(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体表面上で少量の物質を的確かつ指向的に操作する方法であって、
１つ又は幾つかの弾性表面波を用いて、固体表面に沿ってパルスを生起し、その際に前記表面波が少なくとも１つの表面波発生装置(1,27,61,95,97,99)により生成されること、
また前記パルス(16,36,105)が少なくとも１つの物質と相互作用をなして、表面上での所望方向(17,39)の運動を生ぜしめ、
前記少なくとも１つの物質は、湿潤特性の変調により形成される前記表面の領域上に位置する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
固体表面の部分(15,49,83,85,87)の機能化により、少なくとも１つの定義された定角軌道が前記少なくとも１つの物質に対して準備されており、また前記少なくとも１つの物質がこれらの定角軌道の少なくとも１つに沿ったパルス伝達により動かされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
湿潤特性の変調が、少なくとも１つの疎水性領域によって達成され、それに比して親水性の少なくとも１つの領域、少なくとも１つの疎油性領域、及びそれに比して親油性の少なくとも１つの領域のリソグラフィー定義により達成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
湿潤特性の変調が固体表面の前記部分のシラン化により達成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
弾性表面波が電気的励起により生成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
弾性表面波を生成するために、インターデジタル変換器(1,27,31,61,95,97,99)が使用されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
弾性表面波が、圧電基板及び基板の圧電領域における圧電作用により生成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
表面波を生起するために、圧電層が基板表面上に形成されること、また前記層は、それが残りの基板表面とは異なる湿潤特性を有するように、選定されていることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの弾性表面波と前記少なくとも１つの物質との間のパルス伝達が、圧電基板又は固体表面の少なくとも圧電領域において表面波を伴う電場により仲介されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの弾性表面波と前記少なくとも１つの物質との間のパルス伝達が、表面波を伴う固体表面の機械的変形により仲介されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
種々の周波数(f1...,fn)の表面波が、表面の異なる領域(5,21,37;x1,...,xn)により送られることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
表面の異なる領域(5,21)において表面波を生起するために、異なる稼働周波数を有する少なくとも２つの発生装置(1,27,31,61,95,97,99)が使用されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも２つの発生装置が、インターデジタル変換器を有し、各インターデジタル変換器は、複数のフィンガーを含み、前記複数のフィンガーは、前記複数のフィンガーの間に一定の間隔を有するように配置されているが、各インターデジタル変換器は、異なる一定の間隔を有するように配置されていることを特徴とする請求項６又は１２記載の方法。
【請求項１４】
種々の周波数の表面波を生起するために、複数のフィンガーを含む少なくとも１つのインターデジタル変換器(61,95,97,99)が使用され、前記複数のフィンガーは、前記複数のフィンガーの間に一定の間隔を有しないように配置されていることを特徴とする請求項６又は１１記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの物質の速度ベクトルの大きさ及び方向を決定するために、少なくとも２つの弾性表面波の重複が使用されることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの物質のそれぞれが、少なくとも１つの弾性表面波によって少なくとも２つの少分量に分割される量を有していることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに１項に記載の方法。
【請求項１７】
固体表面の少なくとも１つの領域内の前記少なくとも１つの物質が、少なくとも物理的、化学的或いは生物学的特性に関して分析されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの物質の一部が、分析の前又は後に、残りの物質から分離されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの物質が、少なくとも１つの弾性表面波との相互作用により、その大きさ、その質量、その光学的、磁気的、電気的及び、又は誘電的特性に関して分析されることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの物質の少なくとも一部が、固体表面上の少なくとも１つの領域において化学的、物理的又は生物学的工程により改質されることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの物質の少なくとも一部が、固体表面の少なくとも１つの領域の機能化により、その物理的、化学的又は生物学的特性に関して改質されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
分析ないし改質されるべき前記少なくとも１つの物質が、固体表面の少なくとも１つの領域において、前記領域の変調又は被層により、化学吸着又は物理吸着により可逆的及び一時的に固定されることを特徴とする請求項１７ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも２つの物質が固体表面の少なくとも１つの領域(25)において、それらの混合及び、又は少なくとも物理的、化学的又は生物学的反応のために、的確かつ指向的運動(17,20)により接触することを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも２つの物質が、対向的に進行する２つの表面波により、互いに接近することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
異なる方向からの表面波が前記少なくとも１つの物質に対して送られて、前記少なくとも１つの物質の混合が行われることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの表面波が、少なくとも１つの表面波用発生装置(1,27,31,61,95,97,99)への少なくとも１つの電磁波の無線照射により生成されることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
ある方向(37)からの少なくとも１つの別の表面波が、前記物質の当初の運動方向(17)に合致しない前記少なくとも１つの物質へ照射されることを特徴とする請求項１ないし２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも１つの表面波が、前記少なくとも１つの物質に対して略接線的に送られて、前記物質を回転させることを特徴とする請求項１ないし２７のいずれかに１項に記載の方法。
【請求項２９】
固体表面上で少なくとも１つの物質を的確かつ指向的に操作する装置であって、
少なくとも１つの伝搬方向(16,21,36,91,101)へ固体表面上で弾性表面波を生起する少なくとも１つの装置(1,27,31,61,95,97,99)を具備し、
また前記少なくとも１つの物質が少なくとも１つの表面波と相互作用をなし得る相互作用領域を有しており、１つないし複数の表面波からのパルス伝達により前記表面に沿った前記少なくとも１つの物質の運動を生ぜしめ、
前記相互作用領域は、前記固体表面の湿潤特性の変調により規定される
ことを特徴とする装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの物質の運動のための少なくとも１つの定義された定角軌道(15,49,83,85,87)を有し、前記定角軌道は、前記固体表面の湿潤特性の変調により形成される
ことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
湿潤特性の変調を達成するために、固体表面が部分的にシラン化されることを特徴とする請求項２９又は３０に記載の装置。
【請求項３２】
湿潤特性の変調が、少なくとも１つの疎水性領域、それに比して親水性の少なくとも１つの領域、少なくとも１つの疎油性領域、及びそれに比して親油性の少なくとも１つの領域により形成されることを特徴とする請求項２９ないし３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
少なくとも１つの疎水性領域、少なくとも１つの親水性領域、少なくとも１つの疎油性領域、及び少なくとも１つの親油性領域が、リソグラフィー技術により定義されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
疎水性及び、又は親水性領域並びに疎油性及び、又は親油性領域が、適切な層からなることを特徴とする請求項３２又は３３に記載の装置。
【請求項３５】
湿潤特性の変調が、側面のミクロ又はナノ構造により達成されていることを特徴とする請求項２９ないし３４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
少なくとも１つの定義された定角軌道(15)が、少なくとも１つの別の定義された定角軌道への分岐(14)を有することを特徴とする請求項３０ないし３５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３７】
少なくとも１つの定義された定角軌道が基本的に円形の領域(49)からなること、また表面波用の少なくとも１つの発生装置(1)は、表面波が前記円形領域(49)の接線方向に生起できるように配置されていることを特徴とする請求項３０ないし３６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３８】
定義された定角軌道及び表面波用発生装置からなるネットワークは、前記少なくとも１つの物質が前記定角軌道に沿って移動できるように構成されていることを特徴とする請求項３０ないし３７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３９】
１つの定角軌道に沿って移動する前記少なくとも１つの物質に側面から当たる方向(36)の表面波を生起するための少なくとも１つの発生装置(31)を具備することを特徴とする請求項２９又は３０に記載の装置。
【請求項４０】
外部の貯蔵容器への定義された定角軌道を有することを特徴とする請求項２９ないし３９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４１】
外部の捕集容器への定義された定角軌道を有することを特徴とする請求項２９ないし４０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４２】
固体表面の少なくとも一部が、前記少なくとも１つの物質を供給するための貯蔵容器(11,23,71,73,75)として構成されることを特徴とする請求項２９ないし４０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４３】
固体表面の少なくとも一部が、捕集容器(13,25,45,47,51,53,77,79,81)として構成されることを特徴とする請求項２９ないし４２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４４】
圧電基板及び圧電領域を持つ基板を有することを特徴とする請求項２９ないし４３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４５】
圧電基板上ないしは圧電領域上方に、移動すべき材料を保護するために、表面波の進入深さよりも小さい厚みの保護層を有することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
保護層が水晶からなることを特徴とする請求項４５記載の装置。
【請求項４７】
予備決定された表面特性を持つ基板上に、表面波を励起するための圧電層を有することを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４８】
圧電層の表面湿潤特性が、周囲の基板の湿潤特性とは異なることを特徴とする請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
幾つかの表面波発生装置(61,95)は、前記表面波により生成されたパルスが所望の運動方向の総パルス(105)に加算されるように配置されることを特徴とする請求項２９ないし４８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５０】
それらの空間照射が少なくとも部分的に１８０度対向して進行する、少なくとも２つの表面波発生装置を有することを特徴とする請求項２９ないし４９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５１】
固体表面の１つの領域が、前記固体表面の変調又は被層により、前記少なくとも１つの物質の可逆的及び一時的な固定のための化学吸着又は物理吸着によって機能かされていることを特徴とする請求項２９ないし５０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５２】
少なくとも１つのインターデジタル変換器(1,27,31,61,95,97,99)を、表面波の発生装置として具備したことを特徴とする請求項２９ないし５１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５３】
少なくとも１つの表面波発生装置(61,95,97,99)は、表面波の伝搬領域(x1,...,xn)が周波数(f1,...,fn)につれて変化するように、設計されていることを特徴とする請求項２９ないし５２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５４】
異なる伝搬領域を持つ表面波を生起するために、異なる稼働周波数の表面波用の幾つかの発生装置(1,27,31,61,95,97,99)を有することを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
複数のフィンガーを有する幾つかのインターデジタル変換器を有し、前記複数のフィンガーは、前記複数のフィンガーの間に一定の間隔を有するように配置されているが、各インターデジタル変換器は、異なる一定の間隔を有していることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
異なる伝搬領域を持つ表面波を生起するために、複数のフィンガーを有するインターデジタル変換器(61,95,97,99)を有し、前記複数のフィンガーは、前記複数のフィンガーの間に一定の間隔を有しないように配置されていることを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５７】
固体表面が局所加熱用要素を有することを特徴とする請求項２９ないし５６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５８】
表面波用の少なくとも１つの発生装置(1,27,31,61,95,97,99)へ電磁波を無線照射するための、少なくとも１つのアンテナ装置を有すること
を特徴とする請求項２９ないし５７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５９】
液体、気体、固体又はそれらの組み合わせ、混合物、及び、又は分散物の的確かつ指向的操作を行うことを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の方法の使用、又は請求項２９ないし５８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６０】
分子、マクロ分子或いは体内又は体外で生成される遺伝物質のうちの少なくとも１つを含む無機試薬又は有機物質の的確かつ指向的操作を行うことを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の方法の使用、又は請求項２９ないし５８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６１】
少量の物質の分析、合成、分離、混合又は分別を行うことを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の方法の使用、又は請求項２９ないし５８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６２】
貯蔵容器(11,23,71,73,75)から捕集容器(13,25,45,47,51,53,77,79,81)への少量の物質の移動を行うことを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか１項に記載の方法の使用。
【請求項６３】
少量の物質の遠心分離を行うことを特徴とする請求項２８に記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、固体表面上で少量の物質を的確かつ指向的に操作する装置及び方法、並びにその使用に関する。
【０００２】
少量の物質の運動は、現今では主として液体（マイクロ流体学）の分野で実施されている。例えば、チップ上の少量の液体（及び該液体中に含まれる生物細胞等の浮遊粒子）の運動は、今日既に生物学における分析に利用されている（Y.Fu等、NatureBiotechnology誌17号、1109ページ以降、1999年）。少量の物質を移動させるために、一方では、固体表面の構造から決定される管路に沿って所定液体量を移動させる従来のポンプ装置（超小型ポンプ等）が用いられる。これらの従来型のポンプ装置は、基本的には公知の機能ユニットの超小型化に立脚しており、該装置は純機械的ないしは圧電式アクチュエータにより駆動される。そこで特にマイクロ機構学の方法が適用されるが、それは公知のポンプ機構並びに公知の油圧式及び油圧動力式機能ブロック、例えば弁、タービン、ノズル等における高度の小型化に基づいている。初期に用いられた別の液体搬送方式は電子運動学的方法を利用しており、その場合には、所定管路に沿った電場が液体の運動を惹起する（O.Muller、Laborwelt誌１号、2000年、ページ36-38）。米国特許5,674,742号及び6,010,316号から、液体上の縦容積音波のパルス伝達による少量液体の運動が公知である。
【０００３】
電子浸透法では、動かされる物質量の速度は通常、管路幅により影響される。しかも、管路は基本的に完全に充填されていなければならない。さらに、少量の液体を搬送するためには高い場の強さが必要であるが、それは望ましくない電子化学的及び電子生物学的作用と共に、動かされる物質量の不可避のジュール熱も生じるため、特にキャリア材の機能性を損なう恐れがある。
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、固体の表面上及び表面に沿って最少量の物質を的確に操作及び動かすことのできる装置及び方法を提供することであり、それにより最少量の物質の運動を可動部品なしに可能とし、また該装置の低コストかつ簡略な製造及び使用を実現することにある。
【０００５】
この目的は、請求項１記載の特徴を持つ方法、及び請求項３１記載の特徴を持つ装置により達成することができる。
【０００６】
本発明に基づく方法では、少なくとも１つの表面波発生装置を用いて表面波が生成され、そのパルスは少なくとも１つの物質量と交番作用をなして、所望方向への運動を生じる。そのために、本発明に基づく装置は固体表面上に少なくとも１つの伝搬方向への表面波を生成する装置と、前記物質量が少なくとも１つの表面波と交番作用をなし得る交番作用領域とを有しており、１つ又は幾つかの表面波からのパルス伝達により該物質量の運動を生じさせる。
【０００７】
本発明に基づく方法及び本発明に基づく装置を用いて、固体表面上の最少量の物質が弾性表面波により的確に動かされ、かつ操作できる。ここで、「物質」という用語は気体、液体、固体、さらに細胞、マクロ分子、遺伝物質等の生物学系、並びに化学的試薬等の小粒子、混合物、溶液、分散液等を包括する。固体表面には、少なくとも１つの弾性表面波が生成される。小粒子、液体又は気体等と表面の機械的な周期性変形により、或いは波を伴う電場との交番作用により、前記粒子、液体又は気体が的確に動かされる。その際に、それぞれの速度の大きさと方向は外部的に予備決定可能である。従って、自由に選択可能かつ的確に調整可能な経路に沿って固体表面上で物質を搬送することは、弾性表面波と搬送すべき少量物質との間のパルス伝達により実現される。固体表面での少量物質の操作及び運動は、本来の「ポンプ」と搬送すべき物質との間の直接的接触なしに行われる。なぜならば、物質移動は例えば固体表面の機械的変形により、或いは表面波を伴う圧電場により仲介された電気力によっても行われるパルス伝達のみにより実行されるからである。そのために、固体表面の少なくとも１箇所に適切な音波変換器ないし表面波発生装置が設けられ、それを介して固体表面に沿った高周波数の弾性表面波が励起できる。
【０００８】
表面波からのパルス伝達による物質搬送は、比較的小さな電場強さにおいて、原則的に適切な基板上の表面波に対する音速までの流動及び処理速度を可能にする。さらに該方法は、広範な分野において適用できる。なぜならば、動かされる物質量は例えば電子浸透法の場合とは異なり、管路幅により影響されないからである。搬送のために、例えば電子浸透法的搬送法の場合とは異なり、望ましくない電子物理的又は電子化学的反応を惹起する恐れのある高い電場を必要としない。搬送すべき少量物質は、表面波を伴う高周波数の交番電場とは異なり、場のない空間に位置している。従って、特に細胞等の生物系にとって有害な高電場作用が回避される。ポンプ機構の機能方式は、使用される搬送又は緩衝液の種類及び性状とは無関係である。しかも、本発明に基づく方法では、望ましくないジュール熱が発生しない。
【０００９】
固体表面上で有効に作用する１つ又は幾つかの表面波の方向も、またその位置及び振幅も的確に、かつ個別に調整できるため、搬送速度を大きさ及び方向に関して的確に調整することが可能である。例えば、固体表面上の少量物質に対して複雑な搬送経路を指定することもできる。
【００１０】
その際に、表面波は連続的に、或いは脈動的に生成される。
【００１１】
最終的に、例えば閉じた液体容量において、全量を表面波により照射する必要はない。なぜならば、液体の非圧縮性の故に、少分量の駆動によって全量を移動させることができるからである。
【００１２】
本発明に基づく別の長所は、例えば液体又は緩衝液の個別滴分を前進させ得ることである。表面張力のために、そのような水滴は分離しない。つまり、少量の物質は包囲する液柱なしに搬送できる。
【００１３】
最終的に、本発明に基づく方法及び装置により、運動機構を極めて指向的に作用させることができる。表面波は基板の結晶特性の故に、表面でのその発生時に横方向に極めて僅かしか、或いは殆ど分離しない。このようにして、表面波発生装置が動かされるべき少量物質の至近にない場合でも、表面波を極めて的確に少量物質へ作用させることができる。
【００１４】
本発明に基づく装置により、いわゆる「ラボ・オン・ザ・チップ」の形成が可能となる。この場合の「チップ」は、例えば電子工学の分野から公知であるように、固体表面ないし基板として機能する。本発明に基づく種々の装置を組み合わせて、さまざまな目的に適用できる。最終的に同じチップ表面上で１つ又は幾つかの分析ステーションが設けられるのであり、そこでは物質量が外部の測定値、例えば局所照明、局所加熱、局所磁場、電場、或いは機械的局所負荷等と交番作用をなす。
【００１５】
従って、本発明に基づく装置は製作が容易であり、本発明に基づく方法の実施も容易である。
【００１６】
本発明の有利な構成形態は、従請求項に示されている。固体として対象とされるのは、弾性表面波を発生できる全ての材料である。特に適しているのは、例えばその機能性の故に、半導体表面である。
【００１７】
弾性表面波は特に容易に電気励起されるが、圧電固体表面の使用が有利である。
【００１８】
物質量の運動方向は、表面波のパルス方向ないし各表面波のパルス総和のベクトル的パルス方向により、直接的に与えられる。しかし、固体表面が予備決定された一定の定角軌道を有することも可能であり、この軌道に沿って物質量が移動する。このように与えられた定角軌道では運動方向が定角軌道の方向により定まるため、表面波のパルス及び所望方向の僅かな角度的誤差調整は害を及ぼさない。
【００１９】
このような定角軌道は、例えば管路の溝、壁、リソグラフィー定義、或いは固体表面の湿潤特性の変調により達成できる。この種の構造は、例えばプレーナ技術から周知であるリソグラフィー工程により、固体表面上に極めて容易に設けられる。このように固体表面に設定された幾つかの領域の組み合わせにより、「導電パス」、混合室、分岐、或いはネットワークが構築できる。固体表面での物質搬送用の「導電パス」からなる複雑なネットワークについて行われたこのような定義から、固体表面での物質の物理的、化学的、或いは生物学的操作のための極めて機能的なユニットを準備することができる。
【００２０】
特殊構成において、固体表面の機能化は固体表面の湿潤特性の変調により達成される。これは、例えば固体表面での疎水性及び親水性領域の定義により、例えば固体表面の部分の的確な被層又は固体表面の一定領域のミクロないしナノ構成により得られる。このように定義された「導電パス」の形状、位置及び幅は、例えばリソグラフィー技術により、的確に調整できる。これらの「導電パス」を、同様に機能化され、容器、混合室、分析ステーション、或いはセンサー分野に対する感知装置として使用される固体領域と組み合わせることにより、本発明を「ラボ・オン・ザ・チップ」として広範に応用することが可能となる。工程全体は公知の半導体技術方法に立脚しているため、チップレイアウトを特別な問題又は適用に対して的確に適合させることが、迅速かつ低いコストで実行できる。
【００２１】
平坦な表面の湿潤特性の変調による液体に対する「導電パス」の定義から、溝のエッチングが不要となる。これは、自動的に小さな管路の詰まりを阻止し、また固体表面の必要なクリーニングを極めて容易にする。
【００２２】
平坦表面であるため、動かされるべき物質が隅又は縁に残留することが阻止される。さらに、湿潤特性の変調用層がそれ自体公知の被層技術により、容易に維持できる。
【００２３】
関連する表面領域を表面波が通過する方式により、付加的に固有クリーニング効果が生じるため、以後のクリーニングを簡略にし、或いは省くことができる。
【００２４】
プレーナ技術において造られた液体用「導電パス」の湿潤挙動は、固体表面の湿潤特性の変調に立脚しており、表面の特殊機能化（被層、機械的処理、組成変化）以外にも、搬送された容積にも、敏感に左右される。このようにして、過剰液体の供給時に導電パスに沿った一定領域の湿潤の可否が達成される。それにより、例えば自己組織的な弁機能が実現される。
【００２５】
その際に、動かされる物質量はその吸着特性に応じて、疎水性、親水性、疎油性又は親油性領域に維持される。
【００２６】
別の実施形態では、湿潤特性の変調は固体表面の一部のシラン化により達成される。水溶液に対する「導電パス」を生成するために、例えば包囲する領域がシラン化により疎水化できる。
【００２７】
好ましくは、音響表面が電気的励起により形成される。そのための簡略な方法がインターデジタル変換器、いわゆるインターデジタル・トランスデューサである。これは最も簡略な実施形態では、室状に互いにかみ合う少なくとも２枚の金属構造からなるが、それらは少なくとも１つのプレーナ技術工程において基板表面に装着される。そのようなインターデジタル構造に高周波交流電圧信号が印加されたならば、逆圧電効果によって結晶変形が生じるが、それはインターデジタル変換器の空間的周期性と高周波交流電圧の時間的周期性とを有する。印加された高周波交流電圧信号が当該基板の表面音速と共振するならば、弾性表面波は変換器の軸に対して垂直に伝搬する。この共振条件は、f=v/λで表される。ここで、ｆは印加された交流電場の周波数、vは表面波音速、λはインターデジタル変換器の空間的周期性である。
【００２８】
音響表面が圧電効果により生じたならば、少なくとも１つの弾性表面波と少なくとも１つの物質量との間のパルス伝達は、圧電基板内で音波を伴う電場によって、電気力を介して帯電又は分極した物質へ行われる。本方法の別の実施形態では、固体表面の付随する機械的変形が物質量へのパルス伝達に使用される。
【００２９】
圧電基板を使用すれば、圧電効果は基板自体において生成できる。他方で、圧電効果は基板表面の圧電層で利用できる。圧電層は、それが残りの基板表面とは異なる湿潤特性を有するように、選択することができる。このように、圧電効果を生成するための層により、同時に湿潤特性の変調も「導電パス」の形成に使用できる。
【００３０】
好ましい実施形態には、非補正式変換器、補正式変換器、単一指向性放射変換器、焦点式変換器、多重周波数駆動用変換器が含まれる。従って、物質搬送は表面波の伝搬方向に沿って行われる。幾つかの表面波の重なりにより、生じる総パルスが調整できるが、それにより、物質量の伝搬方向は生成した表面波の伝搬方向に対して必ずしも平行でなくてもよい。さらに、各波に対して周波数、振幅及び別の波に関する位相状態も的確に調整できるため、複雑な干渉及び重複パターンが生じる。従って、物質搬送に対する速度ベクトルの大きさ及び方向が、的確かつ広い限界において自由に設定できる。
【００３１】
インターデジタル変換器は、公知のプレーナ技術方法により、固体表面上で極めて容易に形成される。それは、装置と外部制御電子機構との間の適正な純電気的インターフェイスである。同様に、所要の表面波及びパルスシーケンスを高周波交流電圧の無線放射により制御することも、考え得る。そのために、例えばアンテナ装置を設けることができる。
【００３２】
インターデジタル変換器として、一定の指間隔を持つ変換器が使用できる。適切な周波数を印加すれば、インターデジタル変換器の幅全体に亘って、均一な表面波が表面上に送られる。
【００３３】
物質量を種々の方向へ移動ないし操作できる幾つかのインターデジタル変換器が表面に設けられたならば、それぞれの指間隔を適切に選択することにより、種々のインターデジタル変換器が種々の周波数において共振することが達成できる。従って、周波数の選定により、各インターデジタル変換器が選択されるため、物質量が望ましい方法で操作できる。
【００３４】
有利な実施形態において、種々の周波数の表面波を生起するために、一定でない指間隔を持つ少なくとも１つのインターデジタル変換器が使用される。この場合には、表面波は共振条件が充足される場所でのみ生起される。従って、種々の周波数は、インターデジタル変換器の異なる位置での表面波の励起をもたらす。インターデジタル変換器の相互にかみ合う指の不定な間隔は、例えば飛び越し状に変化する。しかし、特に簡便なのは、いわゆる「テーパー式」インターデジタル変換器である。この場合には、インターデジタル変換器の指間隔は連続的に、例えばリニアに変化する。つまり、周波数の増加につれて、励起場所がインターデジタル変換器に沿って連続的に移動する。従って、表面波が伝搬し、少量の物質への極めて局所的なパルス伝達が可能である領域が、極めて精確に調整できる。同様に、種々の物質量が例えばインターデジタル・トランスデューサの軸に沿って配分されて停留するならば、それらは周波数の選択により選択的に制御できる。
【００３５】
複雑な組み合わせ又は駆動周波数の選択により、物質流の多重化及び切換えが可能である。不定の指間隔を持つトランスデューサを制御する唯一の高周波源により、それらに沿って弾性表面波が最少量の物質を動かす多数の可能経路がプログラミングでき、かつ調整できる。
【００３６】
従って、可動部品を持たない唯一の装置を用いて、予備設定された経路に沿った最少量の物質を的確に制御できる。
【００３７】
トランスデューサに印加された高周波交流電圧の駆動周波数及び振幅により、該装置は完全に調整可能である。上記の方式の幾つかのインターデジタル・トランスデューサを用いて、当該基板の表面に沿った最少量の物質を操作するための複雑な波場の生起が可能である。
【００３８】
ここでも、所定周波数の高周波場の無線放射により、表面波の発生を励起できる。周波数の選択により、表面波の発生場所を極めて精確に決定できる。
【００３９】
１つの物質量を操作及び動かすための本発明に基づく方法により、弾性表面波を照射して、１つの物質量を２つに区分することができる。その際に弾性表面波は、例えば１つの静止する物質量へ送られる。対応するパラメータを選択すれば、物質量の両部分が分離する。同様に、例えば本発明に基づく装置により動かされる一方の移動する物質量が、表面波を有する側から送られて２つの下位量に区分されることも実施できる。
【００４０】
該方法の本発明に基づく別の形態では、種々の方向からの複数の表面波を少なくとも１つの物質量へ送ることにより、混合工程が可能となる。それにより、該物質量はその全体位置を変えずに、移動し得る。
【００４１】
２つの液滴を混合するために、該液滴は本発明に基づく方法の１つの構成において、及び本発明に基づく装置の１つの実施形態により、直接的に互いに接近できる。それらの放射特性が互いに１８０度の角度をなす幾つかの部分を含む２つの表面波発生装置は、通常状態において作用が相殺される表面波を生起する。しかし、これらの発生装置の一方の表面波がまず１つの少量物質、例えば１つの液滴に当たれば、該表面波は前記少量物質へパルスを伝達すると共に、減衰される。さらに該表面波が別の少量物質に当たる際には、該表面波の作用は既に弱化している。同様に他の表面波発生装置により生起された表面波は、別の少量物質にパルスを伝達して、減衰される。従って、対向する両表面波発生装置の作用は、各発生装置に近い方の物質量の場所においてより強いのである。この場合に、２つの少量物質、例えば液滴は直接的に相互に作用して、混合され、或いは反応に至る。
【００４２】
この方法の本発明に基づく別の構成では、表面波が少なくとも１つの物質量に対して接線的に送られるため、該物質量が回転を始める。
【００４３】
そのために、本発明に基づく装置は基本的に丸い領域を持つ定義された定角軌道を有し得るが、その際に表面波用の少なくとも１つの発生装置は、表面波がこの丸い領域の接線方向に生起するように配置される。それにより、遠心力が得られる。
【００４４】
本方法のさらに別の構成では、固体表面の少なくとも１つの領域内の物質量が、少なくとも物理的、化学的、又は生物学的特性に関して分析される。これは、運動を生じるための表面波の伝搬中に行われる、或いは本発明に基づく方法は、該物質量を分析ステーションへ搬送するために使用できる。
【００４５】
このような方法には、物質量の運動だけでなく、分析も１つの「チップ」上で可能であるという長所がある。
【００４６】
例えば、少なくとも１つの物質量は分析の前又は後に、例えば表面波の照射により、残りの物質量から分離できる。
【００４７】
個別の表面波によっても、分離を行うことができる。表面波が少量の物質、例えば液体量へ送られたならば、液体の表面張力及び非圧縮性の故に、該量の一部へのパルス伝達によって物質量全体が移動する。しかし、そのパルス伝達が表面張力に打ち勝つ強さを持つ表面波が選択されたならば、物質量の一部が分離して、表面波のパルス伝達により前進する。
【００４８】
最終的に本発明に基づく装置には、その厚さが表面波の代表的な進入深さよりも小さい保護層が装着できる。そのような保護層が重要なのは、用いた圧電基板及び基板の圧電領域上で損傷される恐れのある物質を操作すべき場合である。例えば、ヒ化ガリウムからなる圧電基板上で、生体分子が破壊される。層が表面波の代表的な進入深さよりも薄い、例えば波長程度であれば、圧電表面の機能性は保護層の装着により全く、或いは僅かしか損なわれない。代案的には、物質が圧電性でない場合でも、望ましい表面化学を有する物質からなる基板が使用できる。そこでは、所望領域の表面が酸化亜鉛等の圧電物質により被覆できる。その際に、例えば電気的励起機構を用いて、圧電被層物質を表面波発生装置が存在する表面領域にのみ装着すれば十分であろう。そこには圧電作用によって、非圧電基板においても前進できる表面波が生成される。
【００４９】
最終的に、表面の選択された領域における圧電被層は、湿潤特性の変調にも使用できる。
【００５０】
保護層は、例えば水晶から形成できる。そのような水晶層は、生体分子にとって無害である。
【００５１】
分析は、例えば表面波を用いて、大きさ、質量、光学的、磁気的、電気的、及び、又は誘電特性について、実施できる。そのために、物質量に表面波を照射して、表面波に対する物質量の作用を調査できる。
【００５２】
物質量が例えば表面波を用いて送り込まれている固体表面の少なくとも１つの領域において、物質量を化学的、物理的、或いは生物学的工程により変化させることも可能である。これは、例えば固体表面の領域を物理的、化学的、或いは生物学的特性に関して適切に機能化することにより達成できる。
【００５３】
特に有利なのは、分析及び改質目的で、物質量を固体表面の少なくとも１つの領域に対して、固体表面の該領域の変調又は被覆によって化学吸着又は物理吸着を介して可逆的及び一時的に定着させる場合である。これは、例えば固体表面が周辺よりも粗く、或いは異なる湿潤特性を有する場合に、固体表面を適切に機能化することにより達成される。
【００５４】
本発明に基づく方法は、少なくとも２つの物質量を的確或いは指向的運動により固体表面の少なくとも１つの領域へ送り込み、少なくとも物理的、化学的或いは生物学的な反応のために接触させることができる。本発明に基づく方法のこの特別な構成は、極めて少量の物質の反応を可能にする。弾性表面波は、個別の物質量を互いに接近させ、接触させ、場合によっては混合するために用いられる。さらに、表面波は２つの物質量間の反応を強化或いは開始するためにも使用できる。
【００５５】
本発明に基づく装置の実施形態では、外部の貯蔵容器又は外部の捕集容器を定義された定角軌道により該装置に接続し、物質量を装置へ送り込み、或いは装置から引き出すことができる。
【００５６】
貯蔵容器又は捕集容器を固体表面自体に設けて、物質量を供給し、或いは受け取ることができる。
【００５７】
そのような容器は、表面の適切な機能化、例えばリソグラフィー技術により定義された溝又は隔壁等により形成できる。同様に想定し得るのは、固体表面の領域の湿潤特性を物質量が好適に内部に停留すべく、変えることである。湿潤特性の適切な変調は、定義された定角軌道を持つ本発明に基づく仕様に対して湿潤特性の変調により達成される方法で、実現できる。
【００５８】
本発明に基づく装置の実施形態では、固体表面の領域が局所加熱用装置を具備している。そのような装置により、物質量は弾性表面波を用いて加熱された領域内、或いは領域上に移動され、そこで例えば反応を促進することが可能となる。
【００５９】
本発明に基づく装置及び本発明に基づく方法は、固体表面上で少量の物質を移動ないし操作すべきあらゆる場合に適用できる。それは、液体、気体、固体、それらの組み合わせ、混合及び、又は分散等の場合が想定できる。本発明に基づく装置及び本発明に基づく方法は、少量の物質の分析、合成、分離、混合、分配或いは遠心分離等に、有利に適用できる。
【００６０】
本発明に基づく装置及び本発明に基づく方法の種々の実施形態を、以下の図面に関連して詳細に説明する。
【００６１】
図１では、インターデジタル・トランスデューサ１が示されている。互いにかみ合う金属製指電極3の数量は極めて多く、またそれらの間隔は極めて小さく、生起すべき表面波の波長に略合致している。7,9は、高周波交流電圧を接続するための電極である。インターデジタル・トランスデューサは、例えばリソグラフィー技術を用いた公知の方法で、チップ2の表面に装着されている。チップ2は圧電基板である。圧電基板2の表面音速及びインターデジタル・トランスデューサ1の指間隔λから、トランスデューサの共振周波数がf=v/λで算定される。交流場にこの周波数を当てれば、インターデジタル・トランスデューサ1の指3に垂直な方向へ伝搬する表面波が生起する。この表面波が通過する領域は、5で表される。図１のスケッチでは、表面波が通過する領域5は観察上の理由から形成されるトランスデューサ1まで図示されておらず、それが表面波により導電パス15を覆う関連領域のみが示されている。これは、以下の図２〜図４についても同様である。
【００６２】
固体として使用できる代表的な物質には、例えばニオブ酸リチウムや水晶がある。圧電被覆材としては、酸化亜鉛が使用できる。代表的な周波数は数百メガヘルツであり、従ってインターデジタル・トランスデューサの代表的な指間隔は数ミクロンとなる。
【００６３】
15は、物質量に対する「導電パス」である。この導電パスは例えばリソグラフィー技術で定義されており、また周囲の固体表面とは異なる湿潤特性を有する。例えば、この導電パスは他の表面に比して、親水性被覆材を有する。操作すべき物質量に応じて、「導電パス」及び周囲の疎油性、親油性、疎水性又は親水性被覆材が選択される。
【００６４】
11は改質された表面領域を表すが、それは貯蔵容器として機能する。13は対応する捕集容器であるが、それも対応して改質された表面特性を有する。この場合の表面湿潤特性は、物質量が好適に領域11,15,13に停留すべく、変化している。
【００６５】
17は物質量の運動を表すが、それはトランスデューサ1から方向16へ照射される表面波を用いて達成できる。
【００６６】
機能方法は以下の通りである。チップ2の領域11内へ、１つの物質量、例えば液体が供給される。液体の一部は、表面波経路5の領域まで伝搬される。液体をさらに移動させたい瞬間に、高周波信号をインターデジタル・トランスデューサ1の電極7,9へ印加する。表面波は、インターデジタル・トランスデューサの指3に対して垂直に伝搬される。表面波はそのパルスを領域15内の物質に伝達して、17方向へ動かす。材料は好適には適切に改質された表面湿潤特性を持つ領域11,15,13に停留するため、物質量は捕集容器13方向へ移動する。このようにして、物質は貯蔵容器11から捕集容器13へ送り込まれる。そこでは、例えば分析を行うことができる。他に可能なのは、局所的な光学検知、局所磁場又は局所電場の印加、機械的負荷或いは局所加熱等である。領域13は化学的又は物理的に改質された表面を有するため、そこへ移動した物質量は反応を生じる。
【００６７】
上記の方法過程では、表面張力を凌駕できないパルス伝達を物質量に対して行う強さを持つ表面波が選択される。このようにして、材料は容器11から完全に容器13へ送り込まれる。
【００６８】
より強い表面波が選択されると、少量の物質部分が分離される。より強い表面波が、領域5内で物質量に当たる。より強い表面波のパルスが当てられた物質量は、表面張力がより強いパルス伝達により凌駕されるために、残りの物質量から分離される。このようにして、物質の滴状少量が分離されて、容器13内へ搬送される。この方式に必要とされる表面波の強さは、簡略な事前実験で決定できる。
【００６９】
典型的には、本発明に基づく方法によってピコリットル及びミリリットルのオーダの物質量が、表面張力の改質により得られた、10ミクロン・オーダの幅を持つ「導電パス」上を移動できる。
【００７０】
各図には示されていない実施形態では、例えば図１の領域13においてその上にある材料を局所加熱するための層を設けて、例えば反応を加速ないし促進することができる。そのような層は、例えば電流により加熱される高抵抗の金属層とすることができる。
【００７１】
図２は、混合室としての本発明に基づく装置の実施形態を示す。同一の参照符号は、同一の要素を表している。
【００７２】
ここには、別の導電パスを介して混合領域25と結合された第２の貯蔵容器23が設けられている。やはり、貯蔵領域11,23、導電パス15及び混合領域25が、例えばチップ2の表面の湿潤特性変調により形成されている。さらに第１インターデジタル・トランスデューサ1の横に、第２のインターデジタル・トランスデューサ27がある。これらのトランスデューサは共通の電極7を有するが、19は第２トランスデューサ27の第２電極である。トランスデューサ27は、上記の公式に基づいて計算される適切な周波数の印加時に、領域21での29方向の表面波を生じるが、第１トランスデューサは領域5において16方向の表面波を生じる。貯蔵領域11には液体量Aがあり、貯蔵領域23には液体量Bがあるが、これらの液体量はそれぞれ一部が導電パス15内に伝搬されている。トランスデューサ1,27から表面波が照射されると、パルスが物質量A,Bに対して17方向及び20方向に生起される。前処理済みの導電パス15上では、各物質量が混合領域25の方向へ移動し、そこでA+Bの混合が行われる。
【００７３】
インターデジタル・トランスデューサ1,27が異なる指間隔を持つならば、周波数の選択により、両トランスデューサの一方のみがそれぞれ表面波を生起することが実現できる。従って、貯蔵領域11,23からの物質量は同時に、順次に、或いは交互に移動できる。表面波の振幅は個別に調整でき、またパルス駆動も可能であるため、適正定義された最少量の液体を互いに反応させる、或いは表面波の超音波により混合させることができる。従って、唯一の制御装置を用いて、チップ上での並行した独立の分析及び合成を行うことが可能となる。インターデジタル・トランスデューサ1,27の表面波は、追加的に混合領域における各物質量A,Bの混合を促進する。
【００７４】
図３は、一定の特性について液体中の浮遊粒子（生物細胞等）を分別するために使用できる実施形態を示す。
【００７５】
ここでも、表面波経路5はインターデジタル・トランスデューサ1により照射される。別の領域37には、電極33,35を備えた第２のトランスデューサ31により表面波が送られる。２つのインターデジタル・トランスデューサ1,31を選択的に制御するために、両トランスデューサは異なる指間隔を有しており、一定の周波数の照射時に一方のトランスデューサのみが表面波を生起する。インターデジタル・トランスデューサ1は16方向の表面波を生起するが、インターデジタル・トランスデューサ31は基本的に第１表面波に対して垂直な36方向の表面波を生じる。貯蔵容器11は、やはり例えばチップ2の表面の湿潤特性変調により得られる図示された導電パス15を介して、捕集容器45,47と結合されており、これらの容器は前記導電パスにより、両インターデジタル・トランスデューサ1,31から表面波が送られる交差領域41と結合される。43は分析領域を表す。
【００７６】
容器11は例えば緩衝液を含むが、そこには例えば２種類の生物細胞A,Bが存在する。適切な高周波電圧を印加すれば、16方向への弾性表面波が生起するが、それは図１び図２の実施形態の場合と同じく、パルス伝達により液体及びその中に含まれる細胞を容器11から分析領域43の方向へ搬送する。これはさらに、16方向への表面波が貯蔵容器11から既に導電パス15内に進入している物質量に当たることにより行われる。液体の表面張力のために、既に物質が存在する導電パス15に表面波が当たる際に、表面波は容器11から引き出される。分析領域43では、例えば種類Bの細胞が明確に同定される。これは例えばそれ自体公知の蛍光マーカー分析法により行われるが、そこでは細胞タイプBが蛍光マーカーによりマーキングされており、領域43における照明により蛍光を発する。光学検知器が、領域43からのこの蛍光を受信する。図３には示されていない光学検知器の信号は、インターデジタル・トランスデューサ31と結合された交流電圧源に応答すべく利用される。この交流電圧がインターデジタル・トランスデューサ31に作用し、トランスデューサは36方向の表面波パルスを生起する。この表面波パルスは交差領域41で物質に当たるため、該物質は導電パス15に沿って移動する。分析領域43における分析によれば、正にタイプBの細胞材料が導電パス上に存在する。インターデジタル・トランスデューサ31の表面波パルスにより、これらの細胞は容器45の方向へ駆動され、容器47には到達しない。分析領域43においてA細胞のみが導電パス15上にあることが確認されたならば、すなわち、照明時に蛍光信号が測定されないならば、37方向の表面波パルスは生起せず、物質は容器47の方向へ移動する。従って、細胞A,Bの分離が達成される。
【００７７】
他の分離基準も適用できることは自明である。
【００７８】
従って、図３の実施形態は、領域47への搬送の転向及び遮断を行う外部制御式バルブとみなすことができる。
【００７９】
図４は、遠心分離装置として適用できる実施形態を示す。円形領域49は、処理されていない固体表面とは異なり、操作すべき物質量が好適に停留すべく、例えば湿潤特性の変調により構成されている。円形領域49は、インターデジタル・トランスデューサ1により生起される表面波が円形領域49の縁領域55において伝搬すべく配置される。つまり、表面波の伝搬方向16は、円形領域49に対して接線をなす。円形領域49の周囲には、例えば固体表面の湿潤特性の変調によっても生起する導電パスによって、幾つかの領域11,53,51が接続されている。そこでは、領域11は貯蔵容器として、また領域51,53は捕集容器として機能する。
【００８０】
物質量が領域11に送り込まれると、一部は領域49内へ伝搬される。次にインターデジタル・トランスデューサ1により伝搬領域5において伝搬方向16へ表面波が生起すると、表面波は重複領域55で物質に当たる。表面波はさらに円形領域49の周囲に沿って移動するため、回転を始める。該物質が例えば浮遊粒子を持つ液体ならば、重い浮遊粒子は遠心分離装置の方式に従って遠心力により外部へ押し出され、重さに応じて容器51,53により捕集される。
【００８１】
各図には示されていない実施形態では、適切なミクロ又はナノ構造により、ミクロ又はナノ管路の形式の導電パスからなるネットワークが形成されている。そのようなネットワークは、それが例えば表面波が通過するチップ2の領域5、つまり導電パス15が表面波により覆われ、また物質が存在する領域に形成されるならば、荷電工程用の人工ゲル又はふるいの機能を果たすことができる。従って、ふるい又は人工ゲルの方式による成分のサイズ分離が可能となる。
【００８２】
図５は、いわゆる「テーパー型」インターデジタル・トランスデューサ61を備えた実施形態を示す。このテーパー型インターデジタル・トランスデューサは互いにかみ合う指67を有するが、それらの間隔は図示例では電極65から他の電極63へ線状に減少している。このテーパー型インターデジタル・トランスデューサの機能について、図６と関連して以下に説明する。
【００８３】
電極65,63と接続された室状にかみ合う両指電極構造67は、その対向する空間的間隔89がインターデジタル・トランスデューサの軸に沿って、位置X0のλ0から位置Xiのλiを経て位置Xnのλnまで変化すべく、例示的に表されている。表面波の波長は各指の間隔89に照応するため、変化する間隔89によって、位置Xiにおける表面波を生起できる波長が予備決定されている。波長と隣接周波数との関係は式fi=v/λiで表されるが、ここでvは表面波音速である。従って、交流電圧源69とのfiに関してf1からfnまでの隣接周波数を選択することにより、表面波を生起すべき位置Xiが選択できる。そこでのみ、91方向の表面波が生起する。周波数fiの変化により、この表面波流91は図示された矢印方向93に従って移動する。このようにして、極めて的確に局所表面波が生起されるため、その伝搬領域が周波数の調整により厳正に設定できる。
【００８４】
図５では、種々の容器71,73,75を制御するために、テーパー型インターデジタル・トランスデューサ61が使用される。これらの容器71,73,75は、導電パス83,85,87を介して捕集容器81,79,77と接続されている。容器71,73,75内にそれぞれ物質があれば、インターデジタル・トランスデューサ61に印加される周波数の選択により、どの物質量を表面波パルスにより移動すべきかが決定できる。つまり、この物質量のみがそれに属する捕集容器に流入する。例えばより小さな周波数が印加されると、インターデジタル・トランスデューサは個別指が互いに広く離れている領域で共振し、また物質は容器75から表面波のパルス伝達により導電パス87に沿って、容器77へ移動する。高い周波数を印加すれば、インターデジタル・トランスデューサは各指がより接近している箇所で共振する。そこでは、容器71内にある物質量のみが表面波のパルスに当たるため、該物質量のみが定角軌道83に沿って容器81へ流入する。従って、このような実施形態により、一定の物質量の的確な制御が可能となる。
【００８５】
全ての領域71,73,75に亘って分配される物質量を供給する場合には、対応周波数の表面波の位置的に的確な照射により、物質量を分配するためにこれらの領域を個別に制御することができる。
【００８６】
テーパー型インターデジタル・トランスデューサとは異なるが、いわゆる焦点型インターデジタル・トランスデューサ、或いは各指間隔が変換器の軸に沿ってディジタルつまり段階状に変わるトランスデューサを設けて、印加された周波数に応じて表面波による供給のために表面の一定領域を選択することができる。
【００８７】
これまで述べた実施形態では、チップ表面上に特別に準備した導電パスが設けられている。しかし、物質量が表面波の伝搬方向に精確に移動すべき場合には、そのような準備は不要である。なぜならば、物質量は通常はその表面張力により凝集するからである。
【００８８】
複数の表面波が物質量へ送られると、物質量はパルス又はパルス総和に沿って移動する。そのような実施形態には、物質量の運動が予備決定された導電パスに限定されず、インターデジタル・トランスデューサの対応配置及び個別のインターデジタル・トランスデューサの制御によりその運動方向が制御できる、という長所がある。
【００８９】
図７は、それを概略的に示している。４個のインターデジタル・トランスデューサ61,95,97,99が示されている。４個のインターデジタル・トランスデューサにとって例示的であるのは、第１トランスデューサ61に対する指67と、電極65,63である。ここでも、インターデジタル・トランスデューサはテーパー型トランスデューサとして構成されている。図示例では、第１インターデジタル・トランスデューサ61は91方向の表面波を生起する。周波数の選択により、図６に関して述べたように、表面波が覆う領域は矢印93に沿って変動することが達成できる。同様に、第２インターデジタル・トランスデューサ95は領域101における表面波を生起するために機能する。入力周波数の変化は、表面波の伝搬領域を103方向に移動させる。伝搬領域の交差点にある物質量は、105方向の表面波の総パルスを受ける。伝搬領域の適切な選択並びに異なるトランスデューサ67,95での周波数調整による伝搬領域の位置の選択により、パルス方向105が自由に調整できる。それにより、各表面波の振幅がインターデジタル・トランスデューサに対する印加された交流電圧信号の振幅により決定できるため、生じるパルス105の角度も変更できる。
【００９０】
インターデジタル・トランスデューサ97,99に交流電圧を印加することにより、別方向の運動が生起できる。
【００９１】
インターデジタル・トランスデューサの別の形状を選択して、所望方向の運動を生起できることも自明である。
【００９２】
チップ2上の個別インターデジタル・トランスデューサを、共振周波数領域が重ならないように構成し、また個別のインターデジタル・トランスデューサを並列に配置するならば、印加された周波数を用いて、表面波を生起すべきインターデジタル・トランスデューサを選定できる。従って、一定周波数の印加により、各インターデジタル・トランスデューサが容易に選定される。
【００９３】
各実施形態は、無線で遠隔操作することもできる。各トランスデューサに適正周波数を照射すれば、無線制御とそれに属する表面波の生成が可能となる。そのために、各トランスデューサは適正なアンテナ装置を具備できる。各トランスデューサが不同の共振周波数領域を持つ実施形態では、照射周波数の簡略な選択により、表面波を生起すべき、また物質量へ供給すべきインターデジタル・トランスデューサを無線で決定できる。そのような実施形態では、例えば図６及び図５の高周波源69がアンテナにより代替される。
【００９４】
種々の工程を実施し得るために、個別の実施形態を１つのチップ上で任意に組み合わせることが想定できるのは自明である。本発明に基づく装置は、適切な分析ステーションとも組み合わせることができる。特に有利なのは、半導体基板上にそのような分析ステーションを同時かつ統合的に、従って簡便かつ割安に製作できることである。特に挙げるべきは、半導体・レーザーダイオードや蛍光分析用の光学検知器等の統合的光源、搬送された物質の電気的及び誘電的特性並びに物質量の質量及びサイズ分布の測定方法等であろう。超小型化された加熱装置及び静電調整式電場を持つ領域等により、物理、化学から生物学や遺伝子工学までカバーする広範な応用分野が展開される。本発明に基づく方法及び装置により、最少量の物質を固体表面上で移動させ、分配し、さらに細分することが可能となる。そこでは、幾つかの、場合によってはさまざまな物質量を互いに分離して、独自に移動させることもできる。従って、例えば最少量の物質の２つ又はそれ以上の成分からの物理化学的反応を固体上の予備決定できる場所で実現することも、可能な応用であろう。また、ナノ又はフェムト化学における応用も可能である。固体材料、例えばクラスター又は１つ又は幾つかの化学試薬の僅少量等も、固体表面上で的確に移動できる。従って、最少量の固体サンプルを表面で同定することも可能となる。
【００９５】
統合的に同一固体材料上に製作される付加的分析ステーションとの組み合わせにより、全体的に「ラボ・オン・ザ・チップ」用「モジュール」として機能する多くの実施形態が可能となる。そのような「ラボ・オン・ザ・チップ」としてのモジュール構造は、さらに個別要素の適正な特性を相応のソフトウエアを用いて結合し、システム全体の特性を模擬することができる。
【００９６】
しかも、公知のプレーナ技術を用いた簡略な製造方法により、コストの有利な生産及びユーザーに合わせた構成が容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づく装置の第１の実施形態の概略平面図である。
【図２】  本発明に基づく装置の第２の実施形態の概略平面図である。
【図３】  本発明に基づく装置の第３の実施形態の概略平面図である。
【図４】  本発明に基づく装置の第４の実施形態の概略平面図である。
【図５】  本発明に基づく装置の第５の実施形態の概略平面図である。
【図６】  図５の実施形態の細部の概略平面図である。
【図７】  本発明に基づく装置の第６の実施形態の概略平面図である。
【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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