(57)【要約】マイクロ流体を切り替える装置が、回転中心軸を有する平らなサブストレートと、この平らなサブストレートに設けられ分岐点まで半径方向に延在するマイクロチャネルとを具える。ある態様では、分岐点が２層分岐点のように形成され、ここでは、上流部分が下流部分から垂直方向にオフセットしている。さらに、上流部分の断面積は、下流部分よりも実質的に小さい。第１および第２の出口チャンバの一方の端部が、分岐点に接続されている。この装置は、中心軸を中心に時計回りに回転して、容器内の流体を第１（右側）の出口チャンバに流し、または反時計回りに回転して容器内の流体を第２（左側）の出口チャンバに流す。【選択図】図４
2008531273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体装置内の流体の流れを切り替える方法であって、
第１の出口チャネルおよび第２の出口チャネルへ分岐する分岐点まで半径方向に延在するマイクロチャネルを具える回転駆動型サブストレートを提供するステップと、
前記半径方向のマイクロチャネルに流体を供給するステップと、
前記サブストレートを中心軸を軸に時計回りに回転させて前記流体を前記第１の出口チャネルに流すステップと、前記サブストレートを中心軸を軸に反時計回りに回転させて前記流体を前記第２の出口チャネルに流すステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記回転駆動型サブストレートが、約９０ラジアン／秒以上の角周波数で回転されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記回転駆動型サブストレートが、コンパクトディスク（ＣＤ）を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記サブストレートが、回転可能な圧盤を介して回転駆動されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記半径方向のマイクロチャネルが、前記分岐点の上流でチャンバに接続されていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記第１の出口チャネルが、第１の出口チャンバまで延在することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、前記第２の出口チャネルが、第２の出口チャンバまで延在することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法がさらに、前記第１の出口チャンバに収容されている流体を取り出すステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法がさらに、前記第２の出口チャンバに収容されている流体を取り出すステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記分岐点が、下流部分から垂直方向にオフセットした上流部分を具える２層分岐点を具えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記上流部分が、前記下流部分の断面積よりも小さい断面積を有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記半径方向のマイクロチャネルならびに第１および第２の出口チャネルが、逆Ｙ字のように形成されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
マイクロ流体装置内の流体の流れを切り替える方法であって、
２つの収集用チャンバへ分岐する分岐点まで半径方向に延在する上流チャネルを具える回転駆動型サブストレートを提供するステップと、
前記サブストレートを中心軸を軸に時計回りに回転させて、前記流体を前記半径方向の上流チャネルを介して前記第１の出口チャネルに流すステップと、前記サブストレートを中心軸を軸に反時計回りに回転させて、前記流体を前記半径方向の上流チャネルを介して前記第２の出口チャネルに流すステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、前記回転駆動型サブストレートが、約９０ラジアン／秒以上の角周波数で回転されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、前記回転駆動型サブストレートが、コンパクトディスク（ＣＤ）を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法において、前記サブストレートが、圧盤を介して回転駆動されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、前記分岐点が、下流部分から垂直方向にオフセットした上流部分を具える２層分岐点を具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法において、前記上流部分が、前記下流部分の断面積よりも小さい断面積を有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法において、前記半径方向のマイクロチャネルならびに第１および第２の出口チャネルが、逆Ｙ字のように形成されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
回転中心軸を有する平らなサブストレートと、
前記サブストレートに設けられ、分岐点まで半径方向に延在するマイクロチャネルと、
一方の端部が前記分岐点に接続された第１の出口チャンバと、
一方の端部が前記分岐点に接続された第２の出口チャンバとを具えることを特徴とするマイクロ流体切り替え装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置において、前記平らなサブストレートが、コンパクトディスク（ＣＤ）を含むことを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の装置において、前記第１および第２の出口チャンバが、個別のマイクロチャネルを介して前記分岐点に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項２０に記載の装置において、前記分岐点が、下流部分から垂直方向にオフセットした上流部分を有する２層分岐点を具えることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、前記２層分岐点の上流部分が、前記下流部分の断面積よりも小さい断面積を有することを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２０に記載の装置がさらに、前記回転中心軸を軸に前記マイクロ流体切り替え装置を回転させる回転可能な圧盤を具えることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置がさらに、前記回転可能な圧盤を時計回りまたは反時計回りに回転させる手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置において、前記手段がモータを具えることを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２０に記載の装置において、前記第１および第２の出口チャンバが左右対称であることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の装置において、前記マイクロ流体切り替え装置の回転周波数の切り替え閾値が、約９０ラジアン／秒以上であることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２０に記載の装置がさらに、画像化システムを具えることを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項２０に記載の装置がさらに、前記半径方向のマイクロチャネルに接続されているサンプルチャンバを具えることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項２３に記載の装置において、前記マイクロ流体切り替え装置は、前記第１および第２の出口チャンバ間の混入がほとんどない状態で、前記第１および第２の出口チャンバ間の流体を切り替えることができることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、一般に、液体を異なる流路またはチャネルにゲート制御または切り替えるのに利用されるマイクロ流体装置および方法に関する。特に、本発明の液体は、マイクロ流体コンパクトディスク（ＣＤ）などのマイクロ流体装置に設けられた共通の入口と２つの出力チャネルとを具えるマイクロ液体構造により、液体の流れる方向を切り替える方法および装置に関する。
【０００２】
関連出願のリファレンス
本出願は、２００５年３月２日に出願された米国暫定特許出願第６０／６５７，７６０の優先権を主張する。米国暫定特許出願第６０／６５７，７６０は、その全体を説明するように参照して、ここに組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
マイクロ流体装置は、研究および商業的な応用の双方にとって、益々重要になってきている。例えば、マイクロ流体装置は、少量の試薬を混合および反応させることでき、これにより、試薬の費用を最小限に抑える。また、このようなマイクロ流体装置は、比較的サイズが小さくまたは「フットプリント」であり、これにより実験室のスペースを節約する。例えば、マイクロ流体装置は、臨床的な応用に益々利用されるようになっている。最後に、マイクロ流体装置は小規模であるため、研究および／または商業的な応用で後に利用される製品を迅速および費用効率よく統合できる。
【０００４】
多くのマイクロ流体装置は、ある流路から別の流路に液体をバルブ制御または切り替える必要性がある。通常、マイクロ流体システムにおける液体のバルブ制御またはゲート制御は、内部の駆動構成要素（例えば、圧電性、空気式、または磁力アシスト機構）を利用して開発されている。しかしながら、このような切り替え方式は、装置を製造する追加的な組み立てステップを必要とし、これにより費用がさらに高くなり、統合がより複雑になる。したがって、ある流路から別の流路に流体の流れをバルブ制御または切り替える、信頼性のある方法および装置の必要性がある。切り替え方法は、有利になるようにマイクロ流体装置に組み込んでもよい。同様に、最小限の組み立てステップで製造できるマイクロ流体スイッチの必要性がある。さらに、スイッチは、スイッチの複雑さが増す可能性のある僅かなあるいは少しの移動構成部材を具えることが好適である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様では、マイクロ流体装置内の流体の流れを切り替える方法が、サブストレート内に配置された半径方向のマイクロチャネルを有する回転駆動型サブストレートを提供するステップを含む。この半径方向のマイクロチャネルは、第１の出口チャネルおよび第２の出口チャネルへ分岐する分岐点まで延在する。ある実施例では、このチャネルはサブストレート上で逆Ｙ字のように形成される。流体が、例えば容器または他のマイクロチャネルにより、半径方向のマイクロチャネルを介して提供される。次いで、サブストレートが、中心軸を時計回りに回転されることにより、流体が第１の出口チャネルに流れ、中心軸を反時計周りに回転されることにより、流体が第２の出口チャネルに流れる。
【０００６】
本発明のある態様では、回転駆動型サブストレートは、比較的低い角周波数、例えば約９０ラジアン／秒またはこれ以上で回転される。回転駆動型サブストレートは、例えば回転可能な圧盤等により回転されるコンパクトディスク（ＣＤ）から形成してもよい。また、別の実施例では、様々なチャネルをチャンバまたは他のチャネルに接続させてもよい。例えば、半径方向のマイクロチャネルは、サンプルまたは容器チャンバへ分岐する分岐点の反対側の端部まで延在してもよい。同様に、第１および第２の出口チャネルはそれぞれ、第１および第２の出口チャンバまで延在してもよい。さらに、本発明の他の態様は、第１および第２の出口チャンバを直接分岐点に接続させてもよい。
【０００７】
また、別の実施例では、分岐点を２層分岐点として形成してもよい。例えば、２層分岐点は、下流のマイクロチャネルまたは下流部分から垂直方向にオフセットされ、または高い位置に設けられた上流のマイクロチャネルまたは上流部分を具えてもよい。また、別の実施例では、上流のマイクロチャネルまたは部分の断面積は、下流のマイクロチャネルまたは部分の断面積よりも小さい。
【０００８】
さらに、本発明の態様では、マイクロ流体スイッチは、回転中心軸を有する平らなサブストレートを具える。半径方向のマイクロチャネルが、この平らなサブストレートに配置され、当該マイクロチャネルの一方の端部が分岐点まで延在する。第１および第２の出口チャンバはそれぞれ、この分岐点に接続されており、切り替えられた流体を集める。第１および第２の出口チャンバは分岐点に直接接続されていてもよく、またはマイクロチャネル等を介して間接的に接続されていてもよい。平らなサブストレートは、回転可能な圧盤により回転されるＣＤを具えてもよい。モータまたはサーボ等を利用してこの圧盤を回転させ、ＣＤを回転させてもよい。モータまたは他の駆動装置は、回転方向および回転速度（周波数）の変化を制御できることが好適である。
【０００９】
本発明のある態様では、分岐点は、下流部分から垂直方向にオフセットまたは高い位置に設けられた上流部分を有する２層分岐点を形成する。ある実施例では、上流部分の断面積は下流部分の断面積よりも小さい。分岐点の２層特性は、（１）装置内の流体の接触面積を低減し、（２）コリオリの力を最大化し、これにより装置の所定の角周波数における流量を最大限にし、（３）２つの出口間のクロストークを軽減および削除するという利点がある。
【００１０】
本発明の別の態様では、本装置は、特定の選択されたサブストレートの領域（例えば、出口チャンバ）を観察および／または分析可能な画像化システムを組み込んでもよい。例えば、画像化システムに操作可能に接続されたカメラは、特定の化学種または生物学的種の存在の有無を検出および計量できるようにしてもよい。この目的を達成するために、本装置を利用して溶剤を分類または分離できるようにしてもよい。一例として、本装置は、アフィニティ分離技術（例えば、溶離されるシリカマトリックスの核酸の吸着）で利用してもよい。このため、本装置は、特定の対象生体分子の抽出を要する迅速バイオアッセイおよび他の生物医学的な診断の応用に利用してもよい。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、コリオリの力を利用するマイクロ流体環境で液体を切り替えまたはゲート制御できる装置および方法を提供することである。また、本発明の目的は、流体の通路を２つの潜在的なブランチ通路のうちの一つに切り替えることができるバイナリスイッチを提供することである。さらに、本発明の目的は、残りの流体により発生する２つの下流ブランチまたはチャンバ間のクロストークまたは混入を軽減または削除するＣＤによるマイクロ流体スイッチを提供することである。さらなる特徴および利点は、以下の好適な図面および説明により明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、コンパクトディスク（ＣＤ）形状の回転駆動型サブストレート１０を示している。図１の実施例では、サブストレート１０は通常、円形であり、回転中心１２を軸に回転する。サブストレート１０は通常、マイクロ流体装置の形成に用いられる多くの材料から作ってもよい。さらに、以下により詳細に説明するように、サブストレート１０は、サブストレートの形状の形成に利用される連続した個別の層を有する複合構造により形成してもよい。図１は、サブストレート１０内に配置され、マイクロチャネルに収容された単位体積の流体１６または液体を有する半径方向のマイクロチャネルの一部を示している。サブストレート１０は矢印Ａで示すように、回転中心を軸に反時計回りに角周波数ωで回転する。
【００１３】
２つの主要な力が、半径方向のマイクロチャネル１４に収容された単位体積の流体１６に作用する。第１の力は遠心力（Ｆcen）であり、図１に示すように半径方向に外側へ流体１６を押し動かす傾向がある。遠心力（Ｆcen）は、以下の公式により表わされ、ここでは、ρは流体の密度、ωは角周波数、ｒは単位体積の流体の半径距離を意味する。
【００１４】
（１）Ｆcen＝−ρ・ω×（ω×ｒ）
【００１５】
第２の力は、サブストレート１０の半径方向に対して垂直または直角に流体１６を押す傾向があるコリオリの力（Ｆcor）である。コリオリの力（Ｆcor）は以下の公式で表わされ、ここでは、ｖは単位体積当たりの速度である。
【００１６】
（２）Ｆcor＝−２・ρ・ω×ｖ
【００１７】
図２Ａは、ここに説明する流体用スイッチ２０を具える種類のサブストレート１０を示している。本実施例によると、スイッチ２０は、分岐点２４で第１および第２の出口チャンバ２６，２８へ分岐している半径方向のマイクロチャネルにより、逆Ｙ字のように形成されている。ある態様では、第１および第２の出口チャンバは、半径方向のマイクロチャネル２２に対して左右対称に配置されている。半径方向のマイクロチャネル２２は、流体１６を保有または一時的に蓄える流体用容器３０に接続されている。この流体用容器３０は、通気口またはポート３２を具えてもよい。もちろん、半径方向のマイクロチャネル２２および／または流体用容器３０は、他のマイクロチャネルまたはチャンバ（図示せず）に接続していてもよい。これは特に、サブストレート１０が様々な形状で形成されている場合、例えば、サブストレート１０が複雑な試料調整および分析に利用される場合に当てはまる。図２Ａはまた、第１および第２の出口チャンバ２６，２８が出口用通気口３４を具えていることを示している。また、この通気口３４は流体１６を取り出すのに利用してもよい。代替的に、チャンバ２６，２８は、サブストレート１０に設けられた別の形状に流体を移動する１以上のマイクロチャネルに接続していてもよい。
【００１８】
図２Ｂは、本発明の別の態様によるスイッチ２０の拡大図である。スイッチ２０は、回転中心１２の近くに配置され、一方の端部が２層分岐点４０で終了する半径方向のマイクロチャネル２２を具えている。マイクロチャネル２２のもう一方の端部は、流体用容器３０に接続している。２層分岐点４０は、第１および第２の出口チャネル５０，５２（図２Ｂに示す）または第１および第２の出口チャンバ２６，２８（例えば、図２Ａに示す種類、４）と半径方向のマイクロチャネル２２が接続することにより形成された平らでない分岐点である。本発明のある実施例では、半径方向のマイクロチャネル２２は、出口チャネル５０，５２または代替的に第１および第２の出口チャンバ２６，２８に対して、垂直方向にオフセットされ、あるいは高い位置に設けられている。
【００１９】
図３Ａは、図２ＢのＡ−Ａ’線に沿った半径方向のマイクロチャンバ２２の断面図である。この断面図は、２層分岐点４０近くの上流部分である。図３Ｂに示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図は透視図である。図３Ｂは、２層分岐点４０近くの下流にあるスイッチ２０の領域の断面図である。図３Ａおよび３Ｂに最もよく示すように、半径方向のマイクロチャネル２２は、第１および第２の出口チャネル５０，５２から垂直方向にオフセットしている。この点において、半径方向のマイクロチャネル２２の下側面５４は、第１および第２の出口チャネル５０，５２の下側面５６に対して高く、あるいは高い位置に設けられている。さらに、本発明のある実施例によると、半径方向のマイクロチャネル２２の断面積は、２層分岐点４０近くの下流部分の断面積（例えば、図３Ｂに示す面積）よりも小さい。
【００２０】
スイッチ２０の２層分岐点４０は、平らな分岐点に優る利点を提供する。この利点には、（１）スイッチ２０の分岐点の領域内の流体１６の接触面積を減らして所望の出口チャンバまたは出口チャネルへの流体１６の移動を促進すること、（２）コリオリの力を最大化して装置の所定の角周波数における流体１６の流量率を最大にすること、（３）２つの出口チャネル５０，５２（または出口チャンバ２６，２８）間の流体１６のクロストークまたは混入を軽減または削除することが含まれる。
【００２１】
図４はスイッチ２０の拡大図である。図４に示す実施例では、２層分岐点４０は、下流側で第１および第２の出口チャンバ２６，２８に接続されている。この実施例では、２層分岐点４０の下流側の端部に接続するマイクロチャネル自体が存在しない。図４はまた、２層分岐点４０の拡大された走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。２層分岐点の断層になったあるいは垂直方向にオフセットした特性が明確に示されている。
【００２２】
図５は、ここに記載したスイッチ２０を具えるサブストレート１０を形成する一の方法を示している。図５に示す方法は、成形したエラストマを利用してマイクロ流体スイッチ２０の形状を形成する。しかしながら、マイクロ流体技術の当業者が知っている他の製造技術を利用して、回転可能なサブストレート１０上に１以上のスイッチ２０を形成してもよい。例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシンを利用して、装置を製造してもよい。代替的に、マイクロ流体の模様は、２枚の外側プラスチックディスクの間にラミネートされたドライフィルムレジストにより、写真のようにエッチングしてもよい。
【００２３】
図５を参照すると、ステップ１００では、シリコンウエハなどのサブストレート６０が提供され、ＳＵ−８（マサチューセッツ州ニュートン所在のMicroChem社から入手可能なＮＡＮＯ  ＳＵ−８）などのネガ型フォトレジスト（negative tone photoresist）６２が、スピンコーティングによりサブストレート６０の上側面に配置されている。次いで、（ＳＵ−８を具える）サブストレート６０は、予備ベーク処理により溶剤を蒸発し、フィルムを圧縮する。例えば、厚さが１００μｍの場合、サブストレート６０は約６５℃で約１０分間熱せられる。最初に塗布するフォトレジスト６２の厚さは、通常１６０μｍである。
【００２４】
予備ベークの後、マスクが、サブストレート６０と、フォトレジスト６２の選択した部分を露光する紫外線光源（図示せず）との間に挿入される。ＳＵ−８を交差結合（cross-link）するのに利用可能な通常の波長は、約３５０ｎｍから約４００ｎｍの範囲である。紫外線光は、最終的にスイッチ２０の形状になるフォトレジスト６２の特定の部分を交差結合するのに利用される。例えば、１回目の紫外線光の露光は、最終的に容器３０および半径方向のマイクロチャネル２２になる形状を形成するのに利用される。
【００２５】
図５のステップ１１０を参照すると、１回目の紫外線光の露光の後にマスクが取り除かれ、フォトレジスト６２の２番目の層がスピンコーティングによりサブストレート６０に配置される。フォトレジスト６２の２番目の層の厚さは約２７０μｍでもよい。別の予備ベーク処理を実施して（通常約６５℃で）再び溶剤を蒸発させ、数分間フィルムを圧縮する。次に、別のマスクが、サブストレート６０と、フォトレジスト６２の所定の領域を選択的に露光する紫外線光源との間に挿入される。２回目の紫外線の露光が、（例えば、４３０μｍの厚さの）出口チャンバ２６，２８および／または出口チャネル５０，５２ならびに２層分岐点４０を形成するのに利用される。次いで、サブストレート６０は、露光後ベーク熱処理（post-exposure bake heating operation）され、サブストレートが約６５℃から約９５℃で数分間熱せられ、フォトレジスト６２が固まる。
【００２６】
次に、ステップ１２０に示すように、サブストレート６０は現像液またはエッチング液（MicroChem社から入手可能）に浸され、フォトレジスト６２の露光されていない部分を除去する。実際の現像時間はフォトレジスト６２の厚さに依存する。厚さが１５０μｍのフォトレジスト層６２の場合、浸漬時間は約１５分から２０分である。他の利用可能な溶剤型の現像液には、乳酸エチルおよびジアセトンアルコールが含まれる。高アスペクト比構造の場合は、溶剤をかき混ぜる必要がある。
【００２７】
ここでステップ１３０を参照すると、サブストレート６０が、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）プリカーサをサブストレート６０の上面に維持するバリアとして機能する周辺リムを具える保持リング６４に配置される。次いで、ＰＤＭＳプリカーサと硬化剤（ミシガン州ミッドランド所在のDow Corning社のSylgard１８５）が、重量比１０：１で完全に混ぜられる。真空状態で混合液のガスを抜いた後、混合液がＳＵ−８のマスター型に注がれて硬化する。型を熱して硬化処理を加速してもよい。
【００２８】
ステップ１４０に示すように、硬化処理の後、スイッチ２０の形状を含むＰＤＭＳ層６６がマスター型から剥がされる。完全なサブストレート１０を形成するために、両面粘着フィルムを使って２つのポリカーボネイトディスクの間にＰＤＭＳ層６６を挟んでもよい。
【００２９】
図６は、こうして形成されたサブストレート１０を回転するのに利用される装置を示している。この装置は、サブストレート１０が設けられる土台または圧盤７０を具える。圧盤７０は、中心軸を時計回りまたは反時計回りに回転する。ある実施例では、圧盤７０は、サブストレート１０に形成された穴７４を部分的または完全に貫通するスピンドル７２を具える。圧盤７０は、シャフト７８を介して、圧盤７０およびサブストレート１０を駆動するのに利用されるモータまたはサーボ７６に接続させてもよい。モータまたはサーボ７６は両方向式であり、圧盤７０が時計回りまたは反時計回りのいずれかに回転する。さらに、モータまたはサーボ７６の速度は、角回転周波数を制御するために制御可能であることが好ましい。例えば、モータまたはサーボ７６は、回転周波数（例えば、回転速度、順序、タイミング等）を制御可能なＰＣ（図示せず）などのコンピュータに接続してもよい。
【００３０】
図６を参照すると、画像化システム８０が本システムに組み込まれている。画像化システム８０は、例えば、流体１６中の１以上の成分を照射する放射線源を具えてもよい。また、画像化システム８０は、例えば、サブストレート１０の１以上の領域（例えば、出口チャンバ２６，２８）を選択的に観察するのに利用できるカメラまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）等の画像化手段を具えてもよい。さらに、画像化システム８０は、流体１６中に含まれる特定の化学種（species）または成分を自動的に分析および検出するのに利用される画像分析ソフトウェアを具えてもよい。
【００３１】
図７および８は、２つの出口チャネル５０，５２のうちの一方に流体１６を選択的に送るのに利用するスイッチ２０の画像である。図７では、スイッチ２０を具えるサブストレート１０が反時計回りに回転する。サブストレート１０が反時計回りに回転することにより、流体１６が容器３０から２層分岐点４０を介して第１の（図７では左側の）出口チャネル５０に送られる。対照的に図８では、スイッチ２０を具えるサブストレート１０が時計回りに回転する。サブストレート１０が反時計回りに回転することにより、流体１６が容器３０から２層分岐点４０を介して第２の（図８では右側の）出口チャネル５２に送られる。
【００３２】
スイッチ２０で使用される２層分岐点４０の大きな利点の一つは、意図していないチャネルまたは出口チャンバへの流体１６の流入を防ぐことである。図９は、時計回りに１００ラジアン／秒で回転した一層または平らな分岐点を利用したスイッチ２０の画像である。図９に示すように、分岐点から下流側の左側出口チャネルの一部に位置する液体プラグがある。１層分岐点は、高い周波数（例えば、３１０ラジアン／秒）でさえ好ましくない液体プラグを発生させることが確認された。しかしながら、この好ましくない作用は、２層分岐点４０により取り除かれる。クロストークまたは混入を防ぐ２層分岐点４０の能力は、混入の危険性なく特定の対象物質を分離する必要があるバイオアッセイで利用される、流れを切り替える応用例には不可欠である。
【００３３】
２層分岐点４０の別の利点は、低い角周波数で切替ができることである。例えば、本発明のある態様では、２層分岐点４０を利用したスイッチ２０は、比較的低い角周波数、例えば約９０ラジアン／秒以上で流体１６を切り替えることができる。
【００３４】
ここに記載したマイクロ流体スイッチ２０は、バイナリスイッチが利用されまたは有用である任意のマイクロ流体の応用例で利用できる。例えば、スイッチ２０は、生物医学および臨床検査の応用例における生体分子のアフィニティ分離に利用できる。スイッチ２０はまた、特定の対象生体分子を採取または分離する必要がある、迅速バイオアッセイおよび生物医学的診断の応用例に実装できる。
【００３５】
本発明の実施例が図示および説明されているが、本発明の目的から逸脱しない範囲で様々な修正が可能である。したがって本発明は、請求項および請求項の内容と同等のもの以外によって限定すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明のマイクロ流体スイッチが配置された例示的なサブストレートを示している。図１は、半径方向のマイクロチャネル内に配置された単位体積の流体に働くコリオリ（Ｆcor）の力および遠心力（Ｆcen）を示している。
【図２】図２Ａは、マイク流体スイッチを具える回転駆動型サブストレート（例えばＣＤ）の平面図である。図２Ｂは、本発明のある実施例によるマイクロ流体スイッチの拡大図である。サブストレートの回転中心に対するスイッチの方向が示されている。
【図３】図３Ａは、図２ＢのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図３Ｂは、図２ＢのＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図４】図４は、２層分岐点を具えるマイクロ流体スイッチのある実施例を示している。図４はまた、２層分岐点の拡大された走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。
【図５】図５は、ＰＤＭＳ成型技術を用いて回転駆動型サブストレートを製造する処理フローチャートを示している。
【図６】図６は、スイッチを具えるサブストレートを回転させるシステムを示している。図６はまた、利用される光学画像システムを示している。
【図７】図７は、反時計回りに回転するスイッチを具えるＣＤの写真である。流体は、左側の出口チャンバに送られる。
【図８】図８は、時計回りに回転するスイッチを具えるＣＤの写真である。流体は、右側の出口チャンバに送られる。
【図９】図９は、平らな分岐点を有するスイッチの写真である。この写真は、左側のブランチチャネルに存在する所望されない液体プラグを示している。
【図１】
2008531273.tif 000003
【図２】
2008531273.tif 000004
【図３】
2008531273.tif 000005
【図４】
2008531273.tif 000006
【図５】
2008531273.tif 000007
【図６】
2008531273.tif 000008
【図７】
2008531273.tif 000009
【図８】
2008531273.tif 000010
【図９】
2008531273.tif 000011
【国際調査報告】
2008531273.tif 000012