JP2008511681A - レザバ内容物の制御された放出または曝露のための、マルチキャップレザバデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般的に、レザバ内容物の制御された曝露または放出のためのデバイスおよび方法の分野に関する。
2つ以上の開口を、典型的には互いに隣接させて(例えば、アレイにおいて)有している少なくとも1つのレザバを備えるレザバ閉じ込めデバイスが開発された。このデバイスは、それらレザバ開口が別個のレザバ・キャップによって覆われている。各レザバ・キャップは、独立かつ別個に脱離させることができるか、またはレザバ・キャップのグループを同時に作動させることができる。例えば、1つのレザバを覆っている2つ以上のレザバ・キャップを、時間的な意味で、2つ以上の開口を開放すべく同時または連続的に作動させることができる。これらの多数の開口は、(大量輸送の観点から)より大きな開口のように効率的かつ有利に機能することができ、そしてなお、その開口をまたぐ自己支持的である選択的に除去可能/開放可能な構造によって覆われる有効な開口サイズを可能にする。
本明細書中に記載されるマルチキャップレザバシステムおよび方法を使用するために作製され得るデバイスの種々の実施形態は、以下の非限定的な例示(図1〜10)および説明を参照して理解することができる。
レザバ開口よりも小さい複数のレザバ・キャップを組み合わせて、レザバ内容物をレザバの外側の環境から隔てることができるように、レザバ・キャップ支持部がレザバを覆うように位置することによって、種々の利点がもたらされる。第1に、大きなレザバ・キャップに起因するあらゆる構造的な制約(例えば、構造的な支持を欠くことに起因する構造的な完全性の欠如)が取り除かれるため、より大きなレザバを形成することができる。第2に、複数のレザバ・キャップを透過性にし、あるいは脱離させたときに、二次デバイスを含むレザバ内容物にとって、二次デバイスおよびセンサ領域への搬送の面積/二次デバイスおよびセンサ領域からの搬送の面積が、より大きなレザバゆえに大きくなる。第3に、放出される分子を含んでいるレザバの内容物にとって、複数のレザバ・キャップを透過性にし、あるいは脱離させたときの放出の速度が、複数のレザバ開口ゆえに大きくなる。さらには、マルチキャップのレザバは、より大きいものであり得るため、より多くの分子を放出することができ、より大きな二次デバイスをレザバ内に配置できる。
一実施形態においては、閉じ込めデバイスが、レザバ内容物を流体を通さない様相または気密の様相で封じて収容するための1つ以上のレザバを備える本体部(すなわち、基板)を有している。本明細書中で使用される場合、用語「気密」は、ヘリウム、水蒸気、および他の気体の締め出しに有効な封止/閉じ込めを指す。本明細書中で使用される場合、用語「流体を通さない」は、気密ではないが、液相内の溶解物質(例えば、グルコース)を締め出すために有効な封止/閉じ込めを指す。基板は、その中にレザバが形成される構造体(例えば、デバイスの一部)であり得、例えばエッチング、機械加工、または成型されたレザバを収容することができる。レザバは、くぼみ、容器、または空洞である。一実施形態においては、デバイスは、複数のレザバを、本体部の少なくとも1つの表面を横切る不連続な位置に配置して備える。他の実施形態においては、それぞれのレザバ基板部についてただ1つのレザバが存在し、必要に応じてこのような部位を2つ以上一緒に、1つのデバイスにおいて使用することができる。
レザバ・キャップ支持部は、基板材料、構造材料、またはコーティング材料、あるいはこれらの組み合わせから構成できる。基板材料からなるレザバ・キャップ支持部は、レザバと同じ工程において形成することができる。上述のMEMS法、マイクロファブリケーション、マイクロ成型、およびマイクロ機械加工技法を、種々の基板材料から基板/レザバならびにレザバ・キャップ支持部を製造するために使用することができる。構造材料からなるレザバ・キャップ支持部も、基板上への堆積技法、ならびにその後のMEMS法、マイクロファブリケーション、マイクロ成型、およびマイクロ機械加工技法によって形成することができる。コーティング材料から形成されるレザバ・キャップ支持部は、公知のコーティング・プロセス、ならびにテープ・マスキング、シャドウマスキング、選択的レーザ除去技法、または他の選択的な方法を使用して、形成することができる。
レザバの内容物は、基本的には、放出または曝露が所望される或る選択された時点まで、レザバの外部の環境から隔離(例えば、保護)される必要がある任意の物体または物質である。種々の実施形態において、レザバ内容物は、(ある量の)化学分子、二次デバイス、またはこれらの組み合わせを含む。
レザバ内容物は、基本的には、任意の天然または合成由来の有機分子または無機分子、あるいはそれらの混合物を含むことができる。分子は、基本的には、純粋な固体または液体、ゲルまたはヒドロゲル、溶液、乳濁液、スラリー、または懸濁液など、任意の形態であってよい。開放されたレザバからの開放の速度および/または時間を制御または向上させるため、対象の分子を、他の物質と混合してもよい。種々の実施形態において、分子は、非晶質および結晶性の混合粉末、一枚岩の固体混合物、凍結乾燥粉末、および固体相互貫入網目構造など、固体混合物の形態であってよい。他の実施形態においては、分子が、溶液、乳濁液、コロイド懸濁液、スラリー、またはゲル混合物(ヒドロゲルなど)など、液体を含む形態である。
本明細書中で使用される場合、用語「二次デバイス」は、そうではないととくに明示的に示されない限りは、レザバ内に位置することができる任意のデバイスまたはその構成要素を指す。一実施形態においては、二次デバイスが、センサまたはその検出用構成要素である。本明細書中で使用される場合、「検出用構成要素」とは、化学種またはイオン種の存在、非存在、または変化、エネルギー、あるいは或る場所の1つ以上の物理的特性(例えば、pH、圧力)の測定または分析において使用される構成要素を包含する。センサの種類として、バイオセンサ、化学センサ、物理センサ、または光センサが挙げられる。二次デバイスは、さらに米国特許第6,551,838号に記載されている。一実施形態においては、センサが圧力センサである。例えば、米国特許第6,221,024号および第6,237,398号、ならびに米国特許出願公開第2004/0073137号を参照されたい。検出用構成要素の例としては、薬物、化学物質、またはイオン種の存在、非存在、または変化、エネルギー(または、光)、あるいは或る場所における1つ以上の物理的特性(例えば、pH、圧力)の変化の測定または分析に使用される構成要素が挙げられる。
本明細書中で使用される場合、用語「レザバ・キャップ」は、膜、薄い膜、またはレザバ内容物をレザバの外部の環境から隔てるために適した他の構造を指す。選択的にレザバ・キャップを除去し、あるいは透過性にすることによって、レザバ内容物が環境へと曝露される。本明細書中で使用される場合、用語「環境」は、インプラント部位の生物学的流体または組織、空気、流体、および本明細書に記載のマルチキャップ・レザバ・システムを取り入れてなるデバイスの保管または体外使用において存在する粒子状物質など、レザバの外部の環境を指す。
閉じ込めデバイスは、例えば本明細書において説明したとおりレザバを封止した後で、選択された時点においてレザバ・キャップを脱離させるか、または透過性にするために、レザバの開放を促進および制御する制御手段を備えている。制御手段は、構造的な構成要素と、電力供給およびレザバ内容物の放出または曝露の開始時間の制御のための電子機器(例えば、回路および電源)とを備えている。
本明細書に記載のデバイスを製造および組み立てする基本的な方法は、既知であるか、または当該分野で公知の技法から改変することができる。例えば、ここでの言及によってすべてが本明細書に取り入れられたものとする米国特許第5,797,898号、米国特許第6,123,861号、米国特許第6,527,762号、米国特許第6,551,838号、米国特許出願公開第2003/0010808号、米国特許出願公開第2002/0099359号、米国特許出願公開第2002/0107470号、米国特許出願公開第2002/0151776号、および米国特許出願公開第2004/0121486号を参照されたい。
(a)基板上に犠牲層を堆積させる。
(b)犠牲層を覆って構造層を堆積させる。
(c)例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを使用して構造層を選択的に取り除く(犠牲層は取り除かない)ことによって、構造層をパターン加工してレザバ開口を生成する。
(d)レザバ・キャップ材料(例えば、Ti/Pt/Ti/Pt)を堆積させ、パターン加工する。
(e)基板の反対側から、例えばエッチング・プロセスを使用して犠牲層を選択的に取り除く(キャップ材料または構造層は取り除かない)ことによって、レザバ・キャップの下方の犠牲層を除去する。
本明細書に記載のマルチキャップ・レザバ放出/曝露デバイスおよびシステムは、幅広くさまざまな用途に使用可能である。好ましい用途としては、薬物の制御された送達、バイオセンシング、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
使用したホウ素拡散プロセスが、図11に示されている。その工程は、次のとおりである。
1)熱酸化:2000Åの二酸化シリコンを製膜
2)湿式エッチングで熱酸化物をパターン加工
3)ホウ素拡散またはイオン打ち込み
4)湿式エッチングで酸化物を除去
5)LPCVDによって200nmの低応力窒化物を堆積
6)フォトレジストで窒化物をパターン処理
7)RIEによって窒化物をエッチング
8)エチレン・ジアミン/ピロカテコール(EDP)、水酸化テトラメチル・アンモニウム(TMAH)、または水酸化カリウム(KOH)を使用してシリコンを異方性エッチング
9)スパッタリングによって金属層を堆積(厚さ:12.5nm Ti/2μm Au)
10)フォトレジストで金属層をパターン処理
11)希釈HF/王水Auエッチによって金属層をエッチング
12)12.5nmのTi付着層を堆積させエッチング
13)リフトオフのためレザバ・キャップ層をパターン処理
14)スパッタリングによるレザバ・キャップ層の堆積(清浄なリフトオフ堆積物をスパッタ)
15)リフトオフの実行
16)チップの安定化のため、適合するコーティング層を堆積させエッチング
17)シリコン・ウエハを薄くするため、化学的および機械的に研削および研磨
18)背面の窒化物をRIEエッチング。
使用した深堀り反応性イオンエッチング(DRIE)プロセスが、図12に示されている。その工程は、次のとおりである。
1)絶縁体の堆積:LPCVDチッ化物およびPECVD酸化物
2)スパッタリングによって金属層を堆積(厚さ:12.5nm Ti/2μm Au)
3)フォトレジストで金属層をパターン処理
4)希釈HF/王水Auエッチによって金属層をエッチング
5)12.5nmのTi付着層を堆積させエッチング
6)リフトオフのためレザバ・キャップ層をパターン処理
7)スパッタリングによるレザバ・キャップ層の堆積(清浄なリフトオフ堆積物をスパッタ)
8)リフトオフの実行
9)チップの安定化のため、適合するコーティング層を堆積させエッチング
10)シリコン・ウエハを薄くするため、化学的および機械的に研削および研磨
11)厚いフォトレジストを堆積させてパターン加工
12)DRIEエッチング
13)フォトレジストを除去
14)厚いフォトレジストを堆積させてパターン加工
15)DRIEエッチング
16)背面絶縁体層をエッチングするための乾式および湿式エッチング
17)フォトレジストを除去。
Claims (24)
- レザバ内容物の制御された放出または曝露のためのデバイスであって、
基板、
該基板内に配置され、2つ以上の開口を有しているレザバ、
該レザバ内に位置するレザバ内容物、
それぞれがレザバ開口のうちの少なくとも1つを封じるように覆っている2つ以上の別個のレザバ・キャップ、および
該レザバ・キャップを選択的に脱離させるかまたは透過性にするための制御手段、
を備える、デバイス。 - 前記2つ以上の開口が、前記基板の同じ表面または同じ側に位置している、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップを、別個独立に脱離させるか、または透過性にすることができる、請求項1に記載のデバイス。
- 選択されたレザバを覆っている前記2つ以上のレザバ・キャップを、実質的に同時に脱離させることができる、請求項1に記載のデバイス。
- 選択されたレザバを覆っている前記2つ以上のレザバ・キャップを、連続的に脱離させることができる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップのうちの2つ以上が、電気的に連絡しており、電流が加えられたときに同時に脱離するように作動可能である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記基板が、前記レザバ内容物の上方を延びる少なくとも1つのレザバ・キャップ支持部を有しており、前記2つ以上のレザバ・キャップが、少なくとも1つの該レザバ・キャップ支持部によって部分的に支持されている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記基板が、一体に接着された2つ以上の基板部を有しており、該基板部のうちの1つが、少なくとも1つのレザバ・キャップ支持部を備える、請求項7に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップ支持部が、基板とは別個のコーティング材料または堆積材料から作られている、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバがマイクロレザバである、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップが金属膜を備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記制御手段が、前記レザバ・キャップを脱離させる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップの脱離が、電熱による融除を含む、請求項12に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップの脱離が、化学反応、溶解、生分解、機械的な破裂、相の変化、またはこれらの組み合わせを含む、請求項12に記載のデバイス。
- 前記レザバ・キャップが導電性材料であり、
電気入力リードおよび電気出力リードの両者をさらに備え、該電気入力リードおよび電気出力リードは、該入力リードおよび出力リードを介して該レザバ・キャップを通過する電流を加える際に、該レザバ・キャップが脱離して前記レザバ内容物が放出または曝露されるように、該レザバ・キャップに接続している、請求項12に記載のデバイス。 - 前記レザバ内容物が薬物を含んでいる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバ内容物が、センサまたはその構成要素を含んでいる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記基板が、2つ以上の前記レザバからなるアレイを備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記レザバが、3つ以上のレザバ開口および対応するレザバ・キャップを備える、請求項1に記載のデバイス。
- 請求項1に記載のデバイスであって、該デバイスは、駆動用電子機器および電源をさらに備えており、ヒトまたは動物の患者へのインプラントのために包装されている、デバイス。
- 前記レザバ・キャップが、金、白金、チタニウム、スズ、ならびにこれらの合金および他の組み合わせからなる群より選択される金属を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 分子の制御された送達のための方法であって、
請求項1に記載のデバイスをあらかじめ選択された位置に配置する工程であって、前記レザバ内容物が、送達用の化学分子を含んでいる、工程、および
該レザバ・キャップを通っての拡散または該レザバ・キャップの脱離を制御して、該デバイスから該あらかじめ選択された位置へと該分子の外への通過を可能にする、工程、
を包含する、方法。 - 固定された試薬または二次デバイスの制御された曝露のための方法であって、
請求項1に記載のデバイスをあらかじめ選択された位置に配置する工程であって、前記レザバ内容物が、固定された試薬、二次デバイス、またはこれらの組み合わせを含む、工程、および
該レザバ・キャップの脱離を制御して、該あらかじめ選択された位置において該レザバ内容物を環境に曝露する工程、
を包含する、方法。 - 請求項1に記載のデバイスを製造するための方法であって、ホウ素ドーピング法またはDRIE法を含む、方法。
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