(57)【要約】  本発明は、少なくとも一つの孔（２０）及び前後の動作を生み出す手段（４）と共に提供されたメンブレン（２）を備える装置内で実施される、流体の流れを生み出すための方法に関連し、上記流れを生み出すために、上記少なくとも一つの孔の変形モードに従って、少なくとも上記少なくとも一つの孔（２０）の領域で上記メンブレンを作動させ、上記少なくとも一つの孔の開閉を引き起こし、流体を妨げることによって、メンブレンを通って流れが生み出される。本発明は、この方法を実施するのに適した装置にも関連する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの孔（２０）と前後の動作を生み出すための手段（４）とが提供されたメンブレン（２）を備える装置内で実施された、流体の流れを生み出すための方法であって、所定の方向にメンブレンを通る前記流れを生み出すために、少なくとも前記少なくとも一つの孔（２０）上で、前記メンブレンを、前記少なくとも一つの孔の開閉を引き起こし、流体を妨げる前記少なくとも一つの孔の変形モードに従って作動させることによってメンブレンを通る流れが生み出される、方法。
【請求項２】
前記前後の動作が周期的動作である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前後の動作が偽周期的動作またはさらに非周期的動作である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも一つの孔の変形モードは、メンブレン（２）の曲げ動作、及び／またはメンブレン（２）のねじれ動作、及び／または圧縮動作、及び／または引張り動作、またはこれらの動作の組み合わせを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
メンブレン（２）が、その前後の動作中に、前記少なくとも一つの孔（２０）を通して流体を循環させることができ、それが静止している場合には流体の循環を禁止することができる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
メンブレン（２）が静止時に漏れを生み出す、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一つの孔（２０）が、メンブレンの一側から他側への第一方向、及び第二の反対方向にメンブレンを通る流体の循環を許可し、メンブレンを通る流体の循環方向は、循環の所定の方向での排出（吸引と書き換えられる）としての、それから前後の動作を生み出す手段への刺激の変化の後で、循環の反対方向での吸引（排出と書き換えられる）としての動作を可能にする前後の動作を生み出す手段の刺激の制御によって変えられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記流体の循環方向は、メンブレン（２）の変形モードを変更することによって変えられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記流体は圧縮できない流体である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記流体は圧縮可能な流体である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記前後の動作を生み出すための手段（４）が、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、強誘電アクチュエータ、熱アクチュエータ、または形状記憶アクチュエータを含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記前後の動作を生み出すための手段（４）は、メンブレン（２）から独立しており、少なくとも前記孔上でメンブレンを作動及び変形するために前記メンブレンと協同し、または代替的にメンブレンは活性メンブレンである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの孔（２０）は、サブミリ、またはミリメートルの寸法である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
流体の流れを生み出すための装置であって、
−剛性材料からなり、スルーリセス（１０）を有する、固定第一部分（１）と、
−その周囲で前記第一部分と接続し、リセス（１０）を覆うメンブレン（２）を備える、第二部分と、
−メンブレン（２）を変形可能な、前後の動作を生み出すための手段（４）と、
−メンブレンの動作中にメンブレン（２）を通して流体を循環させることができる、メンブレンの可動部分上の、メンブレンの少なくとも一つの孔（２０）と、を備え、
前記少なくとも一つの孔の変形モードに従って前記少なくとも一つの孔（２０）を作動及び変形し、所定の方向にメンブレンを通る流れを生み出すようにメンブレン（２）を刺激することによってメンブレンを通る流れを生み出すことを可能にする、装置。
【請求項１５】
剛性材料からなり、メンブレン（２）の片面と接続された第三部分（３）を備え、前記第三部分（３）は、リセス（１０）上に配置され、リセス（１０）よりも寸法が小さく、前記第一部分（１）と前記第三部分（３）との間に隙間（３０）が形成され、リセス（１０）上にメンブレン（２）及び第三部分（３）を備える可動部分（３１）が形成され、前記前後の動作を生み出すための手段（１４）は第三剛性部分（３）と協同し、前記少なくとも一つの孔（２０）は前記隙間（３０）上に位置する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの孔（２０）は、サブミリまたはミリメートルの寸法である、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの孔は選択的に、Ｈの、Ｕの、Ｗの、Ｉの、正弦波としての形状のパターンを備える、または、前記少なくとも一つの孔は幾つかの接近した平行なスロットを備える、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの孔（２０）が、メンブレンの一側から他側への第一方向、及び第二の反対方向にメンブレンを通る流体の循環を許可し、装置が、メンブレンを通る流体の循環方向を変えることを可能にするように、前後の動作を生み出すための手段（４）を制御するための手段を備える、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記前後の動作を生み出すための手段（４）が、磁石カップル（４０）／コイル（４１）等の電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、または静電アクチュエータを含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
ｍｉｃｒｏＴａｓにおける、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法の使用、または請求項１４から１９のいずれか一項に記載の装置の使用。
【請求項２１】
孔をあけられたメンブレン及びその支持が、単回使用用に、装置の取り外し可能なユニットとして設計され、使い捨てできる、請求項１から１３に記載の方法に従って実施された装置の使用、または請求項１４から１９のいずれか一項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流れを生み出すための方法、並びに当該方法を実施するのに適した流れを生み出すための装置に関する。
【０００２】
本発明の分野は流体の流れを制御する及び／または生み出すための装置、より具体的には、マイクロポンプまたはマイクロミキサーの分野に関連する。
【０００３】
本発明は、ラボオンチップ用途用のｍｉｃｒｏＴａｓとして特に用途を有するだろう。
【背景技術】
【０００４】
動いている流体に直接機械的作用を行使する、振動メンブレン、タービン、またはピストン等の移動可能な部品を用いる機械的マイクロポンプを使用することが知られている。
【０００５】
従来、特にメンブレンを用いた装置内で、これらのポンプの設計は、入口と出口の間を循環する流体を圧縮及び／または拡張するポンプ室の存在を必要とする。
【０００６】
流れを生み出すためのそのような装置は例えばＵＳ５７１８５６７で知られており、この文書は、吸引チャンネル（ｓｕｃｔｉｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ）及び排出チャンネル（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）と接続されたポンプ室、メンブレンの一端上の取込み弁（ｉｎｔａｋｅ  ｖａｌｖｅ）、及びメンブレンの他端上の排出弁（ｏｕｔｌｅｔ  ｖａｌｖｅ）を備えるメンブレンを有するマイクロポンプ、メンブレンを駆動するための仕組み、を記述し、メンブレンはポンプ室の変形可能な壁を備える。
【０００７】
そのようなマイクロポンプは流体の圧縮及び拡張を得るために上記ポンプ室及び弁の存在を必要とし、比較的扱いにくく、一般的に統合するのが複雑な装置を必要とする。
【０００８】
ポンプ室がメンブレンの活動下で負圧下の場合、取込み弁が開き、排出弁が閉まり、供給チャンネルからポンプ室に流体が取り込まれる。メンブレンの活動下で、ポンプ室が過圧の場合、取込み弁が閉まり、排出弁が開き、排出チャンネルへと流体が排出される。
【０００９】
流れを生み出すことはメンブレンの二つの交差と関連し、取込み弁を介した供給チャンネルからポンプ室への第一交差と、排出弁を介したポンプ室から排出チャンネルへの第二交差である。
【００１０】
そのようなマイクロポンプの別の欠点は、バルブが反対方向のポンプの動作を防いで、流れを一方向にのみに生み出すことができることである。
【００１１】
また、そのようなマイクロポンプの設計は複雑であり、その製造コストは高い。
【００１２】
ＷＯ０２／０９７２７０Ａ１によって、
−ポンプへの流体の入口及び出口の間に配置され、一又は複数の穿孔（符号１４）を有する、孔のあけられたメンブレン等の孔のあいた要素、
−片側で上記孔のあいた要素に隣接する少なくとも一つのシャッタシステムであって、少なくとも一つの穿孔と対向し、使用されていない場合に上記穿孔を閉めるような少なくとも一つのシャッタを有する、少なくとも一つのシャッタシステム、及び
−ポンプの入口及び出口の方向に交互に上記孔のあいた要素を動かすための作動手段、
を備えるマイクロポンプも知られている。
【００１３】
この先行技術では、孔のあいた要素とシャッタを逆位相で作動させることによって入口から出口への流体の流れが得られている。
【００１４】
ＤＥ１０２００８００４１４７によれば、流体（１０）のチャンネルの上に延在するメンブレンを備えるマイクロポンプであって、メンブレンが、メンブレンを通る通路を有する流体の部品（符号４）を備える、マイクロポンプも知られている。
【００１５】
この文献によれば、符号４の流体の部品の機構は、第一方向のメンブレンのたわみによる通路を通って流れる抵抗が、第二方向のメンブレンのたわみによる通路を流れる抵抗よりも大きく、これにより、メンブレンが前後の動作に従って作動された場合に上記第一方向に従って流体の合計の流量が生じる。
【００１６】
この先行技術では、「流体の部品」が所定の方向に流れを生み出すことを可能にする本質的な要素である：そのようなポンプは単一の動作方向、つまり上記第一方向のみを有し、従って、双方向性になることはできない。
【００１７】
図１の実施例によると、流体の部品は、ディフューザ等の、テーパ形状を有する貫通孔である。このテーパ部分は、上記第一方向に従って、メンブレンを通る流れの好ましい方向（つまり流れに対する最小抵抗の方向）を有するように方向づけられている。
【００１８】
示された他の実施例によると、特に図３ａにおいて、流体の部品は、メンブレン中の４ａと示された孔と、４ｂで示されたメンブレンを有するバルブとを備え、第一方向に従って合計の流量を課すことによって孔を開閉することができる。この実施例によると、流れの好ましい方向を作るのは孔の幾何学的形状ではなく、更なる部品の追加（４ｂで示されたメンブレンを有するバルブ）である。
【００１９】
ＵＳ２００６／２３２１６７Ａ１は２５で示された開口を備えるメンブレンを有する圧電振動板に関連する。
【００２０】
この開口は、振動板の動きに応答して開口を開閉するように配置されたフラップバルブとともに提供される。
【００２１】
この先行技術では、６１で示された供給チャンバから６５で示された排出チャンバへの単一方向の流体の循環を許可するバルブのおかげで、メンブレンを介した流体の流れが得られている。
【００２２】
このバルブは開口内に挿入されたアクセサリであり得る。代替的に、アクセサリはボールバルブまたは精密オリフィスアクセサリでよい。
【００２３】
この先行技術において、各アクセサリは変形不可能なオリフィスを有する剛性要素である。
【００２４】
ＷＯ０２／０９７２７０Ａ１、ＤＥ１０２００８００４１４７、またはＵＳ２００６／２３２１６７の先行技術の全てのマイクロポンプ装置は、それぞれ前後の動作によって作動されたメンブレンを使用し、メンブレンを介して少なくとも第一方向に合計の流量に従った流れを生み出すことを可能にしている。
【００２５】
これらの装置では、流体に循環の方向を押しつけるために、常に調節装置が必要であり、メンブレンと関連付けられる。つまり、
−ＷＯ０２／０９７２７０Ａ１における、孔のためのシャッタシステム、
−ＤＥ１０２００８００４１４７における、流れの好ましい方向に従った流体の流れに最小の抵抗を課す、４で示された流体の部品、
−ＵＳ２００６／２３２１６７における、フラップバルブ、アクセサリ（ボールバルブ）、または精密アクセサリ、である。
【００２６】
ＥＰ２３０６０１９Ａ１から、
−ファンのチャンバが５０で示されたアクチュエータと３０で示された第一壁との間に形成された、３０で示された第一壁、
−ファンのチャンバの内部が第一開口３１を介してチャンバの外側と接続されている、第一壁３０を通る第一開口３１、
−第一壁３０が第二壁１０とファンのチャンバとの間に配され、第二壁１０が第一壁３０だけ離れている、ファンのチャンバと反対側の１０で示された第二壁、
−中央空間２１が第一壁及び第二壁の間に形成され、第一開口３１及び第二開口１１と接続され；供給路２２の外側端がファンの外側と接続され、内側端が中央空間２１と接続された、第二壁１０を通る第二開口１１（ファンの出口）、
供給路２２よりも小さな通路を有するボトルネック２３、
を備える、マイクロファンも知られている（請求項１参照）。
【００２７】
この先行技術に係るそのような装置は、圧縮可能な流体についてのみ適しており、例えば水などの圧縮できない流体を用いて流れを生み出すのには適していない。
【００２８】
この先行技術によると（段落３６及び３７）、５０で示されたアクチュエータの振動によって３０で示された第一壁の振動が引き起こされ、今度は、２１で示された中央空間のチャンバ内で圧力の変動を生み出す。ボトルネック２３のために、この変動は１１で示された第二開口を通って殆ど消費される。中央空間内の流体の流れが実質的なので、２１で示された中央空間内の内部圧力は２２で示された供給路の圧力より低く、これにより圧力勾配が生じ、供給路２２から中央空間２１への流体の流れがつくられる。
【００２９】
これは非常に複雑で高価な構造を有する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】米国特許第５７１８５６７号
【特許文献２】国際公開第０２／０９７２７０号
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００８００４１４７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００６／２３２１６７号
【特許文献５】欧州特許出願公開第２３０６０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、特にこれらの既知の技術の様々な不都合を解消するという目的を有する。
【００３２】
より正確には、本発明の目的は、より簡単な一体化を可能にし、装置をより小型化し、発明者の希望によって、動作のためにポンプ室及びバルブを必要とせず、さらに一般的には、他の流量調節装置、及び特に上記先行技術に教示されたものを一切必要としない、装置を提供することである。
【００３３】
本発明の別の目的は、少なくとも一つの特定の実施形態において、同じ理由によって製造コストを低減する、単純な設計の装置を提案することである。
【００３４】
本発明の別の目的は、少なくとも一つの特定の実施形態において、より良好な性能を得ることを可能にする装置を提案することである。
【００３５】
本発明の別の目的は、少なくとも一つの実施形態において、流体の流れを生み出すための方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
これらの目的、及び以下でより明確になるであろう他の目的は、少なくとも一つの孔及び前後の動作を生み出す手段と共に提供されたメンブレンンを備える装置内で実施される流体の流れを生み出すための方法であって、所定の方向に（即ち、吸引または排出に）メンブレンを通る上記流れを生み出すために、上記少なくとも一つの孔の開閉を引き起こし、流体を妨げる上記少なくとも一つの孔の変形モードに従って、少なくとも上記少なくとも一つの孔上で上記メンブレンを作動させることでメンブレンを通って流れが生み出される方法を用いる本発明によって達成される。
【００３７】
実施された方法によって、有利には、流体を圧縮又は拡張するためのポンプ室または一切のバルブ及びＵＳ５７１８５６７を介して知られた従来技術で接したものなどを必要とすることなく、メンブレンを通る流体の単一の交差ごとに流れを生み出すことが可能になる。
【００３８】
現在の理解では、少なくとも上記少なくとも一つの孔の上のメンブレンの変形を制御することで、流体の流れを生み出す上記少なくとも一つの孔の変形モードの実施が可能になる。
【００３９】
本発明によると、流体の流れを引き起こすのはメンブレンの作動に起因する孔の変形モードであり、そのように「排出」または「吸引」の所定の方向にメンブレンを通る合計の流量が生み出される：この孔は、バルブ（または流れの方向を押しつけるために孔を閉める他の要素）等の追加の流れ調節装置と一切関連付けられず、メンブレンを通る流体の循環の好ましい方向を課す適切な幾何学的形状またはアクセサリも有さない。
【００４０】
また、本発明に係る方法の第一の利点は、それがその実施のために、本質的要素、一方で上記少なくとも一つの孔（変形可能）が提供されたメンブレンと、他方でこのメンブレンと関連付けられ、前後の動作を生み出す手段、だけをそなえる非常に単純な構造を有する装置のみを必要とすることである。
【００４１】
個別に、または組み合わせでとられる本発明の任意の特性によると、
−前後の動作は周期的な動作である、または、
−前後の動作は偽周期的な動作（ｐｓｅｕｄｏｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ）若しくは非周期的な動作であり、
−上記孔の上記変形モードは、メンブレンの曲げ動作、及び／またはメンブレンのねじれ動作、及び／または圧縮動作、及び／または引張り動作、またはこれらの動作の組み合わせを含むことができ；
−メンブレンは、その前後の動作中に、上記少なくとも一つの孔を通って流体を循環させることが可能であり、静止中は流体の循環を禁止可能であり；
−代替的に、上記メンブレンは、メンブレンが作動された際に止めることができる漏れを、上記少なくとも一つの孔を介して、静止中に生み出し；
−上記少なくとも一つの孔は、メンブレンの一側から他側への第一方向と、第二の反対方向に、メンブレンを通る流体の循環を許可し、メンブレンを通る流体の循環方向は、所定の循環方向に排出（吸引と書き換えられる）としての動作を可能にし、それから前後の動作を生み出す手段への刺激の変化後に、反対方向の循環の吸引（排出と書き換えられる）としての動作を可能にする、前後の動作を生み出す手段の刺激を制御することで変えられ；
−流体の循環方向はメンブレンの変形モードを変更することで変えられ；
−前後の動作を生み出す上記手段は、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、または静電アクチュエータを備え、
前後の動作を生み出す上記手段はメンブレンから独立し、上記メンブレンと協同して少なくとも上記少なくとも一つの孔上のメンブレンを作動及び変形し、
−前後の動作を生み出す手段は、それ自体アクチュエータである上記メンブレンを備え、上記メンブレンは少なくとも部分的に電気活性ポリマーを備え、
−上記少なくとも一つの孔は、サブミリまたはミリメートルの寸法であり、
−上記少なくとも一つの孔のパターンは、Ｈ、Ｕ、特にＷとしての正弦波、Ｉ、垂直線、または平行線としてのパターンから選択される。
【００４２】
本発明はこの方法の実施に適した流体の流れを生み出すための装置にも関連し、
−剛性材料からなり、スルーリセスを有する第一固定部分と；
−メンブレンを備え、その周囲で上記第一部分と接続し、リセスを覆う第二部分と；
−メンブレンを変形可能な、前後の動作を生み出す手段と；
−メンブレンの動作中にメンブレンを介して流体を循環させることができ、場合によっては可動部分の静止中に流体の循環を禁止できる、メンブレンの可動部分上の少なくとも一つの孔と、を備え、
上記少なくとも一つの孔の変形モードに従って上記少なくとも一つの孔を作動及び変形し、所定の方向にメンブレンを通る流れを生み出すようにメンブレンを刺激することによってメンブレンを通る流れを生み出すことを可能にする。
【００４３】
本発明の特性によると、個別に、または組み合わされて：
−装置は、剛性材料からなり、メンブレンの片面と接続された第三部分を備え、上記第三部分はリセス上に配置され、リセスの寸法よりも寸法が小さく、上記第一部分と上記第三部分との間に隙間（ｉｎｔｅｒ−ｓｐａｃｅ）が形成され、メンブレンの可動部分及び上記第三部分を備える可動部分が形成され、前後の動作を生み出す上記手段は第三剛性部分と協同し、上記少なくとも一つの孔は上記隙間上に位置し、
−上記少なくとも一つの孔はサブミリまたはミリメートルの寸法であり、
−孔は選択的に、Ｈ、Ｕ、Ｉ、または正弦波（Ｗ）の形状のパターンを備え、または、上記少なくとも一つの孔は幾つかの接近した平行な孔を備え、
−上記少なくとも一つの孔は、メンブレンの一側から他側への第一方向及び第二の反対方向の、メンブレンを通る流体の循環を許可し、
−装置は、メンブレンを通る流体の循環方向を変えることを可能にするように前後の動作を生み出す上記手段を制御するための手段を備え、
−前後の動作の上記手段は、磁石カップル／コイル等の電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、強誘電アクチュエータ、熱アクチュエータ、または形状記憶アクチュエータを含む。
【００４４】
本発明の他の特性及び利点は、情報を目的として単に非限定的な実施例として提供される本発明の特定の実施形態の以下の記述並びに添付図面を読むことでより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る流れを生み出すための装置の断面図である。
【図２ａ】本発明の異なる実施形態に係る装置の上面図である。
【図２ｂ】本発明の異なる実施形態に係る装置の上面図である。
【図２ｃ】本発明の異なる実施形態に係る装置の上面図である。
【図３ａ】本発明に係る孔の異なる実施形態の概略図である。
【図３ｂ】本発明に係る孔の異なる実施形態の概略図である。
【図３ｃ】本発明に係る孔の異なる実施形態の概略図である。
【図３ｄ】本発明に係る孔の異なる実施形態の概略図である。
【図４】本発明に係る装置を製造する方法の異なるステップを示す図である。
【図５】本発明に係る装置の包装の概略的な断面図である。
【図６】本発明に係る装置の試験台（ｔｅｓｔ  ｂｅｎｃｈ）の概略図である。
【図７ａ】メンブレン中にあり得る孔の形状、即ち湾曲したスロット、の詳細の写真である。
【図７ｂ】メンブレン中にあり得る孔の形状、即ち湾曲したスロット、の詳細の写真である。
【図７ｃ】メンブレン中にあり得る孔の形状、即ち湾曲したスロット、の詳細の写真である。
【図８ａ】別の可能な形状である「Ｈ」の詳細の写真である。
【図８ｂ】別の可能な形状である「Ｈ」の詳細の写真である。
【図８ｃ】別の可能な形状である「Ｈ」の詳細の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
上述の通り、本発明の全体的な原理は、従って、少なくとも一つの孔２０並びに前後の動作を生み出すための手段４とともに提供されたメンブレン２を備える装置内で実施される流体の流れを生み出すための方法の実施に基づいている。
【００４７】
本発明によると、上記流れを生み出すために、上記少なくとも一つの孔の開閉を引き起こし、流体を妨げる上記少なくとも一つの孔の変形モードに従って、少なくとも上記少なくとも一つの孔上で上記メンブレンを作動させることによって、メンブレンを介して流れが生み出される。
【００４８】
実施された方法によって、ＵＳ５７１８５６７のような二つではなく、メンブレンを通る流体の単一の交差によって流れを生み出すことが可能になる。
【００４９】
有利には、本発明に係る方法は、流体を圧縮または拡張するための、そしてＵＳ５７１８５６７によって既知の従来技術で接するような、ポンプ室またはバルブを必要としない。
【００５０】
本発明によると、流体の流れを引き起こすのはメンブレンの作動に起因する孔の変形モードであり、そのように「排出」または「吸引」の所定の方向にメンブレンを通る合計の流量が生み出される：この孔は、バルブ（または流れの方向を押しつけるために孔を閉める他の要素）等の追加の流れ調節装置と一切関連付けられず、メンブレンを通る流体の循環の好ましい方向を課す適切な幾何学的形状またはアクセサリも有さない。
【００５１】
驚くべきことに、本発明者らは、そのような単に孔をあけられたメンブレン（即ち、バルブ若しくは他のシャッタ等の流れ調節装置がなく、または好ましい流れの方向を課す孔の幾何学的形状を有することさえもなく）が、孔の変形モードに従って変形されると、（「排出」または「吸引」として）単一方向に流体の循環を生み出すことを可能にすることを、そのようなものとして観察した。従って、そのような観察は、従来技術（特に、ＷＯ０２／０９７２７０Ａ１、ＤＥ１０２００８００４１４７、またはＵＳ２００６／２３２１６７）により教示された先入観に反し、従来技術によれば、所定の方向に従ってメンブレンを通る流れを生み出すためには、流れ調節装置（バルブまたは他のシャッタ）または（ＤＥ１０２００８００４１４７による「ディフューザとしての部分の」）孔の特別な幾何学的形状が必要とされる。
【００５２】
更に、本発明者らは、前後の動作を生み出す手段への刺激を変えることによって、（「吸引」方向から「排出」方向へ、または逆に）流体の循環方向を変えることができ、更に、特にメンブレンにおける上記少なくとも一つの孔における孔の変形モードが好ましい流れの方向を有さず、流れ調節装置を欠いていることを観察した。
【００５３】
また、本発明に係る方法の第一の利点は、それがその実施のために、本質的要素、一方で上記少なくとも一つの孔（変形可能）が提供されたメンブレンと、他方でこのメンブレンと関連付けられ、前後の動作を生み出す手段、だけを備える非常に単純な構造を有する装置のみを必要とすることである。更に、もし孔が別の可能な形状を有することができれば、後者はメンブレンを通る流れの好ましい方向を押しつけるように構成されていない。
【００５４】
ある実施形態によると、前後の動作は例えば振動動作等の周期的動作である。偽周期的動作若しくは非周期的動作によって流体の流れを生み出すことも可能である。
【００５５】
ある実施形態によると、メンブレン２の前後の動作が生み出され、それはメンブレン２の曲げ動作をつくる。代替的に、メンブレンの動作が生み出され、それはメンブレンのねじれ動作、またはメンブレンの引張り動作及び／または圧縮動作をつくる。生じた動作は、再びこれらの異なる動作の全てまたは任意の組み合わせであり得る。変形（曲げ、及び／またはねじれ、及び／または圧縮、及び／または引張り）のモードによって、上記少なくとも一つの孔の開閉と組み合わされて、メンブレン４を通る流体の流れを生み出すことが可能となる。
【００５６】
上記少なくとも一つの孔２０は、メンブレンの一側から他側への第一方向と、第二の反対方向とに、メンブレンを通る流体の循環を許可する。この趣旨で、この孔は、一つ若しくは複数のバルブまたは他の遮断システム等の流れ調節装置と一切関連せず、所定の方向に流れの最小抵抗をつくる適切な幾何学的形状を有することによってメンブレンを通る流れの好ましい方向を有することもない。
【００５７】
有利には、前後の動作を生み出す手段の刺激の制御によってメンブレンを通る流体の循環の方向を変えることができるかもしれない。流体の循環方向は、例えば上記メンブレン２の変形モードを変更することによって変えることができる。例えば、非限定的な例として、流体の循環方向はメンブレン２の振動頻度を変化させることによって変えられ得る。正符号または負符号の電圧オフセットを適用することによって循環方向を変えることもできる。このように流体の循環が第一方向に従ってメンブレンを通過する状態で、排出（吸引と書き換えられる）としてマイクロポンプを作動することができ、その後、前後の動作を生み出す手段の刺激を変更し、更に孔の変形モードを変更することによって、流体の循環が（第一方向と反対の）第二方向に従ってメンブレンを通過する状態で、吸引（排出と書き換えられる）としてマイクロポンプを作動する。
【００５８】
ある実施形態によると、前後の動作を生み出すための手段４は、例えば静電アクチュエータ、電磁アクチュエータ、または圧電アクチュエータ等の電気活性手段または磁気活性手段を含む。前後の動作を生み出すための手段４は、可変電流信号によって刺激される。場合によっては、流れを生み出すように、電圧に正または負のオフセットが適用される
【００５９】
特定の場合、一つまたは複数の孔はサブミリまたはミリメートルの寸法である。上記孔２０はスロットであり得る。スロットの幅は１μｍから５００μｍでよい。上記スロットの長さは１μｍから２０００μｍでよい。本願全体において、孔の寸法はメンブレンが制限の対象となっていないときの孔の寸法である。可能な全てのパターンの中で、上記少なくとも一つの孔２０のパターンは、Ｈ（図３ａ）、Ｕ（図３ｂ）、正弦波（即ちＷ）（図３ｃ）のパターンから選択できる。Ｈ及びＵの形状によって、最大の開口を提供することが可能となり、一方で、正弦波の形状の開口によって最大の長さを得ることができる。孔は再び単に円状であり得る。
【００６０】
図３ｄに示された実施形態によると、上記少なくとも一つの孔２０は、接近した平行な線を形成するいくつかの孔を備える（図３ｄ）。二つの隣接する線は孔の長さ未満の寸法に近づけられる。そのようなパターンによって、より剛性な開口２０を得ることができ、従って、装置の停止中の漏れを制限することができる。
【００６１】
ある実施形態によると、前後の動作を生み出す手段はメンブレンから独立しており、上記メンブレンと協同して作動し、少なくとも上記孔上でメンブレンを変形する。代替的に、メンブレンは、電極によって刺激されたイオン性ポリマーを備え、活性であり得る。再び、メンブレンは、磁性ナノ材料（例えばＦｅ、ＦｅｘＯｙ、永久磁石等）、または誘電体（例えばＬｉＮＢＯ３、ＳｉＯ２等）、または金属（例えばカーボンナノチューブ、グラフェン等）で充填された柔軟な材料を備え、活性であり得る。これらの材料を導入することによって、上記メンブレンを本質的に活性にすることができ、例えば、活性で柔軟な圧電材料、誘電材料、イオン性材料、または磁性材料として使用することができる。
【００６２】
より精確に、本発明に係る方法の実施が意図されたそのような装置は、
−例えばシリコン等の剛性材料からなり、その高さ全部を通り抜けるリセスを有する、第一固定部分１；
−特に例えば柔軟なエラストマー、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、またはＳｉｌａｓｔｉｃ  Ｓ型からなるメンブレン２を備え、特に流体に密封された方式で、その周囲で上記第一部分１と接続し、リセス１０を覆う、第二部分。当業者に知られた任意の柔軟なエラストマーがメンブレン２を実行するのに適し得ることに注意されたい；
−メンブレン２の可動部分を変形可能な動作を生み出すための手段４；
−メンブレンの前後の動作中にメンブレン２を介して流体を循環させることができ、好ましくは、可動部分３１の静止中に、流体の循環を禁止することができる、メンブレンの可動部分上のメンブレンの少なくとも一つの孔２０、
を備えることができる。
【００６３】
そのような装置は、メンブレン２を、動作中に上記少なくとも一つの孔２０の開口を生じるために、変形モードに従って上記少なくとも一つの孔２０を作動させるように変形させることによって、メンブレンを通る流れの発生を可能にする。
【００６４】
ある実施形態によると、装置は例えばシリコン等の剛性材料からなり、メンブレン２の可動部分の一面と接続された第三部分３を備え、この第三部分３はリセス１０の中央に配置されている。
【００６５】
第三部分は、上記第一部分と上記第三部分３との間に隙間３０を形成するように、そして、メンブレン２及び特定の構成でリセス１０の中央の第三部分３の可動部分を備える可動部分を形成するように、リセス１０の寸法より小さな寸法である。
【００６６】
動作を生み出すための手段４は、可動部分及び孔、または可動部分及び隙間上のメンブレン２の一または複数の孔２０を作動するように、上記第三部分３と協同することができる。
【００６７】
装置の動作モードは二元的（ｄｕａｌ）であり得る、即ち、メンブレン２は、可動部分３１の前後の動作中に、両方向に流体を循環させることができ、装置は流体の吸引及び排出を実行することを可能にする。流体の循環方向を変更するために、ここで装置の変更が必要とされない。動作の双方向モードも言及され得る。この趣旨で、上記少なくとも一つの孔２０はメンブレンの一側から他側への第一方向及び第二の反対方向にメンブレンを通る流体の循環を許可しなくてはならない。
【００６８】
更に、装置は可動部分の動作中にメンブレン２を通って流体を循環させることができ、より好ましくは、可動部分の静止中に、流体の循環を禁止することができる。
【００６９】
非限定的な例としての図２ａ〜２ｃから分かるように、上記少なくとも一つの孔２０は第一部分１の端と第三部分３の端の間の中間距離で広がることができる。
【００７０】
本発明の別の実施形態によると、上記少なくとも一つの孔２０は上記第三部分の角に配置される。当然、一又は複数の孔２０の位置は必要に応じて変更され得る。
【００７１】
装置の構造は、非限定的な例示として２ｍｍから２０ｍｍの間で変動し得る固定部分１の長さ及び幅によって規定されるとともに、２ｍｍから２０ｍｍの間で変動し得る柔軟なメンブレン２の長さ及び幅によって規定される。
【００７２】
装置の構造は、５００μｍから１００００μｍの間で変動し得る第三部分３の長さ及び幅と、５００μｍから１００００μｍの間で変動し得るリセス１０の長さ及び幅とによっても規定される。
【００７３】
固定部分１の厚さは１００μｍから１００００μｍの間で変動し、柔軟なエラストマーからなるメンブレン１０の厚さは１０μｍから２００μｍの間で変動し、第三部分３の厚さは０から１００００μｍの間で変動する。
【００７４】
本発明のある実施形態によると、上記少なくとも一つの孔２０の幅は１μｍから５００μｍであり、上記少なくとも一つの孔の長さは１μｍから２０００μｍである。
【００７５】
そのように、リセス１０の幅、第三部分３の幅、並びにメンブレン２の厚さの選択は、所望のメンブレン２の柔軟性と作動中のその構造安定性（ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ）との妥協に由来する。非常に幅広でなく厚いメンブレン２はより耐久性があるだろうが、メンブレン２の実質的な変位を得ることが可能でなくなる。逆に、薄く幅広なメンブレン２は柔軟だろうけれども、メンブレン２に加えられた引張り及びねじれの力に対して非常に耐久性があるとはいえない。
【００７６】
更に、上記孔２０の長さ及び幅は装置の性能、特に生じる流量及び圧力を決定する要因である。例えば、孔２０の実質的な寸法が、例えば幅５００μｍかつ長さ２０００μｍならば高流量を得ることができるだろう。
【００７７】
図１で観察できるように、第三部分３は固定部分１のリセス１０上に有利に配置され、メンブレン２の開口２０の間に配置され、そのように可動部分３１を形成する。そのような配置によって、前後の動作中に、特に一または複数の孔２０上のメンブレン２を、メンブレン２を通って流体を循環させるように変形することが可能となる。
【００７８】
図２ｃに示されているように、上記第一部分１のリセス１０は円状でよく、上記第三部分３は円状の隙間３０を形成するように例えば円形状を採用する。
【００７９】
図２ａ及び２ｂにおいて、第一部分１のリセスは長方形であり、第三部分３は長方形の隙間３０を形成するように長方形形状を採用する。
【００８０】
前述の実施形態によると、長方形の隙間の角は、メンブレン２の振動中に角張った角によって暗示される束縛を制限するために丸められている。実際に、直角を維持することで、メンブレン２は上記角で裂ける危険性にさらされる。
【００８１】
本発明の特定の実施形態によると、メンブレン２の刺激信号は、流体の循環方向を変えるように前後の動作を生み出すための手段４に作用する制御手段を介して変動される。例えば、流体の循環方向はメンブレンの刺激振動数を変動することで変えられる。
【００８２】
第一のプロトタイプによると、そして本発明者の観察によると、吸引／排出の変化は、非限定的な例として２２５〜２７５Ｈｚ付近で測定された。この振動数範囲において、観測された主な振動モード（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）は、いわゆるねじれモード（ｔｏｒｓｉｏｎ  ｍｏｄｅ）であり、他の振動数ではいわゆる曲げモード（ｂｅｎｄｉｎｇ  ｍｏｄｅ）が観察された。
【００８３】
本願発明者は、一または複数の孔２０の位置が装置の性能に影響を与えることも観察した。実際に、孔２０が角に配置されると、２２５〜２７５Ｈｚ付近でねじれモードが支配的であり、それから装置は排出として動作する。逆に、この振動数範囲の外側では、装置は吸引として動作する。
【００８４】
そのように、角の孔２０の位置は、開口２０がより実質的に開いている状態で、ねじれモードのより優れた性能を得ることを可能にする。
【００８５】
同様に、本発明者は、第一部分１の端と第三部分３の端の間の中間距離に配置された孔２０の場合には、吸引の性能がより優れていることを観察した。実際に、曲げモードは、第一部分１の端と第三部分３の端との間の中間距離に配置された孔２０のより大きなクリアランス及びよりよい開口を可能にする。
【００８６】
発明者は更に、１００Ｈｚ及び１７５／２００Ｈｚ付近に位置した二つの共振ピークを観察し、この共振ピークはメンブレン２のより実質的なたわみを生み出し、従って流量が大きくなる。ある実施形態によると、メンブレン２をその一または複数の共振振動数で刺激することができる。
【００８７】
振動数と、本願の上部及び下部で言及された他のパラメータは、所定のプロトタイプについての非限定的な例として言及されていると理解される。これらのパラメータ（状態（ｒｅｇｉｍｅ）の変化のための振動数及び特に共振振動数）は、メンブレンに用いられた材料、メンブレンの寸法（特に厚さ）、メンブレンに加えられた張力、及び特に可動部分の重量等の、装置のパラメータに依存し、実行された装置に固有である。
【００８８】
本発明の別の特定の実施形態によると、振動を生み出すための手段４は、交流信号によって刺激される電磁手段を含み、そこに、装置の動作モードを変えるように、即ち流体の循環方向を変えるように、電圧にオフセットが適用される。
【００８９】
例えば、非限定的な例として、最大振幅５００ｍＶの電圧への１２５ｍＶのオフセットは、電圧のゼロの起点を１２５ｍＶにオフセットするだろう。そのように、増幅前に電磁手段に届けられた信号は、−１２５ｍＶから３７５ｍＶの間で振動するだろう。そのようなオフセットは、メンブレン２の、より正確には可動部分３１の振動の起点を変える効果を有する。
【００９０】
発明者の観察によると、そして試験したプロトタイプによると、オフセットの正の変化は装置を排出として動作させることを可能にする一方、オフセットの負の変化は、装置を吸引として動作させることを可能にする。
【００９１】
本発明の実施形態によると、前後の動作を生み出すための手段４は、コイル４１と関連付けられた磁石カップル４０等の電磁手段を含む。磁石４０は第三部分と一体化されてよく、コイルは別の支持と一体化し、例えば第一部分１と強固に連結される。圧電手段または静電手段等の、当業者に知られた他の手段も考慮されてよい。
【００９２】
図５で観察できるように、装置は、装置を密閉するように装置を受ける容器の形態の包装７内の場所にセットされる。包装７はそれぞれ、装置用のハウジングを備えるだけでなく、磁石用と、ネジ／ナットシステム、または支持上の包装７、並びに循環される流体の通過用の入口７１及び出口７２を維持するための任意の他の種類の機械的維持を受けることができるオリフィス７０用のハウジングを備える。図５に示されたように、コイル４１は装置の入口７１及び出口７２の間の流体の通路内に設けられる。代替的に、コイル４１は、流体にさらされないように外部に位置することができ、これは特定の用途にとって重要であり得る。
【００９３】
本発明は流体の流れを生み出すための本発明に係る装置の製造方法にも関連し、以下のステップを備える：
−シリコンウェハ１００の前面上にコーティングによって樹脂層１０４が堆積される；
−上記少なくとも一つの孔２０を作る意図で、上記少なくとも一つの孔２０に対応する寸法で、シリコンウェハ上に一または複数の突出パターンを規定するために、フォトリソグラフィー及び異方性ＤＲＩＥエッチングが実行される；
−所望の厚さのメンブレン２のエラストマー１０１のスピンコーティングが実行される；
−アルミニウム層１０３、その後、樹脂層１０４’がシリコンウェハの背面上に堆積される；
−シリコンウェハの厚さ全体にわたってフォトリソグラフィー及び異方性ＤＲＩＥエッチングが実行され、そのように第一部分１及び第三部分３を得る；
−樹脂の残りとシリコンウェハ上の残りのアルミニウムは、化学的に抑制される；
−孔２０を解放するためにエラストマーのＲＩＥプラズマエッチングが実行される；
−任意的に、二つの部分間の付着を改善するために、シリコンウェハの前面とエラストマー層との間にＳｉＯ２層が適用される。
【００９４】
一般に、メンブレンに使用される材料は、例えばＤｏｗ  ＣｏｒｎｉｎｇからのＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）またはＨＶ  １５４０／２０Ｐ（登録商標）等のエラストマーでよい。
【００９５】
本発明に係る装置を試験するための台が図６に概略的に示されている。この台は、仕切りによって分離された二つの容器Ｒ１、Ｒ２を形成し、そこに仕切りの開口を通って本発明に係る装置が固定されている。装置と仕切りとの間の密閉はＯ−リング５０によって提供される。動作を生み出すための手段は電磁的であり、磁石カップル４０及びコイル４１を含む。
【００９６】
そのようなシステムにおいて、メンブレン２は二つの容器Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの容積を分離する。実行された試験によると、装置及びそのメンブレン２が完全に浸漬されるように、液体（つまり水）で二つの容器Ｒ１、Ｒ２の容積は満たされる。
【００９７】
前後の動作の発生は、例えば磁石カップル／コイルを所定の振動数で（電圧オフセットを伴って、または伴わずに）刺激することによって、孔の変形モードに従ってメンブレンの孔を変形させるような方法で制御される。
【００９８】
これらの試験によって、所定の方向にメンブレンを通る一定の合計流量を観察すること通じて本方法の妥当性を確認することが可能となり、この流れは二つの容器Ｒ１、Ｒ２間の液体のレベル「ｈ」の差の一定な変化によってモニタされ得る。これらの試験の間、メンブレンの孔（またはそれぞれの孔）はバルブ（または流れの方向を押しつけるために孔を閉める他の要素）等の追加の流れ調節装置と一切関連付けられず、メンブレンを通る流体の循環の好ましい方向を押しつける適切な幾何学的形状またはアクセサリも有さない。
【００９９】
更に、これらの試験によって、この装置が排出または吸引として動作し、流れの方向の変化は孔の変形のモードを変えることで得ることができることを実証することが可能となった。
【０１００】
試験中に得られた合計の流量は、水を用いて１０〜１００００μＬ／分であった。しかし、特に開口の寸法及び数を最適化することで無理せず少なくとも９００ｍＬ／分までのより大きな流量が考慮され得る。
【０１０１】
本発明によって実施された装置の製造は、単純であり、コストが非常に低いので、単回使用用の、装置の取り外し可能なユニットとして、孔をあけられたメンブレン及びその支持を設計することを可能にできる。
【０１０２】
各使用の後に、この孔をあけられたメンブレン／支持ユニットは装置の本体から単に除去され、廃棄されてよい。新たな使用の間、それは新たな未使用のユニットで置換される：装置のこの部品は、使い捨てであり、装置の別の使用に進む前に洗浄及び／または殺菌される必要がない。
【０１０３】
当然、しかし以下の特許請求の範囲によって規定される発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態が当業者によって考慮され得る。
【符号の説明】
【０１０４】
１  固定部分
１０  固定部分のリセス
２  柔軟なエラストマーからなるメンブレン
２０  孔
３  第三部分
３０  隙間，
３１  可動部分，
４  振動を生み出すための手段
４０  磁石
４１  コイル
５０  Ｏ−リング
７  包装
７０  オリフィス
７１  入口
７２  出口
１００  シリコン
１０１  エラストマー
１０２  ニッケル
１０３  アルミニウム
１０４、１０４’  樹脂
【図１】
2016534284.tif 000003
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
2016534284.tif 000011
【図５】
2016534284.tif 000012
【図６】
2016534284.tif 000013
【図７ａ】
2016534284.tif 000014
【図７ｂ】
2016534284.tif 000015
【図７ｃ】
2016534284.tif 000016
【図８ａ】
2016534284.tif 000017
【図８ｂ】
2016534284.tif 000018
【図８ｃ】
2016534284.tif 000019
【国際調査報告】
2016534284.tif 000020
2016534284.tif 000021
2016534284.tif 000022
2016534284.tif 000023
2016534284.tif 000024
2016534284.tif 000025