KR19990022394A - 동전기 펌프 - Google Patents

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KR19990022394A
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microns
pump
channel
pumping
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피터 제이. 잔주치
샬로트 에이. 버튼
스털링 이. 맥브라이드
로버트 디머스
Original Assignee
윌리암 제이. 버크
사르노프 코포레이션
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Abstract

본 발명은 전극 기본 펌프(803) 및 이러한 펌프를 작동시키기 위한 방법을 제공한다. 하나의 양태에서, 본 발명은 제 1 전극(801A) 및 제 2 전극(801B)를 포함하는 유체 채널 중에 위치한 전기 기본 펌프를 제공하며, 여기에서 제 1 전극(801A) 및 제 2 전극(801B)는 직경이 약 25 미크론 내지 약 100 미크론이며, 서로 약 100 미크론 내지 약 500 미크론 떨어져 있다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 제 1 전극(801A), 제 2 전극(801B) 및 제 3 전극(801C)를 포함하는 전극 기본 펌프를 제공한다.

Description

동전기 펌프
최근에, 많은 학원서적이 미규모로 화학 반응을 수행하는 것과 관련한 문제점을 다루고 있다. 이들 서적에는 에칭되어 마이크로채널을 생성시키는 박판 크기의 고체 지지체 상에서 이러한 반응을 조작할 수 있는 가능성이 기술되어 있다. 상기 규모의 반응기 시스템은 소량의 시약을 사용하는 운반 장치에서 다중 진단 또는 약제 스크리닝 검정을 수행하여, 공급 및 폐기 비용을 절감시킬 수 있게 한다.
천연적으로 제공되지 않는 새로운 약제를 개발하기 위한 하나의 메카니즘은 합리적인 약제 디자인을 제공하였다. 상기 방법으로, 결정학에 의해 측정하여 생물학적 거대 분자의 구조 및 이들 거대 분자와 상호작용하는 것으로 공지된 약리학제 제제의 구조가 관찰된다. 컴퓨터 워크스테이션의 사용으로, 거대 분자와 강하게 상호작용하기 위한 적절하게 위치한 작용기를 갖는 새로운 약리학적 제제가 디자인될 수 있는 것으로 기대된다. 상기 방법과 관련한 하나의 난점은 결정학적 구조 측정을 위해 적합한 결정을 성장시키는 것이 지루한 실험적 과정이라는 점이다. 많은 경우에, 적합한 결정이 성장할 수 있는 경우(예를 들어, 태반성 성선 자극 호르몬과 같은 당단백질 또는 다른 당단백질에 대해)는 분명하지 않다. 또다른 난점은 화학적 방법이 디자인이라는 용어에 의해 유발되는 단련성 구조 공구를 제공하지 않고; 대신에, 화학적 축적 블록이 단지 제한된 정도의 결합각 및 길이를 제공한다는 점이다. 예를 들어, 염소 그룹을 거대 분자 중의 약제 결합 포켓의 특정 부분에 위치시킬 수 있는 구조적 경로는 많을 수 있는 반면, 상기 그룹을 위치시키기 위해 필요한 부수적 구조의 장점 및 단점은 합리적으로 평가하기가 어렵다.
결합 화학은 바람직한 약리 활성을 갖는 화합물에 대해 선택된 고유한 진전된 방법을 개발하는 것을 추구한다. 방법 진전을 이루기 위해서는, 거대 부류의 변종, 이 경우에는 일부 화학적 관련성을 갖지만 명백한 차이점이 있는 부류의 화합물을 생성시키는 것이 중요하다. 합리적 디자인의 개념은 결합된 방법에 의해 연구하려는 부류의 화합물을 선택하는 데에 유리할 수 있다.
결합 화학은 잠재적 약리 활성을 갖는 부류의 화합물을 새로 유도하는 것을 추구한다. 통상적으로, 이러한 유도는 약리 활성을 위해 다양한 식물 또는 동물 추출물을 스크리닝함으로써 발견되었다. 이러한 추출물은 얻는 과정이 지루하고, 매우 낮은 농도의 잠재적으로 유용한 화합물을 가질 수 있으며, 기껏해야 치료하고자 하는 질환과 관련이 없을 수 있는 방출 압력에 의해 선택되는 화합물을 함유한다. 추출물이 확인된 후, 방법은 활성 성분의 동일성에 대한 정보를 거의 제공하지 못한다.
결합 화학은 비교적 제한된 세트의 축적 블록 화학물질의 교환에 의해 큰 부류의 화합물을 생성시키는 것을 추구한다. 바람직하게는, 결합된 방법은 1종 이상의 합성 화합물을 함유하는 확인할 수 있는 푸울을 생성시킬 것이다. 이들 푸울은 성분 화합물의 화학 구조에 의해서는 확인할 수 없지만, 화합물을 생성시키는 화학적 방법에 의해 확인해야 한다. 이들 푸울은 약리 활성과 상관하는 것으로 믿어지는 검정에서 스크리닝된다. 가능한 결과를 발생시키는 상기 푸울은 더 시험되어 성분 화합물을 확인하고, 어떠한 성분 화합물이 상기 결과에 반응할 수 있는 지를 확인한다.
결합된 푸울에서 활성 화합물을 확인하기 위해 사용되는 하기의 방법이 또한 결합된 방법을 수반한다. 예를 들어, 가능한 푸울은 첫 번째로, 서로 반응하지 않는 화합물 A, B 및 C의 혼합물과 서로 반응하지는 않지만 화합물 A, B 및 C와 반응하는 화합물 D, E 및 F의 반응으로부터 생성될 수 있다. 두 번째로, 생성된 화합물은 화합물 G, H 및 I와 반응한다. 푸울에서 활성 성분의 가능한 동일성을 더 정밀하게 하기 위해, A-D, A-E, A-F, B-D, B-F, C-D, C-E 및 C-F 생성물이 결합 화학에 의해 따로따로 생성되고, G, H 및 I의 혼합물과 반응할 수 있다. 상기 단계 후에, 스크리닝 검정에서 활성인 서브푸울은 더 제한된 부류의 화합물을 함유하는 것이 일반적일 것이다.
유망한 분자가 결합 화학에 의해 확인되면, 확인된 분자는 추가의 결합 실험의 디자인에 도움을 주는 정보를 제공한다. 결합 화학에 의해 확인되는 가능한 화합물의 완전 정렬은 통상적인 약제 화학 작용을 가이드하기 위한 유용한 정보를 제공할 수 있다.
최근 결합 화학 분야에서 선호되는 수단은 제 1 화학적 축적 블록을 고체 지지체, 전형적으로 유리, 또는 폴리펩티드를 합성하기 위한 널리 공지된 메리필드(Merrifield) 방법에 사용되는 지지체와 같은 중합체 지지체에 부착시키는 것이다. 상기 부착은 반응물 및 관련된 불순물을 간단히 세척해내고, 지지체로부터 생성물을 분리시킴으로써 생성물을 신속하게 단리시키기 위한 메카니즘을 제공한다. 일부 경우에, 지지체 결합 생성물은 약리 활성에 대해 검정될 수 있다.
소형화는, (i) 작업자가 저농도에서 약리학적으로 활성인 화합물을 추구하는 것이 일반적이고; (ii) 추천된 분자의 광범위한 진전된 분류를 발생시키기 위해, 바람직하게는 기술의 재현성을 달성시키기 위해 제한된 수의 작업자의 지시하에, 널리 공지된 많은 반응이 이루어지는 것이 바람직하고; (iii) 충분히 변화된 부류의 추천된 화합물을 생성시키기 위해 광범위한 통상적 규모의 합성 화학적 착물을 생성시키는 것이 비용이 들고; (iv) 더욱 표준인 반응 규모로 결합 화학의 생성물의 검정을 수행할 수 있는 가능성에 의해 실질적 관련성이 증가하기 때문에, 결합 화학에서 사용하는 것이 일반적이다. 소형화는 리보틱 콘트롤의 경제적 사용을 가능하게 하여 재현성을 증가시킨다.
상기 기술된 박판 크기 장치는 결합 화학에 대해 이상적이어서, 많은 합성 화학 반응이 단지 소량의 시양을 사용하여 실질적으로 컴퓨터 제어하에 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 미규모 장치를 기술하고 있는 학원 서적은 미규모로 결합 화학을 수행하는 데에 있어서 기본적 문제점, 예를 들어, 이러한 장치 중의 유체를 장치에서 미규모 반응 셀의 군(예를 들어, 100 내지 100.000)에 효과적으로 펌핑시키기 위해 어떻게 조절해야 하는 지는 제기되지 않았다.
발명의 요약
본 발명은 전극 기본 펌프, 및 이러한 펌프를 작동시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 하나의 양태에서, 본 발명은 각각 직경이 약 25 미크론 내지 약 100 미크론이고 약 100 미크론 내지 약 2,500 미크론 떨어져 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 유체 채널 중에 위치한 전극 기본 펌프를 제공한다. 또다른 양태에서, 본 발명은 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 포함하는 전극 기본 펌프를 제공한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 액체 분배 시스템에 유용한 전극 기본 펌프를 작동시키기 위해 사용되는 전압 펄스 패턴을 도시한 도면이다.
도 2는 전극 기본 펌프 둘레의 많은 지점에서의 장의 세기 및 배향을 도시한 도면이다.
도 3은 보정 장치의 도면이다.
도 4는 또 다른 보정 장치의 도면이다.
도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 액체 분배 시스템의 절단된 도면이다.
도 6은 도 5의 액체 분배 시스템의 분배판의 도면이다.
도 7은 도 6의 액체 분배판의 일부의 확대도이다.
도 8은 제 1 분배 채널 및 완충 채널 사이의 모세관 장벽의 도면이다.
도 9A 내지 9D는 다양한 모세관 장벽 디자인의 도면이다.
도 10은 판의 장 보조 결합을 수행하기 위한 장치의 도면이다.
도 11은 전극 기본 펌프를 작동시키기 위한 디지털 드라이버를 도시한 도면이다.
도 12A 및 12B는 전극 기본 펌프를 갖는 채널 장치를 도시한 도면이다.
도 13은 수문학적 액체 분배 시스템에 따른 액체 분배 시스템 디자인의 도면이다.
도 14는 가열기 및 열전쌍을 갖는 반응 셀의 도면이다.
도 15A 및 15B는 밸브 디자인의 도면이다.
정의
하기의 용어는 하기에 설명된 의미를 갖는다 :
어드레서블 : 반응 셀 또는 채널은 저장기 또는 다른 채널로부터의 액체가 반응 셀 또는 채널로 이동할 수 있는 경우에 저장기 또는 또다른 채널에 의해 어드레서블된다.
인접 : 이 경우에 사용되는 용어 인접은 (i) 제 2 구조의 판 상의 제 1 구조의 수직 돌출이 제 1 구조를 제 2 구조 상에 놓거나 약 250㎛의 제 2 구조 내에 위치시키는 경우에, 제 1 구조하나의 판 중의 제 1 구조가 동일하거나 다른 판 중의 제 2 구조에 인접해 있고; (ii) 각각의 채널이 실질적으로 동일한 수평면 상에 있는 경우에 2개 이상의 채널의 그룹이 서로 인접해 있고, 모든, 그러나 그룹 중의 외측 2개의 채널이 그룹 중의 2개의 이웃하는 채널에 인접(상기 (i)에서 정의한 의미임)해 있음을 의미한다. 바람직하게는, 상기(i)에서 제 1 구조는 제 2 구조의 판 상의 제 1 구조의 수직 돌출이 제 1 구조를 제 2 구조 위에 놓거나 약 150㎛의 제 2 구조 내에 위치시키는 경우에 제 2 구조에 인접한다.
모세관 치수 : 액체의 모세관 흐름을 제공하는 치수를 의미한다. 전형적으로, 모세관 치수의 채널은 약 1.5㎜ 이하이다. 바람직하게는, 채널은 약 500㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 약 250㎛ 이하, 가장 바람직하게는 150㎛ 이하이다.
모세관 장벽 : 채널 중의 액체에 의해, 오프닝에서의 메니스쿠스와 같은 에너지 최소화 액체 표면의 형성을 제공하도록 설계된 더 큰 공간 내로의 채널의 오프닝을 포함하는 채널 중의 유체 흐름에 대한 장벽을 의미한다. 바람직하게는, 모세관 장벽은 더 큰 공간 내로의 오프닝 직전에 채널의 수직 높이를 상승시키는 댐을 포함한다.
연결 : 본 발명의 채널, 저장기 및 반응 셀은 이들 사이에 유체를 제공하는 경로가 있는 경우에 연결되며, 이 루트는 잉크의 일부로서 반응 셀을 사용하는 것을 포함하지 않는다.
직접 연결 : 저장기 및 수평 채널이 이들이 연결되고, (1) 다른 채널이 이들 사이에 끼지 않거나 (ii) 단지 하나의 단일 수직 채널이 이들 사이에 끼는 경우에 직접 연결된다.
흐름 선택 : 2개의 대칭적으로 위치한 로드형 전극을 갖는 전극 기본 펌프의 영향하에 액체가 펌핑되는 방향을 의미한다.
홀 직경 : 작은 홀을 제조하기 위한 기술이 종종 하나의 말단에서 나머지 말단에서보다 더 넓은(예를 들어, 약 50 미크론 더 넓은) 홀을 생성시키기 때문에, 본원에 인용된 홀 직경 값은 가장 좁은 직경을 언급하는 것이다.
수평, 수직, EW, NS : 분배 시스템의 일부의 배향의 표시는 장치를 사용하고 있을 때의 배향을 언급하는 것이다. 표기 EW 축 및 NS 축이 도 1, 2, 3 및 7에 표시되어 있으며, 여기에서 EW 축은 우측으로부터 좌측으로 움직이고, 페이지의 장축에 수직이고, NS 축은 페이지의 장축에 평행하게 상부로부터 바닥으로 움직인다.
독립적 : 연결되지 않은 채널, 저장기 또는 반응 셀을 의미한다.
분기 : 2세트의 채널은 제 1 세트 중의 채널중 어느 것도 제 2 세트 중의 채널 중 어느 것에도 인접해 있지 않는 경우에 분기된다.
수직 : 분배판 중의 채널은 동일한 수평면 상의 이들의 수직 돌출이 수직인 경우에 분리된 수평면 상에 주로 위치하는 경우에도 수직이다.
자장기 : 내용상 상이한 의미가 명백하지 않는 한은, 용어 저장기 및 유체 저장기는 저장기 및 유체 저장기에 직접 연결된 수평 연장 채널(종종, 간단히 연장부라고 함)를 포함한다.
제 2 저장기 연장 채널 : 이들 연장 채널은 이들 연장 채널을 분기시킬 수 있는 채널의 포함한다.
실질적으로 수평 치수 중 하나의 길이 : 분배판의 주된 수평 치수(예를 들어 도면에 도시된 EW 또는 NS 치수) 중 하나의 약 70% 이상을 의미한다.
U-플럼빙 채널 : 연결된 채널 또는 저장기 중 하나에서 액체 높이가 수문력으로 인해 나머지 연결된 채널 또는 저장기 중의 액체 높이와 동등해질 정도로, 2개 이상의 채널 또는 저장기를 연결시키도록 설계된 채널을 의미한다. U-플럼빙 채널은 더 높은 수직면 중에 위치한 채널 또는 저장기를 더 낮은 평면에 위치한 U-플럼빙 채널의 실질적으로 수평인 채널 세그멘트와 연결시키는 수직 채널을 갖는 것이 전형적이다 - 이들 수직 및 수평 세그멘트는 함께 U-플럼빙 채널을 구성한다. 본 발명의 피더 채널이 대표적으로 U-플럼빙 채널이다.
본 발명은 전극 기본 펌프, 이러한 펌프를 작동시키는 방법, 및 이러한 펌프용 보정 장치에 관한 것이다.
A. 전극 기본 펌프
2가지 이상의 유형의 전극 기본 펌프 작용이, 전형적으로 전기 수력학적 펌프 작용(EHD) 및 전기 삼투(EO)의 명명으로 공지되어 있다. EHD 펌프 작용은 바아트(Bart) 등의 문헌[Microfabricated Electrohyrodynamic Pumos, Sensors and Actuator, A21-A23 : 193-197, 1990] 및 리히터(Richter) 등의 문헌[A Micromachined Electrohydroynamic Pump, Sensors and Actuators, A29:159-168, 1991]에 기술되어 있다. EO 펌프 작용은 다스구프타(Dasgupta) 등의 문헌[Electroosmosis : A Reliable Fluid Propulsion System for Flow Injection Analysis, Anal. Chem., 66:1792-1798, 1994]에 기술되어 있다. 본 발명에서 전극으로 수행되는 펌프 작용은 동전기 펌프 작용으로 언급된다.
EO 펌프 작용은 석영, 유리 등을 포함하는 많은 고체의 표면이 염, 산 또는 염기와 같은 이온 물질의 존재하에 음으로 또는 양으로 하전된다는 원리의 장점을 갖는 것으로 믿어진다. 하전된 표면은 적합한 전도도의 용액 중에서 반대로 하전된 대이온을 끌어당길 것이다. 이러한 용액에 전압을 인가시키면, 대이온이 반대로 하전된 전극으로 이행하고, 또한 유체의 대부분이 이동한다. 용적 유량은 전류에 비례적이고, 유체 중에서 발생되는 용적 유량은 또한 인가된 전압에 비례한다. 대표적으로, 모세관 치수의 채널에서, 흐름을 발생시키는 전극은, 전극이 힘을 가할 때에만 수반되고, EHD 에서와 같이 힘이 작용할 전하를 생성시키는 데에는 그렇지 않기 때문에, EHD 펌프 작용에서 보다 더 멀리 떨어져 있을 수 있다. EO 펌프 작용은 전도성 용액을 펌핑하기 위해 적합한 방법으로서 이해되는 것이 통상적이다.
EHD 펌프는 매우 낮은 전도도, 예를 들어 10-14내지 10-9S/㎝의 유체를 이동시키기에 적합한 것으로 판단하는 것이 전형적이다. 현재, 광범위한 용매 및 용액이 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 펌프 작용을 촉진시키는 적절한 용질을 사용하여, 적절한 전극 스페이싱 및 기하학적 형태를 사용하여, 또는 전극에 전력을 공급하기 위한 펄스 또는 d.c. 전압을 사용하여 펌핑될 수 있음이 입증되었다.
하기에 설명되는 액체 분배 시스템에 사용되는 제 1 펌프 360 및 제 2 펌프 361의 전극은 직경이 약 25 미크론 내지 약 100 미크론인 것이 바람직하고, 약 50 미크론 내지 약 75 미크론이 더욱 바람직하다. 바람직하게는, 전극은 채널의 상부로부터 채널 깊이의 약 5% 내지 약 95%, 더욱 바람직하게는 채널 깊이의 약 25% 내지 약 50% 까지 뻗어 있다. 일반적으로, 결과적으로 유체와 상호작용하는 요소로서 정의된 전극은 길이가 약 5 미크론 내지 약 95 미크론, 바람직하게는 약 25 미크론 내지 약 50 미크론이다. 바람직하게는, 펌프는 약 100 미크론 내지 약 2,500 미크론 떨어져 있고, 더욱 바람직하게는 약 150 미크론 내지 약 1000 미크론 떨어져 있고, 더욱더 바람직하게는 약 250 미크론 내지 약 1000 미크론 떨어져 있거나, 또 다른 양태에서는 약 150 미크론 내지 약 250 미크론 떨어져 있는 알파 전극 364(예를 들어 제 1 전극 360A 또는 제 3 전극 361A) 및 베타 전극 365(예를 들어 제 3 전극 360B 및 제 4 전극 361B)를 포함한다. 전극의 분리는 이들이 이들과 관련된 유체 채널 내로 뻗어 있음에 따라 전극의 중심점으로부터 측정되어야 한다. 특히 바람직한 양태에서, 감마 전극 366(도시되지 않음)은 알파 전극 364 및 베타 전극 365으로부터 약 200 미크론 내지 약 5,000 미크론, 바람직하게는 약 500 미크론 내지 약 1,500 미크론, 더 바람직하게는 약 1,000 미크론 떨어져 있다. 또다른 바람직한 양태에서, 펌프는 약 200 미크론 내지 약 5,000 미크론, 바람직하게는 약 500 미크론 내지 약 1,500 미크론, 더 바람직하게는 약 1000 미크론 떨어져 있는 감마 전극 366(도시되지 않음) 및 델타 전극 367을 포함한다. 전극이 굴곡을 갖는유체 채널에 위치하는 경우, 거리는 유체 채널의 중심 라인을 규정하는 라인을 따라 측정된다. 경우에 따라, 전도도가 비교적 낮은 유체가 펌핑되는 경우, 전압은 알파 전극 364 또는 베타 전극 365를 교차하여 인가되고, 경우에 따라, 전도도가 비교적 더 높은 유체가 펌핑되는 경우에, 전압은 감마 전극 366과 알파 전극 364, 베타 전극 365 및 델타 전극 367 중 하나 사이에서 유도된다. 후자의 경우는, 본 발명이 EHD 또는 EO의 개념으로 개발된 어떠한 이론으로도 제한되지는 않지만, 통상적으로 EO펌프 작용으로 펌핑되는 용매에 적용하는 것이 전형적이다. 주어진 용매 또는 용액에 전극 조합이 적절하다는 어떠한 확실한 규정도 제시되지 않았으며, 대신에 적절한 조합이 본원의 설명의 견지에서 실험적으로 측정될 수 있다.
펌프가 d.c. 방식으로 작동되는 경우에 알파 및 베타 전극 364 및 365를 교차하여 사용되는 전압은 약 40V 내지 약 2,000V가 전형적이고, 바람직하게는 약 50V 내지 약 1,500V, 더욱 바람직하게는 약 100V 내지 약 750V, 더욱더 바람직하게는 약 200V 내지 약 300V이다. 펌프가 d.c. 방식으로 작동되는 경우에 감마 전극 366 및 알파, 베타 또는 델타 전극 364, 365 또는 367를 교차하여 사용되는 전압은 약 40V 내지 약 2,000V가 전형적이고, 바람직하게는 약 50V 내지 약 1,500V, 더욱 바람직하게는 약 100V 내지 약 750V, 더욱더 바람직하게는 약 200V 내지 약 300V이다. 펌프가 펄스 방식으로 작동되는 경우에 알파 및 베타 전극 364 및 365를 교차하여 사용되는 전압은 d.c. 방식에 대해 상기 제시된 바와 같을 수 있지만, 약 50V 내지 약 1,000V가 전형적이고, 바람직하게는 약 100V 내지 약 400V, 더욱 바람직하게는 약 200V 내지 약 300V이다. 펌프가 펄스 방식으로 작동되는 경우에 d.c. 방식으로 작동되는 경우에 감마 전극 366 및 알파, 베타 또는 델타 전극 364, 365 또는 367을 교차하여 사용되는 전압은 d.c. 방식에 대해 상기 제시된 바와 같을 수 있지만, 50V 내지 약 1,000V가 전형적이고, 바람직하게는 약 100V 내지 약 400V, 더욱 바람직하게는 약 200V 내지 약 300V이다. 바람직하게는, 펌핑 대 전류의 비는 펌프 360 또는 361을 지나 이동하는 분자 1,000개당, 더욱 바람직하게는 펌프 360 또는 361을 지나 이동하는 분자 10,000개당, 더욱더 바람직하게는 펌프 360 또는 361을 지나 이동하는 분자 100,000개당 1개 이하의 전자가 제 1 펌프 360 또는 361에 인접한 용액 내로 흐르게 될 정도의 비일 것이다.
전극 기본 내부 펌프 작용 시스템은 펌프가 전극을 교차하여 펄스 전압을 인시킴으로써 작동되는 경우에, 다중 펌프 자리에서 유량이 조절되고 콤플렉스 일렉트로닉스가 비교적 더 적은 본 발명의 액체 분배 시스템 내로 가장 잘 통합될 수 있는 것으로 믿어진다. 도 1은 전압의 펄스 폭이 T1이고 펄스 간격이 T2인 펄스 프로토콜의 일례를 도시한 것이다. 대표적으로, T1은 약 1μs 내지 약 1ms, 바람직하게는 약 0.1ms 내지 약 1ms이다. 대표적으로, T2는 약 0.1μs 내지 약 10ms, 바람직하게는 약 1ms 내지 약 10ms이다. 펄스 전압 프로토콜은 고밀도 일렉트로닉스 내로의 통합의 용이함(수천분의 수백의 펌프가 박편 크기 장치 상에 삽입되게 됨), 전극에서 발생하는 전해의 양의 감소, 전극 근처에서의 열적 대류의 감소, 및 더욱 간단한 장치를 사용하기 위한 능력을 포함하는 다른 장점을 제공하는 것으로 믿어진다. 펄스 프로토콜은 또한, 도 1에 도시된 블록 패턴 보다 복잡한 펄스파 기하학을 이용한다.
응용될 수 있는 또 다른 방법은 전형적으로 고르게 공간화된 많은 전극을 사용하고, 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하기 시작한 후, 제 2 및 제 3 전극에 전압을 인가하기 시작하는 시간 소비적 방식으로 인접 전극의 각각의 쌍에서 전압을 유도하는 이동파 프로토콜을 사용하는 것이다. 이러한 방법은 문헌[Fuhr et al., J. Microelectrical Systems, 1:141-145, 1992]에 기술되어 있다. 이동파 프로토콜은 전기적 장 유도 유체 흐름을 촉진시키는 온도 구배 및 상응하는 전도도 구배를 유도할 수 있는 것으로 믿어진다. 이러한 온도 구배는 또한, 전극 기본 제 1 펌프 360 및 제 2 펌프 361과 관련하여 전기 가열기를 위치시킴으로써 유도될 수 있다.
이론적으로 제한하려는 것은 아니지만, 수가지의 이론적 개념이 EHD 펌프 작용의 역학에서 역할을 하는 것으로 믿어진다. 유전성 유체에 작용하는 힘은 하기 방정식에 의해 설명되는 것으로 믿어진다 :
상기식에서,
F는 힘의 밀도이고,
q는 전하 밀도이고,
E는 인가된 장이고,
P는 분극 인자이고,
] ε는 유전율이고,
ρ는 질량 밀도이다.
상기 방정식에 기재된 항 중에서, 제 1 및 제 3항이 유체의 EHD 펌프 작용과 관련하여 가장 중요한 것으로 믿어진다. 제 1항(qE)은 공간-전하 영역과의 콜롱 상호작용에 관한 것이다. 제 3항(½E2▽ε)유전율의 구배에 비례하는 유전체 힘에 관한 것이다.
낮은 장에서, 즉 전류가 전압에 정비례하는 오옴 영역에서, 전기장에 의해 작용할 전하의 주된 원은 주로 첨가제로부터의 이온, 불순물로부터의 잉온, 및 장에서 분자의 자동해리에 의해 형성되는 이온인 것으로 믿어진다. 중간 장에서, 즉 오옴 영역으로부터 약 2V/㎛ 높은 장에서, 전하는 주로 유체 중에서의 해리 및 전해 과정에 의해 형성되는 것으로 믿어진다. 더 높은 장에서는, 전하는 동종전하를 주사하는 전극에서 주사 방법에 의해 결정되는 것으로 믿어진다.
상기 적용을 위해, 양(+)의 흐름은 음극의 방향으로 흐르고, 음(-)의 흐름은 양극의 방햐으로 흐른다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 제어기(10)는 데이터를 저장하기 위한 장치를 갖고, 많은 용매를 펌핑시키기 위해 적합한 전압 및 극성값을 저장한다.
실험적 결과는 유체 흐름의 성질(흐름 방향과 같은)이 전극으로부터 주사되거나 유도된 하전된 종을 용해시키고 용매화시키는 용매의 능력과 잘 상관함을 제시한다. 흐름 방향은 양이온 또는 음이온을 용매화시키기 위한 용매의 선호도에 의해 결정되는 것으로 믿어진다. 흐름 방향은 장이 제 1 펌프 360 또는 제 2 펌프361의 전극에 인가되는 경우에, 전기장에서 드래깅되러 유체 운동을 발생시킬 용매 분자의 더 큰 셸을 제공하는 것으로 믿어진다. 예를 들어, 양이온의 바람직한 용매화는 음극으로부터 양극으로의 유체 흐름(즉, 양의 방향)에 대한 선호도와 상관한다. 용매에 대한 이러한 용매화 선호도의 정도는 수소 결합을 수용하거나 공여하기 위한 용매 중의 분자의 능력에 의존하는 것으로 믿어진다. 본 발명의 한 양태에서, 펌핑 작용이 아직 특징화되지 않은 액체에 대해, 제어기는 알. 더블유. 타프트(R. W. Taft) 및 공동 연구자에 의해 달성된 선형 용매화 에너지 관계를 사용하여 평가된 초기 펌핑 매개변수를 저장할 것이다 : [참고문헌: Kamlet et al., J. Org. Chem., 48: 2877-2887, 1993 and Kamlet et al., Prog. Phys. Org. Chem., 13: 485, 1981]. 이들 연구자들은 하기의 매개변수에 의해 용매를 분류하였다 : π, 유전 성질에 의해 전하 또는 쌍극자를 안정화시키기 위한 용매의 능력; α, 용매의 수소 결합 공여 능력; 및 β, 용매의 수소 결합 수용 능력. 이들 매개 변수는 상기 인용된 캄렛(Kamlet) 등의 공보에서 더 충분히 규정되어 있다.
원형 단면의 1㎜ 모세관, 400V 장에 의해 전력화된 500 미크론 분리에 의해 모세관 내로 500 미크론의 깊이까지 수직으로 삽입된 한쌍의 50 미크론 로드형 백금 전극을 사용하여, 흐름 방향이 수가지 용매에 대해 결정되었다. 흐름 방향 및 α, β, π, ε 및 쌍극자 운동값은 하기와 같다 :
용매 방향 α β π ε 쌍극자 운동
에탄올 - 0.83 0.77 .54 24.55 1.69
테트라히드로푸란 + 0 0.55 .58 7.58 1.75
크롤로포름 - 0.44 0 .58 4.806 1.01
아세톤 + 0.08 0.48 .71 20.7 2.69
메탄올 - 0.93 0.62 .6 32.7 2.87
2-프로판올 +/- 0.76 0.95 .48 19.92 1.66
아세토니트릴 + 0.19 0.31 .75 37.5 3.92
N-메틸피롤리돈 + 0 0.77 .92 32.0 4.09
디에틸 에테르 + 0 0.47 0.27 4.335 1.15
1,2-디클로로에탄 - 0 0 0.81 10.36 1.2
DMF + 0 0.69 .88 36.71 3.86
α 및 β 값이 음 또는 양으로 하전된 종을 용매화시키기 위한 전기장 하의 용매의 능력을 반영하는 것으로 믿어지며, 여기에서 α-β의 크기는 (-) 흐름과 상관하고, β-α의 크기는 (+) 흐름과 상관한다. 본 발명의 한 양태에 따르면, 액체의 바람직한 흐름 방향은 유체가 작지만 0은 아닌 α 및 β 값의 차이를 갖고 사용되는 전극쌍이 비대칭 장을 생성시키는 경우에 상기와 같이 예측된 방향으로부터 역방향이 될 수 있어서, 양 또는 음으로 하전된 종에 작용하는 힘이 향상되게 된다. 하나의 이러한 전극 쌍은 예정된 흐름의 방향을 지시하는 알파 전극 364 및 전극이 위치한 채널의 벽을 정렬시키는 베타 전극 365를 갖는다. 바람직하게는, 알파 전극 364는 흐름 방향을 충분히 지시하여, 이것의 포인트가 베타 전극 365에 의해 규정되는 평면에 교차하는 라인을 규정한다. 바람직하게는, 알파 전극 364는 말단에서 일정 포인트 또는 웨지형이다. 1㎜ 모세관에서 제조되는 이러한 전극 기본 펌프는 전극에 인가된 전압이 (-) 흐름 방향을 제공할 경우, 또는 어느 정도 더 약한 흐름에 대해, 전극에 인가된 전압이 (+) 흐름 방향을 제공하는 경우에, 알파 전극 364에 의해 지시되는 방향으로 2-프로판올을 펌핑시키기에 효과적인 것으로 입증되었다.
도 2A에는, 알파 전극 364에 의해 지시되는 방향으로 2-프로판올을 펌핑시키기에 효과적인 비대칭 전극 기본 펌프가 도시되어 있다. 알파 전극 364는 도면에서 좌측으로부터 우측으로 표시되어 있다. 베타 전극 365는 모세관(501)의 측면과 동일 높이에 있는 고리 전극이다. 캘리포니아, 그라나다 힐에 소재하는 테라 아날리시스(Tera Analysis)에서 입수할 수 있는 퀵필드 프로그램을 사용하여, 전극 둘레의 여러 지점에서의 전기장 세기 및 배향은 이 지점에서의 화살표의 크기 및 배향에 의해 표시된다. 도 2A로부터, 알파 전극 364가 양극으로서 작용하는 경우에, 용매화된 음이온이 (+) 방향으로 이것을 플러싱하는 강한 장에 의해 영향받는 면적이 강한 장이 용매화된 양이온을 (-) 방향으로 플러싱하는 면적 보다 크다는 것을 알 수 있다. 이들 용매화에 영역에 작용하는 이들 힘의 일체화는 원래의 통상적인 바람직한 흐름 방향으로 액체를 펌핑시키기 위해 비대칭 장이 사용될 수 있는 이유를 설명한다. 따라서, 펌핑시키려는 액체에 의존하여, 비대칭 장이 주어진 흐름 방향을 보장하기 위해 사용될 수 있다.
비교를 위해, 도 2B는 알파 전극 364 베타 전극 365를 갖는 하나 이상의 대칭 펌프 둘레에서 장의 세기 및 많은 포인트의 배향을 보여준다.
액체의 펌핑 매개변수는 전극 기본 펌프를 갖고, 상향으로 각이 진 모세관 중에 배치된 액체의 플러그를 사용하여 보정될 수 있다. 광학 장치가 플러그의 위치를 모니터하기 위한 모세관과 관련된 경우, 상향으로의 펌핑된 흐름의 속도 및 중력 가동 하향 운동의 속도가 측정될 수 있다. 이들 속도 및 모세관의 각에 대해, 액체에 인가된 압력이 계산될 수 있다(유체 저항 R = (8·μ·l)/πr2이며, 여기에서 μ는 속도이고, l은 유체 플러그의 길이이고; 압력 P = RA(vuo-vdown)이며, 여기에서 A는 단면적이다). 펌프의 효율이 또한 계산될 수 있다(η = (q·ρ·Q·NA)/m·I이며, 여기에서 q는 e-의 전하이고, ρ는 액체의 밀도이고, Q는 유속 = vup·A이고, m은 액체의 질량이고, I은 전류이다). 속도는 고정된 LED 및 광학 검출기를 사용하여, 또는 캘리포니아, 호쏘른에 소재하는 UDT 센서즈, 인코포레이티드로부터 입수할 수 있는 SL15 또는 SC10 위치 센서와 같은 광 및 실리콘 포토다이오드 위치 센서를 사용하여 연속 방식으로, 플러그의 전방 또는 후방 계면의 위치의 다중 단일 포인트 관찰에 의해 측정할 수 있다. 후자의 방법을 사용하여, 위치 센서에 관련된 상이한 증폭기에서 생성된 신호 사이의 상관은 실험적 사용 전에 보정되어야 한다.
도 3은 제 1 광학 검출기(401), 제 2 광학 검출기(402) 및 제 3 광학 검출기(403)을 갖는 보정 장치를 도시한 것이다. 이들은 바람직하게는 일리노이주, 휠링에 소재하는 옵토 테크놀로지, 인코포레이티드(Opto Technology, Inc.)로부터 입수할 수 있는 OTS-254 포토트랜지스터와 같은 포토다이오드이다. 상응하는 제 1광원(411), 제 2 광원(412) 및 제 3 광원(413)은 도시되어 있지 않다. 이들은 바람직하게는 레이디오 샤크(Radio Shack)로부터 입수할 수 있는 Super Bright LED이다. 모세관(420)은 마운트(430)에 위치되어 있다. 마운트(420)는 수평 배향으로부터 파생된 각으로 모세관(420)을 배향시키도록 조절될 수 있다. 제 1 리드(441) 및 제 2 리드(442)는 제어기(10)의 전압 발생 부분(470)으로부터 전극 기본 펌프(460)(마운트(430)에 의해 가려짐)에 전압을 공급한다. 광검출과 관련된 전기 신호는 제 1 데이터 리드(481), 제 2 데이터 리드(482) 및 제 3 데이터 리드(483)에 의해 제어기(10)의 신호 처리 부분(480)에 공급된다. 작동시에, 제 1 광학 검출기(401), 제 2 광학 검출기(402) 및 제 3 광학 검출기(403)으로부터의 신호는 모세관(420) 중의 액체의 플러그(11)의 계면이 각각의 검출기(401, 402 또는 403)에 의해 움직이는 경우에 전이점을 보여준다. 이들 전이의 타이밍은 플러그(11)의 운동 속도의 측정값을 제공한다.
도 4는 위치 센서(490)의 표면에 부딪치는 광원(491)으로부터의 광의 분배를 기준으로 한 전기 신호를 발생시키는 위치 센서(490)을 갖는 보정 장치를 보여준다. 광원(491)은 전력원(492)을 갖는다. 펌프(460)에 전압을 제공하는 리드(440)가 개략적으로 도시되어 있다. 전압은 이것의 펄스 발생기(471) 및 전압 드라이버(472)를 통해 제어기(10)에 의해 제어될 수 있다. 위치 센서로부터의 전기 출력은 리드(484)를 통해 제어기(10)의 데이터 획득 모듈(485)에 제공된다. 위치 센서로부터의 신호를 플러그(11)의 계면의 위치를 결정하도록 처리할 수 있도록 보정할 수 있음이 인지될 것이다.
많은 용매에 대한 펌핑 매개변수는 하기와 같이, 상기 기술된 1㎜ 모세관에서 결정된다 :
용매 유속 Q (㎕/초) 압력 P (N/m2) 전기 효율 η (분자/e-)
아세톤 14.56 16.33 1.9 × 106
메탄올 24.46 26.32 9.7 × 104
1-프로판올 16.39 74.89 4.2 × 105
디에틸 에테르 18.44 20.45 5.8 × 108
1,2-디클로로에탄 14.24 46.55 2.9 × 107
펌핑의 또 다른 양태는 적합한 장의 세기에서 펌핑에 대해 저항성인 유체가 적합한 펌핑 첨가제의 첨가에 의해 전극 기본 펌핑에 대해 더욱 민감하게 될 수 있다는 관찰이다. 바람직하게는, 펌핑 첨가제는 저항성 유체와 혼화될 수 있고, 고압 P, 높은 유속 Q, 및 양호한 전기 효율 η(즉, 전류의 전자 1개당 펌핑되는 분자)에서 펌핑될 수 있다. 일반적으로, 펌핑 첨가제는 생성된 혼합물의 약 0.05%w/w 내지 약 10%w/w, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5%w/w, 더욱 바람직하게는 약 0.1%w/w 내지 약 1%w/w를 구성한다. 사염화탄소 및 시클로헥사는 2,000V의 전압에서 상기 기술된 모세관 내에 위치한 전극 펌프를 사용하여 펌핑되지 않는다. 펌핑 첨가제로서 0.5%w/w 아세톤 또는 메탄올을 첨가함으로써, 이들 유체 둘 모두는 1,000V의 전압에서 펌핑될 수 있다. 일부 경우에는, 바람직한 방향으로 강하게 펌핑시키는 펌핑 첨가제와 혼합시킴으로써 액체의 바람직한 흐름 방향을 역전시키는 바람직하다. 모든 경우에, 펌핑 첨가제는 액체 분배 시스템에서 달성시키려는 추구하는 화학적 또는 다른 방법과 함께 이들의 펌핑 특성 및 이들의 양립성을 기준으로 선택된다.
본 발명의 전극 기본 펌프는 펌프를 작동시켜서 원하지 않는 흐름을 계측함으로써 특정 방향으로 흐름을 막기 위해 밸브에 대해 작동될 수 있다. 전극 기본 펌프에 전력을 공급하기 위해, 예를 들어 자리 이동 레지스터, 래치, 게이트, 및 DMOS 트랜지스터와 같은 스취칭 장치를 포함하는 하나 이상의 디지털 드라이버가 간단한 일렉트로닉스를 제공하여, 채널 각각에서의 유체 흐름이 독립적으로 제어될 수 있게 된다. 바람직하게는, 각각의 디지털 드라이버는 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 분리된 전극 기본 펌프의 펌핑 속도를 제어하기 위해 각각 사용될 수 있는 다중 스위칭 장치에 연결된다. 도 11에는, 데이터가 자리 이동 레지스터(50) 내로 입력될 수 있다. 자리 이동 레지스터(50)은 래치, 게이트(56) 및 고전압 스위칭 장치(52)를 연속적으로 포함하는 경로를 통해 다중 전극 기본 펌프(360 또는 361)에 연결된다. 래치는 각각 래치 신호 인풋에 연결된다. 게이트(56)은 각각 게이트 제공 인풋에 연결된다. 고전압 스위칭 장치(52)는 풀-업 레지스터를 통해 고전압에 연결된다.
본 발명은 전극 기본 펌프를 사용하여 아미노산, 보호된 아미노산, 누클레오티드, 보호된 누클레오티드, 카르보디이미드, N-보호된 아미노산의 반응성 유도체 및 누클레오티드의 포스포아미다이트 유도체의 용액으로 구성된 군으로부터 선택된 시약을 이동시키는 방법을 포함한다. 카르보디이미드는 바람직하게는 C2-C12-아릴 카르보디이미드이다. 이들 시약의 농도는 약 0.01M 내지 약 0.2M이 바람직하다.
본 발명은 또한, 전극 기본 펌프를 사용하여 아미노기로 치환된 C1-C10-탄화수소와 같은 유기 아민 및 카르복실산 기로 치환된 C1-C10-탄화수소와 같은 카르복실산으로 구성된 군으로부터 선택된 시약을 이동시키는 것을 포함하는 펌핑 방법을 제공한다. 바람직하게는, 시약은 용매 중에 용해된다. 또 다른 양태에서, 용매는 시약의 부재하에 2,000V의 전압에서 d.c. 전력화 전극 기본 펌프를 사용하여 펌핑되지 않고, 더욱 바람직하게는 4,000V의 전압에서 d.c. 전력화 전극 기본 펌프를 사용하여 펌핑되지 않는다.
본 발명에 기술된 다른 분배 시스템의 특징은 이들을 기술하고 있는 작은 표제와 무관하게 상기 양태에 적용될 수 있다.
B. 수문학적 액체 분배 시스템
본 발명이 유용하게 사용되는 하나의 구조는 많은 저장기 및 많은 반응 셀로 이루어진 수문학적 액체 분배 시스템이며, 여기에서 임의의 주어진 저장기로부터의 액체는 반응 셀의 전부 또는 실질적 서브세트로 계통적으로 이동할 수 있다.
이러한 액체 분배 시스템(100)은 도 5 내지 10에 도시되어 있다. 분배 시스템은 3개 이상의 판, 하나의 피드스루 판(300), 분배판(310) 및 반응 셀 판(320)으로 형성된다 (도 5). 피드스루 판(300)은 분배판(310)에 접착된다. 더욱 중요하게는, 피드스루 판(300)은 본 발명에 따라 제조할 수 있는 다중 제 1 전극(360) 및 제 2 전극(361)을 갖는다. 반응 셀 판(320)은 분배판(31)의 하면, 또는 분배판(310)과 반응 셀 판(320) 사이에 끼워진 중간판(330)의 하면에 제거할 수 있게 맞춰지는 것이 전형적이다.
도 6에는 분배판(310)의 배치가 도시되어 있다. 도 7에는 도 6의 척도에 의해 가려진 특징의 일부를 더 잘 예시하고 있는 분배판(310)의 일부의 확대도가 도시되어 있다. 전형적으로, 실선으로 표시한 구조는 분배판의 상층에서 형성될 것이며, 반면에, 점선으로 표시된 구조는 분배판(310)의 바닥층에서 형성될 것이며, 단, 도 6에서, 반응 셀(350)은 이 구조가 더 낮은 면에 위치하더라도 실선으로 박스에 의해 표시된다. 적절한 경우, 수직 채널은 분배판(310)의 상부에서의 구조를 바닥에서의 구조와 연결시킨다. 편의상, 도면의 상부로부터 바닥으로의 축은 NS 축으로 표시되는 반면, 우측으로부터 좌측으로의 축은 EW 축이다.
도 6의 상부에는, 각각 규정된 충전 수준을 갖는 4개의 제 1 유체 저장기(200A, 200B, 200C 및 200D)가 도시되어 있다. 이들 제 1 유체 저장기(200A, 200B, 200C 및 200D)는 각각 분배판(310)의 실질적으로 모든 EW 축을 따라 연장한 2개의 제 1 저장기 연장부(212)를 갖는다. 제 1 저장기 연장부(212)의 최상부는 제 1 충전 수준과 실질적으로 동일한 높이에 있는 것이 바람직하다. 제 1 저장기 연장부(212)의 EW 축을 따라, 5개의 엇갈림 위치 A1, B1, C1, 1 및 E1에, 제 1 저장기 연장부(212)를 분배판(310)의 바닥층에서 형성된 4개의 제 1 수평 공급기 채널 세그멘트(216)과 연결시키는 4개의 제 1 수직 채널(214)(도시되지 않음)가 있다. 각각의 엇갈림 위치 A1, B1, C1, D1 또는 E1에서, 연결되어 제 1 저장기 연장부(212)를 분리시키는 4개의 인접한 제 1 수평 공급기 채널 세그멘트(216)가 NS 축을 따라 10개의 위치 A2, B2, C2, D2, E2, F2, G2, H2, I2 및 J2로 연장된다. 이러한 세트의 4개의 인접한 수평 공급기 채널 세그멘트(216) 각각의 경로를 따라 각각의 위치 A2, B2, C2, D2, E2, F2, G2, H2, I2 및 J2는 한쌍의 반응 셀(350)(도시되지 않음)에 인접한다. 이들 위치 A2, B2, C2, D2, E2, F2, G2, H2, I2 및 J2에서, 4개의 인접한 제 1 수평 공급기 채널 세그멘트(216)은 분리된 제 2 수직 채널(225)(도 8 참조)을 통해, 분배판(310)의 상층에서 형성된 4개의 수직 제 1 분배 채널(222) 각각에 분리적으로 연결된다. 분배 채널(222)의 최상부는 전형적으로 실질적으로 제 1 충전 수준의 높이인 제 2 충전 수준을 규정한다. 분배 채널의 충전 수준(예를 들어, 제 2 충전 수준)은 실질적으로 연결된 저장기의 충전 수준(예를 들어, 제 1 충전 수준)(이들 수준이 채널의 깊이의 약 10% 이하 까지 수직으로 파생되는 경우)이며; 충전 수준이 수직으로 더 파생되는 경우에도, 이들은, 저장기를 충전 수준 까지 채우는 것이 연결된 분배 채널의 충전 및 연결된 분배 채널 중의 유체의 유지(예를 들어, 모세관 장벽으로 인한 유지는 도 8을 참조하여 하기에 더 설명됨)를 유발시키는 경우에, 여전히 실질적으로 동일하다. 제 2 수직 채널(225)에 또한 연결되는 수평 공급기 채널 세그멘트(216)에 연결된 제 1 수직 채널(214)의 결합은 제 1 공급기 채널(217)을 구성한다 (도면에서 확인되지 않음).
액체가 제 1 유체 저장기(200)에서 규정된 제 1 수준으로 유지되는 경우에, 실질적으로 동일한 수준이 제 1 공급기 채널(217)을 통해 제 1 유체 저장기(200)에 연결된 제 1 분배 채널(222)에서 유지될 것이다. 이러한 균등화는 2개의 연결된 액체가 동일한 수준을 추구하려는 경향이 있을 것이라는 원리로 인해, 그리고 채널이 크기가 허용하는 경우에는, 모세관 흐름으로 인해 일어난다. 액체는 제 1 유체 저장기 중에서 규정된 수준으로 유지된다. 예시된 양태에서, 액체는 피드스루 판(300) 중의 채널을 통해 유체 저장기(200) 내로 공급되고, 유체 저장기를 규정된 수준으로 채울 필요가 없는 액체는 배출구(380)를 통해 배출된다. 제 1 오프닝(381)(도시되지 않음)은 피드스루 판(300)의 바닥층에서 형성되어 제 1 유체 저장기(200)과 배출구(380) 사이에서 액체 연결 또는 배출 통로를 생성시킨다. 액체는 대표적으로 왓슨-마알로우, 인코포레이티드(Watson-Marlow, Inc.)로부터 입수할 수 있는 모델 넘버 205U 다출 채널 카세트 펌프와 같은 외부 펌프(15)(도시되지 않음)의 사용에 의해 제 1 유체 저장기(200)(뿐만 아니라, 제 2 유체 저장기(210) 및 제 3 유체 저장기(220)) 내로 일정하게 공급된다. 대안적으로, 규정된 수준은 제 1 유체 저장기(200)(또는 제 2 유체 저장기(210) 또는 제 3 유체 저장기(220))에서의 액체의 수준을 모니터하고, 단지 규정된 수준을 유지시키는 것이 필요한 경우에 주어진 제 1 유체 저장기내로 공급 유체를 펌핑시킴으로써 유지될 수 있다.
4개의 인접한 제 1 분배 채널(222)의 각각의 세트는 EW 축을 따라 제 1 분배 채널(222)의 각각의 측면에 위치한 2개의 완충 채널(218)에 인접한다. 액체는 제 1 분배 채널(222)의 제 1 펌프(30)(도 7에서, 한 유형의 펌프의 전극을 나타내는 2개의 채원진 점에 의해 표시함)를 작동시킴으로써 임의의 제 1 분배 채널(222)로부터 인접 완충 채널(218) 내로 펌핑될 수 있다. 이러한 펌핑은 제 1 분배 채널(222)와 완충 채널(218)을 분리시키는 모세관 장벽(370)(도 8 참조) 위로 액체를 이동시키는 추가의 압력을 생성시킨다. 각각의 제 1 분배 채널(222), 제 2 분배 채널(224) 또는 제 3 분배 채널(218)과 인접 완충 채널(218) 사이 및 각각의 완충 채널(218)과 이것의 인접 제 3 수직 채널(390)(하기에 기술됨) 사이에, 펌프가 작동되지 않는 경우에 액체 흐름을 억제하는 모세관 장벽(370)이 위치한다. 제 2 오프닝(362)(도 8 참조)이 피드스루판(300)의 바닥층에서 형성되어, 제 1 분배 채널(222)과 완충 채널(218) 사이의 액체 연결부 또는 액체 통로를 형성시킨다. 완충 채널(218)로부터, 액체는 제 2 펌프(361)(도 8에서, 한 유형의 펌프의 전극을 나타내는 2개의 채워진 점으로 표시됨)를 사용하여 반응 셀 판(320)에서 반응 셀과 연결되는 제 3 수직 채널(390)으로 펌핑될 수 있다. 피드스루판(300) 또는 분배판(310)의 바닥층에서 제 3 오프닝(363)(도 8 참조)은 완충 채널(218)과 제 3 수직 채널(390) 사이에서 액체 연결부 또는 액체 통로를 형성시키는 역할을 한다.
도 8에는, 액체(11)을 함유하는 제 1 분배 채널(222)과 완충 채널(218) 또는 제 3 분배 채널(390) 사이의 접합부에서 메니스쿠스(371)를 생성시키는 모세관 장벽(370)이 도시되어 있다. 완충 채널(222) 내로 제 1 분배 채널(222)의 출구에서 형성되는 메니스쿠스(371)은 모세관 힘으로부터 유발될 수 있는 누출과 같은 제 1 분배 채널(222)로부터의 누출을 억제하려는 경향이 있을 것이다. 일부 양태에서는, 완충 채널(218) 또는 제 3 수직 채널(390)의 상부에서 피드스루판(300)을 통해 연장한 배기구(도시되지 않음)가 있다.
도 8에는 NS 배향된 수형 공급기 채널 세그멘트(216)의 단지 작은 절단부가 도시되어 있음을 유의해야 한다. 대표적으로, 이들 채널은 도시된 절단부로부터 내향으로 그리고 외향으로 연장되고, 다른 반응 셀(350)에 액체를 분배하기에 적합한 추가의 제 1 분배 채널(222)와 연결된다.
분배판(310)의 우측면을 따라, 10개의 유체 저장기(210)가 있으며, 이들은 각각 EW 축을 따라 연장한 제 2 저장기 연장부(240)을 갖는다. 제 2 분배 채널(224)은 제 2 저장기 연장부(240)로부터 L-연장부를 형성하고, 각각 분리 완충 채널(218)에 인접하여 위치하여, 10개의 제 2 분배 채널(224)이 각각의 제 2 저장기 연장부(240)부터 연장하게 된다. 각각의 제 2 분배 채널(224)는 액체를 제 2 분배 채널(224)로부터 인전 완충 채널(218)로 이동시키는 펌프(360)를 갖는다. 피드스루판(300)의 바닥에서 제 2 오프닝(362)(도시되지 않음)는 제 2 분배 채널(224)와 완충 채널(218) 사이에서 액체 연결의 경로 또는 액체 통로를 제공하는 역할을 한다. 액체는 상기 기술된 바와 같이 완충 채널(218)로부터 반응 셀로 이동한다. 각각의 제 2 저장기(210)에 인접하여, 상기 기술된 바와 같이 규정된 제 3 충전 수준을 유지시키도록 작용하는 배출구(380)(도시되지 않음)가 위치한다.
도 9A 내지 9D와 관련하여 하기 섹션 D에서 추가로 설명될 바와 같이, 모세관 장벽(370), 및 제 2 오프닝(362) 또는 제 3 오프닝(363)에 의해 생성되는 액체 통로는 결합된 밸브 및 펌프로서 작용한다. 모세관 장벽(370)은 제 1 펌프(360) 또는 제 2 펌프(361)이 모세관 장벽(370)을 극복하기 위해 필요한 외압을 제공할 때 까지 반응 셀로의 흐름(이 흐름은 모세관 힘에 의해 제공됨)을 방지한다. 액체 통로가 더 좁아지면, 흐름을 제공하는 모세관 힘이 증가하여, 모세관 장벽(370)을 극복하기 위해 필요한 부가된 압력의 양이 감소될 수 있다. 모세관 장벽(370)의 사용으로, 제어기(10)에 의해 제어되는 것이 전형적인 제 1 펌프(360) 또는 제 2 펌프(361)에 의해 흐름 제어가 조절된다.
도 6에 도시된 분배판의 바닥 가장자리를 따라, 10개의 제 3 액체 유체 저장기(220)이 위치한다. 수평 공급기 채널 세그멘트(230)은 제 4 수직 채널(227)을 통해 제 3 유체 저장기(220) 및 제 3 분배 채널(226)에 연결된다. 제 3 분배 채널(226)은 피드스루 판(300)에서 오프닝(362)(도시되지 않음)을 통해 인접 완충 채널(218) 내로 액체를 이동시킬 수 있는 제 1 펌프(360)를 갖는다. 각각의 제 3 유체 저장기(220)에 인접하여, 상기 기술된 바와 같이 규정된 제 4 충전 수준을 유지시키도록 작동하는 배출구(380)(도시되지 않음)이 위치한다. 제 3 유체 저장기(220) 및 연결된 제 3 분배 채널(226)은 제 1 유체 저장기(200) 및 제 1 분배 채널(222)와 동일한 방식으로 작동된다. 당업자들은 많은 분리된 제 3 유체 저장기(220)가 완충 채널(218)에 인접하여 위치한 많은 제 3 분배 채널(226)을 통해 주어진 완충 채널(218)과 상호작용할 수 있는 대안적 기하학을 쉽게 추측할 수 있을 것이다. 각각의 제 3 유체 저장기(220)에 인접하여, 상기 기술된 바와 같이 규정된 제 3 충전 수준을 유지시키도록 작동하는 배출구(380)(도시되지 않음)이 위치한다.
상기 설명은 피드스루 판(300), 분배판(310) 및 반응 셀 판(320)에 의해 형성되는 바와 같은 분배 시스템을 기술하는 것이다. 그러나, 부가적 판이 분배 시스템 내에 통합되는 것이 유리할 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 중간판(330)은 바람직한 양태에서, 분배판(310) 아래에 영구적으로 접착되고 분배판(310)과 반응 셀 판(320) 사이에 끼워진다. 중간판(310)의 사용으로, 분배 시스템을 형성하는 채널의 설계에서 신축성이 훨씬 더 커진다.
C. 제어기
제어기(10)은 전자 프로세서가 대표적이다. 그러나, 이것은 또한, 타이머, 스위치, 솔레노이드 등을 포함하는 더 간단한 장치일 수 있다. 제어기(10)의 중요한 특징은 이것이 제 1 펌프(360) 및 제 2 펌프(361)의 작동성 및, 임의적으로 외부 펌프(171)의 활동성을 제어한다는 점이다. 박막 트랜지스터의 회로(도시되지 않음)는 액체 분배 시스템에서 형서되어 전력을 리드 및 전극을 통해 웰로 공급하고, 이들을 제어기(10)과 같은 드라이빙 수단과 연결시켜서, 액체를 정렬을 통해 이동시킬 수 있다. 예를 들어 제어기(10)에 연결된 논리 회로에 의해 어드레서블할 수 있는 핀이 또한 형성된 기판일 수 있다.
D. 모세관 장벽
모세관 장벽은 도 8을 참조하여 상기 기술된 바와 같다. 그러나, 상기 기술된 것 보다 더 복잡한 설계는 일부 경우에, 모세관 장벽의 설계에 영향을 미친다. 일부 경우에는, 제 2 오프닝(362) 또는 제 3 오프닝(363)에 의해 형성된 액체 통로를 더 좁게 하여, 관련된 제 1 펌프(360) 또는 제 2 펌프(361)이 작동될 때에 적합한 유속에 도달하도록 적절하게 흐름에 대한 임피던스(즉, 흐름에 대한 마찰 저항)를 증가시키는 것이 바람직하다. 이러한 좁아짐은 도 9A의 액체 통로를 도 9D의 좁아진 액체 통로와 비교함으로써 예시된다. 상기 설계 변경이 발생시킬 수 있는 문제점은 더 좁은 채널이 모세관 힘을 증가시켜서 채널 브레이크의 효과를 제한할 수 있다는 점이다.
이와 같이, 하나의 바람직한 양태에서, 채널 파괴는 도 9B 및 9C에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 상향으로 배향된 날카로운 가장자리(369)를 추가로 포함한다. 더욱 상세하게는, 채널 브레이크는 2개 이상의 상향으로 배향된 날카로운 가장자리(369)를 포함한다. 도 9B에서, 오프닝(362)의 일부(362A)는 제 1 판(300) 내로 더 깊이 절단되어, 상향으로 배향된 날카로운 가장자리(369)의 배향을 위해 유용한 개방 공간을 생성시킨다.
E. 판, 채널, 저장기 및 반응 셀의 제조
본 발명의 액체 분배 시스템은 장치에서 수행하려는 화학 공정에서 사용하도록 추구되는 화학 약품에 대한 저항성이거나, 저항성이 될 수 있는 지지 재료를 포함할 수 있다. 상기 기술된 양태 모두에 대해, 바람직한 지지 재료는 유리, 발연 실리카, 석영, 실리콘 웨이퍼 또는 적합한 플라스틱과 같은, 약 50 미크론 내지 약 250 미크론의 단면 치수를 갖는 채너를 형성할 수 있는 미세 제조 방법에 그 자체로 민감할 수 있는 것으로 입증된 재료일 것이다. 유리, 석영, 실리콘 및 플라스틱 지지 재료는 클로로메틸실란 또는 디클로로디메틸실란과 같은 적합 처리 시약으로 표면 처리하여, 단백질 또는 핵산과 같은 생물학적 물질에 결합하는 반응성 자리를 포함하는 물질 상의 반응성 자리를 최소화시키는 것이 바람직하다. 상기 기술된 바와 같이, 팽창 밸브액체 분배 시스테믄 플라스틱으로 구성하는 것이 바람직하다. 비교적 조밀하게 충전된 전기 장치를 필요로 하는 양태에서, 적합한 유리와 같은 비전도 지지 재료가 바람직하다. 바람직한 유리 중에는, 뉴욕, 코닝에 소재하는 코닝 글라스 컴패니(Corning Glass Co.)에서 입수할 수 있는 코닝 211 보로실리케이트 유리, 코닝 7740 보로실리케이트가 있다.
본 발명의 액체 분배 시스템은 채널, 저장기 및 반응 셀을 형성시키는 재료의 분리판으로부터 구성하는 것이 바람직하며, 이들 판은 나중에 결합되어 액체 분배 시스템을 형성한다. 본 발명의 이러한 양태는 수문학적 액체 분배 시스템과 관련하여 좀 더 상세히 기술된다. 바람직하게는, 반응 셀 판, 예를 들어 반응 셀 판(320)은 바닥판이고, 스택에서 다음 판에 가역적으로 연결된다. 2 내지 3개의 판을 포함하는 것이 바람직한 분배 시스테믈 형성하는 나머지 판은 영구적으로 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 결합은 예를 들어 유리-유리 열결합제과 같은 접착제를 사용하여 수행될 수 있다.
판을 영구적으로 결합시키는 하나의 바람직한 방법은 먼저 판을 일반적으로 두께가 약 50 미크론 내지 약 500 미크론, 더 바람직하게는 약 75 미크론 내지 약 125 미크론인 유리 글레이즈의 층으로 코우팅시키는 것이다. 상기 두께는 실질적 양의 채널 구조가 글레이즈 층에서 형성될 것임을 고려한 것이다. 다른 식으로, 글레이즈는 두께가 약 1 미크론 내지 약 100 미크론, 더 바람직하게는 약 10 미크론 내지 약 25 미크론인 것이 일반적이다. 상기 방법은 유리판을 결합시키는 데에 적용하는 것이 바람직하다. 적합한 글레이즈는 오하이오, 신시내티에 소재하는 페로 코포레이션(Ferro, Corp.)으로부터 입수할 수 있다. 글레이즈가 칠해진 판은 하기에 설명되는 바와 같이, 처리되어 채널, 저장기 또는 반응 셀을 형성할 수 있다. 글레이즈가 칠해진 판은 글레이즈가 칠해지지 않는 것이 바람직한 또 다른 판에 위치하고, 2개의 판은 약 글레이즈의 연화점 이상 및 판의 글레이즈가 칠해지지 않은 부분의 연화점 미만의 온도로 가열된다.
유리판을 영구 결합시키는 또 다른 바람직한 방법은 장 보조 열접착 방법을 사용한다. 장 보조 접착 재료가 접착시키려는 판 사이에 끼워지는 경우에 유리의 저전도도에도 불구하고, 장 보조 열접착을 사용하는 유리-유리 밀봉이 가능한 것으로 발견되었다.
하나의 유리판의 상부 또는 바닥 표면에, 장 보조 접착 재료의 층이 도포된다. 바람직하게는, 장 보조 접착 재료 층은 두께가 약 50nm 내지 약 1,000nm, 더욱 바람직하게는 약 150nm 내지 약 500nm이다. 장 보조 접착 재료는 본원에 기술된 방법에 따라 유리판을 접착시킬 수 있는 재료일 수 있다. 바람직하게는, 장 보조 접착 재료는 실리콘 또는 실리카이다. 더욱 바람직하게는, 장 보조 접착 재료는 실리콘이다.
장 보조 접착 재료는 예를 들어 화학적 증착에 의해, 또는 양극이 희가스 방출로부터 양이온으로 충격을 받고, 표면 분자가 가까운 기판에 부딪치고 결합될 때, 표면 분자를 양극으로부터 방출시키는 스퍼터링 방법에 의해 도포될 수 있다. 본 발명에 따라, 두께가 약 150nm 내지 약 500nm인 실리콘 층이, 밀봉 과정이 상기 층의 부재하에 효과적인 것으로 믿어질 지라도, 약 20Å 층과 같은 이산화 실리콘의 외부 표면층을 생성시키는 것으로 예측될 수 있는 조건하에 유리판에 접착된다. 코우팅된 판은 필요에 따라 하기에 설명되는 방법을 사용하여 처리되어 채널, 저장기 또는 반응 셀을 생성시킨다. 대안적으로, 판은 장 보조 접착 재료로 코우팅시키기 전에 이렇게 처리된다. 코우팅된 판은 코우팅되지 않는 것이 바람직한 또다른 판에 위치하고, 도 9에 도시된 바와 같이 장 보조 접착 장치(700)에 위치한다. 장 보조 접착 장치(700)은 전극(720), 및 실리콘층(760)이 도포된 제 1 판(740) 및 제 2 판(750)을 교차하여 전압이 인가되는 접지부(730)을 추가로 갖는다. 일반적으로, 장 보조 접착은 정상 분위기하에 수행된다.
판은 적합한 전기장이 접착 과정을 촉진시키기에 효과적인 판을 교차하여 인가되는 경우에 효과적인 온도에 이른다. 이론적으로 결부시키려는 것은 아니지만, 제 유리판(740)에 적용되는 양극과 승온에 의해 야기되는 이온(예를 들어, 나트륨 이온)의 더 큰 교환 자리 이동성의 조합이 양극이 적용되는 것과 상반된 제 1 유리판의 면에서 이온 고갈을 야기시키는 것으로 믿어진다. 믿어지는 이온 고갈은 제 1 유리 기판(740)의 바닥 표면에서 표면 하전을 유발시키며, 이는 제 2 기판(750)에 대한 강한 편재화된 정전기 끌림의 발생과 상관한다. 상기 방법이 기판 사이의 강한 접착을 발생시키고는 것은 명백하며, 이는 제 1 기판(740)의 실리카와 제 2 기판(750) 상의 제 2 유리 상에 피복된 실리콘 사이의 화학적 결합으로 인한 것으로 믿어진다. 바람직하게는, 온도는 약 200℃ 내지 약 450℃가 되고, 더욱 바람직하게는 약 300℃ 내지 약 450℃가 된다. 이 과정 동안, 대표적으로 약 200V 내지 약 2,500V, 바람직하게는 약 500V 내지 약 1,500V의 전압이 제 1 유리판(740) 및 제 2 유리판(750)을 교차하여 인가된다. 가장 적합하게 인가되는 전압은 유리판의 두께에 따라 변한다. 전압은 판들 중 하나에 도포되는 실리콘층(760)을 포함하는 제 1 유리판(740) 및 제 2 유리판(750)을 끌어당겨서 친밀하게 접촉시킨다. 대표적으로, 유리판의 평면 치수에 의존하여, 용접 밀봉이 수분 내지 약 1시간 내에 달성된다. 적합한 밀봉을 달성시키기 위해 필요한 시간은 특히, 판의 평활도, 전기장 세기, 온도, 및 판의 치수에 따라 변한다. 판들 사이의 접착은 가시적으로 명백한 것이 전형적이며, 그 이유는 이것이 판들 사이의 계면의 사라짐, 2개의 판의 더 얇은 치수를 통해 관찰할 때 볼 수 있는 접착된 영역에서의 회색의 생성이 동반되기 때문이다.
상기 기술된 방법은 유리판을 또 다른 유리 기판 및 제 3 유리 기판에 동시에 접착시키기 위해 사용될 수 있다.
당업자들은 열판이 열 보조 접착을 위하 가열을 제공하는 것으로 예시되었지만, 오븐을 포함하는 다른 가열 장치가 사용될 수 있음을 인지할 것이다. 또한, 가능한 경우에, 접착시키려는 기판의 열팽창 계수를 매칭시키는 것이 바람직함이 이해될 것이다.
유체 분배 시스템의 저장기, 반응 셀, 수평 채널 및 다른 구조가 하기의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어 피드스루판(300), 분배판(310), 반응셀 판(320) 또는 중간판(330) 중 하나를 제조할 판은 양측면에서 순차적으로, 증발 또는 화학적 증착(CVD)에 의해서와 같이, 먼저 두께가 약 500Å인 얇은 크롬층으로 코우팅되고, 두 번째로 공지된 방법으로 약 2000Å 두께의 금층으로 코우팅되어, 판을 후속 식각제로부터 보호한다. 마스크를 사용하거나, 정사각형 또는 직사각형 영상을 사용하여, 적합하게는 매사츄세츠, 액톤에 소재하는 엠알에스 테크놀로지, 인코포레이티드(MRS Technology, Inc.)로부터 입수할 수 있는 MRS 4500 패널 스텝퍼를 사용하여, 뉴저지, 브릿지워터에 소재하는 획스트-셀라니즈 코포레이션(Hoechst-Celanese Corp.)의 Dynakem EPA와 같은 포토레지스트의 2 미크론 층이 방사되고, 포토레지스트가 노출된다. 레지스트층에서 오프닝을 형성시키도록 전개되고 레지스트를 베이킹시켜서 용매를 제거한 후에, 오프닝 중의 금층은 물 25㎖ 중의 4g의 요오드화 칼륨 및 1g의 요오드(I2)의 표준 식각제를 사용하여 식각된다. 하부 크롬층은 캘리포니아, 서니베일에 소재하는 케이티아이 케미컬즈, 인코포레이티드(KTI Chemicals, Inc.)의 KTI Chrome Etch와 같은 산 크롬 식각제를 사용하여 분리적으로 식각된다. 판은 14:20:66의 부피비로 HF-HNO3-H2O의 초음속 배쓰에서 식각된다. 초음속 배쓰에서 이러한 식각제의 사용은 여러 구조에 대한 수직 측벽을 생성시킨다. 식각은 바람직한 에칭 깊이가 얻어질 때 까지 계속된다. 수직 채널은 레이저 융삭에 의해 형성되는 것이 전형적이다.
분배 시스템 양태의 여러 수평 채널은 깊이가 약 50 미크론 내지 약 250 미크론, 바람직하게는 약 50 미크론 내지 약 100 미크론, 더욱 바람직하게는 약 50 미크론 내지 약 80 미크론인 것이 전형적이다. 또 다른 양태에서, 바람직한 깊이는 약 150 미크론 내지 약 200 미크론이다. 수평 채널의 폭은 약 50 미크론 내지 약 200 미크론, 바람직하게는 약 100 미크론 내지 약 200 미크론, 더욱 바람직하게는 약 120 미크론 내지 약 150 미크론이 전형적이다.
F. 전극 기본 펌프의 제조
많은 양태에서, 본 발명의 액체 분배 시스템은 액체 분배 시스템을 통해 유체를 펌핑시키기 위한 많은 전극의 생성을 필요로 한다. 이들 전극은 액체 분배 시스템의 상부 유리판에서 제조되는 것이 일반적이다. 전형적으로, 전극의 각각의 쌍은 매우 가까이 있다(예를 들어, 50 내지 250 미크론 분리). 직경이 바람직하게는 약 25 미크론 내지 약 약 150 미크론, 더욱 바람직하게는 약 50 미크론 내지 약 75 미크론인 전극이 제조된다. 바람직한 양태에서, 액체 분배 시스템은 각각 6 내지 10개의 관련된 전극 기본 펌프를 갖는 10,000개의 반응 셀을 갖는다. 따라서, 액체 분배 시스템은 약 200,000 내지 약 300,000개의 전극을 필요로 할 것이다. 이러한 구조를 생성시키기 위해, 매스 생성 기술을 사용하여 순차적 방식 보다는 평행한 방식으로 전극을 생성시키는 것이 필요하다. 전극을 생성시키는 바람직한 방법은 전극이 돌출할 판에서(피드스루판 300)에서 홀을 형성시키고, 홀에 금속성의 후막 잉크(즉, 소위, 소결 온도 미만으로 냉각시킬 때에 전기 전도성 고체인 매스를 생성시키기 위해 소정의 온도에서 소결되는 유체 물질인 바이아 잉크)를 채운 후, 판 및 잉크 충전물을 발화시켜서 잉크를 유체 누출에 대해 홀을 밀봉시키는 우수한 전도체로 전환시키는 것을 포함한다. 방법은 또한, 판을 통해 뻗어져서, 한 측면에서 유체 채널에서 액체 내로 뻗게될 전극을 제공하고, 나머지 한 측면에서 전기적 대조군을 부착시키기 위한 접촉점을 제공하는 전극의 일부를 생성시킨다.
예를 들어, 홀은 절제 레이저를 사용하여 보로실리케이트 유리의 500 미크론 두께 판 중에서 드릴링된다. 직경이 50 내지 150 미크론인 홀은 시판용 인젝션 바이아-필 머신(캘리포니아, 산 마르코스, Pacific Trinetics Model #VF-1000)을 사용하여 후막 잉크로 채워진다. 바이아 잉크의 정선된 제형만이 이러한 높은 종횡비 홀을 채우도록 충분히 작용하여, 발화된 잉크가 홀의 측면에 접착하고, 발화 과정 동안 균열을 일으키지 않고, 유체 흐름에 대해 홀을 밀봉시키게 됨이 발견되었다. 높은 종횡비 홀을 통한 이렇게 밀봉된 전도성 도관에 대해 중요한 하나의 매개변수는 충분히 정교한 치수를 갖는 바이아 잉크에 대한 금속 분말 및 유리 분말 성분을 선택하는 것이다. 하나의 적합한 제형은, 12-507 Au 분말(Technic Inc., Woonsocket, RI) 89.3%w/w; F-92 유리(O. Hommel Co., Carnegie, PA) 5.7%w/w; Texanol(상표명)(2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올의 모노이소부타레이트 에스테르; Eastman Chemical Products, Kingsport, TN) 중의 15%w/w 에틸 셀룰로오스 N-300(N-300, Aqualon, Wilmington, DE) 2.4%w/w; Terpinol T-318(혼합된 삼차 테르펜 알코올; Hercules Inc., Wilmington, DE) 중의 15%w/w Elvacite 2045(상표명)(폴리이소부틸 메타크릴레이트) 2.15w/w; 및 Duomeen TDO(상표명)(N-탈로우 알킬 트리메틸렌디아민 올레에이트; Akzo Chemicals, Chicago, IL) 0.5%w/w를 사용한다. 테크릭, 인코포레이티드(Technic Inc.)로부터의 금속 분말은 평균 입자 직경이 0.9 미크론이다. 또 다른 적합한 제형은 Ag Poeder Q 분말(Metz, South Plainfield, NJ) 80.8%w/w; F-92 유리(O. Hommel Co., Carnegie, PA) 5.2%w/w; VC-1 수지(37%w/w Terpineol T-318, 55.5%w/w 부틸 카르비톨; 7.5%w/w 에틸셀룰로오스 N-300; Aqualon, Wilmington, DE); Texanol(상표명) 중의 15%w/w 에틸 셀룰로오스 N-300 4.0%w/w; Terpinol T-318 중의 15%w/w Elvacite 2045(상표명)(폴리이소부틸 메타크릴레이트) 4.1%w/w; Duomeen TDO(상표명) 0.6%w/w; 및 Terpineol 1.6%w/w를 사용한ek. 이들 제형은 550℃에서 발화되어 높은 종횡비의 전도성 도관을 형성시킨다.
유리 또는 금속 분말의 크기가 증가하는 경우, 우수한 충전 성질(균열의 결핍, 액체에 대한 우수한 밀봉, 홀의 측면에 대한 우수한 접착성)이 종종 바이아 잉크 중의 유기 물질의 양을 감소시킴으로써 얻어질 수 있다.
판 중의 홀에 바이아 잉크를 삽입시키기 위해 사용되는 장치는 판 중의 오프닝에 상응하는 오프닝을 갖는 금속 형판을 포함하는 것이 전형적이다. 바이아 잉크는 판 위에 놓인 형판 위에 도포되고, 블래더 장치는 잉크를 가압시켜서 이것을 밀어내어 홀을 충전시킨다. 충전 후에, 바이아 잉크 충전 홀을 갖는 판은 하기에 설명되는 바와 같이 추가의 공정을 위해 제거된다.
충전 전에, 예를 들어 잉크 충전 판을 1 내지 5분 동안 오븐(예를 들어, 100℃) 중에 넣음으로써 유기 성분의 대부분이 증발된다. 바람직하게는, 발화는 약 450℃ 내지 약 700℃, 더욱 바람직하게는 약 500℃의 온도에서 수행된다.
시약 흐름 방향*
4-(아미노프로필)모르폴린 +
9-플루오렌메탄올 +
p-니트로벤질 알코올 +
p-(메틸티오) 벤질 알코올 -
o-아미노벤질 알코올 +
2-메톡시벤질 알코올 +
2-(트리플루오로메틸) 벤질 알코올 +
2-아미노-3-페닐-1-프로판올 +P
디에틸아조디카르복실레이트 -P
4-디메틸아미노피리딘 +p
카르바졸 +
아조벤젠 +
3,4-디히드록시벤조산 -P
4-메틸모르폴린 N-옥시드 +
3-시아노벤조산 흐르지 않음
4-니트로페닐아세트산 0.1M에서 흐르지 않음, 흐름은 더 낮은 농도(0.01-0.1M)에서 일어남
2-(1H-벤조트리아졸-1-일)-1,1,3,3-테트라메틸우로늄 헥사플루오로포스페이트(HBTU) 0.1M에서 흐르지 않음, 흐름은 더 낮은 농도(0.01-0.1M)에서 일어남
2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤조퀴논 + 약함
테트라프로필암모늄 퍼우레테네이트 흐르지 않음
1-옥소-2,2,6,6,-테트라메틸피페리디늄 클로라이드 흐르지 않음
5-벤조이미다졸카르복실산 N.D.δ
4-(아미노메틸)벤조산 N.D.
4-(아미노메틸)벤조산 N.D.
N,N-디이소프로필에틸아민 N.D.
이소부틸아민 N.D.
글루타티온(SH) N.D.
* 방향 지시 표시(+ 또는 -) 다음의 P는 흐름이 도 1에 따라 펄스 전압프로그램을 사용하여 달성됨을 나타냄(T1=0.1-1ms 및 T2=3.0-10ms임).
상기 표 및 하기의 표에서δN.D.는 용질이 용매와 혼화성이거나, 육안 검사가 이것이 되었음을 제시함.
다르게 제시하지 않는 한은, 0.1M에서 DCM 중의 하기의 용액을 시험하였다 :
시약 흐름 방향*
알킬아민 -
부틸아민 -
시클로헥실아민 -
1-(3-아미노프로필) 이미다졸 -
디에틸아조디아카르복실레이트 -
TP 팔라듐 -
이소부틸아민 -
이소아밀아민 -
프로필아민 -
1-(3-아미노프로필)이미다졸 -
p-카르복시벤젠술폰아미드 N.D.
2-(1h-벤조트리아졸-1-일)-1,1,3,3-테트라메틸우로늄 헥사플루오로포스페이트(HBTU) N.D.
* 방향 지시 표시(+ 또는 -) 다음의 P는 흐름이 도 1에 따라펄스 전압 프로그램을 사용하여 달성됨을 나타냄(T1=0.1-1ms 및 T2=3.0-10ms임).
모두 0.1M에서 메탄올 중의 하기의 용액을 시험하였다 :
시약 흐름 방향
4-플루오로페닐아세트산 -
9-플루오렌메탄올 -P
p-(메틸티오) 벤질 알코올 -
(R) 2차-펜에틸 알코올 -
3-시아노벤조산 흐르지 않음
4-니트로페닐아세트산 - 약함
알릴아민 흐르지 않음
2-아미노에탄올 흐르지 않음
2-(1H-벤조트리아졸-1-일)-1,1,3,3,-테트라메틸우로늄 헥사플루오로포스페이트(HBTU) N.D.
이소부틸아민 N.D.
이소아밀아민 N,D,
* 방향 지시 표시(+ 또는 -) 다음의 P는 흐름이 도 1에 따라펄스 전압 프로그램을 사용하여 달성됨을 나타냄(T1=0.1-1ms 및T2=3.0-10ms임).
실시예 2 - 전극 펌프 기본 선택 흐름 시스템
채널 시스템을 211 코닝 글라스(Corning Glass Co., Corning, NY)의 20 밀 판에 의해 2x2인치로 제조하여, 액체가 특정 전극 기본 펌프에 인가되는 전압의 조절에 의해 바람직한 흐름 경로로 스위칭될 수 있는 것을 확인하였다. 도 11A 및 11B에 도시된 바와 같이, 제 1 채널(804)(길이 2,600㎛, 폭 150㎛, 깊이 ㎛), 제 2 채널(805)(길이 550㎛, 폭 100㎛, 깊이 100㎛), 제 3 채널(806)(길이 800㎛, 폭 275㎛, 깊이 100㎛), 제 4 채널(807)(길이 200㎛, 폭 100㎛, 깊이 100㎛), 제 5 채널(808)(길이 550㎛, 폭 100㎛, 깊이 100㎛) 및 제 6 채널(809)(길이 2,600㎛, 폭 150㎛, 깊이 100㎛)를 채널판(810)(도시되지 않음) 상에서 제조하였다. 또한, 채널판(810) 상에서, 채널에 의해 연결된 제 1 웰(800A), 제 2 웰(800B) 및 제 3 웰(800C)를 제조하였다. 전극판(820)을 오버레이하고, 장 보조 열접착에 의해 채널판(810)에 대해 밀봉시켰다. 전극판(820)은 제 1 웰(800A) 및 제 2 웰(800B) 내에 오프닝을 갖는다 (도시되지 않음). 제 3 웰(800C)은 중심 배출구(855)를 포함한다. 전극판(820)은 25㎛ 와이어를 삽입시킴으로써 제조되는 백금 전극을 추가로 갖는다. 전극은 제 1 백금 전극(801A), 제 2 백금 전극(801B), 제 3 백금 전극(801C), 제 4 백금 전극(802A), 제 5 전극(802B), 제 6 백금 전극(802C), 및 감마 전극 기본 펌프(803)을 포함하는 2개의 전극을 포함한다. 제 1 백금 전극(801A), 제 2 백금 전극(801B) 및 제 3 백금 전극(801C)은 알파 전극 기본 펌프(801)을 구성하고, 반면에, 제 4 백금 전극(802A), 제 5 전극(802B) 및 제 6 백금 전극(802C)는 베타 전극 기본 펌프(802)를 구성한다.
도 12A는 제 1 웰(800A)로부터 제 2 웰(800C)로 흐르면서, 제 3 웰(800C)를 우회하는 메탄올을 도시한 것이다. 이러한 흐름은 알파 전극 기본 펌프(801)에 160V를 인가시킴으로써 수행된다. 도 12B는 제 2 웰(800B)로부터 제 3 웰(800C)로 흐르면서, 제 1 웰(800A)를 우회하는 메탄올을 도시한 것이다. 이러한 흐름은, 베타 및 감마 전극 기본 펌프(802, 803)에서 분극성이 제 3 웰(800C) 내로의 흐름을 제공하고, 알파 전극 기본 펌프(801)에서의 분극성이 제 1 웰(800A)로부터 멀리 흐름을 제공하는 경우에, 베타 전극 기본 펌프(802)에 200V를 인가시키고, 감마 전극 기본 펌프(803)에 100V를 인가시키고, 알파 전극 기본 펌프(801)에 120V를 인가시킴으로써 수행된다.
실시예 3 - 모세관 장벽을 지나는 전극 기본 펌프(801)
도 13은 수문학적 액체 분배 시스템에 따라 제조된 포토타입 액체 분배 시스템을 도시한 것이다. 분배 시스템은 상부판이 되는 코닝 7740 보로실리케이트 판(Corning Glass, Inc., NY), 중간판(920) 및 바닥판(930)으로부터 구성하였다. 중간판(920)의 상부는 상기 기술한 바와 같이 실리콘으로 코우팅시켰다. 상부판(910)에서, 레이저 드릴링에 의해, 각각 직경이 75㎛인 제 1 홀(901A), 제 2 홀(901B), 제 3 홀(902A), 제 4 홀(902B), 제 5 홀(903A), 제 6 홀(903B), 제 7 홀(904A) 및 제 8 홀(904B)을 형성시켰다. 제 1 및 제 2홀(901A, 901B)는 제 1 모델 전극 기본 펌프(961)을 형성시키기 위해 사용된다. 제 3 및 제 4 홀(902A, 902B)는 제 2 포토타입 전극 기본 펌프(962)를 형성하기 위해 사용된다. 제 5 및 제 6 홀(903A, 903B)는 제 3 포토타입 전극 기본 펌프(963)을 형성시키기 위해 사용된다. 제 7 및 제 8 홀(904A, 904B)는 제 4 모델 포토타입 전극 기본 펌프(964)를 형성시키기 위해 사용된다. 각각의 제 1 내지 제 4 포토타입 전극 기본 펌프(961-964) 중의 전극은 200㎛ 까지 분리된다. 레이저 드릴링에 의해, 각각 직경이 150㎛인 제 9 홀(908) 및 제 10 홀(909)가 상부판(910)을 통해 형성된다.
중간판(920)에서는, 제 1 포토타입 채널(911)(세그멘트 911A-911D로 이루어짐) 및 제 2 포토타입 채널(912)(세그멘트 912A-912D로 이루어짐)이 형성된다. 제 1 및 제 2 포토타입 채널(911, 912)는 깊이가 80㎛이고, 폭이 150㎛이다. 이들 2개의 포토타입 채널(911, 912) 내로의 엔트리는 제 9 홀(908) 및 제 10 홀(909) 각각에 의해 제공된다. 제 1 반응 셀은 홀(913)에 접근하고, 제 2 반응 셀은 홀(914)에 접근하며(이들 홀은 각각 직경이 150㎛임), 중간파(920)을 통해 레이저 드릴링된다. 중간판(920)의 하측에서는, 델타 오프닝(915)가 형성되며, 이 델타 오프닝(915)은 반응 셀(950)을 제 1 및 제 2 포토타입 배출구 홀(921, 922)에 연결시킨다.
바닥판(930)에서는, 반응 셀(950)이 식각에 의해 형성된다. 제 1 포토타입 배출구 홀(921) 및 제 2 포토타입 배출구 홀(922)는 바닥판(920)을 통해 레이저 드릴링된다. 상부판(910) 및 중간판(920)은 장 보조 열접착에 의해 함께 접착된다.
메탄올이 제 1 포토타입 채널(911) 내로 도입되는 경우, 액체는 알파 오프닝(905)에서 구조물에 의해 형성된 모세관 장벽에 의해 반응 셀 접근 홀(913) 내로의 흐름이 중단된다. 상응하게, 베타 오프닝(906)에서 구조물에 의해 형성된 모세관 장벽은 반응 셀 접근 홀(914) 내로의 메탄올 흐름을 방지한다. 양 경로 중 어느 하나에 의한, 반응 셀 접근 홀(913) 또는 (914) 내로의 흐름은 적합한 펌프를 작동시킴으로써 개시될 수 있다. 예를 들어, 포토타입 전극 기본 펌프(901) 및 제 2 포토타입 전극 기본 펌프(902)는 200V를 인가시킴으로써 바이어스된다. 포토타입 채널(911)을 통한 흐름이 관찰된다.

Claims (33)

  1. 직경이 각각 25 미크론 내지 100 미크론이고, 서로 100 미크론 내지 2,500 미크론 떨어져 있는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 전극 기본 펌프.
  2. 제 1항에 있어서, 펌프가 모세관 치수의 유체 채널 중에 위치하는 전극 기본 펌프.
  3. 제 1항에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 150 미크론 내지 1000 미크론 떨어져 있는 전극 기본 펌프.
  4. 제 1항에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 150 미크론 내지 250 미크론 떨어져 있는 전극 기본 펌프.
  5. 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 포함하는 전극 기본 펌프.
  6. 제 1항에 있어서, 펌프가 모세관 치수의 유체 채널 중에 위치하는 전극 기본 펌프.
  7. 제 6항에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 100 미크론 내지 2,500 미크론 떨어져 있고, 제 3 전극이 제 1 전극으로부터 200 미크론 내지 5,000 미크론 떨어져 있고 제 2 전극에 더 가까이 있는 전극 기본 펌프.
  8. 제 8항에 있어서, 제 3 전극이 제 2 전극으로부터 500 미크론 내지 1,500 미크론 떨어져 있는 전극 기본 펌프.
  9. 제 6항에 있어서, 제 4 전극을 추가로 포함하는 전극 기본 펌프.
  10. 제 9항에 있어서, 제 1 전극 및 제 2 전극이 제 3 전극과 제 4 전극 사이에 위치하고, 제 3 전극 및 제 4 전극이 서로 200 미크론 내지 5,000 미크론 떨어져 있는 전극 기본 펌프.
  11. 제 10항에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 서로 100 미크론 내지 1,500 미크론 떨어져 있는 전극 기본 펌프.
  12. 제 10항에 있어서, 제 3 전극과 제 4 전극이 서로 500 미크론 내지 1,500 미크론 떨어져 있는 전극 기본 펌프.
  13. 전극 기본 펌프를 사용하여 유기 아민 및 카르복실산으로 구성된 군으로부터 선택된 시약을 제거하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 시약이 용매 중에 용해되는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 용매가 시약의 부재하에서는 2,000V/㎜의 전압에서 d.c. 전력화 전극 기본 펌프를 사용하여 펌핑되지 않는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 용매가 시약의 부재하에서는 4,000V/㎜의 전압에서 d.c. 전력화 전극 기본 펌프를 사용하여 펌핑되지 않는 방법.
  17. 제 13항에 있어서, 유기 아민이 C1-C10-아릴 아민이고, 카르복실산이 C1-C10-아릴 카르복실산인 방법.
  18. 전극 기본 펌프를 사용하여 아미노산, 보호된 아미노산, 누클레오티드,보호된 누클레오티드, 카르보디이미드, 아미노산의 반응성 유도체 및 누클레오티드의 반응성 유도체로 구성된 군으로부터 선택된 시약을 제거하는 방법.
  19. (a) 첨가제에 의해 나타나는 펌핑 압력, 펌핑 유속 및 전기 효율을 기준으로 하여 펌핑 첨가제를 선택하는 단계,
    (b) 펌핑 혼합물을 액체와 혼합시켜서, (i) 펌핑 압력, 펌핑 유속 또는 전기 효율이 개선되거나, (ii) 펌핑 첨가제의 부재하에 액체의 방향과 상반된 방향으로 펌핑에 대한 선호도를 갖는 혼합물을 수득하는 단계를 포함하는, 액체의 동전기 펌핑 매개변수를 변경시키는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 수득되는 혼합물이 액체의 선호도와 상반된 선호도를 갖는 방법.
  21. 제 19항에 있어서, 수득되는 혼합물이 개선된 펌핑 압력, 펌핑 유속 또는 전기 효율을 갖는 방법.
  22. 제 19항에 있어서, 펌핑 첨가제가 혼합물의 0.05%w/w 내지 10%w/w인 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 펌핑 첨가제가 혼합물의 0.1%w/w 내지 5%w/w인 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 펌핑 첨가제가 혼합물의 0.1%w/w 내지 1%w/w인 방법.
  25. 액체가 유체의 흐름 선호도와 상반된 방향으로 펌핑될 정도로 유체를 발생시킬 수 있는, 2개 이상의 전극을 포함하는 유체 채널 중에 위치한 전극 기본 펌프.
  26. 제 25항에 있어서, 제 1 전극이 유체 채널을 교차하는 평면을 규정할 정도로 채널의 벽을 따라 위치한 제 1 전극, 및 제 1 전극에 의해 규정된 평면을 교차하는 방향으로 포인트에 배향된 제 2 전극을 포함하는 전극 기본 펌프.
  27. 제 26항에 있어서, 제 2 전극의 말단이 점 또는 쐐기형인 전극 기본 펌프.
  28. (a) 모세관 치수의 유체 채널,
    (b) 유체 채널 중에 위치한 전극 기본 펌프,
    (c) 연속적으로 또는 2가지 이상의 서로 다른 시간에 유체 채널 중에 위치한 액체의 이동 플러그의 위치를 나타내는 신호를 발생시키기 위한 신호 발생 수단, 및
    (d) 신호를 수신하고, 이로부터 유체 플러그의 속도를 계산하기 위한 계산 수단을 포함하는 보정 장치.
  29. 유체 채널이 비수평면 상에 있도록 유체 채널을 위치시키기 위한 수단을 포함하는 보정 장치.
  30. 제 29항에 있어서, 계산 수단이 펌핑된 유체 속도 증가 및 중력 속도 감소를 기준으로 펌핑 압력을 계산할 수 있는 보정 장치.
  31. 제 29항에 있어서, 액체 분배 시스템, 및 1종 이상의 액체를 펌핑시키기 위한 펌핑 프로그램의 데이터베이스를 포함하는 전기적 데이터 저장 장치를 포함하는 제어기를 추가로 포함하는 보정 장치.
  32. (a) 펄스 반복율, 전극 기하학 및 유체 성질과 함께 인가된 전압 펄스에 관한 데이터를 컴퓨터에 로딩시키는 단계;
    (b) 데이터를 디지털 드라이버에 대한 지시로 전환시키고, 상기 지시를 자리 이동 지스터를 사용하여 상기 디지털 드라이버로 전달시키는 단계;
    (c) 래치 신호를 가하여 로딩된 데이터를 상기 자리 이동 레지스터에 전달하는 단계; 및
    (d) 래치 출력 신호, 및 일정한 증폭 및 변동 펄스 폭 및 반복율의 특정 신호를 스위칭 장치에 연결된 AND 신호에 가하여, 상기 채널에서의 유체의 흐름을 제어하는 단계를 포함하는, 모세관 치수를 갖는 채널에서 떨어져 있는 전극을 포함하는 동전기 펌핑 장치를 제어하는 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 다수의 전극쌍이 스위칭 장치, AND 게이트 및 래치를 통해 상기 자리 이동 레지스터에 연결되고, 컴퓨터가 독립적으로 각각의 스위칭 장치에 지시를 가할 수 있는 방법.
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