JP2010519460A - マイクロ流体伝達システム - Google Patents

Abstract

微小な環境内で流体を伝達するためのマイクロ流体伝達システムであって、マイクロ流体伝達システムは、（ａ）第１端部、第２端部及び外面を有する細長い本体と、（ｂ）細長い本体内に形成された複数の穴であって、流体をそこに流すために細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴と、（ｃ）少なくとも二つの穴と流体連結し、細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するように、重要で予め決められた配置及び配向で細長い本体内で前記複数の穴の少なくとも二つと交差する、少なくとも一つの相互連結スロットとを備える。マイクロ流体伝達システムは、アクセススロットと穴の一つが互いに流体連通するように、重要で予め決められた配置及び配向で細長い本体内で前記複数の穴の一つと交差する少なくとも一つのアクセススロットを更に備え、アクセススロットは細長い本体内で付加的な潜在的流体通路をさらに画定する。マイクロ流体伝達システムは、複数の穴の各々内に配置された少なくとも一つのロッドを更に備え、ロッドは、特定の予め決められた流体通路及びそれに続く流体流路を画定するため、及び、流体流路を通る流体の流れを処理及び制御するために選択的に配置される。
【選択図】図１

Description

（関連したアプリケーション）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれた、名称が「マイクロ流体伝達システム」の２００７年２月２２日に提出した米国仮出願Ｎｏ．６０／９０３１３９号の優先権を主張する。

本発明は、ポンプ、バルブなどの流体管理システムに関し、特に、マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロモーターなどのマイクロ流体管理叉は伝達システムと、微小叉は超縮小環境で流体の流れを制御するように構成され設計されたマイクロ流体管理システムの製造に関する。本発明は、また、マイクロ電磁気システム（ＭＥＭＳ）及び様々なマイクロ流体装置に関する。

マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロモーターなどのマイクロ流体装置に関するマイクロ流体工学の分野は、超縮小環境で形成され作動できる流体輸送叉は伝達システムを機能することを可能にした最近の技術的進歩に鑑みて、著しい勢いがついた。そのような技術のためのいくつかの実現された潜在的アプリケーションは、マイクロ流体装置に対する関心をさらに活気づけた。

マイクロ流体装置は、液体のとても少ない量の操作が動作または他の作業を実行するのを許容する。マイクロ流体装置は、装置内で流体を操作及び分析するために、いろいろな構成要素を含む。一般的に、これらの構成要素は、シリコン、ガラス、セラミック、プラスチック、及び／叉は石英でできた物質で微小製造される。これらのいろいろな流体処理構成要素は、同じ物質でエッチングされ、そこを通って流体が流体推進メカニズムの制御に基づいて流れる微小チャンネルによって連結される。電子構成要素は基板の上でも作られることができ、センサーを許容し、同じ装置に取り入れられた回路を制御する。構成要素の全てが従来の写真平板技術を使用して作られるので、マルチコンポーネント装置は複雑かつ一体化されたシステムに容易に組み立てられることができる。

従来の関連したマイクロ流体装置またはシステムに関連した一つの問題は、例えば、インプットポート及びアウトプットポートなどの様々なポートを形成する場合で、内部分を外部分に流体連結することが困難なことである。ポンプ及びバルブを通る様々な流体通路を形成することは、普通のポンプ及びバルブでは容易に成し遂げられるが、一般のアプローチは、超縮小環境では実行不可能であると証明された。実際、一般の製造方法を使用してガラス管に穴をあけるか機械加工することは困難である。そのように、マイクロ流体装置またはシステムは、現在の製造方法によってそれらの大きさに制限され、その大きさの制限は、それらのアプリケーションで対応する制限に帰着する。換言すれば、製造方法の改善が、システムがかなり小さくつくられることができる点で成し遂げられることができるならば、超縮小マイクロ流体伝達システムが使用されることができるいくつかの潜在的アプリケーションが残る。

マイクロポンプなどのマイクロ流体システムの開発は、すなわち、医療、産業、及び他の分野で多くの著しい進歩を提供するチップ技術の研究として一般に呼ばれるある特定のアプリケーションにあげられる。実際、多くの試みは、流体伝達機能を実施することができる流体伝達構成要素を最小にすることにより、マイクロ流体装置をチップに取り入れさせられた。
多くのマイクロ流体システムは、電磁気及び圧電性力によって駆動される。他は、空気、熱空気、熱電気、形状記憶合金及び他の力によって駆動されることができる。

先行技術に固有の問題及び欠如を考慮し、本発明は、微小な環境で使用するために構成されると共に、簡単で高価的なポンプ及びバルブ動作を提供するように構成されたマイクロ流体伝達システムを提供することによって、これらを解決するものである。

本発明が先行技術の欠如を解決する一つの方法は、マイクロポンプ叉はマイクロバルブ本体の側面の穿孔されたあるいは機械加工されたアクセス穴を、細長い本体内に形成された一つ以上の穴にアクセスするスロットに代えることである。スロットはいろいろな方法でつくられ、ミクロ環境で製造するのが容易である。そして、スロットは、封じ込めシステムで覆われあるいは分離され、そのシステムは、流体通路をつくるために作動し、所望の方法で流体の流れを制御する。

本明細書で具現化され広く記載された一つの代表的な実施例によれば、本発明は、微小な環境内で流体を伝達するためのマイクロ流体伝達システムを特徴とする。このマイクロ流体伝達システムは、（ａ）第１端部、第２端部及び外面を有する細長い本体と、（ｂ）細長い本体内に形成された複数の穴であって、流体をそこに流すために細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴と、（ｃ）少なくとも二つの穴と流体連結し、細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するように、重要で予め決められた配置及び配向で細長い本体内で前記複数の穴の少なくとも二つと交差する、少なくとも一つの相互連結スロットとを備える。
マイクロ流体伝達システムは、アクセススロットと穴の一つが互いに流体連通するように、重要で予め決められた配置及び配向で細長い本体内で前記複数の穴の一つと交差する少なくとも一つのアクセススロットを更に備え、アクセススロットは細長い本体内で付加的な潜在的流体通路をさらに画定する。
マイクロ流体伝達システムは、複数の穴の各々内に配置された少なくとも一つのロッドを更に備え、ロッドは、特定の予め決められた流体通路及びそれに続く流体流路を画定するため、及び、流体流路を通る流体の流れを処理及び制御するために選択的に配置される。
マイクロ流体伝達システムは、細長い本体を囲みかつ収容するために構成されたハウジングを更に備え、ハウジングは、（i）細長い本体を受け入れるように構成された内部分と、（ii）ハウジングと前記細長い本体との間に故意でない流体の流れを防止するために前記ハウジングを前記細長い本体に対して密閉する複数のシール部と、（iii）流体が前記ハウジングを通って通過するために前記ハウジングに形成され、前記細長い本体と流体連結して形成された少なくとも一つの流体通路とを備える。
本発明は、マイクロ流体ポンプを特徴とする。このマイクロ流体ポンプは、（ａ）流体をそこに流すために細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる細長い本体に形成された複数の穴とを有する細長い本体と、（ｂ）前記少なくとも二つの穴を流体的相互連結するように、重要で予め決められた配置及び配向で前記穴の二つと交差する、前記外面を通して形成された少なくとも一つの相互連結スロットと、（ｃ）前記穴と流体連通になるように、重要で予め決められた配置及び配向で前記穴の一つと交差する、少なくとも一つのアクセススロットであって、前記複数の穴、前記相互連結スロット及び前記少なくとも一つのアクセススロットは、前記細長い本体を通る複数の流体通路を画定するために機能する、少なくとも一つのアクセススロットと、（ｄ）前記複数の穴の各々内にそれぞれ摺動的に配置された少なくとも一つのロッドであって、前記穴内に選択的に配置される選択された流体の流路に関して流体の流れを促進するための少なくとも一つの凹部を備える、少なくとも一つのロッドと、（ｅ）特定の予め決められた流体の流路及び流体の流れの通路を画定すると共に、前記特定の予め決められた流体の流路を通して流体をポンプで汲み上げる位置に前記ロッドを置換する少なくとも一つのロッドを作動する手段とを備える。
マイクロ流体ポンプは、他の予め決められた流体の流路及び流体の流れの通路を画定するために、前記少なくとも一つのロッドを再配置することを更に備える。
本発明は、さらに、マイクロ流体伝達システムの製造方法を特徴とする。このマイクロ流体伝達システムの製造方法は、（ａ）第１端部及び第２端部を有する細長い本体を形成することと、（ｂ）流体をそこに流すために前記細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴を前記細長い本体内に形成することと、（ｃ）前記複数の穴の少なくとも二つと交差しかつ流体的に相互連結し、従って前記細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するために、相互連結スロットを前記細長い本体内に形成することとを備える。

マイクロ流体伝達システムの製造方法は、前記複数の穴の一つと交差しかつ流体連結する少なくとも一つのアクセススロットを前記細長い本体内に形成することを更に備え、前記アクセススロットは、付加的な潜在的流体通路をさらに画定する。

さらに、本発明は、微小な環境内で流体の流れを伝達するための方法を特徴とする。この方法は、（ａ）マイクロ流体伝達システムを提供することを備え、前記マイクロ流体伝達システムは、（i）外面、第１端部及び第２端部を有する細長い本体と、（ii）前記細長い本体内に形成された複数の穴であって、流体をそこに流すために前記細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴と、（iii）前記細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するように、重要で予め決められた配置及び配向で前記複数の穴の少なくとも一つと交差する、前記細長い本体の外面を通って形成された少なくとも一つのスロットと、（iv）前記複数の穴の各々内に配置された少なくとも一つのロッドであって、特定の予め決められた複数の流体通路を画定するため前記複数の穴の各々内に選択的に配置されている少なくとも一つのロッドとを備え、前記方法は、更に、（ｂ）少なくとも部分的に流体を収容する微小な環境に前記マイクロ流体伝達システムをさらすことと、（ｃ）流体がそこを通って伝達される特定の予め決められた流体通路及び流体流路を画定するために、前記穴内である位置に置換するように前記少なくとも一つのロッドを作動することとを備える。

本発明は、添付の図面と関連してとられた以下の説明及び添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。これらの図面は単に本発明の代表的な実施例を示すだけであるという条件で、従って、これらの図面は、その範囲を制限するものではない。図面及び本明細書に概ね記載され図示されるように、本発明の構成要素は、多種多様な異なる構成で配置され設計されることができることを容易に理解されよう。それでもなお、本発明は、添付の図面の使用を通して、付加的な特殊性及び詳細で記載され説明されよう。

図１は、本発明の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図２は、本発明の他の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図３は、本発明のさらに他の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図４は、本発明のさらに他の代表的な実施例による、図３−Ａと類似したマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図５−Ａ乃至図５−Ｄは、マイクロポンプとして構成された図３−Ａの代表的なマイクロ流体伝達システム、マイクロ流体伝達システムのいくつかの動作段階、及び代表的なポンピングサイクルの実行中の構成要素を示す。 図６は、本発明の他の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図７は、本発明の他の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図８−Ａ乃至図８−Ｃは、注封型内に収容されたマイクロ流体伝達システムの斜視図、側面及び前面をそれぞれ示す。 図９は、本発明のさらに他の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。 図１０は、本発明のさらに他の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムの斜視図を示す。

以下の本発明の代表的な実施例の詳細な説明は、本明細書の一部分を形成し、本発明が実施される代表的な実施例が図示によって示される添付図面を参照する。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することができるように十分に詳細に説明されるが、他の実施例が達成され、本発明の変形例が本発明の精神及び範囲内から逸脱しないでなされることを理解されるべきである。したがって、以下の本発明の実施例のより詳細な説明は、図１乃至図１０に示されるように、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の範囲を制限せず、そして、本発明の動作の最良の形態を述べるため及び当業者が本発明を十分に実施することができるために本発明の特徴及び特性の記載の説明だけの目的でありその記載に制限するものではない。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲だけによって画定される。

以下の本発明の詳細な説明及び代表的な実施例は、本発明の構成要素及び特徴が符号によって示された添付の図面を参照することにより最も理解されるであろう。
その大部分の定義及び以下に説明された各実施例の共通においては、本発明は、典型的に堅固な本体構造の形態の細長い本体を備えるマイクロ流体伝達システムを特徴とし、細長い本体は、そこに形成された一つ以上の、縦方向の穴叉は穴を有する。さらに、細長い本体は、そこに形成された一つ以上の、上記一つ以上の穴と流体連通されるポート叉はスロットを有する。ポート叉はスロットは、細長い本体を通る複数の潜在的な流体通路を画定するように、重要な予め決められた位置及び向きで穴と交差するように構成される。マイクロ流体伝達システムは、マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロセンサー、及び他のマイクロ流体装置として機能するように設計及び構成される。

本発明の1つの特定の利点は、従来の関連したマイクロ流体伝達システムによって以前達成できないアプリケーションで使用することができる極小の流体伝達システムを製造できることである。本発明のマイクロ流体伝達システムは、本発明のマイクロ流体伝達システムを形成するのに使用される独特な製造技術叉は方法のために非常に小さく作ることができる。そのような方法または技術を使用して、ポンプ、バルブなどの非常に小さい作動システムは、新しいＭＥＭＳ装置を作るため、チップオペレーションでの研究を提供するため、移植可能なシステムとして使用されるため、及びその他のためなどのいろいろな関連分野で作動させられるかもしれない。さらに、魅力あるアプリケーションは、薬の送出などの一つ以上の目的のために靭帯に挿入されることができる移植可能なマイクロ流体システムである。

マイクロ流体伝達システムは、一つ以上の穴内にそれぞれ摺動的に配置されるように形状付けられた一つ以上のロッドをさらに備える。ロッドは、選択的に配置されかつ位置を変えられるように構成され、細長い本体を通ると共に特に穴とポートを通るさまざまな特定の及び予め決められた流体通路と後続の流体流路を画定すると共に、細長い本体を通る流体の流れを操作し制御する。基本的に、ロッドの移動及び配置は、マイクロ流体伝達システムを通る流体の移動を決定する。

図１に関し、第１の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムが示され、このマイクロ流体伝達システムは、単純な流体の流れの管理のために構成された単一の穴設計を備える。図示のように、マイクロ流体伝達システム１０は、細長い本体及びロッドの相対的配置設計によって決まる、マイクロポンプまたはマイクロバルブとして機能する。第１の代表的な態様叉は相対的配置設計では、マイクロ流体伝達システム１０は、マイクロポンプとして機能するように構成される。具体的には、マイクロ流体伝達システム１０は、第１端部１８、第２端部２２、外面２６、外径ｄ_０を有する細長い本体１４を備える。直径ｄ_iをもつ円形の横断面を有する単一の穴３０が、細長い本体１４内で縦軸方向に形成されている。穴３０は、好ましくは細長い本体１４の中心縦軸線と共軸であるように配置されている中心軸線を備え、従って、穴３０を細長い本体１４の中央内に配置する。しかしながら、さらに、穴３０は、その中心軸線が細長い本体１４の中心縦軸線からあらゆる方向にオフセットされるように、形成されることができる。

細長い本体１４は、流入ポート４０と流出ポート４４をさらに備える。流入ポート４０と流出ポート４４は、穴３０に対して横方向に細長い本体内に形成される。さらに、流入ポート４０と流出ポート４４は、細長い本体１４の外面２６から穴３０まで伸びる。従って、流入ポート４０と流出ポート４４は、穴３０に流体連結される。さらに、流入ポート４０と流出ポート４４は、穴３０を、細長い本体１４を隣接して囲む環境あるいは流入ポート４０と流出ポート４４に関連したハウジング、チューブ叉は他の構造に流体連結するために機能する。

本明細書中に記載された全ての実施例に関し、別段の明記がない限り、細長い本体は、微小寸法、好ましくは直径が１０００乃至２０００マイクロメートルで、長さが１００００乃至２００００マイクロメートル（１乃至２ｃｍ）で構成される。また、他の微小寸法が、本発明の対象、概念叉は目的に合わせて考えられる。さらに、細長い本体は、ガラス材で作られているのが好ましい。また、高融点をもつ酸化物、炭化物、窒化物、カーボン、及び他の非金属からなるセラミック材、石英材、アルミナ材、雲母材、ドロマイト材、ジルコン材、酸化マグネシウム材、サファイヤ材、モノリシック材、カルシウム材、窒化物材、尖晶石材、及び、本明細書中に特に記載されていない他の材料などのその他の材料が考えられる。

マイクロ流体伝達システム１０は、細長い本体１４の穴３０内に嵌合可能かつ摺動可能に配置された一つ以上のロッドをさらに備える。図示のように、マイクロ流体伝達システム１０は、二つの別個のロッド、すなわちピストンロッド４８−ａ、４８−ｂを備える。ピストンロッド４８−ａ、４８−ｂは、穴３０内で前後に選択的に配置されるように構成され、従って流体をくみ上げる特定的な位置を達成する。各ピストンロッド４８−ａ、４８−ｂを穴３０内でかつ流入ポート４０と流出ポート４４のまわりに選択的に配置することは、細長い本体１４を通る流体の流れ、特に穴３０及び流入ポート４０と流出ポート４４を通る流体の流れを制御するために機能する。

さらに、互いに関して各ピストンロッド４８−ａ、４８−ｂの置換を制御することは、マイクロ流体伝達システム１０を通る流体を積極的にくみ上げるために機能する。そのように、本発明は、選択的な方法でピストン及びバルブロッドを作動叉は振動させるためのさまざまな手段をさらに備え、穴と、穴を細長い本体の外面まで横切りかつ流体連結する流体通路とを通る流体の流れを制御する。代表的な一実施例では、ロッドは、それぞれがロッドに連結された金属構成要素を備えるロッドを動かすために磁石が選択的に作動される磁気源で作動させられる。他の代表的な実施例では、ロッドは、各ロッドで使用できるソレノイドによって駆動される。金属的構成要素でロッドを構成することによって、ソレノイドは、穴内でのロッドの双方向の動きを選択的に制御するために電流をそれに供給することによってソレノイドが作動することができる細長い本体の第１端部及び第２端部の各々に作動的に連結されることができる。さらに他の代表的な実施例では、電気機械システムは、ロッドを駆動叉は振動させるために利用されることができる。

ピストンロッド４８−ａ、４８−ｂは、穴３０の直径ｄ_１よりもわずかに小さい外径ｄ_ｒで構成され、それによって、ロッド４８が穴３０内で嵌合及び摺動するのを許容する。ピストンロッド４８−ａ、４８−ｂと穴３０の内面は、それらの間でクリアランス公差を備えるように形状付けられている。クリアランス公差は、各端部を越える流体の流れ及びピストンロッド４８−ａ、４８−ｂの各面６２−ａ、６２−ｂの周囲の流体の流れを阻止する、叉は、マイクロ流体伝達システム１０が装備される全システムの特定の流れ条件に依存して、各端部を越える予め決められた流体の流れ及びピストンロッド４８−ａ、４８−ｂの各面６２−ａ、６２−ｂの周囲の予め決められた流体の流れを許容する。

本明細書中に記載された全ての実施例に関し、別段の明記がない限り、ロッド（ピストンまたはバルブ）もまた、典型的に、直径が２００乃至３００マイクロメートルで、長さが１００００乃至３００００マイクロメートル（１乃至３ｃｍ）の微小寸法である。また、他の微小寸法が、本発明の開示に合わせて考えられる。

ピストンロッド４８−ａ、４８−ｂは、ガラス材からなるが、細長い本体１４に関連した説明で上述されたものなどの他の材料がこれらの構成に使用されることができる。
図１に示され及び本明細書に記載されたマイクロ流体伝達システム１０の代表的な単一の中央に配置されたボアの実施例を使用する代表的なポンプ作動において、４つのステップは、単一のマイクロポンプサイクルを画定すると表現されることができる。最初に、初期ステップとして、ピストンロッド４８−ｂの第１端部５０−ｂがそうであるようにピストンロッド４８−ａの第２端部５２−ａが流入ポート４０の左側に配置され、従って、流入ポート４０及び流出ポート４４の双方を閉じる。第２ステップでは、ピストンロッド４８−ｂは、ピストンロッド４８−ａ及び流入ポート４０から離れて置換させられ、従って、流入ポート４０を開き、流入ポート４０を通って穴３０の中に流体を吸入する。その第１端部５０−ｂが流出ポート４４の右側に配置されるような間隔でピストンロッド４８−ｂが置換され、従って、流出ポート４４を開く。第３ステップでは、ピストンロッド４８−ａがピストンロッド４８−ｂ及び流出ポート４４の方へ置換させられる。このように、ピストンロッド４８−ａの置換は、流入ポート４０を効果的に閉じ、続いて穴３０を通り流出ポート４４から出る流入流体を押圧する。ピストンロッド４８−ａは、流体の全部叉は一部分がシステム１０から噴出されるまで置換されることができる。第４ステップでは、ピストンロッド４８−ａ及びピストンロッド４８−ｂは、第１ステップで述べた最初の開始位置に動かされ、上記プロセスが繰り返され、従って、流体が微小型環境でポンプで汲み出されるのを許容する。
実質的に、流入ポート４０及び流出ポート４４について叉は流入ポート４０及び流出ポート４４に関して、ロッド４８−ａ及び４８−ｂを必要に応じて選択的に配置及び移動することは、開閉するために機能し、それによって、これらのポート及び細長い本体１４を通じた流体の流れを規制する。換言すると、ピストンロッド４８−ａ及び４８−ｂの選択的な位置は、そこを通って流体が流れようとするマイクロ流体伝達システム１０内にさまざまな流体通路をつくるために機能する。例えば、流入ポート４０を開き、流出ポート４４を閉じるために、その端部５２−ａが流入ポート４０の前方叉は図１に示された流入ポート４０の左側に配置されるようにピストンロッド４８−ａが配置されると共に、流出ポート４４がピストンロッド４８−ｂの第１端部５０−ｂと第２端部５２−ｂとの間にあるようにピストンロッド４８−ｂが配置されることができる。この構成では、流体は、流入ポートだけを通って流れる。明らかに、単に穴３０内でピストンロッド４８−ａ及び４８−ｂを配置及び移動叉は再配置することにより、流入ポート４０及び流出ポート４４の双方を同時に開く叉は閉じること、流入ポート４０を閉じて流出ポート４４を開くこと、流出ポート４４を閉じて流入ポート４０を開くことなど他の構成が可能である。穴３０内でのピストンロッド４８−ａ及び４８−ｂの選択的な位置決め及び移動叉は再配置することは、所望の流体通路及びマイクロ流体伝達システム１０に入る及びマイクロ流体伝達システム１０から出る及びマイクロ流体伝達システム１０内の対応する流路を作る必要があるたびごとに実行されることができる。
当業者に明らかであるように、上述した能動的ポンピング機能に加えてあるいはアクティブポンピング機能よりもむしろ、一つ以上の受動的バルブ機能を実施するように、ピストンロッド４８−ａ及び４８−ｂは構成されることができることに留意される。
また、図１は、ピストンロッド４８−ａ及び４８−ｂがバルブロッド６６として示された単一のバルブロッドと入れ替えられ、穴３０に流体連結された出力ポート４０−ａ及び４４−ａとして示された二つのポートが加えられた、マイクロ流体伝達システム１０のための代替的な代表的形態設計を示す。システム１０を流体を能動的にポンプで汲み出させるのに用いられる代わりに、この代替的な構成は、マイクロ流体伝達システム１０がマイクロバルブとして受動的な態様で作動するのを許容する。バルブロッド６６は、組み合わせロッド４８−ａ及び４８−ｂと同じように、すなわち、細長い本体１４の穴３０、流入ポート４０、（ここでは流入ポート）４４、及び、追加の出力ポート４０−ａ及び４４−ａを通る流体の流れを管理するように機能する。出力ポート４０−ａ及び４４−ａは、流入ポート４０及び４４と直接的に一列になるように配置され、あるいは、図１に示されるようにオフセットされることができる。
バルブロッド６６は、その表面７７に刻まれ、あるいは形成された凹部分７４を備える。凹部分７４は、バルブロッド６６の残りの部分の断面領域及び直径よりも減少した断面領域あるいは小さい直径を備える。凹部分７４が流入ポート４０及び出力ポート４０−ａと整合されるようにバルブロッド６６を配置することは、流体の流れのための通路を提供することによってそのポートを開くために効果的に機能する。また、凹部分７４は、流入ポート４４及び出力ポート４４−ａ上に選択的に配置され、これらのポートを所望のように選択的に開閉することができる。従って、加圧された流体は、バルブロッド６６の位置によってシステム１０を通って流れるのを許容される。代替的に、バルブロッド６６は、バルブロッド６６の表面に適当に形成された凹部分７４―ｂとしてファントム画法で示された第２の凹部分を備えることができ、従って、穴３０、流入ポート４０及び４４、及び、出力ポート４０−ａ及び４４−ａを通る流体の流れを規制叉は管理するためにバルブロッドが動かなければ成らない距離を減少する。
図２に関し、第２の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システムが示され、このマイクロ流体伝達システムは、マイクロ流体の流れの伝達及び処理のために構成された二つの穴設計を備える。図示のように、マイクロ流体伝達システム１１０は、後述するように、システム及びロッドの相対的配置設計及び機能によって決まる、マイクロポンプまたはマイクロバルブとして機能する。
第１の代表的な特徴あるいは相対的配置設計では、マイクロ流体伝達システム１１０は、マイクロポンプとして機能するように構成される。具体的には、マイクロ流体伝達システム１１０は、第１端部１１８、第２端部１２２、外面１２６、外径ｄ_０を有する細長い本体１１４を備える。直径ｄ_i1をもつ円形の横断面を有する第１の穴１３０が、細長い本体１１４内で縦軸方向に形成されている。第１の穴１３０は、細長い本体１１４の長さを伸びることができるが、細長い本体１１４の長さを部分的に伸びて示されている。このように、細長い本体１４は、第１の穴１３０を通る流体の流れに対して障害物として機能する。また、第２の穴１３２が、細長い本体１１４内で縦軸方向に形成されている。また、第２の穴１３２は、直径ｄ_i２をもつ円形の横断面を有する。さらに、第２の穴１３２は、細長い本体１１４の長さを伸びることができるが、細長い本体１１４の長さを部分的に伸びて示されている。そのように、第１の穴１３０及び第２の穴１３２の縦方向叉は中心軸線は、互いにオフセットされかつ並行である。
細長い本体１１４は、流入ポート１４０と流出ポート１４４をさらに備える。流入ポート１４０と流出ポート１４４は、第１の穴１３０及び第２の穴１３２に対して横方向に細長い本体内に形成される。さらに、流入ポート１４０と流出ポート１４４は、細長い本体１１４の外面１２６から第１の穴１３０及び第２の穴１３２まで伸びる。従って、流入ポート１４０と流出ポート１４４は、第１の穴１３０及び第２の穴１３２の各々に流体連結される。さらに、流入ポート１４０と流出ポート１４４は、図示のように、第１の穴１３０を第２の穴１３２に流体連結する。さらに、流入ポート１４０と流出ポート１４４は、第１の穴１３０及び第２の穴１３２を、細長い本体１１４を隣接して囲む環境あるいは流入ポート１４０と流出ポート１４４に関連したハウジング、チューブ叉は他の構造に流体連結するために機能する。
マイクロ流体伝達システム１１０は、細長い本体１１４の第１の穴１３０及び第２の穴１３２内に嵌合可能かつ摺動可能に配置された一つ以上のロッドをさらに備える。図示のように、マイクロ流体伝達システム１１０は、二つの別個のロッド、すなわちピストンロッド１４８及びバルブロッド１６６を備える。ピストンロッド１４８は、第１の穴１３０内で前後に選択的に配置されるように構成され、従って流体をくみ上げる特定的な位置を達成する。ピストンロッド１４８は、好ましくは均一な横断面を備える。
一方、バルブロッド１６６は、第２の穴１３２内で前後に選択的に配置されるように構成され、流入ポート１４０及び流出ポート１４４を開閉する。バルブロッド１６６は、実質的に均一な横断面を備え、第１凹部１７４−ａ及び第２凹部１７４−ｂとして示されたそこに形成された一つ以上の凹部を有する。第１凹部１７４−ａ及び第２凹部１７４−ｂは、それらの減少した横断面のために流入ポート１４０及び流出ポート１４４と整合されるときに流入ポート１４０及び流出ポート１４４を通って流体が流れるのを許容するために機能する。当業者に理解されるように、凹部１７４−ａ及び１７４−ｂは、予め決められかつ適当な長さを備えるように構成される。本質的に、ピストンロッド１４８及びバルブロッド１６６は、互いに関連して動くように設計され、マイクロ流体伝達システム１１０内で様々なポンプで汲み出す状態及び／叉はバルブで調節する状態を達成する。
流入ポート１４０及び流出ポート１４４についての、第１穴１３０内でのピストンロッド１４８及び第２穴１３２内でのバルブロッド１６６の各々の選択的な位置は、それぞれ、細長い本体１１４、特に流入ポート１４０及び流出ポート１４４と共に穴１３０及び１３２を通る流体の流れを制御するために機能する。システム１０は、ロッドの構成及び能動状態及び／叉は受動状態により、ポンプとして叉はバルブとして作動されることができる。

上述のロッドと同様に、ピストンロッド１４８及びバルブロッド１６６は、第１の穴１３０及び第２の穴１３２の直径ｄ_i1及び直径ｄ_i２よりもわずかに小さい外径ｄ_ｒ１及び外径ｄ_ｒ２でそれぞれ構成され、それによって、ロッド１４８及び１６６がそれぞれの穴内で嵌合及び摺動するのを許容する。ピストンロッド１４８と穴１３０の内面は、それらの間でクリアランス公差を備えるように形状付けられている。クリアランス公差は、端部１５２を越える流体の流れ及びピストンロッド１４８の面１５４の周囲の流体の流れを阻止する、叉は、マイクロ流体伝達システム１１０が装備される全システムの特定の流れ条件に依存して、端部１５２を越える予め決められた流体の流れ及びピストンロッド１４８の面１５４の周囲の予め決められた流体の流れを許容する。同様に、バルブロッド１６６と穴１３２の内面は、それらの間でクリアランス公差を備えるように形状付けられている。クリアランス公差は、端部１６８を越える流体の流れ及びバルブロッド１６６の面１７２の周囲の流体の流れを阻止する、叉は、端部１５２を越える予め決められた流体の流れ及びバルブロッド１６６の面１７２の周囲の予め決められた流体の流れを許容する。

図２に示され及び本明細書に記載された二つの穴をもつマイクロ流体伝達システム１１０を使用する代表的なマイクロポンプ作動において、４つのステップは、単一のポンプサイクルを画定すると表現されることができる。最初に、初期ステップとして、ピストンロッド１４８が完全に叉は実質的に第１穴１３０の中にあるようにピストンロッド１４８が配置される。逆に、第１凹部１７４−ａが流入ポート１４０と整合され、従って流入ポート１４０を開くように、バルブロッド１６６は配置される。従って、流出ポート１４４は閉じられる。第２ステップでは、バルブロッド１６６を固定された状態に保って、ピストンロッド１４８が第１穴１３０の開口の方へ置換させられ、その動きは、流体を流入ポート１４０を通じて第１穴１３０の中に引き込む。第３ステップでは、ピストンロッド１４８を固定された状態に保って、第２凹部１７４−ｂが流出ポート１４４と整合するようにバルブロッド１６６が動かされあるいは再整合され、従って、流出ポート１４４が開けられ、流入ポート１４０が閉じられる。第４ステップでは、このように流出ポート１４４が開けられた状態で、ピストンロッド１４８が再び第１穴１３０の中に置換させられる。このように、ピストンロッド１４８の置換は、流体投入量を第１穴１３０の中に押圧叉は押し出し、流出ポート１４４の外へ押圧叉は押し出すために機能する。これらのステップは、所望のポンピング動作を達成する必要があるごとに及びあらゆる回数で繰り返される。

図２に示され及び本明細書に記載された二つの穴をもつマイクロ流体伝達システム１１０を使用する代表的なマイクロバルブ作動において、ピストンロッド１４８は（第１穴１３０がふさがれた状態で）取り除かれ、あるいは、流入ポート１４０及び流出ポート１４４が流体連結されるのを許容する位置に一定の状態で保持される。他方、バルブロッド１６６は、システム１０を通る加圧された流体の流れを管理叉は規制するために流入ポート１４０及び流出ポート１４４を開閉するために置換させられる。

本発明のマイクロ流体伝達システムは、複数の双方の流入及び流出ポート、及び、各々が細長い本体内に形成された複数の穴を備えることができることが明らかであろう。また、流入及び流出ポートが細長い本体の長さに沿ってあらゆる位置に配置されることができること、及び、穴が互いに対してあらゆる位置に配置されることができることが当業者に明らかであろう。穴の数は、マイクロ流体伝達システムを作動するのに必要なロッドの数を定める。さらに、流入及び流出ポートの数及び配置は、システムを作動するのに必要なロッドのタイプ及び構成を定める。

図３Ａ−３Ｂに関し、本発明の第３の代表的な実施例によるマイクロ流体伝達システム２１０が図示される。この特定の代表的な実施例では、細長い本体２１４は、第１端部２１８、第２端部２２２、外面２２６、外径ｄ_０を備える。直径ｄ_i1をもつ円形の横断面を有する第１の穴２３０が、細長い本体２１４内で縦軸方向に形成されている。また、第２の穴２３２が、細長い本体２１４内で縦軸方向に形成されている。また、第２の穴２３２は、直径ｄ_i２をもつ円形の横断面を有する。そのように、第１の穴２３０及び第２の穴２３２の縦方向叉は中心軸線は、互いにオフセットされかつ並行である。

また、細長い本体２１４には、相互連結スロット２８０及びアクセススロット２８４、２８８として示される３つのスロットが形成される。相互連結スロット２８０は、第１穴２３０を第２穴２３２と流体連結するように構成されている。相互連結スロット２８０は、上面２２６から始まり第１穴２３０及び第２穴２３２の各々が交差されるまで細長い本体２１４を貫通する、細長い本体２１４から材料の薄片を、切るかあるいは取り除くことにより、細長い本体２１４に形成される。換言すると、スロットは、表面２２６ではじまり、第１穴２３０及び第２穴２３２の各々が交差するまで貫通する。このようにスロットを形成することにより、第１穴２３０及び第２穴２３２は、互いに流体連通するだけでなく、上面２２６と流体連通し、従って、第１穴２３０及び第２穴２３２が、外部の環境叉はその中に流入及び流出ポートを有するハウジングなどの細長い本体２１４を囲み包むハウジングと流体連通するのを許容する。

好ましい態様では、相互連結スロット２８０がその向きが第１穴２３０及び第２穴２３２の縦軸線に対して横断叉は垂直であるように形成されることができる。この配向及び図示の実施例では、相互連結スロット２８０は、細長い本体２１４の中間を実質的に伸び、従って、これらの各々が細長い本体２１４内に対称的かつ中心に配置されて示されているので、第１穴２３０及び第２穴２３２の各々の中間を実質的に伸びるカット部を備える。しかしながら、第１穴２３０及び第２穴２３２の配置叉は配向は重要ではなく、相互連結スロット２８０は、これらの二つの穴を常に流体連結するために形成されることができる。本質的に、これらの細長い本体２１４内での配置は重要ではなく、第１穴２３０及び第２穴２３２が相互連結スロット２８０によって流体連結されることが意図される。代替的に、当業者に認められかつ明らかなように、相互連結スロット２８０は、傾斜した向きなど、第１穴２３０及び第２穴２３２の縦軸線に関して他の向きに形成されることができる。

他方、アクセススロット２８４、２８８は、単一の穴を外面２２６に、すなわち、第１穴２３０及び第２穴２３２をそれぞれ上面２２６に流体連結するように構成されている。図示の実施例では、図示のように、アクセススロット２８４が、第１穴２３０を上面２２６に流体連結するように構成されている。アクセススロット２８４は、上面２２６から細長い本体２１４を通り、それが第１穴２３０と交差する部分で第１穴２３０まで伸びる薄いカット部を備える。相互連結スロット２８０とは異なり、アクセススロット２８４は、単一の穴、すなわち、第１穴２３０だけと交差するように配向される。このように、アクセススロット２８４は、第１穴２３０を細長い本体の外面２２６と流体連結する。さらに、アクセススロット２８４は、第１穴２３０を介して相互連結スロット２８０と流体連結される。図３−Ｂは、相互連結スロット２８０とアクセススロット２８４の双方の配向及び交差点を図示する。アクセススロット２８４は、流体流入ポート叉は流体流出ポートとして機能するように構成されることができる。

同様に、図示のように、アクセススロット２８４と同じように、アクセススロット２８８が第２穴２３２を上面２２６に流体連結するように構成されている。アクセススロット２８８は、流体流入ポート叉は流体流出ポートとして機能するように構成されることができる。

好適な態様では、アクセススロット２８４及び２８８は、これらの配向が、それぞれ、第１穴２３０及び第２穴２３２の縦軸線に対して横断叉は直交するように形成されることができる。この配向では、図示の実施例では、アクセススロット２８４及び２８８は、細長い本体２１４を貫通し、第１穴２３０及び第２穴２３２の実質的に中間点を伸びるカット部をそれぞれ備える。代替的に、当業者に認められかつ明らかなように、アクセススロット２８４及び２８８は、傾斜した向きなど、第１穴２３０及び第２穴２３２の縦軸線に関して他の向きに形成されることができる。

相互連結スロット２８０及びアクセススロット２８４、２８８は、所定の動作環境に必要なあらゆる大きさからなることができる。しかしながら、スロットは、典型的に、幅が５００乃至１５００マイクロメートルである。勿論、マイクロ流体伝達システムの予定されたアプリケーション、マイクロ流体伝達システム全体の様々なシステム要件、設計制約、大きさに依存して、他の大きさが可能であると共に本明細書中で熟考される。

図３に示されるように、代表的なマイクロ流体伝達システム２１０は、各々が二重の穴システム内で利用される、単一の相互連結スロット２８０、アクセススロット２８４及び２８８を備える。しかしながら、当業者に明らかなように、マイクロ流体伝達システム２１０は、相互連結スロット及び／叉はアクセススロットの形態の複数のスロットを備えることができる。さらに、細長い本体は、単一の穴、あるいは、各々が一つ以上の相互連結スロット及び／叉はアクセススロットと関連した二つ以上の穴を備えることができる。

本発明のマイクロ流体伝達システムは、さらに、細長い本体、特に、細長い本体に形成された様々な流入／流出ポート叉はスロット及び穴を密閉するための流体封じ込めシステムを特徴づける叉は備える。図４に関し、上述されかつ図３−Ａに示されたマイクロ流体伝達システムと同様な代表的なマイクロ流体伝達システムの細長い本体に形成されたスロット及び穴を密閉するために利用される一つの代表的な流体封じ込めシステムが図示される。この実施例では、流体封じ込めシステムは、マイクロ流体伝達システムの細長い本体に嵌合するように成型された様々なシリコンゴム構成要素を備える。図示のように、マイクロ流体伝達システム３１０は、二つの穴形状、すなわち、細長い本体３１４を貫通し、上述のように機能する第１及び第２穴３３０及び３３２を有する細長い本体３１４を備える。さらに、細長い本体は、そこに形成されたアクセススロット３８４、３８８及び相互連結スロット３８０を有する。流体封じ込めシステムの一部として、端部キャップ３９０が細長い本体の第１端部３１８に取り外し可能に嵌合するように構成される。端部キャップ３９０は、端部部分３９４から伸びる側壁３９２を備え、従って端部キャップ３９０が細長い本体３１４の外面３２６に適当に嵌合しかつ外面３２６を密閉するのを許容する。端部部分３９４には、それぞれ第１及び第２穴３３０、３３２と対応しかつ整合する開口区３９６−ａ及び３９６−ｂが形成されている。開口区３９６−ａ及び３９６−ｂの各々は、それぞれ、穴３３０及び３３２の一端を密閉するために塞がれることができ、あるいは、そこを通って受け入れられ、ロッドの選択的置換をさらに容易にすると共に、マイクロ流体伝達システム３１０の作動のため及びマイクロ流体伝達システム３１０の作動中にピストン叉はバルブロッドを密閉するように構成されることができる。

端部キャップ３９０と反対側には、スリーブ３９８が細長い本体３１４の第２端部３２２に取り外し可能に嵌合するため、及び、そこに形成されたスロットを隠すために形成される。また、スリーブ３９８は、端部部分４０２から伸びる側壁４０２を備え、従って端部キャップを形成する。端部部分４０２には、それぞれ第１及び第２穴３３０、３３２と整合し、上述した端部キャップ３９０に形成された開口と同じ機能をする開口４０４−ａ及び４０４−ｂが形成されている。開口４０４−ａ及び４０４−ｂは、不注意な流体の流れを防止するために必要に応じて密閉されることができる。スリーブ３９８は、細長い本体３１４に形成されたスロットに嵌合するために十分に大きさが大きく、従って、制御された方法でこれらのスロットを通って流れる流体を収容する。さらに、スリーブ３９８は、側壁４００から伸びる流入チューブ４０６及び流出チューブ４０８を備える。流入チューブ４０６は、スリーブ３９８が細長い本体３１４に適当に適所にあるときに、アクセスポート３８４と整合かつアクセスポート３８４に流体連結するように構成されている。同様に、流出チューブ４０８は、スリーブ３９８が細長い本体３１４に適当に適所にあるときに、アクセスポート３８８と整合かつアクセスポート３８８に流体連結するように構成されている。

さらに、スリーブ３９８は、細長い本体３１４に形成された様々なスロットを通って流れる流体を収容するように構成されている。見ることができるように、ひとたびスリーブ３９８が適所にあると、相互連結スロット３８０及びアクセススロット３８４、３８８内及び相互連結スロット３８０及びアクセススロット３８４、３８８を通る流体の流れが制限される。換言すれば、スリーブ３９８は、相互連結スロット３８０及びアクセススロット３８４、３８８を密閉するため、及び、流体が意図された場合を除いてこれらのスロットを通って流れるのを防止するために機能する。相互連結スロット３８０に関して、流体は、それぞれのロッドの位置によって導かれて第１穴３３０と第２穴３３２との間を流れるのをさらに許容される。スリーブ３９８は、流体が相互連結スロット３８０を通って細長い本体３１４の外に流れるのを防止するために単に機能する。

アクセススロット３８４、３８８に関し、ひとたびスリーブ３９８が細長い本体３１４に適当に嵌合され、マイクロ流体伝達システムが作動されると、流体は、流入チューブ４０６を通ってマイクロ流体伝達システム３１０、特にアクセスポート３８４の中に流れる。システムが作動すると、流体は、流出ポート４０８を通ってマイクロ流体伝達システム３１０、特にアクセスポート３８８から流出される。このように、流体は、マイクロ流体伝達システム３１０内及びマイクロ流体伝達システム３１０に関して適当に収容され、これらのチューブを通してシステムの内外へ通過するのが許容されるだけである。流入及び流出チューブ４０６、４０８は、当業者に明らかであるように、システム全体内の他の適当な構造に取り付けられかつ流体連結されるように構成されることができる。

図４の流体封じ込めシステムに関し、図３−Ａに示されたマイクロ流体伝達システム２１０は、それぞれ第１穴２３０及び第２穴２３２内に嵌合可能な第１ロッド及び第２ロッドをさらに備える。所望の動作の制約により、ロッドは、バルブロッドあるいはピストンロッドとバルブロッドとの組み合わせにすることができる。一つの代表的な態様では、マイクロ流体伝達システムは、図３−Ａに示されたものなどのマイクロポンプとして構成され、上述の流入及び流出ポートと類似しており、第１及び第２穴２３０、２３２と同様に相互連結スロット２８０及びアクセススロット２８４、２８８を通る流体の流れは、それぞれ第１及び第２穴２３０、２３２の中に挿入されかつその内で選択的に置換可能なピストンロッド２４８及びバルブロッド２６６によって制御される。受動的または低圧環境では、流体がアクセススロット２８４を通ってシステムの中に流入するのを許容するように機能し、流入ポートとして機能する。ピストンロッドは、（付加的な相互連結スロット及び／叉はアクセススロットの数及び配置、及び、それぞれ第１穴２３０及び第２穴２３２内に配置されたピストンロッドとバルブロッドの位置によってつくられ叉は画定された）予め決められた流体通路を通る流入流体を押圧し、システム２１０の外へ流体を結局ポンプで汲み出すように作動されることができる。バルブロッド２６６は、流体の通路、及び、相互連結スロット２８０及び流出ポートとして機能するアクセススロット２８８に関して適当に配置されているその凹部分２７４によってシステムの外にポンプで汲み出される流体の規制を制御する。他の代表的な態様では、第２バルブは、二つのバルブロッドが加圧された流体環境においてマイクロ流体伝達システム２１０を通る流体の流れを制御するために機能するピストンロッドの適所に使用されることができる。基本的に、ロッドは、流体通路を画定するため、及び、そこの中叉はそれを通る流体の流れを制御叉は導くためにスロット内に置換する。

図５Ａ乃至図５−Ｄに関し、マイクロポンプとして構成されたマイクロ流体伝達システム２１０、及び、代表的なポンピングサイクルの実行中のマイクロ流体伝達システム２１０及びその構成要素のいくつかの動作段階が図示されている。マイクロ流体伝達システム２１０は、穴２３０及び２３２として示された二つの穴構成を有する細長い本体２１４を備える。

図５Ａは、ピストンロッド２４８が、流入ポートとして機能するアクセススロット２８４を閉じるように配置されると共に、バルブロッド２６６が、第１及び第２穴２３０及び２３２を流体連結する及び相互連結スロット２８０と、流出ポートとして機能するアクセスポート２８８とを閉じるように配置された、初期段階を示す。この初期段階では、流体はシステムの中に流入することができない。図５−Ｂは、ピストンロッド２４８が、作動され、第１穴２３０の外へ実質的に引かれる、サイクルの第２段階を示す。このようにピストンロッド２４８の作動は、アクセスポート２８４を開くために機能し、従って、矢印で示されるように第１穴２３０の中に流入するのを許すまたは引き込む。バルブロッド２６６は、図５−Ａに示された段階と同じ位置にある。図５−Ｃは、バルブロッド２６６が、凹部分２７０を相互連結スロット２８０及びアクセススロット２８８に関して配置するように作動し、従って、流体が第１穴２３０から第２穴２３２へ流れるのを許容し、アクセスポート２８８が開く、第３段階を示す。ピストンロッド２４８は、第２段階と同じ位置に示される。図５−Ｄは、ピストンロッド２４８が、相互連結ポート２８０を介して流体を第１穴２３０から第２穴２３２に押圧するように作動される、最終段階を示す。アクセスポート２８８が開いた状態で、流体は、細長い本体２１４から押し出されあるいはポンプで汲み出され、矢印で示されるようにシステムの外に流出する。ひとたび、流体の全てがシステムからポンプで汲み出されると、周期的なポンピング動作を実行するために上記プロセスは繰り返す。

図６は、上述され図３−Ａに示されたものと同じ代表的なマイクロ流体伝達システムの細長い本体に形成されたスロット及び穴を密閉するために利用される他の代表的な流体封じ込めシステムを図示する。この実施例では、流体封じ込めシステムは、マイクロ流体伝達システムの細長い本体に取り外し可能に嵌合するように成型された様々なシリコンゴム構成要素を備える。図示のように、マイクロ流体伝達システム４１０は、二つの穴形状、すなわち、細長い本体４１４を貫通し、上述のように機能する第１及び第２穴４３０及び４３２を有する細長い本体４１４を備える。さらに、細長い本体は、そこに形成されたアクセススロット４８４、４８８及び相互連結スロット４８０を有する。これらは、図示のように配向されることができ、あるいは、細長い本体４１４の縦軸線に関して様々な角度で形成されることができる。

流体封じ込めシステムの一部として、端部キャップ４９０が細長い本体の第１端部４１８に取り外し可能に嵌合するように構成される。端部キャップ４９０は、端部部分４９４から伸びる側壁４９２を備え、従って端部キャップ４９０が細長い本体４１４の外面４２６に適当に嵌合しかつ外面４２６を密閉するのを許容する。端部部分４９４には、それぞれ第１及び第２穴４３０、４３２と対応しかつ整合する開口区４９６−ａ及び４９６−ｂが形成されている。開口区４９６−ａ及び４９６−ｂの各々は、それぞれ、穴４３０及び４３２の一端を密閉するために塞がれることができ、あるいは、そこを通って受け入れられ、ロッドの選択的置換をさらに容易にすると共に、マイクロ流体伝達システム４１０の作動のため及びマイクロ流体伝達システム４１０の作動中にピストン叉はバルブロッドを密閉するように構成されることができる。

流体封じ込めシステムは、細長い本体４１４に取り外し可能に嵌合するように、及び、相互連結スロット４８０及びアクセススロット４８４、４８８を隠すように構成されたシリコンチューブ叉はスリーブ４９８を更に備え、従って、これらのスロット内での流体の流れを制限する。図５に示された実施例とは異なり、スリーブ４９８は、端部キャップ５０６とは別個の構成要素である。さらに、スリーブ４９８は、二つの開口、すなわち、それぞれアクセススロット４８４、４８８と整合しかつ流体連結するように構成された入力開口５０２−ａ及び流出開口５０２−ｂを備える。これらの入力開口５０２−ａ及び流出開口５０２−ｂ内には、予め決められたように、それぞれアクセスポート４８４及び４８の内外への流体の流れを容易にするように機能するチューブ５０４−ａ及び５０４−ｂが取り外し可能に嵌合可能である。チューブ５０４−ａ及び５０４−ｂは、漏れを防止するために開口５０２−ａ及び５０２−ｂ内に封をする。チューブ５０４−ａ及び５０４−ｂは、ガラス、ゴムまたは他の同じように作られたチューブから成ることができる。

端部キャップ４９０と反対側には、
端部キャップ４９０の開口と同じ機能をし、不注意な流体の流れを防止するために必要に応じて密閉されることができる、そこに形成された開口５０９−ａ及び５０９−ｂを有する端部分５０８から伸びる側壁５０７を備える第２端部キャップ５０６がある。この特定の実施例の動作機能は、図５に関して上述したものと同じである。

ここで、当業者に知られているように、上述され図５及び図６に示されたスリーブ及び端部キャップは、シリコンゴムの型、エポキシ樹脂、あるいは他の適当な密閉構成物から成ることができるということに留意される。

図７は、代表的なマイクロ流体伝達システム５１０の細長い本体に形成されたスロット及び穴を密閉するために利用される他の代表的な流体封じ込めシステムを図示する。図示のように、マイクロ流体伝達システム５１０は、二つの穴形状、すなわち、細長い本体５１４を貫通し、上述のように機能する第１及び第２穴５３０及び５３２を有する細長い本体４１４を備える。さらに、細長い本体５１４は、そこに形成されたアクセススロット５８４、５８８及び相互連結スロット５８０を有し、それらの各々は、外面５２６に流体連結される。この特定の実施例では、流体封じ込めシステムは、細長い本体５１４の外面５２６と嵌合し、アクセススロット５８４、５８８及び相互連結スロット５８０に関して配置された、一つ叉は複数のＯ−リング叉は他の同様な密閉手段を備える。図示のように、第１のＯ−リング５９８−ａは、アクセススロット５８４と細長い本体５１４の第１端部５１８との間に配置される。第２のＯ−リング５９８−ｂは、アクセススロット５８４と相互連結スロット５８０との間に配置される。第３のＯ−リング５９８−ｃは、アクセススロット５８８と細長い本体５１４の第２端部５２２との間に配置される。

流体封じ込めシステムは、そこにマイクロ流体伝達システム５１０を収容するため、及びＯ−リング５９８に対して密閉するために構成されたハウジング６０２を更に備える。ハウジング６０２は、Ｏ−リング５９８−ａ、Ｏ−リング５９８−ｂ、Ｏ−リング５９８−ｃの各々を密閉し、マイクロ流体伝達システム５１０内に形成された穴及びスロットを通って流れる流体を収容する表面６０４を備える。さらに、ハウジング６０２は、様々な
アクセススロット５８４、５８８及び相互連結スロット５８０と流体連結する、そこに形成されたポートを備え、そのポートは、Ｏ−リングの密閉機能の結果として互いから分離される。

本発明は、さらに、マイクロ流体伝達システムを収容するように構成された一つ以上の収容システム及び方法を特徴とする。図８−Ａ乃至図８−Ｃは、マイクロ流体伝達システム７１０が注封型内に収容及び包含された、本発明のある特定の代表的な収容システムのさまざまな図を示す。図示のように、マイクロ流体伝達システム７１０は、細長い本体７１４のそれぞれの端部とそこに形成された穴を密閉するのに使用される端部キャップ７９０及び８０６の形態の流体封じ込めシステムを備える。マイクロ流体伝達システム７１０は、上述されたさまざまなアクセススロット及び相互連結スロット（図示せず）を密閉するため、及び、アクセススロットに関するチューブ８０４−ａ及び８０４−ｂの密閉及び流体連結を容易にするために使用されるスリーブ７９８を更に備える。注封型８１２は、マイクロ流体伝達システム７１０をその内部に収容及び包含するために機能する。さらに、注封型８１２は、その中に形成された一連のスロットを備える。スロット８１６−ａは、チューブ８０４−ｂを受け入れかつ支持するように構成される。スロット８１６−ｂは、ピストンロッド７４８を受け入れかつ支持するように構成される。スロット８１６−ｃは、チューブ８０４−ａを受け入れかつ支持するように構成される。また、スロット８１６−ｄは、バルブロッド７６６を受け入れかつ支持するように構成される。注封型の他の代表的な構成がここで考えられる。さらに、他のタイプの収容システムが考えられる。例えば、バルブロッド及びピストンロッドは、ステンレス鋼部材に連結されあるいは他の方法で連結されることができる。

図９は、他の代表的な実施例による、マイクロ流体伝達システム、特に、細長い本体を示す。この実施例では、マイクロ流体伝達システム８１０、特に細長い本体８１４は、上述された単一及び二つの穴構成と同様に、穴８３０、８３２、８３４、８３６が細長い本体８１４内に形成された４つの穴構成を備える。さらに、細長い本体は、一つ以上の４つの穴と交差するためにそこに形成された一つ以上のアクセススロット及び／叉はインターセプトスロットを備える。図示のように、細長い本体８１４は、穴８３０、８３４、８３６と交差しかつこれらと流体連結する、細長い本体に形成されたインターセプトスロット８８０を有する。他のアクセススロット及び／叉はインターセプトスロットが考えられる。

図１０は、さらに他の代表的な実施例による、マイクロ流体伝達システムを示す。この実施例では、マイクロ流体伝達システム９１０の細長い本体９１４は、上述した円形の横断面よりもむしろ矩形の横断面を備える。矩形の横断面を有する４つの穴９３０、９３２、９３４、９３６は、２×２の配列でそこに形成される。他の代表的な実施例では、細長い本体９１４に形成された穴は、１×ｎ、２×ｎ、あるいはｎ×ｎの配列にすることができる。

本発明のマイクロ流体伝達システムのさまざまな構成要素は、当業者に周知のさまざまな技術及び方法を用いて製造されることができる。主要の細長い本体を生産する一つの代表的な方法では、ガラス再抜き取り（glass redraw）プロセスが、主要の細長い本体及びそこに形成されたさまざまな穴の複雑なガラス構造を形成するのに使用されることができる。ガラス再抜き取り（glass redraw）プロセスは、周知であり、複雑な横断面を有する、精密なガラス管、シート、ファイバー束を形成するのに使用された。ガラス再抜き取り（glass redraw）プロセスは、ゴードン及びブリーチ、ニューヨーク、ニューヨークによって公表された表題“普通でない横断面を有するガラス繊維の成型”で、１９６５年６月２８日から７月３日までのCharkroi, ベルギー、第７回のガラスのインターナショナル会議の会報の７７−１頁乃至７７−８頁においてR.H. ハンフリーによる論文に記載されている。

バルブロッド及びピストンロッドの一つの代表的な製造方法では、ガラスロッドは、所望の幾何学的な形状を得ることができる。ガラスロッドは、ポリエステルシリコン層で被覆される。ポリエステルシリコンコーティングの一つ以上の部分は、ガラスロッドに形成されるさまざまな凹部のために、所望の大きさの一つ以上の環状ギャップ叉はスペースを露呈するように形成される。そして、ガラスロッドは、ポリエステルシリコン層内のギャップ叉はスペースの位置で凹部がガラスロッドからエッチングされるエッチングプロセスにさらされる。エッチングプロセスは、ＢＯＥエッチングプロセス、化学エッチング、写真平板エッチング、プラズマエッチング、ウェット化学エッチング、ドライエッチング、及びその他などの当業者で周知な適当なマイクロ製造エッチングプロセスから成ることができる。代替的なプロセスでは、ガラスロッドは、そこに形成された一つ以上の環状ギャップ叉はスペースを有するフォトレジストで被覆されることができる。そして、そのフォトレジストコーティングを有するガラスロッドは、さまざまな凹部がロッドに形成されるアドバンス酸化物エッチング（ＡＯＥ）にさらされる。また、マイクロ製造プロセスは、機械加工、レーザー機械加工、エアー研磨などの非エッチングプロセスを備えることができる。バルブロッド及びピストンロッド内への凹部の形成のいろいろな考えられる方法を当業者は理解されるであろう。

前述の詳細な説明は、特定の代表的な実施例に関して本発明を記載する。しかしながら、さまざまな修正及び変形が、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱しないでなされることができることを理解されよう。詳細な説明及び添付の図面は、制限的であるよりはむしろ、単に例示として考えられ、全てのそのような修正及び変形があるとしても、記載され本明細書中に述べられた本発明の範囲内に含まれる。

より詳細には、本発明の図示の代表的な実施例は、本明細書に記載されているが、本発明は、これらの実施例に制限されず、上述の詳細な説明に基づいて当業者に理解される、修正、省略、（例えば、さまざまな実施例にわたる態様の）組み合わせ、適合及び／叉は代替を有する全ての実施例を含む。特許請求の範囲の制限は、特許請求の範囲において使用された言語に基づいて広く解釈されるが、上述の詳細な説明に記載された叉はアプリケーションの実行中の実施例に基づいて制限されず、その実施例は、排他的でないように解釈される。例えば、本開示において、用語“好ましくは”は、好ましいを意味するがそれに制限しないという点で排他的ではない。方法叉はプロセスクレームに述べられたステップは、あらゆる順序で達成されることができ、クレームに示された順序に制限されない。手段＋機能の制限叉はステップ＋機能の制限は、特定のクレーム制限に対して以下の状況の全てが、その制限ａ）“手段”叉は“ステップ”が明白に記載されていること及びｂ）対応する機能が明白に記載されていることで存在する場合に利用されるだけである。手段＋機能を支持する構造、材料、動作は、本明細書に明白に記載されている。従って、本発明の範囲は、上記記載及び実施例によってよりはむしろ、添付の特許請求の範囲及び法的な同等物によって、単に画定されるべきである。

特許証によって確保される主張され及び望まれることは、以下の通りである。

Claims (31)

1. 微小な環境内で流体を伝達するためのマイクロ流体伝達システムであって、
   前記マイクロ流体伝達システムは、
   第１端部、第２端部及び外面を有する細長い本体と、
   前記細長い本体内に形成された複数の穴であって、流体をそこに流すために前記細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴と、
   少なくとも二つの穴と流体連結し、前記細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するように、重要で予め決められた配置及び配向で前記細長い本体内で前記複数の穴の少なくとも二つと交差する、前記細長い本体の外面を通って形成された少なくとも一つの相互連結スロットとを備える、マイクロ流体伝達システム。
2. 請求項１記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   重要で予め決められた配置及び配向で前記細長い本体内で前記複数の穴の一つと交差する少なくとも一つのアクセススロットを更に備え、
   前記アクセススロットと前記穴の一つは、互いに流体連通し、前記アクセススロットは、前記細長い本体内で付加的な潜在的流体通路をさらに画定する、マイクロ流体伝達システム。
3. 請求項２記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記複数の穴の各々内に配置された少なくとも一つのロッドを更に備え、
   特定の予め決められた流体通路及びそれに続く流体流路を画定するため、及び、前記流体流路を通る流体の流れを処理及び制御するために、前記ロッドが選択的に配置されている、マイクロ流体伝達システム。
4. 請求項３記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記ロッドは、前記穴内で前後に往復させられ、前記相互連結スロット及び前記アクセススロットを選択的に開閉し、前記流体通路を通る流体の流れを制御し、前記流体流路を再画定する、マイクロ流体伝達システム。
5. 請求項３記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記ロッドは、ポンピング機能を前記細長い本体内に提供するために構成されたポンピングロッドから成る、マイクロ流体伝達システム。
6. 請求項３記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記ロッドは、バルブ機能を前記細長い本体内に提供するために構成されたバルブロッドから成る、マイクロ流体伝達システム。
7. 請求項３記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記ロッドは、実質的に一定な断面を有する細長い胴体から成る、マイクロ流体伝達システム。
8. 請求項３記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記ロッドは、第２端部の断面と実質的に同じ断面を有する第１端部と、前記第１端部と前記第２端部とを連結する中間部分とを有すると共に、前記第１端部及び第２端部の断面に対して減少した断面をもつ凹部からなる予め決められた部分を少なくとも部分的に備え、前記凹部は、前記相互連結スロット及び前記アクセススロットを通る流体の流れを促進するために前記凹部に関して配置されている前記相互連結スロット及び前記アクセススロットを開くように構成されている、マイクロ流体伝達システム。
9. 請求項１記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
   前記ロッドを作動するための作動手段を更に備え、前記作動手段は、電磁源、ソレノイド及び電気機械システムからなる群から選択される、マイクロ流体伝達システム。
10. 請求項２記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
    前記細長い本体を囲みかつ収容するために構成されたハウジングを更に備え、
    前記ハウジングは、
    前記細長い本体を受け入れるように構成された内部分と、
    前記ハウジングと前記細長い本体との間に故意でない流体の流れを防止するために前記ハウジングを前記細長い本体に対して密閉する複数のシール部と、
    流体が前記ハウジングを通って通過するために前記ハウジングに形成され、前記細長い本体と流体連結して形成された少なくとも一つの流体通路とを備える、マイクロ流体伝達システム。
11. 請求項１０記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
    前記シール部は、前記細長い本体外への流体通路を画定するために、前記相互連結スロット及び前記アクセススロットと隣接して配置されている、マイクロ流体伝達システム。
12. 請求項１記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
    前記細長い本体は、ガラス、石英、シリコン及びセラミックからなる群から選択された材料でつくられる、マイクロ流体伝達システム。
13. 請求項１記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
    前記相互連結スロットは、前記複数の穴に関して、直角、横、傾斜からなる群から選択された向きで形成される、マイクロ流体伝達システム。
14. 請求項２記載のマイクロ流体伝達システムにおいて、
    前記少なくとも一つのアクセススロットは、前記複数の穴に関して、直角、横、傾斜からなる群から選択された向きで形成される、マイクロ流体伝達システム。
15. マイクロ流体ポンプであって、
    外面と、流体をそこに流すために細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる細長い本体に形成された複数の穴とを有する細長い本体と、
    前記少なくとも二つの穴を流体的相互連結するように、重要で予め決められた配置及び配向で前記穴の二つと交差する、前記外面を通して形成された少なくとも一つの相互連結スロットと、
    前記穴と流体連通になるように、重要で予め決められた配置及び配向で前記穴の一つと交差する、前記外面を通して形成された少なくとも一つのアクセススロットであって、前記複数の穴、前記相互連結スロット及び前記少なくとも一つのアクセススロットは、前記細長い本体を通る複数の流体通路を画定するために機能する、少なくとも一つのアクセススロットと、
    前記複数の穴の各々内にそれぞれ摺動的に配置された少なくとも一つのロッドであって、前記穴内に選択的に配置される選択された流体の流路に関して流体の流れを促進するための少なくとも一つの凹部を備える、少なくとも一つのロッドと、
    特定の予め決められた流体の流路及び流体の流れの通路を画定すると共に、前記特定の予め決められた流体の流路を通して流体をポンプで汲み上げる位置に前記ロッドを置換する少なくとも一つのロッドを作動する手段とを備える、マイクロ流体ポンプ。
16. 請求項１５記載のマイクロ流体ポンプにおいて、
    他の予め決められた流体の流路及び流体の流れの通路を画定するために、前記少なくとも一つのロッドを再配置することを更に備える、マイクロ流体ポンプ。
17. 請求項１５記載のマイクロ流体ポンプにおいて、
    前記予め決められた流体の流路は、前記相互連結スロット及び前記アクセススロットに選択的に配置される前記ロッドによって画定される、マイクロ流体ポンプ。
18. マイクロ流体伝達システムの製造方法であって、
    第１端部及び第２端部を有する細長い本体を形成することと、
    流体をそこに流すために前記細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴を前記細長い本体内に形成することと、
    前記複数の穴の少なくとも二つと交差しかつ流体的に相互連結し、従って前記細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するために、相互連結スロットを前記細長い本体内に形成することとを備える、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
19. 請求項１８記載のマイクロ流体伝達システムの製造方法において、
    前記複数の穴の一つと交差しかつ流体連結する少なくとも一つのアクセススロットを前記細長い本体内に形成することを更に備え、前記アクセススロットは、付加的な潜在的流体通路をさらに画定する、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
20. 請求項１８記載のマイクロ流体伝達システムの製造方法において、
    前記複数の穴の各々内にそれぞれ嵌合すると共に、前記複数の潜在的流体通路を通る流体の流れを処理するために選択的に配置可能にするように構成された少なくとも一つのロッドを形成することを更に備える、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
21. 請求項２０記載のマイクロ流体伝達システムの製造方法において、
    前記ロッドのバルブ機能を促進するために前記ロッド内に少なくとも一つの凹部を形成することを更に備え、前記凹部は、前記ロッドの長さの一部に沿った減少した断面を画定する、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
22. 請求項２０記載のマイクロ流体伝達システムの製造方法において、
    機械加工、化学エッチング、写真平板エッチング、プラズマエッチング、ウェット化学エッチング、ドライエッチング、レーザー機械加工及びエアー研磨からなる群から選択された一つ以上のマイクロ製造プロセスによって形成される、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
23. 請求項２０記載のマイクロ流体伝達システムの製造方法において、
    前記穴内での前記ロッドの双方向の移動を選択的に制御するために、前記細長い本体の前記第１端部及び第２端部の各々にソレノイドを作動可能に連結することを更に備え、前記ロッドは、それに連結された金属製構成要素を少なくとも部分的に備える、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
24. 請求項２０記載のマイクロ流体伝達システムの製造方法において、
    磁石によって前記ロッドの移動させるために、前記ロッドの各端部に磁化された部材を連結することを更に備える、マイクロ流体伝達システムの製造方法。
25. 微小な環境内で流体の流れを伝達するための方法であって、
    前記方法は、
    マイクロ流体伝達システムを提供することを備え、
    前記マイクロ流体伝達システムは、
    外面、第１端部及び第２端部を有する細長い本体と、
    前記細長い本体内に形成された複数の穴であって、流体をそこに流すために前記細長い本体の長さの少なくとも一部に沿って伸びる複数の穴と、
    前記細長い本体を通る複数の潜在的流体通路を画定するように、重要で予め決められた配置及び配向で前記複数の穴の少なくとも一つと交差する、前記細長い本体の外面を通って形成された少なくとも一つのスロットと、
    前記複数の穴の各々内に配置された少なくとも一つのロッドであって、特定の予め決められた複数の流体通路を画定するため前記複数の穴の各々内に選択的に配置されている少なくとも一つのロッドとを備え、
    前記方法は、更に、
    少なくとも部分的に流体を収容する微小な環境に前記マイクロ流体伝達システムをさらすことと、
    流体がそこを通って伝達される特定の予め決められた流体通路及び流体流路を画定するために、前記穴内である位置に置換するように前記少なくとも一つのロッドを作動することとを備える、方法。
26. 請求項２５記載の方法において、
    他の予め決められた流体通路及び流体流路を画定するために、前記少なくとも一つのロッドの位置を変えることを備える、方法。
27. 請求項２６記載の方法において、
    前記少なくとも一つのロッドは、前記複数の穴の二つと流体的相互連結するように構成され、前記相互連結スロットは、前記細長い本体内で付加的な潜在的流体通路をさらに画定する、方法。
28. 請求項２５記載の方法において、
    前記少なくとも一つのロッドは、前記穴の少なくとも一つを前記細長い本体の外面と流体連結するように構成されたアクセススロットからなり、前記アクセススロットは、重要で予め決められた配置及び前記穴に関して重要で予め決められた配向で形成される、方法。
29. 請求項２５記載の方法において、
    前記少なくとも一つのロッドを作動することは、
    前記ロッドの各端部に磁化された部材を連結することと、
    前記磁化された部材の各々に隣接して磁気発電機を配置することと、
    前記ロッドを前後に選択的に往復させるために前記磁気発電機の極性を交互に入れ替えることとを備える、方法。
30. 請求項２５記載の方法において、
    前記少なくとも一つのロッドを作動するステップは、
    ソレノイドを前記細長い本体の前記第１端部及び前記第２端部に連結することと、
    金属製構成要素を前記ロッドの各端部に連結することと、
    前記ロッドを前後に往復させるために前記ソレノイドに電流を選択的に供給することとを備える、方法。
31. 請求項２５記載の方法において、
    前記微小な環境は、静脈注射及びコンピューター回路ボードかならる群から選択されたものから成る、方法。

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