(57)【要約】流体輸送／封じ込め装置は、流体保持モジュールおよび操作モジュールを有する。この流体保持モジュールは、サブストレートと、このサブストレートに分散させた流体輸送／封じ込め素子とを有し、この流体輸送／封じ込め素子のうちの１個またはそれ以上の流体輸送／封じ込め素子は、マイクロ流体寸法を有する。操作モジュールは、操作素子が流体輸送／封じ込め素子と接触して作用インタフェース（境界面）を生ずるように、流体保持モジュールに着脱可能に固定する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体輸送／封じ込め装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに分布させた流体輸送／封じ込め素子素子を有し、これら流体輸送／封じ込め素子素子のうちの１個もしくはそれ以上がマイクロ流体寸法を有するものとした流体保持モジュールと、
操作素子を有する操作モジュールであって、前記流体保持モジュールに着脱可能に固定することにより、前記操作素子が前記流体輸送／封じ込め素子に接触して作用的インタフェースを生ずるようにした該操作モジュールと
を備えたことを特徴とする流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記サブストレートをポリマー材料から形成した流体輸送／封じ込め装置。
【請求項３】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で形成した流体輸送／封じ込め装置。
【請求項４】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記流体保持モジュールは、前記流体輸送／封じ込め素子上に設けたカバー層を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項５】
請求項４記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記カバー層を熱伝導性のものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項６】
請求項４記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記カバー層をステンレス鋼とした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項７】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記流体保持モジュールおよび操作モジュールをクランプ機構で互いに固定した流体輸送／封じ込め装置。
【請求項８】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記輸送／封じ込め素子は、１個以上のフローチャネルを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項９】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記輸送／封じ込め素子は、１個以上の吸排気流入口および流出口を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１０】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記輸送／封じ込め素子は、１個以上のリザーバを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１１】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作素子は、１個以上の電気機械的操作機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記電気機械的操作機構は、プランジャ部材および駆動機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１３】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作素子は、１個以上の電磁的操作機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記電磁的操作機構は、電磁コイルを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１５】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作素子は、１個以上の熱的操作機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記熱的操作機構は、ペルチェヒーター／クーラーを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記熱的操作機構は、オーム性ヒーターを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１８】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作モジュールは、１個以上の感知素子を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記感知素子を光学センサとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記感知素子を熱センサとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記感知素子を電気センサとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２２】
熱制御装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートを窪ませてマイクロ流体寸法に形成した熱制御容積素子を有する流体保持モジュールと、
加熱／冷却素子を有する熱モジュールであって、前記流体保持モジュールに着脱可能に固定し、これにより、前記加熱／冷却素子が前記熱制御容積素子に熱的に結合するようにした該熱モジュールと
を備えたことを特徴とする熱制御装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記サブストレートをポリマー材料により形成した熱制御装置。
【請求項２４】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシクロサン（ＰＤＭＳ）で形成した熱制御装置。
【請求項２５】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記熱制御容積素子は、２５ミクロン未満の深さを有するものとした熱制御装置。
【請求項２６】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記流体保持モジュールは、前記熱制御容積素子上に設けたカバー層を有するものとした熱制御装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の熱制御装置において、前記カバー層を熱伝導性の層とした熱制御装置。
【請求項２８】
請求項２６記載の熱制御装置において、前記カバー層をステンレス鋼で形成した熱制御装置。
【請求項２９】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記流体保持モジュールおよび熱モジュールを、クランプ機構で互いに固定した熱制御装置。
【請求項３０】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記加熱／冷却素子を熱電気装置とした熱制御装置。
【請求項３１】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記加熱／冷却素子をペルチェ装置とした熱制御装置。
【請求項３２】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記熱モジュールは、前記加熱／冷却素子に熱的に結合したヒートシンク素子を有するものとした熱制御装置。
【請求項３３】
熱制御装置において、
サブストレートおよびこのサブストレートを窪ませてマイクロ流体寸法に形成したフローチャネルを有する流体保持モジュールと、
ペルチェ装置を有する熱モジュールであって、前記流体保持モジュールに着脱可能に固定し、これにより、前記ペルチェ装置が前記フローチャネルに熱的に結合するようにした該熱モジュールと
を備えたことを特徴とする熱制御装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の熱制御装置において、前記ペルチェ装置を、前記フローチャネルに隣接するペルチェ接合を生ずる２個の半導体熱電気材料層と、および前記２個の半導体熱電気材料層を挟み込む２個の導電層とを有する４層構造とした熱制御装置。
【請求項３５】
請求項３３記載の熱制御装置において、前記ペルチェ装置を、前記フローチャネルに隣接する導電層と、この導電層を挟み込む２個の半導体熱電気材料層と、およびこれら２個の半導体熱電気材料層を挟み込む、さらに他の２個の導電層を有する５層構造とした熱制御装置。
【請求項３６】
ポンプ装置において、
接続部で合流するメインフローチャンネルおよび可変容積セルを有する流体保持モジュールであって、前記メインフローチャンネルおよび可変容積セルのうち少なくとも一方がマイクロ流体寸法である該流体保持モジュールと、
前記流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールであって、前記接続部の両側で前記メインフローチャンネルに隣接して配置した２個の弁を設け、これら２個の弁は、前記接続部の両側でメインフローチャンネルを開閉するために選択的に制御可能とし、さらに、前記可変容積セルの容積を変化させる手段を設け、これにより、前記２個の弁を選択的に制御することに関連するポンプをなすようにした該操作モジュールと
を備えたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項３７】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記２個の弁のうち少なくとも一方をペルチェ作動弁としたポンプ装置。
【請求項３８】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、メインフローチャンネルおよび可変容積セル上に設けたカバー層を有するものとしたポンプ装置。
【請求項３９】
請求項３８記載のポンプ装置において、前記カバー層を熱伝導性の層としたポンプ装置。
【請求項４０】
請求項３８記載のポンプ装置において、カバー層がステンレス鋼であるもの。
【請求項４１】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールおよび操作モジュールを、クランプ機構で互いに固定するポンプ装置。
【請求項４２】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記容積を変化させる手段は、前記可変容積セルに隣接する電気機械的操作機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４３】
請求項４２記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、電気機械的操作機構に対向する可撓性の薄膜を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４４】
請求項４３記載のポンプ装置において、前記可撓の薄膜をばね負荷したポンプ装置。
【請求項４５】
請求項４２記載のポンプ装置において、前記電気機械的操作機構は、プランジャ部材および駆動機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４６】
請求項４６記載のポンプ装置において、前記容積を変化させる手段を、可変容積セルに隣接した電磁的操作機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４７】
請求項４６記載のポンプ装置において、前記電磁的操作機構は、電磁コイルを有するものとし、前記流体保持モジュールは、前記可変容積セルに機械的に連結した磁石を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４８】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記容積を変化させる手段は、前記可変容積セルに隣接する熱的操作機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４９】
請求項４８記載のポンプ装置において、前記熱的操作機構をペルチェ加熱／冷却素子としたポンプ装置。
【請求項５０】
請求項４８記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、前記可変容積セル内に、一つ以上の制御流体を有するものとしたポンプ装置。
【請求項５１】
請求項４８記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、前記可変容積セル内に、１個以上の二相性材料を有するものとしたポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、流体の流れを制御する装置および弁、特に、マイクロ流体装置および弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体工学における小型化および大規模集積化の発達は、電子マイクロチップにおける流体との類似性に関して完全な化学的または生物学的な研究所を創設する概念へと導いた。この種の（Micro Total Analysis SystemsまたはμＴＡＳとして知られている）統合化マイクロ流体装置（integrated microfluidic devices）は、遺伝子分析および医療診断を含む多くの生物学的分析の用途における自動化、および経費節減のキーテクノロジーとみなされている。しかしながら、この種の生物学的分析を行うときに、別々のサンプル間におけるクロス汚染の可能性を回避することが、重要となることがよくある。例えば、同一器具を使用し、別々の患者から一連の血液サンプルを分析する場合、１個のサンプルからのいかなる残留物が器具に存在すると後のサンプルを汚染する恐れがあるので、このことは全く容認できない。このことにより、サンプルと接触することになる全てのコンポーネントを取り外し可能にし、廃棄処分もしくは洗浄する器具の設計に至った。
【０００３】
マイクロ流体装置は、複数の流体を操作することが完全にできなければならない。操作には、例えば、貯蔵、輸送、加熱、冷却および混合のような多くの機能がある。これらの機能を実施するには、マイクロ流体装置に、フローチャネルだけでなく、少なくとも弁、ポンプ、ヒーターおよびクーラーを設けることが必要となる。これらの全ての機能は、マイクロ流体装置における成功の程度を変化させることが明らかになってきているが、弁およびポンプは、概して複雑な装置であり、製造が困難であった。残念なことに、このことが高い製造コストとなり、このため、使い捨て装置を製造するのを実現不可能なものにしていた。
【０００４】
したがって、流体に対してさまざまな操作を行うことができるとともに、使い捨て装置に適している方法で製造できるマイクロ流体装置に対する必要性がある。
【０００５】
発明の開示
説明の便宜上、「マイクロ流体」装置または弁は、少なくとも一次元寸法が１mm未満の１個以上のチャネルを有する。
【０００６】
本発明の各種実施形態によれば、マイクロ流体装置は、作用的に接触し合う２個のモジュール、すなわち、流体保持モジュールおよび操作モジュールから成る。流体保持モジュールは、流体の輸送／封じ込め素子と、流体に接触し得る他の素子を組み込む。操作モジュールは、流体を輸送および制御するための操作機構を組み込む。この２個のモジュールは、互いに接触させて使用する。これらモジュールは、互いに着脱可能に固定し、これにより、不要になる際に、流体保持モジュールを操作モジュールから分離し、処分できるようにする。他方では、操作モジュールは、他の流体保持モジュールで再使用可能とし、よく起こり得る、２個の流体保持モジュールにおける流体間のクロス汚染を排除する。
【０００７】
図１Ａおよび図１Ｂは、サブストレート１０２に埋め込んだ操作素子を組み込んだ操作モジュール１００の実施例を線図的に示す。操作素子の例としては、ペルチェ・ヒータ／クーラー１０４、すなわち加熱および冷却のためのペルチェ（熱電気）接合、抵抗性ヒーター１０６、電磁界を生ずる電磁コイル１０８、および流体保持モジュール（後述する）の表面を変形させる機械式プランジャ１１０があるが、これに限定されるものではない。この実施例では、操作モジュール１００は、さらに、光学センサ１１２、熱センサ１１４および電気センサ１１６のような１個以上の感知素子を設ける。この実施例では、操作モジュール１００は、流体保持モジュール（後述する）と作用的に接触するインタフェース（境界面）をなすほぼ平坦な表面１１８を有する。種々の実施例において、操作素子および感知素子を、正確に規定したパターンで、ほぼ平坦な表面１１８上に、または表面１１８に近接させて分布させる。この図示の実施例においては、操作素子を、規則的な配列パターンにおいて分布する。しかし、操作素子は、また、不規則なパターンでも配置し得ると理解されたい。
【０００８】
図２Ａおよび２Ｂは、サブストレート２０２内に流体輸送／封じ込め素子を組み込んだ流体保持モジュール２００の実施例を線図的に示す。例えば、サブストレート２０２は、容易に成形される重合材料から形成し、例えば、ポリジメチルシロキサンエラストマ（ＰＤＭＳ）を使用してフローチャネルを成形する。輸送／封じ込め素子の例としては、フローチャネル２０４、サンプル流入口２０６および排出口２０８、試薬リザーバまたは貯蔵セル２１０、ならびに、混合および反応セル、熱循環セル、埋め込み磁石、および感知セルのような他のセルおよび素子があるが、これに限定されるものではない。この実施例では、流体保持モジュール２００は、操作モジュール１００に接触して作用インタフェースをなすほぼ平坦な表面２１８を有する。種々の実施例において、流体保持モジュール２００における素子は、正確に規定されたパターンで、ほぼ平坦な表面２１８上、または表面２１８の近傍に分布させる。この図示の実施例において、流体輸送／封じ込め素子は、操作モジュール１００上のそれらに対応する操作素子に整合してインタフェースをなすように分布させる。この実施例では、操作モジュール１００上の全ての操作素子は、流体保持モジュール２００上の流体素子に整合するというわけではない。若干の操作素子が、この実施例で使用する流体保持モジュールのための余剰としているが、異なるレイアウトを有する流体保持モジュールに使用してもよい。操作モジュール上の操作素子を過剰に設けることによって、マイクロ流体装置は、異なるレイアウトを有する流体保持モジュールを用いることによって、異なる用途のために簡単に再構成できる。この実施例では、さらに、流体保持モジュール２００上に識別素子２２４（例えばバーコード）、および操作モジュール１００上に読取素子１２２を設け、操作モジュール１００のための制御装置が流体保持モジュール２００の構成を決定できるようにする。この実施例では、整合マーカー１２０および２２０を、それぞれ操作モジュール１００および流体保持モジュール２００上に設け、２個のモジュールが接触するときに、種々の素子が適正に整列し、操作モジュール１００における操作素子および感知素子が流体保持モジュール２００における適正な流体輸送／封じ込め素子に確実に作用できるようにする。
【０００９】
図３Ａおよび図３Ｂは、操作モジュール１００および流体保持モジュール２００を組み合わせた状態にして有する多機能マイクロ流体装置３００の実施例を示す。この実施例において、流体保持モジュール２００は、さらに、フローチャンネルを包囲し、フローチャネル内に閉じ込められる流体が操作モジュール１００に接触するのを防止するカバー２２２（例えば、カバーシート）を有する。代案として、または付加的に、操作モジュール１００を保護層（例えば、使い捨ての保護層または清浄化が容易な保護層）で被覆することができ、これにより、操作モジュール１００が汚れた場合に、この操作モジュール１００の清浄度を回復するのが容易になる。
【００１０】
この実施例において、操作モジュール１００および流体保持モジュール２００は、クランプ機構３０２により、互いに着脱可能に固定する。多機能マイクロ流体装置300およびそのコンポーネント（構成要素）にとって、コンポーネントの適正動作には、流体保持モジュール２００が操作モジュール１００との良好な熱的および／または機械的な接触を生じていることが必要ある。この実施例では、流体保持モジュール２００は、クランプ機構３０２によって操作モジュール１００に対する所定位置に保持する。しかし、流体保持モジュール２００を、例えばＰＤＭＳのような可撓性材料を使用して形成する場合、２個のモジュール間に小さい気泡が溜まる可能性があり、このことは、インタフェースを通過する熱伝導を制限することになる。２個のモジュールを組み立てる他の構成の場合、操作モジュール１００には、流体保持モジュール２００と整合する表面１１８上に複数個の小さい孔を設ける。これら孔は、真空源（図示せず）に接続する。２個のモジュールを整合させるとき、インタフェースの端縁に（例えば、Ｏリングで）シールを生ぜしめ、真空源を使用して、２個のモジュールの空間から空気を除去する。結果として生じる真空は、２個のモジュールを一緒に保持しつつ、良好な熱接触を確実にする。
【００１１】
ある実施例においては、流体輸送／封じ込めモジュールは、サブストレートおよびこのサブストレートに分布させた流体輸送／封じ込め素子（この流体輸送／封じ込め素子の一つ以上はマイクロ流体寸法を有する）を有する流体保持モジュールと、およびアクチュエーション素子とを有し、操作素子は、流体輸送／封じ込め素子と作用インタフェースをなすよう、流体保持モジュールに着脱可能に固定する。
【００１２】
図３Ｃは、２個の操作モジュール１００′、および流体保持モジュール２００′を組み立てた状態にして有する多機能マイクロ流体装置３００′の実施例を示す。この実施例において、２個の表面上に流体保持素子を有し、そして、２個の表面の流体保持素子を接続するようモジュールに貫通する少なくとも１個のフローチャネル２２６を有する流体保持モジュール２００′を形成することによって、追加の機能を生ずる。この構成によれば、いかなる任意の領域でも流体保持素子の数を倍増できるだけでなく、フローチャネルが互いに交わることなく互いを交錯させることをも可能にし、このことにより、より一層複雑なジオメトリ（構成配置）を可能にし、機能が増加する。この実施例において、２個の操作モジュール１００′は、流体保持モジュール２００′の２個の側面上における流体保持素子を個別に動作させるように構成する。
【００１３】
上述の図面に示す種々のコンポーネント（構成要素）を、以下の部分で詳述する。
【００１４】
熱制御コンポーネント
図4は熱制御コンポーネント４００における実施例を、流体保持モジュール４０２と、この流体モジュール４０２に組み合わせた状態で示す熱モジュール４０４とを有する。流体保持モジュール４０２は、サブストレート４０６と、サブストレート４０６を窪ませて適正した熱制御容積素子４０８を含む。例えば、サブストレート４０６は、例えば熱制御容積素子４０８内の流体よりも低い熱伝導率を有するポリヂメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの材料で形成する。この実施例では、熱制御容積素子４０８は、流体保持モジュール４０２にカバー層４１０を結合することによって閉塞する。例えば、カバー層４１０は、比較的高い熱伝導率を有する材料の薄膜（例えば、厚さ2ミクロンのステンレス鋼）とする。ある実施例においては、熱制御容積素子４０８は、２５ミクロン未満の深さを有する。より深い深さも可能であるが、より長い熱平衡時間となる。
【００１５】
熱モジュール４０４は、加熱／冷却素子４１２を有し、また流体保持モジュール４０２に着脱可能に固定して、加熱／冷却素子４１２が熱制御容積素子４０８に熱的に結合する。この実施例においては、加熱／冷却素子４１２は、熱制御容積をほぼ一様に加熱または冷却するのを保証するよう設計したジオメトリ（形状）の熱電気（ペルチェ）装置とする。この実施例では、ペルチェ装置は、ｎ型およびｐ型の半導体熱電気材料（例えば、ビスマス・テルル化物＜ＢｉＴｅ＞）の層４１６および４１８に挟まれた、高い導電率および高い熱伝導率の材料（例えば銀）の層４１４を有する。この実施例では、これらの層は、熱電気材料に電気的接触を生ずるために、高い導電率および高い熱伝導率を有する材料（例えば銅）の２個の層４２０および４２２間に、挟み込む。この実施例では、結果として生じる５層サンドイッチ構造を、高い熱伝導材料４２６（例えば銅または熱伝導セラミック）で形成したヒートシンク４２４に取り付ける。ヒートシンク材料が導電性である場合、ヒートシンクがペルチェ接合を短絡させるのを防止するために、電気的絶縁材料（例えば、薄いガラス層４２８）でまた被覆しなければならない。流体保持モジュールを導電性材料の層によって被覆する場合、流体保持モジュール、または熱モジュール、またはその双方を、ペルチェ接合間の短絡を防止するために、電気絶縁層（例えば、ガラス）で被覆しなければならない。ヒートシンク層は、さらに、５層ペルチェ・サンドイッチ構造の中心層に隣接して、低い熱伝導率の領域４３０を有してもよい。ヒートシンク層の外面は、一定温度に維持するのが望ましい。
【００１６】
流体保持モジュール４０２を、熱モジュール４０４に対して適切に整列するよう接触させるとき、熱制御コンポーネント４００の動作が可能になる。図４に示すように、流体保持モジュール４０２における熱制御容積素子４０８は、熱モジュール４０４における加熱／冷却素子４１２に隣接し、また、良好な熱的接触状態になる。
【００１７】
５層ペルチェ・サンドイッチ構造は、熱制御容積素子４０８の温度を、以下の通りにほぼ一様となるよう制御する。電流は、ｎ型半導体から銀層を経てｐ型半導体にいたる方向にサンドイッチ構造を経て流す。このことにより、銀層の両側の側面でペルチェ効果により熱吸収を生ずる。銀の熱伝導率は、銀層を囲んでいる材料（ＢｉＴｅ、流体、および流体保持モジュール４０２のサブストレート、を含む）の熱伝導率より少なくとも２桁高いオーダーなので、銀の温度はほぼ均一となる。ペルチェ効果は、また、ＢｉＴｅ層と銅層と間の各接合部分で熱を放出させる。この熱は、銅熱伝導層からヒートシンク層への熱伝導によって消失する。このようにして、銀層の温度は、ヒートシンク層の温度より低い均一な値に維持される。銀層において維持できる最低温度は、全ての隣接層への熱伝導およびＢｉＴｅ層におけるオーム加熱によって制限されるが、しかし、ヒートシンクが通常の室温に維持されていれば、水をベースとする流体を凍らせる程度には十分に低い。電流を、ｐ型半導体から銀層を経てｎ型半導体にいたる逆方向に流すと、逆の効果を生ずる。熱は、銀層の２個の側面で放出され、銅‐ＢｉＴｅの境界面で吸収される。銀層は、このようにしてヒートシンクの温度より高い均一な温度に維持することができる。最高温度は、（この場合、より高い温度の要因になるＢｉＴｅにおけるオーム加熱によってでなく)全ての隣接層の熱伝導によって制限されるが、ヒートシンクが通常の室温に維持されるとき、水をベースとする流体を沸騰させる程度には、十分に高い。銀層の温度は、このように、サンドイッチ構造を流れる電流の大きさおよび方向を制御するプロセスにより有用な範囲内で、任意の値に維持できる。２個のモジュールを合体させることにより、熱制御容積素子と銀層との間に良好な熱接触があることを確実にする。このように、熱制御容積素子内における流体の温度は、やはり、この有用範囲内で均一な値に維持される。種々の実施例において、熱制御容積素子４０８は、２個のモジュール間のインタフェース（境界面）の平面に直交する方向に小さい寸法を有し、これにより熱平衡に迅速に達することを確実にする。例えば、熱制御容積素子の深さを１０ミクロンとし、また、カバー層４１０を厚さ２ミクロンのステンレス鋼で形成すると、熱制御容積素子４０８内における水をベースとする流体は、加熱／冷却素子４１２に対して１００ミリ秒以内に平衡状態になる。
【００１８】
このシステムにおける温度制御は、ゼーベック効果を用いて実現できる。この場合、このシステムの電流を瞬間的に止める。ゼーベック効果は、銀層と２個の銅熱伝導層と間の温度差のみの関数として、サンドイッチ構造の両側に電位差を生成する。代案として、電流を止めることなしに、システムの電圧‐電流特性を測定することによって、温度差を得ることもできる。
【００１９】
外気温度以下に冷却することを必要としない若干の用途において、ペルチェ・サンドイッチ構造を、オーム性ヒーターに替えることができる。種々の実施例において、熱制御容積素子４０８を含む流体保持モジュール４０２を、ペルチェ・サンドイッチ構造もしくはオーム性ヒーターを含む熱モジュール４０４と、交換可能に使用できる。
【００２０】
ある実施例において、熱制御装置は、サブストレートおよびこのサブストレートを窪ませた（マイクロ流体寸法の）熱制御容積素子を有する流体保持モジュールと、加熱／冷却素子を有する熱モジュールとを設け、熱モジュールを流体保持モジュールに着脱可能に固定し、加熱／冷却素子が熱制御容積素子に熱的に結合する。
【００２１】
弁コンポーネント
図５Ａおよび５Ｂは、弁コンポーネント５００の実施例を示し、この弁コンポーネント５００は、流体保持モジュール５０２と、この流体保持モジュールに組み付けた状態で示す熱モジュール５０４とを有する。流体保持モジュール５０２は、サブストレート５０６と、サブストレート５０６を窪ませて形成したフローチャンネル素子５０８とを有する。例えば、サブストレート５０６を、例えば、フローチャンネル素子５０８内の流体と比較して低い熱伝導率を有するポリヂメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のような材料で形成する。この実施例では、フローチャンネル素子５０８を、流体保持モジュール５０２にカバー層５１０を結合することによって閉塞する。例えば、カバー層５１０は、比較的高い熱伝導率を有する材料（例えば、厚さ２ミクロンのステンレス鋼）の薄膜とする。ある実施例においては、フローチャンネル素子５０８は、２５ミクロン未満の深さとする。より深い深さにすることも可能であるが、弁の操作時間がより一層長くなる。
【００２２】
熱モジュール５０４は、加熱／冷却素子５１２（例えば、サブストレート表面に埋め込む）を有し、流体保持モジュール５０２に着脱可能に固定し、加熱／冷却素子５１２をフローチャンネル素子５０８に熱的に結合する。この実施例において、加熱／冷却素子５１２は、フローチャネルの急速加熱または急速冷却を確実にするよう設計したジオメトリ（形状）の熱電気（ペルチェ）装置とする。ペルチェ装置は、図４につき説明した５層構成とすることができ、または、代案として、拡張した領域において均一な温度を維持する必要がないため、図５Ａおよび５Ｂに示す４層サンドイッチ構造のままにし、銀層を省略することができる。例えば、この４層構成はｎ型およびｐ型半導体熱電気材料（例えば、ビスマス・テルル化物（BiTe））の層５１６および５１８を有し、つぎにこれらの層を、熱電気材料に対して電気接触を生ずるようにするため、高い導電率および高い熱伝導率を有する材料（例えば銅）の２個の層５２０、５２２間に挟み込む。この実施例では、４層サンドイッチ構造は、高い熱伝導率材料５２６（例えば、銅または熱伝導セラミック）で形成したヒートシンク５２４に取り付ける。ヒートシンク材料が導電性である場合、ヒートシンクがペルチェ接合を短絡させるのを防止するために、電気的絶縁材料（例えば、薄いガラス層５２８）で被覆しなければならない。流体保持モジュールを導電材料の層で被覆する場合、流体保持モジュール、または操作モジュール、またはその双方は、ペルチェ接合にわたる短絡を防止するために、電気絶縁層（例えば、ガラス）で被覆しなければならない。ヒートシンク層は、また、４層ペルチェ・サンドイッチ構造の中心層に隣接して、低い熱伝導率の領域５３０を設けることができる。ヒートシンク層の外面は、一定温度に維持するのが望ましい。
【００２３】
弁コンポーネント５００を作動するために、フローチャンネル素子５０８が熱モジュール５０４に接触させ、フローチャンネル素子５０８が熱操作素子と良好な熱接触状態となるようにする。弁は、ペルチェ装置を使用して閉じ、流体の凍結点以下にフローチャネルを冷却する。流体が凍結するとき、生ずる中実プラグはチャネル内でそれ以上に流れるのを阻止する。チャネルを暖めるようペルチェ装置における電流の向きを逆転させてプラグを溶解させるか、または、ペルチェ装置への給電を止め、周囲の材料からの熱伝導によってフローチャネルを加熱することによって、弁を開く。弁を作動させるのに必要な時間は、弁の寸法に依存する。例えば、深さ１０ミクロンのフローチャネルおよび厚さ２ミクロンのステンレス鋼カバー層とし、水をベースとする流体のための弁は、１０ミリ秒以内に開閉できる。
【００２４】
かくして、ある実施例において、熱制御装置には、サブストレート、およびこのサブストレートを窪ませた（マイクロ流体寸法の）フローチャンネルを有する流体保持モジュールと、ペルチェ装置を有する熱モジュールとを設け、熱モジュールを流体保持モジュールに着脱可能に固定して、ペルチェ装置がフローチャネルに熱的に結合する。
【００２５】
他の実施例において、弁装置には、サブストレート、およびこのサブストレートに形成したマイクロ流体寸法のフローチャンネルを有する流体保持モジュールと、この流体保持モジュールに着脱可能に固定した操作モジュールとを設け、操作モジュールは、フローチャネルに隣接したペルチェ装置を有し、このペルチェ装置はフローチャンネル内の材料の相を変化させ、相変化弁をなすようにする。
【００２６】
ポンプコンポーネント
図６Ａおよび６Ｂは、流体保持モジュール６０２と、この流体保持モジュールに組み合わせた状態を示す操作モジュール６０４とを有するポンプコンポーネント６００の実施例を示し、上述したように、モジュール６０２および６０４は、互いに着脱可能に固定する。流体保持モジュール６０２は、サブストレート６０６を有する。メインフローチャンネル６０８、制御チャンネル６１０、および可変容積セル６１２は、図示のように、サブストレート６０６を窪ませて形成する。カバー層６１４は、サブストレート６０６上に結合する。操作モジュール６０４は、２個の弁６２０および６２２（例えば、上述のペルチェ作動弁）と、、２個の弁６２０および６２２間のメインフローチャンネル６０８に接続した可変容積セル６１２の容積を変化させる機構（この図面には示さない）とを有する。この実施例では、可変容積セルは、制御チャンネルによってメインフローチャンネルに接続したものとして示す。可変容積セルは、また、メインフローチャンネルに整列させて、別個の制御チャンネルを不要にすることもできることを理解されたい。メインフローチャンネル自体の容積を増減させることによってポンプ作用を遂行することもできる。
【００２７】
ある実施例において、ポンプ装置には、接続部で合流するメインフローチャンネルおよび可変容積セルを有し、メインフローチャンネルおよび可変容積セルのうち少なくとも一方がマイクロ流体寸法である流体保持モジュールと、この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールとを設け、この操作モジュールは、接続部の両側でメインフローチャンネルに隣接して配置した２個の弁を設け、これら２個の弁は、接続部の両側でメインフローチャンネルを開閉するよう選択的に制御可能とし、さらに、操作モジュールは、選択的に２個の弁を制御すること関連してポンプを設け、可変容積セルの容積を変化させる機構設ける。
【００２８】
流体を収容するモジュールを操作モジュールから分離する能力を維持すると共に、容積変化を遂行するために、種々の機構を使用できる。
【００２９】
電気機械的操作機構
図７Ａおよび７Ｂは、流体保持モジュール７０２、およびこの流体保持モジュール７０２に組み合わせた状態で示す操作モジュール７０４を有するポンプコンポーネント７００の実施例を示し、上述したように、モジュール７０２および７０４は、互いに着脱可能に固定する。流体保持モジュール７０２は、サブストレート７０６を有する。メインフローチャンネル７０８、制御チャンネル７１０および可変容積セル７１２は、図示のように、サブストレート７０６を窪ませて形成する。カバー層７１４を、サブストレート７０６上に結合する。操作モジュール７０４は、２個の弁７２０および７２２（分かり易くするため図７Ｂには示さない）、例えば、上述したようなペルチェ作動弁と、２個の弁７２０および７２２間のメインフローチャンネル７０８に接続した可変容積セル７１２の容積を変化させるための電気機械的操作機構７２４とを有する。この実施例では、電気機械的操作機構７２４は、プランジャ部材７２６、および駆動機構７２８を有する。流体保持モジュール７０２は、図示のように、電気機械的操作機構７２４に隣接配置した可撓性の薄膜７３０を有する。例えば、可撓性の薄膜７３０は、変形した場合、弛緩状態に復帰するよう、ばね負荷を与える。ある実施例において、操作モジュール７０４は、可動プランジャを有し、この可動プランジャは、２個のモジュールを組み立て、プランジャを突出させるとき、可変容積セル上の可撓性の薄膜を変形させ、これにより、セルの容積を減少するように構成する。プランジャが後退するときに、可撓性の薄膜に加わるばね負荷により、薄膜をその弛緩位置に復帰する力を加え、これによって、セルの初期容積に復元する。例えば、プランジャが後退し、流入弁が閉じ、流出弁が開いた状態でスタートするとき、ポンプ作用は、以下の逐次ステップで達成される：
１. プランジャを突出させる。
２. 流出弁を閉じる。
３. 流入弁を開く。
４. プランジャを後退させる。
５. 流入弁を閉じる。
６. 流出弁を開く。
ステップ６の後、ポンプはその初期状態に復帰しており、そして、この逐次ステップは所望の流体量をポンプ送給するのに必要な回数だけ繰り返す。説明を分かり易くするため、可変容積セル７１２は、メインフローチャンネル７０８から分岐し、制御チャンネル７１０によって接続したものとして示す。可変容積セル７１２は、メインフローチャンネル７０８のライン上に組み入れることもできる。用途によっては、メインフローチャンネル７０８自体を、「可変容積セル」として使用すると有利である場合もある。いずれの場合でも、操作モジュール７０４におけるプランジヤ部材７２６は、流体保持モジュール７０２における可変容積セル７１２の位置、寸法および形状に適合する位置、寸法、および形状にすることができる。また、このポンプを対称形にし、２個の弁のうちどちらを、流入弁にし、どちらを流出弁にするかを選択することによって、いずれの方向にも流体をポンプ送給することができるものと認識されたい。
【００３０】
電磁操作機構
図８Ａおよび８Ｂは、流体保持モジュール８０２、およびこの流体保持モジュールに組み合わせた状態で示す操作モジュール８０４を有するポンプコンポーネント８００の実施例を示し、上述したように、モジュール８０２および８０４は、互いに着脱可能に固定する。流体保持モジュール８０２は、サブストレート８０６を有する。メインフローチャンネル８０８、制御チャンネル８１０および可変容積セル８１２は、図示のようにサブストレート８０６を窪ませて形成する。カバー層８１４を、サブストレート８０６上に結合する。操作モジュール８０４は、２個の弁８２０および８２２（分かり易くするため、図８Ｂには示さない）、例えば、上述したようなペルチェ作動弁と、２個の弁８２０および８２２間のメインフローチャンネル８０８に接続した可変容積セル８１２の容積を変化させる電磁操作機構８２４とを有する。この実施例では、電磁操作機構８２４は、電磁コイル８２６を有し、それにより、操作モジュール８０４上に可動コンポーネントを有することによって生じうるいかなる潜在的問題も回避する。この実施例において、流体保持モジュール８０２は、可変容積セル８１２に隣接させてサブストレート８０６に埋め込んだ永久磁石８２８を有する。この実施例において、流体保持モジュール８０２は、永久磁石８２８を可変容積セル８１２から分離する可撓性の薄膜８３０を有し、流体が磁石に接触しないようにするが、操作モジュール８０４に接近または遠ざかる磁石の移動により可変容積セル８１２の容積を、それぞれ、減少または増加させるようにする。この実施例においては、流体保持モジュール８０２が作用モジュール８０４に接触するときには、ペルチェヒーター／クーラー８２０および８２２を使用して、流入弁および流出弁を開閉するとともに、操作モジュール８０４における電磁素子（電磁コイル８２６）を使用して、可変容積セル８１２の容積を、交互に増減させるよう、流体保持モジュール８０２における永久磁石８２８を、交互に、押し引きする。例えば、電磁石を切り、流入弁を閉じ、そして流出弁を開いた状態でスタートする場合、ポンプ作用は、以下の逐次ステップで達成される：
１. 永久磁石を引きつける。
２. 流出弁を閉じる。
３. 流入弁を開く。
４. 永久磁石をはね返す。
５. 流入弁を閉じる。
６. 流出弁を開く。
この逐次ステップは、所望の流体量をポンプ送給するのに必要な回数だけ繰り返す。図７Ａおよび７Ｂにつき上述したように、可変容積セル８１２は、メインフローチャンネル８０８のライン上に配置するか、または、制御チャンネル８１０によりメインフローチャンネル８０８に接続する。また、このポンプを対称形にし、２個の弁のうちどちらを、流入弁にし、どちらを流出弁にするかを選択することによって、いずれの方向にも流体をポンプ送給することができるものと認識されたい。
【００３１】
熱操作機構
図９Ａおよび９Ｂは、流体保持モジュール９０２、およびこの流体保持モジュールに組み合わせた状態で示す操作モジュール９０４を有するポンプコンポーネント９００の実施例を示し、上述したように、モジュール９０２および９０４を、互いに着脱可能に固定する。流体保持モジュール９０２は、サブストレート９０６を有する。メインフローチャンネル９０８、制御チャンネル９１０および可変容積セル９１２は、図示のように、サブストレート９０６を窪ませて形成する。カバー層９１４を、サブストレート９０６上に結合する。操作モジュール９０４は、２個の弁９２０および９２２（分かり易くするため図８Ｂに示さない）、例えば、上述したようなペルチェ作動弁と、２個の弁９２０および９２２間のメインフローチャンネル９０８に接続した可変容積セル９１２の容積を変化させる熱操作機構９２４とを有する。この実施例では、熱操作機構９２４は、熱制御素子９２６、例えば、ペルチェヒーター／クーラーを有する。この実施例において、第１制御流体９３２が、制御チャンネル９１０のメインフローチャンネル９０８との交差点近傍部分を、満たしている。この実施例では、第１制御流体９３２は、ポンプ送給している流体とは混ざらない性質とする。この実施例では、第１制御流体９３２は極めて低い蒸気圧を有し、したがって、このポンプを組み込んだ任意の装置の有効寿命にわたりほとんど蒸発しない。これらの必要条件を満たす流体の例としては、真空ポンプオイルがある。この実施例では、第２制御流体９３４が、可変容積セル９１２および制御チャンネル９１０を部分的に満たし、図示のように、第１制御流体９３２との境界面まで達する。この実施例では、第２制御流体９３４は、第１制御流体９３２とは混ざらない性質とする。さらに、この実施例では、第２制御流体９３４は、弁の周囲の通常温度を僅かに上回る温度で蒸発する液体とする。このような流体の例としては、水がある。第２制御流体９３４を加熱するとき、若干の液体が蒸発し、第１制御流体９３２をメインフローチャンネル９０８に向かって移動するよう押しやる。このことにより、メインフローチャンネル９０８の容積を効果的に減少させる。
【００３２】
この実施例において、操作モジュール９０４は、３個のペルチェ加熱／冷却素子を組み込む。これらの素子は、パターン上に配置され、ポンプコンポーネント９００の２個のモジュール９０２および９０４を組み合わせるとき、２個のペルチェ加熱すし冷却素子は、メインフローチャンネル９０８に隣接させ、制御チャンネル９１０との交差点の両側に各１個ずつ配置する。３個のペルチェ加熱／冷却素子は、可変容積セル９１２の温度を制御するよう、位置決めする。動作のために、ポンプコンポーネント９００の２個のモジュール９０２および９０４を組み合わせる。例えば、第２制御流体９３４が室温であり、流入弁を閉じ、そして流出弁を開いた状態でスタートすると、ポンプ作用は以下の逐次ステップで達成される：
１. 第２制御流体を加熱して、蒸発させる。
２. 流出弁を閉じる。
３. 流入弁を開く。
４.第２制御流体を冷却して、凝縮させる。
５. 流入弁を閉じる。
６. 流出弁を開く。
この逐次ステップは、所望の流体量をポンプ送給するのに必要な回数だけ繰り返す。また、このポンプを対称形にし、２個の弁のうちどちらを、流入弁にし、どちらを流出弁にするかを選択することによって、いずれの方向にも流体をポンプ送給することができるものと認識されたい。
【００３３】
このポンプのために、長い期間保存されると、環境の温度における通常の変化が、第２制御流体９３４の若干が蒸発し、この結果、第１制御流体９３２がメインフローチャンネル９０８内に押しやられ、第２制御流体９３４の損失を招く可能性がある。この懸念に対処するため、第１制御流体９３２は、弁の通常の環境温度では固相だが、適温で溶融する物質として設ける。この種の二相性材料の例としては、パラフィンワックスがある。この種の形態を、以下に説明する。
【００３４】
図１０Ａおよび１０Ｂは、以下に説明する点を除いて、ポンプコンポーネント９００（図９Ａおよび９Ｂ参照）に類似するポンプコンポーネント１０００の実施例を示す。この実施例において、第１二相性材料９３６および第２二相性材料９３８を、図示のように、制御チャンネル９１０および可変容積セル９１２に設ける。この実施例において、操作モジュール９０４は、図示のように位置決めし、ポンプを使用しているときに、第１二相性材料９３６を加熱して溶融させる加熱素子９４０を有する。このとき、ポンプは、上述したように、サイクル動作する。ポンプ作用が完了するとき、第１二相性材料９３６は冷えて凝固し、再び、制御チャンネル９１０内に第２二相性材料９３８を閉じ込める。代案として、比較的低い蒸気圧を有する第２二相性材料９３８を使用して、第１二相性材料９３６を前後にポンプ送りする。例えば、第２二相性材料９３８がパラフィンワックスである場合、弁の通常環境温度では固相であり、蒸発または損失の危険度はない。弁はパラフィンを加熱して溶融させることによってサイクル動作し、この溶融により、２〜３％の体積増加を生じ、これに続いて冷却して凝固させ、体積増加が逆転する。この体積変化は液相‐蒸気相変化を使用して得られるものよりはるかに小さいが、それはより正確で、用途によっては十分である。また、パラフィンワックスを、１および第２の二相性材料９３６および９３８の双方に使用することができ、互いに明確な境界線なしに、用いることができる。第２二相性材料９３８として水を使用する場合、パラフィンワックスよりも大きな体積変化（約９％）を生じるが、相変化は概して弁の通常環境温度より低い温度で発生するので、熱制御素子をペルチェ装置とすることが必要である。最後に、効率的ではないが、ポンプコンポーネントは、相変化せずに、第２二相性材料９３８の熱膨張や熱収縮を使用する形態とすることができる。
【００３５】
他の実施例としては、第１制御流体に代えて、可撓性のダイヤフラムを使用する。この形態において、制御チャンネルを可撓性のダイヤフラムによってメインフローチャンネルから分離し、ダイヤフラムが強制移動させられるとき、メインフローチャンネルの容積が増減する。閉じた制御チャンネルには、制御流体、例えば、加熱時に蒸発して、冷却時に凝縮する水を充填する。ポンプ作用は、上述したのと同様に、６ステップシーケンスによって行われる。第１制御流体の代わりに可撓性ダイヤフラムを使用することは、第２制御流体の選択に、より多くの融通性をもたらす。すなわち、混ざり合う流体を避ける必要がなくなり、そして、流体損失の可能性も縮小するからである。
【００３６】
双安定弁コンポーネント
ある用途では、電力供給がなくても、開放位置または閉鎖位置を維持する弁を設けるのが有用である。本発明の種々の実施例によれば、電気的に作動する双安定弁（例えば、マイクロ弁）は、相変化制御流体を使って、弁を通過する作動流体の流れを交互に阻止もしくは解除する。制御流体は、側部チャンネルから導入し、制御流体が液相状態であるときに、ポンプ作用でメインフローチャンネルに出入りさせる。
【００３７】
図１１Ａおよび１１Ｂは、流体保持モジュール１１０２、およびこの流体保持モジュールに組み合わせた状態で示す操作モジュール１１０４を有する弁装置１１００の実施例を示し、上述したように、モジュール１１０２および１１０４は、互いに着脱可能に固定する。流体保持モジュール１１０２は、サブストレート１１０６を有する。この実施例において、サブストレート１１０６は、低い熱伝導率を有する材料（例えばＰＤＭＳ）で形成する。メインフローチャンネル１１０８、制御チャンネル１１１０およびリザーバ１１１２は、図示のように、サブストレート１１０６を窪ませて形成する。この実施例において、メインフローチャンネル１１０８は、直線的に、水平経路をなすように弁装置１１１０を横断し、また、制御チャンネル１１１０は、（メインフローチャンネル１１０８と制御チャンネル１１１０との間における）接続部１１１４からリザーバ１１１２にいたる経路をなす。この実施例では、弁装置１１００は二相性材料１１１６を有し、この二相性材料１１１６は、弁装置１１００が開放状態にあるとき、それはリザーバ１１１２および制御チャンネル１１１０内にほぼ、または完全に閉じ込められる。二相性材料１１１６は、弁装置１１００の通常の外気温度より高い温度で溶融する物質である。カバー層１１１８を、サブストレート１１０６上に結合する。
【００３８】
この実施例において、操作モジュール１１０４は熱制御素子１１２０を有し、この熱制御素子は、２個のモジュールを組み合わせるとき、熱制御素子１１２０が、リザーバ１１１２全体、ならびに制御チャンネル１１１０およびメインフローチャンネル１１０８の一部を、二相性材料１１１６の溶融点より高い温度に加熱することができるよう位置決めする。例えば、熱制御素子１１２０は単純な抵抗ヒーターとすることができ、この場合に、熱制御素子１１２０をスイッチオフした後に、熱は伝導によって周囲に放出され、そして、二相性材料１１１６が再固化する。代案として、熱制御素子１１２０をペルチェ接合とすることができ、この場合には、二相性材料１１１６は電流の向きを逆転させて冷却および固化するようペルチェ接合をクーラーとして作動させる。この実施例において、弁装置１１００は、二相性材料１１１６を接続部１１１４に対してポンプ作用により出入りさせるポンプ機構（この図に示さない）を有する。本願明細書に記載したように、種々のポンプ機構、例えば、プランジャ操作機構、電磁操作機構、または熱的相変化操作機構を使用できるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
弁装置１１００が開放状態にあるとき、二相性材料１１１６は固相で、メインフローチャンネル１１０８を阻止しない。弁装置１１００を閉じるためには、二相性材料１１１６が占有する領域全体、ならびに接続部１１１４を、二相性材料１１１６の融点より高い温度に加熱する。「制御流体」に相変化した後、二相性材料１１１６は２個のチャネル１１０８および１１１０間の接続部１１１４、およびメインフローチャンネル１１０８の若干の付加的部分を完全に満たすまで、二相性材料１１１６をメインフローチャンネル１１０８にポンプ送りする。この後、熱制御素子１１２０を停止させると、二相性材料１１１６は凝固できる。図１２Ａおよび１２Ｂにつき説明すると、弁装置１１００を通過する作動流体（図示せず）の流れは、二相性材料１１１６の中実プラグ１１２２によって阻止され、したがって、弁装置１１００は閉鎖状態となる。開放状態および閉鎖状態のいづれにおいても、二相性材料１１１６は、通常固相であり、弁装置１１００の状態を切り替えるためにだけ、その融点まで加熱する。弁装置１１００を再び開放するために、熱制御素子１１２０を使用して、二相性材料１１１６を溶融する。再度、「制御流体」となった後、二相性材料１１１６は、それからリザーバ１１１２にポンプ作用で戻され、再び、冷却および固化する。弁装置１１００は、このように開放状態に復帰する（図１１Ａおよび１１Ｂ参照）。弁装置１１００は電力供給によって繰り返しサイクル動作することができる、しかし、弁装置１１００開放状態および閉鎖状態に維持するには、電力は必要としない。二相性材料１１１６がサイクル動作の間に損失しないならば、弁装置１１００のサイクル動作できる回数に基本的には制限がない。
【００４０】
ある実施例において、弁装置には、サブストレート、このサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、および制御チャンネル内の二相性材料を有する流体保持モジュールと、流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールとを設け、この操作モジュールは、制御チャンネルおよび接続部に隣接する加熱素子を有し、この加熱素子は、十分なエネルギーを発生して二相性材料を固相から液相に変化させるものとし、さらに、二相性材料が液相であるときに二相性材料を接続部に対して選択的に強制出し入れさせるポンプ機構を設け、双安定相変化弁をなすようにする。
【００４１】
若干の用途にあっては、装置が必要とされるまでの長期間にわたり、流体をマイクロ流体装置における貯蔵セルに貯蔵するのが好ましい場合がある。装置を使用するときに、流体を放出し、例えば、サンプルを分析する試薬として作用させる。一旦流体が放出され、使用されると、貯蔵セルを再度シールする必要はない。この種の用途のために、使い捨ての双安定弁があることは、有用である。
【００４２】
種々の実施例において、弁装置は、作動するまで、閉鎖状態のままにし、その後、開放位置に切り替え、またこの開放状態を維持するよう、構成する。例えば、この種の「一回使用」の弁装置は、長期間にわたり、閉じた容積内に流体をシールするのに使用することができる（例えば、マイクロ流体装置における流体貯蔵）。図１３Ａおよび１３Ｂは、以下に説明する点を除いて、弁装置１１００（図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａおよび１２Ｂ参照）に類似する弁装置１３００の実施例を示す。この実施例において、流体保持モジュール１１０２には、液相の二相性材料１１１６によって湿潤し易い多孔性材料１３０４（例えば、吸い出し手段としてのウィック）を充填した端部容積部１３０２を設ける。この弁において、二相性材料１１１６は、初期的には固体の状態で、メインフローチャンネル１１０８および制御チャンネル１１１０間の接続部１１１４を阻止する。初期的に固相である二相性材料１１１６は、端部容積部１３０２を除いて制御チャンネル１１１０も満たす。流体保持モジュール１１０２は操作モジュール１１０４に整合し（作用インタフェースをなす）、この操作モジュール１１０４は、二相性材料１１１６を加熱する熱制御素子１１２０を有する。弁装置１３００は、二相性材料１１１６を加熱することによって作動する。二相性材料１１１６が液化されると、制御チャンネル１１１０の端部で端部容積部１３０２内に毛細管作用によって引き込まれ、このことによりメインフローチャンネル１１０８から吸い出される。つぎに、熱制御素子１１２０は、制御流体を冷やすために切り替え、制御流体は凝固する。弁装置１３００はこの構成では開放状態となり、作動流体はメインフローチャンネル１１０８を自由に通過することができる。
【００４３】
ある実施例において、弁装置には、サブストレート、このサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で互いに合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、制御チャンネル内の二相性材料、および二相性材料が液相であるときに接続部から二相性材料を毛細管作用で吸い出す機構を有する流体保持モジュールと、この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールとを設け、この操作モジュールには、制御チャンネルおよび接続部に隣接する加熱素子を設け、この加熱素子は、十分なエネルギーを発生して二相性材料を固相から液相に変化させるよう制御可能にして、一回使用の相変化弁をなすようにする。
【００４４】
この弁の変更例として、多孔性材料の代わりに、制御チャンネルよりも相当小さい複数個のマイクロチャネルを使用する。図１４Ａおよび１４Ｂは、以下に説明する点を除いて、弁装置１１００（図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａおよび１２Ｂ参照）に類似する弁装置１４００の実施例を示す。この実施例において、流体保持モジュール１１０２は、制御チャンネル１１１０内に配置した複数個のマイクロチャネル１４０２を有する。マイクロチャネル１４０２は、初期的には、二相性材料１１１６がない。弁装置１４００を加熱して二相性材料１１１６を溶融させるとき、この結果として生じる制御流体が毛細管作用によってマイクロチャネル１４０２に流入し、制御流体をメインフローチャンネル１１０８から抜き出す。この後、熱制御素子１１２０をオフにすると、弁装置１４００は開放状態のままで、制御流体が凝固することができる。
【００４５】
種々の実施例において、使い捨ての双安定弁装置は、初期的に、開いている。このような実施例では、電力供給により弁装置を閉鎖させ、そして、電力がオフにされた後、それは閉鎖状態のままとなる。図１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａおよび１６Ｂは、以下に説明する点を除いて、弁装置１１００（図１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａおよび１２Ｂ参照）に類似する、弁装置１５００の実施例を示す。この実施例において、流体保持モジュール１１０２は制御容積部１５０２を有し、この制御容積部の少なくとも一方の側面を、可撓性ダイヤフラム１５０４（例えば、ばね負荷金属ダイヤフラム）およびカバー層１５０６によって閉鎖する。制御チャンネル１１１０を制御容積部１５０２に達せしめ、双方とも二相性材料１１１６を充填する。しかしながら、接続部１１１４には満たさず、作動流体は弁装置１５００内を自由に流れることができる。とくに、制御容積部１５０２は、可撓性ダイヤフラム１５０４が応力によって外方に押しやられるポイント（図１５Ａおよび１５Ｂ参照）まで充填し、弛緩状態より大きい制御容積部１５０２となるようにする。二相性材料１１１６は固体であるため、可撓性ダイヤフラム１５０４はその弛緩状態に移動することができず、外方へ押しやられた状態にとどまる。弁装置１５００は、制御容積部１５０２、制御チャンネル１１１０および接続部１１１４を、二相性材料１１１６の融点より高い温度まで加熱することによって作動する。このとき、ダイヤフラム１５０４は弛緩し、制御容積部１５０２のサイズを減少させ、流体に接続部１１１４に流入させる。つぎに、熱制御素子１１２０を冷却に切り替え、制御流体を固化する。弁装置１５００は、更なる電力供給を必要とせず、図１６Ａおよび１６Ｂに示すように、閉鎖位置で安定している。
【００４６】
ある実施例において、弁装置は、サブストレート、このサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で互いに合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、制御チャンネル内の二相性材料、この二相性材料に隣接する可撓性のダイヤフラムであって、二相性材料が液相であるとき二相性材料を接続部に向けて押しやるようバイアスを加えたダイヤフラムを有する流体保持モジュールと、この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールとを設け、この操作モジュールは、制御チャンネルおよび接続部に隣接して加熱素子を設け、この加熱素子は、十分なエネルギーを発生して二相性材料を固相から液相に変化させるよう制御可能にし、これにより、一回使用の相変化弁をなすようにする。
【００４７】
類似のポンプ輸送方法論は、初期的に閉鎖状態である使い捨ての双安定弁装置を作るのに適用できる。図１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａおよび１８Ｂは、以下に説明する点を除いて、弁装置１５００（図１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａおよび１６Ｂ参照）に類似する弁装置１７００の実施例を示す。この実施例において、二相材料１１１６は、初期的に、制御容積部１５０２、制御チャンネル１１１０、および接続部１１１４を満たし、メインフローチャンネル１１０８を通過する作動流体の流れを阻止する。この実施例において、制御容積部１５０２は充填された状態の下で、ダイヤフラムはばね負荷に抗して内方に変位する。電力が供給されて二相性材料１１１６を加熱し、溶融すると、ダイヤフラム１５０４は弛緩し、制御容積部１５０２を増大させ、制御流体をメインフローチャンネル１１０８から抜き出す。つぎに、給電を止めて制御流体を冷却し、また固化すると、弁装置１７００は図１８Ａおよび１８Ｂに示した形態のままとなり、このとき、作動流体は自由に流れることができる。
【００４８】
ある実施例において、弁装置は、サブストレート、このサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で互いに合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、この制御チャンネル内の二相性材料、およびこの二相性材料に隣接する可撓性のダイヤフラムであって、二相性材料が液相であるときこの二相性材料を接続部から引き出すようバイアスを加えたダイヤフラムを有する流体保持モジュールと、この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールとを設け、この操作モジュールは、制御チャンネルおよび接続部に隣接して加熱素子を有し、この加熱素子は、十分なエネルギーを発生して二相性材料を固相から液相に変化させるよう制御可能にし、これにより、一回使用の相変化弁をなすようにする。
【００４９】
上述した実施例のそれぞれにおいて、弁の切り替えには、二相性材料１１１６を液相に変えることを含んでおり、そして、それは潜在的にメインフローチャンネル１１０８の下流に押し流されることがある。そのシステムの下流に、固体の二相性材料1116の粒子が、小さいフローチャネルをブロックするか、化学的もしくは生物学的プロセス、または分析に干渉する恐れのある部分がある場合、問題となりうる。サイクル動作する弁を通過するいかなる流れでも、制御流体の損失はありえる。上述の実施例において、この潜在的問題は、双安定弁と直列に、他のタイプである第２の弁を弁装置に設けることによって対処される。このようにすると、双安定弁がサイクル動作するときに、双安定弁内に圧力降下がなくかつ流れがないことを保証できる。例えば、図１９を参照して説明すると、弁装置１９００（弁装置１１００に類似する）には、双安定弁と直列にしてペルチェ作動弁１９０２を設ける。この図において、双安定弁は、開放状態にある。双安定弁を閉鎖するには、まず、電力を、ペルチェ作動弁１９０２に供給する。このことにより、システム内の全ての流れを止める。つぎに、双安定弁を、上述したようにサイクル動作させる。制御流体が固化した後、ペルチェ作動弁１９０２をオフにすることができる。これにより、弁装置１９００に、図２０に示した閉鎖状態に、再配置する。弁装置１９００は、電力を供給せずに、閉鎖状態で安定する。弁装置１９００を再び開放状態にするために、まず、電力を供給してペルチェ作動弁１９０２を閉鎖する。このことにより、双安定弁全体を通して圧力降下がないことを保証する。つぎに、上述したように双安定弁をサイクル動作させ、このとき若干量の制御流体を下流に押し出すかもしれない作動流体の突然の激流を生ずるという懸念はない。双安定弁がサイクル動作を完了し、制御流体が固化した後、ペルチェ作動弁１９０２をオフにすることができ、流体の流れを許容する。ペルチェ作動弁１９０２は、任意の双安定弁と組み合わせることができ、上述の実施例に限定されない。
【００５０】
本発明を上述の実施例につき説明したが、上述の実施例に対して多数の変更および／または付加を加えることができることは、当業者にとって明らかであろる。本発明の範囲は、この種の変更および／または付加全てに及ぶことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】操作モジュールの実施例の線図的正面図である。
【図１Ｂ】操作モジュールの実施例の線図的側面図である。
【図２Ａ】流体保持モジュールの実施例の線図的正面図である。
【図２Ｂ】流体保持モジュールの実施例の線図的側面図である。
【図３Ａ】多機能マイクロ流体装置の実施例の正面図である。
【図３Ｂ】多機能マイクロ流体装置の実施例の側面図である。
【図３Ｃ】２個の操作モジュールおよび流体保持モジュールを有する多機能マイクロ流体装置の実施例の側面図である。
【図４】熱制御コンポーネントの実施例の縦断面図である。
【図５Ａ】弁コンポーネントの実施例の上部における横断面である。
【図５Ｂ】弁コンポーネントの実施例の縦断面図である。
【図６Ａ】ポンプコンポーネントの実施例の正面図である。
【図６Ｂ】ポンプコンポーネントの実施例の側面図である。
【図７Ａ】電気機械的操作機構を有するポンプコンポーネントの実施例の正面図である。
【図７Ｂ】電気機械的操作機構を有するポンプコンポーネントの実施例の側面図である。
【図８Ａ】電磁的操作機構を有するポンプコンポーネントの実施例の正面図である。
【図８Ｂ】電磁的操作機構を有するポンプコンポーネントの実施例の側面図である。
【図９Ａ】熱的操作機構を有するポンプコンポーネントの実施例の正面図である。
【図９Ｂ】熱的操作機構を有するポンプコンポーネントの実施例の側面図である。
【図１０Ａ】熱的操作機構を有する他のポンプコンポーネントの実施例を示す正面図である。
【図１０Ｂ】熱的操作機構を有する他のポンプコンポーネントの実施例における側面図である。
【図１１Ａ】その開放位置をとる弁装置の実施例における正面図である。
【図１１Ｂ】開放位置をとる弁装置の実施例における側面図である。
【図１２Ａ】図１１Ａおよび１１Ｂに示す弁装置が閉鎖位置をとる状態を示す正面図である。
【図１２Ｂ】図１１Ａおよび１１Ｂに示す弁装置が閉鎖位置をとる状態を示す側面図である。
【図１３Ａ】ウィック機構（吸い出し手段）を有する弁装置の実施例における正面図である。
【図１３Ｂ】ウィック機構を有する弁装置の実施例における側面図である。
【図１４Ａ】毛細管作用機構を有する弁装置の実施例における正面図である。
【図１４Ｂ】毛細管作用機構を有する弁装置の実施例における側面図である。
【図１５Ａ】可撓性ダイヤフラムを有するポンプ機構を設け、開放状態にある弁装置の実施例における正面図である。
【図１５Ｂ】可撓性ダイヤフラムを有するポンプ機構を設け、開放状態にある弁装置の実施例における側面図である。
【図１６Ａ】図１５Ａおよび１５Ｂの弁装置における閉鎖状態を示す正面図である。
【図１６Ｂ】１５Ａおよび１５Ｂの弁装置における閉鎖状態を示す側面図である。
【図１７Ａ】可撓性ダイヤフラムを有するポンプ機構を設け、閉鎖状態にある弁装置の実施例における正面図である。
【図１７Ｂ】可撓性ダイヤフラムを有するポンプ機構を設け、閉鎖状態にある弁装置の実施例における側面図である。
【図１８Ａ】図１７Ａおよび１７Ｂに示す弁装置の開放状態を示す正面図である。
【図１８Ｂ】図１７Ａおよび１７Ｂに示す弁装置の開放状態を示す側面図である。
【図１９】双安定弁と直列に配列したペルチェ作動弁を設け、開放状態にある弁装置の実施例を示す正面図である。
【図２０】双安定弁と直列に配列したペルチェ作動弁を設け、閉鎖状態にある弁装置の実施例を示す正面図である。
【図１Ａ】
2008501934.tif 000002
【図１Ｂ】
2008501934.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2008501934.tif 000005
【図３Ａ】
2008501934.tif 000006
【図３Ｂ】
2008501934.tif 000007
【図３Ｃ】
2008501934.tif 000008
【図４】
2008501934.tif 000009
【図５Ａ】
2008501934.tif 000010
【図５Ｂ】
2008501934.tif 000011
【図６Ａ】
2008501934.tif 000012
【図６Ｂ】
2008501934.tif 000013
【図７Ａ】
2008501934.tif 000014
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2008501934.tif 000016
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
2008501934.tif 000018
【図９Ｂ】
2008501934.tif 000019
【図１０Ａ】
2008501934.tif 000020
【図１０Ｂ】
2008501934.tif 000021
【図１１Ａ】
2008501934.tif 000022
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
2008501934.tif 000024
【図１２Ｂ】
2008501934.tif 000025
【図１３Ａ】
2008501934.tif 000026
【図１３Ｂ】
2008501934.tif 000027
【図１４Ａ】
2008501934.tif 000028
【図１４Ｂ】
2008501934.tif 000029
【図１５Ａ】
2008501934.tif 000030
【図１５Ｂ】
2008501934.tif 000031
【図１６Ａ】
2008501934.tif 000032
【図１６Ｂ】
2008501934.tif 000033
【図１７Ａ】
2008501934.tif 000034
【図１７Ｂ】
2008501934.tif 000035
【図１８Ａ】
2008501934.tif 000036
【図１８Ｂ】
2008501934.tif 000037
【図１９】
2008501934.tif 000038
【図２０】
2008501934.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月15日(2007.1.15)
【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】
流体輸送／封じ込め装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに分布させた流体輸送／封じ込め素子素子を有し、これら流体輸送／封じ込め素子素子のうちの１個もしくはそれ以上がマイクロ流体寸法を有するものとした流体保持モジュールと、
操作素子を有する操作モジュールであって、前記流体保持モジュールに着脱可能に固定することにより、前記操作素子が前記流体輸送／封じ込め素子に接触して作用的インタフェースを生ずるようにした該操作モジュールと
を備えたことを特徴とする流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記サブストレートをポリマー材料から形成した流体輸送／封じ込め装置。
【請求項３】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で形成した流体輸送／封じ込め装置。
【請求項４】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記流体保持モジュールは、前記流体輸送／封じ込め素子上に設けたカバー層を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項５】
請求項４記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記カバー層を熱伝導性のものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項６】
請求項４記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記カバー層をステンレス鋼とした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項７】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記流体保持モジュールおよび操作モジュールをクランプ機構で互いに固定した流体輸送／封じ込め装置。
【請求項８】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記輸送／封じ込め素子は、１個以上のフローチャネルを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項９】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記輸送／封じ込め素子は、１個以上の吸排気流入口および流出口を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１０】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記輸送／封じ込め素子は、１個以上のリザーバを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１１】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作素子は、１個以上の電気機械的操作機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記電気機械的操作機構は、プランジャ部材および駆動機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１３】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作素子は、１個以上の電磁的操作機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記電磁的操作機構は、電磁コイルを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１５】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作素子は、１個以上の熱的操作機構を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記熱的操作機構は、ペルチェヒーター／クーラーを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記熱的操作機構は、オーム性ヒーターを有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１８】
請求項１記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記操作モジュールは、１個以上の感知素子を有するものとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記感知素子を光学センサとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記感知素子を熱センサとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の流体輸送／封じ込め装置において、前記感知素子を電気センサとした流体輸送／封じ込め装置。
【請求項２２】
熱制御装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートを窪ませてマイクロ流体寸法に形成した熱制御容積素子を有する流体保持モジュールと、
加熱／冷却素子を有する熱モジュールであって、前記流体保持モジュールに着脱可能に固定し、これにより、前記加熱／冷却素子が前記熱制御容積素子に熱的に結合するようにした該熱モジュールと
を備えたことを特徴とする熱制御装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記サブストレートをポリマー材料により形成した熱制御装置。
【請求項２４】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシクロサン（ＰＤＭＳ）で形成した熱制御装置。
【請求項２５】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記熱制御容積素子は、２５ミクロン未満の深さを有するものとした熱制御装置。
【請求項２６】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記流体保持モジュールは、前記熱制御容積素子上に設けたカバー層を有するものとした熱制御装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の熱制御装置において、前記カバー層を熱伝導性の層とした熱制御装置。
【請求項２８】
請求項２６記載の熱制御装置において、前記カバー層をステンレス鋼で形成した熱制御装置。
【請求項２９】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記流体保持モジュールおよび熱モジュールを、クランプ機構で互いに固定した熱制御装置。
【請求項３０】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記加熱／冷却素子を熱電気装置とした熱制御装置。
【請求項３１】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記加熱／冷却素子をペルチェ装置とした熱制御装置。
【請求項３２】
請求項２２記載の熱制御装置において、前記熱モジュールは、前記加熱／冷却素子に熱的に結合したヒートシンク素子を有するものとした熱制御装置。
【請求項３３】
熱制御装置において、
サブストレートおよびこのサブストレートを窪ませてマイクロ流体寸法に形成したフローチャネルを有する流体保持モジュールと、
ペルチェ装置を有する熱モジュールであって、前記流体保持モジュールに着脱可能に固定し、これにより、前記ペルチェ装置が前記フローチャネルに熱的に結合するようにした該熱モジュールと
を備えたことを特徴とする熱制御装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の熱制御装置において、前記ペルチェ装置を、前記フローチャネルに隣接するペルチェ接合を生ずる２個の半導体熱電気材料層と、および前記２個の半導体熱電気材料層を挟み込む２個の導電層とを有する４層構造とした熱制御装置。
【請求項３５】
請求項３３記載の熱制御装置において、前記ペルチェ装置を、前記フローチャネルに隣接する導電層と、この導電層を挟み込む２個の半導体熱電気材料層と、およびこれら２個の半導体熱電気材料層を挟み込む、さらに他の２個の導電層を有する５層構造とした熱制御装置。
【請求項３６】
ポンプ装置において、
接続部で合流するメインフローチャンネルおよび可変容積セルを有する流体保持モジュールであって、前記メインフローチャンネルおよび可変容積セルのうち少なくとも一方がマイクロ流体寸法である該流体保持モジュールと、
前記流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールであって、前記接続部の両側で前記メインフローチャンネルに隣接して配置した２個の弁を設け、これら２個の弁は、前記接続部の両側でメインフローチャンネルを開閉するために選択的に制御可能とし、さらに、前記可変容積セルの容積を変化させる手段を設け、これにより、前記２個の弁を選択的に制御することに関連するポンプをなすようにした該操作モジュールと
を備えたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項３７】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記２個の弁のうち少なくとも一方をペルチェ作動弁としたポンプ装置。
【請求項３８】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、メインフローチャンネルおよび可変容積セル上に設けたカバー層を有するものとしたポンプ装置。
【請求項３９】
請求項３８記載のポンプ装置において、前記カバー層を熱伝導性の層としたポンプ装置。
【請求項４０】
請求項３８記載のポンプ装置において、カバー層がステンレス鋼であるもの。
【請求項４１】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールおよび操作モジュールを、クランプ機構で互いに固定するポンプ装置。
【請求項４２】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記容積を変化させる手段は、前記可変容積セルに隣接する電気機械的操作機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４３】
請求項４２記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、電気機械的操作機構に対向する可撓性の薄膜を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４４】
請求項４３記載のポンプ装置において、前記可撓の薄膜をばね負荷したポンプ装置。
【請求項４５】
請求項４２記載のポンプ装置において、前記電気機械的操作機構は、プランジャ部材および駆動機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４６】
請求項４６記載のポンプ装置において、前記容積を変化させる手段を、可変容積セルに隣接した電磁的操作機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４７】
請求項４６記載のポンプ装置において、前記電磁的操作機構は、電磁コイルを有するものとし、前記流体保持モジュールは、前記可変容積セルに機械的に連結した磁石を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４８】
請求項３６記載のポンプ装置において、前記容積を変化させる手段は、前記可変容積セルに隣接する熱的操作機構を有するものとしたポンプ装置。
【請求項４９】
請求項４８記載のポンプ装置において、前記熱的操作機構をペルチェ加熱／冷却素子としたポンプ装置。
【請求項５０】
請求項４８記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、前記可変容積セル内に、一つ以上の制御流体を有するものとしたポンプ装置。
【請求項５１】
請求項４８記載のポンプ装置において、前記流体保持モジュールは、前記可変容積セル内に、１個以上の二相性材料を有するものとしたポンプ装置。
【請求項５２】
弁装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに形成し、マイクロ流体寸法を有するフローチャンネル、を有する流体保持モジュールと、
この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールと
を備え、前記操作モジュールには、前記フローチャンネルに隣接するペルチェ装置を設け、このペルチェ装置は、前記フローチャンネル内の材料を相変化させるよう制御可能にし、したがって、相変化弁をなすようにしたことを特徴とする弁装置。
【請求項５３】
請求項５２記載の弁装置において、前記ペルチェ装置を、前記フローチャネルに隣接するペルチェ接合を生ずる２個の半導体熱電気材料層と、および前記２個の半導体熱電気材料層を挟み込む２個の導電層とを有する４層構造とした弁装置。
【請求項５４】
請求項５２記載の弁装置において、前記ペルチェ装置を、前記フローチャネルに隣接する導電層と、この導電層を挟み込む２個の半導体熱電気材料層と、およびこれら２個の半導体熱電気材料層を挟み込む、さらに他の２個の導電層を有する５層構造とした弁装置。
【請求項５５】
請求項５２記載の弁装置において、前記流体保持モジュールは、前記サブストレート上に熱伝導性のカバーを有するもととした弁装置。
【請求項５６】
弁装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、ならびに前記制御チャンネル内に設けた二相性材料を有する流体保持モジュールと、
この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールと
を備え、この操作モジュールは、
前記制御チャンネルおよび接続部に隣接する加熱素子であって、前記二相性材料を固相から液相に変化させるに十分なエネルギーを発生するよう制御可能にした該加熱素子と、
前記二相性材料が液相であるとき、前記接続部に対して前記二相性材料を選択的に強制出入りさせるポンプ手段と
を設け、これにより、双安定相変化弁をなすようにした
ことを特徴とする弁装置。
【請求項５７】
請求項５６記載の弁装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシクロサン（ＰＤＭＳ）で形成した弁装置。
【請求項５８】
請求項５６記載の弁装置において、前記二相性材料をパラフィンワックスとした弁装置。
【請求項５９】
請求項５６記載の弁装置において、前記流体保持モジュールは前記サブストレート上に設けた熱伝導性カバーを有するものとした弁装置。
【請求項６０】
請求項５６記載の弁装置において、前記加熱素子を熱電気装置とした弁装置。
【請求項６１】
請求項５６記載の弁装置において、前記加熱素子をペルチェ装置とした弁装置。
【請求項６２】
請求項５６記載の弁装置において、前記ポンプ手段は、
前記二相性材料に隣接する膨張制御材料と、
前記膨張制御材料に隣接する加熱／冷却素子であって、膨張制御材料の体積を増減するようエネルギーを伝達するよう制御可能な該加熱／冷却素子と
を有するものとした弁装置。
【請求項６３】
請求項５６記載の弁装置において、前記ポンプ手段は、電気機械的アクチュエータを有するものとして構成した弁装置。
【請求項６４】
請求項５６記載の弁装置において、前記ポンプ手段は、電磁的アクチュエータを有するものとして構成した弁装置。
【請求項６５】
請求項５６記載の弁装置において、前記ポンプ手段は、熱的相変化アクチュエータを有するものとして構成した弁装置。
【請求項６６】
請求項５６記載の弁装置において、さらに、前記双安定相変化弁に対して直列的に配列した異なるタイプの他の弁を付加した弁装置。
【請求項６７】
請求項６６記載の弁装置において、前記付加的な弁を、ペルチェ作動弁とした弁装置。
【請求項６８】
弁装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、および前記制御チャンネル内に設けた二相性材料、ならびにこの二相性材料が液相であるとき前記接続部から前記二相性材料を吸い出させる吸い出し手段を有する流体保持モジュールと、
この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールと
を備え、この操作モジュールは、
前記制御チャンネルおよび接続部に隣接する加熱素子であって、前記二相性材料を固相から液相に変化させるに十分なエネルギーを発生するよう制御可能にした該加熱素子を有するものとし、
したがって、一回使用の相変化弁をなすようにしたことを特徴とする弁装置。
【請求項６９】
請求項６８記載の弁装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシクロサン（ＰＤＭＳ）で形成した弁装置。
【請求項７０】
請求項６８記載の弁装置において、前記二相性材料をパラフィンワックスとした弁装置。
【請求項７１】
請求項６８記載の弁装置において、前記流体保持モジュールは前記サブストレート上に設けた熱伝導性カバーを有するものとした弁装置。
【請求項７２】
請求項６８記載の弁装置において、前記加熱素子を熱電気装置とした弁装置。
【請求項７３】
請求項６８記載の弁装置において、前記加熱素子をペルチェ装置とした弁装置。
【請求項７４】
請求項６８記載の弁装置において前記吸い出し手段を、前記制御チャンネルに隣接するリザーバと、このリザーバ内に設けた多孔性材料とを有するものとして構成した弁装置。
【請求項７５】
請求項６８記載の弁装置において前記吸い出し手段を、前記制御チャンネルに隣接するリザーバと、このリザーバ内に設けたマイクロチャンネルとを有するものとして構成した弁装置。
【請求項７６】
弁装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、および前記制御チャンネル内に設けた二相性材料、ならびに前記二相性材料に隣接させた可撓性のダイヤフラムであって、この二相性材料が液相であるとき前記接続部に前記二相性材料を押し込む該ダイヤフラムを有する流体保持モジュールと、
この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールと
を備え、この操作モジュールは、
前記制御チャンネルおよび接続部に隣接する加熱素子であって、前記二相性材料を固相から液相に変化させるに十分なエネルギーを発生するよう制御可能にした該加熱素子を有するものとし、
したがって、一回使用の相変化弁をなすようにしたことを特徴とする弁装置。
【請求項７７】
請求項７６記載の弁装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシクロサン（ＰＤＭＳ）で形成した弁装置。
【請求項７８】
請求項７６記載の弁装置において、前記二相性材料をパラフィンワックスとした弁装置。
【請求項７９】
請求項７６記載の弁装置において、前記流体保持モジュールは前記サブストレート上に設けた熱伝導性カバーを有するものとした弁装置。
【請求項８０】
請求項７６記載の弁装置において、前記加熱素子を熱電気装置とした弁装置。
【請求項８１】
請求項７６記載の弁装置において、前記加熱素子をペルチェ装置とした弁装置。
【請求項８２】
請求項７６記載の弁装置において、前記可撓性のダイヤフラムを金属製とした弁装置。
【請求項８３】
弁装置において、
サブストレート、およびこのサブストレートに形成したチャンネルであって、少なくとも１個のチャンネルはマイクロ流体寸法を有し、接続部で合流するメインフローチャンネルおよび制御チャンネル、および前記制御チャンネル内に設けた二相性材料、ならびに前記二相性材料に隣接させた可撓性のダイヤフラムであって、この二相性材料が液相であるとき前記接続部から前記二相性材料を押し出す該ダイヤフラムを有する流体保持モジュールと、
この流体保持モジュールに着脱可能に固定する操作モジュールと
を備え、この操作モジュールは、
前記制御チャンネルおよび接続部に隣接する加熱素子であって、前記二相性材料を固相から液相に変化させるに十分なエネルギーを発生するよう制御可能にした該加熱素子を有するものとし、
したがって、一回使用の相変化弁をなすようにしたことを特徴とする弁装置。
【請求項８４】
請求項８３記載の弁装置において、前記サブストレートをポリヂメチルシクロサン（ＰＤＭＳ）で形成した弁装置。
【請求項８５】
請求項８３記載の弁装置において、前記二相性材料をパラフィンワックスとした弁装置。
【請求項８６】
請求項８３記載の弁装置において、前記流体保持モジュールは前記サブストレート上に設けた熱伝導性カバーを有するものとした弁装置。
【請求項８７】
請求項８３記載の弁装置において、前記加熱素子を熱電気装置とした弁装置。
【請求項８８】
請求項８３記載の弁装置において、前記加熱素子をペルチェ装置とした弁装置。
【請求項８９】
請求項８３記載の弁装置において、前記可撓性のダイヤフラムを金属製とした弁装置。