(57)【要約】【課題】  マイクロ流体チップにおけるマイクロ流体装置内の反応物質の引力駆動流動順序装置と方法の提供。【解決手段】  引力駆動流動順序制御装置は、階段状パターンを以て配置された複数の反応物質チャンバ、複数の分離マイクロチャネル、曲がりくねった集結マイクロチャネルを具えた反応チャンバを具え、各反応物質チャンバはエアベントチャネルを具え、隣り合う分離マイクロチャネルの各対は隣接する分離マイクロチャネルの対に接続されたＵ形構造を具えている。マイクロ流体チップを作動させるため、マイクロ流体チップは傾斜或いは直立ポジションで置かれエアベントはシールされる。本発明は複数の反応物質の流動順序制御の信頼性を増す。本発明はマイクロ流体チップ内に構築され、駆動力或いは素子が不要で、ゆえに低消費エネルギー、低製造コスト及び無公害である。【選択図】        図２
2005313140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、該引力駆動装置は、複数の反応物質チャンバと、複数の分離マイクロチャネルと、一つの反応チャンバとを具え、
該複数の反応物質チャンバは階段式パターンを以て配置され、それぞれがエアベントを具え、
該複数の分離マイクロチャネルはそれぞれが対応する反応物質チャンバの底部に接続され、隣り合う分離マイクロチャネルの各対は隣り合う分離マイクロチャネルの対を接続するＵ形構造を具え、
該反応チャンバは分離マイクロチャネルが集結する曲がりくねった集結マイクロチャネルを具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、引力駆動装置はマイクロ流体チップに採用され、該マイクロ流体チップは直立或いは傾斜ポジションを以て配置されることで作動することを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、引力駆動装置はマイクロ流体チップに採用され、エアベントが最初にシールされ、マイクロ流体チップが作動する時、シール解除されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、Ｕ形構造は階段状パターンを以て配置されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルの幅は、異なる流動抵抗を提供するために異なるものとされたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルの長さは、異なる流動抵抗を提供するために異なるものとされたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項７】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルは逆流防止のため上方向の流動セグメントを具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項８】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、引力駆動装置がマイクロ流体チップ内に構築されたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項９】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルは逆流防止のため異なる長さの上方向の流動セグメントを具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項１０】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、反応物質の流動制御の更なる調整のための最終流動制御メカニズムを達成するために複数の分離マイクロチャネルの下端に対応する水平接続アレイが形成されたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項１１】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、反応物質が曲がりくねった集結マイクロチャネルに流入する前に最終流動順序制御メカニズムが完成することを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置。
【請求項１２】
マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、
（ａ）複数種類の反応物質を、階段状パターンをなすよう配置された複数の反応物質チャンバに置くステップ、
（ｂ）分離マイクロチャネルをエアベントとして使用して反応物質流の切り換えに必要なエア導入ベント制御を達成するステップ、
（ｃ）複数種類の反応物質で形成した作動マイクロ流体をエア導出ベントとして使用して階段状パターン内に配置された連続するＵ形構造を形成するステップ、
（ｄ）連続するＵ形構造を使用して複数種類の反応物質を作動させるための流動順序とタイミングの設定を達成するステップ、
マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、（ｂ）のステップはエアベントを開放して反応物質を対応する分離マイクロチャネルに流入させるステップを更に具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法。
【請求項１４】
請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、（ｃ）のステップの連続するＵ形構造は各分離マイクロチャネルを対応する反応物質チャンバの底部に接続することにより形成されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法。
【請求項１５】
請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、複数の分離マイクロチャネルが異なる寸法を有することを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法。
【請求項１６】
請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、この引力駆動方法はマイクロ流体チップに採用されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法。
【請求項１７】
請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置を具えたマイクロ流体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体装置の制御装置及び方法に係り、更に詳しくは、マイクロ流体装置を制御する引力駆動装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流動順序制御はほとんどのバイオケミカル分析のための自動反応工程の基礎である。流動順序制御に要求される重要な機能としては、（１）三種類から五種類の反応物質の切り換えの能力、（２）三種類から五種類の反応物質の流動順序の遵守、（３）三種類から五種類の反応物質の流量の決定と制御の能力、（４）流動順序制御の間に連続する流動順序の任意の二種類の反応物質の混合を最小化する能力がある。多種類の反応物質の流動順序制御はゆえにマイクロ流体チップの自動バイオケミカル分析の鍵となる。マイクロ流体チップの設計中、流動順序制御はハイレベルの複合機能であり、それは実行するための一連の要素を必要とする。ゆえにシステム中では、それは、マイクロポンプ、複数のマイクロバルブ、マイクロチャネルの基本構造、流量検出器、マイクロフロースイッチ、及び圧力差アクチュエータ等のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を具えうる。どの要素の故障或いは欠陥であっても、全体の反応工程の失敗をもたらす。ゆえに製造上の難しさは比較的高い。
【０００３】
さらに、周辺のサポート電気機械設備が必要となり、このような必要な一方でマイクロ流体チップの廃棄可能で快速生体医療テストキットの設計原理から外れる。ゆえに電源、可動バルブ、周辺のサポート電機機械設備が不要の流動順序制御装置を開発して前述の欠点を克服する必要がある。
【０００４】
文献を調べても、ハイレベルの流動順序制御機能を提供できるエレメントは非常に少ない。従来の技術のほとんどは、マイクロ流体方向の変換に焦点をあてている。Ｄｏｒｉｎｇ氏等による非特許文献１には、作動流体方向の切り換えのため熱膨張を介して保持アームの変形を駆動する方法が記載されている。この作動流体はＣｏａｎｄａ効果により保持アームの尾に沿って二つのアウトレットチャンバの一つに導入される。これは図１に示されるとおりである。
【０００５】
Ｈａｎｄｉｑｕｅ氏等による特許文献１には、ガスアクチュエータを使用して作動流体に圧力を提供して駆動力を発生する方法が記載されている。バルブが二つのガスアクチュータの間に配置されてこれらガスアクチュエータを分離している。複数のアクチュエータが使用される時、マイクロチャネルの基本構造が形成される。Ｒａｍｓｅｙによる特許文献２には、電気浸透流或いは毛状の電気泳動をＤＮＡ駆動のために使用し、それから電圧変換を使用して分離ＤＮＡを異なるチャネルに導入する方法が記載されている。
【０００６】
流動順序制御装置に関する従来の技術は多いが、そのほとんどは非常に複雑なチップ形成工程を必要とするのみならず、多くの周辺サポート電気機械設備を必要とする。このような流動順序制御装置は低エネルギー消費、低製造コスト及び無公害であることが必要である。
【０００７】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，１９９２
【特許文献１】米国特許公報２００２／０，１４２，４７１号明細書
【特許文献２】米国特許公報２００３／０，１５０，７３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は実用的な流動順序制御装置を提供するためになされた。本発明の主要な目的は、マイクロ流体チップの流動順序制御のための引力駆動装置を提供することにある。
【０００９】
引力駆動流動順序制御装置は階段式に配置された複数の反応物質チャンバ、複数の分離マイクロチャネル、曲がりくねった集結マイクロチャネルを具えた反応チャンバを具えている。各反応物質チャンバはエアベントを具えている。分離各マイクロチャネルはそれぞれが対応する反応物質チャンバの底部に接続され、各対の隣接するマイクロチャネルはＵ形構造を具えると共に隣り合うマイクロチャネル対に接続されている。これらの分離マイクロチャネルは反応チャンバに集められる。
【００１０】
本発明の別の目的は、引力駆動流動順序制御方法を提供することにある。この方法は、（ａ）複数の反応物質を、階段状パターンをなすよう配置された複数の反応物質チャンバに置くステップ、（ｂ）長い分離マイクロチャネルを使用して反応物質流の切り換えに必要なエア導入ベント制御を達成するステップ、（ｃ）作動マイクロ流体をエア導出ベントとして使用して階段状パターンに配置された連続Ｕ形構造を形成するステップ、（ｄ）連続Ｕ形構造を使用して流動順序とタイミングの設定を行ない反応物質を活性化するステップ、以上のステップを具えている。
【００１１】
本発明によると、反応物質は先に反応物質チャンバに保存され各エア導入ベントはシーールされる。マイクロ流体チップを活性化するため、チップは傾斜或いは直立ポジションに置かれエアベントのシールが取り除かれる。流体反応物質は分離マイクロチャネルを流れる。分離マイクロチャネルの設計により、反応物質は、反応物質チャンバより対応する分離マイクロチャネルを通って反応物質チャンバの位置により特定される順序で集中マイクロチャネルに導入される。エアロック効果により集中マイクロチャネルに進入前の反応物質の混合が最小化される。
【００１２】
引力駆動流動順序制御装置はいかなる活性化パワーも周辺サポート電気機械設備も必要としない。それは作動部品なしでマイクロ流体チップ内に形成されうる。ゆえにそれは低エネルギー消費、低製造コスト及び無公害である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、該引力駆動装置は、複数の反応物質チャンバと、複数の分離マイクロチャネルと、一つの反応チャンバとを具え、
該複数の反応物質チャンバは階段式パターンを以て配置され、それぞれがエアベントを具え、
該複数の分離マイクロチャネルはそれぞれが対応する反応物質チャンバの底部に接続され、隣り合う分離マイクロチャネルの各対は隣り合う分離マイクロチャネルの対を接続するＵ形構造を具え、
該反応チャンバは分離マイクロチャネルが集結する曲がりくねった集結マイクロチャネルを具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、引力駆動装置はマイクロ流体チップに採用され、該マイクロ流体チップは直立或いは傾斜ポジションを以て配置されることで作動することを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項３の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、引力駆動装置はマイクロ流体チップに採用され、エアベントが最初にシールされ、マイクロ流体チップが作動する時、シール解除されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、Ｕ形構造は階段状パターンを以て配置されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルの幅は、異なる流動抵抗を提供するために異なるものとされたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルの長さは、異なる流動抵抗を提供するために異なるものとされたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項７の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルは逆流防止のため上方向の流動セグメントを具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項８の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、引力駆動装置がマイクロ流体チップ内に構築されたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項９の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、複数の分離マイクロチャネルは逆流防止のため異なる長さの上方向の流動セグメントを具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、反応物質の流動制御の更なる調整のための最終流動制御メカニズムを達成するために複数の分離マイクロチャネルの下端に対応する水平接続アレイが形成されたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項１１の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置において、反応物質が曲がりくねった集結マイクロチャネルに流入する前に最終流動順序制御メカニズムが完成することを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置としている。
請求項１２の発明は、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、
（ａ）複数種類の反応物質を、階段状パターンをなすよう配置された複数の反応物質チャンバに置くステップ、
（ｂ）分離マイクロチャネルをエアベントとして使用して反応物質流の切り換えに必要なエア導入ベント制御を達成するステップ、
（ｃ）複数種類の反応物質で形成した作動マイクロ流体をエア導出ベントとして使用して階段状パターン内に配置された連続するＵ形構造を形成するステップ、
（ｄ）連続するＵ形構造を使用して複数種類の反応物質を作動させるための流動順序とタイミングの設定を達成するステップ、
マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法としている。
請求項１３の発明は、請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、（ｂ）のステップはエアベントを開放して反応物質を対応する分離マイクロチャネルに流入させるステップを更に具えたことを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法としている。
請求項１４の発明は、請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、（ｃ）のステップの連続するＵ形構造は各分離マイクロチャネルを対応する反応物質チャンバの底部に接続することにより形成されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法としている。
請求項１５の発明は、請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、複数の分離マイクロチャネルが異なる寸法を有することを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法としている。
請求項１６の発明は、請求項１２記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法において、この引力駆動方法はマイクロ流体チップに採用されることを特徴とする、マイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動方法としている。
請求項１７の発明は、請求項１記載のマイクロ流体装置の反応物質の流動順序制御のための引力駆動装置を具えたマイクロ流体チップとしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明はマイクロ流体チップにおけるマイクロ流体装置内の反応物質の引力駆動流動順序装置と方法を提供する。この引力駆動流動順序制御装置は、階段状パターンを以て配置された複数の反応物質チャンバ、複数の分離マイクロチャネル、曲がりくねった集結マイクロチャネルを具えた反応チャンバを具え、各反応物質チャンバはエアベントチャネルを具え、隣り合う分離マイクロチャネルの各対は隣接する分離マイクロチャネルの対に接続されたＵ形構造を具えている。マイクロ流体チップを作動させるため、マイクロ流体チップは傾斜或いは直立ポジションで置かれエアベントはシールされる。本発明は複数の反応物質の流動順序制御の信頼性を増す。本発明はマイクロ流体チップ内に構築され、駆動力或いは素子が不要で、ゆえに低消費エネルギー、低製造コスト及び無公害である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図２は本発明のマイクロ流体チップに採用される引力駆動流動順序制御装置の概略図である。図２に示されるように、マイクロ流体チップ２００に採用される引力駆動流動順序制御装置は、階段状パターンを呈するように配置された複数の反応物質チャンバ２０１ａ〜２０１ｅ、複数の分離マイクロチャネル２０３ａ〜２０３ｅ、曲がりくねった集結マイクロチャネル２０５ａを具えている。この実施例は５つの反応物質チャンバと５つの複数の分離マイクロチャネルを具えている。各反応物質チャンバはエアベントを具えている。５つのエアベントは符号２０２ａ〜２０２ｅで示される。分離各マイクロチャネルはそれぞれに対応する反応物質チャンバの底部に接続され、隣り合う複数の分離マイクロチャネルの各対はＵ形構造は隣の複数の分離マイクロチャネルの対に接続されている。これらの複数の分離マイクロチャネルは反応チャンバ２０５に集結される。
【００１６】
まず、５種類の反応物質（図示せず）がそれぞれ反応物質チャンバ２０１ａ〜２０１ｅに保存され、エアベント２０２ａ〜２０２ｅがシールされる。マイクロ流体チップ２００が傾斜或いは直立ポジションに配置されエアベントのシールが解除されると、５種類の流体反応物質が引力により下方に流れる。複数の分離マイクロチャネル２０３ａ〜２０３ｅの構造により、反応物質はそれぞれ反応物質チャンバ２０１ａ〜２０１ｅより対応する複数の分離マイクロチャネル２０３ａ〜２０３ｅを通り集結マイクロチャネル２０５ａに反応物質チャンバの位置により特定された順序で流入する。
【００１７】
集結マイクロチャネル２０５ａに流入する前の反応物質の混合はエアロック効果により最小限に押さえられる。本発明によると、反応物質が反応物質チャンバの配置により特定された順序で確実に流れるように、多くの形態（即ち上部から下部）を具えている。これらの形態に関しての詳しい説明を以下に行なう。
【００１８】
マイクロチャネル中のマイクロ流体の流れは、マイクロ流体の前方のエアが排出されうるか否かそしてマイクロ流体の後方のエアが注入されうるか否かに依存する。ゆえに、エアベントの使用はマイクロ流体の流れの制御に重要である。流動順序制御においては、各エアベントは最初に開いたものから閉じるという規則で操作されるように設計される。まず、エアベントが開放されてマイクロ流体の流れが作動させられる。それから、このエアベントが閉じられてエアとの通路がブロックされる。エアベントの遮蔽は他の分離マイクロチャネル中の流体に対しての決定的な遮断を形成する。図３は効果的にマイクロ流体の流れを遮断できるエア導入ロック効果を示す。
【００１９】
図３に示されるように、エアベントの操作は、以下の三つのステップを具えている。ステップ３０１において、エアベントが開かれ、流体が対応する分離マイクロチャネルを流れ落ちる。ステップ３０２において、流体が長いマイクロチャネルを満たし更なる流動に対する抵抗力を増すが、流体の高さは流動に十分な圧力を提供する。ステップ３０３において、ほとんどの流体が集結マイクロチャネルに流入し、流体の高さが低くなって十分な圧力を提供できなくなり、ゆえに更なる流動のために抵抗力を克服できなくなる。こうして流れは停止しエアベントを閉じられる状態と見なされる。言い換えると、本発明は、複数の長い分離マイクロチャネルを、反応物質の流れを切り換えるのに必要なエアベント制御を達成するためのエアベントとして使用している。
【００２０】
図４は前の流体の流れにより引き起こされるエア導出ロック効果がいかにそれに続く流体の流れを効果的にブロックできるかを示す。図４に示されるように、最も高い位置の反応物質チャンバ４０１内の流体が流れ落ち始めると、流体は他の分離マイクロチャネルの底部においてエアをブロックする。その理由は、最も高い位置の反応物質チャンバ内の流体は最も高いポテンシャルを有し最も低い流動抵抗を有するためである。この底部のエアの遮断は他の分離マイクロチャネル内の流体の更なる流動を防止し、一方、Ｕ形構造がその分離マイクロチャネルの底部に形成され隣接する分離マイクロチャネルは流体で満たされている。
【００２１】
Ｕ形構造が流体で満たされることで、流動順序制御の次のステップのための状態が整えられる。言い換えると、本発明は、流動するマイクロ流体を階段状パターンに配置された連続するＵ形構造を形成するためのエアベントとして使用している。
【００２２】
図５は分離マイクロチャネルの隣接する各対の底部の連続するＵ形構造を示す。Ｕ形構造は接続された反応物質チャンバの位置に関しては階段パターンを以て配置される。Ｕ形チャネルにおいて、Ｕ形チャネルの両腕中の流体はエアに開放される時、同じ高さを有する。本発明ではＵ形チャネルの特性が利用される。図５中、三つのＵ形チャネルが一部重畳するように接続されている。
【００２３】
以下に、連続するＵ形構造を使用して反応物質を流動させるための流動順序とタイミングを設定する方法の４つのステップを説明する。ステップ５０１において、各分離マイクロチャネルの流体の高さは最初は異なっており、左から右に減り、ゆえに最も左側が最も高い。ステップ５０２において、最も左の分離マイクロチャネルの流体が流体の高さがその右隣の分離マイクロチャネルの流体の高さより低くなるまで分離マイクロチャネルに沿って流れ落ちる。ここでのポイントは、第２の分離マイクロチャネル内の流体が最も高くなることである。ステップ５０３において、第２の分離マイクロチャネルの流体が対応する分離マイクロチャネルに沿って流れ落ちてその右隣の分離マイクロチャネルの流体の高さより低くなる。ステップ５０４において、同様の状態が残りの分離マイクロチャネルに関しても繰り返される。
【００２４】
連続するＵ形構造の幾何配置により分離マイクロチャネル中の流体は流体の高さの順序により流れる。言い換えると、本発明はＵ形構造を使用して複数の反応物質に対して流動順序制御を行なう。最高位置にある流体が一度に流れるだけではなく、他がブロックされていることに意味がある。これは非選択の反応物質が同時に流れ落ちるのを防止する。
【００２５】
上述の説明、特に図３−５にかかる説明から、本発明のマイクロ流体装置の流動順序制御の方法は以下のステップを具えていることが分かる。（ａ）複数の反応物質（マイクロ流体）を、階段状パターンをなすよう配置された複数の反応物質チャンバに置くステップ、（ｂ）長い分離マイクロチャネルを使用して反応物質流の切り換えに必要なエア導入ベント制御を達成するステップ、（ｃ）作動マイクロ流体をエア導出ベントとして使用して階段状パターンに配置された連続Ｕ形構造を形成するステップ、（ｄ）連続Ｕ形構造を使用して流動順序制御とタイミングの設定を行ない反応物質を活性化するステップ、以上のステップを具えている。
【００２６】
以下に図を参照しながら本発明の他の実施例について説明する。
図６は反応物質の流動抵抗を増すための幾何配置を示し、異なる分離マイクロチャネルに対して異なる寸法と異なる長さが使用され、異なる分離マイクロチャネルには長い及び短い距離が使用され、流動中、分離マイクロチャネル中の流動の上向きのセグメントの率が使用されている。このような幾何構造は各反応物質を確実に正しく特定順序で反応物質チャンバに案内し、マイクロ流体チップの輸送或いは毛細現象により反応物質チャンバ内の流体が早まって流れるのを防止する。言い換えると、本発明は反応物質の流動抵抗を増す幾何構造配置を使用して複数の反応物質の流動順序の確実な制御を達成する。
【００２７】
図７は流体が集結マイクロチャネルに流入する前の最終的な流動順序制御メカニズムを示す。流体は集結マイクロチャネルに進入する前に、マイクロチャネルの末端で水平接続アレイを形成する。図７のステップ７０１に示されるように、第１流体が第１分離マイクロチャネルに流入しそれを満たす時、第１流体は第２マイクロチャネルに接続された水平接続アレイ７０１１の口部で流体の表面張力により停止する。それに隣接する分離マイクロチャネル内の第２流体が流れ落ちる時、この第２流体は水平接続アレイ７０１２の口部で停止した先の流体に接触し、集結マイクロチャネルに導入される。しかし、第３分離マイクロチャネル内の第３流体が早まって流れ落ちる時、第３流体は流体の表面張力により水平接続アレイ７０２１の口部で停止し、これは図７のステップ７０２に示されるとおりであり、これにより流体の流動順序の更なる調整が行なわれる。
【００２８】
ＰＭＭＡ材料で製造されて０．５ｍｍから１ｍｍの範囲内の幅と０．５ｍｍの深さを具えたマイクロチャネルを具えた本発明の実施例は酵素標識抗体法（ELISA ）に使用される。この実施例は５つの反応物質チャンバを具え、ペルフルオロ化学品ＦＣ−７０（比重＝１．９４）が先ず集結マイクロチャネルに置かれて引力駆動マイクロポンプとして反応物質の駆動力を提供する。ＥＬＩＳＡ試験において、抗原はマイクロチャネルの内面に固定され、５種類の反応物質、即ち第１度抗体５０ｕｌ、バッファ溶液ＰＢＳ  ５０ｕｌ、酵素含有第２度抗体５０ｕｌ、バッファ溶液ＰＢＳ  ５０ｕｌ、色原体（クロモゲン）ＴＭＢ  ５０ｕｌが５つの反応物質チャンバにそれぞれ収容される。総反応時間は約５分間で試験結果は正しい。
【００２９】
まとめると、本発明はマイクロ流体チップ内に採用される引力駆動流動順序制御装置と流動順序制御方法を提供するものである。この引力駆動装置は複数の反応物質チャンバと、複数の長い分離マイクロチャネル、該複数の長い分離マイクロチャネルが集結する曲がりくねった集結マイクロチャネルを具えた反応チャンバを具えている。各反応物質チャンバはエアベントを具えている。それは以下の特徴を有している。（ａ）反応物質の流動抵抗を増して複数の反応物質の流動順序制御の信頼性を強化するための幾何構造配置の使用、（ｂ）流体の流動順序を調整して特定の誘導を行ない流動順序調整に効果を発生する構造の使用、（ｃ）流動順序制御を作動或いは停止し、及び装置の機能を調整するための本発明の装置の位置変換の使用、（ｄ）流動順序をロックし反応物質の方向を切り換えて安定した反応工程を実行するためのマイクロチャネルのエアベントとしての使用、である。それはマイクロ流体チップ内に構築され、他の駆動力或いは素子の使用を必要としない。ゆえにエネルギー消費が少なく、製造コストが低く、無公害である。
【００３０】
以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】マイクロ流体の方向を変換してマイクロ流体装置の流動順序制御を提供する周知の技術の表示図である。
【図２】本発明のマイクロ流体チップに採用される引力駆動流動順序制御装置の概略図である。
【図３】本発明中、マイクロ流体流を効果的にブロックするエア導入ロック効果の表示図である。
【図４】本発明中、先の流体流により引き起こされるエア導出ロック効果が効果的に後続流体流をブロックする方法の表示図である。
【図５】本発明中、分離されたマイクロチャネルの底部の連続するＵ形構造の表示図である。
【図６】本発明中、反応物質の流動抵抗の増加のための幾何配置表示図である。
【図７】本発明中、流体が集中マイクロチャネルに流入する前の最後の流動順序制御メカニズム表示図である。
【符号の説明】
【００３２】
２００  マイクロ流体チップ
２０１ａ〜２０１ｅ  反応物質チャンバ
２０３ａ〜２０３ｅ  分離マイクロチャネル
２０５  反応チャンバ
２０５ａ  集結マイクロチャネル
２０２ａ〜２０２ｅ  エアベント
７０１１、７０１２、７０２１  水平接続アレイ
【図１】
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【図２】
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【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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