JP2006315174A - 微細製作エラストマーバルブおよびポンプシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エラストマブロック内に第一フローチャネル30と直交して積層された第二フローチャネル32を形成する。第一フローチャネル30の頂部を形成する膜25は二つのフローチャネルを分離し、第一フローチャネル30の頂部であると同時に第二フローチャネル32の底部を形成している。第二フローチャネル32の圧力を変動させることにより膜25は下方への撓みと復帰を繰り返し、それにより第一フローチャネル30は線形動作のバルブ動作システムを構成することになる。
【選択図】図7B
Description
本非仮特許出願は、以下の既に出願された仮特許出願の優先権を主張する:米国仮特許出願第60/141,503号(1999年6月28日出願)、米国仮特許出願第60/147,199号(1999年8月3日出願)、および米国仮特許出願第60/186,856号(2000年3月3日出願)。これらの先行の仮特許出願は、本明細書中で参考として援用される。
米国政府は、米国国立健康研究所により与えらた付与番号HG−01642−02によって提供される妥当な期間においてライセンスを他人へ許可するように特許所有者へ要求する限られた環境における権利、および本発明における支払済みのライセンスを有する。
本発明は、微細製作された構造体と、微細製作された構造体を製作する方法とに関するものであり、また、流体速度を調整するための微細製作されたシステムに関連する。
従来、微細流体ポンプおよび微細流体バルブを設計するにあたっての多様なアプローチが試みられてきた。残念ながら、上記アプローチの各々はそれ自体の制約を受けている。
本発明は、オン/オフバルブ、切り替えバルブ、および、ポンプのような、互いに一緒に接着されたエラストマーの多様な層から作成された微細製作された構造体を製造し、作動させるためのシステムを明示している。本発明の構造体および方法は、流体運動を制御し、そのフローチャネルを設けるのに理想的なほど好適である。
の鋳造エラストマー装置を作るのに、典型的には、これら全てを24時間以内にできるようになる。
(1)微細製作エラストマー構造であって、以下:
その中に微細製作凹部が形成されたエラストマーブロックであって、該エラストマーブロックの部分が作動されると該部分が撓み可能である、エラストマーブロック、
を備える、微細製作エラストマー構造。
(2)上記凹部が、0.01μmから1000μmの範囲の幅を有する、項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造。
(3)上記部分が、約2μmと50μmとの間の厚みを有する、項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造。
(4)上記部分が付与された作動力に対して直線的に反応する、項目(1)に記載のエラストマー構造。
(5)項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造であって、ここで:
上記凹部が、第一微細製作チャネルおよび第二微細製作チャネルを備え;そして
上記部分が、作動されると該第一微細製作チャネルまたは該第二微細製作チャネルのいずれかへ撓み可能である、エラストマー膜を備える、
微細製作エラストマー構造。
(6)項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造であって、ここで:
上記凹部が、第一微細製作チャネルおよび第一微細製作凹部を備え;そして
上記部分が作動されると該第一微細製作チャネルへ撓み可能なエラストマー膜を備える、
微細製作エラストマー構造。
(7)上記第一微細製作凹部が、第二微細製作チャネルを備える、項目(6)に記載の微細製作エラストマー構造。
(8)上記第一微細製作凹部が加圧されると、上記膜が、上記第一チャネルへ撓み可能である、項目(6)に記載のエラストマー構造。
(9)項目(7)に記載の微細製作エラストマー構造であって、さらに以下:
上記第二チャネルに平行に配置された第三および第四チャネルであって、ここで該第二、第三および第四チャネルが、それぞれ上記第一チャネルへ撓み可能な第一、第二および第三膜によって、該第一チャネルから分離されている、第二、第三および第四チャネル、を備える、微細製作エラストマー構造。
(10)それぞれ上記第二、第三および第四チャネルが加圧されると、上記第一、第二、および第三膜が、上記第一チャネルへ撓み可能である、項目(9)に記載の微細製作エラストマー構造。
(11)上記第一チャネルに平行な第三微細製作チャネルをさらに備え、上記第二チャネルが、その長さに沿って配置される広い部分および狭い部分の両方を有し、該広い部分が該第一チャネルに隣接して配置され、該狭い部分が該第三チャネルに隣接して配置される、項目(7)に記載の微細製作エラストマー構造。
(12)上記第一チャネルの頂部が湾曲されるように、上記膜が湾曲した底部表面を有する、項目(6)に記載の微細製作エラストマー構造。
(13)上記エラストマー構造が以下:
ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレン、ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)、ポリウレタン、およびシリコーン、
からなる群から選択される材料を含む、項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造。(14)項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造であって、ここで該エラストマー構造が、以下:
ポリ(ビス(フルオロアルコキシ)フォスファジン)(PNF,Eypel−F)、ポリ(カルボラン−シロキサン)(Dexsil)、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)(ニトリルラバー)、ポリ(1−ブテン)、ポリ(クロロトリフルオロエチレン−フッ化ビニリデン)コポリマー(Kel−F)、ポリ(エチルビニルエーテル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン)コポリマー(V
iton)、
からなる群から選択される材料を含む、微細製作エラストマー構造。
(15)上記エラストマー構造が、以下:
ポリ塩化ビニル(PVC)のエラストマー組成物、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、またはポリテトラフルオロエチレン(Teflon)、
からなる群から選択される材料を含む、項目(1)に記載の微細製作エラストマー構造。(16)上記エラストマー構造が、以下:
General Electric RTV 615,Dow Chemical Corp.Sylgard 182、184または186などのポリジメチルシロキサン(PDMS)、ならびにUCB ChemicalsからのEbecryl 270またはIrr245などの脂肪族ウレタンジアクリレートからなる群から選択される材料を含む、項目(13)に記載の微細製作エラストマー構造。
(17)エラストマー構造を作動する方法であって、以下:
その中に第一および第二微細製作凹部を有して形成される、エラストマーブロックを提供する工程であって、該エラストマーブロックの膜部により分離された該第一および第二微細製作凹部が、作動力に応じて該第一および第二凹部のうちの1つへ撓み可能である、工程;および
該膜部が該第一および第二凹部のうちの1つへ撓むように、該膜部へ作動力を付与する工程、
を包含する方法。
(18)上記作動力を付与する工程が、上記第二微細製作凹部へ圧力を付与し、上記膜部を上記第一微細凹部へ撓ませる工程を包含する、項目(17)に記載の方法。
(19)エラストマー構造を通して流体フローまたは気体フローを制御する方法であって、以下:
エラストマーブロックを提供する工程であって、該エラストマーブロックが、第一、第二、および第三の微細製作凹部を有し、そして該エラストマーブロックが、そこを通る第一微細製作チャネルを有し、該第一、第二および第三微細製作凹部が、それぞれ該第一チャネルへ撓み可能である第一、第二、および第三膜により、該第一チャネルから分離される、工程;および
該第一、第二、および第三膜を、該第一チャネルへ繰り返し手順で撓ませて、該第一チャネルを通じて流体のフローを蠕動的にポンピングする工程、
を包含する方法。
(20)上記第一、第二、および第三チャネル内で圧力を増加することにより、上記第一、第二および第三膜が、該第一チャネルへ撓む、項目(19)に記載の方法。
(21)エラストマー構造を微細製作する方法であって、以下:
第一エラストマー層を微細製作する工程;
第二エラストマー層を微細製作する工程;
該第二エラストマー層を該第一エラストマー層の頂部に配置する工程;および
該第二エラストマー層の底部表面を該第一エラストマー層の頂部表面へ結合する工程、を包含する方法。
(22)項目(21)に記載の方法であって、ここで:
上記エラストマー層が、少なくとも1つの凹部を上記第一エラストマー層の底部に形成する、少なくとも1つの隆起した突出部を有する第一微細製作モールド上で製作され;そして、
上記第二エラストマー層が、少なくとも1つの凹部を該第一エラストマー層の底部に形成する、少なくとも1つの隆起した突出部を有する第二微細製作モールド上で製作される、
方法。
(23)さらに以下の工程:
さらなるエラストマー層の順次の添加であって、それにより各層が以下:
連続エラストマー層を微細製作する工程;および
該連続エラストマー層の底部表面を該エラストマー構造の頂部表面へ結合する工程、
により追加される工程、
を包含する、項目(21)に記載の方法。
(24)上記第一および第二エラストマー層が同じ材料から作製される、項目(21)に記載の方法。
(25)上記第一および第二エラストマー層の両方が、架橋剤を含む、項目(24)に記載の方法。
(26)上記第一および第二層が、接着剤の層により結合される、項目(21)に記載の方法。
(27)上記接着剤が、上記第一および第二エラストマー層を一緒に結合するために硬化される、未硬化エラストマーを含む、項目(26)に記載の方法。
本発明は、ポンプまたはバルブとして使用できる多様な微細製作モールドエラストマー構造体を有している。好ましいエラストマー構造体を製造する方法も明示されている。
本発明を製造する2つの具体的な方法がここに提示される。本発明がこれらの方法のうちの一方または他方による製造に限定されるものではないものと理解するべきである。むしろ、本微細構造を製造する他の好適な方法も、本方法の修正例を含めて、思量される。
図1を参照すると、第1の微細加工モールド10が提供される。微細加工モールド10は、多くの従来のシリコン処理方法によって製造され得、この方法には、フォトリソグラフィー、イオンミリング(ion−milling)、および電子線リソグラフィーが挙げられるが、これらに限定されない。
ポンプまたはバルブとして使用することができるエラストマー構造体を製造する第2の具体的方法が、図8から図18に示された順次の工程に明示されている。
、続いて、図示のように、第1のエラストマー層42の頂面上とフォトレジスト44Bの第1のライン上とに堆積されることにより、第1のエラストマー層42と第2のエラストマー層46との間にフォトレジスト44Bの第1のラインを封入する。図12を参照すると、エラストマー層46が層42の上で硬化されて各層を一緒に結合させた結果、モノリシックなエラストマー構造体45を形成する。
微細製作は、本発明の実施態様に従って製作されたエラストマー構造の特徴のサイズを言及する。一般に少なくとも1つの寸法の微細製作された構造の変形は、微視的(すなわち1000μm以下)である少なくとも1つの寸法で、ミクロンレベルまで制御される。微細製作は、微視的レベルでの特徴寸法の作製のために設計された、フォトリソグラフィおよびスピンコーティングなどの、半導体またはMEMS製作技術を典型的には含み、少なくともいくつかの寸法の微細製作構造の寸法は、合理的に構造を解像/画像化する顕微鏡を要求する。
り好ましくは1から250ミクロンであり、そして最も好ましくは10から200ミクロンである。例示的なチャネル幅は、
0ミクロン、より好ましくは0.2から250、より好ましくは1ら100ミクロン、より好ましくは2から50ミクロン、そして最も好ましくは5から40ミクロンである。このようであるから、エラストマー層22の厚みは、エラストマー層20の厚みの約100倍である。例示的な膜厚は、
(軟性リソグラフィー接着)
エラストマーの層20および22(または、エラストマー層42、46、50)は、パターン化されたエラストマーの層を備えたポリマーに固有である化学的性状を利用して、一緒に化学的に結合されるのが好ましい。最も好ましくは、この結合は2種の構成要素の「付加硬化」結合を備える。
おいて加熱されると、それらは不可逆的に結合してモノリシックエラストマー基板を形成する。
corporation により製造されたModel ELC 500デバイスを利用して、窒素下で10分間、紫外線のもとで初期に硬化した。この組み立てられた層は、次いで追加の30分間で硬化された。反応は、Ciba−Geigy Chemicalsにより製造されたIrgacure500の0.5%vol/vol混合物により触媒された。得られたエラストマー材料は、適度な弾性およびガラスへの付着を示した。
リマー鎖の、硬化エラストマー層のポリマー鎖との反応により生じる。エラストマー層の引き続く硬化は、エラストマー層の間の結合を作製し、そしてモノリシックエラストマー構造を作製する。
Allcockらの、Contemporary Polymer Chemistry,第二版は、一般にそのガラス転移温度と液化温度との間の温度で存在するポリマーとしてのエラストマーを記載する。エラストマー材料は、ポリマー鎖が容易に捻れ運動を行い、力に反応して骨格鎖のコイルの解きを可能にし、この骨格鎖の再コイル化により、力が存在しない場合の以前の形状を呈するために、弾性特性を示す。一般に、エラストマーは、力が適用されると変形するが、力が除去されると次にはそのもとの形状に戻る。エラストマー材料により示されるこの弾性は、ヤング率により特徴づけられ得る。約1Paと1TPaとの間、より好ましくは約10Paと100GPaとの間、より好ましくは約20Paと1GPaとの間、より好ましくは約50Paと10MPaとの間、そしてより好ましくは約100Paと1MPaとの間のヤング率を有するエラストマー材料が本発明に従って有用であるが、これらの範囲の外のヤング率を有するエラストマー材料もまた、特定の適用の必要に依存して利用され得る。
に接着するのに十分な反応を硬化された層が有していることを必要とする。各層が同一型のものであって、互いに結合する能力があるか、または、各層が2つの異種型のものであって、互いに結合する能力があるか、のいずれかである。別な可能性には、各層の間に接着剤を使用すること、および熱硬化性エラストマーを使用することが挙げられる。
ポリイソプレン、プリブタジエン、および、ポリクロロプレンは全てジエンのモノマーから重合化されており、それゆえ、重合化されると、1モノマーにつき1つの2重結合を有している。この2重結合はポリマーが加硫処理(本質的には、加熱処理により2重結合の間に架橋を形成するために硫黄が使用される)によりエラストマーに変換され得るようにする。これは、結合されるべき各層の不完全な加硫処理による同質多層軟性リソグラフィーを容易に可能にする。フォトレジスト封入は同様の機構により可能となる。
純正ポリイソブチレンは2重結合を有していないが、少量(約1%)のイソプレンを重合に際して含ませることにより、エラストマーとして使用するための架橋型結合される。イソプレンのモノマーはポリイソブチレンの基幹に垂下する2重結合を供与し、これを上述のように硫化することができる。
ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)はリビングアニオン重合により生成され(すなわち、反応の途中で天然の連鎖終端段階は存在しない)、そのため、「生きた(living)」ポリマーの端部は硬化ポリマー中に存在し得る。これにより、このポリマーは本フォトレジスト封入システムの天然の候補となる(この場合、硬化層の頂面に注がれた液状層に未反応のモノマーが態様に存在することになる)。不完全な硬化は同質の多層軟性リソグラフィーを可能にする(A対A結合)。この化学的特性はまた、余剰のブタジエン(「A」)と結合剤とを用いて一方の層を作成し、ブタジエンを用いずに他方の層(「B」)を作成することを促進する(異種多層軟質リソグラフィーとして)。SBSは「熱硬化性エラストマー」であり、或る一定温度を越えると、このエラストマーが溶融して可塑性になる(弾性になるのとは対照的に)ことを意味しており、温度を低下させると再度、エラストマーを生じる。従って、加熱処理により各層は互いに一緒に結合することができる。
ポリウレタンはジイソシアネート(A−A)とジアルコールまたはジアミン(B−B)から生成されており、かなり多様なジイソシアネートとジアルコール/アミンが存在しているので、互いに異種のポリウレタンの数は膨大である。しかし、ポリマーのA対Bの性質によりこれらは、一方の層で過剰なA−Aを利用し、他方の層で過剰なB−Bを利用す
ることにより、丁度、RTV 615と同様に、異質多層軟性リソグラフィーについて有用となる。
シリコーンポリマーは最大級の構造的多様性を有しているように思われるが、市場で入手可能な最大数の処方物が存在しているという点では、ほぼ間違いない。RTV 615
のビニルから(Si−H)への架橋(これは異質多層軟性リソグラフィーとフォトレジスト封入の両方を可能にする)は、既に論じられているが、これは、シリコーンポリマーの化学的特性で使用されるいくつかの架橋法のうちの1つにすぎない。
上述の単純な「純正」ポリマーの使用に加えて、架橋剤を添加することもできる。いくつかの(硫化のための、垂下式2重結合を有するモノマーのような)試薬は、同質(A対A)の多層軟性リソグラフィーまたはフォトレジスト封入を可能にするのに好適であり、相補型の試薬(すなわち、垂下式2重結合を有する1つのモノマー、および垂下式Si−H群を有している別なモノマー)は、異質な(A対B)多層軟性リソグラフィーに好適である。このアプローチにおいて相補型試薬が隣接する層に添加される。
更に、クロロシラン、またはメチルシラン、エチルシラン、および、フェニルシランなどののような材料を取り込むポリマー、および例えば、ダウケミカル社のシルガード(Sylgard)182、184、186のようなポリジメチルシロキサン(PDMS)、または、UBCケミカルから販売されているエベクリル(Ebecryl)270またはIrr245のような(これらに限定されないが)脂肪族ウレタンジアクリレートを使用することもできる。
エラストマーは、同一分類の、架橋できないポリマー鎖で「ドーピング処理」し得る。例えば、RTV 615はGE SF96−50シリコーン流体で希釈し得る。これは、未硬化のエラストマーの粘性を減じる働きをし、硬化したエラストマーのヤング率を低減する。本質的に、架橋可能なポリマー鎖は「不活性な」ポリマー鎖の添加により更に離散するように分岐され、これが「希釈」と称される。ヤング率の劇的低下に伴って、RTV
615は90%までの希釈率で硬化する。
一旦、エラストマー材料が適切な形状へ成形またはエッチングされると、特定の適用に関連した操作を促進するためにこの材料を前処理することが必要であり得る。
図7Bおよび図7Cは共に、第二フローチャネルを加圧することによる第一フローチャネルの閉鎖動作を示しており、図7B(対応する図7Aにおけるフローチャネル32を破断した正面断面図)は開状態の第一フローチャネル30を示しており、図7Hは第二のフローチャネル32の加圧により閉鎖された第一のフローチャネル30を示している。
このようなバルブがチャネル自体の屋根を移動させることにより(すなわち膜25を移動することにより)作動されるために、この技術により製造されるバルブおよびポンプは、真にゼロデッドボリュームを有し、そしてこの技術により作製されたバルブを切替えることは、バルブの動作ボリューム(例えば約100×100×10μm=100pL)にほぼ等しいデッドボリュームを有する。このようなデッドボリュームおよび移動膜により消費される領域は、ほぼ2オーダーの大きさで公知の通常のミクロバルブより小さい。より小さいバルブ、およびより大きいバルブ、ならびに繰り替えバルブは、本発明において考慮され、そしてデッドボリュームの範囲の限定的でない列挙は、1aLから1μL、100aLから100nL、1fLから10nL、100fLから1nL、および1pLから100pLを含む。
(1) w=(BPb4)/(Eh3)、ここで:
w=プレートの撓み;
B=形状係数(長さ対幅およびプレートのエッジの支持に依存する);
p=付与圧力;
b=プレート幅
E=ヤング率;および
h=プレート厚み
従って、この極端に単純化された表現においてさえ、圧力に応答したエラストマー膜の撓みは:長さ、幅、および膜の厚み、膜の可撓性(ヤング率)、適用された作動力、の関数である。これらの各々のパラメータは、本発明に従った特定のエラストマーデバイスの実際の寸法および物理的組成に依存して、広く変化するために、広い範囲の膜厚および弾性、チャネル幅、および作動力が、本発明により考慮される。
ポンプ/タンクシステムにより付与されるが、外部圧力を付与する他の方法もまた、本発明において考慮され、ガスタンク、コンプレッサ、ピストンシステム、および液柱を含む。考慮されることはまた、生体内で見られ得るもの(例えば血圧、胃圧、大脳脊髄圧、眼内空間に存在する圧力、および通常の屈曲中い筋肉によりかかる圧力)などの自然に生じる圧力源の使用である。ミニチュアバルブ、ポンプ、微細蠕動ポンプ、ピンチバルブ、および当業者公知の、他のタイプの流体調節装置などの外部圧力を調節するための他の方法もまた、考慮される。
特定の実施態様に伴って変化する。
ニチュアバルブの制約のせいで、制御信号と制御圧力反応との間にも遅延が存在する。かかる遅延をtと称し、1/e時定数をτと称すると、各値は以下のようになる。すなわち、topen=3.63ms、τopen=1.88ms、tclose=2.15ms、τclose=0.51msである。3τが開閉ごとに割り当てられるとすると、このバルブは、水溶液で充満すると、75Hzで快適に作動する。
本発明のフローチャネルは必要に応じて、それぞれの所望の応用例に依存して、異なる利点を提供する異なる断面寸法および断面形状で設計し得る。例えば、より低いフローチャネルの断面形状は、その全長に沿って、または、それを横断して延びる上部横断チャネルの下に配置された領域に、湾曲した上表面を有し得る。このような湾曲した上表面は、下記のように、バルブのシーリングを容易にする。
上述の圧力に基づく作動システムに加えて、必要に応じて静電作動システムおよび磁気作動システムも以下のように思量される。
可能である。
れない低部電極72は、上述のように柔軟な電極であるか、または蒸着した金、金属プレート、またはドーピングした半導体電極などの通常の電極であり得る。
反応は、膜作動のために充分な圧力の増加を提供し得る。
図23Aおよび図23Bは、先に(例えば、図7Aで)明示したシステムと同一の単一のオン/オフバルブの図を示している。図24Aおよび図24Bは、図23に見られるような単一のアドレス可能な複数のオン/オフバルブのから構成されているが、一緒にネットワーク化された、蠕動ポンピングシステムを示している。図25は、図24の蠕動ポンピングシステムについて、実験で達成されたポンピング流量対周波数を示すグラフである。図26Aおよび図26Bは、単一制御ラインにより制御可能である複数のフローチャネルの概略図を示している。このシステムはまた、図23の単一のアドレス可能な複数のオン/オフバルブを備え、一緒に多重化されているが、図23の構成とは異なる構成である。図27は、図23の単一のアドレス可能な複数のオン/オフバルブから構成され、共に接合またはネットワーク化され、選択されたチャネルを通る流体フローを可能にするように適合された多重化システムの概略図である。
施された実験では、本明細書中に記載された蠕動ポンプのバルブのいずれもが、400万回を越える作動を行った後でも、磨耗や疲労の兆候を示してはいない。バルブの耐性に加えて、バルブは穏やかでもある。チャネルを通して汲み上げられ、実行可能性について試験された大腸菌の溶液が94%の残存率を示した。
てのフローを遮断し得る(32AはF1、F3およびF5を遮断し、32CはF1、F2、F5およびF6を遮断する)。
ーチャネルをオン状態にすることが可能である。
ているが、より高い密度を達成し得る。
図28A、図28B、図28Cおよび図28Dに例示された本発明の更なる実施態様では、フローラインに沿って配置された複数の反応チャンバのうちから別なもう1つに、流体フローを選択的に方向付けるためのシステムが提示されている。
と共に(全て仮想線で示されている)、上述のように、反応ウエル80A、80B、80Cまたは80Dのアレイのいずれかへと、流体フローF1、F2を選択的に方向付けているが、同時に、制御ライン32Cおよび32Dの加圧が、フローF2およびF1をそれぞれ選択的に遮断する。
なお別の新規な実施態様においては、流体通路は、2つの垂直な方向のうちのいずれかに選択的に指向して流れ得る。このような「切換え可能なフローアレイ」システムの1例は、図31A〜31Dに与えられる。図31Aは、エラストマー(または他の任意の適切な基質)の第一層90の底面図を示し、この第一層の底部表面は、固体ポスト92のアレイにより規定されるフローチャネルグリッドを形成する凹部のパターンを有し、このポストのそれぞれの周囲を、フローチャネルが通過する。
本発明のエラストマーバルブ構造はまた、生体ポリマー合成(例えば、オリゴヌクレオチド、タンパク質、ペプチド、DNAなどの合成)に使用され得る。好ましい局面においては、このような生体ポリマー合成システムは、一体化されたシステムを含み得、このシステムは、容器のアレイ、特定の容器からのフローを選択するための流体論理(本発明による)、合成が実施されるチャネルまたは容器のアレイ、および選択された試薬が流入するチャネルを決定するための流体論理(これもまた本発明による)を含む。このようなシステム200の1例を、以下のように、図32に示す。
本発明のモノリシック微細製作エラストマーバルブおよびポンプの有利な応用は、多数である。従って、本発明は、その特定の応用または使用のいずれにも限定されない。好ましい局面においては、本発明の以下の使用および応用が考慮される。
本発明の微細製作ポンプおよびバルブはまた、細胞の選別およびDNAのサイジングのための、フローサイトメーターにおいて使用され得る。サイズに基づく物体の選別は、多くの技術分野において非常に有用である。
処理能選別技術は、収集されるべき実体が希少であり、たまに後戻りする必要がある場合に、使用され得る。
半導体ガスフロー制御のため(特に、少量のガスが正確に測定される、エピタキシャル応用のため)のシステムもまた、本発明により考慮される。例えば、半導体デバイスの製造の間に、固体材料が、化学蒸着(CVD)を利用して半導体基板の頂部に堆積される。これは、この基板をガス前駆体材料の混合物に曝露し、これによってこれらのガスを反応させ、生成物をこの基板の頂部に結晶化させることによって、達成される。
記載される本発明の実施態様は、ここまでは、全体がエラストマー材料で構成された構造の操作に関するが、本発明は、このタイプの構造に限定されない。具体的には、エラストマー構造を、シリコンに基づく従来の半導体構造と組み合わせることは、本発明の範囲内である。
得る。本発明の実施態様による可変の微細ミラーアレイ構造の別の応用は、光ファイバー通信システムのための高容量スイッチであり、ここでは、各ピクセルが、入射光信号の成分の反射および移動に影響を与え得る。
記載したばかりの微細ミラーアレイ構造は、入射光の反射を制御する。しかし、本発明は、反射の制御に限定されない。本発明のさらに別の実施態様は、レンズおよびフィルター構造を作製するために、入射光の屈折の正確な制御の実施を可能とする。
4110を形成するエラストマー材料とは異なる屈折率を有する流体4112を含む。流体4112は、ポンプ構造4114の作動によって、蛇行フローチャネル4108を通ってポンピングされる。このポンプ構造は、フローチャネル4108の入口部分4108aと重なり、そして移動可能膜4118によって入口部分4108aから分離される、平行な制御チャネル4116aおよび4116bにより作製される。
上記図7Bおよび図7Hは、エラストマー膜が、第1の緩和位置からフローチャネルがブロックされている第2の作動位置へと移動可能であるバルブ構造を示す。しかし、本発明は、この特定のバルブ構成に限定されない。
本発明のさらなる適用において、エラストマー構造は、物質の分離を実行するために利用され得る。図43は、このようなデバイスの1つの実施態様を示す。
ー中に導入される。ロードチャネル4319は、ポンプ4321によりサンプル容器4320からポンプされる流体を受け取る。バルブ4322の開口およびポンプ4321の作動の際に、サンプルは、ロードチャネル4319からフローチャネル4304へと流れる。次いで、このサンプルは、ポンプ構造4312の作用によって、分離カラム4314を通じて流れる。分離マトリクス4316中の種々のサンプル成分の異なる移動度の結果として、これらのサンプル成分は、分離され、そして異なる時間で、カラム4314から溶出される。
本発明のさらなる適用において、エラストマー構造は、生物または他の生物学的材料を操作するために利用され得る。図44A〜44Dは、本発明に従う細胞ペン構造の1つの実施態様の平面図を示す。
本発明のなおさらなる適用において、エラストマー構造は、電子工学の分野にしばしば用いられる発振器回路に類似する圧力発振器構造を作製するために利用され得る。図47は、このような圧力発振器構造の1つの実施態様の平面図を示す。
708を通じて接触している。4708を通じるよりも圧力源4706からより遠位の位置にて、制御チャネル4710は、フローチャネル4704の上に重なり、そしてエラストマー膜によってフローチャネル4704から分離され、それによって上記のようなバルブ4712を形成する。
先の記載は、制御チャネルが上に配置され、かつ下にあるフローチャネルからエラストマー膜に介入することによって分離される微細製作されたエラストマーバルブ構造に焦点を当てるが、本発明は、この構成に限定されない。図48Aおよび48Bは、本発明の1つの実施態様に従う側面作動バルブ構造の1つの実施態様の平面図を示す。
以下は、本発明のさらなる局面を表す:本発明のバルブおよびポンプは、薬物送達に(例えば、移植用薬物送達デバイスにおいて);生物学的流体のサンプリングに(例えば、サンプル間にスペーサー流体の栓を備えるカラムに連続してサンプルを貯蔵することによって)使用され得、ここでこのサンプルは、異なる貯蔵容器中に流され得るか、または適切なセンサ(単数または複数)に直接的に通され得る。このような流体サンプリングデバ
イスはまた、患者の身体において実行され得る。
以下は、本発明のさらなる局面を表す:エラストマー構造の微細製作されたチャネル内の流体の流れを制御する湾曲可能な膜の使用;微細製作された可動部を備える微細製作されたエラストマーデバイスを作製するエラストマー層の使用;および微細製作されたバルブまたはポンプを作製するエラストマー材料の使用。
ロックを通る第1の微細製作されたチャネル、第1のチャネル中に湾曲可能な、それぞれ、第1、第2および第3の膜によって第1チャネルから分離される第1、第2および第3の微細製作された凹部を有するエラストマーブロックを提供すること、ならびに反復的に連続して第1チャネル中に第1、第2および第3の膜を湾曲させ、第1チャネルを通じて流体の流れを蠕動的にポンプすることを包含する。
多層軟性リソグラフィーによりモノリシック微細製造されたバルブとポンプ
(発明の要旨)
Marc A.Unger,Hou−Pu Chou,Todd Thorsen,Axel Scherer,Tephen R.Quake(Department of
Applied Physics,California Institute of
Technology,Pasadena,California 91125,USA.通信文は下記の宛名に提出のこと。電子メール:quake@caltech.edu)。
ら、IEEE Trans.Electron Devices ED−25:1257(1987))が挙げられる。新規な用途は他の分野(特に、光ファイバー通信)でも登場しつつある。(Lin.L.Y.ら、IEEE J.Selected Top.Quantum Electron 5:4(1999); Muller,R.S.ら、Proc.IEEE 86:1705(1998))、表示装置(Hornbeck,L.J.ら、OSA Tech.Dig.Ser.8:107(1988))、微細流体系(Harrison,D.J.ら、Science 261:895(1993);Jacobson,S.C.ら、Anal.Chem.66:1114(1994);Kopp
M.U.ら、Science 280:1046 (1998);Shoji,S.,Top.Curr.Chem.194:163(1998);Gravesen,P.ら、J.Micromech.Microeng.3:168(1993))。微細電子機械構造(MEMS)の2つの最も人気のある製造方法は、バルク微細作製と表面微細作製である。バルク微細作製とは、単結晶シリコンをリソグラフィー術でパターニングした後にエッチングし、3次元(3D)構造を形成するための減法製造法である。これに比して、表面微細作製は、半導体タイプの材料(ポリシリコン、金属、シリコン窒化物、二酸化シリコンなど)の層を連続的に添加してからパターニングして、3D構造を作成する加法製造法である。
性リソグラフィーも制約を受けている。この方法は基本的には減法的な方法であり(モールドの定義を、モールドからエラストマーが除去される、とする意味で)、エラストマー層を1つしか用いない場合は、能動装置すなわち可動部を作成することは困難である。プラズマ酸化によりエラストマー構成要素を接着させる方法は以前に説明されており(Duffy,D.C.ら、Anal.Chem.70:4974(1998))、平坦なエラストマー基板に対して微細流体チャネルを密封するために利用されてきた(Duffy,D.C.ら、J.Micromech.Microeng.9:211(1999);Kenis,P.J.A.ら、Science 285:83(1999))。
層の上で密封され、この2つの層は約80度の温度で約1時間半で、接着された。モールドは、シリコンウェハ上のフォトレジストにパターン化された。Shiply SJR 5740フォトレジストが、2000rpmの回転速度で、マスクとして高分解能透光性フィルムを用いてパターニングされてから現像され、10μmの高さの反転チャネルを生じた。200度の温度で約30分間ベーキング処理されると、フォトレジストはリフローイングし、反転チャネルが丸み付けされた状態になった。シリコンラバーの粘着を防止するために、毎度の使用前に1分間、モールドはトリメチルクロロシアン蒸気で処理された。図1B 矩形チャネルと丸型チャネルについてのバルブ閉鎖の概略図。点線は、圧力が増大した時の、矩形(左)チャネルと丸型(右)チャネルについて、チャネルの頂面の輪郭を示している。バルブの密封状態は光学顕微鏡下でエラストマーと基板との界面を観察することにより検査することができる。これははっきりした可視エッジとして発現する。矩形チャネルに関する不完全な密封は、フローチャネルにおける接合部の「アイランド」として発現するが、完全な密封(丸型チャネルについて観られるような)は、フローチャネルの左右両エッジを接合する切れ目のない接合エッジを供与する。
−cm)-1から5×10-3(Ω−cm)-1まで増大した。磁性シリコーンは鉄粉(約1μm粒子寸法)を添加することにより作られたが、20重量%までのFを添加した。導電シリコーンと磁性シリコーンの両方について多層接着が正常に機能した)。従って、すべてのエラストマーを材料とした電磁装置を作製できる可能性がある(Ikuta,K.ら、in Proceedings IEEE International MEMS 94 Conference (IEEE,Piscataway,NJ,1994),1〜6頁)。
4);Pethig,R.ら、Trends Biotechnol.15:426(1997))を基本としたフローシステムに影響を及ぼす幾つかの実用上の諸問題を取り除くが、そのような問題点の具体例として、電極周囲における電解質のバブル形成や、フロー媒体の組成にフローが強く依存することが挙げられる(Brechtel,R.ら、J.Chromatogr.A 716:97(1995);Lucy,C.A.ら、Anal.Chem.68:300(1996);フローの大きさ(および、その方向も)は複雑な様式でイオン強度およびイオンタイプ、表面活性剤の存在、フローチャネルの壁上の電荷に依存している。更に、電解が継続的に起こるので、pH変化に抵抗するバッファの容量は有限となる。従って、フローを厳密に制御するには新しいバッファまたは新しい溶質ごとについて較正する必要があり、サンプルの厳密な組成が事前に分かっていない場合は、フローの厳密な制御は困難になる可能性がある。電気浸透流はまた、分子の望ましくない電気詠動分離を含み、混合しない問題を生じる可能性がある。誘電詠動は電気分解を必要とせず、そのため、バブル形成を生じることはないが、それでも、サンプル感度および溶剤感度に左右される)。電解バブル形成は、実験室装置については問題とならないが、一体型微細流体装置における電気浸透性フローの使用を厳しく制限する。また、電気浸透性フローと誘電詠動性フローのどちらも、流れを停止させたり、圧力差の平衡を保つことを目的としては、容易に利用することができない。
御ラインは多数のバルブを同時に作動させることができる。制御ラインの幅を変えることができ、かつ、薄膜偏向が薄膜寸法に大きく依存しているので、制御ラインに多数のフローチャネルを通過させ、所望のチャネルのみを作動させることが可能である。活性要素はチャネル自体のルーフであり、そのため、この技術から生まれた簡単なオン/オフバルブ(およびポンプ)は真にゼロの死容積を有しており、スイッチングバルブは1つのバルブの活性容量にほぼ等しい死容積、すなわち、約100μm×100μm×10μm=100pLを有している。この所要の死容積と、移動する薄膜により消費される面積とは、今日までに立証された微細バルブのいずれよりも、それぞれ約2桁小さい大きさである(Shoji,S.,Top.Curr.Chem.194:163(1998))。
れる。圧力を制限するために使用される微細バルブの制約のせいで、制御信号と制御圧力反応との間にも遅延が存在する。かかる遅延をtと称し、1/e時の定数をτと称すると、各値は以下のようになる。すなわち、topen=3.63ms、τopen=1.88ms、tclose=2.15ms、τclose=0.51msである。3τごとに開閉が可能になるとすると、このバルブは、水溶液が充満すると、75Hzで有効に作動する(開閉遅延を受けない別な作動方法を採用した場合、このバルブは約375Hzで作動する。バネ定数は、薄膜の厚さを変更することにより調節することができ、これにより高速開放または高速閉鎖のいずれもの最適化が可能になる。)。バルブ開口率は、蛍光測定された。フローチャネルには緩衝剤(pH8以上)中にフルオレセインイソチオシアネートの溶液が充填され、チャネルの中央3分の1を占有する四角い領域の蛍光が、10kHzの帯域を有する光電子増倍管を備えたエピ蛍光顕微鏡でモニタされた。圧力は、ほぼ同一の空気式接続により制御ラインと同時に加圧されるホイートストンブリッジ圧力センサー(SCC15GD2;Sensym,Milpitas,California)を用いてモニタされた。
る。バルブは付与された圧力にほぼ瞬時に反応するが、付与された圧力は実質的に制御信号よりも遅れをとる(開閉の遅延を受けない別な作動方法を使用した場合には、このバルブは約375Hzで作動する。バネ定数は薄膜の厚さを変化させることにより調節することができるが、これにより、高速開放または高速閉鎖のいずれかについて最適化が図られる)。
動周波数。微細バルブの寸法=100μm×100μm×10μm、付与される空気圧=50kPa。
121:2(1999))]、モノリシックなエラストマーバルブは単純で、製造が遥かに容易である。
Claims (50)
- エラストマーブロックを備える、微細製作エラストマー構造体(24)であって、該エラストマーブロックは、その中に形成された、微細製作フローチャネル(30)および微細製作制御チャネル(32)を備え、
該微細製作フローチャネルおよび該微細製作制御チャネルは、該エラストマーブロックのエラストマー膜部分(25)によって隔てられ、
該膜部分は、該微細製作制御チャネルにおいて圧力に変化が生じた場合に、該当微細製作フローチャネルへと偏向可能であり、それによって、該微細製作フローチャネルを塞ぐ、微細製作エラストマー構造体。 - エラストマーブロックを備える、微細製作エラストマー構造体(24)であって、該エラストマーブロックは、
その中に形成された、微細製作フローチャネル(30)および微細製作制御チャネル(32)を有し、
該微細製作フローチャネルの断面の形状が湾曲した上表面を有し、
該微細製作フローチャネルおよび該微細製作制御チャネルは、該エラストマーブロックのエラストマー膜(25)部分によって隔てられ、
該膜部分は、該微細製作制御チャネルにおいて圧力に変化が生じた場合に、該当微細製作フローチャネルへと偏向可能である、微細製作エラストマー構造体。 - 微細製作フローチャネルまたは微細製作チャネルのうちの少なくとも1つが、1000μm未満の寸法を少なくとも1つ有する、請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体。
- 前記膜部分(25)が、前記微細製作制御チャネル(32)の加圧に対して線形応答をする、請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体。
- 請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体であって、
第1の微細製作制御チャネル(32A)に平行になるように配置された、第2および第3の微細製作制御チャネル(32B,32C)をさらに備え、
該第1、該第2および第3の微細製作制御チャネルは、それぞれ、第1、第2および第3の膜部分(25)によって微細製作フローチャネルから隔てられ、該膜部分は、該微細製作フローチャネル(30)へと偏向可能である、
微細製作エラストマー構造体。 - 請求項5に記載の微細製作エラストマー構造体であって、
前記第1、第2および第3の微細製作制御チャネル(32A、32B、32C)が、それぞれ、加圧されたときに、
前記第1、第2および第3の膜(25)が、前記微細製作フローチャネルへと偏向可能である、微細製作エラストマー構造体。 - 請求項1または2に記載のエラストマー構造体であって、
前記第1の微細製作フローチャネル(30A)に平行である第2の微細製作フローチャネル(30B)をさらに備え、
前記微細製作制御チャネル(32A)は、その長さ部分に沿って配置される広い部分と狭い部分の両方を有し、
広い部分が、該第1の微細製作フローチャネルに隣接して配置され、そして
狭い部分が、該第2の微細製作フローチャネルに隣接して配置される、
微細製作エラストマー構造体。 - 請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体であって、
前記膜(25)が、前記微細製作フローチャネルの頂面が湾曲するように湾曲した底面を有する、微細製作エラストマー構造体。 - 請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体であって、
ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレン、ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)、ポリウレタン、シリコーン、脂肪族ウレタンジアクリレート、
General Electric製RTV615、ダウケミカル社のシルガード(Sylgard)182、184、186のようなポリジメチルシロキサン(PDMS)、UBCケミカルから販売されているエベクリル(Ebecryl)270またはIrr245のような脂肪族ウレタンジアクリレート、
ポリ(ビス(フルオロアルコキシ)フォスファジゼン(phosphazene)(PNF、Eypel−F)、ポリ(カルボラン−シロキサン)(Dexsil)、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)(ニトリルラバー)、ポリ(1−ブテン)、ポリ(クロロトリフルオロエチレン−フッ化ビニリデン)コポリマー(Kel−F)、ポリ(エチルビニルエーテル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン)コポリマー(Viton)、
ポリ塩化ビニル(PVC)のエラストマー組成物、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、およびポリテトラフルオロエチレン(Teflon(登録商標))
からなる群より選択される物質を含む、微細製作エラストマー構造体。 - 前記膜部分(25)が、100Hz以上のスピードで作動される、
請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体。 - 前記微細製作フローチャネルの壁を形成する平坦な基板(14)をさらに備える、請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体。
- 前記平坦な基板がガラスである、請求項11に記載の微細製作エラストマー構造体。
- 前記膜部分が、静電的に作動したときに、微細製作フローチャネル(30)に偏向される、請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体(24)。
- 請求項13に記載に微細製作エラストマー構造体(24)であって、
第1の導電性部分が、前記膜部分(25)の中に提供され、
第2の導電性部分が、該第1の導電性部分とは反対側の微細製作フローチャネル(30)の側面において配置される、
エラストマー構造体。 - 請求項1または2に記載の微細製作エラストマー構造体(24)であって、
前記膜部分(25)が、
前記微細製作フローチャネル(30)中の流体の流れをブロックする第1の緩和位置から、
該微細製作フローチャネル(30)中の流体の流れが開放されている第2の作動位置へと、
移動可能である、微細製作エラストマー構造体。 - 請求項15に記載の微細製作エラストマー構造体(24)であって、前記微細製作フローチャネル(30)中の流体の流れの制御が、微細製作制御チャネル(32)中の圧力を前記微細製作フローチャネル(30)の圧力未満まで低下させて、前記膜部分(25)を偏向させることによって行われる、微細製作エラストマー構造体。
- エラストマーブロックを備える、微細製作構造体(24)であって、
該エラストマーブロックは、
その中に形成された、第1の微細製作チャネル(30)および第2の微細製作チャネル(32)を有し、
該第1の微細製作チャネルおよび該第2の微細製作チャネルは、エラストマー膜(25)によって隔てられ、
該膜は、該第1の微細製作チャネルの上表壁を構成し、
該膜部分は、該第2の微細製作チャネルにおいて圧力に変化が生じた場合に、該当第1の微細製作チャネルへと偏向可能である、微細製作構造体。 - 前記第1または第2の微細製作チャネルのうちの少なくとも1つが、1000μm未満の寸法を少なくとも1つ有する、請求項17に記載の微細製作構造体。
- 前記膜が、前記第1の微細製作チャネル(30)に偏向するときに、該第1の微細製作チャネルが塞がれる、請求項17に記載の微細製作構造体。
- 前記第1の微細製作チャネル(30)の頂面が、湾曲した面を有する、請求項17に記載の微細製作構造体(24)。
- 前記膜部分(25)が、前記第2の微細製作チャネル(32)の加圧に対して線形応答をする、請求項17に記載の微細製作構造体。
- 請求項17に記載の微細製作構造体であって、
前記膜(25)が、
前記第1の微細製作チャネル(30)中の流体の流れをブロックする第1の緩和位置から、
該第1の微細製作チャネル(30)中の流体の流れが開放されている第2の作動位置へと、
移動可能である、微細製作構造体。 - 請求項22に記載の微細製作構造体(24)であって、
前記第1の微細製作チャネル(30)中の流体の流れの制御が、
第2の微細製作チャネル(32)中の圧力を前記第1の微細製作チャネル(30)の圧力未満まで低下させて、前記膜部分(25)を偏向させることによって行われる、
微細製作構造体。 - 請求項17に記載の微細製作構造体であって、
前記第2の微細製作チャネル(32A)に平行になるように配置された、第3および第4の微細製作チャネル(32B,32C)をさらに備え、
前記第2、第3および第4の微細製作チャネルは、それぞれ、第1、第2および第3の膜部分(25)によって前記第1の微細製作チャネルから隔てられ、該膜は、該第1の微細製作チャネル(30)へと偏向可能である、微細製作エラストマー構造体。 - 請求項24に記載の微細製作構造体であって、
前記第2、第3および第4の微細製作チャネル(32A,32B、32C)が、それぞれ、加圧されたときに、
前記第1、第2および第3の膜(25)が前記第1の微細製作チャネル(30)へと偏向可能である、微細製作構造体。 - 請求項17に記載の微細製作構造体であって、
前記第1の微細製作チャネル(30A)に平行である第3の微細製作フローチャネル(30B)をさらに備え、
前記第2の微細製作チャネル(32A)は、その長さ部分に沿って配置される広い部分と狭い部分の両方を有し、
広い部分が、該第1の微細製作チャネルに隣接して配置され、そして
狭い部分が、該第3の微細製作チャネルに隣接して配置される、
微細製作構造体。 - 請求項17に記載の微細製作構造体であって、
前記膜(25)が、前記第1の微細製作フローチャネルの頂面が湾曲するように湾曲した底面を有する、微細製作構造体。 - 請求項17に記載の微細製作構造体であって、
ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリイソブチレン、ポリ(スチレン−ブタジエン−スチレン)、ポリウレタン、シリコーン、脂肪族ウレタンジアクリレート、
General Electric製RTV 615、ダウケミカル社のシルガード(Sylgard)182、184、186のようなポリジメチルシロキサン(PDMS)、UBCケミカルから販売されているエベクリル(Ebecryl)270またはIrr245のような脂肪族ウレタンジアクリレート、
ポリ(ビス(フルオロアルコキシ)フォスファジゼン(phosphazene)(PNF、Eypel−F)、ポリ(カルボラン−シロキサン)(Dexsil)、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)(ニトリルラバー)、ポリ(1−ブテン)、ポリ(クロロトリフルオロエチレン−フッ化ビニリデン)コポリマー(Kel−F)、ポリ(エチルビニルエーテル)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン)コポリマー(Viton)、
ポリ塩化ビニル(PVC)のエラストマー組成物、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、およびポリテトラフルオロエチレン(Teflon(登録商標))
からなる群より選択される物質を含む、微細製作構造体。 - 前記膜部分(25)が、100Hz以上のスピードで作動される、
請求項17に記載の微細製作構造体。 - 前記第1の微細製作チャネルの壁を形成する平坦な基板(14)をさらに備える、請求項17に記載の微細製作構造体。
- 前記平坦な基板がガラスである、請求項30に記載の微細製作構造体。
- エラストマー構造体(24)の微細製作チャネル(30)中の流体の流れを制御するための偏向可能な膜(25)の使用。
- 前記微細製作チャネル(30)中の流体の流れの制御が、前記膜(25)に作動力を与えることによりもたらされる、請求項32に記載の使用。
- 前記微細製作チャネル(30)中の流体の流れの制御が、前記膜を偏向させるような前記エラストマー構造体の第2の微細作製チャネル(32)に対する加圧によってもたらされる、請求項32に記載の使用。
- 請求項32に記載の使用であって、
前記エラストマー構造体が、その中に、少なくとも第1および第2の微細製作凹部(21、23)を伴い、該微細製作凹部のうちの1つが、前記微細製作チャネル(30)を形成し、
ここで、前記偏向可能な膜(25)が、該第1および第2の微細製作凹部を隔て、
作動されたときに該第1または第2の微細製作凹部のうちの1つへと偏向可能である、
使用。 - 微細製作偏向可能部分(25)を備えるエラストマーデバイス(24)を作製するための、
結合したエラストマー層(20、22)の使用。 - 実質的に死容量(dead volume)がない、微細製作流体バルブを作製するためのエラストマー性物質の使用。
- 請求項33に記載の使用であって、
前記膜部分が、
前記微細製作チャネル(30)中の流体の流れをブロックする第1の緩和位置から、
該微細製作チャネル(30)中の流体の流れが開放されている第2の作動位置へと、
移動可能である、使用。 - 前記微細製作チャネル(30)中の流体の流れの制御が、前記エラストマー構造体の第2の微細製作チャネル(32)中の圧力を該微細製作チャネル(30)の圧力未満まで低下させて、前記膜を偏向させることによって行われる、請求項38に記載の使用。
- エラストマー構造体を製造するための方法であって、
その中に少なくとも1つの第1の凹部(21)を有する第1の微細製作エラストマー構造体(20)を提供する工程;
その中に少なくとも1つの第2の凹部(23)を有する第1の微細製作エラストマー構造体(22)を提供する工程;および
該第1のエラストマー構造体の表面を、該第2のエラストマー構造体の表面に結合させる工程
を包含する、方法。 - 請求項40に記載の方法であって、
第1のエラストマー構造体(20)の頂部に前記第2のエラストマー構造体(22)を位置づけて、前記第1の凹部(21)および第2の凹部(23)が、該エラストマー構造体体の膜部分(25)によって隔てられ、そして、該膜部分が、該第1の凹部または第2の凹部のいずれかに対して偏向可能であるようにする、工程;および
該第2のエラストマー構造体の底面を第1のエラストマー構造体の頂面と結合させる工程
をさらに包含する、方法。 - 請求項40に記載の方法であって、
前記第1のエラストマー構造体(20)が、該第1のエラストマー構造体の底面で少なくとも第1の凹部(21)を形成させる少なくとも1つの突出部(11)を有する第1の微細製作モールド(10)で、製造され、そして
前記第2のエラストマー構造体(22)が、該第1のエラストマー構造体の底面で少なくとも第2の凹部(23)を形成させる少なくとも1つの突出部(13)を有する第1の微細製作モールド(12)で、製造される
方法。 - 請求項40に記載の方法であって、
さらなるエラストマー層を連続的に加えて、それによって、各層が、連続的なエラストマー層を微細製造することにより追加される工程;および
該連続的エラストマー層の底面を前記エラストマー構造体の頂面に結合させる工程
をさらに包含する、方法。 - 前記第1および第2のエラストマー構造体が、同じ物質から製造される、請求項40に記載の方法。
- 前記第1および第2のエラストマー構造体の両方が、架橋剤を含む、請求項43に記載の方法。
- 前記第1および第2のエラストマー構造体が、接着剤の層によって結合される、請求項40に記載の方法。
- 前記接着剤が、硬化することで前記第1および第2のエラストマー構造体を一緒に結合するためのまだ硬化していないエラストマーを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記第1および第2のエラストマー構造体が、酸素プラズマに曝露することによって化学的に活性化されて前記層の結合を促進する、請求項40に記載の方法。
- 平坦な基板を提供する工程;および
前記第1のエラストマー構造体(20)を、該平坦な基板が前記第1の凹部の1つの側面に壁を形成するように配置して、それによって、チャネルを形成する工程
をさらに包含する、請求項41に記載の方法。 - 前記平坦な基板が、ガラスである、請求項41に記載の方法。
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