5 Newton (8 libras de fuerza), inferiores a 22,4 Newton (5 libras de fuerza) o incluso inferiores a 13,34 Newton (3 libras de fuerza).

En otra realizacion, la fuerza requerida para insertar dispositivos de la presente descripcion en piel humana puede ser lo suficientemente pequena y las microagujas pueden tener una longitud lo suficientemente pequena para hacer que la insercion manual de dichos dispositivos en la piel humana no ocasione sangrado u ocasione poco sangrado,

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a diferencia de lo que sucede, por ejemplo, con las lancetas, agujas hipodermicas, o similares, que, debido a la profundidad de penetracion dada por su longitud, de forma tipica ocasionan sangrado cuando se insertan en la piel.

Los dispositivos y los conjuntos de microagujas de la presente descripcion se pueden utilizar para muchas funciones. Por ejemplo, se pueden utilizar conjuntos de microagujas huecas o microagujas para administrar una formulacion de agente activo al espacio intradermal. Ademas, se pueden utilizar microagujas huecas o conjuntos de microagujas para extraer, mediante fuerza de capilaridad, succionar, o extraer mediante otros medios apropiados, fluidos de la piel (por ejemplo, fluidos intersticiales y similares). Las microagujas o conjuntos de microagujas macizas de la presente descripcion se pueden utilizar de muchos modos. Las microagujas o conjuntos de microagujas macizas se pueden recubrir con un agente activo y se pueden utilizar para suministrar el agente activo a traves de la capa cornea introduciendolo en el espacio intradermico de la piel. Las microagujas macizas o los conjuntos de microagujas se pueden utilizar tambien para penetrar el estrato corneo, proporcionando canales en el espacio intradermico, lo que puede ir seguido de un tratamiento posterior como, por ejemplo, aplicacion de un parche transdermico, una crema, o similar. Ademas, se pueden realizar canales en las microagujas (por ejemplo, del modo adecuado mediante cavidades de moldeo), que se pueden configurar para permitir la extraccion de fluidos (por ejemplo, fluidos intersticiales) por efecto capilar.

Los siguientes Ejemplos se han seleccionado meramente para ilustrar de forma adicional caracteristicas, ventajas y otros detalles de la invencion. Debe entenderse sin embargo de forma expresa que, aunque los Ejemplos sirven para este fin, las caracteristicas especificas de cada Ejemplo no se deben interpretar de modo que limiten indebidamente el ambito de la presente invencion.

Ejemplos

Ejemplo 1

Se determino la profundidad de penetracion (PDP) de los conjuntos de microagujas de polimero cristalino liquido, aplicados de modo que simulasen la aplicacion manual a la piel, en cerdos domesticos de raza cruzada Yorkshire (Midwest Research Swine, Gibbon, Minnesota), in vivo. Se moldeo cada conjunto utilizando polimero de cristal liquido termotropico Vectra MT1300 (Ticona Engineering Polymers, Florence, Kentucky) y microagujas de forma piramidal tetraedricas en una disposicion de 15 filas x 15 columnas con alturas nominales de microaguja de 700 micrometros, una relacion de aspecto de aproximadamente 3,1 y una distancia nominal de punta a punta entre microagujas adyacentes de 550 micrometros.

Antes de la aplicacion, las microagujas se cubrieron por completo con un recubrimiento opaco de poco espesor que contenia rodamina B para la determinacion del PDP. Los conjuntos se imprimaron utilizando un proceso de imprimacion en dos etapas: Etapa 1) los conjuntos se recubrieron por inmersion con 35 pl de alcohol polivinilico con una concentracion de 0,5 mg/ml (80% hidrolizado)(Sigma-Aldrich, Inc, St. Louis, Missouri) con 35 ug/ml Tween® 80 (Sigma-Aldrich, Inc, St. Louis, Missouri) en etanol al 90% (volumen/volumen) y se secaron a 35 °C (95 0F) durante 20 minutos, y Etapa 2) los conjuntos se recubrieron por inmersion con 35 pl de una solucion acuosa de 33,3 mg/ml de alumbre potasico (Penta Manufacturing, Livingston, New Jersey) y se secaron a 35 °C (95 0F) durante 30 minutos. Los conjuntos imprimados se recubrieron a continuacion por inmersion con 35 pl de una solucion acuosa de rodamina B al 0,08% (peso/volumen) (Aldrich Chemical Company, Inc, Milwaukee, Wisconsin) y se secaron a 35 0C (95 0F) durante 30 minutos.

Se recorto el pelo de los sitios de aplicacion a los animales y se rasuraron como se describe en el Ejemplo 2 para retirar el pelo de las zonas correspondientes a las costillas y a la pata, y los animales se anestesiaron con gas isoflurano y se mantuvieron anestesiados durante todo el experimento.

Los conjuntos de microagujas de PCLT recubiertas con rodamina B se unieron mediante cinta adhesiva sensible a la presion de doble cara al vastago de un indicador de fuerza Chatillon® (modelo DFS-050) para observar el nivel de la fuerza aplicada. Se aplicaron los conjuntos a la piel de cerdo utilizando fuerzas de 8,89 Newton (2 libras de fuerza), 13,34 Newton (3 libras de fuerza) y 22,24 Newton (5 libras de fuerza) durante 10 segundos. Se aplicaron los conjuntos de ensayo (n=3) para cada aplicacion de fuerza tanto a tejido sobre hueso (area de las costillas) como a tejido sobre musculo firme (area de la pata).

La profundidad de penetracion en la piel se determino indirectamente midiendo la distancia desde la punta de la microaguja hasta el punto donde se retiro o se disolvio el recubrimiento de rodamina B tras la aplicacion a la piel. El analisis de profundidad de penetracion se realizo mediante analisis de imagenes de las microagujas utilizando un microscopio con software de analisis de imagenes digitales Image Pro® Plus (Media Cybernetics, Inc, Bethesda, Maryland). La PDP media de cada conjunto se determino midiendo 66 del total de 225 microagujas por conjunto en cuatro areas de la disposicion del conjunto.

Los resultados correspondientes a la profundidad de penetracion de los conjuntos de microagujas de PCLT recubiertas con rodamina B aplicadas a la piel de cerdo se presentan en la Tabla 1 para conjuntos aplicados a tejido sobre hueso (zona de las costillas) y en la Tabla 2 para conjuntos aplicados a tejido sobre musculo firme (zona de la pata).

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Tabla 1: PDP frente a la Fuerza Aplicada a la zona de las costillas de cerdo, in vivo.

Fuerza Aplicada: 8,89 Newton (2 libras de fuerza) 13,34 Newton (3 libras de fuerza) 22,24 Newton (5 libras de fuerza)

PDP media (n=3): 85 pm 100 pm 138 pm

Desviacion estandar: 4,6 pm 18,0 pm 12,7 pm

% RSD: 5,4% 18,1% 9,3%

Tabla 2: PDP frente a la Fuerza Aplicada a la zona de la pata de cerdo, in vivo.

PDP media (n=3): 70 pm 82 pm 94 pm

Desviacion estandar: 22,6 pm 11,7 pm 3,4 pm

% RSD: 32,4% 14,4% 3,6%

Ejemplo 2

En un estudio comparativo, se moldearon conjuntos de microagujas utilizando polimero de cristal liquido termotropico Vectra MT-1300 y se moldearon conjuntos utilizando policarbonato (PC) LEXAN HPS1R-1125 (GE Plastics, Pittsfield, Massachusetts). En cada caso se utilizo el mismo accesorio de insercion de moldeo. Los conjuntos de microagujas constaban de microagujas con forma piramidal con tres caras en una disposicion de 14 filas x 14 columnas con alturas nominales de microaguja de 700 micrometros y con una distancia nominal de punta a punta entre microagujas adyacentes de 500 micrometros. Las agujas individuales tenian tres caras con una pared normal al plano de la base del conjunto y con las otras dos inclinadas. La pared vertical de las microagujas tenia una anchura de 275 micrometros en el punto en donde cortaba la base del conjunto y los angulos entre las tres paredes de las agujas eran de 60 grados.

La capacidad de las microagujas con colorante de penetrar la piel con una fuerza que simulaba la fuerza aplicada a mano se evaluo utilizando cerdos domesticos de raza cruzada Yorkshire (Midwest Research Swine, Gibbon, Minnesota) in vivo. El pelo de la zona de la pata se recorto primero con una maquinilla de afeitar electrica (maquinilla de afeitar Oster Golden A5 con una hoja del n.° 50) y posteriormente se rasuro utilizando una maquina de afeitar y espuma de afeitar. A continuacion se aclaro la pata con agua desionizada y se froto suavemente con isopropanol en agua (70/30). Se aplico un conjunto de microagujas a la zona de la pata y la fuerza aplicada se controlo utilizando un dinamometro (Ametek Mansfield & Green Division Accu Force Cadet con un intervalo de medida de 0-22,4 Newton [5 libras de fuerza]). El conjunto de microagujas objeto de ensayo se coloco sobre la superficie de la piel y a continuacion se aplico fuerza al conjunto utilizando el dinamometro con la fuerza determinada durante el periodo de tiempo determinado.

La penetracion de la capa cornea de la piel por parte de las microagujas se evaluo mediante manchado posterior in vivo con una solucion de tincion de azul de metileno (2,0 mg/ml) que contenia Tween 80 (2,0 mg/ml) en agua desionizada. Despues de aplicar un conjunto de microagujas, el conjunto se retiro de la piel y el sitio de aplicacion se humedecio con un aplicador con punta de algodon saturado con la solucion de tincion de azul de metileno. El sitio de aplicacion se cubrio inmediatamente con un sistema Hill Top Chamber®, (Hill Top Research, Inc., Cinncinnati, Ohio) que estaba proximo a la saturacion con la solucion de tincion de azul de metileno para mantener el contacto del liquido con la piel. Al cabo de 10 minutos de tincion, se retiro el sistema Hill Top Chamber® y el sitio de aplicacion se aclaro bien con agua desionizada y se seco absorbiendo con una toallita de papel. A continuacion se fotografio el sitio.

Las rupturas de la capa cornea causadas por la penetracion de las microagujas permitieron la difusion de la solucion de tincion en el tejido subyacente, dando lugar a agujeros tenidos de azul. La disposicion de agujeros tenidos (es decir, espacios entre las agujas y disposicion de agujas del conjunto) fue visible y facilmente diferenciable de los foliculos pilosos o areas de piel danada por raspado o rasgunos. El numero de sitios de penetracion de las agujas se determino contando los puntos azules correspondientes.

Se repitio el procedimiento un total de seis veces utilizando series de microagujas de PCLT aplicando una fuerza de 13,34 Newtons (3 libras de fuerza) durante 10 segundos a la pata de cerdo. Se repitio el procedimiento un total de seis veces utilizando conjuntos de microagujas de PC aplicando un fuerza de 22,24 Newton (5 libras de fuerza) durante 30 segundos a la pata de cerdo. Los resultados de las repeticiones individuales para cada tipo de conjunto se promediaron y se registraron en forma de porcentaje de microagujas de un conjunto que penetraban el sitio de aplicacion (Tabla 3). Un promedio de 89% de las microagujas de PCLT de un conjunto penetraron la pata de cerdo, mientras que el porcentaje de las microagujas de PC de un conjunto que penetraron la pata de cerdo fue 36%.

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Tabla 3:

Descripcion: Conjunto de PLCT con 13,34 Newton (3 libras de fuerza) durante 10 s (n = 6) Conjunto de PC con 22,24 Newton (5 libras de fuerza) durante 30 s (n = 6)

Porcentaje de microagujas en un conjunto que penetraban la pata de cerdo: 89% 36%

Desviacion estandar: 8,6% 17,8%

%RSD: 9,7% 49%

Ejemplo 3

El analisis por difraccion de rayos X (DRX) de las microagujas de PCLT se llevo a cabo utilizando el siguiente procedimiento. El conjunto de microagujas se moldeo utilizando polfmero de cristal lfquido termotropico Vectra MT1300 (Ticona Engineering Polymers, Florence, Kentucky). Cada conjunto de microagujas de PCLT inclufa 316 microagujas cuadrangulares de forma piramidal en una disposicion octogonal, con alturas nominales de microaguja de 500 micrometros, una relacion dimensional de aproximadamente 3,1 y una distancia nominal de punta a punta entre microagujas adyacentes de 550 micrometros. Se retiro un conjunto de microagujas del conjunto recortando en posicion normal con respecto al plano de la base del conjunto en ambas caras y en posicion paralela a la fila de microagujas. La fila de microagujas resultante se monto sobre una banda de cristal plana de 1 mm con banda adhesiva recubierta doble. Se examinaron cinco agujas individuales de la fila. Los datos de geometrfa de transmision se recogieron utilizando un microdifractometro GADDS Bruker (Bruker-AXS, Madison, Wisconsin), radiacion Ka de cobre y un detector sensible a la posicion VANTEC 2000 2D (Bruker AXS). El haz incidente de rayos X colimado a traves de una abertura de 500 gm se acondiciono mediante un monocromador de grafito y se dirigio en posicion normal al eje de la aguja de muestra posicionando la aguja de modo que el eje longitudinal de la aguja quedara en direccion vertical. Los datos se acumularon durante 3 horas con una distancia de la muestra al detector de 12 cm. Los componentes electronicos del detector se ajustaron a 2048 x 2048 canales a lo largo del plano de registro del detector 2D y se centraron a 0 grados (2Theta). Se empleo un angulo de inclinacion (w) de cero y un ajuste para el generador de rayos X de 50 kV y 50 mA. Los datos 2D observados se procesaron y corrigieron en terminos de linealidad espacial y sensibilidad utilizando software Bruker GADDS (version 4.1.32, Bruker-AXS). Cada imagen obtenida con el detector 2D se utilizo para identificar el maximo del pico de difraccion. La alineacion de las cadenas de polfmero con el eje longitudinal de las microagujas hizo que apareciese un maximo a lo largo del ecuador de la imagen del detector 2D. Las microagujas de PCLT produjeron un pico de difraccion ecuatorial promedio medida (n=5) para un angulo de 19,7 grados (2Theta) (desviacion estandar 0,1 grados, % RSD 0,5%).

Se seleccionaron trazas azimutales centradas sobre los picos con una anchura de ventana con un angulo de dispersion (2Theta) de 0,5 grados sobre el angulo azimutal de 360 grados de entre el conjunto de datos 2D utilizando un paso angular de 1 grado. Se inspeccionaron los datos de trazas azimutales para identificar las posiciones angulares correspondientes a los maximos de los datos. Se identifico el centro de los maximos azimutales y se les asigno un valor angular phi (9) igual a cero. Se tabularon los datos de intensidad azimutal entre phi=0 y phi=90. El valor de la intensidad azimutal de fondo (I-fon) se evaluo como la intensidad azimutal media para los valores de phi de entre 85 y 90 grados. A cada uno de los datos de intensidad azimutal observados (I-observado) entre phi=0 y phi=90 grados se le sustrajo el valor azimutal de fondo (I-fon) medio para obtener valores de intensidad corregidos (I9). Los valores de la funcion de orientacion de Hermans (f) se determinaron utilizando el procedimiento descrito en “X-ray Diffraction Methods in Polymer Science", Leroy E. Alexander (1969), John Wiley & Son, Inc., New York; Capftulo 4, “Preferred Orientation in Polymers". Los calculos de la funcion de orientacion de Hermans y la visualizacion de los datos se llevo a cabo utilizando el software de presentacion y calculo ORIGIN version 6.1 (MicroLab Corp., Northampton, Massachussetts). La media (n=5) de la funcion de orientacion de Hermans para las microagujas de PCLT fue de 0,61 (desviacion estandar 0,12%, %RSD 19,6%). La anchura de pico azimutal media medida para las microagujas de PCLT fue de 33,9 grados (desviacion estandar 1,4 grados, %RSD 4,1%).

Ejemplo 4

La fuerza de pandeo (P) de microagujas individuales en un conjunto se determino utilizando un analizador micromecanico (una version modificada de la disposicion general descrita en la Figura 4 de: Parker, E.R., Rao, M.P., Turner, K.L., Meinhart, C.D., MacDonald, N.C., Journal of Micromechanical Systems, 2007, vol. 16, pags. 289-295. Los detalles de la modificacion se proporcionan a continuacion). Se analizaron las microagujas en un conjunto que se moldeo utilizando VectraMT1300 PCLT (Ticona Engineering Polymers, Florence, Kentucky). Cada conjunto de microagujas de PCLT inclufa 316 microagujas cuadrangulares de forma piramidal en una disposicion octogonal, con alturas nominales de microaguja de 500 micrometros, una relacion dimensional de aproximadamente 3,1 y una distancia nominal de punta a punta entre microagujas adyacentes de 550 micrometros.

El conjunto se coloco utilizando resina epoxi en un lecho de ensayo mecanico de forma que la orientacion axial de las microagujas era de 0 grados con respecto al eje longitudinal de la sonda). El lecho de ensayo contenfa un control micrometrico manual en el eje z.

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Se unio un punzon National Jet NAJET Flat Nose Punch 100 (Material HSSC; vastago 0,102 cm, OAL 2,22 cm, 0,005 cm x 7X [0,040”, OAL 7/8”. 0,002” x 7X]) (The National Jet Company, LaVale, Maryland) con resina epoxi a un elemento de insercion roscado que se unio a una celula de carga GSO-150 (Transducer Techniques, Temecula, California). La celula de carga se monto sobre una plataforma movil de 2 ejes TLSR-75B (control en eje x, eje y) que se coloco orientada hacia el lecho de ensayo mecanico. La plataforma contaba con una rampa de velocidad programable y un accionamiento mediante mando (Zaber Technologies, Vancouver, Canada). El indicador de posicion utilizado fue un indicador de capacitancia Lion CPL 290 (Lion Precision, Saint Paul, MN). El avance del punzon hacia la microaguja se controlo utilizando un microscopio digital VH-220 con una ampliacion de 200X (Keyence Corporation, Osaka, Japon). Se utilizaron cursores sobre el microscopio para alinear el punzon de modo que su centro impactara con la punta de la microaguja. El punzon se programo de modo que avanzara a una velocidad de 4 micrometros/segundo. Los datos de desplazamiento de carga se recogieron en tiempo real y se analizaron utilizando el paquete de software Igor Pro version 3.1.5 (WaveMetrics, Lake Oswego, Oregon). Los valores de voltaje correspondientes a los datos de fuerza y desplazamiento se transformaron en unidades de fuerza [N] y desplazamiento [micrometros]. Se represento la fuerza frente al punto de muestra y la fuerza maxima aplicada correspondiente al instante en que se observo en la grafica una disminucion brusca en la fuerza se registro como el valor de la fuerza de pandeo (P). El valor medio (n=4) de la fuerza de pandeo para una sola microaguja de PCLT fue de 0,34 (desviacion estandar 0,03 N, %RSD 8,8%).

Se preparo un ejemplo comparativo en el que el conjunto de microagujas se moldeo utilizando policarbonato (PC) LeXaN HPS1R-1125 (GE Plastics, Pittsfield, Massachusetts). Cada conjunto de microagujas de PC incluia 366 microagujas cuadrangulares de forma piramidal en una disposicion octogonal, con alturas nominales de microaguja de 500 micrometros, una relacion dimensional de aproximadamente 3,1 y una distancia nominal de punta a punta entre microagujas adyacentes de 550 micrometros. El valor medio (n=3) de la fuerza de pandeo para una sola microaguja de PC fue de 0,15 N (desviacion estandar 0,017 N, %RSD 11,3%).

Ejemplo 5

Se determino el momento de flexion (M) sostenido maximo de una sola microaguja en un conjunto de microagujas de PCLT utilizando el mismo tipo de conjunto, instrumentacion y condiciones de ensayo que en el Ejemplo 4 con los siguientes cambios. En el analisis de los datos del momento de flexion se asumio que las microagujas se pueden modelizar como un voladizo simplemente apoyado. El conjunto se monto de modo que la orientacion axial de las microagujas en el conjunto era de 90 grados con respecto al eje longitudinal de la sonda. Para acceder al interior de las microagujas, el conjunto se corto en posicion normal al plano base del conjunto. El punzon se alineo de modo que el centro del punzon impacto con la microaguja en una posicion medida al 15% o 60% de la longitud total de la microaguja midiendo desde la punta hasta la base.

Dependiendo del ensayo, se calculo el 15% o 60% de la altura de la microaguja en funcion de la medicion inicial de la altura de la microaguja. Todas las mediciones se consideraron desde la punta de la microaguja (por ejemplo una prueba de deformacion al 15% comprendio en primer lugar la medicion de la longitud total de la aguja, el calculo del 15 por ciento de dicho valor y la colocacion posterior de la sonda al 15% de la longitud, midiendo desde la punta de la microaguja). A continuacion, la sonda se coloco de modo que la punta del centro del punzon quedara localizada en la linea central que pasa a traves de la microaguja en posicion normal al eje longitudinal de la microaguja en la ubicacion en la que se debia realizar la prueba. En la determinacion del momento de flexion se tomo el brazo de palanca siguiente: palanca = L - L15%, donde L es la longitud de la aguja y L15% es 15% de la longitud de la aguja. El momento de flexion (M) sostenido maximo se calculo multiplicando la fuerza maxima a partir del desplazamiento de carga por la longitud del brazo de palanca. La Tabla 4 proporciona el momento de flexion sostenido maximo (n=3) determinado para una unica microaguja de PCLT en el conjunto.

Tabla 4: Momento de flexion sostenido maximo para una microaguja de PCLT

: Microaguja de PCLT con el punzon situado a una distancia de 15% Microaguja de PCLT con el punzon situado a una distancia de 60%

: desde la punta de la microaguja (mN-pm) desde la punta de la microaguja (mN-pm)

Media (n=3): 43106 90351

Desviacion estandar: 4215 2650

%RSD: 9,8% 2,9%

Se preparo un ejemplo comparativo en el que el conjunto de microagujas se moldeo utilizando policarbonato (PC) LEXAN HPS1 R-1125 (GE Plastics, Pittsfield, Massachusetts). El conjunto de microagujas de PC fue el mismo que en el Ejemplo 4. En la Tabla 5 se indica el momento de flexion sostenido maximo (n=3) determinado para una sola microaguja de PC comparativa en el conjunto.

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Tabla 5: Momento de flexion sostenido maximo para una microaguja de PC

: Microaguja de PC con el punzon situado a una distancia de 15% desde la punta de la microaguja (mN-pm) Microaguja de PC con el punzon situado a una distancia de 60% desde la punta de la microaguja (mN-pm)

Media (n=3): 29027 73618

Desviacion estandar: 1401 9297

%RSD: 4,8% 12,6%

Ejemplo 6

La respuesta elastica de la microaguja se mide mediante E, el modulo elastico, mientras que la respuesta plastica (resistencia a la deformacion permanente) se denota por H, la dureza del material. Se utilizo el proceso de medicion de nanoindentaciones para medir el modulo elastico (E) y la dureza (H) como una funcion continua de la profundidad en la superficie de la microaguja. Los datos del modulo elastico y de la dureza se promediaron en torno a una ventana espacial de 1000 nm para una evaluacion de punto unico de la dureza y del modulo. El tipo de conjunto de microagujas de PCLT y el tipo de conjunto de microagujas de PC fueron los mismos que en el Ejemplo 4.

Se realizo un corte transversal de las microagujas sometidas a ensayo con un microtomo despues de colocar resina epoxi bien en la punta de la microaguja o bien a una distancia de 15% con respecto a la longitud de la microaguja, midiendo desde la punta. Se utilizo un nanoindentador Agilent Nanoindenter XP (Agilent Technologies, Santa Clara, California) para examinar una microaguja unica del conjunto en el borde de la microaguja y en el centro de la microaguja.

Se utilizo una sonda Berkovich de diamante y el valor de consigna de la deriva espacial se fijo a 0,8 nm/s maximo. Se llevo a cabo un experimento a velocidad de deformacion constante a 0,05 /s hasta una profundidad de control de 1000 nm. Las areas sometidas a ensayo se localizaron segun se visualizaron en vista vertical a traves de una pantalla de video con una ampliacion de 400X. Las regiones de ensayo se seleccionaron localmente con una ampliacion de video de 400 X del Nanoindentor XP para asegurar que las regiones de ensayo fueran representativas del material de la muestra (es decir, estuvieran exentas de vacios, inclusiones, o residuos). La frecuencia de excitacion dinamica y la amplitud del indentador se mantuvo constante a 45 Hz y a 1 nm para todos los experimentos Se llevaron a cabo ensayos multiples para cada muestra para evaluar la capacidad de reproduccion. El modulo elastico y la dureza se determinaron mediante el metodo de CSM incorporado en el Nanoindenter XP “XP CSM Standard Hardness Modulus and Tip Cat’ suponiendo una relacion de Poisson de 0,35. Los valores medios del modulo elastico (E) y de la dureza (H) se indican en unidades de GPa y se presentan en las Tablas 6-8.

Tabla 6: Modulo elastico (E) y dureza (H) de las microagujas PCLT medidos en la punta

: Modulo elastico en la punta (GPa) (n=1) Modulo elastico en el centro (GPa) (n=3) Dureza en el borde (GPa) (n=l) Dureza en el centro (GPa) (n = 3)

Punta de la microaguja (PCLT): 6,3 4,7 0,26 0,16

Desviacion estandar: **** 0,10 **** 0,02

%RSD: **** 2,2% **** 12,5%

Tabla 7: Modulo elastico (E) y dureza (H) de las microagujas PCLT medidos a una distancia de 15% desde la punta

: Modulo elastico en el borde (GPa) (n=3) Modulo elastico en el centro GPa) (n=3) Dureza en el borde (GPa) (n=3) Dureza en el centro (GPa) (n=3)

Microaguja a una distancia de 15% de la punta: 7,3 4,4 0,24 0,15

(PCLT)

Desviacion estandar: 0,7 0,18 0,06 0,005

%RSD: 9,6% 4,0% 25,0% 3,3%

Tabla 8: Modulo elastico (E) y dureza (H) de las microagujas PC medidos a una distancia de 15% desde la punta (Ejemplo Comparativo)

Ejemplo Comparativo: Modulo elastico en el borde (GPa) (n=2) Modulo elastico en el centro (GPa) (n=2) Dureza en el borde (GPa) (n=2) Dureza en el centro (GPa) (n=2)

Microaguja a una distancia de 15% de la punta (PC): 3,27 2,98 0,22 0,19

Desviacion estandar: 0,22 0,01 0,05 0,003

%RSD: 6,6% 0,33% 22,7% 1,5%

Claims

2.

10
3.

15 4.
5.

20
6.

25 7.
8.

30 9.
10.

35 11.
12.

40
13.

REIVINDICACIONES

Un dispositivo (10) que comprende una microaguja (100) de polimero cristalino liquido termotropico, en donde la microaguja (100) comprende una punta y una base, y en donde la microaguja (100) tiene un momento de flexion sostenido maximo medido a un 15% de la distancia desde la punta hasta la base de 30.000 a 60.000 mN-pm.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, en donde la microaguja (100) comprende mesogenos que estan molecularmente alineados por un factor de anisotropia en el intervalo de mas de 0,3 hasta 1,0.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, que comprende ademas una base, en donde la microaguja (100) esta integrada con la base y sobresale de esta, en donde ademas al menos una parte de los mesogenos estan alineados con el flujo.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 3, en donde al menos aproximadamente 30% de los mesogenos estan alineados con el flujo.

El dispositivo (10) de la reivindicacion, 2 en donde al menos aproximadamente 10% de los mesogenos estan alineados con el flujo, teniendo con el resto de los mesogenos un estado de orientacion relativamente isotropico.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, en donde la microaguja (100) comprende una punta y una base, y en donde la microaguja tiene un momento de flexion sostenido maximo medido al 60% de la distancia desde la punta hasta la base de 85.000 a 105.000 mN-pm.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, en donde la microaguja (100) tiene una fuerza de pandeo de 0,2 a 0,5 N.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 2, en donde el area que contiene los mesogenos molecularmente alineados de la microaguja (100) tiene un modulo elastico de 6 a 8 GPa.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 2 u 8, en donde la microaguja (100) comprende ademas un area en la que los mesogenos son sustancialmente isotropicos.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 9, en donde el area isotropica tiene un modulo de elasticidad de 4 a 6 GPa.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, en donde la microaguja (100) tiene un valor correspondiente a la funcion de orientacion de Hermans de 0,4 a 0,8.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, en donde el polimero cristalino liquido termotropico es una microaguja de polimero cristalino liquido termotropico de cadena principal.

El dispositivo (10) de la reivindicacion 1, en donde el polimero cristalino liquido termotropico es una microaguja de polimero cristalino liquido termotropico de poliester de cadena principal.