(57)【要約】マイクロ流体及び生物医学的適用で流体の流れを制御するための自由な浮動部材を有するマイクロチェックバルブ及びその製造方法。マイクロチェックバルブが、バルブシートと、バルブシート及びバルブシートとバルブキャップとの間を移動可能な固定されていない浮動部材に接触するバルブキャップと、を有している。特定のマイクロチェックバルブは、ゼロクラッキング圧及び逆流ゼロを有している。特定の他のバルブは、流体の流れが圧力の範囲内となるよう構成されている。浮動部材は、中実又はオリフィスを規定することができ、バルブシートは１又は２つのレベルを有し得る。バルブは、浮動部材が流体によりバルブキャップ又はバルブシートに押し付けられたときに、流体が流れるよう構成できる。バルブシートは、マイクロマシニングプロセスに適合するシリコン又は他の材質で、バルブキャップ及び浮動部材はパリレンといったポリマーである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の流れを制御するためのマイクロチェックバルブであって、
基板材料を具えるバルブシートと；
前記バルブシートに配置されたバルブキャップであって、前記バルブシートと前記バルブキャップとの間に空間が規定されるバルブキャップと；
液体によって圧力が加わることにより前記バルブシートと前記バルブキャップとの間の前記空間内を移動可能であり、前記バルブシート及び前記バルブキャップを通る前記液体の流れを受動的に制御する浮動部材と；
を具えることを特徴とするマイクロチェックバルブ。
【請求項２】
前記バルブシートがポートを規定し、前記バルブキャップが少なくとも１のオリフィスを規定しており、
前記ポート及び前記少なくとも１のオリフィスが、互いに流体連通していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項３】
前記浮動部材がオリフィスを規定することを特徴とする請求項２に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項４】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブシートに押し付けられるときに、前記バルブキャップの前記少なくとも１のオリフィスを通り、前記浮動部材の前記オリフィスを通り、そして前記ポートを通って流れ得ることを特徴とする請求項３に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項５】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブキャップに押し付けられるときに、前記バルブキャップの前記少なくとも１のオリフィスを通って流れることができないことを特徴とする請求項３に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項６】
前記ポートが前記バルブシートの中央部を通って規定されており、
前記浮動部材の前記オリフィスが前記浮動部材の中央部を通って規定されており、
前記バルブキャップが、前記ポート及び前記浮動部材のオリフィスに対して半径方向外側に配置された複数のオリフィスを規定していることを特徴とする請求項３に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項７】
前記浮動部材が中実であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項８】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブキャップに押し付けられるときに、前記ポートを通って、前記浮動部材を超えて、前記少なくとも１のオリフィスを通って流れ得ることを特徴とする請求項７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項９】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブシートに押し付けられるときに、前記ポートを通って流れることができないことを特徴とする請求項７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１０】
前記バルブシートが、第１のレベルの第１の面及び前記第１のレベルの下方の第２のレベルの第２の面を有するマルチレベルのバルブシートを具えており、
前記バルブキャップが前記第１の面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１１】
前記基板材料がシリコンであり、
前記バルブキャップ及び前記浮動部材がポリマー材料であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１２】
前記バルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、前記液体の連続的な流れ、ゼロクラッキング圧及び逆流ゼロ用に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１３】
前記バルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、体液、水、溶液、又は薬物又は薬剤の流れを制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１４】
流体の流れを制御するためのマイクロチェックバルブであって、
基板材料を具えるマルチレベルのバルブシートであって、第１のレベルの第１の面及びより低い第２のレベルの第２の面を有するマルチレベルのバルブシートと；
前記第１の面に配置されたバルブキャップであって、前記バルブシートと前記バルブキャップとの間に空間が規定されるバルブキャップと；
流体によって圧力が加わることにより前記マルチレベルのバルブシートと前記バルブキャップとの間の前記空間内を移動可能であり、前記マルチレベルのバルブシート及び前記バルブキャップを通る前記流体の流れを受動的に制御する浮動部材と；
を具えることを特徴とするマイクロチェックバルブ。
【請求項１５】
前記マルチレベルのバルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、前記流体の圧力が閾値圧力とカットオフ圧力との間にあるときに、前記流体が流れ得るよう構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１６】
前記マルチレベルのバルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、前記流体の圧力が前記カットオフ圧力を超えるときに、前記流体の流れを止めるよう構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１７】
前記バルブシートが、流体ポート及び前記流体ポートに流体連通する少なくとも１の流路を規定しており、
前記浮動部材が、流体の圧力の下で、前記少なくとも１の流路を一時的に密閉する平らな形状とアーチ形の形状との間で曲がり得ることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１８】
前記浮動部材が、流体の圧力の下で、前記第１の面の下方に前記第２の面に向かって曲がり、前記少なくとも１の流路を開放して、流体が前記流路及び前記流体ポートを通って流れ得ることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１９】
前記浮動部材が、流体の圧力の下で、前記第２の面に接触するようさらに曲がることができ、前記ポートを密閉して流体が前記バルブシートを通って流れるのを防ぐことを特徴とする請求項１７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項２０】
流体の流れを制御するための浮動部材を有するマイクロチェックバルブを製造する方法であって、当該方法が、
バルブシートを具える基板上に複数のポリマー層及び複数の犠牲層を交互に積層するステップであって、前記複数のポリマー層が、前記浮動部材を具える第１のポリマー層と、バルブキャップを具える第２のポリマー層と、流路を規定する外壁を具える第３のポリマー層とを有するステップと、
前記複数の犠牲層を除去することによって、前記バルブシートと前記ポリマーのバルブキャップとの間を移動可能な浮動ポリマー部材を有するチャンネル内マイクロ流体バルブを形成するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、35 U. S. C. 119に基づいて、２００６年８月１０日に出願され参照することによりその内容が全部を説明するように本書に盛り込まれた米国仮出願第60/836,883号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
米国政府は、国立科学財団によって付与された認可番号第EEC0310723号に基づく本発明に関する特定の権利を有する。
【０００３】
本発明の技術分野は、マイクロ流体バルブに関し、特に、生物医学及びマイクロ流体工学での適用で使用するためのマイクロチェックバルブに関する。
【０００４】
マイクロ流体バルブ機器は、様々な生物医学的な適用で用いられている。一つの既知の適用例は、マイクロチェックバルブを眼の中に埋め込んで緑内障を治療することである。緑内障は、大勢の人々が侵されるよく知られた眼病である。この病気を患う者は懸命な治療を要する。この病気により視野を喪失し、治療しないまま放置されると、永久的な視力喪失をもたらすものであり、米国及び諸外国における失明の第１の原因である。緑内障の正確な原因は知られていないが、視神経円板及び網膜の神経線維での病的変化によって特徴付けられる。研究により、このような病気の発生が眼圧の上昇を含む様々な要因によるものであることが示唆されている。
【０００５】
通常の眼の眼圧は、一般に約１０から２１ｍｍＨｇの範囲であり、例えば１５ｍｍＨｇである。眼圧が正常なときに緑内障が現れるが、緑内障の患者の眼の眼圧は、多くの場合２１ｍｍを超える。眼圧の上昇は、視神経のゆっくりとした損傷に関与していると考えられており、これによって視野に盲点が生じる可能性がある。
【０００６】
眼圧を減らすために眼から流体を排出するための器具を埋め込むことが知られている。１つの既知の埋め込み器具は、Molteno（登録商標）インプラントとして知られている。初期のMolteno（登録商標）インプラントはバルブを有さず、フリーフローのインプラントが機能的な泡の形成を促す強膜プレート及び眼の前房の中に延びるチューブを有している。チューブにより房水が前房から房水を吸収するプレートに流れるようにすることができる。しかしながら、これらのタイプの眼のインプラント器具は連続的に排出するために設計されているため、流体を過度に排出してしまう。さらに、これらのタイプのインプラントは、十分な排出制御を与えない。このため、このタイプの器具は、眼圧を調節するのに最適ではない。
【０００７】
別の既知のインプラントは、Ahmed（登録商標）バルブとして知られており、New World Medical, Inc. in Rancho Cucamonga, Californiaによって製造されている。このバルブは規制部材を有しており、特定のMolteno（登録商標）インプラントの低眼圧症の問題を減らす。Ahmed（登録商標）バルブは、ポリプロピレンの本体に取り付けられたシリコーンチューブ及びプレートを有している。このバルブ機構は２つのシリコーンエラストマー膜を有しており、バルブは特定の閾値圧力（例えば８ｍｍＨｇ）で開放するよう構成されている。
【０００８】
しかしながら、Ahmed（登録商標）バルブは、眼圧の調節を強化するよう改善される可能性がある。第１に、器具の大きなサイズにより、Ahmed（登録商標）バルブの埋め込みが複雑となる可能性がある。さらに、Ahmed（登録商標）バルブの埋め込みは縫合糸の使用を要するが、これは望ましくない。さらに、Ahmed（登録商標）バルブは、流量を減らすためにベンチュリー効果の使用を含んでいるが、高圧で遮断又は流れのカットオフを与えない。換言すれば、Molteno（登録商標）のようなAhmed（登録商標）バルブは、「バンドパス機能」を可能にせず、例えば、眼を擦ったり圧迫することによる一時的な眼圧の上昇といった高い眼圧における流体の過剰な排出を防止できない。
【０００９】
図１を参照すると、フリーフローのMolteno（登録商標）インプラントといった眼圧の処置及び他の生物医学的適用で使用されるバルブを含む既知のマイクロチェックバルブが、クラッキング圧及び／又は逆流によって特徴付けられている。クラッキング圧は、前方流のためにバルブを開放するのに要する最小圧力である。「ｘ」軸が流体の圧力を表し「ｙ」軸が流量に対応する図１に示すように、クラッキング圧を超えると、圧力／流量の関係が理想的又は直線的ではなくなる。実際に、既知のマイクロチェックバルブは非線形である。
【００１０】
さらに、Ahmed（登録商標）を含む既知のマイクロチェックバルブ器具は、逆流を特徴としており、それによって（閉止すべき）バルブを通って眼の中に流体及び粒子の負の方向の逆流を引き起こす。このような不備の双方向バルブ挙動により、既知のマイクロチェックバルブの一体化したマイクロ流体システム、特に小規模の圧力／流量作動でのフロー制御部品としての実用的用途が限定され、これらの挙動は、シリコン基板を選択的にエッチングすることによるバルクマイクロマシニング、又は基板上に建造物を伴う表面マイクロマシニング法でマイクロチェックバルブを製造するか否かに拘わらず存在する。
【００１１】
このように、クラッキング圧及び逆流が既知のマイクロチェックバルブの技術的な問題となり続けており、既知のマイクロチェックバルブは、ゼロのクラッキング圧及び逆流ゼロのいずれも実現できていない。このようなマイクロチェックバルブ器具は、他の方法によって、例えば眼球内の調節及びマイクロ流体器具を含む他の生物医学的適用を改善するさらなる流量制御を与えることによって、そして、（例えば、眼のインプラントのケースでは）より簡単に縫合糸無しに埋め込むことができるより小さな器具を提供することによって、さらに改善できる可能性がある。
【００１２】
このため、埋め込み可能なマイクロチェックバルブのクラッキング圧及び逆流を改良して、図１に示すような非線形関係ではない流量関係である直線的又は理想的な流体の圧力を提供するのが望ましい。このような器具は、ラボチップ、薬剤送出、流量調節及び他の適用例を含む様々な生物医学的適用を促進する。さらに、より簡単に患者の眼の中に埋め込んでより効果的に眼圧を調節することができ、流量制御が強化されたマイクロチェックバルブ、例えば眼を擦ったり、圧迫したり又は打ち付けたりして引き起こされる一時的な眼圧の上昇の際に過剰な排出を防止し得るような、例えば、特定の範囲の圧力のときに流し又は「バンドパス」のマイクロフロー調節器として機能するマイクロチェックバルブが望ましい。また、縫合糸無しに埋め込み可能なこのようなインプラント可能なマイクロチェックバルブを有するのが望ましい。また、表面マイクロマシニング及びＭＥＭＳ技術を用いて商業規模でこのようなマイクロチェックバルブ器具を製造し得るのが望ましい。このような性能は、様々な生物医学的適用及び緑内障及び圧力に依存する他の生理的状態及び疾病の治療を促進するであろう。
【発明の概要】
【００１３】
一実施例によれば、液体の流れを制御するためのマイクロチェックバルブが、バルブシートと、バルブキャップと、浮動部材とを有している。バルブシートは、基板材料を具えており、バルブキャップは、バルブシートとバルブキャップとの間に空間が規定されるようにバルブシートに配置されている。浮動部材は、液体によって浮動部材に圧力が加わることにより、バルブシートとバルブキャップとの間の空間内を移動可能であり、バルブシート及びバルブキャップを通る液体の流れを受動的に制御する。
を具える。
【００１４】
別の実施例によれば、流体の流れを制御するためのマイクロチェックバルブが、マルチレベルのバルブシートと、バルブキャップと、浮動部材とを有している。バルブシートは基板材料を具えており、マルチレベルのバルブシートが、第１のレベルの第１の面と第２の低いレベルの第２の面とを有している。バルブキャップが、バルブシートの第１の面に配置されており、バルブシートとバルブキャップとの間に空間が規定されている。浮動部材は、流体によって浮動部材に圧力が加わることにより、バルブシートとバルブキャップとの間の前記空間内を移動可能であり、マルチレベルのバルブシート及びバルブキャップを通る流体の流れを受動的に制御する。
を具える。
【００１５】
別の実施例が、流体の流れを制御するための浮動部材を有するマイクロチェックバルブを製造する方法に関する。当該方法が、基板上に複数のポリマー層及び複数の犠牲層を交互に配置するステップを有している。基板はバルブシートを有している。複数のポリマー層が浮動部材を形成する第１のポリマー層と、バルブキャップを形成する第２のポリマー層と、流路を規定する外壁を形成する第３のポリマー層とを有する。さらに本方法は、犠牲層を除去することによって、バルブシートとポリマーのバルブキャップとの間を移動可能な浮動ポリマー部材を有する流路内マイクロ流体バルブを形成するステップを具える。
【００１６】
１又はそれ以上の実施例では、バルブシートがポートを規定し、バルブキャップが少なくとも１のオリフィスを規定している。浮動部材は、中実又はオリフィスを規定してもよい。例えば、バルブシートの中央を通るポートを規定してもよく、浮動部材の中央を通るオリフィスを規定してもよく、バルブキャップが、ポート及び浮動部材のオリフィスの周りの円形状の形式で複数のオリフィスを規定してもよい。一形態では、浮動部材が液体によってバルブシートに押し付けられるときに、液体がバルブキャップのオリフィスを通り、浮動部材のオリフィスを通り、そしてポートを通って流れることができるのに対して、浮動部材が液体によってバルブキャップに押し付けられるときに、液体はバルブキャップの少なくとも１のオリフィスを通って流れることができない。一形態では、浮動部材が中実であり、浮動部材が液体によってバルブキャップに押し付けられるときに、液体がポートを通って、浮動部材の上方に、少なくとも１のオリフィスを通って流れることができるのに対して、浮動部材が液体によってバルブシートに押し付けられるときに、液体はポートを通って流れることができない。
【００１７】
一又はそれ以上の実施例では、マルチレベルのバルブシートが、第１のレベルの第１の面と第１のレベルの下方の第２のレベルの第２の面を有しており、バルブキャップが第１の面上に配置されている。流体の圧力がカットオフ圧力を超えるときに流体の流れを止めるように流体の圧力が閾値圧力とカットオフ圧力との間のときに、バルブキャップ及び浮動部材によって流体が流れ得るようマイクロチェックバルブを構成してもよい。
【００１８】
１又はそれ以上の実施例では、浮動部材が、流体の圧力の下で、少なくとも１の流路を一時的に密閉する平らな形状とアーチ形の形状との間で曲がり得る。このような形式では、浮動部材が、流体の圧力の下で、マルチレベルのバルブシートの第１の面の下方でマルチレベルのバルブシートの第２の面に向かって曲がり、少なくとも１の流路を開放して、流体が流路及び流体ポートを通って流れることが可能であり、流体の圧力の下で、前記第２の面に接触するようさらに曲がることができ、ポートを密閉して流体がバルブシートを通って流れるのを防ぐ。
【００１９】
１又はそれ以上の実施例では、バルブシート、バルブキャップ及び浮動部材が、液体を連続的に流し、ゼロのクラッキング圧及び逆流ゼロとなるよう構成され、体液、水、溶液、又は薬物又は薬剤といった液体の流れを制御するよう構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
ここで、全体を通して同じ符号が対応するパーツを表す図面を参照する。
【００２１】
【図１】図１は、様々な既知のマイクロチェックバルブのクラッキング圧、逆流及び非線形の圧力−流量関係を概略的に表すグラフである。
【図２】図２は、一実施例に従って構成された自由な浮動部材又はダイアフラムを有する断面斜視図である。
【図３】図３は、一実施例に従って構成され、ブレークダウン圧力を超える圧力でクラキング圧及び逆流が無く、直線的な圧力−流量挙動を呈するマイクロチェックバルブを概略的に表すグラフである。
【図４】図４は、一実施例に従って構成され、ブレークダウン圧力を超える圧力でクラキング圧及び逆流が無く、直線的な双方向の圧力−流量挙動を呈するマイクロチェックバルブを概略的に表す別のグラフである。
【図５】図５は、一実施例に従って構成され、ブレークダウン圧力を超える圧力でクラキング圧及び逆流が無く、直線的な圧力−流量関係を呈するマイクロチェックバルブの部品の断面及び平面図である。
【図６】図６は、流体によってバルブシートに押し付けられる中実の浮動部材によりマイクロチェックバルブが閉止するよう構成された図５に示す部品の断面図である。
【図７】図７は、流体によってオリフィスを有するバルブキャップに押し付けられる中実の浮動部材によりマイクロチェックバルブが開放されるよう構成された図５に示す部品の断面図である。
【図８】図８は、別の実施例に従って構成され、ブレークダウン圧力を超える圧力でクラキング圧及び逆流が無く、直線的な圧力−流量関係を呈するマイクロチェックバルブの部品の断面及び平面図である。
【図９】図９は、流体によってオリフィスを有するバルブキャップに押し付けられるオリフィスを有する浮動部材によりマイクロチェックバルブが閉止するよう構成された図８に示す部品の断面図である。
【図１０】図１０は、流体によってバルブシートに押し付けられるオリフィスを有する浮動部材によりマイクロチェックバルブが開放されるよう構成された図８に示す部品の断面図である。
【図１１】図１１は、マルチレベルのバルブシート及び浮動部材を有する別の実施例に従って構成されたマイクロチェックバルブの部品の断面図である。
【図１２】図１２は、一実施例に従った流路を有するマルチレベルのバルブシートの一部の平面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示すマルチレベルのバルブシートのライン１３−１３に沿った断面図である。
【図１４】図１４は、図１２に示すマルチレベルのバルブシートのライン１４−１４に沿った複数の流路を示す断面図である。
【図１５】図１５は、平らでマルチレベルのバルブシートとともに使用する弾力性のある浮動部材の断面及び平面図を含む。
【図１６】図１６は、流体の圧力により曲げられて図１５に示す平らな浮動部材に対して半径が減少した弾力性のある浮動部材の断面及び平面図を含む。
【図１７】図１７は、流体の圧力により大きく曲げられて図１６に示す曲がった浮動部材に対して半径が減少した弾力性のある浮動部材の断面及び平面図を含む。
【図１８】図１８は、一実施例に従ったマルチレベルのバルブシートを有するマイクロチェックバルブが、カットオフ圧力を超える圧力で流体の流れを遮断するためにバントパスバルブとしてどのように機能するのかを示す概略的に表すグラフである。
【図１９】図１９は、図１８で段階（ａ）として表される負圧又は不十分な正圧が弾力性のある浮動部材に加わったときの、マルチレベルのバルブシートを有し一実施例に従って構成された閉止位置にあるマイクロチェックバルブの部品の断面図である。
【図２０】図２０は、図１８で段階（ｂ）として表される閾値圧力よりも低い正圧が弾力性のある浮動部材に加わったときの、閉止したままのマルチレベルのバルブシートを有する図１９に示すマイクロチェックバルブの部品の断面図である。
【図２１】図２１は、マルチレベルのバルブシートに押し付けられ流路を覆ってバルブのポートを閉止する弾力性のある浮動部材を示す図２０のライン２１−２１に沿った平断面図である。
【図２２】図２２は、図１８で段階（ｃ）として表される閾値圧力よりも高い正圧により弾力性のある浮動部材が曲げられたときに開放されるマルチレベルのバルブシートを有する図１９に示すマイクロチェックバルブの部品の断面図である。
【図２３】図２３は、流体の圧力により曲げられて浮動部材の外縁がバルブシートから持ち上げって流路を開放した弾力性のある浮動部材を示す図２２のライン２３−２３に沿った平断面図である。
【図２４】図２４は、図１８で段階（ｄ）として表されるカットオフ圧力よりも高い正圧により弾力性のある浮動部材が大きく曲げられたときに、浮動部材がバルブシートを閉止するよう密閉するマルチレベルのバルブシートを有する図１９に示すマイクロチェックバルブの部品の断面図である。
【図２５】図２５は、図１１から図２５に示すマイクロチェックバルブが眼の中に埋め込まれて眼圧を調節する１つの方法を概略的に示す。
【図２６】図２６は、表面マイクロマシニング／ＭＥＭＳ製造法を用いた浮動部材を有するマイクロチェックバルブの製造方法の１つの実施例を示す流れ図である。
【図２７】図２７は、図２６に示す方法を用いて製造され図５から図７に示すよう構成されたマイクロチェックバルブの乾燥後の走査型電子顕微鏡像である。
【図２８】図２８は、浮動部材を有し図５から図７に示すよう構成された液体環境の中の流路内マイクロチェックバルブの顕微鏡写真である。
【図２９】図２９は、浮動部材を有し図８から図１０に示すよう構成された液体環境の中の流路内マイクロチェックバルブの顕微鏡写真である。
【図３０】図３０は、実施例に従って構成されたマイクロチェックバルブの動作を確認するために使用された試験システムを示す。
【図３１】図３１は、図３０に示す試験システムを用いて得られた試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
特定の実施例が、自由な浮動部材又はダイアフラム及び理想的又はほぼ理想的な双方向の流体挙動を有するマイクロ流体及び生物医学的適用に使用するマイクロチェックバルブに関する。このようなマイクロチェックバルブは、クラッキング圧及び逆流を都合良く除去する。統合マイクロ流体、薬剤の送出、及びラボチップ（lab-on-a-chip）を含む様々な生物医学的適用でこのようなマイクロチェックバルブを使用してもよい。特定の他の実施例が、流体の圧力がカットオフ圧力を超えたときに流体の流れが止まるように構成された、自由な浮動部材及びマルチレベルのバルブシートを有する「バンドパス」マイクロチェックバルブに関する。このようなマイクロチェックバルブを、眼圧の調節を強化しつつ縫合糸を必要とせずに眼の中で実施してもよい。特定の実施例が、例えば、表面マイクロマシニング及びＭＥＭＳ技術を用いて、犠牲部材とマイクロチェックバルブの部品を形成する材料の層を交互に積層することにより、自由な浮動部材を有するマイクロチェックバルブの製造方法に関する。
【００２３】
図２から図１０は、生物医学的適用で使用するためのマイクロチェックバルブであって、自由な浮動部材又はダイアフラム、線形又は略線形の圧力−流量関係、ゼロクラッキング圧を有し、ブレークダウン圧力よりも高い圧力で逆流が無いマイクロチェックバルブの実施例を示す。このようなマイクロチェックバルブは、連続的に流体が流れて、ラボチップ（lab-on-a-chip）、薬剤の送出及び流体の調節を含む生物医学的適用に非常に適している。また、このようなバルブを、緑内障の治療のための眼圧の調節用に使用するよう構成してもよい。図１１から図２４は、例えば、眼のインプラントとして生物医学的適用で使用するためのマイクロチェックバルブであって、弾力性が有り曲げることのできる自由な浮動部材及びマルチレベルのバルブシートを有するマイクロチェックバルブの実施例を示す。このようなバルブは、流量及び圧力の制御を強化するよう構成されている。図２５は、例えば、緑内障の治療のため眼圧を調節するために、縫合糸無しに眼の中にマイクロチェックバルブを埋め込むことができる１つの方法を示している。図２６から図３１は、製造方法、方法の実施例で製造されたマイクロチェックバルブ、実施例によって実現される利点を確認する試験の準備及び試験結果を示している。
【００２４】
図２を参照すると、一実施例に従って構成されたマイクロ流体チェックバルブ２００が、底面及び上面２１１，２１２をそれぞれ有するバルブシート２１０と、バルブシート２１０の上面２１２に接するバルブ又はシーリングキャップ２２０（一般にバルブキャップ２２０と称される）と、フリーの浮動部材又はダイアフラム２３０（一般に浮動部材２３０と称される）とを有している。浮動部材２３０は自由に移動でき、いかなる外部の駆動装置に結合されない。
【００２５】
バルブシート２１０、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０といった部品は、流路を規定する管又は壁（図２に示さずに図２６に示す）の内側に配置される。本明細書で使用する「流体」は、流動可能な液体又は溶液として規定され、その例として、体液（例えば、血液、房水、髄液等）、水、溶液、液状の薬物又は薬剤、ラボチップ上を流れる液体又は溶液、及び他の液体、溶液、及び生物医学的適用、臓器、組織及び身体機能に関する体液を含む。図示する実施例では、バルブキャップ２２０が略円形又は円筒形を有しており、第１の部分又は外縁２２１及び第２又は内側部分２２２を有している。バルブ２００は、第１の部分２２１の底面２２３がバルブシート２１０の上面２１１に接触して密着するよう作製される。第２の部分２２２は、バルブシート２１０の上面２１１の上方に隆起した形状となっていることで、バルブシート２１０の上面２１２及びバルブキャップ２２０の第２の部分２２２の裏面２２４間に、内側空間２４０を規定する。
【００２６】
浮動部材２３０は固定されておらず、バルブシート２１０の上面２１１及びバルブキャップ２２０の第２の部分２２２の裏面２２４間を自由に移動可能であり、マイクロチェックバルブ２００を通る流体の流れを受動的に制御する。説明を簡単にするために、バルブシート２１０の上面２１１及びバルブキャップ２３０の裏面２２４間を移動できる浮動部材２３０を参照する。図２に示すように、浮動部材２３０は、バルブシート２１０の上面２１２に対して垂直な面を逆に向いた２方向に移動できる。
【００２７】
バルブシート２１０は流体ポート２１５を規定しており、そこを通って流体が流れ、バルブキャップ２２０は１又はそれ以上のオリフィス２１５（複数のオリフィス２１５を示す）を規定する。流体は、バルブキャップ２２０及びオリフィス２２５の構成、及び浮動部材２３０の構成及び位置に応じてマイクロチェックバルブ２００を通って様々な方向に流れる。
【００２８】
バルブシート２１０は、シリコンといったマイクロマシニングプロセスに適合する適切な基板材料から成り、これにより、マイクロチェックバルブを他の半導体デバイスと一体化し得る。バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０を、表面マイクロマシニング及びＭＥＭＳ技術を用いてバルブシート２３０上に作製してもよい。一実施例によれば、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０が同じ材質である。一実施例では、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０が、いずれもポリマー材料から成る。一実施例では、ポリマー材料が、例えば、Specialty Coating Services, Inc.によって提供されパリレンの商標名の下で販売される、パリレンＣといったパリレン（ポリパラキシリレン）である。また、例えば、パリレンＤ、パリレンＮ及びパリレンＨＴ（登録商標）といった、異なるタイプのパリレンが、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０を形成するのに適している。さらに、パリレン以外の様々なタイプのポリマーを使用してもよく、ポリマー以外の様々なタイプの材料を使用してもよい。
【００２９】
他の適切な材質を、製造可能性及び加工のし易さ（例えば、ＣＭＯＳ及びＭＥＭＳプロセスへの適合性）、生体適合性（例えば、材質がＵＳＰのクラス６のグレードを満たす必要がある）、及び化学的な不活性を含むファクタに基づいて選択してもよい。また、例えば、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０は、生体適合性のあるシリコーン、ＳＵ−８ネガ型フォトレジスト、及び白金、チタン及び金といった生体適合性金属でもよい。また、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０は、異なるタイプの材料、及び（例えば、図２５に示す）製造プロセスでもよく、他の材質とともに使用するよう構成してもよい。説明の簡単のために、いずれもポリマー又はパリレンから成るバルブキャップ２２０及び浮動部材２３０を参照する。
【００３０】
使用時に、浮動部材２３０の上面２３２が、液体又は流体が浮動部材２３０の底面２３４に圧力を加えることによって、バルブキャップ２２０の底面又は裏面２２４に押し付けられる。また、浮動部材２３０は、流体が浮動部材２３０の上面２３４を押す圧力を加えることによって、バルブシート２１０の上面２１２に押し付けられる。このような形式では、図３及び図４に示すように、マイクロ流体バルブ２００の部品が、固定されていない自由な浮動部材２３０の双方向の移動によりバルブ２００が開閉するように構成されており、ゼロのクラッキング圧を有するマイクロチェックバルブ２００を提供する。さらに、図４に示すように、バルブ２００を通る双方向の流体の流れが、（理想的な）線形又は略線形の圧力−流量関係、及びブレークダウン圧力とゼロ圧力との間の流体の圧力で逆流又は逆漏れを防ぐ一定の閉塞領域を特徴とすることで、（図１に示す）非ゼロのクラッキング圧力、非線形の圧力−流量関係及び逆漏れを特徴とする既知のマイクロチェックバルブ装置に対して顕著な改善を与える。
【００３１】
図５から図７を参照すると、一実施例に従って構成されたマイクロチェックバルブ５００が、図２を参照して説明した、バルブシート２１０と、バルブキャップ２２０と、浮動部材２３０とから成る部品を有する。図示する実施例では、バルブキャップ２２０が、複数のオリフィス２２５を有しており、浮動部材２３０が中実の円板である。さらに、図示する実施例では、流体ポート２１５がバルブシート２１０の中央部を通って規定されており、浮動部材２３０及びバルブシート２２０の中央部と整合している。複数のオリフィス２２５が、ポート２１５及びバルブキャップ２２０の中心部によって規定される軸に対して半径方向外側に配置されている。バルブキャップ２２０の中心部と複数のオリフィス２２５との間の距離を半径（Ｒ１）で示す。図示する実施例では、浮動部材２３０が約２＊Ｒ１の直径を有しているが、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０の構成に応じて浮動部材２３０の大きさを変えてもよく、その一方で図６及び図７を参照してさらに詳細に説明されるバルブ機能を与えてもよい。
【００３２】
図６を参照すると、マイクロチェックバルブ５００が、中実の浮動部材２３０が流体によってバルブシート２１０の上面２１２に押し付けられた場合に、バルブキャップ２２０のオリフィス２２５及びポート２１５を通って流体が流れることができないように構成されている。これにより、ポート２１５を覆って密閉することで、外部環境から逆流するのを防止する（図６において「ｘ」で表す）。
【００３３】
図７を参照すると、流体の圧力が、面２１２からバルブキャップ２２０の下面２２４に浮動部材２３０を押し付ける。この結果、流路がポート２１５、さらには浮動部材２３０を越えてバルブキャップ２２０のオリフィス２２５を通して開放されるため、バルブ５００を通して連続的に流体が流れることができる。
【００３４】
一実施例によれば、バルブシート２１０又は基板の幅は、約５００ミクロンであり、バルブシート２１０の厚さは、約５００ミクロンである。ポート２１５は、中央に位置しており、約１００ミクロンの直径を有している。バルブキャップ２２０は、約３００ミクロンの幅又は直径を有しており、各オリフィス２２５は約５０ミクロンの直径を有して半径Ｒ１が約１３０ミクロンとなるように配設されている。中実の浮動部材２３０は、約２５０ミクロンの直径、及び約２ミクロンの厚さを有する円板である。図５から図７に示すよう構成されこれらの典型的な寸法を有するマイクロチェックバルブ５００は、図３及び４に示すように、ゼロクラッキング圧及び逆流ゼロを有している。
【００３５】
図８から図１０を参照すると、別の実施例に従って構成されたマイクロチェックバルブ８００が、図２及び図５を参照して上述したような、バルブシート２１０、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０から成る部品を有しているが、図示する実施例では、バルブキャップ２３０が複数のオリフィス２１５を有しており、浮動部材２３０もまたオリフィス２３５を有している。図示する実施例では、ポート２１５がバルブシート２１０の中央を通って規定されており（図５から図７に示す）、複数のオリフィス２２５がポート２１５及びバルブキャップ２２０の中心に対して半径方向外側に位置している。バルブキャップ２２０の中心及び複数のオリフィス２２５間の距離を、（図５に示す）半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ２として表す。図示する実施例では、浮動部材２３０が２＊（Ｒ２）よりも大きい直径を有しているが、図９及び図１０に示すようなバルブ機能を与えつつ、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０の構成に応じて浮動部材２３０の大きさを変えてもよい。
【００３６】
図９を参照すると、浮動部材２３０が流体によってバルブキャップ２２０の下面２２４に押し付けられる場合に、マイクロチェックバルブ８００が、流体がポート２１５を通って、浮動部材２３０のオリフィス２３５を通って、さらには、バルブキャップ２２０のオリフィス２２５を通って流れることができないように、構成されている。特に、バルブキャップ２２０の中心部が浮動部材２３０のオリフィス２３５を覆っていることで、オリフィスを閉塞する。さらに、浮動部材２３０のオリフィス２３５に近接する中実の部分が、バルブキャップ２２０のオリフィス２２５を覆っていることで、オリフィス２２５を閉塞する。このように、バルブキャップ２２０の中実の部分が浮動部材２３０のオリフィス２３５を閉塞し、浮動部材２３５の中実の部分がバルブキャップ２２０のオリフィス２２５を閉塞する。結果として、流体は、ポート２１５を通って内部空間２４０の中にのみ入ることができるが、オリフィス２２５，２３５を通過できないよう遮断されることで、逆漏れ及び逆流を防ぐ。
【００３７】
図１０を参照すると、浮動部材２３０の上面２３２に加わる流体の圧力が、浮動部材２３０をバルブシート２１０の上面２１２に押し付ける。このため、バルブキャップ２２０のオリフィス２２５を通り、浮動部材２３０のオリフィス２３５を通り、ポート２１５を通る流路が開放されることで、バルブ５００を通って流体が連続的に流れることができる。
【００３８】
一実施例によれば、バルブシート２１０又は基板の幅は約５００ミクロンであり、バルブシート２１０の厚さは約５００ミクロンである。ポート２１５は中央に位置しており、約１００ミクロンの直径を有している。バルブキャップ２２０は、約３００ミクロンの幅又は直径を有しており、各オリフィス２２５は約５０ミクロンの直径を有して、半径Ｒ２が約７５ミクロンとなるように配設されている。開口部２３５を有する浮動部材２３０は、約２ミクロンの厚さ及び約２５０ミクロンの直径を有する円板である。オリフィス２３５は中央に配置され、約５０ミクロンの直径を有している。これらの典型的な寸法を有するマイクロチェックバルブ８００は、図３及び４に示すように、ゼロクラッキング圧及び逆流ゼロを有している。
【００３９】
ゼロクラッキング圧、逆流ゼロ及び連続的な流体の流れを有するマイクロチェックバルブ５００及び８００は、ラボチップ上、薬剤の送出及び流体の調節及びマイクロ高性能液体クロマトグラフィー（μＨＰＬＣ）及び他の分析化学的適用を含む様々な生物医学的適用に特に適している。さらに、このようなバルブ５００及び８００を、眼圧の上昇の調節、脳室からの過剰な脳脊髄液の分流、動脈瘤及び他の閉塞を処置するための血液の排出含むが、これらに限定されない他の生物医学的適用に適応させてもよい。図１１から図２５は、一時的な圧力上昇又は短い圧力スパイクの場合に流体の過剰な排出が制限されるように、バンドパス機能を有するマイクロチェックバルブの部品及び埋め込みを示す。
【００４０】
図１１を参照すると、さらなる実施例に従って構成されたマイクロチェックバルブ１１００が、複数レベル（２つのレベルを図示する）を有するバルブシート２１０と、バルブキャップ２２０と、浮動部材２３０とを有している。バルブシート２１０、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０から成る部品は、流路を規定するチューブ又は外壁（図１１に図示せずに、図２６に示す）の内側に配置されている。チャンネル内部品２１０，２２０，２３０のアッセンブリを、例えば、患者の目の中に挿入して、房水の流れを調節し眼圧を減らしてもよい。
【００４１】
マルチレベルのバルブシート２１０は、眼圧が下圧及び上圧の間にある場合に流体がバルブ１１００を通過し得るように、「バンドパス」機能を与えるよう構成されている。これらの機能は、眼を擦ったり、圧迫したり又は打ち付けることによる眼圧の一時的な上昇又は眼圧のスパイクの際に、眼液の過剰の排出を都合良く防ぐ。
【００４２】
図示する実施例では、バルブシート２１０が、「段差」によって形成される２つのレベル−バルブシート２１０の上面２１２である第１又は上部レベル（レベル１）、及びバルブシート２１０の下面又は中間面１１０２である第２又は下部レベル（レベル２）、を有している。面２１２から面１１０２へのステップダウンは、面２１２と面１１０２との間を延びる鉛直方向の移行部１１０４によって与えられる。
【００４３】
一実施例では、バルブキャップ２３０が単一の中央オリフィス２２５を規定しており、浮動部材２３０が中実の円板である。浮動部材２３０は、図１２から図２４を参照してさらに詳細に説明するように、バルブキャップ２２０の下面２２４及びマルチレベルのバルブシート１２０の面２１２，１１０２間で移動可能である。
【００４４】
図１２は、一実施例に係る２つのレベルのバルブシート２１０の平面図であり、第１又は上面２１２、移行部１１０４による第２又は下面１１０２へのステップダウン、及び流体ポート２１５を示す。また、図１２は、第１及び第２のレベルの間を延びる流路１２１０（図１１には図示しない）を示す。図示した実施例では、２つのレベルのバルブシート２１０が、６箇所の流路１２１０を規定しているが、他の数の流路１２１０を使用してもよい。さらに、図示する実施例では、対称的な配置でバルブシート２１０に流路１２０を形成するが、他の流路１２１０構成を用いてもよい。このように、実施例をどのように実施するかについての一例として、図１２に示す流路１２１０配列が設けられている。
【００４５】
図１３は、ライン１３−１３に沿った、すなわち、図１２に示す典型的な流路１２１０構成で与えられるバルブシート２１０によって規定された流路１２１０を通らないラインに沿った図１２の断面図である。このように、マルチレベルのバルブシート２１０は、直径Ｄ１を有する上部と直径Ｄ２を有する下部とを有する流体ポート２１５を規定する。図１４は、ライン１４−１４に沿った、すなわち、２つの流路１２１０を通るラインに沿った図１２の断面図であり、より大きな直径Ｄ３を有する流体ポート２１５の上部に対応する。
【００４６】
図１５から図１７を参照すると、２つのレベルのバルブシート２１０を含む一実施例において、浮動部材２３０が、弾力性又は可撓性を有し平らな形状と湾曲状又はアーチ形状との間で曲げることのできる適切な厚さを有する材料から成る。曲がりの程度は、浮動部材２３０に加える圧力の大きさに依存する。
【００４７】
特に、図１５を参照すると、浮動部材２３０に圧力が加えられず又は（例えば、閾値圧力よりも小さい）低い圧力が加えられた場合に、浮動部材２３０が平らな形状のままであり、その元々の直径を維持している。図１６を参照すると、流体の圧力が増大すると、浮動部材２３０が曲がり始め、さらにこれに応じて浮動部材２３０の上面又は下面から視た場合に直径が減少する。図１７を参照すると、流体の圧力がさらに加わると、浮動部材２３０がさらに曲がり、直径がさらに減少する。浮動部材２３０は、圧力を減らすとその元の平らな形状を取るように、弾力性を有する。このように、浮動部材２３０は、流体の圧力の変化により平らな形状と平らでない形状との間で変化し得る。
【００４８】
図１８を参照すると、マルチレベルのバルブシート２１０及び曲げられる又は弾力性のある浮動部材２３０を有するマイクロチェックバルブ１１１０が、特定の範囲の圧力の範囲内で流れることができるように、バンドパス特性を与えるよう構成されている。流体は、負圧及び十分に低い眼球内の正圧で眼からバルブ１１００を通って外部環境に流れることができない（段階ａ）。流体は、浮動部材２３０に加わる圧力が閾値圧力（ｂ）よりも大きい場合に流れ始め、その時点で浮動部材２３０の形状が変化することで、眼からバルブキャップ２２０のオリフィス２２５を通って、浮動部材２３０の少なくとも一部の周りを通り、ポート２１５を通って外部環境に抜ける流路が開かれる。一実施例によれば、マイクロチェックバルブ１１００が、閾値圧力が約１５−２０ｍｍＨｇとなるよう構成されている。他のバルブ１１００構成及び適用を具えた他の閾値圧力を用いてもよいことに留意されたい。
【００４９】
浮動部材２３０にかかる圧力が閾値圧力（ｂ）よりも高いが、より高いカットオフ圧力（ｄ）よりも低い限り、流体の流れが継続する。浮動部材２３０にカットオフ圧力よりも高い流体の圧力が加わる場合、浮動部材２３０がポート２１５を閉塞する程度にまで曲がることで、バルブ１１００を閉止する。図１９から図２３を参照してバルブ１１００の動作をさらに詳細に説明する。
【００５０】
図１９を参照すると、外部環境からバルブ１１００に負圧が加わると（段階ａ）、バルブ１１００閉じたままとなり、バルブキャップ２２０の下面２２４に浮動部材２３０の上面２３２を平らになるよう押し付ける浮動部材に加わる圧力により、逆流を防止する。これにより、バルブキャップ２２０のオリフィス２２５が密閉され、眼の中への逆流を防止する。
【００５１】
図２０及び２１を参照すると、外部環境の圧力よりも眼圧が大きいが閾値圧力よりも小さい場合（段階ａ，ｂ）、浮動部材２３０の上面２３２に加わる眼圧が、浮動部材２３０の下面２３４をバルブシート２１０の第１のレベル又は上面２１２に押し付ける。しかしながら、このような低い圧力は浮動部材２３０を曲げるのに不十分であり、バルブシート２１０の第１のレベル又は上面２１２に押し付けられた場合に、浮動部材２３０は（図１５に示すように）平らなまま又はほぼ平らなままである。これは、さらに図２１に示されており、浮動部材２３０が第１の面２１２上に平らに載っていることで、流路１２１０及びポート２１５を覆っている（図１８の想像線で示す）。この場合には流路は開かれず、流体は浮動部材２３０の上方の空間２４０の中に留まる。
【００５２】
図２２及び図２３を参照すると、眼圧が閾値圧力よりも大きいがカットオフ圧力よりも小さい場合には（段階ｃ）、浮動部材２３０の上面２３２に加わる眼圧が、浮動部材をその最初の平らな形状（図１５）から湾曲状又はアーチ形状に曲げる（図１６）。この段階では、浮動部材２３０の中央部が、第２の面又は下面１１０２に向かって押されるが、実際には第２の面又は下面１１２０に接触しない。さらに曲がることで、浮動部材２３０の外縁がバルブシート２１０の上面２１２から上に上がり、バルブシート１２０によって規定される流路１２１０を露出又は開放する。このため、流体が、バルブキャップ２２０に形成されたオリフィス２２５を通って、浮動部材２３０の外縁の上方及び又は／外縁の周りを通り、１又はそれ以上の開放された流路１２１０を通って、流体ポート２１５を介してバルブ１１００の外に流れる。
【００５３】
図２４を参照すると、浮動部材２３０が、増大する眼圧の下で眼圧がカットオフ圧力よりも大きくなるまでさらに曲がり続け（段階ｄ）、その時点で浮動部材２３０が、浮動部材２３０が第２の面又は下面２３０に接触してポート２１５を閉塞する程度にまで、曲がる。一実施例によれば、マイクロチェックバルブ１１００が、カットオフ圧力が約５０から８０ｍｍＨｇとなるように構成されている。他のバルブ１１００構成及び適用例を具えた他のカットオフ圧力を用いてもよいことに留意されたい。カットオフ圧力を超えると、バルブ１１００を通る流体の流れが止まる。流体は、圧力が減少して浮動部材２３０を平らにしてポート２１５が開放される（段階ｃ）まで、第２の面１１０２と浮動部材２３０の下面２３４との間、流路１２１０及び／又は浮動部材２３０の上面２３２とバルブキャップ２２０の下面２２４との間の空間２４０内に捕捉される。
【００５４】
図１１から図２４に示すよう構成され機能するマイクロチェックバルブ１１００は、約５００ミクロンの幅及び約５００ミクロンの厚さを有する２つのレベルのバルブシート２１０を有している。移行部１１０４の高さは約５ミクロンである。ポート２１５は中央に配置されており、約１００ミクロンの直径を有しており、第２のより低いレベルでのそれぞれの部分１１０２の長さは約５０ミクロンであり、２つの部分１１０２及びポートを備える直径は約２００ミクロンである。それぞれの流路１２１０の長さは約１０ミクロンであり、流路１２１０の深さは、第２のレベルまで延びている。バルブキャップ２２０のオリフィス２２５は、約１５０ミクロンの幅又は直径を有している。弾力性のある浮動部材２３０は、約２５０ミクロンの直径を有する中実のパリレン円板である。これらの寸法を有する浮動部材２３０は、眼圧の下で曲がって流路１２１０を開放し且つ第２の下面１１０２に接触してポート２１５を閉じることができる一方で、流路１２１０を覆って閉塞するのに十分に大きい。
【００５５】
図１１から図２４を参照して説明するマイクロチェックバルブは、眼の中に埋め込んで眼圧を調節するのに特に適している。例えば、図１１から２４に示すようなマルチレベルバルブシート２１０、バルブキャップ２２０及び浮動部材の部品２３０を有するチャンネル内２５０２のマイクロチェックバルブ１０００の実施例が、例えば２００５年７月１５日に出願され、その内容が参照することにより本書に盛り込まれている米国出願番号第11/205,757号に記載されている固着器具を用いて、縫合糸なしに図２５のように眼の中に都合良く埋め込んでもよい。縫合糸のない埋め込み方法では、切れ目が形成され、流路又はチューブ２５０２の中のマイクロチェックバルブ１１００が、チャンネル内バルブ１１００の遠位端２５０５が眼球を超えて外に突出して、バルブ１１００の近位端２５１０が眼の中に留まるように、眼球を横切って挿入される。切れ目は自然に治り、図２５に示すようにバルブ１１００の遠位端２５０５を囲む傷跡を形成する。
【００５６】
チャンネル内バルブ１１００のこのような埋め込み方法及び位置決めでは、３つの異なる圧力をもたらす：すなわち、Ｐ０（周囲圧力、又は外部環境の圧力）；Ｐ１（眼圧）；Ｐ２（傷跡内の圧力、そうでなければ「閉塞」圧力と称する）である。研究により、閉塞圧力Ｐ２は眼圧Ｐ１よりも低いが、周囲圧力Ｐ０よりも高いことが確認されている。換言すれば、Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ１である。このため、眼液を受動的に制御して、マイクロチェックバルブを通して流し、傷跡から蒸発又は拡散させることで、眼液を排出し眼圧を下げる。例えば、患者が眼を擦ることで、周囲圧力が眼圧及び閉塞圧力よりも高くなるような大きい圧力差があるケースがある。これらの場合には、流体ポート又は流路チューブの出口を浮動部材２３０によってシャント（shunt）して、不必要な流体の漏れを防いでいる。
【００５７】
図２６を参照すると、一実施例に係るマイクロチェックバルブ（例えば、図５から図７に示すようなマイクロチェックバルブ５００）の作製方法２６００が、バルクマイクロマシニング及び多層表面マイクロマシニングプロセスの組み合わせを有しており、犠牲材料（例えば、フォトレジスト）、及び浮動部材２３０、バルブキャップ２２０、流路部材を形成する材料（例えば、パリレン）のコーティングを交互に適用する。図８から図１０に示すマイクロチェックバルブ８００及び図１１から図２５に示すマイクロチェックバルブ１１００を作製するよう方法のステップを使用及び／又は採用できることに留意されたい。説明のし易さのために、クラッキング圧がなく、ブレークダウン圧力よりも高い圧力での逆流がなく、バルブ５００を通して連続的に流体が流れる図５から図７に示すように構成されたバルブ５００を作製するための方法について説明する。
【００５８】
段階２６０５で、シリコンウェハといった基板を用意し、これがバルブシート２１０として機能する。基板２１０は、約５００ミクロンの厚さを有している。基板２１０の裏面又は下面２１１は、既知の熱酸化及び酸化パターニング法によって処理される。例えば約２ミクロンの厚を有する（二酸化ケイ素層２６０２といった）湿潤酸化物をシリコン基板２１０の裏面２１１に成長させてもよい。
【００５９】
そして段階２６１０で、酸化物でパターン形成したシリコンウェハを、例えばディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いてエッチングする。エッチングは、二酸化ケイ素層２６０２及びシリコンウェハ２１０の下面２１１を通りシリコン膜２６０８を残す空洞又は開口部２６０６を形成する。開口部２６０６の深さは約４５０ミクロンであり、シリコン膜２６０８は約５０ミクロンの厚さを有している。基板２１０は、後で膜２６０８をエッチングで剥がして開口部２６０６を開けて流体ポート２１５を形成する処理がされが、流体ポート２１５は、以下に詳細に説明するように製造時に犠牲フォトレジストを剥ぎ取るポートしても機能する。
【００６０】
段階２６１５で、フォトレジストの第１の犠牲コーティング２６１０が、基板２１０の上面２１２に（例えば、スピンコーティングによって）施されパターン形成される。使用される適切なフォトレジストは、（Clariant Corp., Charlotte, North Carolinaによって供給される）ＡＺ４６２０の型のフォトレジストの層であり、コーティング２６１０は約２ミクロンの厚さを有している。フォトレジストコーティング２６１０は、妥当な場合に端部のスムージング及び脱ガスの目的で約１２０℃で堅焼きしてもよい。
【００６１】
段階２６２０で、バルブキャップ及び浮動部材の双方がパリレンでできている実施例では、パリレンの第１の層又はコーティングが第１のフォトレジスト層２６１０の上に積層されてパターン形成し、最終的な浮動部材２３０の形状及び構造的な形態を規定する。一実施例によれば、第１のパリレン層２３０の厚さは約１．５ミクロンであり、パリレンのパターン形成を、例えば、マスク材料としてフォトレジストを具えた酸素プラズマエッチングを用いて行ってもよい。第１のパリレン層２３０（及び他のパリレン層）を、短時間の酸素プラズマ処理によって粗くしてもよく、製造装置の摩擦の影響を減らす。
【００６２】
段階２６２５で、第２のフォトレジストコーティング２６１２が、前に施されたした第１のフォトレジスト層２６１０及び第１のパリレン層２３０の上に施されてパターン形成される。第２のフォトレジストコーティング２６１２は、約５ミクロンの厚さを有して必要に応じてスピンコーティング及びパターン形成されるＡＺ４４００フォトレジスト層である。第２のフォトレジスト層２６１２を、妥当な場合にスムージング及び脱ガスの目的で約１２０℃で堅焼きしてもよい。
【００６３】
段階２６３０で、バルブキャップ２２０を形成するパリレンの第２の層又はコーティングが、第２のフォトレジスト層２６１２の上及びシリコン基板２１０の上面２１２の一部の上に積層及びパターン形成される。このような目的のために、シリコン基板２１０の上面２１２が、例えばＸｅＦ２気相エッチングを用いて、第２のパリレンコーティング２２０がシリコン基板２１０への第２のパリレンコーティング２２０の付着を促進するよう適用される前に粗くされる。付着を促進するよう粗面化することは、より強固なパリレン−シリコン密着を要する高い耐圧強度に特に有用である。一実施例によれば、第２のパリレン層２２０の厚さは約３．０ミクロンであり、例えばマスク材料としてフォトレジストを具えた酸素プラズマエッチングを用いて所望のオリフィス２２５構成をパターン形成するよう、パリレンのパターン形成が実行される。
【００６４】
段階２６３５で、第３のフォトレジストコーティング２６１４が、前に施された第２のパリレン層２２０の上に施されてパターン形成される。第３のフォトレジストコーティング２６１４は、約１０ミクロンの厚さを有し必要に応じてスピンコーティング及びパターン形成されたＡＺ４６２０フォトレジスト層である。第３のフォトレジストコーティング２６１４を、妥当な場合に端部のスムージング及び脱ガスの目的で約１２０℃で堅焼きしてもよい。
【００６５】
段階２６４０で、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０を収容する流体流路又は外側チューブを形成する第３のパリレン層２５０２が、第２のフォトレジスト層２６１２の上及びシリコン基板２１０の上面２１２の一部の上に積層及びパターン形成される。ＸｅＦ２気相エッチングが、シリコン基板２１０への第３のパリレンコーティング２５２０の付着を促進するよう実行される。一実施例によれば、第３のパリレン層２５０２の厚さは約５．０ミクロンであり、例えば、マスク材料としてフォトレジストを具えた酸素プラズマエッチングを用いてパリレンのパターン形成を実行する。
【００６６】
段階２６４５で、表面マイクロマシニングプロセス及び交互に並んだ犠牲材料及びバルブ部材材料のコーティング又は層の積層の後に、シリコン膜２６０８がウェハー２１０の裏面２１１からエッチング処理によって除かれ、１又はそれ以上のスルーホール又は孔２１５を形成する。さらに、流体ポートとして機能するのに加えて、ポート２１５はフォトレジスト２６１０、２６１２、２６１４に対するアクセスポイントとしても機能し、フォトレジスト２６１０、２６１２、２６１４はその後でアセトンを用いて剥ぎ取ることができ、これにより浮動部材２３０を自由にして、流路２６２０の中に収容されたバルブキャップ２２０とバルブシート２１０との間を自由に浮動して移動できるようになる。製造後には、マイクロチェックバルブ５００を溶液の中に保管して浮動部材２３０の摩擦を防ぎ浮動部材２３０が別の部品又は面に固定又は結合されるのを防ぐ必要がある。製造方法のさらなる態様が、P.-J. Chen and Y.-C. Taiによって、The 20th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS '07), Kobe, Japan, Jan.21-25, 2007, pp.453-456に「Floating-disk Parylene micro check valve」のTechnical Digestとして記載され、この内容が参照することにより本書に盛り込まれている。
【００６７】
図２７は、図５から図７に示すよう構成され、実施例の方法を用いて製造されバルブ５００が水から取り出された後に乾燥し得る、浮動パリレン部材２３０を有するマイクロチェックバルブ５００の走査型電子顕微鏡像（流路２５２０を図示せず）である。図２８は、図５から図７に示すように構成され、液体の環境に収容されている、実施例の方法を用いて製造したチャンネル内バルブ５００の顕微鏡写真である。図２９は、図８から図１０に示すように構成され、液体の環境に収容されている、実施例の方法を用いて製造したチェンネル内バルブ８００の顕微鏡写真である。
【００６８】
製造したマイクロ流体バルブを、図３０に示すような試験形態３０００を用いて水中で試験した。適切なチューブ及び継ぎ手を具えた裏側の流体ポート２１５を通して製造したマイクロチェックバルブの中にマイクロ流を導入できるように、さいの目に切った小片に流体界面を設けた試験ジグが設けられた。動作流体として清浄水を使用して、約７０Ｐａ（〜０．０１ｐｓｉ）の精度で圧力を制御した。流量の測定を行い、得られた流体の圧力／流体のデータを図３１に示す。
【００６９】
図３１は、図５から図７に示すよう構成されたマイクロチェックバルブ５００の試験の際に取得されたデータ（３１０５）、図８から図１０に示すよう構成されたマイクロチェックバルブ８００の試験の際に取得されたデータ（３１１０）、及び対照（コントロール）／比較としてバルブを含まない既知の装置を含むグラフである。図３１のデータは、図示するマイクロチェックバルブ５００及び８００が、７００Ｐａの圧力の負荷に至るまで、前方流に対してクラッキング圧を示さず後方流に対して逆流を呈さないことを示している。さらに、試験構成及び試験結果は、P.-J. Chen and Y.-C. Taiによって、The 20th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS '07), Kobe, Japan, Jan.21-25, 2007, pp.453-456に「Floating-disk Parylene micro check valve」のTechnical Digestとして記載され、この内容が参照することにより本書に盛り込まれている。
【００７０】
上記の様々な実施例について説明したが、当業者は添付の特許請求の範囲に列挙された本発明の実施例を逸脱せずに、わずかな変更、改変、及び置換をし得ることを理解するであろう。例えば、特定の形状、寸法、圧力及び材質を有するマイクロチェックバルブ及び浮動部材に関する特定の実施例を説明したが、実施例に従ったマイクロ流体バルブの構成を様々な生物医学的適用に使用するよう採用してもよい。また、様々な圧力パラメータ及び様々なカットオフ圧力（図１１から図２５を参照して説明したマルチレベルのバルブシート）のための機械的な構成を採用してもよい。さらに、外側チューブの形状及び得られる流路を実施例に適合するよう変えてもよい。
【００７１】
さらに、製造プロセス及び材質を変えて、シリコン基板上の装置ではなく可撓性を有する装置を製造してもよい。パリレンに関して実施例を記載したが、バルブキャップ、浮動部材及び流路を、例えば生体適合性金属といった他の材質にしてもよく、さらに同一又は異なる材質にしてもよい。さらに、基板上にバルブキャップ、浮動部材及び流路を有する単一のバルブに関して実施例を記載したが、１つの基板上に複数のバルブ装置を製造し得ることに留意されたい。
【００７２】
さらに、流体の圧力によりバルブシートとバルブキャップとの間を移動する浮動部材に関するマイクロチェックバルブの実施例を記載したが、バルブシートとバルブキャップとの間の浮動部材の移動にバイアスをかけ又は移動をし易くするよう、固定されていない自由な浮動部材に他の力をかけてもよい。例えば、浮動部材と、バルブシート及びバルブキャップの一方又は双方が、静電力、静磁力又は電磁力によって浮動部材を反発させ又は引き付けるよう利用又は動かす電極又は他の導電部材を含めることができる。
【００７３】
以上のように、実施例は、特許請求の範囲に収まる代替例、変更例、及び相当するものをカバーすることを意図するものである。
【図１】
2010500518.tif 000003
【図２】
2010500518.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年12月8日(2008.12.8)
【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】
液体の流れを制御するためのマイクロチェックバルブであって、
基板材料を具えるバルブシートと；
前記バルブシートに配置されたバルブキャップであって、前記バルブシートと前記バルブキャップとの間に空間が規定されるバルブキャップと；
液体によって圧力が加わることにより前記バルブシートと前記バルブキャップとの間の前記空間内を移動可能であり、前記バルブシート及び前記バルブキャップを通る前記液体の流れを受動的に制御する浮動部材と；
を具えることを特徴とするマイクロチェックバルブ。
【請求項２】
前記バルブシートがポートを規定し、前記バルブキャップが少なくとも１のオリフィスを規定しており、
前記ポート及び前記少なくとも１のオリフィスが、互いに流体連通していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項３】
前記浮動部材がオリフィスを規定することを特徴とする請求項２に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項４】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブシートに押し付けられるときに、前記バルブキャップの前記少なくとも１のオリフィスを通り、前記浮動部材の前記オリフィスを通り、そして前記ポートを通って流れ得ることを特徴とする請求項３に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項５】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブキャップに押し付けられるときに、前記バルブキャップの前記少なくとも１のオリフィスを通って流れることができないことを特徴とする請求項３に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項６】
前記ポートが前記バルブシートの中央部を通って規定されており、
前記浮動部材の前記オリフィスが前記浮動部材の中央部を通って規定されており、
前記バルブキャップが、前記ポート及び前記浮動部材のオリフィスに対して半径方向外側に配置された複数のオリフィスを規定していることを特徴とする請求項３に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項７】
前記浮動部材が中実であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項８】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブキャップに押し付けられるときに、前記ポートを通って、前記浮動部材を超えて、前記少なくとも１のオリフィスを通って流れ得ることを特徴とする請求項７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項９】
前記液体が、前記浮動部材が前記液体によって前記バルブシートに押し付けられるときに、前記ポートを通って流れることができないことを特徴とする請求項７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１０】
前記バルブシートが、第１のレベルの第１の面及び前記第１のレベルの下方の第２のレベルの第２の面を有するマルチレベルのバルブシートを具えており、
前記バルブキャップが前記第１の面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１１】
前記基板材料がシリコンであり、
前記バルブキャップ及び前記浮動部材がポリマー材料であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１２】
前記バルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、前記液体の連続的な流れ、ゼロクラッキング圧及び逆流ゼロ用に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１３】
前記バルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、体液、水、溶液、又は薬物又は薬剤の流れを制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１４】
流体の流れを制御するためのマイクロチェックバルブであって、
基板材料を具えるマルチレベルのバルブシートであって、第１のレベルの第１の面及び第２の低いレベルの第２の面を有するマルチレベルのバルブシートと；
前記第１の面に配置されたバルブキャップであって、前記バルブシートと前記バルブキャップとの間に空間が規定されるバルブキャップと；
流体によって圧力が加わることにより前記マルチレベルのバルブシートと前記バルブキャップとの間の前記空間内を移動可能であり、前記マルチレベルのバルブシート及び前記バルブキャップを通る前記流体の流れを受動的に制御する浮動部材と；
を具えることを特徴とするマイクロチェックバルブ。
【請求項１５】
前記マルチレベルのバルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、前記流体の圧力が閾値圧力とカットオフ圧力との間にあるときに、前記流体が流れ得るよう構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１６】
前記マルチレベルのバルブシート、前記バルブキャップ及び前記浮動部材が、前記流体の圧力が前記カットオフ圧力を超えるときに、前記流体の流れを止めるよう構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１７】
前記バルブシートが、流体ポート及び前記流体ポートに流体連通する少なくとも１の流路を規定しており、
前記浮動部材が、流体の圧力の下で、前記少なくとも１の流路を一時的に密閉する平らな形状とアーチ形の形状との間で曲がり得ることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１８】
前記浮動部材が、流体の圧力の下で、前記第１の面の下方で前記第２の面に向かって曲がり、前記少なくとも１の流路を開放して、流体が前記流路及び前記流体ポートを通って流れ得ることを特徴とする請求項１７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項１９】
前記浮動部材が、流体の圧力の下で、前記第２の面に接触するようさらに曲がることができ、前記ポートを密閉して流体が前記バルブシートを通って流れるのを防ぐことを特徴とする請求項１７に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項２０】
流体の流れを制御するための浮動部材を有するマイクロチェックバルブを製造する方法であって、当該方法が、
バルブシートを具える基板上に複数のポリマー層及び複数の犠牲層を交互に配置するステップであって、前記複数のポリマー層が、前記浮動部材を具える第１のポリマー層と、バルブキャップを具える第２のポリマー層と、流路を規定する外壁を具える第３のポリマー層とを有するステップと、
前記複数の犠牲層を除去することによって、前記バルブシートと前記ポリマーのバルブキャップとの間を移動可能な浮動ポリマー部材を有するチャンネル内マイクロ流体バルブを形成するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記浮動部材が曲げられることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項２２】
前記浮動部材が曲げられることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項２３】
前記浮動部材が、平らな形態とアーチ形の形態との間で曲げられ、
当該アーチ形の形態において、前記浮動部材の一部が、流体により前記浮動部材に圧力が加わることにより前記第２の面に接触し得ることを特徴とする請求項２２に記載のマイクロチェックバルブ。
【請求項２４】
前記浮動部材が、前記バルブシートの前記第１の面と前記バルブキャップとの間を移動可能であることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロチェックバルブ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図８から図１０を参照すると、別の実施例に従って構成されたマイクロチェックバルブ８００が、図２及び図５を参照して上述したような、バルブシート２１０、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０から成る部品を有しているが、図示する実施例では、バルブキャップ２２０が複数のオリフィス２１５を有しており、浮動部材２３０もまたオリフィス２３５を有している。図示する実施例では、ポート２１５がバルブシート２１０の中央を通って規定されており（図５から図７に示す）、複数のオリフィス２２５がポート２１５及びバルブキャップ２２０の中心に対して半径方向外側に位置している。バルブキャップ２２０の中心及び複数のオリフィス２２５間の距離を、（図５に示す）半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ２として表す。図示する実施例では、浮動部材２３０が２＊（Ｒ２）よりも大きい直径を有しているが、図９及び図１０に示すようなバルブ機能を与えつつ、バルブキャップ２２０及び浮動部材２３０の構成に応じて浮動部材２３０の大きさを変えてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010500518.tif 000034
【図２】
2010500518.tif 000035
【図３】
2010500518.tif 000036
【図４】
2010500518.tif 000037
【図５】
2010500518.tif 000038
【図６】
2010500518.tif 000039
【図７】
2010500518.tif 000040
【図８】
2010500518.tif 000041
【図９】
2010500518.tif 000042
【図１０】
2010500518.tif 000043
【図１１】
2010500518.tif 000044
【図１２】
2010500518.tif 000045
【図１３】
2010500518.tif 000046
【図１４】
2010500518.tif 000047
【図１５】
2010500518.tif 000048
【図１６】
2010500518.tif 000049
【図１７】
2010500518.tif 000050
【図１８】
2010500518.tif 000051
【図１９】
2010500518.tif 000052
【図２０】
2010500518.tif 000053
【図２１】
2010500518.tif 000054
【図２２】
2010500518.tif 000055
【図２３】
2010500518.tif 000056
【図２４】
2010500518.tif 000057
【図２５】
2010500518.tif 000058
【図２６−１】
2010500518.tif 000059
【図２６−２】
2010500518.tif 000060
【図２６−３】
2010500518.tif 000061
【図２７】
2010500518.tif 000062
【図２８】
2010500518.tif 000063
【図２９】
2010500518.tif 000064
【図３０】
2010500518.tif 000065
【図３１】
2010500518.tif 000066
【国際調査報告】
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