容器放气检测方法
以下美国临时序列号:2009年5月13日提交的61/177,984、2009年7月2日提交的61/222,727、2009年7月24日提交的61/213,904、2009年8月17日提交的61/234,505、2009年11月14日提交的61/261,321、2009年11月20日提交的61/263,289、2009年12月11日提交的61/285,813、2010年1月25日提交的61/298,159、2010年1月29日提交的61/299,888、2010年3月26日提交的61/318,197、2010年5月11日提交的61/333,625、以及2010年11月12日提交的61/413,334、以及2010年5月12日提交的美国序列号12/779,007,都通过引用以其全部内容结合在此。
还通过引用以其全部内容结合在此的是以下欧洲专利申请:2010年5月12日提交的EP10162755.2、2010年5月12日提交的EP10162760.2、2010年5月12日提交的EP10162756.0、2010年5月12日提交的EP10162758.6、2010年5月12日提交的EP10162761.0、以及2010年5月12日提交的EP10162757.8。这些欧洲专利申请描述了装置、容器、前体、涂层以及方法(特别是涂层方法以及用于检验涂层的检验方法),这些方法通常可以用于进行本发明,除非在此另行说明。它们还描述了在此引用的S iOx阻挡涂层以及润滑涂层。
进一步通过引用结合的是2011年5月11日提交的申请PCT/US11/36097,该申请还描述了可以通过本发明的方法检查的涂层以及涂覆物品(特别是注射器)。
贯穿这个说明书,引用了EP2251671A2(该申请与上面提到的EP10162758.6相对应并且还形成了对于本申请的一个优先权申请)。其中,描述并且举例说明了形成本发明基础的总的放气方法,并且因此就这一点而言特别地将其内容通过引用结合在此。
发明领域
本发明涉及储存生物活性化合物或血液的涂覆容器的制造的技术领域。特别地,本发明涉及一种用于容器的涂覆的容器处理系统,用于容器的涂覆和检查的容器处理系统,涉及一种用于容器处理系统的便携式容器支架,涉及一种用于涂覆容器的内部表面的等离子体增强化学气相沉积装置,涉及一种用于涂覆容器的内部表面的方法,涉及一种用于检查容器涂层的方法,涉及一种处理容器的方法,涉及一种容器处理系统的用途,涉及一种计算机可读介质并且涉及一种程序元件。
在此提供了用于检查涂覆工艺的产品的一种方法。其中,测量了至少一种挥发性物种从该涂覆表面到与该涂覆表面邻近的气体空间中的释放并且将该结果与对于在相同试验条件下测量的至少一个参考对象的结果进行比较。从而可以确定该涂层的存在或不存在、和/或该涂层的物理和/或化学特性。该方法对于检查任何涂覆的物品(例如容器)是有用的。还披露了它的在由有机硅前体制成的PECVD涂层尤其是阻挡涂层的检查方面的应用。
本披露还涉及改进的用于处理容器的方法,这些容器例如是用于静脉穿刺和其它医学采样、药物制剂储存和递送、以及其它目的的多个相同的容器。这样的容器被大量地应用于这些目的,并且对于制造而言必须是相对经济的并且在储存和使用中仍然是高度可靠的。
发明背景
真空采血管用于从病人抽取用于医学分析的血液。这些管被抽真空而出售。通过将一个两端皮下针头的一端插入到病人的血管中并且在该两端针头的另一端刺穿该真空采血管的闭合件,病人的血液被连通到一个管的内部。真空采血管内的真空通过针头把血液抽取(或准确地说,病人的血压推动了血液)进入该真空采血管中,增大了该管内的压力并且因此减小了引起血液流动的压差。典型地血液流动继续直到该管从针头移开或者该压差太小而不能支持流动。
真空采血管应该具有一个实质性的保质期以有助于这些管在使用之前的有效且方便的分配和储存。例如,一年的保质期是令人希望的,并且在一些情况下渐进更长的保质期,如18个月,24个月,或36个月也是所希望的。该管令人希望地保持基本上完全真空,至少达到抽取足够的用于分析的血液所必需的程度(一个共同标准是该管要保持至少原始抽取体积的90%),对于整个保质期,很少(最佳地是没有)提供有缺陷的管。
一个有缺陷的管有可能造成抽血者不能使用该管来抽取足够的血液。于是抽血者可能需要获得并且使用一个或多个另外的管以获得一个足够的血样。
预充式注射器通常是被准备好而出售的,因此这种注射器不需要在使用前进行填充。在一些实例中,可以用盐溶液、一种用于注射的染料、或一种药物活性制剂预填充注射器。
通常地,预充式注射器在远端是加帽的(正如带有一个帽),并且在近端通过它的拉动柱塞是封闭的。在使用之前可以将预充式注射器包装在一种无菌包装中。为了使用该预充式注射器,移开包装和帽,任选地将一个皮下针头或另一个递送导管附接到注射器筒的远端,将该递送导管或注射器移动到一个使用位置(如通过将皮下针头插入到病人的血管中或进入有待用该注射器的内容物进行冲洗的装置中),并且该柱塞在该筒中前进以注射该筒的内容物。
在制造预充式注射器过程中,一个重要的考虑是该注射器的内容物令人希望地将具有一个实质性的保质期,在此期间使填充该注射器的材料与含有该材料的筒壁隔离是重要的,以便避免来自该筒的浸出材料进入这些预填充的内容物中或者反之亦然。
关于注射器的一个进一步的考虑是当把柱塞压进该筒时确保它能移动。为此目的,一个润滑涂层,例如像以上引用的专利申请中描述的润滑涂层,是令人希望的。
因为许多的这些容器是价廉的并且已被大量使用,对于某些应用将有用的是,在没有将制造成本增加到一个高不可及的水平的情况下可靠地获得必要的保质期。
几十年来,大多数肠胃外治疗剂是在I型医用级硼硅酸盐玻璃容器(如管形瓶或预充式注射器)中被递送到最终用户的。对于大多数药物产品而言,硼硅酸盐玻璃已经充分表现出相对坚固的、不可渗透的以及惰性的表面。然而,除了别的问题以外,最近昂贵、复杂以及敏感的生物制剂连同这样先进的递送系统(作为自动注射器)的出现已经暴露了玻璃的物理和化学缺陷(包括可能的来自金属的污染以及破损)。而且,玻璃含有一些在储存期间可以渗出并且造成对储存的材料的损害的成分。更详细地,硼硅酸盐容器呈现出许多缺陷:
玻璃是由一种砂制造的,这种砂含有多种元素(硅、氧、硼、铝、钠、钙)与痕量级的其它碱和土金属的不均匀混合物。I型硼硅酸盐玻璃由大约76%SiO2、10.5%B2O3、5%Al2O3、7%Na2O以及1.5%CaO组成并且通常含有痕量的金属,如铁、镁、锌、铜以及其它金属。硼硅酸盐玻璃的不均匀性质创造了分子水平的不均匀表面化学。用于制造玻璃容器的玻璃形成过程将这些容器的一些部分暴露于高达1200℃的温度。在这样高的温度下碱金属离子迁移到局部的表面并且形成氧化物。从硼硅酸盐玻璃设备排出的离子的存在可能涉及一些生物制剂的降解、聚集、以及变性。许多蛋白质和其它的生物制剂必须被冻干(冷冻干燥),因为它们在玻璃管形瓶或注射器的溶液中是不够稳定的。
在玻璃注射器中,硅油典型地被用作一种允许柱塞能够在筒中滑动的润滑剂。在蛋白质溶液(如胰岛素以及一些其它的生物制剂)的沉淀中已经包含硅油。此外,硅油涂层通常是不均匀的,这导致了注射器在市场中的失败。
玻璃容器在制造、填充操作、航运以及使用期间很容易破损或降解,这意味着玻璃微粒可以进入药物中。玻璃微粒的存在已经导致许多FDA警告信以及产品召回。
玻璃形成的过程没有产生对于一些比较新的自动注射器和递送系统所需要的紧密的尺寸公差。
其结果是,一些公司已经转向了塑料容器,这些容器提供了更大的尺寸公差以及比玻璃更不易破损但是缺乏玻璃容器的不渗透性。
尽管就破损、尺寸公差以及表面均匀性而言塑料要优于玻璃,但是塑料在初级药物包装的用途上依然是有限的,这是由于以下缺点:
表面特性:适合于预充式注射器和管形瓶的塑料通常呈现出疏水性表面,这常常降低了包含在设备中的生物药品的稳定性。
气体(氧气)渗透性:塑料允许一些小分子气体渗透进入(或离开)该设备。塑料对气体的渗透性显著地大于玻璃对气体的渗透性并且,在许多情况下(正如对氧气敏感的药物,如肾上腺素)由于这个原因,塑料是不可接受的。
水蒸气传输:塑料在更大的程度上比玻璃允许水蒸气通过设备。这可能对于一种固体(冻干的)药品的保质期是有害的。可替代地,一种液体产品在干燥的环境中可能失去水。
可浸出物和可提取物:塑料容器含有一些能够浸出或能被提取到药物产品中的有机化合物。这些化合物能够污染该药品和/或消极地影响该药品的稳定性。
明显地,虽然塑料和玻璃容器各自在药物初级包装中提供了某些优点,但是对于所有药品、生物制剂或其它治疗剂来说两者都不是最佳的。因此,对于塑料容器存在一种需求,尤其是与玻璃的特性接近的具有气体和溶质阻挡特性的塑料注射器。而且,对于具有足够的润滑特性并且与注射器内容物相容的润滑涂层的塑料注射器存在着一种需要。
如在以上引用的申请之一中所描述的使用有机硅前体通过PECVD制造的具有一种阻挡涂层或润滑涂层的涂层塑料容器能够提供这样的所期望的容器。但是,为了确保它们的经济的生产,还需要一种允许对该涂层进行检查的的检查方法。
一个非穷尽的可能相关的专利清单包括美国专利6,068,884和4,844,986以及美国公开申请20060046006和20040267194。
发明概述
本发明提供了一种用于检查一种表面的方法,尤其是一种涂覆表面并且具体地是用有机硅前体制造的PECVD涂层涂覆的一种塑料表面。该检查是通过检测来自被检查物品的放气来进行的,特别是来自涂覆基底的放气。本发明在其主要的应用中提供了一种用于通过检测一个容器壁放气(例如穿过一个涂覆到该容器壁上的阻挡层)的容器检查方法。本发明进一步涉及一种包括容器的涂覆和检查的方法,其中该检查是通过根据本发明的放气方法来进行的。在一个具体的方面,本发明涉及一种包括一个PECVD涂覆步骤以及一个检查步骤的方法,其中后者是通过该放气方法来进行的。
本发明的放气方法允许快速且准确地确定一种被检查材料的特性。例如,该方法允许快速且准确地确定在一个塑料基底上是否存在一个涂层,例如一个阻挡涂层。
本发明进一步涉及一个为了进行以上和/或以下提到的方法步骤而配置的装置(例如具有一个容器处理系统的容器处理站)。例如,在图1和59-61中描述了这种处理站20、30、5501-5504的实例。
本发明进一步涉及一种计算机可读介质,其中存储了一个用于表面检查的计算机程序,当被一个装置(例如一个容器处理系统)的一个处理器执行时,该程序被适配为命令该处理器来控制该装置,这样使得它进行以上和/或以下提到的方法步骤。
本发明进一步涉及一个用于表面检查的程序单元或计算机程序,当被一个装置(例如一个容器处理系统)的一个处理器执行时,该程序单元或计算机程序被适配为命令该处理器来控制该装置,这样使得它进行以上和/或以下提到的方法步骤。
因此可以配备该处理器以进行本发明的方法的实施例。该计算机程序可以用任何适合的程序语言来编写,例如C++并且可以被存储在计算机可读介质上,如CD-ROM。并且,该计算机程序是可以从网络获得的,例如万维网(WorldWideWeb),可以把该计算机程序从该网络下载到一些图像处理单元或处理器或任何适合的计算机中。
本发明的一个方面是用于在一种基底或其它对象上检查一个涂层或阻挡层的一种方法和系统,上述材料或对象由一种第一材料制成并且具有一个表面,例如将一个环烯烃共聚物(“COC”)热塑性模制基底上的一个SiOx涂层作为由该第一材料制成的对象,例如一个注射器或采血管,该检查是通过测量涂覆物品放出的挥发性物种(可以是源于被检查物品或源于一种充气材料的挥发性物种)来进行的,例如,一种充气材料包括:例如二氧化碳、氮气、氩、氙气、氪、一种具有1至4个碳原子的低级烃类(例如是乙烯、乙烷、或甲烷)、一种具有1至4个碳原子的低级卤代烃(例如氯甲烷、二氯甲烷、氟甲烷或三氟乙烷)、或一种具有1至4个碳原子的低级烃醚(例如二乙醚或二甲醚或甲乙醚),在对放出的挥发性物种进行测量之前使该充气材料与被检查物品接触(“放气方法”)。该方法可以用于检查一个涂覆工艺的产品,其中一个涂层已经应用到一种基底的表面而形成一个涂覆表面。该方法是在有效确定例如,一个阻挡层的存在或不存在的条件下进行的。例如,该方法可以被用作对于涂覆工艺的在线过程控制以便鉴定和排除不满足一个预定标准的涂覆产品或损坏的涂覆产品。
通常,“挥发性物种”在试验条件下是一种气体或蒸气,并且可以选自下组,该组由以下各项组成:惰性气体、二氧化碳、烃、卤代烃、醚、空气、氮气、氧气、水蒸气、挥发性涂层组分、挥发性基底成分、涂层的挥发性反应产物、以及它们的组合,任选地是空气、氮气、氧气、二氧化碳、氩、水蒸气、或它们的组合。该挥发性物种可以在检查之前充填到被检查物品上或者它可以在没有装填的情况下在材料中存在(例如作为挥发性基底组分或该涂层的残余反应产物)。该方法可以用来测量仅仅一种或几种挥发性物种,但是任选地测量了多种不同的挥发性物种,并且任选地基本上测量了所有的从检查对象释放的挥发性物种。
本发明的另一个方面是一种用于检查一个对象(例如对于一个阻挡层的存在)的方法,其中该方法包括用一种充气材料装填该检查对象。在该方法中,提供了一个至少部分由第一材料制成的对象,该对象具有一个表面,该对象任选地具有至少一个在该第一材料与该表面之间的部分阻挡层(一方面,该阻挡层形成了该对象的表面,即该对象是用阻挡层涂覆的)。任选地,提供了一种充气材料,该材料可以溶解于该第一材料中或被其吸收或吸附,并且该对象与该充气材料相接触。从该表面的至少一部分测量了放气。该方法是在有效确定例如,一个阻挡层的存在或不存在的条件下进行的。
该充气材料能够增强该放气方法的灵敏度。特别地,该充气材料能够简化两个被检查种类之间的区分,例如一种曾经涂覆的和未曾涂覆的基底。如果该充气材料是结合的并且是由不同量的不同材料放气的,则它还可以允许在两种材料之间进行区分。
未涂覆的塑料物品相对于SiOx涂覆的塑料物品的区分依赖于一个塑料物品吸取气体(例如一种充气材料)的能力,随后这些气体可以被放出并且测定。这些气体在塑料中的溶解度是能够驻留在塑料中的气体的量的一个关键性决定因素,并且因此是对于一种特定气体的潜力的一个良好估计以提供适合的未涂覆物品相对于涂覆物品的区分。在本发明的一个方面有利的的是,通过用一种充气材料装填该塑料来增加被吸收或吸附在该塑料中的气体的量。这可能导致在放气测量期间放出的更高的排出性挥发性物种的量并且因此提高了示值读数。
在本发明的一个特定的方面,通过使用二氧化碳冲洗(flush)和/或通过用二氧化碳(例如二氧化碳气体)、N2、Ar、氙气、氪、一种具有1至4个碳原子的低级烃类(例如乙烯、乙烷、或甲烷)、一种具有1至4个碳原子的低级卤代烃(例如氯甲烷、二氯甲烷、氟甲烷或三氟乙烷)、或一种具有1至4个碳原子的低级醚烃(例如二乙醚或二甲醚或甲乙醚)掺加基底该基底可以实现该放气测量的灵敏度的增加。当测试COC基底时使用CO2是特别有用的,在其中氮气、水以及氧气的溶解度是低的。
通常,根据本发明的放气方法包括以下步骤:
(a)提供一种产品作为检查对象;
(c)测量至少一种挥发性物种从该检查对象到与该对象的一个表面邻近的气体空间内的释放;以及
(d)将步骤(c)的结果与对于在相同试验条件下测量的至少一个参考对象的步骤(c)的结果进行比较,从而确定一种特定材料或一个检查对象的特定组分(例如在一种基底上的涂层)的存在或不存在。
典型地,一种根据本发明的用于检查涂覆基底的放气方法包括以下步骤:
(a)提供包括一个涂层的一种产品作为检查对象;
(c)测量至少一种挥发性物种从该检查对象到与该涂覆表面邻近的气体空间中的释放;以及
(d)将步骤(c)的结果与对于在相同试验条件下测量的至少一个参考对象的步骤(c)的结果进行比较,从而确定涂层的存在或不存在、和/或涂层的或涂覆基底的物理和/或化学特性。
在该放气方法中,有待确定的涂层的物理和/或化学特性可以选自下组,该组由以下各项组成:它的阻挡作用、它的湿润张力、以及它的构成、以及任选地是它的阻挡作用。
有利的是,步骤(c)是通过测量与涂覆表面邻近的气体空间中的至少一种挥发性物种的质量流速或体积流速来进行的。
任选地,参考对象是一种(i)未涂覆的基底;或者(ii)是一种用参考涂层涂覆的基底。这取决于,例如,该放气方法是否被用来确定一个涂层的存在或不存在(那么该参考对象可以是一种未涂覆的基底)或被用来确定该涂层的特性(例如与一种具有已知特性的涂层进行比较)、或者例如通常与一种已知材料相比的被检查材料的特性。为了确定该涂层与一种特定涂层的一致性,一种参考涂层也将是典型的选择。
该放气方法还可以包括步骤(b)作为在步骤(a)与(c)之间的一个另外的步骤,该步骤(b)改变与涂覆表面邻近的气体空间内的气压,这样提供了一个穿过涂覆表面的压差并且可以实现该挥发性物种的相比于在没有压差的情况下的更高的质量流速或体积流速。在这种情况下,该挥发性物种将在较低压差侧的方向上迁移。如果该涂覆对象是一个容器,则确定在该容器内腔与其外部之间的压差以便测量来自该涂覆容器壁的该挥发性物种的放气。该压差可以例如通过至少部分抽空在容器中的气体空间而提供。在这种情况下,可以测量被放出到该容器内腔中的挥发性物种。
如果施用真空来产生一个压差,可以通过使用一个插入在基底的涂覆表面与一个真空源之间的测量池来进行该测量。
另一方面,任选地为了允许该挥发性物种吸附或吸收到该检查对象的材料上或吸收进入该检查对象的材料,在步骤(a)中可以使该检查对象与一种挥发性物种接触,任选地该挥发性物种是选自下组,该组由以下各项组成:空气、氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳、惰性气体、或者它们的组合。然后,在步骤(c)中测量了挥发性物种从该检查对象的后续释放。因为不同的材料(像,例如,该涂层和该基底)具有不同的吸附和吸附特性,这可以简化一个涂层的存在和特性的确定。
该基底可以是一种聚合化合物,任选地是一种聚酯、一种聚烯烃、一种环烯烃共聚物、一种聚碳酸酯、或这些化合物的一种组合。在本发明的放气方法中,对于COC、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephtalate)以及聚丙烯的检查是特别感兴趣的。
在本发明的背景下,以该放气方法为特征的涂层可以是任何涂层,但是典型地是一种例如从如在此以及在本说明书的第1至3段中所引用的申请中所描述的有机硅前体通过PECVD制备的涂层,为了指明关于本发明可以应用的涂层,特此对这些申请作出了明确的引用。例如,该涂层可以是一个阻挡层,任选地是一个SiOx层,其中x是从大约1.5至大约2.9。对于另一个实例,该涂层可以是一个润滑层(其特征如在定义部分或者在被引用的申请中所定义)和/或一个疏水层(其特征如在定义部分或者在被引用的申请中所定义)。
当通过该放气方法检查其产品的涂覆工艺是一种在真空条件下进行的PECVD涂覆时,其随后的放气测量甚至可以在没有破坏用于PECVD的真空的情况下进行。
测量的挥发性物种可以是一种从该涂层释放的挥发性物种、一种从该基底释放的挥发性物种、或者两者的组合。在一个方面,该挥发性物种是一种从该涂层释放的挥发性物种,任选地是一种挥发性涂层组分,并且进行该检查来确定该涂层的存在、特性和/或构成。另一方面,该挥发性物种是从该基底释放的一种挥发性物种并且进行该检查以确定该涂层的存在和/或该涂层的阻挡作用。
本发明的放气方法适合于确定在容器壁上的一个涂层的存在和特性。因此,该涂覆基底可以是一种容器,该容器具有一个在涂覆工艺期间在其内表面或外表面上至少部分涂覆的壁。例如,该涂层被置于该容器壁的内表面上。
有效区分该涂层的存在或不存在、和/或确定该涂层的物理和/或化学特性的条件包括小于一小时、或小于一分钟、或小于50秒、或小于40秒、或小于30秒、或小于20秒、或小于15秒、或小于10秒、或小于8秒、或小于6秒、或小于4秒、或小于3秒、或小于2秒、或小于1秒的测试持续时间(test duration)。
为了增加例如在一个参考对象与该检查对象之间的关于释放速率和/或所测量的挥发性物种的种类的差异,可以通过改变环境压力和/或温度、和/或湿度来改变该挥发性物种的释放速率。根据本发明的一种充气材料的使用具有同样的目的。
例如,该测量可以使用一种微流量技术来进行。
一方面,使用一种微悬臂测量技术测量了放气。例如,该测量可以通过以下步骤来进行
(i)(a)提供至少一个微悬臂,当一种放气的材料存在时该微悬臂具有移动或改变到不同形状的特性;
(b)在有效引起该微悬臂移动或改变到不同形状的条件下将该微悬臂暴露于该放气的材料中;并且
(c)检测该移动或不同的形状,任选地通过反射一种来自在将该微悬臂暴露于放气之前和之后改变形状的该微悬臂的一部分的高能入射束例如一种激光束,并且测量在与该悬臂梁间隔的一个点处产生的反射束的偏转;或者通过
(ii)(a)提供至少一个微悬臂,当一种放气的材料存在时该微悬臂以一个不同的频率共振;
(b)在有效引起该微悬臂以一个不同的频率共振的条件下将该微悬臂暴露于该放气的材料中;并且
(c)检测该不同的共振频率,例如使用一个谐振传感器。
还考虑了用于进行该放气方法的一种装置,例如一种包括如上述的微悬臂的装置。
使用本发明的放气方法,例如可以检查在一种放出蒸气的材料上的一个阻挡层,其中该检查方法具有几个步骤。提供了一个样品材料,该材料放出一种气体并且具有至少部分阻挡层。在本发明的一个方面,提供了一个跨越该阻挡层的压差,这样至少一些放气的材料是在该阻挡层的高压侧。测量了穿过该阻挡层的放出的气体。如果存在一个压差,则该测量典型地是在该阻挡层的低压侧上进行的。
根据本披露以及附图,本发明的其它方面将变得清楚。
附图简要说明
图1是一个显示根据本披露的一个实施方案的容器处理系统的示意图。
图2是一个在根据本披露的一个实施方案的涂覆站中的容器支架的示意性截面视图。
图20是一个注射器和适配用作一个预充式注射器的帽的一个分解纵向截面视图。
图26是本发明的另一个实施方案用于处理注射器筒以及其他容器的类似于22的一个视图。
图27是图26中处理容器的一个放大的详细视图。
图29是一个显示穿过涂层的一种材料的放气的示意图。
图30是用于引起一个容器壁放气到该容器的内部的一个测试装置以及使用一个插入在该容器与一个真空源之间的测量池的放气测量的一个示意性截面视图。
图31是一个对于多个容器的在图30的测试装置上测量的一个放气质量流速的曲线图。
图32是一个显示在图31中所示出的端点数据的统计分析的条形图。
图36是一个双壁采血管组件的透视图。
图45是一个对于容器支架的可替代结构,例如可以与图1、2以及26的实施方案一起使用的结构。
图53是一个用于处理容器的组件的示意图。该组件可以与任何前面的图中的装置一起使用。
图57是一个在EP2251671A2的实例19中测量的放气质量流速的曲线图。
图58示出了一个线性齿条。
图59显示了一个根据本发明的一个示例性实施方案的容器处理系统的示意性图示。
图60显示了一个根据本发明的另一个示例性实施方案的容器处理系统的示意性图示。
图61显示了一个根据本发明的一个示例性实施方案的容器处理系统的处理站。
图62显示了一个根据本发明的示例性实施方案的便携式容器支架。
图63是一个在图30的测试装置上测量的放气质量流速的曲线图,代表了EP2251671A2的实例10的数据。
在这些绘制的图形中使用了以下参考号:
本发明的详细说明
现在将更完全地描述本发明,尤其是参考附图,其中示出了若干实施方案。然而,本发明可以被实施为许多不同的形式,并且不应该被解释为限制于在此提出的这些实施方案。更正确地说,这些实施方案是本发明的实例,本发明具有由权利要求书的语言所指明的全部范围。贯穿全文的同样的数字是指同样的或对应的要素。
定义部分
在本发明的上下文中,使用了以下定义和缩写:
RF是射频;sccm是标准立方厘米/每分钟。
在本发明的上下文中,术语“至少”表示“等于或大于”后续术语的整体。词语“包括”不排除其他要素或步骤,并且除非另外指明,不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。每当指明一个参数范围时,它旨在披露给出的作为范围的界限的参数值以及落在所述范围内的所有参数值。
“第一”和“第二”或类似的参考例如处理站或处理设备是指存在的最小数量的处理站或设备,但是并不必需代表处理站和设备的次序或总数。这些术语并不限制处理站或在对应的站进行的具体处理的数量。
为了本发明的目的,一种“有机硅前体”是具有至少一个以下连接的化合物:
或者
它是与一个氧原子和一个有机碳原子(有机碳原子是与至少一个氢原子连接的碳原子)连接的一个四价硅原子。一种挥发性的有机硅前体,定义为这样一种前体,它可以作为一个等离子体增强化学气相沉积(PECVD)装置中的蒸气被供给,它是一种任选的有机硅前体。任选地,该有机硅前体是选自下组,该组由以下各项组成:线性硅氧烷、单环硅氧烷、多环硅氧烷、聚倍半硅氧烷、烷基三甲氧基硅烷、线性硅氮烷、单环硅氮烷、多环硅氮烷、聚倍半硅氮烷(polysilsesquiazane)、以及这些前体的任何两种或更多种的组合。
在说明书和权利要求书中,等离子体增强化学气相沉积(PECVD)前体的进料量、气态反应物或工艺气体、以及载体气体有时用“标准体积”表示。加料或其他固定量的气体的标准体积是在标准温度和压力(不是就递送的实际温度和压力而言)下固定量的气体会占据的体积。可以使用不同的体积单位测量标准体积,并且仍然在本披露和权利要求书的范围之内。例如,相同的固定量的气体可以表示为标准立方厘米的数量、标准立方米的数量、或标准立方英尺的数量。还可以使用不同的标准温度和压力定义标准体积,并且仍然在本披露和权利要求书的范围之内。例如,标准温度可以是0℃并且标准压力可以是760托(如常规的那样),或者标准温度可以是20℃并且标准压力可以是1托。但是在给定的情况下无论使用哪种标准,当比较两种或更多种不同的没有指定具体参数的气体的相对量时,对于每一种气体,使用相同的体积单位、标准温度、以及标准压力,除非另外指明。
在说明书中,等离子体增强化学气相沉积(PECVD)前体、气态反应物或工艺气体、以及载体气体的对应进料速率用标准体积/每时间单位表示。例如,在操作实例中,流速被表示为标准立方厘米/每分钟,缩写为sccm。至于其他参数,可以使用其他的时间单位,如秒或小时,但是当比较两种或更多种气体的流速时,将使用一致的参数,除非另外指明。
在本发明的上下文中,一种“容器”可以是具有至少一个开口和一个限定内表面的壁的任意类型的容器。涂覆基底可以是具有一个内腔的容器的内壁。虽然本发明并非必然地限定容器的具体体积,但是考虑的容器是,其中内腔具有从0.5至50mL、任选地从1至10mL、任选地从0.5至5mL、任选地从1至3mL的空体积。该基底表面可以是具有至少一个开口和一个内表面的容器的部分或全部内表面。
在本发明的上下文中,术语“至少”表示“等于或大于”后续术语的整体。因此,在本发明上下文中的容器具有一个或多个开口。一个或两个开口,就像取样管(一个开口)或注射器筒(两个开口)的开口是优选的。如果该容器具有两个开口,则它们可以具有相同的或不同的大小。如果存在多于一个的开口,一个开口可以用于根据本发明的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)涂覆方法的进气口,同时另一个开口或者被加帽或者开放。根据本发明的容器可以是采样管(例如用于收集或储存生物流体(像血液或尿液))、用于储存或递送生物活性化合物或组合物(例如药剂或药物组合物)的注射器(或它的一个部件,例如注射器筒)、用于储存生物材料或生物活性化合物或组合物的管形瓶、管(例如用于运送生物材料或生物活性化合物或组合物的导管)、或用于容纳流体的小杯(例如用于容纳生物材料或生物活性化合物或组合物)。
容器可以具有任何形状,具有邻近至少一个它的开口端的基本上圆柱形壁的容器是优选的。通常,该容器的内壁是圆柱形的,就像例如在取样管或注射器筒中那样。考虑了取样管和注射器或它们的部件(例如注射器筒)。
在本发明的上下文中,“疏水层”表示与对应的未涂覆的表面相比,该涂层降低了涂覆有该涂层的表面的湿润张力。因此,疏水性是未涂覆基底和涂层两者的功能。同样适合于对于其中使用术语“疏水的”其他背景的适当改变。术语“亲水的”表示相反的意思,即与参考样品相比,湿润张力增加。目前的疏水层主要是由它们的疏水性和提供疏水性的工艺条件限定的,并且可以任选地具有根据经验组成或总式(sum formula)SiwOxCyHz的组成。
通常它具有原子比SiwOxCy,其中w是1,x是从大约0.5至大约2.4,y是从大约0.6至大约3,优选地w是1,x是从大约0.5至1.5,并且y是从0.9至2.0,更优选地,w是1,x是从0.7至1.2并且y是从0.9至2.0。该原子比可以通过XPS(X射线光电子光谱法)确定。考虑到H原子,因此该涂层在一个方面可以具有式SiwOxCyHz,其中w是1,x是从大约0.5至大约2.4,y是从大约0.6至大约3,并且z是从大约2至大约9。典型地,在本发明的一个具体涂层中的原子比是Si100:O80-110:C100-150。具体地,该原子比可以是Si100:O 92-107:C116-133,并且因此这种涂层将含有36%至41%的碳(碳加氧加硅归一化为100%)。
贯穿本说明书w、x、y和z的这些值适用于经验组合物S iwOxCyHz。贯穿本说明书所使用的w、x、y和z的这些值应当理解为比率或一个经验式(例如,对于一个涂层),而不是对一个分子中的原子的数目或类型的限制。例如,具有分子组成Si4O4C8H24的八甲基环四硅氧烷可以通过以下经验式进行说明,通过将该分子式中的w、x、y、以及z各自除以4(最大公因数)而得到Si1O1C2H6。并且w、x、y以及z的值也不限于整数。例如,(非环状)八甲基三硅氧烷,分子组成为Si3O2C8H24,可约简为Si1O0.67C2.67H8。
“湿润张力”是对于一个表面的疏水性或亲水性的一种特定量度。在本发明的背景下的一种任选的湿润张力测量方法是ASTM D 2578或对在ASTM D 2578中描述的方法的一种修改。该方法使用标准湿润张力溶液(称为达因溶液)来确定最接近于湿润一个塑料薄膜表面准确地持续两秒的溶液。这就是薄膜湿润张力。在此所使用的步骤不同于ASTM D 2578之处在于,其中基底并不是平坦的塑料薄膜,而是根据用于形成PET管的方案制成的并且根据用于使用疏水层涂覆管内部的方案(参见EP2251671A2的实例9)而涂覆的(除了对照之外)管。
根据本发明的“润滑层”是具有比未涂覆的表面更低的摩擦阻力的一个涂层。换言之,与未涂覆的参考表面相比,它减小了涂覆表面的摩擦阻力。本发明的润滑层主要是由它们比未涂覆表面更低的摩擦阻力以及提供比未涂覆表面更低的摩擦阻力的处理条件而限定的,并且可以任选地具有依照经验组成SiwOxCyHz的组合物。通常它具有原子比SiwOxCy,其中w是1,x是从大约0.5至大约2.4,y是从大约0.6至大约3,优选地w是1,x是从大约0.5至1.5,并且y是从0.9至2.0,更优选地,w是1,x是从0.7至1.2并且y是从0.9至2.0。该原子比可以通过XPS(X射线光电子光谱法)确定。考虑到H原子,因此该涂层在一个方面可以具有式SiwOxCyHz,其中w是1,x是从大约0.5至大约2.4,y是从大约0.6至大约3,并且z是从大约2至大约9。典型地,在本发明的一个具体涂层中的原子比是Si 100:O 80-110:C 100-150。具体地,该原子比可以是Si 100:O 92-107:C 116-133,并且因此这种涂层将含有36%至41%的碳(碳加氧加硅归一化为100%)。
“摩擦阻力”可以是静态摩擦阻力(static frictionalresistance)和/或运动摩擦阻力(kinetic frictional resistance)。本发明的一个任选的实施方案是用一个润滑层涂覆的注射器部件,例如一个注射器筒或柱塞。在这个考虑的实施方案中,在本发明的背景下有关的静态摩擦阻力是如在此所定义的起动力(breakout force),并且在本发明的背景下有关的运动摩擦阻力是如在此所定义的柱塞滑动力。例如,在本发明的背景下如在此定义并确定的柱塞滑动力适合于确定一个润滑层的存在或不存在以及润滑特性,不论何时该涂层施加到任何注射器或注射器部件上,例如施加到一个注射器筒的内壁上。这种起动力用于评估在一个预充式注射器上的涂层作用是特别适当的,该预充式注射器是在涂覆之后被填充的并且可以在柱塞再次移动(被“起动”)之前存储一段时间,例如几个月或甚至几年。
“可滑动”表示该柱塞、闭合件或其他可移除部件被允许在一个注射器筒或其他容器中滑动。
在本发明的背景下,“实质上刚性的”表示这些组装的部件(端口、管道以及壳体,在以下进一步说明)可以作为一个单元通过操作该壳体而移动,而不会使任何组装后的部件相对于其他部件显著地移动。确切地说,这些部件均不是由在正常使用中允许零件之间的实质性相对移动的软管或类似物连接的。提供这些部件的实质上的刚性关系允许就位于该容器支架上的容器的位置是如同这些零件固定到壳体上的位置一样近乎熟知而精确的。
以下,将首先说明用于进行本发明的装置,其后是涂覆方法、涂层以及涂覆的容器,进而将更详细地说明根据本发明的放气方法。
I具有多个处理站以及多个容器支架的容器处理系统
I.考虑了一种容器处理系统,它包括一个第一处理站、一个第二处理站、多个容器支架、以及一个输送机。该第一处理站被配置为用于处理具有一个开口以及限定一个内表面的壁的容器。该第二处理站与该第一处理站隔开并且被配置为用于处理具有一个开口以及限定一个内表面的壁的容器。
I.至少一些、任选地所有的容器支架包括一个容器端口,该端口被配置为接收一个容器的开口并且使其就位(seat)用于通过在该第一处理站处的容器端口处理一个就位的容器的内表面。该输送机被配置为用于将一系列的容器支架和就位的容器从该第一处理站运送到第二处理站,用于经由在该第二处理站处的容器端口而处理一个就位的容器的内部表面。
I.首先参见图1,示出了通常表示为20的一个容器处理系统。该容器处理系统可以包括多个处理站,更宽泛地考虑这些处理站是多个处理设备。所展示的实施方案的该容器处理系统20可以包括一台注塑模制机22(它可以被视为是一个处理站或设备),另外的处理站或设备24、26、28、30、32、以及34,以及一个输出36(它可以被视为是一个处理站或设备)。在最小的情况下,该系统20具有至少一个第一处理站,例如处理站28,以及一个第二处理站,例如30、32、或34。
I.在所展示的实施方案中的任何一个处理站22-36可以是一个第一处理站,任何其他处理站可以是一个第二处理站,等等。
I.I.在图1中所展示的实施方案可以包括八个处理站或设备:22、24、26、28、30、32、34、以及36。示例性的容器处理系统20包括一台注塑模制机22、一个后模制检查站24、一个预涂覆检查站26、一个涂覆站28、一个后涂覆检查站30、一个确定涂层的厚度的光源传输站32、一个检验涂层缺陷的光源传输站34、以及一个输出站36。
I.该系统20可以包括一个传递机构72用于将容器从注塑模制机22移动到容器支架38。该传递机构72可以被配置为例如一个机器臂,该机器臂将容器80定位、移动到、抓握、传递、定向、就位、并且释放以将它们从容器成形机22移开并且将其安装到容器支架例如38上。
I.系统20还可以包括一个在处理站74处的传递机构用于将容器从一个或多个容器支架例如66移开,接着处理就位的容器例如80的内表面(图1)。因此这些容器80可以从容器支架66移动到包装、储存、或另一个适当的区域或工艺步骤(通常表示为36)。该传递机构74可以被配置为例如一个机器臂,该机器臂将容器80定位、移动到、抓握、传递、定向、放置、并且释放以将它们从容器支架例如38移开并且将其放置到在站36处的其他装备上。
I.在单独的容器80从容器支架例如64移开之后,在图1中示出的处理站或设备32、34、以及36任选地进行一个或多个适当的在涂覆以及检查系统20下游的步骤。这些站或设备32、34以及36的功能的一些非限制性例子包括:
将处理并且检查过的容器80置于一个输送机上至另外的处理装置;
将化学品加入到容器中;
给容器加帽;
将这些容器置于适当的处理架上;
将容器包装;并且
将包装的容器杀菌。
I.在图1中展示的容器处理系统20还可以包括多个对应地38至68的容器支架(或“橡胶圆盘”(puck),如在某系实施方案中它们还可以类似一个曲棍球的橡胶圆盘),以及一个输送机,该输送机通常表示为环形带70用于将一个或多个容器支架38-68以及因此容器例如80运送至处理站22、24、26、28、30、32、34以及36。
I.该处理站或设备22可以是一个用于成形容器80的设备。一个所考虑的设备22可以是注塑模制机。另一个所考虑的设备22可以是吹塑模制机。还考虑了真空模制机、拉伸模制机(draw molding machine)、切割或研磨机、用于玻璃或其他可拉伸成形材料的玻璃拉制机、或其他类型的容器成形机。任选地,容器成形站22可以省略,因为可以获得已经成形的容器。
II.容器支架
II.A.提供了便携式容器支架38-68用于容纳并且输送一个具有开口的容器同时对容器进行处理。该容器支架包括一个容器端口、一个第二端口、一个管道以及一个可输送壳体。
II.A.该容器端口被配置为使一个容器开口就位于一个相互连通的关系中。该第二端口被配置为接收一个外部气体供应或通气口。该管道被配置为用于使一种或多种气体在一个就位在该容器端口上的容器开口与该第二端口之间通过。该容器端口、第二端口以及管道是以实质上刚性的关系附接到该可输送壳体上的。任选地,该便携式容器支架的重量小于五磅。一种轻型容器支架的优点是可以将它更容易地从一个处理站运送到另一个站。
II.A.在某些容器支架的实施方案中,该管道更确切地是真空管道并且该第二端口更确切地是真空端口。该真空管道被配置为用于从就位在容器端口上的容器经由该容器端口抽出气体。该真空端口被配置为用于在真空管道与外真空源之间进行连通。该容器端口、真空管道、以及真空端口可以按实质上刚性的关系附接到该可输送壳体上。
II.A.例如在图2中示出了实施方案II.A.和II.A.1.的容器支架。具有容器端口82的容器支架50被配置为接收容器80的开口并使其就位。就位的容器80的内表面可以经由容器端口82进行处理。容器支架50可以包括一个管道,例如真空管道94,用于从就位在容器端口92上的容器80抽取气体。容器支架可以包括一个第二端口,例如连通在真空管道94与外真空源(如真空泵98)之间的真空端口96。容器端口92和真空端口96可以具有密封元件,例如O形环对接密封件,分别为100和102,或在容器端口82的内部或外部圆柱壁与容器80的内部或外部圆柱壁之间的侧密封件,用于接收容器80或外真空源98并与之形成一个密封,同时允许通过端口进行连通。可以使用(或还使用了)垫圈或其他密封布置。
II.A.容器支架(如50)可以用任何材料制成,例如热塑性材料和/或非导电材料。或者,容器支架(如50)可以部分或者甚至主要地由导电材料制造并且用非导电材料贴面,例如在由容器端口92、真空管道94、以及真空端口96限定的通道中。适合的用于容器支架50的材料的实例是:聚缩醛,例如由E.I.du Pont De Nemours和Wilmington Delaware公司销售的
乙缩醛材料;聚四氟乙烯(PTFE),例如由E.I.duPont De Nemours和Wilmington Delaware公司销售的
PTFE;超高分子量聚乙烯(UHMWPE);高密度聚乙烯(HDPE);或本领域已知的或新发现的其他材料。
II.A.图2还说明了该容器支架(如50),当它靠近或就位在端口92上时,可以具有用于使容器80居中的一个轴环116。
容器支架的阵列
II.A.然而另一种处理、检查、和或通过生产系统移动部件的方法可以是使用一种容器支架的阵列。该阵列可以包括单独的橡胶圆盘或者是在其中加载这些器件的实体阵列。阵列可以允许同时测试、输送或处理/涂覆多于一个器件(任选地许多器件)。该阵列可以是一维的(例如被集合以形成一个线性齿条)或二维的(类似于一个桶或塔盘)。
II.A.图4、5、和58示出了三种阵列方法。图4示出了在其中(或在其上)加载了这些器件或容器80的实体阵列120。在这种情况下,这些器件或容器80可以作为一个实体阵列经过生产过程而移动,虽然它们在该生产过程中可以被移开并且被传递到单独的容器支架上。一个单个的容器支架120具有多个容器端口(如122),用于输送就位的容器(如80)的一个阵列,该阵列作为一个单元而移动。在这个实施方案中,可以提供多个单独的真空端口(如96)以接收一个真空源98的阵列。或者,可以提供连接到所有的容器端口(如96)的一个单个的真空端口。在一个阵列中还可以提供多个进气口探头(如108)。可以安装进气口探头或真空源的阵列以作为一个单元而移动,从而同时处理许多容器(如80)。或者,在一个处理站中,可以一次或者逐个地将多个容器端口(如122)定址(addressed)成一排或多排。在阵列中的器件的数量可以与在单个步骤中模制的器件的数量有关,或者与在操作期间允许实现效率的其他测试或步骤有关。在处理/涂覆一个阵列的情况下,电极可以或者结合在一起(以形成一个大电极)、或者可以是单独的电极(每一个具有它自己的电源)。所有以上方法都可以是可应用的(从电极几何学、频率等的观点来看)。
II.A.在图5中,将单独的圆盘或容器支架(如以上讨论的)带到一起成为一个阵列,例如通过用一个外部框架130包围它们。这种安排提供了图4的实体阵列的优点,当所希望时,并且还允许该阵列被拆散以用于其他处理步骤,在这些处理步骤中将这些容器80以不同的阵列或者单独地进行定址。
II.A.图58示出了一种线性齿条,其他地方类似于图4。如果使用一个线性齿条,除了以上说明的那些之外,另一个选项是通过一个处理站以单列方式运送该齿条,从而连续地处理这些容器。
II.B.包括O形环安排的容器支架
II.B.图42和43分别是容器支架450的片段细部纵向截面和细节视图,该容器支架配备有一个替代性的密封安排,例如可用于图2、3、6、7、19、12、13、16、18、19、30、和43的容器支架实施方案以便将一个容器密封在一个容器支架上。参见图42,就位于容器支架450上的容器,例如一个注射器筒438,具有由总体上环形的(并且通常倒角的或倒圆的)唇缘452以及一个总体上圆柱形的侧壁454所限定的一个后开口442。医学流体收集管通常具有相同类型的唇缘452,但没有凸缘440,并且因此可以反而就位于容器支架450上。
II.B.如所展示的实施方案中容器支架450包括一个大致圆柱形的内表面456,在所说明的实施方案中该圆柱形内表面用作引导表面以接收注射器筒438的大致圆柱形侧壁454。该壁进一步地由一个大致环形的支座458来定义,当注射器筒438就位于容器支架450上时,该环形唇缘452抵靠在该大致环形的支座上。提供了在内表面456中形成的一个大致环形的凹座或凹槽460用于保持该密封元件,例如一个O形圈462。该凹座460的径向深度小于该密封元件(例如一个O形圈462(如图42中所示))的径向截面,并且任选地该O形圈462的内径任选地稍微小于该环形唇缘452的外径。
II.B.当容器(例如438)就位(如图42中所示)时,这些相对尺寸引起O形圈462的径向截面在至少凹座460的外壁464与注射器筒438的大致圆柱形侧壁454之间水平地压缩(如图中42所示)。这个压缩使O形圈462的支承表面变平,在至少该凹座460的外壁464与注射器筒438的大致圆柱形侧壁454之间形成了一个密封。
II.B.任选地,可以相对于O形圈462的尺寸而构造凹座460从而在底壁466和顶壁468与侧壁454之间形成两个以上的密封(通过大约相距远至相应的O形圈462的径向截面直径而将顶壁468和底壁466间隔开)。当O形圈462被挤压在该凹座460的外壁464与大致圆柱形的侧壁454之间时,它的弹性将引起它向上和向下扩展(如图43中所示),如此也接合了顶壁466和底壁464并且使它们变平坦。因此O形圈462任选地将垂直地和水平地在两个方向上变形,倾向于将它的通常的圆形截面变成正方形。另外地,就位于该支座458上的环形唇缘452将限制通过或邻近该后开口442的PECVD过程反应物以及被引入的其他气体和材料的流速。
II.B.作为这种任选的构造的结果,仅O形圈462的下右角处的间隙(如图43中所示)是O形圈的外面并且因此被暴露于在容器438的内部中被引入或产生的工艺气体、等离子体等等。这种构造保护O形圈462以及邻近表面(如侧壁438的外侧表面的邻近表面)免受不需要的PECVD沉积物的累积以及被等离子体中活化的化学种类攻击。另外地,如与弹性表面相反(该弹性表面将通过直接抵靠该O形圈的环形唇缘452的对接就位来表示(如在其他图的一些中所展示)),容器438被支座458的坚硬的表面更加力强制地(positively)定位。此外,当容器438被限制防止任何实质性的摇动时,该O形圈462的主圆周周围对应部分上的力被更均匀地分配。
II.B.或者,可以与图43中所示的支座458上的它的底壁466一起形成凹座460。在另一个实施方案中,当容器438就位于该支座458上时,可以提供多于一个的轴向间隔开的凹座460以提供一个双密封或更高水平的密封并且从而进一步限制容器438避免摇动。
II.B.图45是用于例如可以与任何其他图形的实施方案一起使用的容器支架482的一个可替代结构。容器支架482包括在接头488处连接的一个上部分484和一个底座486。在接头488处的一个上部分484和一个底座486之间,一个密封元件(例如一个O形环490(其右侧被切除以允许该凹座将它保持以待描述))被捕获。在该展示的实施方案中,当上部分484被连接到底座486上时,该O形环490被接收在一个环形凹座492中以将该O形环定位。
II.B.在这个实施方案中,当上部分484与底座486连接(在这种情况下是通过螺钉498和500连接的)时,O形环490被捕获并且顶靠径向延伸的对接表面494和部分限定凹座492的径向延伸的壁496。于是O形环490就位于上部分484与底座486之间。在上部分484与底座486之间捕获的O形环490还接收了容器80(在这个图中为了清楚说明其他的特征而被移除)并且形成了关于容器80的开口的容器端口502的一个第一O形环密封件,类似于关于图42中的容器背侧开口442的O形环密封件安排。
II.B.在这个实施方案中(虽然不要求),容器端口502具有第一O形环490密封件和第二轴向间隔的O形环504密封件这二者,各自具有一个内径(如被确定尺寸为506)以接收容器(如80)的外径(类似于图43中的该侧壁454),用于在容器端口502与容器(如80)之间进行密封。在O形环490与504之间的间距为容器(如80)提供了支持(在两个轴向间隔的点处),阻止了该容器(如80)相对于O形环490和504或容器端口502而倾斜。在这个实施方案中(虽然不要求),径向延伸的对接表面494位于O形环490和506密封件的近侧并且围绕真空管道508。
III用于运送容器-处理就位在容器支架上的容器的方法
III.A.运送容器支架至处理站
III.A.图1、2和10示出了一种用于处理容器80的方法。该方法可以如下进行。
III.A.可以提供具有开口82和限定内表面88的壁86的容器80。正如一个实施方案,可以在模具(如22)中成形容器80并且然后从中将它移开。任选地,在从该模具中移开该容器之后的60秒内、或者在30秒内、或者在25秒内、或者在20秒内、或者在15秒内、或者在10秒内、或者在5秒内、或者在3秒内、或者在1秒内、或者在处理期间一旦容器80可以被移动而不会扭曲它时(假定它是在一个升高的温度下制成的,从此后它被逐渐冷却)就可以使容器开口82就位在容器端口92上。容器80从模具22至容器端口92的迅速移动减少了可能到达表面88的粉尘或其他杂质并且阻止或预防了阻挡涂层或其他类型的涂层90的粘附。而且,在它被制成以后在容器80上抽真空越快,则任何微粒杂质粘附到内表面88上的机会就越小。
III.A.可以提供一个包括容器端口92的容器支架(如50)。可以使容器80的开口82就位在容器端口92上。在容器80的开口82就位到容器端口92之前、期间或者之后,容器支架(如40)可以被运送进入与一个或多个支承表面220-240的接合从而相对于处理设备或处理站(如24)而定位容器支架40。
III.A.在处理站或设备(如24)处理就位的容器80的内表面88的同时,一个、多于一个、或者所有的处理站可以包括用于在预定位置支持一个或多个容器支架(如40)的支承表面。这些支承表面可以是部分静止或部分活动的结构,例如是在处理该容器同时引导和定位该容器支架(如40)的轨道或引导件。例如,当探头108被插入容器支架40中时,这些面向下方的支承表面222和224位于容器支架40上并且充当阻止容器支架40向上移动的反应表面。反应表面236位于容器支架上并且阻止容器支架40向左移动,同时真空源98(按照图2)被就位于真空端口96上。这些支承表面220、226、228、232、238、以及240类似地位于容器支架40上并且在处理期间阻止水平移动。支承表面230和234类似地位于容器支架(如40)上并且阻止它竖直移动离位。因此,在每一处理站可以提供一个第一支承表面、一个第二支承表面、一个第三支承表面、或者更多个支承表面。
III.A.然后可以在第一处理站经由容器端口92处理就位的容器80的内表面88,该第一处理站可以是,作为一个实例,在图2中示出的阻挡层施加(barrier application)涂覆站或其他类型的涂覆站28。将容器支架50和就位的容器80从第一处理站28运送至第二处理站(例如处理站32)。可以在第二处理站(如32)经由容器端口92处理就位的容器80的内表面88。
III.A.任何以上方法可以包括进一步的从容器支架(如66)移开容器80的步骤,之后在第二处理站或设备处理就位的容器80的内表面88。
III.A.任何以上方法在移开步骤之后可以包括进一步的提供具有开口82和限定内表面88的壁86的第二容器80的步骤。第二容器(如80)的开口82可以被就位在另一容器支架(如38)的容器端口92上。在第一处理站或设备(如24)可以经由容器端口92处理就位的第二容器80的内表面。可以将容器支架(如38)和就位的第二容器80从第一处理站或设备24运送至第二处理站或设备(如26)。可以通过第二处理站或设备26经由容器端口92处理就位的第二容器80。
III.B.运送处理设备至容器支架或反之亦然。
III.B.或者,这些处理站可以更宽泛地是处理设备,并且或者这些容器支架可以相对于这些处理设备而被传送,这些处理设备可以相对于容器支架而被传送,或者可以将每种安排中的一些提供在一个给定的系统中。仍然在另一个安排中,可以将这些容器支架输送至一个或多个站,并且在至少一个或接近至少一个的站中可以采用多于一个的处理设备。因此,在处理设备与处理站之间的一对一对应并不是必需的。
III.B.一种包括若干部分的方法被考虑用于处理一种容器。提供一个第一处理设备(如探头108(图2))和一个第二处理设备(如光源170)用于处理容器(如80)。提供的容器80具有一个开口82和限定内表面88的壁86。提供的容器支架50包括容器端口92。将容器80的开口82就位在容器端口92上。
III.B.使第一处理设备(如探头108)移动进入与容器支架50的操作性接合中,或者反之亦然。使用第一处理设备或探头108经由容器端口92处理就位的容器80的内部表面88。
III.B.然后使第二处理设备移动进入与容器支架50的操作性接合中,或者反之亦然。使用第二处理设备(如光源170)经由容器端口92处理就位的容器80的内部表面88。
III.B.任选地,可以提供任何数量的额外的处理步骤。例如,可以提供一个第三处理设备34用于处理容器80。可以使第三处理设备34移动进入与容器支架50的操作性接合中,或者反之亦然。可以使用第三处理设备34经由容器端口92处理就位的容器80的内表面。
III.B.在用于处理容器的另一种方法中,可以提供具有开口82和限定内表面88的壁86的容器80。可以提供一个包括容器端口92的容器支架(如50)。可以使容器80的开口82就位在容器端口92上。可以在第一处理设备经由容器端口92处理就位的容器80的内表面88,该第一处理设备可以是,作为一个实例,在图2中示出的阻挡层涂覆装置或其他类型的涂覆装置28。将容器支架50和就位的容器80从第一处理设备28运送至第二处理设备(例如图1和10中示出的处理设备34)。然后可以通过第二处理设备(如34)经由容器端口92处理就位的容器80的内表面88。
IV.用于制造容器的PECVD装置
IV.A.包括容器支架、内电极、作为反应室的容器的PECVD装置
IV.A.另一实施方案是被配置为进行放气检查的PECVD装置,包括容器支架、内电极、外电极、以及电源。就位在容器支架上的容器限定了一个等离子体反应室,它任选地可以是真空室。任选地,可以供给真空源、反应气体源、气体进料或这些之中的两种或更多种的组合。任选地,提供了并不必需包括真空源的放气管,用于将气体传递至就位在该端口上的容器的内部或者传递来自该容器的内部气体,以限定一个闭合室。
IV.A.该PECVD装置可以用于大气压PECVD,在这种情况下等离子体反应室不需要作为真空室而起作用。
IV.A.在图2中展示的实施方案中,容器支架50包括气体输入端口104,用于将气体输送到就位在容器端口上的一个容器中。气体输入端口104具有一个由至少一个O形环106、或者两个串接的O形环、或者三个串接的O形环提供的滑动密封件,当探头108通过气体输入端口104被插入时,它们可以倚靠圆柱形探头108而就位。探头108可以是一个进气口导管,该进气口导管延伸至在它的远端110处的气体递送端口。展示的实施方案的远端110可以被深深插入到容器80中用于提供一种或多种PECVD反应物和其他工艺气体。
IV.A.任选地在图2中展示的实施方案中,或者更通常地在任何披露的实施方案中,可以提供一个等离子体网610以用于将通常形成在容器80内的等离子体限制在等离子体网610上方的体积中。等离子体网610是一种导电性多孔材料,它的一些实例是钢丝绒、多孔烧结金属或涂覆有导电性材料的陶瓷材料、或者是由金属(例如黄铜)或其他导电性材料制成的多孔板或盘。一个实例是一对具有中心孔(其大小被确定为通过进气口108)并且具有0.02英寸(0.5mm)的孔(以0.04英寸(1mm)间隔开)的金属盘,这些中心对中心(center-to-center)的孔按该盘的表面积的比例提供22%的开放面积。
IV.A.例如对于其中探头108还作为对电极起作用的实施方案,在(或接近)正在被处理的管、注射器筒、或其他容器80的开口82处,等离子体网610可以与进气口108紧密电接触。可替代地,等离子体网610可以接地,任选地与进气口108具有共同电势。等离子体网610减少或消除了在容器支架50和它的内部通道以及连接(例如真空管道94、气体输入端口104、O形环106的附近、真空端口96、O形环102、以及邻近进气口108的其他装置)中的等离子体。同时,等离子体网的孔隙率允许工艺气体、空气、以及类似物从容器80流出进入真空端口96和下游装置。
IV.A.图53示出了例如可以与图1、2、26-27、以及30的实施方案一起使用的涂覆站28的额外的任选的细节。在它的通往压力传感器152的真空管线576中,涂覆站28还可以具有一个主真空阀574。在旁路管线580中提供了一个手动旁路阀578。一个排气阀582控制流速。
IV.A.PECVD气源144的流出是由调节通过主反应物进料管线586的流速的主反应气体阀584来控制的。气源144的一个组件是有机硅液体储器588。通过有机硅毛细管线590抽取储器588的内容物,以合适的长度提供了管线590以提供所希望的流速。由有机硅截止阀592控制有机硅蒸气的流速。对液体储器588顶部空间614施加压力,例如一个来自压力源616(如通过压力管线618连接到顶部空间614的加压空气)的范围在0-15psi(0至78cm.Hg)的压力,以建立不依赖于大气压(以及其中的波动)的可重复的有机硅液体递送。储器588是密封的并且毛细管连接620是在储器588的底部,以确保只有纯净的有机硅液体(不是来自顶部空间614的加压气体)流过毛细管590。如果有必要或者希望的话,任选地可以加热该有机硅液体至高于环境温度以使该有机硅液体蒸发,形成一种有机硅蒸气。从氧气罐594经由氧气进料管线596提供氧气,该氧气进料管线由质量流速控制器598控制并且配备有一个氧气截止阀600。
IV.A.在图1的装置中,容器涂覆站28可以是一个例如在下文中进一步描述的PECVD装置,它在合适的条件下被操作以将SiOx阻挡层或其他类型的涂层90沉积到容器80的内表面88上,如在图2中所示。
IV.A.特别是参考图1和2,处理站28可以包括一个通过射频电源162供电的电极160,用于在处理期间提供一个电场以在容器80内产生等离子体。在这个实施方案中,探头108也是导电并且接地的,因此在容器80内提供了一个对电极。可替代地,在任何实施方案中,外电极160可以接地并且探头108被直接连接到电源162上。
IV.A.在图2的实施方案中,外电极160可以或者通常如图2中所展示是圆柱形的,或者如图2中所展示通常是一个U形狭长通道。每一个展示的实施方案具有一个或多个侧壁,如164和166,以及任选的顶端168,极为贴近地围绕容器80配置。
IV.A图2中示出的电极160可以成形为类似“U”形通道,它的长度进入纸面,并且在处理/涂覆工艺期间该橡胶圆盘或容器支架50可以通过激活的(供能的)电极而移动。注意的是,因为使用了外部和内部电极,这个装置可以采用在50Hz与1GHz之间的、从电源162施加到该U形通道电极160上的频率。探头108可以接地以完成电路,允许电流通过一种或多种低压气体而流到容器80的内部。该电流产生等离子体以允许该器件的内部表面88的选择性处理和/或涂覆。
IV.A在图2中的电极还可以由脉冲电源供能。脉冲允许反应气体的消耗,进而在激活和消耗(再次)反应气体之前除去副产物。典型地脉冲功率系统的特征在于它们的工作周期,该工作周期决定了存在的电场(并且因此是等离子体)的时间量。通电时间是与断电时间相对的。例如10%的工作周期可以相应于10%周期的通电时间,其中90%的时间电源是关闭的。作为一个具体的实例,可以通电0.1秒并且断电1秒。脉冲功率系统减少了对于给定电源162的有效功率输入,因为断电时间导致了增加的处理时间。当该系统是脉冲系统时,生成的涂层可以是非常纯的(没有副产物或污染物)。脉冲系统的另一个结果是可能实现原子层沉积(ALD)。在这种情况下,可以调整工作周期,这样通电时间导致单层的所希望的材料的沉积。以这种方式,考虑了在每一周期中沉积一个单原子层。这一方法可以导致高纯度且高度结构化的涂层(虽然在聚合物表面上沉积需要的温度下,但是任选地保持低温(<100℃)并且低温涂层可以是非晶相的)。
一个可替代的涂覆站采用微波腔代替外电极。施加的能量可以是一种微波频率,例如2.45GHz。然而,在本发明的上下文中,射频是优选的。
V.用于制造涂层的PECVD法
V.1PECVD涂层前体
用于本发明的PECVD涂层的前体宽泛地定义为一种有机金属前体。在本说明书中一种有机金属前体被定义为具有有机残基(例如烃、氨羰基或氧碳(oxycarbon)残基)的从元素周期表中的第III族和/或IV族的金属元素所理解的化合物。如目前所定义的有机金属化合物包括具有直接键合(或任选地通过氧或氮原子进行键合)到硅或其他第III/IV族金属原子上的有机部分的任何前体。元素周期表第III族的有关元素是硼、铝、镓、铟、铊、钪、钇以及镧,铝和硼是优选的。元素周期表第IV族的有关元素是硅、锗、锡、铅、钛、锆、铪以及钍,其中硅和锡是优选的。还可以考虑的是其他挥发性有机化合物。然而,有机硅化合物对于进行本发明是优选的。
考虑了一种有机硅,其中一种“有机硅前体”贯穿本说明书最宽泛地定义为具有至少一个以下连接的化合物:
或者
就在以上的第一结构是连接到一个氧原子以及一个有机碳原子(一个有机碳原子是键合到至少一个氢原子上的碳原子)上的四价硅原子。就在以上的第二结构是连接到一个NH-连接以及一个有机碳原子(一个有机碳原子是键合到至少一个氢原子上的碳原子)上的四价硅原子。任选地,该有机硅前体是选自下组,该组由以下各项组成:线性硅氧烷、单环硅氧烷、多环硅氧烷、聚倍半硅氧烷、线性硅氮烷、单环硅氮烷、多环硅氮烷、聚倍半硅氮烷、以及这些前体之中的任何两种或更多种的组合。还考虑作为前体的是一种烷基三甲氧基硅烷(尽管不在以上两个式内)。
如果使用一种含氧的前体(例如一种硅氧烷),则在形成一种疏水或润滑涂层的条件下从PECVD生成的代表性的预测的经验组合物可以是如在定义部分定义的SiwOxCyHz,而在形成一个阻挡涂层的条件下从PECVD生成的代表性的预测的经验组合物是SiOx,其中在这个式中x是从大约1.5至大约2.9。如果使用一种含氮前体(例如一种硅氮烷),则预测的组合物将是Siw*Nx*Cy*Hz*,即如在定义部分所指明的SiwOxCyHz,O被N代替并且这些下标与O相比适应于更高原子价的N(3而不是2)。对于在它的氮杂对应物(aza counterpart)中相应的下标,后者的适应通常将遵循在硅氧烷中的w、x、y以及z的比率。在本发明的一个特定方面,Siw*Nx*Cy*Hz*,其中w*、x*、y*、以及z*的定义与对于硅氧烷对应物中的w、x、y以及z相同,除了任选的氢原子的偏差之外。
具有以上经验式的一种类型的前体起始材料是一种线性硅氧烷,例如具有下式的一种材料:
其中,R各自独立地选自烷基,例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、乙烯基、炔或其他,并且n是1、2、3、4、或更大,任选地是2或更大。考虑的线性硅氧烷的几个实例是
六甲基二硅氧烷(HMDSO)、
八甲基三硅氧烷、
十甲基四硅氧烷、
十二甲基五硅氧烷、
或这些之中的两种或更多种的组合。对于制造类似的涂层,类似的硅氮烷也是有用的,其中-NH-取代了在以上结构中的氧原子。考虑的线性硅氮烷的几个实例是八甲基三硅氮烷、十甲基四硅氮烷、或这些之中的两种或更多种的组合。
V.C.另一种类型的前体起始材料是一种单环硅氧烷,例如具有以下结构式的一种材料:
其中R是如对于该线性结构所定义的并且“a”是从3至大约10,或者类似的单环硅氮烷。考虑的杂取代的以及未取代的单环硅氧烷以及硅氮烷的几个实例包括
1,3,5-三甲基-1,3,5-三(3,3,3-三氟丙基)甲基]环三硅氧烷
2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷,
五甲基环戊硅氧烷,
五乙烯基五甲基环戊硅氧烷,
六甲基环三硅氧烷,
六苯基环三硅氧烷,
八甲基环四硅氧烷(OMCTS),
八苯基环四硅氧烷,
十甲基环戊硅氧烷,
十二甲基环己硅氧烷,
甲基(3,3,3-三氟丙基)环硅氧烷,
还考虑了环有机硅氮烷,如
八甲基环四硅氮烷,
1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基环四硅氮烷六甲基环三硅氮烷,
八甲基环四硅氮烷,
十甲基环戊硅氮烷,
十二甲基环己硅氮烷,或
或这些之中的任何两种或更多种的组合。
V.C.另一种类型的前体起始材料是一种多环硅氧烷,例如具有以下结构式之一的一种材料:
其中Y可以是氧或氮,E是硅,并且Z是一个氢原子或一个有机取代基,例如烷基,如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、乙烯基、炔或其他。当Y各自是氧时,从左到右这些对应的结构是杂氮硅三环(silatrane)、准杂氮硅三环(silquasilatrane)以及前杂氮硅三环(silproatrane)。当Y是氮时,则这些对应的结构是氮杂杂氮硅三环(azasilatrane)、氮杂准杂氮硅三环(azasilquasiatrane)以及氮杂前杂氮硅三环(azasilproatrane)。
V.C.另一种类型的多环硅氧烷前体起始材料是一种聚倍半硅氧烷,具有经验式RSiO1.5以及以下结构式:
其中R是一个氢原子或一个有机取代基,例如烷基,如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、乙烯基、炔或其他。这种类型的两种商业的材料是SST-eM01聚(甲基倍半硅氧烷),其中R各自是甲基;以及SST-3MH1.1聚(甲基-氢化倍半硅氧烷),其中90%的R基团是甲基,10%是氢原子。在例如一种10%的四氢呋喃溶液中这种材料是可供使用的。还可以考虑这些之中的两种或更多种的组合。考虑的前体的其他实例是甲基杂氮硅三环(CAS号2288-13-3)(其中Y各自是氧原子并且Z是甲基)、甲基氮杂杂氮硅三环(methylazasilatrane)、聚(甲基倍半硅氧烷)(例如SST-eM01聚(甲基倍半硅氧烷))(其中R各自任选地可以是甲基)、SST-3MH1.1聚(甲基-氢化倍半硅氧烷)(例如SST-3MH1.1聚(甲基-氢化倍半硅氧烷))(其中90%的R基团是甲基并且10%是氢原子),或这些之中的任何两种或更多种的组合。
V.C.对于制造类似的涂层,类似的聚倍半硅氮烷也是有用的,其中-NH-取代了在以上结构中的氧原子。所考虑的聚倍半硅氮烷的实例是聚(甲基倍半硅氮烷)(其中R各自是甲基)、以及聚(甲基-氢化倍半硅氮烷)(其中90%的R基团是甲基,10%是氢原子)。还可以考虑这些之中的两种或更多种的组合。
V.C.用于根据本发明的润滑层的一种特别考虑的前体是一种单环硅氧烷,例如是八甲基环四硅氧烷。
用于根据本发明的疏水层的一种特别考虑的前体是一种单环硅氧烷,例如是八甲基环四硅氧烷。
用于根据本发明的阻挡涂层的一种特别考虑的前体是一种线性硅氧烷,例如是HMDSO。
V.C.在根据本发明的任一种涂覆方法中,该施加步骤任选地可以通过将该前体蒸发并且将其提供到该基底的附近来进行。例如,OMCTS通常在将其施加到该PECVD装置之前将其加热到大约50℃而蒸发。
V.2通常的PECVD法
在本发明的背景下,通常应用以下PECVD方法,该方法包括以下步骤:
(a)提供一种工艺气体,该气体包括一个如在此定义的前体(典型地一种有机硅前体);任选地一种载气,任选地氧气;以及任选地一种烃;以及
(b)从该工艺气体产生一种等离子体,由此通过等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)在基底表面上形成一个涂层。
在此使用的等离子体涂覆技术是基于等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)。适合于进行所述PECVD涂覆的方法以及装置描述于以下各项中:2010年5月12日提交的EP10162755.2、2010年5月12日提交的EP10162760.2、2010年5月12日提交的EP10162756.0、2010年5月12日提交的EP10162758.6、2010年5月12日提交的EP10162761.0、以及2010年5月12日提交的EP10162757.8。如在其中描述的PECVD方法和装置适合于进行本发明并且因此通过引用结合在此。
PECVD技术的一个示例性的优选实施方案将在以下部分说明。
该方法利用了在一个容器内在减压(毫托范围,大气压力是760托)下可以与氧结合的含硅蒸气。
然后将例如在13.56MHz[射频范围]的产生的电场施加在一个外部电极与一个内部接地气体入口之间以产生等离子体。在用来涂覆一个容器的压力和功率下,该等离子体过程是由电子碰撞电离驱动的,这表示在该过程中的电子是在化学作用背后的驱动力。确切地说,等离子体通过含硅材料[例如,六甲基二硅氧烷(HMDSO)或其他反应物,像八甲基环四硅氧烷(OMCTS)]的电子碰撞电离驱动了这个化学反应,从而导致一个二氧化硅或SiwOxCyHz涂层沉积在该容器的内表面上。在一个典型的实施方案中,这些涂层的厚度是在20或更多纳米的数量级上。HMDSO由一个Si-O-Si主链与附接到硅原子上的六个(6)甲基基团组成。该过程破坏了Si-C键并且(在该管或注射器的表面上)与氧进行反应从而产生了二氧化硅。由于该涂层是在一个原子基础上生长的,具有20-30纳米厚度的致密的共形涂层可以实现显著的阻挡特性。这种氧化硅充当气体、湿气以及小的有机分子的物理阻挡层,并且具有比商用玻璃更高的纯度。OMCTS产生了具有润滑性或抗粘附特性的涂层。它们的平均厚度通常大于SiOx阻挡涂层的厚度,例如是平均从30至1000nm。
该技术在以下几个方面是独特的:
(a)该过程利用了刚性容器作为真空室。PECVD常规地使用一个二次真空容器,在该容器内载入并且涂覆了一个或多个部件。使用该容器作为一个真空室显著简化了该工艺装置并且减少了循环/处理时间,并且因此减少了制造成本和资金。这个方法还减少了扩大规模的问题,因为扩大规模如同复制为了满足吞吐量要求所需要的管或注射器的数目一样简单。
(b)等离子体的射频激发允许能量被赋予到该电离气体,而很少加热该部件。不像典型地在PECVD中所使用的微波激发能量(将大量的能量赋予到部件本身中的水分子上),射频将并不优选地加热该聚合物管或注射器。受控的热量吸收对于防止基底温度升高到接近塑料玻璃化转变温度而引起尺寸完整性(在真空中塌陷)的损失是关键的。
(c)单层的气体阻挡层涂覆——这项新技术可以直接地在该部件的内表面上产生一个二氧化硅单层。绝大多数的阻挡技术(薄膜)要求至少两个层。
(d)结合的阻挡-润滑涂层——这项新的技术利用了一个结合的SiOx/SiwOxCyHz涂层来提供多个性能属性(阻挡/润滑性)。
在一个优选的方面,这种等离子体沉积技术利用了一个简单的制造结构。这个系统是基于一个“橡胶圆盘”,该橡胶圆盘用于将多个管和注射器运送入或运送离开该涂覆站。这种设备-橡胶圆盘界面(参见图6)是关键的,因为一旦以中试规模建立了涂覆/特征条件,则当移动到一个全规模生产时不存在比例缩放问题;只需通过该相同的过程增加橡胶圆盘的数目。该橡胶圆盘从一种高分子材料(例如,DelrinTM)制造以提供一种电绝缘基座。将该容器(例如在图6中的管)安装到该橡胶圆盘中,其最大的开口抵靠一个O型环(安装在该橡胶圆盘自身之内)而密封。该O型环提供了部件与该橡胶圆盘之间的真空密封这样可以除去(降低的压力)环境空气(主要是氮气和氧气与一些水蒸气)并且引入工艺气体。该橡胶圆盘具有除O型环密封之外的几个关键特征。该橡胶圆盘提供了连接到该真空泵(将大气气体以及二氧化硅反应的副产物泵送离开)上的一个手段、在该部件中精确地对准气体入口的一个手段、以及在该橡胶圆盘与气体入口之间提供真空密封的一个手段。
为了SiO2沉积,然后允许HMDSO和氧气气体通过向上延伸进入该部件的接地气体入口而引入到该容器内。在这个点处,该橡胶圆盘以及容器移动到电极区域中。该电极是由一种导电材料(例如铜)构成的并且提供了该部件穿过其中的一个通道。该电极不与该容器或橡胶圆盘进行物理接触并且是被独立支持的。将一个RF阻抗匹配网络和电源直接连接到该电极上。该电源为该阻抗匹配网络提供能量(以13.56MHz)。该RF匹配网络起作用而将该电源的输出阻抗与该电离气体的复(电容的以及电感的)阻抗相匹配。该匹配网络将最大功率递送到该电离气体,确保二氧化硅涂层的沉积。
一旦涂覆了该容器(当该橡胶圆盘移动该容器通过该电极通道时,该电极通道是静止的),将这些气体终止并且允许大气(或纯的氮气)进入该橡胶圆盘/容器内以将其恢复到大气压。此时,该容器可以从该橡胶圆盘移开并且移动到下一个处理站。
以上内容清楚地描述了涂覆一种具有仅一个开口的容器的方式。对于注射器,在装载到该橡胶圆盘上之前以及之后需要一个另外的步骤。因为注射器在两端具有开口(一个用于连接到针头上并且第二个用于安装一个柱塞),所以针头端必须在涂覆之前进行密封。以上过程允许反应气体进入到该塑料部件内部,一个电流穿过该部件内的气体以及一个有待在该部件的内部建立的等离子体。正是该等离子体(HMDSO或OMCTS与氧气的一种电离组合物)驱动了该化学作用以及等离子体涂层的沉积。
在该方法中,这些涂层特征有利地是通过一个或多个以下条件来设定的:等离子体特性、施加等离子体的压力、产生等离子体所施加的功率、气体反应物中O2的存在以及相对量、等离子体体积、以及有机硅前体。任选地,这些涂层特征是通过气体反应物中O2的存在以及相对量和/或产生等离子体所施加的功率来设定的。
在本发明的所有实施方案中,当制备一个SiOx涂层时,等离子体在一个任选的方面是一种非空心阴极等离子体(non-hollow-cathodeplasma)。
在另一个优选的方面,该等离子体在减压(与环境或大气压相比)下产生的。任选地,该减压是小于300毫托,任选地小于200毫托,甚至任选地小于100毫托。
PECVD任选地是通过用电极激励该含有该前体的气体反应物来进行的,这些电极以微波频率或射频(并且任选地以射频)来供能的。优选用于进行本发明的实施方案的射频还可以被称为“RF频率”。用于进行本发明的典型的射频范围是从10kHz至小于300MHz,任选地从1至50MHz,甚至任选地从10至15MHz的频率。13.56MHz的频率是最优选的,这是政府批准的用于进行PECVD工作的频率。
相对于使用一种微波源,使用RF电源存在几个优点:因为RF在一个更低的功率下运行,存在更少的基底/容器的加热。因为本发明的焦点是将等离子体涂层置于塑料基底上,所以较低的处理温度是所希望的,以防止该基底的熔化/变形。为了防止在使用微波PECVD时的基底过热,以短脉冲通过功率的脉冲产生来施加微波PECVD。功率的脉冲产生延长了用于涂覆的循环时间,这在本发明中是不希望的。较高频率的微波还引起了该塑料基底中挥发性物质,像残留水、低聚物以及其他材料的排气(offgassing)。这种排气会干扰PECVD涂覆。它还可以干扰本发明的放气的测量,因为它将会改变涂覆基底中的挥发性化合物的含量以及组成。使用微波用于PECVD的一个主要的顾虑是涂层从基底的层离。因为在沉积该涂覆层之前,微波改变了基底的表面,所以会发生层离。为了减小层离的可能性,已经研制了多个界面涂覆层用于微波PECVD以实现在该涂层与基底之间的良好结合。使用RF PECVD不需要这样的界面涂覆层,因为不存在层离的风险。最后,有利地使用较低的功率来施加根据本发明的润滑层以及疏水层。相比于微波功率,RF功率在较低的功率下运行并且提供了更多的对于PECVD过程的控制。尽管如此,微波功率虽然是次优选的,但在适当的工艺条件下是可用的。
此外,对于在此所描述的所有PECVD方法,在用来产生等离子体的功率(以瓦特计)与等离子体在其中产生的内腔的体积之间存在一种特异相关性。典型地,该内腔是根据本发明涂覆的一种容器的内腔。如果采用相同的电极系统的话,则RF功率应该与该容器的体积成比例。一旦已经设定气体反应物的组成(例如该前体与O2之间的比率)以及所有其他PECVD涂覆方法的参数(除功率之外),当一个容器的几何形状保持不变并且仅其体积改变时,典型地它们将不会变化。在这种情况下,该功率将与该体积成正比。因此,从本说明书提供的功率与体积的比率开始,可以很容易地找到为了在一个具有相同几何形状但是不同大小的容器中完成相同的或类似的涂层而必须施加的功率。通过对于注射器筒的实例与对于管的实例相比较的结果来说明容器的几何形状对有待施加的功率的影响。
对于本发明的任何涂层,等离子体是用具有足以在该基底表面上形成涂层的功率供能的电极来产生的。对于一个润滑涂层或疏水涂层,在根据本发明的一个实施方案的方法中,等离子体任选地是通过以下各项产生的
(i)使用提供有以下电功率的电极:从0.1至25W、任选地从1至22W、任选地从1至10W、甚至任选地从1至5W、任选地从2至4W例如3W、任选地从3至17W、甚至任选地从5至14W例如6或7.5W、任选地从7至11W例如8W;和/或(ii)其中电极功率与等离子体体积的比率是小于10W/ml,任选地是从6W/ml至0.1W/ml,任选地是从5W/ml至0.1W/ml,任选地是从4W/ml至0.1W/ml,任选地是从3W/ml至0.2W/ml,任选地是从2W/ml至0.2W/ml。
诸位发明人认为低功率水平(例如从2至3.5W的功率水平以及在实例中给出的功率水平)对于制备一种润滑涂层是最有利的。
对于一个阻挡涂层或SiOx涂层,该等离子体任选地是通过以下各项产生的
(i)使用提供有以下电功率的电极:从8至500W、任选地从20至400W、任选地从35至350W、甚至更任选地从44至300W、任选地从44至70W;和/或
(ii)电极功率与等离子体体积的比率是等于或大于5W/ml,任选地是从6W/ml至150W/ml,任选地是从7W/ml至100W/ml,任选地从7W/ml至20W/ml。
该容器的几何形状还可以影响用于PECVD涂覆的气体入口的选择。在一个特定的方面,可以用一个开放的管入口来涂覆一个注射器,并且可以用一个具有多个小孔的气体入口来涂覆一个管,该气体入口延伸到该管内部。
用于PECVD的功率(以瓦特计)还可以影响涂层特性。典型地,功率的增加将增加涂层的阻挡特性,并且功率的减小将增加该涂层的润滑性以及疏水性。例如,对于具有大约3ml的体积的一个注射器筒的内壁上的涂层,小于30W的功率将导致主要是润滑涂层的一种涂层,而大于30W的功率将导致主要是阻挡涂层的一种涂层(参见实例)。这还在EP2251455A2的实例中得以证明,特此将其明确地引用。
决定涂层特性的另一个参数是用于产生等离子体的气体反应物中的O2(或另一种氧化剂)与该前体(例如,有机硅前体)的比率。典型地,气体反应物中O2比率的增加将增加涂层的阻挡特性,并且O2比率的减小将增加涂层的润滑性以及疏水性。
如果一个润滑层或涂层是所希望的,则任选地O2是以与气体反应物的体积-体积比率为从0:1至5:1、任选地从0:1至1:1、甚至任选地从0:1至0.5:1、或甚至从0:1至0.1:1而存在。优选的是存在一些O2,相对于该有机硅前体,它的量任选地是从0.01:1至0.5:1、甚至更任选地从0.05:1至0.4:1、特别是从0.1:1至0.2:1。如在实例中给出的比率中,相对于该有机硅前体,O2以约5%至约35%(v/v,以sccm计)、特别是约10%至约20%的体积存在是特别适合于实现一个润滑涂层的。
这同样用于疏水层。
如果在另一方面,一个阻挡涂层或SiOx涂层是所希望的,则相对于该含硅前体,O2任选地以与气体反应物从1:1至100:1的体积:体积比率而存在,任选地从5:1至30:1的比率,任选地从10:1至20:1的比率,甚至任选地15:1。
V.A.使用等离子体施加SIOX阻挡层的PECVD,该等离子体基本上不含空心阴极等离子体
V.A.一个具体的实施方案是一种施加一个SIOX阻挡涂层的方法,该涂层在本说明书(除非在具体的情况下另外说明)中被定义为一个含有硅、氧、以及任选的其他元素的涂层,其中X,氧与硅原子的比率是从大约1.5至大约2.9,或1.5至大约2.6,或大约2。X的这些替代的定义适用于在本说明书中使用的任何术语SIOX。将阻挡涂层施加到一个容器(例如一个采样管、一个注射器筒或另一种类型的容器)的内部。该方法包括几个步骤。
V.A.提供一个容器壁,如同是一种反应混合物,该混合物包括形成等离子体的气体,即,一种有机硅化合物气体,任选地一种氧化气体,以及任选地一种烃气体。
V.A.等离子体在反应混合物中形成,基本上不含空心阴极等离子体。使该容器壁与该反应混合物接触,并且将SiOx涂层沉积到该容器壁的至少一个部分上。
V.A.在某些实施方案中,考虑在遍及该有待涂覆的容器壁的部分上产生一种均匀的等离子体,因为在某些情况下已经发现产生了提供更好的阻挡氧气的SiOx涂层。均匀的等离子体表示不包含实质的量的空心阴极等离子体(这种等离子体具有比规则的等离子体更高的发射强度并且显示为中断了规则的等离子体的更均匀的强度的更高强度的一个局部区域)的规则的等离子体。
V.A.空心阴极效应由一对导电性表面产生,这一对表面相对于一个共同阳极以相同的负电势彼此相对。如果留有间隔(取决于压力以及气体类型)这样使得空间电荷层(space charge sheath)重叠,则电子开始在相反的壁层的反射性电势(reflecting potential)之间振荡,导致多重碰撞,因为这些电子被跨过层区域的电势梯度加速。这些电子被限制在空间电荷层重叠中,这导致了非常高的电离作用以及高离子密度的等离子体。这种现象被描述为空心阴极效应。本领域的普通技术人员能够改变处理条件,例如功率水平以及进料速度或气体的压力,从而在各处形成均匀的等离子体或者形成包括不同程度的空心阴极等离子体的等离子体。
V.A.出于以上给出的原因,典型地使用RF能量产生该等离子体。在一个替代地但是较不典型的方法中,可以使用微波能在一个PECVD过程中产生等离子体。然而处理条件可以不同,因为施加到一个热塑性容器上的微波能将激发(振动)水分子。因为在所有的塑料材料上存在少量的水,所以微波将加热该塑料。当塑料被加热时,相对于器件外的大气压由器件内的真空产生的大的驱动力将会吸引材料游离出来或容易地将其脱附到内表面88上,在那里这些材料将变成挥发性的或者将微弱地结合到该表面上。这些微弱地结合的材料然后将产生一个界面,这个界面将阻止随后的涂层(从等离子体沉积的)粘附到该器件的塑料内表面88上。
V.A.作为消除这种涂覆阻碍作用的一种方法,可以以非常低的功率沉积一个涂层(在以上实例中是以2.45GHz高于5至20瓦),从而产生了一个随后的涂层可以粘附到其上的帽。这导致了一个两步骤的涂覆工艺(以及两个涂覆层)。在以上的实例中,可以将初始气流(对于该加帽层)改变为2sccm(“标准立方厘米/每分钟”)HMDSO以及20sccm的氧气,其中处理功率为5到20瓦持续约2-10秒。然后可以将这些气体调节到以上实例中的流速以及增加到20-50瓦的功率水平,使得可以沉积一个SiOx涂层,其中x在这个式中是从大约1.5至大约2.9,可替代地是从大约1.5至约2.6,可替代地是约2。应注意的是,在某些实施方案中,加帽层可以提供很少的(甚至没有)官能度,除非在较高功率的SiOx涂层沉积过程中阻止材料迁移到容器内表面88上。还应注意的是,在较低的频率(例如绝大多数的RF范围)下,在器件壁中易于脱附的材料的迁移典型地不是问题,因为较低的频率不会激发(振动)分子种类。
V.A.作为消除以上描述的涂层阻碍作用的另一种方法,可以将容器80干燥以在施加微波能之前除去内含的水。容器80的除水或干燥可以例如通过热致加热容器80,如使用电加热器或强制空气加热而完成。容器80的除水或干燥还可以通过将容器80的内部露于一种干燥剂中或气体接触容器80的内部的而完成。还可以使用其他方便的方法,如真空干燥来干燥该容器。这些方便的方法可以在所展示的一个或多个站或设备中或通过一个单独的站或设备来进行。
V.A.此外,以上描述的涂层阻碍作用可以通过选择或处理容器80自其模制的树脂而将该树脂的含水量最小化来解决。
V.B.PECVD涂覆限制的容器开口(毛细管注射器)
V.B.图26和27示出了大致表示为290的方法以及装置,用于通过PECVD涂覆一个待处理的大致管状的容器250的受限开口294(例如一个注射器筒250的受限的前开口294)的内表面292。通过将该受限开口294连接到一个处理容器296上而修改以上描述的方法并且任选地进行某些其他的修改。
V.B.待处理的大致管状的容器250包括一个外表面298、限定了一个内腔300的内表面或内部表面254、具有一个内径的较大的开口302、以及一个受限开口294,该受限开口由内表面292限定并且具有的内径小于该较大的开口302的内径。
V.B.该处理容器296具有一个内腔304以及一个处理容器开口306,该开口任选地是唯一的开口,尽管在其他实施方案中可以提供任选地在处理过程中被关闭的一个第二开口。该处理容器开口306与该有待处理的容器250的受限开口294相连,以建立该有待处理的容器250的内腔300与该处理容器内腔之间经由该受限开口294的连通。
V.B.将该有待处理的容器250的内腔300与该处理容器296的内腔304内抽成至少部分真空。使一种PECVD反应物从气体源144流动通过该第一开口302,然后通过有待处理的容器250的内腔300,然后通过受限开口294,然后进入该处理容器296的内腔304。
V.B.该PECVD反应物可以通过提供一个大致管状的内电极308通过容器250的较大的开口302而被引入,该内电极具有一个内通道310、一个近端312、一个远端314以及一个远端开口316,在可替代的实施方案中,多个远端开口可以被提供在该远端314附近并且与内部通道310连通。电极308的远端可以置于有待处理的容器250的较大的开口302附近或之内。一种反应物气体可以通过电极308的远端开口316送入到有待处理的容器250的内腔300内。该反应物将流动经过该受限开口294,然后进入内腔304,其程度使得该PECVD反应物是在比引入该PECVD反应物之前初始抽成的真空更高的压力下而被提供的。
V.B.在有效地将PECVD反应产物沉积到该受限开口294的内表面292上的条件下在该受限开口294附近产生等离子体318。在图26中所示的实施方案中,通过将RF能输入到大致U型的外电极160上并且将内电极308接地而产生等离子体。对于这些电极的进料和接地连接还可以是相反的,虽然如果容器250有待处理,并且因此还有当等离子体正在被生成时内电极308正在移动通过该U形外电极,这种反转可能引入复杂性。
V.B.在至少一部分的处理过程中在容器250内产生的等离子体318可以包括在受限开口294和/或处理容器内腔304内产生的空心阴极等离子体。空心阴极等离子体318的产生可以促成在该受限开口294处成功地施加一个阻挡涂层的能力,尽管本发明并不根据这个操作理论的准确度或适用性而受到限制。因此,在一个考虑的操作模式中,该处理可以部分地在遍及容器250以及该进气口产生均匀的等离子体的条件下进行,以及例如部分地在该受限开口294附近产生一种空心阴极等离子体的条件下进行。
V.B.所希望的是该方法在这样的条件下进行,如在此所说明并且在附图中示出的,等离子体318基本上弥漫遍及该注射器内腔300以及该受限开口294。还希望的是等离子体318弥漫遍及该注射器内腔300、该受限开口294以及该处理容器296的内腔304。这假定了容器250的内部254的均匀涂层是所希望的。在其他实施方案中,不均匀等离子体可以是所希望的。
V.B.通常所希望的是,等离子体318在处理过程中具有遍及该注射器内腔300以及受限开口294的一个基本均匀的颜色,并且任选地基本上遍及该注射器内腔300、该受限开口294、以及该处理容器296的内腔304的基本均匀的颜色。所希望的是该等离子体遍及该注射器内腔300以及受限开口294、以及还有任选地该处理容器296的内腔304是稳定的。
V.B.在这个方法中步骤的顺序并不被认为是关键的。
V.B.在图26和27的实施方案中,受限开口294具有一个第一接头332,并且处理容器开口306具有一个第二接头334,该第二接头被适配为就位于该第一接头332上以建立在该处理容器296的内腔304与有待处理的容器250的内腔300之间的连通。
V.B.在图26和27的实施方案中,该第一以及第二接头分别是外鲁尔以及内鲁尔锁定接头332和334,它们对应地与限定了受限开口294以及处理容器开口306的结构是一体的。在外鲁尔锁定接头332的情况下,这些接头之一包括一个锁定轴环336,该锁定轴环具有一个带螺纹的内表面并且限定了一个轴面向的大致环形的第一对接338,并且另一个接头334包括一个面向该第一对接338的轴面向的大致环形的第二对接340(当接头332和334接合时)。
V.B.在所展示的实施方案中,可以将一个密封件例如一个O型环342定位在该第一与该第二接头332和334之间。例如,一个环形密封件可以接合在该第一与该第二支座338和340之间。该内鲁尔接头334还可以包括一个卡爪344,该卡爪与该锁定轴环336的带螺纹的内表面接合以在该第一与该第二接头332和334之间捕获O型环342。任选地,经由该受限开口294在该有待处理的容器250的内腔300与处理容器296的内腔304之间建立的连通是至少基本上防漏的。
V.B.作为另一种选择,鲁尔锁定接头332和334中的任一个或两者可以由导电性纤维材料(例如不锈钢)制成。这种形成受限开口294或与其邻近的构造材料可以促成在该受限开口294内等离子体的形成。
V.B.所希望的处理容器296的内腔304的体积被考虑是在一个小的体积与一个大的体积之间的折衷,该小的体积不会使大量离开所希望的有待涂覆的产物表面的反应物流转向,该大的体积在充分填充该内腔304之前支持大量的通过该受限开口294的反应物气体流速以将该流速降低到一个更不希望的值(通过降低跨过受限开口294的压差)。在一个实施方案中所考虑的内腔304的体积是小于有待处理的容器250的内腔300的体积的三倍,或这小于该有待处理的容器250的内腔300的体积的两倍,或小于该有待处理的容器250的内腔300的体积,或小于该有待处理的容器250的内腔300的体积的50%,或小于该有待处理的容器250的内腔300的体积的25%。还考虑了其他有效的对应的内腔的体积的关系。
V.B.诸位发明人还发现了在某些实施方案中涂层的均匀性可以通过相对于容器250重新定位电极308的远端而改进,这样它不穿透容器250的内腔300的内部远至如在以上的附图中示出的内电极的位置。例如,尽管在某些实施方案中,远端开口316可以邻近该受限开口294而定位,在其他实施方案中该远端开口316可以小于从该有待处理的容器的较大的开口302至受限开口294的距离的7/8(任选地小于该距离3/4,任选地小于该距离的一半)而定位,同时送入反应物气体。或者,该远端开口316可以按小于40%、小于30%、小于20%、小于15%、小于10%、小于8%、小于6%、小于4%、小于2%、或小于1%的从该有待处理的容器的较大的开口至受限开口294的距离而定位同时送入反应物气体。
V.B.或者,该电极308的远端可以在该有待处理的容器250的较大的开口302的稍内或稍外或与之平齐而定位同时与该容器250的内部连通,并且加入反应物气体至该容器250的内部。相对于该有待处理的容器250远端开口316的定位可以由于具体的尺寸以及其他处理条件通过在不同的位置对其进行测试而最佳化。对于处理注射器筒250所考虑的电极308的一个具体位置是远端314穿透进入容器内腔300在较大的开口302上方约四分之一英寸(约6mm)。
V.B.诸位发明人目前考虑有利的是至少将电极308的远端314置于容器250内这样它将作为一个电极适当地起作用,尽管这并非必然是一个必要条件。出乎意料地,可以使得在容器250内产生的等离子体318更均匀,从而弥漫穿过受限开口294进入处理容器内腔304,其中电极308更少地穿透进入先前已经使用的内腔300内。通过其他安排,如处理一个闭合端的容器,电极308的远端314通常被置于比其入口更靠近该容器的闭合端。
V.B.或者,电极308的远端314可以被定位在受限开口294处或超过受限开口294,例如在处理容器内腔304内,如在图4中所展示的。可以任选地提供不同的权宜措施,如将该处理容器296成形以改进通过该受限开口294的气流。
V.B.作为另一个替代方案,该复合内电极以及气体供应管398可以具有多个远端气体供应开口例如400(任选地定位在该较大的开口302附近)、以及一个延伸电极402,该延伸电极延伸到这些远端气体供应开口400的远端,任选地延伸到与受限开口294邻近的一个远端,并且任选地进一步延伸到该处理容器324内。考虑这个构造,以促进在与受限开口294邻近的内表面292内形成等离子体。
V.B.在又另一个考虑的实施方案中,如在图26中的内电极308可以在处理过程中移动,例如首先延伸到该处理容器内腔304内,然后随着过程的进行逐步在近端撤出。如果容器250在所选择的处理条件下较长,并且内电极的移动有利于更均匀地处理内表面254,这种权宜措施是特别考虑的。使用这种权宜措施,处理条件(如气体进料速度、真空抽吸率、施加到外电极160上的电能、撤出内电极308的速率、或其他因素)可以随着过程的进行而变化,从而对于有待处理的容器的不同零件定制不同的过程。
V.B.方便地,正如在本说明书中描述的其他过程中,可以将有待处理的大致管状的容器250的较大的开口置于一个容器支架320上,正如通过使有待处理的容器250的较大的开口302就位在该容器支架320的一个端口322上。然后,在至少从有待处理的容器250的内腔300内抽成一部分真空之前,可以将内电极308定位在就位于容器支架320上的容器250内。
V.C.施加一个润滑层的方法
V.C.另一个实施方案是施加一个从有机硅前体得到的润滑层的方法。该方法以及润滑涂层以及涂覆的物品描述于2011年5月11日提交的PCT/US11/36097中。同此将所述申请明确引用以指出这样的方法、涂层以及涂覆物品以及其特征。
一种“润滑层”或任何其他类似的术语通常被定义为相对于未涂覆的表面降低了涂覆表面的摩擦阻力的涂层。如果该涂覆物品是一种注射器(或注射器部件,例如注射器筒)或任何其他通常包括一个柱塞或与该涂覆表面处于滑动接触中的可移动部件,则这种摩擦阻力具有两个主要方面——起动力以及柱塞滑动力。
柱塞滑动力试验是专门测试在一个注射器内的柱塞的滑动摩擦系数的试验,解释了一个事实:解决了与通常在一个平的表面上测量的滑动摩擦系数相关的法向力,这是通过使柱塞或其他滑动元件与管或它在其中滑动的其他容器之间的配合标准化。与通常测量的滑动摩擦系数相关的平行力与如在本说明书中描述的所测量的柱塞滑动力是可比的。柱塞滑动力可以例如如在ISO 7886-1:1993试验中所提供来进行测量。
柱塞滑动力试验还可以被适配为通过适当地改变装置以及步骤而测量其他类型的摩擦阻力,例如将一个塞子保持在一个管中的摩擦力。在一个实施方案中,该柱塞可以用一个闭合件代替并且移出或插入该闭合件的撤出力可以作为柱塞滑动力的对应物而测量。
而且可以测量该起动力(或代替该柱塞滑动力)。该起动力是起动一个静止的柱塞在一个注射器筒内运动所需要的力,或使一个就位的静止闭合件离位(unseat)并且使其开始运动所需要的力。通过将一个力施加到该柱塞上来测量该起动力,该力从零或一个低值开始并且增加直至该柱塞开始运动时为止。在该预充式注射器柱塞推开介入的润滑剂或粘附到筒上之后(由于该柱塞与该筒之间的润滑剂分解),该起动力倾向于随着注射器的储存而增加。起动力是克服“粘附”(ticktion)所需要的力,是用于需要克服的在柱塞与筒之间的粘附以起动该柱塞并且允许其开始移动的一个行业术语。
V.C.在容器的全部或部分(如选择性地在与其他部件以滑动关系接触的表面处)涂覆有润滑层的一些实际应用使得插入或移出塞子或通过一个滑动元件(如在注射器中的活塞或在一个样品管中的塞子)是容易的。该容器可以是由玻璃或一种聚合物材料如聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET))、环烯烃共聚物(COC)、烯烃(如聚丙烯)或其他材料制成。COC是对于注射器以及注射器筒特别合适的。通过PECVD施加一个润滑层可以避免或减少通过喷雾、浸渍涂覆容器壁或闭合件或另外地施加有机硅或其他润滑剂(通常是以比通过PECVD过程沉积大得多的量而施用)的需要。
V.C.在任何以上实施方案V.C.中,一种等离子体在该基底的附近形成。
在任何实施方案V.C.中,该前体可以任选地以实质上不存在氮气而提供。V.C.在任何实施方案V.C.中,该前体任选地可以按小于1托的绝对压力而提供。
V.C.在任何实施方案V.C.中,该前体任选地可以被提供到一个等离子体发射物的附近。
V.C.在任何实施方案V.C.中,任选地可以按1至5000nm、或10至1000nm、或10至500nm、或10至200nm、或20至100nm或30至1000nm、或30至500nm的厚度而施加该涂层。一个典型的厚度是从30至1000nm或从20至100nm,一个非常典型的厚度是从80至150nm。这些范围代表了平均厚度,因为某一粗糙度可以增强润滑涂层的润滑特性。因此,其厚度有利地是贯穿该涂层不均匀的(参见以下内容)。然而,也考虑了一个均匀厚度的润滑涂层。
在单个测量点处润滑涂层的绝对厚度可以高于或低于该平均厚度的范围界限的,其中与平均厚度的最大偏差优选+/-50%、更优选+/-25%并且甚至更优选+/-15%。然而,它典型地在在本说明书对于平均厚度给定的厚度范围内变化。
可以例如通过透射电子显微术(TEM)测量这种以及其他涂层的厚度。
V.C.例如TEM可以如下进行。可以按两种方法来制备用于聚焦离子束(FIB)切片分析的样品。或者可以使用一个K575X Emitech涂覆系统首先用一个碳薄层(50-100nm厚)来涂覆进而用一个溅射铂层(50-100nm厚)来涂覆这些样品,抑或可以地用保护性溅射Pt层直接涂覆这些样品。可以将这些涂覆的样品置于一个FEI FIB200FIB系统中。可以通过注射一种有机金属气体同时在感兴趣的区域上光栅扫描30kV的镓离子束进行FIB-沉积一个另外的铂层。可以将每个样品感兴趣的区域选择为一个沿着该注射器筒向下至一半长度的位置。可以使用一种专用的原位FIB顶出技术(in-situ FIB lift-out technique)从模具表面取出测量为约15μm(“微米”)长、2μm宽以及15μm深的薄切片。可以使用FIB-沉积的铂将这些切片附接到一个200目的铜TEM载网上。可以使用FEI FIB的镓离子束使在每个切片中测量为约8μm宽的一个或两个窗口(window)变薄到电子透明度。
V.C.可以使用透射电子显微镜(TEM)、或扫描透射电子显微镜(STEM)或这两者对这些制备的样品进行截面图像分析。所有的图像数据可以用数字记录。对于STEM图像,可以将具有变薄的箔片的载网转移到一个Hitachi HD2300专用STEM上。可以获得处于原子序数对比模式(ZC)以及透射电子模式(TE)的在适当放大倍率的扫描透射电子图像。可以使用以下仪器设置。
V.C.对于TEM分析,可以将样品载网转移到一个Hitachi HF2000透射电子显微镜上。可以获得在适当放大倍率下的透射电子图像。在图像采集过程中使用的有关仪器设置可以是以下给出的那些。
V.C.在任何实施方案V.C.中,该基底可以包括玻璃或一种聚合物,例如一种聚碳酸酯聚合物、一种烯烃聚合物、一种环烯烃共聚物、一种聚丙烯聚合物、一种聚酯聚合物、一种聚对苯二甲酸乙二酯聚合物或这些之中的任何两种或更多种的组合。
V.C.在任何实施方案V.C.中,任选地可以通过使用如以上定义的RF频率功率供能的电极激励含有该前体的气体反应物而进行该PECVD,该频率是例如一个从10kHz至小于300MHz的频率、任选地从1至50MHz、甚至任选地从10至15MHz、任选地13.56MHz的频率。
V.C.在任何实施方案V.C.中,可以通过使用提供有足以形成一个润滑层的电功率的电极激励含有该前体的气体反应物而产生该等离子体。任选地,可以通过提供有以下电功率的电极激励含有该前体的气体反应物而产生该等离子体,该功率是0.1至25W、任选地从1至22W、任选地从1至10W、甚至任选地从1至5W、任选地从2至4W例如3W、任选地从3至17W、甚至任选地从5至14W例如6或7.5W、任选地从7至11W例如8W。电极功率与等离子体体积的比率可以是小于10W/ml、任选地是从6W/ml至0.1W/ml、任选地是从5W/ml至0.1W/ml、任选地是从4W/ml至0.1W/ml、任选地是从2W/ml至0.2W/ml。诸位发明人认为低功率水平(例如从2至3.5W的功率水平以及在实例中给出的功率水平)对于制备一种润滑涂层是最有利的。这些功率水平适合于用于给具有1至3mL的空体积(其中产生了PECVD等离子体)的注射器以及取样管以及具有类似几何形状的容器施加润滑涂层。对于较大或较小的对象所考虑的是,应该依照该基底的大小按比例决定该过程,相应地增大或减小所施加的功率。
V.C.在任何实施方案V.C.中,在作为氧化气体的氧气以及作为载气的氩的存在下,一种优选的工艺气体的组合包括八甲基环四硅氧烷(OMCTS)或另一种环状硅氧烷作为前体。并不受限于这种理论的准确度,诸位发明人相信这种具体的组合出于以下原因是有效的。
V.C.认为OMCTS或其他环状硅氧烷分子提供了几个胜过其他硅氧烷材料的优点。首先,它的环结构导致了一个较不致密的涂层(与从HMDSO制备的涂层相比)。该分子还允许选择性地电离使得该涂层的最终结构和化学组成可以直接通过应用等离子体功率进行控制。其他有机硅分子是容易被电离(破碎)的这样更难以保持该分子的原始结构。
V.C.由于添加氩气改进了润滑性能(参见以下操作实例),被认为的是在氩的存在下另外的分子电离促成了润滑性的提供。分子的Si-O-Si键具有高的键能(其次是Si-C),其中C-H键是最弱的。当C-H键的一部分断裂时显得实现了润滑性。随着它的进展,这允许该结构的连接(交联)。应当理解氧(与氩)的添加是为了增强了这个过程。少量的氧还可以提供其他分子可以结合至其上的C-O键。在低压力和功率下断裂C-H键并且添加氧的结合导致了一种坚固的同时提供润滑性的化学结构。
在本发明的一个具体实施方案中,这种润滑性还可以受润滑涂层的粗糙度的影响,这种润滑涂层是使用在此描述的前体和条件从PECVD过程产生的。现在已经出人意料地发现了在本发明的背景下通过进行扫描电子显微镜术(SEM)以及原子力显微镜术(AFM),一个粗糙的非连续的OMCTS等离子体涂层比一个光滑的连续的OMCTS等离子体涂层提供了更低的柱塞力(如Fi,Fm在2011年5月11日提交的PCT/US11/36097中描述的)。这被2011年5月11日提交的PCT/US11/36097的实例O至V证明。
不受理论的限制,诸位发明人假定这种特定效应可能是部分基于以下机械效应之一或二者:
(a)或者在该柱塞运动的初始和/或贯穿该柱塞运动的更少的柱塞与润滑涂层的表面接触(例如圆形刚性柱塞表面仅接触一个粗糙涂层的峰),导致了总的更少的接触以及由此的摩擦。(b)当柱塞运动时,该柱塞可以引起初始的非均匀的粗糙涂层展开并且滑动进入无涂覆的“谷”中。
这种润滑涂层的粗糙度随着激励该等离子体的功率(以瓦特计)的减小、以及通过上述量的O2的存在而增加。该粗糙度可以表示为通过AFM确定的“RMS粗糙度”或“RMS”。RMS是在一个AFM图像中的最高以及最低点之间的标准差(该差值表示为“Z”)。它根据以下公式进行计算:
Rq={Σ(Z1-Zavg)2/N}-2
其中Z平均是图像内的平均Z值;Z1是Z的当前值;并且N是该图像内点的数目。
在这个具体实施方案中的RMS范围典型地是从7至20nm,优选地从12至20nm。然而较低的RMS仍然导致了满意的润滑特性。
V.C.一种所考虑的产品任选地可以是具有通过实施方案V.C.的任何一个或多个的方法进行处理的筒的注射器。所述注射器可以具有仅一个根据本发明的润滑涂层,抑或它可以具有该润滑涂层以及另外的在该润滑涂层下面或上面的一个或多个其他涂层,例如SiOx阻挡涂层。
V.D.液体施加的涂层
V.D.一种适当的阻挡涂层或其他类型的涂层的另一个例子可以是一种液体阻挡涂层、润滑剂涂层、表面能定制涂层、或施加到一个容器的内表面上的其他类型的涂层90,它可以直接使用、或者可以与PECVD施加的涂层或其他在此披露的PECVD处理抑或与在本说明书中描述的一个或多个介入的PECVD施加的涂层(例如SiOx,其特征如在定义部分所定义的一种润滑层)或这两者结合使用。
V.D.可以任选地例如通过将一种液体单体或其他的可聚合或可固化材料施加到容器80的内表面上并且固化、聚合或交联该液体单体以形成一种固体聚合物而施加适合的液体阻挡涂层或其他类型的涂层90。还可以通过将一种溶剂分散的聚合物施加到表面88上并且除去该溶剂而提供适合的液体阻挡涂层或其他类型的涂层90。
V.D.以上方法中的任一种可以包括在一个容器80的内部88上经由在一个处理站或设备28处的容器端口92形成涂层90的一个步骤。一个例子是例如将一种可固化单体、预聚物或聚合物分散体的液体涂层施加到容器80的内表面88上并且将其固化以形成一个薄膜,该薄膜将容器80的内容物从其内表面88以物理方式隔离。现有技术描述了适合于涂覆塑料采血管的聚合物涂覆技术。例如,可以任选地使用在美国专利6,165,566中描述的丙烯酸的以及聚偏二氯乙烯(PVdC)涂覆材料以及涂覆方法,特此将该专利通过引用进行结合。
V.D.以上方法中的任一项还可以包括在一个容器80的外部外壁上形成涂层的一个步骤。该涂层任选地可以是一个阻挡涂层,任选地一个氧阻挡涂层,或任选地一个水阻挡涂层。一个适合的涂层的实例是聚偏二氯乙烯,其作为一个水阻挡层和一个氧阻挡层两者而起作用。任选地,该阻挡涂层可以作为一个基于水的涂层来施加。该涂层任选地可以通过将该容器浸渍在其中,将其喷射到该容器上,或者其他的权宜措施而施加。还考虑了具有以上描述的外部阻挡涂层的一种容器。
VI.容器检查
VI.以下将更详细地描述依据本发明的放气方法的容器检查。然而应该理解的是,该方法同样适用于检查除了容器之外的其他物品,例如塑料薄膜或实心三维对象。这样的其他物品的检查同样被本发明所涵盖。
VI.图1中所示的一个站或设备是处理站或设备30,它可以被配置为检查一个容器80的内部表面的缺陷,如通过测量通过一个容器壁的气压损失或质量流速或体积流速或一个容器壁的放气。设备30可以与设备26类似地起作用,除了可能要求该容器的更好的性能(在给定的工艺条件下较少的泄漏或渗透)以通过设备30所提供的检查之外,因为在所展示的实施方案中,在站或设备30到达之前,已经通过站或设备28施加了一个阻挡涂层或其他类型的涂层。在一个实施方案中,涂覆容器80的检查可以与在设备或站26处的相同的容器80进行比较。在站或设备30处的较少的泄漏和渗透表明了该阻挡层涂层是至少起到一定程度的作用的。
VI.在两个不同的站处测量的或由两个不同的设备测量的容器80的个性特征可以通过将个体识别特征(如一个条形码、其他标记、或一种射频识别(RFID)设备或标记)放在每个容器支架38-68上并且匹配在图1中所示的环形输送机附近的两个或更多个不同点处测量的容器的个性特征来确定的。由于这些容器支架可以被再利用,当它们到达图1中的容器支架40的位置时(仅仅在一个新的容器80就位在容器支架40上之后),它们可以被登记在一个计算机数据库或其他数据存储结构中,并且在该过程的终点处或其附近从数据寄存器中移除,例如当它们到达图1的容器支架66的位置并且处理的容器80被传递机构74移开时或之后。
VI.该处理站或设备32可以被配置以检查一个容器,例如一个施加于该容器的一个阻挡涂层或其他类型的涂层的缺陷。
VI.根据本发明的容器检查方法可以包括在30秒或更短/每容器、或25秒或更短/每容器、或20秒或更短/每容器、或15秒或更短/每容器、或10秒或更短/每容器、或5秒或更短/每容器、或4秒或更短/每容器、或3秒或更短/每容器、或2秒或更短/每容器、或1秒或更短/每容器的经过时间之内进行该检查步骤(即测量放出的挥发性物种)。例如通过测量该阻挡涂层或其他类型的涂层涂覆的容器壁的效力,可以使之变成可能。
VI.在任何以上实施方案中,该检查步骤可以在遍及容器80内部表面88的足够数目的位置处进行,以确定一个阻挡涂层或其他类型的涂层90有效防止了在容器80之内(当它初始被抽空并且它的壁86被暴露于环境大气下时)的初始真空水平(即相对于环境的初始压力降低)在至少12个月、或至少18个月、或至少两年的保质期期间降低多于20%、任选地多于15%、任选地多于10%、任选地多于5%、任选地多于2%。
VI.初始真空水平可以是一个高真空,即剩余压力小于10托,或一个更小的真空,如小于20托的正压(即超过全真空的过量压力)、或小于50托、或小于100托、或小于150托、或小于200托、或小于250托、或小于300托、或小于350托、或小于380托的正压。在许多情况下,真空采血管的初始真空水平例如是由有待使用的试管的类型、以及因此的在制造时被加入的试剂的类型和适当的量来决定的。该初始真空水平通常被设定以吸进适当量的血液从而与充入该管中的试剂结合。
VI.可任选地,阻挡涂层或其他类型的涂层90的检查步骤可以在遍及容器内部表面88的足够数目的位置处进行,以确定该阻挡涂层或其他类型的涂层90有效防止了在容器80之内(当它初始被抽空并且它的壁被暴露于环境大气下时)的压力在至少一年的保质期期间增加达到多于15%、或多于10%的环境大气压。
图59显示了根据本发明的一个示例性实施方案的一个处理系统20,包括被适配用于进行以上和以下所述的检查方法的装置(即一个或多个处理站)。该处理系统20可以是一个容器处理系统并且除其他之外包括一个第一处理站5501并且可以还(或可以不)包括一个第二处理站5502。对于此类处理站的实例是例如描述于图1中的参考号24、26、28、30、32以及34。
该第一容器处理站5501包含一个容器支架38,它容纳一个就位的容器80。虽然图59描述了一个采血管80,该容器还可以是具有有待检查的表面的一个注射器本体、一个管形瓶、一个导管或例如一个移液管或其他对象。例如该容器可以由玻璃或塑料制成。在塑料容器的情况下,该第一处理站还可以包括一个模具用于模制该塑料容器。
在该第一处理站的第一次处理(该处理可以包括该容器的模制、第一次检查容器的缺陷、该容器的内部表面的涂覆以及第二次检查容器特别是内部涂层的缺陷)之后,该容器支架38可以与容器82一起运送到第二容器处理站5502。通过输送机布置70、72、74进行运送。例如,可以提供一个夹钳或若干夹钳用于夹住该容器支架38和/或容器80从而将该容器/支架组合移动到下一个处理站5502。可替代地,可以仅仅移动该容器而不移动该支架。然而,可能有利的是将该支架与该容器一起移动,在这种情况下,该支架被适配从而使得它可以由该输送机安排来运送。
一个或多个处理站可以包括一个管道用于供应一种挥发性物种到有待检查的表面附近,例如到该容器的内部体积中。另外,可以提供一种气体检测器用于测量至少一种挥发性物种从该检查对象到与该涂覆表面邻近的气体空间内的释放。
图60显示了根据本发明的另一个示例性实施方案的一个容器处理系统20。再次,提供了两个容器处理站5501、5502。此外,可以提供另外的容器处理站5503、5504,它们被串联安排并且该容器可以在其中被处理,即被检查和/或涂覆。
可以将一个容器从一个贮存点移到左侧的处理站5504中。可替代地,在第一处理站5504可以模制容器。在任何情况下,一个第一容器处理是在处理站5504中进行的,如模制、检查和/或涂覆,在其之后可以进行一个第二检查。然后,将容器经由输送机布置70、72、74移动至下一个处理站5501。典型地,该容器与该容器支架一起移动。一个第二处理是在第二处理站5501中进行的,其后,该容器和支架被移动到下一个处理站5502中,在这里进行一个第三处理。然后将该容器移动(再次与该支架一起)到第四处理站5503中用于一个第四处理,其后它被输送到一个存储器中。
在每个涂覆步骤或模制步骤或任何其他的操作该容器的步骤之前或之后,可以进行对整个容器、容器的部分并且特别是容器的内部表面的检查。经由数据总线5507,可以将每一次检查的结果传递至中央处理单元5505。将每一处理站连接到数据总线5507。上述的程序元件可以在处理器5505上运行,并且该处理器(它可以被适配为中央控制和调节单元的形式)控制该系统并且还可以被适配以处理检查数据、分析这些数据并且确定最后的处理步骤是否是成功的。
如果确定了最后的处理步骤不是成功的,由于例如该涂层包括孔或由于该涂层的表面被确定是规则的或不够光滑的,则该容器不进入下一个处理站但是也可以从该生产过程(参见输送机部分7001、7002、7003、7004)中被移开或者被输送返回以待再处理。
处理器5505可以被连接到一个用户界面5506上用于输入控制或调整参数。
图61显示了根据本发明的一个示例性实施方案的一个容器处理站5501。该站包括一个PECVD装置5701用于涂覆该容器的一个内表面。此外,可以提供几个检测器5702-5707用于容器检查。此类检测器可以例如是用于进行电测量的电极、光检测器,如CCD照相机、气体检测器或压力检测器。
图62显示了根据本发明的一个示例性实施方案的一个容器支架38,连同几个检测器5702、5703、5704以及具有气体进入端口108、110的一个电极。
当该容器被就位到支架38上时,该电极和该检测器5702可以被适配移动到容器80的内部空间中。
光学检查可以具体地在一个涂覆步骤过程中进行,例如借助于布置在就位的容器80外面的光检测器5703、5704或甚至借助于一个布置在容器80的内部空间内的光检测器5705。
这些检测器可以包括滤色器从而使得在涂覆工艺中可以检测不同的波长。该处理单元5505分析光学数据并且确定该涂覆是否成功到一个预定的确定性水平。如果确定该涂覆极有可能不成功,则将对应的容器从该处理系统中分离或进行再处理。
VI.A.包括预涂覆和后涂覆检查的容器处理
VI.A.甚至另一个实施方案是一种用于处理一个模制的塑料容器的容器处理方法,该模制的塑料容器具有一个开口和一个限定内部表面的壁。该方法是通过以下步骤来进行的:被模制或正好在涂覆之前检查容器的内部表面的缺陷;在检查被模制的容器后施加一个涂层到该容器的内部表面;并且检查涂层的缺陷。
VI.A.另一个实施方案是一种容器处理方法,其中在检查被模制的容器之后将一个阻挡涂层施加到该容器上,并且在施加该阻挡涂层之后检查该容器的内部表面的缺陷。
VI.A.可任选地,在该站处的或通过设备26的容器检查可以通过在相对于基底的一个上游侧(在容器80之内或外部)提供一种检查气体如氦并且在下游侧检测它来进行修改。一种低分子量气体(如氢气)或一种较不昂贵的或更可得的气体(如氧气或氮气)也可以用作一种检查气体。
VI.A.考虑了氦作为一种检查气体,它可以增加泄漏或渗透检测的速率,这是由于它比通常的周围气体如普通空气中的氮气和氧气更快地穿过一个有缺陷的阻挡涂层或其他类型的涂层、或穿过一个泄漏的密封件。氦具有通过许多实心基底或小间隙的高传递速率,这是由于它:(1)是惰性的,从而它不被基底以任何大的程度吸附,(2)不容易被电离,从而它的分子是非常紧密的,这是由于它的电子与原子核之间的高水平的吸引,以及(3)具有的分子量是4,与氮(分子量28)和氧(分子量32)相对,再次使得分子更紧密并且容易通过一种多孔基底或间隙。由于这些因素,氦将比许多其他气体更快得多地穿过具有给定渗透性的一个阻挡层。同样,大气天然地含有非常小比例的氦,从而额外的氦的存在是可以相对容易地检测的,特别是如果氦被引入到容器80之内并且在容器80之外进行检测以测量泄漏和渗透时。因此,通过该基底上游的压降或通过其他方法(如通过该基底的下游气体的光谱分析)而检测氦。
VI.A.如在站22中模制一个器件80之后,可能出现若干潜在问题,这些问题将使得任何后续处理或涂覆是有缺点的,并且可能无效的。如果在涂覆之前检查了对于这些器件的这些问题,这些器件可以用一种高度优化的、任选高达6-σ控制的过程而被涂覆,它可以确保所希望的结果(或多个结果)。
VI.A.可能干扰处理和涂覆的一些潜在问题包括(取决于有待生产的涂覆物品的性质):
VI.A.1.大密度的微粒污染缺陷(例如在它的最长尺寸处各自大于10微米),或较小密度的大微粒污染(例如在它的最长尺寸处各自大于10微米)。
VI.A.2.化学或其他表面污染(例如硅酮模具释放或油)。
VI.A.3.高表面粗糙度,其特征在于高/大数量的陡峰和/或谷。这还可以通过量化平均粗糙度(Ra)来表征,该平均粗糙度应该是小于100nm。
VI.A.4.不允许产生真空的该器件中的任何缺陷(如一个孔)。
VI.A.5.被用来产生一个密封的在该器件表面上的任何缺陷(例如一个采样管的开放末端)。
VI.A.6.大的壁厚非均匀性,这可能妨碍或改变通过在处理或涂覆过程中的厚度的功率耦合。
VI.A.7.将使得该阻挡涂层或其他类型的涂层无效的其他缺陷。
VI.A.为了保证使用处理/涂覆操作中的参数的该处理/涂覆操作是成功的,可以预检查该器件的一个或多个以上潜在问题或其他问题。以前披露了用于容纳一个器件(一个橡胶圆盘或容器支架如38-68)并且将它移动通过一个生产过程的一种装置,该生产过程包括不同的测试以及一种处理/涂覆操作。可以实行若干可能的测试以确保一个器件具有适当的用于处理/涂覆的表面。这些测试包括将容器壁的放气,这任选地可以在下述的后涂覆检查下进行测量以确定一个放气基线。
VI.A.以上的测试可以在如图2中所示的一个站24中进行。在这个图中,该器件(例如一个采样管80)可以被容纳在适当的位置并且将一个适当的检测器134定位以测量所希望的结果。
VI.A.在真空泄漏检测的情况下,该容器支架和器件可以被结合到一个真空泵和一个被插入到该管中的测量设备上。该测试还可以如本说明书的别处的详细说明来进行。
VI.A.以上的系统可以被整合到包括多个步骤的一种制造和检查方法中。
VI.A.如前所述的图1显示了一种可能的方法的步骤的示意图(虽然本发明不限于一种单一的概念或方法)。首先在该站处或由设备24对该容器80进行视觉检查,这可以包括容器80的尺寸测量。如果发现了任何缺陷,则该器件或容器80被拒绝并且检查该橡胶圆盘或容器支架如38的缺陷,再循环或移开该圆盘或容器支架。
VI.A.下一步如在站26处测试了一个容器支架38和就位的容器80的组件的泄漏速率或其他特征,并且将其存储用于在涂覆之后进行比较。然后将该橡胶圆盘或容器支架38移到例如涂覆步骤28中。以例如13.56MHz的供电频率,用一种SiOx或其他阻挡涂层或其他类型的涂层来涂覆该器件或容器80。一旦被涂覆,再次测试该容器支架的泄漏速率或其他特征(这可以如在测试站26或一个双重或类似的站如30处的第二测试来进行,一个双重站的使用可以增加系统吞吐量)。
VI.A.可以将涂覆的测量与未涂覆的测量进行比较。如果这些值的比率超过了预设的所要求的水平,表明了一种可接受的总体涂层性能,该容器支架和器件继续移动。该值可以被要求是超过一个预定的极限的,在该极限处该器件被拒绝或被再循环而用于另外的涂覆。然后(对于没有被拒绝的器件),可以使用一个第二光学测试站34。在这种情况下,可以将一个点光源插入到管或容器80内部并且缓慢拉出,同时用该管外面的管状CCD检测器阵列取得测量结果。然后将数据进行计算分析以确定缺陷密度分布。基于这些测量结果,该器件或者被批准用于最后包装抑或被拒绝。
VI.A.使用统计过程控制技术可以将以上数据任选地记录或作图(例如以电子的方式)从而确保6-σ质量。
VI.B.依据检测通过阻挡层的容器壁的放气的容器检查
以下描述了用于通过放气测量来检查一个对象的一个阻挡层的方法。在该方法中,提供了至少部分地由一种第一材料(基底)制成的对象。该对象具有一个表面,并且任选地在该第一材料与该表面之间具有至少一个部分阻挡层。在所披露的技术的最宽方面,该阻挡层是任选的,这是因为在一个具体情况下,该容器可以被检查以确定它是否具有一个阻挡涂层。任选地,提供了一种充气材料,该材料溶解在该第一材料中、或被该第一材料吸收或吸附。在这种情况下使该对象与该充气材料相接触。然后从该表面的至少一部分测量放气。在有效确定一个阻挡层的存在或不存在的条件下进行该方法。
可以基于对应的流速的初始斜率来做出在“涂覆的”与“未涂覆的”之间的区分。这些流速斜率必须是通过以下而彼此可辨别的:(a)直接斜率计算(Δ流速/Δ时间)或(b)插入了根据流速对时间的曲线倒算的斜率的一种算法。在一个涂覆物品与一个未涂覆物品之间的斜率的差可以是非常小的从而是足以进行本发明,只要它们是可再现的(参见实例)。但是通常该差应该是至少0.1秒、更优选至少从0.3秒至10秒、甚至更优选至少从1秒至5秒。该斜率差的上限可以是几分钟,例如15或30分钟。典型地,该斜率差的范围是从1秒至15分钟、更典型地从1秒至1分钟、从1秒至30秒或从1秒至10秒。
在本说明书中的别处如关于图31进行说明的该6σ评估是用于区别通过或未能通过检查的非常有用的工具。在实例中由本发明的诸位发明人应用的σ数是六,并且这同样是用于进行本发明的最优选的数字。取决于所希望的可信度,然而该σ数可以是从2至8、优选从3至7、更优选从4至7或从5至7而变动的。可信度对σ数是一个折中:当进行本发明时如果更长的检查时间是可接受的,则可以得到更高的σ数。
所测量的挥发性物种可以是一种从该涂层释放的挥发性物种、一种从该基底释放的挥发性物种、或两者的组合。在一个方面,该挥发性物种是一种从该涂层释放的挥发性物种,任选地是一种挥发性涂层组分,并且进行该检查来确定该涂层的存在、特性和/或构成。另一方面,该挥发性物种是从该基底释放的一种挥发性物种并且进行该检查以确定该涂层的存在和/或该涂层的阻挡作用。具体地,该挥发性物种可以是一种大气组分,例如氮气、氧气、水、二氧化碳、氩、氦、氖、氪、氙或环境空气。
可以被提供有阻挡层的适合的对象的一些实例是薄膜或容器。一些具体的所考虑的容器是注射器或注射器筒、医学采样容器、管形瓶、安瓿、和/或具有一个闭合末端并且另一个开放末端的管,例如血液或其他医学采样管。
该对象可以是具有塑料(例如一种热塑性塑料)壁的一个容器。该第一材料(即形成该塑料壁的材料)可以包含、主要包括、或包括例如一种热塑性材料,例如一种聚酯,例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、或聚萘二甲酸乙二醇酯或它们的组合或共聚体。该第一材料可以包含、主要包括、或包括例如一种热塑性材料,例如一种烯烃聚合物,例如一种环烯烃共聚物(COC)、一种环烯烃聚合物(COP)、聚丙烯均聚物、一种聚丙烯共聚物、或它们的组合或共聚体。其他所考虑的第一材料包含聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、尼龙、聚氨酯、环氧树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基戊烯、一种离聚物树脂,例如
离聚物树脂。
在任何实施方案中,该第一材料可以包含环烯烃共聚物、主要包括环烯烃共聚物、或包括一种环烯烃共聚物树脂组合物。在这个实施方案中,“包括”不排除与该纯的环烯烃共聚物共混以制成完整的模制组合物的其他材料。“包括”的这个定义用于贯穿本说明书的所有材料。“包括”也不排除层状材料,该层状材料具有包括所指出的树脂组合物的至少一层以及不同的组合物的其他层。
在任何实施方案中,该第一材料可以包含聚对苯二甲酸乙二酯、主要包括由聚对苯二甲酸乙二酯、或包括一种聚对苯二甲酸乙二酯树脂组合物。
第一材料(例如用一种SiOx涂层涂覆的管的材料)与挥发性组分的一个特别优选的组合是COC与二氧化碳。
第一材料(例如用一种SiOx涂层涂覆的管的材料)与挥发性组分的一个特别优选的组合是PET与水。
第一材料(例如用一种SiOx涂层涂覆的管的材料)与挥发性组分的另一个优选的组合是COC与氩。
在任何实施方案中,该阻挡层可以包含或包括SiOx,其中x是从大约1.5至大约2.9,或在本说明书中的别处所述的任何其他适合的材料。该“阻挡层”可以是具有一些其他主要功能的一个层,如赋予润滑性、疏水性、或其他表面特性,如本说明书中所述的任何层。可以使用在本说明书中所述的用于施加一个阻挡层的任何方法。
该充气材料可以是协助测量放气(通过提供一种气体以从该材料中放气)的任何材料。所考虑的一些非限制性的实例是一种大气组分,例如氮气、氧气、水、二氧化碳、氩、氦、氖、氪、氙或环境空气。在此所考虑的另一种类型的充气材料包括一种用来形成该阻挡层的加工材料。例如,该充气材料可以包括一种有机硅材料,例如八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氧烷、或本说明书中所披露的作为前体或加工材料的任何其他气体。所考虑的另一种类型的充气材料是一种例如在涂覆工艺中所使用的载气。
该阻挡涂层任选地可以在该充气材料被接触之前、在该充气材料被接触之后、在该充气材料被接触的同时、或在两个或更多个这些阶段被施加或呈现。
该接触步骤能以不同方式进行,如通过将该对象暴露于一个含有充气材料的体积。接触可以通过将该对象暴露于含有充气材料的环境空气来进行。一种考虑的充气材料是水,能够以湿空气的形式提供。接触可以例如在测量放气之前进行,通过将该阻挡层与处于35%至100%、任选地40%至100%、任选地40%至50%、任选地至少50%、任选地至少60%、任选地至少70%、任选地至少80%、任选地至少90%、任选地至少95%、任选地100%的相对湿度的空气进行接触。
将该对象与充气材料的接触可以是通过将该物品暴露于一种包含充气材料的气体、或通过将该对象暴露于一种包含该充气材料的液体来进行的。
一个示例性的接触时间是从0.1秒至一小时、任选地从1秒至50分钟、任选地从10秒至40分钟、任选地从1分钟至三十分钟、任选地从5分钟至25分钟、任选地从10分钟至20分钟。然而,该接触时间还可以是更短得多的。为了达到更短的接触时间(例如短于实例的12分钟)的一种选项是增加将该对象与该充气材料进行接触过程中的温度。这种温度增加可以加速该接触材料扩散通过已检查的物品(例如通过一种塑料基底)。例如,当该温度被增加到30°C与40°C之间的温度时,CO2通过PET瓶壁的扩散被大大增加了。
用于充入CO2的典型的参数和条件在用于充入CO2的基本方案中指出。当进行充气时,其中给出的参数可以按+/-50%或更小而变化。如果适当的话,考虑到在此所述的其他充气材料的不同理化特性而进行修改的类似的条件适合用于进行所述其他充气材料之一的充入。
未涂覆的物品相对于涂覆的塑料物品(例如涂覆有一个阻挡层的物品)在放气测量(包括向该物品加入一种根据本发明的充气材料)方面的增强的区分依赖于该塑料物品将吸取气体到树脂中用于后续放气测量的能力(以微克/分钟),这在实例中使用Ar、N2或CO2作为充气材料而得以证明。在塑料中的气体的溶解度是可以存在于一种塑料树脂中的气体的量的关键决定因素,并且因此对于一种特定充入气体的潜势进行良好的估计以便提供良好的未涂覆物品相对于涂覆物品的区分。虽然在塑料树脂中的不同气体溶解度的实验测定是非常有限的,对于玻璃状聚合物,由Van Amerongen,Michaels和Bixler(D.W.Van Krevelen,聚合物特性(Properties of Polymers),Elsivier,3rd Ed.,1990,pp538-542,以及其中的参考文献)已经确定了在气体溶解度(S)与伦纳德-琼斯气体温度[=气体势能常数(ε)除以玻耳兹曼常数(k)]之间的线性关系(等式1),具有的准确度为+/-0.6。
log S(298)=-7.4+0.010*(ε/k)(等式1)
表H是气体(包括实例中所使用的气体二氧化碳、氩以及氮)、它们的伦纳德-琼斯气体温度(ε/k比率)、计算的log S参数、以及最大分离的未涂覆的比SiOx涂覆的ATC(微克/分钟)信号的平均比率的一个列表。作图计算的log S对二氧化碳、氩、以及氮的实验ATC比值(图5)表明了具有较高气体溶解度的气体是优选的并且具有较低气体溶解度的气体是较不优选的。
换言之,具有较大溶解度的气体(在表H中进一步向下)提供了阻挡层涂覆基底相对于未涂覆基底的更好分离(基于放气测量)。
表H.气体、伦纳德-琼斯温度、计算的log S(298)以及未涂覆的/SiOx涂覆的ATC响应的列表。
*来自表F和G和图63的比率
相同的原则应用于其他涂层或区分显示出不同气体吸收和吸附的不同材料。
因此,在本发明的背景下优选使用一种在被检查的塑料材料中具有良好溶解度的充入气体。为了增加测试灵敏度,该充气材料可以补充有在塑料中具有较高溶解度的充气材料或被其代替。
在本发明的一个具体方面,在表H中列出的材料中选择了充气材料。
在另一个具体方面,它是选自具有大于-7.5、优选大于-7、甚至更优选大于-6.9的log S的气体的组。在一个具体的实施方案中,该充入气体具有的log S的范围是从-7.5至-4.5、优选从-6.9至-5.1。
例如通过在表面上抽成至少部分真空并且测量来自表面的放气的流速来可以进行来自至少一部分表面的放气的测量。考虑了在本说明书中所述的任何放气测量。
放气可以在从0.1托到100托、任选地从0.2托到50托、任选地从0.5托到40托、任选地从1托到30托、任选地从5托到100托、任选地从10托到80托、任选地从15托到50托的压力下例如通过在放气测量过程中在涂覆表面上抽真空来测量。
放气可以在从-10°C至150°C、任选地从0°C至100°C、任选地从0°C至50°C、任选地从0°C至21°C、任选地从5°C至20°C的温度下测量。取决于第一材料(基底)的理化特性以及所测量的放出的气体,其他温度也可以是适合的。一些材料(像COC)在提高的温度下具有较高的渗透性,然而同样重要的是不要将它们太过加热以至于引起变形。例如,对于COC(它具有的玻璃化转变温度的范围是从大约70°C至大约180°C),假如它保持低于玻璃化转变温度并且避免了变形,对于放气测量的温度可以是大约80°C或更高的。
在本说明书中所述的任何实施方案中,该第一材料任选地可以是以具有一个壁(具有一个外表面和一个内表面)的容器的形式来提供的,该内表面围绕一个内腔。任选地,该阻挡层可以被置于该容器壁的内表面上。
任选地,通过至少部分抽空该内腔,可以提供一个跨过该阻挡层的压差。这可以例如通过将该内腔经由一个管道连接到一个真空源上从而至少部分地抽空该内腔来完成。
可以提供一个连通在该内腔与该真空源之间的放气测量池。
可以通过测定每间隔时间段通过该阻挡层的放出的材料的体积来测量放气。
可以使用微流量技术来测量放气。
放气可以被测量为放出的材料的质量流速。
可以按分子流动运行方式来测量放气。
可以使用如本说明书中所述的微悬臂技术来测量放气。
任选地,可以提供一个跨过该阻挡层的压差,这样使得至少一部分的放气的材料是在该阻挡层的高压侧。在另一个选项中,可以允许放出的气体在没有提供一个压差下进行扩散。测量了放出的气体。如果提供一个跨过该阻挡层的压差,可以在该阻挡层的高压或低压侧测量放气。
VI.B.此外,测量内部涂层(以上所施加的)的效力可以通过测量特定种类的或吸附的材料在器件的壁(在涂覆之前)中的扩散速率来进行。当与未涂覆的(未处理的)管进行比较时,这种类型的测量可以提供该涂覆或处理的阻挡或其他类型的特性、或涂覆或处理的存在或不存在的直接测量。所检测的涂覆或处理(除了是一个阻挡层之外或代替一个阻挡层)可以是一个润滑层、一个疏水层、一个装饰涂层、或其他类型的改变了该基底的放气的层(通过增加或减少它)。
VI.B.在本披露中在“渗透”、“泄漏”、以及“表面扩散”或“放气”之中作出了区分。
如在此所使用的参照一个容器的“渗透”是一种材料通过一个壁346或其他障碍物的横越,如沿着图29中的路径350或该路径的反向从容器的外侧到内侧或反之亦然。
放气是指一种吸收的或吸附的材料如气体分子354或357或359从图29中的壁346或涂层348之内向外移动例如通过涂层348(如果存在的话)并且进入容器358(到达图29中的右侧)。放气还可以是指一种材料如354或357从壁346(图29中所示的左侧)移出,从而到达如所展示的容器357的外部。放气还可以是指从一个物品的表面去除吸附的材料,例如来自阻挡涂层90的暴露的表面的气体分子355。
泄漏是指一种材料在由壁346和涂层348表示的障碍物周围移动而不是移动通过或离开该障碍物的表面,如通过在一个闭合件与用闭合件闭合的一个容器的壁之间。
VI.B.渗透表明了气体移动通过一种材料的速率,没有间隙/缺陷并且没有涉及泄漏或放气。参照图29,显示了一个容器壁或具有一个阻挡涂层348的其他基底346,渗透是一种气体沿着路径350完全通过该基底346和涂层348的横越,该路径通过这两个层。渗透被认为是一种热力学的、因此相对缓慢的过程。
VI.B.渗透测量是非常慢的,这是由于渗透气体必须完全穿过该塑料物品的整个壁。在真空采血管的情况下,气体通过其壁的渗透的测量常规地被用作该容器随着时间过去失去真空的倾向的直接指示,但是通常是一个极缓慢的测量,通常需要6天的测试持续时间,因此不是足够快速的从而不能支持在线涂覆检查。这样的测试通常用于离线测试容器样品。
VI.B.对于在一种厚基底上的一种薄涂层的阻挡效力,渗透测试同样不是一种非常灵敏的测量。由于所有的气体流动是通过该涂层和该基底两者,在流动通过该厚基底方面的变化将引入不是由于涂层本身的阻挡效力引起的变化。
VI.B.诸位发明人发现了更快的并且潜在更灵敏的测量一个涂层的阻挡特性的方法——测量在该容器壁中的快速分离的气体或其他气态的或挥发性组分通过该涂层的放气。这些气态的或挥发性组分可以是事实上放气的任何材料,或可以是选自有待检测的一种或多种具体材料。这些组分可以包括但不局限于:氧气、氮气、空气、二氧化碳、水蒸气、氦、挥发性有机材料(如醇、酮、烃、卤代烃、醚)、涂层前体、基底组分、涂层制备的副产物如挥发性有机硅、涂覆基底制备的副产物、碰巧出现的或通过掺加基底而引入的其他组分、或任何这些的混合物或组合。
放气可以提供对于一个涂层如348的的存在和阻挡特性的更快的测量(与渗透相比)。因为气体不需要穿过图29中的壁346的整个厚度,放气是更快速的测试。它可以存在于接近容器的阻挡涂层348或内表面(如果不存在涂层)的壁346之内,这样它可以横越非常小比例的壁346的厚度。由于该阻挡涂层是比容器壁薄数千倍,通过降低该气体在它在容器中可检出之前必须穿过的壁厚度,测量放气实际上去除了所有的对于渗透测试所要求的延迟。降低有待移动的距离降低了行程的长度。
通过向有待测试的表面充入一种容易被该容器壁吸收的但是不容易被该阻挡涂层吸收的气体,可以使放气更灵敏并且因此更快。将有待测试的容器的内部暴露于该充入气体,然后测试放气。如果存在一个有效的阻挡涂层,由于阻挡涂层会阻断气体进入容器壁,将充入非常少的气体。如果不存在阻挡涂层,该充入气体将以实质性的比例被该容器壁吸收,甚至在非常短的时间段内。进入该壁的气体的量以及一个阻挡涂层的存在或不存在将决定进入该容器内部的放气的量。
最后,测量放气的方法将决定它可以多么快地进行测量。优选的测量技术被称为微流量技术。在本发明中所使用的微流量技术允许该阻挡涂层的存在和效力在几秒钟内(可能在一秒钟内或更短的时间内)被证实。
已经发现,该放气方法可以在几秒钟内、并且甚至在小于1秒钟内区分出涂覆塑料管和未涂覆塑料管。
表面扩散和放气是同义词。每个术语都是指最初吸附在一个壁346(如一个容器的壁)上的或吸收在该壁中的流体,并且通过一定的动力引起该流体穿入邻近的空间,如在具有一个壁的容器内抽真空(产生了如图29的箭头352所示的空气运动)从而迫使流体流出该壁进入到该容器的内部。放气或扩散被认为是一个动力学的、相对快速的过程。所考虑的是,对于具有对沿着路径350的渗透的实质性阻力的一个壁346,放气将快速地移出如354的分子,这些分子接近于在壁346与阻挡层348之间的界面356。通过大数量的分子(如作为放气显示的在界面356附近的354),并且通过大数量的其他分子(如与界面356较远的并且没有作为放气显示的358),表明了差别放气。
VI.B.因此,考虑了用于检查在放出蒸气的材料上的阻挡层的又另一种方法,包括若干步骤。提供了一个样品材料,该材料放出一种气体并且具有至少部分阻挡层。提供了一个跨过该阻挡层的压差,这样使得至少一部分的初始放气的材料是在该阻挡层的高压侧。测量在一个测试过程中被运送到该阻挡层的低压侧的放出的气体,以确定这样的信息,如该阻挡层是否存在或它作为阻挡层的有效程度。
VI.B.在这种方法中,放出气体的材料可以包括一种聚合物化合物、一种热塑性塑料配混料、或具有两者特性的一种或多种化合物。放出气体的材料可以包括聚酯,例如聚对苯二甲酸乙二酯。放出气体的材料可以包括一种聚烯烃,如聚丙烯、一种环烯烃共聚物这两个例子,或这些的组合。放出气体的材料可以是两种不同材料的复合材料,这两种材料的至少一种放出蒸气。一个例子是聚丙烯与聚对苯二甲酸乙二酯的双层结构。另一个例子是环烯烃共聚物与聚对苯二甲酸乙二酯的双层结构。这些材料和复合材料是示例性的;可以使用任何适合的材料或材料的组合。
VI.B.任选地,放出气体的材料是以具有一个壁(具有一个外表面和一个内表面)的容器的形式来提供的,该内表面围绕一个内腔。在这个实施方案中,该阻挡层任选地被置于该容器壁上、任选地置于该容器壁的内表面上。该阻挡层可以或还被置于该容器壁的外表面上。任选地,放出气体的材料能够以一种薄膜的形式来提供。
VI.B.该阻挡层可以是任何目前所述的阻挡层的完全或部分涂层。该阻挡层可以是小于500nm厚、或小于300nm厚、或小于100nm厚、或小于80nm厚、或小于60nm厚、或小于50nm厚、或小于40nm厚、或小于30nm厚、或小于20nm厚、或小于10nm厚、或小于5nm厚。典型地,当它是一种SiOx阻挡层时,它可以是大约20nm至30nm厚。
VI.B.在涂覆壁的情况下,诸位发明人发现扩散/放气可以用于确定涂层完整性。任选地,通过至少部分地抽空该容器的内腔或内部空间,可以提供一个跨过该阻挡层的压差。这可以例如通过将该内腔经由一个管道连接到一个真空源上从而至少部分地抽空该内腔来完成。例如,在抽真空后,已经暴露于环境空气的一个容器的一个未涂覆PET壁346将从它的内部表面放出一定量的氧气和其他气体分子如354持续一定的时间。如果将相同的PET壁在内部涂覆有一种阻挡涂层348,则该阻挡涂层将停止、减慢、或降低这种放气。例如一个SiOx阻挡涂层348确实如此,该涂层的放气少于一个塑料表面。通过测量涂覆PET壁与未涂覆PET壁之间的这种放气差别,可以快速地确定就放出的材料而言涂层348的阻挡作用。
VI.B.如果由于已知的或理论的孔、裂缝、间隙或不足厚度或密度或组成的区域而引起阻挡涂层348是有缺陷的,则该PET壁将优先地通过缺陷之处进行放气,由此增加了放气的总量。所收集的气体的原始来源是来自接近于该涂层的塑料物品的(下)表面中的溶解的气体或可蒸发的组分,而不是来自该物品的外部。能够以不同的方式测量超过一个基本水平的放气的量(例如由一个不具有缺陷、或具有最低可达到的程度的缺陷、或具有平均的并且可接受程度的缺陷的一个标准涂层通过或释放的量)以确定该涂层的完整性。
VI.B.这种测量可以例如通过提供一个连通在该内腔与该真空源之间的放气测量池来进行。
VI.B.该测量池可以实现多种不同测量技术中的任何一种。适合的测量技术的一个实例是微流量技术。例如,可以测量放出的材料的质量流速。可以按分子流动运行方式来进行该测量。一种示例性的测量是每间隔时间段通过该阻挡层放出的气体的量的测定。
VI.B.可以在有效区分阻挡层的存在或不存在的条件下测量在该阻挡层的低压侧放出的气体。任选地,有效区分该阻挡层的存在或不存在的条件包括小于一分钟、或小于50秒、或小于40秒、或小于30秒、或小于20秒、或小于15秒、或小于10秒、或小于8秒、或小于6秒、或小于4秒、或小于3秒、或小于2秒、或小于1秒的测试持续时间。
VI.B.任选地,在以上所鉴定的任何时间间隔内,对于该阻挡层的存在或不存在的测量可以被证实到至少6-σ的确定性水平。
VI.B.任选地,在阻挡层的低压侧的放出的气体是在有效确定该阻挡层的阻挡改进因子(barrier improvement factor,BIF)的条件下测量的(与不具有阻挡层的相同材料相比)。可以例如通过以下步骤来测定BIF:通过提供两组相同的容器、将阻挡层加入到一组容器中、测试具有阻挡层的容器上的阻挡特性(如以每分钟微克数或另一种适合的量度计的放气速率)、在不存在阻挡层的容器上进行相同的测试、以及取得具有阻挡层的材料与不具有阻挡层的材料的特性的比率。例如,如果通过阻挡层的放气速率是在不具有阻挡层下的放气速率的三分之一,则该阻挡层具有的BIF为3。
VI.B.任选地,在其中存在多于一种类型的气体的情况下(如在放出的气体是氮气和氧气两者的情况下)可以测量多种不同气体的放气。任选地,可以测量实质上所有的或所有的所放出气体的放气。任选地,如通过使用物理量度(像所有气体的合并的质量流速),可以同时测量实质上所有的所放出气体的放气。
VI.B.相比于气压计测试,可以更快速地完成从样品放出的单独的气体种类(如氧气、氦、CO2或水蒸气)的分压数的测量,但是测试的速率降低到仅有一部分是所测量的种类的放气的程度。例如,相比于测量了从容器壁放出的所有的种类的同样灵敏的测试,如果氮和氧以大约4:1的气氛比例从PET壁中释放出来,但是仅测量了氧放气,则该测试将需要运行五倍长的时间(为了获得足够统计质量的结果,就被检测的分子数而言)。
VI.B.对于一个给定水平的灵敏度,所考虑的是这样一种方法,该方法说明了从表面放出的所有种类的体积将比测量一个特定种类(如氧原子)的放气的测试更快地提供所希望的可信度。因此,可以产生用于在线测量的具有实际效用的放气数据。此类在线测量可以任选地在所制造的每个容器上进行,从而降低了特质的或分离的缺陷的数目并且潜在地消除了它们(至少在测量时)。
VI.B.在一个实际的测量中,改变表观的放气量的一个因素是当在放气测试中抽真空时穿过一个有缺陷的密封件(如就位在一个真空接收座上的容器的密封件)的泄漏。泄漏表示一种流体绕行该物品的一个固体壁,例如流体穿过一个采血管与它的闭合件之间、一个注射器柱塞与注射器筒之间、一个容器与它的帽之间、或一个容器口与一个在其上固定该容器口的密封件之间(由于缺陷的或错误固定的密封件)。单词“泄漏”通常是指气体的运动/气体通过塑料物品中的一个开口。
VI.B.可以将泄漏和(在一个给定的情况下如果必要的话)渗透考虑为放气基本水平的因素,这样可接受的测试结果确保了该容器被适当地就位在真空接收座上(因此它的就位的表面是完整的并且适当地成形并定位的),该容器壁不支持不可接受的水平的渗透(因此该容器壁是完整的并且适当地成形的),并且该涂层具有足够的阻挡完整性。
VI.B.能够以不同的方式测量放气,如通过气压计测量(在抽成初始真空后,测量在一个给定的时间量内该容器内的压力变化)或通过测量从样品放出的气体的流速或分压。以分子流动运行方式测量质量流速的装备是可得的。采用微流量技术的这种类型的可商购的装备的一个实例是从ATC,Inc.,Indianapolis,IN可得的。参见美国专利号5861546、6308556、6584828以及EP1356260,将它们通过引用结合在此,用于进一步描述这种已知的装备。还参见EP2251671A2中的实例8,显示了用于非常快速地并且可靠地进行区分阻挡层涂覆的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)管与未涂覆的管的放气测量的一个实例。
VI.B.对于由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成的容器,SiOx涂覆的表面相对于未涂覆的表面的微流速是很不同的。例如,在EP EP2251671A2中的操作实例8中,在测试运行30秒之后,对于PET的微流速是8微克或更多,如图31中所示。相比于对于SiOx涂覆的PET所测量的速率(在测试已经运行30秒后小于6微克),对于未涂覆的PET的速率要高得多,还是如在图31中所示。
VI.B.对于流速的这种差异的一个可能的解释是,未涂覆的PET包含大致0.7%的平衡湿度;相信这种高湿含量引起了所观察的高微流速。对于一种SiOx涂覆的PET塑料,该SiOx涂层比未涂覆的PET表面具有更高水平的表面湿度。然而在测试条件下,该阻挡涂层被认为阻止了从本体PET塑料另外地解吸湿气,导致了较低的微流速。来自未涂覆的PET塑料相对于SiOx涂覆的PET的氧或氮的微流速将同样被预期是可区别的。
VI.B.当使用其他材料时,修改以上用于PET管的测试可能是适当的。例如,聚烯烃塑料倾向于具有很小的湿含量。具有低湿含量的一种聚烯烃的一个实例是
环烯烃共聚物(COC),具有比PET低得多的平衡湿含量(0.01%)和湿气渗透速率。在COC的情况下,未涂覆的COC塑料可以具有与S iO
x涂覆的COC塑料类似的、或甚至更小的微流速。这最可能是由于SiO
x涂层的更高的表面湿含量以及未涂覆的COC塑料表面的更低的平衡本体湿含量和更低的渗透速率。这使得未涂覆的和涂覆的COC物品的区别更困难。
本发明显示的是,有待测试的COC物品(未涂覆的和涂覆的)的表面暴露于湿气导致了在未涂覆的与SiOx涂覆的COC塑料之间的改进的并且一致的微流分离。这显示在EP2251671A2的实例19和图57中。这种湿气暴露可以只是暴露于范围从35%-100%的相对湿度,或者在一个受控的相对湿度空间内,或直接暴露于加温的(增湿器)或冷的(蒸发器)湿气源,其中后者是优选的。
VI.B.本发明的有效性和范围不是根据这种理论的准确度受到限制,相对于已经饱和的SiOx涂覆的COC表面,湿气掺杂或未涂覆的COC塑料的掺加显得其湿度或其他可放气的内容物增加。这还可以通过将涂覆的和未涂覆的管暴露于包括二氧化碳、氧气、氮气、水蒸气的其他气体或它们的混合物(例如空气)来完成。当这些管是由COC制成的时,二氧化碳暴露(或“掺加”)在这点上是特别有效的。
VI.B因此,在测量放出的气体之前,可以使阻挡层与水例如水蒸气进行接触。可以通过例如使阻挡层与空气在35%至100%、可替代地40%至100%、可替代地40%至50%的相对湿度下进行接触来提供水蒸气。代替水或除了水之外,可以使阻挡层与氧气、氮气、或氧气与氮气的混合物(例如环境空气)进行接触。还可以使用其他材料来测试放气,包括二氧化碳、氮和惰性气体(例如氩)。接触时间可以是从0.1秒至一小时,任选从1秒至50分钟,任选从10秒至40分钟,任选从1分钟至三十分钟,任选从5分钟至25分钟,任选从10分钟至20分钟。
可替代地,将会放气的壁346可以从一个阻挡层348的相对侧被掺加或补充,例如通过将图11中所示的壁346的左侧暴露于将进气(ingas)到壁346中的一种材料,然后在图29中所示的左侧或右侧放气。通过进气从左侧掺加一个壁或其他材料如346,然后测量掺加的材料从右侧(或反之亦然)的放气是区别于渗透测量的,因为当测量放气时,该材料被掺加在壁346之内,与移动通过该壁的全部路径350的材料相反(当正在测量通过涂层出现的气体时)。进气可以发生在一个长的时间段内,正如施加涂层348之前的一个实施方案,以及正如施加涂层348之后并且在对它测试放气之前的另一个实施方案。
VI.B.增加在未涂覆塑料和SiOx涂覆塑料之间的微流响应的分离的另一种可能的方法是改变测量压力和/或温度。当测量放气时增加压力或降低温度可以导致水分子在例如SiOx涂覆的COC中比在未涂覆的COC中的更大的相对结合。因此,放出的气体可以在从0.1托到100托、可替代地从0.2托到50托、可替代地从0.5托到40托、可替代地从1托到30托、可替代地从5托到100托、可替代地从10托到80托、可替代地从15托到50托的压力下进行测量。放出的气体可以在从-10°C至150°C、任选地从0°C至100°C、任选地从0°C至50°C、任选地从0°C至21°C、任选地从5°C至20°C的温度下测量。对于COC,温度可以是大约80°C或更高。
另一个具体的实施方案是通过测量二氧化碳注入或COC物品或表面的充入用于区分等离子体涂覆的COC塑料物品或表面相对于未涂覆的物品或表面的一种改进的系统和一种改进的方法。
与具有实质上溶解的湿气(大约0.1-0.2重量百分比)的PET树脂相反,环烯烃共聚物(COC)组合物,包括TOPAZ牌树脂,具有低得多的平衡湿度(大约0.01%)。使用湿气放气的用于区分未涂覆的与等离子体涂覆的COC的放气速率的微流分析是更困难的。
已经发现,二氧化碳(CO2)注入或充气到COC物品或表面中提供了未涂覆的与等离子体涂覆的注塑模制COC物品之间的改进的微流信号分离。这种增加的区分将提供用于性能优化的涂层均匀性的更好的测定以及可接受的或不能接受的涂覆的物品的实时在线评定的更快的区分。因此,CO2是优选的用于进行该放气方法的充气材料,该方法包括给根据本发明的检查的物品进行充气。
用于使用充气材料的优选条件、例如用于使用CO2作为充气材料的条件如下:
充气时间:0.1秒至一小时,任选从1秒至50分钟,任选从10秒至40分钟,任选从一分钟至三十分钟,任选从5分钟至25分钟,任选从10分钟至20分钟。特别考虑了12-14分钟的充气时间。
充气压力:从16磅/平方英寸(1大气压)到48磅/平方英寸(3大气压),优选从20磅/平方英寸到30磅/平方英寸,并且25磅/平方英寸是特别优选的。当进行充气时,高于3atm的压力不是令人希望的,由于这样该涂覆的容器和该涂层可能被拉伸,导致涂层和/或基底中的缺陷(如裂缝和膨胀)。
用于充入CO2的典型的参数和条件在用于充入CO2的基本方案中指出。当进行充气时,其中给出的参数可以按+/-50%或更小而变化。如果适当的话,考虑到在此所述的其他充气材料的不同理化特性而进行修改的类似的条件适合用于进行所述其他充气材料之一的充入。
可以将CO2或其他充气材料在涂覆后立即充入到该涂覆的物品中。
所考虑的对于改进的未涂覆的对等离子体涂覆的放气区分(使用微流方法)的其他注入或充气气体将特有地具有低的大气天然丰度以及在COC树脂中的高溶解度,这些气体包括但不限于氦、氩、氖、氢以及乙炔。然而,如实例中所示,还可以成功地使用N2。在标准温度和压力(760托)下是液体但是在分析条件(例如大约1-5托)下是蒸气的流体同样可以被认为是用于分析的替代候选物,例如六甲基二硅氧烷以及类似的挥发性有机硅种类、以及卤代烃如二氯甲烷。
在微流量测量步骤过程中,可以完成CO2作为一种吹扫气体注入或充入塑料物品中,作为等离子体涂覆操作中的一个最终步骤的一部分,或作为一个分开的操作。
VI.B.在本披露的任何实施方案中,对于测量放气所考虑的一种方法是采用一种微悬臂测量技术。这样一种技术被考虑用来允许测量放气中的更小的质量差,有可能在10-12g(皮克)至10-15g(飞克)的数量级上。这种更小的质量检测允许在小于1秒内、任选地小于0.1秒内、任选地在微秒左右进行涂覆表面相对于未涂覆表面连同不同涂层的区分。
VI.B.在一些情况下,通过由于分子吸收引起弯曲或另外地移动或改变形状,微悬臂(MCL)传感器可以响应于一种放出的或另外提供的材料的存在。在一些情况下,微悬臂(MCL)传感器可以通过在共振频率方面的改变而进行响应。在其他情况下,这些MCL传感器能以这些方式两者或以其他方式进行改变。它们可以在不同环境下操作,如气体环境、液体或真空。在气体中,微悬臂传感器可以作为一个人工鼻来操作,由此八个聚合物涂覆的硅悬臂的一个微制造阵列的弯曲模式是来自溶剂、调味剂、以及饮料的不同的蒸气的特征。还可以考虑使用任何其他类型的通过任何技术操作的电子鼻。
已经应用并且考虑了一些MCL电子设计(包括压敏电阻的、压电的、以及电容的方法)来测量MCL经暴露于化学品后的活动、形状变化、或频率变化。
VI.B.测量放气的一个具体实例可以如下进行。提供至少一个微悬臂,该微悬臂具有在一种放出的材料存在时移动或改变成不同形状的特性。在有效引起该微悬臂移动或改变成不同形状的条件下,将该微悬臂暴露于该放出的材料。然后检测该移动或不同形状。
VI.B.作为一个实例,这种移动或不同形状可以通过反射来自移动或改变形状的微悬臂的一部分一个高能入射束(在将该微悬臂暴露于放气之前或之后)、并且测量在与该微悬臂间隔的一个点处产生的反射束的偏转来进行检测。该形状是任选地在一个与该悬臂间隔的一个点处测量的,这是因为在给定的条件下束的偏转量是与该测量点与束的反射点之间的距离成比例的。
VI.B.一个高能入射束的几个适合的实例是一种光子束、一种电子束、或这些的两种或更多种的组合。可替代地,两种或更多种不同的束可以从MCL沿着不同的入射和/或反射路径而反射,以从一个以上的视角来确定移动或形状改变。一个具体考虑的高能入射束的类型是一种相干光子束,如一种激光束。在本说明书中所讨论的“光子”被包含地定义以包括波能连同粒子或光子能量本身。
VI.B.一个替代的测量实例利用了某些MCL当遇到一种环境材料时改变共振频率的特性,该环境材料处于一个有效完成共振频率改变的量。这种类型的测量可以如下进行。提供至少一个微悬臂,当一种放出的材料存在时该微悬臂以一个不同的频率共振。在有效引起该微悬臂以一个不同的频率共振的条件下,可以将这个微悬臂暴露于该放出的材料中。然后通过任何适合的方法检测该不同的共振频率。
VI.B.作为一个实例,可以在将该微悬臂暴露于放气之前或之后通过将能量输入到微悬臂中以诱导它共振来检测该不同的共振频率。测定了在暴露于放气之前和之后的MCL的共振频率之间的差。可替代地,代替测定共振频率的差,当存在足够浓度或量的一种放气的材料时可以提供一种已知具有某一共振频率的MCL。使用一个谐振传感器检测了该不同的共振频率或检测到表明存在足量的放出的材料的共振频率。
作为使用MCL技术来测量放气的一个实例,可以将一个MCL设备合并到一个石英真空管中,该石英真空管连接到一个容器和一个真空泵上。可以构建一种谐振传感器,该传感器使用一个可商购的压阻悬臂、多个惠斯登电桥电路、一个正反馈控制器、一个激发压电致动器以及一个锁相环路(PLL)解调器。参见,例如,
Hayato Sone,Yoshinori Fujinuma和Sumio Hosaka使用悬臂的共振频率偏移的皮克质量传感器(Picogram Mass Sensor UsingResonance Frequency Shift of Cantilever),Jpn.J.Appl.Phys.43(2004)3648;
Hayato Sone,Ayumi Ikeuchi,Takashi Izumi,Haruki Okano和Sumio Hosaka Femtogram使用自传感悬臂的用于过敏检查的质量生物传感器(Mass Biosensor Using Self-Sensing Cantilever for AllergyCheck),Jpn.J.Appl.Phys.43(2006)2301)。
为了制备用于检测的MCL,可以用明胶涂覆微悬臂的一侧。参见,例如Hans Peter Lang,Christoph Gerber,对(生物)分子体系的STM和AFM研究:拆散纳米世界(STM and AFM Studies on(Bio)molecularSystems:Unravelling the Nanoworld),当今化学话题(Topics inCurrent Chemistry),卷285/2008。从真空涂覆容器表面脱附的水蒸气与明胶结合,引起该悬臂弯曲以及它的共振频率的改变,正如通过来自该悬臂的一个表面的激光偏转所测量的。未涂覆容器相对于涂覆容器的质量的变化在秒的小数位内被认为是可分辨的并且是高度可再现的。以上引用的物品连同悬臂梁技术对于它们的可以用于检测并且量化放气的种类的特定MCL和装备布置的披露通过引用结合在此。
代替以上所述的明胶涂层或除了以上所述的明胶涂层之外,可以将用于湿气检测(磷酸)或氧气检测的可替代的涂层施加到MCL上。
VI.B.进一步考虑的是,任何目前所考虑的放气测试装置可以与一个涂覆站相结合,该涂覆站例如是一个可以提供SiOx涂层的PECVD涂覆站。在这样一种布置中,测量池362能够如以上所展示,使用了用于PECVD的主真空通道作为旁路386。在一个实施方案中,通常可以将如图30的362所示的测量池结合在一个容器支架如50中,其中该旁路通道386被配置为主真空管道94并且该测量池362是一个侧通道。
VI.B.测量池362与容器支架50的这种组合将任选地允许进行放气测量,而没有破坏用于PECVD的真空。任选地,用于PECVD的真空泵将被操作一个短的、任选标准量的时间以泵出一些或所有的在涂覆步骤之后剩余的残留反应物气体(抽真空小于一托,另一个选项是在抽真空之前允许少量的空气、氮气、氧气、或其他气体吹洗(flush out)或稀释这些工艺气体)。这将促进该容器的涂覆与该涂层的存在和阻挡水平的测试的组合过程。
VI.B.在综述本说明书之后,本领域的普通技术人员将进一步理解到,放气测量可以用于多种目的(不同于确定一个阻挡层的效力或除此之外)。举一个例子,该测试可以用在未涂覆容器或涂覆容器上以确定容器壁的放气程度。例如这种测试可以用在其中需要一种未涂覆聚合物以放出少于一个特定量的气体的情况下。
VI.B.另一个例子,这些放气测量可以用在阻挡层涂覆薄膜或未涂覆薄膜上,或者作为一种静态测试或者作为一种在线测试以测量一个薄膜当它横越测量池时在放气方面的变化。该测试可以用于确定其他类型的涂层的连续性或阻挡效力,这些涂层如铝涂层或EVOH阻挡涂层或包装薄膜层。
VI.B.这些放气测量还可以用来确定施加到一个容器壁、薄膜等的一侧上的一个阻挡层(与测量池相对)的效力,如施加到一个容器壁的外侧上的并且用于探询到容器壁的内部的放气的一个阻挡层。在这种情况下,该流动差将用于渗透通过该阻挡涂层,随后渗透通过该基底薄膜或壁。在基底薄膜或壁是相当容易渗透的情况下(如一个非常薄的或多孔的薄膜或壁),这种测量将是特别有用的。
VI.B.这些放气测量还可以用来确定一个阻挡层的效力,该阻挡层是一个容器壁、薄膜等的一个内层,在这种情况下该测量池将检测通过邻近测量池的层的任何放气加上通过一个或多个层(与测量池的距离比与阻挡层的距离更远)的阻挡层的放气。
VI.B.这些放气测量还可以用来确定一种模式的阻挡材料对一种放气材料的覆盖百分比,如通过确定部分阻挡层涂覆的材料的放气程度作为预期的放气量的比例(如果在任何部分的材料上没有阻挡层存在)。
VI.B.用本说明书中的任何放气测试实施方案可用的、可以用于增加测试一个容器的放气的速率的一种测试技术是降低容器的空体积,如通过插入一个柱塞或闭合件到该容器中以降低被测试的容器部分的空体积。降低空体积允许容器被更快地抽真空到一个给定的真空水平,因此降低了测试时间间隔。
VI.B.在综述本说明书之后,目前所述的放气测量以及所有其他所述的阻挡层测量技术的多种其他应用对于普通技术人员将是明显的。
VI I.PECVD处理的容器
VI I.所考虑的容器具有一个阻挡涂层90(例如在图2中示出),它可以是一个施加的SiOx涂层,施加的厚度为至少2nm、或至少4nm、或至少7nm、或至少10nm、或至少20nm、或至少30nm、或至少40nm、或至少50nm、或至少100nm、或至少150nm、或至少200nm、或至少300nm、或至少400nm、或至少500nm、或至少600nm、或至少700nm、或至少800nm、或至少900nm。该涂层可以是高达1000nm、或至多900nm、或至多800nm、或至多700nm、或至多600nm、或至多500nm、或至多400nm、或至多300nm、或至多200nm、或至多100nm、或至多90nm、或至多80nm、或至多70nm、或至多60nm、或至多50nm、或至多40nm、或至多30nm、或至多20nm、或至多10nm、或至多5nm厚。清楚地考虑特定的厚度范围由上述任何一个最小厚度,加上任何相等的或更大的一个上述最大厚度的厚度组成。可以测量该SiOx或其他涂层的厚度,例如通过透射电子显微术(TEM),并且可以通过X射线光电子光谱法(XPS)来测量它的构成。
VII.所考虑的是,被禁止渗透该涂层的材料的选择以及所施加的SiOx涂层的性质可能影响它的阻挡效力。例如,通常旨在被禁止的两种材料的实例是氧和水/水蒸汽。材料通常是对于一种比对于另一种更好的阻挡层。这被认为是至少部分地这样的,因为氧气传输通过涂层的机制与水传输通过涂层的机制不同。
VII.氧气传输是受该涂层的物理特征影响的,例如它的厚度、裂缝的存在、以及该涂层的其他物理细节。另一方面,通常相信水传输受到化学因素(即制成涂层的材料)的影响比受到物理因素的影响大。诸位发明人还认为,这些化学因素中的至少一种是涂层中的OH部分的实质浓度,它导致了更高的水通过该阻挡层的传输率。一种SiOx涂层通常含有OH部分,并且因此含有高比例OH部分的一个物理上坚固的(physicallysound)涂层是对于氧气是更好的阻挡层(相比于对于水)。一种物理上坚固的基于碳的涂层,如无定形碳或类金刚石碳(DLC)通常被认为是对于水更好的阻挡层(相比于SiOx涂层),因为这种基于碳的阻挡涂层更通常具有更低浓度的OH部分。
VII.然而其他因素导致了对于一种SiOx涂层的优选,如它的氧阻挡效力以及其接近玻璃和石英的化学相似性。玻璃和石英(当用作一个容器的基础材料时)是已知很久的呈现出对于氧气和水传输非常高的阻挡特性的、并且具有对容器中通常携带的许多材料的实质性惰性的两种材料。因此,通常希望的是优化水阻挡特性如一种SiOx涂层的水蒸气传输率(WVTR),而不是选择一种不同的或另外类型的涂层来充当一个水传输阻挡层。
VII.考虑了以下若干方式用于改进SiOx涂层的WVTR。
VII.可以增加沉积的涂层中的有机部分(碳与氢的化合物)与OH部分的浓度比。这可以例如通过增加进料气体中的氧的比例来完成(如通过增加氧进料速率或降低一种或多种其他组分的进料速率)。降低的OH部分的影响方式被认为是由于氧进料与在硅酮来源中的氢的反应程度的增加从而在PECVD排气中产生更易挥发的水以及更低浓度的截留或结合在涂层中的OH部分。
VII.可以在PECVD过程中使用较高的能量,或者通过升高等离子体发生功率水平或者通过施加功率持续一个较长的时间段(或两者)。当用来涂覆一个塑料管或其他器件时,在所施加的能量方面的增加必须小心地采用,这是因为它还具有使正在被处理的容器变形的倾向(达到该管承受该等离子体发生功率的程度)。这就是为什么在本申请的背景下RF功率被予以考虑的缘故。医疗器件的变形可以是通过以下各项来减少或消除:通过采用由冷却时间分隔的两个或多个系列的脉冲的能量、通过在施加能量的同时冷却这些容器、通过在更短的时间内施加涂层(因此通常使得它更薄)、通过选择施加涂层的频率(该涂层是最低限度地被选择的被涂覆的基础材料吸收的)、和/或通过施加一个以上的涂层(在对应的能量施加步骤之间的时间)。如,可以按运行1毫秒、停止99毫秒的工作周期来使用高功率脉冲,同时继续送入该工艺气体。这种工艺气体然后是冷却剂,同样它在脉冲之间保持流动。另一个替代方案是重新配置功率施加器,如通过加入磁体以限制等离子体从而增加有效功率施加(实际上导致增加的涂层的功率,与导致加热或不想要的涂层的耗散功率相反)。这种权宜措施导致施加更多的涂层形成能量(所施加的能量的每总瓦时)。参见例如美国专利5,904,952。
VII.可以应用对涂层的氧气后处理,以便从以前沉积的涂层中除去OH部分。还考虑了这种处理以除去残留的挥发性有机硅化合物或硅酮或氧化该涂层以形成另外的SiOx。
VII.可以将这种塑料基材预热。
VII.一种不同的挥发性硅源,如六甲基二硅氮烷(HMDZ)可以被用作一部分或所有的硅酮进料。所考虑的是,将进料气体改变成HMDZ将解决所提供的问题,因为在这种化合物中不具有氧部分。所考虑的是,在HMDSO来源的涂层中的OH部分的一个来源是在未反应的HMDSO中存在的至少一些氧原子的氢化。
VII.可以使用一种复合涂层,如与SiOx结合的一种基于碳的涂层。这可以例如通过改变反应条件或通过向进料气体连同一种基于有机硅的化合物中加入一种取代的或未取代的烃(如一种烷、烯、或炔)来完成。参见例如美国专利5,904,952,它在相关部分“例如,一种低级烃如丙烯的夹杂提供了碳部分并且改进了所沉积的薄膜的大部分特性(除了光传输之外),并且结合分析表明了该薄膜在本质上是二氧化硅。然而,甲烷、甲醇、或乙炔的使用产生了在本质上是硅酮的薄膜。向气流中少量气态氮的夹杂提供了在沉积的薄膜中的氮部分并且增加了沉积率、改进了在玻璃上的传输以及反射光学特性、并且响应于改变的N2量改变了折射率。向气流中加入氧化亚氮增加了沉积速率并且改进了光学特性,但是趋于降低薄膜硬度”中陈述。适合的烃类包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、乙炔、或这些之中的两种或更多种的组合。
VII.一种类金刚石碳(DLC)涂层可以作为主要的或唯一的沉积涂层而形成。这可以例如通过改变反应条件或通过送入甲醇、氢、以及氦到一个PECVD过程来完成。这些反应进料没有氧气,从而没有OH部分可以被形成。举一个例子,可以将一个SiOx涂层施加到一个管或一个注射器筒的内部上,并且可以将一个外部DLC涂层施加到一个管或注射器筒的外表面上。或者,该SiOx和DLC涂层两者可以作为一个内部管或注射器筒涂层的一个单层或多层被施加。
VII.参照图2,该阻挡涂层或其他类型的涂层90降低了大气气体通过容器内表面88进入容器80的传输。或者,该阻挡涂层或其他类型的涂层90减少了容器80的内容物与内表面88的接触。该阻挡涂层或其他类型的涂层可以包括例如SiOx、无定形(例如类金刚石)碳、或这些的组合。
VII.在此所述的任何涂层可以用于涂覆一个表面,例如一个塑料表面。它可以被进一步用作一个阻挡层,例如用作一个对抗一种气体或液体、任选地对抗水蒸气、氧和/或空气的阻挡层。如果表面是未涂覆的,它还可以用于阻止或减少涂覆的表面可能具有的对于一种化合物或组合物的机械和/或化学作用。例如,它可以阻止或减少一种化合物或组合物的沉淀,例如胰岛素沉淀或血液凝固或血小板激活。
VII.A.涂覆的容器
在此所述的涂层可以被施加到由塑料或玻璃制成的多种容器上,最主要地施加到塑料管和注射器上。考虑了一种用于将一个润滑层或涂层施加到一种基底(例如一个注射器筒的内部)上的方法,包括以1nm至5000nm、或10nm至1000nm、或10nm至500nm、或10nm至200nm、或20nm至100nm、或30nm至1000nm、或30nm至500nm厚、或30nm至1000nm、或20nm至100nm、或80nm至150nm的厚度施加一种所述的前体到一种基底上或一种基底附近,并且任选地在一个PECVD过程中将该涂层交联或聚合(或两者)以提供一个润滑的表面。通过这个过程施加的涂层同样被认为是新的。
如在定义部分中所定义的SiwOxCyHz涂层可以具有作为一种疏水层的应用。这种类型的涂层被考虑为是疏水的,不依赖于它们是否作为润滑层起作用。与相应的未涂覆表面或未处理表面相比,如果一种涂层或处理降低了一个表面的湿润张力,则它被定义为“疏水的”。因此疏水性是未处理基底和处理两者的一种功能。
通过改变一个涂层的构成、特性或沉积方法,可以改变一个它的疏水性程度。例如,具有很少或没有烃成分的SiOx涂层比如定义部分所定义的SiwOxCyHz涂层是更亲水的。总而言之,相对于它的硅含量,涂层的C-Hx(例如CH、CH2或CH 3)部分含量(或者按重量、体积、或摩尔浓度计)越高,则该涂层越是亲水的。
一个疏水层或涂层可以是非常薄的,具有的厚度为至少4nm、或至少7nm、或至少10nm、或至少20nm、或至少30nm、或至少40nm、或至少50nm、或至少100nm、或至少150nm、或至少200nm、或至少300nm、或至少400nm、或至少500nm、或至少600nm、或至少700nm、或至少800nm、或至少900nm。该涂层可以是高达1000nm、或至多900nm、或至多800nm、或至多700nm、或至多600nm、或至多500nm、或至多400nm、或至多300nm、或至多200nm、或至多100nm、或至多90nm、或至多80nm、或至多70nm、或至多60nm、或至多50nm、或至多40nm、或至多30nm、或至多20nm、或至多10nm、或至多5nm厚。清楚地考虑特定的厚度范围由上述任何一个最小厚度,加上任何等于或大于上述最大厚度之一的厚度组成。
对于这样一个疏水层或涂层的一种应用是使得一种热塑性管壁(例如由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成)与该管中所收集的血液隔离。该疏水层或涂层可以被施加在该管的内表面上的一个亲水的SiOx涂层之上。该S iOx涂层增加了该热塑性管的阻挡特性并且该疏水层或涂层改变了血液接触表面与该管壁的表面能。该疏水层或涂层可以通过提供一种前体来制成,该前体是选自本说明书中所鉴定的那些。例如,该疏水层或涂层前体可以包括六甲基二硅氧烷(HMDSO)或八甲基环四硅氧烷(OMCTS)。
一种疏水层或涂层的另一个用途是制备一个玻璃细胞制备管(glass cell preparation tube)。该管具有一个限定了一个内腔的壁、一个在该玻璃壁的内表面中的疏水层或涂层,并且包含一种柠檬酸盐试剂。该疏水层或涂层可以通过提供一种前体来制成,该前体是选自在本说明书中别处所鉴定的那些。另一个例子,该疏水层或涂层前体可以包括六甲基二硅氧烷(HMDSO)或八甲基环四硅氧烷(OMCTS)。用于疏水层的另一种源材料是具有下式的一种烷基三甲氧基硅烷:
R-Si(OCH3)3
其中R是一个氢原子或一个有机取代基,例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、乙烯基、炔、环氧化物、或其他。还可以考虑这些之中的两种或更多种的组合。
酸或碱催化与加热的组合(使用如上所述的一种烷基三甲氧基硅烷前体)可以将该前体缩合(去除ROH副产物)以形成交联的聚合物,它可以通过一种可替代的方法被任选地进一步交联。一个具体的实例是如Shimojima et.al.J.Mater.Chem.,2007,17,658-663。
在施加一个SiOx阻挡涂层到容器80的内表面88上之后,可以施加一个润滑层作为一个后续的涂层以提供一个润滑层,特别是如果在涂覆工艺结束时该润滑层或涂层是一种液体有机硅氧烷化合物时。
任选地,在施加该润滑层或涂层之后,它可以在PECVD过程之后被后固化。可以使用辐射固化方法,包括UV引发的(自由基或阳离子)、电子束(E束)、以及热电偶,如在用于可热和UV固化应用的新型环脂肪族硅氧烷的开发(Development Of Novel Cycloaliphatic SiloxanesFor Thermal and UV-Curable Applications(Ruby ChakrabortyDissertation,2008))中所述的。
用于提供一个润滑层或涂层的另一种方法是当注塑模制有待润滑的热塑性容器时使用一种硅酮脱模剂。例如,所考虑的是可以使用任何的引起在模制过程中形成原位热电偶润滑层或涂层的脱模剂和潜在单体(latent monomer)。或者,可以将上述单体掺杂到传统的脱模剂中以实现相同的效果。
特别考虑了用于如以下进一步描述的一个注射器筒的内表面的一种润滑层。一个注射器筒的一个润滑的内表面可以降低柱塞滑动力(对于在一个注射器的操作过程中在该筒内推进一个柱塞是需要的)、或在该预充式注射器柱塞已经推开介入的润滑剂或粘附到筒上之后(例如由于该柱塞与该筒之间的润滑剂分解)起动一个柱塞移动的起动力。如在本说明书中别处所说明的,还可以将一个润滑层或涂层施加到容器80的内表面88上以改进一个后续的SiOx涂层的粘附。
因此,该涂层90可以包括一个SiOx层或涂层以及一个润滑层或涂层和/或疏水层,如在定义部分所定义进行表征。该润滑层或涂层和/或SiwOxCyHz的疏水层或涂层可以沉积在SiOx层或涂层与该容器的内表面之间。或者,该SiOx层或涂层可以沉积在该润滑层或涂层和/或疏水层或涂层与该容器的内表面之间。或者,同样可以在这两种涂层组合物中交替或渐进地使用三个或更多的层:(1)一个SiOx层或涂层以及(2)润滑层或涂层和/或疏水层。可以将该SiOx层或涂层沉积在该润滑层或涂层和/或疏水层或涂层附近或远离它们,其中具有另一种材料的至少一个介入层或涂层。该SiOx层或涂层可以沉积在该容器的内表面附近。或者,该润滑层或涂层和/或该疏水层或涂层可以沉积在该容器的内表面附近。
对于SiOx的邻近层和一个润滑层或涂层和/或疏水层,在此所考虑的另一种权宜措施是如在定义部分所定义的SiwOxCyHz的一种梯度复合材料。一种梯度复合材料可以是一个润滑层或涂层和/或疏水层或涂层和SiOx的多个分离的层(其中在它们之间具有中间组合物的过渡或界面)、或一个润滑层或涂层和/或疏水层或涂层和SiOx的多个分离的层(其中在它们之间具有中间组合物的中间不同层或涂层)、或一个单层或涂层,该单层或涂层按如下连续或逐步变化:从一个润滑层或涂层和/或疏水层或涂层的一种组成到更类似SiOx的一种组成(以法向经过该涂层)。
在梯度复合材料中的梯度可以按任一方向经过。例如,一个润滑层或涂层和/或疏水层或涂层可以被直接施加到该基底上并且随着距SiOx表面的距离渐变成一种组合物。或者,SiOx的组合物可以被直接施加到该基底上并且随着距一个润滑层或涂层和/或疏水层的表面的距离渐变成一种组合物。如果一种组合物的一个涂层对于粘附到该基底上比粘附到其他层上更好时,特别考虑的是一种梯度涂层,在这种情况下这种更好粘附的组合物可以例如被直接施加到该基底上。所考虑的是,梯度涂层的更远离的部分可以比梯度涂层的邻近部分是更不相容的,因为在任何点处该涂层在特性上逐渐变化,从而在该涂层的几乎相同深度处的邻近部分具有几乎相同的构成,并且在实质上不同深度处的更大程度上物理分离的部分可以具有更多样的特性。还考虑的是,形成一个更好的阻挡层(该阻挡层对抗材料传递到该基底或从该基底传递)的涂层部分可以直接靠着该基底,以防止更远端的涂层部分(形成一个较差的阻挡层)受到旨在被该阻挡层禁止或阻止的材料的污染。
该涂层可以不是梯度的而任选地在一个层或涂层与另一个层之间具有陡变过渡,而没有实质性的构成梯度。这样的涂层可以例如通过以下步骤来制成:通过提供气体以产生如一种处于非等离子体状态的稳定状态流的层或涂层,然后将该系统用一个短暂的等离子体放电来激励以在该基底上形成一个涂层。如果有待施加一个后续的涂层,则清除用于前面的涂层的气体并且在激励该等离子体之前以稳态方式施加用于下一个涂层的气体,并且再一次在该基底的表面或它的最前面的涂层上形成一个不同的层或涂层,在界面处具有很少(如果有的话)的梯度过渡。
VII.A.1.a.示例性的容器
VII.A.1.a.参照图2,显示了容器如80的更多细节。所展示的容器80可以是大致管状的,在容器的一个末端具有一个开口82,与一个闭合末端84相对。该容器80还具有一个壁86,该壁限定了一个内表面88。容器80的一个实例是一个医学取样管,如一个真空采血管,如通常由一个抽血者所使用的用在医学实验室中的用于接收一个患者的血液的静脉穿刺样品的采血管。
VII.A.1.a.该容器80可以是例如由热塑性材料制成的。合适的热塑性材料的一些实例是聚对苯二甲酸乙二酯或一种聚烯烃(如聚丙烯)或一种环聚烯烃共聚物。
VII.A.1.a.容器80可以由任何适合的方法制成,如通过注塑模制、通过吹塑模制、通过切削加工、通过从管坯料装配、或通过其他适合的方法。PECVD可以用来形成一个在SiOx内表面上的涂层。
VII.A.1.a.如果旨在用作一个真空采血管,当暴露于外部压力760托或大气压力以及其他涂覆处理条件时,令人希望地该容器80可以是足够坚固的以经受一种实质上完全的内部真空而实质上没有变形。可以在一个热塑性容器80中提供这种特性,通过提供一个由适合的材料制成的具有适合的尺寸以及一个比涂覆工艺的处理温度更高的玻璃化转变温度的容器80,例如一个圆柱形壁86,它具有足够的适于它的直径和材料的壁厚。
VII.A.1.a.医学容器或器皿(像采样管和注射器)是较小的并且被注塑模制有较厚的壁,这使得它们能够被抽空而没有被环境大气压压碎。因此它们比充二氧化碳的无酒精饮料瓶或其他更大的或壁更薄的塑料器皿更坚固。由于被设计用作真空容器的采样管被典型地构造以经受在保存期间的完全真空,它们可以被用作真空室。
VII.A.1.a.这样的适配(这些容器是它们自身的真空室)可能排除将这些容器放到一个真空室中用于PECVD处理(这典型地是在非常低的压力下进行的)的必要。容器作为其自身真空室的应用可以导致更快的处理时间(因为在一个隔离的真空室装载和从其卸载这些部件的时间是不必要的)并且可以导致简化的装备配置。此外,考虑了将一种容器支架用于某些实施方案,该支架将容纳该器件(用于对准到充气管和其他装置上)、密封该器件(从而通过将该容器支架连接到一个真空泵上可以产生真空)并且在模制与后续处理步骤之间移动该器件。
VII.A.1.a.被用作一个真空采血管的一个容器80应该是能够经受外部大气压的,同时在内部抽空到对于预期的应用有用的一个减压下,而没有实质体积的空气或其他大气气体泄漏到该管中(如通过绕行闭合件)或在它的保质期内渗透通过壁86。如果刚模制的容器80不能符合这种要求,它可以通过用一个阻挡涂层或其他类型的涂层90涂覆该内表面88进行处理。所希望的是处理和/或涂覆这些器件(如采样管和注射器筒)的内表面以给予不同的特性,这些特性将提供胜过现有聚合物器件和/或模仿的现有玻璃制品的优点。还令人希望的是在处理或涂覆之前和/或之后测量这些器件的不同特性。
另外的示例性容器是在此所述的注射器。
VII.A.1.b.具有涂覆的疏水性涂层的壁的容器
VII.A.1.b.另一个实施方案是一种容器,该容器具有在其内部表面上配备有一个疏水层的壁并且含有一种柠檬酸钠水溶液试剂。该疏水层或涂层还可以被施加到该容器的内表面上的一种亲水性的SiOx涂层之上。该SiOx涂层增加了该塑料容器的阻挡特性并且该疏水层或涂层改变了该容器内部的组合物或化合物与该容器壁的接触表面的表面能。
VII.A.1.b.该壁是由热塑性材料制成的,具有限定了一个内腔的内表面。
VII.A.1.b.根据实施方案VII.A.1.b的容器可以在该管的内表面上具有一个第一SiOx层或涂层,如在本说明书中所说明进行应用,从而作为一个氧阻挡层起作用,并且延长了由热塑性材料制成的真空采血管的保质期。然后可以将疏水层的一个第二层或涂层(其特征如定义部分中所定义)施加到该容器的内表面上的阻挡层或涂层上从而提供了一个疏水表面。在采血管或注射器中,与同一类型的未涂覆的壁相比较,任选地该涂层有效地减少了用柠檬酸钠添加剂处理过的并且暴露于该内表面的血浆的血小板激活。
VII.A.1.b.使用PECVD以在内表面上形成一个疏水层或涂层。与常规的柠檬酸盐采血管不同,具有一个如在此定义的疏水层的采血管不需要如常规施加的、使得管的表面具有疏水性而烘制在容器壁上的硅酮上的一个涂层。
VII.A.1.b.可以使用同一前体(例如HMDSO或OMCTS)以及不同的PECVD反应条件施加这两个层。
VII.A.1.b.当制备一个采血管或注射器时,然后可以将柠檬酸钠抗凝试剂放在该管内并且将它抽真空并且用一个封闭件进行密封从而产生一个真空采血管。该试剂的组分和配方是对于本领域普通技术人员而言已知的。将含水柠檬酸钠试剂以有效抑制被引入到该管内的血液的凝固的一个量置于该管的内腔中。
VII.A.1.c.SiOx阻挡层涂覆的双壁塑料容器——COC、PET、SiOx层
VII.A.1.c.另一个实施方案是具有至少部分围绕内腔的壁的一种容器。该壁具有被一个外部聚合物层围绕的一个内部聚合物层或涂层。这些聚合物层之一是限定了一个水蒸气阻挡层的至少0.1mm厚的环烯烃共聚物(COC)树脂的一个层或涂层。这些聚合物层中另一种是至少0.1mm厚的聚酯树脂的一个层或涂层。
VII.A.1.c.该壁包括具有从大约10埃至大约500埃的厚度的SiOx的一个氧阻挡层或涂层。
VII.A.1.c.在一个实施方案中,如图36中所展示的,容器80可以是具有一个内壁408和一个外壁410的(对应地由相同的或不同的材料制成)一个双壁容器。可以用由环烯烃共聚物(COC)模制的一个壁以及由一种聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET))模制的另一个壁来制造这个类型的一个具体实施方案,其中SiOx涂层如前所述在内部表面412上。需要时,可以将一个连接涂层或层或涂层插入到内壁和外壁之间以促进它们之间的粘附。这种壁构造的一个优点是可以将具有不同特性的壁结合从而形成具有各壁的对应的特性的一种复合材料。
VII.A.1.c.作为一个实例,内壁408可以由在内表面412上涂覆有一个SiOx阻挡层的PET制成,并且外壁410可以由COC制成。如在本说明书中别处所显示的,涂覆有SiOx的PET是一种出色的氧阻挡层,而COC对于水蒸气而言是一种出色的阻挡层,它提供了低的水蒸气传输率(WVTR)。对于氧气和水蒸气两者而言,这种复合材料容器可以具有优异的阻挡特性。例如,考虑了将这种构造用于真空医用采样管,该真空医用采样管包含在制造时即有的一种含水试剂,并且具有实质性的保质期,因此它应当具有在它的保质期期间防止通过它的复合材料壁的水蒸气向外传递或氧气或其他气体向内传递的一种阻挡层。
VII.A.1.c.作为另一个实例,内壁408可以由内部表面412上涂覆有一个SiOx阻挡层的COC制成,并且外壁410可以由PET制成。例如,考虑将这种构造用于预充式注射器,该注射器含有制造时即有的一种无菌水性流体。该SiOx阻挡层将防止氧气通过它的壁而进入该注射器中。该COC内壁将防止其他物质(例如水)的进入或流出,因此防止无菌水性流体中的水将来自壁材料的物质浸出进入注射器中。还考虑这种COC内壁防止源于该无菌水性流体的水流出注射器(因此不希望地浓缩了该无菌水性流体),并且将防止注射器外部的有菌水或其他流体通过该注射器壁进入并且引起这些内容物变成有菌的。还考虑这种COC内壁对于减少柱塞在注射器的内壁上的起动力或摩擦力是有用的。
VII.A.1.d.制造双壁塑料容器——COC、PET、SiOx层的方法。
VII.A.1.d.另一个实施方案是制造具有一个壁的容器的方法,该壁具有被一个外部聚合物层围绕的一个内部聚合物层或涂层,一个层或涂层由COC制成并且另一个由聚酯制成。该容器是由包括通过同心的注射喷嘴将COC以及聚酯树脂层引入一个注塑模具中的一种方法来制造的。
VII.A.1.d.一个任选的另外的步骤是通过PECVD将一种无定形碳涂层施加于该容器,作为一个内部涂层、一个外部涂层、或作为位于这些层之间的一个夹层或涂覆涂层。
VII.A.1.d.一个任选的另外的步骤是将一个SiOx阻挡层或涂层施加于该容器壁的内部,其中SiOx是如前定义的。另一个任选的另外的步骤是用一种气态反应物或工艺气体(主要包括氧气并且基本上不含挥发性硅化合物)对该SiOx层或涂层进行后处理。
VII.A.1.d.任选地,可以至少部分地由硅氮烷进料气体来形成该SiOx涂层。
VII.A.1.d.如图36中所示的容器80可以从内到外来制造,例如,通过将内壁注塑模制于一个第一模具空腔中,然后将芯和模制的内壁从该第一模具空腔移至一个第二、更大的模具空腔中,然后在该第二模具空腔中在内壁上注塑模制外壁。任选地,在将外壁包覆模制到连接层上之前,可以将一个连接层或涂层提供到该模制的内壁的外表面上。
VII.A.1.d.或,图36中所示的容器80可以从外到内来制造,例如,通过将一个第一芯插入模具空腔中,在该模具空腔中注塑模制外壁,然后将该第一芯从该模制的第一壁移开并且插入一个第二、更小的芯,然后在仍然存在于该模具空腔中的外壁上注塑模制内壁。任选地,在将该内壁包覆模制到连接层上之前,可以将一个连接层或涂层提供到该模制的外壁的内表面上。
VII.A.1.d.或者,如图36中所示的容器80可以在一个双色模具中制造。例如,这可以通过从内部喷嘴注塑模制用于内壁的材料以及从同心的外部喷嘴注塑模制用于外壁的材料来完成。任选地,可以从被布置在该内部喷嘴与外部喷嘴之间的一个第三、同心喷嘴来提供一个连接层或涂层。这些喷嘴可以同时送入对应的壁材料。一个有用的权宜措施是在通过内部喷嘴送入内壁材料略微之前通过外部喷嘴开始送入外壁材料。如果存在一个中间的同心喷嘴,流动的顺序可以从外部喷嘴开始,并且按顺序地从该中间喷嘴进而从该内部喷嘴继续。或者,开始进料的顺序可以从内部喷嘴开始,并且与前面描述的相比以相反的顺序向外地运行。
VII.A.1.e.由玻璃制造的容器或涂层
VII.A.1.e另一个实施方案是包括一个容器壁、一个阻挡涂层、以及一个闭合件的容器。该容器一般是管状的并且由热塑性材料制成。该容器具有一个开口和至少部分被一个壁限定的一个内腔,该壁具有与该内腔分界的一个内表面。在该壁的内表面上存在由玻璃制成的一个至少基本上连续的阻挡涂层。一个闭合件覆盖该开口并且将该容器的内腔从环境空气隔离。
VII.A.1.e.容器80还可以例如由用于医学或实验室应用的任何类型的玻璃(例如钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、或其他玻璃配制品)制成。还考虑了将由任何材料制成的具有任何性状或尺寸的其他容器用于系统20中。涂覆玻璃容器的一个作用可以是减少玻璃中的离子或者有意地或者作为杂质(例如,钠、钙、或其他物质)从该玻璃进入到该容器的内容物(例如真空采血管中的试剂或血液)中。全部或部分(例如选择性地在相对于其他部分以滑动关系接触的表面处)涂覆玻璃容器的另一个作用是对涂层提供润滑性(例如,用于易于插入或取出塞子或使一个滑动元件例如柱塞在注射器中通过)。涂覆玻璃容器的又另一个原因是防止容器的试剂或预期的样品(例如血液)粘附到容器的壁上或与该容器的壁相接触的血液的凝固速率的增加。
VII.A.1.e.i.一个相关的实施方案是如前面段落中所述的一种容器,其中该阻挡涂层是由钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、或另一种类型的玻璃制成的。
VII.B.注射器
VII.B.前面的描述已经很大程度地解决了将一种阻挡涂层施加到具有一个永久闭合末端的管上,例如一个采血管或,更通常地,一个样品接收管80。该装置不限于这样一种器件。
VII.B.适合的容器的另一个实例(如图20中所示)是用于医用注射器252的一个注射器筒250。这类注射器252有时配备有预填充盐水溶液、一种药物制剂、或类似物以用于医学技术中。还考虑了预充式注射器252从内表面254上的一个SiOx阻挡涂层或其他类型的涂层中获益,以保持该预充式注射器252的内容物不与该注射器的塑料(例如在储存期间的注射器筒250)相接触。可以使用该阻挡涂层或其他类型的涂层来避免将该塑料的组分通过内表面254浸出到该筒的内容物中。
VII.B.如通常模制的注射器筒250在用于接收柱塞258的后端256和用于接收皮下针头的前端260两者、一个喷嘴、或用于分配注射器252的内容物或用于将材料接收进入注射器252中的管材处可以是开放的。但是前端260可以任选地加帽并且在使用预充式注射器252之前柱塞258任选地可以装配在适当的位置,在两个末端处将筒250封闭。或者出于处理注射器筒250或组装的注射器目的抑或为了在预充式注射器252的储存期间保持在适当位置可以安装一个帽262,一直到将帽262移开并且(任选地)将一个皮下针头或其他递送导管安装在前端260上以准备使用注射器252时为止。
另一种适合的容器是于2011年5月11日提交的PCT/US11/36097和于2010年6月29日提交的US61/359,434中所描述的“固定针注射器”(“staked needle syringe”),即具有一个附加的(“固定的”)空心针的注射器筒。
VII.B.注射器
VII.B.前面的描述已经很大程度地解决了将一种阻挡涂层施加到具有一个永久闭合末端的管上,例如一个采血管或,更通常地,一个样品接收管80。该装置不限于这样一种器件。
VII.B.适合的容器的另一个实例(如图20中所示)是用于医用注射器252的一个注射器筒250。这类注射器252有时配备有预填充盐水溶液、一种药物制剂、或类似物以用于医学技术中。还考虑了预充式注射器252从内表面254上的一个SiOx阻挡涂层或其他类型的涂层中获益,以保持该预充式注射器252的内容物不与该注射器的塑料(例如在储存期间的注射器筒250)相接触。可以使用该阻挡涂层或其他类型的涂层来避免将该塑料的组分通过内表面254浸出到该筒的内容物中。
VII.B.如通常模制的注射器筒250在用于接收柱塞258的后端256和用于接收皮下针头的前端260两者、一个喷嘴、或用于分配注射器252的内容物或用于将材料接收进入注射器252中的管材处可以是开放的。但是前端260可以任选地加帽并且在使用预充式注射器252之前柱塞258任选地可以装配在适当的位置,在两个末端处将筒250封闭。或者出于处理注射器筒250或组装的注射器目的抑或为了在预充式注射器252的储存期间保持在适当位置可以安装一个帽262,一直到将帽262移开并且(任选地)将一个皮下针头或其他递送导管安装在前端260上以准备使用注射器252时为止。
另一种适合的注射器是于2011年5月11日提交的PCT/US11/36097和于2010年6月29日提交的US61/359,434中所描述的“固定针注射器”,即具有一个附加的(“固定的”)空心针的注射器筒。
典型地,当将注射器筒涂覆时,进行在此所述的PECVD涂覆方法这样使得该涂覆的基底表面是该筒的内表面的一部分或全部,将用于该PECVD反应的气体填充该筒的内部内腔,并且在该筒的内部内腔的一部分或全部中产生等离子体。
VII.B.1.a.具有用润滑层涂覆的筒的注射器
VII.B.1.a.可以通过以下过程来制造具有这种类型的润滑层的注射器。
VII.B.1.a.提供了一种如上所定义的前体。
VII.B.1.a.在有效形成一种涂层的条件下将该前体施加到一种基底上。将该涂层聚合或交联(或两者),从而形成一种润滑的表面,相比于未处理的基底该润滑的表面具有较低的柱塞滑动力或起动力。
VII.B.1.a.关于实例VII中任何一项以及子部分,任选地通过将该前体蒸发并且将它提供到该基底的附近来进行该施加步骤。
VII.B.1.a.在该基底的附近形成了一种等离子体。任选地,在基本不存在氮的条件下提供该前体。任选地,在小于1托的绝对压力下提供该前体。任选地,提供该前体至等离子体发射的附近。任选地,该前体它的反应产物以1nm至5000nm、或10nm至1000nm,、或10nm至500nm或10nm至200nm、或20nm至100nm、或30nm至1000nm、或30nm至500nm、或30nm至1000nm、或20nm至100nm、或80至150nm的平均厚度施加到基底上。任选地,基底包括玻璃。任选地,基底包括一种聚合物,任选地一种聚碳酸酯聚合物、任选地一种烯烃聚合物、任选地一种环烯烃共聚物、任选地一种聚丙烯聚合物、任选地一种聚酯聚合物、任选地一种聚对苯二甲酸乙二酯聚合物。特别考虑将COC用于注射器以及注射器筒。
VII.B.1.a.该等离子体是通过用电极对含有前体的气态反应物进行激励来产生的,这些电极是例如以如上定义的RF频率、例如从10kHz至小于300MHz的频率、任选地从1至50MHz、甚至任选地从10至15MHz、任选地13.56MHz的频率来供能的。
VII.B.1.a.任选地,通过用提供有从0.1至25W、任选地从1至22W、任选地从3至17W、甚至任选地从5至14W、任选地从7至11W、任选地是8W的功率的电极激励含有前体的气态反应物产生等离子体。该电极功率与等离子体体积的比率可以小于10W/ml,任选是从6W/ml至0.1W/ml,任选是从5W/ml至0.1W/ml,任选是从4W/ml至0.1W/ml,任选是从2W/ml至0.2W/ml。诸位发明人认为低功率水平(例如从2至3.5W的功率水平以及在实例中给出的功率水平)对于制备一种润滑涂层是最有利的。这些功率水平适合于用于给具有1至3mL的空体积(其中产生了PECVD等离子体)的注射器以及取样管以及具有类似几何形状的容器施加润滑层。对于较大或较小的对象所考虑的是,应该依照该基底的大小按比例决定该过程,相应地增大或减小所施加的功率。
VII.B.1.a.另一个实施方案是本发明的注射器筒的内壁上的一种润滑涂层。该涂层产生自使用以下材料和条件的PECVD方法。任选地将如在本说明书中的别处所定义的一种环状前体用于润滑层,该环状前体选自一种单环硅氧烷、一种多环硅氧烷、或这些之中两种或多种的一种组合。一个合适的环状前体的实例包括八甲基环四硅氧烷(OMCTS),任选地按任何比例与其他前体材料混合。任选地,该环状前体主要包括八甲基环四硅氧烷(OMCTS),这表示其他前体能够以不改变生成的润滑层的基本的和新颖的特性的量而存在,即它降低了涂覆表面的柱塞滑动力或起动力。
VII.B.1.a.提供了一个足够的等离子体产生功率输入(例如成功地用于本说明书的一个或多个操作实例中或本说明书中所描述的任何功率水平)来诱导涂层形成。
VII.B.1.a.相对于未涂覆的注射器筒,所采用的材料和条件将移动通过该注射器筒的注射器柱塞滑动力或起动力有效降低至少25%、可替代地至少45%、可替代地至少60%、可替代地大于60%。考虑减小柱塞滑动力或起动力的范围是从20%至95%、可替代地从30%至80%、可替代地从40%至75%、可替代地从60%至于70%。
VII.B.1.a.另一个实施方案是在内壁上具有一个疏水层的容器,该疏水层的特征如定义部分中所定义。如对于具有类似组合物的润滑涂层所解释的那样来制造该涂层,但是在有效形成比未处理的基底具有更高接触角的疏水表面的条件下。
VII.B.1.a.任选地,该基底包括玻璃或一种聚合物。该玻璃任选地是硼硅酸盐玻璃。该聚合物任选地是一种聚碳酸酯聚合物、任选地一种烯烃聚合物、任选地一种环烯烃共聚物、任选地一种聚丙烯聚合物、任选地一种聚酯聚合物、任选地一种聚对苯二甲酸乙二酯聚合物。
VII.B.1.a.另一个实施方案是包括一个柱塞、一个注射器筒、以及一个润滑层的注射器。该注射器筒包括接收用于滑动的柱塞一个内表面。该润滑层或涂层被置于在该注射器筒的内表面的部分或全部上。该润滑层或涂层任选地可以是小于1000nm厚并且有效减少了对于在筒内移动柱塞所必需的起动力或柱塞滑动力。降低柱塞滑动力被可替代地表示为降低在筒内的柱塞的滑动摩擦系数或降低柱塞力,在本说明书中这些术语被视为具有相同的含义。
VII.B.1.a.该注射器544包括一个柱塞546以及一个注射器筒548。该注射器筒548具有接收用于滑动的柱塞546一个内表面552。该注射器筒548的内表面552进一步包括一个润滑层或涂层554。该润滑层或涂层任选地是小于1000nm厚、任选地小于500nm厚、任选地小于200nm厚、任选地小于100nm厚、任选地小于50nm厚,并且对于减小用于克服在储存之后柱塞的粘附所必需的起动力或在柱塞脱离之后在筒内移动它所必需的柱塞滑动力是有效的。该润滑层或涂层的特征在于与未涂覆的表面相比具有更小的柱塞滑动力或起动力。
VII.B.1.a.可以单独地或以它们之中的两种或更多种的组合来使用以上任何类型的前体中的任何一种以提供一个润滑层。
VII.B.1.a.除了利用真空工艺之外,还可以使用低温常压(非真空)等离子体工艺任选地在非氧化气氛中(例如氦或氩)通过前体单体蒸气递送来诱导分子电离和沉积。分开地,可以考虑热CVD(通过快速热解沉积)。
VII.B.1.a.上述方法类似于真空PECVD,在于表面涂覆和交联机制可以同时发生。
VII.B.1.a.对于在此所述的任何一种或多种涂层所考虑的又另一个权宜措施是被不均匀地施加到容器的整个内部88上的涂层。例如,与位于闭合端84的该容器内部的半球形部分相比较,可以将一个不同的或另外的涂层选择性地施加到该容器内部的圆柱体部分上,或反之亦然。对于如以下所述的注射器筒或采样管特别地考虑了这种权宜措施,其中可以将润滑层或涂层提供到该筒的圆柱体部分的部分或全部上,在此处该柱塞或活塞或闭合件可以滑动(但不是在别处)。
VII.B.1.a.任选地,可以在存在、基本上不存在或不存在氮气下来提供该前体。在一个考虑的实施方案中,该前体单独地被递送到该基底上并且经受PECVD来施加并且固化该涂层。
VII.B.1.a.任选地,可以在小于1Torr的绝对压力下提供该前体。
VII.B.1.a.任选地,该前体可以被提供于该等离子体发射的附近。
VII.B.1.a.在任何上述实施方案中,该基底可以包括玻璃或一种聚合物,聚合物例如聚碳酸酯聚合物、聚烯烃聚合物(例如一种环烯烃共聚物或一种聚丙烯聚合物)、或聚酯聚合物(例如,一种聚对苯二甲酸乙二酯聚合物)的一种或多种。
VII.B.1.a.在任何上述实施方案中,通过用电极激励含有该前体的气态反应物来产生等离子体,该电极以如本说明书中所定义的RF频率来供能。
VII.B.1.a.在任何上述实施方案中,通过用电极激励含有该前体的气态反应物来产生等离子体,该电极被提供有足够的用于产生润滑层的电功率。任选地,通过用提供有从0.1至25W、任选地从1至22W、任选地从3至17W、甚至任选地从5至14W、任选地从7至11W、任选地是8W的功率的电极激励含有前体的气态反应物产生等离子体。该电极功率与等离子体体积的比率可以小于10W/ml,任选是从4W/ml至0.1W/ml,任选是从5W/ml至0.1W/ml,任选是从4W/ml至0.1W/ml,任选是从2W/ml至0.2W/ml。诸位发明人认为低功率水平(例如从2至3.5W的功率水平以及在实例中给出的功率水平)对于制备一种润滑涂层是最有利的。这些功率水平适合于用于给具有1至3mL的空体积(其中产生了PECVD等离子体)的注射器以及取样管以及具有类似几何形状的容器施加润滑层。对于较大或较小的对象所考虑的是,应该依照该基底的大小按比例决定该过程,相应地增大或减小所施加的功率。
VII.B.1.a.该涂层可以被固化,如通过聚合或交联(或两者)该涂层,从而形成一种润滑的表面,相比于未处理的基底该润滑的表面具有较低的柱塞滑动力或起动力。固化可以发生在这个施加过程(如PECVD)期间,或可以通过分开处理来进行或至少部分完成。
VII.B.1.a.虽然已经在此使用了等离子体沉积来证明涂层特征,可以使用替代的沉积方法,只要起始材料的化学组成被尽可能多地保留而同时仍然将一种固体膜粘附到该基础基底上。
VII.B.1.a.例如,可以通过喷雾形成该涂层或将基底浸渍到该涂层材料中而将该涂层材料(从液态状态)施加到该注射器筒上,其中该涂层或者是纯前体抑或是一种溶剂稀释的前体(允许较薄涂层的机械沉积)。任选地可以使用热能、UV能、电子束能、等离子体能、或这些的任何组合来交联该涂层
VII.B.1.a.还考虑了将如上所述的硅酮前体施加到一个表面上,然后进行一个单独的固化步骤。施加和固化的条件可以类似于针对预涂覆多氟烷基醚的常压等离子体固化所使用的那些(在商标
下实行的一种工艺)。这个工艺的更多细节可以在http://www.triboglide.com/process.htm找到。
VII.B.1.a.在这样一种工艺中,有待涂覆的部分的区域可以任选地用常压等离子体进行预处理。这种预处理清洁并且激活了该表面,这样使得它对于在下个步骤中喷涂的润滑剂而言是易于接受的。
VII.B.1.a.然后将该润滑流体(在这种情况下是以上多种前体之一或一种聚合的前体)喷涂到有待处理的表面上。例如,可以使用IVEK精确分配技术来准确地雾化该流体并且产生均匀的涂层。
VII.B.1.a.然后再次使用常压等离子体场将该涂层结合或交联到该部件上。这两者固定了涂层并且改进了润滑性能。
VII.B.1.a.任选地,可以在该容器中从环境空气产生该常压等离子体,在这种情况下,气体进料以及抽真空装备是不需要的。然而,任选地,当产生等离子体时该容器至少基本上是封闭的以将功率需求最小化并且防止等离子体与该容器外部的表面或材料相接触。
VII.B.1.a.i.润滑层:SiOx阻挡层、润滑层、表面处理
表面处理
VII.B.1.a.i.另一个实施方案是包含一个筒的注射器,该筒定义了一个内腔并且具有一个可滑动地接收一个柱塞的内部表面,即接收用于与该内部表面滑动接触的一个柱塞。
VII.B.1.a.i.该注射器筒是由热塑性基础材料制成的。
VII.B.1.a.i任选地,该筒的内部表面涂覆有如在本说明书中在别处所述的一个SiOx阻挡层或涂层。
VII.B.1.a.i.将一个润滑层或涂层施加到该筒内部表面、该柱塞(或两者)的部分或全部上,或施加到前面施加的SiOx阻挡层上。如在实施方案VII.B.1.a中或在本说明书中在别处所提出的可以提供、施加、以及固化该润滑层或涂层。
VII.B.1.a.i.例如,在任何一个实施方案中可以通过PECVD来施加该润滑层或涂层。该润滑层或涂层是从一种有机硅前体沉积的,并且是小于1000nm厚。
VII.B.1.a.i.以有效减少该润滑层、该热塑性基础材料(或两者)的浸出或可提取物的一个量在该润滑层或涂层上进行表面处理。因此该处理的表面可以充当一种溶质阻挡物(solute retainer)。这种表面处理可以导致一个表皮涂层,例如小于1nm厚以及小于100nm厚、或小于50nm厚、或小于40nm厚、或小于30nm厚、或小于20nm厚、或小于10nm厚、或小于5nm厚、或小于3nm厚、或小于2nm厚、或小于1nm厚、或小于0.5nm厚的一个表皮涂层。
VII.B.1.a.i.如在此使用的,“浸出”是指材料从基底(例如容器壁)中被转移出而进入容器(例如注射器)的内容物中。通常地,可浸出物是通过以下步骤来测量的:将填充有预期内容物的容器进行储存,然后对这些内容物进行分析从而确定有什么材料被从该容器壁浸出到这些预期的内容物中。“提取”是指通过引入与该容器的预期内容物不同的一种溶剂或分散介质将材料从基底中移出,以确定在测试条件下有什么物质可以被从该基底中移出而进入到提取介质中。
VII.B.1.a.i.表面处理导致一种溶质阻挡物,任选地可以是如本说明书中前面定义的一个SiOx层或涂层或特征是如定义部分中所定义的一个疏水层。在一个实施方案中,可以通过SiOx层或一个疏水层的PECVD沉积来施加表面处理。任选地,可以使用比用于产生该润滑层更高的功率或更强的氧化条件(或两者)来施加该表面处理,因此提供了一种更硬的、更薄的、连续的溶质阻挡物539。在润滑层中表面处理可以是小于100nm深、任选地小于50nm深、任选地小于40nm深、任选地小于30nm深、任选地小于20nm深、任选地小于10nm深、任选地小于5nm深、任选地小于3nm深、任选地小于1nm深、任选地小于0.5nm深、任选地在0.1至50nm深之间。
VII.B.1.a.i.该溶质阻挡物被考虑为对在下面的润滑层以及其他层(包括该基底(根据需要))提供低的溶质浸出性能。这种阻挡物将仅仅需要的是一种针对大的溶质分子以及低聚物(例如,硅氧烷单体例如HMDSO、OMCTS、它们的片段以及从润滑剂衍生的可动低聚物,例如一种“可浸出物阻挡物”)的一种溶质阻挡物而不是一种气体(O2/N2/CO2/水蒸气)阻挡层。然而一种溶质阻挡物还可以是一种气体阻挡层(例如,根据本发明的SiOx涂层)。人们可以通过真空抑或基于常压的PECVD过程产生一种良好的没有气体阻挡性能的可浸出物阻挡物。令人希望的是该“可浸出物阻挡物”将是足够薄的,即当注射器柱塞移动时,该柱塞将容易地穿透该“溶质阻挡物”,将滑动的柱塞头暴露于就在下面的润滑层或涂层从而形成一个润滑的表面,相比于未处理的基底该润滑的表面具有更低的柱塞滑动力或起动力。
VII.B.1.a.i.在另一个实施方案中,可以通过氧化前面施加的润滑层的表面(如通过将该表面暴露于等离子体环境中的氧)来进行该表面处理。可以使用本说明书中所述的等离子体环境来形成SiOx涂层。或者,可以将常压等离子体条件应用于富氧环境中。
VII.B.1.a.i.然而,可以任选地同时固化所形成的润滑层或涂层以及溶质阻挡物。在另一个实施方案中,该润滑层或涂层可以被至少部分固化、任选地完全固化,在此之后,可以提供、施加表面处理并且可以固化该溶质阻挡物。
VII.B.1.a.i.润滑层或涂层与溶质阻挡物被构成并且以有效提供起动力、柱塞滑动力、或两者(该力小于在不存在润滑层或涂层以及表面处理下所需要的相应的力)的相对量而存在。换言之,该溶质阻挡物的厚度和构成是这样的从而减少了材料从润滑层或涂层浸出到注射器的内容物中,同时允许在下面的润滑层或涂层来润滑该柱塞。所考虑的是该溶质阻挡物将易于脱离并且是足够薄的以至于当将它移动时该润滑层或涂层将仍然起作用以润滑该柱塞。
VII.B.1.a.i.在一个考虑的实施方案中,可以将润滑处理和表面处理施加到筒内表面上。在另一个考虑的实施方案中,可以将润滑处理和表面处理施加到柱塞上。在又另一个考虑的实施方案中,可以将润滑处理和表面处理施加到筒内表面和柱塞两者上。在任何这些实施方案中,该注射器筒的内部上的任选的SiOx阻挡层或涂层可以是存在或不存在的。
VII.B.1.a.i.所考虑的一个实施方案是被应用到注射器筒的内表面上的一个多层(例如3层)配置。层或涂层1可以是在氧化气氛下由HMDSO、OMCTS(或两者)的PECVD制成的一个SiOx气体阻挡层。如本说明书中所描述的,例如可以通过将HMDSO以及氧气送入到一个PECVD涂覆装置中来提供这样一种气氛。层或涂层2可以是使用施加于非氧化气氛中的OMCTS的一种润滑层或涂层。如本说明书中所描述的,例如可以通过将OMCTS送入到一个PECVD涂覆装置中来提供这样一种非氧化气氛(任选地基本上或完全不存在氧气)。可以使用OMCTS和/或HMDSO使用较高的功率和氧气通过一个处理(该处理形成一个薄的S iOx的表皮层或涂层或一个疏水层或涂层,作为溶质阻挡物)来形成随后的溶质阻挡物。
VII.B.1.a.i.这些多层或涂覆涂层中的某些被考虑为至少一定程度地具有一个或多个以下任选的优点。它们可以解决所报告的处理有机硅的困难,因为该溶质阻挡物可以限制内部硅酮并且防止它迁移到注射器的内容物中或别处,这导致了在注射器的可递送的内容物中较少的硅酮颗粒以及更少的在润滑层或涂层与注射器的内容物之间的相互作用的机会。它们还可以解决润滑层或涂层从润滑点迁移离开的问题,改进了在注射器筒与柱塞之间的界面的润滑性。例如,可以减小脱离力(break-free force),可以减小在移动柱塞上的拖曳力(drag),或任选地两者。
VII.B.1.a.i.所考虑的是当溶质阻挡物被破坏时,该溶质阻挡物将继续粘附到该润滑层或涂层以及注射器筒上,这可以禁止将任何颗粒夹带到该注射器的可递送的内容物中。
VII.B.1.a.i.这些涂层中的某一些还将提供制造优点,特别地如果该阻挡涂层、润滑层或涂层以及表面处理被应用到同一个装置(例如所述的PECVD装置)中时。任选地,该SiOx阻挡涂层、润滑层、以及表面处理都可以被应用到一个PECVD装置中,因此极大地降低了必需的处理量。
通过使用相同的前体并且改变该工艺形成该阻挡涂层、润滑层、以及溶质阻挡物可以得到进一步的优点。例如,可以通过以下步骤来施加一个SiOx气体阻挡层或涂层:在高功率/高O2条件下使用一种OMCTS前体,然后通过使用一种OMCTS前体在低功率和/或在基本上或完全不存在氧气的情况下施加一个润滑层或涂层,最后使用一种OMCTS前体在中间功率和氧气下进行表面处理。
VII.B.1.b.具有SiOx涂覆的内部以及阻挡层涂覆的外部的筒的注射器
VII.B.1.b.在图50中示出,仍另一个实施方案是包括柱塞546、筒548、以及内部和外部阻挡涂层554和602的注射器544。筒548可以由热塑基材料制成并且限定一个内腔604。筒548可以具有接收用于滑动的柱塞546的内表面552和外表面606。可以将一种SiOx的阻挡涂层554提供到筒548的内表面552上,其中x是从1.5至约2.9。可以将一种树脂的阻挡涂层602提供到筒548的外表面606上。
VII.B.1.b.在任何实施方案中,该热塑性基础材料典型地可以包括一种聚烯烃例如聚丙烯或一种环烯烃共聚物(例如在商标
下销售的材料)、一种聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二酯)、一种聚碳酸酯(例如一种双酚A聚碳酸酯热塑性塑料)、或其他材料。考虑了复合材料注射器筒,它们具有这些材料中的任何一种作为外层、以及这些材料中的相同的或不同的一种作为内层。还可以使用在本说明书中别处所述的复合材料注射器筒或取样管的任何材料组合。
VII.B.1.b.在任何实施方案中,该树脂任选地可以包括处于均聚物或共聚物形式的聚偏二氯乙烯。例如,可以采用美国专利6,165,566(通过引用结合在此)中所描述的PVdC均聚物(俗名:萨纶)或共聚物。该树脂任选地能够以胶乳或其他分散体的形式被施加到该筒的外部表面上。
VII.B.1.b.在任何实施方案中,该注射器筒548任选地可以包括一个润滑层,该润滑层被置于该柱塞与SiOx的阻挡涂层之间。在本说明书中别处描述了适当的润滑层。
VII.B.1.b.在任何实施方案中,该润滑层优选地可以通过PECVD来施加,并且任选地可以包括特征为如定义部分中所定义的材料。
VII.B.1.b.在任何实施方案中,该注射器筒548任选地可以包括一个覆盖该润滑层的表面处理,其量值有效减少该润滑层、该热塑性基础材料的组分(或两者)浸出到内腔604中。
VII.B.1.c.制造具有SiOx涂覆的内部以及阻挡层涂覆的外部的筒的注射器的方法
VII.B.1.c.甚至另一个实施方案是制造如部分VII.B.1.b的任何实施方案中所述的一种注射器的的方法,该注射器包括一个柱塞、一个筒、及内部和外部阻挡涂层。提供了一种筒,该筒具有用于接收用于滑动的柱塞一个内部表面以及一个外部表面。通过PECVD将一个SiOx的阻挡涂层提供到该筒的内部表面上。将一种树脂的阻挡涂层提供到该筒的外部表面上。将该柱塞和筒进行组装从而提供了一种注射器。
VII.B.1.c.为了有效地用水性胶乳涂覆(均匀地湿润)该塑料物品,所考虑的是使该乳胶的表面张力与该塑料基底相匹配是有用的。这可以通过独立地或结合地数种方法来实现,例如,降低该乳胶的表面张力(用表面活性剂或溶剂),和/或对该塑料物品进行电晕预处理,和/或对该塑料物品进行化学预处理(priming)。
VII.B.1.c.该树脂任选地可以通过将乳胶浸涂到该筒的外部表面上,将该乳胶喷涂到该筒的外部表面上(或两者)而被施加,由此提供了基于塑料的物品,提供了改进的气体以及蒸气阻挡性能。可以制造聚偏二氯乙烯塑料叠压物品,与非层压塑料物品相比较,这些物品提供了显著改进的气体阻挡性能。
VII.B.1.c.在任何实施方案中,任选地可以该树脂热固化。任选地通过除去水而固化该树脂。可以通过将树脂热固化、将树脂暴露于部分真空或低湿度环境、催化地固化该树脂、或其他权宜措施来除去水。
VII.B.1.c.考虑了一个有效的热固化方案以提供最终的干燥,从而允许PVdC结晶,这提供了阻挡特性。可以在高温下(例如在180°F至310°F之间(82℃至154℃))进行初级固化,当然这取决于该热塑性基础材料的耐热性。任选地初级固化之后的阻挡性能可以是最后固化之后所实现的最终阻挡性能的大约85%。
VII.B.1.c.可以在从环境温度(如大约65°F至75°F(18℃至24℃))持续一个长的时间(例如2周)至高温(如122°F(50℃))持续一个短的时间(如四小时)的温度范围下进行最后固化。
VII.B.1.c.任选地考虑的PVdC塑料层压物品(除了优异的阻挡性能之外)以提供一种或多种希望的性能(例如无色透明、良好的光泽、耐磨性、可印刷性以及机械应变抗性)
VII.B.2柱塞
VII.B.2.a.具有阻挡层涂覆的活塞前面
VII.B.2.a.另一个实施方案是用于注射器的一种柱塞,包括一个活塞以及一个推杆。该活塞具有一个前面、一个大致圆柱形的侧面、以及一个后部分,该侧面被配置为可移动地就位于注射器筒之内。该前面具有一个阻挡涂层。该推杆接合该后部分并且被配置为使活塞在注射器筒中前进。
VII.B.2.b.具有与侧面接界的润滑层
VII.B.2.b又另一个实施方案是用于注射器的一种柱塞,包括一个活塞、一个润滑层、以及一个推杆。该柱塞具有一个前面,一个大致圆柱形的侧面、以及一个后部分。该侧面被配置为可移动地就位于注射器筒中。该润滑层与侧面接界。该推杆接合该柱塞的后部分并且被配置为使活塞在注射器筒中前进。
VII.B.3.a.两件式注射器和鲁尔接头
VII.B.3.a.另一个实施方案是包括一个柱塞、一个注射器筒、以及一个鲁尔接头的注射器。该注射器包括具有一个内部表面的筒,该内部表面接收用于滑动的柱塞。鲁尔接头包括一个鲁尔锥,该鲁尔锥具有由一个内表面限定的一个内部通道。该鲁尔接头以与该注射器筒分离的一个分离件的形式而形成并且通过一个连接器连接到该注射器筒上。该鲁尔锥的内部通道任选地具有一个SiOx的阻挡涂层。
VII.B.3.b.固定针注射器
VII.B.3.b.另一个实施方案是例如在2011年5月11日提交的PCT/US11/36097和2010年6月29日提交的US61/359,434中所描述的包括柱塞、注射器筒、以及固定针的注射器(“固定针注射器”)。该针是空心的,具有的典型尺寸是18-29规格范围内的。该注射器筒具有可滑动地接收该柱塞的一个内部表面。该固定针可以在该注射器的注塑模制过程中被固定至注射器上或者可以使用粘合剂将其组装到模制的注射器上。将一个盖放在该固定针上以密封该注射器组件。该注射器组件必须密封成使得在注射器内可以维持一个真空而能够进行PECVD涂覆过程。
VII.B.4润滑层或涂层综述
VII.B.4.a.工艺的产物与润滑性
VII.B.4.a.又另一个实施方案是一种润滑层。该涂层可以是通过如在此所述的用于制备润滑涂层的工艺而制造的这种类型。
VII.B.4.a.在本说明书中在别处提及的用于润滑涂层的任何这些前体可以单独地或组合使用。在有效形成一种涂层的条件下将前体施加到基底上。将该涂层聚合或交联(或两者),从而形成一种润滑的表面,相比于未处理的基底该润滑的表面具有较低的柱塞滑动力或起动力。
VII.B.4.a.另一个实施方案是施加润滑层的一种方法。在有效形成一种涂层的条件下将一种有机硅前体施加到一个基底上。将该涂层聚合或交联(或两者),从而形成一种润滑的表面,相比于未处理的基底该润滑的表面具有较低的柱塞滑动力或起动力。
VII.B.4.b.工艺的产物与分析特性
VII.B.4.b.本发明的甚至另一个方面是通过来自进料气体的PECVD沉积的一个润滑层或涂层,该进料气体包括一种有机金属前体、任选地一种有机硅前体,任选地一种线性硅氧烷、一种线性硅氮烷、一种单环硅氧烷、一种单环硅氮烷、一种多环硅氧烷、一种多环硅氮烷、或这些之中的两种或更多种的任何组合。如通过X射线反射率(XRR)所确定的该涂层可以具有1.25与1.65g/cm3之间、任选地在1.35与1.55g/cm3之间、任选地在1.4与1.5g/cm3之间、任选地在1.44与1.48g/cm3之间的密度。
VII.B.4.b.本发明的甚至另一个方面是通过来自进料气体的PECVD沉积的一个润滑层或涂层,该进料气体包括一种有机金属前体、任选地一种有机硅前体,任选地一种线性硅氧烷、一种线性硅氮烷、一种单环硅氧烷、一种单环硅氮烷、一种多环硅氧烷、一种多环硅氮烷、或这些之中的两种或更多种的任何组合。如通过气相色谱法/质谱法所确定的,该涂层具有作为一种放气组分的、含重复的-(Me)2SiO-部分的一种或多种低聚物。任选地,该涂层符合任何实施方案VII.B.4.a.的限制。任选地,如通过气相色谱法/质谱法所确定的该涂层放气组分基本上是不含有三甲基硅醇的。
VII.B.4.b.如通过气相色谱法/质谱法所确定的,该涂层放气组分可以是至少10ng/每测试的含有重复的-(Me)2SiO-部分的低聚物,该气相色谱法/质谱法使用以下测试条件:
GC柱:30mX0.25mm DB-5MS(J&W Scientific),
0.25μm的薄膜厚度
流速:1.0ml/分钟,恒流模式
检测器:质量选择性检测器(MSD)
注射模式:分流注射(10:1分流比)
放气条件:11/ 2英寸(37mm)室,在85°C下吹扫三小时,
流速60ml/分钟
炉温:40℃(5分钟)以10℃/分钟上升至300℃;在300℃下保持5分钟。
VII.B.4.b.任选地,该放气组分可以包括至少20ng/每测试的含有重复的-(Me)2SiO-部分的低聚物。
VII.B.4.b任选地,该进料气体包括一种单环硅氧烷、一种单环硅氮烷、一种多环硅氧烷、一种多环硅氮烷、或这些之中的两种或多种的任何组合,例如一种单环硅氧烷、一种单环硅氮烷、或这些之中的两种或更多种的任何组合,例如八甲基环四硅氧烷。
VII.B.4.b.任何一个实施方案的润滑层或涂层可以具有通过透射电子显微术(TEM)所测量的从1nm至5000nm、或10nm至1000nm、或10nm至200nm、或20nm至100nm、或30nm至1000nm、或30nm至500nm厚的平均厚度。优选的范围是从30nm至1000nm以及从20nm至100nm,并且特别优选的范围是从80nm至150nm。在单个测量点处该涂层的绝对厚度可以高于或低于该平均厚度的范围限度。然而,它典型地在对于该平均厚度所给定的厚度范围内变化。
VII.B.4.b.本发明的另一个方面是通过来自进料气体的PECVD沉积的一个润滑层或涂层,该进料气体包括一种单环硅氧烷、一种单环硅氮烷、一种多环硅氧烷、一种多环硅氮烷、或这些之中的两种或更多种的任何组合。如通过X射线光电子光谱法(XPS)所确定的,该涂层可以具有被归一化为100%的碳、氧、以及硅的碳的一个原子浓度,该浓度大于进料气体的原子式中碳的原子浓度。任选地,该涂层符合实施方案VII.B.4.a或VII.B.4.b.A的限定。
VII.B.4.b.任选地,与当制造一种润滑涂层时有机硅前体中碳的原子浓缩相比较,碳的原子浓度从1原子%增加到80原子%(如所计算的并且基于EP 2251455的实例15中的XPS条件),可替代地从10原子%至70原子%,可替代地从20原子%至60原子%、可替代地从30原子%至50原子%,可替代地从35原子%至45原子%,可替代地从37原子%至41原子%。
VII.B.4.b.本发明的一个另外的方面是通过来自进料气体的PECVD沉积的一个润滑层或涂层,该进料气体包括一种单环硅氧烷、一种单环硅氮烷、一种多环硅氧烷、一种多环硅氮烷、或这些之中的两种或更多种的任何组合。该涂层具有如通过X射线光电子光谱法(XPS)所确定的,被归一化为100%的碳、氧、以及硅的一个硅的原子浓度,该浓度小于进料气体的原子式中硅的原子浓度。参见EP 2251455的实例15。
VII.B.4.b.任选地,硅的原子浓度从1原子%增加到80原子%(如所计算的并且基于EP 2251455的实例15中的XPS条件),可替代地从10原子%至70原子%,可替代地从20原子%至60原子%、可替代地从30原子%至55原子%,可替代地从40原子%至50原子%,可替代地从42原子%至46原子%。
VII.B.4.b.还特别地考虑了具有在部分VII.B.4中所引证的任何两种或更多种特性的组合的润滑层。
VII.C.容器综述
VII.C.如在此所述的和/或根据在此所述的方法制备的涂覆的容器或器皿可以被用于接收和/或储存和/或递送一种化合物或组合物。该化合物或组合物可以是敏感的,例如空气敏感的、氧气敏感的、对湿度敏感的和/或对机械影响敏感的。它可以是一种生物活性的化合物或组合物,例如一种药剂,像胰岛素或包含胰岛素的组合物。在另一个方面,它可以是一种生物流体,任选地一种体液,例如血液或一种血液成分。在本发明的某些方面中,该化合物或组合物是有待施用到对其有需要的受试者体内的一种产品,例如一种有待注射的产品,例如血液(如在从供体向受体输血的过程中,或将血液从患者再引入返回到该患者体内)或胰岛素。
VII.C.如在此所述的和/或根据在此所述的方法制备的涂覆的容器或器皿可以被进一步用于保护包含在它的内部空间中的一种化合物或组合物免受该未涂覆的容器材料的表面的机械和/或化学作用。例如,它可以用于防止或减少该组合物的化合物或一种组分的沉淀和/或凝固或血小板激活,例如胰岛素沉淀或血液凝固或血小板激活。
VII.C.它可以进一步用于保护包含在它的内部中的一种化合物或组合物免受该容器的外部环境影响,例如通过防止或减少一种或多种化合物从该容器周围的环境进入到该容器的内部空间中。这类环境化合物可以是一种气体或溶液,例如一种含有氧气、空气、和/或水蒸气的大气气体或液体。
VII.C.如在此所述的涂覆的容器还可以被抽真空并且以真空状态进行储存。例如,与相应的未涂覆的容器相比较该涂层允许更好的真空维持。在这个实施方案的一个方面,该涂覆的容器是一种采血管。该管还可以含有用于防止血液凝固或血小板激活的一种试剂,例如EDTA或肝素。
VII.C.例如作为容器通过提供从约1cm至大约200cm、任选地从大约1cm至大约150cm、任选地从大约1cm至大约120cm、任选地从大约1cm至大约100cm、任选地从大约1cm至大约80cm、任选地从大约1cm至大约60cm、任选地从大约1cm至大约40cm、任选地从大约1cm至大约30cm长的管材长度,并且如下所述用一个探头电极来对它进行处理,可以制成任何上述实施方案。特别是对于上述范围中的较长的长度,应当考虑的是在形成涂层期间探头与容器之间的相对移动可能是有用的。例如,这可以通过相对于探头来移动容器或相对于容器来移动探头来完成。
VII.C.在这些实施方案中,所考虑的是与可以优选的阻挡涂层相比较该涂层可以是较薄的或更不完整的,因为在一些实施方案中该容器将不需要真空采血管所具有的高阻挡层完整性。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该容器具有一个中心轴线。
VII.C.>作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该容器壁对于在20℃下至少一次的弯曲(跨过从至少基本上直的至在中心轴线处弯曲半径不大于等于该容器的外径的100倍的范围而没有破坏壁)是足够柔韧的。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,在中心轴线处的弯曲半径是不大于等于该容器的外径的90倍(或不大于等于80倍、或不大于等于70倍、或不大于等于60倍、或不大于等于50倍、或不大于等于40倍、或不大于等于30倍、或不大于等于20倍、或不大于等于10倍、或不大于等于9倍、或不大于等于8倍、或不大于等于7倍、或不大于等于6倍、或不大于等于5倍、或不大于等于4倍、或不大于等于3倍、或不大于等于2倍),或不大于该容器的外径。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该容器壁可以是由柔韧材料制成的一种接触流体的表面。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该容器内腔可以是一种泵的流体流动通道。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该容器可以是一种被适配以保持血液处于用于医疗用途的良好条件的血袋。
VII.C.,VII.D.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该高分子材料可以是一种硅酮弹性体或一种热塑性聚氨酯(作为两个实例)或适合于与血液或与胰岛素相接触的任何材料。
VII.C.,VII.D.在一个任选的实施方案中,该容器具有至少2mm或至少4mm的内径。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该容器是一种管。
VII.C.作为任何上述实施方案的一个任选的特征,该内腔具有至少两个开放末端。
用于所有实施方案的通常的条件
在在此所考虑的任何实施方案中,能够使用许多通常条件(例如以任何组合的任何以下各项)。可替代地,可以使用在本说明书或权利要求书中别处所描述的任何不同的条件。
I.任何一种实施方案的基底
I.A.任何一种实施方案的容器
这种容器可以是采样管,例如采血管、或注射器、或注射器部件例如筒或柱塞或活塞、管形瓶、导管、或小杯。该基底可以是一种闭合末端的管,例如一种医用采样管。该基底可以是具有一个内腔的容器的内壁,该内腔具有从0.5mL至50mL的空体积,任选地从1mL至10mL,任选地从0.5mL至5mL,任选地从1mL至3mL。该基底表面可以是具有至少一个开口以及一个内表面的容器的内表面的部分或全部,并且其中该气态反应物填充该容器的内部内腔并且可以在这个容器的内部内腔的部分或全部中产生等离子体。
I.B.注射器以及部件
该基底可以是一个注射器筒。该注射器筒可以具有一个柱塞滑动表面并且该涂层可以被置于该柱塞滑动表面的至少一部分上。该涂层可以是一种润滑层。该润滑层或涂层可以在该筒内表面上。该润滑层或涂层可以在该柱塞上。在一个特定的方面,该基底是一种固定针注射器或一种固定针注射器的一部分。
I.C.用于接收塞子的容器
该基底可以是容器的开口中的一种塞子接收表面。该基底可以是适配用于接收塞子的容器的开口的一种大致圆锥形的或圆柱形的内表面。
I.D.塞子
该基底可以是一个塞子的滑动表面。这些基底可以通过提供位于在一个单个的基本上抽空的容器中的多个塞子来进行涂覆。该化学气相沉积可以是等离子体增强的化学气相沉积并且该塞子可以与该等离子体相接触。该化学气相沉积可以是等离子体增强的化学气相沉积。该等离子体可以在该塞子的上游形成,产生了等离子体产物,并且该等离子体产物可以与该塞子相接触。
一个封闭件可以定义一个用涂层涂覆的基底,任选地一个用润滑层涂覆的塞子。该基底可以是被就位于一个容器中的一种封闭件,该容器定义了一个内腔,并且该封闭件朝向内腔的一个表面可以涂覆有该涂层。
该涂层对于减少将该塞子的金属离子组分传输到该容器的内腔中可能是有效的。
I.E.任何一种实施方案的基底
该基底可以是一个容器壁。与一个封闭件的接触壁的表面相接触的该容器壁的一部分可以涂覆有该涂层。该涂层可以是具有第一和第二层的材料的复合材料。该第一层或涂层可以与该弹性体塞子接界。该涂层的第一层对于减少将该塞子的一个或多个组分传输到该容器内腔中可能是有效的。该第二层或涂层可以与该容器的内壁接界。当可以将该塞子就位在该容器上时,该第二层对于减少该塞子与该容器的内壁之间的摩擦可能是有效的。
可替代地,可以将任何一个实施方案的第一和第二层定义为包含碳和氢的具有梯度特性的一种涂层,其中第一层或涂层中碳和氢的比例大于第二层。
可以将等离子体增强的化学蒸气沉积应用于任何一个实施方案的涂层。
任何一个实施方案的基底可以包括玻璃、可替代地一种聚合物、可替代地一种聚碳酸酯聚合物、可替代地一种烯烃聚合物、可替代地一种环烯烃共聚物、可替代地一种聚丙烯聚合物、可替代地一种聚酯聚合物、可替代地一种聚对苯二甲酸乙二酯聚合物、可替代地一种聚乙烯萘二甲酸酯聚合物、可替代地上述材料中的任何两种或更多种的一种组合、复合物或共混物。
II.任何实施方案的气态反应物或工艺气体限定
II.任何实施方案的沉积条件
如果使用的话,可以在减压下产生用于PECVD的等离子体,并且该减压可以是小于300mTorr、任选地小于200mTorr、甚至任选地小于100mTorr。该涂层的物理和化学特性可以通过设定在该气态反应物中O2对有机硅前体的比率、和/或通过设定用于产生该等离子体的电功率来设定。
II.C.任何实施方案的前体
在本说明书中在别处已经描述了该有机硅前体。
在某些方面,特别是当形成一个润滑涂层时,该有机硅化合物包含八甲基环四硅氧烷(OMCTS)。用于所述某些方面的任何实施方案的有机硅化合物可以主要包括八甲基环四硅氧烷(OMCTS)。在某些方面,特别是当形成一个阻挡涂层时,该有机硅化合物是或包含六甲基二硅氧烷。
该反应气体还可以包括一种烃。该烃可以包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、乙炔、或这些之中的两种或更多种的一种组合。
该有机硅前体可以按等于或小于6sccm的速率来递送,任选地等于或小于2.5sccm、任选地等于或小于1.5sccm、任选地等于或小于1.25sccm。较大的容器或在条件或规模方面的其他改变可能需要较多或较少的前体。可以在小于1Torr的绝对压力下提供该前体。
II.D.任何实施方案的载气
该载气可以包含或包括一种惰性气体,例如氩、氦、氙、氖、在沉积条件下对于工艺气体中的其他组分是惰性的另一种气体、或这些之中的两种或更多种的任何组合。
II.E.任何实施方案的氧化气体
该氧化气体可以包含或包括氧气(O2和/或O3(通常称为臭氧))、氧化亚氮、或在所采用的条件下在PECVD期间氧化该前体的任何其他气体。该氧化气体包括大约1标准体积的氧气。该气态反应物或工艺气体可以是至少基本上不含有氮气的。
III任何实施方案的等离子体
任何一个PECVD实施方案的等离子体可以在该基底的附近形成。在某些情况下,特别是当制备一种SiOx涂层时,该等离子体可以是一种非空心阴极等离子体。在其他某些情况下,特别是当制备一种润滑涂层时,非空心阴极等离子体是不希望的。该等离子体可以在减压下从气态反应物形成。可以提供足够的等离子体发生功率输出以诱导在该基底上形成涂层。
IV.任何实施方案的RF功率
可以将该前体与一种等离子体相接触,该等离子体是通过用电极在该前体附近进行激励来制造的,这些电极以10kHz至2.45GHz、可替代地从大约13至大约14MHz的频率来供能。
可以将该前体与一种等离子体相接触,该等离子体是通过用电极在该前体附近进行激励来制造的,这些电极是在射频、任选地从10kHz至小于300MHz、任选地从1至50MHz、甚至任选地从10至15MHz、任选地在13.56MHz的频率被供能的。
可以将该前体与一种等离子体相接触,该等离子体是通过用电极在该前体的附近进行激励来制造的,该电极被提供有以下电功率:从0.1W至25W,任选地从1W至22W、任选地从1W至10W、甚至任选地从1W至5W、任选地从2W至4W例如3W、任选地从3W至17W、甚至任选地从5W至14W例如6W或7.5W、任选地从7W至11W例如8W。
可以将该前体与一种等离子体相接触,该等离子体是通过用电极在该前体的附近进行激励来制造的,该电极被提供有以下电功率密度:小于10W/ml的等离子体体积、可替代地从6W/ml至0.1W/ml的等离子体体积、可替代地从5W/ml至0.1W/ml的等离子体体积、可替代地从4W/ml至0.1W/ml的等离子体体积、可替代地从2W/ml至0.2W/ml的等离子体体积。
可以通过用电磁能、可替代地微波能来激发该反应混合物从而形成等离子体。
V.任何实施方案的其他工艺选项
可以通过将前体蒸发并且将它提供到基底的附近来进行将涂层施加到该基底上的施加步骤。
采用的化学气相沉积可以是PECVD并且沉积时间可以是1至30秒,替代地2至10秒,替代地3至9秒。任选地限制沉积时间的目的可以是为了避免基底过热、增大生产速率、并且减少对工艺气体和其组分的使用。任选地延长沉积时间的目的可以是为了对于特定沉积条件提供更厚的涂层。
VI.任何实施方案的涂层特性
VI.A.任何实施方案的润滑特性
根据本发明所述涂覆有一种润滑涂层的容器(例如注射器筒和/或柱塞)具有比未涂覆的容器更高的润滑性(例如通过测量Fi和/或Fm来确定)。如在此所述,它们还具有比涂覆有SiOx涂层的容器更高的润滑性。可以在有效形成该基底的一个润滑的表面的条件下进行一个实施方案,该基底具有比未处理的基底更低的滑动力或起动力(或任选地两者)。任选地,相对于未涂覆的注射器筒,这些材料以及条件可以以至少25%、可替代地至少45%、可替代地至少60%、可替代地大于60%有效减少滑动力或起动力。另外说明的是,该涂层可以具有比未涂覆的表面更低的摩擦阻力,其中与未涂覆的表面相比较任选地该摩擦阻力可以被降低至少25%、任选地至少45%,甚至任选地至少60%。
该松脱力(break loose force,Fi)以及该滑动力(glide force,Fm)是针对润滑涂层的效果的重要的性能度量。对于Fi以及Fm而言,所希望的是具有低的而不是太低的值。在太低的Fi的情况下,这表示太低水平的阻力(极限值是零),可能发生过早的/非预期的流动,这可能例如导致预充式注射器的内容物的非预期的、过早的或不受控制的排出。
为了实现充分的润滑性(例如为了确保注射器柱塞可以在注射器内移动、但不避免该柱塞的受控移动),有利地应该维持以下范围的Fi和Fm:
Fi:2.5至5lbs,优选2.7至4.9lbs,特别是2.9至4.7lbs;
Fm:2.5至8.0lbs,优选3.3至7.6lbs,特别是3.3至4lbs。
进一步有利的Fi和Fm值可以在这些实例的表中找到。
该润滑涂层任选地提供了一种一致的柱塞力,该力减少了松脱力(Fi)与滑动力(Fm)之间的差。
VI.B.任何实施方案的疏水特性
一个实施方案可以在有效在基底上形成疏水层或涂层的条件下进行。任选地,可以通过设置该气态反应物中O2与该有机硅前体的比率,和/或通过设置用于产生等离子体所使用的电功率来设置该涂层的疏水特性。任选地,该涂层可以具有比未涂覆的表面更低的湿润张力,任选地该湿润张力是从20至72达因/厘米、任选地30至60达因/厘米、任选地30至40达因/厘米、任选地34达因/厘米。任选地,该涂层是比未涂覆表面更疏水的。
VI.C.任何实施方案的厚度
任选地,该涂层可以具有在本披露中说明的任何量的、通过透射电子显微术(TEM)来确定的厚度。
对于在此所述的润滑性涂层而言,指示的厚度范围表示为平均厚度,因为一定的粗糙度可以增强该润滑涂层的润滑特性。因此,该润滑涂层的厚度遍及整个涂层有利地是不均匀的(见上)。然而,也考虑了一个均匀厚度的润滑涂层。在单个测量点处润滑涂层的绝对厚度可以高于或低于该平均厚度的范围界限的,其中与平均厚度的最大偏差优选+/-50%、更优选+/-25%并且甚至更优选+/-15%。然而,它典型地在在本说明书对于平均厚度给定的厚度范围内变化。
VI.D.任何实施方案的构成
任选地,润滑涂层可以由SiwOxCyHz或SiwNxCyHz组成。通常它具有原子比SiwOxCy,其中w是1,x是从大约0.5至大约2.4,y是从大约0.6至大约3,优选地w是1,x是从大约0.5至1.5,并且y是从0.9至2.0,更优选地,w是1,x是从0.7至1.2并且y是从0.9至2.0。该原子比可以通过XPS(X射线光电子光谱法)确定。考虑到H原子,因此该涂层在一个方面可以具有式SiwOxCyHz,其中w是1,x是从大约0.5至大约2.4,y是从大约0.6至大约3,并且z是从大约2至大约9。典型地,在本发明的一个具体涂层中的原子比是Si 100:O 80-110:C 100-150。具体地,该原子比可以是Si 100:O 92-107:C 116-133,并且因此这种涂层将含有36%至41%的碳(碳加氧加硅归一化为100%)。
替代地,w可以是1,x可以是从约0.5到1.5,y可以是从约2至约3,并且z可以是从6至约9。替代地,如通过X射线光电子光谱法(XPS)所确定的,该涂层可以具有被归一化为100%的碳、氧、以及硅的原子浓度:小于50%的碳以及大于25%的硅。替代地,其原子浓度是从25%至45%的碳、25%至65%的硅、以及10%至35%的氧。替代地,其原子浓度是从30%至40%的碳、32%至52%的硅、以及20%至27%的氧。替代地,其原子浓度是从33%至37%的碳、37%至47%的硅、以及22%至26%的氧。
任选地,如通过X射线光电子光谱法(XPS)所确定的被归一化为100%的碳、氧、以及硅的碳的原子浓度可以大于有机硅前体的原子式中的碳的原子浓度。例如,考虑了多个实施方案,其中碳的原子浓度从1原子%增加到80原子%、可替代地从10原子%至70原子%、可替代地从20原子%至60原子%、可替代地从30原子%至50原子%、可替代地从35原子%至45原子%、可替代地从37原子%至41原子%。
任选地,与有机硅前体相比较,该涂层中碳对氧的原子比可以增加,和/或与有机硅前体相比较氧对硅的原子比可以减少。
任选地,该涂层可以具有如通过X射线光电子光谱法(XPS)所确定的,被归一化为100%的碳、氧、以及硅的一个硅的原子浓度,该浓度小于进料气体的原子式中硅的原子浓度。例如,考虑了多个实施方案,其中硅的原子浓度从1原子%增加到80原子%,可替代地从10原子%至70原子%,可替代地从20原子%至60原子%、可替代地从30原子%至55原子%,可替代地从40原子%至50原子%,可替代地从42原子%至46原子%。
作为另一种选项,考虑了一种涂层,该涂层可以被表征为一个总式,其中与有机硅前体的总式相比较,原子比C:O可以是增加的和/或原子比Si:O可以是降低的。
VI.E.任何实施方案的放气种类
由一种有机硅前体(例如在此所描述的润滑性的或S iOx阻挡涂层)制成的涂层可以具有作为放气组分的、含有重复的-(Me)2SiO-部分的一种或多种低聚物(如通过气相色谱/质谱法所确定的)。该涂层放气组分可以通过气相层析法/质谱法来确定。例如,该涂层放气组分可以具有至少10ng/每测试的含有重复的-(Me)2SiO-部分的低聚物,可替代地至少20ng/每测试的含有重复的-(Me)2SiO-部分的低聚物,如使用以下测试条件所确定的:
GC柱:30mX0.25mm DB-5MS(J&W Scientific),0.25μm薄膜厚度
流速:1.0ml/分钟,恒流模式
检测器:质量选择性检测器(MSD)
注射模式:分流注射(10:1分流比)
放气条件:1英寸(37mm)室,在85℃下吹扫三小时,流速60ml/min
炉温:40℃(5分钟)以10℃/分钟升温至300℃;在300℃维持5分钟。
任选地,该润滑涂层可以具有至少基本上不含有三甲基硅醇的放气组分。
VI.E.任何实施方案的其他涂层特性
如通过X射线反射率(XRR)所确定的该涂层可以具有1.25与1.65g/cm3之间的密度,可替代地在1.35与1.55g/cm3之间、可替代地在1.4与1.5g/cm3之间、可替代地在1.4与1.5g/cm3之间、可替代地在1.44与1.48g/cm3之间。任选地,该有机硅化合物可以是八甲基环四硅氧烷并且当该有机硅化合物在相同的PECVD反应条件下时,该涂层可以具有一个密度,该密度可以高于由HMDSO制造的涂层的密度。
与未涂覆的表面和/或与使用HMDSO作为前体的阻挡层涂覆的表面相比较,该涂层任选地可以防止或减少与该涂层相接触的一种组合物中的化合物或组分的沉淀,具体地说可以防止或减少胰岛素沉淀或血液凝固。
基底可以是一种容器,用于保护包含在或接受在该涂覆的容器中的化合物或组合物免受该未涂覆的基底的表面的机械和/或化学作用。
该基底可以是一种容器,用于防止或减少该与该容器的内表面相接触的组合物中的化合物或组分的沉淀和/或凝固。该化合物或组合物可以是一种生物活性化合物或组合物,例如一种药剂,例如该化合物或组合物可以包括胰岛素,其中胰岛素沉淀可以被减少或防止。可替代地,该化合物或组合物可以是一种生物流体,例如一种体液,例如血液或其中血液凝固可以被减少或防止的一种血液成分。
用于形成、涂覆、以及测试管的基本实验方案
根据下面示例性实验方案(除了在单独的实例中另外指明的之外)来形成和涂覆在随后操作实例中测试的容器。在以下基本实验方案中给出的具体的参数值(例如电功率以及工艺气体流速)是典型值。与这些典型值相比较,每当参数值发生改变时,这将在随后的操作实例中指明。同样的原则应用于工艺气体的类型以及构成。
用于形成COC管的实验方案
具有通常用作真空采血管的形状和尺寸的环烯烃共聚物(COC)管(“COC管”)是从
8007-04环烯烃共聚物(COC)树脂来注塑模制的,该树脂可以从德国法兰克福市的Hoechst AG公司获得,这些COC管具有下面这些尺寸:75mm的长度,13mm的外径,以及0.85mm的壁厚,各自具有约7.25cm
3的体积以及一个闭合的、倒圆的末端。
使用SiOx涂覆管内部的实验方案
容器支架50是由
缩醛树脂制成(可以从美国特拉华州威明顿市E.I.du Pont de Nemours and Co公司得到),具有1.75英寸(44mm)的外径以及1.75英寸(44mm)的高度。容器支架50被收容于
结构中,允许器件移入和移出电极160。电极160是由具有
屏蔽的铜制成的。
屏蔽是环绕铜电极160的外部来共形的。电极160被测量约3英寸(76mm)高(里面)并且是约0.75英寸(19mm)宽。
将用作容器80的管插入到容器支架50底座中,该底座用围绕该管的外部的
O型圈490,504(
是美国特拉华州威明顿市DuPont Performance Elastomers LLC公司的一个商标)进行密封(图45)。将管80仔细地移动到密封位置,该位置在延伸的(静止)1/8-英寸(3-mm)直径黄铜探头或对电极108之上,并且推向一个铜等离子体网。
铜等离子体网610是一种打孔的铜箔片材料(美国伊利诺州芝加哥市K&S Engineering公司,Part#LXMUW5铜网),它被切割以配合该管的外径,并且通过一个径向延伸的对接表面494而保持在适当位置,该对接表面充当用于管插入的终止(见图45)。将两件铜网紧密配合在该黄铜探头或对电极108的周围,以确保良好的电接触。
该黄铜探头或对电极108延伸进入该管的内部约70mm并且具有#80线(直径=0.0135英寸或0.343mm)的一个阵列。黄铜探头或对电极108延伸通过一个位于容器支架50底部的
接头(从美国Swagelok Co.,Solon Ohio可得),延伸通过容器支架50的底部结构。该黄铜探头或对电极108被接地到该RF匹配网络的外壳上。
气体递送端口110是沿着该管的长度在该探头或对电极108上的12个孔(在彼此90度定向的四个侧面的每一个上有三个)以及在插入气体递送端口110的末端的铝帽中的两个孔。气体递送端口110被连接到一个不锈钢组件上,该组件包含接头,这些接头结合了用于排气的一个手动球阀、一个热电偶压力计以及连接到该抽真空管线上的一个旁通阀。此外,该气体系统连接至气体递送端口110,允许工艺气体、氧和六甲基二硅氧烷(HMDSO)流动通过气体递送端口110(在处理压力下)进入该管内部。
该气体系统包括用于可控地使氧气以70sccm(或以针对具体实例所报告的特定的流速)流动进入该过程的一个
GFC17质量流速计(美国伊利诺伊州巴灵顿市Cole-Parmer Instrument公司Part#EW-32661-34)以及长度52.5英寸(1.33m)的一个聚醚醚酮(“PEEK”)毛细管(外径,“OD”1/16-英寸(1.5-mm.),内径,“ID”0.004英寸(0.1mm))。将该PEEK毛细管末端插入到液体六甲基二硅氧烷(“HMDSO,”Alfa
Part Number L16970,NMR级,可以从伦敦Johnson Matthey PLC公司获得)中。由于在处理期间管中的压力较低,该液体HMDSO被吸引通过该毛细管。然后在该毛细管的出口处当HMDSO进入低压区域时HMDSO被蒸发成为蒸气。该气体入口压力是7.2Torr。
为了确保该液体HMDSO经过该点不发生冷凝,当它不经由一个
三通阀流动进入用于处理的管的内部时,将气体流(包括氧气)转移到该泵送管线中。一旦该管被安装,将真空泵阀向容器支架50以及该管的内部打开。
一台Alcatel回转叶片式真空泵和鼓风机组成该真空泵系统。当工艺气体以指定的速率流动时,该泵系统允许该管的内部降低至小于200mTorr的压力。
一旦达到了这个基础真空水平,将该容器支架50组件移动到该电极160组件中。该气体流(氧气以及HMDSO蒸气)流入该黄铜的气体递送端口110(通过调节3通阀从泵送管线至气体递送端口110)中。如通过安装在该泵送管线上的在控制真空的阀附近的一个电容压力计(MKS)所测量的,该管内部的压力是约300mTorr。除了管压力之外,使用连接到该气体系统上的热电偶真空计还测量了该气体递送端口110以及气体系统的内部压力。这个压力典型地是小于8Torr。
一旦气体流动到该管的内部中,将该RF电源开启到它的固定功率水平。以约70瓦的固定功率水平使用一台ENI ACG-6600瓦RF电源(以13.56MHz)。在该涂覆装置的操作期间,使用连接到电源的RF输出上的Bird公司型号43RF瓦计在这个以及全部以下实验方案以及多个实例中校准了输出功率。该RF电源被连接到一个COMDEL CPMX1000自动匹配器上,该匹配器将等离子体(有待在该管中产生)的复阻抗与ENI ACG-6RF电源的50欧姆输出阻抗相匹配。正向功率是70瓦(或针对一个具体实例所报告的特定的量)并且反射功率是0瓦,这样使得所施加的功率被递送到管的内部。该RF电源是通过一个实验室计时器来控制的并且将通电时间设定为6秒(或针对具体实例所报告的特定的时间段)。当启动RF电源时,在该管的内部之中建立了均匀的等离子体。该等离子体维持整个6秒钟直至该RF电源被计时器终止。等离子体在该管内部表面上产生了约20nm厚的一个氧化硅涂层(或在具体实例中所报告的特定的厚度)。
在涂覆之后,将气体流转移回真空管线中并且将真空阀关闭。然后将放气阀打开,使管的内部返回到大气压(约760 Torr)。然后将该管小心地从容器支架50组件中移开(在将容器支架50组件移出电极160组件之后)。
用于将CO2充入采血管的实验方案
将有待充入CO2的管安装在上述的容器支架50中并且连接到前面所述的Alcatel旋片真空泵以及鼓风机(包括该真空泵系统)以及CO2源上。在如以下指明的一些情况下,在施加SiOx涂层以及清除工艺气体之后立即在该涂覆装置中进行CO2充气。在其他情况下,施加SiOx涂层,将管从该涂覆装置中移开,然后安装在该CO2充气装置上。
在如以上说明的任一类型的CO2充气中,首先使用真空泵系统来将该管抽空至压力为0.3至1Torr。将真空维持3秒至30秒,以抽空工艺气体。然后以加压至25psi(1230Torr)绝对压力并且维持在该压力下持续1分钟至14分钟(或持续在操作实例中另外指明的时间量)的CO2填充该真空管。然后将该充气的管传递到在以下实验方案中所描述的放气测量装置中。
用于测量放气的实验方案
VI.B.如图30所示,改编自美国专利6,584,828的图15,是一个测试装置的示意图,该测试装置在一个工作实例中被用于测量通过一个SiOx阻挡涂层348的放气,该阻挡涂层是根据使用SiOx涂覆管内部的实验方案而被施加到COC管358的壁346的内部上的,该COC管是根据用于形成COC管的实验方案制成的,该COC管通过一个密封件360就位于一个微流量技术测量池的上游端,该微流量技术测量池总体上被表示为362。
VI.B.将一个真空泵364连接至商业可得的测量池362(一台具有渗漏测试仪器模型ME2、具有第二代IMFS传感器的智能气体渗漏系统,(2或14μ/min分钟全范围,如在具体实例中指出的),绝对压力传感器范围:0-10托,流速测量不确定性:读数的+/-5%,在校准范围,采用用于自动数据采集的Leak-Tek程序(用PC)以及渗漏流相对时间的标记/绘图)测试该管的放气。由ATC Inc.提供这一装备)的下游端,并且在箭头方向上通过测量池362从容器358的内部吸出气体以便确定放气的蒸气从它的壁进入容器358的质量流量率。
VI.B.在此示意性地显示并且说明的测量池362被认为基本上如下进行工作,尽管这个信息可能在某种程度上偏离实际使用的并且通过型号在该实验方案中更特异性地鉴定的该装备的操作。池362具有一个圆锥形的通道368,通过该通道来引导该放气流。在沿通道368的两个纵向分开的侧面孔370和372放出压力,并且分别进料至部分由隔膜378和380形成的室374和376。在对应的室374和376中积累的压力偏转了这些对应的隔膜378和380。以合适的方式测量这些偏转,如通过测量在隔膜378和380的导电表面之间的以及在导电表面(例如382和384)附近的电容的改变。任选地可以提供一个旁路386从而通过绕过测量池362来加速初始抽空直到达到用于进行测试的希望的真空水平。
VI.B.用于这个测试的容器的COC壁350是0.85mm厚,并且涂层348是在20nm(纳米)厚的数量级上。因此,壁350与涂层348的厚度比是在50,000:1的级别。
VI.B.为了确定通过测量池362(包括容器密封件360)的流速,将尺寸和构造上基本上与容器358完全相同的一个玻璃容器就位于容器密封件360上,抽空至内部压力为1Torr,然后用测量池362来收集电容数据并且转换成一个“放气”流速。关于每一容器,该测试进行两次。在第一轮之后,用氮气来释放真空并且在用另一轮处理(如果有的话)开始之前允许这些容器具有恢复时间以达到平衡。因为玻璃容器被认为具有非常小的放气,并且通过它的壁基本不可渗透,这一测量被理解为至少指出该容器以及在测量池362内的连接的渗漏的量,并且如果存在任何真实的放气或渗透,那么反映确实很少。
VI.B.被提供用来显示某些实例的放气结果的图或数据表的族显示了单独的管的“放气”流速(也表示为微克/每分钟)。该流速中的一些归因于泄漏。表中的数字流速数据点被报告为属于某一测试时间(分钟/每测试,在ATC上)。
工作实例
这些工作实例应当被理解为是包括EP2251671A2中涉及放气的实例(具体地是实例8、实例16、实例19)以及EP2251671A2的这些实例所涉及的图和表。
实例1
对充入CO2的未涂覆的COC管的放气测量
VI.B.进行这个初次测试以确定是否可以将CO2充入到COC中以显著地增加它的ATC放气流速。按照用于形成COC管的实验方案来制造了三十个未涂覆的COC管。在CO2充气之前,按照用于测试放气的实验方案针对放气对这些管进行测试。使用具有一个14μg/min传感器的ATC来测量流速。在CO2充气之前的ATC流速显示于表A中。在各管上进行这个测量之后,然后按照用于将CO2充入采血管的实验方案将CO2充入同一管中,使用10分钟的CO2充气时间。以相同的方式再次测量该速率,并且再次将结果报告于表A中。
参考表A,在CO2充气之前COC管的平均放气流速是1.43微克/分钟。在CO2充气之后COC管的平均放气流速是3.48微克/分钟。该结果表明CO2能够以足够量被吸附到未涂覆管上从而显著有助于ATC放气测量。
表A:充入CO2的COC对放气的影响
实例2
CO2充气时间对放气速率
在这个实例中,CO2充气时间的长度是变化的从而显示它对放气的影响。该ATC试验也增加至五分钟,因此这个试验的结果与实例1的结果不是直接可比较的。该试验的其他地方是类似于实例1的“CO2充气之后”试验进行的。
这些结果提供于表B中,显示该放气流速随着充气时间的增加而增加,尽管随着充气实验的延长,充气的每分钟流速的增加是较小的。
表B:CO2充气时间对ATC流速的影响
实例3
用二氧化碳(CO2)吹扫的未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物的增强的微流量分离
在25psi二氧化碳(CO2)压力下将十个未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物(COC)13x75(0.85mm厚)注塑模制的管单独地在等离子体涂覆装置上加压持续12分钟。如实验方案中所述在等离子体涂覆装置上进行SiOx涂覆。在涂覆之后在CO2加压之前允许将SiOx涂覆管冷却至环境温度;将标准等离子体涂覆装置修改成具有阀从而允许使用标准管支架用CO2压力瓶来进行CO2加压;在CO2加压之后立即对这些管进行评估。
在CO2加压之后,在如前面所述的分析条件下使用0-14微克/升(ug/L)微流量范围ATC仪器对这些管进行分析。十次平均的读数的结果(表C)表明在未涂覆的与S iOx涂覆的COC管之间存在大于4ug/L单位的优异的分离。比较地,在不存在CO2加压下,(a)对于未涂覆的以及涂覆的管两者而言微流量值都是较低的(1.25-2.00ug/L),并且(b)未实现未涂覆的与SiOx涂覆的COC管之间的分离。
表C.等离子体涂覆参数。
功率(瓦): |
70 |
毛细管长度(英寸): |
52.5 |
涂覆时间(秒): |
6 |
|
|
O2流速(sccm): |
70 |
入口压力(托): |
7.2 |
表D.用CO2吹扫的未涂覆的与SiOx涂覆的COC管之间的平均微流量
时间(秒) |
未涂覆的(ug/L) |
涂覆的(ug/L) |
300 |
9.33* |
5.29* |
*十个样品的平均值
实例4
用二氧化碳(CO2)吹扫的未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物的快速6-σ微流量分离
在25psi二氧化碳(CO2)压力下将十个未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物(COC)13x75(0.85mm厚)注塑模制的管单独地在等离子体涂覆装置上加压持续12分钟。在如前面所述的等离子体涂覆装置上进行SiOx涂覆。在涂覆之后在CO2加压之前允许将SiOx涂覆管冷却至环境温度;将标准等离子体涂覆装置修改成具有阀从而允许使用标准管支架用CO2压力瓶来进行CO2加压;在CO2加压之后立即对这些管进行评估。
在CO2加压之后,在如前面所述的分析条件下使用0-14微克/升(ug/L)微流量范围ATC仪器对这些管进行分析。以大致每0.3秒来收集各管的微流量数据。
数据分析:
为了实现未涂覆的与SiOx涂覆的微流速之间统计显著的六σ分离,该平均的未涂覆管微流量(减三个标准差)必须大于平均的SiOx涂覆管微流量(加三个标准差)。如表E中所示,在开始测量之后,在0.96秒与1.29秒之间实现这个条件。
表E.未涂覆管微流量(减3个标准差)以及S i Ox涂覆管微流量(加3个标准差)的时间
*十个样品的平均值
实例5
经由抽真空/加压过程的二氧化碳注入或充气
向一个压力容器中放置若干未涂覆的以及S i Ox-等离子体涂覆的COC 13x75mm管。将该容器抽空至1托,持续30分钟;接着从二氧化碳气缸加压3-10psig,持续30分钟。然后将这些管用ATC微流量仪器在实例1中描述的条件下进行评估。在未涂覆的与等离子体涂覆的COC管之间观察到的微流量区别与对于未涂覆的和SiOx涂覆的PET管的结果(图31和32)差不多,并且远好于使用氮气作为吹扫气体的情况。
实例6
经由加压过程的二氧化碳注入或充气
将这些管安装到一个加压室中并且在75psi以及23℃下用CO2气体加压1.5小时。使用上述条件在ATC装置上对这些管进行测量。这些管显示在涂覆的与未涂覆的8007COC 13x75mm管之间存在良好的分离。
实例7
用氩(Ar)吹扫的未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物的增强的微流量分离
在25ps i氩(Ar)压力下将十个未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物(COC)13x75(0.85mm厚)注塑模制的管单独地在等离子体涂覆装置上加压持续12分钟。在如前面所述的等离子体涂覆装置上进行SiOx涂覆;在涂覆之后在Ar加压之前允许将SiOx涂覆的管冷却至环境温度;将标准等离子体涂覆装置修改成具有阀从而允许使用标准管支架用Ar压力瓶来进行Ar加压,在Ar加压之后立即对这些管进行评估。
在Ar加压之后,在如前面所述的分析条件下使用0-14微克/升(ug/L)微流量范围ATC仪器对这些管进行分析。十个平均的读数的结果(表F)显示在未涂覆的与SiOx涂覆的COC管之间存在大于1ug/L单位的良好的分离。
表F.用氩吹扫的未涂覆的与SiOx涂覆的COC管之间的平均微流量。
时间(秒) |
未涂覆的(ug/L) |
涂覆的(ug/L) |
205 |
3.26* |
2.07 |
*九个样品的平均值
实例8
用氮气(N2)吹扫的未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物的增强的微流量分离。
在25psi氮气(N2)压力下将十个未涂覆的以及SiOx涂覆的环烯烃共聚物(COC)13x75(0.85mm厚)注塑模制的管单独地在等离子体涂覆装置上加压持续12分钟。在如前面所述的等离子体涂覆装置上进行SiOx涂覆;在涂覆之后在N2加压之前允许将SiOx涂覆管冷却至环境温度;将标准等离子体涂覆装置修改成具有阀从而允许使用标准管支架用N2压力瓶来进行N2加压;在N2加压之后立即对这些管进行评估。
在N2加压之后,在如前面所述的分析条件下使用0-14微克/升(ug/L)微流量范围ATC仪器对这些管进行分析。十个平均的读数的结果(表G)显示未涂覆的与SiOx涂覆的COC管之间存在良好的分离。
表G.用氮气吹扫的未涂覆的与SiOx涂覆的COC管之间的平均微流量。
时间(秒) |
未涂覆的(ug/L) |
涂覆的(ug/L) |
143 |
2.38* |
1.96 |
*九个样品的平均值
实例9
在微流量测量中的CO2吹扫气体
本实例显示,可以使用短至一秒的CO2充气时间来改进放气检测结果。在类似于图2的设备中将分别由COC 8007和COC 6015制成的未涂覆的COC容器抽空,然后用氮气或二氧化碳吹扫一秒以便破坏真空。然后使用图30中所示的设备来测量这些管的放气。用二氧化碳代替氮气进行1秒的吹扫时间导致未涂覆的COC注射模制的13x75管的微流量幅度信号增大(表I)。
表I.未涂覆的TOPAS 8007&6015管的微流量幅度(90秒之后)比较
实例10
另外的微流量测量
向一个压力容器中放置若干未涂覆的以及SiOx-等离子体涂覆的COC 13x75mm管。将该容器抽空至1托,持续30分钟;接着从二氧化碳气缸加压3-10psig,持续30分钟。然后使用图30中所示的设备来评估这些管。如从图63中可以看到,在未涂覆的与等离子体涂覆的COC管之间观察到的微流量区别与对于未涂覆的和SiOx涂覆的PET管所观察到的(本申请的图31和32,与EP2251671A2的图31和32相同)差不多,并且远好于使用氮气作为吹扫气体的情况。
虽然在附图以及上述说明书中已经详细地说明并且描述了本发明,这样的说明以及描述应当被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的,本发明不限于这些披露的实施方案。通过研究这些附图、披露、以及所附的权利要求书,本领域的普通技术人员以及正在实践本发明提出的权利要求的人员可以理解并且实行对于所披露的实施方案的其他变更。在这些权利要求中,词语“包含”不排除其他元素或步骤,并且不定冠词“一种”或“一个”不排除复数。仅有的事实是,在彼此不同的从属权利要求中引证的某些措施并不表明这些措施的组合不能用来产生优点。在权利要求中任何参考符号不应被解释为是限制其范围。