(57)【要約】【課題】本発明は、撹拌を行いながら液滴を移動することができる新たな方式の液滴の移動装置及び液滴の移動方法を開発することを目的とする。【解決手段】本発明は、電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動装置において、  液滴を移動させる表面を有する基板と、前記基板の一方の面の側に設けられた第１の電極と、前記基板の他方の面の側に設けられた第２の電極とを有し、  前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方は、前記基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置されており、  前記第１の電極と前記第２の電極に変動電圧を印加することにより、前記基板上の前記液滴に変動電界を印加して、前記液滴を撹拌しながら移動させる、液滴の移動装置を提供する。【選択図】図１
2019072652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動装置において、
液滴を移動させる表面を有する基板と、前記基板の一方の面の側に設けられた第１の電極と、前記基板の他方の面の側に設けられた第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方は、前記基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置されており、
前記第１の電極と前記第２の電極に変動電圧を印加することにより、前記基板上の前記液滴に変動電界を印加して、前記液滴を撹拌しながら移動させる、液滴の移動装置。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極が、いずれも平板電極である、請求項１に記載の液滴の移動装置。
【請求項３】
前記第１の電極と前記第２の電極とを、互いに傾斜し非平行となるように設置することにより、前記第１の電極と前記第２の電極の間に発生する電界の強度に勾配を持たせた、請求項２に記載の液滴の移動装置。
【請求項４】
前記第１の電極と前記第２の電極のうち少なくとも一方が、複数の電極に分割された平板電極である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項５】
前記第１の電極と前記第２の電極のうち一方が平板電極であり、他方が移動可能な点電極である、請求項１に記載の液滴の移動装置。
【請求項６】
前記基板の上方に前記第１の電極を設置し、前記基板の下方に前記第２の電極を設置し、前記基板と前記第１の電極の間に空間を有し、
前記基板の上側の表面で液滴を移動させることができる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項７】
前記基板の上方に前記第１の電極を設置し、前記基板の下方に前記第２の電極を設置し、前記基板と前記第２の電極の間に空間を有し、
前記基板の下側の表面に前記液滴を懸垂させて移動させることができる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項８】
前記基板を水平面に対して傾斜を持つように設置した、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項９】
前記基板の表面が撥水性である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１０】
前記基板の表面が絶縁性であり、前記基板と前記第１の電極又は前記第２の電極とを一体化した、請求項１〜９のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１１】
前記基板に振動を与える振動発生装置をさらに有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１２】
前記第１の電極と前記第２の電極に印加する変動電圧の周波数及び／又は電圧の大きさを制御可能な電圧源を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１３】
前記第１の電極と前記第２の電極の間の距離を変更する電極駆動機構を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１４】
前記第１の電極と前記第２の電極との間の傾斜角を変更する角度変更機構を有する、請求項２に記載の液滴の移動装置。
【請求項１５】
前記基板の表面にマイクロ突起を設けたことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１６】
電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動方法において、
液滴を移動させる表面を有する基板と、第１の電極と、第２の電極とを有する装置を使用し、
前記基板の一方の面の側に、前記第１の電極を配置し、前記基板の他方の面の側に、前記第２の電極を配置し、
前記第１の電極と前記第２の電極のうち少なくとも一方は、前記基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置し、
前記基板の前記空間を有する側の表面に液滴を形成し、
前記第１の電極と前記第２の電極に変動電圧を印加して、前記液滴に変動電界を印加することにより、前記液滴を撹拌しながら移動させる、液滴の移動方法。
【請求項１７】
前記液滴に勾配のある変動電界を印加することにより、前記液滴を回転させながら移動させる、請求項１６に記載の液滴の移動方法。
【請求項１８】
前記液滴中にキャピラリを配置し、
前記第１の電極又は前記第２の電極のうち一方の電極として平板電極を使用し、他方の電極として点電極を使用し、
前記点電極を移動させることによって、前記液滴を前記キャピラリ経由で移動させる、請求項１６に記載の液滴の移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臨床検査や化学実験等に用いる、マイクロ化学分析装置やマイクロ化学合成装置等における微小液体（液滴）の移動操作を好適に行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴の移動操作技術は、特にマイクロ化学分析装置やマイクロ化学合成装置において、チップ等の基板上での液滴の混合や、試料となる液体の目的の分析装置への移動などに用いられる重要な技術である。
従来の液滴の移動技術としては、エレクトロウェッティングが知られている。エレクトロウェッティングは撥水性の誘電膜を皮膜した電極の上に液滴を置き、電極と液滴間に電圧を加えることで液滴の接触角が変化する現象である。本現象を活用して液滴の移動を行うためには、電極と絶縁層を交互に設け、電圧を印加する電極を液滴の移動特性に合わせて制御することにより、連続的な液滴の移動、停止の制御が可能となる（非特許文献１）。
【０００３】
また、他の液滴の移動技術としては、特定のパターニングされた電極を有する基板上で液滴を移動させる技術がある（特許文献１）。このパターニングされた電極は、液滴進行方向に沿って液滴よりも小さい間隔をもって両側に配置された一対の電極からなり、各電極は液滴進行方向に対して９０度よりも小さい角度をもち、互いに平行に配置された導体パターンを有する構成となっている。この液滴の移動技術では、対となる電極はどちらも基板側に存在するものであった。
【０００４】
本発明者らは以前に、液滴に変動電界を印加して高速に振動させることにより、液滴の撹拌を行うことができる「電界撹拌」を用い、抗原抗体反応やハイブリダイゼーションを加速して、生体分子を迅速に検出する方法を開発した（特許文献２〜１１）。この方法によれば、例えば、免疫組織化学（ＩＨＣ）であれば、従来２時間以上かかっていたところ、電界撹拌を行うことにより１５〜３０分程度に短縮することが可能となり、インサイチュハイブリダイゼーション（ＩＳＨ）であれば、従来１〜２日程度の時間を要していたところ、３時間程度に短縮することが可能となる。
【０００５】
変動電界の印加により液滴を撹拌する「電界撹拌」の原理を図１２に模式的に示す。
図１２（Ａ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も大きくなった状態を示し、図１２（Ｂ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も小さくなった状態を示す。
図１２（Ａ）に示されるように、第１の電極３には高電圧アンプ６から電圧が供給される。ここで、高電圧アンプ６には、ファンクションジェネレータ５からプラス側に偏って周期的に変化する波形の信号が供給されることにより、高電圧アンプ６から第１の電極３に対して、電圧の大きさが周期的に変化する正の電圧が供給される。
図１２（Ａ）は、第１の電極３に印加される正の電圧が最も大きくなった状態を示しており、第１の電極３に蓄積するプラス電荷１３の量は、この時点で最大となる。そして、第１の電極３に蓄積したプラス電荷１３により、液滴７の表面のマイナス電荷１２が大きく引きつけられて、液滴７は中央が盛り上がった形状となる。
【０００６】
図１２（Ｂ）は、第１の電極３に印加される正の電圧が最も小さくなった状態を示しており、第１の電極３に蓄積したプラス電荷１３の量は、この時点で最小となる。そして、第１の電極３に蓄積したプラス電荷１３が少ないため、液滴７を引きつける上向きの力が極めて弱くなり、液滴７は下方向に働く重力により平たい形状となる。
第１の電極３に印加される正の電圧の大きさは周期的に変化して、図１２（Ａ）の状態と図１２（Ｂ）の状態の間を周期的に往復することとなるため、液滴７はこの周期に従って振動することになる。この液滴の周期的な振動により、液滴内部の液体は撹拌される。液滴の振幅が小さい場合でも、液滴の振動の速度（周波数）は大きいため、液滴を効率よく撹拌することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−００７１２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１９３８８号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１３５９８号公報
【特許文献４】特開２０１４−１６００６０号公報
【特許文献５】特開２０１４−１６００６１号公報
【特許文献６】特開２０１５−１５５８１１号公報
【特許文献７】特開２０１５−２１９１０９号公報
【特許文献８】特開２０１６−１４４４０８号公報
【特許文献９】特開２０１６−１４４４２２号公報
【特許文献１０】特開２０１６−１４４７８０号公報
【特許文献１１】特開２０１７−１３８２６３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】本間勝治及び田中耕太郎、日本機械学会関東学生会第４９回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集、２０１０年発行、ｐｐ．８１〜８２、「エレクトロウェッティングによる液滴制御」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の液滴の移動技術に基づく液滴移動装置は、移動する液滴の乾燥等により液滴に溶解した成分が凝集してしまう問題や、液滴を移動させて試薬等と混合した後に撹拌を行う機能が別途追加で必要になるという問題があった。
そこで、本発明は、撹拌を行いながら液滴を移動することができる新たな方式の液滴の移動装置及び液滴の移動方法を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究した結果、液滴を移動させる基板の両面側にそれぞれ、少なくとも一方は液滴と接触しないように第１の電極と第２の電極を設け、第１の電極と第２の電極に変動電圧を印加することで、液滴を電界撹拌しながら移動させることができ、これにより、液滴に溶解した成分の凝集を防止し、又は、液滴が試料と混合した後に継続して撹拌を行うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、液滴の移動装置に関する下記の第１の発明と、液滴の移動方法に関する下記の第２の発明を提供する。
【００１２】
（１）第一の発明は、電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動装置において、
液滴を移動させる表面を有する基板と、前記基板の一方の面の側に設けられた第１の電極と、前記基板の他方の面の側に設けられた第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方は、前記基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置されており、
前記第１の電極と前記第２の電極に変動電圧を印加することにより、前記基板上の前記液滴に変動電界を印加して、前記液滴を撹拌しながら移動させることを特徴とする液滴の移動装置に関する。
（２）第一の発明においては、前記第１の電極と前記第２の電極が、いずれも平板電極であることが好ましい。
（３）前記第１の電極と前記第２の電極をいずれも平板電極とする場合には、前記第１の電極と前記第２の電極とを、互いに傾斜し非平行となるように設置することにより、前記第１の電極と前記第２の電極の間に発生する電界の強度に勾配を持たせることが好ましい。
（４）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記第１の電極と前記第２の電極のうち少なくとも一方を、複数の電極に分割された平板電極とすることができる。
（５）第一の発明においては、前記第１の電極と前記第２の電極のうち一方が平板電極であり、他方が移動可能な点電極とすることができる。
（６）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記基板の上方に前記第１の電極を設置し、前記基板の下方に前記第２の電極を設置し、前記基板と前記第１の電極の間に空間を有することにより、前記基板の上側の表面で液滴を移動させることができる。
（７）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記基板の上方に第１の電極を設置し、前記基板の下方に第２の電極を設置し、前記基板と前記第２の電極の間に空間を有することにより、前記基板の下側の表面に前記液滴を懸垂させて移動させることができる。
（８）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記基板を水平面に対して傾斜を持つように設置することができる。
（９）前記いずれかの液滴の移動装置においては、液滴の移動が容易になるように前記基板の表面が撥水性であることが好ましい。
（１０）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記基板の表面を絶縁性のものとし、前記基板と前記第１の電極又は前記第２の電極とを一体化することができる。
（１１）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記基板に振動を与える振動発生装置をさらに有することにより粘度の高い液滴についても移動を容易にさせることができる。
（１２）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記第１の電極と前記第２の電極に印加する変動電圧の周波数及び／又は電圧の大きさを制御可能な電圧源を有することが好ましい。
（１３）前記いずれかの液滴の移動装置においては、前記第１の電極と前記第２の電極の間の距離を変更する電極駆動機構を有することが好ましい。
（１４）前記（２）の液滴の移動装置においては、前記第１の電極と前記第２の電極との間の傾斜角を変更する角度変更機構を有することが好ましい。
（１５）前記いずれかの液滴に移動装置においては、前記基板の表面にマイクロ突起を設け、液滴の移動を容易にすることができる。
（１６）第二の発明は、電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動方法において、
液滴を移動させる表面を有する基板と、第１の電極と、第２の電極とを有する装置を使用し、
前記基板の一方の面の側に、前記第１の電極を配置し、前記基板の他方の面の側に、前記第２の電極を配置し、
前記第１の電極と前記第２の電極の少なくとも一方は、前記基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置し、
前記第１の電極と前記第２の電極に変動電圧を印加して、前記液滴に変動電界を印加することにより、前記液滴を撹拌しながら移動させることを特徴とする液滴の移動方法に関する。
（１７）第二の発明においては、前記液滴に勾配のある変動電界を印加することにより、前記液滴を回転させながら移動させることが好ましい。
（１８）前記いずれかの液滴の移動方法においては、前記液滴中にキャピラリを配置し、
前記第１の電極又は前記第２の電極のうち一方の電極として平板電極を使用し、他方の電極として点電極を使用し、
前記点電極を移動させることによって、前記液滴を前記キャピラリ経由で移動させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液滴の移動装置及び液滴の移動方法によれば、液滴の移動する基板の両面側にそれぞれ、少なくとも一方は液滴と接触しないように第１の電極と第２の電極を配置し、液滴が自由に変形できる空間を確保した状態で、液滴に変動電界を印加することにより、液滴を振動させて撹拌を行いながら液滴を移動させることができるため、液滴に溶解した成分の凝集を防止する効果を奏し、又は、液滴が試料等と混合した後に継続して撹拌を行うことができるという効果を奏する。
また、本発明の液滴の移動装置及び液滴の移動方法によれば、液滴が変動電界により振動することにより、液滴の移動を開始しやすくするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態を模式的に示す図面である。
【図２】第１の実施形態において、変動電界により液滴が振動する様子を模式的に示す図面である。図２（Ａ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も大きくなった状態を示し、図２（Ｂ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も小さくなった状態を示す。
【図３】本発明の第２の実施形態を模式的に示す図面である。
【図４】本発明の第３の実施形態を模式的に示す図面である。
【図５】本発明の第４の実施形態を模式的に示す図面である。
【図６】本発明の第５の実施形態を模式的に示す図面である。図６（Ａ）は、懸垂された液滴が移動落下するまでの状態を示し、図６（Ｂ）は落下した液滴がさらに撹拌移動する状態を示す。
【図７】本発明の第６の実施形態を模式的に示す図面である。図７（Ａ）は、水性の液滴と油性の液滴が移動する前の状態を示し、図７（Ｂ）は、水性の液滴と油性の液滴が移動により接触して、水性の液滴が油性の液滴により被覆された状態を示す。
【図８】本発明の第７の実施形態を模式的に示す図面である。図８（Ａ）は、液滴が落下するまでの状態を示し、図８（Ｂ）は液滴が落下してからさらに撹拌移動する状態を示す。
【図９】本発明の第８の実施形態を模式的に示す図面である。
【図１０】実施例１の条件検討実験の結果を示すグラフである。図１０は、液滴を移動させるために必要な液滴の液量と変動電圧の周波数との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例２の条件検討実験の結果を示すグラフである。図１１（Ａ）は、液滴を移動させるために必要な液滴の液量と変動電圧の周波数との関係を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は、液滴を移動させるために必要な液滴の液量と基板の角度の関係を示すグラフである。
【図１２】変動電界の印加により液滴を撹拌する「電界撹拌」の原理を模式的に示す図面である。図１２（Ａ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も大きくなった状態を示し、図１２（Ｂ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も小さくなった状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．  液滴の移動装置
１−１．  本発明の液滴の移動装置の概要
本発明の液滴の移動装置は、電極間に電圧を印加して、電極間に存在する液滴を移動させる装置に関するものであり、
液滴を移動させる表面を有する基板と、基板の一方の面の側に設けられた第１の電極と、基板の他方の面の側に設けられた第２の電極とを有し、
第１の電極と第２の電極の少なくとも一方は、基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置されており、
第１の電極と第２の電極に変動電圧を印加することにより、基板上の液滴に変動電界を印加して、液滴を撹拌しながら移動させることを特徴とする装置である。
【００１６】
本発明の液滴の移動装置は、液滴が移動する基板の一方の面の側に第１の電極を有し、基板の他方の面の側に第２の電極を有し、第１の電極と第２の電極に変動電圧を印加することにより、液滴に対して主に基板と垂直な方向に変動する成分を有する電界を印加することができる。そして、第１の電極と第２の電極の少なくとも一方は、基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置されているため、液滴が自由に変形できる空間を確保した状態で、変動電界の印加により液滴を基板と垂直な方向に振動させることができるため、効率的に液滴を撹拌することが可能となる。
これにより、液滴に溶解した成分の凝集を防止する効果を奏し、又は、液滴が試料等と混合した後に継続して撹拌を行うことができるという効果を奏する。
【００１７】
本発明の液滴の移動装置においては、基板の上方に第１の電極を設置し、基板の下方に第２の電極を設置することが好ましい。
本発明において、「上方」とは、重力の働く方向と反対の方向をいい、「下方」とは、重力の働く方向をいう。
ここで、基板と基板の上方に設けた第１の電極との間に空間を設けた場合には、基板の上側の表面に液滴を形成して、電界撹拌により液滴を振動させながら、第１の電極に接触しないように液滴を移動させることができる。この場合、基板と第２の電極の間には空間を設けずに、両者を接触させてもよく、又は、両者を一体化させてもよい。基板と第２の電極を接触させ、又は一体化させるときには、液滴に通電しないように、基板又は基板の表面を絶縁性の材料により形成するなどして絶縁する。
【００１８】
本発明の液滴の移動装置において、基板の上方に第１の電極を設置し、基板の下方に第２の電極を設置し、基板と第２の電極の間に空間を設けた場合には、基板の下側の表面に液滴を形成して、液滴が基板に懸垂した状態で、電界撹拌により液滴を振動させながら、第２の電極と接触しないように液滴を移動させることができる。この場合、基板と第１の電極の間には空間を設けずに、両者を接触させてもよく、又は、両者を一体化させてもよい。基板と第１の電極を接触させ、又は一体化させるときには、液滴に通電しないように、基板又は基板の表面を絶縁性の材料により形成するなどして絶縁する。
【００１９】
液滴を移動させるには、様々な方式を用いることができ、例えば、これらに限定されるわけではないが、ｉ）電界強度に勾配を持たせることにより液滴を移動させる方式、ii）分割された電極を用い、それぞれの分割電極をＯＮ／ＯＦＦさせることにより液滴を移動させる方式、iii）電極を駆動することにより液滴を移動させる方式、iv）重力を用いて液滴を移動させる方式等がある。
本発明の液滴の移動装置では、いずれの方式で液滴を移動させる場合でも、液滴が変動電界により振動することにより、液滴の重心移動のきっかけを提供することで、液滴の移動を開始しやすくなる。
以下、本発明の液滴の移動装置について、前記ｉ）〜iv）の方式により液滴を移動させる場合について、それぞれ説明する。
【００２０】
１−２．  電界強度に勾配を持たせることにより液滴を移動させる場合
本発明の液滴の移動装置において、電界強度に勾配を持たせることにより液滴を移動させる場合には、例えば、第１の電極と第２の電極のいずれも平板電極とし、第１の電極と第２の電極とを互いに傾斜し非平行となるように設置することにより、第１の電極と第２の電極の間に発生する電界の強度に勾配を持たせることができる。
この場合には、第１の電極と第２の電極の間の電位差は同じであるが、両電極が互いに傾斜しているため電極の間隔は一定ではなく、間隔が狭くなっている方が、電界が強くなる。これにより電界強度に勾配が生じ、電界強度が強くなる方向に向かって液滴が移動する。
【００２１】
勾配のない変動電界を液滴に印加する場合には、液滴は単に振動するだけであるが、勾配のある変動電界を液滴に印加すると、液滴に回転運動が生じ、より効率よく液滴を撹拌することが可能となる。
また、電界強度に勾配を持たせるには、第１の電極と第２の電極の配置を調整すればよいだけであり、従来技術の液滴の移動装置のように複雑にパターニングされた電極を使用する必要がなく、簡易な構成で液滴を移動せることが可能である。このため、製造コストが低く、実用的な液滴の移動装置を提供することが可能となる。
【００２２】
第１の電極と第２の電極をいずれも平板電極とし、第１の電極と第２の電極が互いに傾斜し非平行となるように設置した場合には、基板は第１の電極と第２の電極のいずれかに対して非平行となる。したがって、基板上の液滴に印加される変動電界は、基板に対して垂直な成分だけでなく、基板に平行な成分も有することとなり、液滴を基板に沿って移動させる力が発生する。
また、第１の電極と第２の電極をいずれも平板電極とし、第１の電極と第２の電極とを互いに平行とする場合でも、第１の電極を、第２の電極の真上に設置するのではなく、シフトした位置に設置したときには、変動電界の強度に勾配が生じる。そして、基板上の液滴に印加される変動電界は、基板に対して垂直な成分だけでなく、基板に平行な成分も有することとなり、液滴を基板に沿って移動させる力が発生する。
【００２３】
＜第１の実施形態＞
電界強度に勾配を持たせることで液滴を移動させる本発明の実施形態の１つを、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を模式的に示す図面である。
図１に示されるように、絶縁性の材料で形成された基板１は、平板状の第２の電極２の上に接触した状態で設置される。基板１の上部表面には、液滴７が移動し易いように撥水性の表面処理層４が施されている。撥水性の表面処理層４には、さらに液滴７が移動し易いようにマイクロ突起が表面に施される場合がある。平板状の第１の電極３は、液滴７が移動しても接触しないように、撥水性の表面処理層４との距離が３〜１５ｍｍ程度となるように電極駆動機構８により上下方向に制御される。さらに、第１の電極３は、水平面に対し傾斜角度が０〜２０度となるように角度変更機構９により制御される。角度変更機構９によって、第１の電極３を第２の電極２に対して傾斜角を持たせて非平行とすることにより、電界強度に勾配を持たせることが可能である。
ファクションジェネレータ５により発生させた周波数０．１〜２００Ｈｚの信号を、高電圧アンプ６で０．５〜１０ｋＶに昇圧して、第１の電極３と第２の電極２に供給することにより、基板１が設置されている空間に変動電界を印加することができる。変動電界の強度は図中の矢印の方向に向かって強くなっているため、液滴７を上下方向に振動させて撹拌しながら、矢印の方向に向かって液滴７を移動させることができる。液滴７は微量であるため乾燥等により溶解している成分が凝集しやすいが、撹拌しながら液滴７を移動することにより、溶解している成分の凝集を防ぐことができる。液滴７が矢印の方向に移動して乾燥試薬１０の付着した位置に達すると、乾燥試薬１０は液滴７に溶解される。ここで、引き続き変動電界により液滴７を撹拌することにより、乾燥試薬１０が付着した箇所を液滴７が通過する短い時間で、乾燥試薬１０を完全に溶解することができる。これにより、例えば、液滴７に溶解した成分を、乾燥試薬１０に含まれる検出試薬との反応により検出することができる。
また、第２の電極２には、振動発生装置１１を付加することにより、第２の電極２を通じて基板１に対して上下左右の振動を加えることが可能となり、粘度の高い液滴７について電界撹拌を行うことを補助することができる。
【００２４】
次に、第１の実施形態において、変動電界により液滴が振動する様子を図２に模式的に示す。
図２（Ａ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も大きくなった状態を示し、図２（Ｂ）は、第１の電極に印加される正の電圧が最も小さくなった状態を示す。
図２（Ａ）に示されるように、第１の電極３には高電圧アンプ６から電圧が供給される。ここで、高電圧アンプ６には、ファンクションジェネレータ５からプラス側に偏って周期的に変化する波形の信号が供給されることにより、高電圧アンプ６から第１の電極３に対して、電圧の大きさが周期的に変化する正の電圧が供給される。
図２（Ａ）は、第１の電極３に印加される正の電圧が最も大きくなった状態を示しており、第１の電極３に蓄積するプラス電荷１３の量は、この時点で最大となる。ここで、第１の電極３は傾斜しているため、図２（Ａ）の右方向に向かって電極間距離が短くなっており、右方向に向かって電界の強度が大きくなる。このような電界勾配が存在することにより、液滴７は右上方向に引きつけられて盛り上がった形状となるとともに、右方向にわずかに移動する。
【００２５】
図２（Ｂ）は、第１の電極３に印加される正の電圧が最も小さくなった状態を示しており、第１の電極３に蓄積したプラス電荷１３の量は、この時点で最小となる。そして、第１の電極３に蓄積したプラス電荷１３が少ないため、液滴７を引きつける上向きの力が極めて弱くなり、液滴７は下方向に働く重力により通常の液滴の形状に戻り、さらに落下の勢いにより平たく潰された形状となる。
第１の電極３に印加される正の電圧の大きさは周期的に変化し、図２（Ａ）の状態と図２（Ｂ）の状態の間を周期的に往復することとなるため、液滴７はこの周期に従って上下方向に振動しつつ、右方向に移動することとなる。
同時に、液滴７には回転運動が生ずるため、効率よく液滴７を撹拌することが可能となる。
このように、本発明の第１の実施形態によれば、液滴を振動及び回転させて効率良く撹拌を行いつつ、その液滴を移動させることが可能である。
【００２６】
１−３．  分割された電極を用いて液滴を移動させる場合
本発明の液滴の移動装置において、分割された電極を用いて液滴を移動させる場合には、例えば、第１の電極と第２の電極のうち少なくとも一方を、複数の電極に分割された平板電極とし、それぞれの分割電極をＯＮ／ＯＦＦすることにより、液滴を移動させることができる。
例えば、これらに限定されるわけではないが、第１の電極と第２の電極のいずれも複数の電極に分割された平板電極とし、ＯＮにする（変動電圧を印加する）分割電極の位置を変化させることにより、その変化に合わせて液滴を移動させることができる。
また、第１の電極又は第２の電極のいずれか一方を、複数の電極に分割された平板電極とし、他方を平板電極又は点電極とし、ＯＮにする（変動電圧を印加する）分割電極の位置を変化させることにより、その変化に合わせて液滴を移動することができる。
【００２７】
本発明において「複数の電極に分割された平板電極」とは、複数の電極を有し、その電極が並列することにより、全体として概ね平板状になる電極をいう。複数の電極（分割電極）のそれぞれには、変動電圧の印加を個別にＯＮ／ＯＦＦするスイッチング回路を備えることが好ましい。
複数の電極に分割された平板電極としては、例えば、短冊状の電極を並列して平板状とした電極とすることができ、オンとする分割電極の位置を変化させることにより、その変化にあわせて１次元的に液滴の移動を操作することができる。
また、複数の分割電極をマトリックス状（格子状）に並列して平板状とした電極とすることもでき、ＯＮとする分割電極の位置を変化させることにより、その変化に合わせて２次元的に液滴の移動を操作することができる。
【００２８】
第１の電極と第２の電極のいずれも複数の電極に分割された平板電極とする場合には、例えば、第１の電極側の分割電極を、対向する第２の電極側の分割電極よりも液滴の移動する方向へシフトさせておくことで、基板上の液滴に印加される変動電界は基板に垂直な成分のみならず基板に平行な成分も有することとなり、液滴を基板に沿って移動させることが可能となる。また、第１の電極を第２の電極に対して傾斜させることにより、電界勾配を生じさせて、液滴を移動することも可能である。
このため、従来の液滴の移動装置のように、１つの液滴に対して複数の電極が接するように数多くの分割電極を細かくパターニングした電極を使用する必要がなく、少ない数で分割されたシンプルな構成の電極で、液滴を移動することも可能である。このため、製造コストが低く、実用的な液滴の移動装置を提供することが可能となる。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
分割された電極を用いて液滴を移動させる本発明の実施形態の１つを、図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態を模式的に示す図面である。
図３に示されるように、第２の電極２は、電極２０１，２０２，及び２０３に分割されており、それぞれの分割電極は、スイッチング回路２１１，２１２，及び２１３によって個別にＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。また、第１の電極３は、電極３０１，３０２，及び３０３に分割されており、それぞれの分割電極は、スイッチング回路３１１，３１２，及び３１３によって個別にＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。
【００３０】
第１の電極側の分割電極は、対となる第２の電極側の分割電極に対して、図３の右側方向にシフトした位置に配置されている。例えば、第１の電極側の分割電極３０１は、第２の電極側の分割電極２０１の直上に位置するわけではなく、液滴７の移動方向に少しシフトした位置に配置されている。
最初に、これらの上下ペアの分割電極（２０１，３０１）に変動電圧を印加すると、液滴７は、分割電極３０１の側に向かって吸引されることを周期的に繰り返し、基板１に沿って右側へ移動することとなる。変動電界の印加による液滴の移動をしばらく続けた後、スイッチング回路（２１１，３１１）をＯＦＦにして、右隣のスイッチング回路（２１２，３１２）をＯＮとして、右隣の上下ペアの分割電極（２０２，３０２）の間に変動電界を印加すると、今度は、液滴７は、分割電極３０２の側に向かって吸引されることを周期的に繰り返し、基板１に沿ってさらに右側へ移動することとなる。このように変動電圧を印加する分割電極の位置を右方向へ向かって変化させていくことにより、液滴７を撹拌しながら右方向へ移動させ、液滴７と乾燥試薬１０を混合することが可能となる。
第１の電極３は、さらに電極駆動機構８により上下方向に制御することができ、角度変更機構９により水平面に対する傾斜角を制御することができる。角度変更機構９により傾斜角を持たせた場合には、スイッチのＯＮ／ＯＦＦに加えて電界勾配によっても液滴を移動させることができ、これにより液滴の移動速度を制御することも可能である。
【００３１】
１−４．  電極を駆動することにより液滴を移動させる場合
本発明の液滴の移動装置において、電極を駆動することにより液滴を移動させる場合には、例えば、第１の電極と第２の電極のうち一方を平板電極とし、他方を点電極として、点電極を駆動装置により駆動することにより、その動きに合わせて液滴を移動させることができる。
本発明において「点電極」とは、対向する平板電極よりも面積が小さく、平板電極の面に対して点といえる関係にある電極であればどのような形状での電極でもよく、先端の尖った電極に限らず、小さな面積を有する板状の電極であってもよい。
点電極を駆動する駆動装置は、基板に対して平行に点電極を移動させる駆動装置が好ましいが、基板に対して傾斜角を持つ面に沿って点電極を移動させる駆動装置であってもよい。
【００３２】
＜第３の実施形態＞
電極を駆動することにより液滴を移動させる本発明の実施形態の１つを、図面を参照しつつ説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態を模式的に示す図面である。
図４に示されるように、駆動装置１４によって、第１の電極３は、液滴７と乾燥試薬１０に接触しない距離を隔てて、基板に対して平行に移動させることが可能である。また、第１の電極３の上下の位置は、液滴７の液量や、乾燥試薬１０の量に合わせて、電極駆動機構８により上下方向に制御することも可能である。ファクションジェネレータ５により発生させた周波数０．５〜２００Ｈｚの信号を、高電圧アンプ６で０．５〜１０ｋＶに昇圧して、第１の電極３と第２の電極２に供給することにより、液滴７は上下に振動しながら、第１の電極３の駆動に合わせて移動するため、液滴７と乾燥試薬１０を混合することが可能となる。
【００３３】
１−５．  重力を用いて液滴を移動させる場合
本発明の液滴の移動装置において、重力を用いて液滴を移動させる場合には、例えば、基板を水平面に対して傾斜を持つように設置することにより、液滴を重力により移動させることができる。
この場合、変動電界の印加により液滴の移動を制御できるような条件設定も可能である。液滴には表面張力等により基板上に留まろうとする力が働くが、変動電界の印加により液滴を振動させることで、液滴の重心移動のきっかけを提供することが可能である。このため、重力だけでは液滴が移動しないように基板の角度を条件設定することで、液滴の移動を変動電界の印加によって開始することが可能となる。
【００３４】
重力を用いて液滴を移動させる場合、水平面に対して傾斜した基板の上側の表面に液滴を形成して、重力の作用により、斜面を下るように液滴を移動させることができる。
また、水平面に対して傾斜した基板の下側の表面に液滴を形成して、重力の作用により、液滴を基板に懸垂した状態で移動させることもできる。
【００３５】
＜第４の実施形態＞
重力を用いて液滴を移動させる本発明の実施形態の１つを、図面を参照しつつ説明する。
図５は、本発明の第４の実施形態を模式的に示す図面である。
図５に示されるとおり、第１の電極３は、角度変更機構９により水平面に対する傾斜角を制御することができる。また、基板１と第２の電極２についても、角度変更機構９´により水平面に対する傾斜角を制御することができる。
第４の実施形態では、これらの機構を用いて、基板１を水平面に対して傾斜させるとともに、第１の電極３と第２の電極２を平行に配置している。
【００３６】
基板１が傾斜していることにより、液滴７には重力により右方向へ移動する力が働くが、液滴７には表面張力等により基板上に留まろうとする力も働くため、初期状態では液滴７は移動しない。
ここで、ファクションジェネレータ５により発生させた信号を、高電圧アンプ６で昇圧して、第１の電極３と第２の電極２に供給すると、液滴７は変動電界により、第一の電極２と第２の電極３の傾斜角度に応じて斜め上下に振動し、水平方向の力が加わることにより、液滴７の重心移動のきっかけが与えられ、液滴７の移動が開始する。
液滴７が移動を開始すると、変動電界による水平方向の力と重力に従ってそのまま右方向へ移動し、乾燥試薬１０の存在する箇所を通過する。液滴７は変動電界により撹拌されているため、乾燥試薬１０の存在する箇所を通過する短い時間で、効率良く乾燥試薬１０を溶解することができる。
【００３７】
＜第５の実施形態＞
重力を用いて液滴を移動させる本発明の他の１つの実施形態を、図６を用いて説明する。
図６に示されるとおり、第５の実施形態の液滴の移動装置は、２枚の基板（１，１´）を有しており、基板１は、第２の電極２の上側表面に設けられており、基板１´は、第１の電極３の下側表面に設けられている。
基板１´と第１の電極３は、角度変更機構９により、水平面に対して０〜２０°の範囲で傾斜角を変更できるようになっている。また、第１の電極３と第２の電極２の間の距離を、電極駆動機構８により変更できるようになっている。
【００３８】
基板１´の下側表面には撥水性の表面処理層４´が設けられ、基板１´の下側表面を液滴７が懸垂して移動できるようになっている。
ファンクションジェネレータ５により発生させた周波数０．１〜２００Ｈｚの信号を、高電圧アンプ６で０．５〜１０ｋＶに昇圧して、第１の電極３と第２の電極２に印加することにより、液滴７に対して変動電界を印加することができる。ファンクションジェネレータ５により発生させる信号の周波数は、液滴７を共振させることができる周波数となるように、液滴７の大きさに応じて変更することができる。
【００３９】
第１の電極３と第２の電極２は、互いに傾斜しており、図６の右方向へ行くに従って電極間距離が短くなっている。これにより、電界勾配が生じており、右方向に行くにしたがって電界強度が大きくなる。
図６（Ａ）に示すように液滴７には、電界勾配の作用により、右方向へ移動する力が働く。同時に、液滴には、重力により右方向へ移動する力が働く。液滴７は、変動電界の作用により振動しながら右方向へ移動するが、電界勾配が生じているため、回転しながら振動する現象が生じる。液滴７が右方向へ移動すると、徐々に変動電界の強度が大きくなっていくため、重力と電界による吸引力の合計による下向きの力が、液滴が基板１´に吸着する力よりも大きくなる地点に達すると、液滴７は基板１上に落下する。また、図６（Ｂ）に示すように基板１は水平であるため、基板１上では重力により液滴が右方向へ移動する力がなくなり、電界勾配の作用により液滴７はゆっくりと右方向へ移動する。これにより、液滴７は時間をかけて乾燥試薬１０を溶解しながら移動することができる。
【００４０】
＜第６の実施形態＞
重力を用いて液滴を移動させる本発明の他の実施形態を、図７を用いて説明する。
図７（Ａ）は、水性の液滴７と油性の液滴７´が移動する前の状態を示し、図７（Ｂ）は、水性の液滴７と油性の液滴７´が移動により接触して、水性の液滴７が油性の液滴７´により被覆された状態を示す。
図７（Ａ）に示されるとおり、第６の実施形態の液滴の移動装置は、２枚の基板（１，１´）を有しており、基板１は、第２の電極２の上側表面に設けられており、基板１´は、第１の電極３の下側表面に設けられている。基板１と第１の電極３の間には空間が設けられており、基板１の上側表面には撥水性の表面処理層４が設けられ、基板１の上側表面を水性の液滴７が移動できるようになっている。基板１´と第２の電極２との間には空間が設けられており、基板１´の下側表面には撥油性の表面処理層４´が設けられ、基板１´の下側表面を油性の液滴７´が懸垂して移動できるようになっている。
【００４１】
基板１´と第１の電極３は、角度変更機構９により、水平面に対して０〜２０°の範囲で傾斜角を変更できるようになっている。図７に示す第６の実施形態では、傾斜角は４°に設定されている。油性の液滴７´は、滴下管１５から油性の溶液が注出されることにより、基板１´の表面処理層４´に懸垂するように形成される。油性の液滴７´の液量としては、最大３０μｌ程度である。
ファンクションジェネレータ５により発生させた周波数０．１〜２００Ｈｚの信号を、高電圧アンプ６で０．５〜１０ｋＶに昇圧して、第１の電極３と第２の電極２に印加すると、第１の電極３は水平面に対して傾斜しているため、図７（Ａ）において右側に行くほど電界強度は大きくなる。これにより、電界強度に勾配が生じ、水性の液滴７と油性の液滴７´を右方向へ移動させる力が働く。加えて、基板１´も水平面に対して傾斜しているため、油性の液滴７´には、重力により右方向へ移動させる力も働く。
【００４２】
図７（Ｂ）に示すとおり、水性の液滴７は、右方向へ移動して乾燥試薬１０を溶解する。同時に、油性の液滴７´も、右方向へ移動して、水性の液滴７と接触し、水性の液滴７が油性の液滴７´によって被覆される。乾燥試薬１０を溶解した水性の液滴７は、油性の液滴７´に被覆されることによって蒸発が防がれることとなり、水性の液滴７内に存在する成分と乾燥試薬１０との反応を長時間行うことが可能となる。
【００４３】
＜第７の実施形態＞
重力を用いて液滴を移動させる本発明の他の１つの実施形態を、図８を用いて説明する。
図８に示すように、基板１は、Ｌ字型に屈曲した形状を有しており、表面には撥水性の表面処理層４が設けられ、表面を液滴が移動できるようになっている。そして、基板１の表面側には、空間を隔てて、同じくＬ字型に屈曲した第１の電極３が設置されている。また、基板１の裏面側には、基板１の形状に沿ってＬ字型に屈曲した第２の電極２が設置されている。
第一の電極３の垂直部は第２の電極２の垂直部に平行に設置されるが、第一の電極３の水平部はＬ字型に屈曲した部分から第２の電極２との距離が徐々に短くなるように傾斜して設置される。
図８（Ａ）に示すように、基板１の上部端近傍の表面に液滴７を形成すると、液滴７には重力が働くが、表面張力や吸着力等によりその場に留まろうとする力が働き、液滴７は基板１上に付着した状態のままとなる。ここで、ファンクションジェネレータ５で発生させた信号を高電圧アンプ６で昇圧して、第１の電極３と第２の電極２に供給すると、液滴７は振動を始めて、これにより、液滴７の重心移動のきっかけが与えられ、液滴７の落下が開始する。液滴７は、振動しながら落下し、基板１の屈曲した部分に達し、その部分に固着している乾燥試薬１０を溶解する。また、図８（Ｂ）に示すように液滴７が基板１の屈曲した部分に達すると、液滴７の落下は終了するが、第１の電極３と第２の電極２の間では、第一の電極３が傾斜していることにより、水平方向に成分を有する変動電界が発生するため、液滴７は、振動しながら右方向にゆっくりと移動する。このため、液滴７は、乾燥試薬１０を完全に溶解することができる。
【００４４】
１−６．  本発明の液滴の移動装置の詳細な構成
本発明の液滴の移動装置において、「基板」とは、液滴を移動させる経路を提供するものであり、平板状のものに限らず、液滴の流路を設ける等して凹凸のある形状としたものも用いることができ、また、屈曲又は湾曲した形状のものを用いることもできる。
基板の材料としては、絶縁性のものを用いることが好ましく、これらに限定されるわけではないが、例えば、ガラスや、エポキシ樹脂等のプラスチックを用いることができる。
基板の表面は、液滴を形成し易く、また、液滴が移動し易いように、撥水性とすることが好ましい。ここで、基板の表面を撥水性とするためには、基板の表面に撥水性の表面処理層を設けることができ、基板自体を撥水性の材料で形成することもでき、又は、基板の表面にマイクロ突起を設けることができる。
撥水性の表面処理層の材料としては、これらに限定されるわけではないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、オルガノポリシロキサン等のシリコン系樹脂、ポリプロピレン等のポリオレフィン等を用いることができる。
【００４５】
本発明の液滴の移動装置においては、第１の電極又は第２の電極と基板とを一体化することができる。例えば、第１の電極又は第２の電極の表面に絶縁性の表面処理層を形成することにより、電極と基板が一体化したものとすることができる。
【００４６】
本発明において「液滴」とは、純粋な液体を用いて形成した液滴であってもよく、また、液体に他の物質が混合、分散若しくは溶解した液体により形成した液滴であってもよい。液体に他の物質が混合、分散又は溶解した液体としては、これらに限定されるわけではないが、例えば、合成化合物、天然化合物、金属粒子等の化学物質、核酸、タンパク質、脂質等の生体分子、細胞、微生物、ウイルス、生体組織等の生物試料が、溶媒中に混合、分散又は溶解したものを用いることができる。例えば、液滴として、尿、唾液、血液等を用いることにより、基板上での移動、化学反応、検出等を行い、臨床検査を行うことができる。
液滴の量は、通常、０．１μｌ〜１０ｍｌの範囲である。
本発明の液滴の移動装置によれば、液滴を効率的に撹拌しながら移動できるため、前記のような物質が溶解した液滴を移動する場合であっても、液滴に溶解した成分の凝集を防止することができる。
【００４７】
本発明の液滴の移動装置によれば、液滴が試料等と混合した後に継続して電界撹拌を行うことができる。
液滴を電界撹拌することで、単に試料等の溶解を促進するのみならず、特殊な反応場を提供し、液滴内の化学反応、生物反応等を促進することができる。例えば、特許文献２〜１１にも記載されているとおり、抗体と抗原が結合する抗原抗体反応や、相補的な核酸が塩基対を形成するハイブリダイゼーションや、有機化合物の合成反応等を電界撹拌により促進することができる。また、電界撹拌を行うことにより、液滴を用いた生体試料の洗浄等において洗浄作用を向上させることができる。さらに、電界撹拌を行うことにより、液滴内に分散した粒子の分散性を高めることや、液滴のゼータ電位を制御することや、液滴内で特殊な細胞培養、組織培養を行うことも可能である。
【００４８】
さらに具体的な例としては、印刷技術への応用として、インクに分散した顔料の分散性を高めて凝集を防ぎつつ、インクのゼータ電位を最適な状態に制御しながら、インクを印刷面等に移動させることが可能となる。また、研磨技術への応用として、砥粒を含む液滴を研磨面に供給する際に、砥粒の分散性を高めて凝集を防ぎつつ、砥粒のゼータ電位を最適な状態に制御しながら、研磨面に砥粒を含む液滴を移動することが可能となる。
このため、本発明の液滴の移動装置は、各種溶液の移動と混合を行うことにより、化学反応、生物反応等を行う装置として使用することができ、例えば、臨床検査や化学実験等に用いる、マイクロ化学分析装置、マイクロ化学合成装置等として使用することができるのみならず、さらに、印刷技術や研磨技術など、工学の幅広い分野において応用が可能である。
【００４９】
本発明の液滴の移動装置において、液滴に印加する変動電界は、液滴を撹拌できるものであればどのような電界強度、周波数、波形のものであってもよい。電界強度は、液滴の大きさによって異なるが、十分に撹拌するためには、３５０〜３５００Ｖ／ｍｍとするのが好ましく、より好ましくは、１０００〜２５００Ｖ／ｍｍとするのがよい。このような電界強度となるように、電極間距離に応じて計算した電圧を、電極間に印加する。印加する変動電界を発生させるための周波数は、０．１〜２００Ｈｚとするのが好ましい。印加する変動電界を発生させるための波形は、方形波、正弦波、三角波、ノコギリ波などを使用することができるが、撹拌効率を高めるためには、瞬間的な変化の大きい方形波を用いるのが好ましい。また、液滴に波を生じさせるような動きにより撹拌を行う場合には、正弦波を用いることが好ましい。変動電界を発生させるためには、プラス側に偏って周期的に変化する波形を用いることができるが、マイナス側に偏って周期的に変化する波形を用いることもでき、また、プラスとマイナスの間を反転する波形とすることもできる。
【００５０】
２．  液滴の移動方法
本発明の液滴の移動方法は、電極間に電圧を印加して、電極間に存在する液滴を移動させる方法に関するものであり、
液滴を移動させる表面を有する基板と、第１の電極と、第２の電極とを有する装置を使用し、
基板の一方の面の側に、第１の電極を配置し、基板の他方の面の側に、第２の電極を配置し、
第１の電極と第２の電極のうち少なくとも一方は、基板の表面を移動する液滴と接触しないように空間を隔てて配置し、
基板において空間を有する側の表面に液滴を形成し、
第１の電極と第２の電極に変動電圧を印加して、液滴に変動電界を印加することにより、液滴を撹拌しながら移動させることを特徴とする方法である。
【００５１】
本発明の液滴の移動方法は、前記１．に記載した液滴の移動装置の使用方法に準じて行うことができる。
さらに、本発明の液滴の移動方法によれば、液滴の振動をポンプのように利用して、キャピラリを通じて液滴を移動させることも可能である。
【００５２】
＜第８の実施形態＞
キャピラリを経由して液滴を移動させる本発明の実施形態の１つを、図面を参照しつつ説明する。
図９は、本発明の第７の実施形態を模式的に示す図面である。
図９に示されるように、液滴７中にキャピラリ１６の一端を配置し、点電極である第１の電極３と平板電極である第２の電極２に変動電圧を印加する。これにより液滴７が上下に振動し、その上下の振動によってポンプのように作用して、キャピラリ１６を液滴７の溶液が移動し、キャピラリ１６の他端から溶液が吐出されて、乾燥試薬１０を溶解する。液滴７の溶液の大部分がキャピラリ１６を通過すると、液滴７が小さくなり液滴の振動によるポンプ作用が弱くなるが、駆動装置１４によって第１の電極３を矢印の方向に沿って移動させることにより、残った液滴も移動させて、乾燥試薬１０の溶解に用いることができる。
【実施例１】
【００５３】
液滴を移動させるための変動電圧の周波数について条件設定をするための検討実験を行った。実験は、図５に模式図を示した液滴の移動装置を用いて行った。
まず、図５に模式図を示した液滴の移動装置において、基板の角度（傾斜角）を１５°とし、第１の電極と第２の電極を平行とし、第１の電極と第２の電極の間の距離を４．７ｍｍとした上で、基板の表面に液量が５μｌの液滴を形成した。第１の電極と第２の電極に４ｋＶの変動電圧を印加し、その変動電圧の周波数を０から１２０Ｈｚへ上げていくことにより、液滴の移動が開始する周波数を確認した。同様に、液滴の液量を１０，１５，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００μｌとした場合における、液滴の移動が開始する周波数を確認した。その結果を図１０のグラフに示す。
図１０のグラフに示すとおり、液滴を移動するためには、液滴の液量が小さいほど、変動電圧の周波数を高くする必要があることが明らかとなった。
以上の実験結果から、液滴を移動するためには、変動電圧の周波数の条件を設定する必要があり、これらの条件を変更可能な液滴の移動装置とすることが好ましいことが明らかとなった。
【００５４】
以上の実験において、変動電界を印加したときの液滴の動きを動画撮影により観察した。観察の結果、液滴は上下に振動していたが、回転していることは確認できなかった。
【実施例２】
【００５５】
液滴を移動させるための変動電圧の周波数、基板の水平面に対する角度（傾斜角）について条件設定をするための検討実験を、今度は、図６に模式図を示した液滴の移動装置を用いて行った。
まず、図６に模式図を示した液滴の移動装置において、第１の電極に接する基板の角度（傾斜角）を５°とし、第１の電極と第２の電極の間の距離を８ｍｍとした上で、第１の電極に接する基板の下側の面に液量が５μｌの液滴を形成した。第１の電極と第２の電極に４ｋＶの変動電圧を印加し、その変動電圧の周波数を０から１２０Ｈｚへ上げていくことにより、液滴の移動が開始する周波数を確認した。同様に、液滴の液量を１０μｌ、２０μｌ、３０μｌとした場合における、液滴の移動が開始する周波数を確認した。その結果を図１１（Ａ）のグラフに示す。
図１１（Ａ）のグラフに示すとおり、液滴を移動するためには、液滴の液量が小さいほど、変動電圧の周波数を高くする必要があることが明らかとなった。
次に、第１の電極に接する基板の角度（傾斜角）を０°（水平）とし、第１の電極と第２の電極の間の距離を８ｍｍとした上で、第１の電極に接する基板の下側の面に液量が５μｌの液滴を形成した。そして、第１の電極と第２の電極に３５Ｈｚ、４ｋＶの変動電圧を印加し、第１の電極に接する基板の角度（傾斜角）を０°から徐々に増加させることにより、液滴の移動が開始する角度を確認した。同様に、液滴の液量を１０μｌ、２０μｌ、３０μｌとした場合における、液滴の移動が開始する基板の角度を確認した。その結果を図１１（Ｂ）のグラフに示す。
図１１（Ｂ）のグラフに示すとおり、液滴を移動するためには、液滴の液量が小さいほど、角度を大きくする必要があることが明らかとなった。
以上の実験結果から、液滴を移動するためには、変動電圧の周波数と、基板の角度の条件を設定する必要があり、これらの条件を変更可能な液滴の移動装置とすることが好ましいことが明らかとなった。
【００５６】
以上の実験において、変動電界を印加したときの液滴の動きを動画撮影により観察した。観察の結果、液滴は上下に振動しつつ回転していることが確認できた。
第１の電極と第２の電極を平行とした実施例１では、回転運動は確認できなかったが、第１の電極と第２の電極とを傾斜させて電界勾配を生じさせた場合には、変動電界を印加することにより液滴が回転することが明らかとなった。
【符号の説明】
【００５７】
１，１´        基板
２              第２の電極
２０１〜２０３  第２の電極の分割電極
２１１〜２１３  スイッチング回路
３              第１の電極
３０１〜３０３  第１の電極の分割電極
３１１〜３１３  スイッチング回路
４，４´        表面処理層
５              ファンクションジェネレータ
６              高電圧アンプ
７，７´        液滴
８，８´        電極駆動機構
９，９´        角度変更機構
１０            乾燥試薬
１１            振動発生装置
１２            マイナス電荷
１３            プラス電荷
１４            駆動装置
１５            滴下管
１６            キャピラリ
【図１】
2019072652.tif 000003
【図２】
2019072652.tif 000004
【図３】
2019072652.tif 000005
【図４】
2019072652.tif 000006
【図５】
2019072652.tif 000007
【図６】
2019072652.tif 000008
【図７】
2019072652.tif 000009
【図８】
2019072652.tif 000010
【図９】
2019072652.tif 000011
【図１０】
2019072652.tif 000012
【図１１】
2019072652.tif 000013
【図１２】
2019072652.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月29日(2018.3.29)
【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】
電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動装置において、
液滴を移動させる表面を有する基板と、前記基板の上方の面の側に設けられた第１の電極と、前記基板の下方の面の側に設けられた第２の電極とを有し、
前記基板と、前記第１の電極又は前記第２の電極との間に液滴を形成する空間を有し、
前記基板と前記第１の電極との間に液滴を形成する空間を有する場合には、前記基板の上側の表面を移動する液滴と接触しないように、前記第１の電極が配置されており、
前記基板と前記第２の電極との間に液滴を形成する空間を有する場合には、前記基板の下側の表面を移動する液滴と接触しないように、前記第２の電極が配置されており、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に０．５〜１０ｋＶの変動電圧を印加することにより、前記基板上の前記液滴に３５０〜３５００Ｖ／ｍｍの変動電界を印加して、前記液滴を撹拌しながら移動させる、液滴の移動装置。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極が、いずれも平板電極である、請求項１に記載の液滴の移動装置。
【請求項３】
前記第１の電極と前記第２の電極とを、互いに傾斜し非平行となるように設置することにより、前記第１の電極と前記第２の電極の間に発生する電界の強度に勾配を持たせた、請求項２に記載の液滴の移動装置。
【請求項４】
前記第１の電極と前記第２の電極のうち少なくとも一方が、複数の電極に分割された平板電極である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項５】
前記第１の電極と前記第２の電極のうち一方が平板電極であり、他方が移動可能な点電極である、請求項１に記載の液滴の移動装置。
【請求項６】
前記基板と前記第１の電極の間に液滴を形成する空間を有し、
前記基板の上側の表面を移動する液滴と接触しないように、前記第１の電極が配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項７】
前記基板と前記第２の電極の間に液滴を形成する空間を有し、
前記基板の下側の表面を移動する液滴と接触しないように、前記第２の電極が配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項８】
前記基板を水平面に対して傾斜を持つように設置した、請求項１〜７のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項９】
前記基板の表面が撥水性である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１０】
前記基板の表面が絶縁性であり、前記基板と前記第１の電極又は前記第２の電極とを一体化した、請求項１〜９のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１１】
前記基板に振動を与える振動発生装置をさらに有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１２】
前記第１の電極と前記第２の電極に印加する変動電圧の周波数及び／又は電圧の大きさを制御可能な電圧源を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１３】
前記第１の電極と前記第２の電極の間の距離を変更する電極駆動機構を有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１４】
前記第１の電極と前記第２の電極との間の傾斜角を変更する角度変更機構を有する、請求項２に記載の液滴の移動装置。
【請求項１５】
前記基板の表面にマイクロ突起を設けたことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の液滴の移動装置。
【請求項１６】
電極間に電圧を印加して、前記電極間に存在する液滴を移動させる液滴の移動方法において、
液滴を移動させる表面を有する基板と、第１の電極と、第２の電極とを有する装置を使用し、
前記基板の上方の面の側に、前記第１の電極を配置し、前記基板の下方の面の側に、前記第２の電極を配置し、
前記基板と、前記第１の電極又は前記第２の電極との間に液滴を形成する空間を設け、
前記基板と前記第１の電極との間に液滴を形成する空間を設けた場合には、前記基板の上側の表面を移動する液滴と接触しないように、前記第１の電極を配置し、
前記基板と前記第２の電極との間に液滴を形成する空間を設けた場合には、前記基板の下側の表面を移動する液滴と接触しないように、前記第２の電極を配置し、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に０．５〜１０ｋＶの変動電圧を印加して、前記液滴に３５０〜３５００Ｖ／ｍｍの変動電界を印加することにより、前記液滴を撹拌しながら移動させる、液滴の移動方法。
【請求項１７】
前記液滴に勾配のある変動電界を印加することにより、前記液滴を回転させながら移動させる、請求項１６に記載の液滴の移動方法。
【請求項１８】
前記液滴中にキャピラリを配置し、
前記第１の電極又は前記第２の電極のうち一方の電極として平板電極を使用し、他方の電極として点電極を使用し、
前記点電極を移動させることによって、前記液滴を前記キャピラリ経由で移動させる、請求項１６に記載の液滴の移動方法。