JP2008514397A - 粒子を分離する方法とデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本発明において、2次高調定在波(second order harmonic standing wave)が基本定在波(fundamental standing wave)とともに使用される。粒子が2次高調定在波に晒されると、力は2つの側部の2つの圧力節に向かって作用する。2次高調定在波と基本定在波との間で周波数を切り換えることによって、粒子は分離されて圧力節の異なる組に集められる。
分離チャンネル16(385μm幅、250μm深さ)は異方性の湿式エッチングを用いて<100>シリコンウェハ中にエッチングされた。チャンネルはアノード結合によってガラスのふたでシールされ、シリコンチューブは入口と裏面の出口で接着された。超音波励起(2MHzと4MHz)は、2つの圧電セラミック結晶を、1つを裏面から1つを前面から超音波ゲルを用いて取り付けることによって成し遂げられた。流れは3つのシリンジポンプを使用して水入口部で26μl/min、中央出口で15μl/min、複数の側部出口で75μl/minに制御された。64μl/minの粒子溶液のバランス流れは、開いたカップから引き出された。粒子溶液は、密度が1.05g/cm3の3μmのポリスチレンビーズと、密度が1.19g/cm3の8μmのポリメチルメタクリレートビーズとを水に懸濁された混合物からなる。適切な分離を得るために、切り替えのパラメータが正確に調整された。これは、十分に目視観察による分離が達成されるまでパラメータを系統的に調整することによってなされた。通常の作動サイクルは800μsに対して2MHz、200μsに対して4MHzである。
Claims (17)
- 媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子分離方法であって、
前記媒体を含むチャンバー(2,22)を、複数の第1圧力節を有する第1周波数の第1超音波定在波を発生する超音波に晒す工程と、
前記粒子混合物の濃度が、前記第1周波数の前記第1超音波定在波の第1圧力節またはその付近に、または、前記第1圧力節と前記チャンバ(2,22)との間のどこかに配置されるように、前記粒子混合物を前記チャンバ(2,22)中に配置する工程と、
前記粒子混合物の粒子の第1の組が少なくとも1つの第2圧力節に向かって小さい加速度を受け、前記粒子混合物の粒子の第2の組が前記少なくとも1つの第2圧力節に向かって大きい加速度を受けるように、超音波定在波の周波数を、前記少なくとも1つの第2圧力節を有する第2超音波定在波を発生する第2周波数に切り換える工程と、
前記粒子混合物の粒子の前記第1の組に小さい距離を進ませ、前記粒子混合物の粒子の前記第2の組に大きい距離を進ませるように、振幅a2を有する前記第2周波数を時間t2だけ維持する工程と、
第1の小さい距離が、前記粒子混合物の粒子の前記第1の組が前記第1圧力節に向かってより大きな加速度を受ける程小さく、第2の大きい距離が、前記粒子混合物の粒子の前記第2の組が前記第1圧力節に向かってより小さな加速度を受ける程大きくなるように、元の前記第1周波数に切り換える工程と、
前記粒子混合物の粒子の前記第1の組を前記第1圧力節に向かって戻らせる一方、前記粒子混合物の粒子の前記第2の組が長い距離進ませないように、振幅a1を有する前記第1周波数を時間t1だけ維持する工程と、
前記粒子混合物の粒子の前記第1の組の大部分が前記第1圧力節に集められ、前記粒子混合物の粒子の前記第2の組の大部分が前記第2圧力節に集められるように、それぞれ時間t1および振幅a1と、時間t2および振幅a2とを含むデューティサイクルで、前記第1周波数と前記第2周波数との間で超音波定在波を繰り返し切り換える工程と、
を有することを特徴とする粒子分離方法。 - 前記第1周波数が前記チャンバーの第2高調周波数であり、前記第2周波数が前記チャンバーの基本共鳴周波数であることを特徴とする請求項1に記載の粒子分離方法。
- 前記媒体と前記懸濁された粒子混合物とは、前記チャンバ(2,22)を有するチャンネル内を層流で流れるように導かれ、前記超音波定在波が前記流れの方向を横切っていることを特徴とする請求項1または2に記載の粒子分離方法。
- 前記第1および第2周波数の前記振幅a1およびa2が固定されて維持されており、前記第1および第2周波数の時間t1およびt2が変えられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の粒子分離方法。
- 前記第1および第2周波数の前記時間t1およびt2が固定されて維持されており、前記第1および第2周波数の振幅a1およびa2が変えられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の粒子分離方法。
- 前記粒子混合物の濃度が前記チャンネル(2,22)の2つの側部(14,24)から提供され、純粋な媒体がチャンネルの中央(15,25)から提供され、粒子の前記第1の組は2つの側部のチェンネル出口(16,26a、26b)で集めら、粒子の前記第2の組は中央のチェンネル出口(17,27)で集められることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の粒子分離方法。
- 385μm幅と250μm深さの分離チャンネルに対して、前記第1周波数は4MHzであり前記第2周波数は2MHzであり、前記第1周波数の時間t1は200μsであり、前記第2周波数の時間t2は800μsであることを特徴とする請求項6に記載の粒子分離方法。
- 粒子の前記第1の組と粒子の前記第2の組は、チャンネルの底(22)の連続した出口(26a、26b)で集められることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の粒子分離方法。
- 多くの分離が直列に接続された多くのチャンネル(2,22)を通して実行され、1つの工程で分離された粒子の1組が少なくとも1つの更なる分離に晒されることを特徴とする請求項3乃至8のいずれか1項に記載の粒子分離方法。
- 前記更なる分離が異なる時間t1とt2およびまたは振幅a1およびa2を用いて実行されることを特徴とする請求項9に記載の粒子分離方法。
- 媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子分離デバイス(1,21)であって、
前記媒体を含むチャンバー(2,22)と、
前記チャンバー(2,22)中に超音波定在波を発生するための超音波発振器(3a、3b、23a、23b)と、を有し、
前記超音波発振器は、複数の第1圧力節を有する第1周波数と、少なくとも1つの第2圧力節を有する第2周波数の間で、超音波定在波の周波数を繰り返し切り換えるように構成されており、前記第1周波数の超音波定在波は、時間t1と振幅a1を有し、前記第2周波数の超音波定在波は、時間t2と振幅a2を有することを特徴とする粒子分離デバイス。 - 前記第1周波数が前記チャンバー(2,22)の第2高調周波数であり、前記第2周波数が前記チャンバー(2,22)の基本共鳴周波数であることを特徴とする請求項11に記載の粒子分離デバイス。
- 前記チャンバ(2,22)は、層流がチャンネル中に構成され、前記超音波発振器(3a、3b、23a、23b)は前記流れの方向に横切る方向に前記定在波を発生するように構成されていることを特徴とする請求項11または12に記載の粒子分離デバイス。
- 前記チャンネルは、前記チャンネルの2つの側部に前記粒子混合物の濃度を提供する粒子混合物入口(14,24)と、前記チャンネルの中央部に純粋の媒体を供給する媒体入口(15,25)とを持って提供されており、かつ、
前記チャンネルは、2つの横方向の位置に粒子の前記第1組を捕集する第1粒子出口(16,26a、26b)と、中央の位置に粒子の前記第2組を捕集する第2粒子出口(17,27)とを持って提供されていることを特徴とする請求項13に記載の粒子分離デバイス。 - 前記チャンネルは、前記粒子混合物の濃度を供給する粒子混合物入口(24)と、前記チャンネルの中央部に純粋な媒体を提供する媒体入口(25)とを含む前記チャンネルの前記底部に、連続した入口を持って提供されており、かつ、
前記チャンネルは、前記チャンネルの底部に粒子の前記第1組と前記第2組を捕集する連続した粒子出口(26a、26b)とを持って提供されていることを特徴とする請求項14に記載の粒子分離デバイス。 - 前記チャンネルは、混合された粒子の2つの流れ(37)を含む流れのための入口(28)をもって提供されることを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の粒子分離デバイス。
- 媒体中に懸濁された粒子混合物の粒子を分離するためのアセンブリであって、
請求項13乃至請求項16のいずれか1項に記載された分離デバイス(1,21)の複数個が直列に接続されていることを特徴とするアセンブリ。
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