ME00760B - Mikrostrukturisani filter - Google Patents

Abstract

Mikrostrukturisani filter za fluid, pri čemu ovaj filter ima ulaz za nefiltrirani fluid i izlaz za filtrirani fluid, i gde taj filter obuhvata: mnoštvo ispusta (7), koji su postavljeni u najmanje dva niza (3), uzajamno jedni uz druge, koji se pružaju iz osnovne ploče (1) i koji su integralna komponenta osnovne ploče, zatim mnoštvo prolaza (8) između ispusta (7), i pločU za pokrivanje koja se može pričvrstiti za osnovnu ploču da bi pokrila ispuste (7) i prolaze (8), pri čemu pomenuti prolazi obrazuju mnoštvo prolaznih putanja od ulaza do izlaza, dok pomenuti ulaz sadrži izduženi ulazni prorez (5) za nefiltrirani fluid, koji se pruža približno preko ćele širine filtera i koji je približno iste visine kao i ispusti (7) koji se pružaju iz osnovne ploče, na ulaznoj strani filtera, i pomenuti izlaz sadrži izduženi prorez za filtrirani fluid, koji se pruža približno preko ćele širine filtera ikoji je približno iste visine kao i ispusti (7) koji se pružaju iz osnovne ploče, na izlaznoj strani filtera. Filter prema pronalasku ostaje operativan čak i kada je deo filterske oblasti začepljen. Filter se koristi, na primer, u raspršivaču sa kojim se dobija aerosol od tečnosti koja sadrži medicinski preparat. Mikrostrukturisani filter za fluid, pri čemu ovaj filter ima ulaz za nefiltrirani fluid i izlaz za filtrirani fluid, i gde taj filter obuhvata: mnoštvo ispusta (7), koji su postavljeni u najmanje dva niza (3), uzajamno jedni uz druge, koji se pružaju iz osnovne ploče (1) i koji su integralna komponenta osnovne ploče, zatim mnoštvo prolaza (8) između ispusta (7), i pločU za pokrivanje koja se može pričvrstiti za osnovnu ploču da bi pokrila ispuste (7) i prolaze (8), pri čemu pomenuti prolazi obrazuju mnoštvo prolaznih putanja od ulaza do izlaza, dok pomenuti ulaz sadrži izduženi ulazni prorez (5) za nefiltrirani fluid, koji se pruža približno preko ćele širine filtera i koji je približno iste visine kao i ispusti (7) koji se pružaju iz osnovne ploče, na ulaznoj strani filtera, i pomenuti izlaz sadrži izduženi prorez za filtrirani fluid, koji se pruža približno preko ćele širine filtera ikoji je približno iste visine kao i ispusti (7) koji se pružaju iz osnovne ploče, na izlaznoj strani filtera. Filter prema pronalasku ostaje operativan čak i kada je deo filterske oblasti začepljen. Filter  se koristi, na primer, u raspršivaču sa kojim se dobija aerosol od tečnosti koja sadrži medicinski preparat .

Description

Poznati su različiti filteri kod kojih filterski medijum ima mikropore čija veličina se spušta do oblasti ispod jednog mikrometra, pri čemu je veličina pora statistički raspodeljena u zavisnosti od materijala. Spoljašnje dimenzije filterskih medijuma ove vrste su deset puta veće od srednjeg prečnika pora i iskustvo je pokazalo da se one ne mogu lako smanjiti onoliko koliko je to poželjno.

Takođe su poznate metalne trake sa otvorima mikronske veličine koje se koriste za sito štampu, čija debljina je 100 µm, a koje su napravljene, na primer od nikla, i koje su snabdevene sa otvorima koji su ravnomemo raspoređeni po traci, pri čemu je prečnik otvora nekoliko mikrometara. Ove trake se izrađuju, na primer, galvanski. Metalne trake ove vrste ne mogu se sastavljati sa mikrostrukturisanim komponentama

(komponetama koje imaju mikroskopsku strukturu materijala).

Evropska patentna prijava br. 0 231 432 opisuje mikrofilter sa poprečnim proticanjem, kome se dovodi fluid koji treba da bude filtriran i iz koga se odvode tok koncentrata i tok filtrata. Između komore u koju fluid dotiče i komore za sakupljanje filtrata postavljen je niz pregrada ili izbočina (polja), između kojih su prolazi. Niz pregrada i prolaza obrazuje mikrofilter. Smer prolaza nagnut je pod uglom od 90° do 135° u odnosu na smer toka fluida/ koncentrata. Dovedeni fluid koji prelazi u koncentrat teče pored niza pregrada. Filtrat se sakuplja u mnoštvu komora i napušta filter bilo upravno na površinu filtera ili u mnoštvo prolaza u površini filtera koji se pružaju između prolaza za koncentrat.

Međunarodna patentna prijava br. WO 93/11862 opisuje mikromehanički filter koji je konstruisan iz tri sloja. Na zatvorenom osnovnom sloju u datim oblastima postavljen je srednji sloj i na njemu je postavljen sloj za pokrivanje sa otvorima koji su izduženi po oblastima. Srednji sloj prestaje paralelno jednoj ili obema uzdužnim stranama otvora. U ovim oblastima, sloj za pokrivanje je postavljen u vidu konzole ili ispusta. Ispod konzolnog dela sloja za pokrivanje, susedno otvoru, smešten je plitki prorez koji je iste debljine kao i srednji sloj i iste dužine kao i izduženi otvor. Filtrat protiče kroz ovaj prorez u komoru za sakupljanje filtrata koja je deblja od srednje komore. Sloj za pokrivanje sadrži veliki broj izduženih otvora koji su postavljeni u vidu nizova paralelno jedni drugima. Nizovi proreza mogu biti izvedeni u vidu meandera u sloju za pokrivanje. Fluid protiče kroz mnoštvo otvora normalno na površinu filtera u mnoštvo ulaznih komora i uklanja se iz mnoštva komora za sakupljanje filtrata kroz mnoštvo otvora normalnih na površinu filtera. Slojevi ovog filtera mogu biti napravljeni od silicijuma, plastične materije ili metala i biti strukturisani nagrizanjem, utiskivanjem ili mehaničkom obradom bez skidanja materijala ili mašinskom obradom skidanjem strugotine, pri čemu mogu biti uključeni i postupci koji obuhvataju tehnologiju tankog sloja i taloženje metala iz parne faze.

Ovakvi uređaji, kao i drugi koji su ranije predlagani pate od više nedostataka. Na primer, zapaženo je da su bar neki od uređaja koji su ranije predlagani prekomemo podložni blokiranju, posle čega uređaj može prestati da funkcioniše. U cilju da se ublaži ovaj nedostatak bilo je predloženo da se predvide veći filteri, ali ovi veći filteri imali su nepoželjno veliku mtrvu zapreminu. Takođe, neki od ranije predloženih uređaja su prekomemo komplikovani, i stoga i skupi i zahtevaju dosta vremena za proizvodnju. Osim toga, neki od ranije predloženih uređaja su takvi da ne mogu da se lako sastave sa drugim mikrostrukturisanim komponentama.

Shodno tome, cilj pronalaska je da se obezbedi mikrostrukturisani filter za fluid koji ublažava jedan ili više nedostataka koji su ovde opisani.

Prema jednom aspektu pronalaska predviđen je mikrostrukturisani filter koji ima ulaz za nefiltrirani fluid i izlaz za filtrirani fluid, gde ovaj filter obuhvata:

filtersku komoru koja je smeštena između pomenutog ulaza i pomenutog izlaza, koja pomenuta komora je delimično definisana sa u suštini ravnom osnovnom pločom i pločom za pokrivanje koja se može pričvrstiti za nju; i

filtersko telo koje je smešteno unutar filterske komore, gde je pomenuto filtersko telo obrazovano mnoštvom ispusta koji svaki predstavlja integralnu komponentu pomenute osnovne ploče i koji se svaki pruža iz nje, gde su pomenuti ispusti razmaknuti jedan od drugoga prolazima koji obrazuju putanje za fluid kroz filtersku komoru od pomenutog ulaza do pomenutog izlaza, dok pomenute ploče za pokrivanje kada su pričvršćene za osnovnu ploču pokrivaju pomenute ispuste i pomenute prolaze;

pri čemu je pomenuto mnoštvo ispusta postavljeno u najmanje dva niza koji se pružaju u cik-cak konfiguraciji i uzajamno jedni uz druge preko filterske komore; i

ulaz i izlaz, koji svaki sadrži izduženi prorez za nefiltrirani i za filtrirani fluid, respektivno, pri čemu je svaki od pomenutih ispusta u suštini iste širine kao i filterska komora i u suštini iste visine kao i ispusti na ulaznoj i izlaznoj strani filterskog tela, respektivno.

Prvenstveni primer izvođenja pronalaska obezbeđuje mikrostrukturisani filter za fluid koji ima ulaz za nefiltrirani fluid i izlaz za filtrirani fluid, pri čemu je pravac proticanja fluida kroz ceo filter u površini, koja ima sledeče karakterišuče osobine:

mnoštvo ispusta koji su postavljeni u nizovima, uzajamno jedni uz druge i koji se pružaju iz - prvenstveno ravne - osnovne ploče i koji su integralne komponente (izvedeni izjedna sa njom) osnovne ploče,

- mnoštvo prolaza između ispusta,

prvenstveno ravnu ploču za pokrivanje koja je postavljena preko ispusta i koja pokriva prolaze, pri čemu

prolazi obrazuju prolaznu putanju od ulazne strane do izlazne strane filtera, i

- rastojanje između osnovne ploče u oblasti oko ispusta i ploče za pokrivanje u oblasti niza ispusta je približno iste veličine kao i širina prolaza na strani ispusta na kojoj fluid utiče u niz prolaza, i

- izduženi ulazni prorez za nefiltrirani fluid, koji se pruža preko približno ćele širine filtera i koji je približno iste visine kao i ispusti koji se pružaju iz osnovne ploče, na ulaznoj strani filtera, i izduženi izlazni prorez za filtrirani fluid, koji se pruža preko približno ćele širine filtera i koji je približno iste visine kao i ispusti koji se pružaju iz osnovne ploče, na izlaznoj strani filtera.

Prvenstveno, odnos visine i širine ulaznog proreza i izlaznog proreza je od 1: 5 do 1:1000. Ulazni prorez prvenstveno zadržava grube deliće.

Mnoštvo nizova ispusta može biti postavljeno u kaskadnoj (stepenastoj) konfiguraciji. Ispusti koji su smesteni bliže ulaznoj strani filtera prvenstveno su veći nego ispusti koji su postavljeni bliže izlaznoj strani filtera.

Rastojanje između ravne osnovne ploče i ravne ploče za pokrivanje u oblasti oko svakog niza ispusta, koji niz je postavljen u kaskadnoj konfiguraciji, prvenstveno je približno iste veličine kao širina prolaza na strani ispusta, na kojoj fluid utiče u niz prolaza. Rastojanje je prvenstveno između polovine i dvostruke širine prolaza. Rastojanje prvenstveno opada od jednog niza do drugog, kada se posmatra u pravcu proticanja. Prolazi stoga mogu imati približno kvadratni poprečni presek na svojoj ulaznoj strani za fluid.

Rastojanje između ravne osnovne ploče u oblasti oko ispusta i ravne ploče za pokrivanje može biti konstantno u oblasti niza ispusta. U slučaju da su nizovi ispusta postavljeni u meanderskoj (vijugajućoj) ili cik-cak konfiguraciji, rastojanje može biti veće u oblasti kraja niza koja je u blizini izlazne strane filtera nego u oblasti kraja niza koja je u blizini ulazne strane filtera. Rastojanje prvenstveno približno linearno raste od jednog kraja niza ispusta ka drugom.

Strane koje su uzajamno okrenute jedne prema drugima dva susedna niza ispusta mogu definisati komoru koja ih međusobno povezuje, u koju fluid utiče iz svih prolaza između ispusta prvog reda, i iz koje fluid otiče u sve prolaze između ispusta susednog niza. Uzvodno od prvog niza ispusta smeštena je komora za sakupljanje izduženog poprečnog preseka, u koju utiče nefiltrirani fluid i iz koje fluid ističe u sve prolaze između ispusta prvog niza. Nizvodno od zadnjeg niza ispusta smeštena je komora za sakupljanje izduženog poprečnog preseka, u koju utiče fluid iz svih prolaza zadnjeg niza, i iz koje otiče filtrirani fluid. Ispusti mogu biti u obliku pregrada ili izbočina (polja) - kada se posmatra u pravcu proticanja -pravi ili zakrivljeni. Ispusti takođe mogu biti u obliku -prvenstveno pravih - stubića bilo kog poprečnog preseka, prvenstveno okruglog ili višeugaonog (poligonalnog). Dužina prolaza koji se pružaju između pregrada ili polja prvenstveno je bar dvostruko veća od njihove visine na ulaznoj strani za fluid. Poprečni presek prolaza je prvenstveno približno kvadratan ili u vidu bureta ili trapezoidni; u zadnje pomenutom slučaju duža strana trapeza može biti obrazovana pločom za pokrivanje. Prolazi imaju, na primer, dužinu od 5 do 50 µm, visunu od 2,5 do 25 µm i širinu od 2,5 do 25 µm. Širina prolaza može se povećavati prema izlaznoj strani.

Rastojanje između nizova ispusta prvenstveno je dvostruko veće od širine prolaza na ulaznoj strani. Nizovi ispusta mogu se pružati paralelno jedni drugima ili u meanderskoj konfiguraciji ili u cik-cak konfiguraciji. Nizovi postavljeni u cik-cak konfiguraciji mogu biti nagnuti jedni u odnosu na druge pod uglom od 2° do 25°.

Kada filter ima nizove ispusta koji su postavljeni u meanderskoj ili cik-cak konfiguraciji, čestice koje treba da budu izfiltrirane prvo se talože u oblastima na ulaznoj strani za fluid, koje su u blizini izlazne strane filtera, pri čemu rastojanje između nizova ispusta na ulaznoj strani progresivno raste, počinjući u oblasti izlazne strane filtera. Filter je samo približno potpuno zacepljen i kapacitet filtera je iscrpljen kada je ulazna komora između svaka dva niza ispusta skoro u potpunosti ispunjena sa česticama koje trebaju da budu izfiltrirane.

Stepen izdvajanja filtera prvenstveno je relativno oštro definisan, zbog manjih odstupnanja u dimenzijama prolaza. Filter ne zahteva razvodnik za dovodni tok fluida koji treba da bude filtriran, niti uređaj za sakupljanje nitrata za filtrirani fluid. Filter može biti izrađivan korišćenjem poznatih postupaka od metala, silicijuma, stakla, keramike ili plastičnog materijala, na primer. Osnovna ploča može biti izrađena od istog materijala ili od različitog materijala kao ploča za pokrivanje. Filter je prvenstveno podesan za opseg visokih pritisaka, na primer, do 30mPa(300bar).

U mikrostrukturisanom filteru prema jednom drugom primeru izvođenja pronalaska, naredni mikrostrukturisani fluidički elementi postavljeni su na istoj osnovnoj ploči, na primer, mlaznica za raspršivanje fluida ili za dobijanje aerosola, takođe u oblasti visokih pritisaka.

Mikrostrukturisani filter prema različitim primerima izvođenja prolalaska može imati neke ili sve od sledećih prednosti:

pošto filter ima veliki broj prolaza u maloj oblasti, on može ostati operativan čak i ako su neki prolazi blokirani nečistoćama kojima je zagađen fluid. Ovo može omogućiti da primenljivost filtera, kada je sastavljen sa mlaznicom, bude poboljšana, jer kada se koristi u raspršivaču za davanje medicinskog preparata, otkazivanje raspršivača u toku specifikovanog perioda upotrebe može imati fatalne posledice za korisnika;

prolazi mogu biti definisani unutar uskih granica u pogledu oblika, oblasti poprečnog preseka i dužine (u najpoželjnijem primeru izvođenja dimenzije svih prolaza unutar filtera treba da su iste);

velika površina filterske oblasti može biti smeštena u malu filtersku zapreminu;

pre nego što fluid može da utekne u prolaze, njegov tok meže biti usmeren između nizova postavljenih u meanderskoj ili cik-cak konfiguraciji u suštini upravno na tok u prolazima;

otvorena filterska oblast (suma poprečnih preseka svih prolaza) može biti najmanje 50 % ukupne filterske oblasti;

- filter može imati malu mrtvu zapreminu; i

- filter može biti sastavljen na jednostavan način sa drugim mikrostrukturisanim komponentama.

Mikrostrukturisani filter koji je ovde opisan nalazi primenu naročito kada se koristi za filtriranje medicinskog preparata rastvorenog u rastvaraču za dobijanje aerosola za inhalativnu primenu. Podesni rastvarači su, na primer, voda ili etanol ili njihove smeše. Podesni medicinski preparati su, na primer, Berotec, Atrovent, Berodual, Salbutamol, Combivent, Oxivent, Ba 679, BEA2108 i drugi.

Filter prema pronalasku može biti takođe primenjen u raspršivaču (razmagljivaču), kao što su oni koji su opisani u PCT prijavi WO 91/14468 ili PCT/EP 96/04351.

Mikrostrukturisani filter koji je ovde opisan može biti izrađen na sledeći način, koji je dat radi ilustracije: mnoštvo međusobno povezanih osnovnih ploča, na primer, reda veličine od nekoliko hiljada, istovremeno se mikrostrukturiše na velikim oblastima površine i spaja se u jednom koraku sa jednom velikom ravnom pločom za pokrivanje (paralelni, tj. grupni proces). Ovaj kombinovani sklop može da se onda podeli na više pojedinačnih komada.

Ovaj metod proizvodnje ima neke specifične prednosti. Sa jedne strane, paralelna (tj. grupna) proizvodnja naročito pruža mogućnost izrade jeftinih pojedinažnih delova, sa visokim stepenom preciznosti, sa strukturnom tačnosti od nekoliko mikrometara u submikrometarskom području, koji bi mogli biti izrađivani samo uz znatno veće troškove u serijskom procesu obrade, dok, sa druge strane, paralelna (tj. grupna) proizvodnja daje definisan kvalitet u pogledu svih delova, koji može biti ponovljivo postignut pod istim proizvodnim uslovima i koji se izuzetno polako menja, kao što nije, na primer, slučaj u procesima serijske obrade, zbog habanja alata.

Osim toga, položaj i lokacija delova u procesu takođe su unapred određeni konstrukcijom i ne moraju da se podešavaju i postavljaju pomoću skupih mehanizama za sortiranje i rukovanje, kao što je to bio slučaj sa nekim od ranije predloženih konstrukcijskih rešenja.

Osnovna ploča može biti izrađena, na primer, reaktivnim jonskim nagrizanjem, ili podgrizanjem ("under-etching"). Takvi oblici mogu biti izrađeni suvim nagrizanjem, a takođe i postupciima mokrog nagrizanja. Poprečni preseci trougaonog oblika mogu biti izrađeni sa anizotropnim operativnim procesima nagrizanja u monokristalnim osnovnim pločama od silicijuma. Osnovna ploča je prvenstveno strukturisana izotropnim ili anizotropnim mokrim ili suvim nagrizanjem ili kombinacijom ovih procesa, naročito prvenstveno anizotropnim suvim nagrizanjem.

Mikrostrukturisana osnovna ploča i njeni ispusti mogu biti spojeni sa ravnom pločom za pokrivanje, na primer, anodnim vezivanjem silicijuma i stakla, na primer, alkalnim borosilikatnim staklom. U jednom primeru, staklena ploča se polaže na mikrostrukturisanu silicijumsku ploču i dovodi se u kontakt sa jednom elektrodom. Ceo sklop se zagreva na temperature između 200 i 500°C i stvara se negativni napon od oko 1000 V između ploče od silicijuma i staklene ploče. Zbog takvog napona pozitivno naelektrisani alkalni joni prolaze kroz staklo do katode gde se oni neutrališu. U staklu, na prelazu između stakla i silicijuma, obrazovano je negativno prostorno naelektrisanje koje obezbeđuje elektrostatičko privlačenje dveju površina i koje pored toga i pomoću veza kiseoničnim mostom rezultuje trajnom hemijskom vezom između površine stakla i površine silicijuma.

Za gore opisani ilustrativni primer postupka ploča za pokrivanje od stakla je posebno prvenstvena radi obezbeđivanja kvaliteta, sa jedne strane, zbog kvaliteta spoja vezivanjem i, sa druge strane, zbog toga što se defekti li uhvaćene čestice, što bi rezultiralo lošim funkcionisanjem filtera, mogu lako raspoznati optičkim pregledom.

Posle postupka vezivanja sklop može biti podeljen na pojedinačne filtere, prvenstveno dijamantskom cirkulamom testerom visoke brzine obrtanja, tako da se otkrivaju ulazna strana i izlazna strana svakog filtera, ako one već nisu bile prethodno otkrivene. Rez za odsecanje može biti pozicioniran sa stepenom tačnosti u opsegu od nekoliko mikrometara.

Pored korišćenja anodnog vezivanja, mikrostrukturisana osnovna ploča može biti spojena sa ravnom pločom za pokrivanje pomoću ultrazvučnog zavarivanja, laserskog zavarivanja, lepljenja ili lemljenja ili na bilo koji drugi način koji je očigledan stručnjacima u odgovarajućoj oblasti tehnike.

Primeri izvođenja pronalaska sada će biti opisani putem ilustrativnog primera izvođenja sa pozivom na pridruženi nacrt, na kome:

Fig, 1 prikazuje šematsku predstavu primera izvođenja filtera;

Fig. 2 je izgled u uvećanoj razmeri koji prikazuje raspored ispusta u nizovima filtera sa Fig. 1;

Fig. 3 je izgled poprečnog preseka duž linije A-A sa Fig. 2;

Fig. 4 je šematski prikaz mnoštva različitih ispusta;

Fig. 5 je šematski prikaz narednih ispusta;

Fig. 6 je šematski prikaz više ilustrativnih primera uzoraka po kojima bi ispusti mogli da budu raspoređeni;

Fig. 7 prikazuje jedan ilustrativni primer orijentacije ispusta; i

Fig. 8 je slika filtera prema prinanasku na kraju njegovog radnog veka dobijena u skenirajućem elektronskom mikroskopu.

Kao što je gore pomenuto, Fig. 1 prikazuje ilustrativni primer izvođenja filtera posmatranog sa strane koja je u početku otvorena, a koja je zatim pokrivena sa pločom za pokrivanje (nije prikazana). Osnovna ploča 1 filtera je mikrostrukturisana između ivičnih oblasti 2a i 2b. Mikrostrukturisanje obezbeđuje, u ovom primeru, niz 3 ispusta koji su postavljeni u cik-cak konfiguraciji. Takođe se može videti da su nizovi 3 nagnuti jedni u odnosu na druge pod uglom alfa.

U ovom primeru osnovna ploča je snabdevena, pored filtera i uzvodno od njega, sa sledećim nizom ispusta 4 koji obrazuju veoma grubi filter i koji služe da podstaknu proticanje fluida kroz njega. Uzvodno od ispusta 4 smešten je prorez 5 kroz koji nefiltrirani fluid utiče u filter. U ovom primeru izvođenja, susedno filtera postavljena je mlaznica 6 iz koje može da izlazi filtrirani fluid. Mlaznica 6 je obrazovana, u ovom ilustrativnom primeru izvođenja, kao integralna komponenta osnovne ploče 1. Međutim, razumljivo je da filter može biti izveden bez mlaznice 6 i grubog filtera

4.

Fig. 2 je uvećani izgled dela sa Fig. 1 koji prikazuje ilustrativni raspored ispusta u nizovima 3. U ovom slučaju ispusti 7 su pravougaone pregrade i izbočine (polja), kao što će biti kasnije opisano, ali oni mogu da imaju i alternativnu konfiguraciju. Može biti preeviđeno da se nizovi 3 sastoje od mnoštva ispusta 7 koji se uzdižu iz osnovne ploče 1 i koji su razmaknuti jedan od drugog da bi se obezbedio fini filter za fluid.

Fig. 3 je izgled poprečnog preseka kroz niz ispusta načinjen duž linije A- A na Fig. 2. U ovom ilustrativnom primeru izvođenja, ispusti 7 imaju konkavno zakrivljene uzdužne strane, između kojih su prolazi 8 sa poprečnim presecima u obliku bureta.

Fig. 4 prikazuje mnoštvo primera izvođenja ispusta, gde je svaki posmatran sa strane filtera koja je u početku bila otvorena (tj. od gore). Bilo koji, ili bilo koja kombinacija prikazanih ispusta (ili bilo kojih drugih ispusta) može biti primenjen u filtera koji je ovde opisan. Fig. 4 prikazuje pravougaono polje 11, izduženo polje 12 konstantne širine sa zaobljenim užim stranama, polje 13 u obliku krila, polje 14 konstantne širine i sa užom stranom koja se pruža nagnuto, i polje 15 koje je zakrivljeno u obliku segmenta kruga. Takođe su prikazani pravougaoni stubić 16, trougaoni stubić 17, okrugli stubić 18 i osmougaoni stubić 19. Kao stoje gore pomenuto, bilo koja ili bilo koja kombinacija ovih polja su podesni za primenu u filtera.

Fig. 5 prikazuje izglede različitih poprečnih preseka kroz mnoštvo različitih ispusta, specifičnije ispust pravougaonog poprečnog preseka 21, ispust poprečnog preseka 22 sa konkavno zakrivljenim uzdužnim stranama, ispust trapezoidnog poprečnog preseka 23, kod koga je duža strana trapeza povezana sa osnovnom pločom 1, ispust trapezoidnog poprečnog preseka 24, kod koga je kraća strana trapeza povezana sa osnovnom pločom 1, i ispust 25 sa dve zaobljene uzdužne ivice.

Fig. 6 prikazuje različite rasporede ispusta, pri čemu su ispusti - nezavisno od njihovog oblika -označeni sa tačkicama različitih veličina. Ispusti mogu biti postavljeni u obliku matrice 31 ili linearno u nizu 32 ili u meanderskoj (vijugajućoj) konfiguraciji 33 ili u cik-cak konfiguraciji 34, Mnoštvo ispusta postavljenih u konfiguraciji u nizu 35 ili u meanderskoj ili cik-cak konfiguraciji 36 mogu biti postavljeni uzastopno u kaskadnom (stepenastom) odnosu.

Fig. 7 prikazuje ilustrativno orijentaciju polja u odnosu na pravac 41 ulaznog toka fluida. Kao što je prikazano, neka od polja (označena sa pozicijom 42) su postavljena paralelno pravcu ulaznog toka, dok su druga polja (označena sa pozicijom 43) postavljena upravno na pravac ulaznog toka i preostala polja (označena sa pozicijom 44) su postavljena nagnuto pod različitim uglovima u odnosu na pravac ulaznog toka. Sa Fig. 7 treba shvatiti da polja ne moraju da imaju istu orijentaciju u odnosu na pravac ulaznog toka fluida. U stvari, odlika različito orijentisanih polja je karakterišuća prednost, pošto različita orijentacija služi da poboljša stepen podsticanja (agitacije) fluida, kada se fluid kreće kroz filter.

Fig. 8 prikazuje sliku mikrostrukturisanog filtera, kao što je onaj koji je prikazan na Fig. 1, pri kraju njegovog radnog veka dobijenu u skenirajućem elektronskom mikroskopu. Slika je snimljena kroz ploču za pokrivanje (nije vidljiva) od stakla. Slika koja je prikazana pokazuje filter koji ima nizove ispusta koji su postavljeni u cik-cak konfiguraciji: međutim, sami ispusti ne rnogu se videti pri izabranom uvećanju.

Fluid je tekao kroz filter u pravcu strelica tokom korišćenja filtera, i čestice koje su bile suspendovane u fluidu uhvaćene su pomoću susednih ispusta. Kao što je prikazano, nizovi ispusta su pokriveni sa izfiltriranim česticama, specifičnije u većem stepenu u blizini ivičnih oblasti 2a i 2b nego u srednjoj oblasti filtera. Skoro da nema čestica u prostoru između nizova ispusta, koji je na ulaznoj strani toka fluida filtera; i stoga je filter u potpunosti operativan u toj oblasti (tj. fluid još uvek može da prolazi kroz njega). Kao što se može videti sa Fig. 8, granična Unija između slobodne oblasti filtera i začepljene oblasti filtera pruža se približno u paraboličnom obliku. Kao što se može videti sa Fig. 8, fluid još uvek može da prolazi kroz filter čak i kada je znatan deo oblasti površine filtera već zagušen.

Stoga se može videti da je filter koji je ovde opisan manje sklon blokiranju nego filteri koji su ranije predlagani, kao i to da on može još uvek da adekvatno funkcioniše čak i kada je relativno veliki deo površine filtera zagušen. Kao rezultat ovoga poboljšanja, upotrebni vek filtera (a time i bilo kog uređaja koji sadrži filter) može biti veoma povećan. Ovo je u direktnoj suprotnosti sa konstrukcijama koje su ranije predlagane, gde relativno mali deo zagušenja u filteru izaziva da uređaj prekine da korektno funkcioniše.

Primer: Mikrostrukturisani filter za raspršivač

Kao što je gore pomenuto, filter koji je ovde opisan nalazi veliku primenu kod raspršivača, a naročito kod raspršivača za dobijanje aerosola fluida koji sadrži medicinski preparat.

Ilustrativni primer jednog takvog raspršivača sada će biti opisan. U ovom primeru izvođenja, filter je obrazovan na osnovnoj ploči sa više drugih mikrostrukturisanih komponenata. Osnovna ploča je široka 2,6 mm i duga je oko 5 mm. Na širini od oko 2 mm ona sadrži 40 nizova ispusta, sa ispustima koji su postavljeni u cik-cak konfiguraciji. Svaki red je dugačak 1,3 mm. Ispusti su pravougaona polja koja su duga 10 um i široka su 2,5 µm; i ona se pružaju iz osnovne ploče za 5 µm. Između polja predviđeni su prolazi koji su visoki 5 jim i široki su 3 µm.

Na ulaznoj strani za fluid filtera smešten je niz od 10 pravougaonih polja koja su duga 200 µm i široka su 50 µm; i ona se pružaju sa osnovne ploče za 100 µm. Između ovih polja su predviđeni prolazi koji su visoki 100 µm i široki su 50 µm. Deset praougaonih polja predstavljaju grubi filter i sredstva za podsticanje (agitaciju) fluida koji protiče kroz njih. Na rastojanju od oko 300 µm ispred niza polja predviđen je prorez za ulaz fluida koji je širok oko 2 mm i visok je 100 µm.

Komora za sakupljanje filtrata predviđena je iza nizova polja postavljenih u cik-cak konfiguraciji. Komora za sakupljanje filtrata je visoka 5 µm i postepeno se sužava od 2 mm širine i ona je u vezi sa mlaznicom pravougaonog poprečnog preseka koja je visoka 5 µm i široka je 8 µm. U ovom primeru, otvor mlaznice je izrađen istovremeno sa mikrostrukturisanjem osnovne plože.

Osnovna ploča, koja ima debljinu od 1,5 mm, napravljena je od nikla i izrađena je galvanoplastikom od plastičnog umetka za oblikovanje, koji sadrži komplementarne strukture za 1083 filtera. Ona je pokrivena sa 0,8 mm debelom, ravnom pločom od nikla, koja je zalemljena za osnovnu ploču.

Claims (25)

1.    Mikrostrukturisani filter, naznačen time, što obuhvata ulaz za nefiltrirani fluid i izlaz za filtrirani fluid, u suštini ravnu osnovnu ploču (1) i ploču za pokrivanje koja se može pričvrstiti za nju; a uz to i mnoštvo ispusta (7), koji svaki ponaosob predstavlja integralnu komponentu osnovne ploče (1) i pruža se iz nje, što su ispusti (7) razmaknuti jedan od drugoga prolazima (8), tako da obrazuju putanje za fluid kroz filter od ulaza do izlaza, dok ploča za pokrivanje pokriva ispuste (7) i prolaze (8); što je mnoštvo ispusta (7) postavljeno u najmanje dva niza (3) koji se pružaju u cik-cak konfiguraciji (34) i uzajamno jedni uz druge preko filtera.

2.    Filter prema zahtevu 1, naznačen time, što ulaz i izlaz, svaki ponaosob sadrži izdužene proreze (5) za nefiltrirani i za filtrirani fluid koji su u suštini iste širine kao i filter i u suštini iste visine kao i ispusti (7) na ulaznoj i izlaznoj strani filtera.

3.    Filter prema zahtevu 2, naznačen time, što je rastojanje između osnovne ploče (1) i ploče za pokrivanje približno iste veličine kao i širina prolaza (8) između susednih ispusta (7).

4.    Filter prema zahtevu 2, naznačen time, što je mnoštvo nizova (3) ispusta (7) postavljeno u kaskadnom obliku; što se poprečni presek prolaza (8) upravno na pravac proticanja fluida - kada se posmatra u pravcu proticanja - smanjuje od niza do niza; što su ispusti (3) koji su smesteni bliže ulaznoj strani filtera veći od ispusta (3) koji su smesteni bliže izlaznoj strani filtera, i što je rastojanje između osnovne ploče (1) i ploče za pokrivanje u oblasti oko svakog niza (3) ispusta (7), koji je postavljen u kaskadnoj formi, približno iste veličine kao i širina prolaza na strani ispusta (7), na kojoj fluid utiče u niz prolaza (8).

5.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 4, naznačen time, što je ploča za pokrivanje u suštini ravna.

6.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 5, naznačen time, što je odnos visine prema dužini ulaznog proreza (5) od 1: 5 do 1:1000 a izlaznog proreza od 1: 5 do 1: 1000.

7.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 6, naznačen time, što je: rastojanje između osnovne ploče (1) u oblasti oko ispusta (7) i ploče za pokrivanje u oblasti niza (3) ispusta (7) između polovine i dvostruke širine prolaza na strani ispusta (7) na kojoj fluid otiče u niz prolaza (8).

8.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 7, naznačen time, što strane dva susedna niza (3) ispusta (7) koje su uzajamno okrenute jedna prema drugoj definišu prostor koji ih međusobno povezuje, u koji utiče fluid iz svih prolaza (8) između ispusta (7) prvog reda i iz koga fluid ističe u sve prolaze (8) između ispusta (7) niza koji sledi u pravcu proticanja.

9.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 8, naznačen time, što obuhvata komoru za sakupljanje izduženog poprečnog preseka između ulaznog proreza (5) i prvog niza (3) ispusta (4), u koju utiče nefiltrirani fluid i iz koje ističe fluid u sve prolaze (8) između prvog niza (3), ispusta (4) i komoru za sakupljanje izduženog poprečnog preseka između zadnjeg niza (3) ispusta (7) i izlaznog proreza (5), u koju fluid utiče iz svih prolaza (8) zadnjeg niza (3) i iz koje ističe filtrirani fluid.

10.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 9, naznačen time, što su ispusti (7) ili u obliku polja (11, 12, 13, 14, 15) koja su - kada se posmatra u pravcu proticanja -ravna ili zakrivljena; ili su u obliku stubića (16,17,18,19).

11.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 10, naznačen time, što su prolazi (8) u suštini konstantnog poprečnog preseka, a dužina im je najmanje dva puta veća od njihove visine na ulaznoj strani za fluid.

12.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 10, naznačen time, što su pomenuti prolazi (8) u suštini približno konstantnog poprečnog preseka po svojoj dužini koja iznosi dužinu od 5 µm do 50 µm, visina je od 2,5 µm do 25 µm, a širina od 2,5 µm do 25 fim.

13.    Filter prema zahtevu 12, naznačen time, što su pomenuti prolazi (8) u suštini kvadratnog poprečnog preseka.

14.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 12, naznačen time, što su poprečni preseci prolaza (8) oblika bureta ili trapezoida.

15.    Filter prema zahtevu 14, naznačen time, što je duža strana trapezoidnih prolaza (8) obrazovana pločom za pokrivanje.

16.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 12, naznačen time, što prolazi (8) približno kvadratnog poprečnog preseka na ulaznoj strani filtera, koji postaje širi prema izlaznoj strani filtera.

17.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 16, naznačen time, što je rastojanje između nizova (3) ispusta (7) prvenstveno dvostruko veće od širine prolaza (8) na ulaznoj strani.

18.    Filter prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time, što cik-cak konfiguracija sadrži nizove (3) ispusta (7) koji su nagnuti jedni u odnosu na druge pod uglom alfa između 2° i 25°.

19.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 18, naznačen time, što je rastojanje između osnovne ploče (1) u oblasti oko ispusta (7) i ploče za pokrivanje u oblasti niza (3) ispusta (7) u suštini konstantno.

20.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 18, naznačen time, što je rastojanje između osnovne ploče (1) u oblasti oko ispusta (7) i ploče za pokrivanje u nizu (3) ispusta (7) veće u oblasti kraja niza koji je u blizini izlaza filtera nego u oblasti kraja niza koji je u blizini ulaza filtera.

21.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 18, naznačen time, što rastojanje između ravne osnovne ploče (1) u oblasti oko ispusta (7) i ravne ploče za pokrivanje u nizu (3) ispusta (7) linearno raste od oblasti kraja niza (3) koji je u blizini ulazne strane filtera u smeru prema oblasti kraja niza (3) koji je u blizini izlazne strane filtera.

22.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 21, naznačen time, što je osnovna ploča (1) strukturisana izotropnim ili anizotropnim mokrim ili suvim nagrizanjem ili kombinacijom ovih postupaka, prvenstveno anizotropnim suvim nagrizanjem.

23.    Filter prema bilo kom od zahteva 1 do 22, naznačen time, što je osnovna ploča (1) od silicijuma, a ploča za pokrivanje je od stakla i što je osnovna ploča (1) spojena sa pločom za pokrivanje anodnim vezivanjem.

24.    Raspršivač za inhalativnu terapiju, naznačen time, što ovaj raspršivač sadrži mikrostrukturisani filter prema bilo kom od navedenih zahteva.

25.    Raspršivač prema zahtevu 24, naznačen time, što sadrži mlaznicu (6) koja je povezana sa pomenutim filterom.