JP2005514196A - マイクロフルイディック駆動装置、駆動方法、およびモニタ方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、小容量の流体の駆動方法が提案されている。これらの駆動方法では、圧電駆動素子が使用されるほか、熱勾配あるいは電磁場が使用されている。
電極の一方又は両方のアレイの少なくとも一部分上に絶縁体が設けられる。
本発明の流体供給装置は、混合効果を得るために二つの反対方向に流体を駆動するように構成される。
本発明はまた、互いに対向しかつ間に空洞を画定する上記型の二つの装置を備えて栓流によって流体を動かす装置を提供する。
本発明の装置は、半導体部品などの素子を流れゆく流体内で駆動するように構成される。
本発明による装置は、生化学分析プロセス又は薬剤製造プロセス、或いは病原体、細菌又はウイルスを特定するのに使用するように構成される。
対応した方法も提供される。
図1Aにおいて、導電性電極4、6の平面状アレイ1は第1の組の大きな電極6を有し、これらの大きな電極6は小さな電極4のアレイに隣接して配置され、大きな電極6の各々の一縁部は小さな電極4の各々の一縁部に対向している。電極4、6は基板3上に形成され、基板3はガラス、石英又は珪素のような非導電性材料から成っている。電極4、6は、この例では厚さがほぼ100nmとなりまた比較的小さな間隔でおよそ2μmの距離で互いに離間されるように形成されている。電極4、6は、通常金属で形成され、その形成にはリソグラフィ、マイクロマシニング、印刷法、ラバースタンピング又はレーザーマシニングのような技法が利用できる。基板3に電極4、6を良好に接合するために、接着材層9を設けることができる。
これら二つの要素は、電極の表面に設けた絶縁性層によって溶液の電離の始まる直前の電圧で影響される。絶縁性層を電極の表面上に設けると、溶液の電離の起こる前に装置に比較的高い電圧を印加することができる。しかし、ポンピング機構を生じさせる二重層における可動電荷は二重層を横切る電圧に比例する。従って、溶液の電離の直前に、二重層内の可動電荷は、絶縁性層の設けられない場合と同じである。
理論的に示すと、小さい方の電極サイズは高い速度をもたらすべきである。
小さい方の電極サイズは電極サイズを同じファクタだけ減少することにより約2のファクタで速度を高めることを示した。これは、非常に高い速度でポンピングできる非常に狭いチャンネルへの道筋を満たす。
物体は、物体の周りに形成する境界層を通って下から推進される。本発明では、流れの特性27は、速度が電極上の高さと共に低下するようにされ、これは、物体が電極表面に浮遊しているところから圧力が低下することを意味している。これは、側部における圧力差が物体を回転させ又は側方へ動かせるので物体をその経路に留める働きをする。物体は直線状に動くように見える。
物体は二つの反対方向へ流れる流体にさらすようにして配置され得る。装置又は任意の物体を推進する際にそれらの最終方向決めが重要である場合には、回転できることは要求された結果を達成するのに非常に有用である。
電極は前方向及び後方向に流体を駆動できるので、物体は両方向に100μm/s以上の速度で動くことを観察した。
ユーザが、ウイルスのような小さな分子又は粒子を同定しようとする場合には、ウイルスは、ターゲット物質を蛍光マーカにさらす前に、大きな分子即ちコロイド粒子と結合できる。
上記の構造体は、100ミクロンの間隔で分離した頂部及び底部にポンピング電極を備えることができる。チャンネルは幅約1mm程度あり得る。これらの寸法は、小さいが、製造のコストを低く保つために大きな値にできる。
Claims (15)
- 基板と;基板上に形成した導電性電極の第1アレイと;基板上に形成された導電性電極の第2アレイとを有し、これらの第1アレイおよび第2アレイは、第2アレイの各電極の流体駆動方向の幅が第1のアレイの各電極の幅より広く、かつ互いに第1アレイの各電極と第2アレイの電極との隣接する距離が等しくならないように第1アレイ及び第2アレイの電極が配置されるように組み合わせられ、更に、両電極の流体流れ方向の幅及び厚さが、使用時に各電極に印加する交流駆動電圧のピーク特性を変えることで各電極アレイに隣接した流体の流れ方向を制御できるように、選択されていることを特徴とするマイクロフルイディック駆動装置。
- さらに第1及び第2のアレイの電極に可変の交番電圧を供給する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 電極の一方又は両方のアレイの少なくとも一部分上に絶縁体が設けられることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の装置。
- 混合効果を得るために二つの反対方向に流体を駆動するように構成したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の装置。
- さらに第1アレイの電極とほぼ同じ幅をもち、第2アレイの電極と組み合わされ、そして絶縁体によって第1アレイから分離された第3アレイの電極を有することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の装置。
- 電極及び基板がCMOSプロセスの一部として形成されることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の装置。
- 流体の流れ内で半導体部品のような素子を動かすように構成したことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の装置。
- マイクロマシンを駆動するように構成したことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の装置。
- 生物化学分析プロセス又は薬剤製造プロセスに使用するように構成したことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の装置。
- 互いに対向して間に空洞を画定する請求項1〜請求項9のいずれかに記載の二つの装置を備えて栓流によって流体を動かすことを特徴とする装置。
- 二つの流体源から流体を引き、それらの流体を混合し、そしてそれらの流体をポンピングする装置であって、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の第1の装置と、電極を第1の装置の電極に対して鏡像配置した請求項1〜請求項8のいずれかに記載の第2の装置と、第1及び第2の装置の合流部位に配置された請求項1〜請求項8のいずれかに記載の第3の装置とを有することを特徴とする装置。
- 少なくとも部分的に拡散反応体室を画定する請求項1〜請求項6のいずれかに記載の装置を有し、さらに少なくとも二つの供給ポート、及び照射光源とフィルタ付き光電検出器とを含む出口を有することを特徴とする拡散反応体モニタ装置。
- 基板を設ける手順と;基板上に形成した導電性電極の第1のアレイ及び基板上に形成した導電性電極の第2のアレイを設ける手順とを含み、
第2アレイにおける各電極の流体駆動方向における幅が第1のアレイにおける各電極の幅より広くなるように且つ第1のアレイの各電極が第2のアレイにおける隣接した電極から等距離位置とならないように第1及び第2のアレイの電極が位置決めされるように第1及び第2のアレイを組み合わせて構成し、また
これら電極に印加する交番駆動電圧のピーク値を変えることで、電極のアレイに隣接した流体の流れ方向を制御する手順を含む
ことを特徴とするマイクロフルイディック駆動方法。 - 流体が、混合作用を得るために二つの対向方向に駆動されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 請求項14の方法を含み、さらに少なくとも二つの供給ポートから流体を供給する手順及び照射光源及びフィルタ付き光学電気検出器を備える出口に混合流体を供給する手順を含むことを特徴とする拡散反応体のモニタ方法。
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