(57)【要約】【課題】微小流体表面処理システムの表面までの距離制御を自己調整および自動化することを可能にする方法およびシステムを提供する。【解決手段】本システム（１）は、表面処理流体（２５）をその処理流体開口（２１）から分注するように設計された処理流体回路（２０）を備える微小流体プローブ・ヘッド（１０）と、処理されるべき表面（Ｓ）に向かって微小流体プローブ・ヘッドに力を印加するまたは印加される力を変調するように構成された機構（４０）、好ましくはリンク機構と、持ち上げ流体回路（３０）であって、微小流体プローブ・ヘッドと一体であり、処理流体回路とは異なり、かつ表面（Ｓ）のレベルで、機構（４０）によって印加されるまたは変調される力に抗するように圧力によって、持ち上げ流体（３５）をその持ち上げ流体開口（３１）から分注するように設計された、持ち上げ流体回路と、を備える。本発明は、関連する動作方法に及ぶ。【選択図】図１
2016504173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理流体をその処理流体開口から分注するように設計された処理流体回路を備える微小流体プローブ・ヘッドと、
処理されるべき表面（Ｓ）に向かって前記微小流体プローブ・ヘッドに力を印加するまたは印加される力を変調するように構成された機構、好ましくはリンク機構と、
持ち上げ流体回路であって、
前記微小流体プローブ・ヘッドと一体であり、
前記処理流体回路とは異なり、
前記表面のレベルで前記機構によって印加されるまたは変調される前記力に抗するように圧力によって、持ち上げ流体をその持ち上げ流体開口から分注するように設計された、
前記持ち上げ流体回路と、
を備える微小流体表面処理システム。
【請求項２】
前記機構が好ましくは調整可能な釣り合いおもりを備える回転可能なデバイスであり、前記微小流体プローブ・ヘッドが前記回転可能なデバイスの一方の側にあり、前記回転可能なデバイスのもう一方の側の前記釣り合いおもりによって釣り合いがとられる、請求項１に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項３】
前記回転可能なデバイスがピボットおよび前記ピボットで旋回可能な梁を備える回転デバイスであり、前記微小流体プローブ・ヘッドが前記ピボットに対して前記釣り合いおもりとは反対の前記梁の一方の側に保持され、前記ピボットが、前記ピボットが固定されている支持体に対して好ましくは回転可能である、請求項２に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項４】
前記微小流体プローブ・ヘッドが前記回転可能なデバイスの前記一方の側から、好ましくは軸を介してつり下げられる、請求項３に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項５】
前記処理流体開口が、前記処理流体開口を介して分注される表面処理流体が前記持ち上げ流体開口を介して分注される持ち上げ液体内に閉じ込められたままとなることができるように、前記持ち上げ流体開口に対して配置される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項６】
前記処理流体回路が出口開口および入口開口をそれぞれ形成する少なくとも２つの処理流体開口をさらに備え、前記出口開口および前記入口開口が、前記出口開口を介して分注される液体を、前記入口開口を介して収集することができるように寸法調整され、位置付けられる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項７】
前記持ち上げ流体回路が少なくとも２つの、好ましくは３つ以上の持ち上げ流体開口をさらに備える、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項８】
前記持ち上げ流体回路の２つの持ち上げ流体開口が前記プローブ・ヘッドの別個の面上で開口し、前記別個の面が好ましくは連続している、請求項７に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項９】
前記機構が前記微小流体プローブ・ヘッドに結合され、前記プローブ・ヘッドに対して０．０２〜１グラムの有効重量（Ｆｗ）を提供する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１０】
前記持ち上げ流体回路が、動作において前記プローブ・ヘッドと処理されるべき表面との間に１〜５０マイクロメートルの平均ギャップ（ｄ）が確保されるように構成される、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１１】
前記持ち上げ流体回路または前記処理流体回路あるいはその両方が、毎分５〜１００マイクロリットルの流量が可能となるように構成される、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１２】
前記処理流体を分注するための前記処理流体開口を備える前記プローブ・ヘッドの先端は平均０．５〜１０ｍｍ２であり、好ましくは１〜３ｍｍ２である、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１３】
処理液体開口の平均径が２０〜１００マイクロメートルであり、好ましくは４０〜６０マイクロメートルである、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１４】
液体持ち上げ開口の平均径が４０〜２００マイクロメートルであり、好ましくは５０〜１００マイクロメートルである、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの持ち上げ流体開口を介して持ち上げ流体を分注することと、
前記機構によって印加されるまたは変調される前記力を、好ましくは前記プローブ・ヘッドを落とすことによって前記プローブ・ヘッドに受けさせ、処理されるべき表面に接近させることと、
前記プローブ・ヘッドによって前記表面を処理することと
を含む、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システムを動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に微小流体表面処理デバイスの分野に関し、詳細にはそうしたデバイスに対する表面までの距離制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロフルイディクスは、一般に微細加工されたデバイスを指し、これらのデバイスは、液体を移動させ、サンプリングし、混合し、分析し、投与するために使用される。その顕著な特徴は、液体がマイクロメートル長のスケールで示す特異な挙動に由来する。マイクロフルイディクスにおける液体の流動は、典型的には層流である。マイクロメートル領域の横方向寸法を有する構造を作製することによって、１ナノリットルをはるかに下回る容積に達することができる。大きなスケールでは（反応物質の拡散によって）制限されている反応を加速することができる。最後に、液体の平行流を正確に再現性良く制御することができる可能性があり、液体／液体および液体／固体界面で化学反応および化学勾配を行わせることができる。マイクロフルイディクスは、したがって、ライフ・サイエンスにおける様々な用途に使用される。多くの微小流体デバイスは、ユーザ・チップ・インターフェースおよび閉じた流路を有する。閉じた流路によって、機能要素（例えば、ヒータ、ミキサ、ポンプ、ＵＶ検出器、バルブなど）を１つのデバイスに集積化するのが容易となり、リークおよび蒸発に関連する問題を最小限に抑えられる。
【０００３】
微小流体表面処理デバイスの処理される表面までの距離を制御し調整するためのシステムおよび方法を考案することは、特に難易度が高く、数１０および１００マイクロメートルスケールでの距離制御が必要である。これは、表面がほとんどの場合液体に浸漬されるため、ライフ・サイエンスの文脈においてはさらに一層困難である。また、表面は、表面形状、組成が、強いばらつきを示すことがあり、巨視的な世界においてさえ平坦でない場合がある。
【０００４】
既知の距離制御システム／方法は、外部制御システム、ならびに、場合によっては圧力調整を必要とする。例えば、ビーム偏向システムを使用することが知られており、レーザおよび光検出器を使用してビーム位置を測定する。フィードバック・ループは、ｚ方向にピエゾ長を調整することによってプリセットされた振幅を一定に保つ。しかし、液体環境で、および液体空気界面がある状態でレーザを集束させるのは難しい。他のより単純な手法では、オペレータが、視覚的に試料を観察し、それに応じて変更する。そのような場合、オペレータは、「制御」システムであり、この手法は、明らかに時間応答の遅さに見舞われ、達成される精度は、疑わしい可能性がある。さらに他の手法は、先験的な較正に依存する。しかし、そうした較正は、特定の表面の表面形状に特有で、時間がかかる。加えて、一部の液体・表面間の相互作用は、視覚化するのが容易ではなく、可能でさえないであろう。
【０００５】
さらに他の手法は、閉ループシステムを用いて、電流または電圧測定値を使用して液体下でデバイスの距離を制御することから成る。しかし、そうした手法は、ファラデー・ケージを必要とし、より長い距離に対して必要とされる電流がシステムの望ましくない加熱の原因となるため、数十マイクロメートルのより長い距離には適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、微小流体表面処理デバイスための、単純ではあるが、精密な距離制御システムおよび方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によると、本発明は、表面処理流体をその処理流体開口から分注するように設計された処理流体回路を備える微小流体プローブ・ヘッドと、処理されるべき表面に向かって微小流体プローブ・ヘッドに力を印加するまたは印加される力を変調するように構成された機構、好ましくはリンク機構と、持ち上げ流体回路（lifting fluid circuit）であって、微小流体プローブ・ヘッドと一体であり、処理流体回路とは異なり、前記表面のレベルで、機構によって印加されるまたは変調される力に抗するように圧力によって、持ち上げ流体をその持ち上げ流体開口から分注するように設計された、前記持ち上げ流体回路と、を備える微小流体表面処理システムとして具現化される。
【０００８】
実施形態において、前記機構は、好ましくは調整可能な釣り合いおもりを備える回転可能なデバイスであり、微小流体プローブ・ヘッドが回転可能なデバイスの一方の側にあり、回転可能なデバイスのもう一方の側の釣り合いおもりによって釣り合いがとられる。
【０００９】
回転可能なデバイスは、ピボットおよびピボットで旋回可能な梁を備える回転（pivot）デバイスであるのが好ましく、微小流体プローブ・ヘッドがピボットに対して釣り合いおもりとは反対の梁の一方の側に保持され、ピボットが、ピボットが固定されている支持体に対して好ましくは回転可能である。
【００１０】
好ましい実施形態において、微小流体プローブ・ヘッドは、回転可能なデバイスの前記一方の側から、好ましくは軸を介してつり下げられる。
【００１１】
前記少なくとも１つの処理流体開口は、少なくとも１つの処理流体開口を介して分注される表面処理流体が少なくとも１つの持ち上げ流体開口を介して分注された持ち上げ液体内に閉じ込められたままとなることができるように、前記少なくとも１つの持ち上げ流体開口に対して配置されるのが好ましい。
【００１２】
実施形態において、処理流体回路は、出口開口および入口開口をそれぞれ形成する少なくとも２つの処理流体開口をさらに備え、前記出口開口および前記入口開口が、出口開口を介して分注された液体を、入口開口を介して収集することができるように寸法調整され、位置付けられる。
【００１３】
持ち上げ流体回路は、少なくとも２つの、好ましくは３つ以上の持ち上げ流体開口をさらに備えるのが好ましい。
【００１４】
好ましい実施形態において、持ち上げ流体回路の２つの持ち上げ流体開口がプローブ・ヘッドの別個の面上で開口し、前記別個の面が好ましくは連続している。
【００１５】
機構は、微小流体プローブ・ヘッドに結合され、プローブ・ヘッドに対して０．０２〜１グラムの有効重量を提供するのが好ましい。
【００１６】
実施形態において、持ち上げ流体回路は、動作において、プローブ・ヘッドと処理されるべき表面との間に１〜５０マイクロメートルの平均ギャップが確保されるように構成される。
【００１７】
持ち上げ流体回路または処理流体回路あるいはその両方は、毎分５〜１００マイクロリットルの流量が可能となるように構成されるのが好ましい。
【００１８】
好ましい実施形態において、処理流体を分注するための前記処理流体開口を備えるプローブ・ヘッドの先端は、平均０．５〜１０ｍｍ２、好ましくは１〜３ｍｍ２である。
【００１９】
処理液体開口の平均径は、２０〜１００マイクロメートル、好ましくは４０〜６０マイクロメートルであるのが好ましい。
【００２０】
加えて、液体持ち上げ開口の平均径は、４０〜２００マイクロメートル、好ましくは５０〜１００マイクロメートルであってもよい。
【００２１】
別の態様によると、本発明は、上記の実施形態による微小流体表面処理システムを動作させる方法として具現化され、本方法は、少なくとも１つの持ち上げ流体開口を介して持ち上げ流体を分注するステップと、プローブ・ヘッドに機構によって印加されるまたは変調される力を、好ましくはプローブ・ヘッドを落とすことによって受けさせ、処理されるべき表面に接近させるステップと、プローブ・ヘッドによって前記表面を処理するステップと、を含む。
【００２２】
ここで、本発明を具現化するデバイス、システムおよび方法について、非限定的な例によって、および添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態による、処理される表面に対する距離制御が自己調整される微小流体表面処理システムの簡略化された表現についての２Ｄ図である。
【図２】本発明によるシステムで使用することができる微小流体プローブ・ヘッド（またはＭＦＰヘッド）、およびヘッドによって処理される表面とヘッドとの相互作用に注目した図である。（ａ）断面図、（ｂ）概略図、および、（ｃ）開口間の流線を示す底面の図。
【図３】図２（ａ）の変形形態の図である。
【図４】図２（ｃ）の変形形態の図である。
【図５】大きな曲率を有する表面を局所的に着色するための装置の写真であり、卵表面上方に浮揚するＭＦＰヘッドによって卵殻に模様が付けられる。
【図６】本発明の実施形態による、処理される表面に対する距離制御が自己調整される微小流体表面処理システムの簡略化された表現についての２Ｄ図である。
【図７】本発明の実施形態による、処理される表面に対する距離制御が自己調整される微小流体表面処理システムの簡略化された表現についての２Ｄ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜４、６および７は、概略的な、簡略化された表現であり、必ずしも縮尺通りではない。
【００２５】
以下の説明は、以下のように構造化されている。初めに、一般的な実施形態および高レベルの変形形態について説明する（第１節）。次節は、より具体的な実施形態および技術的な実施態様の詳細を扱う（第２節）。
【００２６】
第１節．一般的な実施形態および高レベルの変形形態
全体的に図１〜７を参照して、微小流体表面処理システム１に関わる本発明の態様について初めに説明する。
【００２７】
システム１は、基本的に３つの本質的な要素を備え、それらは、
１．ＭＦＰヘッド１０、
２．処理される表面Ｓに押し付けるようにＭＦＰを付勢する機構４０、および
３．持ち上げ流体回路３０である。
【００２８】
ＭＦＰヘッド１０は、処理流体回路２０を備える。処理流体回路２０は、表面Ｓを処理する役目を果たす処理流体２５を分注するように設計される。この流体は、処理流体回路２０の開口２１から分注される。
【００２９】
機構４０は、リンク機構であるのが好ましく、すべての場合で、表面Ｓに向かってＭＦＰヘッドに力を印加する、または処理されるべき表面Ｓに向かってＭＦＰヘッドに印加される力（例えば、重力）を変調するように構成される。
【００３０】
最後に、持ち上げ流体回路３０は、ＭＦＰヘッドと一体である（例えば、ＭＦＰヘッド内部に直接設けられ、またはヘッドと一体となるように、ヘッド上に取り付けられ、接続される）。しかし、持ち上げ回路は、処理流体回路とは異なる。持ち上げ回路は、前記表面Ｓのレベルで、機構４０によって印加されるまたは変調される力に抗するように圧力によって、持ち上げ流体３５を（回路３０の開口３１から）分注するように設計される。
【００３１】
したがって、基本的概念は、２つの要素からなる。
（１）機構４０、例えば、回転可能なまたは旋回システム４０は、ＭＦＰヘッドが処理されるべき表面に押し付けられそっと付勢されるように、すなわち、結果として生じる力Ｆｗが小さくなるようにＭＦＰヘッドと相互作用する。これについては、以下で例示する。
（２）流体（典型的には液体）は、持ち上げ回路３０の１つまたは複数の開口３１から分注され、ヘッドで、例えば、ヘッドの直下で圧力を生成し、それによってヘッドを表面Ｓから持ち上げる。結果として生じる流体力学的な持ち上げは、普通ならばプローブ・ヘッドを表面に押し付けるように付勢する力Ｆｗと釣り合う。これによって、安全なギャップｄ、すなわち処理される表面Ｓまでの最小の距離が確保される。
【００３２】
あるいは、基本的な原理は、少なくとも場合によっては、ＭＦＰヘッドを処理される表面Ｓ上に自己調整させるようにＭＦＰヘッドに作用する、短距離の（反発する）および長距離の（引き付ける）力の組み合わせとして見なされてもよい。
【００３３】
要するに、上記のシステムによって、ＭＦＰヘッドの単純な自己調整された、および自動化された距離制御が可能となる。しかし、外部制御は、まったくまたはほとんど必要ない。（本発明の別の態様に関わる）対応する動作方法は、以下の通りである。初めに、持ち上げ流体は、持ち上げ流体回路３０の１つまたは複数の開口３１を介して分注される（Ｓ１）（回路３０は、スイッチが「オン」になる）。次いで、プローブ・ヘッド１０は、機構４０によって印加されるまたは変調される力を受け、（例えば、表面上方でプローブ・ヘッド１０を単に落とすことによって）処理されるべき表面Ｓに接近する（Ｓ２〜Ｓ４）。最後に、表面Ｓは、処理回路２０により、プローブ・ヘッド１０で処理されうる。
【００３４】
例えば、図１、６または７に示すような上下逆の実施形態では、機構４０は、ヘッド１０に作用する重力を弱めるための釣り合いおもり４２またはばね４２ａを含む。一旦ヘッドに重みが適切に加えられると、例えば、釣り合いおもりによって釣り合いがとられると、ヘッドの有効重量は、小さくなる。それでも、この有効重量によって、表面Ｓに押し付けるようにヘッドが付勢されることになる。最後に、（持ち上げ回路のスイッチがオンになった後）持ち上げ回路３０によって、処理されるべき表面Ｓ上にヘッドを置くのに表面上にヘッドを単に落とすことで十分となるような、最小の接近距離ｄが確保される。結果として、ヘッドは、ヘッド自体または表面を傷つけることなく表面上にそっと落ち、このことは視覚的に印象的である。ＭＦＰの動作は、したがって極端に簡略化される。
【００３５】
（図１、６および７に示すように）プローブ・ヘッドが上下逆で好ましく動作している場合、ヘッドを表面に押し付けて付勢するように（重力を変調する代わりに）上向きの力が印加される反対向きの装置が可能であることに留意されたい。それでも、この上向きの力に、持ち上げ力Ｆｌがなお抗することができる。すべての場合で、持ち上げ力Ｆｌは、処理される表面のレベルで付勢力Ｆｗに抗するように、付勢力Ｆｗと反対向きである。表面のレベルで、（処理される表面にさらされる）ヘッドの先端は、動作において、平衡位置のまわりで振動する。しかし、付勢力Ｆｗは、平均して持ち上げ力Ｆｌと（大きさにおいて）等しいが、反対向きである。
【００３６】
しかし、以下で説明するほとんどの実施形態は、上下逆の機構、例えば、釣り合いがとれた揺れ腕などの回転するまたは旋回するデバイスに関わり、付勢機構４０が重力を弱めるが、完全には抗さない。そうした機構は、ヘッドに小さな有効重量を付与する。このタイプの実施形態は、システムの動作を極めて簡単にする。
【００３７】
例えば、および図１、６または７に示すように、定常状態では、ＭＦＰヘッドの揚程１０は、使用する実際の機構４０、例えば、（図１のような）釣り合いがとられるピボット、プーリ／釣り合いおもりシステム（図６）、またはばね（図７）の構成に特に依存する。したがって、揚程は、ヘッドに付与した有効重量に依存する。この揚程は、持ち上げ流体回路３０の開口３１、３２で設定された流量、使用する流体のタイプ、ならびに、処理されるべき表面にさらされるＭＦＰの面積、すなわちＭＦＰヘッドの先端１１の面積にさらに依存する。これらのパラメータの微調整は、ＭＦＰ技術において使用される標準的な設備、例えば、ポンプ、ＭＦＰヘッド内のマイクロチャネル、さらに本文脈において付勢力Ｆｗに抗するための、適切な持ち上げ力Ｆｌを生成する目的に専用の設備により、試行錯誤することによって達成されうる。
【００３８】
上記のようなシステムの興味深い幸運な利点は、ＭＦＰヘッド１０が、（典型的に）処理された表面Ｓの（典型的な）表面形状のばらつきに遭遇する場合、表面までの距離が自動的に自己修正されるということである。
【００３９】
別のプラスの副次効果は、持ち上げ回路３０がヘッドに適切に配置されれば、例えば、ヘッドを取り囲み、またはよりよくは、例えば、処理液体回路２０と同じように、ＭＦＰヘッド内部に直接構成されれば、いかなる塵粒もギャップに入ることができないということである。処理流体２５を持ち上げ流体３５内に閉じ込めることさえできる。その場合、流体２５、３５は、両方とも液体である。したがってこの場合、持ち上げ液体３５は、追加機構が存在する場合は、浸漬液としても働くことができ、これについては以下で詳細に論じる。しかし、持ち上げ流体回路および処理液体回路両方とは別に、浸漬流体回路も設けられてもよい。
【００４０】
この点で、ほとんどの実施形態は、典型的には液体を使用するが、特定の用途は、持ち上げ回路内または処理回路内あるいはその両方であれ、液体の代わりに気体を使用することがある。加えて、例えば、持ち上げ効果を高めるために、異なる粘度を有する液体を使用することができる。
【００４１】
以前に言及したように、ＭＦＰヘッド１０を表面Ｓに押し付けるように付勢するために使用される機構４０は、いくつかの形態をとることができる。本質的に、上で引き合いに出したように、２つの限界のクラスの実施形態を区別することができる。第１の場合では、この機構４０は、ヘッドに低い有効重量を付与するために重力と部分的に釣り合う（上下逆の装置）。第２の場合では、機構は、重力に打ち勝って、ヘッドを処理されるべき表面にそっと押し付けて付勢する（反転させた装置）。もちろん、いくつかの混合されたまたは中間のタイプの実施形態をこれらの２つの限界の場合の間で考えることができる。それでも、すべての場合で、機構４０は、表面に向かってヘッドに適度に小さな圧力をかけるようにヘッドと相互作用する。したがって、機構４０は、様々なやり方で具現化されうることが理解される。添付図面は、可能性のある変形形態を示す。第１のクラスの変形形態は、回転システムに関わり、適切な回転デバイスは、回転デバイス（梁またはレバー、図１）、分銅、ロープおよびプーリ・システム（複滑車、図６）を特に含む。もう１つのクラスの変形形態は、（図７に示すような）ばね、例えば、ばねに保持されたシステムを使用する。簡潔にするため、すべての変形形態が示されているわけではない。さらに、他の変形形態は、ＭＦＰヘッドに印加される力を印加するまたは変調することが可能な多くのシステムとして、圧縮スプリング、エア・サスペンション、静電気または磁気デバイスなどに依存することができる。さらに、普通ならば持ち上げ回路３０によって生じる液圧を、小さな重量を自律的に平衡させるように一緒に設計することができる。
【００４２】
持ち上げ流体回路３０は、所望の効果、すなわち、持ち上げ流体３５が遠距離力Ｆｗに抗するように圧力によって分注されるのを実現するために、ＭＦＰヘッドと一体であり、例えば、ヘッド１０と組み合わせられるか、組み合わせ可能であるか、または接続可能である。遠距離力Ｆｗは、以前引き合いに出した最小の接近距離ｄの影響を受け、表面Ｓのレベルで抗力を受ける。持ち上げ流体３５は、必ずしもＭＦＰヘッド１０自体から出てくる必要はなく、すなわち、持ち上げ流体回路は、必ずしもヘッド内部に一体化されている必要はないが、そうであるのが人間工学的に、または以前に言及した理由のために好ましい。さらにまた、持ち上げ流体３５は、別個のホルダ、近傍の小さなチップまたはデバイス、チップのまわりのパッケージングなどの、ヘッド１０と一体のいかなるデバイスからも分注されうる。
【００４３】
ここで、本発明の２つの実施形態についてより詳細に論じる。
【００４４】
以前引き合いに出したように、機構は、図１および６に示すように、釣り合いおもり４２が備え付けられた回転可能なデバイス４０であるのが好ましい。ＭＦＰヘッドは、回転可能なデバイス４０の一方の側に位置し、もう一方の側に位置する釣り合いおもり４２によって釣り合いがとられる。ヘッド１０の有効重量は、この場合、単に変調され、すなわち、釣り合いおもり４２により釣り合いがとられる。
【００４５】
図１の実施形態では、回転可能なデバイス４０は、ピボット４４および梁（すなわちレバー）４６を備える回転デバイスであり、梁がピボット４４で旋回可能である。ＭＦＰヘッド１０は、ピボット４４に対して釣り合いおもり４２と反対の、梁４６の一方の側に保持される。ピボットは、普通ならばピボットが固定される支持体４１に対して回転可能であるのが好ましい。（図１のピボットのような）旋回システムまたは任意の同様の平衡型システムを使用することによって、図６に示すようなロープおよびプーリ・システムまたはばねに基づくシステム（図７）と比較して、より容易にＭＦＰヘッドを取り扱うことができる。その上、調整可能な釣り合いおもり４２は、図１に示すように、より容易に旋回システムと一体化されうる。ピボット４４によって、少なくとも１つの軸、あるいは必要な場合はさらに２つの、または３つの軸のまわりにさえ梁４６を回転させることができる。図１のこの例では、ＭＦＰヘッドは、梁の一方の端部に取り付けられる。梁を（Ｘ軸に関して）旋回させることによって、２つの限界位置をそれぞれ、（ｉ）ヘッドの先端１１が表面Ｓに近接した表面処理状態（ヘッドの下方位置）、および（ｉｉ）非処理状態（上方位置）に対応させることができる。さらに、ピボット４４は、ピボット４４が普通ならば固定されている支持体４１と平行に（Ｚ軸に関して）、蓄音機ターンテーブルの構成のように、場合によっては回転可能となることがある。このさらなる回転軸によって、使い勝手を改善することができ、例えば、表面Ｓを適位置にしたまま、表面に対するリスクなしに、ヘッドを処理位置から前後させることができる。遠隔位置において、ヘッドを、表面試料から遠く離して、取り付け（例えば、つり下げ）、検査、洗浄などを行うことができる。また、ピボットは、摺動可能に取り付けられても、またはさらに支持体４１に対して回転可能および摺動可能であってもよい。
【００４６】
言いかえれば、実施形態において、ユーザは、ＭＦＰヘッドのような壊れやすいものを蓄音機ターンテーブルの針と同様に動作させることができ、但し、ＭＦＰヘッドは、さらに荒っぽい方法で取り扱われてもよい。実際、持ち上げ流体の圧力によって、ヘッド１０のソフト・ランディングが確実になされる。ヘッドの小さな有効重量は主回転軸ｘの摩擦にわずかに打ち勝って、ヘッドが表面Ｓ上にそっと落ちる。実際には、持ち上げ回路のスイッチがオンになった後、表面上にヘッドを単に落とせば十分である。この点で、機構４０は、プローブ・ヘッドに０．０２〜１グラムの有効重量Ｆｗを提供するように設計されるのが好ましい。この範囲は、表面Ｓに対するまたはヘッド１０に対する損傷が生じない、実際に最適と思われるものである。
【００４７】
この点で、調整可能な釣り合いおもりシステム４２が、ヘッドの有効重量を微調整するために好ましくは使用される。この調整可能な釣り合いおもりは、例えば、ヘッドの反対側に取り付けられた摺動可能なおもりから単に構成されてもよい。天秤またははかりにおいてそれ自体が知られているような他の調整システムを考えることができ、例えば、カーソルがピボットのレベルに設定される。したがって、調整可能な釣り合いおもり機構は、図１に示す釣り合いおもり４２から部分的に独立していてもよい。粗調整および微調整するためにいくつかの釣り合いおもりをさらに考えることができる。すべての場合で、調整可能な釣り合いおもりによって、ＭＦＰヘッドの有効重量を容易に調整することが可能となる。本発明者らが結論付けたように、最適なおもり調整には、実際には約１０ｍｇの精度が必要である。
【００４８】
ＭＦＰヘッドは、梁４６の一方の側から、好ましくは軸４８を介してつり下げられるのが好ましい。ＭＦＰヘッドの上部への固定、重量配分などの目的でホルダ４９をさらに設けることができる。ＭＦＰヘッドをつり下げることによって、確実にヘッドが垂直のままとなり、すなわち、流動方向が試料表面Ｓに垂直なままとなる。さらに、そうした設計は、ヘッドが梁の一端部に保持される設計と比較して邪魔にならない。
【００４９】
図１〜４をすべて参照すると、処理流体開口２１は、処理流体開口２１を介して分注される表面処理流体２５が持ち上げ液体３５内に閉じ込められたままとなることができるように、持ち上げ流体開口３１に対して配置されうる。実際、以前引き合いに出したように、持ち上げ液体３５は、浸漬液としても働くことができ、それによって１つの流体回路を省くことが可能となる。浸漬液内に処理液体を閉じ込める方法および関連する技術的な利点は、ＭＦＰ技術においてそれ自体が別途知られている。
【００５０】
処理流体回路２０は、出口開口２１および入口開口２２をそれぞれ形成する、典型的には２つの（または、必要に応じてより多くの）処理流体開口２１、２２を備える。出口２１および入口２２は、出口２１を介して分注される何らかの流体を、入口２２を介して収集することができるように寸法調整され、位置付けられる。本文脈において、出口と入口の平均径は、（先端１１のレベルで）０．５〜１０００マイクロメートルとなるように設計されるのが有利でありうる。出口は、例えば、必要に応じて、局所的な液体の閉じ込めを可能とするのに十分に小さく設計されてもよい。（例えば、１５０マイクロメートルの）そうした閉じ込めは、約２０〜５０マイクロメートルの出口で最もよく得られる。出口は、さらに、実質的により小さく、例えば、０．５マイクロメートルで作製することができ、これは、一部の特定の用途で有用な場合がある。開口２１、２２は、それぞれ、対応する開口２１、２２と好ましくは同じ径を有するそれぞれの出口／入口導管を終了させる。しかし、入口および出口のサイズは、実質的に異なってもよく、例えば、小さな出口、大きな入口であってもよい。入口開口２１は、実際、場合によっては、特に粒子／塵による目詰まりを防止しようとする場合は、予期される閉じ込めサイズよりもはるかに大きい。開口に対して維持される寸法およびそれらの非対称性は、求められる用途に強く依存する。上記の表示寸法によって可能となる流動特性は、幅広い用途に適する。完全性を期すため、出口開口２１と入口開口２２との間の距離は、典型的には５マイクロメートルよりも大きいが、２０００マイクロメートルよりも小さくもある。そうした寸法によって、安定した閉じ込めを原理上は実現することができる。より小さな寸法は、作製の点から実際的でないが、より大きな寸法は、不安定な閉じ込めをもたらす可能性がある。層状の液体流が好ましいことがある。
【００５１】
ここで図２〜４を参照すると、実施形態において、持ち上げ流体回路３０は、２つの、好ましくは、３つ以上の開口３１、３２、３３をさらに備えることができる。具体的には、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照すると、持ち上げ流体回路３０の２つの持ち上げ流体開口３１、３３がプローブ・ヘッド１０の別個の面１１、１３上で開口することができるのが有利である。前記別個の面１１、１３は、さらに、図２（ａ）に示すように、典型的には連続している。実際、本発明者らが認識したように、ＭＦＰヘッドの先端１１での液体の蓄積は、場合によっては、ヘッドの浮揚に影響を与えることがある。この問題は、系統的には起こらない（これは、使用する持ち上げ液体に特に依存する）が、この現象は、例えば、釣り合いおもり４２を再調整することによって対処されうる。ヘッドのエッジ１３上に追加のマイクロチャネルおよび対応する開口３３を設けることによって、過剰液体をより容易に除去することができ、これは、釣り合いおもりの再調整をまったく必要とすることなく連続的に行われる。追加のマイクロチャネルおよび対応する開口３３は、図２（ｂ）の実施形態に例示するように、基本の持ち上げ回路３０から独立して（過剰液体除去専用の）回路の一部を形成することができる。
【００５２】
追加の開口３３および対応する導管／マイクロチャネルの寸法は、出口／入口開口／導管３１、３２のものと同じであってもよい。したがって、追加のチャネルをＭＦＰヘッドの側部に設けて、過剰な持ち上げ液体を引き去ることができる。例えば、図２（ａ）または図２（ｂ）に示すように、１つのそうしたチャネルを、先端１１と隣接して、チップの各側１３に設けることができる。完全性を期すため、図２（ｂ）は、ここでは流動閉じ込め、浮揚、および過剰液体／浸漬液の吸引にそれぞれ専用の別個の流体回路２０、３０、３３を備えるＭＦＰヘッドの写真である。これらの回路は、導管またはマイクロチャネル、対応する開口、および外側の流体除去回路３３の回路を終了させるバイア３３ｖのようなバイアを含む。バイアによって、微小流体プローブ・デバイスの他の構成要素との間の流体連通が可能となる（図示せず）。
【００５３】
以前に言及したように、持ち上げ流体回路３０の精密な構成は、パラメータの数に依存する。さらに、持ち上げ流体回路３０は、プローブ・ヘッドの先端と表面との間に平均ギャップｄが確保されるように構成されるのが好ましく、このギャップが平均して１〜５０マイクロメートルに含まれる。相対的な寸法に関する表示が図２（ａ）に示され、持ち上げ力Ｆｌは、浮揚開口３１、３２を通る液体流（Ｄ）によりＭＦＰヘッドに作用し、結果として揚程ｄが生じる（層流を仮定して）。（本文脈に適用される、基本的な物理法則、具体的にはナビエ・ストークス方程式から導出することができるように）持ち上げ力Ｆｌは、Ｄ・Ｒ（ｄ）に比例し、このＤ・Ｒ（ｄ）がｄ−３にほぼ比例することが分かり、ここで、Ｒは流体力学的抵抗を示し、Ｄは液体の体積流量である。
【００５４】
典型的な実施形態において、持ち上げ流体回路３０または処理流体回路２０あるいはその両方は、毎分５〜１００マイクロリットルの流量が可能となるように構成される。それ自体知られているように、様々なタイプの処理液体が使用される。持ち上げ流体は、液体であってもよく、有機溶媒またはイオン性液体の中から選ばれてもよい。気体、例えば、空気も同様に使用することができる。
【００５５】
特に好ましい実施形態において、（シリコン／ガラスから作られた）ＭＦＰヘッドが使用され、このヘッドが、図２（ｂ）のように、浮揚液体用の追加のエッチングされたマイクロチャネルを備える。このＭＦＰヘッドは、外部ポンプに接続され、流量が毎分約５〜１００μＬであり、重量調整が（約１０ｍｇの精度を提供する釣り合いおもりが備え付けられた）揺れ腕によって実現され、調整後のヘッドの重量が約０．０２〜１グラムであり、達成することができる基板までのギャップが典型的には１〜５０μｍであり、浮揚液体は水溶液である。
【００５６】
図２（ｃ）は、観察結果、特に、フルオレセン溶液を閉じ込めた顕微鏡画像からモデル化された、開口３１、３２と２１、２２との間の典型的な流線を表したものである（浮揚および処理液体は、この例では混和性である）。最小の矢印は、処理液体２５の閉じ込めを示し、最大の矢印は、浮揚開口３１、３２を通して注入された液体を表す。本例では、浮揚液体３５の寸法および流速は、処理液体２５内の層流を乱していない。
【００５７】
プローブ・ヘッドの先端１１は、典型的には０．５〜１０ｍｍ２、好ましくは１〜３ｍｍ２である。加えて、処理液体開口の平均径は、典型的には２０〜１００マイクロメートル、好ましくは４０〜６０マイクロメートルである。液体持ち上げ開口の平均径は、典型的には４０〜２００マイクロメートル、好ましくは５０〜１００マイクロメートルである。上記の寸法範囲は、本発明者らが調査した広範な表面処理用途によく適していることが分かった。
【００５８】
例えば、図２（ｃ）の実施形態は、以下の仕様一式を有し、この仕様は実際に有用であることが分かった。
先端サイズ：１ｍｍ×１．５ｍｍ、
流動閉じ込め用の開口サイズ：約５０μｍ、
浮揚用の開口サイズ：５０〜１００μｍ（ＭＦＰヘッド当たり２つの開口を有する）、すなわち開口３１、３２は典型的には開口２１、２２よりも大きい。
図２（ｃ）では、図２（ａ）および図２（ｃ）とは対照的に、浮揚液体を引き抜くための開口が設けられていないことに留意されたい。
【００５９】
次に、図３の実施形態では、複数の平行な注入導管および対応する開口が、浮揚液体／浸漬液を分注するように実施され、持ち上げ性能を調整する働きをすることができる構成である。必要な場合は、異なる流量が、例えば、各注入導管に提供されてもよい（持ち上げ流体開口は、基板に対するヘッドの平行度を調整するために個々に扱われうる）。１つの利点は、処理液体の流動閉じ込めを乱さずに、効率的な持ち上げ力を得ることである。図４では、浮揚液体用の複数の注入開口が実施され、処理液体開口２１、２２のまわりに対称に配置されている。この構成は、持ち上げ性能を改善するのにも役立つ。しかし、図４の持ち上げ流体開口の構成では、図３の平行な構成とは対照的に、図２（ａ）に示したような垂直のＭＰＦプローブ・ヘッドと互換性がある水平のＭＦＰチップを使用することが必要である。最後に、持ち上げ力は、抵抗とともに線形に拡大縮小する、すなわちＦｌ〜Ｒであるため、よりよい持ち上げ性能のために大きな流動抵抗を使用することができるのが有利であることが特筆される。より複雑な（しかも最適化された）開口幾何学形状を考えることができるのは明らかである。
【００６０】
図５は、大きな曲率を有する表面を局所的に着色するための装置の写真である。試作品として、卵殻Ｓに浮揚ＭＦＰヘッド１０によって模様が付けられている。この装置は、モータ駆動ステージ６０、ホルダ４９にクランプされたＭＦＰヘッド１０から構成され、このホルダ４９は、ＭＦＰヘッドの重量と釣り合うように揺れ腕４６に取り付けられた。近接写真は、卵殻Ｓと相互作用する浮揚ＭＦＰヘッド１０を有するホルダ４９を示す。実際、卵は、卵が非平面の不規則な表面形状を有するため、特に挑戦的な表面として選ばれた。写真は、他に管類５１および試料スキュア５２を示す。他の参考符号が付された構成要素は、図１に関してすでに論じたものに対応する。
【００６１】
図５の装置は、卵の殻上にログウッド抽出物による７５〜１００μｍ幅の線を引くためにテストとして使用された。加えて、本発明者らは、他の「挑戦的な」表面の局所的な処理のために本発明による様々な装置をテストした。例えば、３５μｍ厚のＣｕ表面を、閉じ込めたＮａ２Ｓ２Ｏ８溶液（２０％ｗ／ｖ）を使用して局所的にエッチングした。装置の一部は、不透明な基板をエッチングし不透明な基板と相互作用するためにテストされた。バイオ用途に関して、本発明によるシステムは、本発明者らがテストしたように、組織切片を着色するために使用することができる（免疫組織化学、蛍光ｉｎ−ｓｉｔｕハイブリダイゼーション、ＲＮＡ抽出）。
【００６２】
上記の実施形態は、添付図面を参照して簡潔に説明されており、多くの変形形態に対応することができる。例えば、浮揚開口間の間隔は、変えることができ、異なる幾何学形状を浮揚開口に提供することができ、他の材料（ガラス、シリコン、ポリマ、金属など）を使用して、ＭＦＰヘッドを作製することができ、デバイス／チップのサイズは、数ミリメートルから数センチメートルまで変わってもよく、ＭＦＰヘッドの先端は、平らである必要はない。ＭＦＰヘッドは、持ち上げ性能を変調／改善するためにわずかに凹面であってもよく、さらにキャビティを備えてもよく、最後に、重量調整は、他の機構（例えば、磁気持ち上げ）によって実現されてもよい。上記の特徴のいくつかの組み合わせを他に考えることができる。例は、次節で示される。
【００６３】
第２節．特定の実施形態／技術的な実施態様の詳細
好ましい実施形態は、基本的に多層のＭＦＰヘッドを使用する。一般の微小流体デバイスにおけるのと同様、本表面処理デバイスは、ユーザ・チップ・インターフェースおよび閉じた流路が備え付けられていてもよい。閉じた流路によって、機能要素（例えばヒータ、ミキサ、ポンプ、ＵＶ検出器、バルブなど）の一体化が容易となり、これらの機能要素は、リークおよび蒸発に関連する問題を最小化しながら、本表面処理デバイスと一体化されうる。
【００６４】
（図２（ｂ）で見て分かるように）ＭＦＰヘッドは、内部マイクロチャネルの作製を容易にするために多層のデバイスとして作製されるのが好ましい。そうしたＭＦＰヘッドは、Ｓｉウェーハを使用して微細加工されてもよいが、他の材料が使用されてもよい。例えば、上部層（Ｓｉ）、すなわち、ＳｉのふたがＨＦＣチップの頂部に設けられてもよい。片面および両面研磨されたＳｉウェーハが、ＳｉおよびＨＦＣチップに対してそれぞれ使用されてもよい。ウェーハは両方とも、例えば、直径が４インチ（１０．１６ｃｍ）および厚さが４００μｍである（Siltronix、ジュネーブ、スイス）。微細構造は、標準フォトリソグラフィ、フォトプロットされたポリマ・マスク（Zitzmann有限会社、Eching、ドイツ）およびＤＲＩＥを使用して作ることができ、例えばSTS ICP、Surface Technology Systems、Newport、英国を参照されたい。ＨＦＣチップのマイクロチャネルは、ＨＦＣウェーハの上面内に５０μｍの深さにエッチングされうる。ウェーハの底面は、必要な場合、５０μｍの高さにメサおよびポストを形成するように処理されてもよい。ＨＦＣウェーハの底面からＤＲＩＥでエッチングを使用して開口開けを行うことができる。それによって、１０μｍ未満の横方向寸法を有する明確に画成された開口を得ることができる。開口は、薄いＳｉウェーハをＨＦＣチップに使用する場合により正確に作製されえて、一方でふたウェーハを厚いままにしてヘッドに機械的強度を提供することができる。
【００６５】
Ｓｉのふたは、片面研磨されたウェーハを貫通して８００μｍの径を有するバイアをエッチングすることによって生成されうる。次に、両ウェーハの組立体は、ふたウェーハの研磨された面上に約３μｍのポリイミドの接着剤（HD Microsystems有限会社、Neu-Isenburg、ドイツ）をスピンコートすることによって、続いて両ウェーハを位置合わせして接合することによって実現される。接合は、２バールの圧力で１０分間、３２０℃で行われる（PRESSYS LE、Paul-Otto Weber有限会社、Remshalden、ドイツ）。上部ふたは、必要な場合、検知を可能にする任意の適切な層で終了することができる。次いで、ＭＦＰヘッドは、ダイシングされ、保管されうる。ポートの取り付けは、エポキシ接着剤リング（Upchurch Scientific、Ercatech、ベルン、スイスのNanoport(TM) Assemblies、エポキシ接着剤リングが供給される）を使用して行われてもよい。例えば、成型されたＰＤＭＳのブロックの代わりに標準のポートおよび取り付け具を使用することによって、ヘッドを組み立てるのに必要な労力が低減される。接着剤のマイクロチャネルへの侵入は排除することができないため、ＭＦＰヘッドは、実際にポートを取り付ける前にリークおよび目詰まりに対してテストされるのが好ましい。その点では、使い捨てのピペット・チップをバイアのサイズと一致するようにカットすることができ、液滴がどこか他から漏れずに開口を出ることができるかどうかを拡大鏡で観察しながら、液体を、チャネルを通って押し出すことができる。ポートとバイアとの位置合わせは、最後に手動で行われてもよい。続く接合は、例えば、ホットプレート上で、またはオーブン内で１４０℃で約１時間行われる。
【００６６】
ところで、上で論じたような多層のヘッドは、開口を小さくして、互いに近接させることができ、水平のマイクロチャネルがＳｉのふた上に多くのポートを追加するのに十分な空間を残すように十分に扇形に広がるため、多くの液体の使用に対してより適してもいる。
【００６７】
最後に、（本実施形態の典型的な用途に対する）典型的な要件についてここで論じ、これらの要件は、特に、走査中の横方向変位、走査速度、応答時間、液体体積、フットプリントなどに関わる。
【００６８】
１．走査中の横方向変位（移動範囲）
上記のようなシステムは、スライド・ガラス（典型的に２５ｍｍ×７５ｍｍ）上で使用されるのが好ましい。さらに、現在利用可能な線形駆動装置（ステージ）があれば、最大１０ｃｍ×１０ｃｍの表面を走査することができる。図５の例は、一方向の連続移動も可能でもあることを示す。
【００６９】
２．走査速度
表面処理は、静止した状態で、または静止せずに行いうる。例えば、走査速度は、毎秒約０．１マイクロメートルから毎秒数ミリメートルまで変えることができる。例えば、処理溶液と表面間の接触を緩やかにしようと思う場合は、走査速度を、例えば、毎秒５ｍｍに増加させることができる。浮揚効果は、依然としてこの速度で働くが、パターニングは、もはや可能ではない。したがって、突然の速度変化を使用して不連続パターンを作成することができる（ストップ・アンド・ゴーの動き）。さもなければ、０．１μｍ／ｓ〜１００μｍ／ｓの走査速度が連続的なパターニングに使用されるのが好ましい。
【００７０】
３．応答時間
表面形状までの距離に十分に適合する際の応答時間は、通常１秒未満（＜１ｓ）の領域にあり、恐らく１マイクロセカンドを上回ったままである。
【００７１】
４．容積、層流、安定性
以前に言及したように、層流の物理的現象から恩恵を得るようスケーリングを利用することができる。層流により、ＭＦＰヘッドの釣り合いが平衡に達するとき、高い安定性を実現することができる。いかなる外部擾乱もなしに、特にヘッドに０．０２〜１グラムの有効力Ｆｗが印加される場合、ＭＦＰヘッドは、表面上方で驚くほど安定した状態に（典型的には印加方向、すなわち図１のｚ方向の数マイクロメートル未満の範囲内に）とどまる。さらに、処理液体の流動閉じ込めは、乱されず、これは乱流に関しては不可能である。
【００７２】
５．局所化およびフットプリント
以前に論じた実施形態の少なくとも一部の別の顕著な態様は、あるフットプリント（典型的にはＭＦＰに対して１５０μｍ×７５μｍ）で局所的に処理（例えば、着色）することができるということである。過剰な浮揚流体が吸引される実施形態では、システムの全体の液体（処理液体プラス浮揚液体）のフットプリントを、処理流体フットプリントのサイズの約１０倍（であるが、典型的には約５倍）まで低減させることが可能である。表面が液体に敏感な一部の場合では、全体のフットプリントをできる限り小さくしたいものである。他の例では、これは、浮揚液体がヘッドを引き下げ始めない限り、問題とならない。
【００７３】
結論として、微小流体表面処理デバイスの距離調節は、微小流体プローブ技術にとって重要な側面である。本明細書に記載された方法およびデバイスは、広範な粘度、幾何学形状、および表面形状に対して機能する。本発明は、限られた数の実施形態、変形形態、および添付図面に関して記載されているが、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を行うことができ、均等物に置き換えられてもよいことを当業者は理解されるであろう。具体的には、所与の実施形態、変形形態において列挙された、または図面に示された（デバイス様の、または方法様の）特徴は、本発明の範囲から逸脱せずに、別の実施形態、変形形態、または図面において別の特徴と組み合わせられ、または置き換えられてもよい。上記の実施形態または変形形態のいずれかに関して記載された特徴の様々な組み合わせは、したがって、添付の特許請求の範囲の範囲内にとどまると考えることができる。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの軽微な変更を行ってもよい。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入る実施形態すべてを含むことが意図されている。加えて、明示的に上で言及した以外の多くの変形形態を考えることができる。例えば、前記したように、他の機構を使用して、重力を変調する、または表面に向かってＭＦＰヘッドに都合のよい力を印加することができる。また、処理される表面の表面形状ばらつきによりうまく対応するために、ＭＦＰヘッドは、ばねなどを介して梁からつり下げられてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１  微小流体表面処理システム
１０  微小流体プローブ・ヘッド
１１  ＭＦＰヘッド先端
１３  連続した面（先端に隣接する）
２０  処理流体回路
２１、２２  処理流体開口
２５  表面処理流体
３０  浮揚流体回路
３１、３２  浮揚開口
３３  浮揚液体引き抜き開口／対応する回路
３３ｖ  液体引き抜き回路のバイア
３５  浮揚液体
Ｓ  処理される表面
４０  付勢機構（回転可能な回転デバイスなど）
４１  ピボット支持体
４２  釣り合いおもり
４２ａ  ばね
４４  ピボット
４６  梁
４８  つり下げ軸
４９  つり下げホルダ
５１  管類
５２  試料スキュア
６０  モータ駆動ステージ
ｄ  表面までのギャップ（ｍ）
Ｄ  体積流量（ｍ３／ｓ）
Ｆｌ  持ち上げ力（Ｎ）
Ｆｗ  付勢力（重力）（Ｎ）
Ｒ  流体力学抵抗（１／ｍ３）
【図１】
2016504173.tif 000003
【図２】
2016504173.tif 000004
【図３】
2016504173.tif 000005
【図４】
2016504173.tif 000006
【図５】
2016504173.tif 000007
【図６】
2016504173.tif 000008
【図７】
2016504173.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月30日(2015.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理流体をその処理流体開口から分注するように設計された処理流体回路を備える微小流体プローブ・ヘッドと、
処理されるべき表面に向かって前記微小流体プローブ・ヘッドに力を印加するまたは印加される力を変調するように構成された機構と、
前期処理流体回路とは別に、前記微小流体プローブ・ヘッドに統合され、前記表面のレベルで前記機構によって印加されるまたは変調される前記力に抗するように圧力によって、持ち上げ流体をその持ち上げ流体開口から分注するように設計された、持ち上げ流体回路と、
を備える微小流体表面処理システム。
【請求項２】
前記機構が釣り合いおもりを備える回転可能なデバイスであり、前記微小流体プローブ・ヘッドが前記回転可能なデバイスの一方の側にあり、前記回転可能なデバイスのもう一方の側の前記釣り合いおもりによって釣り合いがとられる、請求項１に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項３】
前記回転可能なデバイスがピボットおよび前記ピボットで回転可能な梁を備えるデバイスであり、前記微小流体プローブ・ヘッドが前記ピボットに対して前記釣り合いおもりとは反対の前記梁の一方の側に保持され、前記ピボットが、前記ピボットが固定されている支持体に対して回転可能である、請求項２に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項４】
前記微小流体プローブ・ヘッドが前記回転可能なデバイスの前記一方の側からつり下げられる、請求項３に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項５】
前記処理流体開口が、前記処理流体開口を介して分注される表面処理流体が前記持ち上げ流体開口を介して分注される持ち上げ液体内に閉じ込められたままとなることができるように、前記持ち上げ流体開口に対して配置される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項６】
前記処理流体回路が出口開口および入口開口をそれぞれ形成する少なくとも２つの処理流体開口をさらに備え、前記出口開口および前記入口開口が、前記出口開口を介して分注される液体を、前記入口開口を介して収集することができるように寸法調整され、位置付けられる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項７】
前記持ち上げ流体回路が少なくとも２つの持ち上げ流体開口をさらに備える、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項８】
前記持ち上げ流体回路の２つの持ち上げ流体開口が前記プローブ・ヘッドの別個の面上で開口している、請求項７に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項９】
前記機構が前記微小流体プローブ・ヘッドに結合され、前記プローブ・ヘッドに対して０．０２〜１グラムの有効重量（Ｆｗ）を提供する、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１０】
前記持ち上げ流体回路が、動作において前記プローブ・ヘッドと処理されるべき表面との間に１〜５０マイクロメートルの平均ギャップ（ｄ）が確保されるように構成される、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１１】
前記持ち上げ流体回路または前記処理流体回路あるいはその両方が、毎分５〜１００マイクロリットルの流量が可能となるように構成される、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１２】
前記処理流体を分注するための前記処理流体開口を備える前記プローブ・ヘッドの先端は平均０．５〜１０ｍｍ２である、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１３】
処理液体開口の平均径が２０〜１００マイクロメートルである、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１４】
液体持ち上げ開口の平均径が４０〜２００マイクロメートルである、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの持ち上げ流体開口を介して持ち上げ流体を分注することと、
前記機構によって印加されるまたは変調される前記力を、好ましくは前記プローブ・ヘッドを落とすことによって前記プローブ・ヘッドに受けさせ、処理されるべき表面に接近させることと、
前記プローブ・ヘッドによって前記表面を処理することと
を含む、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の微小流体表面処理システムを動作させる方法。
【国際調査報告】
2016504173.tif 000010
2016504173.tif 000011