(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ流体デバイスにおいて、場合により液滴中に存在する分析物の濃度を増加することができる、液滴の蒸発制御方法を提供する。【解決手段】マイクロ流体デバイスの２つの壁の間に置かれ、第１の液体と非混和性の第２の液体によって囲まれる、前記第１の液体の液滴の蒸発制御方法であって、前記壁の間に存在する前記液滴及び／又は気泡を互いに、前記液滴を前記気泡中に蒸発可能に接触させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体デバイス（１）の２つの壁（１１，２１）の間に置かれ、第１の液体と非混和性の第２の液体（３）によって囲まれる、前記第１の液体の液滴（２）の蒸発制御方法であって、
前記壁（１１，２１）の間に存在する前記液滴（２）及び／又は気泡（４）を互いに、前記液滴（２）を前記気泡（４）中に蒸発可能に接触させることを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の蒸発制御方法であって、
前記気泡（４）中で前記液滴（２）が蒸発する間に、前記液滴（２）の体積を測定することを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の蒸発制御方法であって、
前記気泡（４）中で前記液滴（２）が蒸発する間に、前記液滴（２）が最初の体積より小さな所定の体積を有すると、前記気泡（４）中で液滴（２）の蒸発を防ぐために、前記液滴（２）及び／又は前記気泡（４）を互いから離すことを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸発制御方法であって、
前記気泡（４）中で前記液滴（２）が蒸発する間に、前記気泡（４）中で前記液滴（２）の蒸発率を増加するように、前記気泡（４）及び場合により前記液滴（２）を加熱することを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項５】
請求項４記載の蒸発制御方法であって、
前記気泡（４）及び場合により前記液滴（２）を、５０℃と前記液滴（２）の前記第１の液体の沸点との間の温度にすることを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発制御方法であって、
電気コマンドの影響下でエレクトロウェティングによって、前記液滴（２）を前記気泡（４）と接触させることを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の蒸発制御方法であって、
前記第１の液体及び前記第２の液体の一方が導電性であり、他方が誘電性であることを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発制御方法であって、
電気コマンドの影響下で液体の誘電泳動によって、前記液滴（２）を前記気泡（４）と接触させることを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項９】
請求項８記載の蒸発制御方法であって、
前記第１の液体及び前記第２の液体が互いに異なる誘電係数を有することを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸発制御方法であって、
前記気泡（４）を加熱することにより、熱膨張によって前記気泡（４）を前記液滴（２）に接触させることを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蒸発制御方法であって、
前記蒸発の後で、前記壁（１１，２１）のいずれかに設けられたポート（３１）を通じて、前記壁（１１，２１）によって境界が示される空間から前記気泡（４）を排出することを特徴とする蒸発制御方法。
【請求項１２】
マイクロ流体デバイス（１）の２つの壁（１１，２１）の間に置かれ、第１の液体と非混和性の第２の液体（３）によって囲まれる、前記第１の液体の液滴（２）に存在する分析物の濃度の増加方法であって、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の蒸発制御方法を前記液滴（２）に対して実行し、
蒸発のために、前記液滴（２）の体積の減少により前記液滴（２）中の分析物の濃度の増加を引き起こすことを特徴とする分析物の濃度の増加方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の分析物の濃度の増加方法であって、
蒸発の前に、前記壁（１１，２１）のいずれかに設けられたポート（３１）を通じて、前記壁（１１，２１）の間に前記気泡（４）を導入することを特徴とする分析物の濃度の増加方法。
【請求項１４】
２つの壁（１１，２１）を含み、前記２つの壁（１１，２１）の間に第１の液体と非混和性の第２の液体（３）によって囲まれる前記第１の液体の液滴（２）が置かれるマイクロ流体デバイスであって、
前記壁（１１，２１）の間に存在する前記液滴（２）及び／又は気泡（４）の移動手段を含み、
前記移動手段は、前記液滴（２）及び／又は前記気泡（４）を互いに接触させることができ、接触により前記液滴（２）を前記気泡（４）中に蒸発可能に接触させることができることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
請求項１４記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記液滴（２）及び／又は前記気泡（４）の移動手段が、前記気泡（４）中で液滴（２）の蒸発を防ぐために、前記液滴（２）及び／又は前記気泡（４）を互いから離すことができることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記液滴（２）の体積の測定手段を含むことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記気泡（４）中で前記液滴（２）が蒸発する間に、蒸発率を増加するように、前記気泡（４）及び場合により前記液滴（２）を加熱する加熱手段（３０）を含むことを特徴するマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
請求項１７記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記加熱手段（３０）は、前記気泡（４）及び場合により前記液滴（２）の近くに設けられた電気抵抗、及び／又は、電磁放射線の放出手段を備えることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１９】
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記液滴（２）及び／又は前記気泡（４）の前記移動手段は、エレクトロウェッティング又は液体の誘電泳動によって、前記液滴（２）を移動させる電気的移動手段を含むことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項２０】
請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記液滴（２）及び／又は前記気泡（４）の前記移動手段は、前記気泡（４）の熱膨張を保証するように、前記気泡（４）を加熱する加熱手段を含むことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項２１】
請求項１４〜２０のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記壁（１１，２１）のいずれかを通じて、前記気泡（４）を導入及び／又は排出する手段を含むことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的利用及び／又は生物学利用のための、マイクロ流体デバイスにおける液体サンプル調整の分野に関する。
【０００２】
液体サンプルは、液滴として発生し、クローズ型又はコンファイン型のマイクロ流体デバイスに置かれる。より正確に言えば、液滴は、デバイスの２つの壁の間に位置付けられ、液滴と非混和性の液体によって囲まれる。
【０００３】
本発明は、このようなマイクロ流体デバイスに置かれた液滴の蒸発制御方法に関する。
【０００４】
液滴は、分析物、例えば、高分子、セル、オーガニート（organites）、病原体、又は挿入剤等の、化学的及び／又は生物学的粒子を含有する。
【０００５】
このような場合、本発明はまた、液滴中の分析物の濃度を増加する方法に関する。
【背景技術】
【０００６】
多くの技術分野において、特に、液滴に含み得る分析物の濃度を知るために、液体サンプルを分析しようとすることが度々起こる。
【０００７】
特に、診断、農業食品追跡、又は環境モニタリングの分野において起きる。
【０００８】
これに対して、いわゆる「lab-on-chip」型マイクロ流体デバイスが用いられ、非常に小さな液体体積を効果的に扱うことができる。
【０００９】
従って、マイクロ流体デバイスの同じサポート上で、相対的に短い時間で、体積が小さなサンプルや試薬を使用して、液滴の分析工程をすべて実施することができる。
【００１０】
これらの分析工程はしばしば、分析物の検出や液滴中の分析物の測定の前に、液滴中の分析物の濃度を増加する工程を含み、公知の分析手段により効率的かつ正確な検出をする。
【００１１】
例として、出願人を代表とする特許文献１（FR 2 887 983）には、液滴中に存在する分析物の濃度を増加することができるマイクロ流体デバイス及び方法が開示されている。
【００１２】
図１及び図２に示されるように、このマイクロ流体デバイスは、液滴として液体サンプル２が自身の上に置かれる基板１０を含む。液滴２は最初の濃度で分析物を含有する。液滴２は液滴体積を減少させるために蒸発が実施され、分析物の濃度を増加する。従って、分析物の検出及び分析が改善される。
【００１３】
基板１０は独立した電極１２のアレイを備え、液滴２は電極１２の上にサスペンドされた対向電極１２と接触する（図２）。液滴２は、疎水性層１３で覆われた誘電体層１４によって電極１２と分離される。液滴２はさらに、気体によって囲まれる。
【００１４】
引き続き、電極１２を作動させることによって、液滴２を基板１０上のエレクトロウェッティング、すなわち、電極１２のアレイと対向電極２２との間の電界の適用により液滴２のぬれ角を変化させることによって移動させる。
【００１５】
基板１０上を移動するとき、液滴２が基板１０上に静止したままのときよりも高い蒸発率で、液滴２は周囲気体中に蒸発する。
【００１６】
従って、液滴の体積は、蒸発によって減少する。
【００１７】
液滴２が分析物を含有するとき、分析物の濃度は液滴体積が減少するに従い増加する。
【００１８】
本マイクロ流体デバイスは、液滴が単一基板上にあり、液体ではなく気体によって囲まれる限りにおいて、いわゆる「オープン型」デバイスである点で注目に値する。
【００１９】
従って、このデバイスは、液滴が２つの平行な壁の間に置かれ、又は一様に閉じ込められ、そして液滴の液体と疎水性の液体によって囲まれる、「クローズ型」又は「コンファイン型」のマイクロ流体デバイスとは相違する。
【００２０】
２つの壁の間に密閉された液滴とは、液滴が前記壁と接触することを意味する。液滴の厚さは、２つの壁の間の距離によって定義され、液滴の直径よりも小さい。
【００２１】
図３は、「クローズ型」又は「コンファイン型」の例示的なマイクロ流体デバイスを示す。
【００２２】
液滴２は、２つの平行な疎水性の壁１１，２１の間に閉じ込められる。壁１１，２１は、互いに面する下部基板１０の表面と上部基板２０の表面によって形成される。
【００２３】
下部基板１０は、図２に記載されたデバイスの基板と類似又は同一である。下部基板１０は、独立に作動可能な電極１２のアレイを備える。電極１２のアレイは、誘電体層１４と第１の疎水性層１３とで覆われている。上部基板２０は、第２の疎水性層２３で覆われる対向電極２２を備える。
【００２４】
液滴２は、液滴２の液体と疎水性の周囲の液体３によって囲まれる。
【００２５】
液滴移動の原理は、オープン型マイクロ流体デバイスに関して上述した原理と同じである。
【００２６】
クローズ型又はコンファイン型の他の例示的なマイクロ流体デバイスは、非特許文献１の論文に見出すことができる。
【００２７】
上述のような、液滴の蒸発によって体積を減少し、そして液滴中に存在する分析物の濃度を増加する方法は、クローズ型又はコンファイン型のマイクロ流体デバイスに用いられることがないようである。
【００２８】
実際、このようなデバイスにおいて、液滴は、液滴の蒸発を妨げ、従って液滴体積の制御された減少を妨げる、例えば、シリコン油等の疎水性の液体により囲まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８８７９８３号明細書
【非特許文献】
【００３０】
【非特許文献１】Pollack et al. entitled “Electrowetting-based actuation of droplets for integrated microfluics”, Lab Chip, 2002, 2 (1), 96-101
【非特許文献２】Berge entitled “Electrocapillarite et mouillage de films isolants par l’eau” C.R. Acad. Sci., 317, series 2, 1993 157-163
【非特許文献３】Mugele et Baret entitled “Electrowetting: from basics to applications”, J. Phys. Condens. Matter, 17 (2005), R705-R774)
【非特許文献４】Baviere et al. entitled “Dynamics of droplet transport induced by electrowetting actuation”, Microfluid Nanofluid, 4, 2008, 287-294
【発明の概要】
【００３１】
本発明の目的は、クローズ型又はコンファイン型のマイクロ流体デバイスに置かれた液滴の蒸発制御方法を提供することである。
【００３２】
そのために、本発明の一の目的は、マイクロ流体デバイスの２つの壁の間に置かれ、第１の液体と疎水性の第２の液体によって囲まれた、第１の液体の液滴の蒸発制御方法を提供することである。
【００３３】
本発明によれば、２つの壁の間に存在する液滴及び／又は気泡が互いに、液滴が気泡の中で蒸発可能に接触する。
【００３４】
本明細書では、蒸発によって、気泡中の気相に液滴の液相の自然転換が起こることを意味する。従って、これは自然転換として記載され得る。
【００３５】
従って、本発明の範囲内では、気泡の気体は、第１の液体の飽和蒸気圧よりも実質的に低い第１の液体の蒸気の分圧を有し、液滴と気泡が互いに接触するとき、気泡中に第１の液体の自然転換がある。
【００３６】
気泡と液滴との間で直接接触する点、すなわち、気泡と液滴とが第１の液体とその上の気泡との境界を示す界面を形成する点で注目に値する。従って、液滴の液体は気泡と直接接触する。
【００３７】
第２の液体の薄膜が気泡と液滴の間に存在するため、気泡と液滴との間の接触は直接でなくともよい。しかしながら、「気泡／第２の液体」の界面と「液滴／第２の液体」の界面との間の第２の液体のこの薄膜の最小厚みは、気泡中の液滴の第１の液体の自然蒸発を妨げないほど十分に薄い。第２の液体のこの薄膜の最小厚みは、第２の液体への液滴の第１の液体の分子の中間拡散距離と同程度又はそれよりも小さい大きさである。従って、自然蒸発は、第２の液体のこの薄膜の存在にも関わらず、効果的である。
【００３８】
本発明はまた、マイクロ流体デバイスの２つの壁の間に置かれ、第１の液体と疎水性の第２の液体のよって囲まれる第１の液体の液滴に存在する分析物の濃度を増加する方法に関する。
【００３９】
本発明によれば、液体の蒸発制御方法は、蒸発による液滴体積の減少が液滴中の分析物の濃度の増加を引き起こす、上記の特徴に従って実行される。
【００４０】
気泡中の液滴の蒸発中、液滴の体積は有利に測定される。
【００４１】
気泡中の液滴の蒸発中、気泡が最初の体積よりも小さな所定の体積を有すると、気泡中の液滴の蒸発を抑えるように、液滴及び／又は気泡は有利に互いに離れる。
【００４２】
最初の体積は、蒸発工程前の液滴体積を意味する。
【００４３】
気泡中の液滴の蒸発中、気泡中の液滴の蒸発率を増加するように、気泡及び場合により液滴を加熱することができる。
【００４４】
蒸発率は、単位時間当たりの、気泡中の蒸発した液滴の第１の液体の量を意味する。
【００４５】
気泡及び場合により液滴は、５０℃と液滴の第１の液体の沸点との間の温度、好ましくは７０℃〜９５℃の間の温度にすることができる。
【００４６】
本発明の第１の実施形態によれば、液滴は、電気コマンドの影響下で、エレクトロウェッティングによって気泡と接触させられる。
【００４７】
従って、第１の液体及び第２の液体の一方は導電性があり、他方は誘電性がある。好ましくは、第１の液体は導電性で、第２の液体は誘電性がある。
【００４８】
本発明の第２の実施形態によれば、液滴は、電気コマンドの影響下で、液体の誘電泳動によって気泡と接触させられる。
【００４９】
従って、第１の液体及び第２の液体は互いに異なる誘電係数を有する。
【００５０】
本発明の第３の実施形態によれば、前記気泡は、気泡を加熱することによって、気泡の熱膨張により液滴と接触させられる。
【００５１】
実質的に蒸発工程で、気泡は、前記壁のいずれかで準備されたポートを介して、前記壁によって仕切られた空間に排出され得る。
【００５２】
蒸発工程の前に、気泡は前記壁のいずれかで準備されたポートによって、前記壁の間に導入され得る。
【００５３】
本発明はまた、２つの壁、その間に第１の液体の液滴が置かれて、第１の液体と疎水性の第２の液体によって囲まれる２つの壁を含むマイクロ流体デバイスに関する。
【００５４】
本発明によれば、マイクロ流体デバイスは、前記壁の間に存在する前記液滴及び／又は気泡の移動手段を含む。前記移動手段は前記液滴及び／又は気泡を互いに接触させることができ、前記接触により液滴が気泡の中で蒸発することができる。
【００５５】
好ましくは、液滴及び／又は気泡の移動手段は、気泡中の液滴の蒸発を抑えるように、液滴及び／又は気泡を互いから離れるように移動させることができる。
【００５６】
有利には、マイクロ流体デバイスは液滴体積の測定手段を含む。
【００５７】
好ましくは、マイクロ流体デバイスは、気泡中の液滴の蒸発中に蒸発率を増加するように、気泡及び場合により液滴を加熱する加熱手段を含む。
【００５８】
加熱手段は、気泡及び場合により液滴の近くに設けられた電気抵抗、及び／又は、電磁放射線の放出手段を備えることができる。
【００５９】
気泡及び／又は液滴の移動手段は、エレクトロウェッティング又は液体の誘電泳動によって、液滴の電気的移動手段を備えることができる。
【００６０】
気泡及び／又は液滴の移動手段は、代替として、気泡の熱膨張を保証するように、気泡を加熱する加熱手段を備えることができる。
【００６１】
マイクロ流体デバイスはまた、壁のいずれか一方を介して気泡を導入及び／又は排出する手段を含むことができる。
【００６２】
さらに、本発明の有利な点及び特徴は、以下の非制限的な詳細な説明において明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】液滴の体積を蒸発により減少することができる従来技術のオープン型マイクロ流体デバイスの概略平面図。
【図２】図１のオープン型マイクロ流体デバイスの長手方向部分断面図。
【図３】従来技術のクローズ型又はコンファイン型のマイクロ流体デバイスの長手方向概略断面図。
【図４】本発明の実施形態のクローズ型又はコンファイン型のマイクロ流体デバイスの長手方向概略部分断面図。
【図５】図４のマイクロ流体デバイスの平面図。
【図６】気泡の熱膨張により液滴に移動することを示す、本発明の他の実施形態のマイクロ流体デバイスの部分平面図。
【図７】気泡の熱膨張により液滴に移動することを示す、本発明の他の実施形態のマイクロ流体デバイスの部分平面図。
【図８】気泡の熱膨張により液滴に移動することを示す、本発明の他の実施形態のマイクロ流体デバイスの部分平面図。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
本発明の実施形態は、非制限的な実施例により、添付図面を参照して以下に説明される。
【００６５】
図４及び図５に、液滴の制御された蒸発と、場合により液滴中に存在する分析物の濃度の増加とを可能にする、本発明の第１の実施形態のマイクロ流体デバイス１が説明される。
【００６６】
明確にするために、スケールは重視されないことに留意されたい。
【００６７】
以下の説明において、動詞「覆う（cover）」、「置かれる（be located on）」及び「設けられる（be provided on）」は必ずしも直接接触することを意味しない。従って、材料又は液体を、材料と壁の間で直接接触することなく、壁に供給することができる。従って、中間材料が存在することができる。用語「直接（directly）」は上述の動詞とともに使用されるとき、直接接触する。
【００６８】
本発明のマイクロ流体デバイス１は、第１の液滴２と気体の気泡４とが、その間に置かれる、又は一様に密閉される２つの壁１１，２１を備える。
【００６９】
以下の説明全体において、慣例により、図１に示され直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の正の正規基準座標系が使用される。平面（Ｘ，Ｙ）は壁１１，２１と平行であり、Ｚ方向は壁１１，２１に対して直角である。
【００７０】
明細書において、用語「下部」及び「上部」は、基準座標系のＺ方向に従った位置付けである。
【００７１】
密閉されるとは、液滴２及び気泡４の各々が２つの壁１１，２１と同時に接触するときを意味する。液滴２及び気泡４は、液滴２及び気泡４の径より実質的に大きい厚さを有し得る。明細書において、液滴２及び気泡４の厚さは、２つの壁１１，２１の間の距離によって定義される。
【００７２】
液滴２及び気泡４は、第１の液体と疎水性の第２の液体３によって囲まれる。
【００７３】
従って、壁１１，２１によって境界が示される空間は、第２の液体３で満たされ、液滴２及び気泡４を備える。
【００７４】
マイクロ流体デバイス１は、気泡４及び／又は液滴２が互いに接触することをもたらすことが可能な、気泡４及び／又は液滴２の移動手段を備える。接触により、液滴２を気泡４中で蒸発させることができる。
【００７５】
図４及び図５に示された実施形態によれば、移動手段は、エレクトロウェッティング、より正確には誘電体上のエレクトロウェッティング（ＥＷＯＤ）によって、液滴２の気泡４への移動を保証する。
【００７６】
マイクロ流体デバイス１は、互いに面する、下部基板１０と、キャップを形成する上部基板２０とを備える。
【００７７】
下部基板１０は、互いに独立して作動する電極１２のアレイを含む。
【００７８】
電極１２のアレイは、誘電体層１４と、疎水性層１３とにより覆われる。疎水性層１３の自由表面（free surface）は、マイクロ流体デバイス１の２つの壁１１，２１の壁１１を形成する。
【００７９】
キャップ２０は、第２の疎水性層２３で覆われた対向電極２２を備える。第２の疎水性層２３の自由表面はマイクロ流体デバイス１の２つの壁１１，２１の第２の壁２１を形成する。
【００８０】
疎水性層１３，２３の疎水性とは、液滴２が、動かない、すなわち、液滴２の下に位置付けられた電極１２が作動していないとき、疎水性層と９０°よりも大きい接触角を有するということを意味する。
【００８１】
液滴２の第１の液体は導電性があり、第２の液体３は誘電性がある。液滴２は、第２の液体３と界面を形成する。
【００８２】
電極１２及び対向電極２２は、電圧Uを電極間に印加することができる電圧源に接続される。
【００８３】
界面に面する電極１２が作動されると、スイッチ手段を用いて、コマンドコンダクタを介してスイッチ手段を閉鎖することにより電極１２と電圧源との間を接続し、電圧下の一連の液滴２、誘電体層１４、及び作動した電極１２がキャパシタンスとして機能する。
【００８４】
非特許文献２に示されたように、液体の界面に接触角θは以下の関係式で表現される。
【数１】
2012103252.tif 000002
ここで、eは誘電体層１４の厚さであり、εrは誘電体層１４の誘電率であり、σは第１の液体の界面の表面張力である。
【００８５】
バイアス電圧Uが交流であるとき、バイアス電圧の周波数がカットオフ周波数よりも実質的に小さい範囲で、第１の液体は導体として機能する。特に液体の導電性に依存するカットオフ周波数は通常、２０〜３０ＫＨｚのオーダーである（例えば、非特許文献３）。加えて、液体の流体力学的応答時間に対応する周波数よりも好ましくは実質的に大きい周波数は、例えば表面張力、粘度、又は２つの壁１１，２１の間の距離等の物理的パラメータに依存し、２０〜３０Ｈｚ又は数百Ｈｚのオーダーである。そして、上述の関係に従って、接触角が電圧U2によって決まるので、液体の応答は電圧の二乗平均平方根によって決まる。
【００８６】
そして、非特許文献４で説明されるように、接触ラインの近場で界面に機能する静電圧が起きる。そして、引き続き電極１２を作動することによって、疎水性の表面１３上で液滴２をステップ状に気泡４に移動させることできる。
【００８７】
気泡４は液滴２の移動によって実質的に影響されず、実質的に移動しないということに留意されたい。
【００８８】
電極１２が実際に２次元で直線的に設けられるので、液滴２の取り扱いは平面に置かれ、従って、液滴に対する移動平面を定義する（図５）。従って、電極２は液体サンプルタンク５、試薬タンク６、及び液滴排出ウェル７と接続する流体経路を形成する。
【００８９】
マイクロ流体デバイス１は、液滴２が気泡４と接触するとき、気泡４の気体温度及び場合により液滴２の第１の液体の温度を上昇するために、気泡４及び場合により液滴２を加熱する手段３０を備える。気泡４が加熱されると、蒸発率が減少する。さらに、飽和蒸気圧の値がより高いとき、気泡４中で蒸発し得る第１の液体の量は増加する。
【００９０】
加熱手段３０は、気泡４及び場合により液滴２を加熱することができるように設けられる、ジュール効果の電気抵抗を備えることができる。
【００９１】
加熱手段３０はまた、ペルチェ効果の熱電モジュールを備えることができる。
【００９２】
加熱手段３０は、基板１０，２０のいずれか一方と接触し、又は離れて設けられることができる。
【００９３】
加熱手段３０はまた、例えば赤外線等の電磁放射線の放出手段を備えることができる。この場合、放射線は、前記波長の放射線には実質的に透明である基板を通過する。
【００９４】
デバイス１はまた、気泡中及び／又は液滴中の温度を測定することができる制御手段（図示せず）を備えることができる。これは、例えば、基板と接触して、好ましくは気泡又は液滴の近場に設けられた温度プローブであってもよい。このプローブは測定された温度の関数として、加熱手段を駆動する。駆動はＰＩＤ（proportional-plus-integral-plus-derivative）型であってもよい。
【００９５】
マイクロ流体デバイス１は液体の液滴２の体積の測定手段４０を備える。
【００９６】
測定手段４０は、ダイレクトライト型（direct light type）光学顕微鏡を含むことができる。好ましくは、観察は、キャップ２０が透明な場合、キャップ２０を介して実行される。
【００９７】
測定手段４０は、実行された一連の画像を後処理及び分析するために、ショット管理及びデータ記憶ユニットを備える。
【００９８】
従って、画像は、リアルタイムでデジタル化され、液滴のアウトラインが画像処理ソフトウェアを用いて後処理で検出される。そして、計算手段により液滴の体積を推定することができる。
【００９９】
制御手段（図示せず）、例えば、スイッチ手段の接続するＰＣ型コンピュータは、電極１２を一つずつ制御又は作動することができる。
【０１００】
制御手段はまた、加熱手段３０と、温度制御手段と、液滴体積の測定手段４０とに接続される。
【０１０１】
従って、ユーザは、液滴２の気泡４への移動を制御でき、気泡４中での液滴２の蒸発を速め又は遅くすることができ、液滴２の体積を的確に制御することができる。この制御は、液滴及び気泡の近場で、又は上述の加熱手段で作動することによって実行される。
【０１０２】
下部基板１０又はキャップ２０は、壁１１，２１のいずれか一つを通過し、開口する少なくとも一つのポート３１を含むことができる。
【０１０３】
このポートにより、気泡が、デバイスの壁の間に導入され、及び/又は、デバイスから除去され得る。
【０１０４】
ポートは、気泡生成手段、例えば、ガスタンクや、タンクの加圧手段に接続され得る。タンクとデバイスとの間の接続は、ポート３１を通過する針によって確保され得る。ポート３１は隔壁によってシールされる。
【０１０５】
ポート３１はまた、気泡４のすべて又は一部が除去されることが望まれるとき、マイクロ流体デバイス１を囲む外気に接続される。
【０１０６】
気泡が導入又は除去されることが望まれないとき、ポート３１はシールされることが好ましい。
【０１０７】
ポート３１により、気泡４に含まれる気体が排出されることができるとき、ポート３１はベントとして機能する。このポートは、気泡４中に存在する気体のすべて又は一部がデバイスの外側に排出することができるように、２つの基板１０，２０の間で密閉された空間と、デバイス外側の媒体との間の連絡を保証する。
【０１０８】
ポート領域は、非混和性流体が排出されることを防ぐのに十分小さい。例えば、ポート径は、デバイスの外側で媒体を構成する気体中で、非混和性液体３のキャピラリー長よりも小さくし得る。一般的に、この径（非円形のポート３１の場合、最大幅）は、１００μｍ〜５ｍｍの間が好ましく、より好ましくは、１００μｍ〜１ｍｍ、例えば、５００μｍである。
【０１０９】
気泡４は、液滴２によって押されることによりポートに面しながら、移動され得る。液滴２は移動手段、例えば、エレクトロウェティングによって移動される。従って、気泡４は、液滴２の一部の蒸発の影響下で成長した後、その体積が減少するまで、ポートと接触させられ得る。
【０１１０】
代替案によれば、液滴２と接触するように置かれると、気泡４の体積の増加によって、気泡がポート３１と接触可能となる。
【０１１１】
ポート３１の存在は気泡４のサイズの調整手段であることがわかる。従って、ベントとして機能するこのようなポートの存在は、実施形態すべてで望ましい。
【０１１２】
気泡４はまた、２つの壁１１，２１の間に第２の液体３の事前導入の間、形成されることに留意されたい。実際に、気泡４は、一方では、壁１１，２１によって形成されたコーナーで、そして、他方では、１又は２つの隣接する側壁で生成される。このため、第２の液体３を導入する前、デバイスに不完全真空、例えば、０．１ｍｂａｒが与えられ、そして、第２の液体３、例えば、オイルで満たされる。充填は大気圧で実行される。従って、オイル３は、最初に形成された不完全真空を置換する。この真空は不完全なので、気泡４はデバイスのコーナーに形成され得る。
【０１１３】
下部基板１０及びキャップ２０は、透明材料、例えば、ガラス又はポリカーボネートで作られるのが好ましい。
【０１１４】
間隔くさびにより、２つの基板１０，２０が離間されることができる。間隔くさびは、Ordyl型写真現像型ドライフィルムで作られるのが好ましい。
【０１１５】
下部基板１０と上部基板２０との間の空間は通常、１０μｍ〜５００μｍの間であり、好ましくは５０μｍ〜１００μｍである。
【０１１６】
電極１２及び対向電極２２は、基板上に、材料、好ましくは透明材料、例えば、ＩＴＯを蒸着することにより作成される。導電層は、スプレーされ、又は、ゾルゲル法で形成され得る。従って、適切なパターンに従って、例えば、ウェットエッチングによってエッチングされる。
【０１１７】
電極１２の厚さは１０ｎｍ〜１μｍの間であり、好ましくは３００ｎｍである。電極１２は、側辺の長さが数μｍ〜数ｍｍの間、好ましくは５０μｍ〜１ｍｍの間である四角形であることが好ましい。電極１２の領域は、運ばれる液滴のサイズにより決定される。隣り合う電極の間の空間は、１μｍ〜１０μｍの間であることが好ましい。
【０１１８】
誘電体層１４は、一般に１００ｎｍ〜１μｍの間、好ましくは３００ｎｍの厚さの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層を蒸着することに形成される。プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）は、熱による理由のため、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）が好ましい。実際、基板の温度は、ＬＰＣＶＤ蒸着で約７５０℃であるのに対して、（所望の特性により決定される）１５０℃〜３５０℃の間である。
【０１１９】
疎水性層１３，２３は、下部基板１０及び上部基板２０上に、テフロン（登録商標）、ＳｉＯＣ、又は、パリレンの真空蒸着によって得られる。疎水性層１３，２３は、特に、ぬれ角のヒステリシス効果を、減少又は一様に防ぐことができる。疎水性層の厚さは通常、１００ｎｍ〜５μｍの間、好ましくは１μｍである。
【０１２０】
気泡を導入及び／又は排出するポート３１は、１００μｍ〜２ｍｍの間の径を有することができる。
【０１２１】
第１の液体は、導電性であり、水又は生理食塩水であってもよい。
【０１２２】
第２の液体は、誘電性であり、第１の液体と非混和性である。例えば、鉱油又はシリコン油である。
【０１２３】
液滴及び気泡は、０．１ナノリットル〜１マイクロリットルの間の体積を有することができる。気泡の気体は空気であってもよい。
【０１２４】
本発明の第１の実施形態のマイクロ流体デバイスの作動は、以下の通りである。
【０１２５】
図４に示されるように、気泡４は、マイクロ流体デバイス１の２つの壁１１，２１の間に存在する。
【０１２６】
気泡４は、壁１１，２１の間への第２の液体３の導入の間に形成され、又は、適当な手段によって導入され得る。
【０１２７】
液滴２はまた、２つの壁１１，２１の間に存在する。液滴２は、液滴２が自然蒸発しないように、気泡４から離れ、第２の液体３によって囲まれる。
【０１２８】
エレクトロウェッティングによって、引き続いて、電極１２を作動することによって、液滴２を移動し、液滴２を気泡４と接触させる。接触により、液滴２が気泡４中に自然蒸発することができる。
【０１２９】
従って、液滴２は、気泡４と直接接触し得る。液滴２の界面の一部は、液滴２の第１の液体と気泡４の気体との境界を示すことによって定義される。
【０１３０】
この界面の一部では、液滴２の第１の液体が、気泡４の気体中に、自然に蒸発する。
【０１３１】
自然蒸発が発生するためには、気泡４の気体は、第１の液体の飽和蒸気圧よりも実質的に低い第１の液体の蒸気分圧を有する。
【０１３２】
しかしながら、第２の液体３の薄膜は、液滴２を気泡４中に蒸発するのを妨げることなく、液滴２を気泡４から分離することに留意されたい。
【０１３３】
この場合、この薄膜は、「気泡／第２の液体」の界面と、「液滴／第２の液体」の界面との間の最小厚さを有する。
【０１３４】
この薄膜の存在に関わらず、気泡４中で液滴２の自然蒸発が起きるためには、最小厚さは、第２の液体３中の液滴２の第１の液体の分子の平均拡散距離とほぼ同程度、又はより小さい。
【０１３５】
特に、この厚さは、第２の液体３と液滴２の薄膜の局所的温度により決定される。実際、中間拡散距離は、分子撹拌によって、温度とともに増加する。
【０１３６】
例として、オイル中の水の分子拡散率は、１０−１０ｍ２／ｓと同程度である。従って、第２の液体の薄膜を介した第１の液体の分子の特徴的な拡散距離は、特性時間１ｓに対して、１０μｍと同程度である。
【０１３７】
また、液滴２と気泡４の間の第２の液体３の最小薄膜厚さは、１００μｍと同等又はそれよりも小さく、例えば、１００μｍと１ｎｍの間、好ましくは１０μｍと１ｎｍの間、さらに好ましくは１μｍと１ｎｍの間であることが可能である。
【０１３８】
従って、液滴２及び気泡４が互いに接触するとき、第２の液体３の薄膜を持っていようといまいが、液滴２は気泡４中に自然蒸発する。
【０１３９】
蒸発工程の間、気泡４及び場合により液滴２を室温より高温にするように、気泡４及び場合により液滴２は加熱され得る点で注目に値する。従って、気泡中の液滴の蒸発率は、増加する。さらに、飽和蒸気圧の値も増加するので、気泡４中に蒸発し得る第１の液体の量はより多くなる。
【０１４０】
しかしながら、温度は、液滴２の沸点よりも低いままである。
【０１４１】
液滴２及び気泡４の場合、温度は、２５℃〜９５℃の間、好ましくは５０℃〜９５℃の間、さらに好ましくは７０℃〜９５℃の間である。気泡中の液滴の蒸発は、液滴の温度が上昇するよりもかなり速い。
【０１４２】
従って、液滴２の体積は、リアルタイムで測定される。より正確には、液滴２の一連の画像は記録され、これらの画像はデジタル化され、液滴２のアウトラインが処理ソフトウェアによって検出される。そして、液滴２の体積がそれらから推定される。
【０１４３】
液滴２の体積が蒸発工程の前に定義された最初の体積よりも小さい所定の値に減少したとき、液滴２は、エレクトロウェッティングにより気泡４から実質的に離れて移動し、気泡４中の液滴２のさらなる蒸発を防ぐ。
【０１４４】
液滴２は分析物を含む場合、液滴２中の分析物の濃度は、蒸発によって、液滴２の体積の減少により増加する。
【０１４５】
分析物が蛍光剤でラベルされると、液滴２の分析物の濃度が増加するので、蛍光シグナルは強度が増加する。分析物の検出はより精確になる。
【０１４６】
この方法により、液滴２が制御された正確な方法で蒸発させることができ、従って、液滴の体積を減少し、場合により液滴２中に存在する分析物の濃度を増加することができる点に留意されたい。
【０１４７】
液滴２及び気泡４が実質的に互いに離れ、さらなる蒸発を防ぐとき、液滴２は一定体積を維持する。従って、場合により存在する分析物の濃度も一定である。
【０１４８】
次に、本発明の第２の実施形態のマイクロ流体デバイス（図示せず）を説明する。
【０１４９】
本実施形態は、互いに接触する気泡４及び／又は液滴２の移動手段に関してのみ、第１の実施形態と相違する。
【０１５０】
本実施形態によれば、移動手段は、液体の誘電泳動によって液滴２を移動するのに適し、従って、液滴２を気泡４と接触させ、そして、気泡４から離させることができる。
【０１５１】
液滴２の第１の液体及び第２の液体３は、導電性又は絶縁性である。しかしながら、それらは、互いに異なる誘電係数を有する。
【０１５２】
液体の誘電泳動（ＬＤＥＰ）は、電気的に絶縁性又は導電性の液体、本明細書では液滴の第１の液体の電気力、本明細書では不均一な周期的に振動する電界によって生成される電気力の利用を意味する。
【０１５３】
液滴２の第１の液体は、第２の液体３の誘電係数よりも実質的に大きい誘電係数を有する。
【０１５４】
液滴２は電界に置かれると、第１の液体の分子が、非ゼロの双極子を得て、分極する。電界は不均一なので、クーロン力が生じ、液体の分子の移動を引き起こす。従って、液滴全体のすべてが最大電界に向かう移動を引き起こす。
【０１５５】
下部基板１０は、エレクトロウェッティングに関して、基板１０の平面に１又は２次元の電極のアレイを備え、そして、液滴２用の流体経路を画定する。下部基板１０はまた、１又は２次元に延び、そして液滴２用の流体経路を画定する、電極の一つのアレイではなく、互いに平行な２つの電極を備える。
【０１５６】
電極は、第１の液体及び第２の液体が導電性があるか否かにより、誘電体層で覆われ得る。
【０１５７】
疎水性層は、第１の基板を覆い、従って、マイクロ流体デバイスの２つの壁の一方を画定する。
【０１５８】
デバイスの２つの壁の他方は、キャップの疎水性層によって形成される。キャップは、対向電極を備えなくともよい。
【０１５９】
第１の基板の２つの平行な電極の間に印加される電圧は、例えば、数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの間、例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの間や１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの間の周波数で、２〜３の二乗平均平方根（ＲＭＳ）のボルトから２００〜３００の二乗平均平方根のボルトの優先電圧の交流電圧である。
【０１６０】
従って、液滴は、液滴を気泡中に蒸発させることができる、気泡との接触を行うことができない。
【０１６１】
液滴体積を減少し、場合により液滴中に存在する分析物の濃度を増加する方法は、第１の実施形態を参照して説明された方法と同じである。
【０１６２】
次に、本発明の第３の実施形態のマイクロ流体デバイスを説明する。
【０１６３】
本実施形態は、互いに接触する気泡及び／液滴の移動手段に関してのみ、第１の実施形態と相違する。
【０１６４】
本実施形態によれば、移動手段（図示せず）は、気泡の熱膨張によって、気泡を液滴と接触させるように構成される。
【０１６５】
本実施形態によれば、デバイスがベントとして機能するポート３１を有し、非混和性液体３が誘電泳動力を受けると、非混和性液体３によって押されることにより気泡を移動することができる。
【０１６６】
液滴体積を減少し、場合により液滴中に存在する分析物の濃度を増加する方法は、第１の実施形態を参照して説明された方法と同じである。
【０１６７】
図６〜図８は、気泡の熱膨張により液滴に移動する実施例を示す、マイクロ流体デバイスの部分平面図である。
【０１６８】
これらの図は、第２の液体３に置かれた液滴２及び気泡４を示す。
【０１６９】
液滴２は、蛍光剤でラベルされた分析物を備える。液滴２は、蛍光剤からもたらされる蛍光シグナルによって図に位置付けられる。
【０１７０】
従って、気泡４を加熱することによって（図６）、気泡の体積は増加し、気泡の界面の一部が液滴２に向かって移動する（図７）。
【０１７１】
移動手段は気泡４全体を所定の方向に移動することができない点で、注目に値することに留意されたい。気泡４の重心速度は実際に、実質的にはゼロのままである。重心速度は、気泡４の重心の速度を意味する。
【０１７２】
移動手段は、気泡４及び場合により液滴２を加熱するように設けられるジュール効果電気抵抗を備え得る。
【０１７３】
移動手段はまた、ペルチェ効果熱電モジュールを備え得る。
【０１７４】
加熱手段は、基板のいずれか一方と接触し又は離れて、設けられることができる。
【０１７５】
加熱手段はまた、電磁放射線、例えば、赤外線の放出手段を備え得る。この場合、放射線は、放射線の波長に対して実質的に透明な基板を通過する。
【０１７６】
デバイスはまた、気泡中及び／又は液滴中の温度を測定することができる制御手段、例えば、上述したような加熱手段に接続する温度プローブを備え得る。
【０１７７】
従って、移動手段は、気泡４の一部を液滴２を接触させることができる（図８）。接触により、液滴２を気泡４中に蒸発させることができる。
【０１７８】
従って、蒸発によって液滴２の体積を減少することにより、液滴２中の分析物の濃度を増加する。
【０１７９】
これにより、液滴２中の分析物の濃度が増加するので、蛍光シグナルの増加した強度がもたらされる。分析物の検出がより精確に行われる。
【０１８０】
言うまでもなく、当業者であれば、非制限的な実施例により容易に、説明した発明の様々な変形を行うことができる。
【外国語明細書】
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1. Abstract
2012103252.tif 000035
2. Representative Drawing
FIGURE 4
【図１】
2012103252.tif 000036
【図２】
2012103252.tif 000037
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012103252.tif 000041
【図７】
2012103252.tif 000042
【図８】
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