(57)【要約】本発明は、以下の工程を含む音響泳動操作を実行する方法に関するものである：ａ．マイクロ流体流路が配置されたポリマー基板を備える音響泳動チップを設ける工程と、ｂ．基板の１つの表面と音響接触する少なくとも１つの超音波変換器を設ける工程と、ｃ．懸濁液で満たされたマイクロ流体流路を含む基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させる工程と、ｄ．流路に懸濁液を供給し、懸濁液に対して音響泳動操作を実行する工程。本発明はさらに、音響泳動装置、音響泳動装置を製造する方法、および音響泳動装置を含むマイクロ流体システムに関するものである。
2020532418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響泳動操作を実行する方法であって、
ａ．マイクロ流体流路（１８）が配置されたポリマー基板（１２）を備える音響泳動チップ（１０）を設ける工程と、
ｂ．前記基板の１つの表面と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）を設ける工程と、
ｃ．懸濁液（２）で満たされた前記マイクロ流体流路を含む前記基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで前記少なくとも２つの超音波変換器を作動させる工程と、
ｄ．前記流路に前記懸濁液を供給し、前記懸濁液に対して前記音響泳動操作を実行する工程を含む、方法。
【請求項２】
前記音響共鳴ピークが、前記マイクロ流体流路を含む前記基板における３次体積共鳴に相当し、この３次体積共鳴が、前記基板における１次または２次共鳴として表すことができるものではない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周波数ｆが、前記流路のみの共鳴周波数には相当しない、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｃにおいて、前記少なくとも２つの超音波変換器を、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの超音波変換器が、単一の共通圧電結晶（２４）を共有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記音響泳動操作が、前記マイクロ流体流路内の懸濁液に懸濁した粒子を、前記マイクロ流体流路の１つまたは複数の別々の領域に向けて集中させる工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
音響泳動操作を実行するための装置であって、
ポリマー基板（１２）および前記基板内に配置されたマイクロ流体流路（１８）を備える音響泳動チップ（１０）と、
前記基板の１つの表面と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）と、
前記少なくとも２つの超音波変換器に接続され、懸濁液で満たされた前記マイクロ流体流路を含む前記基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで前記少なくとも２つの超音波変換器を作動させるように構成されている駆動回路（３８）を備える、装置。
【請求項８】
前記駆動回路が、さらに、前記少なくとも２つの超音波変換器を、前記音響共鳴周波数ｆにおいて、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させるように構成されている、請求項７に記載の音響泳動装置。
【請求項９】
前記基板がさらなるマイクロ流体流路（１８´）を追加的に備え、前記マイクロ流体流路および前記さらなるマイクロ流体流路を含む前記基板での共鳴により、前記さらなるマイクロ流体流路内の標的粒子（４）に音響力が発生するように前記さらなるマイクロ流体流路が配置されており、前記音響力が、前記マイクロ流体流路内の標的粒子に発生する音響力と同じものであるか、または異なるものである、請求項７〜８のいずれか一項に記載の音響泳動装置。
【請求項１０】
音響泳動操作を実行するための音響泳動チップ（１２）を製造する方法であって、前記音響泳動チップがマイクロ流体流路（１８）が設けられたポリマー基板（１２）を備え、
ａ．計算またはシミュレーションにより、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、前記基板の音響共鳴を決定する工程であって、前記基板パラメータにはポリマー基板材料、基板寸法、マイクロ流体流路寸法、前記基板内でのマイクロ流体流路位置、前記マイクロ流体流路内の液体の特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置、および作動周波数ｆが含まれる工程と、
ｂ．前記基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせの中から、ポリマー基板材料Ｍ、基板寸法ＤＳのセット、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセット、前記基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ、前記マイクロ流体流路内の液体Ｌの特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置ＰＵ、および作動周波数ｆを選択し、これにより、前記音響泳動操作を実行するために、前記マイクロ流体流路を含む前記基板内に音響共鳴を生じさせる工程と、
ｃ．前記基板寸法ＤＳを有し、前記マイクロ流体流路寸法ＤＣおよび前記基板内での前記マイクロ流体流路位置ＰＣを有するマイクロ流体流路が設けられた、前記基板材料Ｍから作られる前記音響泳動チップを製造する工程を含む、方法。
【請求項１１】
工程ａでシミュレーションが使用される、請求項１０に記載の方法であって、前記シミュレーションが、境界として、前記ポリマー／前記基板の外表面の空気界面と、前記ポリマー／前記マイクロ流体流路の壁の液体界面とを使用する、方法。
【請求項１２】
工程ａにおいて、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、前記基板全体にわたって標的粒子（４）にかかる音響力を決定する工程がさらに含まれ、工程ｂにおいて、前記標的粒子にかかる前記音響力が前記音響泳動操作を実行するのに適している前記基板の領域を、前記マイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、前記マイクロ流体流路寸法ＤＣのセットおよび前記基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを決定する工程がさらに含まれる、請求項１０〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記音響泳動チップがさらなる音響泳動操作を実行するのに適しており、前記基板パラメータが、さらなるマイクロ流体流路（１８´）のために、さらなるマイクロ流体流路寸法および前記基板内でのさらなるマイクロ流体流路位置を追加的に含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記音響泳動操作と前記さらなる音響泳動操作とが異なるものであり、工程ｂにおいて、前記標的粒子にかかる前記音響力が前記さらなる音響泳動操作を実行するのに適している前記基板のさらなる領域を、前記さらなるマイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、マイクロ流体流路寸法ＤＣ２のさらなるセットおよび前記基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ２を決定する工程がさらに含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置を含むマイクロ流体システムであって、
壁などの凸部、または溝などの凹部の第１セットが形成された基板表面を有するポリマー主基板（１２２）と、
凹凸部の第１セットとともに、少なくとも１つのマイクロ流体流路（１０４）を画定するように、前記基板表面上に配置されたポリマー蓋基板（１２４）とを含み、
ここで前記マイクロ流体流路の一部（１１８）が、前記主基板の音響泳動領域（１２０）を通って延在し、その領域で音響泳動操作が実行され、前記音響泳動領域が前記音響泳動チップを画定しており、
ここで凹凸部の第２セット（１２６Ａ、１２６Ｂ）が、前記音響泳動領域を前記ポリマー主基板の残りの部分から少なくとも部分的に分離するように、前記音響泳動領域内または前記音響泳動領域に隣接して前記ポリマー主基板に設けられており、
前記少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）が、前記基板表面とは反対を向く前記ポリマー蓋基板の側で、前記ポリマー蓋基板と音響接触しており、前記少なくとも２つの超音波変換器が、前記音響泳動領域の少なくとも一部を覆うように前記ポリマー蓋基板に配置されており、
前記駆動回路（３８）が、前記少なくとも２つの超音波変換器に接続されており、好ましくはずれた位相でまたは逆位相で、前記少なくとも２つの超音波変換器を、前記マイクロ流体流路と前記音響泳動領域に面する前記ポリマー蓋基板の一部とを含む前記ポリマー主基板の前記音響泳動領域の共鳴ピークに相当する周波数ｆで作動させるように構成されている、マイクロ流体システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、超音波を使用して、液体および懸濁液中の波を、前記液体および懸濁液中の異なる種類の粒子と相互作用するように作動させ、とりわけ粒子の分離および選別を行う音響泳動の分野に関する。本発明は、特に、一般的に使用されるガラスまたはシリコンチップの代わりにポリマーチップにおいてそのような音響泳動操作を実行するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響泳動は、とりわけ、懸濁液中の異なる種類の細胞を分離するために、例えば血球を血漿から分離するためなど、または血液から循環腫瘍細胞を分離および収集するために使用されてきた。一般に、マイクロ流体流路が基板内に形成され、懸濁液は層流条件下で流路を通ってポンプで送られるか、あるいは流路内で静止している。超音波変換器、特に圧電素子を基板に取り付け、作動させて約１〜１０Ｍｈｚの範囲の超音波振動を生成する。流路の寸法、特に高さまたは幅が超音波振動の周波数と適切に一致するときは、定在波が流路に現れることがある。この定在波は、懸濁液中の懸濁液体の特性との相対的な各粒子の特性によって決定される個々の粒子の音響コントラストに応じて懸濁液中の粒子に力を及ぼし、したがって粒子は、音響コントラストに応じて、定在波の圧力節（単数もしくは複数）に向かって、またはそれから離れるように強制的に移動させられる。
【０００３】
用途としては、前述のように、粒子の分離、選別、捕捉、その他の操作が挙げられる。
【０００４】
一般に、マイクロ流体流路が形成された基板は、シリコンやガラス、または場合によっては金属であり、これらの材料は適切な特性を有することがわかっている。ポリマー材料から作られたチップ基板を使用する試みがなされており、そのようなチップは製造が容易で低コストである（そのようなチップは、例えば、シリコンやガラスチップで一般的に使用されるエッチング加工とは対照的である射出成形によって製造される）。
【０００５】
そのような試みの一つは、Ｎ．  Ｒ．  Ｈａｒｒｉｓら：”Ａ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ＰＭＭＡ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｓｅｐａｒａｔｏｒ”に開示されており、その中では、ポリメチル（メタクリレート）ＰＭＭＡから作られた基板を有する超音波分離器を使用して乳から脂質を抽出しており、流路は超音波の波長に相当する幅を有している。
【０００６】
別の試みは、Ａ  Ｍｕｅｌｌｅｒら：”Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ”に記載されており、その中では、ポリスチレン基板中に作られたマイクロ流路を使用して、血液試料で音響分離を行っている。流路は、１／２波長に相当する幅を有していた。
【０００７】
しかし、これらの試みは、スループットや分離効率などの音響泳動効率が低いため、限られた成功しか収めていない。
【０００８】
また、表面弾性波（ＳＡＷ）を使用して、ポリマー壁によって少なくとも部分的に画定された流路に音響泳動を誘導することができるが、これらのシステムも分離効率および／またはスループットが非常に限られている。一例として、Ｊｅｏｎｇｈｕｎ  Ｎａｎらは、”Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｌａｔｅｌｅｔｓ  ｆｒｏｍ  ｗｈｏｌｅ  ｂｌｏｏｄ  ｕｓｉｎｇ  ｓｔａｎｄｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅｓ  ｉｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ”の中で、０．２５μＬの血液を毎分処理し、対してＬｅｎｓｈｏｆらは、”Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗｈｏｌｅ  Ｂｌｏｏｄ  Ｐｌａｓｍａｐｈｅｒｅｓｉｓ  Ｃｈｉｐ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｓｔａｔｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ａｎｔｉｇｅｎ  Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ  Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ”の中で述べているようなシリコンやガラスのシステムでは、３００倍超多い流量を処理したと述べている。
【０００９】
（発明の目的）
本発明は、従来知られているポリマーチップおよびそれらの使用方法の前述のデメリットならびに欠陥、特に低い音響泳動効率を回避することを目的とする。
【００１０】
したがって、本発明の主な目的は、ポリマー基板を有する音響泳動チップまたは装置において音響泳動操作を実行する方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、実質的に有用なスループットおよび分離効率を有するそのような方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、ポリマー基板を有する音響泳動装置を製造する方法とそのようなポリマー基板を有する音響泳動装置とを提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
上記の目的の少なくとも１つ、または以下の説明から明らかになるさらなる目的の少なくとも１つは、本発明の第１態様によれば、音響泳動操作を実行する方法によって達成され、この方法は、
ａ．マイクロ流体流路が配置されたポリマー基板を備える音響泳動チップを設ける工程と、
ｂ．基板と音響接触する少なくとも１つの超音波変換器を設ける工程と、
ｃ．少なくとも、好ましくは懸濁液で満たされたマイクロ流体流路を含む、基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させる工程と、
ｄ．流路に懸濁液を供給し、懸濁液に対して音響泳動操作を実行する工程を含む。
【００１４】
上記の目的の少なくとも１つ、または以下の説明から明らかになる少なくとも１つのさらなる目的は、さらに、本発明の第２態様によれば、音響泳動操作を実行するための装置によって達成され、この装置は、
ポリマー基板および基板内に配置されたマイクロ流体流路を備える音響泳動チップと、
基板と音響接触する少なくとも１つの超音波変換器と、
少なくとも１つの超音波変換器に接続され、少なくとも、好ましくは懸濁液で満たされたマイクロ流体流路を含む、基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させるように構成されている駆動回路を備える。
【００１５】
したがって、本発明は、流路内の媒体と比較して音響インピーダンスの差が小さいチップ、例えばポリマー基板から作られたチップなどにおいて効率的な音響泳動操作を可能にするためには、少なくとも基板全体、および好ましくはマイクロ流体流路も含む基板の少なくとも１つの音響共鳴ピークを見つけ出し、この周波数で基板を作動させなければならないという本発明者らの発見に基づくものである。したがって、マイクロ流体流路寸法に適合した周波数で基板を作動させるだけでは十分ではなく（流路の幅および／または高さは、ガラスやシリコン基板で一般的になされるように、１つまたは複数の半波長および相当する周波数に相当する必要がある）、代わりに、ポリマー基板などの低音響インピーダンス基板では、共鳴、およびそれによって音響泳動操作を実行するのに有用な音響力が発生するかどうかは、基板全体の共鳴条件が重要な決定要因となる。
【００１６】
したがって、共鳴が得られるように音の反射を引き起こすのは、基板の異なる音響インピーダンスと基板の外面の周囲空気によって形成される界面である。
【００１７】
言い換えれば、ポリマー基板を使用する以前の試みは、シリコン基板やガラス基板の設計および作動原理に基づいており、流路寸法に適合した周波数で超音波を使用して基板を作動させることも含まれていた。しかし、本発明者らが発見し確立したように、流路寸法は実際にはそれほど重要ではなく、代わりに、ポリマー基板では、基板全体の共鳴を考慮しなければならない。この共鳴は、１次または２次定在波であり得るが、好ましくはマイクロ流路を含む基板全体の３次体積共鳴であり、これは、１次もしくは２次共鳴またはそのような共鳴の重ね合わせとして表すことができる場合とできない場合がある。
【００１８】
したがって、実施例１のシミュレーションは、大域的な３次共鳴の予想外に強い重要性を証明している。従来のガラス／シリコンチップが流路内で縦方向の圧力共鳴を採用するのに対し、ポリマーチップは基板全体で縦方向またはせん断波共鳴を採用する。
【００１９】
本発明はさらに、ポリマー基板の作動様式も、流路で得られる音響泳動効果にとって非常に重要であることを本発明者らが発見したことに基づいている。単一の超音波変換器を使用してシリコンまたはガラス基板を作動させると、使用する共鳴周波数に応じて、典型的な場合には定在波と粒子を集結させる力とが生じることになり、粒子は、粒子が懸濁していた流体に対して正の音響コントラストを有し（すなわち、粒子の密度および圧縮率に応じて）、流路の中心に向かう。寸法的に同一のポリマー基板の同じ作動は、むしろ、典型的には全く効果をもたらさないであろう。ここで、実施例１は、流路の中心に向かけて粒子を同様に集中させるために、少なくとも２つの超音波変換器を非対称に作動させる、例えば、１つの超音波変換器ともう一方の超音波変換器から放出される超音波との間に１８０°の位相シフトがある逆位相で作動させる必要があることを証明している。
【００２０】
したがって、音響泳動操作のためにポリマー基板を効率的に使用することが初めて可能になった。
【００２１】
前述のように、これにより、従来のシリコンおよびガラス基板よりも製造が容易で低コストであるとともに、ポリマーカートリッジ内で実行される他の操作との統合が容易なポリマー基板の使用が可能になる。
【００２２】
音響泳動操作は一般に、液体または任意の粒子をその中に含む懸濁液に影響を与えることを伴い、集中、すなわち粒子をマイクロ流体流路の別々の領域に移動させること、捕捉、すなわち粒子をマイクロ流体流路に保持すること、分離、すなわち、異なる粒子（マイクロ流体流路内の液体と比較してサイズおよび／または音響コントラストが異なる粒子）を異なる方向および／または異なる速度で移動させることのうちの１つまたは複数が挙げられる。
【００２３】
本発明の文脈において、音響泳動チップは、音響泳動装置、音響泳動チップ、音響泳動装置を包含するものと理解されたい。
【００２４】
ポリマー基板を、多くの異なるポリマー材料、特にプラスチック、例えば環状オレフィンコポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）などから作ることができ、これらのうちＣＯＣ、ＣＯＰ、ＰＳおよびＰＰが、本発明の実施形態では最も好ましい。材料は、基板での音響共鳴を可能にするために十分に低い音響減衰係数を有している必要がある。
【００２５】
基板は、超音波範囲内の周波数で、好ましくは０．２〜２０ＭＨｚの範囲内で、より好ましくは０．８〜８ＭＨｚの範囲内で、最も好ましくは１〜５ＭＨｚの範囲内で、基板の共鳴に相当する共鳴ピークが存在することを条件に、異なる形状、長さ、高さおよび幅を有していてもよい。
【００２６】
典型的には、基板は、底面、対向する上部表面、対向する２つの側面、および対向する２つの端面を有する。基板の長さ、高さ、幅は、典型的には、１０〜１００ｍｍ（長さ）０．５〜３ｍｍ（高さ）、１〜１０ｍｍ（幅）の範囲である。
【００２７】
マイクロ流体流路は、基板の少なくとも一部に沿って延在してもよく、その両端に入口と出口を備えていてもよい。マイクロ流体流路は、床、天井、および２つの対向する側壁を備えていてもよい。典型的には、マイクロ流体流路は、長方形または実質的に長方形の断面を有する。マイクロ流体流路は、マイクロ流体流路を通過する粒子のサイズに応じて、典型的には幅０．１〜１ｍｍであり、高さ０．０５〜０．３ｍｍである。マイクロ流体流路内の液体または懸濁液が流れている必要はないことを理解されたい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、マイクロ流体流路の幅は最大２ｍｍであり得、マイクロ流体流路の高さは最大１ｍｍであり得る。
【００２９】
基板の共鳴が、粒子が懸濁している液体とは異なる音響コントラストを有する粒子に音響力を生じさせるように、マイクロ流体流路はポリマー基板内に配置される。典型的には、基板は２つの部分から形成されており、一方の部分に窪みや溝として流路を簡単に実装することができ、その後、他方の部分を蓋として配置し、窪みや溝を封止して流路を形成する。流路はさらに、その長さに沿って異なる位置で異なる寸法を有し得る。
【００３０】
超音波変換器は、好ましくは圧電結晶であり、この結晶に電気エネルギーを供給するために電極が取り付けられている。超音波変換器は、基板上のさまざまな位置に配置することができる。基板が、溝または類似物として流路が形成されたベース基板を備え、蓋基板がベース基板に取り付けられ、流路を覆い、ベース基板とともに流路を画定する場合、超音波変換器がマイクロ流体流路に近い位置にあるように、超音波変換器を蓋基板に取り付けるのが好ましい場合がある。
【００３１】
本発明による方法、装置、およびシステムの好ましい実施形態では、効率を最大化するために、超音波変換器の固有の共鳴周波数は、周波数ｆと同じであることが好ましい。
【００３２】
少なくとも１つの超音波変換器は、直接物理的に接触することにより、または例えば音響伝導材料を介して間接的に物理的に接触することにより、基板と音響接触していてもよい。少なくとも１つの超音波変換器を作動させることは、超音波変換器を作動の周波数でまたはその近傍で強制的に振動させるために、超音波変換器に正弦波信号または方形波信号などの信号を供給することを包含し得る。周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させることは、周波数ｆの超音波エネルギーを基板に供給することを包含するものとしてさらに理解されたい。
【００３３】
周波数ｆは、典型的には０．２〜２０ＭＨｚの範囲である。
【００３４】
典型的には、基板で共鳴を引き起こす周波数は、マイクロ流体流路で共鳴を引き起こすことになる周波数とは異なる。したがって、本発明の態様による方法、音響泳動装置、およびマイクロ流体システムのいくつかの実施形態では、周波数ｆは、マイクロ流体流路の共鳴ピークに相当しない。別の言い方をすれば、これらの実施形態では、周波数ｆは、流路単独の共鳴周波数に相当しない。
【００３５】
本発明の態様による方法、音響泳動装置、およびマイクロ流体システムのいくつかの実施形態では、音響共鳴ピークは、好ましくはマイクロ流路を含む、基板の３次体積共鳴に相当する。好ましくは、３次体積共鳴は、基板における１次または２次共鳴として表すことができるものではない。
【００３６】
本発明の文脈において、相当するとは、好ましくは周波数の正確な一致に関するが、これに限定されるものではないことが理解されるべきであり、周波数ｆが共鳴ピークから３０％以下、好ましくは２０％以下、最も好ましくは１０％以下の差がある場合でも、基板の満足のいく作動が可能になると考えられる。
【００３７】
音響共鳴ピークは、基板の音響エネルギーが最大に達する周波数である。特定の基板についていくつかの音響共鳴ピークが存在する場合がある。
【００３８】
共鳴ピークは、少なくとも基板全体の共鳴ピークに相当する必要がある。好ましくは、共鳴ピークは、流路内に液体を含むマイクロ流体流路を含む基板の共鳴に相当すべきである。共鳴ピークは、基板、マイクロ流体流路内の液体、および少なくとも１つの超音波変換器の共鳴にさらに相当する可能性があることがさらに考えられる。
【００３９】
この共鳴は、１次または２次定在波であり得るが、好ましくはマイクロ流路を含む基板全体の３次体積共鳴であり、これは、１次もしくは２次共鳴またはそのような共鳴の重ね合わせとして表すことができる場合とできない場合がある。
【００４０】
懸濁液は、ポンピング、吸引などによってマイクロ流体流路に供給されてもよい。懸濁液は、マイクロ流体流路を流れていても、流路に注入されて止まっていてもよい。
【００４１】
懸濁液は、希釈されていないまたは希釈された全血、細胞内液、間質液、滑液、腹水、尿、酵母細胞培養物、骨髄、間質、正常または癌組織から分離された細胞、乳などの分散液であり得る。懸濁液は、赤血球、白血球、血小板、癌細胞、細菌細胞、ウイルス、酵母細胞、ダスト粒子、シリカ粒子およびポリマー粒子などの粒子を含んでもよい。
【００４２】
駆動回路は、超音波変換器に電気的に接続された関数発生器を備えてもよい。
【００４３】
本発明の態様による方法、装置、およびシステムの好ましい実施形態では、音響共鳴ピークは、マイクロ流体流路を含む基板全体の３次体積共鳴など、基板の３次共鳴に相当する。
【００４４】
本発明の第１態様による方法の好ましい実施形態では、工程ｂにおいて、基板と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器を設け、工程ｃにおいて、少なくとも２つの超音波変換器を、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させる。
【００４５】
本発明の第２態様による装置の好ましい実施形態では、音響泳動装置は、基板と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器を備え、駆動回路は、少なくとも２つの超音波変換器を、互いに対してずれた位相で、音響共鳴周波数ｆで作動させるようにさらに構成されている。
【００４６】
２つの超音波変換器は別個のものであってもよいが、方法および装置の好ましい実施形態では、それらは単一の共通圧電結晶を共有する。そのような超音波変換器は、圧電結晶の両側に電極材料を提供し、２つの別個の電極を画定するように片側を切り込むことにより製造され得る。好ましくは、切り込みは、異なる部分、すなわち２つの電極／超音波変換器が互いにあまり影響を与えずに作動することを可能にするように、０．０５〜０．４ｍｍの間隔などの圧電結晶への切り込みも伴う。
【００４７】
位相のずれとは、２つの超音波変換器への２つの信号間の任意の位相シフトとして理解されるべきである。しかしながら、好ましくは、位相シフトは、１６０°〜２００°、好ましくは１７０°〜１９０°など、好ましくは１７５°〜１８５°など、最も好ましくは１８０°（逆位相）である。
【００４８】
２つの超音波変換器は、好ましくは、基板の１つの表面と音響接触している。２つの超音波変換器は、好ましくは、基板の１つの表面と音響接触して並んで配置される。言い換えれば、２つの超音波変換器は、非対向であると見なすことができる。
【００４９】
基板の１つの表面は、基板の任意の表面であり得るが、典型的には、底面または上部表面であり、好ましくは底面である。
【００５０】
本発明の態様による方法、装置、およびシステムの好ましい実施形態では、音響泳動操作は、マイクロ流体流路内の懸濁液に懸濁した粒子を、マイクロ流体流路の１つまたは複数の別々の領域に向けて集中させる工程を含む。
【００５１】
集中させることは、移動させることを包含するものとして理解されるべきである。
【００５２】
本発明の態様による方法、装置、およびシステムの好ましい実施形態では、基板は、さらなるマイクロ流体流路を追加的に備え、好ましくはマイクロ流体流路およびさらなるマイクロ流体流路を含む基板での共鳴により、さらなるマイクロ流体流路内の標的粒子に音響力が発生するようにさらなるマイクロ流体流路が配置されており、その音響力は、マイクロ流体流路内の標的粒子に発生する音響力と同じものであるか、または異なるものである。
【００５３】
この実施形態は、本発明が基板全体の共鳴を考慮するという事実を利用する。特に、音響力は、基板内での流路の位置に依存する場合があり、したがって、基板の異なる部分で異なる音響力を得ることを可能にする。
【００５４】
標的粒子は、移動するか、異なる方法で音響泳動操作の影響を受ける粒子（単数または複数）である。
【００５５】
さらなるマイクロ流体流路は、マイクロ流体流路について上記で説明したものと同じ寸法および構成を有していてもよい。
【００５６】
本発明は、ポリマー基板を使用して音響泳動装置を設計および製造するための新しい原理に関わる。
【００５７】
したがって、上記の目的の少なくとも１つ、または以下の説明から明らかになる少なくとも１つのさらなる目的は、本発明の第３態様によれば、音響泳動操作を実行するための音響泳動チップを製造する方法によって達成され、音響泳動チップは、マイクロ流体流路が設けられたポリマー基板を備え、この方法は
ａ．計算またはシミュレーションにより、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、基板の音響共鳴を決定する工程であって、基板パラメータにはポリマー基板材料、基板寸法、マイクロ流体流路寸法、基板内でのマイクロ流体流路位置、マイクロ流体流路内の液体の特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置、および作動周波数ｆが含まれる工程と、
ｂ．基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせの中から、ポリマー基板材料（または材料の組み合わせ）Ｍ、基板寸法ＤＳのセット、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセット、基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ、マイクロ流体流路内の液体Ｌの特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置ＰＵ、および作動周波数ｆを選択し、これによりマイクロ流体流路を含む基板内に音響共鳴を生じさせる工程と、
ｃ．基板寸法ＤＳを有し、マイクロ流体流路寸法ＤＣおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを有するマイクロ流体流路が設けられた、基板材料（または材料の組み合わせ）Ｍから作られる音響泳動チップを製造する工程を含む。
【００５８】
本発明の第１態様による方法について上述したように、シリコンまたはガラス基板に使用される一般的な設計原理は、ポリマー基板には当てはまらない。したがって、本発明の第２態様による方法は、特にポリマー基板の寸法および基板内でのマイクロ流体流路位置を考慮する。
【００５９】
本発明の文脈において、製造することは、設計および／または構築することを包含すると理解されるべきである。本発明の第３態様による方法は、工程ａおよびｂを代替として含むことができ、それにより、選択されたパラメータ、すなわち、ポリマー基板材料（または材料の組み合わせ）Ｍ、基板寸法ＤＳのセット、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセット、基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ、マイクロ流体流路内の液体Ｌの特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置ＰＵ、および作動周波数ｆは、音響泳動チップを設計するための設計パラメータを定義する。
【００６０】
計算またはシミュレーションは、好ましくは、基板の少なくとも２次のモデル、好ましくは３次のモデルで音響共鳴をシミュレートすることを含む。パラメータ値は、可能な値の範囲にわたって全て変化させることができるが、典型的には、例えば基板材料や基板の寸法など、いくつかの値が設定されている。したがって、典型的には、共鳴を引き起こす周波数を見つけるために変化させるのは周波数である。
【００６１】
本発明の第３態様による方法は、独自のマイクロ流体流路寸法のセット、基板内でのマイクロ流体流路位置、およびマイクロ流体流路内の液体の特性をそれぞれが有するいくつかの流路を含む基板パラメータに対して実行されてもよい。
【００６２】
したがって、この方法を使用して、複数の音響泳動操作を実行するための複数の流路を有する音響泳動チップを製造または設計することができる。
【００６３】
工程ａにおいて、基板の音響共鳴を決定するときに複数の複数の作動周波数が含まれてもよい。したがって、工程ｂでは、各周波数によって生成される音場の重ね合わせを生成するために、複数の作動周波数ｆを選択してもよい。
【００６４】
これは、例えば、基板の音響共鳴を決定することにより、いくつかの有用な共鳴周波数があることが明らかになった場合、またはそれらの重ね合わせが望まれる場合に有用である。
【００６５】
工程ａで２つの超音波変換器の複数の位置が、基板の音響共鳴を決定する際に含まれる場合、２つの超音波変換器間の複数の位相差が、基板の音響共鳴を決定する際に含まれ、工程ｂで２つの超音波変換器間の位相差を選択することができる。
【００６６】
本発明の第３態様による方法の好ましい実施形態では、本方法は、少なくとも１つの超音波変換器を、少なくとも１つの超音波変換器の位置ＰＵで基板に取り付ける工程をさらに含む。
【００６７】
本発明の第３態様による方法の好ましい実施形態では、工程ａでシミュレーションが使用され、シミュレーションは、境界として、ポリマー／基板の外表面の空気界面と、ポリマー／マイクロ流体流路の壁の液体界面とを使用する。
【００６８】
本発明の第３態様による方法の好ましい実施形態では、工程ａにおいて、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、基板全体にわたって標的粒子にかかる音響力を決定する工程がさらに含まれ、工程ｂにおいて、標的粒子にかかる音響力が音響泳動操作を実行するのに適している基板の領域を、マイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセットおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを決定する工程がさらに含まれる。
【００６９】
あるいは、標的粒子にかかる音響力は、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、マイクロ流体流路全体にわたって決定される。
【００７０】
工程ａおよびｂは、基板体積に対して流路体積が十分に小さく、基板共鳴に対する影響が小さい場合、基板共鳴を見つけるために、流路（単数または複数）を考慮せずに実行することができる。ただし、流路内容を基板材料に近似させるのに十分なほど基板と流路についての音響特性が類似している場合を除き、音場計算の場合、音場とその結果生じる粒子力を流路で計算する場合、流路（単数または複数）を含めることが好ましい。
【００７１】
本発明の第３態様による方法の好ましい実施形態では、工程の音響泳動チップはさらなる音響泳動操作を実行するのに適しており、基板パラメータは、さらなるマイクロ流体流路のために、さらなるマイクロ流体流路寸法および基板内でのさらなるマイクロ流体流路位置を追加的に含む。
【００７２】
本発明の第３態様による方法の好ましい実施形態では、音響泳動操作とさらなる音響泳動操作とが異なるものであり、工程ｂにおいて、標的粒子にかかる音響力がさらなる音響泳動操作を実行するのに適している基板のさらなる領域を、さらなるマイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、マイクロ流体流路寸法ＤＣ２のさらなるセットおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ２を決定する工程がさらに含まれる。
【００７３】
ポリマー基板を有する音響泳動装置を有することにより、音響泳動装置を含めることおよびマイクロ流体システムでの動作がさらに可能になる。
【００７４】
したがって、上記の目的の少なくとも１つ、または以下の説明から明らかになる少なくとも１つのさらなる目的は、本発明の第４態様によれば、マイクロ流体システムによって達成され、マイクロ流体システムは、
壁などの凸部、または溝などの凹部の第１セットが形成された基板表面を有するポリマー主基板と、
凹凸部の第１セットとともに、少なくとも１つのマイクロ流体流路を画定するように、基板表面上に配置されたポリマー蓋基板とを含み、
ここでマイクロ流体流路の一部が、主基板の音響泳動領域を通って延在し、その領域で音響泳動操作が実行され、
ここで凹凸部の第２セットが、音響泳動領域をポリマー主基板の残りの部分から少なくとも部分的に分離するように、音響泳動領域内または音響泳動領域に隣接してポリマー主基板に設けられており、
少なくとも２つの超音波変換器が、基板表面とは反対を向くポリマー蓋基板の側で、ポリマー蓋基板と音響接触しており、少なくとも２つの超音波変換器が、音響泳動領域の少なくとも一部を覆うようにポリマー蓋基板に配置されており、
駆動回路が、少なくとも２つの超音波変換器に接続されており、好ましくはずれた位相でまたは逆位相で、少なくとも２つの超音波変換器を、好ましくはマイクロ流体流路および／または音響泳動領域に面するポリマー蓋基板の一部を含むポリマー主基板の音響泳動領域の共鳴ピークに相当する周波数ｆで作動させるように構成されている。
【００７５】
ポリマー主基板は、好ましくは、上記のポリマー基板の任意の１つまたは複数の材料でできている。ポリマー主基板は、典型的には、長方形形状を有する平面状である。
【００７６】
ポリマー蓋は、好ましくは、基板材料と同じであっても同じでなくてもよい、上述のポリマー基板の任意の１つまたは複数の材料でできている。ポリマー蓋は、好ましくは、ポリマー主基板の形状に合う形状であるが、より薄いことが好ましい。
【００７７】
凹凸部の第２セットは、凹部の場合、音響泳動領域を主基板の残りの部分から可能な限り最大限に分離するように、ポリマー主基板を貫通するほどの深さであってもよい。音響泳動領域は、本発明の第２態様による音響泳動チップまたは装置を包含してもよい。
【００７８】
本発明のさらなる利点および特徴は、他の従属請求項および以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
本発明の上記および他の特徴ならびに利点のより完全な理解は、添付の図面とともに好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図１】図１は、ＰＭＭＡチップ基板の共鳴の２Ｄシミュレーションの設定および結果を示す図である。図１Ａは、設定を示す図である。図１Ｂは、異なる幅のチップの共鳴周波数を示す図である。図１Ｃは、異なる幅のチップの共鳴周波数を示す図である。図１Ｄは、異なる幅のチップの共鳴周波数を示す図である。図１Ｅは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｆは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｇは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｈは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｉは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｊは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｋは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｌは、選択された共鳴周波数での基板および流路における放射力を示す図である。図１Ｍは、対称作動の放射力を示す図である。図１Ｎは、対称作動の放射力を示す図である。
【図２】図２は、ＰＭＭＡチップ基板の一部の共鳴の３Ｄシミュレーションの結果を示す図である。図２Ａは、鳴周波数を示す図である。図２Ｂは、２つの主要な共鳴周波数での水で満たされた流路における１０μｍポリスチレンビーズの放射力を示す図である。図２Ｃは、２つの主要な共鳴周波数での水で満たされた流路における１０μｍポリスチレンビーズの放射力を示す図である。
【図３】図３は、２つの異なる寸法のＰＭＭＡチップ基板の共鳴のさらなる３Ｄシミュレーションの結果を示す図である。図３Ａは、共鳴周波数を示す図である。図３Ｂは、流路の一部における水中の１０μｍポリスチレンビーズに対する放射力を示す。図３Ｃは、共鳴周波数を示す図である。図３Ｄは、流路の一部における水中の１０μｍポリスチレンビーズに対する放射力を示す。
【図４Ａ】図４は、シミュレーションによって予測された共鳴周波数の実験的検証中の流路の顕微鏡画像を示す図である。図４Ａは、チップ１Ａについての結果を示す図である（流路）。
【図４Ｂ】チップ１Ａについての結果を示す図である（超音波なしで５０μＬ／分で流路を流れるビーズ）。
【図４Ｃ】チップ１Ａについての結果を示す図である（同じ流量で１．３ＭＨｚの周波数で集中させたビーズ）。
【図４Ｄ】チップ１Ｂについての結果を示す図である（流路）。
【図４Ｅ】チップ１Ｂについての結果を示す図である（超音波なしで５０μＬ／分で流路
【図４Ｆ】チップ１Ｂについての結果を示す図である（１００μＬ／分で流れる１．５５ＭＨｚの周波数で集中させたビーズ）。
【図４Ｇ】チップ１Ｂについての結果を示す図である（２００μＬ／分で流れる同じ周波数で集中させたビーズ）。
【図５Ａ】図５は、ポリマー基板を有する音響泳動チップの構造を概略的に示す図である。図５Ａは、分割した圧電セラミック素子を含む一般構造を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の第３態様による音響泳動装置を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の第４態様によるマイクロ流体システムの上部表面図を示す図である。
【図５Ｄ】本発明の第４態様によるマイクロ流体システムの断面図を示す図である。
【図６】本発明の第１および第３態様による方法の実施形態のフローシートを示す図である。
【実施例】
【００８０】
（実施例１Ａ：ＰＭＭＡチップの初期２Ｄシミュレーション）
（材料および方法）
２Ｄシミュレーション実験では、図１Ａに示す幾何学的配置を使用してＰＭＭＡチップをモデル化した。
【００８１】
パラメータ値は次のとおりである。
【００８２】
【表１】
2020532418.tif 000003
【００８３】
シミュレーションを０〜２ＭＨｚの周波数ｆの範囲で実行し、音響エネルギー（Ｅａｃ）を、図１Ｂ（ＷＢ＝１．５ｍｍの場合）、図１Ｃ（ＷＢ＝３．０ｍｍの場合）、および図１Ｄ（ＷＢ＝５．０ｍｍの場合）に示すように決定した。
【００８４】
シミュレーションは、数値ＦＥＭソフトウェアＣＯＭＳＯＬを使用した有限要素法（ＦＥＭ）に基づいていた。ＦＥＭとは、有限サイズの複数の三角形メッシュセルに、すなわち複数の有限要素に離散化することで、問題の局所近似解を各有限要素ごとに求めることができ、大域解をつなぎ合わせることができる方法である。
【００８５】
シミュレーションでは、シミュレートされたチップ／基板のさまざまな幅での固有振動数の固有モード解析を利用し、基板の単に１次の共鳴を超えて追加の共鳴モードを導入した。周波数応答解析により基板の共鳴周波数を確立し、流体（水で満たされた流路）およびバルク材料（ＰＭＭＡ）の散逸損失を考慮してモデル化することで、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向を決定することができた。これから、流路内の潜在的な粒子にかかる音響放射力は、次の式を使用して決定することができた。
【数１】
2020532418.tif 000004
【００８６】
（結果）
図１Ｂ−１Ｄに見られるように、３つのチップ幅（ＷＢ）の全てで、音響エネルギー（Ｅａｃ）がピークとなるいくつかの作動周波数が発生しており、チップ全体における共鳴を表している。
【００８７】
図１Ｂ（ＷＢ＝１．５ｍｍ）では、以下の共鳴周波数が確認された：
【表２】
2020532418.tif 000005
【００８８】
上記の表からわかるように、試験粒子に強い力を生じさせる２つの周波数、０．９９３ＭＨｚおよび１．２０６ＭＨｚがある。典型的には２ＭＨｚの周波数を使用して０．３７５ｍｍの幅（１／２波長に相当する流路幅）を持つ流路を作動させるため、これらの周波数は、音響泳動チップを作動させるための先行技術の原理で得られる周波数とはかけ離れている。しかし、図１Ｂでは、ｆ＝２．０ＭＨｚに音響エネルギーのピークはなく、代わりにここにウォリーがいる。同様の結果が図１Ｄで見られる。図１Ｂでは、２．０ＭＨｚにピークはない。２．０２５ＭＨｚのピークは１．８６０ＭＨｚのピークよりも小さい。
【００８９】
このように、マイクロ流体流路の寸法に基づいて作動周波数を選択する従来の方法は、ＰＭＭＡチップの最適でない作動をもたらす。
【００９０】
図１Ｅ−Ｆは、ｆ＝０．９９３ＭＨｚの場合の、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向と、流路内の水中の１０μｍ直径ポリスチレンビーズにかかる放射力の大きさおよび方向とをそれぞれ示している。
【００９１】
図１Ｇ−Ｈは、ｆ＝１．２０６の場合の、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向と、流路内の水中の１０μｍ直径ポリスチレンビーズにかかる放射力の大きさおよび方向とをそれぞれ示している。
【００９２】
これらの図に示すように、０．９９３ＭＨｚおよび１．２０６ＭＨｚの両方でのシミュレーション結果では、粒子を流路の中心の単一帯域に、強力にほぼ１次元で集中させている。
【００９３】
図１Ｃ（ＷＢ＝３．０ｍｍ）では、以下の共鳴周波数が確認された：
【表３】
2020532418.tif 000006
【００９４】
図１Ｉは、ｆ＝１．２５７ＭＨｚの場合の、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向（左／背景）と、流路内の水中の１０μｍ直径ポリスチレンビーズにかかる放射力の大きさおよび方向（右／前景）とをそれぞれ示している。
【００９５】
図１Ｊは、ｆ＝１．５９０ＭＨｚの場合の、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向（左／背景）と、流路内の水中の１０μｍ直径ポリスチレンビーズにかかる放射力の大きさおよび方向（右／前景）とをそれぞれ示している。
【００９６】
これらの図に示すように、幅の広いチップ（ＷＢ＝３．０ｍｍ）も、１．２５７ＭＨｚで流路の中心の１つの帯域に、適度に強く集中させている。１．８６０ＭＨｚでは、粒子は中心帯域と２つの横方向の場所に集中する。
【００９７】
図１Ｄ（ＷＢ＝５．０ｍｍ）では、以下の共鳴周波数が確認された：
【表４】
2020532418.tif 000007
【００９８】
図１Ｋは、ｆ＝１．３５ＭＨｚの場合の、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向（左／背景）と、流路内の水中の１０μｍ直径ポリスチレンビーズにかかる放射力の大きさおよび方向（右／前景）とをそれぞれ示している。
【００９９】
図１Ｌは、ｆ＝１．８１０ＭＨｚの場合の、基板内の変位場および流路内の圧力場の大きさならびに方向（左／背景）と、流路内の水中の１０μｍ直径ポリスチレンビーズにかかる放射力の大きさおよび方向（右／前景）とをそれぞれ示している。
【０１００】
これらの図に示すように、最も幅の広いチップ（ＷＢ＝５．０ｍｍ）も、流路の中心の１つの帯域に粒子を強く集中させる。
【０１０１】
さらなるシミュレーションでは、図１Ａに示すＷＢ＝３ｍｍのＰＭＭＡチップの幾何学的配置を、変換器を蓋に取り付けた状態で反転させた。この変形形態も、いくつかの強い共鳴をもたらした。
【表５】
2020532418.tif 000008
【０１０２】
要約すると、実施例１によれば、ＰＭＭＡおよび他の類似のポリマー材料から作られた基板を有するチップを作動させ、強力で有用な共鳴をもたらすことができるが、作動周波数は、従来のシリコンまたはガラスチップのように、マイクロ流体流路の寸法に基づいてだけでは決定することができず、マイクロ流体流路を含む基板全体の共鳴を考慮する必要があることがわかる。
【０１０３】
さらに、図１Ｅ〜１Ｌでは、流路の側壁での力がゼロではないことに留意する必要がある。
【０１０４】
さらにシミュレーションを行うと、放射力Ｆｒａｄおよび音響エネルギー密度Ｅａｃは、超音波変換器間の隔たりまたは流路の横方向の移動によってわずかにしか影響を受けないことがわかる。
【０１０５】
（実施例１Ｂ：非対称作動と対称作動を比較するシミュレーション）
（材料および方法）
ＷＳ＝３．０ｍｍ、チップの全高＝１．１８ｍｍの場合は実施例 1 と同様である。周波数ｆ＝１．７４５ＭＨｚを選択し、非対称作動および対称作動のシミュレーションを実行した。
【０１０６】
（結果）
図１Ｍは、１．３８０ＭＨｚでの対称作動についてのＦｒａｄを示している。力ベクトルは、流路の側壁に向かっている。
【０１０７】
図１Ｎは、１．７４５ＭＨｚでの対称作動についてのＦｒａｄを示している。力ベクトルは、流路の天井および流路の側壁にも向けられている。
【０１０８】
（実施例２：ＰＭＭＡチップの一部の３Ｄシミュレーション）
（材料および方法）
ＰＭＭＡチップ１Ｂ（寸法については実施例４を参照）を、実施例２のパラメータを使用してシミュレーションした。シミュレーションは、１／４対称を使用して行った。
０＜ｘ＜Ｌｓ／２            Ｌｓ＝４０ｍｍ
０＜ｙ＜Ｗｓ／２            Ｗｓ＝３ｍｍ
０＜ｚ＜Ｈｓ                Ｈｓ＝１．１８ｍｍ
【０１０９】
（０．１ｎｍ）＊ｔａｎｈ（５０＊ｙ／Ｗｓ）として定義される非対称作動を、ｚ＝０のｘｙ平面に適用した。
【０１１０】
ｙ＝０のｘｙ平面には、作動による反対称境界条件があり、ｘ＝０のｙｚ平面には、ｘ軸に沿ってチップの中心面から離れた対称性による対称境界条件がある。
【０１１１】
（結果）
音響エネルギーＥａｃを使用して測定した２つの最大共鳴は、実験値に正確に一致する１．２９ＭＨｚ（実施例４を参照）と、実験値１．５５ＭＨｚの約１０５％である１．６３ＭＨｚ（図２Ａを参照）で見つかった。
【０１１２】
１．２９ＭＨｚの場合、最大Ｆｒａｄは４．０ｐＮであった（ここでは、作動の振幅は実施例１で使用した振幅の１／１０であるため、Ｆｒａｄは低くなったことに留意）。図２Ｂは、０＜ｚ＜０．８ｍｍの区間に沿った流路の１／４を示しており、力ベクトルが流路の中心（ｙ＝０）に向かっていることがわかる。これにより、粒子を流路の中心の垂直帯域に定性的に良好に集中させることになる。
【０１１３】
１．６３ＭＨｚの場合、最大Ｆｒａｄは２．７ｐＮであった。図２Ｃは、０＜ｚ＜１．３ｍｍの区間に沿った流路の１／４を示しており、力ベクトルが流路の中心（ｙ＝０）に向かっていることがわかる。これにより、粒子を流路の中心の垂直帯域に定性的に良好に集中させることになる。
【０１１４】
（実施例３−フルチップの３Ｄシミュレーション）
（材料および方法）
チップ１Ｂ（ＷＳ＝３．０ｍｍ）および１Ｆ（ＷＳ＝５．０ｍｍ）は、いずれも全高にわたる高さ（ＨＳ＝１．１８ｍｍ）および長さ（ＬＳ＝５０ｍｍ）を持ち、実施例２のように、１／４垂直横対称面および垂直軸反対称性を使用して、幾何学的配置を１／４（０＜ｘ＜ＬＳ／２＝２５ｍｍおよび０＜ｙ＜ＷＳ／２＝１．５ｍｍまたは２．５ｍｍ）に縮小する。
【０１１５】
（結果）
以下の表では、シミュレーションで予測された共鳴周波数と実験で特定された共鳴周波数を比較している（実施例４を参照）。
チップ１Ｂ
【表６】
2020532418.tif 000009
【０１１６】
図３Ａは、チップ１Ｂの音響エネルギーＥａｃを示し、図３Ｂは、ｆ＝１．４５６ＭＨｚでの流路の中心におけるＦｒａｄを示している。
チップ１Ｆ
【表７】
2020532418.tif 000010
【０１１７】
図３Ｃは、チップ１Ｆの音響エネルギーＥａｃを示し、図３Ｄは、ｆ＝１．４１５ＭＨｚでの流路の中心におけるＦｒａｄを示している。
【０１１８】
実施例４で明示的に説明していない箇所では、上記の表の実験的共鳴周波数を実施例４のように決定した。
【０１１９】
（実施例４：プロトタイプＰＭＭＡチップの評価）
（材料および方法）
ドイツのＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ＣｈｉｐＳｈｏｐに、２０個のＰＭＭＡチップを注文した。
【０１２０】
以下の表に、全てのチップの基本的な共通特性を示す。
【表８】
2020532418.tif 000011
【０１２１】
以下の表に詳細を示すように、多くのパラメータを変化させた。
【表９】
2020532418.tif 000012
＊ここでは、変換器を、蓋基板ではなくベース基板に取り付けた。したがって、これらのチップ内の変換器は、他のチップ内のものよりも流路から遠く離れていた。
【０１２２】
マイクロ流体流路を基板の１つの表面に設け、流路を封止するように基板に蓋を接着させた。平面圧電セラミック結晶には、その底面に取り付けられた共通の接地された単一の底面電極が設けられていた。第１および第２上部電極を、電極材料への沈着によって上部表面に形成した後、電極材料を切断して圧電セラミック結晶の上部表面に約４００μｍ切り込むことにより、電極材料を第１および第２上部電極に分割した。第１上部電極と第２上部電極の間隔は約１００μｍであった。
【０１２３】
評価には、直径８μｍのポリスチレンビーズとＴｗｅｅｎ（洗浄剤）の水溶液を使用した。圧電セラミック結晶を非対称に作動させた、すなわち、第１上部電極と単一の底面電極の間で画定された圧電セラミック結晶の一部を、第２上部電極と単一の底面電極の間で画定された圧電セラミック結晶の一部に対して１８０°位相がずれた状態で作動させた。周波数を、０．６〜２ＭＨｚの１０ｋＨｚステップで手動でスキャンした。関数発生器を、変換器間で１８０°の位相差で、１０Ｖｐｐに設定した。
【０１２４】
（結果）
以下の表は、各チップで見つかったさまざまな共鳴周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４を示している。
【表１０】
2020532418.tif 000013
【０１２５】
図４Ａは、チップ１Ａの顕微鏡明視野画像を示し、流路を示している。
【０１２６】
図４Ｂは、超音波なしで５０μｌ／分の流路内ビーズを示す蛍光画像である。画像からわかるように、流路内ビーズは集中していない。
【０１２７】
図４Ｃは、１．３ＭＨｚの周波数、１０Ｖｐｐの振幅、および５０μｌ／分の流量でチップを非対称に作動させたときに、流路の中心にビーズが集中する様子を示している。
【０１２８】
さらなる共鳴、すなわち音響泳動集中効果が、１．８２および１．９８ＭＨｚでも５０μＬ／分で得られた。
【０１２９】
これらの結果は、最初に、実施例１を参照し、幅ＷＢが３．０ｍｍのチップにおける共鳴周波数のシミュレーションと比較する必要がある（図１Ｃを参照）。ここでのシミュレーションは、１．２２５ＭＨｚ（１．３ＭＨｚ）１．５９０ＭＨｚおよび１．８６０ＭＨｚ（１．８２ＭＨｚ、１．９８ＭＨｚ）での共鳴を予測する。したがって、シミュレーションの定性的結果、すなわち、マイクロ流体流路寸法によって決定されない有効な作動周波数があることが、実験で確認されている。
【０１３０】
第２に、これらの結果は、同じ流量で粒子を集中させることができるように、７０Ｖｐｐなどの非常に高い超音波エネルギーが使用された以前の試みと比較することもできる。
【０１３１】
図４Ｄは、チップ１Ａと同じタイプのチップ１Ｂの顕微鏡明視野画像を示す。
【０１３２】
図４Ｅは、超音波なしで５０μｌ／分の流路内ビーズを示す蛍光画像である。画像からわかるように、流路内ビーズは集中していない。
【０１３３】
図４Ｆは、１．５５ＭＨｚの周波数、１０Ｖｐｐの振幅、および１００μｌ／分の流量でチップを非対称に作動させたときに、流路の中心にビーズが集中する様子を示している。
【０１３４】
図４Ｇは、１．５５ＭＨｚの周波数、１０Ｖｐｐの振幅、および２００μｌ／分の流量でチップを非対称に作動させたときに、流路の中心にビーズが集中する様子を示している。
【０１３５】
さらなる共鳴、すなわち音響泳動集中効果が、１．２９ＭＨｚで１５０μＬ／分で得られた。
【０１３６】
ここでのシミュレーションは、１．２２５ＭＨｚ（１．３ＭＨｚ）１．５９０（１．５５ＭＨｚ）ＭＨｚ、および１．８６０ＭＨｚでの共鳴を予測する。したがって、ここでもシミュレーション結果が少なくとも定量的に確認される。
【０１３７】
図４Ｆおよび４Ｇに示すように、大きい流量では、一部の粒子は流路の中心に集中するのではなく、代わりに壁に沿った位置を占めるため、分離効率が低下する。ただし、これらの結果は、低い超音波エネルギー（１０Ｖｐｐ）および非常に大きい流量（１００〜２００μＬ／分）で得られていることに留意する必要がある。
【０１３８】
チップを対称的に作動させると、下の表に詳述するように、粒子が流路の壁に向かって押し出され、集中とは逆になる。この予期しない特徴は、シリコン／ガラスチップで正の音響コントラストを持つ粒子では不可能であり、流路設計に通常使用される１次流路共鳴モデルでは予測されない。ただし、これは基板全体の共鳴シミュレーションによって予測された（実施例１を参照）。
【表１１】
2020532418.tif 000014
【０１３９】
本発明の第２態様による音響泳動装置の音響泳動チップの一般構造を、図５Ａに概略的に断面で示す。このようにして、音響泳動チップまたは装置１０は、ベース基板１４からなるポリマー基板１２を備え、その下部表面１６（または向きによっては上部表面）に、マイクロ流体流路１８を、射出成形などのベース基板が成形される成形工程の間か、またはフライス加工などの後続の精密機械加工の工程のいずれかで設ける。このようにして、マイクロ流体流路１８は、最初は、ベース基板１４、床、もしくは向きに応じて天井のいずれかの表面上の溝または窪みに似ており、流路１８となるのは、例えば溶媒結合（ここで、溶媒は、結合される２つの物体の表面を部分的に溶解する）によってか、または接着剤を使用して、蓋基板２０をベース基板１４の下部表面１６に結合させることによって実現する。次いで、液体または流体試料をチップ１０に導入および／または通過させるように、流路１８を通って流体を誘導することができる。
【０１４０】
ポリマー基板の作動は、単一の共通圧電結晶２４を共有するように構成された第１および第２超音波変換器２２Ａおよび２２Ｂによってもたらされる。電極材料は、圧電結晶２４の上部表面２６に設置され、その後、電極材料のこの層を通って、また、好ましくは、図示するように、圧電結晶２４の上部表面２６に部分的に切り込みを入れ、電極材料と上部表面２６に切り込みまたは溝２８を形成し、それにより、間隔をあけて配置された第１および第２の電極３０Ａ、３０Ｂの形成がもたらされる。圧電結晶２４の底面３２にも同様に電極材料の層が塗布されるが、この層は第１および第２電極３０Ａ，３０Ｂのための共通の接地電極３４を形成するためのものであるため、切り込みは必要ない。このようにして形成された２つの超音波変換器２２Ａおよび２２Ｂを、次に、例えば接着剤３６の結合層によって蓋基板２０に取り付ける。操作時には、液体または懸濁液２を流路１８内に供給する。音響力は、次に、液体中の粒子、例えば更なるマイクロ流体流路１８´中の粒子４に影響を与え、それにより音響泳動操作を液体中で粒子に行う。
【０１４１】
共鳴時に基板に生じる通常不均一な圧力場は、とりわけ実施例１の図１Ｅのマイクロ流体流路の外側のシミュレーション結果を特に参照して、基板１２内にさらなるマイクロ流体流路（単数または複数）１８´を配置することにより使用することができる。さらなるマイクロ流体流路内の粒子４に生じる力が、マイクロ流体流路１８内の同じ粒子に影響を与えるものと同じであれば、マイクロ流体流路１９および１８´の両方を使用して、同じ音響泳動操作を行うことができる。そうでない場合は、異なる流路で異なる音響泳動操作を行ってもよい。
【０１４２】
ここでは、超音波変換器２２Ａ、２２Ｂが蓋基板２０に取り付けらており、それにより、超音波作動装置とマイクロ流体流路１８との間の距離が短くなっていることにも留意されたい。
【０１４３】
図５Ｂは、図５Ａに示す超音波変換器を備えた基板に加えて駆動回路も含む、本発明の第２態様による音響泳動装置を示す。したがって、駆動回路３８は、圧電結晶２４上の第１および第２電極３０Ａおよび３０Ｂに接続された第１および第２信号リード線４２Ａおよび４２Ｂによって、ベース基板１４および蓋基板２０（図５Ａを参照）を含む基板１２の共鳴周波数で、またはその近傍で信号を送出することができる２つの関数発生器４０Ａおよび４０Ｂを含む。次に、接地電極３４は、接地リード線４６を介して接地４４に接続される。操作中、駆動回路３８は、関数発生器４０Ａおよび４０Ｂを使用して、好ましくは逆位相であり、第１および第２電極３０Ａおよび３０Ｂに導かれる信号を出力し、流路１８内で音響泳動操作を行うために、ポリマー基板１２をポリマー基板１２の共鳴周波数で非対称に作動させる。好ましくは、前述したように、共振周波数は、好ましくはマイクロ流体流路１８を含むポリマー基板１２と、超音波変換器２２Ａ、２２Ｂ（電極３０、３０Ｂ、３４を有する圧電結晶２４を含む）との組み合わせの共鳴周波数である。
【０１４４】
図５Ｃおよび５Ｄは、それぞれ、本発明の第４態様によるマイクロ流体システム１００の上面図および断面図を示す。
【０１４５】
マイクロ流体システム１００は主基板１０２を含み、この主基板はポリマー材料から作られており、少なくとも１つの入口１０６および１つまたは複数の出口１０８、１１０、１１２を有する少なくとも１つのマイクロ流体流路１０４を含み、流路は、主基板１０２の表面に溝や窪みをフライス加工または成形することによって形成される。マイクロ流体システムは、典型的には、流体試料の混合、反応、収集などの様々な機能を実行するためのモジュールを備え、そのようなモジュールは、流体試料を収集するための収集キャビティ１１４によって例示され、流路１０４が曲がりくねっている保持および／または混合区間１１６によっても例示される。
【０１４６】
マイクロ流体システムは、典型的にはポリマー材料で作られているため、音響泳動操作が行われる音響泳動領域またはモジュールを含めることは、シリコンやガラスをこれらの機能で使用する場合、これらの材料がマイクロ流体システム１００の主基板１０２の材料と異なるため困難で複雑になり、したがって別個の製造を必要とし、続いてシリコン／ガラス部品を主基板と組み立てる必要がある。
【０１４７】
しかしながら、本発明はここで、音響泳動操作をポリマー材料において効率的に実行する可能性を提供するため、音響泳動操作は、マイクロ流体システム１００の主基板１０２に統合されたモジュールまたはチップを使用して実行され得る。したがって、図５Ｃおよび５Ｄに示すように、マイクロ流体流路１０４の区間１１８を、ベース基板１０２の領域１２０を通過するように配置することができ、この領域１２０において音響泳動操作が実行されることになる。図５Ｃの線Ａ-Ａ´に沿った断面図である図５Ｄに簡単に目を向けると、主基板１０２は、結合された主ベース基板１２２を備え、これは、図５Ａの装置と同様に、流路１１８の床または天井を画定する働きをする蓋基板１２４と合さしいることが分かる。図５Ａおよび５Ｂと同様に、超音波変換器２２Ａおよび２２Ｂは、領域１２０の反対側の蓋基板１２４に取り付けられている。領域１２０を主基板材料の残りの部分からさらに隔離するために、領域１２０の周囲に切り欠きまたは溝１２６Ａおよび１２６Ｂが設けられており、これらの溝は、主ベース基板１０２に統合され、流路１１８が領域１２０に出入りする主ベース基板１０２の残りの部分にのみ接続するチップ１３０を画定するように、主ベース基板１２２を通って他方の表面１２８まで完全に通過してもよい。
【０１４８】
したがって、使用中、超音波変換器２２Ａおよび２２Ｂが作動する。領域１２０を流れる試料は、流路１１８内の音響力、例えば粒子を流路１１８の中心に向かって集中させる力にさらされる。したがって、流路１１８が第１および第２の側部流路１３２および１３４に分岐するところでは、集結および集中された粒子は、流れの層状の性質により、中心流路１３６および出口１１０に流れ、試料の他の部分は出口１０８および１１２に誘導される。
【０１４９】
図６Ａは、本発明の第１態様による方法を示し、以下の工程を含む：
参照番号１で指定の、マイクロ流体流路が配置されたポリマー基板を備える音響泳動チップを設ける工程と、
参照番号３で指定の、基板の１つの表面と音響接触する少なくとも１つの超音波変換器を設ける工程と、
参照番号５で指定の、懸濁液（２）で満たされたマイクロ流体流路を含む基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させる工程と、
参照番号７で指定の、流路に懸濁液を供給し、懸濁液に対して音響泳動操作を実行する工程。
【０１５０】
図６Ｂは、本発明の第３態様による方法を示し、以下の工程を含む：
参照番号９で指定の、計算またはシミュレーションにより、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、基板の音響共鳴を決定する工程であって、基板パラメータにはポリマー基板材料、基板寸法、マイクロ流体流路寸法、基板内でのマイクロ流体流路位置、マイクロ流体流路内の液体の特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置、および作動周波数ｆが含まれる工程と、
参照番号１１で指定の、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせの中から、ポリマー基板材料Ｍ、基板寸法ＤＳのセット、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセット、基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ、マイクロ流体流路内の液体Ｌの特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置ＰＵ、および作動周波数ｆを選択し、これによりマイクロ流体流路を含む基板内に音響共鳴を生じさせる工程と、
参照番号１３で指定の、基板寸法ＤＳを有し、マイクロ流体流路寸法ＤＣおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを有するマイクロ流体流路が設けられた、基板材料Ｍから作られる音響泳動チップを製造する工程。
【０１５１】
（発明の実現可能な修正形態）
本発明は、上記で説明し、図面に示す実施形態のみに限定されるものではなく、これらの実施形態は主に説明および例示の目的を有する。この特許出願は、本明細書に記載の好ましい実施形態の全ての調整および変形形態を網羅することを意図しており、したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の文言およびその等価物によって定義される。したがって、装置は、添付の特許請求の範囲内であらゆる種類の方法で修正されてもよい。
【０１５２】
例えば、本発明の第１態様による方法の実施形態の構造的態様は、本発明の第２態様によるシステムの実施形態に適用可能であると考えられ、逆に、本発明の第２態様によるシステムの実施形態の方法的態様は、本発明の第１態様による方法の実施形態に適用可能であると考えられることを指摘しなければならない。
【０１５３】
また、上、下、上部、下部などの用語についての／関連する全ての情報は、図に従って装置の向きを保ち、参照文献が適切に読めるように図面の向きを保って解釈／読まれなければならないことを指摘しておく。したがって、そのような用語は、示された実施形態における相互関係を示しているに過ぎず、本発明の装置が別の構造／設計で提供される場合には、その関係は変更される可能性がある。
【０１５４】
また、このように、特定の実施形態の特徴を別の実施形態の特徴と組み合わせてもよいことが明示的に記載されていなくても、組み合わせが可能であれば、その組み合わせは自明であるとみなされることを指摘しなければならない。
【０１５５】
本明細書および以下の特許請求の範囲を通して、文脈上別段の要求がない限り、「含む」という語、および「備える」または「備えている」などの変形は、記載された整数もしくは工程または整数もしくは工程の群を含むことを意味するが、他の整数もしくは工程または整数もしくは工程の群を排除することを意味しないことが理解されるであろう。
【０１５６】
本発明の態様のさらなる実施形態は、以下の項目で説明される：
１．音響泳動操作を実行する方法であって、
ａ．マイクロ流体流路（１８）が配置されたポリマー基板（１２）を備える音響泳動チップ（１０）を設ける工程と、
ｂ．基板と音響接触する少なくとも１つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）を設ける工程と、
ｃ．少なくとも、好ましくは懸濁液（２）で満たされたマイクロ流体流路を含む、基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させる工程と、
ｄ．流路に懸濁液を供給し、懸濁液に対して音響泳動操作を実行する工程を含む、方法。
２．音響共鳴ピークが、好ましくはマイクロ流路を含む基板における３次体積共鳴に相当し、この３次体積共鳴が、基板における１次または２次共鳴として表すことができるものではない、項目１に記載の方法。
３．周波数ｆが、流路のみの共鳴周波数には相当しない、項目１または２に記載の方法。
４．工程ｂにおいて、基板と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）を設け、工程ｃにおいて、少なくとも２つの超音波変換器を、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させる、項目１〜３のいずれか一項に記載の方法。
５．少なくとも２つの超音波変換器が、単一の共通圧電結晶（２４）を共有する、項目４に記載の方法。
６．音響泳動操作が、マイクロ流体流路内の懸濁液に懸濁した粒子を、マイクロ流体流路の１つまたは複数の別々の領域に向けて集中させる工程を含む、項目１〜５のいずれか一項に記載の方法。
７．音響泳動操作を実行するための装置であって、
ポリマー基板（１２）および基板内に配置されたマイクロ流体流路（１８）を備える音響泳動チップ（１０）と、
基板と音響接触する少なくとも１つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）と、
少なくとも１つの超音波変換器に接続され、少なくとも、好ましくは懸濁液で満たされたマイクロ流体流路を含む、基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで少なくとも１つの超音波変換器を作動させるように構成されている駆動回路（３８）を備える、装置。
８．駆動回路が、基板と音響的に接触する少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）を備え、駆動回路が、さらに、少なくとも２つの超音波変換器を、音響共鳴周波数ｆにおいて、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させるように構成されている、項目７に記載の音響泳動装置。
９．基板がさらなるマイクロ流体流路（１８´）を追加的に備え、好ましくはマイクロ流体流路およびさらなるマイクロ流体流路を含む基板での共鳴により、さらなるマイクロ流体流路内の標的粒子（４）に音響力が発生するようにさらなるマイクロ流体流路が配置されており、その音響力が、マイクロ流体流路内の標的粒子に発生する音響力と同じものであるか、または異なるものである、項目７〜８のいずれか一項に記載の音響泳動装置。
１０．音響泳動操作を実行するための音響泳動チップ（１２）を製造する方法であって、音響泳動チップがマイクロ流体流路（１８）が設けられたポリマー基板（１２）を備え、
ａ．計算またはシミュレーションにより、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、基板の音響共鳴を決定する工程であって、基板パラメータにはポリマー基板材料、基板寸法、マイクロ流体流路寸法、基板内でのマイクロ流体流路位置、マイクロ流体流路内の液体の特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置、および作動周波数ｆが含まれる工程と、
ｂ．基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせの中から、ポリマー基板材料Ｍ、基板寸法ＤＳのセット、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセット、基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ、マイクロ流体流路内の液体Ｌの特性、少なくとも１つの超音波変換器の位置ＰＵ、および作動周波数ｆを選択し、これによりマイクロ流体流路を含む基板内に音響共鳴を生じさせる工程と、
ｃ．基板寸法ＤＳを有し、マイクロ流体流路寸法ＤＣおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを有するマイクロ流体流路が設けられた、基板材料Ｍから作られる音響泳動チップを製造する工程を含む、方法。
１１．工程ａでシミュレーションが使用される、項目１０に記載の方法であって、シミュレーションが、境界として、ポリマー／基板の外表面の空気界面と、ポリマー／マイクロ流体流路の壁の液体界面とを使用する、方法。
１２．工程ａにおいて、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、基板全体にわたって標的粒子（４）にかかる音響力を決定する工程がさらに含まれ、工程ｂにおいて、標的粒子にかかる音響力が音響泳動操作を実行するのに適している基板の領域を、マイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセットおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを決定する工程がさらに含まれる、項目１０〜１１のいずれか一項に記載の方法。
１３．音響泳動チップがさらなる音響泳動操作を実行するのに適しており、基板パラメータが、さらなるマイクロ流体流路（１８´）のために、さらなるマイクロ流体流路寸法および基板内でのさらなるマイクロ流体流路位置を追加的に含む、項目１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
１４．音響泳動操作とさらなる音響泳動操作とが異なるものであり、工程ｂにおいて、標的粒子にかかる音響力がさらなる音響泳動操作を実行するのに適している基板のさらなる領域を、さらなるマイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、マイクロ流体流路寸法ＤＣ２のさらなるセットおよび基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ２を決定する工程がさらに含まれる、項目１３に記載の方法。
１５．マイクロ流体システムであって、
壁などの凸部、または溝などの凹部の第１セットが形成された基板表面を有するポリマー主基板（１２２）と、
凹凸部の第１セットとともに、少なくとも１つのマイクロ流体流路（１０４）を画定するように、基板表面上に配置されたポリマー蓋基板（１２４）とを含み、
ここでマイクロ流体流路の一部（１１８）が、主基板の音響泳動領域（１２０）を通って延在し、その領域で音響泳動操作が実行され、
ここで凹凸部の第２セット（１２６Ａ、１２６Ｂ）が、音響泳動領域をポリマー主基板の残りの部分から少なくとも部分的に分離するように、音響泳動領域内または音響泳動領域に隣接してポリマー主基板に設けられており、
少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）が、基板表面とは反対を向くポリマー蓋基板の側で、ポリマー蓋基板と音響接触しており、少なくとも２つの超音波変換器が、音響泳動領域の少なくとも一部を覆うようにポリマー蓋基板に配置されており、
駆動回路（３８）が、少なくとも２つの超音波変換器に接続されており、好ましくはずれた位相でまたは逆位相で、少なくとも２つの超音波変換器を、好ましくはマイクロ流体流路および／または音響泳動領域に面するポリマー蓋基板の一部を含むポリマー主基板の音響泳動領域の共鳴ピークに相当する周波数ｆで作動させるように構成されている、マイクロ流体システム。
【図１−１】
2020532418.tif 000015
【図１−２】
2020532418.tif 000016
【図１Ｅ】
2020532418.tif 000017
【図１Ｆ】
2020532418.tif 000018
【図１Ｇ】
2020532418.tif 000019
【図１Ｈ】
2020532418.tif 000020
【図１Ｉ】
2020532418.tif 000021
【図１Ｊ】
2020532418.tif 000022
【図１Ｋ】
2020532418.tif 000023
【図１Ｌ】
2020532418.tif 000024
【図１−３】
2020532418.tif 000025
【図２】
2020532418.tif 000026
【図２Ｃ】
2020532418.tif 000027
【図３−１】
2020532418.tif 000028
【図３−２】
2020532418.tif 000029
【図３−３】
2020532418.tif 000030
【図４Ａ】
2020532418.tif 000031
【図４Ｂ】
2020532418.tif 000032
【図４Ｃ】
2020532418.tif 000033
【図４Ｄ】
2020532418.tif 000034
【図４Ｅ】
2020532418.tif 000035
【図４Ｆ】
2020532418.tif 000036
【図４Ｇ】
2020532418.tif 000037
【図５Ａ】
2020532418.tif 000038
【図５Ｂ】
2020532418.tif 000039
【図５Ｃ】
2020532418.tif 000040
【図５Ｄ】
2020532418.tif 000041
【図６】
2020532418.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月18日(2020.5.18)
【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】
音響泳動操作を実行する方法であって、
ａ．マイクロ流体流路（１８）が配置されたポリマー基板（１２）を備える音響泳動チップ（１０）を設ける工程と、
ｂ．前記基板の１つの表面と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）を設ける工程と、
ｃ．懸濁液（２）で満たされた前記マイクロ流体流路を含む前記基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで前記少なくとも２つの超音波変換器を作動させる工程と、
ｄ．前記流路に前記懸濁液を供給し、前記懸濁液に対して前記音響泳動操作を実行する工程を含む、方法。
【請求項２】
前記音響共鳴ピークが、前記マイクロ流体流路を含む前記基板における３次体積共鳴に相当し、この３次体積共鳴が、前記基板における１次または２次共鳴として表すことができるものではない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記周波数ｆが、前記流路のみの共鳴周波数には相当しない、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｃにおいて、前記少なくとも２つの超音波変換器を、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの超音波変換器が、単一の共通圧電結晶（２４）を共有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記音響泳動操作が、前記マイクロ流体流路内の懸濁液に懸濁した粒子を、前記マイクロ流体流路の１つまたは複数の別々の領域に向けて集中させる工程を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
音響泳動操作を実行するための装置であって、
ポリマー基板（１２）および前記基板内に配置されたマイクロ流体流路（１８）を備える音響泳動チップ（１０）と、
前記基板の１つの表面と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）と、
前記少なくとも２つの超音波変換器に接続され、懸濁液で満たされた前記マイクロ流体流路を含む前記基板の音響共鳴ピークに相当する周波数ｆで前記少なくとも２つの超音波変換器を作動させるように構成されている駆動回路（３８）を備える、装置。
【請求項８】
前記駆動回路が、さらに、前記少なくとも２つの超音波変換器を、前記音響共鳴周波数ｆにおいて、互いに対してずれた位相で、好ましくは逆位相で作動させるように構成されている、請求項７に記載の音響泳動装置。
【請求項９】
前記基板がさらなるマイクロ流体流路（１８'）を追加的に備え、前記マイクロ流体流路および前記さらなるマイクロ流体流路を含む前記基板での共鳴により、前記さらなるマイクロ流体流路内の標的粒子（４）に音響力が発生するように前記さらなるマイクロ流体流路が配置されており、前記音響力が、前記マイクロ流体流路内の標的粒子に発生する音響力と同じものであるか、または異なるものである、請求項７〜８のいずれか一項に記載の音響泳動装置。
【請求項１０】
音響泳動操作を実行するための音響泳動チップ（１２）を製造する方法であって、前記音響泳動チップがマイクロ流体流路（１８）が設けられたポリマー基板（１２）を備え、
ａ．計算またはシミュレーションにより、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、前記基板の音響共鳴を決定する工程であって、前記基板パラメータにはポリマー基板材料、基板寸法、マイクロ流体流路寸法、前記基板内でのマイクロ流体流路位置、前記マイクロ流体流路内の液体の特性、前記基板の１つの表面と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器の位置、および作動周波数ｆが含まれる工程と、
ｂ．前記基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせの中から、ポリマー基板材料Ｍ、基板寸法ＤＳのセット、マイクロ流体流路寸法ＤＣのセット、前記基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ、前記マイクロ流体流路内の液体Ｌの特性、前記基板の１つの表面と音響接触する少なくとも２つの超音波変換器の位置ＰＵ、および作動周波数ｆを選択し、これにより、前記音響泳動操作を実行するために、前記マイクロ流体流路を含む前記基板内に音響共鳴を生じさせる工程と、
ｃ．前記基板寸法ＤＳを有し、前記マイクロ流体流路寸法ＤＣおよび前記基板内での前記マイクロ流体流路位置ＰＣを有するマイクロ流体流路が設けられた、前記基板材料Ｍから作られる前記音響泳動チップを製造する工程を含む、方法。
【請求項１１】
工程ａでシミュレーションが使用される、請求項１０に記載の方法であって、前記シミュレーションが、境界として、前記ポリマー／前記基板の外表面の空気界面と、前記ポリマー／前記マイクロ流体流路の壁の液体界面とを使用する、方法。
【請求項１２】
工程ａにおいて、基板パラメータのパラメータ値の複数の異なる組み合わせのそれぞれについて、前記基板全体にわたって標的粒子（４）にかかる音響力を決定する工程がさらに含まれ、工程ｂにおいて、前記標的粒子にかかる前記音響力が前記音響泳動操作を実行するのに適している前記基板の領域を、前記マイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、前記マイクロ流体流路寸法ＤＣのセットおよび前記基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣを決定する工程がさらに含まれる、請求項１０〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記音響泳動チップがさらなる音響泳動操作を実行するのに適しており、前記基板パラメータが、さらなるマイクロ流体流路（１８'）のために、さらなるマイクロ流体流路寸法および前記基板内でのさらなるマイクロ流体流路位置を追加的に含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記音響泳動操作と前記さらなる音響泳動操作とが異なるものであり、工程ｂにおいて、前記標的粒子にかかる前記音響力が前記さらなる音響泳動操作を実行するのに適している前記基板のさらなる領域を、前記さらなるマイクロ流体流路でもって少なくとも部分的に区切るように、マイクロ流体流路寸法ＤＣ２のさらなるセットおよび前記基板内でのマイクロ流体流路位置ＰＣ２を決定する工程がさらに含まれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項７〜９のいずれか一項に記載の装置を含むマイクロ流体システムであって、
壁などの凸部、または溝などの凹部の第１セットが形成された基板表面を有するポリマー主基板（１２２）と、
凹凸部の第１セットとともに、少なくとも１つのマイクロ流体流路（１０４）を画定するように、前記基板表面上に配置されたポリマー蓋基板（１２４）とを含み、
ここで前記マイクロ流体流路の一部（１１８）が、前記主基板の音響泳動領域（１２０）を通って延在し、その領域で音響泳動操作が実行され、前記音響泳動領域が前記音響泳動チップを画定しており、
ここで凹凸部の第２セット（１２６Ａ、１２６Ｂ）が、前記音響泳動領域を前記ポリマー主基板の残りの部分から少なくとも部分的に分離するように、前記音響泳動領域内または前記音響泳動領域に隣接して前記ポリマー主基板に設けられており、
前記少なくとも２つの超音波変換器（２２Ａ、２２Ｂ）が、前記基板表面とは反対を向く前記ポリマー蓋基板の側で、前記ポリマー蓋基板と音響接触しており、前記少なくとも２つの超音波変換器が、前記音響泳動領域の少なくとも一部を覆うように前記ポリマー蓋基板に配置されており、
前記駆動回路（３８）が、前記少なくとも２つの超音波変換器に接続されており、好ましくはずれた位相でまたは逆位相で、前記少なくとも２つの超音波変換器を、前記マイクロ流体流路と前記音響泳動領域に面する前記ポリマー蓋基板の一部とを含む前記ポリマー主基板の前記音響泳動領域の共鳴ピークに相当する周波数ｆで作動させるように構成されている、マイクロ流体システム。
【国際調査報告】
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