JP2019528446A - マイクロ流体配置において流れを制御するための方法および装置ならびにマイクロ流体配置 - Google Patents

マイクロ流体配置において流れを制御するための方法および装置ならびにマイクロ流体配置 Download PDF

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Abstract

マイクロ流体配置において流れを制御するための方法および装置が開示される。１つの配置では、マイクロ流体配置は、基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された第１の液体を有する。マイクロ流体パターンは、細長い流路と第１のリザーバーとを少なくとも有する。第２の液体は、第１の液体と直接接触し、かつ、マイクロ流体配置を覆う。細長い流路を通して第１のリザーバーへと、液体の流れが生じる。マイクロ流体パターンならびに第２の液体の深さおよび密度は、第１のリザーバーの上部が浮力に起因して第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、第２の液体を通って上昇するまで、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、第１のリザーバーへの液体の流れの間、第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、第１のリザーバーが、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする。【選択図】図１、図３

Description

本発明は、マイクロ流体配置（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）において流れを制御することに関する。
少量の液体の操作は、微生物学、細胞生物学、生化学および材料科学を含む多くの科学分野にとって中心的である。マイクロ流体デバイス（その中では、液体がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）でできたチャンネルを通って流れる）が利用可能であるが、技術の示された利点にも関わらず、かかるデバイスが科学的ワークフローに組み込まれている数は、予期されるより少ない。種々の理由が与えられる。ＰＤＭＳベースのデバイスの試作には少なくとも数日かかり、かつ、高価である；それはまた、典型的には、専用の機器、無菌室および高等な訓練を必要とする。一旦作られると、デバイスは通常１つの用途専用であり、かつ、それらの中の多くの位置へのアクセスが制限される。さらに、未処置のＰＤＭＳは、それが毒素を濾し、かつ、有機溶剤と反応するので、生物学的および化学的適合性が低い。従来のデバイスにおける気泡もまた、多数の操作上の困難を提示する：それらは、流れを不均衡にし、組み込まれた細胞を傷つけ、かつ、空気と流体との境界面において分子凝集を引き起こす。
かかるデバイスを通過するように流れを生じさせることは、デバイスのチャンネルと外部のポンピング装置との間に密封装置を提供することが必要であるので、困難である。密封装置は、典型的には、小さくかつ操作が困難であり、かつ、信頼性が低い。汚染、漏れ、気泡および／または予測できない流量に起因して、実験が妥協され得る。流体がデバイスにおける特定の位置においてのみ注入および抽出され得、柔軟性を制限する。
例えば生細胞に対する実験を行う時に、ヒトまたは動物の内部の条件を模倣した流れを提供することに関心が存在する。したがって、拍動性の流れを提供することが望ましい。この目的のための既知の装置は高価であり得、かつ／または、実装するのが複雑であり得る。
マイクロ流体配置において流れを制御するための改善された方法および装置を提供することが、本発明の目的である。
本発明の態様によれば、マイクロ流体配置において流れを制御する方法が提供され、マイクロ流体配置は：基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された（ｈｅｌｄ）第１の液体を有し、マイクロ流体パターンは、細長い流路（ｃｏｎｄｕｉｔ）と第１のリザーバーとを少なくとも有し；かつ、第１の液体と直接接触し、かつ、マイクロ流体パターンを覆う第２の液体を有し；当該方法は、細長い流路を通して第１のリザーバーへと液体の流れを生じさせることを有し；かつ、マイクロ流体パターンならびに第２の液体の深さおよび密度は、第１のリザーバーの上部が浮力に起因して第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、第２の液体を通って上昇するまで、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、第１のリザーバーへの液体の流れの間、第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、第１のリザーバーが、第１のリザーバーと基板との間の接
触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする。
したがって、堅固な壁部を有さないマイクロ流体配置において流れが生じる方法が提供される。所望されるマイクロ流体パターンにて第１の液体を保持するのに、堅固な壁部の代わりに表面張力が用いられる。マイクロ流体パターンは、この手段では、ペンを用いてフリーハンドで書くのとほぼ同一の手段で、数秒で形成され得る。ちょうど任意の想像できるパターンが紙の上に描かれ得るように、任意のマイクロ流体パターンが、基板の上で第１の液体を放出する要素を移動させることによって作成され得る。流路および第１のリザーバーのようなマイクロ流体パターンの要素の縁部は、表面張力（界面張力とも呼ばれる）によってピン留めされる（ｐｉｎｎｅｄ）。基板がチャンネルを提供するのにＰＤＭＳと同一の手段で処理される必要がないので、基板は、生物学者が一般的に用いるポリスチレン／ガラス皿のような証明された生物的適合性の材料から作られ得る。
ＰＤＭＳベースのデバイスとは異なり、マイクロ流体配置へと液体をポンピングする送達部材は、マイクロ流体パターンにおける任意の位置において自由に挿入され得る。送達部材とマイクロ流体配置との間の接続は、セルフシール性である。送達部材が挿入される時にシールが自動的に確立され、かつ、送達部材が除去される時に自動的に閉じる。したがって、種々の異なるポンピングモードが、新たなデバイスを構築する必要なく選択され得る。マイクロ流体パターン自体は、例えば流路（セルフシールする）を切り開くことによって、または、異なる流路を一緒に結合することによって再設計さえされ得、このことは、さらなる柔軟性を提供する。さらに、汚染のリスクは低減または除去され、かつ、シール不良または漏れの面での課題は存在しない。ガスの泡が生じれば、それらは浮力によって上方へとマイクロ流体配置から外に出るように押し進められ、そのことによって、ＰＤＭＳベースのデバイスにおいて規則的に遭遇される泡の悪影響も除去する。
第１の液体は流体壁（ｆｌｕｉｄ ｗａｌｌ）によって範囲を制限され、このことは、壁が流体流動中に変形し得ることを意味する。したがって、液体が第１のリザーバーへと流れるにつれて、第１のリザーバーの体積は成長し得る（例えば、高さの増大によって）。本発明者らは、この特性が、第１の液体より高密度である第２の液体を用いて第１のリザーバーがそれ自体を空にする（ｓｅｌｆ ｅｍｐｔｙ）ことを引き起こすことによって活用され得ることを認識した。このことは、便宜なことに、液体用の別個の物理的な出口を提供することを必要とすることなく、流れが長期間または無限に続くことを可能にする。過剰な液体は単純に上昇し、かつ、第１の液体の残りから分離して、第２の液体の上部に層を形成する。
本発明者らはさらに、第１のリザーバーの循環的に変化するサイズがまた、有利な特性を提供することを認識した。第１のリザーバーにおける圧力は、ラプラス圧力（曲率に基づく）と静液圧（第１のリザーバーより上にある第２の液体の量に基づく）との組み合わせによって決定され、その両方が、第１のリザーバーのサイズおよび形状がそれ自体を空にする工程中に変化するにつれて、変化するであろう。このことは、流れがマイクロ流体配置内の圧力差によって生じるので、第１のリザーバーへの拍動性の流れをもたらす。したがって、堅固な壁部を有さないマイクロ流体配置と関連付けられる利点が達成され、かつ、信頼性の高い拍動性の流れが単純かつ繰り返し可能な方式で達成され得る方法が提供される。拍動性の流れは、精巧なポンピング装置を必要とすることなく達成される。液体は、単純に、例えば一定の流量にて、または、マイクロ流体配置より上に位置決めされたリザーバーから供給される重力にてさえ、継続的にポンピングされ得る。
ある実施形態では、送達位置に保持された送達部材の遠位開口部を介してマイクロ流体パターンへと液体がポンピングされ、送達位置は、送達部材が、遠位開口部から外に出る
ような液体の任意の流れの不存在下ではマイクロ流体パターンの第１の液体とは接触しないようなものであり、かつ、液体は、遠位開口部から外に出るような液体の流れによって遠位開口部とマイクロ流体パターンの第１の液体との間に形成された液体ブリッジを介してマイクロ流体パターンの第１の液体へとポンピングされる。この特徴は、送達部材の高度に正確な位置決めの必要性を減少させる。マイクロ流体配置への液体の有効なポンピングは、送達部材の異なる位置の範囲（任意選択的には、遠位開口部がポンピングの不存在下で第１の液体の中にある位置および遠位開口部がポンピングの不存在下では第１の液体の中にない位置の両方を含む）について達成され得る。したがって、送達部材の手動の位置決めが促進される。送達部材の移動の自動化は、いっそう安価に、かつ／または、信頼性高く実装され得る。
ある実施形態では、遠位開口部から外に出るような途切れない流れの期間中、不安定な液体ブリッジが循環工程（遠位開口部における液体の小球の成長と、液体ブリッジを確立するためのマイクロ流体パターンを定める第１の液体との小球の接触と、後に続く液体ブリッジの潰れ（ｃｏｌｌａｐｓｅ）とを有する）において周期的に形成され、そのことによって、循環工程により生成された拍動性の圧力の結果として、マイクロ流体パターンへの液体の拍動性の流れを提供する。このことは、精巧なポンピング装置を必要とすることなく、単純かつ繰り返し可能な方式で拍動性の流れを作り出すことへの代替的または追加的なアプローチを構成する。液体は、単純に、例えば一定の流量にて継続的にポンピングされ得る。この場合における拍動性の流れは、流体を駆動するための流路内の周期的圧力を提供する液体ブリッジの循環的な形成と潰れとによって提供される。
ある実施形態では、遠位開口部に最も近い送達部材の外面の少なくとも選択された部分が、表面エネルギー密度が第２の液体との接触に関してより第１の液体との接触に関して高くなるように構成される。このように送達部材を構成することは、マイクロ流体パターンへとポンピングされている液体による送達部材の外面の不必要な濡れ（ｗｅｔｔｉｎｇ）を減少させることを補助する。このことは、液体ブリッジが、例えば拍動性の流れを提供するための接続を作るのに用いられている場合（この場合、遠位開口部において予測可能な幾何学的形状（ｇｅｏｍｅｔｒｙ；ジオメトリー）の小球を形成し得ることが重要である）に特に望ましい。
代替的な実施形態では、遠位開口部に最も近い送達部材の外面の少なくとも選択された部分が、表面エネルギー密度が第２の液体との接触に関してより第１の液体との接触に関して低くなるように構成される。このように送達部材を構成することは、マイクロ流体パターンへの送達部材の効率良い挿入および密封を提供することを補助する。
ある実施形態では、送達位置に保持された送達部材の遠位開口部を介してマイクロ流体パターンへと液体がポンピングされ、基板と、細長い流路を形成する第１の液体の一部との間の接触領域は、流路の足跡（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ；フットプリント・占める面積）を定め；基板と、第１のリザーバーを形成する第１の液体の一部との接触領域は、第１のリザーバーの足跡を定め；流路の足跡および第１のリザーバーの足跡のそれぞれのサイズならびに形状は、流路の足跡のいかなる変化も伴わずに細長い流路における第１の液体によって支持可能である最大ラプラス圧力が、第１のリザーバーの足跡のいかなる変化も伴わずに第１のリザーバーにおける第１の液体によって支持可能である最大ラプラス圧力より高くなるようなものであり；かつ、送達位置は、マイクロ流体パターンへとポンピングされる液体が細長い流路を介してマイクロ流体パターンの中に入るようなものである。
流体壁が、所望される圧力勾配が確立されることを防止する手段で変形すれば、マイクロ流体パターンを通して所望の流量を達成することは可能ではないであろう。本発明者らは、特定の位置においてマイクロ流体パターンへと（すなわち、リザーバー自体へとでは
なく、リザーバーの間の、または、リザーバーへとつながる細長い流路へと）液体をポンピングすることによって、いっそう広範な種類の流量が達成され得ることを認識した。細長い流路は、細長い流路より幅の広いリザーバーよりも高い最大ラプラス圧力を支持することが可能である（リザーバーに比べて流路において可能となるいっそう高い曲率に起因して）。したがって、細長い流路へのポンピングは、いっそう高い圧力勾配と流路を通したいっそう高い対応するポンピング流量を可能にする。
第１の液体より高密度である第２の液体を提供することは、静液圧がどのようにマイクロ流体配置を通る流れを生じさせることに貢献し、かつ、いっそう一定である流量を維持することを補助し得るかを修正する。例えば、リザーバーのサイズがそれらに入る液体の流れに起因して成長するにつれて、ラプラス圧力は、リザーバーの曲率半径が減少するので、典型的には増大するであろう。このことは、通常、リザーバーにおける圧力を増大させ、したがって、液体がそれらの中への液体の流量を減少させ（ポンピングが受動的に駆動される場合）、かつ／または、液体がそれらの中へと流され得る最大流量を減少させ傾向にある（ポンピングが能動的に駆動される場合）。いっそう高密度の第２の液体を用いると、この効果は、リザーバーより上の液体の高さが減少するので、静液圧の減少によって軽減される。
本発明の別の態様によれば、マイクロ流体配置が提供され、当該マイクロ流体配置は：基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された第１の液体を有し、マイクロ流体パターンは、細長い流路と第１のリザーバーとを少なくとも有し；かつ、第１の液体と直接接触し、かつ、マイクロ流体パターンを覆う第２の液体を有し：マイクロ流体パターンならびに第２の液体の深さおよび密度は、液体の流れが細長い流路を通して第１のリザーバーへと生じる時に、第１のリザーバーの上部が浮力に起因して第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、第２の液体を通って上昇するまで、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、第１のリザーバーが、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする。
本発明の代替的な態様によれば、マイクロ流体配置において流れを生じさせるための装置が提供され、当該装置は：マイクロ流体配置を有し、該マイクロ流体配置は、基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された第１の液体を有し、マイクロ流体パターンは、細長い流路と第１のリザーバーとを少なくとも有し；かつ、第１の液体と直接接触し、かつ、マイクロ流体パターンを覆う第２の液体を有し；かつ、ポンピング機構を有し、該ポンピング機構は、遠位開口部（それを通して液体が送達され得る）へとつながる内部ルーメンを有する移動可能な送達部材を有し；かつ、コントロールシステムを有し、該コントロールシステムは、遠位開口部を介してマイクロ流体パターンの外側からマイクロ流体パターンの中へと液体をポンピングすることによって、細長い流路を通して第１のリザーバーへと液体の流れを生じさせるようにポンピング機構を制御するように構成されており：マイクロ流体パターンならびに第２の液体の深さおよび密度は、第１のリザーバーの上部が浮力に起因して第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、第２の液体を通って上昇するまで、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、第１のリザーバーへの液体の流れの間、第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、第１のリザーバーが、第１のリザーバーと基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする。
添付の図面（対応する参照記号は、対応する部品を示している）を参照して、本発明の
実施形態が、例としてのみ、ここで説明されるであろう：
図１は、マイクロ流体パターンの細長い流路への液体のポンピングを描いた概略的な側面図である。 図２は、比較的少量の状態の第１のリザーバーを描いている。 図３は、液体が第１のリザーバーへと駆動された後の、いっそう多量の状態にある図２の第１のリザーバーを描いており；浮力が、第１のリザーバーが、上方に延び、かつ、下方の腰部において幅が狭くなることを引き起こしている。 図４は、上部が下部から離れ、第１のリザーバーが図２に描かれたものと同様の少量の状態に戻った後の第１のリザーバーを描いている。 図５は、図１の配置についての流路の足跡と第１のリザーバーの足跡とを描いている。 図６は、細長い流路を定める境界面にわたる比較的低い圧力差と関連付けられた比較的低い曲率を描いた細長い流路に沿う断面の端面図である。 図７は、境界面にわたる圧力差がいっそう大きい図６の流路を描いている。 図８は、リザーバーによって支持可能な最大曲率を示すリザーバーを通した断面図である。 図９は、細長い流路によって互いに接続された２つのリザーバーを有するマイクロ流体配置における足跡を描いている。 図１０は、細長い流路が増大した幅の局所化された領域を備えているマイクロ流体配置における足跡を描いている。 図１１は、送達部材の遠位開口部における液体の小球の成長を描いた概略的な側面図である。 図１２は、図１１の小球が第１の液体に接触する時に形成される液体ブリッジを描いている。 図１３は、マイクロ流体配置において流れを生じさせるための装置を概略的に描いている。
図は例示的な目的でのみ提供されており、かつ、異なる要素が明確に視覚化されることを可能にするために縮尺通りに描かれていない。具体的には、実際には、リザーバーの直径に対する細長い流路の幅は、図面中に示されているものより有意に小さいであろうことが予期される。
本開示の実施形態は、図１に示されているように、マイクロ流体配置２において流れを生じさせる方法を有する。マイクロ流体配置２は、第１の液体４を有する。第１の液体４は、基板１１の表面１０の上のマイクロ流体パターンを定める形状にて、主に表面張力によって保持される。第１の液体４によって形成されるマイクロ流体パターンは、図１に描かれているように、細長い流路１３と第１のリザーバー１５とを少なくとも有する。その他の実施形態では、マイクロ流体パターンは、さらなるリザーバー、および／または、さらなる細長い流路を有していてもよい。当該方法は、細長い流路１３を通して第１のリザーバー１５へと液体の流れを生じさせることを有する。
典型的には、表面１０は、少なくともマイクロ流体パターンの領域において実質的に平面であり、かつ、パターン化されていないであろう（機械的にも化学的にも）。
マイクロ流体配置はさらに、第２の液体６を有する。第２の液体６は、第１の液体４と直接接触し、かつ、マイクロ流体パターンのすべてを覆う。したがって、マイクロ流体パターンの第１の液体４は、第１の液体４の外側の境界面の残りのすべてに沿って、下にある平面状でパターン化されていない表面１０および第２の液体６とだけ接触していてもよい。第２の液体６は、周囲環境８（例えば、空気）から第１の液体４を隔離する。第２の
液体６は、したがって、第１の液体４の蒸発を減少させてもよく、防止してもよい。第２の液体６は、第１の液体４の汚染を減少させ、または、防止する。第２の液体６は、第１の液体４と実質的に不混和性である（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）。第２の液体６は、第１の液体４より高密度である。
図２〜図４に描かれているように、マイクロ流体パターンならびに第２の液体６の深さおよび密度は、第１のリザーバー１５の体積が、第１のリザーバー１５への液体の流れの間に成長するようなものである。このことは、図２および図３に概略的に描かれている。成長は、第１のリザーバー１５と基板１１との間の接触領域１４（図５参照）のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わずに起こる。図３に描かれているように、いっそう高密度である第２の液体６における第１の液体４の浮力が、第１のリザーバー１５が、上方に延び、かつ、腰部４０において幅が狭くなることを引き起こす。工程は、図４に描かれているように、第１のリザーバー１５の上部４２が、浮力に起因して第１のリザーバー１５の下部４４から離れるまで続く。上部４２は、その後、第２の液体６を通して別個の小球として上昇する。上部４２における液体は、それが第２の液体６の上方の境界面に到達した時に第２の液体６の表面全体に広がり、そのことによって、第２の液体６によってマイクロ流体パターンから確実に分離されたままであってもよい。この工程は、したがって、第１のリザーバー１５が、第１のリザーバー１５と基板１１との間の接触領域１４のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする。
図５は、基板１１より上から見た、図１のマイクロ流体パターンと基板１１との間の接触領域１４を描いている（基板１１の表面１０とは直角である方向に）。基板１１と、細長い流路１３を形成する第１の液体４の一部との間の接触領域１４は、流路の足跡１４Ａを定める。基板１１と、第１のリザーバー１５を形成する第１の液体４の一部との間の接触領域は、第１のリザーバーの足跡１４Ｂを定める。流路の足跡１４Ａは、例えば、少なくとも３：１であり、任意選択的には少なくとも５：１であり、任意選択的には少なくとも１０：１である平均的な長さ：幅のアスペクト比を有していてもよい。第１のリザーバーの足跡１４Ｂは、典型的には、いかなる有意な程度でも細長くないであろう。第１のリザーバーの足跡１４Ｂは、例えば、実質的に円形であってもよく、円形でなければ、３：１より小さく、任意選択的には２：１より小さい平均的な長さ：幅のアスペクト比を有していてもよい。
流路の足跡１４Ａと第１のリザーバーの足跡１４Ｂとは、基板１１の表面１０の実質的に平面である部分（水平に対して任意の角度で提供されてもよく、基板１１の任意のその他の部分に対して任意の角度で提供されてもよい）および／または実質的にパターン化されていない部分の上に完全に提供されてもよい。マイクロ流体パターンの外側の基板１１の表面１０の領域は、したがって、マイクロ流体パターンと接触している表面１０の領域と区別がつかないかも知れない。
図１に描かれているように、内部ルーメン１２を有する送達部材１８が提供される（例えば、中空針）。内部ルーメン１２は、遠位開口部１６（それを通して液体が送達され得る）へとつながる。遠位開口部が送達位置に保持されている間、液体がマイクロ流体パターンへとポンピングされる。液体は、遠位開口部１６を介してマイクロ流体パターンの外側からマイクロ流体パターンの中へとポンピングされる。送達位置は、第２の液体６の上方の境界面７より下である。遠位開口部１６は、したがって、マイクロ流体配置の外側の環境（例えば、空気）から常に密封されている。図１は、例示的な送達位置にある送達部材１８を描いている。送達位置は概して、液体が細長い流路１３を介してマイクロ流体パターンの中に入り、かつ、第１のリザーバー１５へと液体の流れを生じさせるようなものである。流路の足跡１４Ａに対する液体が入る例示的な領域が、破線の円で図５に描かれ
ている。第１のリザーバー１５への液体の流れを生じさせることは、望ましくは、マイクロ流体パターンと基板１１との間の接触領域１４の形状のいかなる変化も伴わずに達成される。
いっそう大きい構造体へとではなく細長い流路１３へと液体をポンピングすることは、いっそう高い圧力が液体の注入領域において達成されることを可能にし、マイクロ流体パターン内でのいっそう大きい圧力勾配、したがって、いっそう高い流量の確立を促進する。細長い流路１３の壁部のピン留め解除（ｄｅ−ｐｉｎｎｉｎｇ）（したがって、流路の足跡１４Ａの形状の変化）を伴うことなく細長い流路１３内で達成可能である最大ラプラス圧力は、流路の幅によって決定される。リザーバー（単数）またはリザーバー（複数）であって、その中へと液体の流れが生じる前記リザーバー（単数）またはリザーバー（複数）の直径（単数）または直径（複数）と比較して流路の幅を比較的小さくすることが、概して望ましい。図１のもののような実施形態では、流路の足跡１３および第１のリザーバーの足跡１５のそれぞれのサイズならびに形状は、好ましくは、流路の足跡１４Ａのいかなる変化も伴わずに細長い流路１３における第１の液体４によって支持可能である最大ラプラス圧力が、第１のリザーバーの足跡１４Ｂのいかなる変化も伴わずに第１のリザーバー１５における第１の液体４によって支持可能である最大ラプラス圧力より高くなるようなものである。
図６および図７は、細長い流路１３の延伸軸線に沿った断面の端面図である。細長い流路１３の幅Ｗｃは、頁の平面の中にある。細長い流路１３内のラプラス圧力は、細長い流路１３における第１の液体４と細長い流路１３より上にある流体との間の境界面の曲率に基づく。図６は、境界面の曲率が比較的小さい場合を示している（破線で示されるように境界面を延ばすことによって形成された完全な円の比較的大きい曲率半径ｒ１によって示されている）。ラプラス圧力は、細長い流路１３へと液体をポンピングすることによって増大し得、このことは、曲率半径の減少をもたらすであろう。このことは、曲率半径が、細長い流路１３が不安定になる程に小さくならない限り、流路の足跡を変更することなく行われ得る。図７には、いっそう高いラプラス圧力を有する細長い流路１３が概略的に描かれており、破線の円の曲率半径ｒ２は、図６の曲率半径ｒ１より有意に小さい。圧力をさらに増大させるためのあらゆる試みが、細長い流路１３が広がることを引き起こし、そのことによって、流路の足跡１４Ａを変更するであろう。細長い流路１３の境界面のいずれかの側における所定の流体について取得可能な最大ラプラス圧力は、一般的には、細長い流路１３の幅に基づき、いっそう小さい幅は、通常、いっそう高い最大ラプラス圧力が到達されることを可能にするであろう。細長い流路１３からリザーバーへの流量は、細長い流路１３とリザーバーとの間の圧力差に基づき、次に、流体が細長い流路１３へと注入される流量（細長い流路１３における圧力に貢献する）およびリザーバーの曲率に基づく。静液圧もまた、細長い流路１３の高さがリザーバーの高さと異なる場合に圧力差に貢献するかも知れないが、これは、液体が細長い流路１３へと能動的にポンピングされている時には小さい効果であろう。
図８は、第１のリザーバー１５内で達成可能である最大ラプラス圧力に対応する幾何学的形状を示す、第１のリザーバー１５を通した断面図である。第１のリザーバー１５を横切るいっそう大きい幅Ｗｒ（実際には、細長い流路１３を横切る幅Ｗｃの２倍より有意に大きいであろう）は、対応する最大ラプラス圧力が細長い流路１３内で達成可能であるより有意に低いことを意味する（半径ｒ３は、半径ｒ２の２倍より有意に大きいであろう）。
ある実施形態では、遠位開口部１６に最も近い送達部材１８の外面の少なくとも選択された部分１９が、表面エネルギー密度（単位面積あたりの表面エネルギー）が第２の液体６との接触に関してよりも第１の液体４との接触に関して低いように構成される。したが
って、第２の液体６にとって送達部材１８を濡らす（ｗｅｔ）ことよりも、第１の液体４にとって送達部材１８を濡らすことが、エネルギー的により好ましい。第１の液体４が高い割合で水を含有している場合、外面の選択された部分１９は、例えば親水性であるように構成されていてもよい。このように送達部材を構成することは、マイクロ流体パターンへの送達部材１８の効率良い挿入および密封を提供することを補助する。ある実施形態では、選択された部分１９は、送達部材１８の周りに閉じた環（ｃｌｏｓｅｄ ｒｉｎｇ）を形成する。選択された部分１９は、送達部材の端面を有していてもよく、送達部材の側面を有していてもよく、両方を有していてもよい。選択された部分１９は、遠位開口部１６に直接隣接した領域を有していてもよい。選択された部分１９は、例えば被覆することよって送達部材１８の表面を処置することによって、もしくは、内部要素と該内部要素を覆うスリーブとを有する送達部材を提供すること（スリーブの外面が選択された部分１９を提供する）によって、部分的に、または、完全に実装されてもよい。
種々の実施形態では、マイクロ流体パターンは１つ以上のさらなるリザーバーを有し、かつ、マイクロ流体パターンへの液体のポンピングは、第１のリザーバーおよび１つ以上のさらなるリザーバーへと液体の流れを生じさせる。図９は、このタイプの例示的なマイクロ流体パターンと基板１１の間に接触領域１４を描いている。上記と同様、接触領域１４は、流路の足跡１４Ａと第１のリザーバーの足跡１４Ｂとを有する。接触領域１４はさらに、さらなるリザーバーの足跡１４Ｃを有する。１つより多いさらなるリザーバーが提供され得、その場合、対応する追加のさらなるリザーバーの足跡が存在する。異なるリザーバーのサイズは、それらの中への流量を制御するように選択され得る。図９に示されている例では、第１のリザーバーの足跡１４Ｂは、さらなるリザーバーの足跡１４Ｃより大きく、このことは、第１のリザーバーへの流量が、さらなるリザーバーへの流量より平均的に高いことをもたらす。第１のリザーバーにおけるラプラス圧力は、それにポンピングされた液体の量の関数として、さらなるリザーバーよりゆっくりと上昇するであろう。代替的または追加的には、異なるリザーバーへの液体の相対流量は、液体が細長い流路１３へと注入される場所の適切な選択によって制御され得る。具体的には、所定のリザーバーへの流量は、概して、そのリザーバーにいっそう近い位置において細長い流路１３へと液体を注入することによって増大し得る。
第２の液体６は、第１の液体４より高密度である。例えば、第１の液体４は水性であってもよく、かつ、第２の液体６は、ＦＣ４０（小滴ベースのマイクロ流体学において広範に用いられる、密度が１．８５５５ｇ／ｍｌである、透明であり完全にフッ化している液体）のようなフッ化炭素を有していてもよい。いくぶん直観に反した方法で、いっそう高密度の第２の液体６が底に沈み、かつ、第１の液体４を変位させる代わりに、界面力が優位に立ち、かつ、水性相は基板１１にくっついたままである。いっそう高密度の第２の液体６を提供することは、マイクロ流体パターン内でいっそう一定である流量を提供することを補助するので有利である。リザーバーのサイズが成長するにつれてのラプラス圧力の増大は、リザーバーより上の第２の液体６の深さが減少するので、リザーバーに作用する静液圧の対応する減少によって少なくとも部分的に補償される。このことは、マイクロ流体パターン内の圧力勾配がポンピング中に減少する割合を減少させ、そのことによって、いっそう一定である流量に貢献することを補助する。このことは、マイクロ流体パターンにおいて流れを生じさせることが受動的な構成要素を有する場合に特に望ましいかも知れない。例えば、実施形態では、流れは、第１の期間については、送達部材１８を用いてマイクロ流体パターンへと液体を能動的にポンピングすることによって生じてもよく、かつ、第１の期間に続く第２の期間については、受動的なポンピングによって生じてもよい（この期間中、送達部材１８は、任意選択的には、マイクロ流体配置の外側に引き込まれている）。
受動的なポンピングは、能動的なポンピングが止まった後に存続するマイクロ流体パタ
ーン内の圧力差によって駆動されてもよい。受動的なポンピングは、したがって、マイクロ流体パターンに作用するラプラス圧力と静液圧との組み合わせによって駆動されてもよい。ラプラス圧力は２γ／Ｒによって与えられ、式中、γは界面張力であり、Ｒは曲率半径であり；静液圧はρｇｈであり、式中、ρは密度であり、ｇは重力であり、かつ、ｈは高さである。したがって、同一の液体の２つの異なるようにサイズ決めされたリザーバーが流路によって接続されれば、いっそう小さい曲率半径を有する一方が、小さいリザーバーからいっそう大きいリザーバーへと流れを生じさせるいっそう大きい圧力を抱える。マイクロ流体パターンが平衡に向かって進むにつれて、流量は徐々に減少するであろうことが予期される。このことが起きる速度は、ラプラス圧力と静液圧との間の相互作用に基づく。ラプラス圧力が流れを生じさせる唯一のものであれば、体積減少率は、経時的に徐々に減少する。しかしながら、この減少は、上記のように、いっそう高密度の覆っている第２の液体６の静液圧を変更することによって打ち消される。
ＦＣ４０における水の溶解性は重量で＜７ｐｐｍであり、したがって、ＦＣ４０より上の空気に曝露されたＦＣ４０を有する第２の液体６で覆われた水性の第１の液体４は、数日間は安定的である。ＦＣ４０はまた、マイクロ流体パターンを、近くに提供された任意のその他のマイクロ流体パターン（例えば、同一の基板１１の上にあり、かつ、第２の液体６の同一のボディー（ｂｏｄｙ；塊）と接触しているが、互いと直接接触していない）から有効に隔離することが示された。
ある実施形態では、第１の液体、第２の液体および基板は、基板１１の上の第１の液体４の前進接触角が、マイクロ流体パターンが空気で覆われている場合よりも、マイクロ流体パターンが第２の液体６で覆われている時に高いように選択される。これは、例えば、第１の液体４が水性であり、かつ、第２の液体がＦＣ４０である時の場合である。この場合、前進接触角は約２０°増大し、このことは、約６０％多い液体が、リザーバーの足跡が変化する前にリザーバーに添加され得ることを意味する。
少なくとも２つのリザーバーが細長い流路を介して互いに接続されて提供される図９に描かれているタイプの実施形態では、流れが外部ポンピングによって生じて、例えば破線で示されている領域の中に入ってもよい。代替的には、流れの少なくとも一部の間、流れは、２つ以上のリザーバーの間のラプラス圧力の差によって受動的に生じてもよい。したがって、第２のリザーバーが細長い流路を介して第１のリザーバーに一体的に接続されている場合、ラプラス圧力の差が、第２のリザーバーから第１のリザーバーへと液体の流れを生じさせてもよい。第２の液体６のいっそう高い密度に起因して、流れを生じさせる間および第１のリザーバーが成長している間：第２のリザーバーに作用するラプラス圧力は減少し、かつ、第２のリザーバーに作用する静液圧は増大し；かつ、第１のリザーバーに作用するラプラス圧力は増大し（少なくとも、第１のリザーバーが浮力によって有意に変形し始めるまで）、かつ、第１のリザーバーに作用する静液圧は減少する。したがって、第１の液体４と比べて高い第２の液体６の密度は、第２の液体６が第１の液体４と同一の密度または第１の液体４より低い密度である場合よりもいっそう一定である流れを維持することを補助する。
上記した実施形態では、細長い流路１３の幾何学的形状は、一定の幅の細長い要素を有する。その他の実施形態では、細長い流路１３は、いっそう複雑な幾何学的形状を有していてもよい。例えば、流路が、幅が流路の長さに沿って変化するように提供されてもよい。この場合、流路は、複数の細長い流路１３を直列に有すると考えられてもよく、細長い流路１３のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なる幅を有する。かかる実施形態では、送達位置は、未だに、利用可能である細長い流路１３のうちの１つを介して液体がマイクロ流体の中に入るようなものであるべきである。図１０は、このタイプの例示的なマイクロ流体パターンと基板１１との間の接触領域１４を描いている。接触領域１４は、上
記と同様に流路の足跡１４Ａと第１のリザーバーの足跡１４Ｂとを有し、一緒に２つのさらなる流路の足跡１４Ｄを有する。異なる幅の細長い流路１３の提供は、わずかにいっそう大きい幅の細長い流路１３を選択する選択肢を提供することによって、送達部材を位置決めしてマイクロ流体パターンへと液体をポンピングすることをいっそう容易にするかも知れない（図１０における破線の円によって描かれた液体が入る領域によって例示されるように）。
図１１および図１２は、送達位置が、送達部材１８が遠位開口部１６から外に出るような任意の液体の流れの不存在下では細長い流路１３と接触しないようなものである実施形態を描いている。かかる実施形態では、液体は、遠位開口部１６から外に出るような液体の流れによって遠位開口部１６と細長い流路１３との間に形成された液体ブリッジ２２を介して細長い流路１３へとポンピングされる。図１１に描かれているように、遠位開口部１６から外に出るような液体の流れは、まず、液体の小球２０の成長を引き起こす。第２の液体６が提供される場合、小球２０は、典型的には、第２の液体６の組成よりも第１の液体４の組成に類似する組成を有するであろう（例えば、両方とも水性であってもよい）。小球２０を形成する液体は、典型的には、第２の液体６と実質的に不混和性であるであろう。図１２に示されているように、小球が第１の液体４に接触する程十分に成長した時、送達部材１８における液体とマイクロ流体パターンにおける第１の液体４との間に液体ブリッジ２２が生じる。液体ブリッジ２２は、送達部材１８からマイクロ流体パターンへと液体がポンピングされることを可能にする。
ある実施形態では、送達位置とポンピングとは、遠位開口部１６から外に出るような途切れない流れの期間中、遠位開口部１６と細長い流路１３との間に安定的な液体ブリッジ２２が維持されるように構成される。したがって、液体ブリッジ２２は、途切れない流れの期間のすべての間、存在する。細長い流路１３への液体の対応する途切れない流れが、そのことによって提供される。
その他の実施形態では、送達位置とポンピングとは、遠位開口部１６から外に出るような途切れない流れの期間中、不安定な液体ブリッジ２２が循環工程（遠位開口部１６における液体の小球２０の成長と、液体ブリッジ２２を確立するための細長い流路１３との小球２０の接触と、後に続く液体ブリッジ２２の潰れとを有する）において周期的に形成されるように構成される。細長い流路１３への液体の拍動性の流れが、そのことによって提供される。拍動性の流れは、実質的に一定である流量が遠位開口部１６に提供される時でさえ達成され得る。したがって、マイクロ流体パターン内で規則的な拍動性の流れを達成するのに、比較的単純なポンピング装置が用いられ得る（例えば、一定の流れを提供するのに適している）。したがって、拍動性の流れを必要とする実験（例えば、ヒトまたは動物の内部の条件を模倣することが望ましい実験）が、安価かつ便宜に実現され得る。
そのことは、遠位開口部１６に最も近い送達部材１８の外面の少なくとも選択された部分１９を配置するのに液体ブリッジ２２が用いられ、表面エネルギー密度が第２の液体６との接触に関してよりも第１の液体４との接触に関して高いようになっている実施形態において特に望ましい。したがって、第１の液体４にとって送達部材１８を濡らすことよりも、第２の液体４にとって送達部材１８の選択された部分を濡らすことが、エネルギー的により好ましい。第１の液体４が高い割合で水を含有している場合、選択された部分１９は、例えば疎水性であるように構成されていてもよい。このように送達部材を構成することは、遠位開口部１６から出る液体による送達部材の不必要な濡れを防止し、そのことによって例えば、図１１に描かれているように細長い流路１３に向かって突き出る小球２０の信頼性高い形成を促進する。ある実施形態では、選択された部分１９は、送達部材１８の周りに閉じた環を形成する。選択された部分１９は、送達部材の端面を有していてもよく、送達部材の側面を有していてもよく、両方を有していてもよい。選択された部分１９
は、遠位開口部１６に直接隣接した領域を有していてもよい。選択された部分１９は、例えば被覆することよって送達部材１８の表面を処置することによって、もしくは、内部要素と該内部要素を覆うスリーブとを有する送達部材を提供すること（スリーブの外面が選択された部分１９を提供する）によって、部分的に、または、完全に実装されてもよい。ある実施形態では、送達部材１８は、ステンレス鋼の内部要素と、該内部要素を覆うＰＴＦＥのスリーブとを有する。
上記の方法は、マイクロ流体配置２において流れを生じさせるための装置３０によって実行されてもよい。図１３には、例示的な装置３０が概略的に描かれている。該装置は、上記の実施形態のいずれかにしたがうマイクロ流体配置２を有する。装置３０はさらに、送達部材１８を有するポンピング機構３２を有する。送達部材１８は、ポンピング機構３２によって移動可能である。コントロールシステム３４がポンピング機構を制御し、上記の実施形態のいずれかにしたがう方法が実行され得るようになっている。コントロールシステム３４は、例えば、遠位開口部１６を介してマイクロ流体パターンの外側からマイクロ流体パターンの中へと液体をポンピングすることによって、細長い流路１３を通して第１のリザーバー１５へと液体の流れを生じさせるようにポンピング機構を制御してもよく：マイクロ流体パターンならびに第２の液体６の深さおよび密度は、第１のリザーバー１５の上部４２が浮力に起因して第１のリザーバー１５の下部４４から離れ、かつ、第２の液体６を通って上昇するまで、第１のリザーバー１５と基板１１との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、第１のリザーバー１５への液体の流れの間、第１のリザーバー１５の体積が成長するようなものであり、そのことによって、第１のリザーバー１５が、第１のリザーバー１５と基板１１との間の接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする。

Claims (17)

  1. マイクロ流体配置において流れを制御する方法であって、
    前記マイクロ流体配置は：基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された第１の液体を有し、前記マイクロ流体パターンは、細長い流路と第１のリザーバーとを少なくとも有し；かつ、前記の第１の液体と直接接触し、かつ、前記マイクロ流体パターンを覆う第２の液体を有し；
    当該方法は、前記の細長い流路を通して前記の第１のリザーバーへと液体の流れを生じさせることを有し；かつ、
    前記マイクロ流体パターンならびに前記の第２の液体の深さおよび密度は、前記の第１のリザーバーの上部が浮力に起因して前記の第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、前記の第２の液体を通って上昇するまで、前記の第１のリザーバーと前記基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、前記の第１のリザーバーへの前記の液体の流れの間、前記の第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、前記の第１のリザーバーが、前記の第１のリザーバーと前記基板との間の前記接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、前記の液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする、
    前記方法。
  2. 遠位開口部であって、それを通して液体が送達され得る前記遠位開口部へとつながる内部ルーメンを有する送達部材を提供することを有し：
    前記の細長い流路を通した前記の第１のリザーバーへの液体の流れを生じさせることが、前記遠位開口部を介して前記マイクロ流体パターンの外側から前記マイクロ流体パターンの中へと液体をポンピングすることによって少なくとも部分的に、かつ／または、断続的に実行される、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記遠位開口部が送達位置に保持されている間、前記液体が前記マイクロ流体パターンへとポンピングされ、前記送達位置は、前記の第２の液体の上方の境界面より下である、請求項２に記載の方法。
  4. 前記遠位開口部に最も近い前記送達部材の外面の少なくとも選択された部分が、表面エネルギー密度が、前記の第２の液体との接触に関してより前記の第１の液体との接触に関して低くなるように構成される、請求項３に記載の方法。
  5. 前記遠位開口部に最も近い前記送達部材の外面の少なくとも選択された部分が、表面エネルギー密度が、前記の第２の液体との接触に関してより前記の第１の液体との接触に関して高くなるように構成される、請求項３に記載の方法。
  6. 前記基板と、前記の細長い流路を形成する前記の第１の液体の一部との間の接触領域が、流路の足跡を定め；
    前記基板と、前記の第１のリザーバーを形成する前記の第１の液体の一部との間の接触領域が、第１のリザーバーの足跡を定め；
    前記の流路の足跡および前記の第１のリザーバーの足跡のそれぞれのサイズならびに形状は、前記の流路の足跡のいかなる変化も伴わずに前記の細長い流路における前記の第１の液体によって支持可能である最大ラプラス圧力が、前記の第１のリザーバーの足跡のいかなる変化も伴わずに前記の第１のリザーバーにおける前記の第１の液体によって支持可能である最大ラプラス圧力より高くなるようなものであり；かつ、
    前記送達位置は、前記マイクロ流体パターンへとポンピングされる前記液体が前記の細長い流路を介して前記マイクロ流体パターンの中に入るようなものである、
    請求項３〜５のいずれかに記載の方法。
  7. 前記の流路の足跡と前記の第１のリザーバーの足跡とが、完全に前記基板の前記表面の実質的に平面である部分の上にある、請求項６に記載の方法。
  8. 前記の第１のリザーバーへの前記の液体の流れを生じさせることが、前記の流路の足跡または前記の第１のリザーバーの足跡のいかなる変化も伴わずに実行される、請求項６または７に記載の方法。
  9. 前記送達位置が、前記送達部材が、前記遠位開口部から外に出るような液体の任意の流れの不存在下では前記マイクロ流体パターンの前記の第１の液体と接触していないようなものであり、かつ、前記液体が、前記遠位開口部から外に出るような液体の流れによって前記遠位開口部と前記マイクロ流体パターンの前記の第１の液体との間に形成された液体ブリッジを介して前記マイクロ流体パターンの前記の第１の液体へとポンピングされる、請求項３〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 前記遠位開口部から外に出るような途切れない流れの期間中、前記遠位開口部と前記マイクロ流体パターンの前記の第１の液体との間に安定的な液体ブリッジが維持され、そのことによって、前記マイクロ流体パターンへの液体の途切れない流れを提供する、請求項９に記載の方法。
  11. 前記遠位開口部から外に出るような途切れない流れの期間中、不安定な液体ブリッジが、循環工程であって、前記遠位開口部における液体の小球の成長と、前記液体ブリッジを確立するための前記マイクロ流体パターンの前記の第１の液体との前記小球の接触と、後に続く前記液体ブリッジの潰れとを有する前記循環工程において周期的に形成され、そのことによって、前記循環工程により生成された拍動性の圧力の結果として、前記マイクロ流体パターンへの液体の拍動性の流れを提供する、請求項９に記載の方法。
  12. 前記マイクロ流体パターンがさらに第２のリザーバーを有し、該第２のリザーバーは、前記の細長い流路と一体的に接続されており；かつ、
    前記の第２のリザーバーと前記の第１のリザーバーとの間のラプラス圧力の差が、前記流路を通した前記の第１のリザーバーへの前記の液体の流れを少なくとも部分的に生じさせる、
    請求項１に記載の方法。
  13. 前記の細長い流路を通した前記の第１のリザーバーへの前記の液体の流れが、前記の第２のリザーバーから前記の第１のリザーバーへの液体の流れを有し；かつ、
    前記流れを生じさせる間および前記の第１のリザーバーが成長している間：前記の第２のリザーバーに作用するラプラス圧力が減少し、かつ、前記の第２のリザーバーに作用する静液圧が増大し；かつ、前記の第１のリザーバーに作用する静液圧が減少する、
    請求項１２に記載の方法。
  14. 前記の第１の液体が、前記基板の前記表面の実質的に平面である部分および前記の第２の液体とだけ接触する、いずれかの先行する請求項に記載の方法。
  15. 前記の第１の液体、第２の液体および基板が、前記基板上の前記の第１の液体の前進接触角が、前記マイクロ流体パターンが空気で覆われている場合よりも、前記マイクロ流体パターンが前記の第２の液体で覆われている時に高いように選択される、いずれかの先行する請求項に記載の方法。
  16. マイクロ流体配置であって、当該マイクロ流体配置は：
    基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された第１の液体を有し、前記マイクロ流体パターンは、細長い流路と第１のリザーバーとを少なくとも有し；かつ、
    前記の第１の液体と直接接触し、かつ、前記マイクロ流体パターンを覆う第２の液体を有し：
    前記マイクロ流体パターンならびに前記の第２の液体の深さおよび密度は、液体の流れが前記の細長い流路を通して前記の第１のリザーバーへと生じる時に、前記の第１のリザーバーの上部が浮力に起因して前記の第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、前記の第２の液体を通って上昇するまで、前記の第１のリザーバーと前記基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、前記の第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、前記の第１のリザーバーが、前記の第１のリザーバーと前記基板との間の前記接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、前記の液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする、
    前記マイクロ流体配置。
  17. マイクロ流体配置において流れを生じさせるための装置であって、当該装置は：
    マイクロ流体配置を有し、該マイクロ流体配置は、基板の表面上のマイクロ流体パターンを定める形状にて主に表面張力によって保持された第１の液体を有し、前記マイクロ流体パターンは、細長い流路と第１のリザーバーとを少なくとも有し；かつ、前記の第１の液体と直接接触し、かつ、前記マイクロ流体パターンを覆う第２の液体を有し；かつ、
    ポンピング機構を有し、該ポンピング機構は、遠位開口部であって、それを通して液体が送達され得る前記遠位開口部へとつながる内部ルーメンを有する送達部材を有し；かつ、
    コントロールシステムを有し、該コントロールシステムは、前記遠位開口部を介して前記マイクロ流体パターンの外側から前記マイクロ流体パターンの中へと液体をポンピングすることによって、前記の細長い流路を通して前記の第１のリザーバーへと液体の流れを生じさせるように前記ポンピング機構を制御するように構成されており：
    前記マイクロ流体パターンならびに前記の第２の液体の深さおよび密度は、前記の第１のリザーバーの上部が浮力に起因して前記の第１のリザーバーの下部から離れ、かつ、前記の第２の液体を通って上昇するまで、前記の第１のリザーバーと前記基板との間の接触領域のサイズおよび形状のいずれかが変化することを伴わず、前記の第１のリザーバーへの前記の液体の流れの間、前記の第１のリザーバーの体積が成長するようなものであり、そのことによって、前記の第１のリザーバーが、前記の第１のリザーバーと前記基板との間の前記接触領域のサイズおよび形状のいかなる変化も伴わず、前記の液体の流れから液体を受け取り続けることを可能にする、
    前記装置。
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