(57)【要約】  試験装置は、試験を行う試料を受け取るための試料受け手段と、受け取った試料を処理するための試料処理手段と、受け取った試料に試薬を添加するための試薬受け手段と、受け取った試料が試薬に反応する物質を含有するかどうかを表示する結果表示手段とを具備し、該試験装置の２個以上の要素が共通基板に設けられている。この試験装置は、例えば少量の血液、またはそれより小さいサイズ、典型的には、５μｌの試料を試験するように設計されている。さらに、小さなサイズの試料の処理を可能にし、試験中の試料を装置を介して移動させるための電界生成手段を含む処理手段を備える。この試験装置の要素は共通基板上に設置され、試料を処理するための電気処理手段と、試薬に試料を注入し、これと混合させるための少なくとも１個のマイクロポンプと、試薬が試験中の試料内における特定の成分の含有を表示したかどうかを知らせる表示手段とを含む。本試験装置は、無菌、使い捨て、かつ、消費可能なチップ上の試験室装置を提供するキットの形態とすることができる。
2005512034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査する試料を受け取るための試料受理手段と、受け取った試料を処理するための試料処理手段と、受け取った試料に試薬を添加するための試薬受理手段と、受け取った試料が試薬と反応する物質を含有するかどうかを表示する結果表示手段とを備え、上記手段の２つ又はそれ以上が共通の基板上に設けられた試験装置。
【請求項２】
少量の試料、例えば血液の一滴より少量の試料を検査できるように設計された請求項１記載の試験装置。
【請求項３】
５μｌ前後の試料を検査できるように設計された請求項２に記載の試験装置。
【請求項４】
小さなサイズの試料を処理できる処理手段と、試料を試験装置内で移動させるための電界発生手段と備えた先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項５】
試料のポンプ移送と混合を実質的に同時に行えるマイクロポンプを備えた先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項６】
前記ポンプが圧電ポンプである請求項５記載の試験装置。
【請求項７】
装置の要素全てが単一基板又はチップ上に設けられている先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項８】
試薬受理手段が、１つまたは所定の数の試薬を貯留できる試薬収納容器を備えている先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項９】
装置が特定のＤＮＡ／ＲＮＡ特性を検査できるように設計される先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項１０】
試料処理手段が、隊列を組んで配列した複数個の電極を備え、配列されたその電極群が試料内の粒子寸法及びその誘電特性に応じて、電界を媒介に誘電電気泳動力を発生する先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項１１】
電極の少なくとも一部が、装置内で目論まれる被検試料の移動方向に、傾斜している請求項１０記載の試験装置。
【請求項１２】
各電極が、被検試料の上記した移動方向と平行又は実質的に平行な面を備えた端部を有する請求項１０又は１１記載の試験装置。
【請求項１３】
被検試料の上記した移動方向が、試験装置内の導管によって規制される請求項１２記載の試験装置。
【請求項１４】
導管が、真っ直ぐであるか、曲がっているか又は折れている請求項１３記載の試験装置。
【請求項１５】
前記装置の要素が共通の基板上に設置され、しかも、試料を処理するための電気的処理手段と、試料をポンプ移送して試薬と混合するための少なくとも一つのマイクロポンプと、被検試料中に特定の成分が存在するか否かを表示させる表示手段とを備えた先行請求項の何れかに記載の試験装置。
【請求項１６】
先行請求項の何れかに記載の試験装置と試薬とを含むキット。
【請求項１７】
試験装置が、無菌、使い捨て、かつ、消耗品であるチップ上の試験装置である請求項１６記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の具体例において、チップ上の試験室と表現され得る試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療上、病理学上またはその他の理由により、物質の試験を必要とする状況は様々であって、その場合、試験結果が直ちに取得できることは、真の利益をもたらす。しかし、殆どの事例では、供試試料を分析室に送らなければないので、時間が掛かり、試験結果が時間内に得られないことさえある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、本発明は、改良された試験システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施態様によれば、検査される試料を受け取れる試料受理手段と、受け取った試料を処理できる試料処理手段と、受け取った試料に試薬を添加する試薬受理手段と、受け取った試料が試薬に反応する物質を含有しているかどうかを表示する結果表示手段とを具備する試験装置であって、この試験装置の２個又はそれ以上の要素が共通の基板上に設けられた試験装置が提供される。
【０００５】
好ましくは、この試験装置は、少量の試料を、例えば血液の一滴程度の少量でも検査できるように設計される。以下に記載する実施態様は、５μｌの試料を検査できるよう設計されている。このため、好ましい実施態様は、小さなサイズの試料を処理できる処理手段を提供する。
【０００６】
処理手段は、装置を介して被検試料を移動させる電界生成手段を好適には備えている。
【０００７】
好ましい実施態様において、試料の注入とび混合を実質的に同時に行えるマイクロポンプを付設することができる。このマイクロポンプは、圧電ポンプであることが好ましいが、別のタイプのマイクロポンプを使用することもできる。
【０００８】
好ましい実施態様では、試験装置の要素が全て、単一の基板、すなわち、半導体チップ上に設けられる。実際に、半導体チップは、人が扱いやすい小さなサイズとしているので、例えば、医師の手術室や食品加工施設などに置いておくことができる。
【０００９】
好ましくは、試薬受理手段は、１つまたは所定の数の試薬を保管できる試薬収納容器を備える。これにより、試料（被検体）が導入されれば、試験装置はすぐに検査を実行することができる。一例として、この試験装置は、試料内の特定の病原体やその他の成分を検査できるように、あるいは、特定のＤＮＡ／ＲＮＡ特性を検査できるように設計することができる。本発明の試験装置は、見込みや誤りを減らして被検体を極めて容易に検査できるばかりでなく、例えば、食料加工ラインにおいて、あるいは患者が医師の外科的処置を待っている間の僅かに時間に、被検体を迅速に検査できるシステムを提供する。
【００１０】
好ましい実施態様では、試料処理手段は、試料内の粒子の大きさ及びその誘電特性に依存して、電界を介して誘電電気泳動力（dielectrophoretic  force）を生むところの、配列された複数個の電極を備える。これらの電極の一部は、試験装置内で目論まれる被検試料の移動方向に傾いていることが好ましい。好ましい実施態様では、各電極は端部を有し、その端部が上記の目論まれる方向に平行又は実質的に平行な面を備えている。被検試料を移動させようと目論む方向は、好ましくは、試験装置内の導管によって規制される。導管は、必要や希望に応じて、真っ直ぐでも、曲がっていても、折れていても差し支えない。
【００１１】
好ましい実施態様によれば、試験装置の各要素は共通の基板上に設けられ、その装置は、試料を処理するための電気的処理手段と、試料に試薬を注入して混合するための少なくとも１個のマイクロポンプと、被検試料中での特定成分が存在を試薬が指示しているか否かを表示する表示手段を備える。この種の装置は、比較的安価で製造できるので、一度限りの使用に適している。
【００１２】
好ましい実施態様における電極の配列は、極小粒子からノナ粒子までの移動を可能にするので、これを備えた試験装置は、僅少量の試料でも検査することができる。
【００１３】
従って、本発明の好ましい実施例は、臨床診断（癌検診など）に必要とされるＤＮＡ及びＲＮＡに基づく検査数の増大に対応可能な迅速で費用効果の高い診断方法と診断キットを提供する。この診断キットは、無菌で、使い捨ての半導体チップ上の試験装置で構成され、この試験装置を用いれば、多数の診断を簡便に、かつユーザになじみ易いフォーマットで実行できる。さらに、上記の診断キットは、費用効果が高い上に自己充足型であり、"治療時点の"診断（例えば、医師の外科的処置）に適しているという利点も兼備している。こうした診断方法や診断キットは、広い分野で応用することができ、食物の供給に利用して病原体の同定に利用できるほか、遺伝子の変化や突然変異の検出、進化遺伝学にも利用できる。
【００１４】
１つの実施例によれば、同一試料内の多数のＤＮＡ／ＲＮＡ断片を迅速かつ複合的に検出するために使用されるところの、丈夫で検定済みの半導体チップに組み込んだＤＮＡ試験具とソフトウェア制御機器が提供される。このシステムによれば、識別可能なＤＮＡ／ＲＮＡ配列をどれも検出することができ、食品病原菌の広範囲な分析を可能にし、ヒトの診断をより広範囲で可能にする。
【００１５】
本発明による試験装置は、マイクロ流体工学、重合連鎖反応（ＰＣＲ）技術を含む多数の既存ＭＥＭ技術を融合して設計される。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様は、ＤＮＡ／ＲＮＡ断片の集団処理、特性付け、エントラップメントに誘電電気泳動力現象を利用する。分極可能粒子が不均等な電界におかれた時に生じる誘電電気泳動は、これを正確に制御すると、ナノメートルサイズの生物粒子の正確な分類や処理を可能にすることを見出した。好ましい装置は、同一サイズ及び／又は誘電特性を持つＤＮＡ／ＲＮＡ断片を、その存否、サイズ又は誘電特性を検出するホールディング位置に分配する。
【００１７】
これらの既知の技術を統合し、その統合技術を極めて複雑な試料に含まれるＤＮＡ／ＲＮＡ断片の特定集団を閉鎖系で検出する際に利用することは、実質的な利益をもたらし、ヒトによる錯誤を伴うこともない。例えば、疾病が疑われる患者の血液から得た試料や病原菌を有すると疑われる食物から得た試料を、明確にかつ定量的に検査することができる。
【００１８】
本発明の好ましい試験装置は、半導体チップに組み込んだ試験具内の機能を、融通性のあるソフトウェアで制御すると共に、コンピュータでのデータ収集とその処理を利用する。この方法により、比較的経験の浅いスタッフでも、同一試料について多くの検査を短時間で行うことができる。
【００１９】
本発明の実施態様を、図面を参照しながら、例示として以下に説明する。
【００２０】
半導体チップ上の試験室として記述することができる本発明の好ましい実施態様は、被検試料を検査したり、検査結果を表示したりする様々な要素の組み合わせからなる。例えば、医師が試験室で血液試料を検査する場合には、本発明の試験装置は、血液試料を受け取り、その試料を処理できるように構成され、前記の処理には、試料から被検される関連関連成分（例えば、病原菌、ＤＮＡ鎖など）を抽出し、この抽出成分に試薬を添加して混合し、被検試料に問題の成分が含まれているか否かを示す反応結果を分析することなどが含まれる。
【００２１】
本発明の試験装置は、比較的寸法が小さい普通の基板上に全て設置することを想定しており、例えば、ヒトが簡単に運べて容易に梱包および輸送が可能な極めて小型の平らな物品であることを想定している。表示装置は、例えば、１つ又は２つ以上の視覚表示器であって差し支えなく、そうした視覚表示器には、単純にイエスかノーかを表示できるライト（発光ダイオードまたはその類似品）が含まれる。
【００２２】
被検試料に存在する成分の量を知りたい場合には、定性的表示に加えて、定量的表示ができるように装置を設計できることはもちろんである。
【００２３】
実際の操作では、被検体である液体試料を、入力ポートシステム（以下に詳述）を介して、試験装置に導く。試験装置は、外部の環境汚染から隔離された無菌の制御環境下にある。被検試料からの成分抽出（例えば、ＤＮＡ物質）及び成分精製には、マイクロ流体技術が利用される。ＤＮＡ／ＲＮＡの試料採取では、必要に応じて、標準的なＰＣＲ法が採用可能である（これを採用した装置では、非常に細かい粒子が正確に、場合によっては増幅せずに処理することができる）。得られたＤＮＡフラグメント粒子集団は、誘電電気泳動制御に適したキャリアー媒体に添加することができ、前記の誘電電気泳動制御では、配列した電極群を用いて新規な誘電電気泳動選別が行われる。ＤＮＡ／ＲＮＡフラグメント粒子集団は、次いで、誘電電気泳動力によりホールディング位置内に保持される。このような誘電電気泳動によるトラップによって粒子は回転し、特性付け技術が向上する。最後に、特定の検出可能なＤＮＡ／ＲＮＡ鎖の出現が検査され、特定粒子集団の存否の検出がソフトウェアに記録される。
【００２４】
従来の試験室における分析方法と比べて、本発明は被検試料及び試薬の量が極めて少量で済み、典型的には、その量は数十マイクロリットル程度であった差し支えない。この利点に加えて、本発明は試験を迅速に行える利点もある。
【００２５】
図１は、チップ上に設けた試験装置の一つの実施例を示す。この実施例は、ＤＮＡ／ＲＮＡフラグメントの抽出及び分析を企図している。しかし、ユーザーの要請に応じて検査を別の目的で実施することもできる。
【００２６】
チップ上に設けたマイクロ流体を利用してＤＮＡの分離、検出を行う上記の実施例は、ＰＣＲ増幅用のヒトゲノムＤＮＡを単純にアルカリ抽出するためのプロトコルに基づいている。このプロトコルは以下のステップから成る。
１．被検試料（例えば、全量５μｌの血）と１０ｍＭのＮａＯＨ５μｌと混合する。
２．９５℃で１〜２分間加熱して細胞を溶かし、ＤＮＡを放出させ、ＰＣＲを阻害するタンパク質を変性させる。
３．１６ｍＭのトリス−ＨＣＬ（ｐＨ＝７．５）５μｌを混合して溶解物を中和する。
４．ＰＣＲ試薬とユーザーが選択したプライマーの溶液８〜１０μｌを、中和した溶解物に混合する。
５．ＰＣＲ増幅のために熱サイクルを実行する。
【００２７】
上述した数量は全て、最終的なチップ設計でのマイクロチャンネル及びチャンバーの寸法に応じて比例的に減少させることができる。
【００２８】
図１は上述した方法用のチップ上試験装置の一例を示している。
【００２９】
マイクロポンプＰ１〜Ｐ４の主要設計要素の詳細を以下に詳述する。
【００３０】
チップ上の要素は以下の通りである。Ｒ１およびＲ２は、それぞれ、試料及びＮａＯＨを装填するための貯蔵所である。これらの貯蔵所の各々からマイクロ流体チャンネルがポンプＰ１に続いている。Ｐ１は、圧電作動式のバルブレスディフューザーマイクロポンプである（主要な設計は以下に示す）。ポンプＰ１の役割は２つあり、その一つは、貯蔵所から血液試料とＮａＯＨを、溶解チャンバー（図のブロックＬＣ）にポンプ移送することである。ポンプの他の一つ役割は、溶解効率を高めるべく試料とＮａＯＨとをよく混合させることである。ポンプ内で流体が混合されるのは、ポンプチャンバー内での部のフローパターンが、ダイアフラムの撓みにより渦状になるからである。
【００３１】
前述したように、ＬＣは溶解処理が行われるチャンバーである。チャンバーに混合物が注がれると、チャンバーの底または底の下に配置されたチップ上の白金ヒータ（図示省略）により、混合物は９５℃で１〜２分間加熱される。溶解チャンバーの次のユニットは、マイクロポンプＰ２であり、このポンプは、溶解チャンバーから溶解物と貯蔵所Ｒ３からのトリス−ＨＣＬを混合し、その混合物を中和された溶解物のホールディングチャンバーに移送する。後者のホールディングチャンバーは、図１のブロックＬＮで示される。ポンプＰ３は、ＬＮチャンバーから中和された溶解物を取り出すと共に、貯蔵所Ｒ４予めに貯められているＰＣＲ試薬及びプライマーを取り出して混合する。得られた混合物は、次いでＰＣＲチャンバーポンプ移送され、ここでは、ＤＮＡ増幅のための加熱・冷却サイクルが３５回繰り返される。チップ上の白金ヒータ（図示省略）は、混合物を加熱するためにＰＣＲチャンバーの底又は底の下に配置されている。ＰＣＲ増幅が完遂された後は、最後に、ポンプＰ４がＰＣＲチャンバーからＰＣＲ生成物を取り出し、これを誘電電気泳動分離用の液状担体と混合する、この液状担体は、予め貯蔵所Ｒ５に蓄えられている。こうして得た混合物は、その後、チップの誘電電気泳動部にポンプ移送される。誘電電気泳動部に関しては後述する。
【００３２】
図２〜３は、ポンプＰ１〜Ｐ４として使用される２つの入口ディフューザーを備えたバルブレスディフューザーマイクロポンプの好ましい設計例を示している。
【００３３】
マイクロポンプにおける重要な要素はディフューザーであって、そのディフューザーは、横断面が徐々に拡大するフローチャンネル（流路）で構成される。ディフューザーの断面は、長方形か円形のいずれでも差し支えないが、よりコンパクトに設計するためには、長方形が選択される。長方形のディフューザーの実施例を図４に示す。
【００３４】
このディフューザーの最も興味深い特徴は、前進方向（ディフューザー）と後退方向（ノズル）とで、流れ抵抗が異なることである。この事実がもたらす正味のフローは、図５ａ及び図５ｂから理解することができ、図の矢印の大きさが、供給モードではチャンバーに入る流体の量に対応し、ポンプモードではチャンバーを出る流体の量に対応する。
【００３５】
供給モードでは、図示の方向にダイアフラム１０が撓むことによって、ポンプの入口と出口の両方からチャンバー内に供給される。入口側から入る流体は、ディフューザーを通ってポンプチャンバーに流入しなければならないが、出口側からの流体はノズルを通ってポンプチャンバーに流入する。入口側から入る流体が遭遇する流れ抵抗は、相対的に小さい（ディフューザーの流れ抵抗は、ノズルのそれより小さい）。従って、入口側からポンプチャンバーへ導入される流体の量は、より大きな流れ抵抗を受ける出口側から導入される流体の量よりも多くなる。
【００３６】
ポンプモードでは、ダイアフラム１０の撓みによって、流体がポンプチャンバーから入口側と出口側の両方に押し出されるが、この場合、入口側に向かう流体は、より大きな流れ抵抗を受けるので、流れ抵抗が比較的小さい出口側に、より多くの流体が押し出される。
【００３７】
結論として、ポンプのダイアフラム１０の撓みは、流体の正味の流れを入口側から出口側に向う。
【００３８】
ポンプ効率は、ディフューザー要素の効率比に基づいて下記のように算定される。ディフューザー要素に関し、ディフューザー(diffuser)方向及びノズル(nozzle)方向の圧力降下ΔＰは、次のように表示できる。
【００３９】
【数１】
2005512034.tif 000003
【００４０】
式中、ξは圧力損失係数を、ρは流体密度を、uはディフューザーネックでの平均流速を表す。ディフューザー要素の効率比は以下のように定義される。
【００４１】
【数２】
2005512034.tif 000004
【００４２】
ηが最大になると最適効率に達する。ディフューザー壁間の角度がほぼ５度になると、ηが最大になることが実験分析で示された。図１および２においては、単に分かりやすく表示するために、ディフューザー角度が５度より大きく描いている。
【００４３】
チップ上に設けた試験装置で流体を取り扱うには、ここで述べたタイプにポンプを設計することが、その他のポンプ移送手段を採用した場合に比較して有利である。
例えば、現在のマイクロ分析システムの多くは、電気浸透式（electro-osmotic）又は電気流体力学式（electro-hydrodymanic）のポンプ移送手段を採用している。しかし、こうしたシステムでは、ポンプ移送効率が、流体の特性、すなわち、そのｐＨやイオン強度に影響されるので、多くの種類の生物的流体には不向きである。これに対して、本発明が提供するポンプ機構は、多種多様の流体を扱うことが可能で、事実、液体の化学的性質や物理的性質に影響を受けない。本発明のさらなる有利性は、ポンプが簡便なバルブレス設計にあることである。マイクロ流体装置のバルブは、何回か使用すると磨耗と疲労で性能が鈍化し易い。また、ポンプのチャンバーがガスで満たされると、バルブを開放させるほどの圧力差がダイアフラムの撓みで生じないので、ポンプ移送を首尾よく行わすためには、予めポンプチャンバーを液体で満たさなければならないが、これは多くの場合実用的でない。本発明に係るバルブレス設計のポンプは自給式であり、成功裏にポンプ移送を実現するため事前に流体でチャンバーを満たす必要がない。さらに、バルブを付きのポンプでは、移送される流体に粒子を含まれると、バルブが閉塞し易い。
【００４４】
本発明のポンプで移送される流体の流量は、圧電ディスクアクチュエータの振動数に依存する。このシステムは、流量が最大になる振動数を表す共振振動数を有する。しかし、２つの入口を備えたポンプが、２種類の異なる流体のミキサーとして機能する場合の最適条件は、ディフューザーの設計と、所望の比率での混合を確実にする適用振動数に依存する。
【００４５】
さらに、チャンネル（流路）内の流体に導入される気泡が、ポンプ性能に及ぼす影響も調べたが、その気泡はポンプ性能に格別な影響を与えることなくポンプから運び出されていた。ポンプチャンバーが狭く、ダイアフラムが薄いので（両方とも２〜３０マイクロメータ）、気泡を簡単に追い出すに充分な圧縮を実現することができる。
【００４６】
本発明のポンプは、高濃度のビード(beads)や細胞を含有する流体を取り扱える能力を備え、ポンプ輸送された細胞を調べても、それらは生存状態あり、細胞の破壊などは全く検出されなかった。
【００４７】
ポンプの稼動中は、圧電ディスクの熱によりポンプチャンバー内の温度が上昇する。ディスクの温度は、印加電圧の周波数と共に上昇するが、その周波数は、温度上昇が許容範囲になる低周波数（４００〜７００Ｈｚ）にすることができる。ポンプ移送された水の温度上昇は、周波数１ｋＨｚで１．１℃、ｋＨｚで２．４℃（１１％）であると報告されており、この温度は生物試料の臨界温度よりも十分に低い。
【００４８】
上述したように、本発明に係るポンプは、生物試料を含む多様な流体をポンプ移送する際に非常に優れた性能を発揮する。そしてポンプの設計が単純であることは、そのポンプをチップに組み込んだ実験装置に合体させる上で、魅力的なものとしている。
【００４９】
好ましい実施態様では、図６に示すような電極配置を使用して、生物粒子を含むマイクロメータサイズ及び極小マイクロメータサイズの粒子が輸送されて分類される。
【００５０】
好ましい電極配列には、傾斜した電極対を一連に連ねたものを使用する。水平な点線で図示した流体チャンネルの各サイドには交番電極が設けられ、それらの電極は電気的に接続している。電極は、不活性基板上に析出した金又は白金などの導電性材料から製造される。採用される電界の強さは、およそ１０６Ｖ／ｍ程度である。
【００５１】
試験操作では、流体担体媒質を用いる。この担体媒質は、対を成す各電極の間にある。交流電圧は、図６に示す４本の電極母線の内、外側の対２０、２２に印加される。液状担体に置かれると正の誘電電気泳動特性を示す粒子３０は、スタート時に電極配列の左側に位置するが、図７ａに示す如く、最初の電極対先端の間に存在する強い電界強度領域に牽引される。
【００５２】
印加する交流信号の周波数を切り換えて、最大の誘電電気泳動力を個々の粒子集団タイプに働かせる。
【００５３】
電極母線の内側の対２４、２６に付与する交流信号を変化させると、図７ｂに示すように、第２の電極対先端に強い電界が発生する。この強い電界が第１の電極対の先端領域から粒子を牽引し、この時、第１の電極対には電圧が印加されていない。
【００５４】
粒子が第２の電極対の先端に到達した時に、再び外側対の電極母線２０、２２側に付与する信号を切り替える。この場合、第１及び第３などの電極対は、自身を横切る交流信号を有する。第３の電極対の先端での強い電界領域が、今度は、図７ｂに示す第２の電極対の先端領域にある粒子を牽引する。
【００５５】
図６のＡ及びＢに付加する信号を、電極母線の外側の対と内側の対との間で、切り替えることにより、周波数を変化させることができる。これにより、個々の高強度領域間を最速で移動する粒子３０を、低速移動粒子を置き去りにして最高の効率で移動させることができ、粒子の分類を向上させる。
【００５６】
電極配列における電極対周辺での電界強度のアルゴル（Ａｌｇｏｒ）ソフトウェアシミュレーションを図８に示す。
【００５７】
上記したのとは別の電極配置は、３番目の電極対毎に共通の母線と接続させることである。信号は電極の各対に連続して適用される。単純な相似が、ディスプレイにおける移動ライトである。正の誘電電気泳動力が粒子を強い電界領域へ推し進める。この切替手法の一例を図９に示す。点ｄは交流電源（例えば、５ＭＨｚ）の一方の端であり、電圧は逐次、ａからｂ、ｃと切り換わる（例えば、１ＫＨｚ）。母線ａ、ｂ、ｃに接続されて各電極と、電極ｄの端部で不均一電界が発生する。粒子は、正の誘電電気泳動力によって、電極配置に沿って引き寄せられる。
【００５８】
およそ２〜３マイクロメータの大きさの電極を配列させることで、低電圧を用いて強い電界強度を発生させることでき、また、高い周波数の信号の適用も可能であるので、担体媒質内での流体の電気的なポンプ移送に利するところが大きい。
【００５９】
好ましい実施例において、配列した各電極は、粒子が通る経路に延びた先端部を有する。そして、各電極の先端部は平坦面を備え、その面は電極の下に延びる導管と実質的に並行で、しかも、導管内の粒子の移動と実質的な平行な関係にある。このような平坦面を設けることで、或る環境下で粒子の移動に不都合な影響を及ぼす電界ピークの発生を回避できることを見出した。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】チップ上の試験装置の一例を示す概略図。
【図２】マイクロポンプの一実施態様を示す概略平面図。
【図３】図２に示すマイクロポンプの側面図。
【図４】図２および３のマイクロポンプにおけるディフューザーの一実施態様を示す概略図。
【図５ａ】使用中のマイクロポンプ。
【図５ｂ】使用中のマイクロポンプ。
【図６】図１の装置における電極配列の好ましい実施態様を示す平面図。
【図７ａ】図６に示す電極配列中での微粒子の移動を示す図面。
【図７ｂ】図６に示す電極配列中での微粒子の移動を示す図面。
【図７ｃ】図６に示す電極配列中での微粒子の移動を示す図面。
【図８】電極配列周辺での電界強さのモデルを示す図面。
【図９】正の誘電電気泳動移動に適した簡単な電極配列を示す図面。
【図１】
2005512034.tif 000005
【図２】
2005512034.tif 000006
【図３】
2005512034.tif 000007
【図４】
2005512034.tif 000008
【図５ａ】
2005512034.tif 000009
【図５ｂ】
2005512034.tif 000010
【図６】
2005512034.tif 000011
【図７ａ】
2005512034.tif 000012
【図７ｂ】
2005512034.tif 000013
【図７ｃ】
2005512034.tif 000014
【図８】
2005512034.tif 000015
【図９】
2005512034.tif 000016
【国際調査報告】
2005512034.tif 000017
2005512034.tif 000018
2005512034.tif 000019