JP4184078B2 - マトリックスアドレッシングの手段により制御可能な流動体レベルを伴う多重の流動体要素 - Google Patents
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Description
本発明は、マトリックス形状で整列された複数の流動体要素からなる装置に関し、各要素の流動体のレベルは電気的な力の手段によって制御可能であり、さらに前述の装置は、
流動体要素の一つ以上の列の多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第一手段と;
流動体要素の一つ以上のカラムの多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第二手段と;
電気的な力が第一手段及び第二手段によって適用される、選択された要素で流動体レベルが上昇し;及び
選択された要素で上昇したレベルを保持する記憶手段
から構成される。
【0002】
かかる装置は、例えば、印刷媒体に色素を伝達する、特にレセプターへの流動体の伝達に関わる、国際特許出願番号WO98/51509により公知である。
【0003】
公知の装置は、流動体要素で流動体レベルを制御するマトリックスアドレッシングを使用し、それによって異なる要素で流動体レベルをセットするのに必要なドライバーの数を削減するのに有利である。
【0004】
本発明は、余分な構成部分を必要とせずに正確な手法で流動体要素で流動体レベルを操作するのに特に適する、前述に記載のタイプの装置を提供することを目的とする。
【0005】
本発明による装置は、流動体レベルが閾値のような振る舞いを及ぼすと同時に、制御可能ように配列された、流動体要素が毛細管からなることを特徴とする。
【0006】
毛細管での物理的特性が、トランジスターやダイオードなどの余分な構成部分の閾値のような振る舞いを誘発するような毛細管を設計することによって余剰となる。これは、本発明による相当な大きさを縮小し、重要な技術分野において重要な利点である。
【0007】
本発明による装置の好ましい実施態様によると、毛細管は毛細管内に配列された電極からなる。好ましくは、電極は電気的な伝導性物質の被膜層からなる。
【0008】
同じ出願人による米国特許出願番号US5666396では、電気的な伝導性物質の被膜層からなる電極を伴って提供される毛細管のマトリックスからなるX線フィルターを伴って提供されるX線検査装置が記述されていることが注目される。毛細管内で流動体がX線を吸収するレベルは、選択された毛細管の数に電気的な力を適用する手段によって制御可能である。薄膜トランジスターは、本発明の目的である、毛細管内で流動体の上昇のために閾値のような振る舞いを誘発するために使用される。
【0009】
本発明による装置の第二の好ましい実施態様によると、電極は毛細管の縦方向でセグメントに分割される。それに加えるか、若しくは代替として、電極は毛細管の横方向でセグメントに分割される。電極をセグメントに分割し、それによって本質的に流動体の上昇のための所望の閾値のような振る舞いを引き起こす、ギャップの導入は上品な構造である。好ましくは一つ以上の電極セグメントは第一手段に接続され、いわゆる“液体/毛細管内電極”の実施態様を導く。代替となる実施態様によると、一つ以上の残存する電極セグメントは、第二手段に接続され、いわゆる“毛細管内/毛細管内電極”の実施態様を導く。
【0010】
さらなる好ましい実施態様によると、一つ以上の電極セグメントは、記憶手段に接続されている。記憶効果は、毛細管の余分な電極を追加することにより獲得される。実施態様にしたがって、記述された電極セグメントは、余剰な電極として役立つことができる。
【0011】
本発明はまた、本発明による装置からなるX線フィルターに関し、ここにおいて毛細管はX線を吸収する流動体で満たされている。
【0012】
さらに本発明は、本発明によるX線フィルターからなるX線検査装置に関する。
【0013】
本発明はまた、本発明による装置からなる超小型流体チップ(microfluidic chip)に関する。サイエンス第282巻の399頁に記載から既知のような超小型流体チップは、毛細チャネルのシステムからなり、ここにおいて、例えば、反応性が輸送されている。かかる超小型流体チップは、例えば、DNAシークエンシングを実行する生化学分野に適用される。超小型流体チップはまた、例えば、化学分析を目的とする化学分野に適用することができる。
【0014】
本発明は、添付図を用いてさらに説明される。
【0015】
図1は、本発明が実行できるX線検査装置1の実施例を図解で示している。X線源2は、対象16を照らすためのX線ビーム15を照射する。例えば、放射線で検査される患者である、対象16内で吸収するX線の差によると、X線画像は、X線源の反対側に配置されるX線検出器3のX線感受性面17で形成される。本実施態様のX線検出器3は、X線画像を出口窓19の光画像に変換するためのX線画像増幅器18及び光画像をピックアップするためのビデオカメラ23を含む画像増幅器ピックアップチェーンによって形成されている。エントランススクリーン20は、X線を電子光システム21の手段によって出口窓に画像化される電子ビームに変換するX線画像増幅器のX線感受性面として作用する。入射電子は、出口窓19の発光体層22に光画像を生成する。ビデオカメラ23は、例えば、レンズシステム若しくはファイバー光接続の光接続24の手段によってX線画像増幅器18に接続されている。ビデオカメラ23は、光画像から電子画像信号を抽出し、信号はX線画像で画像情報の表示のためにモニター25に適用される。電子画像信号はまた、さらなる処理のために画像処理ユニット26に適用される。
【0016】
X線源2及び対象物16との間に、X線ビームの局地的な減衰のためのX線フィルター4が配置されている。X線フィルター4は、毛細管形状の多くのフィルター要素からなり、そのX線吸収性は調節ユニット7の手段によって毛細管の内部に対する、後に記載のように調節電圧と呼ばれる、電圧の適用によって調節できる。
【0017】
図2は、図1のX線検査装置のX線フィルター4の側面図である。図は実施例の手法による7つの毛細管を示すが、本発明によるX線検査装置のX線フィルター4の実用的な実施態様は、例えば、128−128マトリックス配列で16384本の毛細管である、多くの毛細管からなる。各毛細管5は、末端31を介してX線吸収液体6と連絡している。毛細管の内側は、例えば、金若しくはプラチナである電気的伝導性層37によって被膜され、層37は電圧ライン35に接続されている。
【0018】
毛細管の内部に対するX線吸収液体の吸着は、毛細管5の内部の電気的伝導性層37に適用される電圧手段によって調節できる。毛細管の一つの末端は、X線吸収液体のための貯蔵室30と連絡している。毛細管は、個々の管に適用される電圧の機能として与えられるX線吸収液体の量で満たされている。毛細管がX線ビームとほぼ平行して延在しているために、個々の毛細管のX線の吸収性は、毛細管での相関するX線吸収液体の量に依存している。個々のフィルター要素に適用される調節する電圧は、調節ユニット7の手段によって調節され、例えば、X線画像及び/若しくはX線源2のセッティングでの輝度値に基づいて調節される。調節ユニットは、ビデオカメラの出力ターミナル10とX線源2の電源11に接続されている。この種類のX線フィルター4の構成とX線吸収液体の構成要素は、両者はここに参照として組み入れられている国際特許出願番号IB95/00874及び米国特許出願番号US5666396に詳細に記載されている。
【0019】
毛細管内部の流動体レベルの高さは、エレクトロウェッティングと呼ばれる毛細管圧によって影響を受ける。毛細管圧pは、p=const・V2のように振る舞い、Vは毛細管内電極(図2の37)と伝導液体(図2の6)との間に適用する電位である。毛細管内部の流動体レベルの高さはまた、毛細管壁のはね返り力と外部に適用される静水圧によって決定される。これに関して、水性溶液及び疎水性物質が活用されることを注意する。毛細管内の流動体レベルは、所望の高さで流動体レベルをセットするために活動的に使用される電気的毛管現象の圧力pの3つの力間のバランスの結果である。
【0020】
力学的な測定は、切り換えが0.1乃至1秒(速度1乃至10cm/s、電極の長さ1cm)で起こることを示している。
【0021】
X線フィルターにおいて、各毛細管の液体レベルは個々に制御可能であるべきである。各毛細管が個々のワイヤーに接続されている場合、必要とされる電気制御要素の数はN2で計る。Nのオーダー数に制御要素の数を削減する周知の方法は、マトリックスアドレッシングによる。マトリックスアドレッシングは、プログラムする信号がカラムワイヤー(jのインデックスが付され、j∈{1..N}、電圧Vj)に置かれている一方、列(iのインデックスが付され、i∈{1..N}、電圧Vj)は一つずつ活性化されることを意味する。
【0022】
X線フィルターにマトリックスアドレッシングを適用するために、電気的なマトリックス構造は各毛細管で必要とされ、つまり各毛細管(i、j)は電圧Vj及びVjへの接続を必要とする。下記に、本発明による3つの異なる毛細管の実施例を示す。
【0023】
図3は、本発明による装置の毛細管45の第一実施態様の断面図を示す。毛細管45は、伝導層により形成された電極、絶縁体46及び疎水性の被膜47からなる。電極は管の縦方向に3つのセグメント42、43及び44に分割される。セグメントは相互に電気的に絶縁されており、異なる電圧がそこに適用されている。Vmemの電圧は列接続の手段によって最低部のセグメント42に適用されている。Vjの電圧はカラム接続の手段によって中間セグメント43に接続されている。Vmemの電圧は最高部のセグメント54に適用されている。電圧Viは電極として作用する液体に適用されている。したがって、この実施態様は、液体/毛細管内電極の実施態様と呼ばれる。
【0024】
データ電極の区分化はセグメント42及び43との間にギャップを導入する。液体が前述の言及されたギャップに関して上昇するために、閾値電圧はデータ電極に適用されるべきである。Vi−Vjの十分に大きい大きさについてのみ、液体がギャップを横切ってジャンプし、それ以上に上昇するだろう。
【0025】
ギャップの幾何学的配置と同様にギャップの大きさ(つまり、データ電極のセグメント間の距離)は、閾値−振る舞いを決定する。望ましい閾値電圧を削減するギャップの幾何学的配置の実施例は図6に略して示されており、二つの電極が液体が上昇する方向にくぼんでいる。
【0026】
同様な手法で、幾何学的配置(局地的な形状の変化、局地的な開き及び/若しくは毛細管の構成など)、絶縁体特性(厚さ若しくは比誘電率など)、若しくは疎水性の局地的な不連続性は、液体のレベル対適用された電圧の非線形の行動を導入する。金属性電極の構造、絶縁体の厚さ若しくは疎水性被膜は、準平面のプレート若しくは箔から構成されるフィルターで達成される。
【0027】
図4は、本発明による装置の毛細管55の第二実施態様の断面図を示す。この実施態様は、毛細管内/毛細管内電極の実施態様と呼ばれる。
【0028】
毛細管55は、伝導層により形成された電極、絶縁体56及び疎水性の被膜57からなる。電極は管の縦方向に3つのセグメント52、53及び54に分割される。セグメントは相互に電気的に絶縁されており、異なる電圧がそこに適用されている。Viの電圧は列接続の手段によって最低部のセグメント52に適用されている。Vjの電圧はカラム接続の手段によって中間セグメント53に接続されている。Vmemの電圧は最高部のセグメント54に適用されている。およそゼロ値の電圧Vlidは液体に適用されている。
【0029】
毛細管の口51では、電極52及び53は供給チャネルと毛細管のバルクとの間のバルブとして作用し、これにより閾値のような振る舞いを導入する。所定値の電圧が電極53と同様に電極52に適用される場合のみ、液体は毛細管を満たす。電極のうちの1つだけがが活性化される場合、液体は上昇しない。
【0030】
液体移動の制限された速度により(速度1乃至10cm/s)、メニスカスは時間平均の電気的毛管現象の圧力を感知する。プログラムされた列は、他の列がプログラムされている時間でそれらのパターンを解くことを回避するために、すべての毛細管に記憶機能を加えなければならない。かかる記憶機能は、毛細管の余分な電極を伴って達成される。図3でのVmemの場合のように、この電極は一つ以上の電極で共有されている。
【0031】
電圧Vi及びVjの値と独立して、一旦液体が上昇して毛細管55が満たされたままであるようにVmemの値が選択される。これは、“記憶効果”と呼ばれる。幾つかの列の連続するアドレッシングを可能にするため、記憶効果は有用である。充満した毛細管を空にするために、ゼロ電圧は電極52、53及び54に適用し、毛細管のリセットとなる。リセット後に、毛細管は再度プログラムできる。好ましくは、毛細管の各列はロー−ワイズ手法(row−wise fashion)で起こるためのリセットを可能にする個別のVmem接続を有する。
【0032】
図5は、本発明による装置の毛細管の第三実施態様の断面図を示す。さらにこの実施態様は、改良された毛細管内/毛細管内電極の実施態様と呼ばれる。
【0033】
図5は、単一の毛細管の充填及び空にすることを可能にする電極構造の好ましい実施態様を示している。各毛細管は、記憶電極を示す電極の配列Vi/Vj/Vmem/Vi/Vj.Vmemを伴って提供されている。伝導流動体は、下記から供給される。下記に与えられた実施例において、V=0は電位が適用されていないことを意味し、その結果電極は脱水(de−wetted)されている。V=1は最も高い電位(例えば、V>200V)が適用されていることを意味し、その結果電極は湿っている。
【0034】
実施例1
すべての毛細管が空であり、一つのみの毛細管を満たすことを仮定する(i=n、j=m)。
例えば、我々は適用によって下記のようにできた:
すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=1、すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=1、すべてのiにおいてVi=0、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=1、Vi=n=1、Vi≠n=0、Vj=m=1、Vj≠m=0、(毛細管は充満)及び、次いで
Vmem=1、すべてのiにおいてVi=0、すべてのjにおいてVj=0。
【0035】
実施例2
すべての毛細管が充満しており、一つのみの毛細管を空にすることを仮定する(i=n、j=m)。
【0036】
例えば、我々は適用によって下記のようにできた:
すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=0、すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=0、すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=1、次いで
Vmem=0、Vi=n=0、Vi≠n=1、Vj=1、次いで
Vmem=0、Vi=n=0、Vi≠n=1、Vj=m=0、Vj≠m=1、(毛細管は充満)及び、次いで
Vmem=0、すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=1、すべてのiにおいてVi=1、すべてのjにおいてVj=0、次いで
Vmem=1、すべてのiにおいてVi=0、すべてのjにおいてVj=0。
【0037】
図5の構造が毛細管で数回繰り返される場合、グレースケールプログラミングが可能であることを注意する。
【0038】
図6は、液体の上昇方向にくぼんでいる二つの電極セグメント72及び73からなる本発明による毛細管71の実施態様を略して示している。このギャップの幾何学的配置は、望ましい閾値電圧を削減する。くぼんでいる部分は、示されている長方形とは違って様々な形状を有することは理解されるであろう。
【0039】
上記に記載されたマトリックス構造の列及びカラムの機能は交換可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【0040】
本発明の概要は、上記に記載の装置の流動体要素の構成が余分な構成部分を必要とせずに、流動体の上昇の望ましい閾値のような振る舞いを誘発するように設計できる洞察を提供することである。
【0041】
もちろん本発明は記述若しくは示された実施態様で制限されないが、前述の記載及び図形で見られるように追記の特許請求の範囲内であれば任意の実施態様に拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による装置からなるX線フィルターを伴って提供されるX線検査装置の概略を表現する。
【図2】 図1に示されるX線検査装置のX線フィルターの側面図を示す。
【図3】 本発明による装置の毛細管の第一実施態様の断面図を示す。
【図4】 本発明による装置の毛細管の第二実施態様の断面図を示す。
【図5】 本発明による装置の毛細管の第三実施態様の略図を示す。
【図6】 本発明による装置の毛細管の第四実施態様の略図を示す。
Claims (8)
- マトリックスの構成に配置された複数の流体要素を含む、デバイスであって、
各々の要素における流体の液面の高さが、電気的な力の手段によって制御可能であると共に、
前記デバイスには、
流体要素の行の一つ以上におけるある数の選択された要素に電気的な力を適用するための第一の手段;
流体要素の列の一つ以上におけるある数の選択された要素に電気的な力を適用するための第二の手段;
が、前記流体の液面の高さが、電気的な力が前記第一の手段及び前記第二の手段の両方によって適用される選択された要素において上昇するように、さらに提供され;且つ、
前記デバイスには、
前記選択された要素において前記上昇した液面の高さを保持するための記憶手段
がさらに提供される、デバイスにおいて、
前記流体要素は、毛細管を含むと共に、
前記毛細管は、前記毛細管の内側に配置されると共に前記毛細管の縦の方向及び横の方向の少なくとも一方においてセグメントに分割される電極を含む
ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1に記載のデバイスにおいて、
前記電極は、電気的に伝導性の材料のコーティング層を含む、デバイス。 - 請求項1又は2に記載のデバイスにおいて、
前記電極のセグメントの一つ以上は、前記第一の手段に結合させられる、デバイス。 - 請求項1、2又は3に記載のデバイスにおいて、
前記電極のセグメントの一つ以上は、前記第二の手段に結合させられる、デバイス。 - 請求項1、2、3又は4に記載のデバイスにおいて、
前記電極のセグメントの一つ以上は、前記記憶手段に結合させられると共に、
前記記憶手段は、前記選択された要素に電気的な力を適用するために配列される、デバイス。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のデバイスを含むX線フィルターにおいて、
前記毛細管は、X線を吸収する流体で充填される、X線フィルター。 - 請求項6に記載のX線フィルターを含むX線検査デバイス。
- 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のデバイスを含む、マイクロ流体のチップ。
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