(57)【要約】【課題】熱制御を有する微小流体ポンプを提供する。【解決手段】微小流体ポンプは、超臨界加熱を使用して生成された熱蒸気泡を使用して、微小の液量を導管に通す流体作動機構を使用する。微小流体ポンプの態様は、微小流体ポンプと関連する温度を監視するとともに、微小流体ポンプの操作を減速または一時停止して熱が生成される速度を減らし、熱を受動的に分散させる時間を追加するポンプ温度コントローラの使用を含む。上部微小流体ポンプの温度を制御することにより、注入された流体がオーバーヒートして用途に適さなくなる、あるいは微小流体ポンプに害を与えるのを防止または減少させる。ポンプ温度コントローラの別の態様は、流体の温度を選択した操作範囲まで上昇させ、流体および／または微小流体ポンプの性能を上げる任意の基板ヒータを含む。【選択図】図２
2019500534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を搬送するための覆われたチャネルを定義する基板と、
前記覆われたチャネルに沿って配置され、発射パルス列を使用して起動することにより、前記発射パルス列に基づいた方向および速度で前記流体を導管に通す一連の抵抗性ヒータと、
前記基板と熱連通し、ポンプ温度を測定して、前記ポンプ温度に対応する温度信号を生成する温度センサと、
各抵抗性ヒータと電気連通し、一連の発射パルス列を生成し、前記各発射パルス列が発射パルスの数を含み、連続した発射パルスが発射パルスのない期間を含むアイドル期間によって分離されるとともに、（１）前記発射列における前記発射パルスの数および（２）前記ポンプ温度に反応する前記アイドル期間のうちの少なくとも１つを変化させる発射信号発生器と、
を含む微小流体ポンプ。
【請求項２】
前記発射列における前記発射パルスの数が、前記ポンプ温度が温度限界よりも高い時に減少する請求項１に記載の微小流体ポンプ。
【請求項３】
前記発射列における前記発射パルスの数が、１つ減少する請求項１または２に記載の微小流体ポンプ。
【請求項４】
前記発射列における前記発射パルスの数が、前記ポンプ温度と温度限界の間の前記差に基づいて選択された数だけ減少する請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項５】
前記選択された数が、前記ポンプ温度と前記温度限界の間の前記差が増加するにつれて増加する請求項４に記載の微小流体ポンプ。
【請求項６】
前記アイドル期間が、前記ポンプ温度が温度限界よりも高い時に増加する請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項７】
少なくとも１つの前記基板と熱連通する少なくとも１つのヒートシンク、および前記チャネルを覆って前記流体から熱を分散させるカバーをさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項８】
前記基板と熱連通し、起動により前記基板を加熱する基板ヒータと、
前記温度センサと連通し、前記ポンプ温度が選択された温度よりも低い時に前記基板を加熱するよう前記基板ヒータを起動するヒータコントローラと、
をさらに含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項９】
温度限界に対応する信号を生成するポンプ温度限界信号発生器と、
前記ポンプ温度限界信号発生器および前記温度センサと連通し、前記ポンプ温度と前記温度限界の間の前記差に対応する出力を生成する比較器と、
をさらに含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項１０】
基板ヒータドライバおよび前記基板ヒータドライバと連通する少なくとも１つの基板加熱素子を有し、前記基板ヒータドライバが前記温度センサと連通し、前記基板ヒータドライバが前記基板加熱素子に出力を供給して、前記ポンプ温度が選択された最小温度よりも低い時に前記基板加熱素子が熱を生成できるようにする基板ヒータをさらに含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項１１】
前記基板ヒータドライバが、選択されたデューティ周期を有するパルス幅変調信号を生成する信号発生器であり、前記基板ヒータドライバが、前記ポンプ温度が最小温度よりも低い時に前記デューティ周期を増加させる請求項１０に記載の微小流体ポンプ。
【請求項１２】
微小流体ポンプを介して運ばれる流体を冷却する方法であって、前記微小流体ポンプが、前記流体を搬送する導管内の基板に沿って配置された一連の抵抗性ヒータを有し、温度センサが、前記基板と熱連通し、発射信号発生器が、前記温度センサおよび前記抵抗性ヒータと連通し、少なくとも１つの追加の抵抗性ヒータが、前記基板と熱連通し、前記方法が、
エネルギーを含む発射信号を生成して、前記一連の抵抗性ヒータを起動するステップと、
前記発射信号を用いて少なくともいくつかの前記一連の抵抗性ヒータを起動して、前記流体を加熱することにより、前記流体を前記導管に通すステップと、
前記温度センサを用いてポンプ温度を測定するステップと、
前記ポンプ温度が選択された温度限界よりも高い時に前記発射信号によって供給される前記エネルギーを減らすステップと、
変調信号を供給して、前記追加の抵抗性ヒータを起動し、前記ポンプ温度が選択された最小温度に達するまで前記基板を加熱するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
エネルギーを含む発射信号を生成する動作が、さらに、発射パルスの数を含む周期的な発射パルス列を生成することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記発射信号によって供給される前記エネルギーを減らす動作が、さらに、前記ポンプ温度が前記選択された温度限界よりも高い間に発射パルス列中の前記パルスの数を減らすことを含む請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポンプ温度と前記選択された温度限界の間の前記差を決定するステップと、
前記ポンプ温度と前記選択された温度限界の間の前記差の前記大きさおよび前記微小流体ポンプからの放熱レートに基づいて前記パルスの数を減らすことにより、減少値を決定するステップと、
発射パルス列中の前記発射パルスの数を前記減少値だけ減らすステップと、
をさらに含む請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
エネルギーを含む発射信号を生成する動作が、さらに、発射パルスを含まないアイドル期間によって分離される発射パルスの数列を含む発射信号を生成するステップを含む請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記発射信号によって供給される前記エネルギーを減らす動作が、さらに、前記ポンプ温度が前記選択された温度限界よりも高い間に前記アイドル期間を増やすステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記選択された温度に達するまで前記基板を加熱するステップをさらに含む請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
流体を搬送するための覆われたチャネルを定義し、放熱レートを有する基板と、
前記覆われたチャネルに沿って配置され、発射パルス列を使用して起動することにより、前記発射パルス列に基づいた方向および速度で前記流体を前記導管に通す一連の抵抗性ヒータと、
前記基板と熱連通し、ポンプ温度を測定して、前記ポンプ温度に対応する温度信号を生成する温度センサと、
一連の発射パルス列を生成し、各発射パルス列が発射パルスの数を含み、連続した発射パルスが発射パルスのない期間を含むアイドル期間によって分離されるとともに、前記ポンプ温度が温度限界よりも高い時に前記発射パルス列中の前記エネルギーを減らす各抵抗性ヒータと電気連通した発射信号発生器と、
を含む微小流体ポンプ。
【請求項２０】
前記発射信号発生器が、前記ポンプ温度と前記温度限界の間の差を決定するとともに、前記発射列における前記発射パルスの数を減らすこと、および前記ポンプ温度に反応する前記アイドル期間を増やすことのうちの少なくとも１つによって前記発射パルス列中の前記エネルギーを減らし、前記エネルギーが、前記差および前記放熱レートに基づく請求項１９に記載の微小流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱制御を有する微小流体ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のある非機械的微小流体ポンプは、流体搬送路内の基板に製造された一連のポンプ加熱素子を利用して、熱蒸気泡を生成する。気泡は、通常、流体の全体の温度を沸点まで上昇させるか、または全体の流体温度を大幅に上昇させずに加熱素子周辺の流体の小部分を沸点よりも高い温度まで超臨界加熱するかのいずれかによって、核形成部位において生成される。ポンプ加熱素子の起動を順序制御（sequencing）することによって、流体流を制御する。
【０００３】
熱蒸気泡を使用して流体を搬送する従来の微小流体ポンプは、受動冷却に依存して、熱蒸気泡の生成中に生成された熱を分散する。放熱レートは、ポンプ加熱素子および流体と熱連通する従来の微小流体ポンプ構成要素（例えば、基板）の体積、表面面積、および熱伝導率によって決まる。従来の微小流体ポンプは、一定の流体を有する通常の利用レベルで一定の条件範囲内（例えば、環境温度）で操作した時に微小流体ポンプおよび流体を十分に冷却することを意図する放熱レートで設計される。しかしながら、設計された放熱レートは、直面する様々な条件、利用、および流体組成物に適応させるのに必ずしも適切ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受動冷却システムが生成された熱を分散させるのに十分ではない場合、操作が継続されるにつれて流体の全体の温度が経時的に上昇する。多くの場合、流体を一定の温度よりも高く加熱すると、流体組成物に対して望ましくない効果を有するか（例えば、流体の凝縮）、あるいは流体を特定の応用に対して不適切にする、または流体や、もしかすると微小流体ポンプの性能（例えば、オーバースプレーまたは粘着）に悪影響を与える特徴（例えば、粘度減少）を有する。同時に、比較的高い放熱レートを有する受動冷却システム設計は、一定の条件において流体が最小操作温度に達しないように微小流体ポンプから熱を除去しすぎる可能性があるため、流体や、もしかすると微小流体ポンプの特徴（例えば、低流動性）または性能（例えば、分散または凝集の不良）にも不利な影響を与える。本発明は、これらや他の考慮に関して検討する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下、詳細な説明および添付の特許請求においてより詳しく説明する本発明の各態様について討論する。特許請求した発明をこれらの態様のみに限定する、あるいは本発明がこれら全ての態様を含む必要がある意図はなく、そのために使用すべきではない。
【０００６】
熱制御を有する微小流体ポンプは、超臨界加熱を使用して生成された熱蒸気泡を使用して、微小の液量を導管に通す。熱制御された微小流体ポンプは、半導体基板の上に製造され、微小流体ポンプによって動かされた流体を搬送する導管を含む。一連の間隔を開けたポンプ加熱素子は、チャネルの長さに沿って基板の上に製造される。ポンプ加熱素子は、急速に加熱して流体の超臨界加熱を引き起こし、熱蒸気泡を形成させる抵抗性ポンプ加熱素子である。ポンプ加熱素子の起動を適切に順序制御することによって、微小流体ポンプは、流体の移動（例えば、方向および流速）を決定する。
【０００７】
ポンプ加熱素子と連通するポンプ温度コントローラは、微小流体ポンプと関連する１つまたはそれ以上の温度と対応する温度限界を比較して、ポンプ加熱素子を駆動する発射パルス信号を変更することにより、オーバーヒートによって流体、または微小流体ポンプ自体に害を与えるのを防ぐことを意図する選択された操作範囲内に温度を維持する。ポンプ温度コントローラは、温度モニターと、流体が導管を通るよう微小流体ポンプのポンプ加熱素子を駆動するポンプドライバとを含む。温度モニターは、微小流体ポンプと関連する１つまたはそれ以上の温度を測定して、測定したポンプ温度と参考温度の間の差に対応する出力信号を生成する。
【０００８】
ポンプドライバは、起動エネルギーをポンプ加熱素子に供給する発射パルス信号を生成する。発射パルス信号は、ポンプ加熱素子が作動していないアイドル期間によって分離された加熱素子（例えば、ポンプ周期）を起動するパルスのグループを含む。ポンプドライバは、温度モニターの出力に反応して発射パルス信号を変更し、どの加熱素子を起動し、どの頻度で加熱素子を起動するかを制御することにより、微小流体ポンプによって生成された熱の量を制御する。測定した温度が選択した最大温度値を超過した場合、ポンプドライバは、発射パルス信号を変更して、起動された加熱素子の数、個々の加熱素子の起動間の時間、および／またはポンプ周期間の時間を減らす。
【０００９】
ポンプ温度コントローラは、基板を加熱する基板ヒータを選択的に制御して、選択した操作温度まで流体を温める。基板ヒータは、１つまたはそれ以上の抵抗性加熱素子および基板ヒータドライバを取り囲む。温度モニターおよび基板ヒータは、基板ヒータドライバがポンプ温度の変化に反応できるようにする熱的フィードバックループを形成する。様々な実施形態において、基板ヒータドライバは、基板加熱素子にエネルギーを供給する出力信号を生成し、基板加熱素子に送信された変調信号のデューティ周期（duty cycle）を変えることによって熱を調整するパルス幅変調回路を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の更なる特徴、態様、および利点については、添付の図面を参照することによってより理解されるであろう。これらの素子は、縮小するためではなく、より明確に詳細を示すためのものであり、同様の参照符号は、いくつかの図面を通して同様の素子を示す。
【図１】本発明に係る熱制御を有する微小流体ポンプの態様を示す簡易化された断面である。
【図２】本発明の微小流体ポンプのポンプ温度コントローラの態様を示す簡易化されたブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、微小流体ポンプの温度が参考温度よりも低い時に生成される基礎発射信号の一例を示したものである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ポンプの温度が参考温度を超過した時に発射信号発生器によって生成される変更発射信号の態様を示したものである。
【図３Ｃ】図３Ｃは、微小流体ポンプの温度が参考温度を超過した時に発射信号発生器によって生成される変更発射信号の一例を示したものである。
【図４】本発明に係る微小流体ポンプの基板に製造するのに適した温度センサの実施を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、熱制御を有する微小流体ポンプについて説明し、添付の図面に図示する。微小流体ポンプは、超臨界加熱を使用して生成された熱蒸気泡を使用して、微小の液量を導管に通す流体作動機構（fluid motivation mechanism）を使用する。微小流体ポンプの態様は、微小流体ポンプと関連する温度を監視するとともに、微小流体ポンプの操作を減速または一時停止して熱が生成される速度を下げ、熱を受動的に分散させる時間を追加するポンプ温度コントローラの使用を含む。上部の微小流体ポンプの温度を制御することにより、注入された流体がオーバーヒートして用途に適さなくなる、あるいは微小流体ポンプに害を与えるのを防止または減少させる。ポンプ温度コントローラの別の態様は、流体の温度を選択した操作範囲まで上昇させ、流体および／または微小流体ポンプの性能を上げる任意の基板ヒータを含む。
【００１２】
図１は、本発明に係る熱制御を有する微小流体ポンプの態様を示す簡易化された断面である。熱制御された微小流体ポンプ１００は、好ましくは、ラボオンチップ（lab-on-a-chip, LOC）装置、または他のマイクロマシン（micromachine）等の微小電気機械システム（micro-electro-mechanical system, MEMS）として実施される。さらに詳しく説明すると、熱制御された微小流体ポンプ１００は、基板１０２の上に製造される。基板１０２内に形成されたチャネル１０４は、流体に移動経路を提供する。チャネル１０４のある部分は、一側（例えば、基板の上面）に開く。チャネル１０４の上方にある基板１０２に流体密封によって固定されたカバー１０６は、チャネル１０４と合わせて、導管１０８を形成する。導管１０８は、微小流体ポンプ１００によって動かされた流体を搬送する経路を定義する。導管１０８の各端部は、微小流体ポンプ１００に入口または出口を供給するポート１１０ａ、１１０ｂを定義する。本例示的実施形態において、ポートは、任意のコネクタと適合し、微小流体ポンプが直接、または流体供給および／または配電線を介して他の構成要素と流体連通して配置できるようにする。他の実施形態において、無制限に、ノズルおよびリザーバを含む他の固定具または装置をコネクタの代わりに微小流体ポンプ１００と統合して、対象の流体を精密に搬送するための特定用途の流体ディスペンサ（例えば、加圧流体分散機）を実施してもよい。
【００１３】
一連の間隔を開けたポンプ加熱素子１１２は、チャネル１０４の長さに沿って基板１０２の上に製造される。ポンプ加熱素子１１２は、流体の超臨界加熱を引き起こすのに十分な急速（例えば、ほぼ即時）温度上昇およびそれにより得られる熱蒸気泡の形成を容易にする低容量の抵抗性ポンプ加熱素子１１２である。ポンプ加熱素子１１２の起動を適切に順序制御することによって、微小流体ポンプ１００は、流体の移動（例えば、方向および流速）を決定する。
【００１４】
ポンプ加熱素子１１２と連通するポンプ温度コントローラ１１４は、微小流体ポンプ１００と関連する１つまたはそれ以上の温度と対応する温度限界を比較して、ポンプ加熱素子１１２を駆動する発射パルス信号を変更することにより、オーバーヒートによって流体、または微小流体ポンプ１００自体に害を与えるのを防ぐことを意図する選択された操作範囲内に温度を維持する。オーバーヒートが検出された時の熱発生を積極的に減らす能力を微小流体ポンプ１００に組み入れると、用途に対する流体の適合性を減らす注入中の流体への悪影響を減らす、または取り除くことによって、顕著な利点を表す。
【００１５】
ポンプ温度コントローラ１１４は、基板を加熱する基板ヒータ１１６を選択的に制御して、選択された操作温度まで流体を温める。例えば、基板ヒータ１１６を使用して、流動性、分散性、または吸収性等（ただし、本発明はこれに限定されない）等の１つまたはそれ以上の選択された流体特性を向上させる温度まで流体を加熱することができる。基板ヒータ１１６を介して最小温度を制御するポンプ温度コントローラ１１４の能力は、例えば、環境温度が流体の適切な操作温度よりも低い時、あるいは「寒さ」が次の不使用期間を開始する場合に、最適以下の条件で微小流体ポンプの性能を向上させる。最後に、微小流体ポンプ１００の例示的実施形態は、少なくともカバー１０６と熱連通する任意のヒートシンク１１８を含み、露出した表面面積を増やし、それにより、受動的放熱レートを増やす。
【００１６】
図２は、本発明の微小流体ポンプのポンプ温度コントローラの態様を示す簡易化されたブロック図である。ポンプ温度コントローラ１１４は、温度モニター２０２と、流体が導管１０８を通るよう微小流体ポンプ１００のポンプ加熱素子１１２を駆動するポンプドライバ２０４とを含む。
【００１７】
温度モニター２０２は、通常、温度センサ２０６、ポンプ温度リミッタ２０８、および比較回路２１０を含む。温度センサ２０６は、微小流体ポンプ１００と関連する１つまたはそれ以上の温度を測定し、微小流体ポンプ１００の温度に比例した大きさを有する出力信号（例えば、電流または電圧信号）を生成する。好ましい実施形態において、温度センサ２０６の出力は、温度センサ２０６が製造された基板１０２の温度に対応する。しかしながら、様々な実施形態は、流体温度等の他の温度を測定することができる。便宜上、「ポンプ温度」という用語は、ここでは、温度センサ２０６によって測定された微小流体ポンプ１００と関連する任意の温度を幅広く含み、無制限に、基板１０２および微小流体ポンプ１００の他の構成要素の温度、および導管１０８内の流体の温度を含む。様々な実施形態において、温度センサ２０６は、ポンプ温度Ｔpumpを測定してから微小流体ポンプの構成要素と熱連通するように配置される。図４において、基板の温度を測定するためにポンプ温度コントローラ１１４で使用する温度センサ２０６の適切な実施を示し、その関係について説明する。通常、測定したポンプ温度は、瞬間的な、または急性の値よりもむしろ平均温度である。
【００１８】
ポンプ温度リミッタ２０８は、測定した温度を評価するための参考温度を指定する温度限界入力を受信して、温度限界入力を温度センサ２０６の出力信号と比較可能な共通フォーマットに変換する。一般的に、参考温度は、流体の特性が流体の用途と関連する温度、あるいは微小流体ポンプの効率運転が悪影響を受ける温度として選択される。例えば、参考温度は、流体粘度が許容レベルよりも低くなる温度よりも高い、あるいは流体組成物が破壊する温度よりも高い温度であってもよい。いくつかの実施形態において、温度限界入力は、微小流体ポンプ１００の操作を案内するコンピューティング装置等の外部装置によって生成される。別の実施形態において、ポンプ温度リミッタは、選択された温度限界を設定するために使用される１つまたはそれ以上の入力装置を含む。
【００１９】
ポンプ温度リミッタ２０８の適切な実施例は、温度限界入力の任意の必要な処理（例えば、増幅、濾過、変換、調整）を実行して、温度センサ２０６によって出力された信号と比較するための適切な信号を生成する回路を含む。そのため、いくつかの実施形態は、デジタル的にコード化された温度限界を受信するデジタルアナログ変換器をアナログ信号に組み入れて比較またはサンプルを行い、回路に温度限界信号を保存させておくことができる。上記の例は、ポンプ温度リミッタ２０８の可能な実施および代替例の範囲を限定する意図はない。温度モニター２０２の好ましい実施形態は、アナログ回路において実施されるが、適切な変更（例えば、アナログデジタル変換器等）とともにデジタル的に実施されてもよい。
【００２０】
様々な実施形態において、参考温度は、最大温度限界Ｔmax（すなわち、温度天井値または上位閾値）に対応する。別の実施形態において、最大温度限界の他に、または代わりに、最小温度限界（すなわち、温度底値または下位閾値）あるいは他の温度値（例えば、目標温度または設定ポイント）を指定してもよい。この場合、温度モニター２０２の実施形態は、比較目的で、可能な参考値の間で切り替えを行うスイッチ回路を含む。
【００２１】
例示的実施形態に示した比較回路２１０の基本的な実施は、アナログ温度限界および測定した温度信号を受信して、測定したポンプ温度と参考温度の間の差に対応する出力を生成する比較器を含む。より複雑な演算および／または論理決定回路（例えば、デジタル論理回路、処理ユニット、またはコントローラ）は、比較回路２１０の実施、特に、温度モニター２０２がデジタル的に実施される場合に適している。しかしながら、多くの適切且つより単純なアナログ実施の可用性は、追加される設計の複雑さの必要を排除する。
【００２２】
ポンプ温度コントローラ１１４の追加の態様は、基板ヒータ１１６の制御における温度モニター２０２または少なくとも温度センサ２０６の使用である。基板ヒータ１１６は、１つまたはそれ以上の基板加熱素子２１２および基板ヒータドライバ２１４を含む。ポンプ加熱素子１１２と同様に、基板加熱素子２１２は、通常、抵抗性ポンプ加熱素子１１２である。しかしながら、基板ヒータ１１６の主な焦点は、基板１０２または流体と熱連通する他の微小流体ポンプ構成要素を加熱することによって、全体的な流体温度を最小操作温度（すなわち、最小温度限界）まで上げることである。基板加熱素子２１２は、ポンプ加熱素子１１２と類似する体積および表面面積を有してもよいが、基板加熱素子２１２をより大きな体積で製造することによって、超臨界加熱に必要な時間よりも長い時間、さらに均一に熱を保持することができる。
【００２３】
最小操作温度は、選択した流体が効率よく流動し始める温度、あるいは特定の応用に対する流体の適合性を上げることを意図する他の所望の特性を表す温度に対応する。専用の基板ヒータ１１６を組み入れることによって、微小流体ポンプ１１０は、所望の熱を生成するために流体を継続的に注入する必要がない。例えば、基板ヒータ１１６は、流体を予熱して最小流体温度を維持し、効率のよいポンプ操作を行うよう作動可能である。同様に、基板ヒータ１１６は、追加の熱を提供して、環境条件（例えば、環境温度）が通常設計される操作範囲外にある時に生じる余分な熱損失を補う。
【００２４】
温度モニター２０２および基板ヒータ１１６は、合わせて、基板ヒータドライバ２１４がポンプ温度の変化に反応できるようにする熱的フィードバックループを形成する。様々な実施形態において、基板ヒータドライバ２１４は、基板加熱素子２１２にエネルギーを供給する出力信号を生成するパルス幅変調回路を含む。さらに詳しく説明すると、基板ヒータドライバ２１４の実施形態は、基板加熱素子２１２に送信された変調信号のデューティ周期を変えることによって供給されたエネルギーを制御する。基本的に、ポンプ温度が低すぎる（すなわち、最小参考温度よりも低い）と基板ヒータドライバ２１４が判断した場合、デューティ周期を増やす。同様に、基板ヒータドライバ２１４は、ポンプ温度が最小参考温度を超過した場合に、変調信号のデューティ周期を減らす。ポンプ温度は、最小参考温度と一致するが、デューティ周期は変化しない。様々な実施形態において、基板ヒータドライバ２１４は、ポンプ温度が最小参考温度を超過した時に、変調信号の生成を終了させる。
【００２５】
様々な実施形態において、基板ヒータドライバ１１４は、ポンプ温度リミッタ２０８と干渉し、スイッチング配置による温度モニター２０２の比較回路２１０または上述した回路に類似するそれ自身の比較回路を使用して、ポンプ温度と比較したい参考温度信号を受信する。いくつかの実施形態において、基板ヒータドライバ１１４は、適切なデューティ周期を決定するために使用される最小参考温度を直接受信する、あるいは予め設定する。
【００２６】
ポンプドライバ２０４は、トリガ発生器２１８と連通する発射信号発生器２１６を含む。発射信号発生器２１６は、ポンプ加熱素子１１２にも連通している。トリガ発生器２１８から受信したクロック信号を使用することにより、発射信号発生器２１６は、起動エネルギーをポンプ加熱素子１１２に供給する発射パルス信号を生成する。トリガ発生器２１８に適した装置または回路は、電圧制御された発振器または類似する構成要素を含む。電圧制御された発振器は、振動周波数を配分し、それにより、発射パルス信号のタイミングを配分する。いくつかの実施形態において、温度モニター２０２の出力は、ポンプ温度が最大温度限界よりも大きい時に温度差に基づいて振動周波数に直接影響を与える（例えば、振動周波数を減らす）ために使用される。代わりに、発射信号発生器２１６は、外部装置によって提供されたクロック信号または他のトリガに反応して、発射パルス列（firing pulse sequence）の生成を開始する、および／または発射パルス信号のタイミングを設定する。
【００２７】
様々な実施形態において、発射信号発生器２１６は、温度モニター２０２の出力を処理して、基礎発射信号を変更するかどうかを決定する演算および／または論理回路を含み、ポンプ操作によって生成された熱を減らして、微小流体ポンプ１００を冷ます機会をより多く与える。一般的に、ポンプの温度が高すぎる（すなわち、温度天井値を超過している）ことを温度モニター２０２の出力が示した場合、発射信号発生器２１６は、個々のパルスの１つまたはそれ以上のパルス幅またはパルス間隔、期間内に発生するパルスの数、あるいはパルスのグループ間の分離時間を操作することによって、与えられた期間中にポンプ加熱素子１１２に供給されるエネルギーを減らす。図３Ａ〜図３Ｃに示した発射パルス信号に関連して、発射信号発生器２１６の操作について詳述する。
【００２８】
図３Ａは、微小流体ポンプの温度が温度限界よりも低い時に生成される基礎発射信号の一例を示したものである。基礎発射信号は、ポンプ周期に対応するグループに配列された一連のパルス（すなわち、発射パルス列）を含む。基礎発射信号において、パルスの数は、微小流体ポンプの通常操作中に発射されたポンプ加熱素子１１２の数に等しい。これは、通常、導管内のポンプ加熱素子１１２の合計数に等しい；しかしながら、パルスの数は、導管内のポンプ加熱素子１１２の合計数よりも少なくてもよい。様々な実施形態において、パルス幅は、加熱素子が流体の超臨界加熱に十分な熱を生成するのに必要なエネルギーを提供するために選択される。グループ内で、パルス間隔は、流速（すなわち、どのくらい速く熱蒸気泡を生成するか）を決定する。様々な実施形態において、パルス間隔は、発射信号発生器をトリガするために使用されるクロック周期に関係する。
【００２９】
発射パルス列の長さは、発射列におけるパルスの数で掛けたパルス幅とパルス間隔の合計である。発射パルス列中の第１パルスは、微小流体ポンプの第１加熱素子を起動する。発射パルス列中のその後のパルスは、順番に次の加熱素子を起動して、流体を所望の方向に強制的に移動させる熱蒸気泡を生成する。発射パルス列の最後、または列において第１発射パルスから経過した時間が発射パルス列の長さに達した時に、ポンプ周期がリセットされ、受信した次の発射パルスが再度第１加熱素子を起動する。
【００３０】
発射パルス列は、パルスが生成されていない時のアイドル期間によって分離される。アイドル期間は、ポンプ周期中に生成された熱を分散させる。しかしながら、操作条件（例えば、環境温度または注入されている流体の特性）や使用（例えば、多量使用）等の様々な要因により、アイドル時間は、次のポンプ周期が始まる前に、前のポンプ周期中に微小流体ポンプによって生成された熱を適切に分散させるのには不十分である。経時的に、十分に冷却しなければ、流体の温度を流体に望ましくない影響を与えるレベルまで上昇させる可能性がある。
【００３１】
図３Ｂは、ポンプの温度が温度限界を超過した時に発射信号発生器によって生成される変更発射信号の態様を示したものである。上述したように、微小流体ポンプの温度アウェア制御回路は、ポンプの温度を監視し、且つ発射信号を調整して、ポンプ温度が温度限界よりも高い間に開始するポンプ周期中に生成された熱の量を減らすことにより、熱蓄積の問題を処理する。変更発射信号の１つの態様は、発射パルス列中のパルスの数の減少を含む。様々な実施形態において、ポンプ温度が温度限界よりも高い時に生成された発射パルス列は、基礎発射パルス列において発生するパルスよりも少ない。発射パルス列中のパルスの数を減らすことにより、ポンプ周期中に起動されるポンプ加熱素子１１２の数を減らす。発射パルス列の長さは変わらない。そのため、ポンプ周期は変わらないままであるが、発射信号発生器が変更発射信号を発する各ポンプ周期の間に生成された熱の量が減少する。操作期間において、発射パルスが少なければ少ないほど、流速および／またはポンプ効率が低くなるため、流体をオーバーヒートさせて使用不適にする望ましくない効果を回避することは許容できるトレードオフである。
【００３２】
発射信号発生器の態様は、ポンプ周期毎の発射パルスの数の減少の固定または可変量および／または変化率（すなわち、増加量および／またはタイミング）および／またはその限度を使用して、ポンプの温度を下げる能力を含む。例えば、変更発射パルス列中のパルスの数が基礎発射パルス列中のパルスの数よりも１つ少なくなるように減少量を固定してもよい。別の例において、各変更発射パルス列中のパルスの数が前の発射パルス列中のパルスの数よりも１つ少なくなるように変化率を固定してもよい。様々な実施形態において、減少の合計量を制限して、最小流速を維持する。例えば、変更発射列におけるパルスの数は、基礎発射パルス列中のパルスの数の半分以下に減らすことはできない。
【００３３】
いくつかの実施形態において、変更発射パルス列に適用される発射パルス減少量、変化率、および／またはその限度は、絶対ポンプ温度、ポンプ温度と温度限界の間の差等（ただし、本発明はこれに限定されない）の選択された基準に基づいて、発射信号発生器によってポンプ周期からポンプ周期まで条件付きで変化する。例えば、変更発射パルス列中の発射パルスの数は、ポンプ温度が温度限界より高い第１範囲内にある各ポンプ周期の間に第１の量（例えば、１つのパルス）だけ減少し、ポンプ温度が第１範囲の上限より高い各ポンプ周期の間により大きい第２の量（例えば、２つのパルス）だけ減少してもよい。あるいは、別の例において、変更発射パルス列中の発射パルスの数は、ポンプ温度が温度限界より高い第１範囲内にある間に３周期毎に１つ減少し、ポンプ温度が第１範囲の上限よりも高い各ポンプ周期毎に１つ減少してもよい。同様にして、パルス減少限度は、例えば、ポンプ温度と温度限界の間の差が増えるにつれて減少および／または変化率がより多くなるよう変えてもよい。条件付きの発射パルス減少パラメータによって、発射信号発生器は、ポンプ操作特性とオーバーヒートにより流体に対して望ましくない効果を与えるリスクを釣り合わせることができる。条件付きの発射パルス減少パラメータを利用することによって、温度モニター２０２および／またはポンプドライバ２０４においてより複雑な論理回路または構成要素の重複（例えば、複数のポンプ温度限界装置および比較器）が必要になる可能性がある。
【００３４】
図３Ｃは、微小流体ポンプの温度が温度限界を超過した時に発射信号発生器によって生成される変更発射信号の更なる態様を示したものである。この変更発射信号の例において、発射信号発生器は、ポンプ温度が温度限界も高い時に発射パルス列間のアイドル時間を増やす。アイドル時間を増やすことにより、発射パルス列の発生率を減らし、より多くの熱が生成される前に前のポンプ周期中に生成された熱を分散させるための時間を追加する。
【００３５】
図３Ｂおよび図３Ｃの変更発射パルス信号は、相互排他的ではない。つまり、発射信号発生器２０４は、各発射パルス列中のパルスの数の減少とアイドル時間の増加を組み合わせて、変更発射パルス信号を選択的に生成する。最後に、発射信号発生器２１６のいくつかの実施形態は、発射パルス列中の個々のパルスのデューティ周期を減らす（例えば、現在のパルス間隔に関連するパルス幅を減らす、または現在のパルス幅に関連するパルス間隔を増やす）ことによって、任意の与えられた期間内に生成された熱を制限することができる。再度、このようなデューティ周期の変更は、発射パルス列中のパルスの数の減少および増加したアイドル時間のうちの１つまたは両方と組み合わせることができる。
【００３６】
図４は、本発明に係る温度制御された微小流体ポンプとともに使用するのに適した温度センサの態様を示したものである。一般的に、温度センサ２０６は、半導体基板に製造された高感度バイポーラ接合トランジスタ温度センサである。好ましい実施形態において、温度センサ２０６は、ＣＭＯＳウエハ基板に製造される。温度センサ２０６は、供給電圧ＶDDによって供給された高側カスコード負荷４０４を有する同一の基板ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ４０２を含む。カスコード負荷４０４は、ＰＭＯＳカスコード電流増幅器４０８に接続されたＮＭＯＳカスコード電流ミラー４０６を含む。ＰＭＯＳカスコード電流増幅器４０８は、外部の電圧バイアス回路（図示せず）によって供給される電圧ＶBIASのバイアスをかける。温度センサは、１つ以上の安定した操作状態を有することができるため、カスコード負荷４０４に接続された起動回路は、温度センサ２０６が所望の操作状態で起動し、電流が流れていない時の起動時に生じる望ましくないゼロ電圧境界条件状態を防ぐことを確実にする。
【００３７】
基板ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ４０２は、一側にある単一トランジスタ４０２ａおよび多側に並列に接続された１組のＮトランジスタ４０２ｂを使用することによって、あるいは異なるエミッタ領域を有するトランジスタＱAおよびＱBを製造することによって、１：Ｎのコレクタ電流比率を有するバンドギャップ温度センサとして構成される。バンドギャップ電圧は、単一トランジスタ４０２ａのベースエミッタ電圧（ＶBE）と並列トランジスタ４０２ｂのベースエミッタ電圧の差である。バンドギャップ電圧は、絶対温度に比例し、レジスタＲを跨いで発生する。基板１０２の絶対温度に比例する電流は、図示した温度センサを通る合計電流である。
【００３８】
【数１】
2019500534.tif 000003
【００３９】
式中、ｋは、ボルツマン定数（Boltzmann's constant）であり、Ｔは、絶対温度（°Ｋ）であり、ｑは、電子の電荷であり、Ｒは、抵抗であり、Ｎは、コレクタ電流比率である。バンドギャップ温度センサ分岐における電流も絶対温度に比例する。
【００４０】
微小流体ポンプは、図４の温度センサに限定されない。温度センサの例示した実施形態は、幅広い種類のダイオード接合ベースの温度感知回路の非限定的な例であり、本発明の範囲および精神から逸脱しないで使用することができる。
【００４１】
前述した本発明の実施形態の説明は、例示および説明を目的として示されてきた。本発明を、網羅的とする、または開示された形態に限定する意図はない。上記の教示を考慮すると、自明の修正または変更が可能となろう。実施形態は、本発明の原理およびそのこれの実用的な用途を最も良く表わすために、また、それによって、考えられる特定の用途に適するように、様々な実施形態で、および様々な修正とともに、当業者が本発明を用いることが可能となるよう、選択され、説明された。公正に、合法的に、かつ公平に権限を与えられた広がりに従って解釈される場合に、このような修正および変更の全てが添付の特許請求の範囲により決定された本発明の範囲内にある。
【図１】
2019500534.tif 000004
【図２】
2019500534.tif 000005
【図３Ａ】
2019500534.tif 000006
【図３Ｂ】
2019500534.tif 000007
【図３Ｃ】
2019500534.tif 000008
【図４】
2019500534.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月9日(2018.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を搬送するためのチャネルを定義する基板と、
前記チャネルに沿って配置され、発射パルス列を使用して起動することにより、前記発射パルス列に基づいた方向および速度で前記流体を導管に通す一連の抵抗性ヒータと、
前記基板と熱連通し、ポンプ温度を測定して、前記ポンプ温度に対応する温度信号を生成する温度センサと、
各抵抗性ヒータと電気連通し、一連の発射パルス列を生成し、前記各発射パルス列が発射パルスの数を含み、連続した発射パルスが発射パルスのない期間を含むアイドル期間によって分離されるとともに、（１）前記発射パルス列における前記発射パルスの数および（２）前記ポンプ温度に反応する前記アイドル期間のうちの少なくとも１つを変化させる発射信号発生器と、
を含む微小流体ポンプ。
【請求項２】
前記発射パルス列における前記発射パルスの数が、前記ポンプ温度が温度限界よりも高い時に減少する請求項１に記載の微小流体ポンプ。
【請求項３】
前記発射パルス列における前記発射パルスの数が、１つ減少する請求項１または２に記載の微小流体ポンプ。
【請求項４】
前記発射パルス列における前記発射パルスの数が、前記ポンプ温度と温度限界の間の差に基づいて選択された数だけ減少する請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項５】
前記選択された数が、前記ポンプ温度と前記温度限界の間の前記差が増加するにつれて増加する請求項４に記載の微小流体ポンプ。
【請求項６】
前記アイドル期間が、前記ポンプ温度が温度限界よりも高い時に増加する請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項７】
少なくとも１つの前記基板と熱連通する少なくとも１つのヒートシンク、および前記チャネルを覆って前記流体から熱を分散させるカバーをさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項８】
前記基板と熱連通し、起動により前記基板を加熱する基板ヒータと、
前記温度センサと連通し、前記ポンプ温度が選択された温度よりも低い時に前記基板を加熱するよう前記基板ヒータを起動するヒータコントローラと、
をさらに含む請求項１〜７のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項９】
温度限界に対応する信号を生成するポンプ温度限界信号発生器と、
前記ポンプ温度限界信号発生器および前記温度センサと連通し、前記ポンプ温度と前記温度限界の間の前記差に対応する出力を生成する比較器と、
をさらに含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項１０】
基板ヒータドライバおよび前記基板ヒータドライバと連通する少なくとも１つの基板加熱素子を有し、前記基板ヒータドライバが前記温度センサと連通し、前記基板ヒータドライバが前記基板加熱素子に出力を供給して、前記ポンプ温度が選択された最小温度よりも低い時に前記基板加熱素子が熱を生成できるようにする基板ヒータをさらに含む請求項１〜９のいずれか１項に記載の微小流体ポンプ。
【請求項１１】
前記基板ヒータドライバが、選択されたデューティ周期を有するパルス幅変調信号を生成する信号発生器であり、前記基板ヒータドライバが、前記ポンプ温度が最小温度よりも低い時に前記デューティ周期を増加させる請求項１０に記載の微小流体ポンプ。
【請求項１２】
微小流体ポンプを介して運ばれる流体を冷却する方法であって、前記微小流体ポンプが、前記流体を搬送する導管内の基板に沿って配置された一連の抵抗性ヒータを有し、温度センサが、前記基板と熱連通し、発射信号発生器が、前記温度センサおよび前記抵抗性ヒータと連通し、少なくとも１つの追加の抵抗性ヒータが、前記基板と熱連通し、前記方法が、
エネルギーを含む発射信号を生成して、前記一連の抵抗性ヒータを起動するステップと、
前記発射信号を用いて少なくともいくつかの前記一連の抵抗性ヒータを起動して、前記流体を加熱することにより、前記流体を前記導管に通すステップと、
前記温度センサを用いてポンプ温度を測定するステップと、
前記ポンプ温度が選択された温度限界よりも高い時に前記発射信号によって供給される前記エネルギーを減らすステップと、
変調信号を供給して、前記追加の抵抗性ヒータを起動し、前記ポンプ温度が選択された最小温度に達するまで前記基板を加熱するステップと、
を含む方法。
【請求項１３】
エネルギーを含む発射信号を生成する動作が、さらに、発射パルスの数を含む周期的な発射パルス列を生成することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記発射信号によって供給される前記エネルギーを減らす動作が、さらに、前記ポンプ温度が前記選択された温度限界よりも高い間に発射パルス列中の前記発射パルスの数を減らすことを含む請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ポンプ温度と前記選択された温度限界の間の差を決定するステップと、
前記ポンプ温度と前記選択された温度限界の間の前記差の大きさおよび前記微小流体ポンプからの放熱レートに基づいて前記発射パルスの数を減らすことにより、減少値を決定するステップと、
発射パルス列中の前記発射パルスの数を前記減少値だけ減らすステップと、
をさらに含む請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
エネルギーを含む発射信号を生成する動作が、さらに、発射パルスを含まないアイドル期間によって分離される発射パルスの数列を含む発射信号を生成するステップを含む請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記発射信号によって供給される前記エネルギーを減らす動作が、さらに、前記ポンプ温度が前記選択された温度限界よりも高い間に前記アイドル期間を増やすステップを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記選択された温度に達するまで前記基板を加熱するステップをさらに含む請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
流体を搬送するための覆われたチャネルを定義し、放熱レートを有する基板と、
前記覆われたチャネルに沿って配置され、発射パルス列を使用して起動することにより、前記発射パルス列に基づいた方向および速度で前記流体を導管に通す一連の抵抗性ヒータと、
前記基板と熱連通し、ポンプ温度を測定して、前記ポンプ温度に対応する温度信号を生成する温度センサと、
一連の発射パルス列を生成し、各発射パルス列が発射パルスの数を含み、連続した発射パルスが発射パルスのない期間を含むアイドル期間によって分離されるとともに、前記ポンプ温度が温度限界よりも高い時に前記発射パルス列中の前記エネルギーを減らす各抵抗性ヒータと電気連通した発射信号発生器と、
を含む微小流体ポンプ。
【請求項２０】
前記発射信号発生器が、前記ポンプ温度と前記温度限界の間の差を決定するとともに、前記発射パルス列における前記発射パルスの数を減らすこと、および前記ポンプ温度に反応する前記アイドル期間を増やすことのうちの少なくとも１つによって前記発射パルス列中の前記エネルギーを減らし、前記エネルギーが、前記差および前記放熱レートに基づく請求項１９に記載の微小流体ポンプ。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
ポンプ温度コントローラ１１４の追加の態様は、基板ヒータ１１６の制御における温度モニター２０２または少なくとも温度センサ２０６の使用である。基板ヒータ１１６は、１つまたはそれ以上の基板加熱素子２１４および基板ヒータドライバ２１２を含む。ポンプ加熱素子１１２と同様に、基板加熱素子２１４は、通常、抵抗性ポンプ加熱素子１１２である。しかしながら、基板ヒータ１１６の主な焦点は、基板１０２または流体と熱連通する他の微小流体ポンプ構成要素を加熱することによって、全体的な流体温度を最小操作温度（すなわち、最小温度限界）まで上げることである。基板加熱素子２１４は、ポンプ加熱素子１１２と類似する体積および表面面積を有してもよいが、基板加熱素子２１４をより大きな体積で製造することによって、超臨界加熱に必要な時間よりも長い時間、さらに均一に熱を保持することができる。 
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
最小操作温度は、選択した流体が効率よく流動し始める温度、あるいは特定の応用に対する流体の適合性を上げることを意図する他の所望の特性を表す温度に対応する。専用の基板ヒータ１１６を組み入れることによって、微小流体ポンプ１００は、所望の熱を生成するために流体を継続的に注入する必要がない。例えば、基板ヒータ１１６は、流体を予熱して最小流体温度を維持し、効率のよいポンプ操作を行うよう作動可能である。同様に、基板ヒータ１１６は、追加の熱を提供して、環境条件（例えば、環境温度）が通常設計される操作範囲外にある時に生じる余分な熱損失を補う。 
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
温度モニター２０２および基板ヒータ１１６は、合わせて、基板ヒータドライバ２１２がポンプ温度の変化に反応できるようにする熱的フィードバックループを形成する。様々な実施形態において、基板ヒータドライバ２１２は、基板加熱素子２１４にエネルギーを供給する出力信号を生成するパルス幅変調回路を含む。さらに詳しく説明すると、基板ヒータドライバ２１２の実施形態は、基板加熱素子２１４に送信された変調信号のデューティ周期を変えることによって供給されたエネルギーを制御する。基本的に、ポンプ温度が低すぎる（すなわち、最小参考温度よりも低い）と基板ヒータドライバ２１２が判断した場合、デューティ周期を増やす。同様に、基板ヒータドライバ２１２は、ポンプ温度が最小参考温度を超過した場合に、変調信号のデューティ周期を減らす。ポンプ温度は、最小参考温度と一致するが、デューティ周期は変化しない。様々な実施形態において、基板ヒータドライバ２１２は、ポンプ温度が最小参考温度を超過した時に、変調信号の生成を終了させる。 
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
様々な実施形態において、基板ヒータドライバ２１２は、ポンプ温度リミッタ２０８と干渉し、スイッチング配置による温度モニター２０２の比較回路２１０または上述した回路に類似するそれ自身の比較回路を使用して、ポンプ温度と比較したい参考温度信号を受信する。いくつかの実施形態において、基板ヒータドライバ２１２は、適切なデューティ周期を決定するために使用される最小参考温度を直接受信する、あるいは予め設定する。 
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
様々な実施形態において、発射信号発生器２１６は、温度モニター２０２の出力を処理して、基礎発射信号を変更するかどうかを決定する演算および／または論理回路を含み、ポンプ操作によって生成された熱を減らして、微小流体ポンプ１００を冷ます機会をより多く与える。一般的に、ポンプの温度が高すぎる（すなわち、温度天井値を超過している）ことを温度モニター２０２の出力が示した場合、発射信号発生器２１６は、個々のパルスの１つまたはそれ以上のパルス幅またはパルス間隔、期間内に発生する発射パルスの数、あるいはパルスのグループ間の分離時間を操作することによって、与えられた期間中にポンプ加熱素子１１２に供給されるエネルギーを減らす。図３Ａ〜図３Ｃに示した発射パルス信号に関連して、発射信号発生器２１６の操作について詳述する。 
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図３Ａは、微小流体ポンプの温度が温度限界よりも低い時に生成される基礎発射信号の一例を示したものである。基礎発射信号は、ポンプ周期に対応するグループに配列された一連のパルス（すなわち、発射パルス列）を含む。基礎発射信号において、発射パルスの数は、微小流体ポンプの通常操作中に発射されたポンプ加熱素子１１２の数に等しい。これは、通常、導管内のポンプ加熱素子１１２の合計数に等しい；しかしながら、発射パルスの数は、導管内のポンプ加熱素子１１２の合計数よりも少なくてもよい。様々な実施形態において、パルス幅は、加熱素子が流体の超臨界加熱に十分な熱を生成するのに必要なエネルギーを提供するために選択される。グループ内で、パルス間隔は、流速（すなわち、どのくらい速く熱蒸気泡を生成するか）を決定する。様々な実施形態において、パルス間隔は、発射信号発生器をトリガするために使用されるクロック周期に関係する。 
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
発射パルス列の長さは、発射パルス列における発射パルスの数で掛けたパルス幅とパルス間隔の合計である。発射パルス列中の第１パルスは、微小流体ポンプの第１加熱素子を起動する。発射パルス列中のその後のパルスは、順番に次の加熱素子を起動して、流体を所望の方向に強制的に移動させる熱蒸気泡を生成する。発射パルス列の最後、または列において第１発射パルスから経過した時間が発射パルス列の長さに達した時に、ポンプ周期がリセットされ、受信した次の発射パルスが再度第１加熱素子を起動する。 
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３Ｂは、ポンプの温度が温度限界を超過した時に発射信号発生器によって生成される変更発射信号の態様を示したものである。上述したように、微小流体ポンプの温度アウェア制御回路は、ポンプの温度を監視し、且つ発射信号を調整して、ポンプ温度が温度限界よりも高い間に開始するポンプ周期中に生成された熱の量を減らすことにより、熱蓄積の問題を処理する。変更発射信号の１つの態様は、発射パルス列中の発射パルスの数の減少を含む。様々な実施形態において、ポンプ温度が温度限界よりも高い時に生成された発射パルス列は、基礎発射パルス列において発生するパルスよりも少ない。発射パルス列中の発射パルスの数を減らすことにより、ポンプ周期中に起動されるポンプ加熱素子１１２の数を減らす。発射パルス列の長さは変わらない。そのため、ポンプ周期は変わらないままであるが、発射信号発生器が変更発射信号を発する各ポンプ周期の間に生成された熱の量が減少する。操作期間において、発射パルスが少なければ少ないほど、流速および／またはポンプ効率が低くなるため、流体をオーバーヒートさせて使用不適にする望ましくない効果を回避することは許容できるトレードオフである。 
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
発射信号発生器の態様は、ポンプ周期毎の発射パルスの数の減少の固定または可変量および／または変化率（すなわち、増加量および／またはタイミング）および／またはその限度を使用して、ポンプの温度を下げる能力を含む。例えば、変更発射パルス列中の発射パルスの数が基礎発射パルス列中の発射パルスの数よりも１つ少なくなるように減少量を固定してもよい。別の例において、各変更発射パルス列中の発射パルスの数が前の発射パルス列中の発射パルスの数よりも１つ少なくなるように変化率を固定してもよい。様々な実施形態において、減少の合計量を制限して、最小流速を維持する。例えば、変更発射パルス列における発射パルスの数は、基礎発射パルス列中の発射パルスの数の半分以下に減らすことはできない。 
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図３Ｂおよび図３Ｃの変更発射パルス信号は、相互排他的ではない。つまり、発射信号発生器２１６は、各発射パルス列中の発射パルスの数の減少とアイドル時間の増加を組み合わせて、変更発射パルス信号を選択的に生成する。最後に、発射信号発生器２１６のいくつかの実施形態は、発射パルス列中の個々のパルスのデューティ周期を減らす（例えば、現在のパルス間隔に関連するパルス幅を減らす、または現在のパルス幅に関連するパルス間隔を増やす）ことによって、任意の与えられた期間内に生成された熱を制限することができる。再度、このようなデューティ周期の変更は、発射パルス列中の発射パルスの数の減少および増加したアイドル時間のうちの１つまたは両方と組み合わせることができる。 
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図４は、本発明に係る温度制御された微小流体ポンプとともに使用するのに適した温度センサの態様を示したものである。一般的に、温度センサ２０６は、半導体基板に製造された高感度バイポーラ接合トランジスタ温度センサである。好ましい実施形態において、温度センサ２０６は、ＣＭＯＳウエハ基板に製造される。温度センサ２０６は、供給電圧ＶDDによって供給された高いカスコード負荷４０４を有する同一の基板ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ４０２を含む。カスコード負荷４０４は、ＰＭＯＳカスコード電流増幅器４０８に接続されたＮＭＯＳカスコード電流ミラー４０６を含む。ＰＭＯＳカスコード電流増幅器４０８は、外部の電圧バイアス回路（図示せず）によって供給される電圧ＶBIASのバイアスをかける。温度センサは、１つ以上の安定した操作状態を有することができるため、カスコード負荷４０４に接続された起動回路は、温度センサ２０６が所望の操作状態で起動し、電流が流れていない時の起動時に生じる望ましくないゼロ電圧境界条件状態を防ぐことを確実にする。
【国際調査報告】
2019500534.tif 000010
2019500534.tif 000011