JP2008532748A - 液体用マイクロ流体バルブ - Google Patents

Abstract

流量を分配又は配列するためのマイクロ流体デバイスが、マイクロ流体流路を介して連結された複数の上流側及び／又は下流側チャンバを有している。流体を分配するために、メインチャンバと複数の下流側のサブチャンバとを有する基板が設けられている。各サブチャンバは、閉止可能なベント穴と連通している。流体は、連通するベント穴を開放することによって、関心のある所望のサブチャンバの中に選択的に移動する。そして、流体を、サブチャンバの中に、例えば基板を回転させることで、送り込む。流す順序のため、少なくとも１の下流側チャンバに連結する複数の上流側チャンバを有する基板が設けられている。各上流側チャンバは、選択的に開放可能な関連するベント穴を有する。そして、基板が回転して、開放状態のバルブを具える上流側チャンバに含まれる流体が少なくとも１の下流側チャンバに移動する。
【選択図】図１

Description

本発明の技術分野は、一般に、マイクロ流体デバイス及び異なる通路、流路、又はチャンバに入る流体を制御又は切り換えるため使用する方法に関する。より具体的には、本発明の技術分野は、液体の分配及び流す順番を決めるための、マイクロ流体コンパクトディスク（ＣＤ）といったマイクロ流体デバイスに組み込まれたマイクロ流体バルブに関する。

本出願は、２００５年３月９日に出願された米国特許出願番号第６０／６６０，０６０号の優先権を要求する。米国特許出願番号第６０／６６０，０６０号は、参照することにより本書で十分に説明するように盛り込まれている。

マイクロ流体デバイスは、研究用及び商用の双方で、益々より重要になっている。マイクロ流体デバイスは、例えば、少量の試薬を混合及び反応させることができるため、試薬のコストを最小限にする。また、これらと同様なマイクロ流体デバイスは、比較的小さなサイズ又はフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を有するため、実験室のスペースを節約する。マイクロ流体デバイスは、益々臨床的応用に使用されつつある。最終的には、それらの小さな大きさのため、研究及び／又は商用として後で使用できる製品を迅速且つコスト効率よく合成できる。

リーバルブ（ｌｅｅ ｖａｌｖｅｓ）及び毛細管バルブを使用して、マイクロ流体システムの液体を制御している。しかしながら、機械式バルブの製造プロセスは、一般に、複雑且つコストが高い。さらに、バルブを作動させるための外部支持システム（例えば、電源、空気圧力管路及び空気源）が必要である。製造プロセスは毛細管バルブの主要問題ではないが、このような毛細管バルブの信頼性は、満足のいくものではない。例えば、バルブの性能は、流路の寸法及び構成要素の面特性（例えば、接触角）に高く依存する。さらに、あるケースでは、バルブの寸法が（広範囲の流量に対して）調整可能でなく、バルブの構成要素の面特性をうまく決定できない。このため、マイクロ流体をベースにしたデバイスでの使用に適した、信頼性があるが費用効果があるバルブが必要となる。

本発明の第１の態様では、マイクロ流体システムで液体を制御するためのマイクロ流体デバイスが提供されている。本発明の一態様によれば、液体制御機能を、例えば、必要な入口、出口、チャンバ、及びベント穴を形成した、回転可能なコンパクトディスク（ＣＤ）等といった回転又は遠心力ベースのマイクロ流体デバイスで実施する。言うまでもなく、本発明を遠心力を超える他のポンプ力を使用して実施してもよい。例えば、液体を、空気式ポンプ、機械式ポンプ、電気浸透ポンプ等を使用して、ポンプで送り込んだり又はそうでなければ移送してもよい。

本発明に係るさらに別の態様では、マイクロ流体デバイスを使用して、メインチャンバからメインチャンバに連結された１又はそれ以上の下流側チャンバ（例えば、サブチャンバ）に流れる液体といった流体を、分配又は選択的に分配してもよい。流体は、特別に関心のあるサブチャンバに関するバルブの有るベント穴を開放又はそうでなければアクセスを与えることによって、適切な方向のサブチャンバに向けられる。

本発明のさらに別の態様では、マイクロ流体デバイスを使用して、複数の供給元チャンバに含まれる液体の１又はそれ以上の共通した送り先チャンバへの流れを選択的に順序付けてもよい。流れの順序を、特別に関心のある供給元チャンバに関するバルブの付いたベント穴を選択的に開放又はそうでなければアクセスを提供することによって、生じさせてもよい。バルブの有るベント穴を開放する順序又は順番は、液体の流れの順番を決定する。

本発明のある実施例では、マイクロ流体デバイスが、基板と、基板に設けられたメインチャンバと、基板に設けられ且つメインチャンバと連結する複数のサブチャンバとを具えており、各サブチャンバがベント穴を有するか又は（例えば、マイクロ流体流路を通して）ベント穴と連通する。各ベント穴が、各ベント穴を閉止するためのバルブ部材を有する。バルブ部材は、好適には、実質的にガス不透過性である。ある実施例では、バルブ部材が取り外し可能である。バルブ部材を、接着部材又は、例えば、隔壁といった障壁で形成してもよい。

本発明のさらに別の態様では、ベント穴を開放する手段が提供されている。この手段を手作業又は自動で作動させてもよい。例えば、ベント穴を開放するための手段が、バルブ部材に貫通又は穴を開けるよう構成された穿刺装置を有してもよい。代替的に、ベント穴を開放するための手段が、レーザ又は放射ビームを有してもよい。本発明に係るさらに別の実施例では、ベント穴を開放するための手段が、ベント穴を手で開放するための工具又は他の装置を有してもよい。

マイクロ流体デバイスのメインチャンバは、メインチャンバの中に流体を充填又は装填可能な１又はそれ以上のベント穴を及び／又は入口を有してもよい。代替的に、マイクロ流体デバイスのメインチャンバを１又はそれ以上のマイクロチャネルに連結してもよい。この点において、メインチャンバを、いくつかのプロセス（例えば、試料調製、分離、反応、溶出等）を実行可能なマイクロ流体デバイス又はシステムと一体化してもよい。

本発明に係る別の態様では、マイクロ流体デバイスをコンパクトディスク（ＣＤ）に形成してもよい。そして、ＣＤを回転軸周りに回転させて、液体に与えられる遠心力に基づいて一方のチャンバから他方のチャンバに流体を送り込む。例えば、サブチャンバを、ＣＤのメインチャンバに対して半径方向外側の位置又は距離に設けてもよい。このような位置では、流体がメインチャンバからサブチャンバに流れることができる。個別のサブチャンバを、サブチャンバに関する各ベント穴を開放（又は場合によっては閉止）することによって、関心のある目的とするチャンバとして選択してもよい。

本発明に係るさらに別の態様では、マイクロ流体デバイスが、回転軸の周りに回転可能な基板を有する。このデバイスは、基板に設けられた複数の上流側チャンバを有し、各チャンバが、ベント穴及び各ベント穴を閉止するためのバルブ部材に連結されている。少なくとも１の下流側チャンバを基板に設けて複数のチャンバに連結し、少なくとも１の下流側チャンバを複数の上流側チャンバに関して半径方向外側に設置する。

本発明の一態様によれば、真前に記載したマイクロ流体デバイスが、取り外し可能なバルブ部材を有する。例えば、バルブ部材を接着材料で形成してもよい。他の実施例では、バルブ部材を障壁又は隔壁で形成してもよい。いずれのケースでも、バルブ部材が、実質的に、気体不透過性である。ベント穴を開放するための様々な手段を用いてもよい。例えば、穴開け器具、レーザ、又は工具を使用してベント穴を開放してもよい。バルブ部材を接着テープといった接着材料で形成する場合、テープは手術者によって簡単に取り外される。

本発明の一態様では、基板を回転軸周りに回転可能なＣＤで形成する。ＣＤを回転可能なプラテン又はスピンドルを用いて回転させて、遠心ポンプ力を与えてもよい。プラテン又はスピンドルを順にモータ又はサーボに連結してもよい。

本発明に係るさらに別の態様では、マイクロ流体デバイスにおいて流体を分配する方法が、流体を含む基板に設置されたメインチャンバと流体を含む基板に設置された複数のサブチャンバとを有する基板を含むマイクロ流体デバイスを用意するステップを有しており、サブチャンバがメインチャンバに連結されており、各サブチャンバがベント穴を閉止するためのバルブ部材を具えたベント穴を有している。そして、ベント穴をサブチャンバのうちの１つから開放する。そして、基板を軸周りに回転させて、メインチャンバから開放したベント穴を有するサブチャンバに流体の少なくとも一部を移送する。移送後、ベント穴を再び閉止する。そして、別のサブチャンバに関するベント穴を開放する。そして、基板を二度目の回転をさせて別のサブチャンバに流体を移送する。

本発明に係るさらに別の態様では、マイクロ流体デバイスにおける流体の流れの順序付けをする方法が、回転可能な基板と流体を含む基板に設けられた複数の上流側チャンバとを有するマイクロ流体デバイスを用意するステップを有しており、各チャンバがベント穴及び各ベント穴を閉止するためのバルブ部材に連結され、少なくとも１の下流側チャンバが基板に設けられ複数のチャンバに連結されている。少なくとも１の下流側チャンバは、複数の上流側チャンバに関して半径方向外側に設置されている。そして、複数の上流側チャンバのうちの１のベント穴を開放する。そして、開放したベント穴を有する上流側チャンバから少なくとも１の下流側チャンバに流体の少なくとも一部を移送するように、基板を軸周りに回転させる。

そして、別の上流側チャンバのベント穴を開放して、基板を回転させ、別の上流側チャンバから少なくとも１の下流側チャンバに流体を移送させる。このような順序を複数の上流側チャンバのそれぞれについて繰り返してもよい。流れる順番を、上流側チャンバのベント穴を開放する順序によって制御する。

このように本発明の目的は、１又はそれ以上の下流側チャンバ又は流路への液流を制御できるデバイス及び方法を提供することである。本発明の１つの目的では、複数の下流側チャンバ（例えば、サブチャンバ）に流体を選択的に分配するための方法及びデバイスが提供される。選択を、各下流側チャンバに関するベント穴を選択的に開放することによって提供する。本発明のさらに別の目的は、複数のチャンバに含まれる流体の共通の下流側チャンバへの流れを選択的に順序付ける方法及びデバイスを提供することである。選択を、各上流側チャンバに関するベント穴を選択的に開放することによって提供する。さらに、好適な実施例に係る以下の図面及び記載を検討して特性及び有利性が明らかとなろう。

図１は、本発明の一態様に係るマイクロ流体デバイス２を示す。マイクロ流体デバイス２は、基板４の上に形成される。この基板４は、マイクロ流体構造に使用するものとして当業者に知られた任意の数の構成要素を具えてもよい。本発明の一態様では、基板４を、粘着フィルムを用いて２つのポリカーボネートディスクの間に挟まれたＰＤＭＳ層で形成された積層構造とする（以下に詳細を記す）。ある態様では、基板４が回転軸６の周りを回転可能である。図１は、コンパクトディスク（ＣＤ）の形状の基板４を示す。図１は、反時計方向（矢印８で示す）に回転軸６の周りを回転する基板４を示す。しかしながら、基板４が、反時計方向又は時計方向のいずれにも回転可能であることに留意されたい。

さらに、図１を参照すると、マイクロ流体デバイス２は、１又はそれ以上のマイクロ流体機構１０を有している。マイクロ流体機構１０は、例として、チャンバ、流路、分岐点、入口、出口、ベント穴等を有している。図１に示す機構は、メインチャンバ１２と、２つの下流側チャンバ１４とを有する。チャンバ１４は、基板４の回転中に、遠心力がメインチャンバ１２に含まれる流体１６をデバイス２の縁部１８に向けて半径方向外側に押し出すため、「下流側」と称される。また、これらの下流側チャンバ１４を、サブチャンバと称してもよい。図１のデバイス２では、メインチャンバ１２が分岐点２２に繋がっているマイクロ流体流路２０を介して２つの下流側チャンバ１４に連結されている。分岐点２２も同様に、別のマイクロ流体流路２４を介してメインチャンバ１２に連結されている。２つの下流側チャンバ１４を、直接メインチャンバ１２に繋げてもよいことに留意されたい。

メインチャンバ１２は、メインチャンバ１２に流体１６を取り込むのに使用可能な入口２６を有している。さらに、本発明のある実施例では、メインチャンバ１２の内部がデバイス２の外側の周囲と連通するように、入口２６がベント穴をも兼ねる。同様に、本発明のある実施例では、２つの下流側チャンバ１４が、以下に詳細に説明するようなベント穴（図示せず）を含むかそれに連通している。ベント穴を下流側チャンバ１４に直接設けてもよく、又は代替的に、ベント穴をマイクロ流体流路を介してチャンバ１４に連結してもよい。下記のように、ベント穴は各チャンバ１４を選択的に閉止（開放）するためのバルブ部材を有する。

ここで図２を参照すると、本発明の一実施例に係るマイクロ流体機構１０の拡大図を示す。本実施例では、図１に示す実施例のように、メインチャンバ１２（図２ではチャンバ１で示す）が複数の下流側サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（図２のチャンバ２，３，及び４）に連結されている。メインチャンバ１２は、マイクロ流体流路２８を介して入口２６に流体的に連通している。入口２６を、流体１６（例えば、液体）をメインチャンバ１２の中に充填するのに使用する。また、メインチャンバ１２は、分岐点３２を終端とする出口側のマイクロ流体流路３０と接続されている。さらに、分岐点３２は、サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと接続される複数のマイクロ流体流路３４ａ，３４ｂ，３４ｃと連結されている。各サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃをそれぞれ有する。図２に示すように、ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、マイクロチャネル３８ａ，３８ｂ，３８ｃを介して、サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ連結されている。代替的に、ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃを、サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ又はその中に直接的に設けてもよい。

さらに、図２を参照すると、各ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｂは、各ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｂを閉止するためのバルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを有している。バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、全体として、ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃの通路又はオリフィスを閉鎖又は閉塞することにより作動する。バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、実質的に気体不透過性である。このため、閉鎖又は閉止した状態では、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの内部と外部環境との間を遮断する。本発明のある態様では、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃが、取り外し可能である。すなわち、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを変えたり又は別の場所に移して、サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの内部と外部環境との間のアクセスを与えてもよい。例えば、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、各ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃから除去されるプラグ又はこれと同様なもの具えてもよい。代替的に、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを、一方の面に接着剤の層を付けたテープのような接着部材で形成してもよい。接着部材を単に基板４から剥がすことによって外してもよい。

さらに、本発明に係る別の態様では、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを、ベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃの上部又は内側に設けられた障壁又は隔壁として形成してもよい。また、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを開放するための様々な手段を採用してもよい。例えば、鋭い先端又は先のとがった先端を有する穿刺装置を使用して、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃに穴を開けるかそうでなければ貫通してもよい。代替的に、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを、例えば、レーザといった集束放射線ビームによって開放してもよい。レーザから放射される光は、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃの中の穴を選択的に除去又は形成するため、サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ内部へのアクセスを与える。さらに別の実施例では、工具又はこれと同様なものを使用してバルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを開放してもよい。工具を、手動で又はロボット制御の使用により自動的に制御し、バルブ部材４０ａ，４０ｂ，４０ｃを開放してもよい。

さらに、図２を参照すると、機構１０が軸６の周りに回転するＣＤといった基板４の上に形成されている。メインチャンバ１２が、下流側サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの半径方向内側又は上流側に形成されている。図２に示す形態を使用して、１又はそれ以上の下流側サブチャンバ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに流体１６を分配又は選択的に配分してもよい。例えば、流体１６を初めに入口２６を介してメインチャンバ１２に充填する。そして、所望の目的とするチャンバに関するベント穴を開放する。例えば、サブチャンバ１４ａ（チャンバ２）が選択した一番初めの目的とするチャンバである場合、サブチャンバ１４ａに連通するベント穴３６ａを、上記の方法のうちの一つを用いて開放する。残りのベント穴３６ｂ，３６ｃは、閉止状態のままである。そして、基板４を軸６周りに回転させる。基板４をその軸６周りに回転させることによって、遠心力がメインチャンバ１２の中の流体１６に作用して、流体１６をサブチャンバ１４ａの中に押し出すか又は移送する。図２に示すデバイスでは、流体１６が、開放したサブチャンバ１４ａにのみ流れる。これは、流体１６のポンプ力が密閉したサブチャンバ１４ｂ，１４ｃに蓄積した空気圧によってバランスされるという事実によるものである。流体１６をこれらのサブチャンバ１４ｂ，１４ｃに押し出すときに、ベント穴３６ｂ，３６ｃを閉止しているため、流れが発生する圧力によって止められる。このため、メインチャンバ１２（チャンバ１）の流体１６のみを、サブチャンバ１４ａ−大気開放したサブチャンバに圧入することができる。

少なくともいくつかの流体１６をサブチャンバ１４ａに圧入又は移送した後に、基板４を止める。本発明のある態様では、ベント穴３６ａを、例えば、接着テープといったバルブ部材４０ａを用いて再び閉止する。流体１６を隣のサブチャンバ（例えば、サブチャンバ１４ｂ）に移送するために、このチャンバ１４ｂに連通するベント穴３６ｂを開放する。他のベント穴３６ａ，３６ｃは、閉止状態にある。そして、基板４がその軸６周りに再び回転して、流体１６をサブチャンバ１４ｂに押し入れ又は送り込む。メインチャンバ１２の流体１６を、充填することを意図していない残りのサブチャンバのベント穴３６ａ，３６ｂ，３６ｃを閉止することによって、所望の順番で、関心のあるサブチャンバ１４ｂ，１４ｃ，１４ｃに送り込んでもよいことに留意されたい。

回転可能な基板４とともに作動して遠心ポンプ力を与える図２のデバイスを説明したが、代替的なポンプ源を採用してデバイス２の中に流体１６を移送又は送り込んでもよい。例えば、これらは、空気圧式ポンプ、機械式ポンプ、電気浸透式ポンプ、及び当業者に知られた他の方法を含む。

図３は、本発明の代替的な実施例に係るマイクロ流体機構１０を示す。本実施例は、複数の流体源から１又はそれ以上の共通のチャンバへの流体の連続的な流れに使用するマイクロ流体デバイス２を示す。図３に示すように、マイクロ流体デバイス２は、軸６の周りに回転可能な基板４を含む。図２に示す実施例と同様に、基板４をＣＤで形成してもよい。このデバイスは、基板４又は基板４の中に設けられた複数の上流側チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ（例えば、図３に示すチャンバ１，２，３）を有する。各チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、同じか又は異なる流体１６ａ，１６ｂ，１６ｃを有する。本発明のある態様では、各チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃが、異なる液体試薬を有してもよい。さらに別の実施例では、あるチャンバが測定物質を含み、別のチャンバが接着剤を含んでもよい。残りのチャンバが、洗浄液又は溶離液を有してもよい。

さらに、図３を参照すると、各上流側チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃが、ベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃにそれぞれ連結されている。チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを、ベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃに直接的に連結してもよく、あるいは、図３に示すように、マイクロ流体流路５４ａ，５４ｂ，５４ｃを介して連結してもよい。ある実施例では、ベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃが、それぞれのチャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに流体１６を満たすのに使用可能な入口を兼ねてもよい。各ベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、各ベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃを閉止するバルブ部材５６ａ，５６ｂ，５６ｃを有している。バルブ部材５６ａ，５６ｂ，５６ｃを、図２に示す実施例に関して上記のように開示されているよう構成してもよい。

各上流側チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、分岐点６０を終端とするマイクロ流体流路５８ａ，５８ｂ，５８ｃに連結されている。分岐点６０は、第１の下流側チャンバ６４（図３に示すチャンバ４）を終端とする別のマイクロ流体流路６２に連結されている。図３に示すように、第１の下流側チャンバ６４は、マイクロ流体流路６８を介して第２の下流側チャンバ６６（図３のチャンバ５）に連結されている。第２の下流側チャンバ６６は、マイクロ流体流路７０を介してベント穴６８に連結されている。本発明に係るある実施例では、ベント穴６８もまたチャンバ６６に含まれる流体１６を引き出したり又は除去するのに使用可能な出口として使用してよい。

ここで図３を参照して本デバイスの動作を説明する。１又はそれ以上の流体（例えば、流体１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）が、上流側チャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに含まれている。そして、下流側チャンバ６４，６６への流体１６ａ−１６ｃの連続的な流れを、空にすべき上流側チャンバのベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃを開放することによって、選択的に制御可能である。例えば、図３に示すデバイスのケースでは、連続的な流れがまずチャンバ５０ａ（チャンバ１）から生じ、その後にチャンバ５０ｂ（チャンバ２）で生じ、最後にチャンバ５０ｃ（チャンバ２）で生じるものと仮定する。まず、チャンバ５０ａに連通するベント穴５２ａを、残りのベント穴５２ｂ，５２ｃが閉止した状態で開放する。そして、基板４が軸６周りに回転し、流体１６ａが第１の下流側チャンバ６４に通じる分岐点６０に向けて、マイクロチャネル５８ａを通して流体１６ａを強制的に押し出すか又は送り込む。そして、流体１６ａは、マイクロチャネル６８を前方へ流れ続けて第２の下流側チャンバ６６に入る。

第２の上流側チャンバ５０ｂからの流れは、ベント穴５２ｂに関する開放によって開始する。ベント穴５２ｂを、本書に記載した何らかの方法及びデバイスを用いて開放する。ある実施例では、ベント穴５２ｂを、ベント穴５２ｂに関するバルブ部材５６ｂを除去、穴開け／突き刺し、又は破壊することによって開放する。基板４が回転する間、ベント穴５２ｂを開放してもよく、又は代替的に、基板４を一時的に停止させてベント穴５２ｂを開放してもよい。そして、チャンバ５０ｂからの流体１６ｂの流れは、基板４を回転させることによって、第１及び第２の下流側チャンバ６４，６６に移動する。そして、第３のチャンバ５０ｃからの流体は、第３のチャンバ５０ｃに関するベント穴５２ｃを開放することによって開始する。そして、基板４が回転して流体１６ｃをチャンバ５０ｃから外に押し出して下流側チャンバ６４，６６に入れる。特定のチャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ全体の中味を、基板４が回転している間、必ずしも完全に排出する必要がないことに留意されたい。例えば、特定のチャンバに関するベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃを再び閉止して、流体１６ａ，１６ｂ，１６ｃが全部排出するのを防止してもよい。

図３に示すデバイスは、外部環境に関して閉止したチャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃから流体１６ａ，１６ｂ，１６ｃが半径方向に流れるのを抑制又は防止することによって作動する。閉止したチャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃからの流体の流れは、遠心ポンプ力が閉止したチャンバの中で発生したバキューム力によってバランスすることによって防止される。このため、ベント穴５２ａ，５２ｂ，５２ｃを介して大気に向けて開放又は開封したチャンバ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの中の流体１６ａ，１６ｂ，１６ｃのみが、下流側チャンバ６４，６６に向けて半径方向外側に流れる。バキューム力を使用して液体１６の流れを規制するため、本実施例は「負の流れ調節（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｖａｌｖｉｎｇ）」と称される。

図４は、図２及び図３に開示されたようなマイクロ流体機構１０を有する基板４を形成する一つの方法を示す。図４に示す方法は、成型したエラストマーを使用して、マイクロ流体機構（例えば、チャンバ、分岐点、流路、ベント穴等）を形成する。しかしながら、マイクロ流体の分野で当業者に周知の他の製造方法を、回転可能な基板４に設けられた１又はそれ以上の機構１０に使用してよいことに留意されたい。例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工を使用して本デバイスを製造してよい。代替的に、マイクロ流体パターンを外側の２つのプラスチックディスクの間に積層したドライフィルムにフォトエッチングしてよい。

図５を参照すると、ステップ１００でシリコンウェハーといった基板８０を用意し、ＳＵ−８（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ，Ｃｏｒｐ．，Ｎｅｗｔｏｎ，Ｍａｓｓから入手可能なＮＡＮＯ ＳＵ−８）といったネガ型のフォトレジスト８２をスピンコーティングによって基板８０の上面に塗布する。そして、（ＳＵ−８とともに）基板８０を予焼工程（ｐｒｅ−ｂａｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）にさらし、溶液を蒸発させてフィルムを圧縮する。例えば、１００μｍ厚の場合、基板８０を約６５℃で約１０分間加熱する。フォトレジスト８２の第１の適用の典型的な厚さは、約１６０μｍである。

予焼の後で、基板８０とＵＶ光源（図示せず）との間にマスクを挿入して、フォトレジスト８２の選んだ部分を露光する。ＳＵ−８をクロスリンク（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｉｎｇ）可能な典型的な波長は、約３５０ｎｍから約４００ｎｍの範囲に有る。ＵＶ光は、最終的にマイクロ流体機構１０になるフォトレジスト８２の特定の部分のクロスリンクを開始させる働きをする。そして、基板８０は、基板８０を約６５℃で数分間加熱し、その後、約９５℃で１２分間（１５０μｍ厚を有するフォトレジストの場合）加熱する露光後の加熱工程を受けて、ＵＶで露光したフォトレジスト８２を完全にクロスリンク（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋ）する。

次に、ステップ１１０に見られるように、基板８０を現像又はエッチング溶液（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．から入手可能）に浸して、フォトレジスト８２の非感光の領域を除去する。実際の現像時間は、フォトレジスト８２の厚さに依存する。１５０μｍの厚さを有するフォトレジスト層８２の場合、浸漬時間は約１５から２０分である。使用可能な他の溶液型の現像液は、乳酸エチル及びジアセトンアルコールを有する。高いアスペクト比構造の場合、溶液の撹拌を要することがある。

ここで、ステップ１２０を参照すると、基板８０を、障壁として機能する円周形態の縁部を有する保持リング８４の中に配置して、基板８０の上部の上にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）前駆体を保持する。そして、ＰＤＭＳ前駆体を、硬化剤（例えば、Ｓｙｌｇａｒｄ １８５， Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ， Ｍｉｄｌａｎｄ， ＭＩ）とともにそれぞれ１０：１の重量比で完全に混合する。真空中で混合物のガス抜きをした後、混合物をＳＵ−８のマスター型に注入して硬化させる。型を加熱して硬化工程を速める。

ステップ１３０に見られるように、硬化後、マイクロ流体機構を含むＰＤＭＳ層８６をマスター型から剥がす。完全な基板４を形成すると、ＰＤＭ層８６を粘着フィルムを用いて２つのポリカーボネートディスクの間に挟む。

図５は、ここで形成した基板４を回転させるのに使用する器具を示す。この器具は、基板４を置く支持部又はプラテン９０を有する。プラテン９０は、時計方向又は反時計方向にその中心軸の周りを回転する。ある実施例では、プラテン９０が、基板４に形成した穴９４に一部又は全部が通るスピンドル９２を有する。プラテン９０を、プラテン９０及び基板４を駆動させるのに使用するシャフト９８を介してモータ又はサーボ９６に接続する。モータ又はサーボ９６は、プラテン９０が時計方向又は反時計方向に回転できるように、双方向で動作する。さらに、モータ又はサーボ９６の速さは、角周波数を制御できるように、制御可能である。例えば、モータ又はサーボ９６を、回転パラメータ（例えば、回転速さ、順序、タイミング等）を制御できるＰＣ（図示せず）といったコンピュータに接続してもよい。

さらに、図５を参照すると、画像システム９９がシステムに組み込まれている。画像システム９９は、例えば、流体の１６中の１又はそれ以上の成分を蛍光させるのに使用する放射線源を有する。代替的に、画像システム９９が、例えば、特定のベント穴（３６，５２）に関するバルブ部材（４０，５６）に穴を開け又は破壊することによって、ベント穴を開放可能な放射線源を有してもよい。また、画像システム９９は、例えば、カメラ又は電荷結合素子（ＣＣＤ）等といった、基板４の１又はそれ以上の領域（例えば、下流側チャンバ６４，６６）を選択的に撮像するのに使用可能な映像手段を有してもよい。さらに、画像システム９９は、自動解析及び流体１６の中に含まれる特定の種類又は成分の検出に使用する画像解析ソフトウェアを有してもよい。

本発明の実施例を図示し説明したが、本発明の範囲から逸脱することなしに、様々な改良を行ってもよい。このため、特許請求の範囲及びそれらに相当するものを除いて、本発明を限定すべきではない。

図１は、マイクロ流体チャンバに流体の流れを選択的に分配又は制御するのに使用するマイクロ流体デバイスを示す。図１は、コンパクトディスク（ＣＤ）の形状の回転可能な基板に配置されたマイクロ流体機構を示す。 図２は、本発明の一実施例に係るマイクロ流体デバイスを示す。マイクロ流体デバイスは、メインチャンバ（チャンバ１）と、メインチャンバに連結された複数のサブチャンバ（チャンバ２，３，４）とを有する。各サブチャンバは、関連するベント穴と、ベント穴を選択的に開放するバルブ部材とを有する。本実施例に係るマイクロ流体デバイスは、複数の下流側チャンバ（例えばサブチャンバ）に流体を選択的に分配するのに使用する。 図３は、本発明の代替的な実施例に係るマイクロ流体デバイスを示す。マイクロ流体デバイスは、複数の上流側チャンバ（チャンバ１，２，３）を有し、各チャンバが各ベント穴を閉止するためのバルブ部材を有するベント穴に連結されている。複数の上流側チャンバは、上流側チャンバの半径方向（例えば、デバイスの縁部に向かって）外側に設けられた少なくとも１の下流側チャンバ（チャンバ４及び５）に連結されている。本実施例に係るマイクロ流体デバイスを使用して、複数の上流側チャンバから少なくとも１の下流側チャンバへの流体の流れを選択的に決定する。 図４は、回転可能に駆動する基板のＰＤＭＳ型技術を用いた製造工程のチャートを示す。 図５は、スイッチを有する基板を回転させるためのシステムを示す。また、図５は、選択的な画像システムを示す。

Claims (40)

1. 基板と、
   前記基板に設けられたメインチャンバと、
   前記基板に設けられ、前記メインチャンバと接続して各々がベント穴を有する複数のサブチャンバと、
   を具えるマイクロ流体デバイスであって、
   各ベント穴が、前記各ベント穴を閉止するためのバルブ部材を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス。
2. 前記バルブ部材が取り外し可能であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記バルブ部材が接着部材を具えることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記バルブ部材が隔壁を具えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記バルブ部材が実質的に気体不透過性であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
6. さらに、前記ベント穴を開放するための手段を具えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記ベント穴を開放するための手段が、前記バルブ部材に穴を開けるよう構成された穿刺装置を具えることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記ベント穴を開放するための手段が、レーザを具えることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 前記ベント穴を開放するための手段が、工具を具えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
10. さらに、前記メインチャンバに連結された入口を具えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
11. 前記複数のサブチャンバが、マイクロチャネルを介して前記メインチャンバと連結されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
12. 前記基板が回転可能な基板を含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
13. 前記基板がコンパクトディスク（ＣＤ）を具えることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
14. 前記複数のサブチャンバが、前記メインチャンバの半径方向外側に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
15. さらに、回転可能な基板を回転させるための手段を具えることを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
16. 回転軸周りに回転可能な基板と、
    前記基板に設けられ、ベント穴及びそれぞれの前記ベント穴を閉止するためのバルブ部材に各々が接続された複数の上流側チャンバと、
    前記基板に設けられ、前記複数のチャンバに接続された少なくとも１の下流側チャンバであって、前記複数の上流側チャンバに対して半径方向外側に設けられた少なくとも１の下流側チャンバと、
    を具えることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
17. 前記バルブ部材が、取り外し可能であることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
18. 前記バルブ部材が、接着部材を具えることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロ流体デバイス。
19. 前記バルブ部材が隔壁を具えることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
20. 前記バルブ部材が実質的に気体不透過性であることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
21. さらに、前記ベント穴を開放するための手段を具えることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
22. 前記ベント穴を開放するための手段が、前記バルブ部材に穴を開けるよう構成された穿刺装置を具えることを特徴とする請求項２１に記載のマイクロ流体デバイス。
23. 前記ベント穴を開放するための手段が、レーザを具えることを特徴とする請求項２１に記載のマイクロ流体デバイス。
24. 前記ベント穴を開放するための手段が、工具を具えることを特徴とする請求項２１に記載のマイクロ流体デバイス。
25. 前記ベント穴が入口を具えることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
26. 前記複数の上流側チャンバが、マイクロチャネルを介して前記少なくとも１の下流側チャンバと連結されていることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
27. 前記基板がコンパクトディスク（ＣＤ）を具えることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
28. さらに、回転可能な基板を回転させるための手段を具えることを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
29. マイクロ流体デバイスの中で流体を分配する方法であって、
    基板に設けられて流体を含むメインチャンバと、前記基板に設けられて前記メインチャンバに連結された複数のサブチャンバであって、各々のサブチャンバがベント穴を有して各ベント穴が前記各ベント穴を閉止するバルブ部材を有するサブチャンバと、を有する前記基板を有するマイクロ流体デバイスを用意するステップと、
    前記複数のサブチャンバのうちの１の前記ベント穴を開放するステップと、
    前記メインチャンバから開放した前記ベント穴を有する前記サブチャンバに前記流体の少なくとも一部を移送するように、回転軸周りに前記基板を回転させるステップと、
    を具えることを特徴とする方法。
30. 前記ベント穴を、前記バルブ部材を除去することによって開放することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
31. 前記ベント穴を、前記バルブ部材を壊すことによって開放することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
32. 前記ベント穴を、前記バルブ部材に穴を開けることによって開放することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
33. さらに、前記ベント穴を再び閉止するステップを具えることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
34. さらに、前記複数のチャンバのうち異なる１のベント穴を開放するステップと、
    前記メインチャンバから前記開放したベント穴を有する前記サブチャンバに前記流体の少なくとも一部を移送するように、回転軸周りに前記基板を回転させるステップと、
    を具えることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
35. マイクロ流体デバイスの中で流体の流れを順序付ける方法であって、
    回転軸の周りに回転可能な基板と、前記基板に設けられて流体を含む複数の上流側チャンバであって、各チャンバがベント穴及びそれぞれの前記ベント穴を閉止するためのバルブ部材に連結された上流側チャンバと、前記基板に設けられて前記複数のチャンバに接続された少なくとも１の下流側チャンバであって、前記少なくとも１の下流側チャンバが前記複数の上流側チャンバに対して半径方向外側に設けられた下流側チャンバと、を有するマイクロ流体デバイスを用意するステップと、
    前記複数の上流側チャンバのうちの１の前記ベント穴を開放するステップと、
    開放した前記ベント穴を有する前記上流側チャンバから前記少なくとも１の下流側チャンバに前記流体の少なくとも一部が移送されるように、回転軸周りに前記基板を回転させるステップと、
    を具えることを特徴とするマイクロ流体デバイスの中の流体の流れを決定する方法。
36. 前記ベント穴を、前記バルブ部材を除去することによって開放することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
37. 前記ベント穴を、前記バルブ部材を壊すことによって開放することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
38. 前記ベント穴を、前記バルブ部材に穴を開けることによって開放することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
39. さらに、前記ベント穴を再び閉止するステップを具えることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
40. さらに、前記複数のチャンバのうち異なる１のベント穴を開放するステップと、
    前記メインチャンバから前記開放したベント穴を有する前記サブチャンバに前記流体の少なくとも一部を移送するように、回転軸周りに前記基板を回転させるステップと、
    を具えることを特徴とする請求項３３に記載の方法。

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