(57)【要約】【課題】マイクロ流体デバイスのマイクロチャネルを液体が充塞する際に、液体を継続的に監視可能な、小型のマイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】本発明のマイクロ流体チップは、電極の対、および電極の間で画定される液体流れ経路を備える、液体によって充塞可能なマイクロチャネルであって、電極の各々は、流れ経路に沿って、動作中にマイクロチャネルを充塞する液体の方向に平行に延在する、マイクロチャネルと、電極の各々に接続され、動作中に流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている電極の静電容量を電極によって時間の関数として継続的に測定するように構成される電気回路網とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップであって、
電極の対、および前記電極の間で画定される液体流れ経路を備える、液体によって充塞可能なマイクロチャネルであって、前記電極の各々は、前記流れ経路に沿って、動作中に前記マイクロチャネルを充塞する液体の方向に平行に延在する、前記マイクロチャネルと、
前記電極の各々に接続され、動作中に前記流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている前記電極の静電容量を前記電極を介して継続的に時間の関数として測定するように構成される電気回路と
を含む、マイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記電極の各々は、前記流れ経路と同一面内に、前記流れ経路に沿ってパターニングされる、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記電極の各々は、１０μｍから５００μｍの間の幅であり、前記電極の間の間隙は１０μｍから１０００μｍの間である、
請求項１または２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記マイクロチャネルは毛管構造の格子を備え、前記格子は受動毛管ポンプとして働き、前記電極は前記格子の全体にわたって延在する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記チップは、電極の対および液体流れ経路を各々が備える２つのマイクロチャネルを備え、前記液体流れ経路は、前記電極の対の間で画定され、前記電極の対は、前記流れ経路に沿って、動作中に前記マイクロチャネルの各々を充塞する液体の方向に平行に延在し、
前記電気回路は、前記電極の各々の対に接続され、動作中に各々の流れ経路を継続的に充塞する液体の静電容量を前記電極の各々の対を介して時間の関数として測定するように構成される、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項６】
前記回路は、前記チップのエッジに配置される電気コネクタを備え、前記チップは、監視デバイスへの前記チップの挿入を可能とするフォーム・ファクタを有し、前記電気コネクタは、監視デバイスに前記チップが挿入されることで前記チップの直接プラグ接続を可能とするように構成される、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
マイクロ流体測定システムであって、
請求項６に記載のマイクロ流体チップと、
前記マイクロ流体チップの前記電気回路への電気的接続を可能とするように構成される流れ監視デバイスと
を備える、マイクロ流体測定システム。
【請求項８】
前記流れ監視デバイスは、動作中に前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている前記電極の静電容量を、時間の関数として監視するように構成されるデータ処理ユニットをさらに備え、
前記データ処理ユニットは、アナログ−デジタル変換器を備え、
前記データ処理ユニットは、前記静電容量を監視するために、低レベル言語でのコンピュータ・プログラム命令によってプログラムされ、前記言語は、１ＭＨｚ以上である前記アナログ−デジタル変換器のクロック周波数を可能とするほど十分に低レベルである、
請求項７に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項９】
前記流れ監視デバイスは、動作中に前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている前記電極の静電容量の傾きを監視するように構成されるデータ処理ユニットをさらに備える、
請求項７または８に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１０】
前記データ処理ユニットは、動作中に前記静電容量の傾きの変化を監視するようにさらに構成される、
請求項７ないし９のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１１】
前記データ処理ユニットが、動作中に次の事象、すなわち、前記流れ監視デバイスに前記チップが挿入された際の前記チップの検出、前記マイクロチャネルに進入する液体の検出、および前記マイクロチャネルの端部に達する液体の検出の１つまたは複数を、前記静電容量の傾きの変化として検出可能なように、前記電極は、前記マイクロチャネル内で構成される、
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１２】
前記データ処理ユニットに接続可能なグラフィカル・ユーザ・インターフェイス
をさらに備え、
前記システムは、動作中に前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記静電容量の傾き、または、静電容量の傾きの変化、あるいはその両方に基づいて、前記グラフィカル・ユーザ・インターフェイスによってユーザにフィードバックを提供するよう命令するようにさらに構成される、
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１３】
グラフィカル・ユーザ・インターフェイスを備え前記流れ監視デバイスに接続可能なモバイル・デバイスをさらに備える、
請求項７ないし１２のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のマイクロ流体チップ内の液体を監視するための方法であって、
前記流れ経路を継続的に充塞する前記液体により濡らされている前記電極の静電容量を前記チップの前記電気回路によって時間の関数として測定することにより、前記チップの前記マイクロチャネルを継続的に充塞する液体を監視すること
を含む、方法。
【請求項１５】
前記マイクロチャネルは、前記マイクロチャネル内に液体を前進させる受動毛管ポンプとして構成され、
前記方法は、
前記マイクロチャネルを継続的に充塞する前記液体を監視する間に、前記マイクロチャネル内に液体が供給され、前記受動毛管ポンプに、前記供給される液体が前記マイクロチャネル内に継続的に前進するようにさせること
をさらに含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マイクロチャネルは、毛管構造の格子を備え、前記格子は受動毛管ポンプとして働き、
前記電極は、前記格子の全体にわたって延在し、
前記方法は、監視する間に、
前記電気回路によって行われる測定から、前記マイクロチャネルを充塞する液体の、位置、または体積、あるいはその両方を計算すること
をさらに含む、
請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記マイクロ流体チップは、請求項５に記載のマイクロ流体チップであり、
電極の各々の対を介して前記電気回路によって行われる静電容量の測定結果に基づいて、前記２つのマイクロチャネルを充塞する液体の、位置、または体積、あるいはその両方を計算すること
をさらに含む、
請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記マイクロ流体チップは、請求項６に記載のマイクロ流体チップであり、
前記方法は、
前記電気コネクタを流れ監視デバイスにプラグ接続するように、前記マイクロ流体チップを前記流れ監視デバイスに挿入すること
をさらに含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記測定される静電容量において５ｐＦのピーク・ツー・ピーク変化を監視することを含む、
請求項１４ないし１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記チップの前記電気回路からの信号に基づいて、前記液体が前記流れ経路を継続的に充塞する際に前記静電容量の傾きを監視することをさらに含む、
請求項１４ないし１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記静電容量の前記傾きを監視する間に、
前記チップの前記電気回路からの信号に基づいて前記静電容量の前記傾きの変化を検出すること
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記静電容量の前記傾きの検出される変化に対応する事象を記憶するステップをさらに含み、前記事象は、前記チップが前記流れ監視デバイスにプラグ接続されたということを検出すること、前記液体が前記マイクロチャネルに進入したということを検出すること、および、液体が前記マイクロチャネルの端部に達したということを検出することの１つに対応する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記記憶される事象に関してグラフィカル・ユーザ・インターフェイスによってユーザにフィードバックを提供するステップ
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
提供される前記フィードバックに応答してアクションをとった後、前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記静電容量の前記傾きのさらなる変化を検出するステップ
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
請求項７に記載のマイクロ流体測定システムのマイクロ流体チップ内の液体を監視するためのコンピュータ・プログラム製品であって、前記コンピュータ・プログラム製品は、プログラム命令が具現化されたコンピュータ可読記憶媒体を備え、前記プログラム命令は、前記流れ監視デバイスの１つまたは複数の処理要素により、前記チップの前記マイクロチャネルを継続的に充塞する液体を監視するように実行可能である、コンピュータ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にマイクロ流体工学の分野に関し、特に、ポイント・オブ・ケア診断のためのマイクロ流体工学などの、チップ内の液体に関する測定を行うための電極を備えたマイクロ流体チップと、それに関するシステムおよび流れ監視方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体工学は、典型的には、マイクロメートル長さスケール・チャネル、および、典型的にはミリリットル以下の範囲の体積に制約される、小さな体積の流体の挙動、精密な制御および操作を扱う。マイクロ流体工学の際立った特徴は、液体がマイクロメートル長さスケールで呈する特有の挙動に基づく。マイクロ流体工学での液体の流れは、典型的には層状である。１ナノリットルより相当に小さな体積は、マイクロメートル範囲内の横方向寸法を伴う構造を製作することにより成し得る。大きなスケールでは（反応物の拡散により）制限される反応が加速し得る。最終的には、液体の平行流が、おそらくは正確におよび再現性よく制御され得るものであり、これにより、液体／液体および液体／固体界面で化学反応および勾配が生じることが可能になる。
【０００３】
より詳細には、マイクロ流体工学での流体の典型的な体積は、１０−１５Ｌから１０−４Ｌの範囲であり、１０−７ｍから１０−４ｍの典型的な直径を有するチャネル（または、マイクロチャネル）を介して、輸送され、循環させられ、または、より一般的には、移動させられる。マイクロスケールでは、流体の挙動は、表面張力、粘性エネルギー散逸、および流体抵抗が、流体流れの優位な特質となり得るべく、より大きな、例えば巨視的なスケールでの挙動とは異なり得る。例えば、マイクロ流体工学では、流体運動量および粘性の効果を比較するReynolds数は、流れ挙動が乱流よりむしろ層状になる程度にまで減少し得る。
【０００４】
加えて、マイクロスケールでは流体は、必ずしも無秩序に混合しない。マイクロスケールでは、低Reynolds数流れでは乱流がないことに起因して、近接する流体の間の分子または小粒子の界面輸送は、拡散によって行われることが多いためである。その結果、所定の化学および物理流体特性（濃度、ｐＨ、温度、および、せん断力など）が確定的になり得る。このことは、より均一な化学反応条件、および、より高級な製品を、単一および多段階反応で得ることを可能にする。
【０００５】
マイクロ流体デバイスは一般的には、液体をポンピング、サンプリング、混合、分析、および投与するために使用される、微細加工されたデバイスを指す。マイクロ流体デバイスの大多数は、密封処理され、液体を内および外にポンピングするための入口／出口を有する。しかしながら、いわゆる「マイクロ流体プローブ」などの一部のマイクロ流体デバイスは、流れ経路を密封処理する必要なく、表面を走査し、表面の選択された区域上に液体を局在化させ得る。
【０００６】
ポイント・オブ・ケア診断のためのマイクロ流体デバイスは、非技術スタッフにより、患者の近くで、または現場で、さらなる可能性として在宅で使用されるようなデバイスをいう。既存のポイント・オブ・ケア・デバイスは、典型的には、サンプルをデバイス上に載せ、信号（普通は光学または蛍光信号）が読み取られ得るまで、所定の時間待機することを要する。信号は、（生）化学反応によって生じ、サンプル内の分析物の濃度に関係する。これらの反応は、最適なタイミング、サンプルの流れ条件、および、デバイス内の試薬の的確な溶解を要するため、時間がかかり、実現するのが困難である。反応には、抗体などの壊れやすい試薬が必要である。デバイス内に気泡が生じることがあり、そのことが試験を無効にすることがある。加えて、デバイス内の細片が、液体流れを遮断することがある。液体が平行流れ経路に分けられなければならないデバイスでは、充塞が、同じ流速で生起しないことがあり、このことが、試験を偏らせる、または無効にすることがある。加えて一部の試験は、製造の問題に起因してうまくいかないことがある。
【０００７】
さらに、ポイント・オブ・ケア診断のためのマイクロ流体デバイスは、典型的には（試薬を光から保護するために）不透明であり、普通は、光学的な流れ監視を可能とするには小さすぎるものであり、そのことは、大容積の高価な光学システムまたは先進的な画像処理アルゴリズム、あるいはその両方を要することになる。
【０００８】
能動ポンピング手段を使用する代わりに、マイクロ流体デバイスの内側の液体サンプルを移動させるために毛管力を使用するマイクロ流体デバイスが知られている。このことは、統合されたまたは外部のポンプを必要としないので、デバイスを、より単純に動作させ、費用をより低くする。しかしながら、製造中の、微粒子、汚染、および他の問題点が、デバイスの毛管ベースの充塞を損なうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、マイクロ流体デバイスのマイクロチャネルを液体が充塞する際に、液体を継続的に監視可能な、小型のマイクロ流体デバイスを提供する。それによって何かがうまくいかないときに可能な限りすぐにユーザに警告することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によるマイクロ流体チップは、電極の対、および電極の間で画定される液体流れ経路を備える、液体によって充塞可能なマイクロチャネルであって、電極の各々は、流れ経路に沿って、動作中にマイクロチャネルを充塞する液体の方向に平行に延在するマイクロチャネルと、電極の各々に接続され、動作中に流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている電極の静電容量を電極を介して継続的に時間の関数として測定するように構成される電気回路とを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態によるマイクロ流体チップ内の液体を監視するための方法は、流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている電極の静電容量をチップの電気回路によって時間の関数として測定することにより、チップのマイクロチャネルを継続的に充塞する液体を監視するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態による、マイクロ流体チップ内の液体を監視するための方法の高レベル・ステップを例示するフローチャートである。
【図２】実施形態による、継続的な静電容量測定を行うための、長手方向電極と、それらの電極に接続される電気回路とを備えるマイクロ流体チップの上面図である。
【図３】典型的には図２のデバイスによって測定されるような静電容量を表す曲線を示す図であり、チップ検出、液体検出、および端部点検出に類する検出可能事象が強調表示されている。
【図４】典型的には図２のデバイスによって測定されるような静電容量を表す曲線を示す図であり、チップ検出、液体検出、および端部点検出に類する検出可能事象が強調表示されている。
【図５】モバイル・デバイスをさらに備え得る、実施形態による、システムに伴う流れ監視デバイスの分解図であり、差込図は、マイクロチャネル表面、および、毛管構造の格子の全体にわたって前進する液体前部の詳細を示す。
【図６】実施形態での、静電容量測定に伴う、コンデンサの充電および放電の間の電圧、ならびに、それに関する量を表すプロットである。
【図７】実施形態に伴う、マイクロコントローラによって２つのマイクロチャネルから静電容量を測定するための方法を示す図である。
【図８】図６の方法の、対応するフローチャートである。
【図９】実施形態による、デバイスによって測定されるような、様々な液体の静電容量曲線を表すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
付随する図面は、実施形態に伴う、デバイス、または、それらの一部分の、単純化された表現を示す。図面に示される技術的特徴部は、必ずしも一定の縮尺に従っていない。図での同様の、または機能的に同様の要素は、別段に指示されない限り、同じ数字参照を割り振られている。
【００１４】
序文で概説されたように、ポイント・オブ・ケア診断のためのマイクロ流体デバイスの充塞は、決定的に重要なものであるが、時にはうまくいかないことがある。これにより、最悪の場合、結果的に誤った診断を生じさせることがある。最良の場合でも、デバイスの充塞での失敗は、試験を別のデバイスによってやり直すことを要する。本発明者らが明らかにしたように、そのようなデバイスのマイクロチャネルを充塞する際に、液体を継続的に監視することで、何かがうまくいかないときに可能な限りすぐにユーザに警告することができるのは有利である。
【００１５】
序文でさらに援用されたように、例えば静電容量の測定を使用して、電極の近傍での液体の存在を検出するために、マイクロチャネルの全体にわたって配置される電極を使用する、マイクロ流体デバイスが知られている。しかしながら、液体充塞のチェックポイントを設けるために電極の対を少数用意しても、マイクロ流体デバイスの充塞ステータスを正確に追跡するためには不十分であるということが明らかであろう。実際のところ、充塞に対する、あまりにも多くの障害となり得る点が存在し、電極の対を減らすことは、充塞が電極の最後の対の後に失敗し得るのに反し、充塞が適切に進行したと示唆することによる誤解をさせることさえある。その上、明らかなように、電極の対の数を増やすことは、各々の電極が別々の接触パッドを要するので、実行可能な選択肢ではない。より多くのパッドは、より多くの空間を要し、結果的により大きなデバイスを生じさせる。そのようなデバイスは結局のところ、可搬性を失い、製造するには費用がより高くなる。
【００１６】
その上、本発明者らが明らかにしたように、液体の流れの量を分単位で監視することが、より一般的に必要である。実際のところ、マイクロ流体デバイスは、マイクロリットル単位のサンプルのみを扱い、これらのデバイス内の流速は、１ナノリットル毎秒以下になり得る。したがって、高確度に流れを監視することは、大いに有利であるが、このことは、横手方向電極によっては達成され得ない。
【００１７】
上記の観望を為して、本発明者らは、長手方向電極による、継続的な静電容量測定を利用するデバイスおよびシステムを設計した。ここでは、それらの電極がマイクロチャネルの流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされることで、電極の静電容量が変化する。このことは、本発明の好ましい実施形態とともに、下記で詳細に解説される。以下の説明は、次のように構築されている。最初に、一般的な実施形態、および高レベルの変形例が説明される（セクション１）。次のセクションは、特定の実施形態、および技術的実現形態詳細に向けられる（セクション２および３）。
【００１８】
図２および図４を参照して、本発明のマイクロ流体チップ１０に関する態様が最初に説明される。マイクロ流体チップ１０は、とりわけ、液体５によって充塞され得るマイクロチャネル１１（または、マイクロチャネル部分）を備える。マイクロチャネル１１は、電極２１、２２の対と、電極２１、２２の間で画定される液体流れ経路１２とを備える。電極２１、２２の各々は、流れ経路に沿って、動作中に液体がマイクロチャネルを充塞する際の液体の方向（図２では、垂直上向き）に平行に延在する。
【００１９】
加えて、電極２１、２２の各々に接続される（オン・チップ）電気回路が設けられる。回路は、とりわけ、後述する処理ユニットに電気信号を伝えるために電極に適切に接続される電気コネクタ４１〜４４ａを備え得る。オン・チップ回路は一般的には、液体流れ経路１２を継続的に充塞する液体５により電極２１、２２が濡らされる際に、電極の静電容量を電極２１、２２を介して継続的に時間の関数として測定することができるように構成される。
【００２０】
電極２１、２２は、長手方向電極である。すなわち、それらの電極２１、２２は、電極２１、２２の間で画定される液体流れ経路１２の各々の側部に、長手方向に延在する。ここで、「長手方向」電極２１、２２は、（横手方向電極とは異なり）流れ経路に沿って延在する電極を意味する。すなわち、液体５が流れ経路を充塞する時の液体５の方向に平行に延在し、チャネルの実際の形状に無関係である（図２の例でのような直線的なチャネルであっても、または、そうでなくてもよい）。電極２１、２２を使用することにより、液体５の進行状況が動作中に継続的に監視されることを可能とし、下記で詳細に論考されるように、そのことが次に、関連するフィードバック（例えば、指示）が、マイクロ流体チップ１０を操作するユーザに適時に提供されることを可能とする。
【００２１】
「継続的に測定する」は、変化する静電容量を、典型的には１ｍｓから１ｓの間のある頻度で反復して測定することを意味する。図５〜図７を参照して後述するように、頻度はＲＣ時定数に依存し、そのことは、本文脈では、所定の抵抗器と、測定される静電容量とに依存して、１Ｈｚから１ｋＨｚの間の測定周波数につながり得る。図２で示されるようなチップ内で、液体流れは、通常低速であるということを考慮すると、毎秒数回の測定は、液体流速を合理的に推定するのにすでに十分である。
【００２２】
図２に示されるものなどの実施形態では、マイクロ流体チップ１０は実際には、２つのマイクロチャネル１１、１１ａを備え、各々のマイクロチャネルは、電極２１、２２と、２１ａ、２２ａとの対を備え、電極の各々の対の間で液体流れ経路が画定される。電極の各々の対は、流れ経路に沿って、動作中の液体５の方向に平行に延在する。電気回路は、電極の各々の対による静電容量測定を可能にするように、電極の各々の対に接続される。
【００２３】
同じ概念は、必要に応じて、より多くの独立チャネルへと拡大され得る。いくつかのチャネルを使用することで、測定値が平均化され、そのことにより、より正確な測定値を得ることが可能になる。加えて、いくつかのチャネルを使用することで、多重化アッセイが可能になる。ここでは、各々のチャネルは、異なる分析物に対して最適化される、異なる流速を有し得るものであり、個々に監視され得る。
【００２４】
それに加えて、図２または図４で確認されるように、チャネルの最大数は、チップの電気コネクタ４１〜４４ａ、および、外部の流れ監視デバイス１００のデータ処理ユニット１０２のポートにより制限され得る。
【００２５】
実施形態（図示せず）では、最大で７つのチャネルが、チップ面積、および、外部の流れ監視デバイス１００により課される制限に依存して、同じチップ上に配置構成され得るものであり、面積が大きいほどコストは高い。
【００２６】
各々のチャネルは、静電容量測定のために、接地電極を含む少なくとも２つの電極を要する。それに加えて、上記の例では、すべてのチャネルに対する１つの共通接地電極、および、７つのチャネルに対する７つの独立電極を使用してもよい。ＰＢＳなどの非常に導電性の高い液体に対して、１つのチャネルで測定される静電容量は、別のチャネルに関する測定に影響を及ぼし得るということに注目されたい。しかしながら、そのような現象は、必要なときに、モデリングおよび補償され得る。
【００２７】
本実施形態は、区別ない２つの主たるマイクロチャネル１１、１１ａを主に想定する。それに加えて、本チップの特徴は、本質的には、チャネルの一方（マイクロチャネル１１）、および、その対応する電極２１、２２に関して説明されるものであり、他方のマイクロチャネル１１ａは、他に説明がなければ、マイクロチャネル１１と同様である。
【００２８】
好ましい実施形態では、各々の電極２１、２２は、流れ経路と同一面内に、流れ経路に沿ってパターニングされる。明らかなように、電極を同一面内にパターニングすることは、別々の表面、例えば、チャネルの上部および下部表面上の電極より、製作が容易である。液体流れに関する摂動を最小化するためには、電極は、液体流れ経路１２表面と同じ高さで（または、最小限の露出となるように）製作されることが好ましい。電極の同一面内設計は、やはり、サンドイッチ構成（上部および下部電極）より摂動は少ない。これは、同一面内設計の場合、液体５は、エッジまたは隅部に触れることなく、より多くの濡れている表面（すなわち、電極の間の流れ経路の表面、および、電極を越えたチャネルの表面）に「遭遇」し得るからである。
【００２９】
変形例では、長手方向電極が、（下部）壁と隣接する（テーパ）壁を形成し、したがって、流れ経路を形成するべく、電極は、異方性エッチングされた（例えば、Ｓｉ）チャネルの側部にパターニングされ得る。その場合、電極をチャネルの下部に配置することを必要とせず（必要であれば追加的な電極を設けてもよい）、また上部に配置することも必要としない。
【００３０】
電極が同一面内に、または、テーパ壁上に設けられるのであれば、測定される静電容量は、本質的には、液体−電極界面での電気二重層による二重層静電容量を含むと考えられる（図４、差込図を確認されたい）。その測定される静電容量は、例えば、二重層静電容量が関与する面積に対応するという既知の事実と矛盾なく、実際、電極の幅ｗに実質的に比例することが見いだされる。あまり重要ではないが、測定される静電容量は、電極間の間隙ｇが増大するにつれてわずかに減少することも見いだされた。それでも、二重層静電容量寄与は、本発明者らにより行われた実験によれば、最も重要である。いくつかの他の効果、例えば、非線形定位相要素、または、電荷移動抵抗器の効果による複素インピーダンス、あるいはその両方などが、測定される静電容量にさらに影響を及ぼし得る。それらに伴う効果は、液体の種類、および、電極に使用される材料に依存する。さらに、本発明者らは、マイクロ流体工学で典型的に使用されるような液体について、電極の表面積と測定される静電容量との間の近似的線形関係を全体として観察した。
【００３１】
したがって、図５の差込図に示される（単純化された）静電容量モデルは、静電容量に対する２つの二重層構成要素Ｃｄｌ（電極の乾いた静電容量Ｃｄに追加される）を示す。これまでの記載によれば、静電容量測定は、電荷移動抵抗Ｒｃｔ、および、サンプル（すなわち液体）の抵抗Ｒｓにより、わずかに影響を及ぼされる。Ｃｄｌに直列である抵抗Ｒｓは、マイクロ流体用途で使用される一般的な液体に対して、Ｃｄｌのインピーダンスよりはるかに低いインピーダンスを有し、それゆえに、その抵抗Ｒｓは無視され得る。電極表面と電解質との間の電気化学電荷移動反応に関係付けられるＲｃｔは、Ｃｄｌが外部抵抗器を通して充電される時に、Ｃｄｌに関する電圧降下に影響し得る。しかしながら、この効果は、Ｒｃｔが典型的には、外部抵抗器の抵抗値よりはるかに高い抵抗値を有することを考慮すると、無視できるものである。
【００３２】
ここで寸法に関して言えば、一方で、小さすぎる電極幅は、小さすぎる静電容量につながり、結果的に精度を失うことになる。他方で、広すぎる電極は、それらの電極が、チップ表面、およびとりわけ流れ経路（典型的には、ＳｉＯ２表面である）と異なる水接触角を有する際に、毛管流れに影響する。さらに、広すぎる電極は、高すぎる静電容量値を生むことになり、そのことは後で解説されるように、測定時間を極めて増大させることになる。
【００３３】
これらの考察を念頭に置くと、電極の好ましい寸法は、以下のものである。実施形態では、各々の電極２１、２２は、１０μｍから５００μｍの間の幅ｗを有する。電極の間の間隙ｇは、１０μｍから１０００μｍの間であり、液体流れに関する摂動を最小化するためには、電極の幅ｗより大きいことが好ましい。さらに、電極２１、２２の各々は、３０μｍから１６０μｍの間の幅であることがより好ましく、これに対し、電極の間の間隙は、４０μｍから５２０μｍの間であることが好ましい。広い毛管ポンプ（例えば、５ｍｍより広い）に対しては、電極の間の間隙が増大され得るか、または、複数個の長手方向電極対が、平均化効果を有するようにパターニングされ得るか、あるいは、その両方である。
【００３４】
本発明者らが明らかにしたように、上記の寸法が、流れ速度を最も正確に測定することができる。電極の好ましい材料はＰｄである。Ａｕ、Ｐｔに類する他の貴金属もまた使用することができる。
【００３５】
各々のマイクロチャネル１１、１１ａは、それらのマイクロチャネル内に液体５を推進するための受動毛管ポンプとして構成されることが好ましい。特にマイクロチャネル１１は、毛管構造３２の格子を備えるものであり、その格子は、受動毛管ポンプ３０、３０ａとして働く。図２および図５で確認されるように、電極２１、２２は、格子（受動毛管ポンプ）３０の全体にわたって延在する。
【００３６】
格子は、並進対称性（すなわち、一定の格子パラメータ）を有することを必要としない。それとは反対に、毛管構造３２は、特に電極２１、２２のレベルで変動する格子パラメータを有し得る。例えば、使用される液体、材料、および寸法に依存して、毛管構造の面密度は、必要に応じて、電極に対する余地を設けるために局所的に低下させられ、またはそれとは反対に、電極により引き起こされる流れ摂動を補償するために増大され得る。
【００３７】
毛管構造の変形例では、流れ経路の表面は、毛管構造をまったく必要とせずに、受動毛管ポンプ３０として働くのに十分なほどすでに濡れていてよい。すべての場合では、受動毛管ポンプは、可搬性、単純性、およびコストの理由で好ましい。それに加えて、受動ポンピング手段の存在は、とりわけ、液体５を注入すること、または広げること、あるいはその両方を行う際に関与させることができる、他の能動的ポンピングまたは注入あるいはその両方の手段を排除しない。（次善の）代替案では、液体は、能動ポンピング手段のみによって動かされ得る。
【００３８】
他の変形例では、圧電、磁気、電気浸透、またはエレクトロウェッティングの制御機構などの、他の液体制御機構が、チップ上に、または、マイクロ流体構造の内側に統合され得る。流れ監視のための電極は、次いで、流速の精密な制御のためのフィードバックとして使用され得る。そのような液体制御機構は、液体流れを調整するために、例えば、液体流れを減速させるために、または、その液体流れを、より高速で流れるように補助するために、毛管圧に対して使用され得る。
【００３９】
毛管構造３２の格子が使用されるとき、電極２１、２２は、図２に示されるように、格子の全体にわたって、その格子の中央に沿って延在することが好ましい。このことは、実際上は、マイクロチャネル１１の断面全体に対して、局所的流速に関する測定値を最も正確に外挿することを可能とするものであるが、これは、液体前部が、側部／エッジ効果（詰まりまたは泡が形成されやすい）による影響を最も受けにくいからである。このことは、マイクロチャネル内の液体体積が正確に推定されることを可能とする。
【００４０】
実施形態では、電気回路は、図２に示されるように、マイクロ流体チップ１０のエッジに配置される電気コネクタ４１〜４４、４１ａ〜４４ａを備える。マイクロ流体チップ１０は、マイクロ流体チップ１０が流れ監視デバイス１００（図５）に容易に挿入できるようなフォーム・ファクタをさらに有する。電気コネクタ４１〜４４、４１ａ〜４４ａがマイクロ流体チップ１０のエッジに設けられる際、それらの電気コネクタは、流れ監視デバイス１００に挿入されることでマイクロ流体チップ１０の直接プラグ接続を可能とする。
【００４１】
電気コネクタ４１〜４４、４１ａ〜４４ａは、図２で想定されるように、フラット接触パッドとして構成されることが好ましい。理想的には、接触パッドはさらには、周辺機器とのより良好な電気的インターフェイス接続のために、標準（例えば、ｍｉｃｒｏＳＤ（Ｒ）カードなど）に配慮すべきである。
【００４２】
変形例では、この場合、より多くの接点が追加され得るように、フラット接触パッドより要する面積が少ない「ｐｏｇｏ−ｐｉｎ」ばね押し接点を使用してもよい。ｐｏｇｏ−ｐｉｎ接点は、チップ上の任意の場所に配置され得るものであり、それによって、例えばチップの主表面からソケットの電気的接続が可能になる。
【００４３】
ここで図５をより詳しく参照すると、別の態様によれば、本発明は、マイクロ流体測定システム１として具現化され得る。マイクロ流体測定システム１は、上記で説明されたようなマイクロ流体チップ１０を備える。加えて、マイクロ流体測定システム１は、流れ監視デバイス１００を備える。流れ監視デバイス１００は、流れ監視デバイス１００とのマイクロ流体チップ１０の接続を可能とするように構成される。例えば、すぐ上の記述で確認されたように、マイクロ流体チップ１０の直接プラグ接続は、流れ監視デバイス１００へのチップの挿入を機に、適切に構成される電気コネクタ４１〜４４、４１ａ〜４４ａにより達成され得る。
【００４４】
流れ監視デバイス１００の総体的な寸法は、人間工学的理由で、２０ｍｍ×６０ｍｍ×１６０ｍｍ未満であることが好ましく、１０ｍｍ×３０ｍｍ×８０ｍｍ未満であることがより好ましい。後者の場合、有利なことに、流れ監視デバイス１００は、標準的な顕微鏡、または、顕微鏡スライド用に設計される蛍光読み取り器に適合し得る。
【００４５】
実施形態では、流れ監視デバイス１００は、データ処理ユニット１０２、例えばマイクロコントローラをさらに備える。マイクロコントローラの好適な例は、Ａｔｍｅｌ（Ｒ）によるＡＴＭｅｇａ３２Ｕ４マイクロコントローラ（８ビットＡＶＲ  ＲＩＳＣベースのマイクロコントローラ）である。マイクロコントローラは、動作中にマイクロ流体チップ１０の電気回路によって測定されるような静電容量を監視するために、適切に接続およびプログラムされ得る。
【００４６】
データ処理ユニット１０２は、アナログ−デジタル変換器１０５をさらに備え得る。例えばこのＡＤＣは、上記で述べられたもの（「ＡＴｍｅｇａ３２Ｕ４」）などのマイクロコントローラの内側に配置され得る。ＡＤＣは、後続の動作に対して必要とされるようなデータ信号を伝達するために、データ処理ユニット１０２のバスに適切に接続される。必要な物理ＡＤＣは１つのみでよいが、これは、ＡＤＣが１つでも、好適なプログラミングおよびピン接続により、異なるチャネルに接続され得るからである。変形例では、マイクロコントローラは、複数個のＡＤＣを、異なるチャネルからの同時アナログ−デジタル変換のために有してもよい。
【００４７】
データ処理ユニット１０２は典型的には、低レベル・コンピュータ・プログラム命令によってプログラムされる。興味深いことに、アナログ−デジタル変換器のクロック周波数は、使用される言語が十分に低レベルであるならば増大され得る。例えば周波数は、１ＭＨｚ以上、例えば４ＭＨｚに等しいことがある。擬似コードの例は、後で、セクション３で与えられる。
【００４８】
考慮すべき別のパラメータは、ビットの数である。マイクロコントローラは例えば、１０ビットＡＤＣを（または、より一般的には８から２０ビットのＡＤＣ、または、さらに多いものを）使用し得る。すべてのこれらのパラメータは、静電容量測定の最終の分解能に影響を及ぼす。それに加えて、より高い周波数、および、ビットの数は、より多くの電力を要する。しかし、本明細書で企図される用途は、非常に高速な測定を必要としないので、合理的な折り合いを見出すことで、多くの電力を要するＡＤＣの使用を回避することができる。
【００４９】
ＡＤＣクロック周波数を最適化することで、チャネルおよび電極２１、２２の寸法、ならびに、チャネル内で前進する液体のタイプに依存するが、典型的には、流れ監視において１０μｍ分解能に対応する、５ｐＦのピーク・ツー・ピーク変動まで監視することができる。
【００５０】
ここで図３、図４および図９を参照すると、実施形態では、マイクロ流体測定システム１で使用される流れ監視デバイス１００は、静電容量それ自体以外に、静電容量の傾きを監視するように構成されるデータ処理ユニット１０２をさらに備える。傾きを監視することは、傾きの変化を検出することを可能とし、そのことが、下記で説明されるように、事象を検出することを可能とする。加えて、静電容量の傾きは、本質的に、液体５の、位置、または体積、あるいはその両方と解釈可能である。これは、液体５が、動作中にマイクロチャネルを継続的に充塞するからである。また、傾きを測定することは、液体の特色を明らかにすることをさらに可能にする。これは、異なる液体は、図９で確認されるように、異なる傾き識別特性を有するからである。
【００５１】
上記で援用されたように、データ処理ユニット１０２は、実施形態では、動作中に静電容量の傾きの変化を監視するように構成され得る。傾きの変化（急激な変化を含む）は次いで、事象、例えば、チップ検出、液体検出、端部点検出（液体がマイクロチャネルの端部に達する）などと解釈され得る。そのような事象は、典型的には、マイクロチャネルへの液体の挿入前または挿入後に生じるものであり、チップの動作させる液体操作を支援するのに有用である。
【００５２】
測定される静電容量の傾きの変化は、チップの問題点または欠陥（例えば、詰まり、漏れなど）を検出するためにさらに使用することができる。
【００５３】
傾きの変化に加えて、傾きそれ自体はさらには、特に動作の終了において、チャネルが液体により完全に充塞された時に流速情報を導き出すために使用され得る。最終的な流速情報は、例えば、バイオ・アッセイの結果を較正するために使用され得る。実際のところ、チップが偶然適正に作動するとしても、測定される流れでのチップごとの変動（典型的には、５〜１０％変動）が存在し得る。したがって、（例えば、事前に特性が明らかな）アッセイのキネティクスが知られているとき、精確な流速に依存してアッセイの結果を較正することができ、その結果、流速変動に起因する誤差が補償され得る。
【００５４】
ここで図２、図３、図４を参照すると、実施形態では、データ処理ユニット１０２が、静電容量の傾きの変化から事象を検出可能なように、電極２１、２２は、マイクロチャネル１１、１１ａ内で好適に構成される。充塞での問題点以外に、とりわけ、動作中に次の事象が検出可能である。すなわち、（１）流れ監視デバイス１００にマイクロ流体チップ１０が挿入された際のマイクロ流体チップ１０の検出、（２）マイクロチャネルに進入する液体５の検出、および（４）マイクロチャネルの端部に達する液体５の検出（端部点検出）が可能である。正常流速計算レジーム（３）は、図３および図４でのステップ（２）と（４）との間で生起する。
【００５５】
その目的で、図２に示されるように、電極２１、２２は、マイクロチャネル１１（または１１ａ）部分内で、マイクロチャネル１１（１１ａ）部分の実質的に一方の端部から他方に、長手方向に延在する。電極は、チャネル部分の端部で、さらに鋭く曲げられ得る。明らかなように、マイクロチャネル１１（１１ａ）部分に下部端部から進入する、または、マイクロチャネル１１（１１ａ）部分の上部端部に達する液体は、したがって、測定される静電容量の急上昇を生み出し、そのことが、対応する事象が検出されることを可能とする。他の電極の構成（例えば、より滑らかな曲げを有する、または、対の１つの電極のみが曲げられるなど）が企図され得るものであり、やはり、測定される静電容量の傾きの変化が検出されることを可能とする。特に変形例では、電極は、毛管ポンプの端部での端部点検出などの、液体の位置に固有の痕跡を提供するための、より広い、または、相互嵌合されるセクションを有し得る。
【００５６】
ここで図５を具体的に参照すると、マイクロ流体測定システム１は、実施形態では、１つまたは複数のグラフィカル・ユーザ・インターフェイス（ＧＵＩ）１１０、２００をさらに備え得る。ＧＵＩは、直接、流れ監視デバイス１００上に、または、別のデバイス（ＧＵＩ）２００（例えば、コンピュータまたはスマートフォン）上に、あるいはその両方に設けられ得る。すべての場合で、ＧＵＩは、データ処理ユニット１０２に接続可能である。したがって、データ処理ユニット１０２は、静電容量、静電容量の傾き、または、測定される静電容量の傾きで検出される変化、あるいはその組合せに基づいて、１つまたは複数のＧＵＩ１１０、２００によってユーザに適切なフィードバックを提供するよう命令し得る。
【００５７】
好ましくは、流れ監視デバイス１００の処理能力のみが使用される。代替案では、処理の一部分またはすべてが、例えば、コンパニオン・デバイス（ＧＵＩ）２００や、またはリモート・サーバに外部委託されるなど非局在化される。ディスプレイ（ＧＵＩ）１１０は、監視デバイス上に設けられ得るものであり、必要に応じて、そのディスプレイ上に表示される情報は、コンパニオン・デバイス（ＧＵＩ）２００のＧＵＩ上にミラーリングされ得る。その目的で、コンパニオン・デバイス（ＧＵＩ）２００は、ハードまたはワイヤレス接続によって流れ監視デバイス１００に接続され得る。
【００５８】
視覚的フィードバックに加えて、実施形態は、警告のための、オーディオ信号、または振動、あるいはその両方をさらに含み得る。測定の間、マイクロ流体測定システム１（マイクロ流体チップ１０と、流れ監視デバイス１００とを含む）は、閉じられたチャンバ内に、または、顕微鏡の内側に、すなわち、ユーザから隔離されて保つことを必要とし得る。流れ監視デバイス１００をモバイル電話（ＧＵＩ）２００またはコンピュータに接続することで、ユーザに遠隔で警告することが可能になる（例えば、電話を振動させ、または、ブザー１０８を作動させる）。すべての場合で、液体流れで問題点が検出されるとすぐにアラームが作動される。したがってユーザは、即座にアクションをとることができ、例えばユーザは、充塞完了を待つことなく、ただちに欠陥チップを交換することができる。
【００５９】
チップの追加的な特徴、技術的実現形態詳細、および、可能な製作プロセスに関する他の考察が、セクション２で与えられる。マイクロコントローラ・プログラミングおよび静電容量測定に関する技術的詳細は、セクション３で与えられる。
【００６０】
次に、図１を参照し、かつ別の態様によれば、本発明は、図２〜図５を参照して上記で論考されたようなマイクロ流体チップ１０内の液体５を監視するための方法として具現化され得る。本質的には、この方法は、マイクロ流体チップ１０のマイクロチャネルを継続的に充塞する液体５を監視するステップＳ２５のところを解決する。監視するステップＳ２５は、液体流れ経路１２を継続的に充塞する液体５により電極が濡らされる際に、それらの電極の静電容量を時間の関数として測定することにより行われる。マイクロ流体チップ１０の電気回路から静電容量測定信号が提供される。結果的に生じる測定値の例は、図３、図４および図９に示される。
【００６１】
前述のように、マイクロチャネル１１、１１ａは、それらのマイクロチャネル内に液体５を前進させるための受動毛管ポンプ３０、３０ａとして構成され得る。先に論考されたように、マイクロチャネルは、毛管構造３２の格子を備え、それらの格子が受動毛管ポンプとして働き、電極２１、２２が、格子の全体にわたって延在することが好ましい。
【００６２】
液体５が供給され（Ｓ４０）、例えば、ピペットを使用してマイクロチャネル内に導入され、例えば、各々のマイクロチャネル１１、１１ａと流体連通している注液パッド５０（図２）を介して導入され得る。
【００６３】
液体５が導入されると、受動毛管ポンプ３０、３０ａは、供給される液体５でマイクロチャネル１１、１１ａを自発的に充塞する。その間に、液体流れは、マイクロ流体チップ１０の電気回路からの測定信号に基づいて、継続的に監視され得る（Ｓ２５）。
【００６４】
上記で援用されたような、マイクロ流体チップ１０および流れ監視デバイス１００の好ましい設計により、測定される静電容量において５ｐＦほどの小さなピーク・ツー・ピーク変化が検出され得る。当然ながら、より大きな変化、例えば、液体が導入される時の突然の急上昇もまた検出され得る。５ｐＦ未満のピーク・ツー・ピーク変化は、典型的にはノイズ・レベルに匹敵するものであり、それゆえに、説明することを必要としない。
【００６５】
特に、マイクロチャネル１１を充塞する液体５の、位置、または体積、あるいはその両方は、静電容量値を監視する（Ｓ２５）間中、継続的に計算され得る（Ｓ７０）。電極２１、２２は本質的には、格子（受動毛管ポンプ）３０、３０ａの中央に沿って延在することが好ましく、それによって、局所的流速に関する測定値を、マイクロチャネル１１、１１ａの断面全体に対して外挿することが（ゆえに、必要に応じて、体積を最も正確に推定することが）可能になる。
【００６６】
流速は、とりわけ、次のように計算され得る。例えば、第１の静電容量値Ｃ０を、次いで、Ｃ０のｔ秒後（例えば、ｔ＝１０ｓ）に第２の値Ｃ１を測定し、率（Ｃ１−Ｃ０）／ｔを計算することができる。次いで、測定される静電容量から流速を推定するためには、導入される液体５の電気特性を知る必要がある。
【００６７】
２つの状況が企図され得る。第１の場合、ユーザは、どんな種類の液体が処理されているかを知り、それゆえに、液体の電気特性が流れ監視デバイス１００に与えられ得る。さもなければ、マイクロ流体測定システム１が、例えば、測定される静電容量の傾きから直接、液体の特色を明らかにし得る。変形例では、マイクロ流体測定システム１は、注液パッド５０（図２）内に設けられる電極により、液体の電気特性を測定し得る。他の変形例では、液体経路上の、注液パッド５０の後のチャネル・セクション内に電極を設けることがある。他の変形例では、主たる流れ経路に接続されるのではなく注液パッドに接続される側部チャネルが設けられて、液体の電気および流体特性の特色を明らかにするために使用され得る。すべての場合、液体の特性を推察するために、液体が特定される。次いでこの情報は、マイクロチャネル１１、１１ａ内の流速を計算するために使用され得る。
【００６８】
先に援用されたように、マイクロ流体チップ１０は、いくつかのマイクロチャネル１１、１１ａ（例えば、図２の例では２つ）を含み得る。したがって、計算ステップＳ７０は、例えば、それぞれの静電容量測定、すなわち、電極２１、２２、２１ａ、２２ａの各々の対を介して電気回路によって行われる測定結果の組合せに基づくものであり得る。
【００６９】
継続的に監視するステップＳ２５は、静電容量の傾きを監視することをさらに含み得るものであり、静電容量の傾きの変化の検出Ｓ３０、Ｓ５０、Ｓ１１０を可能にするためのものであり得る。一般的に、関心のあるすべてのデータはロギングされる（Ｓ９０）。特に、検出される変化に対応する事象、例えば、図３および図４での事象（１）、（２）、および（４）は、必要な際には、対応するフィードバックをユーザに提供するために記憶され得る（Ｓ９０）。チップが、オン・チップ液体制御機構（例えば、磁気、圧電、電気浸透、ニューマチック、またはエレクトロウェッティングの原理に基づく）、または、外部ポンプもしくは遠心分離システムを備えるとき、流速の精密なチューニングのためにフィードバックが使用され得る。図１にさらに反映されるように、本方法は、とりわけ、流れ監視デバイス１００にチップが挿入された（プラグ接続された）（Ｓ２０、Ｓ３０）、マイクロチャネルに液体５が進入した（Ｓ５０）、および、マイクロチャネル１１の端部に液体５が達した（Ｓ１１０）ということを検出し得る。ステップＳ９０でロギングされるデータは、必ずしも持続メモリに記憶することを必要としない。
【００７０】
実施形態では、プロセスに沿って、ＧＵＩ１１０によって視覚的フィードバックがユーザに提供される（Ｓ３５、Ｓ５５、Ｓ１３０）が、視覚的信号の代わりに、または、視覚的信号に加えて、他の信号（オーディオ、ブザーによって、または振動）が使用され得る。スイッチ・オンされると、流れ監視デバイス１００は、静電容量の監視を開始する（Ｓ１０）。そこで、とりわけ、ユーザが挿入した（Ｓ２０）チップを検出する（Ｓ３０）（このことは、静電容量の第１の急上昇（１）をもたらすものである。図３および図４を確認されたい。）前および検出後にフィードバックが提供され得る（Ｓ３３、Ｓ３５）。同様に、ユーザが導入した（Ｓ４０）液体を検出する（Ｓ５０）（静電容量の第２の急上昇（２）をもたらすものである。図３および図４を確認されたい。）前および検出後にフィードバックは提供され得る（Ｓ５３、Ｓ５５）。加えて、計算ステップＳ７０の間に他のフィードバックが提供され（Ｓ７３、Ｓ７５、Ｓ７７）、流体速度に関して（例えば、ユーザに）通知し（例えば、低速すぎる（Ｓ７３）、正常（Ｓ７５）、または、高速すぎる（Ｓ７７））、アクションをとることを促し得る（Ｓ６０）。
【００７１】
ここでは、異なるシナリオが企図され得る。完全に受動的な毛管システムでは、流れが範囲外であるとき、ユーザ（またはロボット）は、チップを無駄に費やし得る。ここで、流れが範囲内であるとき、ここまでに得られるデータは、アッセイを較正するために使用され得る。例えば、オン・チップまたはオフ・チップ液体制御原理（例えば、電気浸透、エレクトロウェッティング、圧電、ニューマチック、または磁気の制御など）が使用されるとき、ユーザ、デバイス（例えば、ロボット、または、何らかの種類の何らかの機器）、またはシステムそれ自体は、流れを制御可能であり、適切なアクションをとることができる。別の例ではユーザは、警告（Ｓ７３、Ｓ７７）にもかかわらず、チップを使用し（give the chip the chance）、いくらかの追加的な時間の間、待機することに決めることがある。実際のところ、警告は、ポンプ内の軽度の欠陥に起因してトリガされた（Ｓ７３、Ｓ７７）ものであることがあり、流速は、正常値に戻ることがある。ユーザ（またはシステムのそれぞれ）は、一時的な失敗が、アッセイ結果にとって重大な意味をもつものであったか否かを、後で決めること（または通知することのそれぞれ）ができる。
【００７２】
流体速度は、静電容量（３）、およびその傾きに影響を及ぼすものである（図３および図４ならびに図８を確認されたい）。最終的には、計算ステップＳ７０での計算によって、マイクロチャネル１１、１１ａが満杯であることが見いだされる（Ｓ１１０）とき（図３および図４での端部点検出（４））、対応するフィードバックが、ユーザに提供され得る（Ｓ１３０）。ステップＳ１３０で提供されるフィードバックは、例えば、ユーザに、試験を終結させる、例えば、マイクロ流体チップ１０のプラグを抜くように促し得る。変形例では、システムは、アッセイ測定の準備、例えば、蛍光読み取り器を使用して分析物を検出する準備が整っている、ということを、このＳ１３０でのフィードバックが示し得る。
【００７３】
実施形態で可能にされるようなフィードバック・プロセスは、すべてのプロセスにわたる相互作用性を可能とする。事象が検出され（例えば、チップが検出される（Ｓ３０〜Ｓ３５））、そのことが、Ｓ３５を次のステップＳ４０（液体を導入する）へと促し、次の事象の検出Ｓ５０〜Ｓ５０（液体が検出される）などにつながり得る。例えば、複数のピペット操作ステップが必要な用途に対して、システムは、次のピペット操作ステップおよびそのタイミングに関して、ユーザを誘導し得る。また、流速計算に関する情報が、ユーザに継続的に報告され得る（Ｓ７３〜Ｓ７７）。
【００７４】
さらなる実施形態では、複数個のマイクロ流体デバイスが、（例えば、臨床検査室で）並列に稼働させられ得る。そのような場合、監視システム全体が、単一チップ監視デバイスの代わりに使用され得るものであり、システムは、いくつかのデバイスを並列に監視する。デバイスの測定準備が整っている時、監視システムは、「デバイス＃１：流れＯＫ、デバイス＃１は測定の準備が整っている」などのフィードバックを提供し得る。次いで、ユーザ（または、自動化されたロボット・アーム）は、そのデバイスを自動読み取り器にプラグ接続し得る。そのようなシナリオにおいて、場合によっては最高で３０分以上続くことがある液体（流れ）充塞局面の間は、読み取り器を利用する必要がない。このように、流れ監視オプションを伴う、数十個の（例えば、低コストの）マイクロ流体デバイスが使用されることもあり、その一方で、１つの（例えば、ハイ・エンドの高価な）読み取り器のみが使用されることもある。
【００７５】
さらに他の実施形態では、追加的なタイプのフィードバックが提供され得る。例えば、システムは、ユーザがある時間に都合が悪く、中間警告を逃してしまい、そのことによって、チャネル内の液体が乾いてしまい、結果がもはや有効ではないおそれがあるので、測定には遅すぎるということをユーザに警告するように設計され得る。実際のところ、ある時間の後に、チャネルの内側で（特に、検出区域で）液体が乾くと、結果が異なることがある。
【００７６】
上記の実施形態は、付随する図面を参照して簡潔に説明されたものであり、いくつかの変形例を受け入れ得る。上記の特徴のいくつかの組合せが企図され得る。例が、次のセクションで与えられる。
【００７７】
液体流れ経路１２、１２ａは、流れ経路と流体連通した、または、流れ経路内に設けられた受動毛管ポンプ３０、３０ａ（流れ経路ともみなされ得る）により毛管駆動され、結果的に、毛管駆動された流れを生じさせることが好ましい。流れ経路は親水性であるので、流れ経路に送り込まれる液体は、どのようにしても、親水性表面を濡らし、流れ経路内を前進する。流れ経路は、後で論考されるように、閉鎖可能なマイクロチャネルに設けられる（例えば、チップ表面に溝が形成されるか、または、チップ表面上に構築される）ことが好ましい。流れ経路は、それが（少なくとも）１つの親水性表面により画定されるので、「親水性」である。流れ経路はいずれにせよいくつかの表面により画定され得るが、これら表面のすべてが、親水性であることが必要とは限らない。流れ経路の親水性は、親水性表面および疎水性表面を組み合わせることにより、または、様々な親水性特質を伴う表面を有することにより達成され得る。
【００７８】
受動毛管ポンプの使用は、よりコンパクトな、自律的かつ効率的なシステムを創出することを可能とする。よりコンパクトな表面を達成するためには、能動ポンピング（強制的な液体注入、液体ポンピングによる抽出、または遠心分離）は無いことが好ましい。加えて、マイクロ流体チップは、例えばチュービング・ポートを介した外部デバイスへの液体接続を何も含まず、むしろ、液体ローディング・パッド５０だけが設けられることが好ましい。同様のコンパクト性の理由で、チップは、チップ上にタンクを何も備えないことが好ましい。
【００７９】
親水性表面は、マイクロ流体のマイクロチャネル１１、１１ａ内に、より厳密には、チャネルの、１つまたは複数の内壁により画定される。この表面は、（Ｓｉウェハからの）熱酸化によって、ＳｉＯ２で作製され得るものであり、そのことは、高品質ＳｉＯ２層が得られることを可能とする。それに加えて、スパッタリング、蒸着に類する低温堆積技法を使用することによって集積するＳｉＯｘ層も得ることができる。しかしながらＳｉＯｘ表面は、より高い欠陥密度およびピンホールを有する公算が大きくなり、そのことは、ある用途で求められるような電気的絶縁特性を損なうことがある。変形例では、Ｓｉ３Ｎ４窒化ケイ素の低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、または、誘電層、例えばＡｌ２Ｏ３の原子層堆積（ＡＬＤ）などが企図されることもある。ＡＬＤは、高品質誘電層が得られることを可能とする。しかしながらＡＬＤは、高価な技法であり、そのＡＬＤによる５０ｎｍ以上などの厚い層は、実現可能ではないことがある。
【００８０】
異方性シリコン・エッチングに依拠する製作方法が、同一平面の電極２１、２２表面を得るために用いられ得る。すなわち、液体にさらされる、電極（液体流れ経路１２に沿って長手方向に延在する）の表面は、例えば、液体流れ経路１２での包囲する表面と同じ高さ、または、本質的に同じ高さにするように製作され得る。換言すれば、電極は、液体流れ経路１２を画定するチャネルの表面の外面厚さ内で統合されるように、チャネル内に配置構成され、電極２１、２２の露出表面は、包囲する表面（液体流れ経路）１２と本質的に同一平面であることが好ましい。このことは、電極露出表面と、包囲する表面との間の位置ずれが、マイクロチャネルの深さに対して無視できる（好ましくは、１から３桁未満、または、さらに少ない）、または、そのマイクロチャネル内の液体５の典型的な厚さに対して無視できるということを意味する。例えば、２０ｎｍ未満の位置ずれ、さらに１０ｎｍ未満の位置ずれが達成されることを可能とする方法が知られているが、チャネル深さは典型的には、１０μｍから２０μｍの間である。このことは、表面トポグラフィを最小化し、したがって、層流に好都合であり、そのことは、液体流れでのインシデントを防止するのに有利であり得る。最小化された表面トポグラフィは、さらには、液体による流れ経路の初期充塞の間の抑制領域を回避するのに有利である。このことはさらには、電極上のエッジ欠陥を低減し、したがって、エッジでのスプリアス電場を防止する。
【００８１】
先に援用されたものなどの変形例では、電極は、テーパ側壁上にパターニングされ得る。
【００８２】
すべての電極が、同じマスク・レイアウト上に描画され、同時に、同じ製作ステップによってパターニングされることが可能であるということに注目されたい。
【００８３】
注液パッド５０は、例えば、液体サンプルを流れ経路内に注液するように構成される注液パッド５０であり得るが、さらには、マイクロチャネルであって、例えば、それ自体が、注液パッドもしくは別の流れ経路と連通しているマイクロチャネル、または、任意の種類の液体入口（好ましくは、コンパクトな入口）であり得る。
【００８４】
電気接触パッドへの電極の接続は、そのことが、チップのコストに実質的に影響を及ぼし得るので、慎重に設計することを必要とする。この点に関して、有利なことに、マイクロ流体チップは、ソケットと対合する電気接点を備え得る。接点は、５００μｍ幅および３００μｍ間隔、すなわち、８００μｍピッチを有することが好ましい。ソケットは好ましくは、短絡、および、間違った接続を回避するために、２００μｍ未満の機械的位置合わせを可能とすべきである。例として、ＳＡＭＴＥＣからのＨＳＥＣ８タイプのエッジ・コネクタは、８００μｍピッチ接点を有し、精密なチップ対ソケット位置合わせを可能とする。このソケットに対しては、４．５ｍｍ長さ接触域が、信頼性の高い電気的接続のために使用される。代替的には、ｍｉｃｒｏＳＤ（Ｒ）メモリ・カード用のソケット（例えば、１．１ｍｍピッチを伴う８つの接点を有する）が、３ｍｍ長さ接触域を有するチップに対して使用され得る。チップは、ソケット開口部の幅より１００μｍ少ない（ソケットまたはチップに損傷を与えることのない容易な配置を可能とするために、ソケット開口部より、各々の側部から５０μｍ少ない）最終的な幅を有するように設計され得る。チップ・ダイシングの間のチップ寸法の変動は、５０μｍ内であると予測される。接点は、チップの１つの側部に、好ましくは、注液パッド（例えば、反対側部）から離して配置される。接点の数は、チップ寸法が許す限り、反復（一定ピッチ）により増大させ得る。接点の数は、接地電極を共有することにより減少させ得る。なおまた、導体または半導体、例えばシリコンの基板が使用され、基板へのバイアス印加が要される場合では、同じソケットが、チップの裏側への電気的接続を可能とする。変形例では、要する面積がフラット接触パッドより少ない「ｐｏｇｏ−ｐｉｎ」ばね押し接点が使用され得る。ｐｏｇｏ−ｐｉｎ接点は、チップ上の任意の場所に配置され得るものであり、そのことによって、例えばチップの主表面からソケットを電気的に接続することが可能になる。
【００８５】
好ましい実施形態では、チップは、１９．５×９．４ｍｍ２の大きさがあり、注液パッドと、電極が組み込まれたマイクロチャネルと、毛管ポンプと、空気抜きと、カバー・フィルムと、カード・エッジ・ソケットと対合する電気接点とを備える。テーパ側壁プロファイルでのチャネル・エッチング、毛管充塞のためのＳｉＯ２の親水性、熱的および化学的安定性、機械的堅牢性、多くの生体分子とのＳｉＯ２表面の融和性、ならびに、良好に規定された、信頼性の高い化学組成などの、マイクロマシニング・プロセス、ならびに、ＳｉおよびＳｉＯ２の、具合のよい特性を活用するために、シリコン基板が使用される。
【００８６】
製作プロセスでは、チャネルは、ＴＭＡＨを使用してシリコンに異方性エッチングされ、熱酸化により電気的にパッシベーションされる。単一層フォトレジストのコンフォーマル・コーティングおよびパターニングの後の金属蒸着およびリフト・オフにより、電極がパターニングされる。金属堆積に先行して、短い等方性ＳｉＯ２エッチングが、リフト・オフを支援するため、および、電極を陥凹させるために導入される。フォトリソグラフィ・パラメータは、２０μｍ深さのトレンチ内の少なくとも５μｍ最小外形サイズを達成するように最適化される。ダイシングおよび洗浄ステップに続いて、親水性ドライ・フィルム・カバーが、マイクロ流体構造を密封処理するために４５℃で積層される。ＳＥＭ検査は、カバー・フィルムが、チャネルの上方、および、毛管ポンプの上方を、完璧に被覆するということを示した。電極は、陥凹ステップのゆえに、最小化されたエッジ欠陥、および、非常に平坦な表面トポグラフィを示した。
【００８７】
他の変形例では、ＳｉＯ２パッシベーション層を有する平坦なＳｉ表面上に、金属リフト・オフまたは金属エッチング・プロセスを使用して、電極がパターニングされる。次いで、ＳＵ−８またはドライ・フィルム・レジストのフォトリソグラフィック・パターニングなどの、付加的プロセスを使用して、マイクロ流体構造がパターニングされる。好ましくはないが、電極は、カバー基板（または、フィルム）上にもパターニングされ、次いで、チップまたはウェハ接合技法（例えば、フィルム積層、陽極接合、直接接合、熱可塑性接合、接着接合など）を使用して、マイクロ流体構造を支える基板に接合され得る。電極を要するチップ機能性（例えば、マイクロヒータ、誘電泳動もしくはエレクトロウェッティングのための電極、または、電流測定、インピーダンス測定、もしくは電気化学的検知のための電極など）がすでに存在する場合では、液体監視のための電極は、一般的に、他の電極パターンまたは導電層と一緒にパターニングされ得る。
【００８８】
本明細書で説明される方法は、マイクロ流体デバイス、とりわけ、ウェハ・ベースのチップの製作で使用され得る。結果的に生じるチップは、例えば、製作者により、未加工ウェハ形式で（すなわち、複数個のパッケージ化されていないチップを有する単一のウェハとして）、ベア・ダイとして、または、パッケージ化された形式で頒布され得る。後者の場合、チップは、単一チップ・パッケージ（プラスチック・キャリアなど）で、または、マルチチップ・パッケージで装着される。いずれの場合でも、チップは次いで、自律的チップに対する用途が好ましい場合でも、（ａ）中間加工品、または（ｂ）最終製品のいずれかの一部分として、他のチップ、または、他のマイクロ流体要素（チュービング・ポート、ポンプなど）と統合され得る。
【００８９】
実施形態では、流れ監視デバイス１００は、プリント回路板（ＰＣＢ）１０３を収容する３Ｄプリントのエンクロージャ１０６を備える（図５）。ＡＴｍｅｇａ３２Ｕ４のデータ処理ユニット１０２は、ＰＣＢ１０３の下側に接続される。マイクロＵＳＢレセプタおよびプラグ１０４は、電力供給および通信を確実にする。ブザー１０８は、ＰＣＢ１０３の上部に装着され、チップ読み取り器レセプタクル１０７は、チップ読み取り器レセプタクル１０７に挿入される時の、マイクロ流体チップ１０の電気回路との電気的接続性を提供するためのパッドを有する。さらに、ディスプレイ（ＧＵＩ）１１０が設けられる。すべての電子構成要素は、ＰＣＢ１０３を介してデータ処理ユニット１０２に接続される。
【００９０】
流れ監視デバイス１００は、（図示されない）バッテリと、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）モジュールとをさらに備え得るものであり、ＵＳＢポートは、バッテリを充電するために使用され得るということに注目されたい。しかしながら設置面積は、例えば、バッテリおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）モジュールがＰＣＢ１０３の下方に配置されるとき、不変であり得る。追加的な構成要素が、ワイヤレス接続性のためにＰＣＢ上に設けられ得る。
【００９１】
マイクロコントローラは、アナログ−デジタル変換器１０５を備え、このアナログ−デジタル変換器１０５は、１ＭＨｚから４ＭＨｚ以上の範囲のクロック周波数によって作動することが好ましい。ＡＤＣは、電圧値を継続的に測定し（「Ｖｏｕｔ」、図６および図７）、マイクロコントローラは、値がＶｓｅｔ（図６）の値に達するまで待機する。Ｖｓｅｔに達するのに必要とされる時間は、τ＝ＲＣ時定数に依存し、そのＲＣ時定数は、本出願では典型的には、固定される抵抗器と、測定される静電容量Ｃとに依存して、１ｍｓから１ｓの間であり得る。例えば、大きな静電容量では、Ｖｓｅｔに達するのがより長くなる。最大静電容量値は典型的には、ポンプが満杯である時、およそ１０ｎＦである。しかしながら、この値は、ポンプおよび電極のサイズに依存する。固定される抵抗器を１０Ｍオーム（メガオーム）にすることで、５つの時間の平均化を伴う、毎秒少なくとも２、３回の測定が可能になる。毛管流れは、通常毛管ポンプ内で低速であるということを考慮すると、毎秒２、３回の測定は、流速を推定するのに十分である。静電容量が大きくなりすぎるとき、平均化を伴う１回の測定は、数十秒かかることがあり、そのことは、測定の精度にとって問題となることがある。そのような場合では、電極の幅、または、固定される抵抗器の抵抗のいずれかが低減され得る。
【００９２】
図６は、未知のコンデンサの充電−放電サイクルを一般的に表す。図７および図８で使用される略語または符号は、次のようなものである。
−  数字１および２はそれぞれ、第１および第２のチャネルを指す（図６でのように、時間ｔ０およびｔ１は別であり、それらは別個の時間を指し、それらの値は動作の間に記録される）。
−  Ｃは、コンデンサ、すなわち、マイクロ流体チップ１０の内側の電極２１、２２を含む未知の静電容量を示す。
−  ＲｃおよびＲｄｃはそれぞれ、充電抵抗器および放電抵抗器を指し、それらは各々の場合では、ＰＣＢ１０３上の、マイクロ流体チップの外側の、既知の値、典型的には数Ｍオーム（Ｒｃに対して）、または数ｋオーム（Ｒｄｃに対して）を伴う物理抵抗器である。
−  Ｖｉｎは、マイクロコントローラからマイクロ流体チップ１０の電気回路に、未知のコンデンサを充電するために、Ｒｃを通して印加される電圧を示す。
−  Ｖｏｕｔは、未知のコンデンサから測定される電圧である。
−  ｄ１、ｄ２、…、ｄｎは、マイクロコントローラのデジタル・ピンを示す。
−  ａ１、ａ２、…、ａｎは、マイクロコントローラのアナログ・ピンを指す。
−  ＭＵＸはマルチプレクサの略であり、そのマルチプレクサを通して、マイクロコントローラは、好適なプログラミングにより、測定されるピンを選択し得る。
−  ＡＤＣは、前記のような、アナログ−デジタル変換器を示す。
−  内部Ｖｒｅｆは、マイクロコントローラの内側で、ＡＤＣ動作のために生成される基準電圧である。
−  Ｖｓｅｔは、コンデンサの電圧に対する、セットされる（しきい）値である。
−  ｃｏｍｐ．は、デジタル比較器を示す。
−  ＡＬＵは、計算のための算術論理ユニットである。
【００９３】
静電容量測定のためのＡＤＣの動作は、ここで、１つのマイクロチャネルのみに対して解説される。複数個のチャネルは、順々に（反復シーケンスで）、または、マイクロコントローラが複数個のＡＤＣを有するときは並列に測定され得る。
【００９４】
好適な技法は、既知の抵抗器を使用してコンデンサを所定の値に充電するために要する時間に基づいて、静電容量を測定することである。最初に、ｄ２（放電抵抗器に接続されるデジタル・ピン）が、ｄ１からｄ２への直流が存在しないように、開放回路にセットされる（図８でのステップＳ７０１）。電圧が次いで、ｄ１から、コンデンサを充電するために、Ｒｃを通して印加される（Ｓ７０２）。電圧レベルは、例えば、使用されるマイクロコントローラに依存して、５Ｖ、３．３Ｖ、１．８Ｖ、または１．２Ｖであり得る。ここでは、５Ｖの値が想定される。マイクロコントローラの内側にフリー・ランニング・タイマがあり、Ｖｉｎが５Ｖにセットされる時、タイマの値ｔ０が（バッファに）記録される（Ｓ７０３）。次いで、コンデンサが充電される際に、ＡＤＣを使用してＶｏｕｔの値の読み取りを開始する（Ｓ７０４）。ＡＤＣが値を生成する（Ｓ７０４）ごとに、この値は、セットされる値（１Ｖ）と比較される（Ｓ７０５）。
【００９５】
読み取り−比較動作には、非常に高速のサイクルが必要とされる。すなわちＡＤＣは、セットされる値を逃さないほど十分に高速であるべきである。読み取り−比較動作が低速すぎるとき、それらの動作が、測定値に関する変動を生む。このことは、特に、コンデンサが非常に小さいとき、例えば、毛管流れがポンプに進入することを開始する際に回避されるべきである。そこで、ＡＤＣが電圧値を十分に高速に捕捉することを必要とすべく、コンデンサは非常に高速に充電される。この理由で、ＡＤＣクロック周波数は、ピーク・ツー・ピーク変動を低減するために増大させることを必要とし得る。その目的で、低レベル命令が必要とされ得る。
【００９６】
コンデンサの電圧が１Ｖに達する時（Ｓ７０５）、タイマの値が別のバッファに記録される（Ｓ７０６）。次いで、コンデンサが、０Ｖに、Ｒｄｃを通して放電し、次の読み取りに対して準備を整えるべく、ｄ１およびｄ２は、０Ｖ（接地）にセットされる（Ｓ７０７）。ここではＲｄｃは、Ｒｃよりはるかに小さく、そのため、そのコンデンサは、はるかに高速に放電する。これは、コンデンサに、次の読み取りに対して可能な限り迅速に準備が整っていることが望まれるからである。
【００９７】
次いで、既知のパラメータ（Ｒｃ、Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔであり、Ｖｏｕｔは、ｔ１で、すなわち、動作を停止する時は、Ｖｓｅｔに等しい）、および、記録されるタイマ値（ｔ０およびｔ１）から、ＡＬＵが、静電容量値Ｃを計算する（Ｓ７０８）。
【数１】
2019500587.tif 000003
であるということに注目すると、静電容量は、
【数２】
2019500587.tif 000004
のように計算される。ただし分子は、測定された量を含み、分母は、セットされた量を含む。固定される抵抗器Ｒｃは、製造公差、例えば１％を有し得るものであり、それゆえに、Ｒｃの精確な測定値を得るには、上記の算式は、較正を必要とする。代替的には、可変抵抗器（ポテンショメータ）またはトランジスタが、Ｒｃの精密な較正のために使用され得る。さらには、既知のコンデンサをマイクロ流体チップの代わりにプラグ接続し、既知の値によって算式を較正してもよい。
【００９８】
実際には結果は、コンデンサの精確な値であることを必要としない。むしろ、その結果は単に、（液体がチャネルを充塞する際の）液体の変化する位置とともに増大する数とみなされるべきである。とは言え、システムは、すべての製造される液体監視システムが、同じ値を同じマイクロ流体チップに対して与えるべく較正され得ることが好ましい。そうでなければ、固定される抵抗器の値に主に起因する変動が存在し得る。
【００９９】
上記のステップでは、Ｖｓｅｔは、何らかの所望されない電気化学性（泡形成、電極腐食など）を防止するために、１Ｖにセットされる。いくつかの連続的な測定が、同じチャネルに対して行われ、平均をとることは、結果的に、さらなるノイズの低減になる。
【０１００】
次いで、同じ手順が、他のチャネルに対して繰り返し行われる。すべてのチャネルに対する計算ステップが繰り返される。
【０１０１】
注釈は順序通りのものである。好ましくは、コンデンサ（ひいては、電極）は、前記のような電気化学効果を結果的に生じさせる電位に設定すべきではない。加えて、測定は好ましくは、
−  静電容量が大きくなって充電時間が延びる時、特に関心のある液体の流れを監視するほど十分に高速であり、
−  小さな変動を、特に流れの始まりで、Ｃが依然として小さい時に、検出できるほど十分に精密であり、
−  その測定が、バッテリ給電されるモバイル用途に対して使用されるべく、十分に低電力である
べきである。
【０１０２】
小さな／大きな静電容量に多かれ少なかれ適するものである、他の技法が、未知の静電容量を測定するために用いられ得る。必要なとき、自動範囲設定（例えば、適応型充電抵抗器）を使用する、より先進的な測定技法が関与させることができる。
【０１０３】
最後の態様によれば、本発明は、先に説明されたような、マイクロ流体測定システム１のマイクロ流体チップ１０内の液体５を監視するためのコンピュータ・プログラムまたはコンピュータ・プログラム製品として具現化され得る。プログラム命令が具現化されたコンピュータ可読記憶媒体を備えるコンピュータ・プログラム製品であって、プログラム命令は、マイクロ流体測定システム１の流れ監視デバイス１００の１つまたは複数の処理要素（好ましくは、データ処理ユニット１０２）により、動作中にチップのマイクロチャネルを継続的に充塞する液体を監視するように実行可能である、コンピュータ・プログラム製品である。
【０１０４】
以前のサブセクションで論考されたように、例えば、図８で使用されるような擬似コードを反映した、低レベル・プログラム命令が、使用されることが好ましい。
【０１０５】
とは言え、より一般的には、コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有する、コンピュータ可読記憶媒体（または、複数の媒体）を含み得る。
【０１０６】
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによる使用のための命令を保持および記憶し得る有形デバイスであり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子記憶デバイスであり得るが、それに限定されない。
【０１０７】
コンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で使用される際は、電波もしくは他の自由伝搬する電磁波、導波路もしくは他の伝送媒体を通って伝搬する電磁波（例えば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または、電線を通して伝送される電気信号などの、一時的な信号それ自体であると解されるべきではない。
【０１０８】
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラムの命令は、とりわけ、アセンブラ命令、機械命令、またはマイクロコードであり得る。コンピュータ可読プログラムの命令は、全体的に流れ監視デバイス１００上で、または、少なくとも部分的に、接続されるデバイス（ＧＵＩ）２００上で実行し得る。実施形態では、本発明の態様を実行するために、電子回路は、例えば、プログラマブル論理回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）を含み、電子回路をパーソナライズするようにコンピュータ可読プログラムの命令の状態情報を利用して、コンピュータ可読プログラムの命令を実行し得る。
【０１０９】
本発明の態様は、本明細書では、フローチャート図を参照して説明されている。フローチャート図の各々のブロック、および、フローチャート図のブロックの組合せが、コンピュータ可読プログラム命令により実施され得るということが理解されよう。
【０１１０】
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサによって実行する命令が、フローチャートで指定される機能／行為を実施するための手段を創出すべく、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを作り出すものであってよい。これらのコンピュータ可読プログラム命令はさらには、命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートで指定される機能／行為の態様を実施する命令を含む製造品を形作るべく、コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータ、プログラマブル・データ処理装置、または他のデバイス、あるいはその組合せに、個別の様式で機能するように指示することができるものであってもよい。
【０１１１】
コンピュータ可読プログラム命令はさらには、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で実行される命令が、フローチャートで指定される機能／行為を実施するように、コンピュータ実施プロセスを作り出すべく、コンピュータ、他のプログラマブル・データ処理装置、または他のデバイス上にロードされ、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させるものであってもよい。
【０１１２】
図でのフローチャートは、本発明の様々な実施形態による、デバイス、システム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実現形態の、アーキテクチャ、機能性、および動作を例示するものである。この点に関して、フローチャートでの各々のブロックは、指定される論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能命令を含む、命令のモジュール、セグメント、または部分を表し得る。一部の代替的実現形態では、記される機能は、図で記される順序から外れて行われることがある。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されることがあり、または、ブロックは時には、それに伴う機能性に依存して、逆の順序で実行されることがある。フローチャートの各々のブロック、および、ブロックの組合せは、指定される機能もしくは行為を行う、または、専用ハードウェアおよびコンピュータ命令を組み合わせて実行する、専用ハードウェア・ベースのシステムにより実施され得るということが、さらには注目されよう。
【０１１３】
本発明は、制限された数の実施形態、変形例、および、付随する図面を参照して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ得るということ、および、均等物が代用され得るということが、当業者により理解されよう。特に、所与の実施形態、変形例で詳説される、または、図面で示される、特徴（デバイスに類する、または、方法に類する）は、本発明の範囲から逸脱することなく、別の実施形態、変形例、もしくは図面での別の特徴と組み合わされ得るものであり、または、その別の特徴を置換し得る。したがって、添付される特許請求の範囲に留まる、上記の実施形態または変形例のいずれかに関して説明された特徴の様々な組合が、企図され得る。加えて、多くの軽度の変更が、個別の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の範囲から逸脱することなく行われ得る。それゆえに、本発明は、開示される個別の実施形態に限定されないということ、むしろ、本発明は、添付される特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むということが意図される。加えて、上記で明示的に論じられたもの以外の、多くの他の変形例が企図され得る。例えば、本発明の特許請求されるマイクロ流体チップは、マイクロ流体プローブとして製作され得る。
【図１】
2019500587.tif 000005
【図２】
2019500587.tif 000006
【図３】
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【図４】
2019500587.tif 000008
【図５】
2019500587.tif 000009
【図６】
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【図７】
2019500587.tif 000011
【図８】
2019500587.tif 000012
【図９】
2019500587.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月5日(2018.6.5)
【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】
マイクロ流体チップであって、
電極の対、および前記電極の間で画定される液体流れ経路を備える、液体によって充塞可能なマイクロチャネルであって、前記電極の各々は、前記流れ経路に沿って、動作中に前記マイクロチャネルを充塞する液体の方向に平行に延在する、前記マイクロチャネルと、
前記電極の各々に接続され、動作中に前記流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている前記電極の静電容量を前記電極を介して継続的に時間の関数として測定するように構成される電気回路と
を含む、マイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記電極の各々は、前記流れ経路と同一面内に、前記流れ経路に沿ってパターニングされる、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記電極の各々は、１０μｍから５００μｍの間の幅であり、前記電極の間の間隙は１０μｍから１０００μｍの間である、
請求項１または２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記マイクロチャネルは、毛管構造の格子を備え、前記格子は、受動毛管ポンプとして働き、前記電極は、前記格子の全体にわたって延在する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記チップは、電極の対および液体流れ経路を各々が備える２つのマイクロチャネルを備え、前記液体流れ経路は、電極の前記対の間で画定され、電極の前記対は、前記流れ経路に沿って、動作中に前記マイクロチャネルの各々を充塞する液体の方向に平行に延在し、
前記電気回路は、前記電極の各々の対に接続され、動作中に各々の流れ経路を継続的に充塞する液体の静電容量を前記電極の各々の対を介して時間の関数として測定するように構成される、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項６】
前記回路は、前記チップのエッジに配置される電気コネクタを備え、前記チップは、監視デバイスへの前記チップの挿入を可能とするフォーム・ファクタを有し、前記電気コネクタは、監視デバイスに前記チップが挿入されることで前記チップの直接プラグ接続を可能とするように構成される、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
マイクロ流体測定システムであって、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップと、
前記マイクロ流体チップの前記電気回路への電気的接続を可能とするように構成される流れ監視デバイスと
を備える、マイクロ流体測定システム。
【請求項８】
前記流れ監視デバイスは、動作中に前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている前記電極の静電容量を、時間の関数として監視するように構成されるデータ処理ユニットをさらに備え、
前記データ処理ユニットは、アナログ−デジタル変換器を備え、
前記データ処理ユニットは、前記静電容量を監視するために、低レベル言語でのコンピュータ・プログラム命令によってプログラムされ、前記言語は、１ＭＨｚ以上である前記アナログ−デジタル変換器のクロック周波数を可能とするほど十分に低レベルである、
請求項７に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項９】
前記流れ監視デバイスは、動作中に前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記流れ経路を継続的に充塞する液体により濡らされている前記電極の静電容量の傾きを監視するように構成されるデータ処理ユニットをさらに備える、
請求項７または８に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１０】
前記データ処理ユニットは、動作中に前記静電容量の傾きの変化を監視するようにさらに構成される、
請求項７ないし９のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１１】
前記データ処理ユニットが、動作中に、前記流れ監視デバイスに前記チップが挿入された際の前記チップの検出、前記マイクロチャネルに進入する液体の検出、および前記マイクロチャネルの端部に達する液体の検出の１つまたは複数の事象を、前記静電容量の傾きの変化として検出可能なように、前記電極は、前記マイクロチャネル内で構成される、
請求項７ないし１０のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１２】
前記データ処理ユニットに接続可能なグラフィカル・ユーザ・インターフェイス
をさらに備え、
前記システムは、動作中に前記チップの前記電気回路によって時間の関数として測定されるような、前記静電容量の変化に基づいて、前記グラフィカル・ユーザ・インターフェイスによってユーザにフィードバックを提供するよう命令するようにさらに構成される、
請求項７ないし１１のいずれか一項に記載のマイクロ流体測定システム。
【請求項１３】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ内の液体を監視するための方法であって、
前記流れ経路を継続的に充塞する前記液体により濡らされている前記電極の静電容量を前記チップの前記電気回路によって時間の関数として測定することにより、前記チップの前記マイクロチャネルを継続的に充塞する液体を監視すること
を含む、方法。
【請求項１４】
前記マイクロチャネルは、前記マイクロチャネル内に液体を前進させるための受動毛管ポンプとして構成され、
前記方法は、
前記マイクロチャネルを継続的に充塞する前記液体を監視する間に、前記マイクロチャネル内に液体が供給され、前記受動毛管ポンプに、前記供給される液体が前記マイクロチャネル内に継続的に前進するようにさせること
をさらに含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記マイクロチャネルは、毛管構造の格子を備え、前記格子は受動毛管ポンプとして働き、
前記電極は、前記格子の全体にわたって延在し、
前記方法は、監視する間に、
前記電気回路によって行われる測定から、前記マイクロチャネルを充塞する液体の、位置、または体積、あるいはその両方を計算すること
をさらに含む、
請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記静電容量の検出される変化に対応する事象を記憶するステップをさらに含み、前記事象は、前記チップが前記流れ監視デバイスにプラグ接続されたということを検出すること、前記液体が前記マイクロチャネルに進入したということを検出すること、および、液体が前記マイクロチャネルの端部に達したということを検出することの１つまたは複数に対応する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記記憶される事象に関してグラフィカル・ユーザ・インターフェイスによってユーザにフィードバックを提供すること
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
提供される前記フィードバックに応答してアクションをとった後、前記チップの前記電気回路によって測定されるような、前記静電容量のさらなる変化を検出するステップ
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2019500587.tif 000014
2019500587.tif 000015
2019500587.tif 000016