(57)【要約】本発明は、マトリックス形状で整列された流動体要素からなる装置に関し、各要素の流動体レベルは電気的な力の手段によって制御可能である。上記装置はさらに、流動体要素の一つ以上の列の多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第一手段と；流動体要素の一つ以上のカラムの多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第二手段と；電気的な力が第一手段及び第二手段によって適用される、選択された要素で流動体レベルが上昇し；及び、選択された要素で上昇したレベルを保持するために選択された要素に電気的な力を適用するための記憶手段を備えて提供される。流動体要素は、流動体レベルが閾値のような振る舞いを及ぼすと同時に、制御可能ように配列された毛細管からなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス形状で整列された複数の流動体要素からなる装置であって、各前記要素の流動体レベルは電気的な力の手段によって制御可能であり、さらに前記装置は、
前記流動体要素の一つ以上の列の多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第一手段と；
前記流動体要素の一つ以上のカラムの多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第二手段と；
電気的な力が前記第一手段及び前記第二手段の両者によって適用される、前記選択された要素で前記流動体レベルが上昇し；及び
前記選択された要素で前記上昇したレベルを保持する記憶手段、
を備えて提供され、前記流動体要素は、前記流動体レベルが閾値のような振る舞いを及ぼすと同時に、制御可能なように配列された、毛細管からなることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記毛細管は前記毛細管内に配列された電極からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電極は電気的な伝導性物質の被膜層からなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電極は前記毛細管の縦方向でセグメントに分割されることを特徴とする請求項２若しくは３に記載の装置。
【請求項５】
前記電極は前記毛細管の横方向でセグメントに分割されることを特徴とする請求項２、３若しくは４に記載の装置。
【請求項６】
前記一つ以上の電極セグメントは前記第一手段に接続されることを特徴とする請求項４若しくは５に記載の装置。
【請求項７】
前記一つ以上の電極セグメントは前記第二手段に接続されることを特徴とする請求項４、５若しくは６に記載の装置。
【請求項８】
前記一つ以上の電極セグメントは、前記選択された要素に電気的な力を適用するために配列されている前記記憶手段に接続されることを特徴とする請求項４、５、６若しくは７に記載の装置。
【請求項９】
前述までの請求項に記載の一つ以上の装置からなるＸ線フィルターであって、前記毛細管がＸ線を吸収する流動体で充満されることを特徴とするＸ線フィルター。
【請求項１０】
請求項９に記載のＸ線フィルターからなるＸ線検査装置。
【請求項１１】
前述までの請求項１乃至８に記載の一つの装置からなる超小型流体チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、マトリックス形状で整列された複数の流動体要素からなる装置に関し、各要素の流動体のレベルは電気的な力の手段によって制御可能であり、さらに前述の装置は、
流動体要素の一つ以上の列の多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第一手段と；
流動体要素の一つ以上のカラムの多くの選択された要素に電気的な力を適用するための第二手段と；
電気的な力が第一手段及び第二手段によって適用される、選択された要素で流動体レベルが上昇し；及び
選択された要素で上昇したレベルを保持する記憶手段
から構成される。
【０００２】
かかる装置は、例えば、印刷媒体に色素を伝達する、特にレセプターへの流動体の伝達に関わる、国際特許出願番号ＷＯ９８／５１５０９により公知である。
【０００３】
公知の装置は、流動体要素で流動体レベルを制御するマトリックスアドレッシングを使用し、それによって異なる要素で流動体レベルをセットするのに必要なドライバーの数を削減するのに有利である。
【０００４】
本発明は、余分な構成部分を必要とせずに正確な手法で流動体要素で流動体レベルを操作するのに特に適する、前述に記載のタイプの装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明による装置は、流動体レベルが閾値のような振る舞いを及ぼすと同時に、制御可能ように配列された、流動体要素が毛細管からなることを特徴とする。
【０００６】
毛細管での物理的特性が、トランジスターやダイオードなどの余分な構成部分の閾値のような振る舞いを誘発するような毛細管を設計することによって余剰となる。これは、本発明による相当な大きさを縮小し、重要な技術分野において重要な利点である。
【０００７】
本発明による装置の好ましい実施態様によると、毛細管は毛細管内に配列された電極からなる。好ましくは、電極は電気的な伝導性物質の被膜層からなる。
【０００８】
同じ出願人による米国特許出願番号ＵＳ５６６６３９６では、電気的な伝導性物質の被膜層からなる電極を伴って提供される毛細管のマトリックスからなるＸ線フィルターを伴って提供されるＸ線検査装置が記述されていることが注目される。毛細管内で流動体がＸ線を吸収するレベルは、選択された毛細管の数に電気的な力を適用する手段によって制御可能である。薄膜トランジスターは、本発明の目的である、毛細管内で流動体の上昇のために閾値のような振る舞いを誘発するために使用される。
【０００９】
本発明による装置の第二の好ましい実施態様によると、電極は毛細管の縦方向でセグメントに分割される。それに加えるか、若しくは代替として、電極は毛細管の横方向でセグメントに分割される。電極をセグメントに分割し、それによって本質的に流動体の上昇のための所望の閾値のような振る舞いを引き起こす、ギャップの導入は上品な構造である。好ましくは一つ以上の電極セグメントは第一手段に接続され、いわゆる“液体／毛細管内電極”の実施態様を導く。代替となる実施態様によると、一つ以上の残存する電極セグメントは、第二手段に接続され、いわゆる“毛細管内／毛細管内電極”の実施態様を導く。
【００１０】
さらなる好ましい実施態様によると、一つ以上の電極セグメントは、記憶手段に接続されている。記憶効果は、毛細管の余分な電極を追加することにより獲得される。実施態様にしたがって、記述された電極セグメントは、余剰な電極として役立つことができる。
【００１１】
本発明はまた、本発明による装置からなるＸ線フィルターに関し、ここにおいて毛細管はＸ線を吸収する流動体で満たされている。
【００１２】
さらに本発明は、本発明によるＸ線フィルターからなるＸ線検査装置に関する。
【００１３】
本発明はまた、本発明による装置からなる超小型流体チップ（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ　ｃｈｉｐ）に関する。サイエンス第２８２巻の３９９頁に記載から既知のような超小型流体チップは、毛細チャネルのシステムからなり、ここにおいて、例えば、反応性が輸送されている。かかる超小型流体チップは、例えば、ＤＮＡシークエンシングを実行する生化学分野に適用される。超小型流体チップはまた、例えば、化学分析を目的とする化学分野に適用することができる。
【００１４】
本発明は、添付図を用いてさらに説明される。
【００１５】
図１は、本発明が実行できるＸ線検査装置１の実施例を図解で示している。Ｘ線源２は、対象１６を照らすためのＸ線ビーム１５を照射する。例えば、放射線で検査される患者である、対象１６内で吸収するＸ線の差によると、Ｘ線画像は、Ｘ線源の反対側に配置されるＸ線検出器３のＸ線感受性面１７で形成される。本実施態様のＸ線検出器３は、Ｘ線画像を出口窓１９の光画像に変換するためのＸ線画像増幅器１８及び光画像をピックアップするためのビデオカメラ２３を含む画像増幅器ピックアップチェーンによって形成されている。エントランススクリーン２０は、Ｘ線を電子光システム２１の手段によって出口窓に画像化される電子ビームに変換するＸ線画像増幅器のＸ線感受性面として作用する。入射電子は、出口窓１９の発光体層２２に光画像を生成する。ビデオカメラ２３は、例えば、レンズシステム若しくはファイバー光接続の光接続２４の手段によってＸ線画像増幅器１８に接続されている。ビデオカメラ２３は、光画像から電子画像信号を抽出し、信号はＸ線画像で画像情報の表示のためにモニター２５に適用される。電子画像信号はまた、さらなる処理のために画像処理ユニット２６に適用される。
【００１６】
Ｘ線源２及び対象物１６との間に、Ｘ線ビームの局地的な減衰のためのＸ線フィルター４が配置されている。Ｘ線フィルター４は、毛細管形状の多くのフィルター要素からなり、そのＸ線吸収性は調節ユニット７の手段によって毛細管の内部に対する、後に記載のように調節電圧と呼ばれる、電圧の適用によって調節できる。
【００１７】
図２は、図１のＸ線検査装置のＸ線フィルター４の側面図である。図は実施例の手法による７つの毛細管を示すが、本発明によるＸ線検査装置のＸ線フィルター４の実用的な実施態様は、例えば、１２８−１２８マトリックス配列で１６３８４本の毛細管である、多くの毛細管からなる。各毛細管５は、末端３１を介してＸ線吸収液体６と連絡している。毛細管の内側は、例えば、金若しくはプラチナである電気的伝導性層３７によって被膜され、層３７は電圧ライン３５に接続されている。
【００１８】
毛細管の内部に対するＸ線吸収液体の吸着は、毛細管５の内部の電気的伝導性層３７に適用される電圧手段によって調節できる。毛細管の一つの末端は、Ｘ線吸収液体のための貯蔵室３０と連絡している。毛細管は、個々の管に適用される電圧の機能として与えられるＸ線吸収液体の量で満たされている。毛細管がＸ線ビームとほぼ平行して延在しているために、個々の毛細管のＸ線の吸収性は、毛細管での相関するＸ線吸収液体の量に依存している。個々のフィルター要素に適用される調節する電圧は、調節ユニット７の手段によって調節され、例えば、Ｘ線画像及び／若しくはＸ線源２のセッティングでの輝度値に基づいて調節される。調節ユニットは、ビデオカメラの出力ターミナル１０とＸ線源２の電源１１に接続されている。この種類のＸ線フィルター４の構成とＸ線吸収液体の構成要素は、両者はここに参照として組み入れられている国際特許出願番号ＩＢ９５／００８７４及び米国特許出願番号ＵＳ５６６６３９６に詳細に記載されている。
【００１９】
毛細管内部の流動体レベルの高さは、エレクトロウェッティングと呼ばれる毛細管圧によって影響を受ける。毛細管圧ｐは、ｐ＝ｃｏｎｓｔ・Ｖ２のように振る舞い、Ｖは毛細管内電極（図２の３７）と伝導液体（図２の６）との間に適用する電位である。毛細管内部の流動体レベルの高さはまた、毛細管壁のはね返り力と外部に適用される静水圧によって決定される。これに関して、水性溶液及び疎水性物質が活用されることを注意する。毛細管内の流動体レベルは、所望の高さで流動体レベルをセットするために活動的に使用される電気的毛管現象の圧力ｐの３つの力間のバランスの結果である。
【００２０】
力学的な測定は、切り換えが０．１乃至１秒（速度１乃至１０ｃｍ／ｓ、電極の長さ１ｃｍ）で起こることを示している。
【００２１】
Ｘ線フィルターにおいて、各毛細管の液体レベルは個々に制御可能であるべきである。各毛細管が個々のワイヤーに接続されている場合、必要とされる電気制御要素の数はＮ２で計る。Ｎのオーダー数に制御要素の数を削減する周知の方法は、マトリックスアドレッシングによる。マトリックスアドレッシングは、プログラムする信号がカラムワイヤー（ｊのインデックスが付され、ｊ∈｛１．．Ｎ｝、電圧Ｖｊ）に置かれている一方、列（ｉのインデックスが付され、ｉ∈｛１．．Ｎ｝、電圧Ｖｊ）は一つずつ活性化されることを意味する。
【００２２】
Ｘ線フィルターにマトリックスアドレッシングを適用するために、電気的なマトリックス構造は各毛細管で必要とされ、つまり各毛細管（ｉ、ｊ）は電圧Ｖｊ及びＶｊへの接続を必要とする。下記に、本発明による３つの異なる毛細管の実施例を示す。
【００２３】
図３は、本発明による装置の毛細管４５の第一実施態様の断面図を示す。毛細管４５は、伝導層により形成された電極、絶縁体４６及び疎水性の被膜４７からなる。電極は管の縦方向に３つのセグメント４２、４３及び４４に分割される。セグメントは相互に電気的に絶縁されており、異なる電圧がそこに適用されている。Ｖｍｅｍの電圧は列接続の手段によって最低部のセグメント４２に適用されている。Ｖｊの電圧はカラム接続の手段によって中間セグメント４３に接続されている。Ｖｍｅｍの電圧は最高部のセグメント５４に適用されている。電圧Ｖｉは電極として作用する液体に適用されている。したがって、この実施態様は、液体／毛細管内電極の実施態様と呼ばれる。
【００２４】
データ電極の区分化はセグメント４２及び４３との間にギャップを導入する。液体が前述の言及されたギャップに関して上昇するために、閾値電圧はデータ電極に適用されるべきである。Ｖｉ−Ｖｊの十分に大きい大きさについてのみ、液体がギャップを横切ってジャンプし、それ以上に上昇するだろう。
【００２５】
ギャップの幾何学的配置と同様にギャップの大きさ（つまり、データ電極のセグメント間の距離）は、閾値−振る舞いを決定する。望ましい閾値電圧を削減するギャップの幾何学的配置の実施例は図６に略して示されており、二つの電極が液体が上昇する方向にくぼんでいる。
【００２６】
同様な手法で、幾何学的配置（局地的な形状の変化、局地的な開き及び／若しくは毛細管の構成など）、絶縁体特性（厚さ若しくは比誘電率など）、若しくは疎水性の局地的な不連続性は、液体のレベル対適用された電圧の非線形の行動を導入する。金属性電極の構造、絶縁体の厚さ若しくは疎水性被膜は、準平面のプレート若しくは箔から構成されるフィルターで達成される。
【００２７】
図４は、本発明による装置の毛細管５５の第二実施態様の断面図を示す。この実施態様は、毛細管内／毛細管内電極の実施態様と呼ばれる。
【００２８】
毛細管５５は、伝導層により形成された電極、絶縁体５６及び疎水性の被膜５７からなる。電極は管の縦方向に３つのセグメント５２、５３及び５４に分割される。セグメントは相互に電気的に絶縁されており、異なる電圧がそこに適用されている。Ｖｉの電圧は列接続の手段によって最低部のセグメント５２に適用されている。Ｖｊの電圧はカラム接続の手段によって中間セグメント５３に接続されている。Ｖｍｅｍの電圧は最高部のセグメント５４に適用されている。およそゼロ値の電圧Ｖｌｉｄは液体に適用されている。
【００２９】
毛細管の口５１では、電極５２及び５３は供給チャネルと毛細管のバルクとの間のバルブとして作用し、これにより閾値のような振る舞いを導入する。所定値の電圧が電極５３と同様に電極５２に適用される場合のみ、液体は毛細管を満たす。電極のうちの１つだけがが活性化される場合、液体は上昇しない。
【００３０】
液体移動の制限された速度により（速度１乃至１０ｃｍ／ｓ）、メニスカスは時間平均の電気的毛管現象の圧力を感知する。プログラムされた列は、他の列がプログラムされている時間でそれらのパターンを解くことを回避するために、すべての毛細管に記憶機能を加えなければならない。かかる記憶機能は、毛細管の余分な電極を伴って達成される。図３でのＶｍｅｍの場合のように、この電極は一つ以上の電極で共有されている。
【００３１】
電圧Ｖｉ及びＶｊの値と独立して、一旦液体が上昇して毛細管５５が満たされたままであるようにＶｍｅｍの値が選択される。これは、“記憶効果”と呼ばれる。幾つかの列の連続するアドレッシングを可能にするため、記憶効果は有用である。充満した毛細管を空にするために、ゼロ電圧は電極５２、５３及び５４に適用し、毛細管のリセットとなる。リセット後に、毛細管は再度プログラムできる。好ましくは、毛細管の各列はロー−ワイズ手法（ｒｏｗ−ｗｉｓｅ　ｆａｓｈｉｏｎ）で起こるためのリセットを可能にする個別のＶｍｅｍ接続を有する。
【００３２】
図５は、本発明による装置の毛細管の第三実施態様の断面図を示す。さらにこの実施態様は、改良された毛細管内／毛細管内電極の実施態様と呼ばれる。
【００３３】
図５は、単一の毛細管の充填及び空にすることを可能にする電極構造の好ましい実施態様を示している。各毛細管は、記憶電極を示す電極の配列Ｖｉ／Ｖｊ／Ｖｍｅｍ／Ｖｉ／Ｖｊ．Ｖｍｅｍを伴って提供されている。伝導流動体は、下記から供給される。下記に与えられた実施例において、Ｖ＝０は電位が適用されていないことを意味し、その結果電極は脱水（ｄｅ−ｗｅｔｔｅｄ）されている。Ｖ＝１は最も高い電位（例えば、Ｖ＞２００Ｖ）が適用されていることを意味し、その結果電極は湿っている。
【００３４】
実施例１
すべての毛細管が空であり、一つのみの毛細管を満たすことを仮定する（ｉ＝ｎ、ｊ＝ｍ）。
例えば、我々は適用によって下記のようにできた：
すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝１、すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝１、すべてのｉにおいてＶｉ＝０、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝１、Ｖｉ＝ｎ＝１、Ｖｉ≠ｎ＝０、Ｖｊ＝ｍ＝１、Ｖｊ≠ｍ＝０、（毛細管は充満）及び、次いで
Ｖｍｅｍ＝１、すべてのｉにおいてＶｉ＝０、すべてのｊにおいてＶｊ＝０。
【００３５】
実施例２
すべての毛細管が充満しており、一つのみの毛細管を空にすることを仮定する（ｉ＝ｎ、ｊ＝ｍ）。
【００３６】
例えば、我々は適用によって下記のようにできた：
すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝０、すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝０、すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝１、次いで
Ｖｍｅｍ＝０、Ｖｉ＝ｎ＝０、Ｖｉ≠ｎ＝１、Ｖｊ＝１、次いで
Ｖｍｅｍ＝０、Ｖｉ＝ｎ＝０、Ｖｉ≠ｎ＝１、Ｖｊ＝ｍ＝０、Ｖｊ≠ｍ＝１、（毛細管は充満）及び、次いで
Ｖｍｅｍ＝０、すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝１、すべてのｉにおいてＶｉ＝１、すべてのｊにおいてＶｊ＝０、次いで
Ｖｍｅｍ＝１、すべてのｉにおいてＶｉ＝０、すべてのｊにおいてＶｊ＝０。
【００３７】
図５の構造が毛細管で数回繰り返される場合、グレースケールプログラミングが可能であることを注意する。
【００３８】
図６は、液体の上昇方向にくぼんでいる二つの電極セグメント７２及び７３からなる本発明による毛細管７１の実施態様を略して示している。このギャップの幾何学的配置は、望ましい閾値電圧を削減する。くぼんでいる部分は、示されている長方形とは違って様々な形状を有することは理解されるであろう。
【００３９】
上記に記載されたマトリックス構造の列及びカラムの機能は交換可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００４０】
本発明の概要は、上記に記載の装置の流動体要素の構成が余分な構成部分を必要とせずに、流動体の上昇の望ましい閾値のような振る舞いを誘発するように設計できる洞察を提供することである。
【００４１】
もちろん本発明は記述若しくは示された実施態様で制限されないが、前述の記載及び図形で見られるように追記の特許請求の範囲内であれば任意の実施態様に拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による装置からなるＸ線フィルターを伴って提供されるＸ線検査装置の概略を表現する。
【図２】
図１に示されるＸ線検査装置のＸ線フィルターの側面図を示す。
【図３】
本発明による装置の毛細管の第一実施態様の断面図を示す。
【図４】
本発明による装置の毛細管の第二実施態様の断面図を示す。
【図５】
本発明による装置の毛細管の第三実施態様の略図を示す。
【図６】
本発明による装置の毛細管の第四実施態様の略図を示す。
【国際公開パンフレット】
2004512917.tif 000003
2004512917.tif 000004
2004512917.tif 000005
2004512917.tif 000006
2004512917.tif 000007
2004512917.tif 000008
2004512917.tif 000009
2004512917.tif 000010
2004512917.tif 000011
2004512917.tif 000012
2004512917.tif 000013
2004512917.tif 000014
2004512917.tif 000015
2004512917.tif 000016
2004512917.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004512917.tif 000018
【国際調査報告】
2004512917.tif 000019
2004512917.tif 000020
2004512917.tif 000021