JP4808406B2 - 表面に液体を流すための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、表面に液体を流すための方法および装置に関する。

表面に液体を流すことが望ましい応用分野は数多くある。このような応用の一例は、表面のパターニングまたは他の処理への応用である。化学、生物学、生物工学、材料科学、電子工学および光学を含む諸分野で液体を用いた表面のパターニングおよび処理はますます重要になっている。表面に液体を適用することによる表面のパターニングは一般に、表面の画定された領域にその液体を閉じ込めることを含む。

一般に、液滴と表面の間の接触角が９０度未満の場合に、表面は液体によって濡れることができる。液体を運ぶチャネルが濡れることができるのは一般に、部分的に満たされたチャネルが液体に負圧を加える場合である。このような負圧は液体によるチャネルの充てんを促進する。均一な表面を有するチャネルでは、液体と表面の間の接触角が９０度未満である場合に負圧が生じる。一般に、表面と液体の間の接触角が小さいほど表面は濡れやすく、表面と液体の間の接触角が大きいほど表面は濡れにくいと見なされる。

従来の１つの表面パターニング技法はリソグラフィである。リソグラフィでは通常、パターニングする表面にマスクを適用する。処理にさらされる表面の領域を画定するため、マスクには開口が形成されている。マスクによって覆われたままの表面の領域は処理から保護される。マスクは一般に、パターニングされたレジスト材料層から形成される。一般にマスクを担持した表面は次いで、表面の露出域を処理するための化学剤浴に浸される。リソグラフィは複数のステップを含み、実施に比較的に費用がかかるプロセスである。短いＤＮＡ鎖のｉｎ ｓｉｔｕ合成の可能な例外を除いて、リソグラフィは一般に、表面上で生体分子を取り扱い生体分子をパターニングすることには適していない。ホワイトサイズ（Whitesides）、Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．３（２００１）、３３５〜３７３ページによって記述されているように、リソグラフィは、異なる化学剤を用いて表面を同時に並行処理することにも適していない。リソグラフィで使用される異なるプロセス・ステップ間または化学剤間、およびリソグラフィによって処理されるさまざまな表面層間には、不適合性（incompatibility）が存在することがある。

従来の他の表面パターニング技法はドロップ・デリバリー（drop delivery）である。ピン・スポッティング・システム（pinspotting system）、インク・ジェット・システムなどのドロップ・デリバリー・システムは一般に、表面の特定の位置に比較的に少量の液体を噴射する。シーナ、エム（Shena, M）、「マイクロアレイ・バイオチップ技術（Microarraybiochip technology）」、イートン・パブリッシング（Eaton Publishing）、２０００年を参照されたい。しかし、表面に分配された液滴の広がりによってこれらのシステムは限られた分解能しか持たない。さらに、スミス、ジェイ・ティー（Smith,J.T.）、「クイル・ピン印刷マイクロアレイ密度の最適化のための広がり図（Spreading Diagrams for the Optimization ofQuill Pin Printed Microarray Density）」、ラングミュア（Langmuir）、１８（２００２）、６２８９〜６２９３ページによって記述されているように、このようなシステムによって形成されるパターンの品質は、送達された液体の乾燥によって強く制限される。これらのシステムは一般に、表面から材料を溶解しまたは抽出するのに役立たない。さらに、これらのシステムは表面での液体の流れを促進しない。さらに、これらのシステムは、いくつかの液体を用いて表面を順番に処理するのに適していない。

ＰＣＴ ＷＯ０１／６３２４１Ａ２には、吐出開口を備えたチャネルを有する装置を含む表面パターニング技法が記載されている。吐出開口にマッチング・ピラー（matching pillar）を係合させて、ピラーの上面への分子の付着を促進する。この装置の欠点は、異なるピラーに対してパターニング条件を個別に変更できないことである。他の欠点は、表面上に流れを確立できないことである。拡散によって試薬が表面に到達できるように液体への表面の露出は十分に長い必要がある。この方法はさらに、開口にマッチしたピラーを有する表面を必要とする。このような表面の製造は費用のかかるクリーンルーム機器およびエッチング・ツールを必要とする。これはパターニングされた表面あたりのコストを増大させる。係合前に装置とピラーとを正確に位置合わせする必要がある。さらに、液体の閉込めを保証するためにピラーは前処理を必要とする。吐出開口とピラーの間の間隔は外部制御を必要とする。

従来の他の表面パターニング技法は、表面へのマイクロフルイディック装置の適用を含む。このような装置の一例が米国特許第６０８９８５３号に記載されている。これに記載された装置は表面上に液体の流れを確立することができる。この流れは、装置内での毛管作用によって生み出すことができる。この装置は、複数の異なる液体で表面を並列処理することができる。しかし、処理する表面の領域に液体を閉じ込めるために、装置は表面に対して密封されなければならない。このような閉込めは、比較的に高いコントラストおよび分解能を有するパターンの形成を可能にする。これらは、生物学的スクリーニングおよび診断目的で生体分子を表面上でパターニングする場合に望ましい品質である。さらに、処理する表面にこの装置を置き、処理領域の周囲を密封してからでないと、装置に処理液を充てんすることができない。毛管作用によって流れが生み出される場合には他の問題が生じる。例えば、パターニング操作ごとに装置のサービス・ポートに処理液を充てんしなければならない。さらに、装置の各チャネルには１種類の液体しか送達することができない。装置を表面から分離する前にそのチャネルまたはそれぞれのチャネルの液体をフラッシングすることができない。さらに、表面から装置を取り外している最中に、表面の処理領域から外へ処理液が広がりやすい。さらに、この装置は、いくつかの液体で表面を順番に処理するのに適していない。加圧、電場などの外部作動機構によって流れが生み出される場合には、他の問題が生じる。例えば、アクチュエータから装置のそれぞれのチャネルに個別の接続を実施しなければならない。周辺機器へのこのような接続は、装置に組み込み、個別にアドレス指定することができるチャネルの密度を制限する。チャネルの数が増加するにつれてポンプ操作、弁調整および制御の複雑さが増大する。外部接続は、間に入る導管のため、装置と外部アクチュエータの間に死空間を生み出す。

表面を局所的に処理するための他のマイクロ流体装置が、ＩＢＭ公開技報（IBMTechnical Disclosure Bulletin）参照番号ＲＤ ｎ４４６記事１６５、１０４６ページに記載されている。この装置は、米国特許第６０８９８５３号に記載されている装置と同様の装置である。この装置では、表面から装置を分離する必要なしに同じ表面領域にいくつかの液体を順番にフラッシングすることができる。したがってこのような装置は、いくつかの液体の逐次送達を含む化学および生物反応に対して有用である。しかしこの装置に関連した欠点は、充てん前に、処理する表面領域の周囲を密封しなければならないことである。他の欠点は、表面に装置を適用する前に液体を充てんすることができないことである。追加のステップごとに関連液体の補充が必要である。他の欠点は、サービス・ポートが液体を含んでいる間に装置を表面から取り外すと、表面に対して暴露される領域の外側に液体が広がり出てしまうことである。

上面と下面の間の事前に画定されたパターンに、シールなしで液体を閉じ込めるための従来の他の装置が欧州特許第００７５６０５号に記載されている。この装置は、上面と下面の間に捕捉された液体の光学分析の実行に役立つ。しかしこの装置は、上面と下面の両方に事前に画定されたトポグラフィ・パターンまたは化学パターンを必要とする。さらに、入口ポートもまたは出口ポートも持たないこの装置は液体の輸送に適していない。

所定の経路に沿って液体を導くための他の装置がＷＯ９９／５６８７８に記載されている。この装置は、液体を閉じ込めるためのシールなしで、いくつかの液体を表面に同時に流すことができる。しかし、この装置の欠点は、経路間の分離ギャップが毛管不活動性（capillary inactive）でなければならないことである。これによって経路のサイズは１ｍｍ超に制限される。さもないと、メニスカス圧力が液体の無制御の広がりを生み出す。この装置の他の欠点は、分離後に液体が保持されず、その代わりに表面上に広がることである。この装置の他の欠点は、液体送達がそれぞれの経路への外部接続を必要とすることである。わずらわしい流量制御用の周辺装置も必要である。

シールなしで表面に沿って液体を導く他の方法が、チャオ（Zhao）他、科学（Science）、２９１巻（２００１）、１０２３〜１０２６ページに記載されている。この方法では表面が湿潤性パターンでパターニングされる。具体的には、互いを鏡象とする２つの湿潤可能経路が、湿潤不能の上面および下面に画定される。これによって、マイクロメートル幅を有することができる側壁のない「仮想の」チャネルが生み出される。この方法の欠点は、上面と下面の両方に湿潤性パターンが必要なことである。さらに、この２つのパターン間の湿潤性コントラストは非常に高い必要があり、上面および下面の湿潤不能領域、ならびに仮想チャネル内の高湿潤性領域を必要とする。さらに、この２つのパターンは、形状およびアライメントにおいて互いに正確に一致していなければならない。毛管作用を使用してチャネルを満たすことができるが、この液体を除去しまたは交換することはできない。十分に湿潤不能な表面を生み出すことが比較的に難しいため、この方法はさらに、液体の無制御の広がりを引き起こしやすい。外部ポンプを使用して液体を送達することができるが、ポンプ圧力が比較的に低いあるレベルを超えた場合、液体は画定された流路の外へあふれ出す。さらに、外部ポンピングはそれぞれの流路への外部接続を必要とし、したがって統合化を制限する。先に指摘したとおり、外部接続は、ポンプ接続導管内に死空間を生み出す。
ＰＣＴ ＷＯ０１／６３２４１Ａ２ 米国特許第６０８９８５３号 欧州特許第００７５６０５号 ＷＯ９９／５６８７８ ホワイトサイズ（Whitesides）、Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．３（２００１）、３３５〜３７３ページ シーナ、エム（Shena, M）、「マイクロアレイ・バイオチップ技術（Microarray biochiptechnology）」、イートン・パブリッシング（Eaton Publishing）、２０００年 スミス、ジェイ・ティー（Smith, J.T.）、「クイル・ピン印刷マイクロアレイ密度の最適化のための広がり図（SpreadingDiagrams for the Optimization of Quill Pin Printed MicroarrayDensity）」、ラングミュア（Langmuir）、１８（２００２）、６２８９〜６２９３ページ ＩＢＭ公開技報（IBM Technical DisclosureBulletin）参照番号ＲＤ ｎ４４６記事１６５、１０４６ページ チャオ（Zhao）他、科学（Science）、２９１巻（２００１）、１０２３〜１０２６ページ

より汎用的かつ便利な方法で表面に液体を流す技法を提供することが望ましい。

本発明によれば、表面に液体を流すための装置が提供される。この装置は、流路と、流路の一端に液体を供給する第１のポートであって、流路が表面から遠く離れているときに液体を保持する第１のポート圧力を加える第１のポートと、流路の他端から液体を受け取り、第２のポート圧力を加える第２のポートとを含み、流路が表面の近くに位置し装置の中の液体が表面と接触することに応答して、第１および第２のポート圧力の差が、第１のポートから第２のポートへの流路を介した液体の流れを促進する向きであり、第１および第２のポート圧力が、表面からの流路の引離しに応答して液体が少なくとも第２のポートに向かって引っ張られる圧力である。

この装置は、第１のポートに隣接した流路の中に延び、第１のポートから表面に向かって液体を導く突起を含むことが好ましい。装置または表面あるいはその両方に対する損傷を防ぐために、この突起は弾性材料から形成することができる。この装置は、装置が表面の近くにあるときに表面に対して流路を密封する、流路の周囲を取り囲む周囲フランジを含むことができる。本発明の好ましい一実施形態では、この装置が、第１のポートと流路の間を連絡し、第１のポート圧力よりも負の第１の開口圧力を第１のポートの中の液体に加える第１の開口と、流路と第２のポートの間を連絡し、第１のポート圧力よりも負の第２の開口圧力を流路の中の液体に加える第２の開口とを含む。この装置は、液体による湿潤性が相対的に低い側と、液体による湿潤性が相対的に高い側とを含み、流路は、湿潤性が相対的に低い側によって周囲を取り囲まれた湿潤性が相対的に高い側の上に位置することが好ましい。本発明の特に好ましい一実施形態では、この装置が、第１のポートおよび第２のポートを収容するボディと、ボディから突き出して流路を形成する延長部分とを含み、第１の開口と第２の開口が延長部分の反対側の端部に配置されている。流路の周囲を取り囲む延長部分の側の液体に対する湿潤性は、流路のそれよりも低いことが好ましい。したがって流路は延長部分の端部によって画定され、この端部のところに位置する。この端部の近くに置かれこの端部と向かい合った表面は、介在するすき間の中に表面チャネルを形成する。界面張力によって、物理的なシールなしで、このような表面チャネルの中に液体を閉じ込め、液体を導き入れることができる。このことは流路内での気泡の補獲を効果的に防ぐ。気泡の捕獲は液体の流量に不利な影響を与える。流路はまっすぐでもまたは曲がっていてもよい。

第１のポートは、第１のポート圧力を加えるための第１の毛管網を含むことができる。第１の毛管網は、複数の平行毛管部材、メッシュ、多孔質材料および繊維状材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。第２のポートは、第２のポート圧力を加えるための第２の毛管網を含むことができる。第２の毛管網は、複数の平行毛管部材、メッシュ、多孔質材料および繊維状材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。この装置は、それぞれが流路に結合された複数の第１のポートを含むことができる。同様にこの装置は、それぞれが流路に結合された複数の第２のポートを含むことができる。流路は曲線状の断面を有することができる。流路はあるいは長方形の断面を有することができる。本発明を具体化した装置は単一構造の装置とすることができ、エラストマー、シリコン、ＳＵ−８、フォトレジスト、熱可塑性樹脂、セラミックおよび金属のうちの任意の１つから形成することができる。本発明を具体化した装置はあるいは、積層構造の装置とすることができ、それぞれの層は、エラストマー、シリコン、ＳＵ−８、フォトレジスト、熱可塑性樹脂、金属およびセラミックのうちの１つから形成される。本発明の特に好ましい一実施形態では、流路の長さが約１００マイクロメートル、幅が約１００マイクロメートルであり、第１および第２のポートの容積がそれぞれ５００ナノリットルであり、使用中、突起が、装置と表面の間の１から１０マイクロメートルの範囲の間隔を画定する。第１および第２のポート圧力は、表面からの流路の引離しに応答して液体が第１のポートおよび第２のポートに向かって引っ張られる圧力とすることができる。本発明はさらに、以上に説明したアプリケータ装置のアレイに拡張される。

他の態様から本発明を見ると、表面に液体を流すための方法が提供される。この方法は、アプリケータ装置の第１のポートから装置の流路の一端に液体を供給すること、第１のポートを通して液体に第１のポート圧力を加えること、流路の他端から装置の第２のポートの中に液体を受け取ること、第２のポートを通して液体に、第１のポート圧力とは異なる第２のポート圧力を加えること、第１のポート圧力と第２のポート圧力の差によって、流路が表面の近くに配置されその中の液体が表面と接触したことに応答した、流路を通した第１のポートから第２のポートへの液体の流れを促進すること、および第１および第２のポート圧力によって、表面からの流路の引離しに応答して液体を少なくとも第２のポートに向かって引っ張ることを含む。

この方法は、表面から流路を引き離した後で、表面上の別の位置に装置を再配置することを含むことができる。同様にこの方法は、表面から流路を引き離した後で、別の表面に装置を再配置することを含むことができる。本発明の好ましい一実施形態では、この方法が、表面を装置と接触させ、その後に装置を表面から離隔させて、第１のポートから第２のポートへ液体を通過させるための表面チャネルを表面と流路の間に画定することを含む。この方法は、第１のポートから第２のポートへの液体の流れを開始させるために、湿気の多い環境の中に装置を置くことを含むことができる。この方法はさらに、凝縮によって液体の流れを開始させるために、表面または装置あるいはその両方を冷却することを含むことができる。あるいはこの方法は、第１のポートから第２のポートへの液体の流れを開始させるために、装置と表面の間に電場を印加することを含むことができる。同様にこの方法は、第１のポートから第２のポートへの液体の流れを開始させるために、液体に圧力パルスを加えることを含むことができる。あるいはこの方法は、液体の蒸発によって第１のポートから第２のポートへの液体の流れを開始させるために、液体に熱パルスを加えることを含むことができる。

本発明の好ましい一実施形態では、この方法が、第１のポートと第２のポートの間の圧力差を逆にすることによって液体の流れの方向を逆にすることを含む。この方法はさらに、第１および第２のポート圧力によって、表面からの流路の引離しに応答して液体を第１および第２のポートに向かって引っ張ることを含むことができる。

本発明の特に好ましい一実施形態では、表面に液体を流すための装置が提供される。この装置は、流路と、流路に液体を供給するための第１のポートと、第１のポートと流路の一端との間を連絡する第１の開口と、流路から液体を受け取る第２のポートと、流路の他端と第２のポートとの間を連絡する第２の開口とを含む。動作時、装置と表面との係合によって、流路を通した第１のポートから第２のポートへの流れが開始される。この液体の流れは、表面から装置を外すことによって縮小される。したがって、装置を表面と係合させ、装置を表面から外すことによって、第１のポートから第２のポートへの液体の流れを開始させ、停止させることができる。流路は、装置が表面と係合しているときに使用可能な流体チャネルとして機能する。この技術を以後、表面支援液体転送（Surface Assisted Liquid Transfer）技術またはＳＡＬＴ技術と呼ぶ。これに対応して、この技術に基づく装置およびモジュールを以後、ＳＡＬＴ装置と呼ぶことがある。装置を表面と係合させることによって生み出される使用可能な流体チャネルを以後、表面チャネルと呼ぶ。

本発明を具体化したＳＡＬＴ装置では、装置の動作中に第１および第２のポートの圧力を変更する必要がない。これは、装置と表面の係合によって、第１のポートと第２のポートの間を液体が自動的に流れる条件が生み出されるためである。この条件は、装置を表面から外すことによって自由に無効にすることができ、この場合も第１および第２のポートの圧力を制御する必要はない。

最初に表面チャネルが、第１の開口から第２の開口へ液体を輸送する毛管作用を提供する。その後、第１のポートと第２のポートの間の圧力差が、第１のポートから第２のポートへの液体の流れを生み出す。装置を表面から外すとこの効果は抑制される。したがって第１のポートと第２のポートの間の液体の流れは縮小される。本発明の好ましい一実施形態では、第１のポートが液体に負圧Ｐ１＜０を加える。同様に第２のポートは液体に負圧Ｐ２＜０、Ｐ２＜Ｐ１を加える。この圧力は、表面チャネルが活動状態のときに液体が第１のポートから第２のポートへ流れる圧力である。本発明の特に好ましい一実施形態では、Ｐ１およびＰ２が、毛管活動性構造ないし「毛管ポンプ」によって生み出される。この毛管ポンプは先に説明した毛管網を含むことができる。第１のポートと第２のポートの容積は同程度とすることができる。

ＳＡＬＴ装置に関連した利点は、後の繰返し適用および処理する表面領域からの装置の取外しに備えて、処理液を装置に予め充てんしておくことができることである。同じＳＡＬＴ装置から、補充なしでしたがって遅延なしで表面処理を複数回繰り返すことができる。ＳＡＬＴ装置に関連した他の利点は、一連の異なる液体を送達することができ、これらのそれぞれの流れを従来の送達技法よりも容易に制御することができることである。ＳＡＬＴ装置に関連した他の利点は、従来のマイクロファブリケーション技法によって迅速に大量生産できることである。ＳＡＬＴ装置の他の利点は、処理領域に物質移送を律した化学反応（mass-transport limited chemical reaction）を加速させる浅い導管を含むことができることである。ＳＡＬＴ装置の追加の利点は、流れをインタラクティブに制御して必要に応じて試薬を更新することができるため、枯渇を生じさせることなく微量の処理試薬を使用することである。一般的な応用では、表面上の任意の位置にＳＡＬＴ装置を置くことができ、チャネル寸法および接触時間を介してプロセス・パラメータを制御することができる。ＳＡＬＴ装置のアレイの組立ては比較的に容易である。本発明の好ましい実施形態では、それぞれのＳＡＬＴ装置に流量制御が組み込まれている。このようなアレイは、異なる液体を用いた表面の複数の領域の並列処理を容易にする複数の独立した流体ゾーンを含むことができる。

ＳＡＬＴ装置は多くの応用で使用することができる。例えば、ＳＡＬＴ装置を使用して、表面の選択された領域に生体分子を付着させてバイオアレイを作ることができ、したがってバイオチップの大量生産を容易にすることができる。ＳＡＬＴ装置は、表面の選択された領域を以下のような他のプロセスにかける際にも同様に使用することができる：表面のパターン欠陥を修復するプロセス、表面の特定の領域をエッチングするプロセス、表面に金属を付着させるプロセス、表面の電気化学反応を局所化するプロセス、金属の無電解めっき用の触媒粒子、付着ガラスまたはラテックス・ビーズ、あるいは他の粒子を表面に付着させるプロセス、表面の特定の領域を不動態化するプロセス、タンパク質、ＤＮＡ、細胞または他の生物学的実体を表面にパターニングするプロセス、アッセイを実施するプロセス、細胞に染色するプロセス、表面から細胞、タンパク質または他の粒子を集めるプロセス、表面上のアレイから分析物または特異的に結合した生体分子を取り出すプロセス、ゲルからＤＮＡ、タンパク質または他の分子を抽出するプロセス、集めた細胞または分子を分析システムに結合するプロセス。このような分析システムの例は液体クロマトグラフィーまたは電気泳動システムを含む。本発明を具体化した装置を使用して、このような分析システムの生成物を、表面の１つまたは複数の領域に流すことができる。他の応用では、流れの光学的モニタリングまたは分子の光学的検出あるいはその両方を可能にするために、表面または装置あるいはその両方を透明にすることができる。他の応用では、表面が、表面を流れる液体の中の分子の検出を可能にする電極、膜、ウェーブ・ガイドなどの検知システムおよび関連変換器を含むことができる。ＳＡＬＴ技術の恩恵を受ける他のプロセスは明白であろう。ＳＡＬＴ装置を少量の試料の送達に使用して、表面に形成された領域を調べることもできる。したがって、表面の特定の領域の処理を通した病気または汚染物質あるいはその両方の検出にＳＡＬＴ技術を使用できることが理解される。

本発明の他の態様によれば、液体を表面に適用するための装置が提供される。この装置は、液体を運ぶためのウェルと、液体に対する湿潤性が限定された外面を有する導管を介してウェルから表面に液体を伝達するための前記ウェルの開口とを含む。

次に、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を例示的に説明する。

最初に図１を参照する。本発明を具体化したＳＡＬＴアプリケータ装置の一例は、ＰＤＭＳ、シリコン、ＳＵ−８、フォトレジスト、プラスチック、金属などの材料から形成されたボディ１０を含む。ボディ１０の一方の側に第１のポート２０および第２のポート３０が形成されている。ボディ１０のもう一方の側には幅の狭い延長部分がある。延長部分の基部１３０によって流路４０が画定される。流路はまっすぐでもまたは曲がっていてもよい。第１のポート２０と流路４０の一端との間を第１の開口５０が連絡している。同様に、第２のポート３０と流路４０の他端との間を第２の開口６０が連絡している。したがって流路４０は、第１のポート２０と第２のポート３０の間に延びている。動作時、第１のポート２０は充てんポートの働きをし、第２のポート３０は流動促進ポートの働きをする。最初に第１のポート２０に液体７０が導入される。

第１のポート２０は液体７０を圧力Ｐ１で保持する。Ｐ１は負であることが好ましい。Ｐ１＜０。このことは、第１のポート２０の中に液体７０を保持するのに寄与する。第１の開口５０はこの液体に対して湿潤可能であり、毛管圧またはメニスカス圧を提供する。この圧力は、第１のポート２０の中の液体７０に負の第１の開口圧ＯＰ１＜０を加える。ＯＰ１＜Ｐ１。したがってＯＰ１は、第１のポート２０から第１の開口５０の中へ流路４０に向かって液体を吸い込む。第１の開口５０が流路４０と交わる点は幅が広くなっている。したがって第１の開口５０によって提供される毛管圧はこの点で抑制される。第１の開口５０に隣接した流路４０の中へボディ１０から突起９０が延びている。突起９０は液体７０によって湿潤可能である。動作時、突起は毛管力によってその先端まで液体７０を吸い出す。装置または表面８０に対する損傷を防ぐために突起は弾性体とすることができる。表面チャネル１００がその長さに沿って均一な深さを有することを保証するために、本発明の他の実施形態では、流路４０に沿って複数の突起９０が間隔を置いて配置される。

ある場合にはＰ１が変化し０以上になる。これは例えば第１のポート２０が液体７０でいっぱいになったときに生じる。これによって液体７０は凸形の表面を有するようになる。このような表面は、絶対値は比較的に小さいとはいえ正圧の原因となる。このような場合、開口５０は、流路４０および突起９０との交点まで液体７０で満たされる。液体７０の表面の曲率を大きくするためには、開口５０と突起９０の両方の寸法が比較的に小さいことが望ましい。液体と周囲の媒質との間の張力のおかげで、このような曲率は、正の圧力水頭にもかかわらず第１のポート２０および開口５０の中に液体７０を閉じ込める比較的に高い圧力を生み出す。

次に、図２を参照して第１のポート２０から第２のポート３０への流れの開始を説明する。装置と表面８０の係合が、流路４０に対応する表面チャネル１００を生み出す。突起９０は表面８０と当接して、流路４０とともに表面チャネル１００のサイズを画定する。表面チャネル１００は、第１の開口５０から第２の開口６０へ液体７０を進ませる毛管圧ＣＰを提供する。ＣＰ＜Ｐ１かつＣＰ＜０。ＣＰの絶対値は、液体７０の表面張力、液体７０と流路４０および表面８０との接触角、ならびに流路４０と表面８０の間の形成されるすき間のサイズによって決定される。したがって表面８０と装置の間のすき間のサイズを変更することによってＣＰを調整することができる。このすき間が小さいほどＣＰの絶対値は大きくなる。このすき間が大きいほどＣＰの絶対値は小さくなる。

表面８０は完全に平らである必要はなく、凸凹、波形、多孔質、繊維状または化学的に不均質であることができ、あるいはこれらの組合せであることができる。たとえ装置が表面８０に対してわずかに傾けられていても、流路４０は液体７０で満たされることができることを理解されたい。この装置を、下を向いた表面に向かって上に向け、逆向きに動作させることも可能である。装置の寸法が非常に小さいために毛管力などで作用する液体界面の力が慣性力ないし重力を上回るほどに小さい場合に、その逆向きの装置の使用が可能である。重力はこのような装置の動作に悪影響を及ぼさない。したがってこのような装置を低重力環境で使用することが可能である。

表面８０上への液体７０の閉込めは、装置の幾何形状および湿潤性によって達成される。表面８０と向かい合う延長部分の基部１３０の液体７０による湿潤性を相対的に高くする。ただし、延長部分の側壁１１０〜１２０の液体７０による湿潤性は相対的に低くする。側壁１１０〜１２０と表面８０の間が直角であり、側壁１１０〜１２０の湿潤特性が相対的に低いため液体７０は外へ広がらない。これによって液体７０は、流路４０の領域に概ね対応する表面８０上の領域に閉じ込められる。液体７０の流れを受けない表面チャネル１００の領域を最小化するために、基部１３０の表面２００および２１０は実用上小さいことが好ましい。

非常に湿潤性の高い表面上への液体７０の閉込めは、ボディ１０の延長部分上に流路４０を配置することによって強化される。液体の閉込めはさらに、装置の湿潤性が相対的に高い側と湿潤性が相対的に低い側との間の湿潤性のコントラストを最大化することによって強化される。関心の応用が湿潤性が中程度の表面だけを含む場合、延長部分だけで液体閉込めを達成することができ、したがって前述の湿潤性コントラストを低下させ、またはこれをなくすことができる。あるいは、いくつかの応用では、ボディ１０の延長部分を省くことができ、湿潤性コントラストだけで液体閉込めを達成することができる。

図３を参照する。第２の開口６０は毛管圧またはメニスカス圧を提供する。この圧力は、流路４０の中の液体７０に負の第２の開口圧ＯＰ２＜０を加える。ＯＰ２＜Ｐ１。したがって、第２の開口６０に達すると液体７０は第２の開口６０の中に吸い込まれ、第２のポート３０に向かって進まされる。第２のポート３０は液体７０に負圧Ｐ２＜０を加える。Ｐ２＜Ｐ１。したがって、Ｐ２は、第１のポート２０から第２のポート３０への液体７０の流れを支える。流量は比（Ｐ１−Ｐ２）／Ｆｒの関数であり、Ｆｒは、第１のポート２０から第２のポート３０へ流れる液体７０の流動抵抗である。

図４に、流路４０に直交する方向の装置の断面図を示す。表面チャネル１００の外に液体７０が広がることを防ぐため、側壁１１０〜１２０と同様に側壁１４０〜１５０も湿潤性が相対的に低い。毛管圧が表面チャネル１００の中に液体７０を保持する。

図５を参照する。すき間が増大した場合、ＣＰの絶対値は低下する。最終的にＣＰはしきい値に達する。しきい値を下回ると、表面チャネル１００の中の液体は第２のポート３０に排出され、Ｐ１＜０の場合には、その後まもなく第１のポート２０に排出される。この排出は、第１のポート２０から第２のポート３０への液体７０の流れの分裂を引き起こす。第１のポート２０から第２のポート３０への液体７０の流れは、表面８０から装置を外すことによって簡単に縮小することができる。したがって、装置と表面８０を係合させることによって第１のポート２０から第２のポート３０への液体７０の流れを開始することができ、表面８０から装置を外すことによって流れを止めることができる。

本発明の特に好ましい一実施形態では、流路４０の長さが約１００マイクロメートル、幅が１００マイクロメートルであり、表面チャネルを画定する突起９０が装置の基部から１から１０マイクロメートル延びている。第１のポート２０および第２のポート３０の容積はそれぞれ５００ナノリットルである。表面チャネル１００の深さは表面チャネル１００の幅を超えることができない。表面チャネル１００の最大深さは表面チャネル１００の幅に等しい。本発明の他の実施形態ではＳＡＬＴ装置が異なる寸法をとることができることを理解されたい。

液体７０は、表面８０の特定の領域を処理するための処理剤を含むことができる。装置を表面８０と係合させると、流路４０に面した表面８０の領域の上を処理剤が第１のポート２０から第２のポート３０へ流れる。したがって流路４０に面した表面８０の領域は処理剤にさらされる。

図１から５を参照して先に説明したプロセスを複数回繰り返して、表面１００の異なる領域または異なる表面を処理することができる。液体７０の流れは装置が表面８０と係合するたびに再開し、装置が表面８０から外されるたびに止まる。液体７０の供給は必要に応じて第１のポート２０を介して補うことができる。

前述の処理剤を分子とすることができる。したがって本発明を具体化したＳＡＬＴ装置は、表面のバイオパターニングに役立つ。しかし本発明を具体化したＳＡＬＴ装置は、分子などを表面の画定された領域に送達する応用に限定されない。所望の表面処理に応じて他のタイプの液体を使用することができる。ＳＡＬＴ装置を使用して、表面の画定された領域に異なる処理剤を順番に送達することができる。可能な液体の例には、表面上に局所化された化学反応を生み出すエッチング液などが含まれる。このようなＳＡＬＴ装置は繰り返し再使用することができ、液体の供給は必要に応じて補充される。表面の処理に関連したプロセス・パラメータは、圧力差、液粘度、開口５０および６０の寸法、表面チャネルの寸法ならびに接触時間を介して制御することができる。

図６を参照する。本発明の好ましい一実施形態では、第１のポート２０に第１の流れ制御機構１９０が提供される。動作時、第１の流れ制御機構１９０はＰ１を確立するのを助ける。第１の流れ制御機構は多くの形態をとることができる。しかし、本発明の特に好ましい実施形態では、第１の流れ制御機構１９０が、第１のポート２０の中へ延びる複数の毛管部材を含む。動作時、この毛管部材は、液体７０に対して毛管作用を発揮することによってＰ１に寄与する毛管網を形成する。

同様に第２のポート３０には、第１の流れ制御機構１９０と同様の形態の第２の流れ制御機構が提供される。動作時、第２の流れ制御機構はＰ２を確立するのを助ける。第２の流れ制御機構は多くの形態をとることができる。しかし、本発明の特に好ましい実施形態では、第２の流れ制御機構も、第２のポート３０の中に延びる複数の毛管部材を含む。前述の毛管部材は円形、六角形、正方形または長方形の断面を有することができる。他の断面形状も同様に可能である。

先に説明した本発明の実施形態では、第１および第２の流れ制御機構がそれぞれ毛管部材を含む。しかし本発明の他の実施形態では、第１および第２の流れ制御機構がそれぞれ、メッシュ、多孔質または繊維状材料から形成された毛管網など、異なる形態の毛管網を含む。あるいは真空ポンプを使用して、第１のポート２０のＰ１または第２のポート３０のＰ２、あるいはＰ１とＰ２の両方を生み出すことができる。ポンプはさらに、個々のＳＡＬＴ装置またはＳＡＬＴ装置のアレイの液体７０の流れを集合的に、個別にまたはグループ単位でインタラクティブに調整することを可能にする。しかしこのようなポンプは装置に複雑さを追加する。

本発明の好ましい実施形態では、第１のポート２０と第２のポート３０の間の圧力差を選択的に逆にすることによって、液体７０の流れの方向を選択的に逆にすることができる。具体的には、Ｐ１の絶対値をＰ２の絶対値よりも選択的に大きくすることできる。これは例えば、追加の毛管部材を追加しまたは第１のポート２０を圧縮することにより第１のポート２０の中の毛管部材の密度を選択的に増大させることによって達成することができる。Ｐ１およびＰ２がポンプによって生み出される場合にはあるいは、ポンプの圧力を選択的に逆にすることができる。第１のポート２０と第２のポート３０の間の圧力差を逆にするための他の技法は当業者には明白であろう。

先に説明した本発明の好ましい実施形態では、単一の第１のポート２０および単一の第２のポート３０が使用される。しかし、図７を参照すると、本発明の他の実施形態では、共通の流路４０を介して単一の第２のポート３０に結合された複数の第１のポート１６０〜１７０が使用される。第１のポート１６０〜１７０にそれぞれ異なる反応剤を導入して流路内で反応させることができる。したがって流路４０は、表面８０の近接によって活動化される反応室の働きをする。同様に、共通の流路４０を介して複数の第２のポートに結合された単一の第１のポート２０を使用することもできる。同様に、共通の流路４０を介して複数の第２のポートに結合された複数の第１のポート２０を使用することもできる。

図８を参照する。本発明の特に好ましい一実施形態では、不必要な液体保持および第１のポート２０と第２のポート３０の間の残留の流れを防ぐために、流路４０が曲線状の断面を有する。

図９を参照する。本発明の他の好ましい実施形態では流路４０が長方形の断面を有する。これによって、表面８０から分離されたときに流路４０のコーナに沿って残留流れを生じさせることができる。このような残留流れは、開口５０からの液体７０の蒸発による試薬の濃縮を防ぐことができる。表面８０から離れているときの流路４０の毛管圧は、不必要な液体保持が防止され、残留流れが望ましい値に限定されるように湿潤性および幾何形状をＰ１およびＰ２とともに調整することによって最適化することができる。

次に図１０を参照する。図１を参照して先に説明した本発明の好ましい実施形態の変更では、流路４０の境界に周囲フランジ１８０がある。動作時、フランジ１８０は表面に対して密封されて、流路４０から液体が広がることをさらに防ぐ。フランジ１８０はさらに、装置を表面８０と係合させたときに形成される表面チャネル１００の厚さを画定する役目を果たす。第１の開口５０の中の液体７０と表面８０との間の接触を促進し、したがって第１のポート２０と第２のポート３０の間の液体７０の流れを開始させるために、フランジ１８０の内部は湿潤可能とすることができる。このような状況では、フランジ１８０が、図１の実施形態の突起９０によって実行される機能を実行する。したがって、図９の実施形態の突起９０を維持し、または図９の実施形態から突起９０を省くことができる。あるいは、例えば流れが確立された後、フランジ１８０を表面８０から近い距離に保持することもできる。

先に説明した本発明の好ましい実施形態では、表面チャネル１００を画定する突起９０、フランジ１８０などのフィーチャが装置と一体である。しかし本発明の他の実施形態では、表面チャネル１００を画定するフィーチャを、表面８０の形成物によって提供することができることを理解されたい。

図１１および１２を参照する。本発明の好ましい一実施形態では、先に説明した装置を、湿潤性が相対的に低い領域８５〜８８によって周囲を取り囲まれた湿潤性が相対的に高い領域８１のパターンを有する表面８０と整列させる。流路４０と湿潤性が相対的に高い領域８１とはサイズが一致し、互いに整列させると表面チャネル１００が画定される。湿潤性が相対的に低い領域８５〜８８は、流路４０に垂直な領域である表面チャネル１００の中に液体７０を閉じ込めるのを助ける。流路４０と一致し流路４０と整列させることができる湿潤性が相対的に高い領域８１によって表面チャネル１００を画定することにより、装置設計の柔軟性が増大し、湿潤性コントラストのレベルの制約が緩和されることを理解されたい。

先に説明した本発明の好ましい実施形態では、流れの開始が突起９０またはフランジ１８０によって達成される。しかし本発明の他の実施形態では、流路４０に沿った液体７０の流れを他の技法によって開始させることができる。例えば本発明の他の実施形態では、装置が、第１の開口４０に隣接した突起９０またはフランジ１８０を持たない。液体７０の流れを開始させるため、最初に装置の基部を表面８０と接触させ、第１の開口の中の液体７０が表面８０と接触し表面８０を濡らすようにする。次いで装置を、表面チャネル１００の所望の深さに等しい距離まで表面から引き離す。次いで、液体が第２のポート３０に到達するまで表面チャネル１００の毛管圧が、第１のポート２０から第２のポート３０へ液体を輸送し、その後は、第１のポート２０と第２のポート３０の間の圧力差が流れを維持する。

図１３を参照する。この技法は、表面８０の一段高い領域の上に液体を流すのに特に有用である。

図１４および１５を参照する。本発明のこの実施形態では、一段高い領域の側壁２２０〜２３０および２６０〜２８０、ならびに表面８０の周囲の領域２４０〜２５０が、液体７０によって湿潤不能である。したがって、表面チャネル８０の一段高い領域は、装置の流路４０とともに、表面チャネル１００を画定する。流れの開始を助けるために表面８０の一段高い領域の上に突起を提供することができることを理解されたい。この実施形態を図１を参照して先に説明した実施形態と比較すると、表面の一段高い領域によって表面チャネルを画定することによって装置設計の柔軟性が増大することが理解される。

次に図１６を参照する。本発明の好ましい一実施形態では、開口５０および６０を通して下側から、装置の第１のポート２０または第２のポート３０あるいはその両方に液体７０を供給し、あるいは装置の第１のポート２０または第２のポート３０あるいはその両方から液体７０を抜き取り、あるいはその両方を実施する。第１のポート２０および第２のポート３０を閉じるためのふたを提供することができる。このふたを永久に密封して、開口５０および６０だけからしか液体を装置に導入できないようにすることができる。同様に、開口５０および６０は、不使用期間中の蒸発を防ぐためのふたを備えることもできる。アプリケータ装置の充てん、補充および排液のために、液体７０のリザーバ５２０を含むリザーバ装置５１０を提供することができる。リザーバ装置は、ふたを取り外す必要なしに、アプリケータ装置の第１のポート２０および第２のポート３０に液体を独立に供給し、これらから液体を独立に抜き取ることを容易にする。動作時、リザーバ装置５１０は、アプリケータ装置に対するリザーバ装置５１０の位置に応じて、リザーバ５２０と第１のポート２０または第２のポート３０との間に流路１０１を形成する。

本明細書では本発明の実施形態を、湿潤性が相対的に低い表面および湿潤性が相対的に高い表面を有するＳＡＬＴアプリケータ装置に関して説明した。液体７０の流れの開始および閉込めは、第１および第２のポート２０〜３０の中、開口５０〜６０の中、流路４０沿いなどの異なる位置で液体７０に加えられる圧力の同調によって達成され制御される。界面張力による液体７０の閉込めは、表面湿潤性および幾何学的パラメータの関数である。関与する閉込め圧力は、装置の面間の湿潤性の小さな差だけで達成することができ、または、いくつかのケースでは湿潤性の差がなくても達成することができる。これが可能なのは、装置または表面の幾何形状およびその両方を使用して液体７０を閉じ込めることができるためである。好ましい閉込め条件は、湿潤性パターンを幾何形状の上に置くことによって得ることができる。閉込め条件は、液体７０と面の接触角、液体の表面張力、圧力および流量を考慮に入れることによって分析的に計算することができる。

本発明の他の実施形態では、流れの開始が、湿気の多い環境の中で表面８０の近くに装置を配置することによって達成される。この配置では、最初に装置または表面あるいはその両方を冷却して凝縮を促し、それによって流れをさらに刺激することができる。あるいは、第１の開口５０の中の液体７０を刺激して表面８０と接触させるために、装置と表面の間に電場を印加することもできる。同様に、第１の開口５０の中の液体７０に圧力パルスを加えて、表面８０との接触を同様に刺激することもできる。あるいは、液体７０に熱パルスを加えて、第１のポート２０から第２のポート３０への液体の流れを、液体７０の蒸発によって開始させることもできる。

本明細書ではこれまで、単一のＳＡＬＴ装置に関して本発明の好ましい実施形態を説明してきた。しかし、このような装置を多数統合してＳＡＬＴアレイを形成することができることを理解されたい。図１７および１８を参照すると、例えば１２個のＳＡＬＴ装置を統合して、単一の３×４ＳＡＬＴアレイとすることができる。異なる数のＳＡＬＴ装置を含む多くの異なるＳＡＬＴアレイ構成が可能であることを理解されたい。

次に図１９を参照する。本発明の他の実施形態では、いくつかのＳＡＬＴ装置３７０〜３９０のポートを相互接続してＳＡＬＴ装置のカスケードを形成する。ポート４２０に相対的に小さい負圧を生じさせ、ポート４３２に最も大きな負圧を生じさせることによって、液体は、ポート４２０から第１の表面チャネルを通してポート４２１に流れ、ポート４２１から相互接続を通してポート４３０に流れる。この液体はポート４３０から第２の表面チャネルを通してポート４３１に流れ、ポート４３１から第３の表面チャネルを通してポート４３２に流れる。本発明の特に好ましい一実施形態では、ポート４２０〜４３２がそれぞれ、その中で液体が反応する反応室を形成する。このような反応の生成物はそれぞれのポート４２１および４３１で分析し、または反応終了後に最終ポート４３２で分析することができる。このような反応の生成物はあるいは、表面３７０〜３９０上で分析することができる。他の代替実施形態では、このような反応の生成物を使用して、表面３７０〜３９０を処理しまたは表面３７０〜３９０と反応させることができる。

本明細書ではこれまで、エラストマー材料または堅い材料から形成されたボディ１０を有するＳＡＬＴ装置に関して、本発明の好ましい実施形態を説明してきた。このような材料は、フォトリソグラフィ、エッチング、射出成形などの周知のマイクロファブリケーション技法によって成形することができる。このような材料に基づく本発明の実施形態は単一構造とすることができる。しかし、本発明は、複数の部品の集合体によって実現することもできることを理解されたい。例えば本発明の実施形態を積層アセンブリとすることもできる。それぞれの層は、エラストマー、シリコン、ＳＵ−８、フォトレジスト、熱可塑性樹脂、セラミック、金属などの異なる材料から形成することができる。

表面に対する本発明を具体化した装置の配置はマニピュレータによって達成することができる。このようなマニピュレータは手動で制御し、あるいはプログラム可能なコンピュータまたは同様の電子制御システムによって自動制御することができる。このようなマニピュレータは、装置または表面あるいはその両方に対して作動し、平面内または平面外あるいはその両方の、並進または回転運動あるいはその両方の運動の制御を提供する。このようなマニピュレータは、本発明を具体化した１つまたは複数のアプリケータ装置を表面と同時に係合させる頻度の増大を可能にする。

液体を含む、本発明を具体化したＳＡＬＴアプリケータ装置の側面断面図である。 表面と接触し液体の流れが開始された装置の側面断面図である。 液体が流れている最中の装置の側面断面図である。 液体が流れている最中の装置の端面断面図である。 表面から取り外した後の装置の側面断面図である。 本発明を具体化したＳＡＬＴ装置の第１のポートの一例の端面断面図である。 本発明を具体化したＳＡＬＴ装置の別の例の平面図である。 本発明を具体化したＳＡＬＴ装置の流路の端面断面図である。 本発明を具体化した別のＳＡＬＴ装置の流路の端面断面図である。 本発明を具体化した別のＳＡＬＴ装置の側面断面図である。 パターニングされた表面との組合せで使用される、本発明を具体化したＳＡＬＴ装置の側面断面図である。 パターニングされた表面との組合せで使用される装置の端面断面図である。 本発明を具体化した別のＳＡＬＴ装置の側面断面図である。 図１３に示した装置の動作時の側面断面図である。 図１３に示した装置の動作時の端面断面図である。 本発明を具体化した別のＳＡＬＴ装置の側面断面図である。 本発明を具体化したＳＡＬＴアレイの側面断面図である。 ＳＡＬＴアレイの端面断面図である。 本発明を具体化した相互接続ＳＡＬＴアレイの側面断面図である。

Claims (29)

1. 表面に液体を流すための装置であって、
   前記表面に向い合う流路と、
   前記流路の一端に前記液体を供給する第１のポートであって、前記流路が前記表面から遠く離れており前記装置中の前記液体が前記表面と接触しないときに前記液体を保持する第１のポート圧力を加える第１のポートと、
   前記流路の他端から前記液体を受け取り、第２のポート圧力を加える第２のポートとを含み、
   前記流路が前記表面の近くに位置し前記装置中の前記液体が前記表面と接触することに応答して、前記第２のポート圧力が前記第１ポート圧力より低いことが、前記流路を介した前記第１のポートから前記第２のポートへの前記液体の流れを促進する向きとなるように構成され、
   前記表面からの前記流路の引離しに応答して、前記第２のポート圧力が前記第１ポート圧力より低いことが、前記液体が少なくとも前記第２のポートに向かって引っ張られるように構成され、
   前記第１のポートから前記第２のポートへ前記液体を流すための毛菅圧を提供する表面チャネルが前記表面と前記流路との間に画定されるよう構成され、
   更に、
   前記第１のポートと前記流路の間を連絡する第１の開口と、前記流路と前記第２のポートとの間を連絡する第２の開口とを含み、
   前記第１の開口の毛管圧が前記第１のポート圧を提供し、前記第２の開口の毛管圧が前記第２のポート圧を提供する、装置。
2. 前記第１のポートに隣接した前記流路中に延び、前記第１のポートから前記表面に向かって前記液体を導く突起を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記突起が弾性体である、請求項２に記載の装置。
4. 前記装置が前記表面の近くにあるときに前記表面に対して前記流路を密封する、前記流路の周囲を取り囲む周囲フランジを含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記液体による湿潤性が相対的に低い側と、前記液体による湿潤性が相対的に高い側とを含み、前記流路が、湿潤性が相対的に低い側によって周囲を取り囲まれた湿潤性が相対的に高い側に位置する、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１のポートおよび前記第２のポートを収容するボディと、前記ボディから突き出して前記流路を形成する延長部分とを含み、前記第１の開口と前記第２の開口が、前記延長部分の反対側の端部に配置されている、請求項１に記載の装置。
7. 前記流路の周囲を取り囲む前記延長部分の側壁の前記液体に対する湿潤性が、前記流路の湿潤性よりも低い、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１のポートが、前記第１のポート圧力を加えるための前記第１のポート内に延びる第１の毛管網を含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記第１の毛管網が、複数の平行毛管部材、メッシュ、多孔質材料および繊維状材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の装置。
10. 前記第２のポートが、前記第２のポート圧力を加えるための前記第２のポート内に延びる第２の毛管網を含む、請求項１に記載の装置。
11. 前記第２の毛管網が、複数の平行毛管部材、メッシュ、多孔質材料および繊維状材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の装置。
12. それぞれが前記流路に結合された複数の第１のポートを含む、請求項１に記載の装置。
13. それぞれが前記流路に結合された複数の第２のポートを含む、請求項１に記載の装置。
14. 前記流路が曲線状の断面を有する、請求項１に記載の装置。
15. 前記流路が長方形の断面を有する、請求項１に記載の装置。
16. 前記装置の前記第１及び第２のポート、前記流路を含む部分が、エラストマー、シリコン、フォトレジスト、熱可塑性樹脂、セラミックおよび金属のうちの任意の１つから形成された、請求項１に記載の装置。
17. 前記装置の前記第１及び第２のポート、前記流路を含む部分が積層構造である、請求項１に記載の装置。
18. 前記装置のそれぞれの層が、エラストマー、シリコン、フォトレジスト、熱可塑性樹脂、金属およびセラミックのうちの１つから形成された、請求項１７に記載の装置。
19. 前記流路の長さが１００マイクロメートル、幅が１００マイクロメートルであり、第１および第２のポートの容積がそれぞれ５００ナノリットルであり、使用中、前記突起が、前記装置と前記表面との間の１から１０マイクロメートルの範囲の間隔を画定する、請求項２に記載の装置。
20. 前記第１および第２のポート圧力が、前記表面からの前記流路の引離しに応答して前記液体が前記第１のポートおよび前記第２のポートに向かって引っ張られる圧力である、請求項１に記載の装置
21. 表面に液体を流すための方法であって、
    請求項１に記載の装置の第１のポートから前記装置の前記表面に向い合う流路の一端に前記液体を供給するステップと、
    前記第１のポートを介して前記液体に第１のポート圧力を加えるステップと、
    前記流路の他端から前記装置の第２のポート中に前記液体を受け取るステップと、
    前記第２のポートを介して前記液体に、前記第１のポート圧力とは異なる第２のポート圧力を加えるステップと、
    前記流路が前記表面の近くに位置しその中の前記液体が前記表面と接触することに応答し、前記第２のポート圧力を前記第１ポート圧力より低くすることによって、前記第１のポートから前記第２のポートへ前記流路を介しての前記液体の流れを促進するステップと、
    前記第２のポート圧力を前記第１ポート圧力より低くすることによって、前記表面からの前記流路の引離しに応答して前記液体を少なくとも前記第２のポートに向かって引っ張るステップとを含み、
    前記第１のポートから前記第２のポートへ前記液体を流すための毛管圧を提供する表面チャネルが前記表面と前記流路との間に画定される、方法。
22. 前記表面から前記流路を引き離した後で、前記表面上の別の位置に前記装置を再配置するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記表面から前記流路を引き離した後で、別の表面に前記装置を再配置するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
24. 前記第１のポートから前記第２のポートへの前記液体の前記流れを開始させるために、湿気の多い環境の中に前記装置を置き、凝縮によって前記液体を刺激して前記液体の前記流れを開始させるために、前記装置および前記表面の一方または両方を冷却するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
25. 前記第１のポートから前記第２のポートへの前記液体の前記流れを開始させるために、前記装置と前記表面との間に電場を印加して前記液体を刺激するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
26. 前記第１のポートから前記第２のポートへの前記液体の前記流れを開始させるために、前記液体に圧力パルスを加えて前記液体を刺激するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
27. 前記液体の蒸発によって前記第１のポートから前記第２のポートへの前記液体の前記流れを開始させるために、前記液体に熱パルスを加えて前記液体を刺激するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
28. 前記第１のポートと前記第２のポートとの間の圧力差を逆にすることによって前記液体の流れの方向を逆にするステップを含む、請求項２１に記載の方法。
29. 前記第１のポート圧力より前記第２のポート圧力を低くすることによって、前記表面からの前記流路の引離しに応答して前記液体を前記第１および第２のポートに向かって引っ張るステップを含む、請求項２１に記載の方法。

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