(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップであって、
前記チップの一方の側に位置する主マイクロ流体チャネルと、
前記チップの前記一方の側に配置されたビード集積システムとを備え、前記ビード集積システムは、
前記主マイクロ流体チャネルを横断し、前記主マイクロ流体チャネルと流体連通して、前記主マイクロ流体チャネルとの交差部を形成する第１の補助マイクロ流体チャネルであり、前記第１の補助マイクロ流体チャネルが前記交差部への第１の開口を有し、前記第１の補助マイクロ流体チャネルが前記主マイクロ流体チャネルの一方の側に位置する、前記第１の補助マイクロ流体チャネルと、
前記交差部と流体連通している２つ以上の第２の補助マイクロ流体チャネルであり、前記２つ以上の第２の補助マイクロ流体チャネルがそれぞれ、前記交差部への第２の開口を有し、前記第２の開口がそれぞれ、前記主マイクロ流体チャネルの側壁内に設けられ、前記第２の開口がそれぞれ、前記第１の開口より狭く、前記２つ以上の第２の補助マイクロ流体チャネルが、前記主マイクロ流体チャネルの他方の側に位置する、前記第２の補助マイクロ流体チャネルとを備え、
前記交差部は、前記主マイクロ流体チャネル内に配置された構造要素によって区切られており、前記構造要素は、
前記第１の補助マイクロ流体チャネル内を前進して前記交差部を前記第２の補助マイクロ流体チャネルへ通過するビード懸濁液中を流れるビードを前記交差部で保持し、
前記主マイクロ流体チャネル内を前進する液体が、前記構造要素を通って前記交差部を通過することを許容するように構成される、マイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記構造要素は突出要素を備え、前記突出要素は、前記主マイクロ流体チャネルの下壁から突出する、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記突出要素は、前記主マイクロ流体チャネルを横切る２本の平行な線に沿ってのみ延び、前記線は、前記交差部を部分的に区切り、前記突出要素は、液体が通過することを許容する開口を形成するように、互いから隔置される、
請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記突出要素の平均直径は４〜１８μｍであり、前記２本の平行な線のそれぞれにおける２つの連続する突出要素間の平均間隙は２〜８μｍであり、前記２本の平行な線は、１２〜５０μｍの平均距離によって分離される、
請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記主マイクロ流体チャネルは、前記交差部に隣接して前記主マイクロ流体チャネルの側縁壁に形成された横方向の耐湿性毛細管構造を備える、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項６】
前記チップは、
前記主マイクロ流体チャネルと流体連通しており、前記交差部の一方の側に位置するサンプル装填領域と、
前記主マイクロ流体チャネルと流体連通しており、前記交差部の他方の側に位置する毛細管ポンプとをさらに備え、それによって前記主マイクロ流体チャネルは、前記サンプル装填領域を前記毛細管ポンプに連通させ、それによって前記サンプル装填領域から前記毛細管ポンプへ延びる液体流れ方向Ｄを画定する、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記ビード集積システムは、
前記主マイクロ流体チャネルの前記一方の側に位置し、前記第１の補助マイクロ流体チャネルを介して前記主マイクロ流体チャネルと流体連通しているビード懸濁液装填領域をさらに備える、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記ビード集積システムは、
前記主マイクロ流体チャネルの前記他方の側に位置し、前記２つ以上の第２の補助マイクロ流体チャネルを介して前記交差部と流体連通している補助毛細管ポンプをさらに備える、請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項９】
前記第１の補助マイクロ流体チャネルは、前記交差部のレベルで前記主マイクロ流体チャネルの一部分に直交して延びる、
請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１０】
前記ビード懸濁液装填領域は、前記チップの前記一方の側で、前記ビード懸濁液装填領域の周辺部に配置された耐湿性構造によって少なくとも部分的に取り囲まれる、
請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１１】
前記ビード集積システムは、複数の前記第１の補助マイクロ流体チャネルをさらに備え、前記第１の補助マイクロ流体チャネルはそれぞれ、前記主マイクロ流体チャネルの前記一方の側で、前記主マイクロ流体チャネルを横断し、前記主マイクロ流体チャネルと流体連通して、前記主マイクロ流体チャネルとのそれぞれの交差部を形成し、前記交差部はそれぞれ、前記主マイクロ流体チャネル内に配置された構造要素によって区切られており、
前記第１の補助マイクロ流体チャネルのうちのそれぞれの１つを前進して前記交差部のそれぞれを通過するビード懸濁液中を流れるビードを前記交差部のそれぞれで保持し、
前記主マイクロ流体チャネル内を前進する液体が、前記交差部のそれぞれを区切る前記構造要素を通って前記交差部のそれぞれを通過することを許容するように構成される、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１２】
前記それぞれの交差部のうちの２つの隣接する交差部が、単一の線の構造要素によって部分的に区切られており、前記構造要素は、前記主マイクロ流体チャネルの下壁から突出する要素を備える、
請求項１１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１３】
前記それぞれの交差部のうちの２つの連続する交差部が、それぞれの対の平行な線の構造要素によって部分的に区切られており、前記構造要素は、前記主マイクロ流体チャネルの下壁から突出する要素を備え、前記それぞれの対の平行な線の構造要素が、前記交差部のうちの１つを部分的に区切る、
請求項１１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１４】
前記チップは、前記交差部で捕捉されたビードをさらに備える、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１５】
前記捕捉されたビードは、単一の層のビードを形成し、前記主マイクロ流体チャネルおよび前記第１の補助マイクロ流体チャネルは同じ深さを有し、前記深さは前記ビードの平均直径の２倍未満である、
請求項１４に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１６】
前記チップは、前記交差部を覆うフィルムによって部分的に封止され、
前記フィルムは、積層されたドライ・フィルム・レジストである、
請求項１４に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１７】
請求項１に記載のマイクロ流体チップ内に受容体を集積する方法であって、
前記第１の補助マイクロ流体チャネル内にビード懸濁液を装填することを含み、前記ビード懸濁液は前記第１の補助マイクロ流体チャネル内を前進し、前記交差部を通過し、それにより前記ビード懸濁液中のビードが、前記交差部で捕捉され、前記ビードは、前記受容体を含む、方法。
【請求項１８】
前記交差部を覆うフィルムによって前記チップを部分的に封止することをさらに含み、
前記チップを部分的に封止することが、前記フィルムを積層することを含み、前記フィルムがドライ・フィルム・レジストである、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記捕捉されたビードが受容体を含み、
前記方法は、
被検体を含む液体を前記主マイクロ流体チャネル内に装填することを含み、前記液体は、前記主マイクロ流体チャネルに沿って前進し、前記交差部を通過し、前記交差部で前記捕捉されたビードの受容体と相互作用する、
請求項１４に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項２０】
前記２つ以上の第２の補助マイクロ流体チャネルはそれぞれ、前記交差部のレベルで前記主マイクロ流体チャネルの一部分に直交して延びる、
請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項２１】
前記第２の補助マイクロ流体チャネルは、前記２本の平行な線同士の間に位置する、
請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、マイクロ流体力学の分野、マイクロ流体チップ、ならびにマイクロ流体デバイス内へ受容体を集積するデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体力学は、典型的にはマイクロメートル規模の長さのチャネルおよび典型的にはミリリットル以下の範囲内の体積に閉じ込められた小さい体積の流体の挙動、精密な制御、および操作を扱う。マイクロ流体力学の顕著な特徴は、マイクロメートル規模の長さの液体が呈する特異な挙動から生じる。マイクロ流体力学における液体の流れは、典型的には層流である。マイクロメートル範囲内の横方向寸法を有する構造を製作することによって、１ナノリットルを大きく下回る体積に到達することができる。大きい規模では（反応物質の拡散により）制限される反応を加速させることができる。最後に、液体の平行な流れを正確かつ再現可能に制御することができ、液体／液体および液体／固体の境界面で化学反応および勾配をもたらすことが可能になる。
【０００３】
マイクロ流体デバイスは、概して、超微細加工されたデバイスを指し、液体の汲み上げ、サンプリング、混合、分析、および投与に使用される。能動的な汲み上げ手段を使用する代わりに、マイクロ流体デバイス内で液体サンプルを動かすために毛細管力を使用するマイクロ流体デバイスが知られている。これによりデバイスは、一体型または外部の（能動）ポンプの必要がなくなるため、動作するのがより簡単になり、より安価になる。しかし、製造中の微粒子、汚染、および他の問題が、毛細管に基づくデバイスの充填に支障をきたす可能性がある。
【０００４】
ポイントオブケア診断（point-of-care diagnostics）のためのマイクロ流体デバイスは、非専門のスタッフによって、患者の近くまたは現場で、場合により家庭で使用されることを意図しているデバイスである。既存のポイントオブケア・デバイスは、典型的には、デバイス上へサンプルを装填し、信号（通常は光または蛍光信号）を読み取ることができるまで、事前定義された時間にわたって待機する必要がある。信号は、（生）化学反応から発生し、サンプル中の被検体の濃度に関係する。これらの反応は、最適のタイミング、サンプルの流れ条件、およびデバイス内での試薬の正確な分解を必要とするため、時間がかかり、実施するのが困難なことがある。これらの反応は、典型的には、抗体などの脆弱な試薬を必要とする。デバイス内では気泡が生じることがあり、それにより試験が無効になる可能性がある。加えて、デバイス内の細片が、液体の流れを阻止する可能性もある。液体を平行な流路に分割しなければならないデバイスでは、同じ流量で充填を行うことができず、これにより試験が影響を受けたり無効になったりする可能性がある。
【０００５】
多くの分析デバイスでは、デバイスのうち被検体の検出を考慮して被検体を結合および蓄積する領域内に、受容体を局所化させる必要がある。受容体の局所化は、特にデバイスを合理的なコストで大量製造するには困難な問題である。特に、分析デバイスを閉鎖する必要があるとき、デバイスの領域内に受容体を導入するのが困難になることがある。毛細管能動デバイスの場合、さらなる難題は、受容体を含有する溶液の流れを制御し、そのような溶液の拡散を回避することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
受容体の局所化は、リソグラフィを使用して行うことができる。しかしそのような技法は、高価で遅く、抗体などの脆弱な受容体に対する柔軟性および適合性を欠くことがある。スポッティング（たとえば、インクジェット、ピン、またはクイルのスポッティング）を使用することもできる。しかし、そのような技法は、液体の拡散、アーチファクトの乾燥、受容体の凝結および不均一な分布を招く。一般に使用される別の技法は、受容体を含有する溶液を紙またはセルロースなどの多孔質の媒体上に局所的に分注することである。しかしこれは、分解能の不足および不均一な受容体密度を招き、多重化、小型化、および信号の定量化を妨げる。したがって、分析デバイス内で受容体ビードの集積を容易にすることを可能にする解決策が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様によれば、本発明は、マイクロ流体チップとして実施される。チップは、チップの一方の側に位置する主マイクロ流体チャネルと、ビード集積システムとを備える。ビード集積システムは、チップの同じ側に配置される。ビード集積システムは、主マイクロ流体チャネルを横断し、主マイクロ流体チャネルと流体連通して、主マイクロ流体チャネルとの交差部を形成する補助マイクロ流体チャネルを備える。交差部は、主マイクロ流体チャネル内に配置された構造要素によって区切られる。これらの構造要素は、前記補助マイクロ流体チャネル内を前進して交差部を通過するビード懸濁液（bead suspension liquid）中を流れるビードを前記交差部で保持するように構成される。加えて、そのような構造要素は、主マイクロ流体チャネル内を前進する液体が、構造要素を通って交差部を通過することを許容するように構成される。
【０００８】
上記の解決策により、典型的には受容体を含むビードの集積を容易にして加速させることが可能になる。たとえば、上記のデバイス、およびそれに対応して本集積方法は、時間のかかるステップであるビードを凝集するための遠心分離または沈殿を必要としない。ビードは、主チャネルから距離をあけて装填することができ、ビードを主チャネル内で直接局所的に分注する必要はない。したがって、ビード集積は、たとえば数分以内に、場合により無人で、容易かつ迅速に実現することができる。
【０００９】
実施形態では、構造要素は突出要素を備え、突出要素は、主マイクロ流体チャネルの下壁から突出する。そのような要素は、たとえば、パターン形成するのが簡単な支柱とすることができる。
【００１０】
突出要素は、主マイクロ流体チャネルを横切る２本の平行な線に沿って延びることができ、これらの線は、前記交差部を部分的に区切る。突出要素は、一実施形態によれば、液体が通過することを許容する開口を形成するように、互いから隔置される。
【００１１】
たとえば、突出要素の平均直径は４〜１８μｍであり、２本の平行な線のそれぞれにおける２つの連続する突出要素間の平均間隙は２〜８μｍであり、２本の平行な線は、１２〜５０μｍの平均距離によって分離される。
【００１２】
一実施形態では、主マイクロ流体チャネルは、交差部に隣接して主マイクロ流体チャネルの側縁壁に形成された横方向の耐湿性毛細管構造を備える。これにより、液体（主チャネルまたは補助チャネルあるいはその両方からくる）の横方向の拡散を低減させ、主チャネル内の液体の進行を遅らせることが可能になる。
【００１３】
実施形態では、チップは、主マイクロ流体チャネルと流体連通しており、交差部の一方の側に位置するサンプル装填領域（sample loading area）と、主マイクロ流体チャネルと流体連通しており、交差部の他方の側に位置する毛細管ポンプとをさらに備える。主マイクロ流体チャネルは、サンプル装填領域を毛細管ポンプに連通させ、それによって液体流れ方向Ｄ（サンプル装填領域から毛細管ポンプへ延びる）を画定する。液体の分析は、この液体がたとえば交差部で捕捉されたビード上の受容体と相互作用した後、主チャネル（または分布チャネル）内で行うことができる。
【００１４】
チップは、２つのタイプの補助マイクロ流体チャネル（すなわち、第１および第２の補助マイクロ流体チャネル）を含むことができ、主チャネルの両側に１つずつ位置する。ビード集積システムは、たとえば、主マイクロ流体チャネルの一方の側に位置し、第１の補助マイクロ流体チャネルを介して主マイクロ流体チャネルと流体連通しているビード懸濁液装填領域（bead suspension liquid loading area）を備えることができる。ビード集積システムは、主マイクロ流体チャネルの他方の側に位置し、交差部と流体連通している１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネルをさらに備えることができる。１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネルにより、被検体の分析を妨げないように、主チャネルを介さず、交差部を通過するビード懸濁液からの液体を横方向に排出することが可能になる。
【００１５】
実施形態では、ビード集積システムは、主マイクロ流体チャネルの他方の側に位置し、１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネルを介して交差部と流体連通している補助毛細管ポンプをさらに備えることができる。補助ポンプは、交差部を通過したビード懸濁液から液体を吸引するのを助ける。
【００１６】
一実施形態では、第１の補助マイクロ流体チャネルは、交差部への第１の開口を有し、１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネルはそれぞれ、交差部への１つまたは複数の第２の開口を有する。１つまたは複数の第２の開口は、交差部のレベルで主マイクロ流体チャネルの側壁内に設けられる。１つまたは複数の第２の開口はそれぞれ、ビードが交差部を離れて１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネルに入るのを防止するように寸法設定することができる。
【００１７】
実施形態では、第１の補助マイクロ流体チャネルは、交差部のレベルで主マイクロ流体チャネルの一部分に本質的に直交して延びる。これにより、ビード懸濁液装填パッドから交差部への距離を最大にし（他はすべて等しいものとする）、主チャネルの汚染を回避することが可能になる。
【００１８】
実施形態では、ビード懸濁液装填領域は、チップの前記一方の側で、ビード懸濁液装填領域の周辺部に配置された耐湿性構造によって少なくとも部分的に取り囲まれる。これにより、ビード懸濁液を装填するときの液滴の拡散が防止される。
【００１９】
実施形態では、補助マイクロ流体チャネルは、テーパ部分を介して交差部に流体連通しており、テーパ部分は、交差部に向かって広くなっている。これにより、ビードを集積するとき、ビードが交差部の入口で詰まり、補助チャネルからビード濁液装填領域の方へ逆流するリスクが軽減される。
【００２０】
一実施形態では、主マイクロ流体チャネルは（液体流れ方向Ｄが主マイクロ流体チャネル内の液体装填点から交差部へ延びるものとする）、狭窄部およびテーパ部分を連続して呈示し、テーパ部分は、交差部に向かって広くなっている。これらの追加の構造は、構造要素が交差部を区切る（交差部付近の液体の進行を必然的に遅らせる）にもかかわらず、交差部を通る安定した液体の流れを維持するのを助ける。
【００２１】
実施形態では、ビード集積システムは、複数の補助マイクロ流体チャネルをさらに備える。補助マイクロ流体チャネルはそれぞれ、主マイクロ流体チャネルの一方の側で、主マイクロ流体チャネルを横断し、主マイクロ流体チャネルと流体連通して、主マイクロ流体チャネルとのそれぞれの交差部を形成する。交差部はそれぞれ、主マイクロ流体チャネル内に配置された構造要素によって区切られる。前述した同じ原理に従って、これらの構造要素は、それぞれの補助マイクロ流体チャネル内を前進して前記各交差部を通過するビード懸濁液中を流れるビードを各交差部で保持するように構成される。これらの構造要素は、主マイクロ流体チャネル内を前進する液体が、各交差部を区切る構造要素を通って各交差部を通過することを許容するようにさらに可能にする。複数の補助マイクロ流体チャネルを有することで、多重化が可能になる。
【００２２】
一実施形態では、複数の補助マイクロ流体チャネルおよびそれぞれの交差部はまた、ビード分布に対する制御を維持しながら、交差部が及ぶ総面積を簡単に広くする（したがってより多くのビードを集める）ことが所望されることがある。たとえば、２つの隣接する交差部を、単一の線の構造要素、すなわち主マイクロ流体チャネルの下壁から突出する要素によって部分的に区切ることができる。
【００２３】
多重化に関連する実施形態では、交差部はより離れており、すなわち２つの連続する交差部はむしろ、それぞれの対の平行な線の構造要素（この場合も、主マイクロ流体チャネルの下壁から突出する）によって部分的に区切ることができ、各対の平行な線の構造要素が、交差部のうちの１つを部分的に区切る。
【００２４】
本マイクロ流体チップは、交差部で捕捉されたビードを備えることができる。実施形態では、捕捉されたビードは、本質的に単一の層のビードを形成する。その目的で、主マイクロ流体チャネルおよび補助チャネルは、本質的に同じ深さを有することができ、この深さはビードの平均直径の２倍未満である。実施形態では、チップは、交差部を覆うフィルムによって部分的に封止される。フィルムは、たとえばドライ・フィルム・レジストとすることができ、ドライ・フィルム・レジストは、チップ上に容易に積層してチップを封止することができる。
【００２５】
別の態様によれば、本発明は、本明細書に論じる実施形態によるマイクロ流体チップ内に受容体を集積する方法として実施される。この方法は、基本的に、補助マイクロ流体チャネル内にビード懸濁液を装填することを含み、ビード懸濁液は前記補助マイクロ流体チャネル内を前進し、交差部を通過し、それにより前記ビード懸濁液中のビードが、前記交差部で捕捉される。ビードは、受容体を含む。
【００２６】
実施形態では、この方法は、交差部を覆うフィルムによってチップを部分的に封止することをさらに含む。前述したように、実施形態では、フィルムはドライ・フィルム・レジストであり、チップを部分的に封止するように積層される。
【００２７】
最後の態様によれば、本発明は、上記で論じた実施形態によるマイクロ流体チップを使用する方法として実施され、捕捉されたビードは受容体を含む。この方法は、被検体を含む液体を主マイクロ流体チャネル内に装填することを含み、この液体は主マイクロ流体チャネルに沿って前進し、交差部を通過し、交差部で捕捉されたビードの受容体と相互作用する。
【００２８】
本発明を実施するデバイスおよび方法について、非限定的な例として、添付の図面を参照して次に説明する。
【００２９】
本発明の実施形態について、例示のみを目的として、添付の図面を参照して次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態によるマイクロ流体チップの上面図である。
【図２】実施形態にあるビード集積を示す、類似のデバイスの上面図である。
【図３】実施形態にある被検体液と集積されたビードとの相互作用を示す、類似のデバイスの上面図である。
【図４】ビードが捕捉されている、チップの補助マイクロ流体チャネルと主マイクロ流体チャネルとの間の交差部に焦点を当てた、図１にあるデバイスの一実施形態による３Ｄ図である。
【図５】実施形態による封止されたチップを製作するステップを示す図である。
【図６】実施形態によるビードを捕捉するための２つの交差部を有するマイクロ流体チップの実験画像の上面図である。
【図７】拡大画像が実施形態にあるチップの補助マイクロ流体チャネルと主チャネルとの間の交差部付近の構造上の詳細を示す、別のマイクロ流体チップの実験画像の上面図である。
【図８】実施形態にある多重化するように設計された別のマイクロ流体チップの実験画像の上面図である。
【図９】ａ〜ｈについて、他の実施形態によるマイクロ流体チップの様々な可能な設計のうちの１つを示す図（上面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付の図面は、実施形態に関連するデバイスまたはその部分の簡略化された図を示す。図面に示す技術的な特徴は、必ずしも原寸に比例しない。別途指示しない限り、これらの図における同一または機能的に類似の要素には、同じ参照番号が割り当てられている。
【００３２】
以下の説明は、次のように構成される。まず、概略的な実施形態および高レベルの変形形態について記載する（第１章）。次の章で、より具体的な実施形態および技術的な実装形態の詳細を取り扱う（第２章）。
【００３３】
１．概略的な実施形態および高レベルの変形形態
図１〜４を参照すると、マイクロ流体チップ１に関する本発明の一実施形態についてまず記載されている。チップ１は、基本的に、主マイクロ流体チャネル１２およびビード集積システム２０を備える。主マイクロ流体チャネル１２は、チップ１の一方の側に位置する。ビード集積システム２０は、チップ１の同じ側に配置される。
【００３４】
ビード集積システム２０は特に、補助マイクロ流体チャネル２２を備える。後に詳細に論じるように、ビード集積システム２０は、実際には、主チャネル１２の片側または両側に、複数の補助チャネルを備えることができる。補助チャネル２２は、図１〜３に見られるように、主チャネル１２に対して横断方向に（たとえば、直交して）配置され、主チャネル１２と流体連通しており、交差部２８を形成する。チャネル１２、２２、２３はすべて、デバイス１の同じ側で、平面内にある。
【００３５】
交差部２８は、主マイクロ流体チャネル１２内に配置された構造要素２６によって区切られる。構造要素２６は、２つの機能を有する。まず、構造要素２６は、交差部２８でビードを保持するように構成される。すなわち、ビード懸濁液５０に入っているビード５５が補助チャネル２２内に導入されたとき、この液体は、補助チャネル２２内を交差部２８の方へ前進し、次いで交差部２８を通過する。交差部２８に到達したビードは、交差部２８で保持されるため、交差部２８に捕捉され、余分な液体５０は、主チャネル１２を介して、または主チャネル１２の他方の側に位置する１つもしくは複数の他の補助チャネル２３を介して、排出することができる。加えて、構造要素２６は、主マイクロ流体チャネル１２内を前進する被検体液６０が交差部２８に到達し、構造要素２６を通って交差部２８を通過し、たとえば捕捉されたビード上の受容体と相互作用することを許容するように構成される。
【００３６】
本解決策により、デバイス１内でのビード５５の集積を容易かつ迅速にすることが可能になる。さらに本解決策により、たとえば紙またはセルロースなどの多孔質の媒体上に受容体を含有する溶液を局所的に分注する方法に頼る必要がなくなる。そのような方法は主として、分解能の不足および不均一な受容体密度を招き、多重化、小型化、および信号の定量化を妨げる。加えて、本デバイスおよび方法は、動作に時間のかかるビードを凝集するための遠心分離（分析デバイスでビードを凝集するために日常的に使用される）または沈殿（クロマトグラフィ・カラムでビードを凝集するために頻繁に使用される）を必要としない。逆に、本手法により、典型的には、数秒でなければ数分以内のビード集積が可能になる。
【００３７】
本明細書に論じる実施形態によれば、たとえば従来技術の解決策で見られる液体の拡散、アーチファクトの乾燥、受容体の凝結および不均一な分布に関する問題がさらに回避される。すなわち、本手法により、ビードをきれいに集積することが可能になる。
【００３８】
たとえば図１に見られるように、マイクロ流体チップ１は、典型的には、チップ１内の液体サンプル（被検体）の導入を容易にするために、交差部２８の一方の側で主チャネル１２と流体連通しているサンプル装填領域１１を備える。実施形態では、交差部２８の他方の側に、主チャネル１２と流体連通している毛細管ポンプ１３が設けられる。したがって、主マイクロ流体チャネル１２は、交差部２８を介してサンプル装填領域１１を毛細管ポンプ１３に連通させ、それによりチップ１の完全に受動的な動作が可能になる。外部ポンプの必要がなくなり、それにより本デバイス１をポイントオブケア診断に適用することができる。図１に見られるように、主チャネル１２内の液体サンプル６０の液体流れ方向Ｄは、サンプル装填領域１１から毛細管ポンプ１３へ延びる。図１〜９ｈの各設計では、液体流れ方向Ｄがｘ軸に沿っていると想定する。
【００３９】
実施形態では、構造要素２６は、突出要素を備える。実施形態では、そのような要素２６は、主マイクロ流体チャネル１２の下壁１２Ｌから突出しているが、これらの要素２６はまた、上部シールまたは上蓋から突出することもできる。さらに、そのような要素２６を主チャネル１２上に直接設けることで、交差部２８の周りにこれらの要素を組み立てて正確な配置を得ることがより容易になる。そのような要素２６は、支柱はパターン形成するのが比較的簡単な物体であるため、図４で想定するように、たとえば支柱として成形することができる。それにもかかわらず、液体６０が通過することを許容する開口またはアパーチャを有する他の構造２６を企図することもできる。変形形態では、領域２８の周りに粗面によって形成される構造（場合によりパターン形成されている）が、同じ目的を担うこともできる。しかし、明確な突出構造２６を使用するのが最善である。そのような構造は特に、フォトリソグラフィ、レーザによる直接の書き込み、３Ｄ印刷、または熱エンボス加工および射出成形加工技法に基づく複製方法を使用してパターン形成することができる。
【００４０】
図１〜４にさらに見られるように、突出要素２６は、実施形態では、主マイクロ流体チャネル１２を横切る２本の平行な線に沿って延びる。要素２６によって描かれる線は、交差部２８を横方向に（ｙ軸に沿って）部分的に区切る。他の構造要素は、この幾何形状から暗示的であるように、交差部２８、たとえば主チャネル１２の側壁１２ｌを区切ることに寄与する。突出要素２６は、開口（アパーチャ）を形成し、液体６０が開口（アパーチャ）を通過することを許容するように、互いから隔置される。
【００４１】
寸法に関して、突出要素２６は、ビード５５および交差部２８に所望される領域と一貫して寸法設定する必要がある。これはまた、デバイス１によって実行される試験によって必要とされるビード（したがって受容体）の数量ならびに被検体６０の流量および濃度に依存する。それに応じて、主チャネル１２の寸法を設計する必要がある。理解されるように、主要な構造要素１２、２２、２６、２８の寸法は相関しており、一緒に最適化する必要があり、これは試行錯誤によって行うことができるものである。たとえば、典型的に１０μｍの平均直径を有するビードを使用した場合、突出要素２６は、十分に頑丈な囲いとして作用し、ビードを保持するために、４〜１８μｍ、たとえば８μｍの平均直径を有することができる。一方、要素２６が形成する２本の平行な線のそれぞれにおける２つの連続する要素２６間の平均間隙（ｙ軸に沿って）（たとえば、２つの連続する要素２６の最も近い外周頂点間で測定される）は、典型的には、２〜８μｍ、たとえば４μｍとすることができる。２本の平行な線は、たとえば、１つまたは複数の列のビードが交差部２８で集まることを可能にするために、１２〜５０μｍ、たとえば２５μｍの平均距離によって分離される。
【００４２】
図１、図６、および図７を次に参照すると、マイクロ流体チップ１の実施形態は、交差部２８のレベルで横方向に構築されたチャネル１２を伴う。すなわち、主マイクロ流体チャネル１２は、横方向の耐湿性毛細管構造１４を備え、耐湿性毛細管構造１４は、交差部２８に隣接して、主チャネル１２の側縁壁１２ｌに形成される。耐湿性毛細管構造１４は、たとえば、図６および図７に最もよく見られるように、たとえば歯状またはジグザグ形の構造１４からなる横方向の格子としてパターン形成することができる。横方向構造１４は、毛細管現象によって水性液をはじくのに十分な角度を呈示するように、十分に寸法設定および隔置される必要がある。これにより、交差部２８近傍で液体５０および６０の横方向の拡散を少なくすることが可能になる。
【００４３】
実際に実施形態では、ビード懸濁液５０は、主チャネル１２内にあまり拡散するべきではない。なぜなら主チャネル１２は、典型的には分析に使用されるものであり、液体５０は実際にはそのような分析を妨げるからである。加えて、被検体６０がチャネル１２を充填するとき、耐湿性毛細管構造１４は、液体メニスカス６１を遅らせ、すなわち、メニスカス６１の横方向の進行を抑制し、チャネル１２の非対称形の充填（したがって気泡の形成）のリスクを軽減する。たとえば、乾燥後（製作時）、チャネル１２内に塩の結晶が残る場合、そのような結晶は、非常に極性が強いため、主チャネル１２内の充填を加速させる可能性がある。実際には、塩の結晶は、主チャネル１２の側隅部に蓄積することがある。類似の作用はおそらく、交差部２８近傍のチャネル１２の側面を化学的に処理することによって得られる可能性がある。しかし、横方向の耐湿性構造１４をパターン形成することは、製作の観点からはるかに簡単である。
【００４４】
前述したように、マイクロ流体チップ１の実施形態は、複数の補助チャネル２２、２３（２３ａ〜ｃ）を伴う。補助マイクロ流体チャネル２２は、たとえば、第１の補助チャネル２２（またはチャネル部分）と呼ぶことができる。図４、図６、および図７に示すように、ビード集積システム２０は、主マイクロ流体チャネル１２の一方の側に、すなわち補助チャネル２２を介して主マイクロ流体チャネル１２と流体連通しているビード懸濁液装填領域２１をさらに備えることができる。これにより、ビード懸濁液５０の導入が容易になり、液体の拡散およびアーチファクトの乾燥を防止するために、主チャネル１２から安全な距離をあけて行うことができる。それに関して、実施形態では、補助チャネル２２は、装填領域２１から交差部２８までの距離を最大にするために（他はすべて等しいものとする）、交差部２８のレベルで主チャネル１２に直交して延びる。
【００４５】
いくつかのチャネル部分２２、２３が存在することができる。ビード集積システム２０は特に、主チャネル１２の他方の側に、交差部２８と流体連通している１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネル２３、２３ａ〜ｃを備えることができる。第２の補助マイクロ流体チャネル２３、２３ａ〜ｃにより、ビード懸濁液が交差部２８を通過するとき、被検体液の分析を妨げないように、主チャネル１２を介さず、ビード懸濁液からの液体５０を横方向に排出することが可能になる。複数の第１の補助チャネル２２は、多重化の目的（図８を参照して後に論じる）で、または簡単にビード懸濁液の入口（図９ｈ）を広くするために、必要とされることがある。それぞれの第１の補助チャネル２２に対していくつかの第２の補助チャネル２３ａ〜ｃを有することで、チャネル２３ａ〜ｃの幅を低減させる（ビードがそのようなチャネル２３ａ〜ｃに入るのを防止する）ことが可能になる。
【００４６】
図１〜３にさらに示すように、実施形態では、ビード集積システム２０は、主チャネル１２に対してビード懸濁液装填領域２１の反対側に、補助毛細管ポンプ２４を含む。補助毛細管ポンプ２４は、１つまたは複数の第２の補助チャネル２３、２３ａ〜ｃを介して交差部２８と流体連通している。すなわち、補助マイクロ流体チャネル２２は、交差部２８でビード懸濁液装填領域２１（たとえば、液体装填パッド）を主チャネル１２に連通させ、補助毛細管ポンプ２４は、１つまたは複数の第２の補助チャネル２３、２３ａ〜ｃを介して交差部２８に流体連通される。
【００４７】
この場合も、補助毛細管ポンプ２４により、受動的なシステムが可能になり、すなわちビード懸濁液５０の進行は、交差部２８の他方の側に位置する毛細管ポンプ２４によって受動的に駆動される。主チャネル１２および補助チャネル２２、２３がすべて交差部２８付近で同じ深さを有する場合、最善の結果が得られ、それにより製作プロセスがさらに容易になる。さらにこれにより、交差部内のビードの数量を制御するのに役立つ。さらに、（濡れている）チャネル１２、２２、２３は、受動的な毛細管ポンプの役割もする。
【００４８】
受動的な毛細管手段１２、２２、２３、２４により、本デバイスでは無人のビード集積が可能になる。たとえば、ビード懸濁液をビード集積システム２０内へ挿入した後、ビードは交差部２８で自己集合し、懸濁液は徐々に蒸発する。これにより、ビードの非常に効率的な集積およびたとえばバッチレベルでのマイクロ流体デバイスの製造が可能になる。すなわち、トレイ上に配置された複数のデバイスを使用して、またはロールツーロール製作技法を使用して、並行したビード集積を実現することができる。また、炉および制御された周囲条件（温度および相対湿度）を使用して、余分な液体が蒸発する速度と、交差部２８内のビードの凝集との両方を均衡させることによって、液体５０の乾燥を実現することができる。
【００４９】
集積されたビードの実際の数（したがって受容体の数量）のより良好な制御を維持するために、交差部２８で結晶化された単一の層のビード５５を得たいことがある。本発明者らによって行われた実験によれば、単一の層のビードは、主チャネル１２が深さ５μｍおよび幅１００μｍであり、４．５μｍのビードの０．２％溶液が使用され、構造要素２６の平行な線同士の間の空間が１０〜２５μｍであるとき、最も容易に得ることができる。またその目的を助けるため、主チャネル１２の下壁１２Ｌは、ビード保持特徴（たとえば、ビード捕捉孔のアレイ）を呈示するように、交差部２８のレベルでパターン形成することができる。この点は、第２．２章で再び論じる。
【００５０】
図４、図６、および図７によって示す実施形態では、１つまたは複数の第２の補助マイクロ流体チャネル２３、２３ａ〜ｃは、それぞれ交差部２８に対する１つまたは複数の第２の開口２３ｏを有する。第２の開口２３ｏは、交差部２８のレベルで主チャネル１２の側壁１２ｌ内に設けられる。第１の補助マイクロ流体チャネル２２は、主チャネル１２と共に形成する交差部２８に対する第１の開口２２ｔを有する。１つまたは複数の第２の開口２３ｏはそれぞれ、第１の開口２２ｔより狭い（液体流れ方向Ｄに対して平行な方向に沿って、すなわちｘ軸に沿って測定される）。第２の開口（したがって第２の補助チャネル）は、ビードが交差部を離れて第２の補助チャネルに入るのを防止するように寸法設定することができる。
【００５１】
図４、図６、および図７にさらに示すように、実施形態では、補助マイクロ流体チャネル２２は、テーパ部分２２ｔを介して交差部２８に連通しており、テーパ部分２２ｔは、交差部２８に向かって広くなっている。これにより、ビードを集積するとき、ビード５５が交差部２８の入口で詰まり、または補助チャネル２２から液体装填領域２１の方へ逆流するリスクが軽減される。
【００５２】
図７に最もよく見られるように、実施形態では、主チャネル１２は、狭窄部１５およびテーパ部分１６を連続して呈示する。すなわち、テーパ部分１６は、狭窄部１５の直後にパターン形成されている。テーパ部分１６は、交差部２８に向かって広くなっている。発明者らが気付いたように、連続する横方向構造１５、１６は、構造要素２６が交差部２８を区切り、主チャネル内の液体の流れ６０の進行を必然的に妨げるにもかかわらず、交差部２８を通る安定した液体の流れを維持するのを助ける。図９ａ〜９ｅおよび図９ｈにも、類似の横方向構造を見ることができる。必要な場合、液体流れ方向Ｄに沿って（液体装填領域１１から交差部２８へ）、一続きのいくつかの狭窄部−テーパ対を設けることができる。
【００５３】
横方向構造１５、１６に対する典型的な寸法は、２μｍ〜５０μｍの範囲である。構造は最大で５０μｍであり、主チャネルは幅２００μｍとすることができる。さらに、構造１５および１６の寸法より、そのような構造によって形成される角度が重要である。９０度以下の角度を形成することによって、構造１５、１６は、交差部２８に向かう液体の進行に対する毛細管障壁を形成する。言い換えれば、構造１５、１６は、ピン・サイトとして作用する。角度が約４５度である場合、角度が４５〜９０度である場合より強いピン・サイトが得られる。より小さい角度でも、同様に液体をピニングすることができるが、特にリソグラフィ以外の方法が使用される場合、これらは製作するのが著しく困難になる可能性がある。
【００５４】
図６、図８、および図９ｈを次に参照すると、実施形態では、ビード集積システム２０は、複数の補助チャネル２２を含む。補助チャネル２２はそれぞれ、その一方の側で、主チャネル１２に対して横断方向であり（たとえば、直交している）、主チャネル１２と流体連通している。補助チャネル２２は、主チャネル１２とのそれぞれの交差部２８を形成する。この場合も、各交差部２８は、主チャネル１２内に配置された構造要素２６によって区切られており、主チャネル１２でビード５５を保持しながら、サンプル液体６０が各交差部２８に到達して各交差部２８を通過することを可能にする。前述したように、これは、多重化を可能にすること（図８）または簡単に主チャネル１２を横切る液体入口を広くすること（図９ｈ）という２つの目的を担うことができる。
【００５５】
図９ｈをまず参照すると、ここでは２つの隣接する交差部２８が、単一の線の構造要素２６によって部分的に区切られている。前述したように、構造要素２６の各線は、主チャネル１２の下壁１２Ｌから突出する要素を含むことができる。このように、ビードを集めるために利用可能な総面積を広くする隣接する交差部２８が得られる。変形形態では、単一の交差部２８（構造２６の平行な線によって区切られる）が及ぶ領域を簡単に広くすることができる。しかし、この解決策では、ビードが交差部に集まるときのビード分布に対する制御を維持するのがより困難になる。実際には、領域２８内で満足のいくビード分布を得るために、構造要素２６の平行な線同士の間の距離とビードの直径との間で特定の比（たとえば、２：１〜３：１）を維持したいことがある。したがって、より広い領域２８が必要とされる場合、たとえば１行の支柱２６によって分離されているいくつかの隣接する交差部２８をパターン形成することによって、そのように行うことができる。
【００５６】
図８に示すような変形形態では、交差部２８は、互いから距離をあけている。すなわち、ここで２つの連続する交差部２８は、それぞれの対の平行な線の構造要素２６によって横方向に区切られている。この場合も、実施形態では、構造要素２６は、主チャネル１２の下壁１２Ｌから突出する要素として得られる。したがって、各対の平行な線の構造要素２６が、交差部２８のそれぞれ１つずつを横方向に区切る。この設計により、しっかり分離された多重化が可能になる。
【００５７】
図２〜３および図５を再び参照して、上述したマイクロ流体チップ１内で受容体を集積する方法に関する本発明の別の実施形態について次に簡単に論じる。そのような方法は、本明細書で考慮するチップ設計により、極めて簡単になっている。第１に、図５のステップＳ１０で、ビードがまだ集積されていない初期状態のマイクロ流体チップ１（たとえば、図１）が提供される。次いで、Ｓ２０で、たとえば装填パッド２１を介して、ビード懸濁液５０が補助チャネル２２内に装填される。ビード５５は、後に試験を可能にする受容体を含む。次いで、装填されたビード懸濁液５０は、補助チャネル２２内を交差部２８の方へ前進し、交差部２８を通過し（液体は、たとえば毛細管ポンプ２４によって促されて、主チャネル内で、またはより良好には補助チャネル２３とは反対側で排出される）、それによりビード５５は交差部２８で自然に捕捉される。
【００５８】
したがって、図５、図６に示すように、本チップ１は、ビード５５が交差部２８で横方向に捕捉された状態で（最終製品として、たとえば試験目的で準備ができた状態で）提供することができる。
【００５９】
図５にさらに示すように、そのような方法の実施形態は、Ｓ３０で、たとえばチップ１の取扱い、包装、または輸送の際、ビードが交差部２８から逃げるのを防止するために、交差部２８を覆うようにチップ１を蓋またはフィルム７０で部分的に封止することをさらに含む。フィルム７０は特に、チャネル１２、２２、２３、毛細管ポンプ１３、２４、および装填パッド２１を覆うことができる。しかし、実施形態では、開口により液体装填領域１１がアクセス可能のままになっている。開口は、積層前にフィルム７０内に事前に画定することができる。変形形態では、フィルムは、所望の開口に対応する事前に切断された線を備えることができ、たとえば対応するフィルム部分の除去を容易にするために、フィルム上にタブを接着することができる。使用者は、試験を開始するために、開口に対応するフィルム部分を簡単に除去するだけでよいはずである。
【００６０】
実施形態では、図４に想定するように、本質的に単一の層のビードを形成する捕捉されたビード５５を得たいことがある。その目的で、実施形態では、主チャネル１２および補助チャネル２２は、同じ深さを有し、この深さはビードの平均直径（たとえば、１０μｍ）の２倍未満、たとえば２０μｍ未満である。
【００６１】
図３を次に参照すると、本明細書に記載するマイクロ流体チップ１を使用する方法に関する本発明の最後の実施形態について次に説明する。チップ１は、たとえば上述した方法によって、チップ１内にすでに集積されたビードを備えると想定する。捕捉されたビード５５は、典型的には、被検体が反応する受容体を含む。使用者は、Ｓ４０で、１つまたは複数のタイプの被検体を含む液体サンプル６０を主チャネル１２内に簡単に装填するだけでよい。装填された液体６０は、主マイクロ流体チャネル１２内を主マイクロ流体チャネル１２に沿って前進し、交差部２８を通過し、捕捉されたビード５５の受容体と交差部２８で相互作用する。次いで液体６０は交差部２８を離れ、主チャネル１２に沿って、たとえば毛細管ポンプ１３の方へ前進し続ける。制御および検出は、周知の技法（顕微鏡、スマートフォン、または電極を伴う）によって、主チャネル上で直接または分流チャネル上で実行することができ、ここで詳細に論じる必要はない。
【００６２】
上記の実施形態は、添付の図面を参照して簡潔に説明されており、複数の変形形態に対応することができる。上記の特徴のいくつかの組合せを企図することができる。次の章にいくつかの例を挙げる。
【００６３】
２．特有の実施形態／技術的な実装形態の詳細
２．１  ポイントオブケア診断、モバイル・ヘルス、および安全特徴
本チップ１の実施形態は、いわゆる迅速試験デバイスまたは迅速診断試験デバイスなどの診断試験のための試験デバイスを含む。迅速診断試験（ＲＤＴ）デバイスは、手早く簡単な医療診断試験に使用されるデバイスである。ＲＤＴデバイスでは、典型的には、数時間以内に結果を得ることが可能である。ＲＤＴデバイスは特に、ポイントオブケア（ＰＯＣ）試験デバイスおよびオーバーザカウンタ（ＯＴＣ）試験デバイスを含む。
【００６４】
そのような試験デバイスは特に、たとえば１つまたはいくつかの被検体（たとえば、Ｃ反応性タンパク質、心臓マーカ、ウィルス抗原、アレルゲン、遺伝子組換え生物、病虫害防除剤、汚染物質、代謝産物、がん胎児抗原などのがんバイオマーカ、治療薬物、乱用薬物など）を検出する血糖値計、計量棒、もしくは試験キット、または妊娠もしくは生殖能力試験デバイスなどの携帯型、たとえば手持ち式のデバイスとすることができる。そのようなデバイスはまた、細胞受容体または抗体を検出するために使用することができる（血清試験の場合など）。概して、この解決策は、ＤＮＡに基づく検査を含む任意の受容体リガンド検査に適用することができる。たとえば、ビードをＤＮＡプローブで被覆することができる。そのようなプローブは、主チャネル内を流れるＤＮＡ相補形標的を交雑することができる。交雑は、二本鎖ＤＮＡ挿入染料（double strand DNA intercalating dye）または標識ＤＮＡリポータ鎖（labelled DNA reporter strand）を使用して明らかにすることができる。より概略的には、本デバイスは、任意のタイプのＲＤＴデバイス（ＰＯＣまたはＯＴＣデバイス）とすることができる。さらに、試験デバイスは、たとえば水中の毒素の検出など、医療診断以外の分析を実行するために使用することができる。場合により、当業者には理解されるように、そのような試験デバイスには多数の用途がある。検出は、「モバイル」ヘルスを可能にするために、たとえば低価格帯の顕微鏡またはスマートフォンを使用して行うことができる。
【００６５】
本デバイスは、光可読媒体をさらに備えることができ、媒体は、デバイスの表面上に配置された材料スポットのパターンを備える。前記スポットは特に、スポットの正確な配置および妥当な製作時間を確実にするために、インクジェットでスポッティングすることができる。デバイス上の別個の場所に、いくつかのパターンが存在することができる。それに応じて形成されたパターンは、人間可読または機械可読あるいはその両方とすることができる。これらのパターンは特に、安全情報、たとえば安全鍵を符号化することができ、またはデバイスがすでに使用されているかどうかを示すパターンを明らかにするように設計することができる。より概略的には、安全パターンにより、試験デバイス上に直接情報を符号化することが可能になり、したがってこれは模倣または偽造するのがより困難であり、したがって偽造もしくは模造された試験を検出し、または不正な試験、たとえばすでに使用された試験を指摘するのに有用となることができる。
【００６６】
実施形態では、試験デバイスは、スポットのパターンを覆うカバーをさらに備え、このカバーは光透過性である。したがって、パターンを形成する材料スポットは、カバーの下に位置しており、再現または模倣するのがより困難になる。パターン、すなわち鍵は、たとえば幅４００μｍのチャネル内に収まることができ（これらのチャネルの幅は概して、１ｍｍ未満である）、ＳＵ−８  ３０１０表面またはＳＵ−８  ３０５０表面内に構造化される。スポットのサイズは、十分な鍵要素を与えるのに十分に小さい。要素ごとにわずかな液滴だけが必要とされ、その結果、ほとんど欠陥なく良好な光コントラストが得られ、また低コストの外部マクロレンズを装備したスマートフォンで撮像したときに十分に見える鍵が得られる。
【００６７】
２．２  製作
主流路１２が形成される表面は、典型的にはポリマー（たとえば、ＳＵ−８ポリマー）、二酸化ケイ素、またはガラスという材料のうちの１つである材料の表面である。たとえば金属被覆など、他の材料を企図することもできる。しかし、金属被覆は、より複雑な製作方法（たとえば、クリーンルームもしくは複雑なプロセス）または有毒な前駆体を必要とすることがある。
【００６８】
本デバイスを製作するために、射出成形加工および熱エンボス加工を含む従来の製作方法を使用することができる。３Ｄ印刷も同様に使用することができるが、この場合、構造１５および１６をわずかに丸くする必要がある。さらに、実施形態では、ビード集積のために精密な構造１４、２６を得るために、異方性湿式エッチング技法を使用したいことがある。
【００６９】
特に有利には、単一のマスクだけを必要とし、高分解能のパターン形成を提供するため、単一のステップによるシリコンの異方性湿式エッチング（たとえば、ＤＲＩＥ）を使用することができる。特に、単一のステップによるシリコンの等方性エッチングでは、部分的に閉じたビード集積トレンチおよびチャネルを形成するために、えぐり切り取られて張り出しているマスク層を得ることが可能になる。
【００７０】
単一のステップによるＳＵ−８のパターン形成を使用することもでき、確実な毛細管バルブを得ることがさらに可能になる。両方の技法を混ぜ合わせることもできる。すなわち、ＳＵ−８（容積容量が大きい）によって確実なバルブ、マイクロ流体チャネル、および深い毛細管ポンプを得ることができ、ＤＲＩＥによって精密なビード集積構造を得ることができる。
【００７１】
たとえば、実施形態では、チップは、１９．５×９．４ｍｍ２であり、装填パッド１１、２１と、主チャネル１２または分流チャネル（図示せず）内に電極が埋め込まれたマイクロチャネル１２、２２、２３と、毛細管ポンプ１３、２４と、通気孔と、カバー・フィルムと、カードエッジ・ソケットに嵌合する電気コンタクトとを備える。微細機械加工プロセス、ならびにテーパした側壁プロファイルを有するチャネル・エッチング、毛細管充填のためのＳｉＯ２の親水性、熱的かつ化学的な安定性、機械的な頑健性、多数の生体分子に対するＳｉＯ２表面の適合性、および明確かつ確実な化学組成などのＳｉおよびＳｉＯ２の好ましい特性を利用するために、シリコン基板が使用される。
【００７２】
製作プロセスにおいて、これらのチャネルは、ＴＭＡＨを使用してシリコン内に異方性エッチングされ、熱酸化によって電気的に不活性化される。電極は、単層のフォトレジストの共形の被覆およびパターン形成後、金属蒸発および剥離によってパターン形成される。金属の堆積前、剥離を助けて電極に凹部を作るために、短い等方性ＳｉＯ２エッチングが導入される。フォトリソグラフィ・パラメータは、深さ２０μｍのトレンチ内で少なくとも５μｍの最小特徴サイズを実現するように最適化される。ダイシングおよび洗浄ステップ後、親水性のドライ・フィルム・カバーを４５℃で積層し、マイクロ流体構造を封止する。ＳＥＭ検査により、カバー・フィルムがチャネルおよび毛細管ポンプを完全に覆うことが示された。凹部を形成するステップによって、電極の角欠けが最小になり、表面トポグラフィが非常に平坦になることを示した。
【００７３】
変形形態では、電極は、金属剥離または金属エッチング・プロセスを使用して、ＳｉＯ２不活性化層を有する平坦なＳｉ表面上にパターン形成される。次いで、ＳＵ−８またはドライ・フィルム・レジストのフォトリソグラフィによるパターン形成などの付加的なプロセスを使用して、マイクロ流体構造がパターン形成される。特に好ましいというわけではないが、電極はまた、カバー基板（またはフィルム）上にパターン形成することができ、次いでチップまたはウェーハ接合技法（たとえば、フィルム積層、陽極接合、直接接合、熱可塑性接合、接着接合など）を使用して、マイクロ流体構造を保持する基板に接合することができる。電極を必要とするチップ機能（たとえば、マイクロヒータ、誘電泳動もしくはエレクトロウェッティングのための電極、または電流測定、インピーダンス測定、もしくは電気化学感知のための電極など）がすでに存在する場合、液体監視のための電極は、概して他の電極パターンまたは導電層とともにパターン形成することができる。
【００７４】
本明細書に記載する方法は、マイクロ流体デバイス、特にウェーハに基づくチップの製作で使用することができる。その結果得られるチップは、たとえば、生ウェーハの形で（すなわち、包装されていない複数のチップを有する単一のウェーハとして）、ベア・ダイとして、または包装された形で、製作者が配布することができる。包装された場合、チップは、単一チップ・パッケージ（プラスチック・キャリアなど）または多チップ・パッケージとして取り付けられる。いずれにせよ、次いでチップは、（ａ）中間製品または（ｂ）最終製品の一部として、自律チップへの適用が好ましい場合でも、他のチップまたは他のマイクロ流体要素（管材ポート、ポンプなど）と一体化することができる。
【００７５】
本発明について、制限された数の実施形態、変形形態、および添付の図面を参照して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、均等物に置き換えることができることが、当業者には理解されよう。特に、所与の実施形態、変形形態、または図面に示した特徴（デバイスの形態または方法の形態）は、本発明の範囲から逸脱することなく、別の実施形態、変形形態、または図面における別の特徴と組み合わせたりそれに置き換えたりすることができる。したがって、上記の実施形態または変形形態のいずれかに関連して記載した特徴の様々な組合せを企図することができ、これらは添付の特許請求の範囲に含まれる。加えて、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、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの軽微な変更を加えることができる。したがって、本発明は開示した特定の実施形態に限定されるものではないこと、および本発明は添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる実施形態を含むことが意図される。加えて、上記で明示的に述べたもの以外の多くの他の変形形態を企図することができる。たとえば、特許請求されるマイクロ流体チップは、マイクロ流体プローブとして製作することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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