KR100596953B1 - 전기적변수에의한유체-함유구조물내의전기삼투압또는전기영동력의가변제어를위한장치및방법 - Google Patents

Abstract

동전기력을 사용하는(도면부호 178 및 그 주변의 소자들에 의해 부분 도시된)미량유체 시스템에 있어서, 본 발명은 상기 시스템의 채널을 통해 흐르는 유체의 이동을 제어하기 위해서 전압이외에 전류 또는 전기변수를 사용한다. 또한, 시간-다중 공급식 동력 공급원(200,202)은 미량유체 시스템의 유체저장조에 연결돈 전극상의 전압을 변화시키거나, 상기 전압이 전극에 인가되는 동안 듀티 싸이클을 변화시키거나, 또는 이들 두 방식을 조합함으로써, 유체이동에 대한 제어를 제공한다. 시간-다중공급식 동력공급원은 비용을 절약하기 위해 하나 이상의 전극에 연결된다.

Description

전기적 변수에 의한 유체-함유 구조물내의 전기삼투압 또는 전기영동력의 가변제어를 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR VARIABLE CONTROL OF ELECTROOSMOTIC OR ELECTROPHORETIC FORCES WITHIN A FLUID-CONTAINING STRUCTURE VIA ELECTRICAL FORCES}

본 출원은 1996년 7월 3일자로 출원되어 본 발명의 모든 목적을 위해 참조된 미국 특허출원 제 08/678,436호의 일부 계속출원이다.

화학 및 생화학적 정보의 취득을 위한 미량유체 시스템(microfluidic systems)의 제작 및 용도에 대한 관심이 증대되어 왔다. 사진석판술, 화학적 습식에칭과 같은 반도체 전자산업과 관련된 기술들이 이러한 미량유체 시스템의 제작에 사용된다. 상기 "미량유체"란 용어는 미크론 또는 서브미크론 크기, 예를들어 약 0.1㎛ 내지 500㎛ 범위의 하나 이상의 횡단면 치수를 갖는 크기로 제작되는 채널 또는 챔버를 구비한 시스템 또는 장치를 지칭한다. 미량유체 시스템의 제작을 위한 평면칩 기술의 용도에 대한 초기의 논의가 맨쯔 등의 분석 화학의 경향(Trends in Anal. Chem.)(1990), 10(5):144-149 페이지, 및 맨쯔 등의 크로마토그래피의 발전(Adv. in Chromatog.)(1993), 33:1-66 페이지에 제시되어 있으며, 상기 문헌에서는 실리콘 및 유리 기판내에 전술한 유체 장치, 특히 미세 모세관 장치를 제작하는 것에 관해 설명되어 있다.

미량유체 시스템의 적용예들은 많다. 예를들어, 국제공개번호 WO 96/04547호로 1996년 2월 15일자로 공개된 국제특허출원에는 모세관 전기영동법, 액체 크로마토그래피, 주입 유체 분석법, 및 화학 반응 및 합성법의 용도가 설명되어 있다. 제이. 왈레이스 페어스 등에 의해 1996년 6월 28일자 출원되고 본 출원인에게 양도된 발명의 명칭이 "미량유체 장치에서의 고 효율 선별 분석 시스템"인 미국특허출원 08/671,987호에는 화학 및 특히, 생화학적 시스템에 영향을 주는 다수의 화합물을 신속하게 분석하기 위해 미량유체 시스템을 폭넓게 적용하는 방법이 설명되어 있다. 상기 용어 "생화학적 시스템"은 일반적으로 살아있는 유기물에서 발견되는 일반적인 형태의 분자들을 포함하는 화학적 상호반응을 지칭한다. 전술한 상호반응은 효소, 결합, 신호 및 기타 반응들을 포함하는 살아있는 시스템에서 발생하는 폭넓은 이화 및 동화 반응을 포함한다. 특히 흥미로운 생화학 시스템으로는 예를들어, 수용체-배위자(receptor-ligand) 상호반응, 효소-기질 상호반응, 세포 신호경로, 생물학적 이용가능성을 선별하기 위한 모델 배리어(model barrier) 시스템(예를들어, 세포 또는 막 부분) 및 다양한 일반 시스템을 포함하는 전달 반응들이 포함된다.

전술한 미량유체 시스템 또는 장치내에 유체, 예를들어 샘플, 분석제, 완충제 및 시약들을 전달 및 지향시키는 다수의 방법들이 공지되어 있다. 그중 하나의 방법으로는 장치내의 기계식 미소펌프 및 밸브에 의해서 미량유체 시스템내에 유체를 이동시키는 방법이다. 공고된 영국특허 출원번호 2 248 891(10/18/90), 공고된 유럽특허 출원번호 568 902(5/2/92), 미국 특허 제 5,270,724(8/21/91) 및 5,277,556(7/3/91) 참조. 또한, 미야자끼 등에게 허여된 미국 특허 제 5,171,12 (12/21/90) 참조. 다른 방법으로는 음향 스트리밍 효과에 의해 유체샘플을 장치내로 이동시키기 위해 음향에너지를 이용하는 방법이 사용된다. 국제공개번호 WO 94/05414호로 국제공개된 노오쓰럽 및 화이트의 국제특허출원 참조. 직접적인 방법으로서 유체를 장치내로 이동시키기 위해 외기압을 사용하는 방법이 있다. 예를들어, 윌딩 등에게 허여된 미국 특허 제 5,304,487호의 설명 참조.

또하나의 방법으로는 미량유체 시스템의 채널을 통해 유체물질을 이동시키기 위해 전기장 및 그 결과적인 동전기력을 사용한다. 예를들어, 해리슨 코바크스 등에게 허여된 유럽 특허 출원번호 376 611(12/30/88)호, 어낼리시스 케미컬(Anal. Chem.)"(1992) 64:1926-1923 및 맨쯔 등의 제이. 크로마토그래피 (J. Chromatog..) (1992) 593:253-258, 소안느에게 허여된 미국특허 제 5,126,022호 참조. 동전기력(Electrokinetic forces)은 직접 제어, 신속 응답 및 단순함의 측면에서 장점을 가진다. 그러나, 미량유체 시스템에 사용하기에는 몇몇 단점을 가진다.

본 발명은 전기적 절연 재료로 제조된 기판내의 채널 네트워크를 사용한다. 상기 채널은 고전압 전극과 접촉하는 다수의 유체 저장조를 연결한다. 상기 채널 네트워크를 통해 유체물질을 이동시키기 위해 특정 전압이 상기 다수의 전극에 동시에 가해진다. 다른 채널내의 유동에 영향을 끼침이 없이 한 채널내의 물질유동을 제어하고자 하는 경우, 시스템내에 있는 각각의 전극에 대한 전압값의 결정은 복잡해진다. 예를 들어, 각 단부에 전극과 저장조를 가지고 직각으로 교차하는 4개의 채널을 가진 매우 간단한 장치에 있어서, 두 개의 저장조 사이에서의 유체유동의 독립적인 증가는 단지 그 두 저장조의 전압차만을 증가시키는 문제가 아니다. 다른 두 저장조의 원래의 흐름 및 방향을 유지하고자 한다면, 그 다른 두 저장조에서의 전압도 조절되어야 한다. 또한, 채널, 교차점 및 저장조의 숫자가 증가됨에 따라, 상기 채널을 통한 유체의 제어는 더욱 더 복잡해진다.

또한, 상기 장치의 전극에 가해지는 전압은 수천 볼트/㎝의 수치까지 높아질 수 있다. 조절된 고전압의 공급부는 고가이고 부피가 크며 종종 정확치 못하다. 또한, 고전압 공급부는 각각의 전극에 대해 요구된다. 이와같이, 복잡한 미량유체 시스템의 비용은 상당히 높아진다.

본 발명은 시스템의 채널을 통한 물질유동의 제어를 단순화하기 위해, 전압이외의 다른 전기적 변수를 사용하는 미량유체 시스템에 있어서의 동전기적 이송에 대한 상기 문제점을 해결하거나 거의 완화하고자 하는 것이다. 따라서, 화학, 생화학, 생물공학 및 분자 생물학 분야 및 기타 다수의 분야에 있어서의 폭넓은 적용가능성을 갖는 미량유체 시스템의 채널을 통한 물질이동에 대한 직접적이고 신속한 제어방법을 갖는 고효율의 미량유체 시스템이 가능해진다.

도 1은 미량유체 시스템의 개략도이며,

도 2a는 도 1에 도시한 미량유체 시스템의 예시적인 채널을 도시하는 도면이며,

도 2b는 도 2a의 채널을 따라 형성된 전기회로를 도시하는 도면이며,

도 3a는 종래기술에 따른 전력 공급부에 대한 시간 대 출력 전압의 그래프이며,

도 3b는 본 발명에 따른 시간-다중화 전력 공급부에 대한 시간 대 출력 전압의 그래프이며,

도 4a는 본 발명에 따른 시간-다중화 전압에 의해 작동되는 미량유체 시스템의 개략도이며,

도 4b는 도 4a에 도시된 전력 공급 유닛을 설명하는 블록도이며,

도 5a는 본 발명에 따른 전압-모니터 노드를 구비한 미량유체 시스템의 개략도이며,

도 5b는 도 5a의 전압 분할회로의 상세도이며,

도 6a는 도 4b에 도시된 전력 공급 유닛의 블록도이며,

도 6b는 도 6a에 도시된 DC-DC 컨버터 블록의 증폭기 블록을 도시하는 도면이다.

본 발명은 모세관 채널을 통해 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키기 위해 모세관 채널의 상이한 노드(node)에 위치되고 모세관 채널내에 전기장을 형성하는 복수의 전극과 복수의 상호연결된 모세관 채널을 갖는 미량유체 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명에 따라서, 미량유체 시스템은 제 1 및 제 2 전극 사이에서 물질을 이동시키기 위해 제 1 및 제 2 전극 사이의 전류에 응답하여 양 전극 사이에 전압을 인가함으로써 작동한다. 전류는 미량유체 시스템의 채널을 통과하는 이온 흐름의 직접적인 측정을 제공한다. 전류 이외에, 전력과 같은 기타의 전기적 변수도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명은 더욱 정확하고 효율적인 제어를 위해 미량유체 시스템 전극의 전력 공급 전압을 시간에 따라 다중화[이후, 시간-다중화(time-multiplexing 또는 time-multiplexed)라고 함]하기 위한 것이다. 전극에 대한 전압은 전력 공급부에 대한 전극 접점의 듀티 싸이클을 변화시키거나, 상기 듀티 싸이클중 전극에 대한 전압을 변화시키든지, 또는 이들 두 방법을 조합시킴으로써 제어될 수 있다. 이러한 방법으로, 하나의 전력 공급부가 하나 이상의 전극에 대해 작용할 수 있다.

또한, 본 발명은 미량유체 시스템 채널내에서 전압을 직접 모니터링하기 위한 것이다. 미량유체 시스템의 표면상에 있는 전도체 리드는 전기분해를 방해하기 위해 채널내에서 충분히 작은 폭을 가진다. 상기 리드는 기판 표면상에 있는 전압 분할회로에 연결된다. 상기 분할회로는 채널 노드의 판독 전압을 낮춰서 특히 높은 전압계를 필요없게 한다. 상기 분할회로는 채널로부터 미소한 전류를 끌어당겨 바람직하지 않은 전기화학적 효과, 예를들어 가스 발생, 환원/산화반응을 최소화하도록 설계된다.

이후에 설명하는 바와 같이 본 발명은 자체로 특허성이 있는 복수의 상이한 용도로 사용될 수 있다.

즉, 전극의 전류에 응답하여 채널과 관련된 두 개의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 대상물질을 동전기적으로 이송시키는 적어도 하나의 채널을 갖는 기판을 포함하는 미량유체 시스템.

기판이 복수의 상호연결된 채널과 그리고 관련 전극을 가지며, 전극의 전류에 응답하여 예정된 전극에 전압을 인가함으로써 하나 이상의 채널을 결합한 예정된 경로를 따라 대상물질이 이송되는 전술한 본 발명의 미량유체 시스템.

채널과 관련된 전극들 사이에서 전기 변수를 시간 제어하에서 인가함으로써 대상물질이 이송되는 적어도 하나 이상의 채널을 갖는 기판을 포함하는 미량유체 시스템.

전기적 변수로 전압, 전류 또는 전력을 포함하는 전술한 본 발명의 미량유체 시스템.

복수의 채널과 상기 채널과 관련된 복수의 전극을 가지며, 전극에 전압을 가함으로써 채널내에 전기장을 생성하며, 기판상의 적어도 하나의 전도체 리드가 채널위치로 연장되어서 채널위치에서의 전기적 변수가 결정될 수 있는 절연기판을 포함하는 미량유체 시스템.

상기 전도체 리드가 충분히 작은 폭을 가져서 1볼트 이하, 바람직하게는 0.1볼트 이하의 전압이 채널위치에서 전도체 리드를 가로질러서 생성되는 전술한 본 발명의 미량유체 시스템.

상호연결된 복수의 모세관 채널, 모세관 채널을 통과하는 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 모세관 채널내에 전기장을 형성시키기 위하여 모세관 채널의 상이한 노드에 있는 복수의 전극, 상기 전극중 적어도 하나에 연결되며 제어가능한 기준 전압을 수신하기 위한 제 1 입력측 터미널과 제 2 입력측 터미널 및 출력측 터미널을 갖는 혼합 블록을 구비한 전력 공급부, 상기 혼합 블록 출력 터미널에 연결되며 적어도 하나의 전극에 연결되어 있는 제 1 출력 터미널 및 제 2 출력 터미널을 구비하는 전압 증폭기, 및 상기 전압 증폭기의 제 1 출력 터미널에 연결되며 상기 혼합 블록의 제 2 출력측 터미널에 연결되어 부성 피이드백(negative feedback)이 제공되어 상기 전력 공급부를 안정화되게 하는 피이드백 블록을 포함하는 절연기판을 포함하는 미량유체 시스템.

상기 피이드백 블록이 전압 증폭기의 제 2 출력측 터미널에도 연결되어 있으며; 상기 피이드백 블록은 제 1 출력측 터미널의 전압에 응답하여 제 1 피이드백 전압을 발생시키고 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 적어도 하나의 전극에 전달되는 전류의 양에 응답하여 제 2 피이드백 전압을 발생시키며; 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 피이드백 전압을 혼합 블록으로 통과시켜 상기 전력 공급부가 전압 또는 전류 피이드백에 의해 선택가능하게 안정화되도록 하는 스위치를 상기 피이드백 블록이 구비한, 전술한 본 발명의 미량유체 시스템.

전력 공급부가, 제어가능한 기준 전압을 수용하는 제 1 입력측 터미널과 제 2 입력측 터미널 및 출력측 터미널을 구비한 혼합 블록; 상기 혼합 블록의 출력측 터미널에 연결되고 적어도 하나의 전극에 연결된 제 1 출력측 터미널 및 제 2 출력측 터미널을 구비하는 전압 증폭기; 및 상기 전압 증폭기의 제 1 및 제 2 출력측 터미널에 연결되고 상기 혼합 블록의 제 2 입력측 터미널에 연결된 피이드백 블록으로서, 상기 제 1 출력측 터미널의 전압에 응답하는 제 1 피이드백 전압 및 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 적어도 하나의 전극에 전달되는 전류의 양에 응답하는 제 2 피이드백 전압을 발생시키며, 제어신호에 응답하여 상기 제 1 및 제 2 피이드백 전압을 상기 혼합 블록으로 통과시켜 상기 전력 공급부가 부성 피이드백에 의한 전압 또는 전류에서 선택가능하게 안정화되도록 하는 스위치를 구비한 피이드백 블록을 포함하는, 미량유체 시스템의 적어도 하나의 전극에 대한 연결을 위한 전력 공급부.

상호연결된 복수의 모세관 채널, 상기 모세관 채널을 통과하는 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 발생시키기 위해 모세관 채널의 상이한 노드에 있는 복수의 전극, 및 연결된 전극에 대한 공급원(source) 또는 싱크(sink)로서 선택된 전압 및 선택된 전류량을 선택적으로 공급할 수 있으며 각각이 하나의 전극에 연결되는 복수의 전력 공급부를 기판이 가지는 미량유체 시스템.

도 1은 본 발명에 따라 작동하는 예시적인 미량유체 시스템(100)의 일부를 도시하는 대표적인 다이어그램이다. 도시한 바와 같이, 상기 장치(100)의 전체는 평탄한 기판(102)으로 제조된다. 적합한 기판재료는 일반적으로 장치에 의해 수행될 특정 작용에 따른 조건들과의 양립성(compatibility)을 기초로 하여 선택된다. 그러한 조건들에는 과도한 pH, 온도, 이온농도 및 전기장의 인가가 포함된다. 추가로, 기판재료는 상기 시스템에 의해 수행될 분석이나 합성시의 임계적 성분에 대한 불활성 여부로 선택된다.

도 1에 도시된 시스템은 기판(102)의 표면에 제조된 일련의 채널(110,112,114,116)을 포함한다. "미량유체"의 정의에서 설명한 바와 같이, 상기 채널들은 통상적으로 매우 작은 횡단면 치수를 가진다. 후술하는 특정 적용예에서는 약 10㎛의 깊이와 약 60㎛의 폭을 갖는 채널이 효과적으로 작동하나 이들 치수는 비한정적인 것이다. 상기 미량유체 시스템(100)은 분석, 실험, 기타 물질과의 혼합, 평가 및 이러한 작업들의 조합과 같은 여러 목적을 위해 상기 대상물질을 기판(102)의 여러 채널을 통해 이송한다. 상기 "대상물질"이란 용어는 화학 또는 생화학적 화합물과 같은, 단순한 관련 재료를 지칭하는 용어이다. 대상 화합물로는 화학적 화합물, 예를들어 다당류와 같은 상기 화합물의 혼합물, 미세한 유기 또는 무기 미립자, 예를들어, 펩티드, 단백질, 핵산과 같은 생물학적 미세미립자, 또는 박테리아, 식물, 균류, 또는 동물 세포나 조직과 같은 생물학적 물질로 형성된 추출물, 자연적으로 발생되거나 합성된 복합물들이 포함될 수 있다.

기판재료로는 예를들어, 유리, 석영 및 실리콘이 유용하며, 또한 예를들어 플라스틱과 같은 중합체 기판도 유용하다. 전도체 또는 반도체 기판의 경우에는 기판상에 절연층이 있어야 한다. 이는 상기 장치가 후술하는 바와 같이 상기 시스템과 관련하여 물질을 이동시키기 위해 전기삼투압력을 사용하므로 특히 중요하다. 중합체 기판의 경우에, 상기 기판재료는 의도된 사용용도에 따라 경질, 반경질, 또는 비경질이고 불투명, 반투명 또는 투명할 수 있다. 예를들어, 광학 또는 시각 탐지소자를 포함하는 장치는 투명한 재료로 적어도 일부분이 조립되어 탐지기능을 가능하게 하거나 적어도 용이하게 한다. 이와는 달리, 예를들어 유리 또는 석영으로 제조된 투명 창이 이러한 형태의 탐지소자를 위한 장치와 결합될 수 있다. 또한, 중합체 재료는 선형 또는 분기된 배면판을 가질 수 있고 교차결합 또는 비교차결합될 수도 있다. 특히 바람직한 중합체 재료의 예로서는 예를들어, 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스틸렌, 폴리설폰, 폴리카보네이트(PMMA) 등이다.

이들 채널 및 기타의 미세한 소자들을 기판(102) 표면상에 제작하는 것은 본 기술분야에 공지된 어떤 다수의 미세 조립기술에 의해 수행된다. 예를들어, 사진석판술은 반도체 제조산업 분야에 공지된 방법에 따라 유리, 석영 또는 실리콘 기판을 제조하는데 사용된다. 사진석판술에 의한 마스킹, 플라즈마 또는 습식 에칭 및 다른 반도체 처리기술이 기판 표면내 또는 표면상에 미세 크기 소자들을 형성한다. 이와는 달리, 레이저 천공법, 미세 밀링법 등과 같은 미세 기계 가공법이 사용될 수도 있다. 유사하게, 중합체 기판의 처리를 위해서는 공지의 제작기술이 사용될 수 있다. 이들 기술로는 예들들어, 커다란 시트의 기판을 제조하기 위한 압연 스탬프 방법을 사용하여 다수의 기판을 제조하는 사출성형 기술 또는 스탬프 몰딩 기술이나 기판을 미세 가공된 몰드내에 중합시키는 중합체 미세 주조법이 있다.

기판(102) 이외에, 상기 미량유체 시스템은 채널이 형성된 기판위에 놓여져 다수의 채널을 폐쇄하고 유체 밀봉하여 도관들을 형성하는 추가의 평면형 소자(도시않음)를 포함한다. 상기 평면형 커버소자는 예를들어, 가열 접합, 접착제를 포함하는 다양한 수단에 의해 기판에 부착되며, 특정 기판 예를 들어, 유리 또는 반-경질 및 비-경질의 중합체 기판의 경우에는 두 개의 성분 사이의 자연 접착에 의해 부착된다. 상기 평면형 커버 소자에는 추가로 특정 스크린에 필요한 다양한 유체소자를 도입시키기 위한 접근 포트 및/또는 저장조가 제공될 수 있다.

도 1에 도시된 미량유체 시스템(100)은 채널(114,116,110)의 단부에 각각 배열되어 유체 연결되어 있는 저장조(104,106,108)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 채널(112)은 복수의 상이한 대상물질을 장치내에 유입시키는데 사용된다. 그 처럼, 상기 채널(112)은 예를 들어, 상기 채널(112) 내로 별도로 유입되고 나서 전기영동 분석을 위해 다른 채널내로 도입되는 분리된 복수의 대상물질 공급원에 유체 연결되어 있다. 상기 대상물질은 예정된(predetermined) 이온농도를 갖는 유체 슬러그영역(120)내부에서 이송된다. 상기 영역은 다양한 이온농도를 갖는 완충영역에 의해 분리되며, 상기 완충영역은 도 1에 도면부호 121로 표시되어 있다. 왈레이스 페어스 및 마이클 알. 냅에 의해 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도된 발명의 명칭이 모두 "전자피펫 및 전기영동 바이어스의 보상수단"인 1996년 6월 28일자 미국출원 번호 08/671,986호 및 1996년 12월 6일자 08/760,446호에는 슬러그의 다양한 배열 및 동전기력에 의해 대상물질을 이송하는 고저 이온농도를 갖는 완충영역이 설명되어 있다. 상기 출원들은 본 발명의 모든 목적을 위해 본원에 참조되었다.

채널(110,112,114, 및 116)을 통해 물질을 이동시키기 위해, 접지점을 포함하여 각각의 저장조에 선택가능한 전압값을 동시에 가할 수 있는 전압 제어기가 사용될 수 있다. 상기 전압 제어기는 선택가능한 전압값을 얻기 위한 계전기(relay)들과 다수의 전압 분할기(multiple voltage dividers)를 사용하여 실행된다. 이와는 달리, 다수의 독립 전압 공급원이 사용될 수 있다. 상기 전압 제어기는 각각의 저장조(104,106,108)내에 위치되거나 제조된 전극을 경유하여 각각의 저장조에 전기 접속된다. 예를들어, 램세이에게 허여되고 본 발명의 목적을 위해 참조된 국제 특허출원, 국제공개 제 WO 96/04547호 참조.

복잡성 이외에도, 미량유체 시스템내의 전압 제어와 관련하여 다른 문제점들이 있다. 도 2a에는 두 개의 저장조(132,134) 사이에 있는 예시적인 채널(130)이 도시되어 있으며, 상기 저장조는 각각 기판(128)에서 시작하는 전기 리드에 연결된 전극(133,135)과 접촉하고 있다. 상기 실시예를 좀더 구체화하기 위해, 상기 채널(130)은 두 개의 다른 채널(136,138)에 접속된 것으로 도시되어 있다. 작동상, 상기 저장조(132)는 대상물질을 함유하는 슬러그(120) 공급원이다. 상기 슬러그(120)는 싱크(sink)로서 작용하는 저장조(134)쪽으로 이동한다. 상기 채널(136,138)에는 채널(130)내에서 슬러그(120)를 분리하기 위한 완충영역(121)이 제공되어 있다.

채널(130)내의 슬러그(120)와 완충영역(121)의 상이한 저항은 이러한 샘플예에서 상징적으로 표시되는 전기회로를 형성한다. 상기 두 전극(133,135) 사이에 가해진 전압(V)은

V = IR_i

여기서, I는 두 전극(133,135) 사이의 전류(도면부호 136 및 138로 흐르는 전류는 없다고 가정)이며 R_i은 상이한 슬러그(120) 및 완충영역(121)의 저항이다.

전압 제어 시스템은 시스템의 작동과 간섭될 수 있는 다수의 인자의 영향을 받는다. 예를들어, 전극과 유체 사이의 계면에서의 접점은 문제점을 유발하는 원천이다. 전극대 유체 접점의 유효저항이 오염물, 기포, 산화물에 의해 변화할 때, 예를 들어 유체에 가해진 전압이 변화한다. 전압(V)이 전극에 설정되면, 전극상에 형성된 기포로 인한 용액과 접촉하는 전극 표면적의 감소에 의해 전극으로부터 용액으로의 저항이 증가한다. 이는 전극 사이의 전류를 감소시켜, 채널(130)내에 유도되는 전기삼투압 및 전기영동력을 차례로 감소시킨다.

다른 문제점들이 채널 전류흐름에 영향을 끼친다. 바람직하지 않은 미립자들은 채널의 횡단면을 유효하게 변경시킴으로써 채널저항에 영향을 준다. 또한, 채널저항이 변화하는 경우에 물리적 전류흐름이 변화한다.

예시적인 채널(130)에 연결된 채널(136,138)과 같은 다른 채널의 경우에, 기판(102)내의 채널의 형상에 있어서의 치수변화는 전압 제어 시스템의 작동에 심각한 영향을 끼친다. 예를들어, 채널(130,136, 및 138)에 대한 교차노드는 채널(136)의 터미널(도시않음)에 있는 저장조용 전극으로부터 X거리만큼, 그리고 채널(138)의 터미널(도시않음)에 있는 저장조용 전극으로부터 Y거리만큼 떨어져 있다. 사진 석판술 공정에 있어서 미소한 횡방향 오정렬이 발생하는 경우에, 상기 거리(X,Y)는 다른 기판상의 미량유체 시스템과 더 이상 동일하지 않다. 교차노드에서의 유체운동이 적절하게 제어될 수 있도록, 전압 제어는 기판마다 다시 교정되어야하며, 이러한 공정은 시간 소모적이고 고비용이 요구된다.

이러한 문제점들을 해소하기 위해, 본 발명은 미량유체 시스템(100)내의 전류 제어를 이용한다. 주어진 전극에서의 전류 흐름은 전극이 놓인 저장조를 연결하는 채널을 따른 이온흐름과 직접적으로 관련된다. 이는 전압 제어 시스템내에서 채널을 따른 다수의 노드에서 전압을 결정하는 요건과 대조적이다. 이와같이 미량유체 시스템(100)의 전극들에서의 전압은 미량유체 시스템(100)의 다수의 전극을 통해 흐르는 전류에 응답하여 설정된다. 전류 제어는 기판(102)상에 미량유체 시스템을 형성하는 공정에 있어서의 치수변화에 덜 민감하다. 전류제어는 복잡한 미량유체 시스템내의 대상물질 및 완충유체를 펌핑, 밸브조작, 분배, 혼합 및 농축을 위한 작업을 훨씬 더 용이하게 한다. 또한, 전류제어는 채널내의 바람직하지 않은 온도효과를 완화하는데에도 바람직하다.

물론, 전극들 사이의 이온 흐름의 직접적인 측정을 제공하는 전류 이외에도, 전력과 같이 전류와 관련된 기타 전기적 변수도 미량유체 시스템(100)용 제어를 위해 사용될 수 있다. 전력은 전극을 통과하는 전류의 간접적인 측정을 제공한다. 따라서, 전극들 사이의 물리적인 전류(및 이온흐름)는 전극들을 통과하는 전력에 의해 모니터링될 수도 있다.

전술한 전류 제어 시스템의 경우에도, 미량유체 시스템의 전극에 고전압이 가해져야 한다. 연속적이고 정밀한 고전압을 발생시킬 수 있는 고가의 전력 공급부에 대한 필요성을 제거하기 위해, 본 발명에는 시간-다중화 전력 공급부가 제공된다. 이러한 시간-다중화 전력 공급부는 하나 이상의 전극이 시간-다중화 전력 공급부에 의해 전력 공급을 받을 수 있으므로 미량유체 시스템(100)에 필요한 전력 공급부의 수를 감소시킬 수 있다.

도 3a는 동전기적 시스템에 현재 사용되는 고출력 전력 공급부의 예시적인 출력을 도시한다. 상기 출력은 두 전극 사이의 전압 250볼트에서 시간에 대해 일정하다. 이와는 대조적으로, 도 3b는 본 발명에 따라 작동하는 전력 공급부의 출력을 도시한다. 전압을 250볼트로 일정하게 유지하기 위해서, 상기 출력 전압은 1000볼트에서 1/4 듀티 싸이클로 시간-다중화된다. 평균시간동안, 시간-다중화된 전압의 출력은 상기 그래프의 수평의 점선으로 나타낸 바와 같이 250볼트이다. 상기 전압이 전술한 바와 같이 전류제어에 의해 변화되어야 한다면, 시간-다중화된 전력 공급부의 출력전압은 인가된 전압의 변화, 또는 듀티 싸이클의 변화, 또는 이들의 조합에 의해 변경될 수 있다는 점을 주목해야 한다.

전기삼투압적 유체흐름은 본원에서 설명한 치수의 채널내에서 100만분의 1초 단위로 시작 및 정지될 수 있다. 그러므로, 1메가헤르쯔 보다 낮은 전압 변조주파수는 유체의 불규칙하게 변하는 요동운동(choppy movement)을 초래한다. 이는 전기삼투압 유체의 플러그 흐름(plug flow) 특성에 기인하여 유체조절에 악영향을 끼쳐서는 않된다. 대부분의 화학적 혼합, 배양(incubating) 및 분리작업이 0.1 내지 100초 시간단위로 발생하므로, 전압 조정을 위해 훨씬 더 낮은 주파수가 허용될 수 있다. 경험적으로, 혼합 또는 피펫 에러를 1% 이하로 유지하기 위해 변조주기는 가장 짧은 스위칭 이벤트(switching event)(예를들어, 하나의 채널로부터 다른 채널로 유동을 스위칭 함)의 1% 보다 작아야 한다. 스위칭 이벤트가 0.1초인 경우에, 상기 전압 변조 주파수는 1 ㎑ 또는 그 이상이어야 한다.

도 4a는 채널(182,184, 186, 및 188)과 교차하는 채널(180)을 갖는 예시적인 미량유체 시스템을 위한 두 개의 전력 공급부(200,202)와 제어기 블록(204)을 구비한 다중화 전력 공급시스템의 블록선도이다. 상기 채널(180)은 전극(190,191)을 각각 구비한 저장조(179,181)내에서 종결된다. 채널(182)은 전극(193)을 갖는 저장조(183)에서, 채널(184)은 전극(195)을 갖는 저장조(185)에서, 채널(186)은 전극(197)을 갖는 저장조(187)에서, 그리고 채널(188)은 전극(199)을 갖는 저장조(189)에서 종결된다.

상기 전력 공급부(200,202)는 미량유체 시스템의 서로 다른 전극(190,191,193, 195,197,199)에 연결된다. 전력 공급부(200)는 3개의 전극(190,193,195)에, 전력 공급부(202)는 나머지 3개의 전극(191,197,199)에 접속된다. 상기 제어기 블록(204)은 전력 공급부(200,202)에 그들의 작동을 조절하기 위해 각각 접속된다. 예를 들어, 채널(182,184,186,188)을 통한 유체운동을 제어하기 위해서, 상기 전극(190,191,193,195,197,199)의 전압은 적절히 시간에 맞추어 조정되어야 한다. 상기 전극의 전압은, 전술한 바와 같이 예를 들어 제어기 블록(204)이 전력 공급부(200,202)를 제어하고 있을 때, 전류흐름에 응답하여 변화한다.

각각의 전력 공급부(200,202)는 도 4b에 도시된 유닛으로 구성된다. 제어 유닛(212)은 제어기 블록(204)으로부터의 제어신호를 수신하여 스위칭 유닛(214)의 작동을 제어한다. 전력 공급 유닛(216)에 접속된 스위칭 유닛(214)은 전력 공급 유닛(216)과 접속 전극과의 연결을 형성하거나 차단한다. 환언하면, 상기 스위칭 유닛(214)은 접속된 전극들 사이에서 각각에 대해 전력 공급 유닛(216)으로부터의 전력을 시간 다중화시킨다. 상기 전력 공급 유닛(216)은 전력 공급 유닛(216)으로부터 스위칭 유닛(214)으로의 출력 변화를 감시하는 제어 유닛(212)에 접속된다. 다른 실시예에서, 전력 공급 유닛(216)이 일정한 전압을 공급하고 전극에 대한 평균전압이 스위칭 유닛(214)을 통한 접속 듀티 싸이클을 변화시킴으로써 변경된다면, 제어 유닛(212)에 대한 이러한 접속은 더 이상 필요하지 않다.

도 6a는 도 4b의 전력 공급 유닛(216)처럼 사용될 수 있는 전력 공급부의 블록선도이다. 이와는 달리, 시간-다중화가 필요치 않다면 도시된 전력 공급부는 미량유체 시스템의 전극에 직접 접속될 수 있다. 상기 전력 공급부는 전극 또는 공급부에 안정한 전압을, 또한 싱크에 안정한 전류를 공급할 수 있다.

상기 전력 공급부는, 출력 터미널(241)에서 수백 볼트로 점차 증가될, -5 내지 +5 범위의 제어가능한 기준전압이 공급되는 입력측 터미널(240)을 가진다. 상기 입력측 터미널(240)은 저항(227)을 통해 입력 연산증폭기(230)의 음의 입력측 터미널에 접속된다. 연산증폭기(230)의 양의 입력측 터미널은 접지되고 출력측 터미널은 직렬로 접속된 피이드백 커패시터(220) 및 저항(228)을 통해 음의 입력측 터미널에 다시 접속된다. 출력측 터미널은 DC-DC 변환기(231)의 입력측 터미널에도 접속된다. 제 2 입력측 터미널은 접지된다. 상기 연산증폭기(230)로부터 받은 전압을 증가시키는 상기 변환기(231)의 출력측은 전력 공급부 출력측 터미널(241)에 접속된다. 상기 변환기(231)의 제 2 출력측 터미널은 저항(222)을 통해 접지된다.

상기 전력 공급부의 출력측 터미널(241)도 전압 분할회로를 형성하는 두 개의 직렬 연결된 저항(221,223)을 통해 접지되도록 접속된다. 두 저항(221,223) 사이의 노드는 전류/전압 모드 스위치(234)의 제 1 입력측 터미널에 접속된다. 상기 노드는 또한 저항(225)을 통해 피이드백 연산증폭기(232)의 음의 입력측 터미널에 접속된다. 상기 음의 입력측 터미널은 또한 저항(224)을 통해 상기 변환기(231)의 출력측 터미널에, 그리고 피이드백 저항(229)을 통해 상기 연산증폭기(232)의 출력측 터미널에 접속된다. 상기 연산증폭기(232)의 출력측 터미널은 상기 스위치(234)의 제 2 입력측 터미널에도 접속되며, 상기 스위치(234)는 저항(229)을 통해 입력측 연산증폭기(230)의 음의 입력측 터미널에 접속되는 출력측 터미널을 가진다.

상기 스위치(234)는 제어 터미널(242)상의 신호에 응답한다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 상기 스위치(234)는 그것의 입력측 터미널을 피이드백 연산증폭기(232)의 출력측 터미널 또는 두 개의 저항(221,223) 사이의 전압 분할 노드에 연결한다. 상기 접속은 전력 공급회로가 전압모드(전압 분할 노드에 접속) 또는 전류모드(피이드백 연산증폭기(232)의 출력측에 접속)로 작동할 것인가의 여부를 결정한다. 상기 저항(221)은 약 15㏁으로 매우 크므로, 전원 공급부가 작동될 때 출력측 터미널(241)상의 전압이 용이하게 피이드백(feedback)되게 한다.

도 6a회로는 상이한 작용 블록으로 분리될 수 있다. 상기 연산증폭기(230), 저항(227-229) 및 커패시터(220)는 혼합 블록의 일부이다. 상기 혼합 블록은 입력측 터미널(240)에서 전력 공급부가 이 전압 주위에서 작동되는 제어가능한 기준전압(V_ref)과 피이드백 전압을 수신하고, 그리고 DC-DC변환기(231)용의 출력전압으로서 기준전압(V_ref) 및 피이드백 전압의 조합전압(이에 대해서는 후술함)을 발생시킨다. 도 6b에 전압 증폭기로서 도시된 변환기(231)는 연산증폭기(230)로부터의 전압을 간단하게 증폭한다. 상기 전압 증폭기의 하나의 출력측 터미널은 저항(221)의 한 터미널과 출력측 터미널(241)에 접속된다. 전압 증폭기의 다른 출력측은 저항(222)을 통해 접지에 접속된다. 상기 저항(221-223)은 저항(224-226) 및 연산증폭기(232)를 갖는 피이드백 블록의 일부로서 간주된다. 상기 스위치(234)도 피이드백 블록의 일부이고, 전술한 바와 같이 혼합 블록의 제 2 입력측 터미널에 접속된다.

작용 관점에서, 상기 혼합 블록은 저항(227-229)을 갖는 가산증폭기로서 접속된 연산증폭기(230)를 가진다. 연산증폭기(230)의 피이드백 루프내에 커패시터(220)를 구비한 경우에, 연산증폭기(230)의 출력측 전압은 기준전압(V_ref) 및 스위치(234)로부터의 피이드백 전압의 합(또는 차)을 시간에 대해 적분한 전압값이다. 물론, 상기 기준전압(V_ref)과 피이드백 전압은 상기 저항(227,229)의 값으로 선택적으로 가중될 수 있다. 상기 커패시터(220)와 연산증폭기(230)는 전력 공급부로부터의 고주파수 요동(잡음)을 제거하기 위한 필터로서 작용한다.

상기 연산증폭기(230)로부터의 출력측 신호는 조절될 수 있는데, 예를 들어 추가적 소자(도시않음)에 의해 정류 또는 완충될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 이해를 목적으로, DC-DC변환기(231)에 의해 수신된 전압(V_IN)은 연산증폭기(230)의 출력측 전압과 동일한 것으로 간주될 수 있다. 도 6b에 도시한 바와 같이, V_IN는 이득 인자(A)만큼 증폭되고, 증폭된 전압(AV_IN)이 출력측 터미널(241)상에 발생된다.

상기 피이드백 블록은 출력측 터미널(241)과 접지 사이에 접속된 저항(221,223)에 의해 형성된 전압 분할 회로를 가진다. 상기 저항(221,223) 사이에 있는 노드에서의 전압은 출력측 터미널(241)에서의 전압에 정비례한다. 상기 제어 터미널(242)상의 신호에 응답하는 스위치(234)가 전압 피이드백 모드를 선택하면, 상기 노드 전압은 혼합 블록 및 연산 증폭기(230)에 다시 직접 공급된다. 상기 부성 피이드백은 터미널(241)에서의 출력을 안정화한다. 예를들어, 터미널(241)에서의 전압이 높다면, 피이드백 전압도 높다. 이는 차례로, 출력 터미널(241)에서의 고전압을 보정하도록 연산증폭기(230)의 출력 전압을 떨어뜨린다. 출력 터미널(241)에서의 전압을 모니터링하기 위해, 상기 노드가 단순한 버퍼로서 구성된 연산증폭기(241)에 또한 연결되어, 피이드백 전압을 모니터링 회로(도시 않음)로 보낸다.

피이드백 블록은 연산증폭기(232) 및 상기 연산증폭기(232)를 가산 증폭기로서 구성하도록 연결된 저항(224-226)을 가진다. 가산 증폭기로의 하나의 입력이, 즉 제 2 입력이 저항(221,223) 사이의 노드에 연결된다. 상기 제 2 입력은 접지에 연결된 저항(222)과 DC-DC변환기(231)의 제 2 출력측 터미널 사이의 노드에 연결된다. 상기 가산 증폭기는 직렬 연결된 저항(221,223)을 통과하는 전류의 양과 상기 변환기(231)를 통과하는 전류의 양(저항(222,224)을 통과하는 총 전류의 양) 사이의 차이값을 측정한다. 사실상, 상기 가산 증폭기는 출력측 터미널(241)을 통해 전달되는 전류의 양을 측정한다. 따라서, 상기 스위치(234)가 전류 피이드백 모드로 설정되면, 가산 증폭기로서 작용하는 연산증폭기(232)로부터의 출력이 혼합 블록으로 보내지고 전력 공급 회로는 전력 공급 터미널(241)을 통해 미량유체 시스템의 연결 전극으로 전달되는 전류의 양에 대해 안정화된다.

가산 증폭기의 출력도 간단한 버퍼로서 구성된 연산증폭기(250)에 연결되어 모니터링 회로(도시않음)로 출력전압을 보낸다. 연산증폭기(250,251)들의 출력으로부터, 상기 모니터링 회로는 출력측 터미널(241)에서의 전압과 상기 터미널을 통과하는 전류를 측정한다. 이는 모니터링 회로가 전력 공급회로에 의해 공급되는 전력의 양을 결정하고 조절할 수 있게 한다.

전술한 전력 공급부가 가변 공급원으로서 작용할 수 있음으로써, 미량유체 시스템의 미세 채널을 통한 유체흐름의 방향이 전기적으로 변화될 수 있다. 모든 전극이 하나 이상의 전술한 전력 공급부에 연결된다면, 상기 미량유체 시스템의 작동은 훨씬 개선될 수 있으며 미량유체 시스템의 채널 네트워크를 통과하는 유체의 요구되는 운동은 훨씬 더 융통성을 가질 수 있다.

전류 제어 시스템으로서의 작동에도 불구하고, 미량유체 시스템내의 노드에서 전압을 결정해야 할 필요성이 종종 있다. 본 발명은 또한 그러한 전압을 모니터링하기 위한 수단을 제공한다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 전기 리드(160)가 미량유체 시스템내의 요구되는 노드(173) 근처에 있는 기판(178)표면상에 형성된다. 상기 노드(173)는 각 단부에 저장조(169,171)를 갖는 채널(170)과 채널(172,174)의 교점에 있다. 상기 채널(174)의 말단부는 저장조(175)를 가지는 반면에, 상기 채널(172)의 말단부(및 저장조)는 도시하지 않았다.

상기 리드(160)는 전도체 금속, 또는 금속합금, 바람직하게는 집적회로에 사용되는 크롬상의 금 또는 티타늄상의 백금과 같은 귀금속 합금을 증착시켜서 형성된다. 반도체 사진석판술을 사용하는 경우에, 상기 리드(160)는 1㎛ 이하의 폭으로 형성될 수 있다. 전기분해를 방지하기 위해, 채널(170)내의 리드를 가로지르는 전압이 항상 1볼트 이하, 바람직하게는 0.1볼트 이하가 되도록 상기 채널(170)내의 리드의 폭은 충분히 좁아야 한다.

미량유체 시스템에서 사용되는 전압은 높다. 상기 리드(160)를 통하여 채널 노드(173)에서의 전압을 직접 측정하는 전압계는 이와 같은 고전압을 측정할 수 있도록 매우 높은 입력측 임피던스를 가져야 한다. 이러한 전압계는 고가이다. 게다가, 미량유체 시스템 기판의 취급시 오염 가능성을 증가시킨다. 그러한 오염은 미량유체 시스템 채널내의 동전기력의 적절한 작동에 필요한 전압(및 전기장)에 심각한 영향을 끼칠 수 있다.

이러한 문제점과 비용을 제거하기 위해서, 상기 리드(160)는 기판(178) 표면상에 형성된 전압 분할 회로(163)에 연결된다. 상기 전압 분할 회로(163)의 출력은 전도체 출력리드(161)에 의해 운반된다. 상기 회로(163)는 전도체 리드(162)에 의해 기준전압에 연결된다.

도 5b에 보다 상세히 도시된 전압 분할회로(163)는 전압 분할회로로서 연결된 저항(165,166)을 가지며 표준 반도체 제작기술을 사용하여 형성된다. 상기 리드(160)는 도핑되지 않거나 또는 약간 도핑된 폴리실리콘 또는 알루미나와 같은 선형 패턴의 고-저항 재료의 한 단부인 회로(163)의 입력측 터미널에 연결된다. 상기 선형 패턴의 타단부는 기판(178)상에 형성되고 외부 기준전압에 연결되는 기준리드(162)에, 예컨대 접지에 연결된다. 설명할 목적으로 도시한 바와 같이, 리드(160)의 전압은 10-대-1 비율로 분할된다. 상기 선형 패턴은 저항(165)과 저항(166)으로 분할된다. 상기 저항(165)은 저항(166)보다 9배 많은 루프를 가진다. 즉, 상기 저항(165)의 저항값은 저항(166)의 저항값 보다 9배 크다. 물론, 다른 비율, 예를 들어 1000:1의 비율이 사용될 수 있다. 상기 저항(165,166) 사이에 연결된 출력 리드(161)는 전압계에 의해 저전압을 판독하기 위한 외부 접점에 인입되어 있다. 그런 다음, 상기 커버판이 리드(160-162), 상기 전압 분할 회로(163), 및 기판 표면을 오염으로부터 보호한다.

전술한 발명이 명료한 이해를 위해 약간 상세하게 설명하였지만, 본 기술분야의 숙련자들은 전술한 설명으로부터 형태 및 세부사항에 있어서의 다양한 변화가 본 발명의 진정한 사상으로부터 이탈함이 없이 형성될 수 있다고 명확히 이해할 수 있다. 본 출원에 참조된 모든 공보 및 특허는 비록 각각의 공보 또는 특허들이 별도로 인용했다 하더라도 모든 목적을 위해 동일한 범주로 총체적으로 조합될 수 있다.

Claims (41)

1. 복수의 상호연결된 모세관 채널과, 그리고 상기 모세관 채널을 통해 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 형성하기 위해 상기 모세관 채널들의 상이한 노드들에 위치한 복수의 전극을 갖는 미량유체 시스템의 사용방법에 있어서,

   상기 시스템내의 다른 전극들과 관련하여 상기 전극들 중 셋 이상의 전극에 동시에 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 시스템의 복수의 채널의 하나 이상의 교차점내로 그리고 그 교차점을 통해 물질을 이동시키도록 상기 전압이 상기 셋 이상의 전극 중 둘 이상의 전극에서의 전류에 응답하는 미량유체 시스템의 사용방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미량유체 시스템은 3개 보다 많은 전극을 갖는 미량유체 시스템의 사용방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전압 인가단계는 상기 전류가 실질적으로 일정하도록 상기 전압들을 제어하는 단계를 포함하는 미량유체 시스템의 사용방법.
4. 복수의 모세관 채널과, 그리고 상기 모세관 채널을 통해 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 형성하기 위해 상기 모세관 채널들의 상이한 노드들에 위치하는 복수의 전극을 갖는 미량유체 시스템의 작동 방법으로서,

   전극들 사이에서 물질을 이동시키도록 상기 미량유체 시스템내에 있는 전극들 사이의 전기적 변수의 인가를 시간-다중화하는 단계를 포함하는 미량유체 시스템의 작동 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 미량유체 시스템내에 있는 전극들 사이의 전기적 변수의 일정한 인가에 상응하게 상기 물질들이 이동되도록 상기 전기적 변수의 인가를 제어하는 미량유체 시스템의 작동 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 전기적 변수가 인가되는 시간의 백분율을 변화시킴으로써 상기 전기적 변수의 인가를 제어하는 미량유체 시스템의 작동 방법.
7. 제 4항에 있어서, 상기 전기적 변수가 전압을 포함하는 미량유체 시스템의 작동 방법.
8. 제 4항에 있어서, 상기 전기적 변수는 전류를 포함하는 미량유체 시스템의 작동 방법.
9. 제 4항에 있어서, 상기 전기적 변수는 전력을 포함하는 미량유체 시스템의 작동 방법.
10. 미량유체 시스템으로서,

    상호연결된 복수의 모세관 채널을 갖고 있는 기판;

    상기 모세관 채널을 통해 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 형성하기 위해 모세관 채널들의 상이한 노드들에 있는 복수의 전극; 및

    상기 전극들 중 하나 이상에 연결된 전력 공급부를 포함하며;

    상기 전력 공급부는,

    제어가능한 기준전압을 수신하기 위한 제 1 입력측 터미널과, 제 2 입력측 터미널 및, 출력측 터미널을 갖는 혼합 블록;

    상기 혼합 블록의 출력측 터미널에 연결되는 전압 증폭기로서, 상기 하나 이상의 전극에 연결된 제 1 출력측 터미널 및 제 2 출력측 터미널을 갖는 전압 증폭기; 및

    상기 전압 증폭기의 제 1 출력측 터미널에 연결되는 피이드백 블록으로서, 상기 전력 공급부를 안정시키기 위한 부성 피이드백이 제공되도록 상기 혼합 블록의 제 2 입력측 터미널에 연결되는 출력측 터미널을 갖는 피이드백 블록을 더 포함하는 미량유체 시스템.
11. 제 10항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 전압 분할회로를 통해 상기 제 1 출력측 터미널에 연결되는 미량유체 시스템.
12. 제 11항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 상기 제 1 출력측 터미널의 전압에 응답하여 상기 혼합블록에 피이드백을 제공하는 미량유체 시스템.
13. 제 11항에 있어서, 상기 피이드백 블록이 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 전류의 양에 응답하여 출력측 전압을 발생시키도록 상기 피이드백 블록은 상기 전압 증폭기의 제 2 출력측 터미널에 연결되며, 상기 피이드백 블록은 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 상기 전류의 양에 응답하여 상기 혼합 블록에 피이드백을 제공하는 미량유체 시스템.
14. 제 13항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 상기 전압 분할회로에 연결된 제 1 입력측 및 상기 전압 증폭기의 제 2 출력측 터미널에 연결된 제 2 입력측을 갖는 가산 증폭기를 가지며, 상기 가산 증폭기는 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 전류의 양에 응답하여 상기 출력측 전압을 발생시키는 미량유체 시스템.
15. 제 11항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 상기 전압 증폭기의 상기 제 2 출력측 터미널에 연결되며, 상기 피이드백 블록은 상기 제 1 출력측 터미널의 전압에 응답하여 제 1 피이드백 전압을 발생시키고 그리고 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 전류의 양에 응답하는 제 2 피이드백 전압을 발생시키며, 상기 피이드백 블록은 전력 공급부가 전압 또는 전류 피이드백에 의해 선택가능하게 안정화될 수 있도록 제어신호에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 피이드백 전압을 상기 혼합 블록으로 통과시키는 스위치를 갖는 미량유체 시스템.
16. 제 15항에 있어서, 상기 피이드백 블록에 연결된 제 1 및 제 2 버퍼를 더 포함하며, 상기 제 1 버퍼는 상기 제 1 피이드백 전압을 송신하고 상기 제 2 버퍼는 상기 제 2 피이드백 전압을 송신하여 상기 제 1 및 제 2 피이드백 전압이 모니터될 수 있게 하는 미량유체 시스템.
17. 제 10항에 있어서, 상기 혼합 블록은 가산 증폭기로서 연결된 연산 증폭기를 포함하는 미량유체 시스템.
18. 제 17항에 있어서, 상기 연산 증폭기는 적분기로서도 연결되는 미량유체 시스템.
19. 미량유체 시스템의 하나 이상의 전극에 연결하기 위한 전력 공급부로서,

    제어가능한 기준전압을 수신하기 위한 제 1 입력측 터미널과, 제 2 입력측 터미널 및, 출력측 터미널을 갖는 혼합 블록과,

    상기 혼합 블록의 출력측 터미널에 연결되는 전압 증폭기로서, 상기 하나 이상의 전극에 연결된 제 1 출력측 터미널 및 제 2 출력측 터미널을 갖는 전압 증폭기와, 그리고

    상기 전압증폭기의 제 1 및 제 2 출력측 터미널과 상기 혼합 블록의 제 2 입력측 터미널에 연결되며, 상기 제 1 출력측 터미널의 전압에 응답하여 제 1 피이드백 전압을 발생시키고 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 전류의 양에 응답하여 제 2 피이드백 전압을 발생시키며, 상기 전력 공급부의 전압 또는 전류가 부성 피이드백에 의해 선택가능하게 안정되도록 제어신호에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 피이드백 전압을 상기 혼합 블록으로 통과시키기 위한 스위치를 갖는 피이드백 블록을 포함하는 전력 공급부.
20. 제 19항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 전압 분할 회로를 통해 상기 전압 증폭기의 상기 제 1 출력측 터미널에 연결되는 전력 공급부.
21. 제 19항에 있어서, 상기 피이드백 블록이 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 전류의 양에 응답하여 출력전압을 발생시키도록, 상기 피이드백 블록은 상기 전압 증폭기의 상기 제 2 출력측 터미널에 연결되는 전력 공급부.
22. 제 19항에 있어서, 상기 피이드백 블록에 연결된 제 1 및 제 2 버퍼를 더 포함하며, 상기 제 1 버퍼는 상기 제 1 피이드백 전압을 송신하고 상기 제 2 버퍼는 상기 제 2 피이드백 전압을 송신하여 상기 제 1 및 제 2 피이드백 전압이 모니터될 수 있는 전력 공급부.
23. 제 21항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 상기 전압 분할 회로에 연결되는 제 1 입력부 및 상기 전압 증폭기의 상기 제 2 출력측 터미널에 연결되는 제 2 입력부를 가진 가산 증폭기를 구비하고, 상기 가산 증폭기는 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 상기 전류의 양에 응답하여 상기 출력측 전압을 발생시키는 전력 공급부.
24. 제 19항에 있어서, 상기 혼합 블록은 가산 증폭기로서 연결된 연산 증폭기를 포함하는 전력 공급부.
25. 제 24항에 있어서, 상기 연산 증폭기는 적분기로서도 연결되는 전력 공급부.
26. 미량유체 시스템으로서,

    상호연결된 복수의 모세관 채널을 갖고 있는 기판과,

    상기 모세관 채널을 통해 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 형성하기 위해 모세관 채널들의 상이한 노드들에 있는 복수의 전극과, 그리고

    상기 각각의 전극에 연결되며, 공급원 또는 싱크로서의 선택된 전류량 또는 선택된 전압을 상기 연결된 전극에 선택적으로 각각 공급할 수 있는 복수의 전력 공급부를 포함하는 미량유체 시스템.
27. 미량유체 시스템으로서,

    다수의 채널들 및 상기 채널들과 관련된 다수의 전극들을 가지는 기판과, 상기 다수의 전극에 작동 연결되고 상기 다수의 전극에서의 전류 흐름의 측정에 응답하여 상기 다수의 전극에서의 전압을 제어하는 하나 이상의 가변 전압 제어부를 포함하는 미량유체 시스템.
28. 미량유체 시스템으로서,

    대상 물질이 동전기적으로 이송되는 하나 이상의 채널을 갖는 기판과, 제어될 수 있고 시간에 따라 변화되는 전기적 변수를 상기 채널들과 관련된 전극들 사이에 인가하는 시간-다중화 수단을 포함하며, 상기 전기적 변수가 전압을 포함하는 미량유체 시스템.
29. 미량유체 시스템으로서,

    대상 물질이 동전기적으로 이송되는 하나 이상의 채널을 갖는 기판과, 제어될 수 있고 시간에 따라 변화되는 전기적 변수를 상기 채널들과 관련된 전극들 사이에 인가하는 시간-다중화 수단을 포함하며, 상기 전기적 변수가 전류를 포함하는 미량유체 시스템.
30. 미량유체 시스템으로서,

    대상 물질이 동전기적으로 이송되는 하나 이상의 채널을 갖는 기판과, 제어될 수 있고 시간에 따라 변화되는 전기적 변수를 상기 채널들과 관련된 전극들 사이에 인가하는 시간-다중화 수단을 포함하며, 상기 전기적 변수가 전력을 포함하는 미량유체 시스템.
31. 복수의 채널 및 상기 채널과 관련된 복수의 전극을 가지는 절연 기판과, 상기 다수의 전극에 작동 연결되고 상기 다수의 전극에서의 전류 흐름의 측정에 응답하여 상기 다수의 전극에서의 전압을 제어하는 하나 이상의 가변 전압 제어부를 포함하며,

    상기 전극들에 전압을 인가하는 것은 상기 채널들내에 전기장을 생성하며, 상기 기판상의 하나 이상의 전도체 리드가 모세관 채널 위치까지 연장하여 상기 채널 위치에서의 전기적 변수가 결정되는 미량유체 시스템.
32. 제 31항에 있어서, 상기 전도체 리드는, 상기 채널위치에서 상기 전도체 리드를 가로질러 1볼트 이하의 전압이 생성될 정도로 충분히 작은 폭을 가지는 미량유체 시스템.
33. 절연 기판을 포함하는 미량유체 시스템으로서,

    상기 절연 기판은,

    상호연결된 복수의 모세관 채널,

    상기 모세관 채널을 통과하는 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 형성시키기 위하여 모세관 채널들의 상이한 노드들에 위치하는 복수의 전극,

    상기 전극들 중 하나 이상에 연결되며, 기준 전압을 수신하기 위한 제 1 입력측 터미널과, 제 2 입력측 터미널 및, 출력측 터미널을 갖는 혼합 블록을 구비한 전력 공급부,

    상기 혼합 블록의 출력측 터미널에 연결되며, 하나 이상의 상기 전극에 연결된 제 1 출력 터미널 및 제 2 출력 터미널을 구비하는 전압 증폭기, 및

    상기 전압 증폭기의 제 1 출력 터미널에 연결되며, 부성 피이드백이 제공되어 상기 전력 공급부를 안정화시키도록 상기 혼합 블록의 상기 제 2 입력측 터미널에 연결되는 출력측 터미널을 구비한 피이드백 블록을 포함하는 미량유체 시스템.
34. 제 33항에 있어서, 상기 피이드백 블록은 상기 전압 증폭기의 상기 제 2 출력측 터미널에도 연결되어 있으며,

    상기 피이드백 블록은 상기 제 1 출력측 터미널의 전압에 응답하여 제 1 피이드백 전압을 발생시키고 그리고 상기 제 1 출력측 터미널을 통해 공급되거나 줄어드는 전류의 양에 응답하여 제 2 피이드백 전압을 발생시키며,

    상기 피이드백 블록은, 상기 전력 공급부가 전압 또는 전류 피이드백에 의해 선택가능하게 안정화되도록, 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 또는 제 2 피이드백 전압을 상기 혼합 블록으로 통과시키기 위한 스위치를 구비하는 미량유체 시스템.
35. 기판을 포함하는 미량유체 시스템으로서,

    상기 기판은,

    상호연결된 복수의 모세관 채널,

    상기 모세관 채널을 통과하는 유체내의 물질을 동전기적으로 이동시키도록 상기 모세관 채널내에 전기장을 발생시키기 위해 모세관 채널들의 상이한 노드들에 위치하는 복수의 전극, 및

    상기 각각의 전극에 각각 연결되며, 선택된 전류의 양 또는 선택된 전압을 상기 전극에 선택적으로 각각 공급할 수 있는 복수의 전력 공급부를 포함하는 미량유체 시스템.
36. 미량유체 시스템으로서,

    내부에서 대상물질이 동전기적으로 이송되는 둘 이상의 상호교차하는 채널을 갖는 기판과, 전류를 측정하기 위한 수단, 및 둘 이상의 전극에서 상기 전류 측정 수단에 의해 측정된 전류에 응답하여 채널과 관련된 셋 이상의 전극들 사이에 전압을 인가하기 위한 수단을 포함하며, 상기 기판은 서로간에 항상 유체 연통가능하게 상호연결되는 복수의 채널 및 관련 전극들을 가지며, 상기 대상물질은 상기 전극들에서의 전류에 응답하여 예정된 전극에 전압을 인가함으로써 상기 채널의 하나 또는 그 이상의 채널을 결합한 예정된 경로를 따라 이동되는 미량유체 시스템.
37. 내부에서 대상물질이 동전기적으로 이송되는 둘 이상의 상호교차하는 채널들을 갖는 기판, 및 제어되고 시간에 따라 변화되는 전기적 변수를 상기 채널과 관련된 3개 이상의 전극들 사이에 동시에 인가하기 위한 수단을 포함하는 미량유체 시스템.
38. 제 37항에 있어서, 상기 전기적 변수가 전압을 포함하는 미량유체 시스템.
39. 제 37항에 있어서, 상기 전기적 변수가 전류를 포함하는 미량유체 시스템.
40. 제 37항에 있어서, 상기 전기적 변수가 전력을 포함하는 미량유체 시스템.
41. 제 31항에 있어서, 상기 전도체 리드는, 상기 채널위치에서 상기 전도체 리드를 가로질러 0.1볼트 이하의 전압이 생성될 정도로 충분히 작은 폭을 가지는 미량유체 시스템.