JP4192144B2

JP4192144B2 - マイクロスケールにおけるガスバブルの移動を利用した流体ポンプ装置及びその方法

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Publication number: JP4192144B2
Application number: JP2004362234A
Authority: JP
Inventors: 慧貞趙; イヴァノヴァナタリア
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2008-12-03
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Also published as: EP1544463A2; US20050129529A1; EP1544463A3; JP2005205400A; KR20050059752A; US7942643B2

Description

本発明は、流体ポンプ装置及びその方法に関しする。

マイクロフルイディックシステムとは、流体力学とＭＥＭＳ(ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ)とが結合して、マイクロ単位で流体の流れを制御できるようにするシステムである。その一例として、極少量のテストサンプルからＤＮＡを抽出し、遺伝子突然変異を検査する等の作業を行うための研究が進められている。

マイクロスケールチャネルを介して流体、バイオ流体及び化学溶液を注入することは、ラボ・オン・チップまたはマイクロＴＡＳ(ＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ)のような将来のマイクロフルイディックシステムに密接な関連がある。

米国特許６,０７１,０８１には、膜沸騰現象を適用したヒットパワード液体ポンプを開示
している。ヒットパワード液体ポンプは、入口と出口バルブを有するチャンバーとチャンバーの底面に位置した加熱システムとから構成される。加熱システムによってチャンバー内の液体を加熱し、加熱された液体はバブルを生成する。熱エネルギーの状態に応じてバブルは膨張と収縮を繰り返し行う。このバブルは、膨張される間にはチャンバーから液体を押し出し、収縮される間にはチャンバー内に液体を引き込む圧力源として作用する。ここで、バブルの体積はバブルの大きさと数に依存する。したがって、このような方法により、バブルの体積に対応する液体の体積量を分離させて、移送させることができる。この方では、逆流を防止しながら流体移動網を得るために小さな移動バルブを用いる。しかし、この小さな移動バブル等は非常に注意深く製造されなければならない繊細な部品である。従って、長い間動作するには信頼性が落ちてしまう。

Ｊ. ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ.１1、
No.６, ｐａｇｅｓｆｒｏｍ６６５ｔｏ６６７, ２００３に公開されたＪ．Ｈ．
Ｔｓａｉ, Ｌ．Ｌｉｎによる文献「Ａｔｈｅｒｍａｌ-Ｂｕｂｂｌｅ-Ａｃｔｕａｔｅｄ
Ｍｉｃｒｏｎｏｚｚｌｅ-ＤｉｆｆｕｓｅｒＰｕｍｐ」には、サーマルバブル（熱気泡）を周期的に再生及び崩壊させる作用メカニズムを報告している。このマイクロポンプは、抵抗ヒータ、一対のノズル拡散流れ制御器及びポンプチャンバーから構成される。流体網は、ノズルから拡散器で発生する。しかし、このマイクロポンプでは、粒子がノズル拡散経路を遮断する可能性があり、バブル崩壊のためのパルスによりポンプチャンバーが破壊されるおそれがある。

米国特許６,２８３,７１８では、チャネルを介して電気的な導体または不導体の液体を
注入する方法を開示している。導体及び不導体の液体は、液体チャンバー及び/またはマイクロフルイディック装置のチャネル内に配置される。エネルギー源には、チャンバーまたはチャネル内に蒸気バブルを形成するために、マイクロポンプが適用される。蒸気バブルの形成及び崩壊のサイクルは、マイクロポンプ内の液体を移送させるためのポンプの役割を果たす。

Ｊ. Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ. Ｍｉｃｒｏｅｎｇ，Ｖｏｌ．１１，ｐｐ.７１３-７１９, ２
００１に公開されたＳｏｎｇとＺｈａｏによる文献「Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｌｙ-ｄｒｉｖｅｎｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｎｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｕｍｐ」には、熱駆動位相変化非機械マイクロポンプが発表されている。このポンプは、ガラスチューブと数個の均一空間に分布した熱元素とにより構成される。熱元素の電力制御により、ポンプはガラスチューブに沿って移動する熱元素の影響を受ける。この液体ポンプは、移動した熱元素が移動蒸気バブルを発生させる原理を利用したものである。しかしながら、このポンプは、１０ワット以上の高い消費電力が要求される他、熱応答が遅く、位相成長が受動的制御によりなされる。

上述した３つのポンプの原理による深刻な問題点は、注入された流体のうちの大部分の流体を、マイクロフルイディック装置が適用できないような沸点まで加熱しなければならないという点である。

Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．７４，ｐｐ．２２２４-２２２７，２００２に公開されたＮ．Ｒ．Ｔａｓ，Ｔ．Ｗ．Ｂｅｒｅｎｓｃｈｏｔ，Ｔ．Ｓ．Ｊ．Ｌａｍｍｅｒｉｎｋ,Ｍ．Ｅｌｗｅｎｓｐｏｅｋ，Ａ．ｖａｎｄｅｎＢｅｒｇの文献「ＮａｎｏｆｌｕｉｄｉｃＢｕｂｂｌｅＰｕｍｐＵｓｉｎｇＳｕｒｆａｃｅＴｅｎｓｉｏｎＤｉｒｅｃｔｅｄＧａｓＩｎｊｅｃｔｉｏｎ」，には、マイクロチャネル壁の微小な空隙を介して表面張力ガスを直接注入し、表面が微細加工された親水性の流体チャネルにより液体を操作する方法を開示している。注入されたガスは、マイクロチャネルの非対称断面により排気され、それによって微小な液体の容量を移動させる。しかしながら、このマイクロポンプは、受動的な加力メカニズムが受動的である点と、「マイクロチャネル」など構造が特定である点の問題点を有する。また、このポンプの原理の観点からは製造工程が複雑であり、物性の伝導熱のために熱損失が生じてしまうという問題点を更に有す。チャネルを介したバブル移動の不正確な制御及び複数のヒータについては、温度制御とマイクロポンプのパッケージングに対応した対策案が要求されている。

そこで、本発明は、上述したこれらの問題点を解決するために、固体同士の摩擦及び熱損失を除去でき、かつマイクロチャネルを介してバイオ流体、または化学溶液によるバブルを用いて注入するマイクロフルイディック装置及びそのポンプ方法を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明１は、流体で満たされた２つの流体貯蔵所と、前記２つの流体貯蔵所を各々接続し流体で満たされた２つのチャネルと、から形成されたパターンを有する基板と、前記基板の上部に位置するカバーと、前記基板及び/またはカバーに形成された微小な空隙を介して、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに注入されたガスバブル付近の流体に対し、一方の流体貯蔵所から他方の流体貯蔵所へ流体が移動されるように所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備え、前記移動光源は、前記チャネル内の流体の移動方向に位置しているガスバブルの先端部付近の流体に光を照射することを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。これにより、マイクロスケールな光及びガスバブルを移動させるので、正確にバイオ流体または化学溶液を移動させることができるので、微細構造の様々のマイクロフルイディックシステムに適用することができる。また、光及びバブルを利用するため、温度が極度に低下した場合であっても動作が可能である。従って、流体に対してさらに安全なポンプ動作ができる。さらには、構造が単純であり、ポンプｗを製造するための特別な物質を用いなくてよい。

前記移動光源は、チャネル内の流体の移動方向に位置しているガスバブルの先端部付近の流体に光ビームを照射することを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。光ビームを用いると、熱的な作用が流体の容量により直接的に吸収された光エネルギーによって生じるため、非常に効果的である。さらに他の光ビームを選択した場合と異なり、抵抗ヒータや保護層を用いなくてよい。従って、構造が単純である。

本発明２は、前記発明１において、前記カバーは、透明材質の素材で形成されていることを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。例えば、石英板を利用することができる。

本発明３は前記発明１において、前記カバーは、光透過率の高い素材で形成されていることを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。例えば、石英板を利用することができる。

本発明４は、前記発明１において、前記移動光源が、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに沿って移動しながら光を照射することを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。
本発明５は、流体で満たされた流体貯蔵所と、前記流体貯蔵所と接続される流体で満たされたチャネルと、から形成されたパターンを有する基板と、前記基板の上部に位置するカバーと、前記チャネル内の流体を所定の移動方向に移動させるために、前記チャネルに注入されたガスバブルの、前記所定の移動方向に位置している先端付近の流体に所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備えることを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。

また、前記課題を解決するために、本発明６は、第１平板と、第２平板と、前記第１平板と前記第２平板との間に位置しており、流体で満たされた２つの流体貯蔵所と、前記２つの流体貯蔵所を接続し流体で満たされた２つのチャネルと、を含む構造物層と、前記第１平板及び/または第２平板に形成された微小な空隙を介して、前記２つのチャネルのうちいずれかのチャネルに注入されたガスバブル付近の流体に対し、一方の流体貯蔵所から他方の流体貯蔵所へ流体が移動されるように所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備え、前記移動光源は、前記チャネル内の流体の移動方向に位置しているガスバブルの先端部付近の流体に光を照射することを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。これにより、マイクロスケールな光及びガスバブルを移動させるので、正確にバイオ流体または化学溶液を移動させることができるので、微細構造の様々のマイクロフルイディックシステムに適用することができる。また、光及びバブルを利用するため、温度が極度に低下した場合であっても動作が可能である。従って、流体に対してさらに安全なポンプ動作ができる。さらには、構造が単純であり、ポンプを製造するための特別な物質を用いなくてよい。

本発明７は、前記発明６において、前記第１平板と前記第２平板とは、透明材質の素材で形成されていることを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。例えば、石英板を利用することができる。

本発明８は、前記発明６において、前記第１平板と前記第２平板とは、光透過率の高い素材で形成されていることを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。例えば、石英板を利用することができる。

本発明９は、前記発明６において、前記移動光源が、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに沿って移動しながら光を照射することを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置を提供する。

本発明１０は、第１平板と、第２平板と、前記第１平板と前記第２平板との間に位置しており、流体で満たされた流体貯蔵所と、前記流体貯蔵所を接続される流体で満たされたチャネルと、を含む構造物層と、前記チャネル内の流体を所定の移動方向に移動させるために、前記チャネルに注入されたガスバブルの、前記所定の移動方向に位置している先端付近の流体に所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備えることを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置を提供する。

また、前記課題を解決するために、本発明１１は、２つの流体貯蔵所と、前記２つの流体貯蔵所間の相互的な流体移送のための２つのチャネルとを有するマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法であって、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルにガスバブルを注入するステップと、注入された前記ガスバブルが移動し、流体が一方の前記流体貯蔵所から他方の前記流体貯蔵所へ移動するように、光源から照射される光ビームを少なくとも１つの前記ガスバブルに隣接した流体の所定部分に照射して、照射された流体の所定部分を加熱するステップと、を含み、前記加熱するステップでは、前記チャネル内の流体の移動方向に位置している前記ガスバブルの先端部付近の流体に前記光を照射することを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法を提供する。これにより、マイクロスケールな光及びガスバブルを移動させるので、正確にバイオ流体または化学溶液を移動させることができるので、微細構造の様々のマイクロフルイディックシステムに適用することができる。また、光及びバブルを利用するため、温度が極度に低下した場合であっても動作が可能である。従って、流体に対してさらに安全なポンプ動作ができる。

光ビームを用いると、熱的な作用が流体の容量により直接的に吸収された光エネルギーによって生じるため、非常に効果的である。さらに他の光ビームを選択した場合と異なり、抵抗ヒータや保護層を用いなくてよい。従って、構造が単純である。

本発明１２は、前記発明１１において、前記光ビームを照射するステップは、前記チャネルに注入された前記ガスバブルに対して毛細管力を発生させるように光ビームを照射するステップと、前記流体が前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに沿って移動して光ビームを照射するステップと、を含むことを特徴とするマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法を提供する。光ビームを用いると、熱的な作用が流体の容量により直接的に吸収された光エネルギーによって生じるため、非常に効果的である。さらに他の光ビームを選択した場合と異なり、抵抗ヒータや保護層を用いなくてよい。従って、構造が単純である。

本発明１３は、流体貯蔵所と、前記流体貯蔵所間に接続されるチャネルとを有するマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法であって、前記チャネルにガスバブルを注入するステップと、前記チャネル内の流体を所定の移動方向に移動させるために、前記チャネルに注入されたガスバブルの、前記所定の移動方向に位置している先端付近の流体に所定のレベルで光を照射して、照射された流体の所定部分を加熱するステップと、を含むことを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法を提供する。

本発明によるマイクロ流体ポンプ装置及び方法によると、マイクロスケールな光及びガスバブルを移動させることより正確にバイオ流体または化学溶液を移動させることができるので、微細構造の様々のマイクロフルイディックシステムに適用することができる。

また、光及びバブルを利用することにより、温度が極度に低下した場合であっても動作が可能である。従って、流体に対してさらに安全なポンプ動作ができる。

以下、添付した図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。本発明を説明する際、一部の部材及び領域に対しては互いに異なる図面であっても同じ図面符号を付して説明する。
＜第１実施形態＞
（１−１）マイクロ流体ポンプ装置の構造
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体ポンプ装置の概略的な構造を示した斜視図である。図１のマイクロ流体ポンプ装置１０は、基板５'と、カバー５と、光供給モジュール６（請求項における移動光源に相当する）とを含む。基板５'及びカバー５には、２つの流体貯蔵所２、２´の上部及び下部パターンと、２つのマイクロチャネル３（請求項におけるチャネルに相当する）、３´の上部及び下部パターンとが各々形成されている。光供給モジュール６は、カバー５上の所定高さにおいて、２つのマイクロチャネル３、３'のうち、いずれか１つのチャネルに沿って移動しながら光ビームを照射する。

また、カバー５のマイクロチャネル３、３´の対応部分には、注射器のような注入手段によりガスバブルを注入するための微小な空隙(図２）が形成される。

マイクロ流体ポンプ装置１０では、カバー５と基板５´とが互いに圧着されて、２つの流体貯蔵所２、２´と、２つの流体貯蔵所２、２´を接続する２つのマイクロチャネル３、３´とが形成される。一方、マイクロ流体ポンプ装置１０では、カバー５と基板５´とを容易に圧着結合させるため、カバー５と基板５´との間には薄い膜形態の構造物を利用してもよい。この薄い膜形態の構造物には、流体貯蔵所２、２´及びマイクロチャネル３、３´のパターンが形づくられている。
（１−２）マイクロ流体ポンプ装置の動作
次に、本発明のマイクロ流体ポンプ装置１０において、内部形成空間に適用される流体が満たされた後のポンプ動作を実施するための動作を説明する。まず、図２のように周辺空気、またはある非活性ガスに相応するガスバブル１２は、注射器１３によってカバー５に形成された微小な空隙１４を介して対応するマイクロチャネル３、３'へ注入される。そしてガスバブル１２は、光供給モジュール６から照射される光ビームの熱的な作用によって制御される毛細管力により駆動する。光ビームは、カバー５の透明壁を介して２つのマイクロチャネル３、３´に注入されたガスバブル１２のうち、いずれかのマイクロチャネル(３、または３´)に注入されたガスバブル１２近くの流体に投射され、注入された流体または基板の表面で吸収される。このような光ビームの熱的作用は、流体の毛細管圧力を減少させ、チャネル３を介してバブルの動きと共に流体を押し出す要因として作用する。

図３Ａ〜図３Ｄは、図１のマイクロ流体ポンプ装置１０において、光ビームによって制御される毛細管力によるガスバブルの移動過程を説明する断面図である。図３Ａにおいて、マイクロチャネル３は、注入された流体で一杯に満たされ、ガスバブル１２が注入されている。なお、光ビーム２２は、マイクロチャネル３に対応する部分のカバー５を介してガスバブル１２の先端部２４近くの流体に投射される。そして、投射された光ビーム２２は、局部領域２６の流体により吸収され、結果的に局部領域２６の流体を加熱する。ここで、流体の加熱温度は、光の強度に依存している。従って、流体の加熱温度は、光の強度により制御され、毛細管力を誘発するレベルで維持される。しかし、この温度レベルは、流体が沸騰する温度よりは低い。局部領域２６の加熱された流体は、加熱により流体の表面張力は小さくなり、ガスバブル１２の先端部２４と反対側の先端部との間には毛細管圧力の差が生じる。その結果、図３Ｂ〜図３Ｄに示したように、ガスバブル１２はＵ_bの速度で加熱された流体加熱領域２６の中心に向かって移動する。このようなガスバブル１２の移動は、ガスバブル１２の移動方向である先端部２４の付近に圧力傾度を生成し、それに沿ってマイクロチャネル３から流体を押し出すようになる。また、図３Ｂ〜図３Ｄに示すように、光ビーム２２がマイクロチャネル３に沿って移動される時、ガスバブル１２は、上述したように新しく加熱された流体加熱領域２６の中心へ向かって移動する。

したがって、マイクロチャネル３に沿って光ビーム２２をＵ_fの速度で連続移動させると、ガスバブル１２は速度Ｕ_bで移動する。そして、このような動作は、マイクロチャネル３から流体を押し出す動作を行う結果として現れる。つまり、流体は一方の流体貯蔵所から他方の流体貯蔵所へと移動する。
（１−３）ガスバブルを駆動する方法
マイクロスケールでよく知られた毛細管力は、流体動作に及ぼす他の力に比べて支配的である。このような毛細管力を制御する機構は、流体ポンプシステムの駆動メカニズムと関係している。提案する方法とは、注入された流体で満たされたマイクロチャネル３、３'に光ビーム２２を投射し、光ビーム２２の熱的な作用によって制御されたガスバブル１２を駆動する方法である。なお、提案する方法は、ガスバブル１２を駆動するために毛細管圧力を利用する。

光吸収により生じる流体内での熱容量ソース分配率(Ｑ）は、次のようなＢｏｕｇｅｒ-
εＬａｍｂｅｒｔ法則で表される。

ここで、ε：流体の吸光度、I₀：衝突光ビームの密度、Ｚ₀:フルイディックチャネルの濃
度、Ｚ:垂直軸の変化である。

ガスバブル１２の一端の近くに注入された流体は、光により局部的に加熱する。この光によるは、注入された流体の表面張力を減少させ、ガスバブル１２の両端間、即ち先端部２４と、先端部２４の反対側の端部において、表面張力の差△б=|б´_T|ΔＴ、及び熱的
作用により生じる毛細管の圧力差ΔＰ=２ｃｏｓθ△б/Ｒを生成する。これにより、ガス
バブル１２及び流体ポンプが動作する。ここで、б´_Tは温度表面張力係数、θは接触角、Ｒは曲率半径、ΔＴはガスバブル１２の両端間、即ち先端部２４と先端部２４の反対側の端部の温度差である。
（１−４）効果
光ビーム２２を用いると、熱的な作用が流体の容量により直接的に吸収された光エネルギーによって生じるため、非常に効果的であり、ｔ=１０^-10秒間で熱に変換される。

さらに他の光ビームを選択した場合、マイクロポンプシステムの基板上に抵抗ヒータと保護層とを具備するため、構造が複雑となる。一方、本発明のように光ビーム２２を用いると、抵抗ヒータや保護層を用いなくてよい。したがって、本発明は、構造が単純であり、この方法を利用するポンプの製造のための特別な物質を用いなくてよい。したがって、このような方法によると、マイクロスケールな光及びガスバブルを移動させることより正確にバイオ流体または化学溶液を移動させることができるので、微細構造の様々のマイクロフルイディックシステムに適用することができる。また、光及びバブルを利用することにより、温度が極度に低下した場合であっても動作が可能である。従って、流体に対してさらに安全なポンプ動作ができる。
＜第２実施形態＞
（２−１）構成と作用
図４は、本発明の他の実施形態に係るマイクロ流体ポンプ装置の概略的な斜視図である。マイクロ流体ポンプ装置１１０は、２つの石英板１０５、１０５´と、構造物層１０４と、光供給モジュール１０６（請求項の移動光源に相当）とを含む。構造物層１０４には、２つの石英板１０５、１０５´の間に、流体貯蔵所１０２、１０２´と２つのマイクロチャネル１０３、１０３´とが形成されている。光供給モジュール１０６は、上部の石英板１０５（請求項の第１平板に相当）上の所定の高さにおいて、２つのマイクロチャネル１０３、１０３´のうちのいずれかのチャネルに沿って移動しながら光ビームを照射するように設置されている。

マイクロ流体ポンプ装置１１０において、石英板１０５、１０５´のマイクロチャネル３、３´の対応部分には、注射器のような注入手段によりガスバブルを注入できるように、非常に微小な空隙(図示せず)が形成されている。

マイクロ流体ポンプ装置１１０は、下部の石英板１０５'（請求項の第２平板に相当）、構造物質１０４及び上部の石英板１０５の３つの層が互いに圧着されて、２つの流体貯蔵所２、２´と、２つの流体貯蔵所２、２´を接続する２つのマイクロチャネル３、３´と、を形成する。そして、この形成された空間には適用される流体が満たされる。

マイクロ流体ポンプ装置１１０の内部において、２つの流体貯蔵所１０２、１０２´を接続する２つのマイクロチャネル１０３、１０３´は、各々が１０ｍｍの長さと１．２ｍｍの幅を有するように形成する。２つの流体貯蔵所１０２、１０２´と２つのマイクロチャネル１０３、１０３'が形成された構造物層１０４は、５０μｍの厚さを有する。そして、光供給モジュール１０６には、ＵＶランプが用いられる。

図５は、本発明の他の実施形態に係る流体ポンプ装置において、流体貯蔵所及びマイクロチャネルに光エネルギーを吸収する流体が満たされており、２つのガスバブル１１２、１１２´がマイクロチャネル１０３，１０３'に注入された状態を示した平面図である。第１ガスバブル１１２は、流体を押すためのピストンの役割をしており、第２ガスバブル１１２´は、流体流れの誘導子としての役割を担う。光提供モジュール１０６からの制御光ビーム（図示せず）は、ＵＶランプにより約５０ｍＷ/ｍｍ²で照射される。そして、上
部の石英板１０５を介して第１ガスバブル１１２近くの流体に投射される。注入過程において、第１ガスバブル１１２は、毛細管力によって、光ビームと共に最大速度Ｕ_b=０．３
ｍｍ/ｓで左側から右側へ移動し、同時に第２ガスバブル１１２´は、第１ガスバブルにより生成されたヘッド圧力によって右側から左側へ押される。

以上のようなマイクロ流体ポンプ装置は、実際実験において、１分当り１μ以上のガスバブル伝送率を表した。

一方、前記のマイクロ流体ポンプ装置では、石英板を具体的な例として提示したが、これに限定せず、透明材質であれば様々な素材が利用できる。また、光の透過率が高い素材を利用してもよい。光源としては、ＵＶランプからレーザービームまで、またはＶＣＳＥＬアレイなどの多様な光ビーム源を利用することができる。
（２−２）効果
本発明のマイクロ流体ポンプ装置及び方法によると、マイクロスケール上で光を利用してガスバブルの制御を正確に行うことができる。したがって、機械的な移動部品やと抵抗ヒータを用いずマイクロチャネルを介してアクティブバブルの基盤としてバイオ流体または化学溶液を注入できる。

本発明の実施形態に係るマイクロ流体ポンプ装置の概略的な斜視図。図１の装置において、注射器でチャネルにガスバブルを注射する方法の例を示した断面図。図１の装置において、ガスバブルを利用した流体ポンプ過程を説明する断面図。図１の装置において、ガスバブルを利用した流体ポンプ過程を説明する断面図。図１の装置において、ガスバブルを利用した流体ポンプ過程を説明する断面図。図１の装置において、ガスバブルを利用した流体ポンプ過程を説明する断面図。本発明のさらに他の実施形態に係るマイクロ流体ポンプ装置の概略的な斜視図。本発明に係るガスバブルを利用した流体ポンプ装置にポンプされた流体と２つのガスバブルとから満たされたポンプの平面図。

符号の説明

２、２´、１０２、１０２´：流体貯蔵所
３、３´、１０３、１０３´：マイクロチャネル
５、１０５：カバー
５´、１０５´：基板
６、１０６：光供給モジュール
１０、１１０：マイクロ流体ポンプ装置
１２、１１２、１１２´：ガスバブル
１３：注射器
１４：微小な空隙
２２：光ビーム
２４：ガスバブルの先端
２６、１２６：流体加熱領域

Claims

流体で満たされた２つの流体貯蔵所と、前記２つの流体貯蔵所を各々接続し流体で満たされた２つのチャネルと、から形成されたパターンを有する基板と、
前記基板の上部に位置するカバーと、
前記基板及び/またはカバーに形成された微小な空隙を介して、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに注入されたガスバブルの付近の流体に対し、一方の流体貯蔵所から他方の流体貯蔵所へ流体が移動されるように所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備え、
前記移動光源は、前記チャネル内の流体の移動方向に位置しているガスバブルの先端部付近の流体に光を照射することを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置。
前記カバーは、透明材質の素材で形成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ポンプ装置。
前記カバーは、光透過率の高い素材で形成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ポンプ装置。
前記移動光源は、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに沿って移動しながら光を照射することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ装置。
流体で満たされた流体貯蔵所と、前記流体貯蔵所と接続される流体で満たされたチャネルと、から形成されたパターンを有する基板と、
前記基板の上部に位置するカバーと、
前記チャネル内の流体を所定の移動方向に移動させるために、前記チャネルに注入されたガスバブルの、前記所定の移動方向に位置している先端付近の流体に所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備えることを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置。
第１平板と、
第２平板と、
前記第１平板と前記第２平板との間に位置しており、流体で満たされた２つの流体貯蔵所と、前記２つの流体貯蔵所を接続し流体で満たされた２つのチャネルと、を含む構造物層と、
前記第１平板及び/または第２平板に形成された微小な空隙を介して、前記２つのチャネルのうちいずれかのチャネルに注入されたガスバブル付近の流体に対し、一方の流体貯蔵所から他方の流体貯蔵所へ流体が移動されるように所定のレベルで光を照射する移動光源と、を備え、
前記移動光源は、前記チャネル内の流体の移動方向に位置しているガスバブルの先端部付近の流体に光を照射することを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置。
前記第１平板と前記第２平板とは、透明材質の素材で形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ流体ポンプ装置。
前記第１平板と前記第２平板とは、光透過率の高い素材で形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ流体ポンプ装置。
前記移動光源は、前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに沿って移動しながら光を照射することを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ流体ポンプ装置。
第１平板と、
第２平板と、
前記第１平板と前記第２平板との間に位置しており、流体で満たされた流体貯蔵所と、前記流体貯蔵所を接続される流体で満たされたチャネルと、を含む構造物層と、
前記チャネル内の流体を所定の移動方向に移動させるために、前記チャネルに注入されたガスバブルの、前記所定の移動方向に位置している先端付近の流体に所定のレベルで光を照射する移動光源と、
を備えることを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置。
２つの流体貯蔵所と、前記２つの流体貯蔵所間の相互的な流体移送のための２つのチャネルとを有するマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法であって、
前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルにガスバブルを注入するステップと、
注入された前記ガスバブルが移動し、流体が一方の前記流体貯蔵所から他方の前記流体貯蔵所へ移動するように、光源から照射される光ビームを少なくとも１つの前記ガスバブルに隣接した流体の所定部分に照射して、照射された流体の所定部分を加熱するステップと、を含み、
前記加熱するステップでは、
前記チャネル内の流体の移動方向に位置している前記ガスバブルの先端部付近の流体に前記光を照射することを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法。
前記光ビームを照射するステップは、
前記チャネルに注入された前記ガスバブルに対して毛細管力を発生させるように光ビームを照射するステップと、
前記流体が前記２つのチャネルのうち、いずれかのチャネルに沿って移動して光ビームを照射するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法。
流体貯蔵所と、前記流体貯蔵所間に接続されるチャネルとを有するマイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法であって、
前記チャネルにガスバブルを注入するステップと、
前記チャネル内の流体を所定の移動方向に移動させるために、前記チャネルに注入されたガスバブルの、前記所定の移動方向に位置している先端付近の流体に所定のレベルで光を照射して、照射された流体の所定部分を加熱するステップと、
を含むことを特徴とする、マイクロ流体ポンプ装置のポンプ方法。