JP2003534538A - ３次元配列チャネルネットワークを含む微量流体システム - Google Patents

３次元配列チャネルネットワークを含む微量流体システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、改良型微量流体システム及び改良型の微量流体システムを製造する方法を提供し、該微量流体システムは、１つ以上の微量流体チャネル段を包含する。ある本方法は、トポロジー的に複合の改良型微量流体システムへの便利な道筋を提供する。本発明の微量流体システムは、３次元配列の流体流路ネットワークを含み、該流体流路には、横断点において物理的に交差することなく該ネットワークの他のチャネルの上又は下を横断するチャネルが含まれる。微量流体ネットワークは、やはり本発明が提供するレプリカ成形工程を介して製造でき、該成形工程は、フォトリソグラフィにより形成されたトポロジー特徴を有する面を含む型マスターを利用する。微量流体ネットワークは、ある場合には単一のレプリカ成形層で構成され、他の場合は、組立てられて全微量流体ネットワーク構造物を形成する２つ以上のレプリカ成形膜で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量流体ネットワーク構造物、微量流体ネットワーク構造物の製造
方法及び該構造物の使用方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
微量流体システムにおける複合化の必要性は、高度な機能−化学反応及び分析
、バイオアッセイ、高処理量スクリーン及びセンサー−が単一の微量流体装置に
組み込まれつつあるので、急速に増加している。複合チャネルシステムは、単一
チャネル段を有する従来の２次元微量流体システムで生じさせることができるよ
り多くの複合連結性を必要とする。そのような通常の単一段設計では、二つのチ
ャネルが流体接続せずに互いに横断することはできないからである。ほとんどの
微量流体チャネルを製造する方法は、フォトリソグラフィの手順に基づき、その
ような２次元システムを生じさせる。立体リソグラフィ（例えば、Ｋ．Ｉｋｕｔ
ａ、Ｋ．Ｈｉｒｏｗａｔａｒｉ、Ｔ．Ｏｇａｔａ、“Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＭＥ
ＭＳ ’９４”、大磯、日本、１月２５−２８、１９９４、１−６頁参照）、レ
ーザー化学３次元書込み（例えば、Ｔ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍｓｔｅｉｎ、Ｄ．Ｊ．Ｅ
ｈｒｌｉｃｈ、“Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ”、第１０巻、２６
７１−２６７４頁、１９９２参照）、及びモジュール式組立体（例えば、Ｃ．Ｇ
ｏｎｚａｌｅｚ、Ｒ．Ｌ．Ｓｍｉｔｈ、Ｄ．Ｇ．Ｈｏｗｉｔｔ、Ｓ．Ｄ．Ｃｏｌ
ｌｉｎｓ、“Ｓｅｎｓ．Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ”、第６６巻、３１５−３３２
頁、１９９８参照）等の３次元構造物を生じさせる多くのより特殊な手順がある
が、これらの方法は一般に時間がかかり、実行が困難であり、高価であり、した
がって試作と生産のどちらにも十分適しておらず、またある種の構造物を作るこ
とができない。複合３次元微量流体システムを生じさせるよりよい方法が、微量
流体テクノロジーの発展を促進するため必要である。本発明は、いくつかの実施
の形態において、複合３次元微量流体システムを生じさせるためのそのような改
良型の方法を提供する。
【０００３】 基板の面にパターンを転写するためスタンプ又は型を使用することは知られて
いる（例えば、Ｒ．Ｓ．Ｋａｎｅ、Ｓ．Ｔａｋａｙａｍａ、Ｅ．Ｏｓｔｕｎｉ、
Ｄ．Ｅ．Ｉｎｇｂｅｒ、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、“Ｂｉｏｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ”、第２０巻、２３６３−２３７６頁、１９９８；米国特許第５，５１２
，１３１号；国際公開第ＷＯ９７／３３７３７号、９７年９月１８日公開、参照
）。従来のほとんどのソフトリソグラフィ技術、例えばマイクロコンタクト印刷
（μＣＰ）（例えば、Ｃ．Ｓ．Ｃｈｅｎ、Ｍ．Ｍｒｋｓｉｃｈ、Ｓ．Ｈｕａｎｇ
、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、Ｄ．Ｅ．Ｉｎｇｂｅｒ、“Ｓｃｉｅｎｃｅ”
、第２７６巻、１４２５−１４２８頁、１９７７；Ａ．Ｂｅｒｎａｒｄ、Ｅ．Ｄ
ｅｌａｍａｒｃｈｅ、Ｈ．Ｓｃｈｍｉｄ、Ｂ．Ｍｉｃｈｅｌ、Ｈ．Ｒ．Ｂｏｓｓ
ｈａｒｄ、Ｈ．Ｂｉｅｂｕｙｃｋ、“Ｌａｎｇｍｕｉｒ”、第１４巻、２２２５
−２２２９頁、１９９８参照）、及び毛管内マイクロ成形（ＭＩＭＩＣ）（例え
ば、Ｎ．Ｌ．Ｊｅｏｎ、Ｉ．Ｓ．Ｃｈｏｉ、Ｂ．Ｘｕ、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉ
ｄｅｓ、“Ａｄｖ．Ｍａｔ．”、第１１巻、９４６−９４９頁、１９９９；Ｅ．
Ｄｅｌａｍａｒｃｈｅ、Ａ．Ｂｅｒｎａｒｄ、Ｈ．Ｓｃｈｍｉｄ、Ｂ．Ｍｉｃｈ
ｅｌ、Ｈ．Ｂｉｅｂｕｙｃｋ、“Ｓｃｉｅｎｃｅ”、第２７６巻、７７９−７８
１頁、１９９７；Ｅ．Ｄｅｌａｍａｒｃｈｅ、Ａ．Ｂｅｒｎａｒｄ、Ｈ．Ｓｃｈ
ｍｉｄ、Ａ．Ｂｉｅｔｓｃｈ、Ｂ．Ｍｉｃｈｅｌ、Ｈ．Ｂｉｅｂｕｙｃｋ、“Ｊ
．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．”、第１２０巻、５００−５０８頁、１９９８；Ａ
．Ｆｏｌｃｈ、Ａ．Ａｙｏｎ、Ｏ．Ｈｕｒｔａｄｏ、Ｍ．Ａ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、
Ｍ．Ｔｏｎｅｒ、“Ｊ．Ｂｉｏｍｅｃｈ．Ｅｎｇ．”、第１２１巻、２８−３４
頁、１９９９、Ａ．Ｆｏｌｃｈ、Ｍ．Ｔｏｎｅｒ、“Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｐｒｏｇ
．”、第１４巻、３８８−３９２頁、１９９９；Ａ．Ｆｏｌｃｈ、Ｍ．Ｔｏｎｅ
ｒ、“Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｐｒｏｇ．”、第１４巻、３８８−３９２頁、１９９８
参照）は、一度に１つの物質をパターニングする手順又は比較的簡単な連続パタ
ーンに限定されていた。これらの制約は、トポロジー的（ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａ
ｌ）なものであると同時に実際的なものである。μＣＰにおけるスタンプ面又は
ＭＩＭＩＣにおけるチャネルシステムの面は、実際上２次元構造である。μＣＰ
において、スタンプのこの２次元性は、転写できるパターンの種類を単一“色”
のインクを備えるものに限定する。スタンプの異なった領域を異なった材料で選
択的に“インク”する方法がないからである。従来の方法を使用して多くの“イ
ンク”をパターニングするには、多くの位置合せ及びスタンプ押しのステップを
必要とする。ＭＩＭＩＣにおいて、２次元チャネルシステムはパターニングを比
較的簡単な連続的な構造物に限定するか、又は多数のパターニングステップを必
要とする。
【０００４】 当該技術分野においては、ソフトリソグラフィ技術により面にパターンを形成
する改良された方法の一般的必要性、また面に任意の２次元パターンをパターニ
ングでき、かつ多数の領域で構成された複合パターンであってパターンの異なっ
た領域は異なった材料を備えることができる複合パターンを、多数の位置合せや
スタンプ押しのステップを必要とせず、またスタンプの異なった領域を異なった
材料で選択的に“インク”することを必要とせずに、面に形成できる技術の一般
的必要性がある。本発明は、いくつかの実施の形態において、面にソフトリソグ
ラフィ技術によりパターンを形成するためのそのような改良型の方法を提供する
。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、一定の実施の形態において、改良型の微量流体システム及び改良型
の微量流体システムの製造手順に関し、該微量流体システムは１つ以上の段の微
量流体チャネルを包含する。発明性のある本方法は、トポロジー的に複合の改良
型微量流体システムへの便利な道筋を提供できる。本発明はまた、いくつかの実
施の形態において、生物材料及び細胞等の材料の複合パターンを面上に製造する
微量流体システム及び方法に関する。そのような実施の形態において、本発明は
、面上に不連続の複合パターンを製造する面パターニング微量流体システム及び
方法に関し、該システム及び方法は面上に多数の材料を組み込み又は堆積できる
。本発明は、いくつかの実施の形態において、マイクロコンタクト面パターニン
グのための改良型のスタンプを提供でき、該スタンプは、面上に任意の２次元パ
ターンをパターニングでき、またパターニング時多数の位置合せ又はスタンピン
グステップを必要とせずに、かつスタンプの異なった領域を異なった材料で選択
的に“インク”することを必要とせずに面上に多数の物質をパターニングできる
。
【０００６】 本発明の１つの実施の形態によれば、微量流体ネットワークが開示される。微
量流体ネットワークはポリマー構造物を備え、該構造物は少なくとも第１及び第
２の相互流体接続されていない流体流路を含む。少なくとも第１流路は、ポリマ
ー構造物内に一連の相互接続されたチャネルを備える。一連の相互接続されたチ
ャネルは、構造物の第１段内に配置された少なくとも１つの第１チャネルと、構
造物の第２段内に配置された少なくとも１つの第２チャネルと、第１チャネル及
び第２チャネルを相互流体接続する少なくとも１つの接続チャネルとを含む。構
造物内の少なくとも１つのチャネルは、約５００μｍを超えない断面寸法を有す
る。構造物は、構造物の第１段内に配置されて構造物の第２段内に配置された少
なくとも１つのチャネルと非平行な少なくとも１つのチャネルを含む。
【０００７】 本発明の他の実施の形態において、微量流体ネットワークが開示される。微量
流体ネットワークは、エラストマー構造物を備え、該構造物は少なくとも１つの
流体流路を含む。流路は、構造物内の一連の相互接続されたチャネルを備える。
一連の相互接続されたチャネルは、構造物の第１段内に配置された少なくとも１
つの第１チャネルと、構造物の第２段内に配置された少なくとも１つの第２チャ
ネルと、第１チャネル及び第２チャネルを相互流体接続する少なくとも１つの接
続チャネルとを含む。構造物内の少なくとも１つのチャネルは、約５００μｍを
超えない断面寸法を有し、構造物は、構造物の第１段内に配置されて構造物の第
２段内に配置された少なくとも１つのチャネルと非平行な少なくとも１つのチャ
ネルを含む。
【０００８】 さらに別の実施の形態において、ポリマー膜が開示される。ポリマー膜は、少
なくとも１つのチャネルが配置された第１面と、少なくとも１つのチャネルが配
置された第２面と、第１面及び第２面の中間のポリマー領域とを備える。中間領
域は、該領域を貫通して、膜の第１面に配置されたチャネルと、第２面に配置さ
れたチャネルとを相互流体接続する少なくとも１つの接続チャネルを有する。少
なくとも１つのチャネルは、約５００μｍを超えない断面寸法を有する。
【０００９】 本発明の他の実施の形態において、微量流体ネットワーク構造物を形成する方
法が開示される。本方法は、少なくとも１つの型基板を設けるステップと、型基
板の面に少なくとも１つのトポロジー特徴を形成して第１型マスターを形成する
ステップと、該面を第１硬化可能液と接触させるステップと、該液を硬化させて
該面の第１成形レプリカを作成するステップと、第１成形レプリカを第１型マス
ターから取り除くステップと、第１成形レプリカを微量流体ネットワークを備え
た構造物に組み立てるステップとを備える。組み立てられた微量流体ネットワー
ク構造物は、少なくとも１つの流体流路を有し、該流路は構造物内の一連の相互
接続されたチャネルを備える。一連の相互接続チャネルは、構造物の第１段内に
配置された少なくとも１つの第１チャネルと、構造物の第２段内に配置された少
なくとも１つの第２チャネルと、第１チャネル及び第２チャネルを相互流体接続
する少なくとも１つの接続チャネルとを含む。構造物内の少なくとも１つのチャ
ネルは、約５００μｍを超えない断面寸法を有する。構造物は、構造物の第１段
内に配置されて構造物の第２段内に配置された少なくとも１つのチャネルと非平
行の少なくとも１つのチャネルを含む。
【００１０】 さらに別の実施の形態において、成形構造物を形成する方法が開示される。本
方法は、少なくとも１つの型基板を設けるステップと、少なくとも１つの５００
μｍを超えない横寸法を有する少なくとも１つの２段トポロジー特徴を該基板の
面に形成して型マスターを形成するステップとを備える。２段トポロジー特徴は
、該特徴に隣接した面の領域に対し第１深さ又は高さを有する第１部分と、第１
部分と一体的に接続され、該特徴に隣接した面の領域に対し第１深さ又は高さよ
り大きい第２深さ又は高さを有する第２部分とによって特徴づけられる。本方法
はさらに、該面を硬化可能液と接触させるステップと、該液を硬化させて該面の
成形レプリカを作成するステップと、成形レプリカを型マスターから取り除くス
テップとを備える。
【００１１】 本発明の他の実施の形態において、材料の面にトポロジー特徴を形成する方法
が開示される。本方法は、第１フォトレジスト層の面の部分を第１パターンで放
射線に暴露するステップと、第１フォトレジスト層の面を第２フォトレジスト層
でコーティングするステップと、第２フォトレジスト層の面の部分を第１パター
ンと異なる第２パターンで放射線に暴露するステップと、第１及び第２フォトレ
ジスト層を現像剤で現像するステップとを備える。現像ステップにより、ポジ型
のレリーフパターンがフォトレジストに生じ、該パターンは、少なくとも１つの
５００μｍを超えない断面寸法を有する少なくとも１つの２段トポロジー特徴を
含む。２段トポロジー特徴は、材料面に対し第１高さを有する第１部分と、第１
部分と一体的に接続し、材料の面に対し第２高さを有する第２部分とによって特
徴づけられる。
【００１２】 さらに別の実施の形態において、成形構造物を形成する方法が開示される。本
方法は第１型マスターを設けるステップを含み、第１型マスターは、エラストマ
ー材料で形成されかつ少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を備え
た少なくとも１つのトポロジー特徴を含む面を有する。本方法はさらに第２型マ
スターを設けるステップを備え、第２型マスターは、少なくとも１つの約５００
μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも１つのトポロジー特徴を含む面を有
する。本方法はさらに、硬化可能液を第１及び第２型マスターの少なくとも一方
の面と接触させるステップと、第１型マスターの面を第２型マスターの面と少な
くとも部分的に当接させるステップと、該液を硬化させて第１型マスターの面及
び第２型マスターの面の成形レプリカを作成するステップと、成形レプリカを型
マスターの少なくとも一方から取り除くステップとを備える。
【００１３】 本発明の他の実施の形態において、成形構造物を形成する方法が開示される。
本方法は、第１型マスターを設けるステップを含み、第１型マスターは、少なく
とも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも第１トポロジー
特徴と、第１整列要素を備えた少なくとも第２トポロジー特徴とを含む面を有す
る。本方法はさらに第２型マスターを設けるステップを備え、第２型マスターは
、少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも第１ト
ポロジー特徴と、第１整列要素の形状と嵌合可能な形状の第２整列要素を備えた
少なくとも第２トポロジー特徴とを含む面を有する。本方法はさらに、硬化可能
液を第１及び第２型マスターの少なくとも一方の面と接触させるステップと、第
１型マスターの面を第２型マスターの面と少なくとも部分的に当接させるステッ
プと、第１型マスターの位置を第２型マスターの位置に対し第１整列要素が第２
整列要素と嵌合係合し組み合うまで調整することによって第１及び第２型マスタ
ーの第１トポロジー特徴を相互に整列させるステップと、該液を硬化させて第１
型マスターの面及び第２型マスターの面の成形レプリカを作成するステップと、
成形レプリカを型マスターの少なくとも一方から取り除くステップとを備える。
【００１４】 本発明のさらに別の実施の形態によれば、面を互いに整列させ固着する方法が
開示される。本方法は、少なくとも一方が酸化された２つの面を、該面と本質的
に非反応性の液体の連続層によって相互に分離されるよう相互に隣接して配置ス
テップと、該面を相互に整列させるステップと、該液を該面の間から除去し、こ
れによって該面間の化学反応を介して該面を互いに固着するステップとを備える
。
【００１５】 本発明の他の実施の形態において、物品を成形する方法が開示される。本方法
は、第１セットの面特性を備えた面を有する第１型マスターを設けるステップと
、第２セットの面特性を備えた面を有する第２型マスターを設けるステップとを
備える。第１及び第２型マスターの少なくとも一方は、少なくとも１つの約５０
０μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも１つのトポロジー特徴を含む面を
有する。本方法はさらに、硬化可能液を第１及び第２型マスターの少なくとも一
方の面と接触させるステップと、第１型マスターの面を第２型マスターの面と少
なくとも部分的に当接させるステップと、該液を硬化させて第１型マスターの面
及び第２型マスターの面の成形レプリカを作成するステップと、成形レプリカを
第２型マスターの面に接触させ支持させたまま成形レプリカを第１型マスターの
面から取り除くステップとを備える。
【００１６】 さらに別の実施の形態において、微量流体ネットワークが開示される。本微量
流体ネットワークはポリマー構造物を備え、該ポリマー構造物は、少なくとも第
１及び第２の相互流体接続されていない流体流路を含む。第１流路は、第１平面
内に配置された少なくとも２つの非共直線の相互接続チャネルを備え、第２流路
は、第１平面と非平行の第２平面内に配置された少なくとも１つのチャネルを備
える。構造物内の少なくとも１つのチャネルは、約５００μｍを超えない断面寸
法を有する。
【００１７】 本発明の他の実施の形態において、微量流体ネットワークが開示される。本微
量流体ネットワークは、ポリマー構造物を備え、該構造物は少なくとも１つの流
体流路を備える。流体流路は、少なくとも１つのチャネルから形成され、該流路
内のバルク流体流れの方向によって規定される長軸を有する。流路の長軸はいか
なる単一の平面内にも配置されない。
【００１８】 本発明の他の実施の形態において、材料面をパターニングする方法が開示され
る。本方法は、スタンプを設けるステップを備え、該スタンプは構造物を有し、
該構造物は、該構造物内に一連の相互接続チャネルを備える少なくとも１つの流
路を含む。一連の相互接続チャネルは、構造物の内部領域内に配置された少なく
とも１つの第１チャネルと、構造物のスタンプ面内に配置されて第１パターンを
規定する少なくとも１つの第２チャネルと、第１チャネル及び第２チャネルを相
互流体接続する少なくとも１つの接続チャネルとを含む。本方法はさらに、スタ
ンプ面を材料面の一部と接触させるステップと、スタンプ面を材料面の該一部と
接触させたまま、該流路に流体を少なくとも部分的に充填させて該流体の少なく
とも一部が材料面と接触するようにするステップとを備える。
【００１９】 さらに別の実施の形態において、材料面をパターニングする方法が開示される
。本方法は、スタンプを設けるステップを備え、該スタンプは少なくとも２つの
相互流体接続されていない流路を含む構造物を有し、該流路は、該構造物のスタ
ンプ面内に配置された第１チャネルパターンを規定する第１流体流路と、該構造
物のスタンプ面内に配置された第２チャネルパターンを規定する第２流体流路と
を含む。各第１及び第２チャネルパターンは非連続であり、第１パターンを規定
するチャネルは第２パターンを規定するチャネルと交差しない。本方法はさらに
、スタンプ面を材料面の一部と接触させるステップと、スタンプ面を材料面の該
一部と接触させたまま、第１流路に第１流体を少なくとも部分的に充填させて第
１流体の少なくとも一部が材料面と接触するようにするステップと、第２流路に
第２流体を少なくとも部分的に充填させて第２流体の少なくとも一部が材料面と
接触するようにするステップと、スタンプ面を取り除いて材料面に、材料面と第
１流体との接触により形成される該第１パターンによるパターンと、材料面と第
２流体との接触により形成される該第２パターンによるパターンとを設けるよう
にするステップとを備える。
【００２０】 他の実施の形態において、材料面をパターニングする方法が開示される。本方
法は、スタンプを設けるステップを含み、該スタンプは構造物を有し、該構造物
は、該構造物のスタンプ面と流体連通する少なくとも１つの非直線の流体流路を
含む。本方法はさらに、スタンプ面を材料面の一部と接触させるステップと、ス
タンプ面を材料面の該一部と接触させたまま、該流路に流体を少なくとも部分的
に充填させて流体の少なくとも一部が材料面と接触するようにするステップとを
備える。
【００２１】 本発明の他の利点、新規な特徴及び目的は、添付図面と共に考慮することによ
り以下の本発明の詳細な説明から明らかとなろう。添付図面は、略図であり、ま
た縮尺して描くことを意図したものではない。これらの図において、様々な図に
図示した各同一又はほとんど同一の構成部品は単一の番号で表した。明瞭化のた
め、すべての図のすべての構成部品に符号を付すことはせず、また当業者が本発
明を理解するために図示が必要でないときは、本発明の各実施の形態のすべての
構成部品を図示することはしなかった。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、３次元微量流体ネットワーク構造物の製造方法、３次元のチャネル
配列を含むポリマー微量流体ネットワーク構造物、及び例えば基板上に複合パタ
ーンを形成し堆積するためのテンプレートとして、等の様々な微量流体ネットワ
ークの用途に向けられたものである。ここで使用する、“３次元微量流体ネット
ワーク”、“３次元微量流体ネットワーク構造物”又は“３次元微量流体スタン
プ”とは、流体を入れ及び/又は流体を通過させることができる構造物を指し、
該構造物は少なくとも３つのチャネルを含み、またさらに多くのチャネルを含む
ことができる。さらに、構造物は、少なくとも３つのチャネルを含むが、該チャ
ネルは、３つのチャネルの長軸を包含する平面又は湾曲平面が存在しないよう相
互に配列されている。本発明により提供される微量流体ネットワークは、その構
造の３次元性のため、例えば空間のｘ、ｙ及びｚ方向成分のそれぞれに沿って整
列された長軸（チャネル内のバルク流体流れの方向と平行に整列されたチャネル
の軸中心線として規定される）を有するチャネルを構造物内に設けることができ
る。チャネルが３次元のネットワーク状に配列された微量流体構造物を生産でき
るので、本発明により提供されるシステムは、１つ以上の独立の流体流路を提供
する複数のチャネルを含むことができ、複数のチャネル及び流路は、構造物のチ
ャネルが該構造物内で互いの上及び/又は下を横断できるので、任意に複合化さ
れた幾何学的ネットワーク状に配列されることができる。
【００２３】 本発明による微量流体ネットワーク、及び該微量流体ネットワークの生産方法
の能力を類推する１つの方法は、微量流体ネットワークのチャネルシステムを３
次元空間の結び目になぞらえることである。本発明により提供される微量流体ネ
ットワークは、結び目の物理的実現を組み立てる能力を有し、したがって任意の
トポロジー的複雑さのチャネルシステムを含むことができる。数学用語において
、結び目は３次元の閉じた、非交差の曲線である。結び目は数学において通常平
面への投影の点から説明される。非トリビアルな結び目に関し、これらの投影は
、投影された曲線が自らを横断する点である“二重点”を包含する。結び目は３
次元が常に若干乱されるので、投影においては三重以上のオーダーの点を有しな
い。すなわち、投影曲線が自らを３回以上横断する点である。したがって、結び
目は、そのような２次元投影を、曲線のどの部分が各二重点において他の部分の
上又は下を横断するかについての説明と共に与えることによって完全に説明でき
る。 本発明により提供される微量流体ネットワークは、その３次元チャネルネットワ
ーク構造のため、前記二重点の物理的実現を提供することができる。すなわち、
該構造物は、１つの流路又は１つの流路のセグメントを構成する１つのチャネル
が、もう１つの流路又はもう１つの流路のセグメントを提供する又は同じ流路の
もう１つのセグメントを提供するもう１つのチャネルの上又は下を横断するのを
可能にする。したがって、発明性のある本微量流体ネットワークは、本質的にど
のような連結結び目配列の物理的実現でも提供できる。同様に、発明性のある本
ネットワークは、本質的にどのような連結結び目配列の、及び任意に複合化され
た３次元相互接続チャネルネットワークの物理的実現でも提供でき、該ネットワ
ークの平面又は面への投影は、以下により詳細に説明するように、どのような任
意の数の横断でも包含することができる。以下により詳細に説明するように、発
明性のある本微量流体ネットワークが平面投影の横断点においてチャネルの交差
を避けるためには、通常構造体内に少なくとも３つの特定可能な“段”が設けら
れる。“上”段の“下”を横断するチャネルを包含する“下”段と、該底段に包
含されたチャネルの“上”を横断するチャネルを包含する該“上”段と、下及び
上段のチャネルを隔離するとともに、下段のチャネル及び上段のチャネルを流体
接続する接続チャネルが貫通して、一連の相互接続チャネルで構成された流体流
路を形成する中間段とである。この関連において“下”及び“上”の語句は、単
に構造物の様々な段の相対位置を示唆するためのものであり、空間における構造
物の特定の向きを示唆するためのものではないことは理解されるべきである。例
えば、構造物を空間内で裏返したり、回転させる等して“下”段を“上”段の上
に位置決めしたり、又は段を横に位置決めすること等もできる。軟質の構造物を
含むさらに別の実施の形態では、構造物を捻ったり曲げたりして平らな段を空間
において湾曲面に変形し、構造物の“上”及び“下”段を相互に全構造物におけ
る異なった位置に別様に位置決めすることもできる。任意に複合化されたチャネ
ルネットワークを備えた微量流体ネットワークを生産するために通常追加的な段
は必要とされない。投影における三重以上のオーダーの点は、構造物内のチャネ
ルが互いの上又は下を横断し、空間内で互いに構造物内の“横断”チャネルの物
理的交差を伴わずに横断するためには必要ないからである。
【００２４】 図１ａは、本発明により生産できる本質的に無数の微量流体ネットワーク構造
物の１つの代表的な実施の形態を図示する。微量流体ネットワーク構造物１００
は、一連の相互接続されたチャネルを含み、該チャネルは７つの相互流体接続さ
れていない流体流路を提供する。チャネルは“バスケット織”配列で配列されて
いる。チャネルシステム１００は、図示のように、ｙ−ｚ座標平面と平行な平面
内に配列された、３つの相互流体接続されていない流体流路１０２、１０４及び
１０６と、ｘ−ｚ座標平面と平行な平面内に配列された、４つの相互流体接続さ
れていない流路１０８、１１０、１１２及び１１４とを含む。構造物の各流体流
路は、一連の相互接続されたチャネルを備える（例えば、流体流路１０２は、構
造物１００内の相互接続チャネル１１３、１２４、１２６、１１６、１１８、１
２０、１２８、１２２及び１２３を備える。） 流路１０２は、例えば構造物１００の第１下段内に配置された２つのチャネル
１１６及び１２２と、構造物の第２上段内に配置された２つのチャネル１２０及
び１２４とを含む。流路１０２はまた、いくつかの接続チャネル、例えば１１８
、１２６及び１２８を含み、該接続チャネルは、構造物の第３中間段を横切り、
構造物の第１下段及び第２上段に包含されたチャネルを相互接続する。構造物１
００によって提供される微量流体ネットワークは真に３次元である。なぜなら、
該ネットワークは、単一の平面内に配置された一連の相互接続チャネルを備える
２次元構造物、またはそのような構造物の段積み又は配列によっては生産できな
いからである。すなわち、ネットワーク１００は構造物の第１下段内に配置され
たチャネルを含み、該チャネルは、構造物の第２上段内に配置されたチャネルと
非平行である（例えば、流体流路１０２のチャネル１１６と流体流路１１０のチ
ャネル１３０）。ネットワーク１００の３次元性を説明し、該ネットワークを２
次元システムにおいて実現可能なネットワークから区別する他の方法として、以
下のことを指摘する。例えば、流路１０２は、ｙ−ｚ座標平面と平行な構造物の
第１平面内に配置された一連の共直線でない相互接続チャネルを備え、第２の流
体流路、例えば流体流路１０８は、第１平面と平行でない第２平面（図示のよう
にｘ−ｚ座標平面と平行）内に配置されている。本発明により提供される微量流
体ネットワークが２次元システムによって実現可能なネットワークとさらに異な
る点は、以下の点にある。発明性のある本微量流体システムに含まれる流体流路
の、バルク流体流れの方向を規定する長軸は、空間中の単一の平面内には配置さ
れず、また微量流体構造物の面（面１３２又は１３４等）と平行な単一の面内に
配置されない。
【００２５】 ここで使用する構造物の“段”とは、構造物の頂面及び底面と通常平行な構造
物内の平面又は湾曲面を指し、該面は、該面に配置され及び/又は該面を貫通す
るチャネル又は一連のチャネルを有することができる。以下の説明及び図面にお
いて、微量流体ネットワーク構造物は一般に平面（例えば、面１３２及び１３４
）を有するものとして示し、構造物内の段も平面である。しかしながら、構造物
の多くは、以下に詳述するように、図示された平面構成から見て曲げたり、ねじ
ったり、又は変形できる軟質及び/又はエラストマー材料で製造されることは理
解されるべきである。そのような実施の形態に関し、構造物内の“段”は、構造
物の変形された平面と平行な湾曲面を含むものであり、構造物の“段”に関する
ここでの説明は、図示の平面のみならずそのような湾曲面をも包含するものと理
解されるべきである。“平行”は、空間中の２つの面のトポロジーを比較するこ
ととの関連で使用するときは、共通の数学的意味を有し、どの部分も相互に等距
離隔てられた２つの面をさす。
【００２６】 ここで使用する複数の“相互流体接続されていない”流体流路とは、それぞれ
１つのチャネル又は多数の相互流体接続されたチャネルを備える複数の流体流路
であって、異なった流路のチャネルが構造物内で互いに交差せず物理的に分離さ
れ、相互に流体流れのバルク混合を介して流体を連通できない複数の流体流路を
指す。ここで使用する“流体流路”とは、流体を入れ又は流体を連続的に流すこ
とができる空間を微量流体構造内に提供する１つのチャネル又は２以上の一連の
相互接続されたチャネルを指す。構造物の各流体流路は、外部環境と微量流体構
造物とを流体連通させることができる少なくとも１つの開口を含み、そしていく
つかの流体流路の好ましい実施の形態は、外部環境と微量流体構造物とを流体連
通させる少なくとも２つの開口を含み、入口と出口とを提供する。ここで使用す
る“チャネル”とは、１つの流路又は流路の連続的なセグメントを指し、該流路
又は流路の連続的なセグメントは、微量流体ネットワーク構造物の１つ以上の段
内に配置され、及び/又は微量流体ネットワーク構造物の１つ以上の段を貫通す
る。ここで使用する“相互接続チャネル”とは、相互間で及び相互を経て流体を
連通させることができる構造物内の２つ以上のチャネルを指す。ここで使用する
“非直線の”流路及び/又はチャネルとは、長軸が、流路又はチャネルの長さに
沿った直線から、該チャネル又は流路の最小断面寸法と等しい量を超えて外れる
流路又はチャネルを指す。ここで使用する、チャネル又は流路の“長軸”とは、
チャネル又は流路の全長に沿って配置された軸を指し、該軸は、チャネル又は流
路が流体を流すために構成されている場合に、チャネル又は流路を流れるバルク
流体の方向の幾何学的中心線と同一の長さを持ち、この中心線によって規定され
る。例えば、直線の又は“まっすぐな”チャネルは本質的に直線の長軸を有する
傾向があるが、一方相互流体接続された一連のまっすぐなチャネルを備える流体
流路は、流体流路を形成する個々の相互接続されたチャネルの相互接続された長
軸で構成される長軸を有し、該長軸は“非直線”である。構造物の１つの段又は
多数の段“内に配置され”、“に配置され”、“内に包含され”又は“に包含さ
れ”たチャネルとはここではその長軸が、該チャネルが配置又は包含された段と
共面の、又は湾曲面によって規定される段の場合は該段の面の輪郭に沿って位置
する、チャネルを指す。構造物の１つの段又は多数の段を“貫く”、“貫通する
”又は“横切る”チャネルとはここではその長軸が、該段と非共面であって、又
は該段の面の輪郭に沿って位置せず、該段内に配置できる線と非平行のチャネル
を指す。
【００２７】 微量流体ネットワーク１００の流体流路１０２は、底面１３４の入口開口１３
６と、上面１３２の出口開口１３８とを介して外部環境と連通する。ネットワー
クのその他の流体流路は、図示するように類似の入口及び出口開口を有する。
【００２８】 本発明により提供される微量流体ネットワークのチャネルは、約５００μｍを
超えない、他の実施の形態においては約２５０μｍを超えない、さらに別の実施
の形態では約１００μｍを超えない、他の実施の形態では約５０μｍを超えない
、さらに別の実施の形態では約２０μｍを超えない少なくとも１つの断面寸法を
有する。“断面寸法”とは、上記の関連で使用するときは、チャネルの長軸に垂
直に取ったチャネルの断面の最小断面寸法を指す。ネットワーク１００のチャネ
ルは、本質的に相互に等しい断面寸法を有するが、他の実施の形態においては、
チャネルは等しくない断面寸法を有することができる。そして、いくつかのチャ
ネルは、図示のように、単一の段のみに配置される代わりに、構造物の２つ又は
３つのすべての段に配置されるのに十分な深さを有することができる。さらに、
チャネルは、ネットワーク１００ではまっすぐな直線であるが、他の実施の形態
では、チャネルが配置される段（単数又は複数）内において湾曲することができ
る。
【００２９】 ネットワーク１００の流体流路のチャネルが相互に横断する二重点は、図１ｂ
に示す２次元の垂直投影図においてより明瞭に示される。図１ｂは、負のｚ軸方
向に見てｙ−ｚ平面上に投影した微量流体ネットワーク１００を示す。例えば、
横断二重点１４０は、流体流路１１０のチャネル１３０と、流体流路１０２のチ
ャネル１１６との横断を規定する二重点を表す。一般に、本発明により提供され
、チャネルが相互に“横断”する流体流路を有する微量流体ネットワークとは、
チャネルネットワークを含む構造物であって、どちらかのチャネルが配置された
構造物の段を規定する面上にチャネルを垂直投影すると、チャネルが相互に少な
くとも部分的に重なるチャネルネットワークを含む構造物を指す。“垂直投影”
とは、投影面に対し直角又は垂直の方向における投影を指す。相互に横断するチ
ャネルの投影に関連してここで使用する“少なくとも部分的に重なる”又は“少
なくとも部分的に重なっている”とは、図１ｂの点１４０で示すように相互に交
差するチャネルの２次元投影、または例えばチャネルがネットワーク構造物内に
おいて互いに平行の方向に配列されているときは、チャネルが２次元投影におい
て相互に少なくとも部分的に重畳されていることを指す。
【００３０】 ここで説明する３次元微量流体ネットワーク構造物は、以下により詳細に説明
するように従来のフォトリソグラフィ、マイクロ組立、又はマイクロ加工法、例
えば立体リソグラフィ法、レーザー化学３次元書込み法又はモジュール組立法を
介して製造することも可能であるが、本発明は発明性のある本構造物を生産する
ための改良された製造方法をも提供し、該製造方法は、上述のように、構造物の
１つ以上の段を備える個々の層を生産するレプリカ成形技術を含む。以下により
詳細に説明するように、そのような層は好ましくは、その面に構造物のチャネル
を製作するための様々な特徴を有する型マスターを利用して成形される。いつく
かの好ましい実施の形態において、該特徴は、フォトリソグラフィ法を介して形
成され、または型マスター自体がそのような面の成形レプリカを備えることがで
きる。
【００３１】 ここで説明する本発明の方法により生産される微量流体ネットワーク構造物は
、硬化可能液の凝固形態を備える固体材料を構成するどのような材料からも形成
することができ、いくつかの実施の形態においては、構造物は射出成形又は流し
込成形することができる。以下により詳細に説明するように、好ましい硬化可能
液はポリマー又はポリマーの先駆物質を含み、該ポリマー又はポリマー先駆物質
は成形と同時に硬化し、又は成形時に硬化するよう誘導されてポリマー構造物を
生産する。以下により詳細に説明する理由により、本発明による微量流体ネット
ワークを形成するための特に好ましいポリマー材料はエラストマー材料を含む。
【００３２】 ここで説明する好ましい方法により生産される構造物に関し、本発明により提
供される微量流体ネットワークは通常、ポリマー材料の少なくとも１つの分離層
で構成され、他の実施の形態ではポリマー材料の少なくとも２つの分離層で構成
され、さらに別の実施の形態ではポリマー材料の３つ以上の分離層で構成される
。ここで使用する材料の“分離層”とは、全微量流体構造物の別々に形成された
幅構成部品構造物を指し、該層は微量流体構造物の全チャネルネットワークの１
つ、２つ又は３つ以上の段を備え及び/又は包含することができる。以下により
詳細に説明、図示するように、構造物の分離層は、互いに段積みされて３次元ネ
ットワーク又は、所望により多重３次元ネットワークを形成することができ、ま
たいくつかの実施の形態においては、微量流体構造物の下及び上段のチャネルを
密閉し流体シールするため１つ以上の支持層又は基板層の間に置くことができる
。
【００３３】 以下により詳細に説明するように、本発明により提供される微量流体ネットワ
ーク構造物を生産する方法は、いくつかの実施の形態においては、全構造物の単
一の段を構成する複数の分離層を生産でき、３次元ネットワーク構造物は、一連
のチャネルが配置された第１層を形成し、第２の一連のチャネルが配置された第
２層を形成し、かつ接続チャネルが横切る第３層を形成し、その後前記第１及び
第２層の間に第３層を段積みし、これらの層を相互に整列させて所望の全３次元
ネットワーク構造物を達成する。他の実施の形態では、微量流体ネットワーク構
造物は２つのチャネル包含層を含む。すなわち、一連のチャネルが配置された第
１段及び接続チャネルが横切る構造物の第３中間段の両者を包含する第１分離層
と、第２の一連のチャネルが配置された構造物の第２段を含む第２分離層とであ
る。そのような方法において、第１分離層及び第２分離層は相互に段積みされ、
整列されて、所望の全３次元微量流体ネットワーク構造物を生産する。さらに第
３の実施の形態においては、微量流体ネットワーク構造物の３つの全ての段は、
単一の分離層中に製作でき、該層は３段微量流体膜構造を構成する。
【００３４】 図２ａ及び２ｂは、別の３次元配列のチャネルを有する微量流体構造物１５０
を図示する。微量流体ネットワーク１５０は、２つの相互流体接続されていない
流路１５２及び１５４を含む。流体流路１５２は、一連の相互接続されたチャネ
ル１５６、１５８、１６０、１６２及び１６４を備え、非直線であり、かつｙ−
ｚ座標平面と平行な平面を規定する。チャネル１５６及び１６４は構造物の第１
下段内に配置され、チャネル１６０は構造物の第２上段内に配置される。接続チ
ャネル１５８は、構造物の第３中間段を、第１下段から第２上段へと横切り、チ
ャネル１５６をチャネル１６０に相互流体接続させる。同様に、接続チャネル１
６２は、構造物の第３中間段を横切ってチャネル１６４とチャネル１６０とを接
続する。流路１５２は、側壁１７０の入口開口１６８及び側壁１７４の出口開口
１７２を介して外部環境と流体連通して接続される。流体流路１５４は構造物の
第１下段内に配置された単一のチャネル１７６を備え、側壁１８０の入口開口１
７８及び側壁１９０の出口開口１８２を介して環境と相互接続されている。構造
物の第１下段への微量流体チャネルネットワークの垂直投影を図２ｂに図示する
。図２ｂは、流体流路１５２のチャネル１６０が流体流路１５４のチャネル１７
６の上方を横断する二重点１９２を示す。
【００３５】 図３ａ及び３ｂは、本発明により提供されるが、従来の２次元微量流体ネット
ワーク構造物では実現できないさらに別の単純な微量流体ネットワークを図示す
る。微量流体ネットワーク２００は単一の流体流路２０２を含む。流体流路２０
２は、構造物の第１下段内に配置された第１チャネル２０４と、構造物の第２上
段内に配置された第２チャネル２０６と、構造物の第３中間段を横切って、チャ
ネル２０４及び２０６を相互流体接続する接続チャネル２０８とで構成される。
構造物の第１段内に配置されたチャネル２０４と構造物の第２段内に配置された
チャネル２０６は相互に非平行であり、図示の実施の形態では互いに垂直となっ
ている。図３ｂは、負のｚ軸方向に沿った、第１下段構造物上への微量流体ネッ
トワーク２００の垂直投影を図示する。図示のように、微量流体ネットワーク２
００は投影図において横断点を含まない。
【００３６】 先述したように、微量流体ネットワークは、互いの上下を通過する任意に複合
化されたネットワーク状のチャネルを提供するために３つの段を含むことのみを
必要とする（チャネルを含み、チャネルの長軸が該段を規定する面と共面の第１
及び第２段と、１つ以上の接続チャネルが貫通して第１段及び第２段のチャネル
を流体接続する第３中間段）。しかしながら、一定の潜在的に望ましいチャネル
の幾何学構成には、上に説明、図示した構造物内の３つの段より多くの段が必要
とされよう。例えば、チャネルが構造物の３つ以上の非共面の段内に配置される
微量流体ネットワークを生産することが望ましいときは、追加的な段が必要であ
る。一般に、本発明により生産される微量流体構造物がｎ個の段、各段に配置さ
れるチャネルの長軸が該段と共面であるｎ個の段、を有するために必要な段の数
は、構造物における合計２ｎ−１個の段を必要とする。したがって、チャネルが
配置された２つの段を有する先述の実施の形態に関し、各構造物は全ネットワー
ク構造物を形成するために合計３つの段を必要とする（チャネルが配置された上
及び下段と、接続チャネルが貫通する中間段）。
【００３７】 図４ａ及び４ｂは、以下に説明する本発明の方法により生産可能な微量流体構
造物の１つの実施の形態を示し、該形態は、チャネルの長軸が各段と共面となる
ようチャネルが配置された３つの段を含み、全体で合計５つの段を含む。構造物
２２０は、流体流路２２２を備える微量流体ネットワークを含み、該流体流路２
２２は第２流体流路２２４を囲むコイルのように配列されている。そのような配
列は、例えば流体流路２２２及び２２４内に包含される構成部品間の熱伝達又は
物質移動を含む特定の微量流体用途や、それぞれの流路内の材料間の電気的、磁
気的、光学的又は他の環境的相互作用が望ましい実施の形態のため特に有益であ
る。
【００３８】 構造物２２０の第１下段にはコイル型流路２２２のチャネル２２６、２２８、
２３０及び２３２が配置されている。構造物２２０の底部から２番目の段には、
流体流路２２２の接続チャネル２３６、２３８、２４０、２４２、２４４、２４
６及び２４８の最下領域２３４が貫通して配置されている。構造物２２０の底部
から３番目の段には、流体流路２２４のチャネル２５０が配置され、また接続チ
ャネルの中間領域２５１が配置されている。構造物２２０の底部から４番目の段
には接続チャネルの上方領域２５２が横切って貫通し、構造物２２０の最上段に
は流路２２２のチャネル２５４、２５６、２５８及び２６０が配置されている。
【００３９】 図４ｂは、ｙ−ｘ座標平面と平行な構造物の第１最下段と共面の面への、負の
ｚ方向に見た微量流体ネットワーク２２０の垂直投影を示す。図示のように、構
造物２２０は８つの二重横断点２６４、２６６、２６７、２６８、２６９、２７
０、２７２及び２７４を含み、該横断点では流路２２４が流路２２２のチャネル
の上方を横断するか（例えば、横断点２６４、２６７、２６９及び２７２）、ま
たは流路２２４のチャネル２５０が流体流路２２２のチャネルの下を横断する（
例えば、横断点２６６、２６８、２７０及び２７４）。構造物２２０で示された
５段構造物は、別の実施の形態においては、図示の二重点より高いオーダーの横
断点を与えるよう配列された一連の相互接続チャネルを備える流路を有すること
ができる。例えば、他の実施の形態において、５段構造物は三重横断点を含んで
配置されるチャネルを有することができ、構造物の１つの段と共面の面への垂直
投影は３つの段のチャネルが交差する（すなわち、最下段に配置されたチャネル
と、第３中間段に配置されたチャネルと、最上段に配置されたチャネルとが２次
元投影図において相互に重なる及び/又は交差する）点を含む。
【００４０】 上述したように、本発明はまた、ここで説明した発明性のある微量流体構造を
生産するための比較的簡単で低コストの製造技術を提供する様々な方法を提供す
る。本発明により提供される以下に説明する好ましい方法は、硬化可能液を利用
して、本発明により提供される３次元微量流体ネットワーク構造物を構成する又
は他のレプリカ成形構造物と組み合わせて本発明により提供される３次元微量流
体ネットワーク構造物を形成するレプリカ成形構造物を造ることに基づく。
【００４１】 図５ａ−５ｃは、本発明により提供されるレプリカ成形方法を利用することに
よって発明性のある本微量流体構造物を形成する方法の第１の実施の形態を図示
する。図５ａ−５ｃに図示する方法は、硬化可能液からいくつかのレプリカ成形
層を形成することを含み、該構造物のそれぞれは全微量流体ネットワークの単一
の段を構成する。全微量流体ネットワーク構造物の層を構成する各レプリカ成形
構造物を製造した後、層を相互に段積みし、相互に整列させて、各層の成形特徴
が所望、所定の微量流体ネットワークパターンを造るようにし、またオプション
として層を相互に及び/又は全微量流体構造物の段を構成しない１つ以上の基板
層に半永久的に固着させ、所望の構成を有する完成した微量流体ネットワーク構
造物を与える。
【００４２】 図５ａに図示するステップ１は、例えば微量ネットワークの第１下段を構成す
る構造物の第１層を形成することを含む。もちろん、他の実施の形態においては
、構造物の上又は中間段を構成する層を、下層を成形する前又はこれと同時に成
形することができる。一般に、成形ステップの順序は特に重要でなく、全構造物
の様々な層を所望の又は便利な順序で成形できる。図示の実施の形態では、一連
のトポロジー特徴３０２を有する下型マスター３００を設けるが、該特徴は下型
マスターの上面３０４から突出している。型マスター３００の面３０４に対向す
る平らな特徴のない面３０８を有する第２型マスター３０６を設け、型マスター
３０４のトポロジー特徴３０２の上面と接触状態に置く。型マスター３０４と３
０６との間に配置されるのは硬化可能液３１０の層であり、該層は凝固すると型
マスター３０４のトポロジー特徴３０２によって形成された複数のチャネルを含
むレプリカ成形層を形成し、該チャネルは好ましい実施の形態では硬化と同時に
全体の液体３１０層の厚みを完全に貫通し、これにより硬化液で構成される膜構
造物が形成される。
【００４３】 その面３０４にポジ型の高レリーフトポロジー特徴３０２が形成された型マス
ター３００は、いくつかの好ましい実施の形態において、例えばフォトリソグラ
フィ又は当業者に明らかな適当なマイクロ加工法を介して改変された基板を備え
る。トポロジー特徴３０２は、型マスターによって形成しようとする全微量流体
ネットワーク構造物の段の所望のチャネル配列に対応して形づくられ、サイズ決
めだれ、かつ位置決めされる。１つの好ましい実施の形態において、型マスター
３００はシリコンウェーハを備え、該シリコンウェーハは、所望のトポロジー特
徴３０２のパターンに対応するパターンを有するフォトマスクを利用したフォト
リソグラフィを介して形成された面３０４を有する。フォトリソグラフィ及びフ
ォトマスクを利用してポジ型のレリーフパターンのトポロジー特徴をシリコン又
は他の材料に形成する技術は当業者によく知られ理解されている（例えば、引用
によりここに加入する、Ｑｉｎ，Ｄ．他、“Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎ
ｇ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ Ｆｅａｔｕｒｅ
Ｓｉｚｅｓ Ｌａｒｇｅｒ Ｔｈａｎ ２０ ｍｉｃｒｏｎｎｓ”、“Ａｄｖ
ａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”、８（１１）：９１７−９１９頁、及びＭａ
ｄｏｕ，Ｍ、“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔ
ｉｏｎ”、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ、Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ、ＦＬ（１９９７）に記
載されている）。
【００４４】 特に好ましい実施の形態においては、型マスター３００は、市販の高分子フォ
トレジスト材料の１つ以上の層でスピンコーティングされたシリコン又は他の基
板を備える。そのような好ましい実施の形態において、トポロジー特徴３０２は
、基板３００の面３０４を形成するフォトレジスト層（単数又は複数）に容易、
便利かつ正確に形成でき、それはフォトマスクを介してフォトレジストを放射線
に暴露し、その後フォトレジスト材料を現像して、該面及び特徴３０２の周囲の
領域からフォトレジスト材料を除去して、ポジ型レリーフのトポロジー特徴３０
２を後に残すことによって行われる。様々なポジ型及びネガ型フォトレジストが
そのような目的に利用でき、また当業者によく知られている。
【００４５】 １つ以上のフォトレジスト層でコーティングした基板の面にトポロジー特徴３
０２を形成する１つの特に好ましい方法を図８との関連で以下により詳細に説明
する。上述のように、利用するフォトマスクには、フォトレジスト層（単数又は
複数）に到達する放射線を選択的に阻止できるパターンが設けられ、該層を現像
すると、トポロジー特徴のパターンが形成され、該特徴はレプリカ成形層内の所
望のチャネル配列に対応する。そのようなパターンは、当業者に明らかなように
、いくつかの市販のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムのいずれかを使
って設計できる。
【００４６】 型マスター３０６は、型マスター３００と同一の材料で構成することができる
。しかしながら、好ましい実施の形態においては、型マスター３０６は、エラス
トマー材料、例えば弾性ポリマーから形成される。型マスター３０６は、好まし
い実施の形態ではエラストマー材料から形成されるが、それは型マスターの弾性
により、型マスター３０６の面３０８と下型マスター３００のトポロジー特徴３
０２の上面との界面において改良されたシールが形成され、トポロジー特徴３０
２及び型マスター３０６の面３０８間の界面から硬化可能液３１０を本質的に完
全に排除できるからである。この好ましい“サンドイッチ”方法により、硬化可
能液３１０が硬化すると、硬化流体で構成された膜が製作でき、膜には該膜の全
厚みを完全に横切ると共に硬化液の薄層によって閉鎖されないチャネルが配置さ
れることになる。
【００４７】 いくつかの実施の形態に関し、上型マスター３０６を透明とし、成形工程時に
トポロジー特徴３０２を視認できるようにすることも望ましい。または、他の実
施の形態において、上型マスター３０６を硬質の非エラストマー材料で構成し、
下型マスター３００を、成形構造物のチャネルを形成するトポロジー特徴３０２
を含めてエラストマー材料で形成することもできる。そのような実施の形態では
、ポジ型レリーフのトポロジー特徴がその面に配置されたエラストマー製型マス
ター自体を、複数のネガ型低レリーフ特徴を含む面を有するプレマスターの成形
レプリカとして形成することが好ましく、該特徴により、プレマスター面のレプ
リカ型を造ると同時にポジ型のレリーフ特徴がエラストマー製型マスターに形成
される。さらに別の実施の形態においては、本発明の上及び下型マスターを両方
ともエラストマー材料で構成でき、また同一又は異なったエラストマー材料から
形成できる。さらに、好ましさの程度は低いが、上型マスター３０６を全く省略
して、硬化可能流体３１０を単純に下型マスター３００の面３０４上に、トポロ
ジー特徴３０２の高さと対応する厚さにスピンキャストしてもよい。そのような
方法は本発明による成形膜を製作するためには一般にそれほど好ましくはない。
膜の最上及び最下面を可及的に平滑にすることによって、層を組み合わせて全微
量流体ネットワーク構造物としたときに形状適合固着及び漏れ防止を可能とする
ことが一般に望ましいからである。
【００４８】 好ましい実施の形態において、硬化可能液３１０は下型マスター３００の面３
０４の上に置かれ、その量は、形成しようとする層のチャネル構造に対応するト
ポロジー特徴３０２を含む面３０４を覆う層を形成するのに十分な量とし、該層
の厚さは面３０４上のトポロジー特徴３０２の高さと少なくとも等しいものとす
る。本方法は、液体３１０を面３０４上に置いた後、上型マスター３０６の面３
０８を特徴３０２の上面と接触させることを含む。別の実施の形態においては、
下型マスターと上型マスターとを硬化可能液を追加する前に接触させることがで
き、上型マスターと下型マスターとの間の空間領域に周辺部（例えば、周辺部３
１２）から十分な量の硬化可能液を加え、その後硬化可能液３１０が型マスター
のトポロジー特徴を囲む空間に毛管作用を介して流れ込むようにすることによっ
て、型マスターの互いに対向する面の間の領域に硬化可能液を適用することがで
きる。そのような、成形レプリカ構造物を作成するため毛管作用を利用する方法
は、それぞれ引用によりここに加入する、本出願人との共有に係る共に係属中の
米国特許出願第０９/００４，５８３号（発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆ
ｏｒｍｉｎｇ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ
Ｖｉａ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｉｃｒ
ｏｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ”）及び国際特許公報第ＷＯ９７/３３７
３７号に詳細に説明されている。
【００４９】 硬化可能液３１０は、微量流体ネットワーク構造物において及びと共に使用さ
れる流体を収容、移送できる固体へと誘引されて又は自然に凝固できるものであ
れば、基本的に当業者に知られたどのような液体を備えることもできる。好まし
い実施の形態では、硬化可能液３１０は、ポリマー液又は液状のポリマー先駆物
質（すなわち、プレポリマー）を備える。適当なポリマー液には、例えば熱可塑
性ポリマー、熱硬化性ポリマー、又は融点を超えて加熱されたそれらポリマーの
混合物、又は１つ以上のポリマーの適当な溶剤溶液であって、例えば蒸発により
溶剤を除去すると固体のポリマー材料を形成する溶液が含まれる。そのような、
例えば溶融状態から、又は溶剤の蒸発によって凝固できるポリマー材料は、当業
者によく知られている。
【００５０】 好ましい実施の形態において、硬化可能液３１０は液状のポリマー先駆物質を
備える。硬化可能液３１０がプレポリマー先駆物質を備える場合は、例えば型マ
スター３００及び/又は型マスター３０６に熱を加えて熱重合させ、固体のポリ
マー構造物を形成することができ、または、他の実施の形態において、型マスタ
ー３００又は型マスター３０６のいずれかが適当な周波数の放射線に対し透過性
であれば光重合させることができる。ラジカル重合を介する硬化及び凝固も同様
に行うことができる。これら及び他の形態の重合は同業者に知られており、必要
以上の実験をせずに本発明の技術に適用できる。カチオン、アニオン、共重合、
連鎖共重合、架橋等すべての種類の重合を採用でき、また液状先駆物質から形成
可能などのような種類のポリマー又はコポリマーも基本的に本発明による硬化可
能液３１０を構成することができる。潜在的に適当なポリマーの代表的な、非限
定的なリストには、ポリウレタン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセチ
レン及びポリジアセチレン、ポリホスフアゼン、ポリシロキサン、ポリオレフィ
ン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリ（エーテルケトン）、ポリ（アルカリ酸
化物）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポ
リスチレン、誘導体及びブロック、ランダム、ラジアル、線状又はテレブロック
コポリマー、蛋白質材料等の架橋性材料、及び/又は上記の配合物が含まれる。
ゲルは、以下に述べるように寸法が安定し型マスターから取り除いたときに構造
の完全性を維持できれば、適当である。同様に適当なのは、モノマー性アルキル
アクリレート、アルキルメタクリレート、アルファメチルスチレン、塩化ビニル
及び他のハロゲン含有モノマーから形成されたポリマー、無水マレイン酸、アク
リル酸、アクリロニトリル等である。モノマーは単独で使用し、又は異なったモ
ノマーの混合物を使用して単独ポリマー及びコポリマーを形成できる。当業者は
、特定のポリマー、コポリマー、配合物又はゲルを、容易に入手可能な情報及び
日常の試験及び実験を使用して選択して、特定の材料を多様な潜在的用途のいず
れにも適合させることができる。
【００５１】 本発明のいくつかの好ましい実施の形態によれば、硬化可能液３１０は、硬化
及び凝固して弾性ポリマーを形成する液状のプレポリマー先駆物質を備える。一
方又は両方の型マスターをエラストマー材料で構成する実施の形態に関し、様々
な弾性ポリマー材料がその製造のため適しており、また型マスターを形成するの
にも適している。そのようなポリマーの例の非限定的なリストには、シリコーン
ポリマー、エポキシポリマー及びアクリレートポリマーの一般クラスのポリマー
を含む。エポキシポリマーは、一般にエポキシ基、１，２−エポキシド又はオキ
シランと呼ばれる３員環エーテル基の存在によって特徴づけられる。例えば、芳
香族アミン、トリアジン及び脂環式骨格をベースとする化合物の他に、ビスフェ
ノールＡのジグリシジルエーテルを使用することができる。他の例にはよく知ら
れたノボラックポリマーが含まれる。本発明による使用に適したシリコーンエラ
ストマーの例には、メチルクロロシラン、エチルクロロシラン及びフェニルクロ
ロシラン等のクロロシラン類を含む先駆物質から形成されたものが含まれる。特
に好ましいシリコーンエラストマーはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であ
る。代表的なポリジメチルシロキサンポリマーには、米国ミシガン、ミッドラン
ド（Ｍｉｄｌａｎｄ）のダウケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）
によってシルガード（Ｓｙｌｇａｒｄ）の商標の下に販売されているもの、特に
シルガード１８２、シルガード１８４及びシルガード１８６が含まれる。
【００５２】 シリコーンポリマー、例えばＰＤＭＳは本発明で使用するのに特に好ましいが
、それはここで説明する微量流体ネットワーク構造物の製造を簡単にするいくつ
かの望ましい有益な特性を有するからである。第１に、そのような材料は安価で
あり、容易に入手でき、そして熱による硬化を介してプレポリマー液から凝固さ
せることができる。例えば、ＰＤＭＳ類は通常、プレポリマー液を例えば約６５
℃−約７５℃の温度に、例えば約１時間暴露することによって硬化可能である。
第２に、ＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーはエラストマーであり、従って本発明
のいくつかの実施の形態で使用する型マスターのいくつかを形成するのに有益で
ある。さらに、エラストマー材料から形成された微量流体ネットワークは、軟質
で、微量流体ネットワークが適用される様々な基板の形状に適合できる構造を提
供するという利点を有し、またエラストマー製ネットワークは、非エラストマー
製構造物に較べて、一定の圧力降下の適用時流体流れに対する抵抗が小さく、ま
たより容易に能動素子、例えば一体型弁及びポンプ要素をその中に含ませて製造
することもでき、該能動要素はそれらの動作のため該材料の軟質性及び弾性を利
用することができる。
【００５３】 発明性のある本微量流体ネットワークをＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーから
形成する他の別の利点は、それらのポリマーが例えばエアープラズマ等の酸素含
有プラズマに暴露されて酸化することによって、酸化構造物がその面に、他のシ
リコーンポリマーの酸化面又は様々な他のポリマー及び非ポリマー材料の酸化面
と架橋できる化学基を包含するようになる、という能力である。したがって、本
発明によりＰＤＭＳ等のシリコーンポリマーを利用して生産される膜、層及び他
の構造物は、酸化されて、他のシリコーンポリマー面、又はシリコーンポリマー
の酸化面と反応する他の基板の面に、別個の接着剤又は他の固着手段を必要とせ
ずに本質的に不可逆的に固着することができる。さらに、酸化シリコーンポリマ
ーから形成された微量流体構造物は、面が酸化シリコーンポリマーで形成された
チャネルを含むことができ、該面は通常の弾性ポリマーの面よりはるかに親水性
となりうる。従って、そのような親水性のチャネル面は、通常の未酸化弾性ポリ
マー又は他の疎水性材料で構成された構造物より容易に水溶液で充填し、湿潤さ
せることができる。
【００５４】 酸化ＰＤＭＳは、それ自身に不可逆的に固着可能であることに加えて、ＰＤＭ
Ｓ面に対するのと同様な仕方で（例えば、酸素含有プラズマへの暴露を介して）
酸化された、例えばガラス、シリコン、酸化シリコン、石英、窒化シリコン、ポ
リエチレン、ポリスチレン、ガラス状炭素及びエポキシポリマーを含むそれ自身
以外のある範囲の酸化材料にも不可逆的に固着可能である。本発明との関連にお
いて有益な酸化及び固着方法は以下により詳細に説明する。また、引用によりこ
こに取り込まれる文献（Ｄｕｆｆｙ ｅｔ ａｌ．、“Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏ
ｔｙｐｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｐ
ｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ”、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍ
ｉｓｔｒｙ、第７０巻、４７４−４８０頁、１９９８）にも詳細に説明されてい
る。
【００５５】 明瞭化及び単純化のため、多くの場合に本発明による微量流体構造物を形成す
るための発明性のある本方法に関連する以下の説明は、該構造物及び/又は１つ
以上の型マスターを構成する層が、液状のＰＤＭＳプレポリマーを備える硬化可
能液から形成される好ましい実施の形態に特に言及して行う。上述の説明から明
らかなように、そのような言及例は純粋に代表的なものであり、当業者に明らか
なようにＰＤＭＳに代えて、又はこれに加えて多様な他の材料を利用して本発明
の様々な目的、特徴及び利益を達成することができる。
【００５６】 再び図５ａを参照すると、ステップ２において、硬化可能液３１０を構成する
ＰＤＭＳは、上述のように、例えば熱を加えてＰＤＭＳプレポリマーの温度を約
１時間約６５℃−約７５℃に上げることによって硬化し、凝固する。ＰＤＭＳが
面３０８とトポロジー特徴３０２の上面との間に滲出するのを防止するため、型
マスター３００の下面３１４及び型マスター３０６の上面３１６の一方又は両方
に圧力を加えることが好ましい。本発明との関連において、一般に約１０−１０
０ｇ/ｍｍ2（１００−１，０００ｋＰａ）又はそれ以上の圧力であれば、ＰＤＭ
Ｓプレポリマーがトポロジー特徴３０２と面３０８との間に滲出して、その後硬
化膜内に形成されるチャネルを閉鎖するのを防止するのに十分であることが分か
っている。
【００５７】 ステップ３は、型マスター３００及び３０６の一方又は両方から硬化膜を剥離
することを含む。好ましい実施の形態においては、上述のように、型マスター３
００、型マスター３０６及び硬化可能液３１０の材料として、硬化可能液が凝固
したときに凝固膜を、該成形構造物を破壊せずに取り除くことを可能とする材料
が選択される。特に好ましい実施の形態において、凝固層は通常薄くて壊れ易い
ので（例えば、層３１８の厚みは約２０μｍから約１ｍｍの間で変化可能）、型
マスター３００及び型マスター３０６は、層３１８が一方の型マスターの面に他
方の型マスターの面に対するより強く付着するよう選択又は処理される。そのよ
うな格差のある付着により、壊れ易い成形層３１８が一方又は他方の型マスター
に付着したままとなって支持されるよう型マスターを引きはがすことが可能とな
る。そのような層３１８の格差のある付着力は、型マスター３０６及び型マスタ
ー３００の面３０４を構成する異なった化学特性を有する材料を、層３１８及び
面３０４間の非共有界面接着力が層３１８及び面３０８間のそれと異なるよう選
択することにより造られる。当業者であれば、硬化可能液３１０、型マスター３
００及び型マスター３０６を構成する適当な材料及び/又は表面処理法を容易に
決定できる。該表面処理法は、型マスターのどちらか又は両方に適用されて、層
３１８と両型マスターの面との間の非共有界面接着力に相違をもたらして、層３
１８が選択的に一方の面から取り除かれると同時に他方の面に付着したままとな
ることを可能とするためのものである。様々な材料の界面自由エネルギーは、当
業者に容易に入手可能であり、当業者はこれを日常のスクリーニングテスト、例
えば様々な組合せ材料を引きはがすのに必要な力の測定と共に利用して、必要以
上の実験を行うことなく容易に材料の組合せを選択でき、層３１８が選択的に一
方の型マスターの面から取り除かれ、同時に他方の型マスターの面に付着したま
まこれによって支持されるようにすることができる。
【００５８】 例えば、図示の実施の形態において、下型マスター３００は、ネガ型の感光性
ポリマー（ＳＵ−８−５０、マイクロリソグラフィケミカル社（Ｍｉｃｒｏｌｉ
ｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．）、ニュートン、マサチュ
ーセッツ、米国）を備える上面３０４を含み、上型マスター３０６は酸化ＰＤＭ
Ｓを備え、硬化可能液３１０はＰＤＭＳプレポリマーを備える。図示の実施の形
態においても、面３０８及び３０４は、流体３１０と接触させる前にシリル化さ
れ、硬化後ＰＤＭＳレプリカ層３１８の取り外しを容易にしている。代表的な実
施の形態では、マスターのシリル化は表面をクロロシラン蒸気、例えばトリデカ
フルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクタル−１−トリクロロシランを含
有する蒸気に暴露して行った。ＰＤＭＳレプリカ層３１８は、型マスター３００
のシリル化面３０４よりシリル化ＰＤＭＳ型マスター３０６に強く付着し、２つ
の型マスターを分離する剥離力を加えても型マスター３０６に支持され、付着し
たままであり、成形レプリカ層３１８は、ステップ３で示すように型マスター３
０６に接着し、支持されたままであった。他の実施の形態においては、上述のよ
うに、シリル化型マスター３００と組み合わせる型マスター３０６にシリル化Ｐ
ＤＭＳ層を利用する代わりに、型マスター３０６は、非常に低い界面自由エネル
ギーを有する材料、例えばテフロン（商標）（ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）の層又はシートを備えることができる。そのような実施の形態では、レ
プリカ成形層３１８は、型マスター３０６及び型マスター３００を分離する剥離
力を加えると、型マスター３００に接着したままとなる。
【００５９】 図５ａのステップ４はオプションとしてのステップを図示し、該ステップは、
型マスター３０６に支持された成形レプリカ層３１８を下基板層３２０と形状適
合接触させ、オプションにより、層３１８の下面３１９を基板３２０の上面３２
２に不可逆的に固着することを備える。図示の実施の形態において、基板３２０
は、平らな上面３２２を有するＰＤＭＳスラブを備える。層３１８の下面３１９
と基板３２０の上面３２２は共に、該面を接触させる前に、上述し以下により詳
細に説明するように、例えばプラズマクリーナー中でエアープラズマに暴露する
ことにより酸化され、形状適合接触させると不可逆の固着が層３１９と層３２２
との間に自然に形成されて層３１８のチャネル３２１の底部に流体封止シールを
提供するようにする。酸素含有プラズマにＰＤＭＳ面を暴露するとＰＤＭＳの面
にＳｉ−ＯＨ基が形成されると考えられており、該基は他のＳｉ−ＯＨ基と反応
して、二つの酸化ＰＤＭＳ面の間に縮合反応によりブリッジング、共有シロキサ
ン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を形成する。
【００６０】 層３１８を基板３２０に半永久的に固着することが望ましくない別の実施の形
態においては、面が相互に不可逆的に固着しないようそれらを酸化せず、単に互
いに形状適合接触させてもよい。二つの基本的に平らな平面間の形状適合接触は
、真空又は低圧を伴う微量流体の用途に関し、流体封止シールを形成するのに十
分となる。また、以下により詳細に説明するように、発明性のある本微量流体ネ
ットワークでパターニングするマイクロコンタクト面等のいくつかの用途におい
ては、中のチャネルが基板でシールされない微量流体ネットワークの“パターニ
ング”面を提供することが好ましく、ある材料の面に該チャネルを接触させ、微
量流体ネットワークの“パターニング”面のチャネルによって規定されるパター
ンを該面に形成することができる。
【００６１】 さらに別の実施の形態において、基板３２０は、成形層３１８及び型マスター
３０６の一方又は両方と異なる材料、例えばＰＤＭＳ以外の材料を備えることが
できる。いくつかのそのような実施の形態において、基板３２０は、例えばシリ
コンウェーハ又はマイクロチップの面、又は本発明により提供される微量流体ネ
ットワークの一定の用途に使用するのに有利な他の基板を備えることができる。
成形層３１８は、上述のようにそのような別の基板に不可逆的に固着でき、又は
不可逆的な固着をせずに単に形状適合接触させてもよい。ＰＤＭＳを備える成形
レプリカ層３１８をＰＤＭＳを備えない基板３２０に不可逆的に固着することが
望ましい実施の形態に関し、基板３２０はＰＤＭＳ以外の、酸化ＰＤＭＳが不可
逆的に固着できる材料の群（例えば、ガラス、シリコン、酸化シリコン、石英、
窒化シリコン、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシポリマー及びガラス状炭
素の酸化面）から選択することが好ましい。ＰＤＭＳプレポリマー以外の硬化可
能液を含み、該液が上述の酸化方法を介して固着することができない成形レプリ
カ層を形成する実施の形態に関し、そのような層を相互に又は基板に不可逆的に
固着することが望ましいときは、当業者に明らかなように別の固着手段を利用で
き、該固着手段には、別個の接着剤の使用、熱接着、溶剤接着、超音波溶着等が
含まれるが、これらに制限されない。
【００６２】 図５ａに図示するステップ５は、上型マスター３０６を取り除いて成形レプリ
カ３１８の平らな頂面３１７を露出させることを備え、これにより一連のチャネ
ル３２１が所望のパターンで配置された全微量流体ネットワーク構造物の第１下
段が与えられる。膜層３１８を形成するための、図示の膜サンドイッチ方法に代
わる実施の形態においては、ステップ１において、トポロジー特徴３０２の高さ
を超える深さを有する皿又は他の容器の底部に型マスター３００を置き、特徴３
０２の高さを超えるレベルまで該容器にＰＤＭＳプレポリマー等の硬化可能液を
満たすことによって成形レプリカを形成することができる。硬化後この硬化構造
物を容器及び型マスター３００から取り除くと、チャネルが成形レプリカ層の全
厚みを貫通していないことを除きステップ５の終わりに得られるのと同様な構造
物が形成される。そのような実施の形態は、以下の図７で示す製造方法との関連
でより詳細に説明する。さらに、図５に図示するように、微量流体構造物の第２
、第３及びより上位の段を含む追加の成形レプリカ層の段積み及び整列を容易に
するため、下層３１８が基本的に均一の厚さとなり、所望の全体サイズ及び周囲
形状を有するよう該下方層をトリムすることができる。
【００６３】 図５ｂは第２成形レプリカ層の形成を図示し、該層は、微量流体ネットワーク
構造物の、先に説明した接続チャネルを包含する第３中間段を構成する。ステッ
プ６−８は、図５ａとの関連において上述したステップ１−３と基本的に同様で
あるが、下型マスター３３０の上面３３２が該面３３２の上に突出するポジ型レ
リーフのトポロジー特徴３３４を含み、該特徴が、製造しようとする微量流体ネ
ットワーク構造物の第３中間段内の所望の接続チャネル配列に対応するチャネル
を成形レプリカ構造物内に形成するよう形づくられ、サイズ決めされ、位置決め
されている点で異なる。さらに、所望により、型マスター３３０の面３３２に、
形成しようとする微量流体ネットワーク構造物の第３中間段内に配置されるチャ
ネルに対応する（すなわち、長軸が第３中間段と共面の）追加の特徴（図示せず
）を含ませることができる。
【００６４】 ステップ７は、上のステップ２との関連で先に説明したようにＰＤＭＳプレポ
リマー３１０（又は他の硬化可能液）を硬化させることを含み、ステップ８は、
上のステップ３との関連で説明したように、成形レプリカ層３４０を被着体によ
り上型マスター３０６に支持させたまま、成形レプリカ層３４０を選択的に型マ
スター３３０から離型することを含む。オプションとしてのステップ９は、成形
レプリカ層３４０を上型マスター３０６から取り除き、そして所望により、層３
４０をトリムして、層３４０が基本的に上記層３１８と同一の全体サイズ及び周
囲形状を有するようにすることを含む。ステップ１０は、成形レプリカ層３４０
を成形レプリカ層３１８の上面３１７と形状適合接触させ、成形レプリカ層３４
０のチャネル３４２を成形レプリカ層３１８のチャネル３２１と整列させて、層
３１８で構成される構造物の第１下段のチャネルと、層３４０で構成される構造
物の第３中間段との間で所望の位置合せを行い、その後層３１８及び３４０を互
いに不可逆的に固着させることを含む。別の実施の形態においては、所望により
整列及び固着ステップを遅らせて、全構造物を構成するすべての層（すなわち、
３つのすべてのチャネル形成層）を形成し、相互に段積みした後に（例えば、下
の図５ｃ参照）、これらについて整列及び固着ステップを一度のステップで行う
こともできる。さらに、上型マスター３０６が透明な実施の形態に関し、例えば
上型マスターがＰＤＭＳを備える実施の形態に関し、そして特に、レプリカ層が
膜層の全厚みを完全に貫通して配置された多くのチャネルを有し、又はレプリカ
層の有するチャネルの形状が、支持面から離型した成形レプリカ膜層が自立でき
なくなるようなもの（例えば、連続的な閉鎖した幾何学形状を備えるチャネル、
らせん形のチャネルなど）である実施の形態に関し、層３４０は好ましくはステ
ップ９に示すように型マスター３０６から取り除くことはせず、代わりに成形レ
プリカ層３４０が付着したままの型マスター３０６を成形レプリカ層３１８の上
面３１７と接触状態に置き、型マスター３０６を取り除く前にステップ１０で説
明するように整列させ、固着し、各操作ステップの間成形レプリカ層が型マスタ
ーに付着し、支持され、決して自立することがないようにする。
【００６５】 層３１８及び３４０のチャネルを含む成形レプリカの特徴の整列は、立体顕微
鏡等の顕微鏡を、複数の層を正確に位置決めし特徴を相互に位置合せする整列載
物台及び/又はマイクロマニピュレータと共に利用することによって達成できる
。層３１８及び３４０がＰＤＭＳで構成される好ましい実施の形態に関し、層３
１８及び３４０は次に説明する好ましい方法のいずれかによって相互に整列させ
、固着させることができる。第１の方法では、立体顕微鏡及びマイクロマニピュ
レータを利用して、層３４０を層３１８の上に置き、層３１８と注意深く整列さ
せてチャネルの所望の整列及び位置合せを行う。層３１８及び３４０を次に、該
層内の位置合せしたチャネルの横方向の整列を変更せずに、注意深く若干（例え
ば、数ミリ）分離して、層３１８の面３１７と層３４０の面３４１との間に小さ
なスペースを設ける。層が若干分離した整列構造物を次に酸素含有プラズマに暴
露して面３１７及び３４１を酸化させる。層を次にチャネルの横方向の整列を変
更又は乱すことなく合体させ、面３１７及び３４１が形状適合接触により自然に
相互に固着するようにする。
【００６６】 第２の特に好ましい実施の形態において、層の整列及び固着は次のように進め
られる。層３１８の上面３１７及び層３４０の下面３４１を、先述の酸素含有プ
ラズマ暴露方法を利用して酸化し、そして基本的に酸化面と非反応性の液体を層
３１７の上に置き液体の連続層を形成して、その上に層３４０の面３４１を置く
。液体は、ＰＤＭＳの酸化面と基本的に非反応であることに加えて、好ましくは
該面に存在する活性Ｓｉ−ＯＨ基の分解を、該面の相互整列と液体の除去とを可
能とするよう十分長い時間防止する。層３１８の液に被覆された面上に層３４０
を置いた後、層３１８に対し層３４０を整列させて、微量流体ネットワーク構造
物を形成するための特徴（チャネル）の所望の位置合せ及び整列を実現する。非
反応性の液体を次に２つの面の間から除去し、２つの面を相互に形状適合接触さ
せ、二つの面を自然に互いに固着させる。
【００６７】 様々な液体が上述の発明性のある整列方法との関連における非反応性液体とし
て潜在的に利用できる。先に説明したように、適当な液体は本質的に酸化面と非
反応性であり、好ましくは酸化面内に包含された活性化学基を安定させ、それら
の分解を遅らせるものである。本発明との関連において、極性液体、特にヒドロ
キシル部分を含む化合物を備えるものが非反応性液体として使用するのに有効で
ある。特に好ましいのは、水、アルコール及びそれらとアルコールの混合物であ
り、とりわけアルコールと水の混合物、特にメタノール及び/又はトリフルオロ
エタノールを含む混合物が好ましい。非反応性液体は、好ましい実施の形態にお
いては、該液体の蒸発を介して複数の層の酸化面間から除去され、従ってそのよ
うな実施の形態では、非反応性液体が蒸発するにつれて、該層の酸化面が同時に
形状適合接触状態で合体し、該面が反応して本質的に不可逆的な固着を実現する
。
【００６８】 上に説明したのは、構造物の第３中間層を構成する層３４０を、構造物の第２
上段を構成する成形レプリカ層を製造する前に、構造物の第１下段を構成する層
３１８に対し整列、固着させる実施の形態であるが、他の実施の形態においては
、上述のように、下及び中間層を互いに固着させる前に上層を形成し、中間及び
上層を下層に対し単一のステップで段積み、整列及び固着する。これによって、
上層を形成し中間層に段積み、整列（図５ｃで図示し説明するように）させる前
に中間層３４０の酸化上面３４３の分解を防止するため、中間層３４０の下面３
４１のみを選択的に酸化させる必要がなくなる。
【００６９】 図５ｃは、本発明のこの製造方法の第１実施形態による全３層、３段微量流体
ネットワークを形成するための最終ステップを図示する。図５ｃのステップ１１
及びステップ１２は、図５ａのステップ１及び２、及び図５ｂのステップ６及び
７と類似し、ＰＤＭＳ等の硬化可能液３１０を上型マスター３０６と下型マスタ
ー３５０との間に挟むことを含み、下型マスター３５０の上面３５２はその上に
、最終の全微量流体ネットワーク構造物の第２上段内に配置されるチャネルを形
成すべく構成され、位置決めされたポジ型レリーフのトポロジー特徴３５４を含
んでいる。硬化可能液３１０は上述のようにステップ１２で硬化、凝固され、そ
して好ましい実施の形態では成形レプリカ層３６０は、先述のように、優先的に
下型マスター３５０の面３５２から分離され、上型マスター３０６と接触状態に
保持され、支持される。全構造物の第２上段を構成する成形レプリカ層３６０は
、層３６０内に配置される成形チャネル３６２を含む。ステップ１４は、先に図
５ｂとの関連でステップ９について説明したように、オプションにより上型マス
ター３０６から成形レプリカ膜層３６０を取り除くことを含む。ステップ１５で
は、上のステップ１２で形成した成形レプリカ層３６０を、上の図５ｂとの関連
で説明したように生産した中間層３４０の上に段積みし、その後下層３４０及び
３１８と整列させて、チャネル３６２を層３４０のチャネル３４２及び層３１８
のチャネル３２１に対して所望の整列状態に位置合せし配列して、所望の全３次
元流体ネットワーク構造物を得る。
【００７０】 先に述べたように、いくつかの好ましい実施の形態においては、層３４０を層
３１８に対し整列し、層３６０を層３４０に対し整列し、これら層を整列後単一
のステップで互いに固着させるが、該ステップは、そのような実施の形態に関し
、図５ｃのステップ１５で行うことができる。そのような実施の形態においては
、層３６０を追加して段積みし該層を層３４０及び３１８に対し整列させる前に
層３４０を層３１８に不可逆的に固着することはしない。層３４０及び３６０が
共に単一のステップで整列され固着されるそのような実施の形態で利用される整
列及び固着方法は、先に図５ｂのステップ１０との関連において、層３４０を層
３１８に整列、固着させることに関し説明したのと本質的に同一の方法でよい。
さらに、構造物の層の面を部分的に互いに不可逆的に固着し、同時に他の部分を
不可逆的に固着させずに残しておくことが望ましい実施の形態において、不可逆
的固着が望ましくないそのような部分には酸化の前に保護コーティング（例えば
、石油ゼリー）を塗布して、該面のその部分の酸化を防止し、他の酸化面と接触
しても不可逆的に固着しないようにすることができる。
【００７１】 また、本発明により層３１８、３４０及び３６０の相互自動整列方法が提供さ
れ、顕微鏡及び/又はマイクロマニピュレータを使った手動整列を必要とせずに
各層内のチャネルの所望の整列及び位置合せが提供される。本発明により提供さ
れる自動整列方法は、層の整列中に複数の層を酸化し、液体層によって互いに分
離する上述の実施の形態に利用できる。この自動整列方法の詳細は図６との関連
において以下に説明するが、複数の層の間の液体の表面張力と、整列させようと
する複数の層内に設けられた特定の整列特徴との間の相互作用に依存するもので
ある。
【００７２】 図５ｃのステップ１５の終わりに得られる微量流体ネットワーク構造物３７０
は、いくつかの実施の形態に関し、完成した構造物を構成し、該構造物は、例え
ば層３６０のチャネル３６２がカバーされずに周囲に露出された状態のままが望
ましい用途に有益である。例えば、構造物３７０と同じような構成の微量流体ネ
ットワーク構造物を利用する１つの特別な実施の形態は、流体を材料面に選択的
に塗布して該材料面に層３６０のチャネル３６２のパターンに対応するパターン
を造るスタンプ用テンプレートとして微量流体ネットワーク構造物を利用するこ
とを含む。そのような実施の形態において、層３６０の面３６４はスタンプ面を
構成し、該スタンプ面を材料面と接触させてその上にパターンを形成でき、微量
流体ネットワーク構造物３７０は３次元微量流体スタンプを構成する。特定の用
途及びそのような微量流体スタンプにより製作可能なパターンについては以下に
より詳細に説明する。
【００７３】 ネットワーク状のチャネルが閉鎖された微量流体ネットワーク構造物を形成す
ることが望ましい他の実施の形態に関しては、図５ｃのオプションとしてのステ
ップ１６は、層３６０の上面３６４を上基板層３８０と接触させて閉鎖型微量流
体ネットワーク構造物３９０を形成することを含む。層３１８、３６０及び３６
４がＰＤＭＳを備えるいくつかの好ましい実施の形態においては、上基板層３８
０もＰＤＭＳで構成され、自動固着方法を介して面３６４に不可逆的に固着され
る。該自動固着方法は上に詳細に説明した酸素含有プラズマでＰＤＭＳ面を酸化
することを利用する。しかしながら、別の実施の形態においては、上基板層３８
０は単に上層３６４と形状適合接触され、該上層に不可逆的に固着しなくてもよ
い。さらに、上基板３８０は、いくつかの実施の形態において構造物の層３１８
、３６０及び３６４と同一の材料（例えば、ＰＤＭＳ）で形成しない。上基板３
８０は本質的に、先に図５ａとの関連で説明した基板層３２０を構成する材料と
して先に述べた材料のいずれでもよく、又は面３６４と形状適合接触できれば他
のどのような基板でもよい。
【００７４】 構造物３９０の層３１８、３６０及び３６４内のチャネルと周囲環境と流体連
通させるため、下基板層３２０及び/又は上基板層３８０は、構造物のチャネル
と外部環境との間を流体連通させる入口/出口導管３９２を含むことができる。
導管３９２は、同業者に明らかなように様々な機械加工及び/又は成形方法によ
り基板層内に形成できる。１つの実施の形態においては、ＰＤＭＳを備える基板
３２０の導管３９２は、層３２０を小径の注射針で注意深く穴あけすることによ
って形成される。他の実施の形態では、基板層３９２はそれ自身導管３９２を備
えたレプリカ成形構造を含むことができ、該導管は、基板層３２０を形成するた
めに利用された型マスターの面上に存在するトポロジー特徴に対応し、該特徴に
よって形成される。さらに、当業者に明らかなように、他の特徴を基板層３２０
及び３８０の一方又は両方の内に機械加工又は成形して、特定の用途のため様々
な所望の構造及び機能を設けることができる。例えば、図示の上基板層３８０は
、それを貫通して横切る、数ミクロンから数１０ミクロンのオーダーの特性断面
寸法を有する小径のチャネル３９４を含み、該導管３９４は逃し弁を提供する機
能を果たして、層３１８、３４０及び３６０によって規定される構造物内に包含
されるチャネルの過大圧を防止する。
【００７５】 図６ａ−６ｃは、本発明によって提供される微量流体ネットワーク構造物の様
々な層を相互に自動整列する方法を図示する。図６ａ−６ｃに略図で示す自動整
列方法は、構造物の複数の層を液体層を介在させて相互に分離させる上述の整列
及び固着方法を含む実施の形態に利用できる。そのような方法は、例えば先述の
微量流体ネットワーク製造方法において、層３４０及び３１８を、また層３６０
及び３４０を相互に整列させるのに有益である。さらに、図６ａ−６ｃで説明す
る自動整列方法は、以下に図７及び図１０で説明する方法との関連において自動
整列を行うのにも利用できる。
【００７６】 本発明による自動整列方法を実行するための１つの実施の形態を図６ａに示す
。図６ａは、それぞれレプリカ成形特徴４０４及び４０６を含む第１層４００及
び第２層４０２を示し、該特徴は例えば各層内に配置されるチャネルを構成し、
該チャネルは一定の仕方で相互に位置合せし、整列させることが望まれる。図示
の実施の形態では、複数の自動整列要素４０８が層４００及び層４０２内の選択
された所定の位置に形成されている。図示の実施の形態では、自動整列特徴４０
８は垂直に配置されたチャネルを備え、該チャネルはいくつかの好ましい実施の
形態においては本質的に層４００及び４０２を完全に貫通して横切り、層４０２
を層４００と形状適合接触させると、層４０２の上面４１０と層４００の下面４
１２とが、それぞれ層４００及び４０２内に包含された自動整列要素の整列によ
って垂直に配置されるチャネルを介して流体連通する。他の実施の形態では、１
つ以上の整列要素は、該要素がその中に配置される層を完全には横断せず、その
代わり層の面内又は面上のへこみ、隆起又は他の特徴を備えてもよい。
【００７７】 適切な自動整列を行うためには、層４００及び４０２が、図示のように負のｚ
軸方向に沿ってｘ−ｙ平面に見たとき、サイズ及び周囲形状が本質的に同一であ
って、層４０２及び４００の周囲が、これら層を互いに適切に整列させて形状適
合接触させたときに本質的に等しく重複するようにすることが重要である。オプ
ションとして、他の実施の形態において、適切な自動整列は、サイズ及び周囲形
状を本質的に同一とする代わりに、一方の層を他方よりかなり大きくして、小さ
い方の層の縁の周囲に形成される液体のメニスカスの全体の表面積が、該２つの
層を相互に若干移動させたとしても目に見える程に変化しないようにして行うこ
ともできる。
【００７８】 自動整列要素４０８は、好ましい実施の形態において、層４００及び４０２を
形成するレプリカ成形工程時に、成形用型マスター内に設けられたトポロジー特
徴によって該層内に形成される。そのようなトポロジー特徴は、上述したような
ＣＡＤコンピュータプログラムの使用を通じてチャネル４０４及び４０６を形成
する型マスター面内の特徴に対し、該型マスター面内の選ばれた戦略的な位置に
位置決めし配置することができ、該ＣＡＤコンピュータプログラムはレプリカ成
形層構造物内に様々なチャネルを形成するトポロジー特徴の全レイアウトを設計
する。自動整列要素４０８を形成するトポロジー特徴はチャネル構造物４０４及
び４０６を形成するトポロジー特徴を基準に位置決めされて、層４００及び層４
０２が重ねられて整列孔４０８が相互に精密に整列したとき、チャネル４０４及
び４０６も相互に所望の整列状態で位置合わせされる。
【００７９】 図６ｂ及び６ｃは、整列孔４０８が層４００及び４０２間に配置された流体層
４１２と相互に作用して自動整列を行う仕方を図示する。複数の自動整列孔４０
８及び特徴４０４と４０６とが図６ｂに示すように相互に適切に整列すると、こ
れら層は平衡位置に配列され、流体層４１２と周囲の気体環境間の界面面積４１
４は最小となり、層４００及び層４０２の相互位置を変更しようとする有効な毛
管力は、流体層４１２の表面張力のため存在しない。
【００８０】 対照的に、図６ｃに図示するように特徴４０４，４０６及び複数の自動整列孔
４０８が相互に整列不良であると、流体層４１２と周囲の気体環境間の界面面積
４１４は、システムが上の図６ｂに示す平衡位置にあるときの界面の表面積に比
べ増加し、その結果流体層４１２の表面張力効果のため、システムを図６ｂに図
示する平衡位置に移動させようとする有効な毛管力が矢印４１６で示す方向に働
く。
【００８１】 別の実施の形態において、図６ａ−６ｃに図示するのと本質的に同一の自動整
列効果は、４０８等の自動整列孔又は特徴を、相互に自動整列させようとする層
に形成するまでもなく得られる。そのような別の実施の形態において、層は、４
０８等の自動整列孔なしに形成され、代わりに相互に本質的に同一の周囲形状を
有するよう形成又はトリムされて、複数の層が図６ｂ及び６ｃに図示するように
間に流体層を設けて段積みされたとき、２つの層の本質的に同一の周囲形状の本
質的に精密かつ正確な重なりにより規定される自由エネルギー最小平衡位置を有
するようにすることができる。複数の層内のチャネルを構成する特徴は、そのよ
うな実施の形態では、該層の周囲縁に対し戦略的に位置決めされて、層が前述の
エネルギー最小有効毛管力不存在平衡位置で整列したとき、該層の周囲が相互に
精密に重なり、該層内のチャネルを構成する特徴も同様に所望の位置合せで相互
に整列する。図６ｄは、整列孔を必要とせずに構造物の様々な層の、上述の自動
整列を可能とするための１つの考察された実施の形態の周囲形状である。
【００８２】 上述の自動整列技術は、所望の数の個々の層の段積みを本質的に同時にかつ平
行して自動整列できる。ここに説明する自動整列技術は、ほぼ＋/−１０μｍ又
はそれ以下の誤差範囲内で複数の要素を相互に自動整列させ、本発明により提供
される構造物のため考察されたほとんどのチャネルサイズ及び形状（例えば、約
２０μｍから約５００μｍの範囲の断面寸法を有するチャネル構造物）に対し十
分な整列精度を提供することもできる。上述の自動整列技術によって得られる整
列精度は通常、立体顕微鏡及び従来のマイクロマニピュレーション機器を利用す
る手動の整列技術を介して得られる精度に匹敵、又はこれを上回るものである。
【００８３】 上述の自動整列技術は、上述の整列/固着方法、すなわち複数の酸化ＰＤＭＳ
層間に配置されてこれらの層を湿潤できる非反応性の液体を使用する整列/固着
方法を利用して酸化ＰＤＭＳ層を整列させる実施の形態に特によく適している。
しかしながら、上述の自動整列技術が、上述の微量流体システムを形成するのに
適当であれば本質的にどのような材料で構成される層であってもそれらを整列さ
せるのに利用でき、また相互に非反応性であって接触させても本質的に相互に不
可逆的に固着せず、単に相互に形状適合、非固着接触で整列される層であっても
自動整列させるのに利用できることは、当業者であれば容易に理解されよう。当
業者であれば、様々な液体について公知の様々な面に対する表面湿潤特性又は必
要以上の実験を要しない日常のスクリーニングテストを超える何らのものを使用
することなく、（自動整列技術を酸化ＰＤＭＳ以外の材料で構成された面を自動
整列させるのに利用するときの該技術に使用するための）所望の表面湿潤特性を
有する適当な液体を容易に選択できる。さらに、上述の自動整列技術を全微量流
体構造物の２つのレプリカ成形層を相互に整列させることとの関連で例示してき
たが、他の実施の形態においては、該技術は、微量流体構造物の１つ以上の段を
構成するレプリカ成形層を基板、例えばシリコンマイクロチップ等の面に整列さ
せるためにも利用できる。微量流体ネットワークの層を基板面、例えばシリコン
マイクロチップの面に整列させるための自動整列方法の利用は、微量流体ネット
ワークをオンチップセンサー、検出器、分析器等として利用する用途にとって重
要といえる。
【００８４】 図７は、本発明による微量流体ネットワーク構造物を製造するための別の実施
の形態を図示する。先に図５ａ−５ｃとの関連で説明した方法と異なり、図７で
説明する製造方法は、全微量流体ネットワーク構造物の３つの段を形成する３つ
の分離した層とは対照的に、２つの層のみのレプリカ成形による形成、整列及び
組立を含む。
【００８５】 図５ａ−５ｃとの関連で上述したように、図７に略図した方法は潜在的に、微
量流体ネットワーク構造物のレプリカ成形構成部品を形成するため多様な硬化可
能液を利用できる。そのような硬化可能液は図５ａ−５ｃとの関連で先に説明し
た。先述のように、好ましい実施の形態において、レプリカ成形構造物はポリマ
ー材料、より好ましくはエラストマー材料、最も好ましくは透明なエラストマー
材料から形成される。図７に例示する特に好ましい実施の形態では、レプリカ成
形構造物はＰＤＭＳから形成される。
【００８６】 図７に示す方法のステップ１において、一連のトポロジー特徴５０４がポジ型
のレリーフで突出する面５０２を有する型マスター５００は、図５ａの型マスタ
ー３００を形成するため説明したのと本質的に同等の仕方で形成される。トポロ
ジー特徴５０４は、全微量流体ネットワーク構造物の上方の第３段に配置される
所望のチャネル配列を形成するため予め定められたパターンで形づくられ、サイ
ズ決めされ、面５０２上に展開されている。型マスター５０２は次に、面５０２
上のトポロジー特徴５０４の上面の高さを超える深さを有するペトリ皿又は他の
容器の底部に置かれる。
【００８７】 ステップ２において、硬化可能液を、マスター５００を入れた容器に、トポロ
ジー特徴５０４を完全に覆い沈めるのに十分な量加える。上の図５ａで説明した
ように、型マスター５００の面５０２は、好ましい実施の形態において、離型剤
、例えばシリル化剤で処理し、レプリカ成形構造物が必要以上の損傷又はゆがみ
なく該面から離型するのを許容するようにする。またステップ２で、図５ａ−５
ｃとの関連で上に説明したように、硬化可能液、例えばＰＤＭＳプレポリマー溶
液を硬化凝固させ、型マスター５００の面５０２の固体成形レプリカ５１０を形
成する。成形レプリカ５１０は、ステップ２に示すように硬化後面５０２から取
り除く。図示の実施の形態では、成形レプリカ５１０はＰＤＭＳスラブを備え、
該スラブは、図示のように所望の全体サイズ及び周囲形状にトリムできる。成形
レプリカ５１０は、該レプリカを完全には貫通しない、型マスター５００のトポ
ロジー特徴５０４に対応する一連のへこみ５１２を下面５１４に含む。へこみ５
１２は、製造しようとする全微量流体ネットワークの第３上段内に配置されるチ
ャネルを形成する。
【００８８】 図７に図示する方法のステップ３及び４は、レプリカ成形膜層の形成を含み、
該膜層は、全微量流体ネットワーク構造物の第１下段に配置されるチャネルと、
全微量流体ネットワーク構造物の第３中間段の接続チャネルとの両方を含み、該
接続チャネルは、該構造物の第１下段と第２上段とに配置されたチャネル間の流
体接続を形成する。２つの段の特徴が形成された成形レプリカ膜層は、図５ａ−
５ｃとの関連で先に説明した方法と以下の点を除き同様な膜サンドイッチ製造方
法（ステップ３及び４）によって形成される。すなわち、型マスター５２０は面
５２２を含み、該面の上には面５２２から突出するポジ型レリーフの複数のトポ
ロジー特徴５２４が形成され、該トポロジー特徴は、２段のトポロジー特徴であ
る特徴例えば特徴５２６を含み、該特徴は、特徴５２６に隣接した面５２２の領
域に対し第１高さを有する第１部分５２８と、該第１部分と一体的に接続され、
特徴５２６に隣接した面５２２に対し第１部分５２８の高さより大きい第２高さ
を有する第２部分５３０とによって特徴づけられる。
【００８９】 型マスターの２段トポロジー特徴を説明することとの関連でここに使用する“
一体的に接続”とは、少なくとも第１部分及び第２部分を有し、第２部分が該特
徴に隣接した型マスターの面に対し第１部分とは異なった高さ又は深さを有する
特徴を指し、第１及び第２部分は、連続的な構造物の２つの異なった領域を構成
し、又は二つの分離した構造物であってそれぞれ他方の構造物の少なくとも１つ
の面と直接接触する少なくとも１つの面を有する構造物を構成する。そのような
２段のトポロジー特徴を型マスター５２０に設けることによって、図示の方法は
、全微量流体ネットワーク構造物の２つの段内に配置されるチャネルの同時形成
及び整列を可能とする。したがって、全構造物の２つの段を単一のレプリカ成形
ステップにおいて単一の層内に形成することにより、本方法は、構造物の第１下
段及び構造物の第３中間段を構成する２つの分離層を成形レプリカ層形成後に相
互に整列させることを不要にする。したがって、以下に説明するように、本方法
は、成形レプリカ層を組み立てて全微量流体ネットワーク構造物とするのに単一
の整列ステップのみを必要とする。
【００９０】 多くの高さ又は深さを有する特徴を面上に形成できる当業者に公知の様々なフ
ォトリソグラフィ及びマイクロ加工法が、型マスター５２０の２段トポロジー特
徴５２６を形成する本発明との関連において潜在的に利用できる。型マスター５
２０を形成する特に好ましい実施の形態は、２段トポロジー特徴をフォトレジス
トに形成する発明性のある方法を含み、図８との関連で以下に詳細に説明する。
【００９１】 型マスター５２０の形成後、硬化可能液、例えばＰＤＭＳの層を、型マスター
５２０の上面５２２の上に置き、本質的に平らで特徴のない下面５４２を有する
上型マスター５４０で覆い、面５４２を型マスター５２０の面５２２上の２段ト
ポロジー特徴５２６の最上面と形状適合接触させる。図５ａ−５ｃに関連して先
に説明したように、型マスター５４０は例えば、例えばＰＤＭＳで形成した弾性
ポリマースラブ、ポリマーシート、平らなシリコンウェーハ等を含む様々な材料
を備えることができる。好ましい実施の形態においては、先述のように、型マス
ター５２０の面５２２と硬化した成形レプリカとの間の界面接着強さは、型マス
ター５４０の面５４２と成形レプリカを構成する硬化液との間の界面接着力と異
なることが望ましい。図示の実施の形態では、型マスター５２０の面５２２はシ
リル化高分子ネガ型フォトレジスト層を備え、型マスター５４０はテフロン（商
標）（ＰＴＦＥ）シートを備える。
【００９２】 ステップ４において、上型マスター５４０の面５４４及び下型マスター５２０
の面５４６に圧力を均一に加えて、トポロジー特徴５２６の上面５４８が、レプ
リカ成形膜層を形成するための硬化工程中に型マスター５４０の面５４２と固着
接触するようにする。ステップ４において、硬化可能液、例えばＰＤＭＳプレポ
リマーを硬化させて２段レプリカ成形膜５５０を形成する。２段レプリカ成形膜
５５０は、該膜の下面５５４内に配置されて、全微量流体ネットワーク構造物の
第１段内に配置されるチャネルを構成する複数の第１チャネル５５２を含み、ま
た垂直に配向されて、該膜の厚みを完全に貫き、膜の下面５５４及び上面５５６
を相互接続して全微量流体ネットワーク構造物の第３中間段内に配置される接続
チャネルを形成する接続チャネル５５４を含む。チャネル５５２は、型マスター
５２０のトポロジー特徴５２６の第１部分５２８に対応する成形レプリカ特徴を
構成し、接続チャネル５５５は、型マスター５２０の２段トポロジー特徴５２６
の第２部分５３０に対応する成形レプリカ特徴を構成する。
【００９３】 図示の実施の形態において、成形レプリカ層５５０を構成するＰＤＭＳ膜は、
まずＰＴＦＥシート５４０を膜の上面５５６から剥離し、その後膜を型マスター
５２０の上面５２２から剥離することによって型マスターから分離される。他の
実施の形態においては、成形レプリカ５５０を型マスター５２０の上面５２２と
接触させたままその後の以下に説明する整列及び固着ステップを行って、膜５５
０を支持し、該膜中の成形特徴のゆがみ又は破壊を防止することもできる。より
複合化された構造物を得るため、微量流体ネットワーク構造物の組立てにおいて
５５０のような成形レプリカ膜を追加して相互に段積みし、３つより多い段の相
互接続微量流体チャネルを有する構造物とすることができることは理解されるべ
きである。
【００９４】 製造の最終ステップであるステップ５において、所望の微量流体ネットワーク
構造物を得るためレプリカ成形スラブ５１０とレプリカ成形膜５５０とを相互に
整列させ、相互に形状適合接触させ、オプションにより、図５ａ−５ｃとの関連
で先に説明した方法によって互いに固着させて最終の微量流体ネットワーク構造
物５６０を得る。先述のように、構造物５６０は、構造物内に配置された相互接
続されていないそれぞれの流体流路のための入口導管５６２及び出口導管５６４
、または特定の用途のため要求又は望ましい、構造物内の流路と外部環境との間
の他の相互接続手段を含むことができる。図示の実施の形態において、微量流体
ネットワーク構造物５６０は３つの相互流体接続されていない流体流路を含む。
第１流路５６１は前景に入口及び出口を有し、薄い灰色に陰影づけられている。
第２流路５６３は、中央に配置された入口及び出口を有し、黒く陰影づけられて
いる。そして、第３流路５６５は、背景に入口及び出口を有し、濃い灰色に陰影
づけられている。
【００９５】 さらに、構造物５６０の最下面５５４は、レプリカ成形膜５５０の底面５５４
内に形成された微量流体ネットワーク構造物の第１下段のチャネルに対応するパ
ターン状のへこみを含む。したがって、微量流体ネットワーク構造物５６０は、
材料を面５５４内に配置されたチャネルに対応するパターンで材料面に堆積させ
る、または面５５４内に配置されたチャネルのパターンに対応するパターンで面
をパターニングする他の方法のための、面パターニングスタンプとして利用する
実施の形態に有益である。別の実施の形態では、面５５４を固体のＰＤＭＳスラ
ブ又は他の基板又は面に形状適合接触させ、そしてオプションによりこれに固着
して、図５ａ−５ｃとの関連で先に説明したように、閉鎖型微量流体ネットワー
ク構造物を形成することができる。
【００９６】 図８は、１つの面に１つ以上の２段トポロジー特徴を含む型マスターを作成す
るための好ましい方法を図示する。図示の方法は、ネガ型又はポジ型フォトレジ
スト材料のどちらの層に２段トポロジー特徴を形成する場合にも有益であるが、
図示の実施の形態ではネガ型フォトレジスト材料（例えば、ＳＵ８−５０）を例
として利用する。さらに、図示の実施の形態では、型マスターの面から突出する
ポジ型の高レリーフ特徴を構成する２段トポロジー特徴を製造するが、本方法は
型マスターの面内のへこみ、溝又はチャネルによって特徴づけられるネガ型の低
レリーフ特徴を構成する２段トポロジー特徴を製作するのにもよく適しているこ
とは理解されるべきである。以下に説明する２段のポジ型高レリーフ特徴をネガ
型フォトレジストに製作するための技術の変形例であって、２段特徴をポジ型フ
ォトレジストに製作するために又はネガ型の低レリーフ特徴を構成する２段特徴
を製作するために必要な変形例は、以下に説明する方法の、当業者に明らかな簡
単な拡張のみを必要とするものである。
【００９７】 図８に図示する方法のステップ１において、シリコンウェーハ６００又は他の
適当な基板を、従来のスピンコーティング技術又は当業者に知られた他の適当な
コーティング技術によって、フォトレジスト層６０２でコーティングする。層６
０２は、型マスターの第１段に形成される最深の特徴の所望の深さに対応する深
さ（例えば、型マスターの第１段によってレプリカ成形される微量流体チャネル
構造物の段内に配置される最深のチャネルに対応する深さ）にスピンコーティン
グされる。層６０２の厚さは通常約２０μｍから約５００μｍの範囲であり、い
くつかの実施の形態では約１ｍｍの厚さとすることができる。
【００９８】 ステップ２において、フォトレジストを短時間高温に暴露し、スピンコーティ
ング工程で使用した溶剤を除去して“ソフトベーク”する。例えば、ＳＵ８−５
０ネガ型フォトレジストに関し、塗布済み基板を約９５−１０５℃の温度に数分
間暴露する。ステップ３において、型マスターの第１段の特徴６２６に対応する
パターン６０６を含む第１フォトマスク６０４をネガ型フォトレジスト層６０２
と接触させる。当業者に明らかなように、本発明性のある方法によれば多様なフ
ォトマスクを利用できる。しかしながら、図示の好ましい実施の形態では、フォ
トマスク６０４は、パターンが印刷された高解像度透明性フィルムを備える。高
解像度透明物に印刷されるチャネルシステムのデザインは、好ましくはＣＡＤコ
ンピュータプログラムで生じさせる。図示の実施の形態においては、フォトマス
ク６０４として作用する高解像度（例えば、３０００−５０００ｄｐｉ）透明物
は、コマーシャルプリンタによってＣＡＤプログラム設計ファイルから製作され
る。図示の実施の形態では、本質的にフォトマスク６０４の全体は、フォトレジ
ストを暴露するのに使用される放射線に対しトナー層によって不透明とされ、ネ
ガ型フォトレジスト６０２の面に形成される流体チャネル形成特徴はフォトマス
ク面の透明領域６０６に対応する。
【００９９】 成形レプリカ構造物内の流体チャネルを形成するための型マスターの特徴に対
応する領域６０６に加えて、フォトレジスト６０４は周辺透明領域６０８をも含
み、該周辺透明領域は、図９ａ−９ｂとの関連で以下により詳細に説明するよう
に、微量流体構造物を形成する一定の方法において、複数の型マスターを相互に
整列させるのに有益な整列トラックを形成するためのトポロジー特徴に対応する
。
【０１００】 ステップ４において、フォトレジスト層６０２の上面６０３を、フォトマスク
６０４の印刷パターンの透明領域を介して放射線、例えばネガ型フォトレジスト
の暴露領域を架橋すべく選択された周波数及び強度の紫外線（ＵＶ）に暴露する
。ステップ５において、架橋化放射線に暴露した後、第１フォトマスク６０４を
該面から取り除き、フォトレジストを（例えば、約９５−１５０℃で数分間）ハ
ードベークし、第２フォトレジスト層をフォトレジスト６０２の面６０３の上に
スピンコーティングする。第２フォトレジスト層は、レプリカ成形微量流体ネッ
トワーク構造物の第３中間段内に配置される接続チャネルに対応する型マスター
の特徴を形成するのに十分な厚みにスピンコーティングする。通常、第２フォト
レジスト段の厚みは、約２０μｍから約１ｍｍの範囲である。今では暴露された
第１フォトレジスト層及び未暴露の第２フォトレジスト層を包含するウェーハ６
００を次に、上のステップ２で説明したのと同様に再びソフトベークして、未暴
露のフォトレジスト層から溶剤を除去する。
【０１０１】 図８のステップ５に図示するように、放射線に暴露した第１フォトレジスト層
の領域（例えば、領域６１０及び６１２）は、通常フォトレジストの透明度及び
/又は屈折率に変化を示し、したがって上層の新たにスピンキャストされた未暴
露のフォトレジストを介して視認できるようになる。この視認性により第２フォ
トマスクを、標準的なフォトマスク整列器を使用することによって暴露された第
１パターンと容易に整列できる。特に暴露されたパターンが視覚的に明らかでな
い他の実施の形態においては、当業者に明らかなように、視認できる整列特徴又
は要素をウェーハ６００の面に含ませて、第２フォトマスクの整列を可能にし、
所望の２段パターンを達成することができる。
【０１０２】 ステップ６において、第２フォトマスク６１４は、型マスターの２段トポロジ
ー特徴の第２段部分に対応してレプリカ成形微量流体ネットワーク構造物の中間
段の接続チャネルを形成する印刷パターン６１６と、オプションとしての整列ト
ラックの第２段に対応する印刷パターン６１８とを有する。図示の実施の形態で
は、微量流体ネットワーク構造物の第１段に配置されるチャネルを形成するトポ
ロジー特徴に対応する特徴６０６は、直線の特徴を備えるが、他の実施の形態に
おいては、特徴６０６は非直線でよく、微量流体構造物の第１段内に非直線の湾
曲チャネルを生じさせる湾曲のトポロジー特徴を形成するものであってもよい。
同様に、微量流体ネットワーク構造物の特定の段内に配置されるチャネルを形成
するための上述の構造物及び方法のいずれも、先に図示したまっすぐなチャネル
に加えて又はその代わりに、チャネルが配置される微量流体ネットワーク構造物
の段を規定する平面又は湾曲面内に非直線の湾曲したチャネルを含むことができ
る。
【０１０３】 微量流体ネットワーク構造物内にチャネルを形成するためのトポロジー特徴を
作成する印刷パターン６１６はまた、いくつかの実施の形態において、第１フォ
トレジスト層内に形成されかつ印刷パターン６０６に対応する領域６１０と平行
なかつこれと接触する特徴を含むことができ、これにより図示の方法によって型
マスターの面に製作されるトポロジー特徴のいくつかが、レプリカ成形微量流体
ネットワーク構造物の第１段と平行な長軸を有しかつレプリカ成形微量流体ネッ
トワーク構造物内の全深さすなわち構造物の第１段及び第３中間段の深さを合せ
た深さに等しい深さを有するチャネルを形成する特徴を含むようにすること（す
なわち、微量流体ネットワーク構造物の第１段及び第３中間段の両者内に配置さ
れた深いチャネルを有するレプリカ成形微量流体ネットワーク構造物を形成する
ようにすること）もできる。
【０１０４】 フォトマスク６１４をステップ６において、暴露されたパターン６１０に対し
整列させ、未暴露の第２フォトレジスト層を、ステップ７において架橋化放射線
にフォトマスク６１４を介して暴露する。暴露後、マスク６１４を頂部のフォト
レジスト層から取り除き、フォトレジストを上述のようにハードベークする。所
望により、フォトレジスト層及びフォトマスクを追加して前記ステップを繰り返
し、２つより多くの段のトポロジー特徴をウェーハ６００の面に製作することが
できる。上述のように所望の数のフォトレジスト層をウェーハ６００上にコーテ
ィングし、架橋化放射線に暴露した後、ステップ８において、架橋化されていな
いフォトレジスト材料を分解除去する現像剤にフォトレジストを暴露してレリー
フパターンを現像し、これによって２段の高レリーフ特徴６２４のパターンを含
む面６２２を有する型マスター６２０が後に残され、該高レリーフ特徴は、面６
２２に対し第１高さを備える第１部分６２６と、面６２２に対し高さ６２６より
大きい第２高さを有する第２部分とを有する。トポロジー特徴の第１部分６２６
は、型マスター６２０により形成されるレプリカ成形微量流体ネットワーク構造
物の第１段内に配置されるチャネルを形成し、トポロジー特徴の第２部分６２８
は、型マスター６２０を使用して成形される微量流体ネットワーク構造物レプリ
カの第３中間段を横切る接続チャネルを形成する。
【０１０５】 上に略述した方法によって、型マスター６２０の面６２２には、トポロジー特
徴６２４の第２部分６２８の高さに対応する高さを有する整列トラック６３０も
形成される。図示の実施の形態においては、第２フォトレジスト層は、暴露され
た第１フォトレジスト層を現像する前に該第１層の上にスピンコーティングされ
たが、別の実施の形態では、所望により第２フォトレジスト層をスピンコーティ
ングする前に第１フォトレジスト層を現像することもできる。フォトレジストの
未暴露部分を現像するのに有益な溶剤は、用いられた特定のフォトレジスト材料
に基づき選択される。そのような現像剤は当業者によく知られており、通常本発
明の方法を行うのに有益な多くのフォトレジストの商業生産者によって明記され
ている。例えば、ＳＵ８−５０ネガ型フォトレジストを利用する図示の実施の形
態に関し、未架橋のフォトレジストは、フォトレジストをプロピレングリコール
メチルエーテルアセテートに暴露することによる現像時に除去できる。２段型マ
スター６２０は、上述のように形成した後、型マスターの面からの成形レプリカ
の離型を容易にするため、例えば該面をシリル化することにより離型剤でコーテ
ィングすることが好ましい。
【０１０６】 図９ａ及び９ｂは、３次元微量流体ネットワーク構造物を製造する本発明によ
る方法の第３の実施の形態のステップを図示する。図９ａ及び９ｂに図示する方
法は、先に図７に図示する方法のステップ３及び４で説明したのと以下の点を除
き同様な膜サンドイッチ技術を備える。すなわち、図７の方法で説明したように
２段トポロジー特徴を含む底部マスターと、本質的に平らな平面を有する頂部型
マスターとの間でレプリカの成形膜層を形成する代わりに、図９ａ及び９ｂによ
る方法では、両者ともトポロジー特徴を含みかつ少なくとも一方が少なくとも１
つの２段トポロジー特徴を含む２つの型マスターの間でレプリカ成形膜層を形成
して、上述の３つのすべての段を包含する微量流体ネットワーク構造物をその中
に含むレプリカ成形膜を得る。いくつかの実施の形態では、図９ａ及び９ｂの実
施の形態による３段のレプリカ成形膜層を形成するのに利用される上及び下型マ
スターは両者とも、例えば図７に示した型マスター５００及び５２０と同様な型
マスターを備えることができる。しかしながら、先述のように、型マスターの少
なくとも一方はエラストマー材料で形成し、レプリカの成形工程中に互いに接触
する両型マスターの面の部分間の固着接触を改善して、好ましくない硬化可能液
のその接触領域への漏れを防止することが望ましい。したがって、好ましい実施
の形態では、上型マスター及び/又は下型マスターは、トポロジー特徴を備えた
面を有するエラストマー材料から形成する。
【０１０７】 いくつかの特に好ましい実施の形態では、エラストマー製型マスターは、微量
流体構造物の様々な層を形成するのに使用されるのと同様のレプリカ成形手順を
使用して形成され、トポロジー特徴がエラストマー製型マスターに形成され、該
特徴は、フォトリソグラフィ又はマイクロ加工により作成されたプレマスターの
トポロジー特徴によりレプリカ成形時に形成される。図９ａ及び９ｂに図示する
方法はそのような好ましい実施の形態に対応する。図示の実施の形態において、
レプリカ成形膜層ばかりでなく頂部型マスターもＰＤＭＳを備えるエラストマー
材料から形成される。上で言及し広範に説明したように、ＰＤＭＳは、本発明に
よる多くの構造物及び型マスターを形成するのに好ましいものであるが、本発明
による型マスター及び微量流体ネットワークを形成するのに有益な硬化可能液か
ら形成できる材料の一例に過ぎない。多様な別の材料及び硬化可能液は図５及び
７に図示した方法との関連において先に説明した。そしてそのような材料又は当
業者に明らかな他の材料は以下の９ａ及び９ｂに示す方法においてＰＤＭＳに代
わることができる。
【０１０８】 図９ａは、３段のレプリカ成形膜層を形成するのに使用するエラストマー製頂
部型マスターを形成するための１つの好ましい方法を図示する。ステップ１にお
いて、例えば図８との関連で先に説明したように基板７００の面にトポロジー特
徴を形成することによってプレマスター型を製造する。図示の実施の形態ではレ
プリカ成形頂部型マスターに形成されるトポロジー特徴は、型マスターの面から
突出するポジ型の高レベルレリーフ特徴を備えることが望ましいので、基板７０
０の面７０２に形成されるトポロジー特徴は、溝又はチャネル７０４、７０６に
よって特徴づけられるネガ型の低レベルレリーフ特徴を備え、該溝又はチャネル
は断面図においてより明瞭に認められる。図示の実施の形態において、プレマス
ター７００は図８に説明したのと同様な２段フォトリソグラフィ技術を使用して
製造される。トポロジー特徴７０６はトポロジー特徴７０４より大きな深さを有
し、本質的にフォトレジスト層７０８の全厚みを横切る。図示の実施の形態にお
いて、トポロジー特徴７０６は、レプリカ成形エラストマー製型マスターの整列
トラックであるトポロジー特徴に対応し、これらを該型マスターに形成するが、
該整列トラックの機能は以下により詳細に説明する。トポロジー特徴７０４は、
最終的にはレプリカ成形３段膜層の第２上段に配置されるチャネルを形成するレ
プリカ成形型マスターのトポロジー特徴に対応し、該特徴を該型マスターに形成
する。別の実施の形態において、１つ以上のトポロジー特徴７０４が２段トポロ
ジー特徴を備え、該特徴が、面７０２に対し第１深さを備えた第１部分と、面７
０２に対しより深い（例えば、トポロジー特徴７０６の深さに対応する）第２深
さを備えた第２部分とを有するようにすることができることは理解されるべきで
ある。そのような実施の形態に関し、レプリカ成形頂部型マスターは、レプリカ
成形膜の第２上段に配置されるチャネルと該膜を横切る接続チャネルとを形成す
る２段のポジ型レリーフのトポロジー特徴を含む。そのような実施の形態では、
下型マスターは、単一の均一の高さを有するチャネル形成用トポロジー特徴を含
むか、またはやはり２段のトポロジー特徴であるチャネル形成用トポロジー特徴
を含むことができる。
【０１０９】 ステップ２において、プレマスター型７００を容器７１２の底部に置く。容器
に次にＰＤＭＳプレポリマー等の硬化可能液を少なくともプレマスター型７００
の上面７０２が覆われる高さまで充填する。その後、硬化可能液は、先述のよう
に硬化又は凝固され、ステップ３においてプレマスター型から取り除かれ、オプ
ションによりトリムされ、離型剤で処理、例えばシリル化又は酸化後にシリル化
される。その結果生じる構造物７２０は、面７２２を含むレプリカ成形型マスタ
ーを構成し、該面には、プレマスター７００のトポロジー特徴７０４に対応する
、面７２２に対し第１高さのトポロジー特徴７２４と、面７２２に対しより大き
い第２高さを有しプレマスター７００のトポロジー特徴７０６に対応するトポロ
ジー特徴７２６が配置される。トポロジー特徴７２４はチャネル形成用特徴を構
成し、トポロジー特徴７２６は整列トラックを構成する。
【０１１０】 図９ｂは、上の図９ａで略述したステップにより生産した上型マスター７２０
と、先に図８で略述した方法により生産した下型マスター６２０とでレプリカ成
形３段膜層を形成するステップを図示する。ステップ４において、一定量の硬化
可能液３１０、例えばＰＤＭＳプレポリマーを下型マスター６２０の上面６２２
と接触させて置く。その量は、少なくともトポロジー特徴６２８及び６３０の高
さに等しい厚さを有する層を形成するのに十分な量とする。上型マスター７２０
は、次にステップ５において下型マスター６２０と接触させ、手動で操作して、
上型マスターの整列トラックを構成するトポロジー特徴７２６を下型マスターの
整列トラックを構成するトポロジー特徴６３０と嵌合させ、組み合わせる。整列
トラック７２６及び６３０を嵌合させ組み合わせると、上型マスターのチャネル
形成用トポロジー特徴７２４と下型マスターのチャネル形成トポロジー特徴６２
４との整列及び相対位置は、それらが相互に適切に位置決めされ整列されて、レ
プリカ成形膜層内に所望の３次元微量流体ネットワークチャネル構造を形成する
ものとなる。ステップ５のレプリカ成形工程中の上型マスター７２０及び下型マ
スター６２０の界面は断面図により明瞭に示されている。この断面図は、適切な
整列時上型マスター７２０の整列トラック７２６が下型マスター６２０の整列ト
ラック６３０と嵌合し、組み合わされることを示す。さらに、断面図は、上型マ
スター７２０のチャネル形成用特徴７２５と、下型マスターのトポロジー特徴の
第２部分６２８の上面との間でなされる形状適合の固着接触を示す。
【０１１１】 ステップ６において、硬化可能液３１０、例えばＰＤＭＳプレポリマーは先述
のように硬化し、上型マスター７２０は下型マスター６２０から剥離される。上
型マスター７２０がシリル化ＰＤＭＳを備え、下型マスター６２０が高分子フォ
トレジストを備える上面６２２を有し、硬化可能液３１０がＰＤＭＳプレポリマ
ーを備える図示の実施の形態において、硬化後形成されるレプリカ成形ＰＤＭＳ
膜層７３０は、下型マスター６２０の面６２２に対するよりも上型マスター７２
０の面７２２により強く付着し、上型マスター７２０を剥離すると上型マスター
７２０に付着したままとなり、これによって支持されて膜の損傷が防止される。
【０１１２】 レプリカ成形膜層７３０は、膜７３０の下面７３４内に配置された、下型マス
ター６２０のトポロジー特徴６２４の第１部分６２６によって形成されたチャネ
ル７３２と、該膜の上面７３８内に配置された、上型マスターのトポロジー特徴
７２４によって形成された上チャネル７３６と、該膜を横切って面７３４及び面
７３８を相互接続する、下型マスター６２０の２段トポロジー特徴６２４の第２
部分６２８によって形成された接続チャネル７４０とを含む。したがって、この
方法において、本発明による３次元微量流体ネットワーク構造物を形成するのに
必要な３つの全ての段を含む単一のレプリカ成形層が形成される。さらに、整列
トラック７２６及び６３０を設けたため、全体の３次元ネットワーク構造物は、
顕微鏡やマイクロマニピュレータを用いて特徴又はチャネルの整列を行う必要な
く形成された。本方法は特徴又はチャネルの視覚による整列を必要としないので
、可視光線を通さない材料から微量流体膜構造物を形成するのに特に有益である
。
【０１１３】 図示のように、フォトリソグラフィ又はマイクロ加工技術を介して形成した一
方の型マスター（例えば型マスター６２０）と、フォトリソグラフィ又はマイク
ロ加工技術を介して形成したプレマスター型のレプリカ成形により形成したエラ
ストマー製型マスター（例えば７２０）とを使用して３段膜を形成する場合、も
しレプリカ成形型マスターを形成（例えば、図９ａのステップ２に示すように）
ための硬化可能液が硬化時に収縮する傾向を有するならば、この収縮を考慮して
プレマスターのトポロジー特徴をサイズ決めし位置決めし、レプリカ成形型マス
ターのトポロジー特徴が他方の型マスターのトポロジー特徴と整合して所望のチ
ャネル整列が得られるようにする。例えば、ＰＤＭＳを使用して一方の型マスタ
ーを形成する場合、プレマスターの特徴のサイズ及び相対間隔は、プレポリマー
の硬化時の型マスターの収縮分を補うため、最終のＰＤＭＳ型マスターの所望の
それに対し約０．６６％増加させるべきことがわかっている。
【０１１４】 レプリカ成形ポリマー膜７３０は上型マスター７２０から離型でき、そして自
立構造物として利用でき、または他のそのような構造物と段積みしてより複合化
されたネットワークを形成できる。オプションとして、ステップ７に示すように
、上型マスター７２０から取り除く前に、膜７３０の下面７３４を下基板層７５
０、例えばＰＤＭＳ、シリコンウェーハ、マイクロチップ又は他の基板の平らな
一片、と形状適合接触させ、オプションにより先述のように該下基板層に固着さ
せることができる。基板層は、図示のように平滑面を有する代わりに、他の実施
の形態において、レプリカ成形膜の面の上のトポロジー特徴、例えば整列トラッ
ク７３９と係合可能なトポロジー特徴を有して、基板層の係合可能なトポロジー
特徴とレプリカ成形膜の面上の１つ以上のトポロジー特徴とを組み合わせると該
膜が該基板に対し所望の構成で整列し、位置合わせされるようにすることができ
る。
【０１１５】 膜を基板層と接触させ、オプションにより該膜を基板層に本質的に不可逆的に
固着させた後、上型マスター７２０を、ステップ８に図示するように膜７３０の
上面７３８から取り除くことができる。その結果生じた微量流体ネットワーク構
造物７６０は、図示した状態のまま、または整列トラック７３９を含む膜の領域
をトリムにより除去した後利用できる。構造物７６０は、例えば、材料面をパタ
ーニングする微量流体膜スタンプとして有益であり、スタンプ面は、チャネル７
３６が配置された膜７３０の上面７３８を備える。構造物７６０はまた、以下に
より詳細に説明するように、膜７３０のチャネル構造に対応する構造を有する、
色々な材料の３次元ネットワークを形成する型としても利用できる。
【０１１６】 密閉型の一連の微量流体チャネルを設けることが望ましい実施の形態に関し、
膜７３０の上面７３８はその後上基板層７７０と形状適合接触させ、オプション
によりこれに固着させる。上基板層７７０は、ＰＤＭＳのスラブ又は先述のよう
に特定の用途のため望ましい他の基板層を備えることができる。先述のように、
入口及び出口導管を基板層７７０及び７５０の一方又は両方内に形成し、微量流
体チャネル構造物の流体流路を外部環境と相互接続することもできる。
【０１１７】 図９ｃは、図９ａ及び９ｂに図示した３次元微量流体構造物を製造する実施の
形態の改変例を図示する。図９ｃに図示する改変例において、３段レプリカ成形
膜層を形成するのに利用される上及び下型マスターは、それぞれレプリカ成形膜
を横切る接続チャネルを形成する２段トポロジー特徴を含む。
【０１１８】 膜を貫通する接続チャネルを形成する上及び下型マスターの２段特徴は、相補
型の嵌合可能形状を有するよう構成されて、両型マスターをレプリカ成形ステッ
プ（例えば図９ｂに示すステップ５）中に合体させると、上及び下型マスターの
嵌合可能なチャネル形成用トポロジー特徴が、例えば図９ｃ（iv）に示すように
相互に嵌合／組み合いするようになっている。そのような嵌合可能な接続チャネ
ル形成用特徴を設けることにより、レプリカ成形膜を形成する硬化可能液が成形
工程中に接続チャネルを形成する領域から不完全にしか排除されない傾向を減少
させることができる。この不完全な排除は、成形後接続チャネルをふさぐ望まし
くない硬化ポリマーの薄層が形成される原因となるものである。接続チャネルを
形成する上及び下型マスターの２段トポロジー特徴が相互に嵌合可能な形状を備
えるよう構成される図示の改変された実施の形態においては、硬化可能液は接続
チャネルを成形する領域からより効果的かつ徹底的に排除され、したがって膜の
形成後接続チャネルをふさぐ硬化材料の薄フィルムが形成される傾向を効果的に
なくすことができる。
【０１１９】 さらに、嵌合可能な接続チャネル形成用２段トポロジー特徴は、上述の整列ト
ラックの目的と同様な目的を果たすこともできる。すなわち、上及び下型マスタ
ーの嵌合可能な接続チャネル形成用特徴を嵌合させ又は組み合わせると、上及び
下型マスターの様々な他のチャネル形成用トポロジー特徴の整列及び相対位置は
相互に適切に位置決めされ、整列されて、レプリカ成形膜層内に所望の３次元微
量流体ネットワークチャネル構造物を形成する。また、不良整列の原因となるレ
プリカ成形ステップ中の上及び下型マスターの相対移動を減少又はなくすことが
できる。したがって、図９ｃに示す改変された実施の形態には整列トラック形成
用特徴が図示されているが、上及び下型マスターの嵌合可能形状の接続チャネル
形成用トポロジー特徴が本質的に同一の機能を果たし、本質的に同一の目的を充
足することができるので、改変された型マスターを利用するいくつかの実施の形
態において、整列トラック形成用特徴は除去することができる。
【０１２０】 図９ｃ（i）及び（ii）は、レプリカ成形上型マスター７８２を形成する改変
型のプレマスター型７８１を図示し、該上型マスターは、下型マスターの相補型
の接続チャネル形成用特徴と嵌合／組み合いするよう構成された２段の接続チャ
ネル形成用トポロジー特徴を含む。プレマスター型７８１は、例えば図８及び９
ａとの関連で先に示したようにトポロジー特徴を面７０２に形成することにより
製造できる。図９ａとの関連で先に説明したように、レプリカ成形頂部型マスタ
ーに形成されるトポロジー特徴は該型マスターの面から突出するポジ型の高レベ
ルレリーフ特徴を備えることが望ましいので、面７０２に形成されるトポロジー
特徴は溝又はチャネル７０４、７０６及び７８３によって特徴づけられるネガ型
の低レベルレリーフ特徴を備える。図示の実施の形態において、プレマスター型
７８１は、上の図８で説明したのと同様な２段形成用フォトリソグラフィ技術を
使用して製造される。
【０１２１】 １段チャネル形成用特徴７０４及び２段整列トラック形成用特徴７０６は、図
９ａとの関連で先に説明したのと本質的に同一である。しかしながら、図９ａで
先に図示した実施の形態と異なり、プレマスター型７８１はトポロジー特徴７８
４を含み、該特徴は、最終的にはレプリカ成形３段膜層の第２上段に配置される
チャネルを形成するレプリカ成形型マスターのトポロジー特徴に対応しこれを形
成する。特徴７８４は、トポロジー特徴７８３を含みこれによって画定され、該
特徴７８３はレプリカ成形上型マスターに接続チャネル形成用特徴を形成するよ
う構成され、該接続チャネル形成用特徴は下型マスターの相補型の接続チャネル
形成用特徴と嵌合可能な形状を有する。トポロジー特徴７８３は、断面で示すよ
うに、中央ポスト７８６を囲む２段のネガ型レリーフの外側リング７８５を備え
、該リング及びポストは一緒に“ドーナツ”形の２段環帯を形成する。
【０１２２】 図９ｃ（ii）は、図９ａのステップ２との関連で先述したように、プレマスタ
ー７８１のレプリカ成形の結果生じた上型マスターを図示する。結果として生じ
た構造物７８２は、レプリカ成形型マスターを備え、該型マスターの面７２２に
は、面７２２に対し第１高さ７９１のトポロジー特徴７２４及び７８７であって
、それぞれプレマスター７８１のトポロジー特徴７０４及び７８４に対応するト
ポロジー特徴７２４及び７８７と、面７２２に対しより高い第２高さ７９４を有
するトポロジー特徴７２６であって、プレマスター７８１のトポロジー特徴７０
６に対応するトポロジー特徴７２６とが配置されている。上型マスター７８２は
また、プレマスター７８１のトポロジー特徴７８３に対応するトポロジー特徴７
８８と、中央の孔領域７９０を含み該孔領域において型マスターを構成する成形
材料が面７２２に対し第１高さ７９１の位置まで延長する特徴７８８と、面７２
２に対しより高い第２高さ７９４を有する外側周辺リング７８９とを含む。トポ
ロジー特徴７８８は、下型マスターの対応する特徴と嵌合可能な形状を有する２
段の接続チャネル形成用特徴を備える。
【０１２３】 図９ｃ（iii）に図示する下型マスター７９２は、図８及び９ｂとの関連で先
に図示し、説明した下型マスター６２０と実質的に同様である。しかしながら、
図９ｂの２段トポロジー特徴６２６の第２部分（例えば図９ｂに図示する部分６
２８）に対応する部分７９３は、図９ｂのそれらより直径が多少小さく、図９ｃ
（iv）に図示する３段微量流体膜を形成するため型マスターを合体、整列させた
とき、上型マスター７８２の相互接続チャネル形成用トポロジー特徴７８８の孔
７９０と嵌合し、組み合うようサイズ決めされ位置決めされている。
【０１２４】 図示の実施の形態では、上型マスターの嵌合可能な接続チャネル形成用トポロ
ジー特徴の形状は円形のドーナツ形環帯を備え、下型マスターの接続チャネル形
成用トポロジー特徴の形状はポスト形を備えるが、他の実施の形態において、こ
の構成を逆にし、環帯形の特徴を下型マスターに設け、ポストを上型マスターに
設けることもできる。さらに、他の実施の形態において、上型マスター７８２は
、先述のようにレプリカ成形エラストマー製構造物である必要はなく、代わりに
フォトレジスト又は他の材料で形成した、例えば下型マスター７９２と同様な型
マスターを備えることができ、該下型マスターは例えばマイクロ加工技術によっ
て、より好ましくは図８との関連で先述したように形成することができる。
【０１２５】 また、本実施の形態で説明した嵌合可能な相互接続チャネル形成用特徴は、円
形の筒形ポスト−環帯配列を備えるが、他の実施の形態において、上及び下型マ
スターの相互接続チャネル形成用特徴の相互組み合い嵌合可能形状は、非常に多
様な適切嵌合可能形状から選択することができる。例えば、中央に配置された円
形の穴を有する環帯と嵌合する円形のポストの代わりに、様々な別の筒形形状、
例えば正方形、三角形、長方形、ｎ辺多角形、楕円形などを利用できる。あるい
は、図示のポスト−環帯構成以外の嵌合可能な構成を用いることができる。例え
ば、一方の型マスターがスロット要素を含む相互接続チャネル形成用特徴を含み
、他方の型マスターの相互接続チャネル形成用特徴の対応する溝要素と係合させ
てもよく、または一方の型マスターに半筒形形状の要素を含む相互接続チャネル
形成用特徴を設け、他方の型マスターにも半筒形形状の要素を含む相互接続チャ
ネル形成用特徴を設け、第１及び第２型マスターの半筒形形状の要素を互いに嵌
合させて、筒形の相互接続チャネル形成用特徴を形成してもよい。当業者であれ
ば容易に、この関連で使用するのに適し、上述したのと実質的に同等の機能及び
性能を提供する多様な嵌合可能形状及び構成を思い描くであろう。そのような別
の構成のそれぞれは本発明の範囲に属する同等の構造物とみなされる。
【０１２６】 図１０は、先に図４ａで示した５段微量流体ネットワーク構造物を形成する方
法を図示し、該構造物は、第２流体流路を形成するまっすぐなチャネルを囲む第
１流体流路を形成するコイル型の相互接続されたチャネルのネットワークを備え
る。図１０の方法は、先に上の図８、９ａ及び９ｂで説明した方法に基づく。図
１０に示す方法においては、２つの別個の成形レプリカ膜層が形成され、該膜は
その後相互に整列され、互いに固着されて、最終の全５段コイル型ネットワーク
構造物２２０を形成する。第１成形レプリカ膜層８００は全構造物の３つの段を
備え、第２成形レプリカ膜層８１０は全微量流体ネットワーク構造物の残りの２
つの段を備える。３段を備える成形レプリカ層８００は、図９ｂとの関連で先に
説明した膜サンドイッチ方法により形成され、該方法は、複数の２段トポロジー
特徴８０４が形成された下型マスター８０２を利用し、該トポロジー特徴は、レ
プリカ成形後に全微量流体ネットワーク構造物の第１最下段内に配置されるチャ
ネル８０７を形成する第１部分８０６と、微量流体ネットワーク構造物の最下段
に隣接し最下段のすぐ上に位置決めされた段を横切る接続チャネルを形成する第
２部分８０８とを有する。
【０１２７】 上型マスター８１２は、好ましくはレプリカ成形エラストマー材料（例えば型
マスター７２０のように）であり、複数の単一段のトポロジー特徴８１６が突出
した底面８１４を含み、該トポロジー特徴は、レプリカ成形後に膜層８００の第
２上段に配置されるまっすぐなチャネル８１９を形成する中央配置特徴８１８と
、下型マスター８０２のトポロジー特徴８０４の第２部分８０８と整列されて、
レプリカ成形層８００の第２上段を貫通して連続的な接続チャネル８２１を形成
する複数の特徴８２０とを含む。全構造物の最上の２段を構成する成形レプリカ
層８１０は、同じ膜サンドイッチ方法により形成され、該方法は、下型マスター
８０２と上型マスター８３０とを利用し、該上型マスターは好ましくはエラスト
マー材料の平らなスラブを備える。第１部分８０６及び第２部分８０８を有する
２段トポロジー特徴８０４は、層８１０のレプリカ成形後に成形レプリカ層８１
０の下面８３４内に配置される一連のチャネル８３２を形成し、また成形レプリ
カ層８１０の厚さを横切る接続チャネル８３３を形成する。
【０１２８】 組立を完成し、全コイル型微量流体ネットワーク構造物２２０を形成するため
、成形レプリカ層８１０を矢印８３６の方向に１８０o回転させ、成形レプリカ
層８００の上に段積みし、レプリカ成形チャネルが位置合せされて所望のコイル
型チャネルネットワーク構造物が形成されるよう整列させ、成形レプリカ層８０
０と形状適合接触させ、オプションにより成形レプリカ層８００に固着させる。
オプションとして、成形レプリカ層８１０の面８３４及び/又は成形レプリカ層
８００の面８０９を、層８００及び８１０を相互に段積みし整列させオプション
により固着させる前又は後に、基板層（例えば８３８、８３９）と形状適合接触
させ、オプションにより該基板層に固着させることができる。所望により、層８
００及び８１０を構成する余分な材料を図１０の最終ステップに図示するように
構造物からトリムすることができる。その結果生じた構造物２２０は、先に４ａ
との関連で詳細に説明したコイル型の２流体流路の微量流体ネットワークを含む
。
【０１２９】 本発明により提供される微量流体ネットワーク構造物は、非常に小さいスケー
ルの装置、例えばマイクロ全分析システム（μＴＡＳ）の流体管理を必要とする
用途のための流体流れ案内ネットワークとして有益であることに加えて、様々な
他の用途にも有益である。例えば、本発明により製造される微量流体チャネルシ
ステムは、微量流体ネットワーク構造物内の３次元のチャネルネットワークに対
応する３次元構造を有する様々なマイクロ構造物を製造するのに使用できる。そ
のようなマイクロ構造物は、微量流体システムのチャネルネットワークを硬化可
能液で充填し、ネットワークチャネル内で硬化可能液を凝固させ、オプションに
より周囲の微量流体ネットワーク構造物を除去して、凝固した硬化可能液から成
る自立性のマイクロ構造物を得る。発明性のある本微量流体ネットワークシステ
ム内でレプリカ成形されるマイクロ構造物を形成するため利用される硬化可能液
は、本質的に、微量流体ネットワーク構造物自体を形成するのに有益であるとし
て上述した硬化可能液のいずれを備えることもできる。レプリカ成形マイクロ構
造物を形成するため選ばれる硬化可能液は、微量流体ネットワーク構造物と化学
的に適合すべきであり、また周囲の微量流体ネットワーク構造物を選択的に除去
することが望ましい実施の形態に関しては、一度硬化したら、周囲の微量流体ネ
ットワーク構造物を溶解又は他の方法で除去するため必要などのような処理に対
しても抵抗力があるものであるべきである。１つの特に実証的な例においては、
本発明により生産されＰＤＭＳで構成される微量流体ネットワーク構造物にエポ
キシプレポリマーを充填し、エポキシプレポリマーが本質的に完全に微量流体ネ
ットワークの微量流体チャネル構造を充填するようにすることができる。エポキ
シプレポリマーを次に、例えば周囲のＰＤＭＳ微量流体チャネル構造物を通じて
紫外線に暴露することにより硬化させて、チャネル内でエポキシプレポリマーを
硬化させ固体のマイクロ構造物を形成するようにすることができる。周囲のＰＤ
ＭＳ微量流体ネットワークを次に、例えばテトラブチルアンモニウムフルオライ
ド（テトラヒドロフランに１．０Ｍ）で溶解させて、エポキシポリマーで構成さ
れ、ＰＤＭＳ微量流体チャネル構造物の３次元チャネルネットワークに対応する
３次元構造を有する自立性マイクロ構造物を得る。
【０１３０】 本発明により提供される一定の微量流体チャネル構造物の他の実証的な用途に
おいて、微量流体チャネル構造物は、微量流体ネットワーク構造物の１つの段に
配置されたチャネルのパターンに対応するパターンを材料面に形成する３次元微
量流体アプリケータ又は“スタンプ”として使用される。そのような構造物の“
スタンプ面”は、該面にへこみを形成する一連のチャネルを含み、該チャネルは
、“スタンプ面”と接触する基板面に材料を送り出して、スタンプ面のチャネル
パターンに対応するパターンを基板面に形成することができる。先に説明した“
スタンプ面”を有する構造物の例には、スタンプ面５５４を有する図７に図示し
た微量流体チャネル構造５６０、及びスタンプ面７３８を有する図９ｂに図示し
た微量流体チャネル構造物７６０がある。
【０１３１】 本発明により提供される微量流体ネットワーク構造物で材料面をパターニング
する方法は、微量流体ネットワーク構造物のスタンプ面をスタンプすべき材料面
と接触させ、そしてスタンプ面をスタンプしようとする材料面と接触させたまま
、微量流体チャネル構造物の１つ以上の流路を流体で少なくとも部分的に充填し
て、該流体の少なくとも一部が材料面と接触するようにするステップを備える。
その後、所望により、スタンプ面を材料面から取り除くことができ、スタンプ面
内に配置されたチャネルパターンによるパターンが材料面の流体との接触により
材料面に形成される。
【０１３２】 そのようなスタンピングされたパターンの一例を図１１に示す。図１１のパタ
ーンを形成するのに利用された微量流体スタンプは、先に図１ａに図示した。図
１１のパターンを形成するに際し、微量流体ネットワーク１００（図１ａ）を形
成し、下面１３４をスタンプ面として構成し、外部環境に露出される該面内にへ
こみを構成するチャネルを配置する。微量流体ネットワーク構造物をスタンプ/
アプリケータとして利用する実施の形態に関し、微量流体ネットワーク構造物を
エラストマー材料で形成し、スタンプのスタンプ面が多様な材料面の形状及び組
織と液密な形状適合シールを形成できるようにすることが特に好ましい。
【０１３３】 本発明により提供される微量流体スタンプは、当業者に明らかなように、非常
に多様な材料で構成された材料面にパターンを形成するのに利用できる。本発明
により提供される構造物は、スタンプとして使用するときは例えば以下のために
利用できる。パターニングされた自己組立て単分子層（ＳＡＭ）を材料面に形成
し、無機材料のパターンを面に形成し、有機及び/又は生物材料のパターンを面
に形成し、材料面と化学的に反応及び/又は材料面を分解/エッチングする材料と
面とを接触させて該面にパターンを形成する、などである。従来のマイクロコン
タクト印刷技術を介して印刷できる材料であれば本質的にどのような材料でも本
発明により提供される発明性のある微量流体スタンプ構造物を使用して面に印刷
できる。様々なそのような材料及び用途は、それぞれ引用によりここに加入する
米国特許第５，５１２，１３１号、第５，６２０，８５０号、第５，７７６，７
４８号、第５，９００，１６０号、第５，９５１，８８１号及び第５，９７６，
８２６号に詳細に説明されている。
【０１３４】 本発明により提供される微量流体スタンプ構造物は、伝統的な２次元微量流体
スタンプに対しいくつかの利点を有する。例えば、本発明により提供される微量
流体スタンプ構造物は、各パターンが異なった材料又は“インク”で構成される
複数のパターンを同時に材料面に形成できる。一般に、本発明により提供される
スタンプによって材料面に同時にパターニングできる異なったパターン及び材料
の数は、微量流体スタンプ構造物内に配置された独立の、相互に流体接続されて
いない流体流路の数に等しい。
【０１３５】 伝統的な２次元マイクロコンタクト印刷スタンプを利用して異なった“インク
”で多数のパターンを形成するためには、それぞれ別個のパターンを有する個々
のスタンプを利用し、各スタンプに異なった流体をインクし、各パターンを先の
パターンの上に注意深く重ね、整列させなければならない。本発明により提供さ
れる３次元微量流体チャネル構造物を利用することにより、発明性のある本スタ
ンプは本質的に、任意に複合化されたどのような数のパターンであっても、単一
のスタンプを使用し単一のスタンピングステップで同時に材料面に形成すること
ができる。
【０１３６】 例えば、図１１を再び参照すると、スタンプ面１３４を有する図１ａの微量流
体チャネルシステムは、７つの分離したサブパターン（Ａ−Ｇ）に対応する全パ
ターンを材料面９００に同時に形成することができ、各サブパターンは、図１ａ
に示す微量流体チャネルシステムの７つの流体流路（１０２，１０４，１０６，
１０８，１１０，１１２，１１４）の１つの、スタンプ面１３４内に配置された
チャネルに対応する。図示のように、各サブパターンＡ−Ｇは、分離したパター
ン特徴（９０２，９０４，９０６，９０８，９１０,９１２，９１４，９１６，
９１８，９２０,９２２及び９２４）を含み、該分離したパターン特徴は不連続
であり、かつ相互に交差しない。一般に、本発明により提供される微量流体スタ
ンプは、分離した領域で構成されるパターンを形成することができ、該分離した
領域は相互に不連続であり、また２つの異なった、相互に流体接続されていない
流体流路に対応するスタンプ面内のチャネルに対応し、これらによって形成され
る分離した領域は、相互に交差しない。
【０１３７】 図１１に図示するパターンにおいて、微量流体スタンプ１００を使用し、スタ
ンプ面１３４を材料面９００と接触させた後微量流体ネットワークの別個の流路
のそれぞれに異なった流体を充填することにより、７つの異なった材料（“イン
ク”）を材料面９００に同時にパターニングすることが可能である。例えば、図
１１で“Ａ”を付したパターニング領域は第１パターニング材料を備えることが
でき、“Ｂ”を付した領域は第２パターニング材料を備えることができ、“Ｃ”
を付した領域は第３パターニング材料を備えることができ、“Ｄ”を付した領域
は第４パターニング材料を備えることができ、“Ｅ”を付した領域は第５パター
ニング材料を備えることができ、“Ｆ”を付した領域は第６パターニング領域を
備えることができ、“Ｇ”を付した領域は第７パターニング材料を備えることが
できる。材料面９００に形成される全パターンは、７つの個々のサブパターン（
Ａ−Ｇ）のそれぞれに対応し、該個々のサブパターンは、サブパターンＡ−Ｇを
形成するそれぞれの個々の流路内に包含された特定の流体と材料面９００との接
触により形成される。
【０１３８】 いくつかの実施の形態において、チャネルのへこみの間に配置されて、スタン
プしようとする材料面と形状適合接触するスタンプ面の領域も、所望により他の
材料又は“インク”でコーティングできる。そのような実施の形態においては、
スタンプ面のチャネル構造に対応する上述のパターンを形成することに加えて、
チャネル構造（“印刷領域”）によって形成されるパターンを囲み、該パターン
と隣接し、該パターンを分離する領域も、印刷領域によって担持される堆積材料
を包含することができ、該材料は、スタンプ面の“印刷領域”を材料面と形状適
合接触させるのと同時に材料面に印刷される。上記の技術は、作業者が従来のマ
イクロコンタクト印刷ステップと、微量流体スタンプのスタンプ面に配置された
チャネルを介して材料面に所定のパターンで材料を堆積させるステップとを本質
的に同時に行うことを可能にする。
【０１３９】 本発明により提供されるスタンプは、異なったパターニング材料を含む多くの
パターニングされた領域を備える任意に複合化されたパターンを作成することが
可能なので、潜在的に多様な用途のために非常に広範囲に使用できる。例えば、
１つの好ましい用途において、発明性のある本スタンプは、細胞及び/又は蛋白
質を面にパターニングするのに利用できる。例えば、細胞接着性の、細胞非接着
性の、又は一定の細胞に選択的に接着性であるが他の細胞には非接着性の蛋白質
を選択的に面上にパターニングできる。そのような蛋白質でパターンを形成する
ことにより、１つの細胞タイプまたは様々な細胞タイプの複合パターンを様々な
用途のため、例えばバイオセンサを形成し又は薬剤スクリーニングテストを行う
ため、選択的に面上にパターニングできる。本発明により提供される微量流体ス
タンプにより、原則として、多くの数の、例えば２００又は３００を超える異な
った細胞タイプをパターニングでき、各細胞タイプは相互に分離され、パターニ
ングされた配列形式で配列される。そのようなパターニングは、本発明によれば
、例えば特定の細胞タイプに接着性の蛋白質を面上に選択的にパターニングし、
その後パターニングされた材料面を１つ以上の細胞懸濁液と接触させることによ
って、または複数の異なった細胞タイプを直接面上に微量流体スタンプを使用し
て選択的にパターニングし、そしてパターニングしようとする分離した細胞タイ
プ又は細胞タイプの混合物を含有する懸濁液をスタンプ内の特定の流体流路に充
填することによって達成できる。各領域が特定の細胞タイプ又は細胞タイプの混
合物を含む複数の領域の配列を備えたパターンを形成する能力は、バイオセンサ
又は薬剤スクリーニング装置で使用する、細胞がパターニングされて細胞の面上
の空間的な位置により細胞を容易に特定できる材料面の作成を可能にする。
【０１４０】 本発明の微量流体スタンプを使用して、細胞が材料面に付着するのを防止又は
抑制する蛋白質を堆積させることもできる。そのような蛋白質は当業者によく知
られており、例えばウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）を含む。さらに、本発明によ
り、細胞が材料面に付着するのを促進する傾向のある蛋白質をパターニングこと
ができる。そのような蛋白質は、例えばフィブリノーゲン、コラーゲン、ラミニ
ン、インテグリン、抗体、抗原、細胞リセプタ蛋白質、細胞リセプタアンタゴニ
スト及び上記の混合物を含む。
【０１４１】 上述のように、本発明により提供される微量流体スタンプ構造物は、細胞のパ
ターニングされた層を材料面に堆積するのに利用できる。材料面にパターニング
できる細胞は、細菌細胞、藻類、アメーバ、カビ細胞、多細胞植物の細胞及び多
細胞動物の細胞を含むが、これらに限られず基本的に全ての範囲の生物細胞を含
む。いくつかの好ましい実施の形態においては、細胞は動物細胞を含み、そして
いくつかのそのような実施の形態はヒト細胞等の哺乳動物細胞を含む。
【０１４２】 １つの好ましい実施の形態において、哺乳動物細胞は足場依存性細胞（ａｎｃ
ｈｏｒａｇｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｃｅｌｌｓ）を含み、該細胞は、材料面に
付着し、材料面の上で広がることができる。１つの好ましい実施の形態において
、本発明により提供される微量流体ネットワークスタンプは、そのスタンプ面が
複数の細胞でパターニングしようとする材料面と形状適合接触され、そして微量
流体スタンプの１つ以上の流体流路を１つ以上の細胞懸濁液で充填した後、かつ
スタンプを材料面から取り除く前に、微量流体スタンプのチャネル構造内で細胞
を、細胞が材料面に付着し広がるのに十分な時間培養させる。そのような実施の
形態において、チャネルの形状又はパターンは、細胞の形状及び/又は位置と細
胞機能との関係を研究するため、所望の組織の微小構造をまねるべく選択された
所定の構造又はパターンを有するよう特に設計できる。
【０１４３】 他の実施の形態において、２つ以上の異なった細胞タイプを、上述のように材
料面にパターニングでき、微量流体スタンプを取り除いた後該面上で成長させ、
広がらせて、一定時間経過後２つ以上の異なった細胞タイプの細胞が面上でとも
に広がり、接触するようにさせることができる。そのようなパターニング及び培
養方法は、異なった細胞タイプ間の相互作用を測定及び/又は研究することがで
きる生体外分析の一部として有益である。例えば、そのような方法は、特定タイ
プの腫瘍細胞が脈管形成する可能性を測定できる生体外分析の一部を形成できる
。１つの特に考えられた用途において、血管内皮細胞及び腫瘍細胞を含む２つの
異なった細胞タイプを、上述のように材料面にパターニングし、パターニング後
該面の上で成長させ、広がらせ、腫瘍形成時の脈管形成をまねし研究する。生体
内で、腫瘍細胞は、血管内皮細胞の成長を誘い、指図して新たな血管を形成させ
腫瘍の成長のため栄養物と酸素とを供給させる。本発明により提供される微量流
体スタンプを利用して血管内皮細胞及び腫瘍細胞の規定されたパターンを形成す
ることにより、血管内皮細胞の異なった腫瘍細胞株への格差のある競争的な吸引
を研究する分析を可能とすることができる。本発明により可能とされるこの技術
は、異なった腫瘍細胞の脈管形成の可能性を比較するための簡単な、規格化され
た定量的生体外分析の発展に導くことができるものである。
【０１４４】 さらに、上述のように、本微量流体ネットワークスタンプは、２つ以上の異な
った細胞タイプが、任意に複合化された多様なパターン及び所定の配列で材料面
上にパターニングされるのを可能とし、該所定の配列は、該面上でパターニング
される異なった細胞タイプ間のトポロジー関係により規定される別々の微小構造
を真似るべく選択することができる。本発明により可能とされた、異なった細胞
タイプを適切に規定されたパターニング構造でパターニングし、選択的に堆積さ
せる能力は、個々の細胞の分解時における組織構造の機能的意義を研究する分析
を可能とし、胚性形態形成、血液脳関門の形成及び腫瘍脈管形成等の方法を基礎
づける異なった細胞タイプ間の分子相互作用を研究する分析を可能とすることが
できる。
【０１４５】 本発明のこれら及び他の実施の形態の機能及び利点は以下の実施例からより十
分に理解されよう。次の実施例は本発明の利益を説明するためのものであり、本
発明の全範囲を例示するものではない。実施例１：多段フォトリソグラフィによる型マスターの製造 図８で略説した２段フォトリソグラフィ技術を使用して、シリコン上のフォト
レジストから成る、２段のポジ型高レリーフ（すなわち、シリコンウェーハの面
上に突出する）の特徴を有する型マスターを製造した。第１及び第２段のチャネ
ルシステムの設計は、ＣＡＤコンピュータプログラム（フリーハンド８．０、Ｍ
ａｃｒｏＭｅｄｉａ、サンフランシスコ、カルフォルニア）を用いて起こした。
高解像度（３３８６ｄｐｉ）透明物を、ＣＡＤコンピュータファイルからコマー
シャルプリンタ（リノタイプ、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ社、フリーモント、カルフォルニア）で印刷して作った。型マスタ
ーの第１段の特徴を製作するフォトマスクを備えた第１透明物、及び型マスター
の第２段の特徴を製作するフォトマスクを備えた第２透明物、の２つの透明物を
製作した。
【０１４６】 ネガ型フォトレジスト（ＳＵ８−５０、Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、ニュートン、マサチューセッツ）を、シリコンウェーハ上
に約５０μｍの深さにスピンコーティングし、約１０５℃で約５分間ソフトベー
クしてスピンキャストしたフォトレジストから溶剤を除去した。第１透明物を次
にフォトマスクとして使用し、フォトレジストをＵＶに約４５秒間暴露した（ス
ペクトル線の波長：約１０ｍＷ／ｃｍ２の強度で約：３６５ナノメートル、４０
６ナノメートル及び４３６ナノメートル）。
【０１４７】 未架橋フォトレジストを現像せずに、第２フォトレジスト層を第１層の上面に
約１００μｍの厚さにスピンキャストした。第２フォトマスクを備えた第２透明
物を、カールサス（Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ）マスク整列器を使用して、第１フォト
レジスト層の暴露された特徴に整列させ、ＵＶに約１秒間暴露した。暴露された
フォトレジスト層を包含するシリコンウェーハを次に約５秒間約１０５℃でハー
ドベークした。第２フォトマスクは相互接続チャネルに対応するパターンを包含
し、該相互接続チャネルは、第１フォトマスクを介して暴露された特徴によって
形成された第１下段のチャネルと、最後に型マスターで成形されるレプリカ成形
構造物の上段のチャネルとを最終的に連結する。図８に図示するように、各フォ
トマスクは、チャネルシステムを囲む整列トラックを形成するパターンをも含ん
だ。
【０１４８】 両フォトレジスト層を同時に現像して、プロピレングリコールメチルエーテル
アセテートにより未架橋のフォトレジストを除去した。結果として生じた底部マ
スターは、高さの高い整列特徴と、２段のポジ型レリーフのトポロジー特徴を構
成するチャネル特徴を含んだ。トポロジー特徴を含む底型マスターの面は、次に
型マスターを数滴のトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル
−１−トリクロロシラン（Ｕｎｉｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｉｅｓ社、ブリストル、ペンシルバニア）を備えた真空室に約２時間置いてシ
リル化した。マスターのシリル化により、成形後ＰＤＭＳレプリカを離型させる
のが容易となる。実施例２：“バスケット織”構成のチャネルシステムを含む３次元微量流体ネッ トワークの製造 次の実施例において、図９ａ及び９ｂで略説した方法を利用して、チャネルパ
ターンが図１ａに図示したのと同様なバスケット織構造を有する微量流体ネット
ワーク構造物を製作した。第１に、２段トポロジー特徴が配置された底部マスタ
ーを上の実施例１で説明したように製作した。該トポロジー特徴は、成形レプリ
カ内の図１２ａに略図で示すのと同様に配列されたチャネルを底部マスター１０
００によって形成するものである。この工程の第２ステップは頂部マスターの形
成を含み、該頂部マスターは、レプリカ成形膜の最上段にチャネルを形成する特
徴を含む。また、チャネルを製作するための特徴の同様な略図配列と、上型マス
ター及び下型マスターのチャネルを合せて全構造物を成形する仕方とを、図１２
ａに図示し、特に上型マスターの略図１００２を参照して説明する。
【０１４９】 最初にシリコン上のフォトレジストに、上の実施例１で説明したのと同様な方
法によりプレマスターを構成する２段構造物を製造して頂部型マスターを作った
。プレマスターは、ネガ型の低レリーフの（すなわち、バルク面の高さより低い
へこみを構成する）特徴を包含し、該プレマスターで上型マスターをレプリカ成
形すると、図１２ａに略図で示し、また図９ａとの関連で先に説明したように、
上型マスターにポジ型の高レリーフの特徴が製作されるようにした。チャネルシ
ステムに対応するプレマスターのトポロジー特徴は、フォトレジスト面の下の高
さまで延びたが、フォトレジストを完全には横切らなかった。これらの特徴はす
べて１段のものであった。レプリカ成形頂部型マスターの整列トラックであって
微量流体膜のレプリカ成形時に底部マスター（図１２ａに図示せず）の整列トラ
ックの間に嵌合する整列トラック、を形成するよう形づくられ位置決めされた整
列トラック（図１２ａに図示せず）は、より深いネガ型レリーフとして製造され
、フォトレジストを貫通してシリコンウェーハまで達するものであった。プレマ
スターを次に実施例１で説明したようにシリル化した。プレマスターを次にＰＤ
ＭＳプレポリマー（硬化剤とエラストマーのシリコーンポリマーの比が約１：１
０であるシルガード（Ｓｙｌｇａｒｄ）１８４（商標）シリコーンエラストマー
）で覆い、約７５℃で約１時間硬化させた。頂部型マスターを構成するＰＤＭＳ
レプリカを次にプレマスターから剥がし、トリムし、プラズマクリーナ（ＰＤＣ
−２３Ｇ、Ｈａｒｒｉｃｋ、Ｏｓｓｉｎｉｎｇ、ニューヨーク）内で１分間酸化
させ、そして数滴のトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル
−１−トリクロロシラン（Ｕｎｉｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｉｅｓ社、ブリストル、ペンシルバニア）を備えた真空室に約８時間置いてシ
リル化した。
【０１５０】 上型マスターを次にトポロジー特徴を含む底部型マスターの面上に下向きに、
一滴のＰＤＭＳプレポリマーを間にして置いた。手動でプレポリマー及び底部マ
スターに対し頂部マスターを摺動させ、頂部マスターの高さの高い整列トラック
を底部マスターの高さの高い整列トラックの間に滑り込ませることによって、両
マスターの特徴を迅速かつ拡大せずに整列させた。頂部マスターにＰＤＭＳを利
用することによって、両マスターの特徴の視覚による観察が可能となり、簡単に
整列させることができた。顕微鏡は、整列トラックが肉眼で見えるので必要でな
かった。迅速かつ拡大せずにチャネルシステムのセグメントの整列を容易にする
ことに加えて、整列トラックは頂部マスターを均衡させ、成形時物理的な妨害又
は圧力を受けて位置合わせされたマスターの位置がシフトすることが防止された
。
【０１５１】 次に約１００ｇ/ｍｍ２（１０００ｋＰａ）の圧力を頂部マスターに加え、互
いに接触している特徴の間にプレポリマーがしみ込まないようにし、ＰＤＭＳを
約７５℃に加熱し、適切に約１時間硬化させた。さらに、上述のようにＰＤＭＳ
プレポリマーを平らなシリル化シリコンウェーハにキャストし、そして硬化させ
て、上及び下基板層を構成する２つの平らなＰＤＭＳ片を形成した。膜を移すた
め、膜及び頂部マスターを底部マスターから単一のユニットとして剥離した。膜
の面及び平らなＰＤＭＳ片を上述のようにエアープラズマ内で１分間酸化させた
。そして、酸化面を直ちに合体させた。酸化ＰＤＭＳ面は、プラズマ処理後数分
は反応性を保持する。この面の反応性は、所望により該面を水、メタノール、ト
リフルオロエタノール又はこれらの混合物等の親水性液体で覆うことにより長引
かせることができる。保護された面は酸化後３０分を超えても固着可能である。
【０１５２】 膜を底部ＰＤＭＳスラブと接触させた後、頂部マスターを剥がし、膜の上面を
平らな第２酸化スラブに固着させてチャネルシステムを閉鎖した。次に全体構造
物をトリムして便利なサイズとした。結果として生じた構造物は微量流体ネット
ワークを含み、該ネットワークは、ｘ方向の８つのチャネル及びｙ方向の８つの
チャネルを内蔵し、各チャネルは約１００μｍの幅及び約７０μｍの高さを有し
、各チャネルはそれらと直交するチャネル上及び下を交互に横断する。全体構造
物は、ｘ−ｙ平面に約３０ｍｍ2の合計面積を有し、６４の横断点を包含した。
【０１５３】 図１２ｂは、負のｚ軸方向に見た構造物の面位相コントラスト画像を示す光学
顕微鏡写真のフォトコピーである。図１２ｂに図示する光学顕微鏡写真は、レプ
リカ成形膜を上及び下ＰＤＭＳ基板層間に固着する前に該膜のみを撮影したもの
である。この光学顕微鏡写真は、バスケット織の微量流体チャネル構造物及び、
撮影されたｘ−ｙ平面において交差点として現れるチャネルの横断点を明瞭に示
す。
【０１５４】 膜を上述のように上及び下ＰＤＭＳ支持層間に密閉した後、ｙ方向に延長する
流路にフルオレセイン溶液を充填し、ｘ方向に延長する流路にメルドラブルーダ
イ（Ｍｅｌｄｏｌａ’ｓ Ｂｌｕｅ Ｄｙｅ）溶液を充填した。図１２ｃは、上
述のように充填した微量流体チャネルシステムの顕微鏡写真のフォトコピーであ
り、該システム面を負のｚ軸方向に見たものである。図１２ｃは、互いの上及び
下を横断するチャネルを明確に示し、またチャネルが交差しないことを、色の混
ざり具合により証明している。実施例３：微量流体ネットワーク構造物を用いたレプリカ成形による微小構造物 の製造 バスケット織パターンの３段チャネルシステムを含む微量流体膜を実施例２で
説明したように製作した。微量流体膜を平らなＰＤＭＳスラブ上に置き、ＰＤＭ
Ｓスラブの上面と膜の下面とを形状適合接触させたが、相互に不可逆的に固着さ
せなかった。膜の上面は外気に開放したままとした。エポキシプレポリマー（Ｅ
Ｐ−ＴＥＫ、Ｅｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ビレリカ、マサチューセッツ
）を次にチャネルの開口部に置き、チャネル構造物に毛管作用により充填させた
。ほぼ１時間周囲圧力に放置すると、エポキシはチャネルを完全にガス抜きし、
チャネルを充填した。充填したチャネルを次に（上の実施例１で説明したように
）ＵＶに約２０分間ＰＤＭＳを介して暴露した。周囲のＰＤＭＳ微量流体膜を次
にテトラブチルアンモニウムフルオライド（テトラヒドロフランに１．０Ｍ）に
溶解した。図１２ｄは、結果物たる、硬化エポキシポリマーにより製作された微
小構造物の走査型電子顕微鏡写真のフォトコピーである。実施例４：まっすぐなチャネルを囲むコイル型流体流路を含む微量流体ネットワ ーク構造物の製造 膜を相互に段積み、位置合せ及び固着して３つより多くのチャネル段を有する
構造物を作る能力を証明するため、一連の相互接続チャネルを備えたコイル型流
体流路で囲まれたまっすぐなチャネルを含む構造物を製造した。まっすぐなチャ
ネルを備えた流路は、コイル型流路を備えたチャネルから、薄い約６５−１００
μｍのＰＤＭＳ層によって分離された。そのような構成が役立つ微量流体システ
ムの例には、まっすぐなチャネルとコイル型流体流路とを分離するＰＤＭＳ層を
横切って小さな分子が拡散するのを利用する熱交換要素又は向流抽出システムが
含まれる。本実施例におけるような多層製造技術は、粒子を分類し結合する装置
や、特定のサイズ制約を有する複合チャネルネットワークシステムにも役立つ。
【０１５５】 レプリカ成形多段膜を２つ段積みし整列させて５段チャネルシステムを製作す
る方法は上の図１０で説明した。図１０を参照すると、第１底部マスター８０２
を上の実施例１で説明したように製造した。上型マスター８２０及び８３０は実
施例２で説明したように製造した。レプリカ成形膜８００及び８１０は硬化ＰＤ
ＭＳプレポリマーから、やはり上の実施例２で説明したように製造した。実施例
２で説明したように、底部マスター８０２をそれぞれの膜から取り除き、平らな
ＰＤＭＳスラブを所定の位置に固着した。上マスターを次に剥がし、二つの膜を
マイクロマニピュレータの載物台上で面と面を向かい合わせて整列させた。この
合せのためには２段膜８１０を裏返すことが必要であった。これら膜を合体させ
、整列させ、そして次に先の整列を乱すことなく約３から約５ｍｍ引き戻して離
した。分離した膜を次に上述のようにエアープラズマで酸化させ、次に形状適合
接触させた。
【０１５６】 図１３は、負のｚ軸方向に沿って面を見たときの、得られたチャネルシステム
の光学顕微鏡写真のフォトコピーを示す。顕微鏡写真を撮る前に、実施例２で説
明したように該システムの２つの流体流路をフルオレセイン溶液で充填し、チャ
ネルシステムの視覚化を支援した。実施例５：微量流体スタンプの製造、Ｓｉ／ＳｉＯ2面のエッチング及び光学干
渉色を使用したエッチング面の視覚化 本実施例に関し、図７で略説した方法により３次元微量流体スタンプを生産し
た。図７を参照すると、２段下型マスター５２０を先に実施例１で説明したよう
に作成し、１段型マスター５００を、単一のフォトレジスト層及び単一のフォト
マスクのみを利用して１段のみのトポロジー特徴を製作したことを除き、やはり
実施例１で説明したように作成した。上ＰＤＭＳスラブ５１０は、上の実施例２
で説明したように型マスター５００を容器に面５０２を上に向けて入れ、型マス
ターをＰＤＭＳプレポリマーで覆い、ＰＤＭＳプレポリマーを硬化させ、そして
成形したレプリカを取り出しトリムしてＰＤＭＳスラブ５１０を形成した。
【０１５７】 ＰＤＭＳ膜５５０は、一滴のＰＤＭＳプレポリマーをマスター５２０とＰＴＦ
Ｅシートとの間に挟むことによって製造される。ＰＴＦＥシート及び型マスター
５２０を相互に押圧する約１０から約５０ｋＰａの圧力を加えた。硬化後、ファ
ンデルワールス相互作用により膜を型マスター５２０に付着させたまま、ＰＴＦ
Ｅシート５４０を剥がした。
【０１５８】 ＰＤＭＳスラブをＰＤＭＳ膜に整列させ、固着するため、マイクロマニピュレ
ータの載物台を使用した。スラブ及び膜をマイクロマニピュレータの載物台に載
せ、面５１４が面５５６に向くようにした。これら面をごく接近させ、整列した
。整列後、マイクロマニピュレータを使用してこれら面を相互に引き戻し数ミリ
離した。次に整列載物台ごとプラズマクリーナ（Ａｎａｔｅｃｈ、Ｍｏｄｅｌ
ＳＰ１００ Ｐｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍ、スプリングフィールド、バージニア
）に入れ、酸素プラズマ内で約４０秒間酸化した。プラズマクリーナのパワーレ
ベルは約６０ワットであり、酸素圧力は約０．２Ｔｏｒｒであった。２つの層の
固着は、その集合体をプラズマクリーナから取り出し、２つの整列し酸化された
ＰＤＭＳ面を直ちに接触させることによって達成した。
【０１５９】 図１４ａは、微量流体スタンプの上段１０１０及び微量流体スタンプの下段１
０１２に配置されたチャネルシステムの略図であり、該下段はスタンプ面を備え
た下面５５４を有する。面５５４を基板１０１６の材料面１０１４と形状適合接
触させた。図１４ｂは、微量流体スタンプ５６０内の３段チャネルシステムのレ
イアウト及び相互連結と、３つの相互流体接続されていない流体流路５６１、５
６３及び５６５のそれぞれの構成を示す略図である。
【０１６０】 図１４ｃに示す面１０１４にエッチングパターンを作成するため、微量流体ス
タンプの面５５４を面１０１４（Ｓｉ／ＳｉＯ2面を備える）と形状適合接触さ
せ、スタンプに軽く圧力を加えた。３つの異なった濃度の弗化水素酸（６：１の
比のＮＨ4Ｆ／ＨＦを備えた約ｐＨ５に緩衝化された１０％、５％及び３％の弗
化水素酸）を含有する３つの水溶液を、各溶液を構造物の相互流体接続されてい
ない流路の１つに限定して流した（〜１ｃｍ/秒）。構造物の各チャネルは、チ
ャネルの長軸と直交する平面で測定して約５００μｍ2の断面積を有した。弗化
水素酸溶液が該面と接触すると、溶液によりＳｉＯ2がエッチング除去された。
１０％の弗化水素酸に対しＳｉＯ2がエッチング除去される速度は、約２０ｎｍ
／分である。濃度が低ければ低いほど最高濃度の溶液に較べエッチング速度は比
例して遅かった。スタンプを該面から取り除いてパターンを視覚化する前に、弗
化水素酸溶液を約２６分間チャネルに流した。
【０１６１】 ＳｉＯ2層の光学干渉色は層の厚さに非常に敏感である。例えば約３０ｎｍの
違いにより色が例えば薄緑色から青に変わる。したがって、面１０１４内で異な
る深さにエッチングされたパターンは、異なった色として現れる。図１４ｃを参
照すると、１０％の弗化水素酸溶液を包含した流体流路５６１に対応するパター
ニングされた特徴１０１８は、面１０１４内に約５２０ｎｍの深さにエッチング
され、緑色に現れる。５％の弗化水素酸溶液を包含した流体流路５６５に対応す
るエッチングされパターニングされた特徴１０２０は、面１０１４内に約３９０
ｎｍの深さにエッチングされ、黄色に現れる。３％の弗化水素酸溶液を包含した
流体流路５６３に対応するパターニングされた特徴１０２２は、面１０１４内に
約７０ｎｍの深さにエッチングされ、褐色に現れる。実施例６：３次元微量流体スタンプを使用した、面への蛋白質のパターニング堆 積 スタンプ面がらせん状に配列されたチャネルを備える微量流体スタンプを上の
実施例５で説明したのと同様な方法により生産した。微量流体スタンプは、図１
５ａに略図で示す微量流体チャネルシステムを有した。スタンプは、２つの相互
に流体接続されていない流体流路１０３０及び１０３２を含んだ。流体流路１０
３０及び１０３２のチャネルは、図１５ａに示すように入れ子式のらせん状配列
で微量流体スタンプのスタンプ面に配置されている。
【０１６２】 微量流体スタンプのスタンプ面を、ペトリ皿のポリスチレン面と形状適合させ
た。次にらせん状流路１０３０に、燐酸緩衝液（ｐＨ７．４）中に１ｍｇ/ｍｌ
の標識ＢＳＡ濃度を有するＦＩＴＣ標識のウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）溶液を
充填させた。流体流路１０３２には、燐酸緩衝液（ｐＨ７．４）中に０．１ｍｇ
/ｍｌの標識フィブリノーゲンを含有するＦＩＴＣ標識のフィブリノーゲン溶液
を充填させた。蛋白質をポリスチレン面に約４５分間吸収させた。チャネルを次
に燐酸緩衝液で徹底的に洗い流し、スタンプを剥ぎ取って、面を蛍光顕微法（ｆ
ｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察した。
【０１６３】 図１５ｂは、蛍光顕微法を利用して見たペトリ皿の面の顕微鏡写真のフォトコ
ピーである。らせん状パターン１０３４は堆積した標識ＢＳＡの層を備え、らせ
ん状パターン１０３６は堆積した標識フィブリノーゲンの層を備える。らせん状
パターン１０３４は、使用したＢＳＡの濃度が蛍光標識フィブリノーゲンの濃度
より約１０倍高かったので、より明るく、より蛍光を発している。実施例７：２つの異なった微量流体システムを使用した、面への細胞のパターニ ング堆積 細胞培養： ウシ副腎血管内皮細胞（ＢＣＥ）を文献（Ｊ．Ｆｏｌｋｍａｎ、Ｃ．Ｃ．Ｈａ
ｕｄｅｎｓｃｈｉｌｄ及びＢ．Ｒ．Ｚｅｔｔｅｒ、米国Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａ
ｃａｄ．Ｓｃｉ．、１９８２年、７６、５２１７−５２２１）に記載されている
ように培養した。要するに、１０％子ウシ血清及び２ｎｇ/ｍｌの塩基性線維芽
細胞成長因子（ｂＦＧＦ）で補充した低グルコースＤＭＥＭ細胞培養基で成長さ
せ、１０％ＣＯ2雰囲気中に保持した。ＥＣＶ３０４細胞株からのヒト膀胱癌細
胞（ＥＣＶｓ）を１０％ウシ胎児血清（ＦＢＳ）で補充したＤＭＥＭ中で培養し
、５％ＣＯ2雰囲気中に保持した。両細胞タイプの細胞を収穫前にＣＯ2培養器中
で３７℃で蛍光による標識をつけた。ＢＣＥを、ＢＣＥに活性吸収されエンドソ
ームグラニューラ（ｇｒａｎｕｌａ）に蓄えられる４μｇ/ｍｌの１，１’−ジ
オクタデシル−３，３，３’、３’−テトラメチルインドカルボシアニン（Ｄｉ
Ｉ）−共役アセチル化低密度リポ蛋白質で培養した。ＥＣＶ３０４細胞を、細胞
内グルタチオンと反応する５μＭの５−クロロメチルフルオレセインジアセテー
ト（ＣＭＦＤＡ）で培養した。パターニング前に、細胞をＰＢＳで洗浄し、培養
時細胞が取り付いていた培養プレートから細胞をティプシン（ｔｙｐｓｉｎ）/
ＥＤＴＡで分離し、ＤＭＥＭで洗浄し、それぞれの培養基に約１０６細胞/ｍｌ
の密度で再懸濁させた。ＰＤＭＳスタンプを除去後パターニングされた細胞（両
方のＢＣＥ及びＥＣＶ）を培養するため、５％子ウシ血清、５％ＦＢＳ及び２ｎ
ｇ/ｍｌのｂＦＧＦで補充したＤＭＥＭを使用し、細胞を１０％ＣＯ2雰囲気中に
保持した。 パターニング： 堆積細胞の第１パターンを形成するため、図１６ａに略図で示すチャネルネッ
トワーク構造を有する微量流体スタンプを、上の実施例５で説明したのと同様な
方法により製造した。微量流体スタンプのスタンプ面には、同心の正方形パター
ンを構成するチャネルを配置した。微量流体スタンプは、３つの相互流体接続さ
れていない流体流路１０４０、１０４２及び１０４４を含み、流体流路１０１４
は最外側の同心正方形パターン１０４１と流体連通し、流体流路１０４２は中間
の同心正方形パターン１０４３と流体連通し、流体流路１０４４は最内側の同心
正方形パターン１０４５と流体連通した。
【０１６４】 使用前に、ＰＤＭＳ微量流体スタンプを約１２１℃で約２０分間オートクレー
ブに入れ、そして、チャネルに０ｍｇ/ｍｌＢＳＡのｐＨ７．４燐酸緩衝液溶液
を約１時間充填し、その後該溶液を除去し、ＢＳＡを含まない燐酸緩衝液で洗い
流すことによって、チャネルの壁部をＢＳＡでコーティングした。次にスタンプ
面をポリスチレン製の組織培養皿の面と形状適合接触させた。細胞の懸濁液（約
５×１０6細胞/ｍｌの濃度の）を３つの流体流路に導入し、組織培養皿の面に沈
殿させ付着させた。使用した細胞はＢＣＥ及びＥＣＶ細胞株（ＥＣＶ−３０４）
であった。堆積する前に、ＢＣＥに活性吸収されＢＣＥのエンドソームグラニュ
ーラに蓄えられるＤｉＩ−共役アセチル化低密度リポ蛋白質でＢＣＥに標識をつ
け、ＥＣＶの細胞内グルタチオンと反応するＣＭＦＤＡでＥＣＶに標識をつけた
。ＢＣＥ細胞溶液を流体流路１０４０及び１０４４に導入し、ＥＣＶ細胞溶液を
流体流路１０４２に導入した。細胞溶液を微量流体スタンプの流体流路に導入し
た後、微量流体スタンプを組織培養皿面の所定の場所に置いて細胞を２４時間培
養し、組織培養皿の面に細胞の合流層を形成した。培養後、微量流体スタンプを
面から取り除き、細胞が付着した該面を上述のように組織培養基に浸漬した。
【０１６５】 図１６ｂは、蛍光顕微法により観察したペトリ皿の面の顕微鏡写真のフォトコ
ピーである。堆積したＢＣＥ細胞は、最外側同心正方形パターン１０４６及び最
内側同心正方形パターン１０４８の面に付着している。そのような細胞は、蛍光
顕微鏡で見ると赤色に現れる。ＥＣＶ細胞は同心正方形パターン１０５０の面に
堆積し、蛍光顕微鏡で見ると蛍光緑色である。図１６ｃ及び１６ｄは、位相コン
トラスト顕微法で見た、パターニングされた面の顕微鏡写真のフォトコピーであ
り、該面の各パターン内の細胞の形態及び配列を図示する。
【０１６６】 図１７ａ及び１７ｂは、２つのタイプの細胞をチェス盤状のパターンに堆積さ
せた、類似の細胞パターニング実験の結果を示す。チェスボード状パターンは、
本発明の微量流体スタンプシステム及び方法によって、多数の細胞タイプをバイ
オセンサ又は薬剤スクリーニングの用途に適切な配列フォーマットで堆積できる
可能性を証明するものである。そのような配列において、反応細胞はそれらの空
間位置により特定できた。図１７ａに略図で示す流体流路を有する微量流体スタ
ンプを上の実施例５で説明するのと同様な方法により作成した。この微量流体ス
タンプは、８つの相互流体接続されていない独立の流路１０６０、１０６２、１
０６４、１０６６、１０６８、１０７０、１０７２及び１０７４を含んだ。各流
体流路は、微量流体スタンプのスタンプ面に配置された２つの正方形チャネルと
流体連通している。例えば、流体流路１０６０は微量流体スタンプのスタンプ面
内に配置された正方形チャネル１０７６及び１０７８と流体連通する。
【０１６７】 細胞のチェス盤パターンを図１７ｂに示すが、これは蛍光顕微鏡写真のフォト
コピーである。パターニングされた面は、図１６ｂ−１６ｄの同心正方形パター
ンをパターニングするのに使用したのと同じ手順を使用して製作された。使用し
た２つの細胞タイプ、ＢＣＥ及びＥＣＶには上述のように組織培養プレート上に
堆積する前に蛍光標識をつけた。蛍光標識をつけたＥＣＶ細胞の溶液を使用して
流体流路１０６０、１０６２、１０６４及び１０６６を充填し、蛍光標識をつけ
たＢＣＥ細胞の溶液を使用して流体流路１０６８、１０７０、１０７２及び１０
７４を充填した。スタンプを該面上の所定の場所に置いて、細胞の合流層が組織
培養プレートの面に形成されるまで４２時間細胞を培養した。ＰＤＭＳ微量流体
スタンプを組織培養プレート面の所定の場所に置いたまま蛍光顕微鏡写真（その
フォトコピーは図１７ｂに示す。）を撮って、重ね織のチャネル構造を示すよう
にした。蛍光顕微法で見た細胞の各合流層の色を上の図の各正方形パターン特徴
の上に示す。ぼんやりした赤色スポット１０８０、１０８２とぼんやりした緑色
スポット１０８４は、顕微鏡の焦点面より上の、微量流体スタンプの上段のチャ
ネル構造に位置する細胞を含む。
【０１６８】 組織培養プレートの面から微量流体スタンプを取り除いた後、先述のように該
面を組織培養基に入れ、先述のように培養して、２つの細胞タイプを成長させ共
に拡がらせた。図１７ｃは図１７ｂの画像の一部を示し、緑色の堆積ＥＣＶ細胞
及び赤色の堆積ＢＣＥ細胞を備えるパターニングされた特徴を図示する。細胞を
包含する２つの領域は、細胞のない組織培養プレート面の中間領域によって分離
されている（白い点線で仕切られている）。図１７ｄは、組織培養プレート面の
同一の領域の蛍光顕微鏡写真のフォトコピーであり、スタンプを取り除いて該面
を培養してから２０時間後に撮ったものを示す。図１７ｃ及び１７ｄを位置合わ
せすると、図１７ｄの点線中間領域は最初細胞のなかった図１７ｃの領域である
。見て分かるように、微量流体スタンプを取り除いて２０時間培養した後には、
両方の細胞タイプは、最初細胞がなかった領域内で共に分裂し、成長し、拡がっ
ている。図１７ｅもスタンプを取り除いて２０時間培養した後の、図１７ｄに示
すのと同じ領域を示すものであるが、位相コントラスト光顕微法で見たものであ
る。
【０１６９】 本発明のいくつかの実施の形態を説明してきたが、当業者であれば、ここで説
明した機能を達成し、及び/又は結果又は利点を得るための様々な他の手段及び
構造を容易に思い描くことができ、そのような変形例又は改変例のそれぞれは本
発明の範囲内のものとみなされる。より一般的には、ここに説明したすべてのパ
ラメータ、寸法、材料及び構成（適宜改変されたリスト）は代表例として意図さ
れたものであり、実際のパラメータ、寸法、材料及び構成が本発明の教示を使用
する特定の用途に依存するものであることは、当業者であれば容易に理解するで
あろう。当業者であれば、ここで説明した発明の特定の実施の形態と同等の多く
のものを認識し、又は日常の実験を超える実験を行うことなく確認できるであろ
う。したがって、前述の実施の形態は例としてのみ提示されたものであり、添付
の請求の範囲及びそれと同等の範囲内で、具体的に説明したのとは別の方法で本
発明を実施することができることは理解されるべきである。本発明は、ここに説
明した各個々の特徴、システム、材料及び/又は方法に向けられたものである。
さらに、そのような特徴、システム、材料及び/又は方法の２つ以上のどのよう
な組合せも、そのような特徴、システム、材料及び/又は方法が相互に矛盾しな
いことを条件に、本発明の範囲に含まれるものである。請求の範囲において、“
備える”、“含む”、“担持する”、“有する”、“包含する”等のすべての伝
統的な語句、又は包括語句は、開放式に、すなわち“含むが限定されない”の意
に理解されるべきである。それぞれ米国特許審査基準（ＭＰＥＰ）のセクション
２１１１．０３に記載されているように、“から成る”及び“本質的にから成る
”の伝統的な語句又は包括語句のみが限定的又は半限定的な語句と解釈されるべ
きである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１ａは“バスケット織”構成で配列された一連の相互接続チャネルを有する
微量流体ネットワーク構造物の略斜視図、図１ｂは図１ａの微量流体ネットワー
ク構造物の２次元投影図である。
【図２】 図２ａは微量流体ネットワーク構造物の第２の実施の形態の略斜視図、図２ｂ
は図２ａの微量流体ネットワーク構造物の２次元投影図である。
【図３】 図３ａは微量流体ネットワーク構造物の第３の実施の形態の略斜視図、図３ｂ
は図３ａの微量流体ネットワーク構造物の２次元投影図である。
【図４】 図４ａは中央に配置され、コイル型の流体流路で囲まれたまっすぐなチャネル
を備える５段微量流体ネットワークの略斜視図、図４ｂは図４ａの微量流体ネッ
トワーク構造物の２次元投影図である。
【図５】 図５ａ−５ｃは、本発明の１つの実施の形態による微量流体ネットワーク構造
物を形成する製造方法の１つの実施の形態の略図である。
【図６】 図６ａ−６ｃは本発明により提供される自動整列方法の１つの実施の形態の略
図、図６ｄは本発明による自動整列方法の１つの実施の形態で使用するための周
囲形状を有する微量流体ネットワークのレプリカ成形層の略図である。
【図７】 本発明による微量流体ネットワークの製造方法の第２の実施の形態の略図であ
る。
【図８】 フォトリソグラフィにより基板の面に２段トポロジー特徴を形成するための、
本発明により提供される方法の略図である。
【図９】 図９ａ及び９ｂは本発明による微量流体ネットワーク構造物を形成するための
第３の実施の形態の略図、図９ｃは図９ａ及び９ｂの微量流体ネットワーク構造
物を形成するための第３の実施の形態の改変例の一連の略断面図である。
【図１０】 コイル型の一連の相互接続チャネルで囲まれたまっすぐなチャネルを含む５段
微量流体ネットワーク構造物を形成する方法の略図である。
【図１１】 本発明により提供される微量流体スタンプで形成された材料面上のパターンの
略図である。
【図１２】 図１２ａは本発明により提供されるバスケット織微量流体ネットワーク構造物
を形成するための下及び上型マスターの略斜視図、図１２ｂ−１２ｃは本発明の
１つの実施の形態による、バスケット織構成で配列された一連のチャネルによっ
て特徴づけられる微量流体ネットワークの光学顕微鏡写真のフォトコピー、図１
２ｄは本発明の１つの実施の形態により生産されたマイクロ成形構造物のＳＥＭ
画像のフォトコピーである。
【図１３】 本発明の１つの実施の形態による、一連の相互接続チャネルを備えたコイル型
流体流路で囲まれたまっすぐなチャネルを備える微量流体ネットワークの光学顕
微鏡写真のフォトコピーである。
【図１４】 図１４ａは本発明の１つの実施の形態による微量流体スタンプ工程の略図、図
１４ｂは図１４ａに示す微量流体スタンプの流体流路のレイアウトの略図、図１
４ｃは図１４ａに示す微量流体スタンプを使用してパターニングされた面の光学
顕微鏡写真のフォトコピーである。
【図１５】 図１５ａは本発明により提供される微量流体スタンプの１つの実施の形態にお
ける流体流路のレイアウトの略図、図１５ｂは図１５ａに示す微量流体ネットワ
ーク構造物を有する微量流体スタンプを使用して材料面にスタンプしたパターン
の光学顕微鏡写真のフォトコピーである。
【図１６】 図１６ａは本発明により提供される微量流体スタンプの１つの実施の形態にお
ける流体流路のレイアウトの略図、図１６ｂ−１６ｄは図１６ａに示す微量流体
ネットワーク構成を有する微量流体スタンプを使用して堆積させた、材料面にパ
ターニングされた細胞の光学顕微鏡写真のフォトコピーである。
【図１７】 図１７ａは本発明により提供される微量流体スタンプの１つの実施の形態にお
ける流体流路のレイアウトの略図、図１７ｂ−１７ｅは図１７ａに示す微量流体
ネットワーク構成を有する微量流体スタンプを使用して堆積させた、材料面にパ
ターニングされた細胞の光学顕微鏡写真のフォトコピーである。
【符号の説明】
１００ 微量流体ネットワーク構造物 １０２、１０４、１０６ 流体流路 １３２、１３４ 面 ２００ 微量流体ネットワーク ２０２ 流体流路 ２２０ 微量流体ネットワーク構造物 ３００ 下型マスター ３０６ 上型マスター ３２０ 基板 ３５０ 下型マスター ４００ 第１層 ４０２ 第２層 ５００ 型マスター ５１０ 成形レプリカ ５２０ 型マスター ５５０ 成形レプリカ層 ５６０ 微量流体ネットワーク構造物 ６００ シリコンウェーハ ６０２ フォトレジスト層 ６０４ フォトマスク ６１４ フォトレジスト ６２０ 下型マスター ７００ 基板 ７１２ 容器 ７２０ 上型マスター ７６０ 微量流体ネットワーク構造物 ８００ 成形レプリカ層 ８０２ 下型マスター ８１０ 成形レプリカ層 ８１２ 上型マスター ８３０ 上型マスター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｍ 1/34 Ｃ１２Ｍ 1/34 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＣ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ， ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，Ｉ Ｎ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 チュー，ダニエル・ティー アメリカ合衆国ワシントン州98115，シア トル，フォーティス・アベニュー・ノース イースト 7009 (72)発明者 ジャックマン，レベッカ・ジェイ アメリカ合衆国マサチューセッツ州02139， ケンブリッジ，ノーフォーク・ストリート 270，ナンバー ６ (72)発明者 チェルニアフスカヤ，オクサナ アメリカ合衆国ニューヨーク州10027，ニ ューヨーク，ウエスト・ワンハンドレッド アンドエイティーンス・ストリート 419 (72)発明者 マクドナルド，クーパー アメリカ合衆国マサチューセッツ州02138， ケンブリッジ，ホールデン・グリーン 32 (72)発明者 ホワイトサイズ，ジョージ・エム アメリカ合衆国マサチューセッツ州02158， ニュートン，グラスミア・ストリート 124 Ｆターム(参考） 4B029 AA07 AA23 BB11 BB15 CC09 FA15

Claims (137)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微量流体ネットワークであって、 少なくとも第１及び第２の相互流体接続されていない流体流路を含むポリマー
    構造物を備え、少なくとも該第１流路が該ポリマー構造物内に一連の相互接続さ
    れたチャネルを備え、該一連の相互接続されたチャネルが、該構造物の第１段内
    に配置された少なくとも１つの第１チャネルと、該構造物の第２段内に配置され
    た少なくとも１つの第２チャネルと、該第１チャネル及び該第２チャネルを相互
    流体接続する少なくとも１つの接続チャネルとを備え、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約５００μｍを超えない断面寸法を
    有し、 該構造物が、該構造物の該第１段内に配置されて該構造物の該第２段内に配置
    された少なくとも１つのチャネルと非平行の少なくとも１つのチャネルを含む、
    微量流体ネットワーク。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第１及び第２流路のそれぞれが該ポリマー構造物内に一連の相互接続された
    チャネルを備え、かつ各一連の相互接続されたチャネルが、該構造物の第１段内
    に配置された少なくとも１つの第１チャネルと、該構造物の第２段内に配置され
    た少なくとも１つの第２チャネルと、該第１チャネル及び該第２チャネルを相互
    流体接続する少なくとも１つの接続チャネルとを含む、微量流体ネットワーク。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物の該第２段内に配置された該第１流路の少なくとも１つの第２チャネ
    ルが、該構造物の該第１段内に配置された該第１流路の少なくとも１つの第１チ
    ャネルと非平行である、微量流体ネットワーク。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第１流体流路の少なくとも１つのチャネルが該第２流体流路の少なくとも１
    つのチャネルの上方を横断し、該第１及び第２段の少なくとも一方を規定する面
    上への該第１流路の該チャネルの垂直投影と、該第２流路の該チャネルの垂直投
    影とが少なくとも部分的に重なり合う、微量流体ネットワーク。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該ポリマー構造物がエラストマー材料で形成される、微量流体ネットワーク。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該エラストマー材料がシリコーンポリマーを備える、微量流体ネットワーク。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該シリコーンポリマーがポリ（ジメチルシロキサン）を備える、微量流体ネッ
    トワーク。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物がポリマー材料の少なくとも１つの分離層で構成される、微量流体ネ
    ットワーク。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物が、ポリマー材料の少なくとも２つの分離層で構成され、各層が少な
    くとも１つのチャネルを含み、該層が相互に段積みされる、微量流体ネットワー
    ク。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物の第１分離層が、該構造物の該第１段を規定しかつ少なくとも１つの
    第１チャネルが配置された面を含み、さらに該層の厚みを横切って少なくとも１
    つの接続チャネルを形成する少なくとも１つのチャネルを含み、かつ該構造物の
    第２分離層が、該構造物の第２段を規定しかつ少なくとも１つの第２チャネルが
    配置された面を含む、微量流体ネットワーク。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物が、ポリマー材料の少なくとも３つの分離層で構成され、該構造物の
    第１分離層が、該構造物の第１段を規定しかつ該層に配置された少なくとも１つ
    の第１チャネルを有し、該構造物の第２分離層が、該層の厚みを横切って該少な
    くとも１つの接続チャネルを形成する少なくとも１つのチャネルを含み、該構造
    物の第３分離層が、該構造物の第３段を規定しかつ該層に配置された該少なくと
    も１つの第２チャネルを有する、微量流体ネットワーク。
  12. 【請求項１２】 請求項９に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該少なくとも２つの分離層のそれぞれが該分離層の他方と形状適合接触する、
    微量流体ネットワーク。
  13. 【請求項１３】 請求項９に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該少なくとも２つの分離層のそれぞれが該分離層の他方に不可逆的に固着され
    る、微量流体ネットワーク。
  14. 【請求項１４】 請求項８に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該少なくとも１つの分離層がポリマー膜を備え、該ポリマー膜が、該構造物の
    該第１段を規定しかつ少なくとも１つの第１チャネルが配置された第１面と、該
    構造物の該第２段を規定しかつ少なくとも１つの第２チャネルが配置された第２
    面と、該第１面及び該第２面の中間のポリマー領域とを含み、該領域が、該領域
    を貫通して該膜の該第１面に配置された該第１チャネルと該第２面に配置された
    該第２チャネルとを相互流体接続する該少なくとも１つの接続チャネルを含む、
    微量流体ネットワーク。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該ポリマー膜の少なくとも該第１面が基板の面と形状適合接触する、微量流体
    ネットワーク。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該ポリマー膜の該第１面が該基板の該面に不可逆的に固着される、微量流体ネ
    ットワーク。
  17. 【請求項１７】 請求項１５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該基板が該ポリマー膜を形成するのと同一の材料から形成される、微量流体ネ
    ットワーク。
  18. 【請求項１８】 請求項１５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該基板の該面が本質的に平面である、微量流体ネットワーク。
  19. 【請求項１９】 請求項１５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該基板の該面が湾曲している、微量流体ネットワーク。
  20. 【請求項２０】 請求項１５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該ポリマー膜の第１面が第１基板の面と形状適合接触し、該ポリマー膜の該第
    ２面が第２基板の面と形状適合接触する、微量流体ネットワーク。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第１及び第２基板が異なった材料から形成される、微量流体ネットワーク。
  22. 【請求項２２】 請求項２０に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第１及び第２基板が同一の材料から形成される、微量流体ネットワーク。
  23. 【請求項２３】 請求項２２に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第１及び第２基板を形成する該材料が該ポリマー膜を形成する材料と同一で
    ある、微量流体ネットワーク。
  24. 【請求項２４】 請求項２０に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該ポリマー膜の該第１面が該第１基板の該面に不可逆的に固着される、微量流
    体ネットワーク。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該ポリマー膜の該第２面が該第２基板の該面に不可逆的に固着される、微量流
    体ネットワーク。
  26. 【請求項２６】 請求項１４に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該微量流体ネットワークが複数の分離層を備え、該複数の分離層が相互に段積
    みされた複数のポリマー膜を備える、微量流体ネットワーク。
  27. 【請求項２７】 請求項１に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約２５０μｍを超えない断面寸法を
    有する、微量流体ネットワーク。
  28. 【請求項２８】 請求２７項に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約１００μｍを超えない断面寸法を
    有する、微量流体ネットワーク。
  29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約５０μｍを超えない断面寸法を有
    する、微量流体ネットワーク。
  30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約２０μｍを超えない断面寸法を有
    する、微量流体ネットワーク。
  31. 【請求項３１】 微量流体ネットワークであって、 少なくとも１つの流体流路を含むエラストマー製構造物を備え、該流路が該構
    造物内に一連の相互接続されたチャネルを備え、該一連の相互接続されたチャネ
    ルが、該構造物の第１段内に配置された少なくとも１つの第１チャネルと、該構
    造物の第２段内に配置された少なくとも１つの第２チャネルと、該第１チャネル
    及び該第２チャネルを相互流体接続する少なくとも１つの接続チャネルとを備え
    、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約５００μｍを超えない断面寸法を
    有し、 該構造物が、該構造物の該第１段内に配置されて該構造物の該第２段内に配置
    された少なくとも１つのチャネルと非平行の少なくとも１つのチャネルを含み、 該構造物がポリマー材料の少なくとも２つの分離層で構成され、各層が少なく
    とも１つのチャネルを含み、該層が相互に段積みされ、 該構造物の第１分離層が、該構造物の該第１段を規定しかつ該少なくとも１つ
    の第１チャネルが配置された面を含み、さらに該層の厚みを横切って該少なくと
    も１つの接続チャネルを形成する少なくとも１つのチャネルを含み、 該構造物の第２分離層が、該構造物の該第２段を規定しかつ該少なくとも１つ
    の第２チャネルが配置された面を含む、微量流体ネットワーク。
  32. 【請求項３２】 微量流体ネットワークであって、 少なくとも１つの流体流路を含むエラストマー製構造物を備え、該流路が該構
    造物内に一連の相互接続されたチャネルを備え、該一連の相互接続されたチャネ
    ルが、該構造物の第１段内に配置された少なくとも１つの第１チャネルと、該構
    造物の第２段内に配置された少なくとも１つの第２チャネルと、該第１チャネル
    及び該第２チャネルを相互流体接続する少なくとも１つの接続チャネルとを含み
    、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約５００μｍを超えない断面寸法を
    有し、 該構造物が、該構造物の該第１段内に配置されて該構造物の第２段内に配置さ
    れた少なくとも１つのチャネルと非平行の少なくとも１つのチャネルを含み、 該構造物がポリマー材料の少なくとも１つの分離層で構成され、 該少なくとも１つの分離層がポリマー膜を備え、該ポリマー膜が、該構造物の
    該第１段を規定しかつ該少なくとも１つの第１チャネルが配置された第１面と、
    該構造物の該第２段を規定しかつ該少なくとも１つの第２チャネルが配置された
    第２面と、該第１面及び該第２面の間のポリマー領域とを含み、該領域が、該領
    域を貫通して該膜の該第１面に配置された該第１チャネルと該第２面に配置され
    た該第２チャネルとを相互流体接続する該少なくとも１つの接続チャネルを含む
    、微量流体ネットワーク。
  33. 【請求項３３】 請求項３１又は３２に記載の微量流体ネットワークにおい
    て、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約２５０μｍを超えない断面寸法を
    有する、微量流体ネットワーク。
  34. 【請求項３４】 請求３３項に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約１００μｍを超えない断面寸法を
    有する、微量流体ネットワーク。
  35. 【請求項３５】 請求項３４に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約５０μｍを超えない断面寸法を有
    する、微量流体ネットワーク。
  36. 【請求項３６】 請求項３５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約２０μｍを超えない断面寸法を有
    する、微量流体ネットワーク。
  37. 【請求項３７】 請求項３２に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該構造物が相互に段積みされた複数のポリマー膜を備える、微量流体ネットワ
    ーク。
  38. 【請求項３８】 ポリマー膜であって、 少なくとも１つのチャネルが配置された第１面と、 少なくとも１つのチャネルが配置された第２面と、 該第１面及び該第２面の間のポリマー領域とを備え、該領域が、該領域を貫通
    して該膜の該第１面に配置された該チャネルと、該第２面に配置された該チャネ
    ルとを相互流体接続する少なくとも１つの接続チャネルを含み、 少なくとも１つのチャネルが約５００μｍを超えない断面寸法を有する、ポリ
    マー膜。
  39. 【請求項３９】 請求項３８に記載のポリマー膜において、 該ポリマー膜の少なくとも該第１面が基板の面と形状適合接触する、ポリマー
    膜。
  40. 【請求項４０】 請求項３９に記載のポリマー膜において、 該ポリマー膜の該第１面が該基板の該面に不可逆的に固着される、ポリマー膜
    。
  41. 【請求項４１】 請求項３９に記載のポリマー膜において、 該基板が該ポリマー膜を形成するのと同一の材料から形成される、ポリマー膜
    。
  42. 【請求項４２】 請求項３９に記載のポリマー膜において、 該基板の該面が本質的に平面である、ポリマー膜。
  43. 【請求項４３】 請求項３９に記載のポリマー膜において、 該基板の該面が少なくとも１つのトポロジー特徴を含む、ポリマー膜。
  44. 【請求項４４】 請求項４３に記載のポリマー膜において、 該基板の該面の該少なくとも１つのトポロジー特徴が該ポリマー膜の該第１面
    のトポロジー特徴と嵌合可能に形づくられる、ポリマー膜。
  45. 【請求項４５】 請求項３９に記載のポリマー膜において、 該ポリマー膜の該第１面が第１基板の面と形状適合接触し、該ポリマー膜の該
    第２面が第２基板の面と形状適合接触する、ポリマー膜。
  46. 【請求項４６】 請求項４５に記載のポリマー膜において、 該第１及び第２基板が異なった材料から形成される、ポリマー膜。
  47. 【請求項４７】 請求項４５に記載のポリマー膜において、 該第１及び第２基板が同一の材料から形成される、ポリマー膜。
  48. 【請求項４８】 請求項４７に記載のポリマー膜において、 該第１及び第２基板を形成する材料が該ポリマー膜を形成する材料と同一であ
    る、ポリマー膜。
  49. 【請求項４９】 請求項３８に記載のポリマー膜において、 該ポリマー膜が相互に段積みされた複数の分離層の１つを形成する、ポリマー
    膜。
  50. 【請求項５０】 請求項３８に記載のポリマー膜において、 該膜内の少なくとも１つのチャネルが約２５０μｍを超えない断面寸法を有す
    る、ポリマー膜。
  51. 【請求項５１】 請求５０項に記載のポリマー膜において、 該膜内の少なくとも１つのチャネルが約１００μｍを超えない断面寸法を有す
    る、ポリマー膜。
  52. 【請求項５２】 請求項５１に記載のポリマー膜において、 該膜内の少なくとも１つのチャネルが約５０μｍを超えない断面寸法を有する
    、ポリマー膜。
  53. 【請求項５３】 請求項５２に記載のポリマー膜において、 該膜内の少なくとも１つのチャネルが約２０μｍを超えない断面寸法を有する
    、ポリマー膜。
  54. 【請求項５４】 微量流体ネットワーク構造物の形成方法であって、 少なくとも１つの型基板を設けるステップと、 該型基板の面に少なくとも１つのトポロジー特徴を形成して第１型マスターを
    形成するステップであって、前記少なくとも１つのトポロジー特徴の少なくとも
    １つが２段トポロジー特徴であり、該２段トポロジー特徴が、該特徴に隣接した
    該面の領域に対し第１深さ又は高さを有する第１部分と、該第１部分に一体的に
    接続され、該特徴に隣接した該面の該領域に対し該第１深さ又は高さより大きい
    第２深さ又は高さを有する第２部分とによって特徴づけられる、ステップと、 該面を第１硬化可能液と接触させるステップと、 該液を硬化させて該面の第１成形レプリカを作成するステップと、 第１成形レプリカを該第１型マスターから取り除くステップと、 該第１成形レプリカを、微量流体ネットワークを備える構造物に組み立てるス
    テップであって、該微量流体ネットワークが少なくとも１つの流体流路を有し、
    該流体流路が、該構造物内に一連の相互接続されたチャネルを備え、該一連の相
    互接続されたチャネルが、該構造物の第１段内に配置された少なくとも１つの第
    １チャネルと、該構造物の第２段内に配置された少なくとも１つの第２チャネル
    と、該第１チャネル及び該第２チャネルを相互流体接続する少なくとも１つの接
    続チャネルとを含み、かつ該チャネルの少なくとも１つが約５００μｍを超えな
    い断面寸法を有し、かつ該構造物が、該構造物の該第１段内に配置されて該構造
    物の第２段内に配置された少なくとも１つのチャネルと非平行の少なくとも１つ
    のチャネルを含む、ステップとを備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法。
  55. 【請求項５５】 請求項５４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該トポロジー特徴が該第１型マスターの該面からの突出物を備え、かつ該少な
    くとも１つの２段トポロジー特徴の該第１部分が、該２段トポロジー特徴に隣接
    した該面の該領域に対し第１高さを有し、該第２部分が、該特徴に連接した該面
    の該領域に対し該第１高さより大きい第２高さを有する、微量流体ネットワーク
    構造物の形成方法。
  56. 【請求項５６】 請求項５５に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該硬化ステップ及び取り除きステップにより形成された該第１成形レプリカが
    該組み立てステップで形成された該微量流体ネットワークの該第１段を形成し、
    かつ該第１段に配置された該少なくとも１つの第１チャネルが該少なくとも１つ
    の２段トポロジー特徴の該第１部分により成形される、微量流体ネットワーク構
    造物の形成方法。
  57. 【請求項５７】 請求項５６に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該硬化ステップ及び取り除きステップにより形成された該第１成形レプリカが
    該組み立てステップで形成された該微量流体ネットワークの該少なくとも１つの
    接続チャネルを含み、かつ該接続チャネルが該少なくとも１つの２段トポロジー
    特徴の該第２部分によって少なくとも部分的に成形される、微量流体ネットワー
    ク構造物の形成方法。
  58. 【請求項５８】 請求項５５に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該接触ステップが、該第１型マスターの該面に該第１硬化可能液の層を作成す
    るステップを備え、該層が該第１高さを超えるが該第２高さを超えない深さを有
    する、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  59. 【請求項５９】 請求項５８に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該作成ステップが、第２型基板の面を、該第１型マスターの該面の該少なくと
    も１つの２段トポロジー特徴の該第２部分の面と当接させるステップをさらに備
    える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  60. 【請求項６０】 請求項５９に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型基板の該面が本質的に特徴のない平面である、微量流体ネットワーク
    構造物の形成方法。
  61. 【請求項６１】 請求項５９に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型基板が第２型マスターを構成し、かつ該第２型マスターの該面が少な
    くとも１つのトポロジー特徴を含む、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  62. 【請求項６２】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターの該面の少なくとも１つのトポロジー特徴がフォトリソグラ
    フィ工程により形成される、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  63. 【請求項６３】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターの該面が、少なくとも１つのトポロジー特徴を含む他の面の
    成形レプリカを備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  64. 【請求項６４】 請求項６３に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターがエラストマー材料から形成される、微量流体ネットワーク
    構造物の形成方法。
  65. 【請求項６５】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターの該面の該少なくとも１つのトポロジー特徴が該面からの突
    出物を備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  66. 【請求項６６】 請求項６５に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該硬化ステップ及び取り除きステップにより形成された該第１成形レプリカが
    該組み立てステップで形成された該微量流体ネットワークの該第２段を形成する
    第２面を含み、かつ該第２段に配置された該少なくとも１つの第２チャネルが該
    第２型マスターの該面の該少なくとも１つのトポロジー特徴によって成形される
    、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  67. 【請求項６７】 請求項６５に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターの該面が少なくとも１つの２段トポロジー特徴を含み、該２
    段トポロジー特徴が、該特徴に隣接した該面の領域に対し第１高さを有する第１
    部分と、該第１部分に一体的に接続され、該特徴に隣接した該面の該領域に対し
    第１高さより大きい第２高さを有する第２部分とによって特徴づけられる、微量
    流体ネットワーク構造物の形成方法。
  68. 【請求項６８】 請求項６７に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターの該２段トポロジー特徴の該第２部分の少なくとも一部が、
    該第１型マスターの２段トポロジー特徴の該第２部分の少なくとも一部と、該当
    接ステップにおける該型マスターの合体時、嵌合するよう形づくられ位置決めさ
    れている、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  69. 【請求項６９】 請求項６８に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２型マスターの該２段トポロジー特徴の該第２部分の少なくとも一部が、
    該第１型マスターの２段トポロジー特徴の該第２部分の少なくとも一部と、該当
    接ステップにおける該型マスターの合体時、組み合うよう形づくられ位置決めさ
    れている、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  70. 【請求項７０】 請求項６８に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該硬化ステップ及び取り除きステップ中に形成される該第１成形レプリカが、
    該組み立てステップで形成された微量流体ネットワークの該少なくとも１つの接
    続チャネルをさらに含み、かつ該接続チャネルが、該第２型マスターの該少なく
    とも１つの２段トポロジー特徴の該第２部分により少なくとも部分的に成形され
    る、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  71. 【請求項７１】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１型マスターの該面の少なくとも１つのトポロジー特徴が第１整列要素を
    備え、かつ該第２型マスターの少なくとも１つのトポロジー特徴が第２整列要素
    を備え、該第２整列要素が該第１整列要素と嵌合可能に形づくられる、微量流体
    ネットワーク構造物の形成方法。
  72. 【請求項７２】 請求項７１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１及び第２整列要素が両方とも、該接触及び硬化ステップにおいて、該微
    量流体ネットワーク構造物の該少なくとも１つの流体流路と流体連通するチャネ
    ルを成形しないトポロジー特徴を備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法。
  73. 【請求項７３】 請求項７１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１及び第２整列要素が、該接触ステップ中に互いに嵌合するトポロジー特
    徴を備え、かつ該微量流体ネットワーク構造物の少なくとも１つの接続チャネル
    の少なくとも一部が、該嵌合したトポロジー特徴の少なくとも一部によって少な
    くとも部分的に成形される、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  74. 【請求項７４】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該接触ステップが、 該第１型マスターの該面を該第２型マスターの該面と少なくとも部分的に当接
    させるステップと、 該第１型マスターの該少なくとも１つのトポロジー特徴と該第２型マスターの
    該少なくとも１つのトポロジー特徴とを相互に整列させて所望の特徴整列を得る
    ステップと、 該第１硬化可能液を、該第１及び第２型マスター間の界面の周囲と接触させて
    適用するステップと、 該第１硬化可能液を毛管作用により該第１及び第２型マスター間のすき間に流
    入させるステップとを備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  75. 【請求項７５】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該接触ステップが、 該第１型マスターの該面に該第１硬化可能液の層を形成するステップと、 該第２型マスターの該面を該第１型マスターの該面と少なくとも部分的に当接
    させるステップと、 該第１型マスターの該少なくとも１つのトポロジー特徴と該第２型マスターの
    該少なくとも１つのトポロジー特徴とを相互に整列させて所望の特徴整列を得る
    ステップとを備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  76. 【請求項７６】 請求項７４又は７５に記載の微量流体ネットワーク構造物
    の形成方法において、 該第１型マスターの該少なくとも１つのトポロジー特徴の少なくとも一部と該
    第２型マスターの該少なくとも１つのトポロジー特徴の少なくとも一部とを組み
    合わせるステップをさらに備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  77. 【請求項７７】 請求項６１に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該取り除きステップが、 該第１及び該第２型マスターの少なくとも一方に該マスターを相互に分離させ
    る力を加えるステップと、 該第１成形レプリカを該第２型マスターの該面に接触させ支持させたまま該第
    １成形レプリカを該第１型マスターの該面から取り除くステップと、 該第２型マスターを該第１成形レプリカから取り除くステップとを備える、微
    量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  78. 【請求項７８】 請求項７７に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１成形レプリカを該第２型マスターの該面に接触させ支持させたまま該第
    １成形レプリカを該第１型マスターの該面から取り除くステップの後であって、
    該第２方マスターを該第１成形レプリカから取り除くステップの前に、該第１成
    形レプリカを支持面と接触させるステップをさらに備える、微量流体ネットワー
    ク構造物の形成方法。
  79. 【請求項７９】 請求項５４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１硬化可能液が、凝固して固体ポリマー材料を形成できる液体を備える、
    微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  80. 【請求項８０】 請求項７９に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１硬化可能液が弾性ポリマーの硬化可能プレポリマーを備える、微量流体
    ネットワーク構造物の形成方法。
  81. 【請求項８１】 請求項８０に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１硬化可能液がポリ（ジメチルシロキサン）の硬化可能プレポリマーを備
    える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  82. 【請求項８２】 請求項７９に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該硬化ステップが該第１硬化可能液に熱を加えるステップを備える、微量流体
    ネットワーク構造物の形成方法。
  83. 【請求項８３】 請求項７９に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該硬化ステップが該第１硬化可能液に紫外線を照射するステップを備える、微
    量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  84. 【請求項８４】 請求項５４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該組み立てステップが、 少なくとも１つの酸化可能面を有する第１支持基板を設けるステップと、 該第１支持基板の該酸化可能面及び該第１成形レプリカを酸化させるステップ
    と、 該第１支持基板の該面を該第１成形レプリカの第１面の少なくとも一部と形状
    適合接触させるステップと、 該第１成形レプリカを該第１支持基板に該面間の化学反応を介して固着させる
    ステップとを備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  85. 【請求項８５】 請求項８４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１支持基板の該酸化可能面が、本質的に何らの特徴も配置されていない本
    質的に平面である、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  86. 【請求項８６】 請求項８５に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１支持基板が、該第１成形レプリカを形成する材料とは異なる材料から形
    成される、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  87. 【請求項８７】 請求項８５に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１支持基板が、該第１成形レプリカを形成するのと同一の材料から形成さ
    れる、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  88. 【請求項８８】 請求項８４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第１支持基板が第２成形レプリカを構成する、微量流体ネットワーク構造物
    の形成方法。
  89. 【請求項８９】 請求項８８に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該酸化ステップ前に、 該第１成形レプリカの該第１面の少なくとも一部を該第２成形レプリカの面の
    少なくとも一部と接触させるステップと、 該第１成形レプリカの成形特徴を該第２成形レプリカの成形特徴と整列させて
    所望の特徴整列を得るステップと、 該第１成形レプリカと該第２成形レプリカとの該面を該所望の特徴整列を乱す
    ことなく分離するステップとをさらに備える、微量流体ネットワーク構造物の形
    成方法。
  90. 【請求項９０】 請求項８８に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該酸化ステップ後及び該当接ステップ前に、 該酸化ステップで酸化させた該面と本質的に非反応性の液体を、該酸化ステッ
    プで酸化させた該面の少なくとも一方と接触させるステップと、 該第１成形レプリカの該第１面及び該第２成形レプリカの面をそれらの面が、
    該酸化ステップで酸化させた該面と本質的に非反応性の該液体の連続層によって
    相互に分離されるよう配置するステップと、 該第１成形レプリカの成形特徴を該第２成形レプリカの成形特徴と整列させて
    所望の特徴整列を得るステップと、 該酸化ステップで酸化させた該面と本質的に非反応性の該液を該面の間から除
    去するステップとをさらに備える、分離微量流体ネットワーク構造物の形成方法
    。
  91. 【請求項９１】 請求項９０に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該酸化ステップで酸化させた該面と本質的に非反応性の該液体を該面の間から
    除去するステップを備える該ステップと、該当接ステップとが、単一のステップ
    を構成する、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  92. 【請求項９２】 請求項９０に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該酸化ステップで酸化させた該面と本質的に非反応性の該液体が該面の間から
    蒸発により除去される、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  93. 【請求項９３】 請求項８４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該組み立てステップが、 少なくとも１つの酸化可能面を有する第２支持基板を設けるステップと、 該第２支持基板の該酸化可能面及び該第１成形レプリカを酸化させるステップ
    と、 該第２支持基板の該面を該第１成形レプリカの第２面の少なくとも一部と形状
    適合接触させるステップと、 該第１成形レプリカを該第２支持基板に該面間の化学反応を介して固着させる
    るステップとをさらに備える、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  94. 【請求項９４】 請求項９３に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２支持基板の該酸化可能面が、本質的に何らの特徴も配置されていない本
    質的に平面である、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  95. 【請求項９５】 請求項９４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２支持基板が、該第１成形レプリカを形成する材料とは異なる材料から形
    成される、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  96. 【請求項９６】 請求項９４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２支持基板が、該第１成形レプリカを形成するのと同一の材料から形成さ
    れる、微量流体ネットワーク構造物の形成方法。
  97. 【請求項９７】 請求項９３に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、 該第２支持基板が第２成形レプリカを構成する、微量流体ネットワーク構造物
    の形成方法。
  98. 【請求項９８】 請求項５４に記載の微量流体ネットワーク構造物の形成方
    法において、該組み立てステップ後に、 該微量流体ネットワークの該少なくとも１つの流体流路に第２硬化可能液を少
    なくとも部分的に充填するステップと、 該第２硬化可能液を凝固させて該微量流体ネットワークの該流路と一致する構
    造を有する成形品とするステップと、 該成形品の周囲の微量流体構造物を除去するステップとをさらに備える、微量
    流体ネットワーク構造物の形成方法。
  99. 【請求項９９】 成形構造物の形成方法であって、 少なくとも１つの型基板を設けるステップと、 少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を有する少なくとも１つの
    ２段トポロジー特徴を該基板の面に形成して型マスターを形成するステップであ
    って、該２段トポロジー特徴が、該特徴に隣接した該面の領域に対し第１深さ又
    は高さを有する第１部分と、該第１部分に一体的に接続されて該特徴に隣接した
    該面の該領域に対し第１深さ又は高さより大きい第２深さ又は高さを有する第２
    部分とによって特徴づけられる、ステップと、 該面を硬化可能液と接触させるステップと、 該液を硬化させて該面の成形レプリカを作成するステップと、 該成形レプリカを該型マスターから取り除くステップとを備える、成形構造物
    の形成方法。
  100. 【請求項１００】 請求項９９に記載の成形構造物の形成方法において、 該硬化ステップ及び取り除きステップにより形成された該成形レプリカが第１
    面を含み、該第１面が、該少なくとも１つの２段トポロジー特徴の該第１部分に
    よって成形された少なくとも１つのチャネルを備え、該成形レプリカがさらに、
    該成形レプリカの該第１面に配置された該チャネルと流体接続されかつ該チャネ
    ルと本質的に直交する少なくとも１つの接続チャネルを含み、該接続チャネルが
    該２段トポロジー特徴の該第２部分によって成形される、成形構造物の形成方法
    。
  101. 【請求項１０１】 請求項９９に記載の成形構造物の形成方法において、 該型基板がシリコンウェーハを備える、成形構造物の形成方法。
  102. 【請求項１０２】 請求項１０１に記載の成形構造物の形成方法において、 該シリコンウェーハの少なくとも１つの面が少なくとも第１フォトレジスト層
    でコーティングされ、該第１フォトレジスト層が面を有し、該面が、該形成ステ
    ップで該少なくとも１つのトポロジー特徴がその上に形成される該基板の面を形
    成する、成形構造物の形成方法。
  103. 【請求項１０３】 請求項１０２に記載の成形構造物の形成方法において、 該フォトレジストがポジ型フォトレジストを備える、成形構造物の形成方法。
  104. 【請求項１０４】 請求項１０２に記載の成形構造物の形成方法において、 該フォトレジストがネガ型フォトレジストを備える、成形構造物の形成方法。
  105. 【請求項１０５】 請求項１０２に記載の成形構造物の形成方法において、
    該形成ステップが、 第１パターンを規定する第１フォトマスクを設けるステップと、 該第１フォトレジスト層の該面を該第１フォトマスクを介して放射線に暴露す
    るステップと、 該第１フォトレジスト層の該面を第２フォトレジスト層でコーティングするス
    テップと、 第２パターンを規定する第２フォトマスクを設けるステップと、 該第２フォトレジスト層を該第２フォトマスクを介して放射線に暴露するステ
    ップとを備える、成形構造物の形成方法。
  106. 【請求項１０６】 請求項１０５に記載の成形構造物の形成方法において、 該第１及び第２フォトマスクが印刷透明物を備える、成形構造物の形成方法。
  107. 【請求項１０７】 請求項１０６に記載の成形構造物の形成方法において、 該第１及び第２パターンが、コンピュータ支援設計プログラムにより設計され
    、該透明物に高解像度プリンタで印刷される、成形構造物の形成方法。
  108. 【請求項１０８】 請求項１０５に記載の成形構造物の形成方法において、
    各該暴露ステップ後に、 該フォトレジスト層を現像剤で現像するステップであって、該現像剤が、該フ
    ォトレジスト材料が該フォトマスクを介して放射線に暴露されたかに基づいて該
    フォトレジスト材料を選択的に除去し、該フォトマスクの該パターンに対応する
    トポロジー特徴を備えたポジ型のレリーフパターンをフォトレジストに生じさせ
    るステップをさらに備える、成形構造物の形成方法。
  109. 【請求項１０９】 請求項１０５に記載の成形構造物の形成方法において、
    該第２暴露ステップ後に、 該第１及び第２フォトレジスト層を現像剤で現像するステップであって、該現
    像剤が、フォトレジスト材料が該第１又は第２フォトマスクのいずれかを介して
    放射線に暴露されたかに基づいて該フォトレジスト材料を選択的に除去し、該第
    １及び第２フォトマスクの該第１及び第２パターンに対応するトポロジー特徴を
    備えたポジ型のレリーフパターンをフォトレジストに生じさせるステップをさら
    に備える、成形構造物の形成方法。
  110. 【請求項１１０】 請求項１０５に記載の成形構造物の形成方法において、
    該第２フォトマスクを設けるステップ後及び該第２暴露ステップ前に、 該第２パターンが、先の該第１フォトマスクの該第１パターンの向き及び位置
    に対し所望の向き及び位置を有するよう該第２フォトマスクを整列させるステッ
    プをさらに備える、成形構造物の形成方法。
  111. 【請求項１１１】 請求項１１０に記載の成形構造物の形成方法において、 該第１フォトマスクの該第１パターンの特徴が該少なくとも１つの２段トポロ
    ジー特徴の第１部分に対応し、かつ該第２フォトマスクの該第２パターンの特徴
    が該少なくとも１つの２段トポロジー特徴の第２部分に対応する、成形構造物の
    形成方法。
  112. 【請求項１１２】 材料面にトポロジー特徴を形成する方法であって、 第１フォトレジスト層の面の部分を第１パターンで放射線に暴露するステップ
    と、 該第１フォトレジスト層の該面を第２フォトレジスト層でコーティングするス
    テップと、 該第２フォトレジスト層の面の部分を該第１パターンとは異なる第２パターン
    で放射線に暴露するステップと、 該第１及び第２フォトレジスト層を現像剤で現像してフォトレジストにポジ型
    のレリーフパターンを得るステップとを備え、該ポジ型のレリーフパターンが、
    少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を有する少なくとも１つの２
    段トポロジー特徴を含み、該２段トポロジー特徴が、該材料の該面に対し第１高
    さを有する第１部分と、該第１部分に一体的に接続されて該材料の該面に対し第
    ２高さを有する第２部分とによって特徴づけられる、材料面にトポロジー特徴を
    形成する方法。
  113. 【請求項１１３】 成形構造物の形成方法であって、 エラストマー材料で形成され、かつ少なくとも１つの約５００μｍを超えない
    断面寸法を備えた少なくとも１つのトポロジー特徴を含む面、を有する第１型マ
    スターを設けるステップと、 少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも１つの
    トポロジー特徴を含む面を有する第２型マスターを設けるステップと、 硬化可能液を該第１及び第２型マスターの少なくとも一方の該面と接触させる
    ステップと、 該第１型マスターの該面を該第２型マスターの該面と少なくとも部分的に当接
    させるステップと、 該液を硬化させて該第１型マスターの該面及び該第２型マスターの該面の成形
    レプリカを作成するステップと、 該型マスターの少なくとも一方から該成形レプリカを取り除くステップとを備
    える、成形構造物の形成方法。
  114. 【請求項１１４】 成形構造物の形成方法であって、 少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも第１ト
    ポロジー特徴と、第１整列要素を備えた少なくとも第２トポロジー特徴とを含む
    面、を有する第１型マスターを設けるステップと、 少なくとも１つの約５００μｍを超えない断面寸法を備えた少なくとも第１ト
    ポロジー特徴と、該第１整列要素の形状と嵌合可能な形状を有する第２整列要素
    を備えた少なくとも第２トポロジー特徴とを含む面、を有する第２型マスターを
    設けるステップと、 硬化可能液を該第１及び第２型マスターの少なくとも一方の該面と接触させる
    ステップと、 該第１型マスターの該面を該第２型マスターの該面と少なくとも部分的に当接
    させるステップと、 該第１型マスターの位置を該第２型マスターの位置に対し該第１整列要素が該
    第２整列要素と嵌合係合するまで調整することによって該第１及び第２型マスタ
    ーの該第１トポロジー特徴を相互に整列させるステップと、 該液を硬化させて該第１型マスターの該面及び該第２型マスターの該面の成形
    レプリカを作成するステップと、 該型マスターの少なくとも一方から該成形レプリカを取り除くステップとを備
    える、成形構造物の形成方法。
  115. 【請求項１１５】 請求項１１４に記載の成形構造物の形成方法において、 該第１及び第２整列要素が両方とも、該硬化ステップ中に該最終成形構造物の
    いかなる特徴も成形しないトポロジー特徴を備える、成形構造物の形成方法。
  116. 【請求項１１６】 請求項１１４に記載の成形構造物の形成方法において、 該第１及び第２整列要素が、該硬化ステップ中に該最終成形構造物の少なくと
    もひとつの特徴の少なくとも一部を共に成形するトポロジー特徴を備える、成形
    構造物の形成方法。
  117. 【請求項１１７】 請求項１１４に記載の成形構造物の形成方法において、 該第１型マスター及び該第２型マスターの少なくとも一方がエラストマー材料
    から形成される、成形構造物の形成方法。
  118. 【請求項１１８】 面の相互整列固着方法であって、 異なる材料で構成され、少なくとも一方が酸化された２つの面を、それらの面
    が該面と本質的に非反応性の液体の連続層によって相互に分離されるよう相互に
    隣接して配置するステップと、 該面を相互に整列するステップと、 該面間から該液体を除去し、これによって該面を該面間の化学反応を介して互
    いに固着させるステップとを備える、面の相互整列固着方法。
  119. 【請求項１１９】 請求項１１８に記載の面の相互整列固着方法において、 酸化される該少なくとも一方の面が、該面を酸素含有プラズマに暴露すること
    によって酸化される、面の相互整列固着方法。
  120. 【請求項１２０】 請求項１１８に記載の面の相互整列固着方法において、 該面と本質的に非反応性の該液体が、該除去ステップで蒸発により除去される
    、面の相互整列固着方法。
  121. 【請求項１２１】 請求項１１８に記載の面の相互整列固着方法において、 該２つの面が、シリコーンポリマー、ガラス、シリコン、酸化シリコン、石英
    、窒化シリコン、ポリエチレン、ポリスチレン、エポキシポリマー及びガラス状
    炭素から成る材料群から選択される、面の相互整列固着方法。
  122. 【請求項１２２】 請求項１２１に記載の面の相互整列固着方法において、 該二つの面の少なくとも一方がシリコーンポリマーを備える、面の相互整列固
    着方法。
  123. 【請求項１２３】 請求項１２２に記載の面の相互整列固着方法において、 該シリコーンポリマーがポリ（ジメチルシロキサン）を備える、面の相互整列
    固着方法。
  124. 【請求項１２４】 請求項１１８に記載の面の相互整列固着方法において、 該面と本質的に非反応性の該液体が、水、アルコール及びそれらの混合物から
    成る群から選択される、面の相互整列固着方法。
  125. 【請求項１２５】 請求項１２４に記載の面の相互整列固着方法において、 該面と本質的に非反応性の該液体がメタノールを含む、面の相互整列固着方法
    。
  126. 【請求項１２６】 請求項１２４に記載の面の相互整列固着方法において、 該面と本質的に非反応性の該液体がトリフルオロエタノールを含む、面の相互
    整列固着方法。
  127. 【請求項１２７】 請求項１１８に記載の面の相互整列固着方法において、 該二つの面の少なくとも一方が少なくとも１つの自動整列要素を含み、かつ該
    整列ステップにおいて、該面が相互に自動整列し、該自動整列が、該面と本質的
    に非反応性の該液体の表面張力と、該自動整列要素の形状及び位置とによって駆
    動される、面の相互整列固着方法。
  128. 【請求項１２８】 物品の成形方法であって、 第１セットの面特性を備えた面を有する第１型マスターを設けるステップと、 第２セットの面特性を備えた面を有する第２型マスターを設けるステップであ
    って、少なくとも該第１型マスターの該面がエラストマー材料で形成され、かつ
    該第１及び第２型マスターの少なくとも一方が、少なくとも１つのトポロジー特
    徴を含む面を有し、該少なくとも１つのトポロジー特徴が少なくとも１つの約５
    ００μｍを超えない断面寸法を備える、ステップと、 硬化可能液を該第１及び第２型マスターの少なくとも一方の該面と接触させる
    ステップと、 該第１型マスターの該面を該第２型マスターの該面と少なくとも部分的に当接
    させるステップと、 該液を硬化させて該第１型マスターの該面及び該第２型マスターの該面の成形
    レプリカを作成するステップと、 該マスターを相互に分離するステップと、 該成形レプリカを該第２型マスターの該面に接触させ支持させたまま該成形レ
    プリカを該第１型マスターの該面から取り除くステップとを備える、物品の成形
    方法。
  129. 【請求項１２９】 請求項１２８に記載の物品の成形方法において、 該分離ステップが、該第１及び第２型マスターの少なくとも一方に剥離力を加
    えるステップを備える、物品の成形方法。
  130. 【請求項１３０】 請求項１２８に記載の物品の成形方法において、 該第１及び第２型マスターの少なくとも一方の該面がシリル化されている、物
    品の成形方法。
  131. 【請求項１３１】 請求項１２８に記載の物品の成形方法において、 該エラストマー材料がシリコーンポリマーを備える、物品の成形方法。
  132. 【請求項１３２】 請求項１３１に記載の物品の成形方法において、 該シリコーンポリマーがポリ（ジメチルシロキサン）を備える、物品の成形方
    法。
  133. 【請求項１３３】 請求項１３２に記載の物品の成形方法において、 該成形レプリカがポリ（ジメチルシロキサン）から形成される、物品の成形方
    法。
  134. 【請求項１３４】 請求項１３３に記載の物品の成形方法において、 該第２型マスターの該面がポリ（ジメチルシロキサン）以外の材料から形成さ
    れる、物品の成形方法。
  135. 【請求項１３５】 微量流体ネットワークであって、 ポリマー構造物を備え、該ポリマー構造物が少なくとも第１及び第２の相互流
    体接続されていない流体流路を含み、該第１流路が第１平面内に配置された少な
    くとも２つの非共直線の相互接続されたチャネルを備え、該第２流路が、該第１
    平面と非平行の第２平面内に配置された少なくとも１つのチャネルを備え、かつ
    該構造物内の少なくとも１つのチャネルが約５００μｍを超えない断面寸法を有
    する、微量流体ネットワーク。
  136. 【請求項１３６】 請求項１３５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第２流路が該第２平面を規定する少なくとも２つの非共直線の相互接続され
    たチャネルを備える、微量流体ネットワーク。
  137. 【請求項１３７】 請求項１３５に記載の微量流体ネットワークにおいて、 該第１及び第２流路の少なくとも一方が、相互接続された少なくとも第１、第
    ２及び第３チャネルを備え、該第１及び第２チャネルが、該第３チャネルにより
    交差される平面を共に規定する、微量流体ネットワーク。
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