KR102572486B1 - 개방 공간형의 액체 조작 장치 - Google Patents

개방 공간형의 액체 조작 장치 Download PDF

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Abstract

개방 공간형 액체 조작 장치에 있어서, 액체, 특히 액적을 효율적으로 분리 가능하게 한다. 본 발명의 개방 공간형 액체 조작 장치는, 기판(1, 11, 21)과, 이 기판(1, 11, 21)의 표면(1b, 11b, 21b) 상에 배치되는 적어도 3 개의 전극(2, 12, 13, 22, 23)과, 적어도 3 개의 전극(2, 12, 13, 22, 23)을 덮도록 기판(1, 11, 21)의 표면(1b, 11b, 21b) 상에 배치되는 절연막(3, 14, 24)을 갖고, 절연막(3, 14, 24)의 표면(3b, 14b, 24b)으로부터 절연막(3, 14, 24)의 이면(3a, 14a, 24a)을 향하는 방향으로 오목한 홈(4, 15, 25)이 형성되고, 홈(4, 15, 25)이 상기 적어도 3 개의 전극에 걸쳐서 연장되어 있으며, 전극(2, 12, 13, 22, 23)에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 발생하는 정전기력의 변화를 이용하여 액체(L)가 절연막(3, 14, 24)의 표면(3b, 14b, 24b) 상에서 제어된다.

Description

개방 공간형의 액체 조작 장치
본 발명은 정전기력을 이용하여 액체를 조작하도록 구성되는 개방 공간형의 액체 조작 장치에 관한 것이다.
바이오, 의료, 신약 개발, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 등과 같은 다양한 기술 분야에 있어서, 액체, 특히, 액적을 정전기력에 의해 조작하는 EWOD(Electro Wetting On Dielectric)가 주목받아 오고 있다. 특히, 바이오, 의료, 및 신약 개발의 기술 분야에 있어서, EWOD는 희소한 시약, 위험한 약품 등을 취급하는 기술로서 기대되고 있다. 이와 같은 EWOD를 이용한 장치(액체 조작 장치)는 개방 공간형 및 폐쇄 공간형의 2개로 분류될 경우가 있다.
개방 공간형의 액체 조작 장치는, 전형적으로, 기판과, 이 기판의 표면 상에 배치되는 복수의 전극과, 기판의 표면 상에서 복수의 전극을 덮도록 배치되는 이면, 및 이 이면에 대향하는 표면을 갖는 절연막을 포함하고, 절연막의 표면이 외부에 개방되어 있고, 전극에의 전압 인가에 근거해서 얻어지는 정전기력을 변화시킴으로써, 절연막의 표면 상에서 액적을 조작하도록 되어 있다.(예를 들면, 비특허문헌 1을 참조.)
폐쇄 공간형의 액체 조작 장치는, 전형적으로, 기판과, 이 기판의 표면 상에 배치되는 복수의 제어 전극과, 기판의 표면 상에서 복수의 제어 전극을 덮도록 배치되는 이면 및 이 이면에 대향하는 표면을 갖는 제 1 절연막과, 이 제 1 절연막의 표면에 대하여 간격을 두고 배치되는 표면 및 이 표면에 대향하는 이면을 갖는 제 2 절연막과, 복수의 제어 전극에 대응하도록 제 2 절연막의 이면에 배치되는 접지 전극을 포함하고 있고, 복수의 제어 전극에의 전압 인가에 근거해서 얻어지는 정전기력을 변화시킴으로써, 제 1 및 제 2 절연막 사이의 폐쇄 공간 내에서 액적을 조작하도록 되어 있다.
이와 같은 개방 공간형 및 폐쇄 공간형의 액체 조작 장치의 양방에 있어서, 액적의 제어 성능을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 특히, 액적을 분리하는 제어를 행하는 것은 어렵고, 이 것은 액적의 제어 성능을 향상시키는데 있어서 문제가 되고 있다.
이와 같은 문제에 대하여, 폐쇄 공간형의 액체 조작 장치에 있어서는, 복수의 제어 전극 중 인접하는 제어 전극의 일방에 전압을 인가함과 아울러 그 타방에 전압을 인가하지 않도록 복수의 제어 전극을 제어함으로써, 제 1 및 제 2 절연막 사이의 폐쇄 공간 내에서 액적을 분리할 수 있는 것이 보고되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 2~비특허문헌 5를 참조.)
Hyojin Ko, 외 7명, "Active Digital Microfluidic Paper Chips with Inkjet-Printed Patterned Electrodes", ADVANCED MATERIALS, Volume 26, Issue 15, 2014년 4월 16일, p. 2335-2340 Michael George Pollack, "ELECTROWETTING-BASED MICRO ACTUATION OF DROPLETS FOR DIGITAL MICROFLUIDICS", Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in the Department of Electrical and Computer Engineering in the Graduate School of Duke University, 2001년 Sung Kwon Cho, 외 2명, "Creating, Transporting, Cutting, and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits", JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, VOL. 12, NO. 1, 2003년 2월 H.-W. LU, 외 3명, "A Diffuse Interface Model for Electrowetting Droplets In a Hele-Shaw Cell", Journal of Fluid Mechanics, Volume 590, 2007년 11월 10일, p. 411-435 N. Y. Jagath B. Nikapitiya, 외 2명, "Accurate, consistent, and fast droplet splitting and dispensingin electrowetting on di electric digital microfluidics", Micro and Nano Systems Letters 2017 5:24, 2017년 6월 16일
개방 공간형의 액체 조작 장치는, 특히, 액적의 도입 및 인출, 제조 효율, 제조 비용 등의 관점에 있어서, 폐쇄 공간형의 액체 조작 장치보다 우수하므로, 액적의 제어 성능을 향상시키는 것이 기대되고 있다. 그러나, 개방 공간형의 액체 조작 장치로 조작되는 액적에 있어서는, 기액 계면 또는 액액 계면이 고액 계면보다 크므로, 표면 장력이 지배적이게 되어 있다. 그 때문에, 개방 공간형의 액체 조작 장치에 있어서는, 표면 장력의 영향에 기인해서, 액적을 분리하는 제어를 실현하는 것이 곤란하게 되어 있다.
이와 같은 실정을 감안하면, 개방 공간형의 액체 조작 장치에 있어서, 액체, 특히, 액적을 효율적으로 분리 가능하게 하는 것이 기대된다. 나아가서는, 개방 공간형의 액체 조작 장치에 있어서, 액체, 특히, 액적의 제어 성능을 향상시키는 것이 기대된다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치는, 기판과, 상기 기판의 표면 상에 배치되는 적어도 3개의 전극과, 상기 적어도 3개의 전극을 덮도록 상기 기판의 표면 상에 배치되는 절연막을 구비하고, 상기 절연막이, 상기 기판의 표면을 향하는 이면과, 상기 절연막의 이면에 대하여 상기 절연막의 두께 방향의 반대측에 위치하는 표면을 갖고, 상기 절연막의 표면이 외부에 개방되어 있고, 상기 적어도 3개의 전극에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 발생하는 정전기력의 변화를 이용하여, 액체를 상기 절연막의 표면 상에서 제어할 수 있도록 구성되는 개방 공간형의 액체 조작 장치로서, 상기 절연막의 표면으로부터 상기 절연막의 이면을 향하는 방향으로 오목한 홈이 형성되고, 상기 홈이 상기 적어도 3개의 전극에 걸쳐서 연장되고 있다.
일형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치에 있어서는, 액체, 특히, 액적을 효율적으로 분리할 수 있다. 나아가서는, 액체, 특히, 액적의 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 분리하기 전의 상태에서 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 분리한 후의 상태에서 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 분리한 후의 상태에서 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 액적을 분리하기 전의 상태에서 개략적으로 나타내는 도 4의 B-B선 단면도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 분리한 후의 상태에서 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 액적을 분리하기 전의 상태에서 개략적으로 나타내는 도 6의 C-C선 단면도이다.
도 8은 제 2 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 분리하기 전의 상태에서 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 제 2 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 서로 동등한 분량을 갖는 2개의 분리 부분으로 분리한 후의 상태에서 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 10은 제 2 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 서로 동등한 분량을 갖는 3개의 분리 부분으로 분리한 후의 상태에서 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 11은 제 2 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치를, 액적을 서로 다른 분량을 갖는 2개의 분리 부분으로 분리한 후의 상태에서 개략적으로 나타내는 평면도이다.
제 1~제 3 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치에 대하여 설명한다. 또한, 본원 명세서에 있어서, 「필름」은 약 200㎛(마이크로미터) 이하의 두께를 갖는 막 형상물체를 가리키고, 또한, 「시트」는 약 200㎛를 초과하는 두께를 갖는 막 형상물체를 가리키는 것으로 한다.
「제 1 실시형태」
제 1 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치에 대하여 설명한다.
「액체 조작 장치의 기본적인 구성」
우선, 도 1~도 3을 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치(이하, 필요에 따라, 단지 「장치」라고 한다)는 기본적으로는 다음과 같이 되어 있다. 장치는 기판(1)을 갖고, 이 기판(1)은 이면(1a)과, 이 이면(1a)에 대하여 기판(1)의 두께 방향의 반대측에 위치하는 표면(1b)을 갖는다.
장치는 기판(1)의 표면(1b) 상에 배치되는 적어도 3개의 전극(2)을 갖는다. 또한, 도 1 및 도 3에 있어서는, 3개의 전극(2)이 나타내어져 있다. 그러나, 장치는 4개 이상의 전극을 가질 수도 있다. 전극(2)은 또한, 기판(1)의 표면(1b)을 향하는 이면(2a)과, 이 이면(2a)에 대하여 전극(2)의 두께 방향의 반대측에 위치하는 표면(2b)을 갖는다.
도 2에 있어서는, 기판(1)은 전극(2)에 대응하도록 오목한 오목부(1e)를 갖도록 형성되어 있다. 그러나, 기판은 오목부를 갖지 않도록 형성할 수도 있고, 예를 들면, 잉크젯 프린터 등의 인쇄기를 이용하여 기판의 표면 상에 전극을 놓을 수 있다.
장치는 또한, 적어도 3개의 전극(2)을 덮도록 기판(1)의 표면(1b) 상에 배치되는 절연막(3)을 갖는다. 절연막(3)은, 기판(1)의 표면(1b)을 향하는 이면(3a)과, 이 이면(3a)에 대하여 절연막(3)의 두께 방향의 반대측에 위치하는 표면(3b)을 갖는다. 절연막(3)의 표면(3b)은 외부에 개방되어 있다. 그 때문에, 장치는 개방 공간형으로 되어 있다.
이러한 장치는, 적어도 3개의 전극(2)에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 발생하는 정전기력의 변화를 이용하여, 액체(L)를 절연막(3)의 표면(3b) 상에서 제어 할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 장치에 있어서는, 절연막(3)의 표면(3b)으로부터 절연막(3)의 이면(3a)을 향하는 방향으로 오목한 홈(4)이 형성되어 있다. 홈(4)은 적어도 3개의 전극(2)에 걸쳐서 연장되어 있다. 홈(4)은 또한, 개구부(4a)와, 이 개구부(4a)에 대향하는 저부(4b)를 갖는다.
이러한 홈(4)은, 개구부(4a)로부터 저부(4b)를 향함에 따라 홈(4)의 폭을 감소시키도록 형성되면 좋다. 그러나, 홈은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 홈은 그 폭을 대략 균일하게 하도록 형성할 수 있다.
기판(1)은 홈(4)의 저부(4b)에 대하여 홈(4)의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 위치하는 제 1 부분(1c) 및 제 2 부분(1d)을 갖는다. 절연막(3)은, 홈(4)의 저부(4b)에 대하여 홈(4)의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 위치하는 제 1 부분(3c) 및 제 2 부분(3d)을 갖는다. 홈(4)은, 홈(4)의 저부(4b)에 대하여 홈(4)의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 위치하는 제 1 벽부분(4c) 및 제 2 벽부분(4d)을 갖는다. 제 1 및 제 2 벽부분(4c, 4d)의 각각은 홈(4)의 개구부(4a) 및 저부(4b) 사이에서 연장된다. 장치는, 홈(4)에 대하여 홈(4)의 폭방향의 일방측 및 타방측에 위치하는 제 1 측방 영역(5) 및 제 2 측방 영역(6)을 갖는다.
장치는, 홈(4)의 저부(4b)에 대하여 홈(4)의 폭방향의 일방측 및 타방측에 위치하는 제 1 구조체(F1) 및 제 2 구조체(S1)를 갖는다. 제 1 구조체(F1)는 기판(1)의 제 1 부분(1c)과 절연막(3)의 제 1 부분(3c)을 포함한다. 홈(4)의 제 1 벽부분(4c)과 제 1 측방 영역(5)은 제 1 구조체(F1)에 위치한다. 제 2 구조체(S1)는 기판(1)의 제 2 부분(1d)과 절연막(3)의 제 2 부분(3d)을 포함한다. 홈(4)의 제 2 벽부분(4d)과 제 2 측방 영역(6)은 제 2 구조체(S1)에 위치한다.
「액체 조작 장치의 구체적인 구성」
도 1~도 3을 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태에 따른 장치는 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 상기 기판(1)은 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있다. 기판(1)과, 적어도 3개의 전극(2)과, 절연막(3)은, 홈(4)의 저부(4b)를 형성하도록 절곡된 굴곡부(D)를 형성함으로써, 홈(4)을 형성하도록 구부러져 있다.
제 1 및 제 2 구조체(F1, S1)는 일체 형성되어 있다. 그 때문에, 기판(1)의 제 1 및 제 2 부분(1c, 1d)은 일체 형성되고, 또한 절연막(3)의 제 1 및 제 2 부분(3c, 3d)은 일체 형성되어 있다. 각 전극(2)은 제 1 및 제 2 구조체(F1, S1)에 걸쳐서 배치되어 있고, 각 전극(2)은 홈(4)의 제 1 및 제 2 벽부분(4c, 4d)에 걸쳐서 배치되어 있다.
「기판의 구체적인 구성」
도 1~도 3을 참조해서, 기판(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 기판(1)은 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 기판(1)은 종이, 수지 등을 사용하여 구성되면 좋다. 여기에서, 「종이」는 식물 섬유, 그 밖의 섬유 등을 교착시킴으로써 제조한 것을 말하고, 다공질체 등의 무기물이나, 합성 분자 등의 유기 분자를 첨가한 것이라도 좋다. 「수지」는, 천연 및/또는 합성 고분자 화합물 재료를 주성분으로 하는 것이며, 섬유나 무기물 등을 더 포함하는 복합 재료라도 좋다. 특히, 「수지」는 열에 의한 가공이 용이한 열가소성 수지이면 좋다. 또한, 기판(1)은 절곡 가공에 의해 소성 변형 가능하면 좋다. 기판(1)은 또한, 가위, 커터 등의 날붙이를 이용하여 용이하게 절단 가능하면 좋다. 기판(1)은 수지로 이루어지는 사출 성형품으로 할 수도 있다.
기판(1)의 두께는, 기판(1)이 가요성을 갖도록 설정되면 좋다. 예를 들면, 기판(1)이 종이를 사용하여 구성되거나, 또는 종이일 경우에 있어서, 기판(1)의 두께는 약 100㎛~약 200㎛로 할 수 있다. 기판(1)이 수지를 사용하여 구성되거나, 또는 수지일 경우에 있어서, 기판(1)은, 그 두께를 약 200㎛ 이하로 하는 필름이라도 좋고, 또는 그 두께를 약 200㎛보다 크게 한 시트라도 좋다. 기판(1)은 유리나 규소를 사용하여 구성되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 기판의 재료 및 두께의 관계는 이것에 한정되지 않는다.
「전극의 구체적인 구성」
도 1~도 3을 참조해서, 전극(2)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 전극(2)은 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 전극(2)은 도전 재료로 구성된다. 도전 재료는 금속, 카본, 금속 산화물, 이들 재료 중 적어도 1개를 함유하는 재료 등이면 좋다. 전극(2)은 또한 막 형상으로 형성되어 있다. 일례로서, 도전 잉크에 의해 전극을 형성할 수 있다. 이러한 전극(2)의 두께는, 절곡 가공에 의해, 전극(2)이 절연막(3)과 함께 소성 변형 가능하게 되도록 설정된다.
도 2에 있어서는, 전극(2)은 기판(1)의 오목부(1e) 내에 배치되고, 또한 전극(2)의 표면(2b)은 기판(1)의 표면(1b)과 대략 일치하고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 기판이 오목부를 갖지 않도록 형성될 경우, 전극의 표면은 기판의 표면으로부터 돌출되도록 형성된다.
적어도 3개의 전극(2), 즉, 3개 이상의 전극(2)은, 기판(1)의 표면(1b) 상에서 홈(4)을 따라 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 도 1 및 도 3에 있어서는, 후술하는 바와 같이 홈(4)이 대략 직선 형상으로 연장될 경우에 있어서, 3개 이상의 전극(2)이 홈(4)을 따라 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 3개 이상의 전극(2)의 중심은 대략 직선 형상의 홈(4)을 통과할 수 있다. 이러한 상태에서, 대략 직선 형상의 홈(4)의 양단을 연결하는 가상 직선을 그었을 경우, 3개 이상의 전극(2) 또는 그것들의 중심은 가상 직선 상에 배치된다. 그러나, 전극의 배치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이, 홈이 만곡하면서 연장될 경우에 있어서는, 3개 이상의 전극이 만곡하는 홈을 따라 서로 간격을 두고 배치할 수 있다. 또한, 3개 이상의 전극의 중심은 만곡하는 홈을 통과할 수 있다. 이러한 상태에서, 만곡하는 홈의 양단을 연결하는 가상 직선을 그었을 경우, 3개 이상의 전극 중 적어도 1개의 전극 또는 그것들의 중심은, 기판의 표면 상에서 가상 직선에 대략 직교하는 방향으로 가상 직선으로부터 어긋나서 배치된다.
적어도 3개의 전극(2)은 회로(P)에 접속되어 있고, 회로(P)는 복수의 전극(2)에 대하여 각각 별도록 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다. 도 1 및 도 3에 있어서는, 회로(P)는 기판(1)의 외부에 배치되어 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 회로의 적어도 일부가 기판에 배치되어도 좋다. 예를 들면, 회로의 일부인 배선 등이 기판에 배치되어도 좋다.
또한, 도 1 및 도 3에 있어서는, 적어도 3개의 전극(2)에 대하여 각각 별도로 전압을 인가하는 상태를 설명하기 위해서, 일례로서, 스위치, 전원, 접지 등을 포함하는 회로(P)를 모식적으로 나타내고 있다. 그러나, 복수의 전극에 접속되는 회로는, 도 1 및 도 3의 회로(P)에 한정되지 않고, 액적을 정지 및 이동시키기 위한 정전기력을 발생 가능하게 하도록 복수의 전극에 대하여 각각 별도로 전압을 인가 가능하다면, 모든 구성으로 할 수 있다.
「절연막의 구체적인 구성」
도 1~도 3을 참조해서, 절연막(3)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 절연막(3)은 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 절연막(3)은 전기 절연성을 가지면 좋고, 또한 절연막(3), 특히, 절연막(3)의 표면(3b)은 소수성을 가지면 좋다. 그 때문에, 절연막(3)은 전기 절연성 및 소수성을 갖는 재료를 사용하여 구성되면 좋다. 이러한 재료는 전기 절연성 및 소수성을 갖는 수지 등, 예를 들면 불소계 수지 등이면 좋다. 또한, 절연막의 표면을, 소수성을 갖는 재료 또는 전기 절연성 및 소수성을 갖는 재료를 사용하여 구성하고, 또한 절연막의 표면 이외의 부분을, 전기 절연성을 갖는 재료를 사용하여 구성할 수도 있다.
「홈 및 측방 영역의 구체적인 구성」
도 1~도 3을 참조해서, 홈(4) 및 측방 영역(5, 6)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 홈(4) 및 측방 영역(5, 6)은 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 홈(4)은 대략 직선 형상으로 연장되어 있다. 그러나, 홈은 만곡하면서 연장되어 있어도 좋다. 홈(4)의 깊이는 홈(4)의 폭보다 크면 좋다. 그러나, 홈의 깊이는 홈의 폭과 대략 동등하게 할 수도 있다. 또한, 홈의 깊이는 홈의 폭보다 작게 할 수도 있다.
홈(4)의 단면적은 홈(4) 내의 액체(L)의 표면 장력을 감소시키도록 설정된다. 특히, 홈(4)의 단면적은, 홈(4) 내의 액체(L)의 고액 계면을 동 기액 계면 또는 동 액액 계면보다 크게 하도록 설정되면 좋다. 또한, 액체(L)를 기체 중, 특히, 공기 중에서 조작하는 것을 고려할 경우에는, 홈(4) 내의 액체(L)의 고액 계면을 동 기액 계면보다 크게 하도록 설정되면 좋다. 액체(L)를, 액체(L)와의 사이에 액액 계면을 발생시키는 것과 같은 별도의 액체 중에서 조작하는 것을 고려할 경우에는, 홈(4) 내의 액체(L)의 고액 계면을 동 액액 계면보다 크게 하도록 설정되면 좋다. 일례로서, 별도의 액체는 기름으로 할 수 있다. 그러나, 별도의 액체는 이것에 한정되지 않는다. 또한, 홈(4)은, 홈(4) 내의 액체(L)에 대하여 친수화에 의한 모세관 현상이 발생하도록, 개구부(4a)로부터 저부(4b)를 향함에 따라 홈(4)의 폭을 감소시키도록 형성되면 좋다.
홈(4)의 저부(4b)는 대략 쐐기 형상으로 형성되어 있다. 이러한 저부(4b)는 소정의 각도를 이루는 쐐기 형상으로 되어 있으면 좋다. 또한, 이러한 각도는 예각이면 좋다. 또한, 이러한 각도는, 홈(4) 내의 액체(L)에 대하여 친수화에 의한 모세관 현상을 발생시킬 수 있도록 설정되면 좋다. 그러나, 저부는 만곡해도 좋다. 저부는 대략 평탄하게 형성되어도 좋다. 홈(4)의 제 1 및 제 2 벽부분(4c, 4d)은, 홈(4)의 개구부(4a)로부터 저부(4b)를 향함에 따라 서로의 간격을 좁히도록 형성된다. 이러한 제 1 및 제 2 벽부분(4c, 4d)은 만곡하고 있다. 특히, 제 1 및 제 2 벽부분(4c, 4d)은 서로를 향해서 돌출되도록 만곡하고 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 벽부분은 서로로부터 멀어지는 방향으로 오목하도록 만곡해도 좋다. 또한, 제 1 및 제 2 벽부분은 대략 직선 형상으로 형성되어도 좋다.
제 1 및 제 2 측방 영역(5, 6)은 홈(4)의 폭방향을 따라 배치되어 있다. 그러나, 제 2 측방 영역이, 이 제 2 측방 영역과 연속하는 홈의 제 2 벽부분과 함께 대략 직선 형상으로 연장되어도 좋고, 또한 제 1 측방 영역이 이 제 1 측방 영역과 연속하는 홈의 제 1 벽부분으로부터 만곡하도록 연장되어도 좋다.
「액체 조작 장치의 제조 방법」
본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 제조 방법의 일례를 설명한다. 특별히 명확하게 도시는 하지 않지만, 우선, 제 1 및 제 2 구조체(F1, S1)를 매끄럽게 연속시키도록 일체 형성한 장치용 재료를 준비한다. 이러한 장치용 재료를, 홈(4)의 저부(4b)를 형성하도록 절곡된 굴곡부(D)를 형성함으로써, 홈(4)을 형성하도록 구부린다. 그 결과, 본 실시형태에 따른 장치가 제조된다.
「액체의 분리 방법」
도 1 및 도 3을 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치에 있어서 액체(L)를 분리하는 방법(액체(L)의 분리 방법)의 일례에 대하여 설명한다. 여기에서는, 액체(L), 특히, 액적(L)을, 서로 동일 분량을 갖는 2개의 부분(L1, L2)으로 분리하는 방법에 대하여 설명한다. 우선, 도 1에 나타내는 바와 같이, 장치를 적어도 3개의 전극(2)에 전압을 인가한 상태로 한다. 이 때, 액체(L)는, 홈(4)을 따름과 아울러 적어도 3개의 전극(2)에 걸치도록 일체로 되어 연장된 상태로 유지되어 있다.
이어서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 장치를, 적어도 3개의 전극(2) 중, 홈(4)의 길이 방향의 양단에 각각 위치하는 양단의 전극(2)에 전압이 인가된 채, 적어도 3개의 전극(2) 중, 양단측의 전극(2)의 사이에 위치하는 중간의 전극(2)에 전압을 인가하지 않는 상태로 한다. 이 때, 홈(4)의 길이 방향의 일방측에 위치하는 액체(L)의 일방 부분(L1)이, 동 일방측의 끝의 전극(2)에서 발생하는 정전기력에 의해, 이 전극(2)을 향해서 이동한다. 또한, 홈(4)의 길이 방향의 타방측에 위치하는 액체(L)의 타방 부분(L2)이, 동 타방측의 끝의 전극(2)에서 발생하는 정전기력에 의해, 이 전극(2)을 향해서 이동한다.
또한, 상술한 바와 같이, 홈(4)에 의해 액체(L)의 표면 장력이 감소하므로, 액체(L)의 일방 및 타방 부분(L1, L2)은 양단의 전극(2)의 사이에서 분리된다. 이 분리의 후, 액체(L)의 일방 부분(L1)이, 일방측의 끝의 전극(2)에서 발생하는 정전기력에 의해 일방측의 끝의 전극(2)에 대응하는 위치에서 유지되고, 또한 액체(L)의 타방 부분(L2)이, 타방측의 끝의 전극(2)에서 발생하는 정전기력에 의해, 타방측의 끝의 전극(2)에 대응하는 위치에서 유지된다. 그러나, 액체 조작 장치에 있어서는, 액체(L)의 분리에 의해 얻어지는 부분(이하, 필요에 따라서 「분리 부분」이라고 한다)의 수 및 분량을 조절할 수도 있다. 구체적으로는, 액체(L)를 3개 이상의 부분으로 분리할 수도 있다. 또한, 분리 부분의 분량을 변화시킬 수도 있다. 예를 들면, 2개 이상의 분리 부분 중 1개의 분리 부분의 분량을 이것들 중 나머지의 분리 부분의 분량과 다르게 할 수 있다. 또한, 액체(L)의 분리 부분의 수 및 분량을 조절하는 방법의 상세에 대해서는 후술한다.
이상, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 있어서는, 장치는, 기판(1)과, 이 기판(1)의 표면(1b) 상에 배치되는 적어도 3개의 전극(2)과, 적어도 3개의 전극(2)을 덮도록 기판(1)의 표면(1b) 상에 배치되는 절연막(3)을 갖고, 절연막(3)의 표면(3b)으로부터 절연막(3)의 이면(3a)을 향하는 방향으로 오목한 홈(4)이 형성되고, 이 홈(4)이 적어도 3개의 전극(2)에 걸쳐서 연장되어 있다. 이와 같은 홈(4)은 고액 계면을 기액 계면 또는 액액 계면보다 크게 하도록 설정되고, 이러한 홈(4) 내에 배치되는 액체(L), 특히, 액적(L)에 있어서의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있다. 그 결과, 상기 액체(L)의 분리 방법에 나타내는 바와 같이, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다. 나아가서는, 액체(L), 특히, 액적(L)의 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 있어서는, 홈(4)이, 이 홈(4)의 개구부(4a)로부터 홈(4)의 저부(4b)를 향함에 따라 홈(4)의 폭을 감소시키도록 형성되어 있다. 이러한 홈(4)은 모세관 현상을 발생시키기 쉽도록 형성할 수 있고, 그 결과, 액체(L), 특히, 액적(L)이 홈(4) 내에 스며들도록 변형되기 쉬워진다. 그 때문에, 홈(4) 내의 액체(L)의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있다. 따라서, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 기판(1)이, 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되고, 기판(1)과, 적어도 3개의 전극(2)과, 절연막(3)이, 홈(4)의 저부(4b)를 형성하도록 절곡된 굴곡부(D)를 형성함으로써, 홈(4)을 형성하도록 구부러져 있다. 그 때문에, 액체(L)의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있는 홈(4)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 특히, 제조 효율을 포함하는 효율성을 감안했을 경우에 있어서, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다.
「제 2 실시형태」
제 2 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치에 대하여 설명한다.
「액체 조작 장치의 기본적인 구성」
도 4 및 도 5를 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태에 따른 장치는 기본적으로는 다음과 같이 되어 있다. 본 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성은 제 1 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지이다. 이와 같은 본 실시형태에 따른 장치는, 제 1 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 기판(11), 적어도 3개의 전극(12, 13), 절연막(14), 홈(15), 제 1 측방 영역(16), 제 2 측방 영역(17), 제 1 구조체(F2) 및 제 2 구조체(S2)를 갖는다.
본 실시형태에 따른 기판(11)은, 제 1 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 이면(11a), 표면(11b), 제 1 부분(11c), 제 2 부분(11d), 오목부(11e)를 갖는다. 본 실시형태에 따른 절연막(14)은, 제 1 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 이면(14a), 표면(14b), 제 1 부분(14c) 및 제 2 부분(14d)을 갖는다. 본 실시형태에 따른 홈(15)은, 제 1 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 개구부(15a), 저부(15b), 제 1 벽부분(15c) 및 제 2 벽부분(15d)을 갖는다.
「액체 조작 장치의 구체적인 구성」
도 4 및 도 5를 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태에 따른 장치는 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 기판(11)의 제 1 부분(11c)은 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있다.
적어도 3개의 전극(12, 13)은 제 1 및 제 2 구조체(F2, S2)로 분배된다. 이와 같은 적어도 3개의 전극(12, 13)은, 홈(15)의 저부(15b)에 대하여 홈(15)의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 위치하는 제 1 전극(12) 및 제 2 전극(13)으로 이루어진다. 제 1 및 제 2 전극(12, 13)은 서로 간격을 두고 배치된다. 상세하게는, 적어도 3개의 전극(12, 13)은, 적어도 2개의 제 1 전극(12)과 적어도 1개의 제 2 전극(13)으로 이루어지거나, 또는 적어도 1개의 제 1 전극(12)과 적어도 2개의 제 2 전극(13)으로 이루어진다. 그러나, 적어도 3개의 전극의 전부가 제 1 및 제 2 구조체의 일방에 형성되어도 좋다. 또한, 도 4에 있어서는, 5개의 제 1 전극(12)을 갖는 제 1 구조체(F2)와, 5개의 제 2 전극(13)을 갖는 제 2 구조체(S2)가 나타내어져 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극의 수는 이것에 한정되지 않는다.
제 1 구조체(F2)는 기판(11)의 제 1 부분(11c) 및 절연막(14)의 제 1 부분(14c)에 추가해서 제 1 전극(12)을 포함한다. 제 2 구조체(S2)는 기판(11)의 제 2 부분(11d) 및 절연막(14)의 제 2 부분(14d)에 추가해서 제 2 전극(13)을 포함한다. 제 1 구조체(F2)는, 홈(15)의 저부(15b)를 형성하도록 절연막(14)의 제 1 및 제 2 부분(14c, 14d)의 표면(14b1, 14b2)을 접촉시킨 접촉부(T1)를 형성함으로써, 제 2 구조체(S2)와 협동해서 홈(15)을 형성하도록 구부러져 있다.
기판(11)의 제 2 부분(11d)은 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있고, 제 2 구조체(S2)는 제 1 구조체(F2)와 협동해서 홈(15)을 형성하도록 구부러져 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 제 2 구조체를, 제 1 구조체와 협동해서 홈을 형성하도록 대략 평탄하게 형성할 수도 있다. 이 경우, 기판의 제 2 부분을, 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성하거나, 또는 강성을 갖도록 형성할 수도 있다.
또한, 제 1 전극(12)의 일부 또는 전부는 홈(15)의 제 1 벽부분(15c)에 배치된다. 제 2 전극(13)의 일부 또는 전부는 홈(15)의 제 2 벽부분(15d)에 배치된다. 또한, 도 4에 있어서는, 일례로서, 제 1 전극(12)의 일부 및 제 2 전극(13)의 일부가 홈(15)의 제 1 벽부분(15c) 및 제 2 벽부분(15d)에 각각 배치된 상태가 나타내어져 있다. 제 1 및 제 2 전극(12, 13)은 홈(15)의 길이 방향을 따라 배열되어 있다. 도 4에 있어서는, 제 1 및 제 2 전극(12, 13)은 홈(15)의 길이 방향을 따라 교대로 배열되어 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극의 배열 방식은 이것에 한정되지 않는다.
제 1 및 제 2 구조체(F2, S2)는 별체로 되어 있다. 그 때문에, 기판(11)의 제 1 부분(11c) 및 절연막(14)의 제 1 부분(14c)은 별체로 되어 있고, 또한 기판(11)의 제 2 부분(11d) 및 절연막(14)의 제 2 부분(14d)은 별체로 되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 전극(12, 13)도 물론 별체로 되어 있다.
「기판, 전극, 절연막, 홈 및 측방 영역의 구체적인 구성」
도 4 및 도 5를 참조해서, 기판(11), 전극(12, 13), 절연막(14), 홈(15) 및 측방 영역(16, 17)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 기판(11), 전극(12, 13), 절연막(14), 홈(15) 및 측방 영역(16, 17)은 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 상술한 바와 같이, 기판(11)의 제 2 부분(11d)은 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 기판의 제 2 부분은 강성을 갖도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 기판의 제 2 부분은 유리, 규소 등으로 구성할 수 있다. 또한, 기판의 제 2 부분의 두께를 기판에 강성을 초래하도록 설정할 수도 있다.
기판(11)의 제 1 및 제 2 부분(11c, 11d)의 각각은, 제 1 실시형태에 따른 기판(1)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 이러한 기판(11)의 제 2 부분(11d)은, 동 제 1 부분(11c)과의 배치 관계를 제외하고, 동 제 1 부분(11c)과 동일하게 구성할 수 있다. 그러나, 기판의 제 1 및 제 2 부분은 서로 다르게 구성할 수도 있다.
적어도 3개의 전극(12, 13), 특히, 제 1 및 제 2 전극(12, 13)은, 제 1 실시형태에 따른 전극(2)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 또한, 제 2 전극(13)은, 제 1 전극(12)과의 배치 관계를 제외하고, 제 1 전극(12)과 동일하게 구성할 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극은 서로 다르게 구성할 수도 있다.
절연막(14)의 제 1 및 제 2 부분(14c, 14d)의 각각은 제 1 실시형태에 따른 절연막(14)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 이러한 절연막(14)의 제 2 부분(14d)은, 동 제 1 부분(14c)과의 배치 관계를 제외하고, 동 제 1 부분(14c)과 동일하게 구성할 수 있다. 그러나, 절연막의 제 1 및 제 2 부분은 서로 다르게 구성할 수도 있다.
홈(15)은 제 1 실시형태에 따른 홈(4)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 제 1 및 제 2 측방 영역(16, 17)은 제 1 실시형태에 따른 제 1 및 제 2 측방 영역(5, 6)과 각각 마찬가지로 구성된다. 또한, 제 1 및 제 2 측방 영역은, 상술한 바와 같이 기판의 제 2 부분이 강성을 갖도록 구성될 경우에는, 제 2 측방 영역이, 이 제 2 측방 영역과 연속하는 홈의 제 2 벽부분과 함께 대략 직선 형상으로 연장되고, 또한 제 1 측방 영역이, 이 제 1 측방 영역과 연속하는 홈의 제 1 벽부분으로부터 만곡하도록 연장된다.
「액체 조작 장치의 제조 방법」
본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 제조 방법의 일례를 설명한다. 특별히 명확하게 도시는 하지 않지만, 우선, 별체인 제 1 및 제 2 구조체(F2, S2)를 준비한다. 제 1 구조체(F2)를, 홈(15)의 저부(15b)를 형성하도록 절연막(14)의 제 1 및 제 2 부분(14c, 14d)의 표면(14b1, 14b2)을 접촉시킨 접촉부(T1)를 형성함으로써, 제 2 구조체(S2)와 협동해서 홈(15)을 형성하도록 구부린다. 절연막(14)의 제 1 및 제 2 부분(14c, 14d)의 표면(14b1, 14b2)을, 접촉부(T1)에서, 클립 고정, 접착 등에 의해 접합한다. 그 결과, 본 실시형태에 따른 장치가 제조된다.
본 실시형태에 따른 액체(L)의 분리 방법은 제 1 실시형태에 따른 액체의 분리 방법과 마찬가지이다.
이상, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 있어서는, 제 1 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 기본적인 구성과 마찬가지의 작용 및 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 기판(11)의 제 1 부분(11c)이 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되고, 적어도 3개의 전극(12, 13)이, 기판(11)의 제 1 부분(11c) 및 절연막(14)의 제 1 부분(14c)을 포함하는 제 1 구조체(F2)와, 기판(11)의 제 2 부분(11d) 및 절연막(14)의 제 2 부분(14d)을 갖는 제 2 구조체(S2)로 분배되거나, 또는 제 1 및 제 2 구조체(F2, S2)의 일방에 형성되고, 제 1 구조체(F2), 홈(15)의 저부(15b)를 형성하도록 절연막(14)의 제 1 및 제 2 부분(14c, 14d)의 표면(14b1, 14b2)을 접촉시킨 접촉부(T1)를 형성함으로써, 제 2 구조체(S2)와 협동해서 홈(15)을 형성하도록 구부러져 있다. 그 때문에, 액체(L), 특히, 액적(L)의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있는 홈(15)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 특히, 제조 효율을 포함하는 효율성을 감안했을 경우에 있어서, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다.
본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 제 1 및 상기 제 2 구조체(F2, S2)가 별체로 되어 있다. 그 때문에, 별체인 제 1 및 상기 제 2 구조체(F2, S2)를, 예를 들면, 클립 고정, 접착 등을 이용하여, 상술한 바와 같은 접촉부(T1)를 형성하면서 홈(15)을 형성하도록 조립하면, 액체(L), 특히, 액적(L)의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있는 홈(15)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 특히, 제조 효율을 포함하는 효율성을 감안했을 경우에 있어서, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다.
본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 기판(11)의 제 2 부분(11d)이 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있고, 제 2 구조체(S2)가, 제 1 구조체(F2)와 협동해서 홈(15)을 형성하도록 구부러져 있으므로, 액체(L), 특히, 액적(L)의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있는 홈(15)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 특히, 제조 효율을 포함하는 효율성을 감안했을 경우에 있어서, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 제 2 구조체가, 제 1 구조체와 협동해서 홈을 형성하도록 대략 평탄하게 형성되어 있을 경우에 있어서도, 액체, 특히, 액적의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있는 홈을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 특히, 제조 효율을 포함하는 효율성을 감안했을 경우에 있어서, 액체, 특히, 액적을 효율적으로 분리할 수 있다.
「제 3 실시형태」
제 3 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치에 대하여 설명한다.
「액체 조작 장치의 기본적인 구성」
도 6 및 도 7을 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태에 따른 장치는 기본적으로는 다음과 같이 되어 있다. 본 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성은 제 1 또는 제 2 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지이다. 이와 같은 본 실시형태에 따른 장치는, 제 1 또는 제 2 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 기판(21), 적어도 3개의 전극(22, 23), 절연막(24), 홈(25), 제 1 측방 영역(26), 제 2 측방 영역(27), 제 1 구조체(F3) 및 제 2 구조체(S3)를 갖는다. 또한, 도 6에 있어서는, 5개의 제 1전극(22)을 갖는 제 1 구조체(F3)와, 5개의 제 2 전극(23)을 갖는 제 2 구조체(S3)가 나타내어져 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극의 수는 이것에 한정되지 않는다.
본 실시형태에 따른 기판(21)은, 제 1 또는 제 2 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 이면(21a), 표면(21b), 제 1 부분(21c), 제 2 부분(21d), 오목부(21e)를 갖는다. 본 실시형태에 따른 절연막(24)은, 제 1 또는 제 2 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 이면(24a), 표면(24b), 제 1 부분(24c) 및 제 2 부분(24d)을 갖는다. 본 실시형태에 따른 홈(25)은, 제 1 또는 제 2 실시형태에 따른 장치의 기본적인 구성과 마찬가지로 구성된 개구부(25a), 저부(25b), 제 1 벽부분(25c) 및 제 2 벽부분(25d)을 갖는다.
「액체 조작 장치의 구체적인 구성」
도 6 및 도 7을 참조해서, 본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시형태에 따른 장치는 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 본 실시형태에 따른 장치의 구체적인 구성은, 제 1 및 상기 제 2 구조체(F3, S3)가 일체 형성되어 있는 점을 제외하고, 제 2 실시형태에 따른 장치의 구체적인 구성과 마찬가지이다.
이와 같은 장치에 있어서는, 제 1 및 상기 제 2 구조체(F3, S3)가 일체 형성되어 있으므로, 기판(21)의 제 1 부분(21c) 및 절연막(24)의 제 1 부분(24c)은 일체 형성되어 있고, 또한 기판(21)의 제 2 부분(21d) 및 절연막(24)의 제 2 부분(24d)은 일체 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 전극(22, 23)은 별체로 되어 있다. 또한, 제 1 전극은, 제 1 구조체로 분배되는 본체부와, 이 본체부로부터 제 1 구조체를 초과해서 제 2 구조체에 걸리도록 연장되는 연장부를 가질 수 있다. 제 2 전극도 또한, 제 2 구조체로 분배되는 본체부와, 이 본체부로부터 제 2 구조체를 초과해서 제 1 구조체에 걸리도록 연장되는 연장부를 가질 수 있다.
제 1 및 상기 제 2 구조체(F3, S3)는, 제 2 실시형태에 따른 접촉부(T1)에 상당하는 접촉부(T2)에 대하여 기판(21)의 이면(21a)측에 위치하는 연결부(N)에서 연결되도록 일체 형성되어 있다. 연결부(N)는 원호 형상으로 형성되어 있다. 그러나, 연결부는 홈의 길이 방향을 따라 연장되는 중공 공간을 갖는 대략 물방울 형상으로 형성할 수도 있다.
「기판, 전극, 절연막, 홈 및 측방 영역의 구체적인 구성」
도 6 및 도 7을 참조해서, 기판(21), 전극(22, 23), 절연막(24), 홈(25) 및 측방 영역(26, 27)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. 즉, 기판(21), 전극(22, 23), 절연막(24), 홈(25) 및 측방 영역(26, 27)은 구체적으로는 다음과 같이 되어 있으면 좋다. 기판(21)의 제 1 부분(21c) 및 절연막(24)의 제 1 부분(24c)은 일체 형성되어 있으므로, 기판(21)의 제 2 부분(21d)도 또한, 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있다. 기판(21)은 제 1 실시형태에 따른 기판(1)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다.
적어도 3개의 전극(12, 13), 특히, 제 1 및 제 2 전극(22, 23)은, 제 1 실시형태에 따른 전극(2)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 이러한 제 2 전극(23)은, 제 1 전극(22)과의 배치 관계를 제외하고, 제 1 전극(22)과 동일하게 구성할 수 있다. 그러나, 제 1 및 제 2 전극은 서로 다르게 구성할 수도 있다.
또한, 절연막(24)은 제 1 실시형태에 따른 절연막(3)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 홈(25)은 제 1 실시형태에 따른 홈(4)의 구체적인 구성과 마찬가지로 구성된다. 제 1 및 제 2 측방 영역(26, 27)은 제 1 실시형태에 따른 제 1 및 제 2 측방 영역(5, 6)과 각각 마찬가지로 구성된다.
「액체 조작 장치의 제조 방법」
본 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 제조 방법의 일례를 설명한다. 특별히 명확하게 도시는 하지 않지만, 우선, 제 1 및 제 2 구조체(F3, S3)를 매끄럽게 연속시키도록 일체 형성한 장치용 재료를 준비한다. 이러한 장치용 재료를, 홈(25)의 저부(25b)를 형성하도록 절연막(24)의 제 1 및 제 2 부분(24c, 24d)의 표면(24b1, 24b2)을 접촉시킨 접촉부(T2)와, 접촉부(T2)에 대하여 기판(21)의 이면(21a)측에 위치하는 연결부(N)를 설치함으로써, 홈(25)을 형성하도록 구부린다. 절연막(24)의 제 1 및 제 2 부분(24c, 24d)의 표면(24b1, 24b2)을 접촉부(T2)에서 클립 고정, 접착 등에 의해 접합한다. 그 결과, 본 실시형태에 따른 장치가 제조된다.
또한, 본 실시형태에 따른 액체(L)의 분리 방법은 제 1 또는 제 2 실시형태에 따른 액체의 분리 방법과 마찬가지이다.
이상, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 기본적인 구성에 있어서는, 제 1 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 기본적인 구성과 마찬가지의 작용 및 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 제 1 및 제 2 구조체(F2, S2)가 별체인 구성에 근거하는 작용 및 효과를 제외하고, 제 2 실시형태에 따른 액체 조작 장치의 구체적인 구성과 마찬가지의 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 개방 공간형의 액체 조작 장치의 구체적인 구성에 있어서는, 제 1 및 상기 제 2 구조체(F3, S3)가 일체 형성되어 있다. 그 때문에, 일체 형성된 제 1 및 상기 제 2 구조체(F3, S3)를, 예를 들면, 클립 고정, 접착 등 을 이용하여, 상술한 바와 같은 접촉부(T2) 및 연결부(N)를 설치하면서 홈(25)을 형성하도록 조립하면, 액체(L), 특히, 액적(L)의 표면 장력의 영향을 저하시킬 수 있는 홈(25)을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 특히, 제조 효율을 포함하는 효율성을 감안했을 경우에 있어서, 액체(L), 특히, 액적(L)을 효율적으로 분리할 수 있다.
「액체의 분리 부분의 수 및 분량을 조절하는 방법의 상세」
여기에서, 도 8~도 11을 참조해서, 액체(L)의 분리 부분의 수 및 분량을 조절하는 방법에 대하여 상세히 설명한다. 이러한 설명에 있어서는, 제 2 실시형태에 따른 액체 조작 장치를 사용한다. 그러나, 액체(L)의 분리 부분의 수 및 분량을 조절하는 방법은, 제 1~제 3 실시형태를 포함하는 본 발명의 액체 조작 장치에 있어서 실시할 수 있다.
액체 조작 장치에 있어서는, 액체(L)의 분리에 의해 m개의 분리 부분을 얻을 수 있다. m은 2 이상의 정수이다. 이 경우, 액체 조작 장치에 있어서, 전극(12, 13)의 총수는 (2m-1)개 이상이다. 제 2 실시형태에 따른 액체 조작 장치에 있어서는, 제 1 및 제 2 전극(12, 13)의 총수가 (2m-1)개 이상이다. 또한, 도 8~도 11에 있어서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 (2m-1)개 이상의 전극(12, 13)이 회로(P)에 접속되어 있고, 회로(P)는 (2m-1)개 이상의 전극(12, 13)에 대하여 각각 별도로 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다.
우선, 도 8에 나타내는 바와 같이, (2m-1)개 이상의 전극(12, 13)에 전압을 인가한 상태로 한다. 이 때, 액체(L)는, 홈(15)을 따름과 아울러 (2m-1)개 이상의 전극(12, 13)에 걸치도록 일체로 되어서 연장된 상태로 유지되어 있다.
이어서, 도 9~도 11에 나타내는 바와 같이, 장치에 있어서, 1개의 전극(12, 13) 또는 인접하는 2개 이상의 전극(12, 13)으로 이루어지는 m개의 전극 요소에 전압을 인가한 채의 상태로 한다(이하, 이와 같이 전압을 인가된 채의 전극으로 이루어지는 전극 요소를 「인가 전극 요소」라고 한다). 그 한편으로, 나머지의 전극(12, 13)에 있어서의 전압의 인가를 정지한다(이하, 이와 같이 전압의 인가를 정지한 전극을 「비인가 전극」이라고 한다). 이웃하는 인가 전극 요소의 사이에는 적어도 1개의 비인가 전극(12, 13)이 위치한다. 이 때, m개의 분리 부분은, 각각, m개의 인가 전극 요소에서 발생하는 정전기력에 의해 m개의 인가 전극 요소를 향해 이동한다.
또한, 홈(15)에 의해 액체(L)의 표면 장력이 감소하므로, 액체(L)는 m개의 분리 부분을 얻도록 이웃하는 인가 전극 요소의 사이에서 분리된다. 이러한 분리의 후, m개의 분리 부분은, 각각, m개의 인가 전극 요소에서 발생하는 정전기력에 의해 m개의 인가 전극 요소에 대응하는 위치에서 각각 유지된다.
이와 같은 장치에 있어서, 분리 부분의 수는 인가 전극 요소의 수를 변경함으로써 조절할 수 있다. 각 분리 부분의 분량은, 이 분리 부분을 유지하기 위해서 사용되는 인가 전극 요소의 전극(12, 13)의 수를 변경함으로써 조절할 수 있다. 특히, 홈(15)의 길이 방향에 있어서의 전극(12, 13)의 길이를 대략 동등하게 할 경우, 분리 부분의 분량을, 인가 전극 요소를 구성하는 전극(12, 13)의 수에 비례시키도록 증감시킬 수 있다.
일례로서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 1개의 전극(12, 13)으로 이루어지는 2개의 인가 전극 요소에 의해, 서로 동등한 분량을 갖는 2개의 분리 부분(L11, L12)을 얻을 수 있다. 일례로서, 도 10에 나타내는 바와 같이, 1개의 전극(12, 13)으로 이루어지는 3개의 인가 전극 요소에 의해, 서로 동등한 분량을 갖는 3개의 분리 부분(L21, L22, L23)을 얻을 수 있다.
또한, 일례로서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 1개의 전극(12, 13)으로 이루어지는 1개의 인가 전극 요소와, 인접하는 2개의 전극(12, 13)으로 이루어지는 별도의 1개의 인가 전극 요소에 의하여, 서로 다른 분량을 갖는 2개의 분리 부분(L31, L32)을 얻을 수 있다. 이 경우, 홈(15)의 길이 방향에 있어서의 전극(12, 13)의 길이는 대략 동등하게 되어 있고, 별도의 1개의 인가 전극 요소에 대응하는 위치에서 유지되는 분리 부분(L32)의 분량은, 1개의 인가 전극 요소에 대응하는 위치에서 유지되는 분리 부분(L31)의 분량에 대하여 약 2배로 된다. 그러나, 분리 부분의 수 및 분량의 조절은 도 9~도 11에 나타내어진 형태에 한정되지 않는다.
여기까지 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 그 기술적 사상에 근거하여 변형 및 변경가능하다.
본 발명에 따른 액체 조작 장치는, 휴대 가능하고 또한 일회용의 자동 일괄식의 기기나, 분석 장치 등에 장착하여 사용할 수 있다. 이와 같은 기기로서는, 예를 들면, 시약 성분 센서, 시약 배합 처리 장치, 시약 성분 자동 선정기, 미소 폐환경형의 무균 단리 세포 배양기, 세포종마다 배열된 인공 장기 합성기 등을 들 수 있지만, 상기 기기는 이것들에는 한정되지 않는다.
1…기판, 1b…표면, 2…전극, 3…절연막, 3a…이면, 3b…표면, 4…홈, 4a…개구부, 4b…저부, D…굴곡부, 11…기판, 11b…표면, 11c…제 1 부분, 11d…제 2 부분, 12…제 1 전극(전극), 13…제 2 전극(전극), 14…절연막, 14a…이면, 14b, 14b1, 14b2…표면, 14c…제 1 부분, 14d…제 2 부분, 15…홈, 15a…개구부, 15b…저부, F2…제 1 구조체, S2…제 2 구조체, T1…접촉부, 21…기판, 21b…표면, 21c…제 1부분, 21d…제 2 부분, 22…제 1 전극(전극), 23…제 2 전극(전극), 24…절연막, 24a…이면, 24b, 24b1, 24b2…표면, 24c…제 1 부분, 24d…제 2 부분, 25…홈 ,25a…개구부, 25b…저부, F3…제 1 구조체, S3…제 2 구조체, T2…접촉부, N…연결부, L…액체(액적)

Claims (8)

  1. 기판과,
    상기 기판의 표면 상에 배치되는 적어도 3개의 전극과,
    상기 적어도 3개의 전극을 덮도록 상기 기판의 표면 상에 배치되는 절연막을 구비하고,
    상기 절연막이, 상기 기판의 표면을 향하는 이면과, 상기 절연막의 이면에 대하여 상기 절연막의 두께 방향의 반대측에 위치하는 표면을 갖고,
    상기 절연막의 표면이 외부에 개방되어 있고,
    상기 적어도 3개의 전극에 인가하는 전압을 변화시킴으로써 발생하는 정전기력의 변화를 이용하여, 액체를 상기 절연막의 표면 상에서 제어할 수 있도록 구성되는, 액적을 2개 이상의 분리 부분으로 분리하는 것이 가능한, 개방 공간형의 액체 조작 장치로서,
    상기 절연막의 표면으로부터 상기 절연막의 이면을 향하는 방향으로 오목한 홈이 형성되고,
    상기 홈이 상기 적어도 3개의 전극에 걸쳐서 연장되어 있고,
    상기 기판이 상기 홈의 저부에 대하여 상기 홈의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 위치하는 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖고,
    상기 기판의 제 1 부분이 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되고,
    상기 절연막이 상기 홈의 저부에 대하여 상기 홈의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 위치하는 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖고,
    상기 기판의 제 1 부분 및 상기 절연막의 제 1 부분을 포함하는 제 1 구조체와, 상기 기판의 제 2 부분 및 상기 절연막의 제 2 부분을 갖는 제 2 구조체가, 상기 홈의 저부에 대하여 상기 홈의 폭방향의 일방측 및 타방측에 각각 형성되고,
    상기 적어도 3개의 전극이, 상기 제 1 및 제 2 구조체에 분배되거나, 또는 상기 제 1 및 제 2 구조체의 일방에 형성되고,
    상기 제 1 구조체가, 상기 홈의 저부를 형성하도록 상기 절연막의 제 1 및 제 2 부분의 표면을 접촉시킨 접촉부를 형성함으로써, 상기 제 2 구조체와 협동해서 상기 홈을 형성하도록 구부러져 있고, 상기 제 1 구조체와 상기 제 2 구조체가 서로를 향하여 돌출하도록 굴곡되어 있는 개방 공간형의 액체 조작 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 구조체가 별체로 되어 있는 개방 공간형의 액체 조작 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판의 제 2 부분이 가요성을 갖도록 시트 형상 또는 필름 형상으로 형성되어 있고,
    상기 제 2 구조체가 상기 제 1 구조체와 협동해서 상기 홈을 형성하도록 구부러져 있는 개방 공간형의 액체 조작 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 구조체가 상기 제 1 구조체와 협동해서 상기 홈을 형성하도록 평탄하게 형성되어 있는 개방 공간형의 액체 조작 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 구조체가 일체로 되어 있는 개방 공간형의 액체 조작 장치.
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