JP2002532710A - 電圧源と流体リザーバの数を削減する動電操作を実行する微小流体回路設計 - Google Patents

電圧源と流体リザーバの数を削減する動電操作を実行する微小流体回路設計

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧源と流体リザーバの数を削減する動電操作を実行する微小流体回路設計 【解決手段】 動電的に操作される生物学的および化学的材料を、配分および混合するためのマイクロデバイス（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）およびその方法を開示する。マイクロデバイス（５）は複数の材料を、そこを通して材料を移動する支流試薬チャネル（３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ、３５ａ，３５ｂ、３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）の電気抵抗により制御される容量割合で混合する。マイクロチップ（５）は、１つまたは複数の接続点（４１、４２、４３、４４、４５）で結合する２つまたはそれ以上の支流試薬チャネルを含み、１つまたは複数の混合チャネル（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ）を形成する。チャネルの形状（長さ、断面等）を変更することにより、接続点において複数の試薬材料を混合し、それにより混合チャネル内の試薬材料の割合がチャネル形状と材料特性の比率に依存するようにできる。この方法は、外部配線方法およびマイクロチップの外部に対する電圧分割技術によらないマイクロチップ上の電圧分割を容易にする。必要な電圧分割を提供して、単一電圧源とスイッチを使用して動電弁動作を実行するマイクロチャネル設計についても述べる。さらに、最少数の流体リザーバを利用して流体動作を実行する設計についても開示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は化学的および生物学的材料を動電操作するマイクロチップ設計に関す
る。特に本発明は、外部電圧分割方法または複数の分離電源を必要とせずに動電
駆動力を配分するように、試薬および混合チャネルの寸法を決めるマイクロチッ
プデバイスに関するものであり、既知のマイクロチップデバイスに比較して、動
作に必要な流体リザーバ数を削減する。類似の利点は、分配動作を実行する実施
形態により提供される。
【０００２】
【発明の背景】
２つまたはそれ以上の液相材料の混合、またはマイクロチップ上の試薬材料の
分配は、各種リザーバに供給される電位を制御して実行され、内部に収納されて
いる材料をマイクロチップのチャネルを通して動電駆動する。従来は、この方法
は電圧分割回路を使用する電源、またはプログラマブル電源のような外部電圧制
御手段を必要としていた。このような外部電源を利用して、マイクロデバイスの
チャネルマニホルドに弁作用および混合作用を実現させる。
【０００３】 既知の複数電圧源から構成されるため、複数の電圧源リード線および対応する
マイクロチップ・コンタクトポイントを使用して、複数電位を供給する必要があ
った。動電作用を発生させるためのこのような電源および付随ハードウェアの数
は非常に多く、制御するのに複雑なアーキテクチャを必要とする。これは、特に
各ノードが外部電源からの異なる供給電位を必要とする場合に、高度の並列アー
キテクチャを必要とすることで明らかである。
【０００４】 したがって、各種配分のサンプル材料の混合およびサンプル材料の可変容量の
配分が可能で、さらに単一電圧源により、内部で流体料を動電的に駆動するマイ
クロチップの必要性が高まってきた。この方法では、電圧分割方法に必要な余分
な配線と回路または複数のプログラマブル電源の複雑性を削除でき、既知の設計
に比べてより少ない流体リザーバを用いてマイクロチップを実現できる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は液相の化学的および生物学的分析のためのマイクロデバイスを提供す
る。本発明によるデバイスは基板を含み、その基板上に一連のマイクロチャネル
を形成している。カバープレートを基板に接着し、マイクロチャネルの開口側を
閉じる。リザーバはマイクロチャネルの末端部と流体連通している。リザーバは
、リザーバ内の流体材料を動電的に混合および／または分配するための電位を供
給する高圧電源と電気的に接触している。
【０００６】 マイクロチップは一連の支流チャネル接続点（「Ｔ字形」および／または４方
向交差）を含み、少なくとも２つの支流試薬マイクロチャネルが混合マイクロチ
ャネルと連通している。支流試薬チャネルは、断面積と長さのいずれかが異なっ
ているか、あるいはそれらの両方が異なっている。従って、異なる電気抵抗を有
する。支流試薬チャネル内の材料は、チャネル電気抵抗の比率に依存して、チャ
ネル接続点で混合される。この方法により、マイクロチップの外部に技術的方法
を使用することなく、マイクロチップの電圧分割のすべてまたは一部を処理でき
る。電気泳動および／または電気浸透移動を使用して２つまたはそれ以上の材料
の混合を達成できる。
【０００７】 本発明の別の態様によれば、サンプル材料の可変容量を配分できるマイクロデ
バイスを提供する。さらに別の態様によれば、複数比率の分析または反応を実行
する場合、少数の材料リザーバを利用できるように支流チャネルが形成される。
【０００８】 本発明によるマイクロデバイスの第１カテゴリは、従来のデバイスに比較して
、少ない数の異なる外部電圧源を利用して微小流体試薬混合を実行する電圧分割
技術を提供する。本発明によるマイクロデバイスの第２カテゴリは、単一外部高
電圧源およびスイッチを用いて、マルチポート・デバイスへのサンプルの分配を
可能にする。
【０００９】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
本発明によるマイクロデバイスを４つの実施形態と関連付けて説明する。実施
形態は、一連の支流チャネル接続の方法による２つまたはそれ以上の試薬材料の
混合を示し、少なくとも２つの支流試薬マイクロチャネルが共通の混合マイクロ
チャネルと連通している。支流試薬チャネルは同一断面積を持つが、長さが異な
っており、したがって異なる電気抵抗を有する。同等のデバイスは、同一チャネ
ル長さであるが異なる断面積、または２つの方法の組合せで製作できる。
【００１０】 各支流チャネルにより供給される試薬量は、チャネル長さの比およびチャネル
内の材料の動電移動特性に依存する。動電移動特性は、イオン強度、導電率、誘
電率およびゼータ電位などの試薬特性である多数のパラメータに依存する。パラ
メータが設計者に既知である場合は、このようなパラメータの変動を、本出願に
記載する構造設計において考慮に入れることができる。いくつかの材料のパラメ
ータが既知の場合、デバイスの設計において、デバイスの動作に関するその材料
の影響を最小にすることができる。
【００１１】 以下に説明する実施形態では、実際のデバイスを製作するのに必要な仮定でな
いことが明らかであっても、動電移動特性は構造全体で均一であると仮定する。
【００１２】 第１実施形態では、支流試薬チャネル内の材料は共通接続点で混合される。各
支流チャネルにより供給される試薬量はチャネル長さの比率に依存する。この実
施形態の設計方法は、マイクロチップの外部に技術的方法を使用することなくマ
イクロチップ上のすべての電圧分割を操作できる。電気泳動および／または電気
浸透移動を使用して２つまたはそれ以上の材料の混合が達成される。
【００１３】 本発明の第２実施形態では、複数の混合チャネルおよびそれに機能的に接続さ
れる高電圧スイッチを使用して、支流チャネル長さを変化させることができる。
スイッチは複数のコンタクト位置を有し、そのコンタクト位置の各々が混合チャ
ネルおよび支流チャネルの組合せに関連する。支流チャネルと混合チャネルの希
望する構成は、対応するスイッチ位置にスイッチを配置することにより選択され
る。この方法では、スイッチ位置の変更は、支流チャネルを通して分配される試
薬材料に比例する変化を引き起こす。
【００１４】 本発明の第３実施形態では、サンプル材料の可変量を分配できる弁を使用する
マイクロデバイスを提供する。本発明の第４実施形態では、最小数の試薬と希釈
材料リザーバ、および少数の電圧源を用いて複数の希釈実験を実行するマイクロ
デバイスを提供する。
【００１５】 （容量配分） 図１によれば、混合接続点または「Ｔ形」１０はサンプルリザーバ２０、バッ
ファリザーバ３２、サンプルチャネル２６、バッファチャネル２８、混合チャネ
ル３４および廃棄物リザーバ３６を含む。廃棄物リザーバ３６を基準として、サ
ンプルリザーバ２０とバッファリザーバ３２に単一電位を印加すると、サンプル
リザーバとバッファリザーバからの流体材料が、Ｔ形接続点２４において、サン
プルチャネル２６とバッファチャネル２８の抵抗に逆比例する割合で混合される
。
【００１６】 サンプルチャネル２６とバッファチャネル２８が同一断面積を持つ場合、電気
抵抗はチャネル長さに正比例する。したがって、サンプルおよびバッファチャネ
ルが同一長さと断面積を持つ場合、均一導電率と仮定すると、サンプルおよびバ
ッファ材料は接続点２４に移動し、そこで等しい配分で混合される。サンプルお
よびバッファチャネルが異なる長さの場合、サンプルおよびバッファ材料は移動
して、サンプルおよびバッファチャネルを組み合せた長さに対するバッファチャ
ネル長さに比例する割合で混合される。
【００１７】 代替方法では、それぞれのチャネルの抵抗がチャネルの断面積に逆比例するた
め、サンプルおよびバッファチャネル断面積を希望する混合配分を実現するよう
に寸法決めできる。無論、チャネル長さと断面積の両方を調整してチャネル抵抗
を選択し、希望する電界を提供して、サンプルおよびバッファ材料を移動し混合
できる。
【００１８】 図２には、本発明による流体マイクロチップの実用例を示す。マイクロデバイ
ス５は第１バッファリザーバ１１、第１サンプルリザーバ１２、第２バッファリ
ザーバ１３、第２サンプルリザーバ１４、第３バッファリザーバ１６、第３サン
プルリザーバ１７、および廃棄物リザーバ１８を含む。
【００１９】 第１バッファチャネル３１ａは、第１バッファリザーバ１１を廃棄物リザーバ
１８に接続する。第２バッファチャネル３１ｂは、第１バッファリザーバ１１を
、第１サンプルリザーバ１２に流体連通している第１サンプルチャネル３３ａに
接続する。第２バッファチャネル３１ｂと第１サンプルチャネル３３ａの交差点
は、「Ｔ形」接続点４１を形成しており、廃棄物リザーバ１８に流体連通してい
る第１廃棄物チャネル３６ａを有する。同様に、第２バッファリザーバ１３はチ
ャネル３３ｂ、３５ａ、３５ｂ、３６ｂ、３６ｃおよび３７ａを介して、第１お
よび第２サンプルリザーバ１２と１４、および廃棄物リザーバ１８に接続されて
いる。
【００２０】 さらに第３バッファリザーバ１６はチャネル３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ
、３６ｄおよび３６ｅを介して、第２および第３サンプルリザーバ１４と１７、
および廃棄物リザーバ１８に接続されている。チャネル３１ｂ、３３ａ、３３ｂ
、３５ａ、３５ｂ、３７ａ、３７ｂ、３８ａ。３８ｂおよび３９ａの寸法はそれ
ぞれの電気抵抗を備えるように選択し、それにより、廃棄物チャネル３６ａ、３
６ｂ、３６ｃ、３６ｄおよび３６ｅそれぞれに沿う廃棄物リザーバ１８への移動
に対し、対応する接続点４１、４２、４３、４４および４５における各種サンプ
ルおよびバッファ材料の混合比率を希望する値にする。
【００２１】 マイクロチップ５は、硬質基板材料、好ましくはガラスで設計および製作され
る。しかし、高度に発達した技術が精密で効率的製作を可能にする理由から、シ
リコンのような材料も使用できる。シリコンは電気導電度に関する問題を有する
が、この制限は絶縁層を使用して相殺できる。ポリマー、石英、石英ガラス、サ
ファイアまたはプラスティックのような他の材料も、基板材料に適する。マイク
ロデバイス５の表面はカバープレートでカバーされ密封される。基板はチャネル
およびリザーバを含む微小表面を備え、マイクロデバイス５のチャネルを通した
リザーバから生物学的および化学的材料の動電移動を容易にする。
【００２２】 マイクロチップデバイス５は、当業者には既知の微細機械加工方法を使用して
製作される。利用できる微細機械加工方法は、スピンコーティングおよび化学蒸
着法のような薄膜蒸着法、レーザ製作法または可視光、紫外線またはＸ選択処理
のような露光リソグラフィ法、または湿式化学処理またはプラズマ処理のどちら
かにより実行されるエッチング法を含む。好ましくは、マイクロチップ５のマイ
クロチャネル構成は、ポジのフォトレジスト、フォトマスクおよび紫外線露光を
使用して基板材料上に転写される。チャネルは、希釈、攪拌されたＨＦ／Ｎ４Ｈ
Ｆ溶液内で基板にエッチングされる。
【００２３】 本発明によるマイクロチップデバイスのマイクロチャネルに含まれる２つまた
はそれ以上の材料は、動電移動を使用して達成される。図２に示す構造と同一構
造を有する本発明によるマイクロチップデバイスは、前述のように製作される。
サンプルおよびバッファチャネルの寸法は、２つのストリームを５つの異なるチ
ャネルに分配し、複数希釈作用を示すように決められた。チャネル３１ａと３９
ｂは混合接続点を持たない。
【００２４】 各Ｔ形接続点に対するサンプルおよびバッファチャネル長さの選択は、チャネ
ル３１ａ内では０、チャネル３６ａ内では０．８３、チャネル３６ｂ内では０．
６８、チャネル３６ｃ内では０．５２、チャネル３６ｄ内では０．３４、チャネ
ル３６ｅ内では０．１６、またチャネル３９ｂ内では１の希釈率（サンプル／（
サンプル＋バッファ））となるようにする。電位は、廃棄物リザーバ１８を基準
にしてサンプルおよびバッファリザーバ１１〜１６に供給され、マイクロチップ
チャネルマニホルドを通して材料を動電移動する。電位は単一高電圧源に接続さ
れたプラチナワイヤ電極を介して供給された。電気浸透流れを生じるのに必要な
電界強度は、１００Ｖ／ｃｍ〜１０００Ｖ／ｃｍが多い。
【００２５】 マイクロチップデバイス５のペアの支流チャネルの配分混合を説明するため、
バッファ材料中のサンプル材料の希釈実験を実行した。表１では、それぞれのサ
ンプルおよびバッファチャネルを、各チャネルに対し、計算した希釈率（計算し
た％サンプル）および測定した希釈率（測定した％サンプル）を用いて記載して
いる。希釈実験は、第１サンプルリザーバ１２、第２サンプルリザーバ１４およ
び第３サンプルリザーバ１７に対応するリザーバ内に同一サンプル材料を置いて
実行した。希釈液は第１バッファリザーバ１１、第２バッファリザーバ１３およ
び第３バッファリザーバ１６内に置いた。１ＫＶ電位をバッファおよびサンプル
リザーバに供給し、廃棄物リザーバ１８はアース電位に維持した。
【００２６】 マイクロチップ性能は、画像化にＣＣＤ（電荷結合素子）を使用し、励起には
アルゴンイオンレーザビーム（５１４．５ｎｍ、約１００ｍＷ）を使用して、レ
ーザ誘導蛍光（ＬＩＦ）により監視した。蛍光信号は光学顕微鏡を使用して収集
し、スペクトル的にフィルタをかけ（５５０ｎｍ遮断）、ＣＣＤで測定した。希
釈液は１０ｍＭ硼酸ナトリウムであり、サンプル溶液はバッファ溶液の１０ｍＭ
中のローダミンＢ（４０μＭ）であった。
【００２７】 図３は、廃棄物チャネルを横切る横方向位置の関数として、平均蛍光信号をプ
ロットしている。このプロットから、積分面積は表１に示された実験的希釈率の
算出を可能にする。表１に表わされたデータは予測値と実際値の間の高い相関を
示す。チャネル３６ｄと３６ｅについては、実際の比率は予測値より高い。基板
の機械加工品質を改良すると、比率はさらに近い値になると期待される。また、
本発明により作成されるマイクロチップは、製作後に校正して、チャネル抵抗に
影響を与えるチャネル寸法のわずかの差異を処理できる。
【００２８】
【表１】
【００２９】 図２ａは、本発明によるマイクロチップデバイスの代替実施形態を示しており
、材料リザーバの数を最小にするよう構成された複数セットの混合接続点を有す
る。
【００３０】 デバイス９０は単一サンプルリザーバ９２、複数バッファリザーバ９４、９６
、９８、１００および１０２、および廃棄物リザーバ１１０を備える。サンプル
材料はサンプルリザーバ９２内に装填される。共通バッファ、試薬、または各種
バッファまたは試薬はバッファリザーバ９４〜１０２内に装填される。サンプル
チャネル９１ａ、９１ｂ、９３ａ、９３ｂ、９５ａ、９５ｂ、９７ａ、９７ｂ、
および９９ａ、９９ｂのそれぞれのペアは、複数のバッファ／試薬リザーバ９４
〜１０２の各々に対しサンプルリザーバ９２を相互接続している。
【００３１】 混合チャンネル１０１ａ、１０１ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０５ａ、１０５
ｂ、１０７ａ、１０７ｂおよび１０９ａ、１０９ｂの対応するペアは、各サンプ
ルチャネルを廃棄物リザーバ１１０に相互接続している。混合チャネルは、混合
接続点１１１ａ、１１１ｂ、１１３ａ、１１３ｂ、１１５ａ、１１５ｂ、１１７
ａ、１１７ｂ、および１１９ａ、１１９ｂのそれぞれでサンプルチャネルに交差
している。
【００３２】 この配置により、サンプル材料の多数の同時の固定希釈を、１つまたは複数の
バッファ溶液を用いて実行できる。混合接続点を形成するチャネルセグメントの
断面積および長さの寸法は、混合接続点の各々において異なる配分の、前もって
選択した配分でのサンプルおよびバッファ材料の混合を提供するような寸法であ
る。この方法で、デバイス９０は、２次元レイアウト内（すなわちチャネルの交
点ではない）の単一サンプルの複数希釈を行うのに必要なリザーバの数を最小に
する。一般に、Ｎ回の希釈を実行するには、（Ｎ／２）＋２のリザーバを必要と
する。Ｎが奇数の場合、その値は次に大きい整数に切り上げられる。
【００３３】 図２ａに示す実施形態の変形形態では、マイクロチャネルのカバープレートを
貫通する十分小さい垂直接続コンジット（バイアス）を使用して、複数のバッフ
ァリザーバを組合せて単一リザーバとしており、バッファリザーバはバイアに接
続されている十分大きい断面を有する。代替方法では、バイアスを使用してマイ
クロチャネルの多重層間を接続し、複数のバッファリザーバを単一リザーバに減
少できる。マルチチャネルの多重層により、多層プリント回路基板に使用される
構造と同様に、チャネルは他の各々の上面を横切ることができる。
【００３４】 図４は、本発明によるマイクロチップデバイスの別の実施形態を示す。マイク
ロチップ５０はサンプルリザーバ５２、バッファリザーバ５４、および廃棄物リ
ザーバ６０Ａ〜６０Ｃを含む。サンプルおよびバッファリザーバ５２と５４は、
マイクロチップデバイス５０のセグメントＬ１〜Ｌ４を形成するアクセスチャネ
ルに流体材料を供給する。
【００３５】 マイクロチップ５０は、アクセスチャネルに沿って接続され、また廃棄物リザ
ーバ６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃそれぞれに流体連通している３つの混合チャネ
ル５８Ａ、５８Ｂおよび５８Ｃを含む。スイッチ６２、６４または６６を備え、
廃棄物リザーバ６０Ａ、６０Ｂおよび６０Ｃをそれぞれアース電位に選択的に接
続する。
【００３６】 サンプルおよびバッファ溶液は、廃棄物リザーバ６０Ａ、６０Ｂまたは６０Ｃ
の対応する１つをアース電位に接続するためのスイッチ６２、６４または６６に
よって混合チャネル５８Ａ、５８Ｂおよび５８Ｃ内で混合される。このようにし
て、チャネル５８Ａがアース電位に接続されると、チャネル５８Ｂおよび５８Ｃ
は切断される。したがって、例えば、アクセスチャネル長さＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝
Ｌ４を有するマイクロチップ５０では、チャネル５８Ａの混合比率は、サンプル
（Ｌ１）３に対しバッファ（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）１の割合である。チャネル５８
Ｂの混合比率は、サンプル（Ｌ１＋Ｌ２）１に対しバッファ（Ｌ３＋Ｌ４）１の
割合である。またチャネル５８Ｃは、サンプル（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）１に対しバ
ッファ（Ｌ４）３の割合である。他の混合比率を得るために、マイクロチップ５
０のチャネル長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびＬ４は等しい必要はない。
【００３７】 （可変容量弁） 図５に、弁作用を説明する本発明によるマイクロチップ１５の概略図を示す。
マイクロチップ１５はサンプルリザーバ７０、バッファリザーバ７４、第１廃棄
物リザーバ７６および第２廃棄物リザーバ７８を含む。サンプルチャネル７１は
サンプルリザーバ７０と流体連通している第１端を有する。バッファチャネル７
３はバッファリザーバ７４と流体連通している第１端を有する。第１廃棄物チャ
ネル７５は第１廃棄物リザーバ７６と流体連通する一端を有し、また第２廃棄物
チャネル７７は第２廃棄物リザーバ７８と流体連通する一端を有する。
【００３８】 ４つのチャネルが弁接続点８０で交差している。それぞれのリザーバおよび弁
機能接続点間のそれぞれのチャネルの長さを選択して、当該チャネルに所定の電
気抵抗を与えることができる。この方法で、単一高電圧源を使用してそれぞれの
リザーバと弁機能接続点８０間の電位を確立できる。マイクロチップ１５の実際
の例では、表２に記載したチャネル長さを使用した。
【００３９】 サンプルリザーバ７０は高電圧源６８に接続される。スイッチ７２は高電圧源
６８とバッファリザーバ７４間に直列に接続される。第１および第２廃棄物リザ
ーバの７６と７８は、高電圧源６８に対するアース電位に接続される。弁８０は
高電圧スイッチ７２を操作して作動させる。スイッチ７２が閉じると、弁８０は
閉じて、サンプル材料は第１廃棄物リザーバ７６方向だけに動電移動する。スイ
ッチ７２が開くと、弁８０は開き、サンプル材料は第１廃棄物リザーバ７６方向
および第２廃棄物リザーバ７８の両方に動電移動する。第１廃棄物チャネル７５
と第２廃棄物チャネル７７の長さがわずかに異なるため、それぞれの廃棄物リザ
ーバに移動するサンプル材料の配分は異なる。サンプル材料の相対的配分は、第
１および第２廃棄物チャネルの相対的電気抵抗に従って決まる。
【００４０】 弁の動作を説明するために、マイクロチップ１５の実際例で使用される有機染
料の蛍光画像を図６ａ〜６ｄに示す。図６ａは、バッファ、サンプル、第１およ
び第２廃棄物チャネルが交差する弁接続点８０の白色光画像を示す。図６ｂ〜６
ｄは、弁が閉、開および再度閉じるシーケンスの間のサンプル材料の移動を示す
。図６ｂでは、スイッチ７２は閉じており、１ＫＶ電位がバッファリザーバ７４
とサンプルリザーバ７０に供給されている。この状態では、サンプル材料は弁８
０を通って、第１廃棄物リザーバ７６方向に移動する。
【００４１】 図６ｃでは、高電圧スイッチ７２は０．４秒間開いており、サンプル材料は第
１廃棄物リザーバ７６と第２廃棄物リザーバ７８の両方に移動する。第２廃棄物
リザーバ７８に分配されるサンプル材料の容量は、高電圧スイッチ７２が開いて
いる時間長さおよび分析チャネル７７内の電界強度に比例する。
【００４２】 図６ｄは、スイッチ７２を閉じて弁８０を再度閉じた後のサンプル材料閉止を
示しており、分析チャネルを下方に移動させている。スイッチ７２を閉じたとき
の、チャネルの各々内の電界強度を表２に記載している。スイッチ７２は任意の
適正なタイプのスイッチで具現化できる、これらのスイッチには機械的作動スイ
ッチ、継電器のようなソレノイド作動スイッチ、または固体スイッチングデバイ
スを含む。
【００４３】 代替方法としては、スイッチ７２の機能は、バッファリザーバ７４とサンプル
リザーバ７０間に存在する電圧レベルを外部制御（例えば分離制御される電源ま
たはスイッチング回路）によって循環させて実現できる。
【００４４】
【表２】
【００４５】 本発明による弁機能を示す別の実際の実施形態を図７に示す。デバイス１２５
は、弁作用を果たすのに、図５に示す実施形態より少ない流体リザーバを必要と
するだけである。マイクロチップデバイス１２５は廃棄物リザーバの数を１つに
減少する、なぜなら、廃棄物チャネル１７５および分離チャネル１７７がサンプ
ルとバッファ材料の全体を単一廃棄物リザーバ１７８に移動するためである。
【００４６】 バッファチャネル１７３、サンプルチャネル１７１、廃棄物チャネル１７５お
よび分離チャネル１７７の寸法は、弁接続点１８０で交差する４つのチャネル内
に適正な電界強度を備えるように決められる。ゲート弁の正しい動作には、好ま
しくはチャネルの電気抵抗の設計が、バッファチャネル１７３内の電界強度が分
離チャネル１７７の電界強度より大きく、また廃棄物チャネル１７５内の電界強
度がサンプルチャネル１７１内の電界強度より大きくなるように設計される。
【００４７】 図５のデバイス１５と同様に、高電圧電源１６８はサンプルリザーバ１７０に
直接接続され、またスイッチ１７２を通してバッファリザーバ１７４に接続され
ている。電源１６８のアース側は廃棄物リザーバ１７８に接続されている。弁デ
バイス１２５は基本的に図５に示すデバイスと同一方式で作動する。特に電気ス
イッチ１７２が開いているときには弁１８０は開き、電気スイッチ１７２が閉じ
ているときには弁１８０は閉じる。
【００４８】 （試薬混合回路） 図８は、本発明によるマイクロチップを実現するための標準的試薬混合回路２
１０の概略を示す。混合回路２１０は、Ｗ１リザーバ２１４とＷ２リザーバ２１
５に電位を供給することなく、Ｒ１リザーバ２１１からの第１試薬とＲ２リザー
バ２１２からの第２試薬をＴ３交差点２１３で動電混合する。
【００４９】 この実施形態では、Ｗ１リザーバ２１４およびＷ２リザーバ２１５を電流分路
として使用して、Ｔ３交差点２１３への第１および第２試薬の低流量分配を支援
している。Ｗ１リザーバ２１４およびＷ２リザーバ２１５は各々特定の適正なバ
ッファ溶液を含み、動電操作を実行する。電流分路により、電圧制御、信号対雑
音比、またはディジタル−アナログ変換の量子化レベルに対し最小の要求条件で
、試薬の広範囲の安定な混合比率が可能になる。
【００５０】 電流分路が無い場合、チャネルマニホルド内の小容量の材料を注入するために
は、低いかまたは高度に精密な電圧を試薬リザーバに供給することが必要になる
。この結果、低い電位または電流で動作するときは、電源の安定性に依存するた
めに、Ｒ１リザーバ２１１またはＲ２リザーバ２１２からＴ３交差点２１３への
材料分配が不安定になる。
【００５１】 Ｗ１リザーバ２１４を電流分路として使用して小容量の第１試薬をＴ３交差点
２１３に分配するために、材料はＲ１リザーバ２１１から動電移動し、その流れ
はＴ１交差点２１６で分割される。第１試薬の制御される部分はＴ３交差点２１
３およびＷ１リザーバ２１４方向に送られる。分割部分の比率は印加された電位
、およびＲ１リザーバ２１１とＷ１リザーバ２１４に到るチャネル抵抗により決
定される。同様に、Ｗ２リザーバ２１５を電流分路として使用して小容量の第２
試薬をＴ３交差点２１３の正確に分配するために、Ｒ２リザーバ２１２から動電
移動される材料がＴ２交差点２１７で分割され、Ｔ３交差点２１３方向に移動す
る材料の部分とＷ２リザーバ２１５方向に移動する第２部分を持つ。
【００５２】 この構成により、Ｒ１リザーバ２１１またはＲ２リザーバ２１２のどちらから
も、Ｔ３交差２１３への小容量の材料の分配が可能になり、その交差点で混合さ
れ、低いかまたは高度に精密な電圧を材料リザーバに供給する必要がなくなる。
この実施形態の説明に関連して引用するすべての電位は廃棄物リザーバ２１９を
基準にしている。
【００５３】 図８に示す混合回路の代替動作は、Ｔ３交差点２１３で混合される前に、Ｗ１
リザーバ２１４およびＷ２リザーバ２１５を使用して、Ｒ１リザーバ２１１およ
びＲ２リザーバ２１２それぞれからの試薬材料を希釈することである。Ｒ１リザ
ーバ２１１内の材料をＷ１リザーバ２１４からの材料で希釈するには、電位をＲ
１リザーバ２１１とＷ１リザーバ２１４の両方に供給して、それぞれのリザーバ
からＴ１交差点２１６方向に材料を移動する。
【００５４】 Ｔ１交差点２１６においてＷ１リザーバ２１４内のバッファ材料により第１試
薬を希釈する量は、リザーバに供給される電位の大きさ、およびそれぞれのチャ
ネル内の電気抵抗に依存する。同様にＲ２リザーバ２１２からの材料をＷ２リザ
ーバ２１５からのバッファ材料で希釈するには、電位をＲ２リザーバ２１２とＷ
２リザーバ２１５の両方に供給して、それぞれのリザーバからＴ２交差点２１７
方向に材料を移動する。
【００５５】 Ｔ２交差点２１７においてＷ２リザーバ２１５内のバッファ材料により第２試
薬を希釈する量は、リザーバに供給される電位の大きさ、およびそれぞれのチャ
ネル内の電気抵抗に依存する。第１および第２バッファを使用して第１および第
２試薬をそれぞれ希釈ことにより、広い濃度範囲の試薬がＴ３交差点で反応し、
反応チャネル２１８内で試験できる。
【００５６】 これらの実施形態のどちらにおいても、Ｗ１リザーバ２１４およびＷ２リザー
バ２１５は電気的にフローティング（すなわち外部回路との接続が無い）に維持
され、流体回路は図１に示すのと類似のＴ形接続点と原理的に同一に機能する。
つまり第１試薬および第２試薬は、印加された電位、チャネルの形状、およびそ
れらチャネル内の材料の化学特性で決まる配分で混合される。他が適正な電源で
制御される間、バッファリザーバ２１４または２１５のどちらかを電気的にフロ
ーテイングに維持できることは明らかである。
【００５７】 図９は、図８に示す希釈／混合回路の代替実施形態を示す。図９の回路では、
複数の流体分流を備えて、Ｒ１リザーバ２２１内の第１試薬、Ｒ２リザーバ２２
２内の第２試薬のどちらか、または両方の希釈の動作範囲を拡大する。Ｔ１交差
点２２３を通る第１試薬の流れは、図８および前述に示す実施形態の対応する交
差点と同様に動作する。
【００５８】 Ｔ１交差点からＴ７交差点２３０に向かう第１試薬の流れは、Ｔ３交差点２２
４において、Ｄ１リザーバ２２５に保持される第１希釈液でさらに希釈できる。
Ｗ３リザーバ２２７により、Ｔ１交差点２２３で発生するのと同様な材料分流プ
ロセスを発生させることができる。この直列希釈プロセスは、４方向交差点すべ
てに接続された入力チャネル、出力チャネル、希釈液チャネルおよび分流チャネ
ルを含む追加流体エレメントを用いて続行できる。Ｔ７交差点２３０の右側のリ
ザーバおよび交差点は、Ｔ７交差点の左側に示すリザーバおよび交差点と左右対
称である。
【００５９】 これらは同様に動作するが、Ｒ２リザーバ２２２に保持される第２試薬の希釈
プロセスを実行する。図９に概略的に示す回路により、プロセスの最も効果的な
制御のための、試薬、希釈液および廃棄物（分流）リザーバ全体に渡る独立的制
御が可能になる。一般に、希釈液は同一であるが、異なるものも使用できる。同
一希釈機能を実行できる操作的複雑性の少ない回路は、左側と右側希釈液および
廃棄物リザーバをそれぞれ共通にすることにより実現できる。このようなデバイ
スを、次の図１０に示す。
【００６０】 （直列希釈回路） 本発明の微小流体回路はさらに直列希釈器として具現化できる。本発明による
直列希釈器では、一連のチャネル、Ｔ形接続点および交差点を構成して、２つの
試薬（サンプルおよびバッファ）を一連の予め選択した比率で混合する。希望す
る希釈はマイクロチップのそれぞれのチャネル内を流れる電流に対応する。した
がって、本発明の態様を実現するマイクロチップは、等価電気回路としてそれぞ
れのチャネルを分析することにより設計される。各チャネルまたは分岐回路は設
計された抵抗を持ち、そこを流れる希望の電流を提供する。サンプルおよびバッ
ファ材料はそれぞれのマイクロチャネルを通り、等価電流流れに正比例して移動
する。図１０は、本発明の態様による直列希釈器の好ましい微小流体回路８１０
を示す。
【００６１】 図１０によれば、直列希釈器回路８１０は、バッファ材料または他の希釈液を
保持するバファリザーバ８１２、サンプル材料を保持するサンプルリザーバ８１
４、第１廃棄物リザーバ８１６、および第２廃棄物リザーバ８１８を含む。バッ
ファリザーバ８１２と流体連通する主バッファチャネル８２１を形成して、バッ
ファ材料を移動させる。サンプルチャネル８２２はサンプルリザーバ８１４と流
体連通して、サンプル材料を移動させる。
【００６２】 複数のバッファチャネル延長部８２１ａ、８２２ａ、８２３ａおよび８２４ａ
が、バッファチャネル８２１から直列に延びている。セットのバッファ分岐チャ
ネル８２１ｂ、８２２ｂ、８２３ｂ、８２４ｂおよび８２５ｂ各々が、バッファ
チャネル延長部８２１ａ、８２２ａ、８２３ａおよび８２４ａそれぞれから、主
バッファチャネル８２１との交差点を基準として選択された位置で分岐している
。
【００６３】 サンプルチャネル８２２は、第１バッファ延長チャネル８２１ａとの交差点か
ら予め選択された距離の位置で、バッファ分岐チャネル８２１ｂと相互接続して
いる。混合チャネル８２１ｃは、サンプルチャネル８２２との交差点でバッファ
チャネル８２１ｂと相互接続している。直列の混合チャネル８２２ｃ、８２３ｃ
および８２４ｃは混合チャネル８２１ｃの他端から延びている。セットの分析チ
ャネル８２１ｄ、８２２ｄ、８２３ｄ、８２４ｄおよび８２５ｄは、混合チャネ
ル８２１ｃ、８２２ｃ、８２３ｃおよび８２４ｃそれぞれから、分岐チャネル８
２１ｂとの交差点を基準にして選択された位置で分岐している。
【００６４】 図１０に示す実施形態では、分析チャネルは混合チャネルのそれぞれの端部で
分岐している。分析チャネルは相互に異なる長さを持ち、第２廃棄物リザーバ８
１８と流体連通している。廃棄物チャネル８２６は混合チャネル８２４ｃの端部
で第１廃棄物チャネル８１６と相互接続している。
【００６５】 単一電圧が、廃棄物リザーバ８１６と８１８を基準としてバッファリザーバ８
１２およびサンプルリザーバ８１４に供給されると、バッファ材料は、バッファ
チャネル８２１に沿ってバッファチャネル延長部８２１ａおよびバッファ分岐チ
ャネル８２１ｂ中に動電移動する。バッファ材料も同様にバッファ分岐チャネル
８２１ｂから混合チャネル８２１ｃ中に移動する。
【００６６】 図中の矢印はバッファ流れ方向を表わす。同時に、サンプル材料は、図１０中
の矢印に示すように、サンプルチャネル８２２に沿って混合チャネル８２１ｃお
よび分析チャネル８２１ｃ中に移動する。サンプル材料は混合チャネル８２１ｃ
内でバッファ材料により希釈される、一方、分析チャネル８２１ｄ内のサンプル
材料は、サンプルチャネル８２２内のサンプル材料と同一濃度である（すなわち
希釈されていない）。
【００６７】 プロセスの進行に伴い、バッファ延長チャネル８２１ａ内のバッファ材料は、
バッファ延長チャネル８２２ａとバッファ分岐チャネル８２２ｂに分割される。
分岐チャネル８２２ｂ内のバッファ材料は混合チャネル８２２ｃに流れ込み、混
合チャネル８２１ｃ内の希釈されたサンプル材料は混合チャネル８２２ｃと分析
チャネル８２２ｄに分割される。混合チャネル８２１ｃからの希釈されたサンプ
ル材料はさらに混合チャネル８２２ｃ内で希釈され、一方、分析チャネル８２２
ｄ内の希釈されたサンプル材料は、混合チャネル８２１ｃ内のサンプル材料と同
一濃度である。
【００６８】 サンプルおよびバッファ材料の分割と希釈がさらに、バッファ延長チャネル８
２３ａと８２４ａ、バッファ分岐チャネル８２３ｂ、８２４ｂおよび８２５ｂ、
混合チャネル８２３ｃと８２４ｃ、および分析チャネル８２３ｄ、８２４ｄおよ
び８２５ｄにおいて同様になされることは明らかである。図１０に示す実施形態
では、５つの分析チャネルが存在するが、直列のチャネル延長部、チャネル分岐
、混合チャネルおよび分析チャネルは、特定プロセスに必要なだけ多数の希釈を
連続させることができる。
【００６９】 図１０の実施形態では、チャネルは基本的に同一断面積で形成される。チャネ
ル抵抗は、設計および製作時に、チャネルを延長することにより増加し、チャネ
ルを短縮すると減少する。混合チャネルに比較的小さい断面積を使用することが
望ましい。なぜなら混合される流体流れが急速に平衡に達するからである。
【００７０】 前述および図１０に示した直列希釈器の例と同様に、図１０に示すチャネル構
造を有するマイクロチップデバイスを製作した。直列希釈器回路８１０の実際の
実施形態のＣＣＤ画像を図１１ａに示す。それぞれのサンプルおよびバッファチ
ャネルの寸法は、サンプル材料をそれぞれの濃度に調和して希釈するような寸法
としている。チャネル寸法は、以下のサンプル希釈を提供するように選択した。
【００７１】 つまり、チャネル８２１ｄは１００％サンプル、チャネル８２２ｄは３８％サ
ンプルおよび６２％バッファ、チャネル８２３ｄは２２％サンプルおよび７８％
バッファ、チャネル８２４ｄは１４％サンプルおよび８６％バッファ、チャネル
８２５ｄは６％サンプルおよび９４％バッファとした。マイクロチップのそれぞ
れのチャネル長さを、ｍｍ単位で次の表３に示す。
【００７２】
【表３】
【００７３】 実験はマイクロチップを使用して、サンプル材料（２０ｍＭ硼酸ナトリウム中
の１００μＭローダミンＢ）をバッファ材料（２０ｍＭ硼酸ナトリウム）で直列
的に希釈を実行した。サンプルおよびバッファリザーバをそれぞれのサンプルお
よびバッファ材料で満たした。４００Ｖ電位をサンプルおよびバッファリザーバ
に供給し、廃棄物リザーバをアース電位に維持した。図１１ｂはサンプルの希釈
の進行を示す蛍光画像であり、連続する分析チャネル内で容易に観察できる。図
１２は、それぞれの分析チャネルの平均蛍光輝度をピクセル位置の関数としてプ
ロットしたものである。各分析チャネル内で希釈される材料の計算および測定希
釈率を表４に示す。
【００７４】
【表４】
【００７５】 表４に示したデータは、理論的および実際の希釈率間で良好な相関を有する。
計算された相対希釈率は、チャネル幅のわずかな変動を補正している。また測定
された相対希釈率は、蛍光測定の不均一励起を補正している。
【００７６】 前述の開示内容を考慮すると、本発明によるマイクロデバイスは微小流体配分
を容易に実現することが理解できる。このような機能は、正確な容量の材料の結
合を必要とする動態研究のような、化学的および生物学的反応の分析に有効であ
る。
【００７７】 本明細書で開示されるマイクロデバイスは、異なる異なる配分で電気抵抗を持
つチャネルを使用して、材料をオンチップ混合できる。マイクロデバイスは、混
合接続点で交わるサンプルおよびバッファ試薬チャネルを有する、１つまたは複
数のチャネル接続点または「Ｔ形接続点」を含む。同一断面積ではあるが異なる
長さを持つ支流チャネルを有することにより、チャネル長さの比率に依存して、
そこを通過する材料を接続点で混合できる。なぜならマイクロチャネルの電気抵
抗はチャネル長さに正比例するからである。異なる断面積をもつマイクロチャネ
ルは効果的に材料を配分できる。なぜならマイクロチャネルの抵抗は断面積に逆
比例するからである。
【００７８】 このように、マイクロチップ上の電圧分割操作は、マイクロチップの外部に技
術的手法を使用することなく、マイクロデバイスのチャネルを適正に寸法決めし
て行うことができる。この方法では、微小流体デバイスを動作させるのに必要な
電圧源の数を大幅に減少できる。さらに、マイクロチャネルおよびそれらの相互
接続適正な配置と寸法決めにより、サンプル材料の複数希釈を実行するのに必要
なサンプル、バッファ、および廃棄物リザーバの数を大幅に減少できる。
【００７９】 使用した用語および表現は、説明の用語として使用したものであり、限定を意
味するものではない。このような用語および表現の使用においては、図示し説明
した形態またはその一部のすべての均等物を除外する意図を持たないものである
。例えば、チャネル幅または高さおよび長さを変更してチャネル抵抗を変化させ
、コンパクトな微小流体設計を容易にすることができる。しかし、チャネル寸法
、位置および配置のような各種変更は、本発明の特許請求範囲の範囲内で可能な
ことは明白である。
【図面の簡単な説明】
前述の概要および以下の詳細な説明は、添付図面と関連つけて解釈すれば、最
もよく理解されるであろう。
【図１】 本発明による混合接続を示す概略図である。
【図２】 本発明による試薬を混合する流体マイクロチップの概略図である。
【図２ａ】 図２に示す流体マイクロチップの代替実施形態の概略図である。
【図３】 図２に示す流体マイクロチップの廃棄物チャネルの平均蛍光信号のグラフであ
る。
【図４】 本発明による流体マイクロチップの代替実施形態の概略図である。
【図５】 本発明によるマイクロチップの概略図であり、微小流体弁作用を構成している
。
【図６ａ】 図５に示すデバイスの分配弁の白色光画像である。
【図６ｂ】 図６ａの弁の閉じた状態の蛍光画像である。
【図６ｃ】 図６ａの弁の開いた状態の蛍光画像である。
【図６ｄ】 図６ａの弁の再度閉じた状態の蛍光画像である。
【図７】 図５に示す流体マイクロチップの代替実施形態の概略図である。
【図８】 本発明の別の態様による試薬混合回路の概略図である。
【図９】 図８に示す試薬混合回路の別の実施形態の概略図である。
【図１０】 本発明の別の実施形態による複数直列希釈を実行する流体マイクロチップの概
略図である。
【図１１ａ】 図１０の外略図に対応する実際の希釈マニホルドのＣＣＤ画像である。
【図１１ｂ】 図１１ａの希釈マニホルドの蛍光画像であり、複数希釈実験の実行を示す。
【図１２】 図１１ｂに示す複数希釈実験における、分析チャネルの各々に対して得られた
平均蛍光信号のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ 【要約の続き】 に対する電圧分割技術によらないマイクロチップ上の電 圧分割を容易にする。必要な電圧分割を提供して、単一 電圧源とスイッチを使用して動電弁動作を実行するマイ クロチャネル設計についても述べる。さらに、最少数の 流体リザーバを利用して流体動作を実行する設計につい ても開示する。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１材料を含む第１リザーバと、 第２材料を含む第２リザーバと、 第３材料を含む第３リザーバと、 前記第１リザーバと流体連通している第１端を有する第１チャネルと、 前記第２リザーバと流体連通している第１端を有する第２チャネルと、 前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する第３チャネルとを備える
    ものであり、 前記第１、第２および第３チャネルが、相互接続されているそれぞれの第２端
    を有して、接続点を形成し、 電圧源が前記第１、第２および第３流体リザーバに機能的に接続されて、前記
    第１および第２材料を前記第１および第２リザーバから前記第３リザーバ方向に
    動電移動し、 前記第１、第２および第３チャネルの長さと断面積、またはその組合せの寸法
    を、前記リザーバに対し電位を供給すると、前記接続点において第１比率で第１
    および第２材料の混合を実現する寸法としている、微小流体素子操作を実行する
    装置。
  2. 【請求項２】 前記第１、第２および第３チャネルが同一断面寸法であり、
    また前記各チャネルの長さが、前記接続点において第１比率で前記第１および第
    ２材料を混合するように形成されている、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記電圧源が、前記第３リザーバを基準として前記第１およ
    び第２リザーバに単一電圧を供給している、請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記電圧源が第１電位および第２電位を有する電源を備え、
    前記第１電位が前記第１および第２リザーバに機能的に接続され、さらに前記第
    ２電位が前記第３リザーバに機能的に接続されている、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 第４材料を含む第４リザーバと、 前記第４リザーバに流体連通している第１端を有する第４チャネルと、 前記第１リザーバに流体連通している第１端を有する第５チャネルと、 前記第２リザーバに流体連通している第１端を有する第６チャネルとを備える
    ものであり、 前記第４、第５および第６チャネルが、相互接続されるそれぞれの第２端を有
    して第２接続点を形成しており、 前記第４、第５および第６チャネルの長さと断面積、またはその組合せの寸法
    を、前記各リザーバに対し電位を供給すると、前記第２接続点において第２比率
    で第１および第２流体材料の混合を実現する寸法としている、請求項１に記載の
    装置。
  6. 【請求項６】 前記第１リザーバと流体連通している第１端を有する第４チ
    ャネルと、 前記第２リザーバと流体連通している第１端を有する第５チャネルと、 前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する第６チャネルとを備える
    ものであり、 前記第４、第５および第６チャネルが、相互接続されるそれぞれの第２端を有
    して第２接続点を形成しており、 前記第４、第５および第６チャネルの長さと断面積、またはその組合せの寸法
    を、前記リザーバに対し電位を供給すると、前記第２接続点において第２比率で
    第１および第２流体材料の混合を実現する寸法としている、請求項１に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 各々が前記第１リザーバと流体連通している第１端を有する
    複数の第１チャネルと、 各々が前記第２リザーバと流体連通している第１端を有する複数の第２チャネ
    ルと、 各々が前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する複数の第３チャネ
    ルとを備えるものであり、 前記複数の第１、第２および第３チャネルの各々が、それぞれ相互接続されて
    いるそれぞれの第２端を有して、複数の接続点を形成し、 電圧源が前記第１、第２および第３流体リザーバに機能的に接続されて、前記
    第１および第２流体材料を前記第１および第２リザーバから前記第３リザーバ方
    向に動電移動し、 前記第１、第２および第３チャネル各々の長さと断面積、またはその組合せの
    寸法を、前記リザーバに対し電位を供給すると、複数の比率で第１および第２材
    料を混合し、それにより前記複数の接続点の各々において希望する混合比率を実
    現する寸法としている、請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記複数の第１、第２および第３チャネルが同一断面寸法で
    あり、また前記各チャネルの長さが、前記複数の接続点において複数の比率で前
    記第１および第２流体材料を混合するように形成されている、請求項７に記載の
    装置。
  9. 【請求項９】 前記第２リザーバが複数の第２リザーバを備えている、請求
    項７に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記複数の第２チャネルのペアが、前記複数の第２リザー
    バのそれぞれの１つと流体連通しているそれらの第１端を有している、請求項９
    に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１リザーバが複数の第１リザーバを備え、前記第２
    リザーバが複数の第２リザーバを備え、前記第１チャネルが前記複数の第１リザ
    ーバのそれぞれの１つと流体連通している第１端を各々有する複数の第１チャネ
    ルを備え、前記第２チャネルが前記複数の第２リザーバのそれぞれの１つと流体
    連通している第１端を各々有する複数の第２チャネルを備え、前記第３チャネル
    が前記第３リザーバと流体連通している第１端を各々有する複数の第３チャネル
    を備え、 前記複数の第１、第２および第３チャネルの各々が、それぞれ相互接続された
    それぞれの第２端を有して、複数の接続点を形成し、 前記複数の第１、第２および第３チャネル各々の長さと断面積、またはその組
    合せの寸法を、前記各リザーバに対し電位を供給すると、複数の比率で第１およ
    び第２材料を混合し、それにより前記複数の接続点の各々において希望する混合
    比率を実現する寸法としている、請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 第１材料を含む第１リザーバと、 第２材料を含む第２リザーバと、 第３材料を含む第１収容リザーバと、 第４材料を含む第２収容リザーバと、 前記第１リザーバと流体連通している第１端と、前記第２リザーバと流体連通
    している第２端とを有する第１チャネルと、 前記第１収容リザーバと流体連通している第１端と、前記第１チャネルと相互
    接続されて第１接続点を形成している第２端とを有する第２チャネルと、 前記第２収容リザーバと流体連通している第１端と、前記第１チャネルと相互
    接続されて第２接続点を形成している第２端とを有する第３チャネルと、 前記第１および第２収容リザーバに機能的に接続されているスイッチと、 前記第１と第２リザーバおよび前記スイッチに機能的に接続された電圧源であ
    って、その電圧源が前記第１収容リザーバまたは前記第２収容リザーバのどちら
    かに選択的に接続されて、前記第１と第２リザーバから前記第１または第２収容
    リザーバ方向に第１と第２材料を動電移動する電圧源と、を備えた微小流体操作
    を実行する装置であって、 前記第１接続点が前記第１チャネルに沿って配置されて、前記第１収容リザー
    バを基準として前記第１と第２リザーバに電位を供給すると、前記第１接続点に
    おいて第１比率で第１と第２材料の混合を実現し、さらに前記第２接続点が前記
    第１チャネルに沿って配置されて、前記第２収容リザーバを基準として前記第１
    と第２リザーバに電位を供給すると、前記第２接続点において第２比率で第１と
    第２材料の混合を実現している、微小流体操作を実行する装置。
  13. 【請求項１３】 前記スイッチが、 前記電圧源と前記第１収容リザーバ間に機能的に接続された第１スイッチと、 前記電圧源と前記第２収容リザーバ間に機能的に接続された第２スイッチとを
    備えており、 前記第１と第２スイッチをそれぞれ閉じることにより、前記第１または第２収
    容リザーバに前記第１と第２材料を選択的に移動する、請求項１２に記載の装置
    。
  14. 【請求項１４】 前記収容リザーバが複数の収容リザーバを備え；前記装置
    が複数のチャネルを備え、そのチャネルの各々が前記複数の収容リザーバの対応
    する１つに流体連通する第１端と、前記第１チャネルに相互接続されて複数の接
    続点を形成する第２端とを備えるものであり、 前記複数の接続点を前記第１第１チャネルに沿って配置して、前記リザーバに
    電位を供給して前記複数の接続点において前記第１と第２材料を異なる比率で混
    合することを実現している、請求項１２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 各々が前記複数の収容リザーバの１つと電圧源の間に機能
    的に接続された複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチの１つを閉じること
    により、前記複数の収容リザーバの１つに希望する混合比率で前記第１と第２材
    料を選択的に移動する、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 第１材料を含む第１リザーバと、 第２材料を含む第２リザーバと、 第３材料を含む第３リザーバと、 第４材料を含む第４リザーバと、 前記第１リザーバと流体連通している第１端を有する第１チャネルと、 前記第２リザーバと流体連通している第１端を有する第２チャネルと、 前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する第３チャネルと、 前記第４リザーバと流体連通している第１端を有する第４チャネルとを備える
    ものであり、 前記第１、第２、第３および第４チャネルがそれぞれ相互接続された第２端を
    有して接続点を形成し、 さらに、前記第１と第２リザーバに機能的に接続された第１電圧源と、前記第
    ３と第４リザーバに供給される第２電圧源であって、前記第１と第２材料を前記
    第１と第２リザーバから前記第３リザーバに動電移動を実行する、第１と第２電
    圧源と、 前記第１リザーバと前記第１電圧源の間を機能的に接続するスイッチとを備え
    るものであり、 前記第１、第２、第３および第４チャネルの長さと断面積、またはその組合せ
    の寸法を、（ｉ）前記スイッチを閉じると、前記第１材料が前記第３と第４リザ
    ーバに移動し、第２材料が前記第３リザーバに移動し、（ｉｉ）前記スイッチを
    開くと、前記第２材料が前記第４リザーバに移動する寸法としている、微小流体
    操作を実行する装置。
  17. 【請求項１７】 第１材料を含む第１リザーバと、 第２材料を含む第２リザーバと、 第３材料を含む第３リザーバと、 前記第１リザーバと流体連通している第１端を有する第１チャネルと、 前記第２リザーバと流体連通している第１端を有する第２チャネルと、 前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する第３チャネルと、 前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する第４チャネルとを備える
    ものであり、 前記第１、第２、第３および第４チャネルがそれぞれ相互接続された第２端を
    有して接続点を形成し、 さらに、前記第１と第２リザーバに機能的に接続された第１電圧源と、前記第
    ３と第４リザーバに供給される第２電圧源であって、前記第１と第２材料を前記
    第１と第２リザーバから前記第３と第４リザーバに動電移動を実行する、第１と
    第２電圧源と、 前記第１リザーバと前記第１電圧源の間を機能的に接続するスイッチとを備え
    るものであり、 前記第１、第２、第３および第４チャネルの長さと断面積、またはその組合せ
    の寸法を、（ｉ）前記スイッチを閉じると、前記第１材料が前記第３と第４チャ
    ネルを通って前記第３リザーバに移動し、第２材料が前記第３チャネルを通って
    前記第３リザーバに移動し、（ｉｉ）前記スイッチを開くと、前記第２材料が前
    記第４チャネルを通って前記第４リザーバに移動する寸法としている、微小流体
    操作を実行する装置。
  18. 【請求項１８】 第１材料を含む第１リザーバと、 第２材料を含む第２リザーバと、 第３材料を含む第３リザーバと、 第４材料を含む第４リザーバと、 前記第１リザーバと流体連通している第１端を有する第１チャネルと、 前記第２リザーバと流体連通している第１端を有する第２チャネルと、 前記第３リザーバと流体連通している第１端を有する第３チャネルと、 前記第４リザーバと流体連通している第１端を有する第４チャネルとを備える
    ものであり、 前記第１、第２、第３および第４チャネルがそれぞれ相互接続された第２端を
    有して第１接続点を形成し、 さらに、前記第１、第２、第３および第４流体リザーバに機能的に接続された
    電圧源であり、前記第１と第２材料を前記第３と第４リザーバ方向に動電移動を
    実行する、電圧源を備えるものであり、 前記電位が供給されると、第１材料が前記第３と第４リザーバ方向に移動し、
    第２材料が前記第３リザーバ方向に移動して、制御された配分で第３チャネル内
    で前記第１と第２材料を混合する、微小流体操作を実行する装置。
  19. 【請求項１９】 第１電圧源が前記第１と第２リザーバに接続され、また第
    ２電圧源が前記第３と第４リザーバに供給され、 前記第１、第２、第３および第４チャネルの長さと断面積、またはその組合せ
    の寸法を、前記第１材料を前記第３と第４リザーバ方向に移動し、前記第２材料
    を前記第３リザーバ方向に移動し、それにより制御された配分で前記第５チャネ
    ル内で第１と第２材料を混合するような寸法としている、請求項１８に記載の装
    置。
  20. 【請求項２０】 前記第２電位がアース電位である、請求項１９に記載の装
    置。
  21. 【請求項２１】 第５材料を含む第５リザーバと、 第６材料を含む第６リザーバと、 前記第５リザーバと流体連通している第１端と、前記第６リザーバと流体連通
    している第２端を有する第５チャネルとを備えるものであり、 前記第５チャネルが前記第３チャネルと相互接続して、前記第１接続点と第３
    リザーバ間に第２接続点を形成し；さらに、前記第１、第２、第３、第４、第５
    および第６流体リザーバに機能的に接続された電圧源であり、前記第１、第２お
    よび第５材料を前記第３、第４および第６リザーバ方向に動電移動を実現する電
    圧源を備えるものであり、 前記電位が供給されると、前記第１材料が前記第３と第４リザーバ方向に移動
    し、前記第２材料が前記第３リザーバ方向に移動して、制御された配分で第３チ
    ャネル内で前記第１と第２材料を混合し；前記混合された第１と第２材料が前記
    第６リザーバ方向に移動し、また前記第５材料および前記混合された第１と第２
    材料が前記第３リザーバ方向に移動して、それらが制御された配分で混合されて
    いる、請求項１８に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記第２リザーバと流体連通している第１端と、前記第４
    リザーバと流体連通している第２端を有する第５チャネルを備えるものであり、 前記第５チャネルが前記第３チャネルと相互接続して、前記第１接続点と前記
    第３リザーバ間に第２接続点を形成し、 前記第１、第２、第３、第４および第５チャネルの長さと断面積、またはその
    組合せの寸法を、前記電位が供給されると、前記第１材料を前記第３と第４リザ
    ーバ方向に移動し、前記第２材料を前記第３リザーバ方向に移動し、それにより
    制御された配分で前記第３チャネル内で前記第１と第２材料を混合するような寸
    法とし；前記混合された第１と第２材料が前記第２接続点を通って前記第４リザ
    ーバ方向に移動し、また前記第２材料および前記混合された第１と第２材料が前
    記第２接続点で混合されて、前記第３リザーバ方向に移動し、それらが制御され
    た配分で混合されている、請求項１９に記載の装置。
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