(57)【要約】本発明は、マイクロ流体システムに関し、このマイクロ流体システムは、マイクロ流体システム用の弁（１２）およびポンプを備える。本発明の弁は、隔壁弁およびフラップ弁のようなチェック弁（３０）を備える。本発明の他の弁は、単回使用弁（１２）を備える。本発明のポンプは、レザバ（４０）および少なくとも２つのチェック弁（３０、３１）を備える。このレザバ（４０）は変更可能な容量であり得る。本発明はまた、可撓性マイクロ流体システム（１０）に関する。本発明はさらに、マイクロ流体システム（１０）（本発明のマイクロ流体システムを含む）を作製する方法に関する。この方法は、マスター（１００）上にマイクロ流体システム（１０）を形成する工程、マイクロ流体システム（１０）に支持体（１１０）を接続する工程、およびマスターからマイクロ流体システム（１０）を除去する工程を包含する。
2004516949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体システムであって、以下：
流体通路；
該流体通路への入口；
該流体通路からの出口；および
該流体通路に沿って、該入口と該出口との間に配置された、第１の閉鎖部材、を備え、ここで該流体通路は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する、マイクロ流体システム。
【請求項２】
前記第１の閉鎖部材が第１の可撓性部材を含む、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
前記第１の閉鎖部材が、開口位置および閉鎖位置を有し、そして前記マイクロ流体システムのいずれの位置に対してもスライドすることなく、該閉鎖位置から該開口位置へと移動するよう構築および配置されている、請求項２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
前記第１の可撓性部材がフラップを備える、請求項２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
前記フラップがほぼ半円形である、請求項４に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６】
前記第１の可撓性部材が隔壁を備える、請求項２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項７】
前記隔壁が開口部を備える、請求項６に記載のマイクロ流体システム。
【請求項８】
前記開口部の少なくとも周辺で前記隔壁を指示するよう構築および配置されたシートをさらに備える、請求項７に記載のマイクロ流体システム。
【請求項９】
前記第１の可撓性部材がエラストマーを備える、請求項２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１０】
前記第１の閉鎖部材が第１の自由フロート部材を備える、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１１】
前記第１の自由フロート部材が球形体を備える、請求項１０に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１２】
前記流体通路が可撓性部材で構築されている、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１３】
前記流体通路がエラストマーで構築されている、請求項１２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１４】
前記可撓性部材に接続された可撓性支持体をさらに備える、請求項１２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のマイクロ流体システムであって：
前記流体通路に沿って、前記入口と前記出口との間に配置された第２の閉鎖部材；および
該流体通路に沿って、前記第１の閉鎖部材と該第２の閉鎖部材との間に配置されたレザバ、
をさらに備える、マイクロ流体システム。
【請求項１６】
前記レザバの容量が変更可能である、請求項１５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１７】
前記レザバがエラストマーを備える、請求項１６に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１８】
前記流体通路が、約３００μｍ未満の断面寸法を有する、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項１９】
前記流体通路が、約１００μｍ未満の断面寸法を有する、請求項１８に記載のマイクロ流体システム。
【請求項２０】
前記流体通路が、約５０μｍ未満の断面寸法を有する、請求項１９に記載のマイクロ流体システム。
【請求項２１】
前記閉鎖部材が、チェック弁の一部を備える、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項２２】
前記閉鎖部材が実質的に封鎖された障壁を備え、かつ前記流体通路の前記入口および該流体通路の前記出口のうちの少なくとも１つの電気的に接続された電極をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項２３】
開口位置および閉鎖位置を有する弁であって、以下：
流体通路；
該流体通路への入口；
該流体通路からの出口；
該流体通路に沿って、該入口と該出口との間に配置された可撓性隔壁；
該可撓性隔壁中の開口部；および
該弁が閉鎖位置にある場合、該開口部を妨害し、そして該開口部の少なくとも周囲で該可撓性隔壁を支持するよう構築および配置されたシート、
を備える、弁。
【請求項２４】
前記流体通路が、約５００μｍ未満の断面寸法を有する、請求項２３に記載の弁。
【請求項２５】
前記流体通路が可撓性部材で構築されている、請求項２３に記載の弁。
【請求項２６】
前記流体通路がエラストマーで構築されている、請求項２５に記載の弁。
【請求項２７】
マイクロ流体ポンプであって、以下：
流体通路；
該流体通路への入口；
該流体通路からの出口；
該流体通路に沿って、該入口と該出口との間に配置された、第１の閉鎖部材；
該流体通路に沿って、該入口と該出口との間に配置された、第２の閉鎖部材；および
該流体通路に沿って、該第１の閉鎖部材と該第２の閉鎖部材との間に配置された、変更可能な容量を有するレザバ、
を備え、ここで、該流体通路は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する、マイクロ流体ポンプ。
【請求項２８】
前記流体通路が可撓性部材で構築されている、請求項２７に記載のマイクロ流体ポンプ。
【請求項２９】
前記流体通路がエラストマーで構築されている、請求項２８に記載のマイクロ流体ポンプ。
【請求項３０】
前記可撓性部材に接続された可撓性支持体をさらに備える、請求項２８に記載のマイクロ流体ポンプ。
【請求項３１】
マイクロ流体システムであって、以下；
可撓性支持体；
該可撓性支持体に接続された可撓性部材；および
約５００μｍ未満の断面寸法を有する、該可撓性部材内の流体通路、
を備える、マイクロ流体システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のマイクロ流体システムであって：
前記流体通路への入口；
該流体通路からの出口；および
該流体通路に沿って、該入口と該出口との間に配置された、第１の閉鎖部材、をさらに備える、マイクロ流体システム。
【請求項３３】
請求項３２に記載のマイクロ流体システムであって：
前記流体通路に沿って、前記入口と前記出口との間に配置された第２の閉鎖部材；および
該流体通路に沿って、前記第１の閉鎖部材と該第２の閉鎖部材との間に配置されたレザバ、
をさらに備える、マイクロ流体システム。
【請求項３４】
前記可撓性支持体が接着テープである、請求項３１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３５】
マイクロ流体システムを作製する方法であって、以下：
該マイクロ流体システムに対応するマスターを提供する工程；
該マスター上に該マイクロ流体システムを形成する工程；
該マイクロ流体システムに支持体を接続する工程；および
該マスターから該マイクロ流体システムを除去する工程、
を包含する、方法。
【請求項３６】
前記接続工程が、前記支持体と前記マイクロ流体システムとの間の可逆的な接続を形成する工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記接続工程が、前記マイクロ流体システムに前記支持体を接着する工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記支持体が接着テープを備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記形成工程が、硬化可能なエラストマーから前記マイクロ流体システムを形成する工程をさらに包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記形成工程が、１ｍｍ未満の厚みになるように前記マイクロ流体システムを形成する工程をさらに包含する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記形成工程が、５００μｍ未満の厚みになるように前記マイクロ流体システムを形成する工程をさらに包含する、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記形成工程が、１００μｍ未満の厚みになるように前記マイクロ流体システムを形成する工程をさらに包含する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
請求項３５に記載の方法であって、以下：
基材に前記マイクロ流体システムを接続する工程；および
該マイクロ流体システムから該支持体を除去する工程、
をさらに包含する、方法。
【請求項４４】
前記除去工程が、前記支持体および前記マイクロ流体システムのうちの少なくとも１つに対して溶媒を適用する工程を包含する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
基材に前記マイクロ流体システムを接続する工程が、実質的に不可逆的である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
マイクロ流体弁を開口するための方法であって、以下：
以下：
流体通路；
該流体通路への入口；
該流体通路からの出口；および
該流体通路に沿って、該入口と該出口との間に配置された、第１の閉鎖部材、
を備えるマイクロ流体弁であって、ここで該流体通路が、約５００μｍ未満の断面寸法を有する、マイクロ流体弁を提供する工程；
該流体通路を通して流体の流れを提供する工程；および
該流れによって該閉鎖部材を閉鎖位置から開口位置に、該閉鎖部材が該マイクロ流体弁のいずれに位置に対してもスライドしないように、たわませる工程、
を包含する、方法。
【請求項４７】
マイクロ流体システムにおいて、流体の流れを操作する方法であって：
約５００μｍ未満の断面寸法を有する流体通路を提供する工程；
該流体通路を通して、第１の方向への該流体の流れを開始する工程；および
該流体通路を通して、第２の方向への該流体の流れを妨害する工程、
を包含する、方法。
【請求項４８】
前記開始工程の作用が、前記第１の方向における前記流体の流れによって閉鎖部材を開口させる工程を包含する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記開始工程の作用が、前記第２の方向における前記流体の流れによって閉鎖部材を閉鎖する工程を包含する、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
マイクロ流体システムであって、以下：
第１の流体通路；
第２の流体通路；および
電圧により分解可能な部材で構成されており、該第１の流体通路と該第２の流体通路との間に配置された第１の閉鎖部材、
を備え、ここで、該第１の流体通路および該第２の流体通路のうちの一方は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する、マイクロ流体システム。
【請求項５１】
前記閉鎖部材が、実質的に封鎖された障壁を備える、請求項５０に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５２】
前記閉鎖部材が、約５マイクロメートルと約５０マイクロメートルとの間の厚みである、請求項５１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５３】
前記閉鎖部材が、約１５マイクロメートルと約４０マイクロメートルとの間の厚みである、請求項５２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５４】
前記閉鎖部材がポリマーで構築されている、請求項５０に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５５】
前記閉鎖部材が、約２５０ボルト／マイクロメートル未満の破壊電圧を有する、請求項５０に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５６】
前記閉鎖部材が、約１５０ボルト／マイクロメートル未満の破壊電圧を有する、請求項５５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５７】
前記閉鎖部材が、約７５ボルト／マイクロメートル未満の破壊電圧を有する、請求項５６に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５８】
前記閉鎖部材が、約２５ボルト／マイクロメートル未満の破壊電圧を有する、請求項５７に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５９】
前記第１の流体通路および前記第２の流体通路のうちの１つに電気的に接続された電極をさらに備える、請求項５０に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６０】
前記第１の流体通路および前記第２の流体通路のうちの一方が、電気的接地に接続されている、請求項５９に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６１】
前記電極に接続された電気エネルギー源をさらに備える、請求項５９に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６２】
前記電気エネルギー源が、圧電生成器を備える、請求項６１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６３】
前記電気エネルギー源が、前記閉鎖部材の破壊電圧よりも高い電圧を提供するような大きさであり、かつそのように適合されている、請求項６１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６４】
マイクロ流体システムであって、以下：
第１の流体通路；
第２の流体通路；および
電圧により分解可能な部材で構成されており、該第１の流体通路と該第２の流体通路との間に配置された第１の閉鎖部材、
を備え、ここで、該第１の閉鎖部材は、約５０μｍ未満の厚みを有する、マイクロ流体システム。
【請求項６５】
マイクロ流体デバイスであって、以下：
実質的に封鎖された流体レザバ；
該流体レザバ内に位置する流体；
閉鎖部材により該流体レザバから分離された流体通路；
該流体通路に接続された第１の電極；および
該流体通路に接続された第２の電極、
を備える、デバイス。
【請求項６６】
流体システムにおいて流体の流れを操作する方法であって、以下：
閉鎖部材により分離された、第１の通路と第２の通路との間に電圧差を生成する工程であって、該電圧は、該閉鎖部材に開口部を形成するのに十分である、工程；および
流体が、該第１の流体通路と該第２の流体通との間を流れるのを可能にする工程、
を包含する、方法。
【請求項６７】
電圧差を生成する工程が、前記閉鎖部材の破壊電圧よりも大きい電圧差を生成する工程を包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記第１の流体通路および前記第２の流体通路のうちの一方を、電気エネルギー源に電気的に接続する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項６９】
前記第１の流体通路および前記第２の流体通路のうちの一方を、電気的接地に電気的に接続する工程をさらに包含する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７０】
試験方法であって、以下：
試験流体を試験レザバに導入する工程；
該試験レザバと、試薬を含み、閉鎖部材によって該試験レザバから分離された試薬レザバとの間に電圧差を生成する工程であって、該電圧差が、該閉鎖部材に開口部を作製するのに十分である、工程；
該試験流体および該試薬のうちの少なくとも一方が、該試験レザバと該試薬レザバとの間を流れるのを可能にする工程、
を包含する、方法。
【請求項７１】
流体システムにおいて開口部を作製する方法であって、以下：
第１の流体通路と、閉鎖部材によって該第１の流体通路から分離された第２の流体通路との間に電圧差を生成する工程であって、該電圧差は、該閉鎖部材に開口部を作製するのに十分である、工程、
を包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、可撓性マイクロ流体システムならびにマイクロ流体システム用のバルブおよびポンプを含む、マイクロ流体システムに関する。本発明はまた、重合体材料と共に使用するのに適するマイクロ流体システムを作製する方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
マイクロ流体システムは、２〜３マイクロメートル（μｍ）ほど小さい寸法まで縮小化された流体システムである。このようなシステムは、これらの設計および製造の両方に課題がある。例えば、典型的なマイクロ流体システムの最小化のレベルにおいて、正常な流体流れの原理は、表面張力ほど顕著ではないかもしれない。
【０００３】
マイクロ流体システムにおける最近の開発は、ゲノム分析、ゲノム診断およびゲノム検出のような分析機能のための、コンパクトな一体型デバイスを製造する可能性によってその大部分が動機付けられる。
【０００４】
（発明の概要）
本発明の１つの実施形態に従って、流体通路、流体通路への入口および出口、ならびに入口と出口との間の流体通路に沿って配置される第１閉鎖部材を備えるマイクロ流体システムが、提供される。本発明のこの実施形態において、この流体通路は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する。
【０００５】
本発明の別の実施形態に従って、開口位置および閉鎖位置を有するバルブが提供される。このバルブは、流体通路ならびに流体通路への入口および出口を備える。開口部を有する可撓性隔壁は、流体通路への入口と出口との間の流体通路に沿って配置される。本発明のこの実施形態において、シートは、バルブが閉鎖位置にある場合、そのシートが開口部を塞ぎ、少なくとも開口部の周辺あたりの可撓性隔壁を支持するように構成および、配置される。
【０００６】
本発明の別の実施形態に従って、流体通路、流体通路への入口および流体通路への出口を備えるマイクロ流体ポンプが、提供される。第１閉鎖部材および第２閉鎖部材は、それぞれ入口と出口との間の流体通路に沿って配置され、そして可変体積を有するレザバは、第１閉鎖部材と第２閉鎖部材との間の流体通路に沿って配置される。本発明のこの実施形態において、この流体通路は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する。
【０００７】
本発明の別の実施形態に従って、可撓性支持体、この可撓性支持体に接続される可撓性材料、および約５００μｍ未満の断面寸法を有する、可撓性材料内の流体通路を備えるマイクロ流体システムが、提供される。
【０００８】
本発明のさらなる実施形態に従って、マイクロ流体システムを作製するための方法が、提供される。その方法は、マイクロ流体システムに対応するマスターを提供する工程、そのマスター上にマイクロ流体システムを形成する工程、マイクロ流体システムに支持体を接続する工程およびマスターからマイクロ流体システムを取り外す工程を包含する。
【０００９】
本発明の別の実施形態に従って、マイクロ流体バルブを開くための方法が、提供される。その方法は、マイクロ流体バルブおよび流体通路を通る流体の流れを提供する工程を包含する。そのマイクロ流体バルブは、流体通路、流体通路への入口および出口、ならびに入口と出口との間の流体通路に沿って配置される第１閉鎖部材を備える。この方法は、マイクロ流体バルブの任意の部分に対して、閉鎖部材をスライドさせることなく、閉鎖位置から開口位置までの流れによってこの閉鎖部材を反らせる工程をさらに包含する。本発明のこの実施形態において、この流体通路は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する。
【００１０】
本発明の別の実施形態に従って、マイクロ流体システム中の流体の流れを操作するための方法が、提供される。この方法は、約５００μｍ未満の断面寸法を有する流体通路を提供する工程、流体通路を通して、第１方向への流体の流れを起こす工程、および流体通路を通して、第２方向への流体の流れを阻止する工程を包含する。
【００１１】
本発明の別の実施形態に従って、マイクロ流体システムは、第１流体通路、第２流体通路、および電圧分解性（ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｅｇｒａｄａｂｌｅ）材料から構成されて第１流体通路と第２流体通路との間に配置される第１閉鎖部材を備える。この実施形態において、第１流体通路および第２流体通路のうちの１つは、約５００μｍ未満の断面寸法を有する。
【００１２】
本発明の別の実施形態に従って、マイクロ流体システムは、第１流体通路、第２流体通路、および電圧分解性材料から構成されて第１流体通路と第２流体通路との間に配置される第１閉鎖部材を備える。この実施形態において、第１閉鎖部材の厚さは、約５０μｍ未満である。
【００１３】
本発明の別の実施形態に従って、マイクロ流体デバイスは、実質的に封鎖された流体レザバ、この流体レザバ内に配置された流体、閉鎖部材によってこの流体レザバから分けられた流体通路、この流体レザバに接続された第１電極、および流体通路に接続された第２電極を備える。
【００１４】
本発明の別の実施形態に従って、流体システム中の流体流れを操作する方法は、閉鎖部材によって分けられた第１流体通路と第２流体通路との間に、電圧差を発生させる工程（この電圧は、閉鎖部材中に開口部を形成するのに十分である）工程を包含する。この方法は、流体を第１流体通路と第２流体通路との間に流す工程をさらに包含する。
【００１５】
本発明の別の実施形態に従って、試験方法は、試験レザバに試験流体を導入する工程を包含する。この方法はまた、試験レザバと、試薬を含み、閉鎖部材によって試験レザバから分離される試薬レザバとの間に電圧差を生じさせる工程、その電圧差は、閉鎖部材中で開口部を作製するのに十分である工程を包含する。この方法は、試験流体と試薬のうちの少なくとも１つをその試験レザバとその試薬レザバとの間に流す工程をさらに包含する。
【００１６】
本発明の別の実施形態に従って、流体システム中に開口部を作製する方法は、第１流体通路と、閉鎖部材によって第１流体通路から分離される第２流体通路との間に、閉鎖部材中に開口部を作製するのに十分な電圧差を生じさせる工程を包含する。
【００１７】
本発明の他の利点、新規の特徴、および目的は、添付の図面とともに考慮する際に本発明の以下の詳細な説明から明らかとなるが、これらのいくつかは、略図であり、一定の比例に拡大して描かれることは意図されない。この図において、種々の図に図示されるそれぞれの同一の部品または同一に近い部品が、単一の数字によって示される。明確にするために、あらゆる部品があらゆる図において分類されず、示される本発明の各実施形態のあらゆる部品が示されるわけではなく、ここで図示は、当業者に本発明を理解させるのに必要ではない。
【００１８】
（詳細な説明）
本発明は、マイクロ流体システムに関する。本明細書中で使用される場合、「マイクロ流体システム」とは、１ミリメーター（ｍｍ）未満の断面寸法を有する少なくとも１つの流体通路を備える、デバイス、装置または系をいう。本明細書中で使用される場合、「流体通路」とは、流体（例えば、液体または気体）が通過し得る、任意のチャネル、管、パイプまたは経路をいう。本明細書中で使用される場合、「断面寸法」とは、流体通路の任意の２つの向かい合う側の間で測定され得る、最も短い距離をいう。しかし、特定の好ましい実施形態において、流体通路の任意の２つの向かい合う側の間で測定され得る、最も長い距離もまた、その実施形態についての最大断面未満である。
【００１９】
１つの実施形態において、マイクロ流体システムは、流体通路、この流体通路に対する入口、この流体通路に対する出口、およびこの入口と出口との間でこの流体通路に沿って配置された第１の閉鎖部材を備える。本明細書中で使用される場合、「閉鎖部材」とは、流体通路を通るかまたは流体通路、レザバなどの間の流体の流れを選択的に阻止または防止するように特異的に適合された、任意の構造をいう。このような閉鎖部材は、開いた位置および閉じた位置を有し、そしてこれらの位置の間で（開いた位置から閉じた位置へ、または閉じた位置から開いた位置へ、のいずれか）少なくとも１回移動し得る。この定義は、厳密には、開いた位置と閉じた位置を有することが意図されずに、いくつかの状況（例えば、比較的高い圧力の付与）下で開かれ得るかまたは閉じられ得る構造（例えば、流体通路間の比較的薄い壁）を排除する。この実施形態に従うマイクロ流体システムは、弁として機能するように構築され得る。
【００２０】
ここで図面（そして、詳細には、図１〜３）を参照すると、弁１２としての使用に適切であるように構築され得る、マイクロ流体システムの実施形態が記載される。このマイクロ流体システム１０の実施形態は、流体通路２０、流体通路２０に対する入口２２、流体通路２０に対する出口２４、および入口２２と出口２４との間で流体通路２０に沿って配置された閉鎖部材３０を備え得る。代表的には、弁１２の操作において、流体は、例えば、ポンピングによって、入口２２を介して流体通路２０へ導入される。導入後、流体は、出口２４へ向かう第１の方向で流体通路２０を通って流れ、閉鎖部材３０を通過する。しかし、流体の流れが、例えば、ポンピングの停止に起因して、方向を変化する場合、流体は、その通路を少なくとも部分的にブロックする閉鎖部材３０の作用に起因して、出口２４から入口２２へ流体通路２０を通って流れるのを阻止される。この閉鎖部材３０の作用は、弁１２の構成を参照して、より良好に理解され得る。
【００２１】
流体通路２０は、流体に不利に影響することも、流体によって不利に影響されることもなく、流体が流体通路２０を通って流れるのを可能にする、任意の様式かつ任意の材料で構築され得る。例えば、流体通路２０は、流体（単数または複数）の通過が、受容可能な圧力低下でマイクロ流体システム１０と共に使用されるのを可能にする、任意の配置または断面寸法を有し得る。好ましくは、この断面寸法は、流体（単数または複数）の流れを阻害することなく、マイクロ流体システム１０と共に使用される、可能な限り小さい寸法である。例えば、流体通路２０は、１ｍｍ未満、好ましくは５００μｍ未満、より好ましくは３００μｍ未満、なおより好ましくは１００μｍ未満、そして最も好ましくは５０μｍ未満の断面寸法を有し得る。しかし、流体通路２０の好ましい断面寸法は、流体（単数または複数）に伴って変化することが認識されるべきである。例えば、その中に細胞を含む流体（例えば、血液）は、断面寸法が小さすぎる場合、細胞に対する損傷を受け得る。さらなる例として、比較的高い粘性を有する流体は、断面寸法が小さい場合、過剰なポンプ圧を必要とし得る。
【００２２】
流体通路２０の好ましい構成は、マイクロ流体システム１０およびその中で使用される流体（単数または複数）に伴って変化する。一般に、流体通路２０は、圧力低下を最小化し、そして時間感受性またはずり感受性の液体に対する損傷を減少するために、可能な限り直線的かつ一方向性であることが好ましい。しかし、いくつかの例において、流体通路２０は、必要以上に、より長いかまたはより回旋状であることが好ましくあり得る（例えば、流体通路２０が、リアクタまたはミキサとして作用し、その中で、滞留時間が、所望される場合）。流体通路２０は、所望の流体（単数または複数）との使用に適切な任意の断面を有し得る。例えば、流体通路１０の断面は、多角形、卵形であり得るか、あるいは変わった形状または変則的な形状の断面であり得る。
【００２３】
流体通路２０は、入口２２および出口２４を備える。入口２２は、流体が流体通路２０へ導入されるのを可能にする、任意の様式で構築され得る。例えば、入口２２は、ポート、スリット、漏斗または他の開口部であり得る。入口２２は、さらなる流体通路２０、ポンプまたは他のデバイスと嵌め合うように適合され、流体通路２０への流体の導入を容易にし得る。同様に、出口２４は、流体が流体通路２０から出るのを可能にする、任意の様式で構築され得る。例えば、出口２４は、ポート、スリットまたは他の開口部であり得る。出口２４もまた、さらなる流体通路２０、ポンプまたは他のデバイスと嵌め合うように適合され、マイクロ流体システム１０から、そのさらなる流体通路２０、ポンプまたは他のデバイスへの流体の通過を容易にし得る。
【００２４】
流体通路２０は、流体通路２０を通って流れる流体に不利に影響することも、その流体によって不利に影響されることもない、任意の材料（単数または複数）によって構築され得る。例えば、流体通路２０は、流体通路２０内で使用される流体の存在下で化学的に不活性である材料から構築され得る。好ましくは、流体通路２０は、安価で、耐久性で、かつ取り扱いが容易であり、現場の使用および費用効果的な廃棄性を促進させる、単一の材料から構築される。例えば、流体通路２０は、ポリマー材料から構築され得る。流体通路２０が、ポリマーから構築される場合、ポリマーは、例えば、使用される流体との適合性、その耐久性および保管期間、その使用コストおよび使用容易性に基づいて、選択され得る。好ましくは、流体通路２０は、ポリ（ジメチルシロキサン）（「ＰＤＭＳ」）から構築される。ＰＤＭＳは、比較的安価であり、耐久性のエラストマーポリマーである。ＰＤＭＳは、安定であるので、ＰＤＭＳから構築される流体通路２０およびマイクロ流体システムの他の部分は、６ヶ月以上の保管期間を有し得る。ＰＤＭＳはまた、取り扱いが比較的容易である。ポリマー材料（そして、特に、ＰＤＭＳ）が、流体通路２０の構築に好ましいが、他の材料（従来のシリコンチップ材料を含む）が、流体通路２０のいくつかまたは全ての部分を構築するように使用され得ることが、理解されるべきである。他の適切な材料としては、米国特許第５，５１２，１３１号（本明細書中でその全体が参考として本明細書によって援用される）においてスタンプの製造における使用に適切であると記載されているポリマーが挙げられる。
【００２５】
閉鎖部材３０は、それが、流体の流れを選択的に許容または阻止するのを可能にする、任意の様式かつ任意の材料（単数または複数）で構築され得る。流体の流れを許容または阻止すべきかを選択する１つの代表的な基準は、流体の流れの方向である。例えば、閉鎖部材３０は、先に記載したように、第１の方向の流体の流れを許容し得、そして第２の方向の流体の流れを阻止し得る。この型の閉鎖部材３０は、チェック弁と呼ばれる。閉鎖部材３０は、チェック弁として機能する場合、閉鎖部材３０は、それが、第１の方向の流体の流れによって開かれ、そして／または、第２の方向の流体の流れによって閉じられるような、任意の様式で構築され得る。例えば、閉鎖部材３０は、それが、第１の方向の流体の流れによって押し開かれるか、または第２の方向の流体の流れによって押し閉じられるように、構築され得る。
【００２６】
好ましくは、閉鎖部材３０は、マイクロ流体システムの任意の部分に対してスライドしないように開閉する。なぜなら、これは、機械的損傷に起因して閉鎖部材３０の欠陥を生じ得るか、または開いた位置または閉じた位置で捕捉され得るからである。閉鎖部材３０は、それがマイクロ流体システムの任意の部分に対してスライドするように構築される場合、閉鎖部材３０とマイクロ流体システムのその部分との間の摩擦を減少するいくつかの様式が、使用され得る。例えば、図１６、１７および１９に例示されるように、互いに接触する表面は、非固着性の表面であり得るか、または適切な潤滑剤（例えば、石油ゼリー）で処理され得る（閉鎖部材３０の影付き領域によって例示される）。
【００２７】
いくつかの実施形態（例えば、図１〜９に例示されるような実施形態）において、閉鎖部材３０は、可撓性部材である。閉鎖部材３０が、可撓性部材である場合、閉鎖部材３０は、閉鎖部材３０が所望のように開閉されるのを可能にする、任意の様式で構築され得る。
【００２８】
図１〜３に例示されるように、いくつかの実施形態において、閉鎖部材３０は、フラップであり得る。フラップとは、基材に取り付けられたほぼ平面の構造であって、その構造が、基材に対して移動し得るような、構造を意味する。閉鎖部材３０がフラップである場合、流体が第１の方向で閉鎖部材３０を通って流れるのを許容することを、その閉鎖部材に可能にさせるが、第２の方向の流体の流れを阻止する、任意の様式で構築され得る。例えば、閉鎖部材３０は、それが閉じた場合に流体通路２０をカバーするように構築され得る。閉鎖部材３０が流体通路２０をカバーする場合、流体通路２０は、閉鎖部材３０が、流体通路２０をカバーしないように、第１の方向に移動するのを可能にされ、そしてその流体通路２０の形状によって、第２の方向に移動するのを阻止されるように、構築され得る。例えば、図１〜３に例示されるように、閉鎖部材３０は、流体通路２０の相対的に狭い部分（例えば、弁シート３２）をカバーし得、そして流体通路２０の相対的に大きい部分に存在する。従って、図２の下部において流れの表示５０によって例示されるように、第１の方向で流体通路２０を通って移動する流体は、その相対的に大きい部分へ、そして開いた位置へと、閉鎖部材３０を押し得る。逆に、図２の上部において流れの表示５０によって例示されるように、第２の方向で流体通路２０を通って移動する流体は、閉鎖部材３０を、弁シート３２を越えて押し込まなくてよく、従って、閉鎖部材３０を開き得ず、むしろ、第２の方向の流体圧が、閉鎖部材３０を閉じた位置にシールするように作用し、漏れの可能性を減少する。
【００２９】
単一のフラップであることに代えて、閉鎖部材３０は、２以上のフラップからなり得る。いくつかの実施形態において、このようなフラップは、流体通路２０の弁シート３２に対して接するよりむしろ、互いに接し得る。このような閉鎖部材３０を、図８、９、１９および２０に例示する。図２０において、流体通路２０および弁１２は、例示目的のために、その上側が開かれている。図８、９、１９および２０の実施形態において、弁１２は、リンパ管弁（図７に例示されるような）に従ってモデル化されている。図８の流れの表示５０によって例示されるように、流体が、第１の方向に流れる場合、閉鎖部材３０のフラップは、押し離され、閉鎖部材３０を開く。逆に、図９の流れの表示５０によって例示されるように、流体が、第２の方向に流れる場合、閉鎖部材３０のフラップは、互いに対して押され、閉鎖部材３０を閉鎖およびシールする。
【００３０】
図８、９、１９および２０に例示されるような、互いに接する２つの閉鎖部材３０を有する弁において、閉鎖部材３０は、それが、第１の方向の流体の流れを許容し、そして第２の方向の流体の流れを阻止するのを可能にする任意の様式で、流体通路２０に取り付けられ得る。例えば、閉鎖部材３０は、流体通路２０の側面、上部および／または底部に連結され得る。好ましくは、閉鎖部材３０は、効果的に一緒になって流体の戻りを阻止するのに十分な運動の自由度を有するが、それらが、流体の流れによって容易に曲げられ、ねじられ、または脇に押されるほどの自由度は有さない。１つの実施形態において、閉鎖部材３０は、流体通路２０の側面のみで、流体通路２０に連結される。この実施形態の特定のバージョンが、流体による、閉鎖部材３０のねじれまたは曲がりを生じる場合、別の連結点（例えば、流体通路２０の上部または底部）が、使用され得る。
【００３１】
閉鎖部材３０がフラップである場合、これは、種々の形状で構築され得る。例えば、閉鎖部材３０は、図１〜３に例示されるように、矩形であり得るか、あるいは別の多角形（例えば、六角形）、円または円の部分（例えば、半円）として構築され得るか、または変わった形状もしくは変則的な形状を有するものとして構築され得る。好ましくは、閉鎖部材３０は、ほぼ半円である。
【００３２】
閉塞部材３０の構築の様式および材料は、それが開かれる場合の容易性に合わせるように使用され得る。例えば、より剛性の閉鎖部材３０（例えば、より厚い閉塞部材またはより剛性の材料から構築された閉鎖部材）は、開くためにより高い流体圧を必要とし、閉じた場合により良好なシールを提供し得、一方、より可撓性の閉鎖部材（より薄い閉塞部材またはより可撓性の材料から構築された閉鎖部材）は、開くためにそれほど高い流体圧を必要としなくてよい。シールの程度はまた、閉じた位置にある場合に流体通路２０に適合する、閉鎖部材３０の能力に依存し得、従って、閉鎖部材３０が、硬すぎて流体通路２０と適合しない場合、閉鎖部材３０、シールを改善せずに、シールを阻害し得ることもまた理解されるべきである。
【００３３】
図４〜６において例示されるように、いくつかの実施形態において、閉鎖部材３０は、隔壁であり得る。隔壁とは、その縁が基材に取り付けられ、そしてその中に開口部を有する、ほぼ平面の構造を意味する。閉鎖部材３０が隔壁である場合、閉鎖部材３０は、流体が、第１の方向で閉鎖部材３０を通って流れるが、第２の方向で閉鎖部材３０を通って流れないことを可能にする、任意の様式で構築され得る。例えば、閉鎖部材３０は、それが、流体通路２０をカバーするが、第１の方向に移動するのを可能にされるように構築され得、この移動が、閉鎖部材３０中の開口部３４を曝し、それを通って、流体が、流れ得る。この実施形態において、閉鎖部材３０は、流体通路２０の形状によって、開口部３４を曝すために、第２の方向に移動するのを阻止される。例えば、図４〜６に例示されるように、閉鎖部材３０は、流体通路２０をカバーし得、そして開口部３４をカバーする弁シート３２によって支持される。従って、図５の下部において流れの表示５０によって例示されるように、第１の方向で流体通路２０を通って移動する流体は、閉鎖部材３０を弁シート３２から開いた位置へと押し離す。逆に、図５の上部において流れの表示５０によって例示されるように、第２の方向で流体通路２０を通って移動する流体は、閉鎖部材３０を、弁シート３２を越えて押し込み得ず、従って、閉鎖部材３０を開き得ない。実際、第２の方向の流体圧は、閉鎖部材３０を閉じた位置にシールするように作用し、閉鎖部材３０を弁シート３２に対して押し、そして漏れの可能性を減少する。
【００３４】
閉鎖部材３０が、開口部３４を備える隔壁である場合、開口部３４は、開口部３４を通る流体の通過を可能にする、任意の様式で構築され得る。例えば、開口部３４は、種々の形状で構築され得る。例えば、開口部３４は、図４〜６に例示されるように、正方形または矩形であり得るか、あるいは別の多角形（例えば、六角形）、円または円の部分（例えば、半円）として構築され得るか、または変わった形状もしくは変則的な形状を有するものとして構築され得る。弁シート３２は、開口部３４の少なくとも周辺で閉鎖部材３０を支持する、任意の様式で構築され得る。例えば、弁シート３２もまた、種々の形状で構築され得る。好ましくは、弁シート３２の形状は、開口部３４の形状に対応し、閉鎖部材３０の十分な支持を保証する。閉鎖部材３０がフラップである場合と同様に、閉鎖部材３０が隔壁である閉鎖部材３０の構築の様式および材料は、閉鎖部材３０が開かれる場合の容易性に合わせるように使用され得る。
【００３５】
閉鎖部材３０はまた、自由フロート部材であり得る。閉鎖部材３０が自由フロート部材である場合、これは、閉鎖部材３０が、閉鎖部材３０を通る流体の流れを選択的に許容または阻止するのを可能にする、任意の様式かつ任意の材料で構築され得る。例えば、図１０および１１に例示されるように、閉鎖部材３０は、それが、第１の方向の流体の流れを許容し、そして第２の方向の流体の流れを阻止するように構築される。図１０および１１に例示される実施形態において、閉鎖部材３０は、流体通路２０の狭い部部分（例えば、弁シート３２）へと運ばれ、そしてその部分から運ばれる。流体が、第１の方向で流れている場合、図１０の流れの表示５０によって例示されるように、閉鎖部材３０は、開口領域へ運ばれ、その結果、流体は、閉鎖部材３０を通過し得る。図１１の流れの表示５０によって例示されるように、流体が、第２の方向で流れる場合、閉鎖部材３０は、流体通路２０の弁シート３２へ、流体によって運ばれ、流体の流れを塞ぐ。
【００３６】
閉鎖部材３０が、自由フロート部材である場合、この閉鎖部材３０は、流体通路２０のシート３２内にぴったりと嵌るように構成され、流体通路が第２の方向にある場合に、漏出を防止する。好ましくは、閉鎖部材３０は、球体であり、そして流体通路２０のシート３２の断面は、円形である；他の形状および配置が可能であるが、この配置は、閉鎖部材３０の方向に関係なく、閉鎖部材３０と流体通路２０との間のぴったりと嵌ることを保証する。
【００３７】
閉鎖部材３０は、流体流を選択的に防ぐかまたは妨害し得る任意の材料から構成され得る。閉鎖部材３０はまた、マイクロ流体システム１０中の流体に悪影響を与えないかまたはこの流体により悪影響を受けない材料（例えば、マイクロ流体システム１０において使用するための流体に対して不活性な材料）から作製され得る。閉鎖部材３０に好ましい材料は、閉鎖部材３０の性質に従って変わる。例えば、閉鎖部材３０が、可撓性部材（例えば、フラップまたは隔壁）である場合、この閉鎖部材３０は、流体通路２０に関して前に記載されるようなポリマー材料（例えば、ＰＤＭＳ）から構成されることが好ましい。閉鎖部材２０が、自由フロート部材である場合、閉鎖部材３０は、好ましくは、流体流により容易に動かされ、そして流体通路２０の材料と良好な密閉を形成し得る材料から構成される。例えば、閉鎖部材３０は、ガラスもしくは他のケイ素ベースの材料、ポリマー材料（例えば、ＰＤＭＳ）、または別の比較的耐久性のある軽量の材料から構成され得る。
【００３８】
本発明の別の実施形態において、バルブ１２は、単回使用バルブとして構成され得る。「単回使用バルブ」とは、一旦開けられると、その開けられた様式では閉じることが出来ないバルブを意味する。例えば、本発明の一実施形態において、バルブ１２は、閉鎖部材３０の損傷（例えば、閉鎖部材３０を横切る電圧差）（これは閉鎖部材３０における崩壊、その結果として開口部の形成を生じる）により開かれる単回使用バルブであり得る。他の実施形態において、閉鎖部材３０またはその一部の温度の変更は、単回使用バルブを開くために使用され得る。図１９を参照すると、単回使用バルブとして構成されたバルブ１２の一実施形態が例示される。この例示される実施形態において、マイクロ流体システムは、第１の流体通路２０、第２の流体通路２２０、およびこの第１の流体通路２０と第２の流体通路２２０との間に配置される第１の閉鎖部材３０を備える。
【００３９】
第１の流体通路２０および第２の流体通路２２０は、閉鎖部材３０がその間に形成され得る任意の様式で配置され得る。例えば、第１の流体通路２０および第２の流体通路２２０は、図１９に例示されるように、「Ｔ字」型に配置され得る。代替の例として、流体通路２０、２２０は、端と端を接して配置されて、閉鎖部材３０により中断される単一の流体通路を効率的に形成し得る。いくつかの実施形態において、図２２に例示されるように、複数の流体通路は、複数の閉鎖部材３０によって互いに分離され得る。図２２の特定の実施形態において、１０個の流体通路２０は、１０個の閉鎖部材３０によって、単一の中心流体通路２２０から分離される。図１９に例示される実施形態は、図２２の領域２２５のようなより大きなマイクロ流体システムの一部であり得る。図２２で例示されるような配置は、いくつかの分析技術において必要とされるように、特定の順序で物質を添加するために有用であり得る。
【００４０】
バルブ１２が、単回使用バルブとして構成される場合、閉鎖部材３０は、閉鎖位置にあるように構成され、その結果、閉鎖部材３０を通過するか閉鎖部材３０を通って流れる流体が、妨害または排除される。例えば、閉鎖部材３０は、実質的に密閉されたバリアを含み得る。閉鎖部材３０が流体流を妨害または排除するように構成される場合、閉鎖部材の寸法は、用途および閉鎖部材が構成される材料と共に変化し得る。例えば、閉鎖部材３０が、開くことが望まれるまで、閉じたままであるのに十分厚くあり得るが、これは簡単には開かれ得ないほど、例えば、この閉塞部材を開くために過剰な圧力が必要であるほど厚くない。例えば、いくつかの材料について、約１μｍと約１００μｍとの間の厚さの閉鎖部材３０が、適切であり得る、他の材料について、約５μｍと約５０μｍとの間の厚さの閉鎖部材３０が適切であり得、他の材料について、約１５μｍと約４０μｍとの間の厚さの閉鎖部材３０が適切であり得、そしてさらに他の材料について、約２０μｍの厚さの閉鎖部材３０が所望され得る。
【００４１】
単回使用バルブと共に使用するための閉鎖部材３０の実施形態は、ほぼ平面であり、かつ均一な厚みを有するとして本明細書中で例示されるが、閉鎖部材３０が例えば、許容可能な圧力を使用して、簡便な様式で、必要に応じて開けられ得る限り、この性質は必要ではない。例えば、閉鎖部材３０は、半球形、他の規則的な形状、または変形したかもしくは不規則な形状であり得る。いくつかの実施形態において、閉鎖部材３０は、所望の様式で開き、所望の形状を有する開口部を生成するような形状であり得る。例えば、閉鎖部材３０のいくつかの部分は、閉鎖部材３０の他の部分よりも厚く、このことにより、開口部の形成はこれらの部分においてより起こりやすくなり得る。
【００４２】
閉鎖部材３０が流体流を妨害または排除するように構成される場合、この閉鎖部材３０は、閉鎖部材の形成について上で記載された任意の材料、ならびに使用される流体と適合性であり、実質的に流体密であり、かつ許容可能な電圧により開かれ得る任意の他の材料から構成され得る。例えば、閉鎖部材３０は、約２５０ボルト／μｍ未満の破壊電圧、約１５０ボルト／μｍ未満の破壊電圧、約７５ボルト／μｍ未満の破壊電圧、または約２５ボルト／μｍ未満の破壊電圧を有する材料から構成され得る。これらの特性を有する材料は、当業者により容易に選択され得る。例えば、このマイクロ流体システムにおいて使用される液体に可溶性ではない任意のポリマーは、特定の実施形態における有用性を見出し得る。好ましい実施形態において、閉鎖部材３０は、流体通路２０、２２０の形成における使用について上で開示された材料から構成される。別の好ましい実施形態において、閉鎖部材３０および流体通路２０、２２０は、ＰＤＭＳ（ＰＤＭＳは、２０ボルト／μｍの破壊電圧を有する）のような材料から単一部品で形成される。許容可能な電圧の付与により破壊され得る材料は、本明細書中で、「電圧分解性材料」と呼ばれる。本明細書中で記載される場合、許容可能な電圧は、使用される流体および特定のマイクロ流体システムの他のパラメーターと共に変化し得る。例えば、気泡形成が望まれ得ない場合、許容可能な電圧は、気泡形成を防止する。
【００４３】
図２０〜２１を参照すると、一方向バルブは、閉鎖部材３０に電圧を与えることによって開かれ得、その結果、開口部２３０がその中に形成される。例えば、閉鎖部材３０の破壊電圧より大きな電圧は、開口部２３０が閉鎖部材３０中に形成されるように、与えられ得る。閉鎖部材３０に付与される電圧は、負または正のいずれかの極性であり得る。電圧が閉鎖部材３０に方向付けられる限り、この電圧は任意の様式で付与され得る。例えば、電源が、所望の電圧を提供するために使用され得る。この電源は、所望の電圧を生成し得る任意の電気の供給源であり得る。例えば、この電源は、圧電源、バッテリー、または家庭用電流により電力を供給されるデバイスであり得る。一実施形態において、気体点火器からの圧電放電が、所望の電圧を生成するのに十分であることが見出された。
【００４４】
電圧は、電極２００の使用によって、閉鎖部材３０に供給され得る。例えば、電極２００は、電源および／または接地２１０に、閉鎖部材３０を直接的または間接的に接続するために使用され得る。一実施形態において、電極２００は、閉鎖部材３０と直接接触して配置され得る。別の実施形態において、流体が閉鎖部材３０に電圧を提供するのに十分に導電性である限り、電極２００は、流体通路２０、２２０中の流体と接触して配置され得る。閉鎖部材３０に電圧を間接供給することが望まれる場合、導電性であるのに十分なイオン強度を有する液状の流体の使用が、非常に好ましいが、任意の導電性流体が使用され得る。１０ｍＭ（ミリモル濃度）および１６６ｍＭのイオン強度を有する流体は、電圧を伝達するために適切であることが見出され、流体のイオン強度が高くなるにつれて、より大きな開口部が生成する。
【００４５】
電極２００は、電気が閉鎖部材３０に直接的または間接的に伝達され得る任意の様式で、構成され得る。例えば、電極２００は、マイクロ流体システムにおいて使用される流体および材料と適合性の任意の導電性材料を含み得る。電圧を閉鎖部材３０に迅速に伝達するより高い導電性の材料は、以下に記載されるように、より短い電圧ランプ時間、およびより大きい開口部を生じ、これは一般に好ましい。適切な電極２００を形成し得る材料の例としては、鋼、白金、銀、金および銅、ならびに他の導電性材料（例えば、導電性ポリマー材料）が挙げられる。
【００４６】
開かれ得る１つより多い閉鎖部材を有するマイクロ流体システムにおいて、開かれる閉鎖部材（これに電圧が印加される）の反対側にある流体通路は、接地され得る。例えば、図２６に示されるような、単一の流体通路２２０に接続された複数の閉鎖部材を備えるマイクロ流体システムにおいて、電圧が第１の流体通路２０に印加される場合、第２の流体通路２２０は、接地されて、１つより多き閉鎖部材３０が開くのを防止し、ここでは１つより多い閉鎖部材が開くことは望まれない。電圧が第１の流体通路２０ではなく第２の流体通路２２０に印加される同様に構成された実施形態において、第１の流体通路２０は、接地されて、第１の流体通路２０が開くのを促進し得、そして他の流体通路は、閉鎖部材によって第２の流体通路２２０に接続される。
【００４７】
特定の閉鎖部材を開くための電圧は、閉鎖部材およびその周囲の構成に依存して、変化し得る。例えば、閉鎖部材の厚みおよびその破壊電圧は、開口電圧に影響し得る。流体通路２０、２２０中の流体のイオン強度もまた、開口電圧に影響し得る。閉鎖部材に直接送達される場合に必要な理論的最小開口電圧は、閉鎖部材を形成する材料の破壊電圧と閉鎖部材の厚みとの積である。例えば、２０μｍの厚みおよび２１ボルト／μｍの破壊電圧を有するＰＤＭＳ閉鎖部材について、電圧の理論的最小パルスは、２０μｍ×２１ボルト／μｍ、すなわち４２０Ｖである。
【００４８】
理論的最小開口電圧より大きい実際の電圧が、閉鎖部材３０に付与され得る。理論的最小値よりも大きい電圧を印加することによって、開口部２３０を生成するために必要な電圧パルスの長さが減少し得る。例えば、２０μｍ厚のＰＤＭＳ閉鎖部材について、開口部２３０は、薬１ｋＶより上の電圧について１秒未満で完了され、一方、２ｋＶの電圧は、５０マイクロ秒で開口部２３０を生成し、そして５ｋＶの電圧は、２０ミリ秒で開口部２３０を生成した。閉鎖部材３０の破壊時の実際の電圧は、付与された電圧より小さくてもよい。なぜなら、開口部２３０の破壊および生成は、ランピング期間の間に生じ得るからである。例えば、上記の２ｋＶパルスおよび５ｋＶパルスは、それぞれ、１．８ｋＶおよび３．４ｋＶにおいて実際に破壊を生じた。なぜなら、この破壊は、ランピング期間の間に生じたからである。
【００４９】
電圧パルスの長さは、閉鎖部材３０において所望の開口部２３０を生成する任意の時間量であり得る。いくつかの材料および状態について、開口部２３０のサイズは、最小パルス長が使用される限り、電圧パルスの長さに依存し得る。例えば、ＰＤＭＳ閉鎖部材を横切る２ｋＶの、５０ミリ秒、６０ミリ秒および１秒のパルスは、図２７〜２９に例示されるように、ほぼ同じサイズの開口部２３０を生成することが見出された。
【００５０】
開口部２３０は、所望の量の流体が流体通路２０と２２０との間を通過し得る任意の形態をとり得る。例えば、開口部２３０は、所望の量の流体が流体通路２０と２２０との間を通過し得るサイズであり得る。例えば、小さい流速が好ましい場合、開口部２３０は、比較的小さくあり得、一方、より大きい流速が好ましい場合、開口部２３０はより大きくあり得る。実施形態に依存して、平均直径が約２μｍ〜約５０μｍの穴が有用であり得るが、さらに小さいかまたは大きい開口部２３０が、特定の実施形態において所望され得る。開口部２３０のサイズは、閉鎖部材３０のサイズによってのみ制限され得、そしていくつかの実施形態において、閉鎖部材３０のサイズを越えさえし得る。
【００５１】
電圧、電圧ランプ速度および流体通路２０、２２０中の流体のイオン強度は、開口部２３０のサイズに影響し得る。特に、より高い電圧、より速ランプ速度およびより大きいイオン強度の流体は、代表的に、より大きい開口部を生成する。例えば、一定の電圧ランプ速度（例えば、５００Ｖ／５０ｍｓ）は、ランプ速度が時間と共に指数関数的に増加する場合の開口部より小さい開口部を生じた。電圧が時間と共に指数関数的に増加する１つの特定の実施形態において、時間の関数としての電圧は、概算で以下であった：
Ｖ（ｔ）＝５０００＊（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）
ここで、ｔは時間であり、Ｖは電圧であり、そしてτは抵抗−キャパシタンス（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｉｍｅｓ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）（ＲＣ）であり、これは１６ｍｓであった。同様に、電極から閉鎖部材への電荷の分布速度は、その間の任意の流体の抵抗率に依存する；従って、流体のイオン強度が増大（流体の抵抗率の減少）は、電源のランプ速度を効果的に短縮し、より大きい開口部を生成する。従って、所望のサイズの開口部２３０は、これらの値の調節によって、提供され得る。
【００５２】
開口部２３０は、所望の量の流体が流体通路２０と２２０との間を通過し得、かつ単一の穴が必要ではない任意の形状であり得る。例えば、開口部２３０は、変形したかもしくは不規則な形状であり得るか、または閉鎖部材３０の形状に影響される特定の形状であり得る。別の例として、開口部２３０は、閉鎖部材３０中の複数のより小さい穴からなり得る。特定の条件および材料（例えば、ＰＤＭＳ）を用いて、開口部２３０は、一般に、一連の亀裂または穴として形成され得る。いずれの特定の理論にも制限されることを望まないが、これらの亀裂は、破壊の間に生じる応力（例えば、気体の発生および膨張、熱的応力および化学結合の破壊）により生じると考えられる。所望のサイズ／形状の開口部を達成するための電圧と電圧パルスの長さの適切な組み合わせは、慣用的な実験を使用して、特定の配置について決定され得る。
【００５３】
電圧パルスが閉鎖部材に印加されてそれを開ける場合、結合が開いた後に、ガスのバブルが、閉鎖部材に隣接する液体含有流体通路に形成され得る。電圧パルスの大きさおよび長さは、これらのバブルのサイズに影響し得る。より小さい大きさのより短い電圧パルスが、バブル形成を減少し得、一方、より大きな大きさのより長い電圧パルスが、バブル形成を促進し得る。いずれの特定の理論にも限定されることを望まないが、閉鎖部材の電気的破壊に付随する高い局所的温度がバブルを生じることが考えられる。バブルが形成される場合、このようなバブルは、消散し得る。例えば、２０マイクロメートルの厚みのＰＤＭＳ閉鎖部材の破壊から形成されるバブルは、約３０秒後に消散し得る。バブルはまた、例えば、適用される圧力によってポンピングされることによって、流体通路から移動し得る。このようなポンピングは、マイクロ流体システムが可撓性流体通路を含む場合、手動で実行され得る。
【００５４】
単回使用弁を組み込むマイクロ流体システムは、特定の時間まで、流体通路が分離されたままであることが望ましい、任意の適用で使用され得る。例えば、流体（例えば、試薬、分析物、および緩衝液）は、流体通路内に保存され得る。単回使用弁によって分離される複数のチャネルを有するマイクロ流体システムにおいて、所定の順序で弁を開くことによって、複雑な分析および化学反応が実行され得る。例えば、ＥＬＩＳＡ（酵素結合イムノソルベント検定法）実験における使用のためのマイクロ流体デバイス（これは、いくつかの溶液が別々に、特定の順序で添加されることを必要とする）は、本発明の単回使用弁を使用して作製され得る；これらの溶液は、捕捉抗体、遮断剤、サンプル、抗体−酵素結合体、および酵素基質を含み得る。マイクロ流体流体通路は、ＥＬＩＳＡに特に適する。なぜなら、容積に対する表面積の比較的高い比は、質量輸送限界の効果を減少するからである。さらに、ＰＤＭＳが使用されてマイクロ流体システムのいくつかまたは全てを作製する場合、ＥＬＩＳＡとともに使用するためのいくつかの共通の捕捉抗体が、酸化されたＰＤＭＳ上に容易に吸着される。単回使用弁を組み込むマイクロ流体システムのための他の潜在的な使用としては、化学分析、薬物送達、および化学合成が挙げられる。
【００５５】
これまでに記載しているように、マイクロ流体システム１０は、弁としとの使用に適する。図１２〜１５を参照して、マイクロ流体システム１０は、ポンプとしての使用に拡張され得る。ポンプとしての使用のためのマイクロ流体システム１０の１つの実施形態において、マイクロ流体システム１０は、入口２２と出口２４との間に流体通路２０に沿って配置された第２閉鎖部材３１および第１閉鎖部材３０と第２閉鎖部材３１との間に流体通路２０に沿って配置されたレザバ４０をさらに備える。本明細書中で使用される場合、「レザバ」とは、ある容積の流体を保持することが一般的に意図される任意の構造をいう。レザバはまた、時々、流体がそのレザバを通過し得る点で流体通路として機能し得、そして流体通路は、時々、流体を保持するために使用され得る点で、レザバとして時々機能し得る。第２の閉鎖部材３１は、閉鎖部材３０について以前に記載された任意の様式および任意の材料から構築され得る。図１２〜１５に記載の本発明の実施形態に従って、閉鎖部材３０、３１は、チェック弁１２として作動する。この実施形態において、チェック弁１２によって、流体が、入口２２から出口２４へ、第１方向のみで、流体通路２０を通って流れ得る。
【００５６】
レザバ４０は、レザバ４０内の流体に不利に影響せず、そしてレザバ４０内の流体によって不利に影響されない任意の方法および任意の材料で構築され得、そしてレザバ４０内の圧力を種々に変化させ得る。流体通路２０内の圧力を超えたレザバ４０内の圧力の増加は、レザバ４０内の流体をレザバ４０の外に押しやり得る。しかし、チェック弁１２によって、流体は、第１方向（図１２において流れ指示５０によって示される）にのみ流れ得る。従って、流体は、出口２４に向かって流れるが、入口２２に向かって流れ得ない。逆に、流体通路２０内の圧力未満にレザバ４０内の圧力が減少することは、流体をレザバ４０内へ引き込み得る。また、チェック弁１２よって、流体は、第１方向にのみ流れ得る。従って、流体は、入口２２からレザバ４０への方向で引き込まれるが、出口２４からレザバ４０への第２方向には流れ得ない。レザバ４０内の圧力を交互に増加および減少することによって、入口２２から出口２４への流体通路２０を通して流体をポンプ送りすることが可能であることが明らかである。圧力変化の速度およびレザバ４０の容積は、流体がポンプ送りされる速度にほぼ正比例する。
【００５７】
好ましい実施形態において、レザバ４０は、レザバ４０の容積が可変であり、これによって、レザバ４０内の圧力が、レザバ４０の容積を変化させることによって変化し得るように、構築される。レザバ４０の容積が可変である場合、レザバ４０の可撓性に起因して可変であり得る。従って、レザバ４０に外部から適用される圧力は、レザバ４０を反らせ得、その容積を減少させ、対応してそのレザバ内の圧力を増加し、そして出口２４に向かって流体をポンプ送りする。レザバ４０がエラストマーである場合、外部圧力がレザバ４０から除去されるとき、レザバ４０は、その元の形状に戻り、その容積を増加し、その中の圧力を減少し、そして入口２２から流体を引き込む。従って、レザバ４０は、好ましくは、エラストマー材料（例えば、以前に記載されたポリマー）から構築される。レザバ４０は、本明細書中において後に記載される迅速原型技術に従って構築され得る。所望の場合、このプロセスは、レザバ４０の容積を増加するように改変され得る。例えば、レザバに対応するマスターの部分は、マスターの残りよりも厚く構築され得、より大きなレザバ４０になる。１つの実施形態において、レザバに対応するマスターの部分は、それに添加されるさらなる材料（例えば、エポキシ）を有し得、その厚みを、従ってレザバ４０の容積を増加する。このような配置によってまた、レザバ４０の上壁が、より薄くされ得、その容積がより容易に調節され得る。
【００５８】
図１２および１５に示されるように、ポンプとしての使用のためのマイクロ流体システム１０は、レザバ４０の前および後に、流体通路２０に沿って１つより多くのチェック弁１２を備え得る。例えば、２つ、３つまたはそれより多くのチェック弁１２は、ポンプの作動の間、逆流を阻止するためにレザバ４０のいずれかの側に備えられ得る。１つの実施形態において、図１５に示される実施形態と同様に、レザバ４０の圧縮により、隣接する流体通路において、１ストローク当たり約０．６６μｌの流速で、約１５０ｐａ（パスカル）の圧力が生成された。
【００５９】
ポンプとしての使用のためのマイクロ流体システム１０が可変容積を有するレザバ４０を備える場合、この容積は、所望のポンピング機能を生じる任意の様式で変化させられ得る。例えば、レザバ４０がエラストマー材料から構築される場合、レザバ４０の容積は、手動で変化させられ得る。このようなレザバは、親指または指を補うような大きさおよび形状であり得る；例えば、レザバは、ほぼ卵型で、そして約２ｃｍ２であり得る。別の実施例において、マイクロ流体システム１０は、レザバ４０に隣接した第２レザバを用いて構築され得、そして流体（例えば、空気）は、第２レザバ内にそして第２レザバからポンプ送りされ得、その結果、それは、第２レザバを圧縮または拡張し、対応して、エラストマー材料におけるその近接に起因して、レザバ４０を拡張または圧縮する。
【００６０】
本発明に従うマイクロ流体システム１０は、可撓性であり得る。例えば、マイクロ流体システム１０の構成要素が、可撓性材料から構築される場合、マイクロ流体システム１０のいくらかまたはすべてが可撓性であり得る。本発明のマイクロ流体システム１０のいくつかの実施形態は、全体的に、エラストマーポリマー（例えば、ＰＤＭＳ）から構築され得る。本発明に従う可撓性マイクロ流体システムは、耐破壊性であり、曲げられ得またはねじられ得る。例えば、マイクロ流体システム１０は、オンサイト（ｏｎｅ−ｓｉｔｅ）環境試験のようなフィールドワークまたは医療診断のためのアッセイデバイスとしての使用のために構築され得る。このようなデバイスにおいて、長い流体通路２０は、反応または分離を促進するために所望され得るが、携帯性を妨害し得る。本発明に従って、マイクロ流体システム１０は、コイル状にされ得、長い流体通路２０が比較的小さい空間内に含まれ得る。
【００６１】
マイクロ流体システム１０が可撓性であるいくつかの例において、その構造的安定性および損傷または変形に耐える能力を増加することが望ましくあり得る。この場合、マイクロ流体システム１０に支持を提供することが好ましい。好ましくは、支持は、マイクロ流体システム１０の可撓性を危うくすることなしに提供される。例えば、マイクロ流体システム１０は、支持体１１０で支持され得る（図１８を参照のこと）。支持体１１０は、可撓性であり得、そしてマイクロ流体システム１０に所望の程度の支持、安定性および可撓性を与える任意の様式および任意の材料で構築され得る。例えば、支持体１１０は、ポリマーから構築され得る。
【００６２】
支持体１１０は、任意の様式で所望の接続を提供する任意の材料を使用して、マイクロ流体システム１０に接続され得る。例えば、いくつかの実施形態において、マイクロ流体システム１０に可逆的な接続を形成し、他の実施形態において、不可逆な接続を形成することが所望され得る。支持体１１０は、従来の感圧性接着剤のような接着剤を使用して、マイクロ流体システム１０に接続され得る。いくつかの例において、従来の接着テープが適切な支持体として機能し得る。例えば、ポリエステルの裏打ち上にシリコーン接着剤を有する接着テープが、いくつかの適用についての適切な支持体１１０である。
【００６３】
本発明に従うマイクロ流体システム１０は、所望の構造および機能を有するマイクロ流体システム１０を繰り返し作製する任意の方法を使用して構築され得る。例えば、マイクロ流体システム１０またはマイクロ流体システム１０の部分は、当該分野で公知の従来のエッチング技術によって構築され得る。好ましくは、マイクロ流体システム１０は、本明細書中に開示されるように、本発明の方法に従って構築される。
【００６４】
ここで、図１８を参照して、１つの実施形態において、マイクロ流体システムを作製するための方法は、マイクロ流体システム１０に対応するマスター１００を提供する工程、マスター１００上にマイクロ流体システム１０を形成する工程、支持体１１０をマイクロ流体システム１０に接続する工程、およびマスター１００からマイクロ流体システム１０を除去する工程を包含する。
【００６５】
マイクロ流体システム１０に対応するマスター１００を提供する操作は、マイクロ流体システム１０に対応するマスター１００を作製する任意の様式で実行され得る。例えば、マスター１００は、従来のエッチング技術によって作製され得る。より詳細には、１つの実施形態において、マイクロ流体システム１０に対応するマスター１００は、マイクロ流体システム１０の設計に対応して、コンピューター設計（例えば、ＣＡＤ製図）に従って高い解像度の透明画を作製することによって構築され得る。次いで、これらの透明画は、従来のフォトリソグラフィーによりパターンをネガティブフォトレジストに移す場合にマスクとして使用され得、流体通路２０およびマイクロ流体システム１０の他の特徴のポジティブレリーフを有するマスターを与え得る。この方法は、「Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｉｎ  Ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）．」Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９８８，７０，４９７４−４９８４（これは、本明細書によってその全体が参考として援用される）にさらに詳細に記載される。図１８において、２つのマスター１００が図示され、一方は、隔壁閉鎖部材３０を用いる使用のための流体通路２０に対応し、そして他方は、隔壁閉鎖部材３０に対応する。
【００６６】
マスター１００上にマイクロ流体システム１０を形成する操作は、所望の流体流れ特性を提供し得るマイクロ流体システム１０を作製する任意の様式で実行され得る。例えば、マイクロ流体システム１０は、マスター１００上に鋳造または成型され得る。１つの実施形態において、成型可能ポリマーまたはプレポリマーが、マスター１００と接触して配置され得、そしてマイクロ流体システム１０において所望の流体流れ特性を提供するのに十分な剛性を有するように重合または硬化され得る。所望の剛性は、マイクロ流体システム１０についての意図される適用とともに変化し得る。例えば、マイクロ流体システム１０が可撓性であることが望ましい場合、可撓性ポリマーを使用することが好ましい。好ましい実施形態において、マスター１００上にマイクロ流体システム１０を形成することは、マスターに対するレプリカ成型によって実行され、そして好ましい材料は、ＰＤＭＳである。
【００６７】
図１８に示されるように、いくつかの実施形態において、第２マスター１２０が使用され得る。例えば、マイクロ流体システム１０が、マイクロ流体システム１０の両側上の特徴（例えば、マイクロ流体システム１０を通過する流体通路２０または開口部３４）を有する流体通路２０を含む場合、第２マスター１２０が使用され得る。従って、第２マスター１２０は、マスター１００から離れるように面するマイクロ流体システム１０の側面に対応し得る。いくつかの実施形態（例えば、図１８に示される）において、第２マスター１２０は、マスター１００から過剰な材料を搾り出し、そしてマイクロ流体システム１０を通過する流体通路２０が、このような材料によって妨害されないことを確実にする、平坦なシートを備え得る。圧力は、第２マスター１２０に及ぼされ得て、所望の量の材料がマスター１００から押出されることを確実にする。及ぼされる圧力は、例えば、マイクロ流体システム１０を形成するために使用される材料の型、およびマスター１００から押出されなければならない材料の量に依存し得る。いくつかの例において、約１ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）の圧力が、第２マスター１２０に適用され得る。好ましくは、第２マスター１２０は、マイクロ流体システム１０から容易に取り除かれる材料（例えば、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｅｌａｗａｒｅから入手可能なＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ポリテトラフルオロエチレン（「ＰＴＦＥ」）から形成される。第２のマスター１２０は、滑らかであることを確実にするために処理され得る。
【００６８】
支持体１１０をマイクロ流体システム１０に接続する操作は、所望の程度の接続を提供する任意の様式で実行され得る。例えば、いくつかの実施形態において、マスター１００からマイクロ流体システム１０を引き出すのに十分な強度のみで一時的接続を形成することが望ましくあり得るが、一方、他の実施形態において、以前に考察されたように、不可逆的な接続を形成するために望ましくあり得る。
【００６９】
マスター１００からマイクロ流体システム１０を除去する操作は、マイクロ流体システム１０を損傷しない任意の様式で実行され得る。例えば、支持体１１０は、マスター１００から持ち挙げられ、それを用いてマイクロ流体システム１０を引き得る。マイクロ流体システム１０がマスター１００から除去された後、支持体１１０は、マイクロ流体システム１０を取り付けられたままであり得、基材として作用し得るか、または支持体１１０は、以下に考察されるように、別の基材またはマイクロ流体システムへの移動を容易にするように使用され得る。支持体１１０が、図１８の閉鎖部材３０に示されるように、マイクロ流体システム１０の移動を容易にするために使用される場合、支持体１１０は、移動が達成されたときに、マイクロ流体システム１０から除去され得る。マイクロ流体システム１０から支持体１１０を除去する操作は、マイクロ流体システム１０を損なわない任意の様式で実行され得る。例えば、接着剤が支持体１１０をマイクロ流体システム１０に接続するために使用された場合、マイクロ流体システム１０を溶解または損傷しないで、接着剤を溶解するための物質が使用され得る。例えば、適切な溶媒が使用され得る。
【００７０】
本発明の方法によって形成されるマイクロ流体システム１０は、他のマイクロ流体システム１０と組み合わせられて、より大きなマイクロ流体システム１０を形成し得る。例えば、より複雑なマイクロ流体システム１０（例えば、弁またはポンプとしての使用のために意図されるマイクロ流体システム）は、本発明の方法に従って層として形成され得、そして接続され得る。大部分の実施形態において、マイクロ流体システム１０の層間のこのような接続が実質的に不可逆であることが好ましい。例えば、図１８は、２つのマイクロ流体システム１０（一方は、流体通路２０を備え、そして他方は、閉鎖部材３０として構成される）から、図４〜６に示されるような隔壁弁として構成されるマイクロ流体システム１０の一部を作製することを示す。
【００７１】
（実施例）
（実施例１）
迅速原型方法は、マイクロ流体弁およびポンプの設計の設計および作製のために使用された。最初に、高解像度透明画は、流体通路を含むＣＡＤファイルから作製された。これらの透明画は、従来のフォトリソグラフィーによってネガティブフォトレジストにこの設計を移す際にマスクとして使用され、流体通路のポジティブレリーフを有するマスターを与えた。
【００７２】
弁は、２つの成型ＰＤＭＳ浅浮き彫プレートおよび膜から作製された。図１８に示されるように、部品は別々に作製され、そして後に、弁を完成するように組み立てられた。最初に、１つのＰＤＭＳ浅浮き彫プレートは、（ａ）当該分野で公知の手順を使用して、マスターに対してレプリカ成型によって構築された。
【００７３】
ＰＤＭＳ膜は、（ｂ）マスターと第２マスターとの間のＰＤＭＳプレポリマーを、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＴＦＥシート（１ｍｍ厚みＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＦＥＰ、ＤｕＰｏｎｔ、ＤＥ）の形態で鋳造および硬化することによって構築された。過剰なＰＤＭＳプレポリマーを押出すように硬化しながら、中程度の圧力（１ｐｓｉ）が、第２マスター／ＰＤＭＳ／マスターサンドウィッチに適用された。ＰＤＭＳ膜は、マスターを作製する際に使用されるネガティブレジスト（ＳＵ−８、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ、ＭＡ）と同じ厚みの２５〜１００μｍの厚みであった。図１８に示されるように、フォトレジストポストを有するマスターは、スルーホールを備えるＰＤＭＳ膜を得るために使用された。第２マスターとして使用する前に、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＴＦＥシートは、滑らかな表面を得るために、３００℃（Ｔｇ＝２７０℃）で平坦なＳｉウェハ表面に対して成型された。
【００７４】
硬化の後に、第２マスターは、マスターに取り付けられたＰＤＭＳ膜を残すように除かれた。感圧性接着剤（ＰＳＡ、ポリエステル背部上にシリコーン接着剤を有するＦｕｒｏｎ  Ｍ８０３接着テープ、Ｆｕｒｏｎ、ＣＴ）を、支持体として、ＰＤＭＳ膜上に適用した。ＰＤＭＳとマスターとの間の接着と比較して、支持体とＰＤＭＳの間でのより強力な接着に起因して、支持体をマスターから剥離させることによって、膜を、マスターから支持体に移すことが可能であった。膜は、一旦、支持体上に移動すると、ひずみなく操作され得た。支持体は、操作の後に、適切な溶媒（アセトンまたはエタノール）を適用することによって除去された。
【００７５】
支持体／ＰＤＭＳ膜を、整列機に入れ、そしてＰＤＭＳの浅浮き彫板に結合させて（ｃ）、弁の下部を形成した。この整列機を、並進ポストに取り付けられた一揃いのｘ−ｙ−ｚマイクロメーターステージから構成した。パターン付けされたＰＤＭＳ膜（支持体またはマスター上に支持されている）および浅浮き彫板を、マイクロメーターステージの頂部および底部に配置し、そして立体顕微鏡を使用して整列させた。ＰＤＭＳ片の不可逆的結合を、酸素プラズマ処理による表面改変によって、達成した。整列後、整列機およびＰＤＭＳ片を含むアセンブリを、酸素プラズマ（Ｈａｒｒｉｃｋ，ＰＡ）内に３０秒間（６０Ｗ、２００ｍＴｏｒｒ）入れた。ＰＤＭＳ片を、プラズマ発生器から取り出した直後に接触させた。完成した機能弁を、頂部流体通路を形成する別の浅浮き彫板を用いて（ｃ）を繰り返すことによって、製造した。
【００７６】
（実施例２）
単回使用弁を組み込むマイクロ流体システムは、２つの層から構成され、１つの層は、埋め込まれた流体通路を備え、そして１つは平坦な層である。流体通路を備える層を製造するために、ＰＤＭＳを、フォトリソグラフィーマスター（これは、迅速原型作製により作製され、そしてシリコンウエハ上にフォトレジストの陽刻を備える）に対して成形した（「Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｉｎ  Ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）」Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９８８，７０，４９７４−４９８４を参照のこと）。円形パンチを使用して、ＰＤＭＳに穴を切り込み、流体レザバを形成した。流体通路を備える層を、ＰＤＭＳまたはスライドガラスの平坦な片に、両方の層を空気プラズマで酸化し、次いでこれらを等角に（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）接触させることによって、シールした。シーリングプロセスにおいて使用されるプラズマ酸化は、チャネルを親水性にし、そしてこれらのチャネルは、水性緩衝液で容易に充填された。デッドエンドチャネルを、毛管現象によって、５分未満で充填した。マイクロ流体システムは、例えば、図２４〜２５に示されるように、２０μｍの閉鎖部材によって分離された、少なくとも２つの不連続なチャネルを備えた。この分離は、迅速原型作製の第一工程において使用された印刷の分解能によって、制限された。高分解能プリンターは、より薄い分離および作動のためのより低い電圧を可能にする。チャネルは、５０μｍまたは１００μｍの幅および６０μｍの高さであった。
【００７７】
（実施例３）
実施例１において構築した弁を、圧縮空気源に接続した外部三方向電気機械弁（Ｌｅｅ  Ｖａｌｖｅ，Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ，ＣＴ）を使用して、長期間の作動について試験した（弁の機能を、圧縮空気での長期の試験の前後に、液体を用いて試験した）。弁の入口を、電気機械弁に接続し、この弁は、約１０Ｈｚでこの弁を加圧および換気した。この弁の出口を水浴に浸漬させ、そして各開閉に伴う気泡の発生をモニタリングした。ＰＤＭＳ隔壁弁を、１０５回の開閉について連続的に試験した。この弁は、いかなる顕著な劣化をも示さず、そして流体（水）を用いて試験した場合に、完全に機能的であった。
【００７８】
隔壁弁とフラップ弁との両方は、オープンラボラトリーにおいて６ヶ月間貯蔵した後に試験した場合に、なおも十分に機能的であった。膜の周囲に除去され得ない乾燥固体を有する弁のみが、機能的ではなかった。粒子／沈着物が洗浄および清浄された弁は、いかなる問題もなく機能した。
【００７９】
（実施例４）
本発明による弁の１つの実施形態の、逆流を減少させる際の効果を実証するために、流れ試験を、図８、９、１９および２０に示されるように弁に対して実施した。閉鎖部材３０を、矩形の流体通路（９０マイクロメートルの高さおよび１５０マイクロメートルの幅）の４つの壁のうちの３つ（２つの側面および底面）に接続した。閉鎖部材３０の領域における流体通路の幅は、この流体通路における他の箇所の幅より広かった。閉鎖部材３０を、休止中（流体の流れがない）には接触しないように設計し、そして２０マイクロメートル分離した。閉鎖部材３０は、流体通路２０と同じ高さ（９０マイクロメートル）であり、そして流体通路２０の壁からその端部の幅（約２０マイクロメートル）へとテーパ状であった。図８〜９に示される弁の寸法は、この実施例において使用した弁より約４０％大きい。各閉鎖部材３０の頂部（ここで、流体通路２０の頂部に当接する）を、図１９に影を付けて示されるように、潤滑のために、石油ゼリーでコーティングした。
【００８０】
この実施形態の特定の寸法について、閉鎖部材３０を一緒にするために、約１．７ｋＰａ（キロパスカル）の背圧を必要とした。１秒間あたり０マイクロリットルと１秒間あたり０．３マイクロリットルとの間の逆流速度（１秒間あたり０．３マイクロリットルは、１．７ｋＰａに対応した）により、閉鎖部材３０がわずかに開き、その結果、圧力低下が減少した。しかし、１秒間あたり０．３マイクロリットルの逆流に達するとすぐに、閉鎖部材はその圧力によって一緒に押された。
【００８１】
図２１および２２は、それぞれ、弁の抵抗対弁を通る流速のグラフ、および弁を隔てた圧力低下対弁を通る流速のグラフである。図２２は、閉鎖部材３０の部分的な閉鎖が、これらの開口より急激であることを示す。圧力低下対流速の傾斜に基づいて、弁の３つの状態が規定され得る：大きな負の（逆流の）流速における「閉」、低い流速における「中間」、および比較的大きな正の流速における「完全に開」。圧力低下対流速の曲線の線形回帰は、これらの領域の各々にわたる流体抵抗の代替の測定値である。弁の抵抗は、閉位置、中間位置、および開位置において、それぞれ２０×１０６μＬ−１、４．４×１０６μＬ−１、および２．４×１０６μＬ−１であった。従って、この実施形態の弁を通る流れに対する抵抗は、順方向流れより、逆流において約８倍大きかった。このことは、本発明の弁のこの実施形態が、チェック弁として効果的であることを実証する。いかなる特定の理論にも限定されることを望まないが、流れのほぼ完全な停止とは対照的に、流れの抑止は、閉鎖部材が一緒に自由に動かない場合の流体通路の底部における空隙；および閉鎖部材が接続されていない場合の流体通路の頂部の空隙に起因したと考えられる。
【００８２】
（実施例５）
実施例４に記載したマイクロ流体システムの実施形態の構成要素間の封鎖の効果を実証するために、マイクロ流体システムを、次第に増加する流体圧力に曝露した。マイクロ流体システムは、３００〜５００ｋＰａの流体圧力に耐え、効果的な封鎖が構成要素間に形成されたことを示した。
【００８３】
（実施例６）
実施例４に記載されたマイクロ流体システムの耐久性を実証するために、マイクロ流体システムを、１１時間にわたって４０，０００サイクル開閉させた。その結果、マイクロ流体システムは、明らかな疲労も性能の低下も受けず、マイクロ流体システムの耐久性を実証した。
【００８４】
実施低４に記載されたマイクロ流体システムの耐久性を実証するためにまた、マイクロ流体システムに塩化ナトリウム溶液を満たし、そして液体を蒸発させて、流体通路および閉鎖部材に固まった塩を残した。再水和の際に機能が回復し、ここでもマイクロ流体システムの耐久性を実証した。
【００８５】
（実施例７）
単回使用弁についての開口サイズに対する印加電圧および最小パルス長の効果を実証するために、いくつかの電圧で実験を実施した。ＰＤＭＳ閉鎖部材（２０マイクロメートル厚）を、この実験において使用した。開口が形成された後に、フルオレセインをこの開口を通してポンピングした。これらの実験のうちのいくつかの結果を、図３０〜３３に示す。これらは、それぞれ１ｋＶ、２ｋＶ、５ｋＶおよび１０ｋＶの電圧によって形成された開口の、蛍光電子顕微鏡写真の写真である。１ｋＶ〜５ｋＶの電圧を、アナログ出力基板（ＰＣＩ−ＭＩＯ−１６ＸＥ−５０、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）およびＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）ソフトウェア（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）によって制御される市販の電源（ＣＺＥ１０００Ｒ、Ｓｐｅｌｌｍａｎ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ，Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）によって印加し、一方で約１０ｋＶの電圧を、ガス点火器（Ｗａｂｅｒ−Ｓｔｅｐｈｅｎ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，Ｃａｎａｄａ）によって印加した。
【００８６】
開口は、１ｋＶについては１秒で、２ｋＶについては５０ミリ秒で、５ｋＶについては２０ミリ秒で、そして１０ｋＶについては２０マイクロ秒で、形成された。２ｋＶより高い電圧は、再現可能な開口を達成したが、この開口の大きさおよび形状は可変ではなかった。開口が見出された位置で、開口のおよその平均直径は、１ｋＶについては５マイクロメートル、２ｋＶについては２０マイクロメートル、５ｋＶについては５０マイクロメートル、および１０ｋＶ（ガス点火器によって供給された）については５マイクロメートルであった。特定の理論に限定されることを望まないが、１０ｋＶにおけるより小さな穴は、添加器によって発生するパルスの非常に短い持続時間、または点火器によって発生した電力が市販の電源によって発生する電力より低いという事実に起因すると考えられる。フルオレセインを開口を通してポンピングするために必要とされる圧力は、１ｋＶによって形成された開口について最も大きく、そして５ｋＶによって形成された開口について最も小さかった。これらの実験の結果は、より高い電圧が、一般により大きな穴を作製し、そして開口を形成するために必要とされるパルスがより短いことを実証する。
【００８７】
（実施例８）
流体通路２０、２２０内に配置された流体のイオン強度の、単回使用弁の開口に対する効果を実証するために、実験を実施した。イオン性流体として、ＰＢＳ（１０ｍＭ（ミリモル濃度））リン酸、１３８ｍＭ  ＮａＣｌ、２．７ｍＭ  ＫＣｌ（ｐＨ７．４、Ｉ（イオン強度）約１６６ｍＭ）、およびＴｒｉｓ−Ｇｌｙ（２５ｍＭ  Ｔｒｉｓ−１９２ｍＭ  Ｇｌｙ、Ｉ約１０ｍＭ）（０．１マイクロモル濃度のフルオレセインを含む）を使用した。これらの実験を、図２３に示されるように、流体システムにおいて実施し、ここで、２つの流体通路２０、２００は、ＰＤＭＳ閉鎖部材３０によって、厚さ約２０マイクロメートルで分離される。流体通路２２０を接地して、−５ｋＶの電圧を流体通路２０に印加した。
【００８８】
これらの実験の結果を、図３４〜３７に示す。ここで、白色の領域は、フルオレセイン（すなわち、流体）の存在を表す。図３４および３６は、２．６マイクロメートルの厚さの閉鎖部材の水平断面を示す（図２３を参照のこと）。図３４は、ＰＢＳ緩衝液を用いて形成された開口を示す。この開口は、ＰＤＭＳとガラスとの継目（流体通路の頂部）と、流体通路の底部との間の半分である。図３６は、Ｔｒｉｓ−Ｇｌｙ緩衝液を用いて形成された開口の中央を示す（チャネルのＰＤＭＳ底部から約５マイクロメートル）。図３５および３７は、流体通路２０、２２０間の半分（いずれかのチャネルから１０マイクロメートル）の接続の、垂直断面（２マイクロメートルの厚さ）を示す。閉鎖部材３０は、ガラス支持体５００とＰＤＭＳ基部５０１との間に位置する。図３５は、ＰＢＳを用いて形成された開口を示す。この開口は、流体通路の頂部から底部へと延び、そして主として２つの亀裂（それぞれ平均直径約１０マイクロメートル）からなる。図３７は、Ｔｒｉｓ−Ｇｌｙ緩衝液を用いて形成された、平均直径約１０マイクロメートルの開口（約３０マイクロメートルの高さ）を示す。これらの実験は、より高いイオン強度を有する緩衝液が、より低いイオン強度を有する緩衝液より大きな穴を形成することを実証する。
【００８９】
（実施例９）
開口を形成するために必要とされる最低電圧を決定するために、２０マイクロメートル厚のＰＤＭＳ閉鎖部材を使用して、Ｔｒｉｓ−Ｇｌｙ緩衝液とＰＢＳ緩衝液との両方（実施例８において使用されたような）を用いて実験を実施した。このような閉鎖部材を開口させるための理論電圧は、４２０Ｖである。電流を、５００Ｖにおいて観察したが、開口の形成は、この電圧において再現性がなかった。開口は、６００Ｖ、７５０Ｖ、および１ｋＶに電圧を上昇させた場合に、より頻繁に形成されたが、ここでもまた、これらの結果は再現性がなかった。いくつかの場合において、より小さな開口にわたって所定の電圧を繰り返し印加すること、またはより高い電圧を印加することによって、接続部を開口させることが可能であった。いかなる特定の理論にも制限されることを望まないが、これらのバリエーションは、ＰＤＭＳにおける異質性に起因すると考えられる。これらの実験は、いくつかの例において、開口を作製するために、理論的な最小より高い電圧が必要とされ得ること、およびより高い電圧が、開口をより形成しやすいことを実証する。
【００９０】
（実施例１０）
本発明の単回使用弁が、比較的複雑なマイクロ流体システムを製造するために使用され得ることを実証するために、ＥＬＩＳＡデバイスを開発した。このデバイスは図３８に示され、そして５つのレザバ４０１〜４０５を備えた。「Ｔ」字型流体通路２０は、レザバ４０３〜４０５を接続した；これらのレザバの各々は、４ｍｍの平均直径を有した。レザバ４０５は、廃棄物のためのレザバとして働き、そして試薬、サンプルおよびリンス溶液を、レザバ４０３および４０４に添加した。レザバ４０１および４０２（これらは、平均直径約１ｍｍであった）は、流体通路２０と接続しておらず、流体通路２２０によって、試薬を含む注射器および閉鎖部材３０に接続した。流体通路２０における検出チャンバ４０６を使用して、観察のためのより大きな表面積（６００×６００マイクロメートル）を提供した。注射器（１ｍＬ、Ｈｅｎｋｅ−Ｓａｓｓ，Ｗｏｌｆ，Ｔｕｔｔｌｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）からデバイスへの接続を、レザバ４０１、４０２に圧力によって嵌合させたポリエチレンチューブ（外径１．０９ｍｍ、内径０．３８ｍｍ、Ｂｅｃｔｏｎ  Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ，Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｌａｋｅｓ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）を使用することによって、達成した。コーティング抗体、リンス溶液、およびサンプルは、流体力学上の圧力によって、レザバ４０３および４０４中の５０マイクロリットルの流体からレザバ４０５へと流れた。
【００９１】
ＥＬＩＳＡのための抗体および緩衝液を、Ｂｅｔｈｙｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｔｅｘａｓ）から入手した。ヒトヘモグロビン（Ｈｂ）を、分析物として使用した。Ｈｂ特異的捕捉抗体（ヒツジ抗ヒトＨｂ、５０ｍＭ  Ｎａ２ＣＯ３（ｐＨ９．６）中１ミリリットルあたり１０マイクログラム）を、レザバ４０３および４０４を通して、コーティング流体通路２０へと添加した。ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ、５０ｍＭ  Ｔｒｉｓ、１５０ｍＭ  ＮａＣｌ（ｐＨ８）中１％）の溶液を流体通路２０に１時間流して、表面をブロックし、そして引き続く工程におけるタンパク質の非特異的吸着を防止した。サンプルを流体通路２０を通して導入した後に、１ｋＶの１秒間のパルスを使用して、レザバ４０１に接続された流体通路２２０と流体通路２０との間で、閉鎖部材３０に開口を作製した。アルカリホスファターゼに結合体化した抗Ｈｂ抗体（ヒツジ抗ヒトＨｂ、１％  ＢＳＡ、５０ｍＭ  Ｔｒｉｓ、１５０ｍＭ  ＮａＣｌ（ｐＨ８）中１ミリリットルあたり１０マイクログラム）を、シリンジポンプを使用して１時間、流体通路２０にポンピングした。流体を、１時間あたり５０マイクロリットルの一定速度でポンピングした。最後に、レザバ４０２に接続する流体通路２０と流体通路２２０との間で、１ｋＶの１秒間のパルスを用いて、閉鎖部材３０に開口を形成した。基質ＥＬＦ−９７（１％  ＢＳＡ、５０ｍＭ  Ｔｒｉｓ、１５０ｍＭ  ＮａＣｌ（ｐＨ８）中０．５ｍＭ、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ，Ｅｕｇｅｎｅ，Ｏｒｅｇｏｎ）を、デバイスに１０分間ポンピングした。ＥＬＦ−９７は可溶性であり、そしてリン酸化される場合に非蛍光性であった。各工程の間に、流体通路２０を、２アリコートの５０マイクロリットルの５０ｍＭ  Ｔｒｉｓ、１００ｍＭ  ＮａＣｌ、０．０５％  Ｔｗｅｅｎ（登録商標）２０（ＩＣＩ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｎｏｒｔｈ  Ｌｉｔｔｌｅ  Ｒｏｃｋ，Ａｒｋａｎｓａｓ）（ｐＨ８）でリンスした。しかし、アルカリホスファターゼでのリン酸基の加水分解の際に、この種は沈澱し、そしてＵＶ光に曝露すると緑色に蛍光した。図３９に示すように、Ｈｂがサンプル中に存在しない場合、この基質は反応せず、そして蛍光が観察されなかった。図４０に示すように、Ｈｂが存在する場合、この基質は反応し、そして約５分後に、デバイスにおいて蛍光が観察された。蛍光顕微鏡を使用してこれらの結果を示したが、これらの結果は、ＵＶランプを用いて肉眼によって見られた。この実験は、比較的複雑なアッセイデバイスが、本発明の一方向弁を使用して作製され得ることを実証する。
【００９２】
本明細書中に記載された要素の各々、または一緒になった２つ以上が、改変され得るか、または上記のものとは異なる適用において用途を見出し得ることが、理解される。本発明の特定の実施形態が、図示および説明されたが、本発明は、示された詳細に限定されることが意図されない。なぜなら、種々の改変および置換が、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神から逸脱することなくなされ得るからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、バルブとして構成される、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の分解斜視図である。
【図２】
図２は、流量計を備える、図１のマイクロ流体システムのライン２−２の切断面の断面図である。
【図３】
図３は、図１のマイクロ流体システムの透視平面図である。
【図４】
図４は、バルブとして構成される、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の分解斜視図である。
【図５】
図５は、流量計を備える、図４のマイクロ流体システムのライン５−５の切断面の断面図である。
【図６】
図６は、図４のマイクロ流体システムの透視平面図である。
【図７】
図７は、リンパバルブの顕微鏡写真の写真複写である。
【図８】
図８は、バルブとして構成され、流量計を備える、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図９】
図９は、流量計を備える、図８のマイクロ流体システムの顕微鏡写真の写真複写である。
【図１０】
図１０は、バルブとして構成され、流量計を備える、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図１１】
図１１は、流量計を備える、図１０のマイクロ流体システムの顕微鏡写真の写真複写である。
【図１２】
図１２は、ポンプとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の透視平面図である。
【図１３】
図１３は、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の透視平面図であり、このシステムは流量計を備え、そしてこのマイクロ流体システム内の流体の存在を斜線で示す。
【図１４】
図１４は、図１３に図示されるマイクロ流体システムの透視平面図であり、このシステムはまた、流量計を有し、そして斜線によって流体の存在を印す。
【図１５】
図１５は、ポンプとして構成される、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の平面図であり、マイクロ流体システムの１部分の拡大図を含む。
【図１６】
図１６は、流量計を備える、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の斜視平面図である。
【図１７】
図１７は、流量計を備える、図１６に図示されるマイクロ流体システムの斜視平面図である。
【図１８】
図１８は、本発明のマイクロ流体システムを作製する方法の１つの実施形態の概略図である。
【図１９】
図１９は、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の斜視図である。
【図２０】
図２０は、本発明に従うマイクロ流体システムの顕微鏡写真の写真複写である。
【図２１】
図２１は、流速に対する流体抵抗のグラフである。
【図２２】
図２２は、流速に対する圧力低下のグラフである。
【図２３】
図２３は、１用途のバルブとして構成される、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の平面図である。
【図２４】
図２４は、１用途のバルブとして構成される、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図２５】
図２５は、開口位置における図２４のマイクロ流体システムの顕微鏡写真の写真複写である。
【図２６】
図２６は、複数の１用途のバルブを組み込む、本発明のマイクロ流体システムの実施形態の平面図である。
【図２７】
図２７は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図２８】
図２８は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図２９】
図２９は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３０】
図３０は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３１】
図３１は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３２】
図３２は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３３】
図３３は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３４】
図３４は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３５】
図３５は、図３４のマイクロ流体システムの別の局面の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３６】
図３６は、開口位置において１用途のバルブとして構成される、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３７】
図３７は、図３６のマイクロ流体システムの別の局面の顕微鏡写真の写真複写である。
【図３８】
図３８は、本発明に従うマイクロ流体システムの１つの実施形態の表面の平面図である。
【図３９】
図３９は、本発明のマイクロ流体システムの１つの実施形態の顕微鏡写真の写真複写である。
【図４０】
図４０は、図３９のマイクロ流体システムの、別の局面の顕微鏡写真の写真複写である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004516949.tif 000066
【国際調査報告】
2004516949.tif 000067
2004516949.tif 000068