液滴を操作するためのデバイスおよび方法
【課題】少なくとも１つの液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスおよび方法を提供すること。
【解決手段】本デバイスは、平行であり、離間距離（Ｈ）だけ相互に離間された、第１のマイクロ流体表面および第２のマイクロ流体表面と、前記第１の表面の上に配置された少なくとも１つの第１の電気変位経路と、前記第２の表面の上に配置された少なくとも１つの第２の電気変位経路とを備える。第１の経路および第２の経路の少なくとも一方は、前記経路に沿って各流体フィンガを形成するように構成され、前記流体フィンガは、毛管作用により少なくとも１つの各液滴を生成することによって破裂する。第１の経路および第２の経路は、前記第１の表面と前記第２の表面との間の離間距離が、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きく、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように構成される。
【解決手段】本デバイスは、平行であり、離間距離（Ｈ）だけ相互に離間された、第１のマイクロ流体表面および第２のマイクロ流体表面と、前記第１の表面の上に配置された少なくとも１つの第１の電気変位経路と、前記第２の表面の上に配置された少なくとも１つの第２の電気変位経路とを備える。第１の経路および第２の経路の少なくとも一方は、前記経路に沿って各流体フィンガを形成するように構成され、前記流体フィンガは、毛管作用により少なくとも１つの各液滴を生成することによって破裂する。第１の経路および第２の経路は、前記第１の表面と前記第２の表面との間の離間距離が、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きく、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスにおける液滴の形成および操作の全般分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野において、少量の液体試料を分析するために可能な限り最も簡易かつ低介入的な態様において液滴を形成および操作することが要求される。
【０００３】
この要求は、例えば、化学分析、生物学的診断もしくは医学的診断のためなど、または農業食品工学もしくは遺伝子工学の分野において、２つの溶液間における生物学的相互作用および／または化学的相互作用の確立を目的とする場合などに当てはまり得る。
【０００４】
例としては、バイオチップを挙げることができる。このバイオチップは、分子生物学の分野において、核酸（ＤＮＡおよび／またはＲＮＡ）の交配、あるいは抗原／抗体、タンパク／受容体、タンパク／タンパク、酵素／基質、等々のタイプの相互作用を分析するためのマクロシステムを構成する。さらに、これらの化学的相互作用および／または生物学的相互作用に関連付けられる運動学的パラメータまたは平衡定数の取得を試みることが可能である。
【０００５】
一般的には、液滴または流体流の操作は、流体力学的手段、電気的手段、または磁気的手段を用いて実施することが可能である。例えばエレクトロウェッティングの効果による操作および誘電泳動の効果による操作など、操作のための複数の技術を利用することが可能である。
【０００６】
ＥＷＯＤエレクトロウェッティング（誘電体上におけるエレクトロウェッティング）は、複数の初歩的な流体操作の実施を可能にする。この技術は、一般的には、表面上において液滴を徐々に近づけるように前進させるために適切な制御に従い連続的にスイッチングされる電極マットを使用する。ＥＷＯＤによる液滴の変位は、カバー上の電極と基板上の別の電極との間の電位差を利用することにより実施することが可能である。そのため、液滴は、これら２つの面に直接的に接触した状態にある。また、アノード電極と周囲の電界との間に電位差を印加することにより一方の電極から別の電極へと液滴を変位させることが可能である。しかし、液滴は、形成されるとすぐにその固有の体積を持ち、対面する面と接触状態になれないか、または対面する面と常に接触状態になる。この特徴を制御することは不可能である。同様に、この技術は、異なる液体流を使用して対面し合う液滴を形成することができない。
【０００７】
誘電泳動方法ＬＤＥＰは、表面上に液滴を形成するために利用される。しかし、これまで、この技術は、開構成（すなわちカバーを有さない）において適用されるか、またはＥＷＯＤによる液滴の変位と同一の（すなわち、表面上の電極網とカバー上の質量に相当する電極との間の電位差を用いた）構成で閉じられてきた。この構成においては、液体は、基板およびカバーと接触状態にある。
【０００８】
液体誘電泳動により表面上の液体を操作する機構について言及している複数の研究がある。
【０００９】
特許出願ＷＯ２００６０２５９８２、ならびにＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ＤＥＰ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ」（Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１７（２００７年）、１０５２〜１０５８頁）と題する記事は、カバーを有さない開構成においてＬＤＥＰにより液滴を形成するためのデバイスについて記載している。このデバイスは、基板と誘電体材料で覆われた２つの共平面電極とを備えるマイクロ流体プラットフォームから構成される。ＡＣ信号が、２つの電極間に印加され、その結果としてこれらの電極は、プラットフォーム上において液体の変位を生じさせる。
【００１０】
別の出願である米国特許２０１１００５６８３４は、互いに離間された２つの同様の対面するＬＤＥＰプラットフォームを備える閉マイクロ流体デバイスについて記載している。第１のプラットフォーム（または基板）は、互いに分離されＡＣ信号により個別に作動される電極を備え、第２のプラットフォーム（またはカバー）は、質量の役割を果たす電極を備える。この構成により、ＬＤＥＰ効果による複数方向への液体流の変位が可能となる。しかし、液体は、変位されることが可能となるには、カバーの電極および基板の電極の両方に接触することが必要となる。そのため、このデバイスでは、ある表面から別の表面への液体の移動は、または液滴の正確かつ再現可能な形成および操作は、可能とはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２００６０２５９８２
【特許文献２】米国特許２０１１００５６８３４
【特許文献３】ＷＯ２００９／１４１５１５
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ＤＥＰ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ」（Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１７（２００７年）、１０５２〜１０５８頁）
【非特許文献２】Ｊｏｎｅｓによる「Ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ」（Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ、５１〜５２ （２００１年）、２９０〜２９９頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、液滴を形成および操作するための、より効果的かつより正確なデバイスおよび方法を提案することにより、前述の欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、目的に合わせて、液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスを有し、このマイクロ流体デバイスは、
− 離間距離だけ相互に離間された、第１および第２の平行なマイクロ流体表面と、
− 前記第１の表面の上に配置された少なくとも１つの第１の電気変位経路と、
− 前記第２の表面の上に配置された少なくとも１つの第２の電気変位経路であって、前記第１の経路および前記第２の経路が、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーンを画定する、第２の電気変位経路と
を備え、
− 前記第１の経路および前記第２の経路の少なくとも一方が、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体の対応するリザーバから前記経路に沿って各流体フィンガを形成するように構成され、このリザーバは、前記液体を対応する表面と接触状態に置くことが可能となるように配置され、前記流体フィンガは、電気的不活性化の効果の下において毛管作用により前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて前記流体フィンガから少なくとも１つの各液滴を生成することによって破裂し、
− 前記第１の経路および前記第２の経路は、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離が、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きく、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように、構成される。
【００１５】
そのため、第１の経路および第２の経路の一方の上に形成された流体フィンガは、前記第１の経路および前記第２の経路の他方による衝突を受けることはなくなり、また同時に第１の経路および第２の経路のそれぞれが第１の経路および第２の経路のいずれか一方の上に形成された液滴と相互作用するのを依然として可能にする。これにより、ある平面から別の平面に液滴を移動させること、ならびに液滴を混合させて種々の溶液間において生物学的相互作用および／または化学的相互作用を同時に生じさせることを必要とする多くの用途のために、１つまたは複数の位置の上におよび１つまたは２つの表面の上において液滴を形成および操作することが可能となる。
【００１６】
２つの流体が、混和性を有する場合には、混合は、互いに対向して形成されたその２つの液滴を接触状態に置く際に得られる。しかし、混合は、非混和性液体の関与も意味し、その場合には、混合は、２相となり、すなわち２つの非混和性液相を含み、液相は、例えば第２の液相に封じ込められる。
【００１７】
本発明の第１の実施形態によれば、前記第１の電気変位経路は、電気的活性化の効果の下において第１の関心液体の第１のリザーバから第１の流体フィンガを形成するために、前記第１の表面の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対を備え、前記第２の電気変位経路は、電気的活性化の効果の下において第２の関心液体の第２のリザーバから第２の流体フィンガを形成するために、前記第２の表面の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第２の電極対を備え、前記第１の流体フィンガおよび前記第２の流体フィンガは、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの各第１の液滴および少なくとも１つの第２の液滴を生成することによって破裂し、前記少なくとも１つの各第１の液滴および前記少なくとも１つの第２の液滴は、前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴（ｇｌｏｂａｌ ｄｒｏｐ）を形成する。
【００１８】
これにより、接触状態に置くことなく第１の流体フィンガおよび第２の流体フィンガを交差させ、２つの異なる表面から液体を形成して、接触させることが可能となる。そのため、このデバイスは、例えば２つの液体ボリューム間の相互作用または反応などを必要とする様々な用途を実施するために液滴を操作するのに理想的なものである。
【００１９】
有利には、前記第１の電極対は、複数の第１の液滴形成ゾーンを備え、これにより、前記第１の電極対の不活性化にて、第１の流体フィンガは、複数の第１の液滴へと破裂して、各液滴は、前記第１の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとる。
【００２０】
これにより、第１の表面の計画位置に再現可能な態様で液滴を形成することが可能となる。
【００２１】
有利には、前記第２の電極対は、第１の別個の液滴形成ゾーンに対面するようにそれぞれが配置されることにより複数の交差ゾーンを形成する複数の第２の液滴形成ゾーンを備え、これにより、前記第２の電極対の不活性化にて、第２の流体フィンガは、複数の第２の液滴へと破裂して、各液滴は、前記第２の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとり、各第２の液滴は、第１の対応する液滴と接触状態になることにより、対応する交差ゾーンにおいてグローバル液滴を形成する。
【００２２】
これにより、完全に再現可能な態様で、および良好に規定された位置にて、第１の表面の液滴と第２の表面の液滴との混合物を形成することが可能となる。
【００２３】
第１の実施形態のある特定の構成によれば、前記第１の表面は、ｍ個の第１の電極対からなる第１の電極網を備え、各対は、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成し、前記第２の表面は、ｎ個の第２の電極対からなる第２の電極網を備え、各対は、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンと交差することによりｎｍ個の交差ゾーンのセットを形成する。
【００２４】
これにより、少なくとも２つの溶液を用いて非常に多数の様々な液滴を同時におよび自動的に相互作用させることが可能となる。
【００２５】
有利には、前記第２の電極対は、前記第２の電極対に沿って位置する少なくとも１つの第２の液滴および／または少なくとも１つのグローバル液滴を変位させるように構成される。
【００２６】
これにより、例えば、液滴を形成するためのゾーンを備えない第２の電極を使用し、第２の液滴を変位させて、前記第１の電極対の第１の液滴形成ゾーンに位置する第１の対応する液滴と接触させることにより、対応するグローバル液滴を形成することが可能となる。また、これにより、第２の液滴および／またはグローバル液滴を変位させて、様々な化学的プロトコルおよび／または生物学的プロトコルを求めることが可能となる。
【００２７】
第２の実施形態によれば、前記第１の電気変位経路は、前記電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体のリザーバから流体フィンガを形成するために、前記第１の表面の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対を備え、前記流体フィンガは、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの液滴を生成することにより破裂し、前記第２の電気変位経路は、第２の電極を備えることにより、前記第２の電極の電気的活性化の効果の下において前記少なくとも１つの液滴を変位させる。
【００２８】
これにより、第１の表面上に液滴を形成すること、別の表面上にそれらの液滴を移動させること、ならびに次いでこの第２の表面の上においてそれらの液滴を変位させて、様々な生物学的用途および／または化学的用途のために様々なプロトコルを実施することが可能となる。
【００２９】
有利には、本デバイスは、前記少なくとも１つの交差ゾーンの上に形成された液滴の成分を検出する手段を備える。
【００３０】
これにより、液体の化学的特性および／または生物学的特性を分析することが可能となる。
【００３１】
第１の代替的な実施形態によれば、前記検出手段は、前記少なくとも１つの液滴の上に光を発するための光源と、前記少なくとも１つの液滴により拡散される光を受けるための受光手段とを備える、光学的手段である。
【００３２】
これにより、短縮された時間で同時にかつ正確に試料を操作および分析することが可能となる。
【００３３】
別の代替形態によれば、前記検出手段は、前記第１の表面および前記第２の表面のいずれか一方に属する検出表面を形成する表面を有する少なくとも１つの平坦状発振器を備える電気機械的手段である。
【００３４】
これにより、試料の効果的な操作および分析の両方を行うための単純、コンパクト、かつ自律的なデバイスを得ることが可能となる。
【００３５】
有利には、前記検出表面は、前記少なくとも１つの液滴により覆われるように意図された親水性ゾーンを有する。
【００３６】
これにより、最適な検出を得るために検出表面の最も感度の高い位置に液体を配置することが可能となる。
【００３７】
有利には、前記第１の電極対および前記第２の電極対はそれぞれ、誘電体層により覆われる。
【００３８】
これにより、液体と電極との間の直接的な接触が防がれて、液体の電気分解を防止することが可能となる。
【００３９】
また、本発明は、液滴を操作するための方法に関し、この方法は、
− 第１の関心液体を備える少なくとも１つの第１のリザーバを第１のマイクロ流体表面の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路と接触状態に置くステップと、
− 第２の関心液体を備える少なくとも１つの第２のリザーバを第２のマイクロ流体表面の上に配置された少なくとも１つの第２の対応する電気変位経路と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面および前記第２の表面が、平行であり、離間距離だけ相互に離間され、前記少なくとも１つの第１の変位経路および前記少なくとも１つの第２の変位経路が、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーンを画定する、ステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って第１の対応する流体フィンガを形成するステップと、
− 前記少なくとも１つの第２の変位経路を活性化することにより、前記第２の経路に沿って第２の対応する流体フィンガを形成するステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第１の液滴を生成することによって第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
− 前記少なくとも１つの第２の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第２の液滴を生成することによって第２の流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離が、一方においては前記第１の流体フィンガおよび前記第２の流体フィンガの合計厚さよりも大きく、他方においては前記第１の液滴および前記第２の液滴の合計厚さよりも小さく、これにより、前記第１の液滴および前記第２の液滴は、前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて共に混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴を形成する、ステップと
を含む。
【００４０】
有利には、本方法は、
− ｍ個の第１の関心液体を備えるｍ個の第１のリザーバのセットをｍ個の第１の対応する経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、このｍ個の第１の対応する経路はそれぞれ、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成する、ステップと、
− ｎ個の第２の関心液体を備えるｎ個の第２のリザーバのセットをｎ個の対応する第２の経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、このｎ個の対応する第２の経路はそれぞれ、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンとそれぞれ交差することによりｎｍ個の対応する交差ゾーンのセットを形成する、ステップと、
− ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｍ個の第１の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
− ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｎ個の第２の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
− ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第１の液滴のセットを生成することによってｍ個の第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
− ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第２の液滴のセットを生成することによってｎ個の第２の対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、ｎｍ個の液滴は、ｎｍ個の第２の対応する液滴と混合して、ｎｍ個の対応する交差ゾーンにおいてｎｍ個のグローバル液滴のセットを形成する、ステップと
を含む。
【００４１】
有利には、前記ｍ個の第１のリザーバは、様々な特性の第１の溶液のｍ個の第１の試料をそれぞれ備え、前記ｎ個の第２のリザーバは、様々な特性の第２の溶液のｎ個の第２の試料をそれぞれ備え、これによりｎｍ個の様々なグローバル液滴を形成する。
【００４２】
有利には、本方法は、光学的手段、電気機械的手段、または電気生理学的手段により、前記第１の溶液と前記第２の溶液との間の様々な相互作用を検出するステップを含むことが可能である。
【００４３】
また、本発明は、液滴を操作するための方法に関し、この方法は、
− 関心液体を備える少なくとも１つのリザーバを第１のマイクロ流体表面の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面が、第２のマイクロ流体表面に対して平行であり、第２のマイクロ流体表面から離間距離だけ離間され、前記第２の表面が、少なくとも１つの第２の電気変位経路を備え、この少なくとも１つの第２の電気変位経路が、前記少なくとも１つの第１の経路との間に少なくとも１つの交差ゾーンを画定する、ステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って対応する流体フィンガを形成するステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの液滴を生成することによって対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離が、一方においては前記流体フィンガの厚さよりも大きく、他方においては前記少なくとも１つの液滴の厚さよりも小さい、ステップと、
− 前記少なくとも１つの第２の変位経路を活性化することにより、前記少なくとも１つの液滴を変位させるステップと
を含む。
【００４４】
本発明の他の利点および特徴が、以下の非限定的な詳細な説明において明らかになろう。
【００４５】
以下、添付の図面を参照として、非限定的な例として本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスの概略図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態による操作用デバイスの長手方向概略断面図である。
【図３Ａ】図２に示すデバイスの上方基板の概略底面図である。
【図３Ｂ】図２に示すデバイスの上方基板の概略底面図である。
【図３Ｃ】図２に示すデバイスの下方基板の概略上面図である。
【図３Ｄ】図２に示すデバイスの下方基板の概略上面図である。
【図３Ｅ】図２に示すデバイスの変位電極の一部分の詳細図である。
【図４Ａ】液体の液滴の形成を示す、図２に示すデバイスの長手方向概略断面図である。
【図４Ｂ】液体の液滴の形成を示す、図２に示すデバイスの長手方向概略断面図である。
【図４Ｃ】液体の液滴の形成を示す、図２に示すデバイスの長手方向概略断面図である。
【図５】図２のデバイスの交差ゾーンの概略斜視図である。
【図６Ａ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｂ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｃ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｄ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｅ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図７Ａ】光学的検出手段を備える図６Ａの構成による操作用デバイスの概略図である。
【図７Ｂ】光学的検出手段を備える図６Ａの構成による操作用デバイスの概略図である。
【図８Ａ】電気機械的検出手段を備える図６Ａによる操作用デバイスの概略図である。
【図８Ｂ】電気機械的検出手段を備える図６Ａによる操作用デバイスの概略図である。
【図９】本発明の第２の好ましい実施形態による操作用デバイスの長手方向概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、本発明による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイス１を概略的に示す。
【００４８】
操作用マイクロ流体デバイス１は、第１のマイクロ流体表面３ａおよび第２のマイクロ流体表面３ｂを備える。これらの第１のマイクロ流体表面３ａおよび第２のマイクロ流体表面３ｂは、互いに平行であり、離間距離Ｈだけ相互に離間される。
【００４９】
以下に述べることとなる全ての説明において、慣例により、図１に示すデカルト座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における正規直交系を使用する。平面（Ｘ，Ｙ）は、前記第１のマイクロ流体表面３ａおよび前記第２のマイクロ流体表面３ｂに対して平行であり、方向Ｚは、第２の表面３ｂから始まり第１の表面３ａの方向に向かうように配向される。
【００５０】
少なくとも１つの第１の電気変位経路５ａが、第１の表面３ａの上に構成される（ここでは、単一の第１の経路が図示される）。
【００５１】
同様に、少なくとも１つの第２の電気変位経路５ｂが、第２の表面３ｂの上に構成される（ここでは、単一の第２の経路が図示される）。
【００５２】
電気経路は、所与の方向に従って延在する連続電極か、または複数の隣接し合う基本電極のいずれかを意味する。この後者の例においては、各電極は、近い間隔で隣の電極から離間される。この間隔は、１０μｍの電極の幅については典型的には１μｍとなり、この幅は、間隔の方向に対して垂直な方向における寸法である。
【００５３】
第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂは、それらの間に接触を伴わずに少なくとも１つの交差ゾーン７を画定する。換言すれば、第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂは、互いに接触状態にはない。
【００５４】
実際には、第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂは、第１の表面３ａおよび第２の表面３ｂに直交する少なくとも１つの直線（方向Ｚに沿った）が、第１の点７ａにて第１の経路５ａと、および第２の点７ｂにて第２の経路５ｂと交差することにより、これらの２つの点の間に形成される空間によって交差ゾーン７が画定されるように、配置される。第１の点７ａと第２の点７ｂとの間の距離は、当然ながら、離間距離Ｈに等しい。
【００５５】
第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂの平面（Ｘ，Ｙ）内における方向は、単一の交差ゾーン７を形成するあらゆる角度に沿った割線が可能であり、または、交絡することにより無限交差ゾーンを形成することが可能である点に留意されたい。
【００５６】
第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂの少なくとも一方は、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動によりその経路に沿った各流体フィンガを形成するように構成される。
【００５７】
液体誘電泳動（ＬＤＥＰ）は、電気絶縁液体または導電液体に対する電気力の印加を意味し、この力は、非均一振動電界により生成される。液体誘電泳動による流体フィンガの形成は、具体的には、Ｊｏｎｅｓによる「Ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ」（Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ、５１〜５２ （２００１年）、２９０〜２９９頁）と題する記事に記載されている。液体が、電界内に位置する場合には、この液体の分子は、非ゼロ双極子を獲得し、分極状態となる。電界が均一でない限りは、クーロン力が生じ、この液体の分子の、したがって全ての液体の最大電界方向への変位を引き起こす。
【００５８】
流体フィンガは、対応する表面３ａ、３ｂと液体とを接触状態にすることが可能となるように配置された対応する関心流体のリザーバ９ａ、９ｂから各経路５ａ、５ｂに沿って形成される。図１は、第１の表面５ａの上に配置された第１のリザーバ９ａと、場合によっては第２の表面３ｂの上に配置された第２のリザーバ（破線として示される）９ｂとを示す。
【００５９】
電気的制御が停止した場合には、流体フィンガは不安定な形態を有する点に留意されたい。次いで、毛管不安定（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）が急速に生じ、１つまたは複数の液滴へのフィンガの破裂が引き起こされて、これにより液体の表面エネルギーを低下させることが可能となる。
【００６０】
そのため、第１の表面３ａおよび／または第２の表面３ｂの上に形成された各流体フィンガは、電気的不活性化の効果の下において毛管作用により交差ゾーン７において各液滴を生成することにより破裂される。
【００６１】
さらに、第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂは、第１の表面３ａと２の表面３ｂとの間の離間距離Ｈが、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きくなり、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように構成される。
【００６２】
そのため、経路５ａ、５ｂの一方のみが、流体フィンガを形成するように構成される場合には、離間距離Ｈは、流体フィンガが他方の経路に接触し、その一方でこのフィンガにより生成された液滴の少なくとも１つがこの他方の経路に接触しているような距離となる。
【００６３】
さらに、第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂが、第１の流体フィンガおよび第２の流体フィンガのそれぞれを形成するように構成される場合には、離間距離Ｈは、これらの流体フィンガが接触しない一方で、第１のフィンガにより生成された液滴の少なくとも１つが第２のフィンガにより生成された液滴の中の別の液滴に接触しているような距離となる。
【００６４】
図２は、本発明の第１の実施形態による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスを示す。
【００６５】
操作用デバイス１０１は、互いに対向して配置された、カバーを形成する上方基板１１ａおよび下方基板１１ｂを備える。「下方」および「上方」という用語は、本明細書においては、正規直交系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の方向Ｚに沿った配向に関するものと理解されたい。
【００６６】
カバー１１ａは、誘電体層１３ａから形成された下方表面を有する。誘電体層１３ａの自由表面は、第１の表面３ａに相当する。
【００６７】
下方基板１１ｂは、誘電体層１３ｂから形成された上方表面を有する。誘電体層１３ｂの自由表面は、第２の表面３ｂに相当する。
【００６８】
下方基板１１ｂまたは上方基板１１ａの材料は、以下の材料、すなわちガラス、パイレックス（登録商標）またはポリカーボネートもしくはＰＥＥＫなどの有機材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ダイヤモンド、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ニッケル、タングステン、およびさらには白金の中から選択することが可能である。上方基板１１ａは、有利には透明材料から作製される。上方基板１１ａおよび下方基板１１ｂの厚さは、数十ミクロンから数ミリメートルの間であることが可能である。
【００６９】
デバイス１０１は、２つの基板１１ａおよび１１ｂの第１の表面３ａと第２の表面３ｂとの間に一定かつ正確な離間距離Ｈを与えるために、高さＨの分離壁部１５を備える。この分離壁部１５の材料は、例えばポリマー、樹脂、ドライフィルム、またはシリコンなどであることが可能である。
【００７０】
上方基板１１ａは、例えば第１のスルーホール９ａなどにより形成され、第１の表面３ａにて開口する、第１のリザーバ９ａを備える。第１のホール９ａは、第１の関心液体１１９ａで充填され得る。
【００７１】
下方基板１１ｂは、第２の表面３ｂにて開口する第２のスルーホール９ｂを備える。ホール９ｂは、第２の関心液体１１９ｂで充填され得るものであり、そのため関心液体１１９ｂの第２のリザーバ９ｂを形成する。
【００７２】
液体は、任意のかかる導電性を有する。ＬＤＥＰにより液体を活性化させ非均一電気信号の代わりとして設定するためには、有利には、この導電性は、１００ｍＳ．ｍ−１未満であり、さらには１ｍＳ．ｍ−１未満である。
【００７３】
操作用デバイス１０１は、液体誘電泳動により流体フィンガを形成する電気的手段を備える。より具体的には、上方基板１１ａおよび下方基板１１ｂは、液体誘電泳動により第１の表面３ａおよび第２の表面３ｂのそれぞれの上に流体フィンガを形成するために、第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂをそれぞれ備える。第１の経路５ａの方向は、例としては、第２の経路５ｂの方向に対して平行であり、そのため複数の交差ゾーン７を形成するように示される。
【００７４】
電気的手段は、ＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ＤＥＰ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ」（Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１７ （２００７年）， １０５２〜１０５８頁）と題した記事に示される手段と同様のものである点に留意されたい。
【００７５】
そのため、図３Ａに示すように、第１の電気変位経路５ａは、第１の表面３ａの上に配置された一対の第１の変位電極５１ａ、５２ａを備える。第１の電極５１ａおよび５２ａは、互いに平行であり、共平面内に位置し、実質的に直線状である。
【００７６】
同様に、図３Ｃに示すように、第２の電気変位経路５ｂは、第２の表面３ｂの上に配置された一対の第２の電極５１ｂ、５２ｂを備える。第２の電極５１ｂおよび５２ｂは、互いに平行であり、共平面内に位置し、実質的に直線状である。
【００７７】
第１および第２の変位電極（５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ）は、例えば金またはアルミニウムなどの金属材料から作製されたポケットである。
【００７８】
第１の表面３ａを形成する第１の誘電体層１３ａまたは第２の表面３ｂを形成する第２の誘電体層１３ｂは、例えば、ＳｉＯ２酸化物、窒化物（ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４）、樹脂、ドライフィルム、ＳｉＯＣ、テフロン（登録商標）タイプの疎水性ポリマー（登録商標−テトラフルオロエチレン）もしくは他のフルオロポリマー、ポリ−ｐ−キシリレン（パリレン）のポリマー、いわゆるＡＬＤ方法により堆積された高誘電率酸化物（ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｂａ（１−Ｘ）ＳｒＸＴｉＯ３（ＢＳＴ）．．．）などであることが可能であり、数ｎｍ（例えば１０ｎｍまたは２５ｎｍ）から数ミクロン（例えば５μｍ）の間の厚さを有する。これにより、液体が変位電極（５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ）と直接的に接触状態にあった場合の液体の電気分解を防止することが可能となる。
【００７９】
離間空間Ｈに関しては、第１の電極５１ｂおよび第２の電極５２ｂの寸法（すなわち各電極の長さおよび幅、ならびに各対の電極同士の間の差）は、一方においては第１の表面３ａの上に形成されることとなる第１のフィンガの最大厚さおよび第２の表面３ｂの上に形成されることとなる第２のフィンガの最大厚さの合計が、離間距離Ｈ未満となり、他方においては第１の表面３ａの上に形成されることとなる第１の液滴および第２の表面３ｂの上に形成されることとなる第２の液滴の半径の合計が、離間距離Ｈよりも大きくなるように、選択される。
【００８０】
そのため、第１の表面３ａの上に形成された第１の流体フィンガ１９ａは、第２の表面３ｂの上に形成された第２の流体フィンガ１９ｂと接触状態にはならない（図６Ｂおよび図６Ｃを参照）。しかし、第１の表面３ａの上の第１の液滴および第２の表面３ｂの上の第２の液滴が、同一の交差ゾーン内に形成される（すなわち同一の座標（ｘ，ｙ）を有する）場合には、これらの液滴は、接触状態となる（図５、図６Ｄ、および図６Ｅを参照）。
【００８１】
第１の変位電極５１ａ、５２ａは、第１の電圧発生器２１ａ（図３Ａ）に接続されることにより、これらの電極５１ａ、５２ａ間に第１の電位差を印加することが可能となる。同様に、第２の変位電極５１ｂ、５２ｂは、第２の電圧発生器２１ｂ（図３Ｃ）に接続されることにより、これらの電極５１ｂ、５２ｂ間に第２の電位差を印加することが可能となる。第１の発生器および第２の発生器は、交絡され得るものであり、この場合には、各電極対に対して異なる信号を印加することが可能な単一の発生器が存在する。この後者の例においては、２つの電極対（５１ａ−５１ｂおよび５２ａ−５２ｂ）は、やはり同一の信号により電力供給され得る。
【００８２】
印加される第１のまたは第２の電圧は、例えば数ヘルツ（導電性の最も低い液体の場合）から数メガヘルツの間の、例えば１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの間などの周波数を有し、数ボルトＲＭＳから数百ボルトＲＭＳの間の好ましい電圧からなる交流電圧である。液体が、高い絶縁性を有し、例えば１０−９Ｓ．ｍ−１未満の導電性を有する場合には、周波数は、Ｈｚの規模となる。
【００８３】
そのため、第１の発生器２１ａによる第１の電極５１ａ、５２ａの電気的活性化の効果の下においては、第１の流体フィンガ１９ａは、第１の関心液体１１９ａの第１のリザーバ９ａから第１の電極対５１ａ、５２ａの上に形成される（図３Ａ）。
【００８４】
同様に、第２の発生器２１ｂによる第２の電極５１ｂ、５２ｂの電気的活性化の効果の下においては、第２の流体フィンガ１９ｂは、第２の関心液体１１９ｂの第２のリザーバ９ｂから第２の電極対５１ｂ、５２ｂの上に形成される（図３Ｃ）。有利には、この電気的活性化は、これら２つの表面上において同時に実施される。そしてさらに有利には、電気的不活性化が、これら２つの表面上において同時に実施される。
【００８５】
さらに、図３Ｂおよび図３Ｄにおいて示すように、第１の電極５１ａ、５２ａおよび第２の電極５１ｂ、５２ｂの電気的不活性化（開回路）の効果の下においては、第１の流体フィンガ１９ａおよび第２の流体フィンガ１９ｂは、毛管作用により少なくとも１つの各第１の液滴２３ａおよび少なくとも１つの第２の液滴２３ｂを生成することによって破裂し、これらの液滴は、少なくとも１つの交差ゾーン７において共に混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴２５を形成する（図２）。
【００８６】
有利には、図３Ｅに示すように、第１の変位電極対５１ａ、５２ａ（または第２の変位電極対５１ｂ、５２ｂのそれぞれ）は、複数の第１の液滴形成ゾーン（または複数の第２の液滴形成ゾーンのそれぞれ）を備える。
【００８７】
より具体的には、図３Ｅは、電極５１、５２の不活性化にて、流体フィンガが複数の液滴へと破裂し、各液滴が液滴を形成するためのこれらのゾーン５３の中の１つの上に位置をとるように、液滴を形成するための複数のゾーン５３を備える一対の変位電極５１、５２（第１の変位電極または第２の変位電極に相当する）を示す。
【００８８】
実際に、各電極５１、５２は、内部エッジ５４、５５および外部エッジ５６、５７を備える。内部エッジ５４、５５は、相互に対向して配置される。
【００８９】
有利には、液滴を形成するためのゾーン５３は、平面状隆起部、すなわち平坦状バンプ５３１および５３２から形成される。これらのバンプは、各変位電極５１、５２の外部の方向に延在する。バンプ５３１および５３２は、電極５１、５２の一部分であり、これらの電極５１、５２と共平面に位置する。
【００９０】
バンプ５３１および５３２は、ここでは互いに対称的に配置され、それぞれが、異なる変位電極５１、５２に属する。
【００９１】
そのため、変位電極５１、５２は、直線状部分５８と、前記直前状部分５８により一体的に連結される液滴を形成するためのゾーン５３とを備える。
【００９２】
変位電極５１、５２の内部エッジ５４、５５は、距離ｇだけ相互に離間される。直線状部分５８は、ｗとして示される幅を有し、その結果として、流体フィンガの幅（すなわち平面（Ｙ，Ｚ）内の半径）は、Ｒ＝ｗ＋ｇ／２によって求められる。各バンプ５３１および５３２は、平面（Ｘ，Ｙ）内の半径Ｒｂｕｍｐを有し、中心が直線状部分５８の外部エッジ５６、５７の連続部分に位置する、半円盤である。以下においてさらに詳細に論じるように、バンプの半径Ｒｂｕｍｐは、流体フィンガの半径Ｒの規模となる。
【００９３】
垂直平面（Ｙ，Ｚ）内における流体フィンガの断面は、半円であり、流体フィンガの表面は、電極に沿って一定であると考えられる。電極の幅ｗが、電極間の間隔ｇと同一の規模である場合には、流体フィンガは、経路のあらゆる点において、電極の２つの側方端部間に内接するゾーンを覆う。２Ｒは、これら２つの直線状端部（すなわち変位電極５１、５２の直線状部分５８の外部エッジ５６、５７）を離間させる距離を示す。
【００９４】
より好ましくは、液滴を形成するためのゾーン５３は、相互に等距離をおいて配置され、より好ましくは８Ｒ〜１０Ｒの間の距離をおいて、より好ましくは９．０１６Ｒの距離をおいて配置される。
【００９５】
以下においてさらに詳細に論じるように、液滴を形成するためのゾーン５３同士の間の間隔距離は、変位電極５１、５２に沿って延在する流体フィンガの最も不安定な波長λｍａｘと実質的に等しい。
【００９６】
さらに有利には、第１の電極対５１ａ、５２ａは、複数の第１の液滴形成ゾーン５３を備え、第２の電極対５１ｂ、５２ｂは、複数の第２の液滴形成ゾーン５３を備える（図５を参照）。
【００９７】
第１の電極対５１ａ、５２ａの不活性化にて、第１の流体フィンガ１９ａは、複数の第１の液滴２３ａへと破裂して、各液滴は、これらの第１の液滴形成ゾーン５３の中の１つの上に位置をとる。
【００９８】
同様に、第２の電極５１ｂ、５２ｂの不活性化にて、第２の流体フィンガ１９ｂは、複数の第２の液滴２３ｂへと破裂して、各液滴は、これらの第２の液滴形成ゾーン５３の中の１つの上に位置をとる。
【００９９】
第２の液滴形成ゾーン５３は、各ゾーンが個別の第１の液滴形成ゾーン５３に対面することにより、複数の交差ゾーン７を形成して、第１の電極対５１ａ、５２ａおよび第２の電極５１ｂ、５２ｂの不活性化にて各第２の液滴２３ｂが第１の対応する液滴２３ａと接触状態になり、それによって対応する交差ゾーン７にグローバル液滴２５を形成するように、配置される。これにより、第１の表面３ａの液滴と第２の表面３ｂの液滴との間における完全に再現可能な混合物を形成することが可能となる。再現可能であるとは、混合物の量およびその位置が制御されることを意味する。
【０１００】
例えば図３Ｅなどの構成による（すなわち液滴を形成するための複数のゾーンを備える変位電極を有する）操作用デバイス１０１の作動は、図４Ａ〜図４Ｃを参照とする以下の通りとなる。
【０１０１】
第１のステップ（図４Ａ）によれば、第１の関心液体１１９ａは、第１のリザーバ９ａから第１の表面３ａと接触状態に置かれる。
【０１０２】
同様に、第２の関心液体１１９ｂは、第２のリザーバ９ｂから第２の表面３ｂと接触状態に置かれる。
【０１０３】
第１の非均一の振動電界は、第１の電気的制御の効果の下で、２つの第１の変位電極５１ａ、５２ａに適合した電圧を印加することにより生成される（図４Ｂ）。
【０１０４】
第１の流体フィンガ１９ａは、２つの第１の変位電極５１ａ、５２ａに沿って延在する。
【０１０５】
第１の流体フィンガ１９ａは、第１の変位電極５１ａ、５２ａをそれらの全長にわたって実質的に覆い、先に定義した、第１の電極対５１ａ、５２ａの外部エッジをそれらの直線状部分において離間させる距離に相当する距離２Ｒと実質的に等しい接触幅（平面（Ｘ，Ｙ）内の）を有する。
【０１０６】
同様に、第２の非均一な振動電界は、電気的制御の効果の下で、２つの第２の変位電極５１ｂ、５２ｂに適合した電圧を印加することにより生成される（図４Ｂ）。
【０１０７】
第２の流体フィンガ１９ｂは、２つの第２の変位電極５１ｂ、５２ｂに沿って延在して、第２の電極をそれらの全長にわたって実質的に覆う。
【０１０８】
この場合に、第１の電気的制御の停止時には（図４Ｃ）、第１の流体フィンガ１９ａは、毛管作用により複数の第１の液滴へと破裂されて、各液滴は、第１の液滴形成ゾーンの上に位置をとる。
【０１０９】
同様に、第２の電気的制御の停止時には（図４Ｃ）、第２の流体フィンガ１９ｂは、毛管作用により複数の第２の液滴へと破裂されて、各液滴は、第２の液滴形成ゾーンの上に位置をとる。
【０１１０】
実際には、流体フィンガ１９ａ、１９ｂは、静電力の不在時には、当然ながら不安定となる。フィンガは、Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕタイプの流体力学的不安定性の効果の下で破裂する。フィンガの複数の液滴へのこの破裂により、液体の表面エネルギーを低下させることが実に可能となる。
【０１１１】
この不安定性は、毛管作用／慣性の間の競合であり、最も不安定な波長は、
【０１１２】
【数１】
【０１１３】
となる。ここで、ｋｍａｘは、波数である。
【０１１４】
したがって、最も不安定な波長は、λｍａｘ＝９．０１６Ｒと表される。Ｒは、流体フィンガの半径である。
【０１１５】
そのため、液滴を形成するためのゾーン（５３ａ、５３ｂ）は、λｍａｘと実質的に等しい距離だけ相互に離間される。液滴を形成するためのこれらのゾーンにより、波長λｍａｘにて流体フィンガ１９ａ、１９ｂの界面を変形させることが、したがって所望の波長を「事前選択」することが可能となる。
【０１１６】
そのため、これらの液滴は、同時に形成され、液滴形成ゾーン５３ａ、５３ｂにそれぞれ置かれる。
【０１１７】
各液滴は、較正された量を有する。この量は、流体フィンガ１９ａ、１９ｂの幅２Ｒ、液滴を形成するためのゾーン５３ａ、５３ｂ間の距離λｍａｘ、および隆起部すなわちバンプ５３１、５３２の半径Ｒｂｕｍｐに応じて、以下の等式、すなわち
【０１１８】
【数２】
【０１１９】
によって決定される。
【０１２０】
λｍａｘは、上述の等式においてＲによる代入を行うことにより、以下の形式において、すなわち
Ｒｂｕｍｐ＝０．９６ｘＲ〜Ｒ
において、ＲによりＲｂｕｍｐを表す関数が得られる。
【０１２１】
第１の表面３ａと第２の表面３ｂとの間の間隔距離Ｈ、ならびに側方寸法ｇおよびｗおよび変位電極５１、５２の可能なＲｂｕｍｐは、第１のフィンガおよび第２のフィンガの最大厚さが距離Ｈ未満となり、第１の液滴および第２の液滴の半径の合計がこの距離Ｈよりも大きい厚さを有するように、適合化される。
【０１２２】
換言すれば、仮に第１の流体フィンガ１９ａおよび第２の流体フィンガ１９ｂの半径（平面（Ｙ，Ｚ）内における）をそれぞれＲＡおよびＲＢとすると、第１の液滴２３ａおよび第２の液滴２３ｂの半径は、それぞれ２ＲＡおよび２ＲＢの規模となる。この例においては（図５）、第１の表面と第２の表面とを離間させる高さＨは、以下の不等式、すなわち
ＲＡ＋ＲＢ＜Ｈ＜２ＲＡ＋２ＲＢ
が真であることを立証する。
【０１２３】
実際には、図５は、図２のデバイスの交差ゾーンの概略斜視図である。
【０１２４】
図５に付随する表に示される数字の例は、５０μｍの規模の離間距離Ｈの場合に、第１の電極対５１ａ、５２ａが、８μｍ〜１６μｍの規模の幅ｗＡを有し、４μｍ〜８μｍの規模の距離ｇＡだけ相互に離間され得ることを、および第２の電極５１ｂ、５２ｂが、１６μｍ〜２０μｍの規模の幅ｗＢを有し、８μｍ〜１０μｍの規模の距離ｇＢだけ相互に離間され得ることを示す。
【０１２５】
したがって、第１の流体フィンガの半径ＲＡは、１０μｍ〜２０μｍの規模となり（ＲＡ＝ｗＡ＋ｇＡ／２）、第１の液滴形成ゾーン間の距離λＡ，ｍａｘは、９０μｍ〜１８０μｍの規模となり、半円盤の半径ＲＡ，ｂｕｍｐは、９．６μｍ〜１９．２μｍの規模となり、第１の液滴２３ａの半径ＲＡ，ｄｒｏｐ（すなわちＲＡ，ｔｏｔａｌ）は、１９．６μｍ〜３９．２μｍの規模となり、第１の液滴の量ＶＡは、１６ｐＬ〜１２６ｐＬの規模となる。
【０１２６】
さらに、第２の流体フィンガの半径ＲＢは、２０μｍ〜３０μｍの規模となり、第２の液滴形成ゾーン間の距離λＢ，ｍａｘは、１８０μｍ〜２７０μｍの規模となり、半円盤の半径ＲＢ，ｂｕｍｐは、１９．２μｍ〜２８．８μｍの規模となり、第２の液滴の半径ＲＢ，ｄｒｏｐ（すなわちＲＢ，ｔｏｔａｌ）は、３９．２μｍ〜５８．８μｍの規模となり、第２の液滴２３ｂの量ＶＢは、１２６ｐＬ〜４２６ｐＬの規模となり、グローバル液滴の量ＶＣは、２５２ｐＬ〜４４２ｐＬの規模となる。
【０１２７】
そのため、第１の液滴２３ａおよび第２の液滴２３ｂは、第１の表面３ａの第１の液滴２３ａが第２の表面３ｂの第２の対応する液滴２３ｂと接触状態になり、それにより対応するグローバル液滴２５を形成するのに十分な厚さを有する。
【０１２８】
本発明による方法によれば、異なる関心溶液間において相互作用を生じさせるために、液滴を迅速に形成し、それらの液滴を正確に操作することが可能となる。
【０１２９】
流体フィンガ１９ａ、１９ｂの形成は、１〜１０ｃｍ／ｓの液体の変位速度により実際に非常に迅速であり、５ｍｍの流体フィンガを形成するには５０〜５００ｍｓが必要であるに過ぎない点に留意されたい。さらに、液滴は、毛管作用／慣性の不安定性の特徴時間が、
【０１３０】
【数３】
【０１３１】
であり、この特徴時間が、液体密度がρ＝１０００ｋｇ／ｍ３であり、フィンガの半幅Ｒが数十マイクロメートルの規模であり、液体／空気表面張力がσ＝０．０７２Ｎｍである場合に、０．０１ｍｓ未満である限りにおいては、さらにより迅速に形成される。
【０１３２】
液滴を形成するためのゾーン５３は、第１の表面３ａおよび第２の表面３ｂの一方のみの上において実施され得る点に留意されたい。そのため、液滴は、所望の位置にて（すなわち隆起部を備える電極の上において）形成され、さらに液体は、隆起部を有さない対面し合う電極によって変位され得る。
【０１３３】
例としては（図示せず）、第１の変位電極対５１ａ、５２ａは、複数の第１の液滴形成ゾーン５３ａを備える一方で、第２の電極対５１ｂ、５２ｂが、液滴形成ゾーンを有さないことが可能である。
【０１３４】
そのため、第１の電極５１ａ、５２ａの不活性化後に、第１の流体フィンガ１９ａは、複数の第１の液滴２３ａへと破裂して、各液滴は、これらの第１の液滴形成ゾーン５３ａの中の１つの上に位置をとる。次いで、第２の電極対５１ｂ、５２ｂが活性化されることにより、これらの第２の電極に沿って少なくとも１つの第２の液滴２３ｂを変位させて、第１の液滴形成ゾーン５３に位置する第１の対応する液滴２３ａと接触状態にすることによって、グローバル液滴２５を形成することが可能である。さらに、次いで第２の電極対５１ｂ、５２ｂを活性化させることにより、第２の電極に沿ってかように形成されたグローバル液滴２５を変位させることが可能である。
【０１３５】
これにより、例えば、液液抽出を生じさせるためにイオン液体が下方基板の第２の表面上において変位される一方で、上方基板の第１の表面上において抽出器としての役割を果たす溶剤を使用することが可能となる。
【０１３６】
図６Ａ〜図６Ｅは、本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による、液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスを概略的に示す。
【０１３７】
第１の表面３ａは、ｍ個の対の第１の電極５１ａ、５２ａからなる第１の電極網を備え、各対は、ｎ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａを形成する。また、デバイス１０２は、ｍ個の第１の関心液体１１９ａをそれぞれｍ個の対の第１の電極５１ａ、５２ａと接触状態に置くことが可能となるように配置された、ｍ個の第１の関心液体１１９ａのｍ個の第１のリザーバ９ａのセットを備える。
【０１３８】
第２の表面３ｂは、ｎ個の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂからなる第２の電極網を備え、各対は、ｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂを形成する。さらに、このデバイスは、ｎ個の第２の関心液体１１９ｂをそれぞれｎ個の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂと接触状態に置くことが可能となるように配置された、ｎ個の第２の関心液体１１９ｂのｎ個の第２のリザーバ９ｂのセットを備える。
【０１３９】
ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａは、ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂと交差することによりｎｍ個の交差ゾーン７を形成するように配置される。
【０１４０】
より具体的には、図６Ａに示すデバイス１０２の上面図が、それぞれが３つ（ｎ＝３）の第１の液滴形成ゾーン５３ａを備える３つ（ｍ＝３）の対の第１の電極５１ａ、５２ａと、それぞれが３つ（ｍ＝３）の第２の液滴形成ゾーン５３ｂを備える３つ（ｎ＝３）の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂとを図示する。
【０１４１】
第１の表面３ａの第１の電極５１ａ、５２ａは、不等式（ＲＡ＋ＲＢ）＜Ｈ＜（２ＲＡ＋２ＲＢ）を満たすように、離間距離Ｈがこれらの電極対の幅ｗＡ、ｗＢおよび差ｇＡ、ｇＢに対して正確に寸法設定される限りにおいては、第２の表面３ｂの電極５１ｂ、５２ｂとの間に任意の角度θを形成することが可能である。
【０１４２】
初期状態においては、ｍ個の第１の関心液体１１９ａの初期液滴は、ｍ個の対の第１の電極５１ａ、５２ａの経路の始点のｍ個の第１のリザーバ９ａ内に位置をとる。同様に、ｎ個の第２の関心液体１１９ｂの初期液滴は、ｎ個の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂの経路の始点のｎ個の第２のリザーバ９ｂ内に位置をとる。
【０１４３】
図６Ｂ（上面図）および図６Ｃ（断面図）は、十分な周波数および電圧で振動している信号が、第１の電極５１ａ、５２ａよび第２の電極５１ｂ、５２ｂの上の交流電圧源２１ａ、２１ｂにより送出された場合に、第１の流体フィンガ１９ａおよび第２の流体フィンガ１９ｂが、接触状態になることなく電極に沿って移動を始めるのを示す。ある特定の非常に短期間（数十ミリ秒の規模の）の後に、流体フィンガ１９ａ、１９ｂは、電極の端部に達する。フィンガのプロファイルは、半円盤であり、第１のフィンガについては半径ＲＡを、第２のフィンガについては半径ＲＢを有する。
【０１４４】
図６Ｄ（上面図）および図６Ｅ（断面図）は、電気回路が開かれ、電極（５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ）がもはや電力供給を受けなくなるとすぐに、液体が、隆起部（液滴を形成するためのゾーン）の方向に後退することにより最小エネルギー状態へと戻るように動作するのを示す。そのため、約２ＲＡの半径のｎｍ個の第１の液滴２３ａは、ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａの上に形成され、約ＲＢの半径のｎｍ個の第２の液滴２３ｂは、ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂの上に形成される。
【０１４５】
そのため、第１の表面３ａからのｎｍ個の第１の液滴２３ａはそれぞれ、第２の表面３ｂからのｎｍ個の第２の液滴の対応する液滴２３ｂと相互作用して、ｎｍ個の交差ゾーン７にｎｍ個のグローバル液滴２５のセットを形成する。
【０１４６】
これにより、生物学的成分（例えばＤＮＡ鎖）または化学的成分の混合物を、非常に大量に、同時に、非常に短期間で生成することが可能となる。
【０１４７】
また、イオン液体が下方基板の第２の表面上において変位される一方で、抽出器の役割を果たす溶剤を上方基板の第１の表面上において使用することも可能である。
【０１４８】
また、このデバイスは、構成変更可能なジオメトリを有する固体柱網を形成するために使用することも可能である。この例においては、変位される液体は、例えば興味深い溶解特性および固化特性を有するワックスまたはパラフィンである。
【０１４９】
有利には、操作用デバイスは、少なくとも１つの交差ゾーンの上に形成された液滴の成分を検出する手段を備える。これらの検出手段は、光学的手段、電気機械的手段、化学的手段、または他の手段であることが可能である。
【０１５０】
図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ａ〜図６Ｅの構成による、光学的検出手段を備える操作用デバイスを概略的に示す。
【０１５１】
このデバイス１０３は、透明材料から作製され、光学的検出手段６１、６３に結合された、上方基板１１ａを備えるマイクロ流体チップである。これらの手段は、透明基板１１ａを通してグローバル液滴２５を照明する光源６１と、センサ、すなわちこの液滴２５により拡散された光を受けるための受光手段６３とを備える。そのため、液滴により拡散された光によって、この液滴内部で生じる相互作用を分析することが可能となる。
【０１５２】
この例は、２ｎ個の試料を使用して自動的かつ同時的な態様でｎ２個の化学的／生物学的反応（ここではｎ＝４）に関する蛍光応答マップを作成するのを示す。
【０１５３】
実際には、それぞれ化学的成分または生物学的成分αおよびβを含む２つの生物学的溶液または化学溶液ＡおよびＢを使用して、溶液Ａのｎα個の試料（ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４）を第１のリザーバ９ａ内に用意し、溶液Ｂのｎβ個の試料（ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３、ＣＢ４）を第２のリザーバ９ｂ内に用意する。これらの各試料は、異なる特性（例えば製品の濃度においてなど）を有する。
【０１５４】
操作用デバイス１０３を用いることにより、同時的かつ自動的な態様で、相互に異なるｎα個・ｎβ個のグローバル液滴２５が、ｎα個の第１の液滴とｎβ個の対応する液滴との間の相互作用から形成される。
【０１５５】
発光手段６１により、様々なグローバル液滴２５によって拡散されることとなる光励起が送出される。拡散され受光手段６３により捕獲される光により、成分αとβとの間の相互作用または反応の蛍光応答を正確に判定することが可能となる（図７Ｂ）。
【０１５６】
代替的な一実施形態によれば、検出手段は、電気機械的手段である。この例においては、操作用デバイスは、上方基板または下方基板の少なくとも一方の上に少なくとも１つの検出器を備える。検出器は、交差ゾーンの上に配置され、第１の表面および第２の表面のいずれか一方に属する検出表面を形成する表面を有する、平坦状電気機械的発振器であることが可能である。
【０１５７】
実際に、図８Ａおよび図８Ｂは、第１の実施形態の代替形態による操作用デバイス内に組み込まれる電気機械的検出手段を概略的に示す。より具体的には、図８Ａは、このデバイスの長手方向概略断面図であり、図８Ｂは、図８Ａのデバイスの下方基板の一部分の概略斜視図である。
【０１５８】
デバイス１０４の上方基板１１ａは、先に説明した基板と同様である。有利には、上方基板１１ａは、誘電体層１３ａの上に形成された疎水性層１４ａを備える。第１の表面３ａを形成することとなる疎水性層１４ａは、ＳｉＯＣ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、およびさらにはパリレンであることが可能であり、数ナノメートルから数ミクロンの厚さを有することが可能である。
【０１５９】
有利には、誘電体層１３ａおよび疎水性層１４ａは、同一材料からなる単一の層であることが可能であり、この材料は、例えばテフロン（登録商標）、パリレン、ＳｉＯＣなどであることが可能である。
【０１６０】
下方基板１１ｂは、支持体７３により基板１１１ｂ内に維持された複数の電気機械発振器７１を備える（図８Ｂ）。したがって、下方基板１１１ｂの上方表面（すなわち第２の表面１１３ｂ）は、発振器７１の表面により形成された検出表面１１４ｂを備える。
【０１６１】
発振器７１は、流体媒体内の粒子を重量検出するためのデバイスについて記載している本出願人の名において出願された国際出願ＷＯ２００９／１４１５１５に記載されているものと同様または同一であることが可能である。
【０１６２】
各発振器７１は、ここでは、空洞部７５の上方に配置された正方形プレートであり、この空洞部７５により、このプレートは、その平面内および平面外において振動することが可能となる。しかし、発振器７１は、例えば円盤、リング、または多角形などの他の形状を有することも可能である。
【０１６３】
各プレート７１は、発振器７１の４つの上部に分配され、発振器７１の対角線に沿って配向された、支持体７３、接触上部（図８Ｂ）、または場合によってはビーム（図示せず）により下方基板１１１ｂの上に設置される。
【０１６４】
正方形プレート７１は、５〜数百ミクロンの間の幅を有する。正方形プレート７１の厚さは、典型的には、その幅の１／１０以下である。正方形プレート７１は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ダイヤモンド、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ニッケル、タングステン、およびさらには白金または電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ）もしくは電気機械ナノシステム（ＮＥＭＳ）の分野において使用される任意の他の材料の中から選択された材料から作製することが可能である。
【０１６５】
第２の変位電極対５１ｂ、５２ｂは、第２のリザーバ（図示せず）から第２の表面１１３ｂを覆って延在し、支持手段７３が介在することにより、検出表面１１４ｂを形成する発振器の正方形プレート７１の上に延在する。第２の電極対５１ｂ、５２ｂは、検出表面１１３ｂの上に第２の液滴形成ゾーン１５３ｂを形成する。
【０１６６】
さらに、正方形プレート７１は、第１の変位電極の第１の液滴形成ゾーン５３ａの正反対側の交差ゾーン７に配置される。
【０１６７】
各発振器７１は、発振器７１のエッジの対向側に配置された作動電極８１、８２と容量結合されることにより振動状態に置かれるように、より好ましくはその共振周波数において振動状態に置かれるように、構成される。
【０１６８】
発振器７１は、ラーメモード、ボリューム拡張モードもしくはいわゆる「ワイングラス」モード、または任意の他の輪郭モードの中から選択された所定の振動モードに応じて振動する、より好ましくは発振器７１の平面内において振動することが可能である点に留意されたい。
【０１６９】
重量検出は、発振器７１と、発振器７１のエッジの対向側に配置された２つの測定電極８４、８５との間の容量結合により実施される。
【０１７０】
測定した電流を利用して、有効振動周波数と印加した初期周波数との間の周波数差が低減される。
【０１７１】
第１の流体フィンガおよび第２の流体フィンガを形成するためのモードは、先に説明したモードと同一である。特に第２の流体フィンガは、液体誘電泳動により形成され、対応する支持手段７３により下方基板１１１ｂおよび発振器７１を覆って延在する。
【０１７２】
第２の液滴形成ゾーン１５３ｂは、各検出表面１１４ｂの上に配置される。そのため、電気的制御の停止時には、第２の流体フィンガは、毛管作用により複数の第２の液滴へと破裂され、各液滴は、第２の液滴形成ゾーン１５３ｂの上に配置され、そのため対応する発振器７１の検出表面１１４ｂの上に配置される。
【０１７３】
検出表面１１４ｂの上に形成された第２の液滴２３ｂはそれぞれ、第１の表面からの第１の液滴２３ａの対応する液滴と相互作用して、異なる検出表面１１４ｂの上にグローバル液滴のセットを形成する。この場合に、重量検出により、これらの液滴の内部において生ずる相互作用を分析することが可能となる。
【０１７４】
発振器７１の検出表面１１４ｂは、有利には液滴により覆われるように意図された親水性ゾーンを有することが可能である点に留意されたい。
【０１７５】
代替的には、操作用デバイスは、電気生理学的検出手段（図示せず）を備えることが可能である。
【０１７６】
実際には、下方基板１１ｂ内の発振器７１は、電気生理学的センサに置換することが可能である。これらのセンサは、検出表面を形成するセル膜を通過するイオン電流を記録する。
【０１７７】
下方基板は、検出表面上に、流体チャンバとして作用する開口を有する。この開口の壁部の中の１つは、膜の下方表面となる。
【０１７８】
また、膜の両側に配置された２つの測定点間の電位差を測定するための手段を使用して、膜上に形成された液滴と流体チャンバとの間で膜を通過する種のイオン電流を測定することも可能である。
【０１７９】
図９は、本発明の第２の実施形態による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイス２０１を示す。
【０１８０】
操作用デバイス２０１は、互いに対向して配置された、下方基板２１１ｂと、カバーを形成する上方基板１１ａとを備える。
【０１８１】
上方基板１１ａは、先に説明したものと同一であり、そのため関心液体の少なくとも１つのリザーバ９ａと、第１の表面３ａの上に配置された少なくとも１つの電気変位経路５ａとを備える。有利には、上方基板１１ａは、誘電体層１３ａの上に形成された疎水性層１４ａをさらに備える。
【０１８２】
各第１の電気変位経路５ａは、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体の対応するリザーバ９ａから流体フィンガを形成するために、第１の表面３ａの上に配置された実質的に平行かつ同一平面内に位置する第１の電極対５１ａ、５２ａを備える。流体フィンガは、不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの液滴２３ａを生成することによって破裂される。
【０１８３】
下方基板２１１ｂは、第２の表面上に配置された少なくとも１つの第２の電極変位経路５ｂを備える。第１の電気変位経路および第２の電気変位経路は、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーン７を画定する。
【０１８４】
各第２の電気変位経路５ｂは、交差ゾーン７において上方基板１１ａにより形成された少なくとも１つの液滴２３ａを変位させるための第２の電極２５１ｂ、２５２ｂを備える。
【０１８５】
例としては、第２の電極２５１ｂ、２５２ｂは、第２の電極２５１ｂ、２５２ｂの十分な電気活性化と、液滴が第１の電極および第２の電極に接触状態となるのに十分な厚さを有することが判明している状態での第１の電極対５１ａ、５２ａの接地との効果の下において、ＥＷＯＤにより液滴を変位させるように構成された正方形電極であることが可能である。
【０１８６】
実際には、第１の表面３ａと第２の表面３ｂとの間の離間距離Ｈ、および第１の変位電極の寸法は、流体フィンガの最大厚さが距離Ｈ未満となり、液滴がこの距離Ｈを超える厚さを有するように、適合化される。
【０１８７】
換言すれば、仮に流体フィンガの半径をＲとすると、液滴の半径は、２Ｒの規模となる。この例においては、第１の表面および第２の表面を離間させる高さＨは、以下の不等式、すなわち
Ｒ ＜Ｈ＜２Ｒ
が真であることを立証する。
【０１８８】
例としては、離間距離が５０μｍの規模の場合には、第１の電極対５１ａ、５２ａは、２０μｍの規模の幅ｗを有することが可能であり、２０μｍの規模の距離ｇだけ相互に離間されることが可能となる。そのため、流体フィンガの半径Ｒは、Ｒ＝ｗ＋ｇ／２＝３０μｍの規模となり、液滴の半径は、６０μｍの規模となる。
【０１８９】
この第２の実施形態によれば、液滴は、上方基板１１ａにより形成され、そのため下方基板１１１ｂは、関心液体のリザーバを備えない点に留意されたい。
【０１９０】
本発明による第２の実施形態により、第１の表面３ａの液体の液滴を第２の表面１１３ｂの方向に移動させることが可能となり、第２の表面の上に配置された変位電極によりこの液体を操作するかまたは次いで変位させることが可能となる。
【０１９１】
有利には、デバイスは、第１の実施形態を参照として説明されるように実施される、光学的検出手段、電気機械的検出手段、電気生理学的検出手段、または他の検出手段を備える。
【０１９２】
特に、電気機械的検出手段の場合には、第２の電極は、例えば検出表面の上に液滴を移動させるように構成され得る。
【０１９３】
さらに、第２の表面は、機能化されることが可能であり、および／または第１の表面とは異なる温度を有することが可能であり、および／または様々な生物学的プロトコルもしくは化学的プロトコルを生成するための生物学的成分を備えることが可能である。
【０１９４】
当然ながら、当業者は、専ら非限定的な例として本明細書において説明した本発明に対して様々な変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１９５】
１ マイクロ流体デバイス
３ａ 第１のマイクロ流体表面
３ｂ 第２のマイクロ流体表面
５ａ 第１の電気変位経路
５ｂ 第２の電気変位経路
７ 交差ゾーン
７ａ 第１の点
７ｂ 第２の点
９ａ リザーバ
９ｂ リザーバ
１１ａ 上方基板
１１ｂ 下方基板
１３ａ 誘電体層
１３ｂ 誘電体層
１４ａ 疎水性層
１５ 分離壁部
１９ａ 第１の流体フィンガ
１９ｂ 第２の流体フィンガ
２１ａ 交流電圧源
２１ｂ 交流電圧源
２３ａ 第１の液滴
２３ｂ 第２の液滴
２５ グローバル液滴
５１ 電極
５１ａ 第１の電極
５１ｂ 第２の電極
５２ 電極
５２ａ 第１の電極
５２ｂ 第２の電極
５３ 液滴を形成するためのゾーン
５３ａ 液滴を形成するためのゾーン
５３ｂ 液滴を形成するためのゾーン
５４ 内部エッジ
５５ 内部エッジ
５６ 外部エッジ
５７ 外部エッジ
５８ 直線状部分
６１ 光学的検出手段、光源、発光手段
６３ 光学的検出手段、受光手段
７１ 電気機械発振器
７３ 支持体、支持手段
７５ 空洞部
８１ 作動電極
８２ 作動電極
８４ 測定電極
８５ 測定電極
１０１ 操作用デバイス
１０２ デバイス
１０３ 操作用デバイス
１０４ デバイス
１１１ｂ 基板
１１３ｂ 第２の表面、検出表面
１１４ｂ 検出表面
１１９ａ 第１の関心液体
１１９ｂ 第２の関心液体
１５３ｂ 第２の液滴形成ゾーン
２０１ マイクロ流体デバイス、操作用デバイス
２１１ｂ 下方基板
５３１ 平坦状バンプ
５３２ 平坦状バンプ
ＣＡ１ 試料
ＣＡ２ 試料
ＣＡ３ 試料
ＣＡ４ 試料
ＣＢ１ 試料
ＣＢ２ 試料
ＣＢ３ 試料
ＣＢ４ 試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスにおける液滴の形成および操作の全般分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野において、少量の液体試料を分析するために可能な限り最も簡易かつ低介入的な態様において液滴を形成および操作することが要求される。
【０００３】
この要求は、例えば、化学分析、生物学的診断もしくは医学的診断のためなど、または農業食品工学もしくは遺伝子工学の分野において、２つの溶液間における生物学的相互作用および／または化学的相互作用の確立を目的とする場合などに当てはまり得る。
【０００４】
例としては、バイオチップを挙げることができる。このバイオチップは、分子生物学の分野において、核酸（ＤＮＡおよび／またはＲＮＡ）の交配、あるいは抗原／抗体、タンパク／受容体、タンパク／タンパク、酵素／基質、等々のタイプの相互作用を分析するためのマクロシステムを構成する。さらに、これらの化学的相互作用および／または生物学的相互作用に関連付けられる運動学的パラメータまたは平衡定数の取得を試みることが可能である。
【０００５】
一般的には、液滴または流体流の操作は、流体力学的手段、電気的手段、または磁気的手段を用いて実施することが可能である。例えばエレクトロウェッティングの効果による操作および誘電泳動の効果による操作など、操作のための複数の技術を利用することが可能である。
【０００６】
ＥＷＯＤエレクトロウェッティング（誘電体上におけるエレクトロウェッティング）は、複数の初歩的な流体操作の実施を可能にする。この技術は、一般的には、表面上において液滴を徐々に近づけるように前進させるために適切な制御に従い連続的にスイッチングされる電極マットを使用する。ＥＷＯＤによる液滴の変位は、カバー上の電極と基板上の別の電極との間の電位差を利用することにより実施することが可能である。そのため、液滴は、これら２つの面に直接的に接触した状態にある。また、アノード電極と周囲の電界との間に電位差を印加することにより一方の電極から別の電極へと液滴を変位させることが可能である。しかし、液滴は、形成されるとすぐにその固有の体積を持ち、対面する面と接触状態になれないか、または対面する面と常に接触状態になる。この特徴を制御することは不可能である。同様に、この技術は、異なる液体流を使用して対面し合う液滴を形成することができない。
【０００７】
誘電泳動方法ＬＤＥＰは、表面上に液滴を形成するために利用される。しかし、これまで、この技術は、開構成（すなわちカバーを有さない）において適用されるか、またはＥＷＯＤによる液滴の変位と同一の（すなわち、表面上の電極網とカバー上の質量に相当する電極との間の電位差を用いた）構成で閉じられてきた。この構成においては、液体は、基板およびカバーと接触状態にある。
【０００８】
液体誘電泳動により表面上の液体を操作する機構について言及している複数の研究がある。
【０００９】
特許出願ＷＯ２００６０２５９８２、ならびにＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ＤＥＰ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ」（Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１７（２００７年）、１０５２〜１０５８頁）と題する記事は、カバーを有さない開構成においてＬＤＥＰにより液滴を形成するためのデバイスについて記載している。このデバイスは、基板と誘電体材料で覆われた２つの共平面電極とを備えるマイクロ流体プラットフォームから構成される。ＡＣ信号が、２つの電極間に印加され、その結果としてこれらの電極は、プラットフォーム上において液体の変位を生じさせる。
【００１０】
別の出願である米国特許２０１１００５６８３４は、互いに離間された２つの同様の対面するＬＤＥＰプラットフォームを備える閉マイクロ流体デバイスについて記載している。第１のプラットフォーム（または基板）は、互いに分離されＡＣ信号により個別に作動される電極を備え、第２のプラットフォーム（またはカバー）は、質量の役割を果たす電極を備える。この構成により、ＬＤＥＰ効果による複数方向への液体流の変位が可能となる。しかし、液体は、変位されることが可能となるには、カバーの電極および基板の電極の両方に接触することが必要となる。そのため、このデバイスでは、ある表面から別の表面への液体の移動は、または液滴の正確かつ再現可能な形成および操作は、可能とはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２００６０２５９８２
【特許文献２】米国特許２０１１００５６８３４
【特許文献３】ＷＯ２００９／１４１５１５
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ＤＥＰ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ」（Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１７（２００７年）、１０５２〜１０５８頁）
【非特許文献２】Ｊｏｎｅｓによる「Ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ」（Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ、５１〜５２ （２００１年）、２９０〜２９９頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、液滴を形成および操作するための、より効果的かつより正確なデバイスおよび方法を提案することにより、前述の欠点を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、目的に合わせて、液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスを有し、このマイクロ流体デバイスは、
− 離間距離だけ相互に離間された、第１および第２の平行なマイクロ流体表面と、
− 前記第１の表面の上に配置された少なくとも１つの第１の電気変位経路と、
− 前記第２の表面の上に配置された少なくとも１つの第２の電気変位経路であって、前記第１の経路および前記第２の経路が、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーンを画定する、第２の電気変位経路と
を備え、
− 前記第１の経路および前記第２の経路の少なくとも一方が、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体の対応するリザーバから前記経路に沿って各流体フィンガを形成するように構成され、このリザーバは、前記液体を対応する表面と接触状態に置くことが可能となるように配置され、前記流体フィンガは、電気的不活性化の効果の下において毛管作用により前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて前記流体フィンガから少なくとも１つの各液滴を生成することによって破裂し、
− 前記第１の経路および前記第２の経路は、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離が、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きく、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように、構成される。
【００１５】
そのため、第１の経路および第２の経路の一方の上に形成された流体フィンガは、前記第１の経路および前記第２の経路の他方による衝突を受けることはなくなり、また同時に第１の経路および第２の経路のそれぞれが第１の経路および第２の経路のいずれか一方の上に形成された液滴と相互作用するのを依然として可能にする。これにより、ある平面から別の平面に液滴を移動させること、ならびに液滴を混合させて種々の溶液間において生物学的相互作用および／または化学的相互作用を同時に生じさせることを必要とする多くの用途のために、１つまたは複数の位置の上におよび１つまたは２つの表面の上において液滴を形成および操作することが可能となる。
【００１６】
２つの流体が、混和性を有する場合には、混合は、互いに対向して形成されたその２つの液滴を接触状態に置く際に得られる。しかし、混合は、非混和性液体の関与も意味し、その場合には、混合は、２相となり、すなわち２つの非混和性液相を含み、液相は、例えば第２の液相に封じ込められる。
【００１７】
本発明の第１の実施形態によれば、前記第１の電気変位経路は、電気的活性化の効果の下において第１の関心液体の第１のリザーバから第１の流体フィンガを形成するために、前記第１の表面の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対を備え、前記第２の電気変位経路は、電気的活性化の効果の下において第２の関心液体の第２のリザーバから第２の流体フィンガを形成するために、前記第２の表面の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第２の電極対を備え、前記第１の流体フィンガおよび前記第２の流体フィンガは、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの各第１の液滴および少なくとも１つの第２の液滴を生成することによって破裂し、前記少なくとも１つの各第１の液滴および前記少なくとも１つの第２の液滴は、前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴（ｇｌｏｂａｌ ｄｒｏｐ）を形成する。
【００１８】
これにより、接触状態に置くことなく第１の流体フィンガおよび第２の流体フィンガを交差させ、２つの異なる表面から液体を形成して、接触させることが可能となる。そのため、このデバイスは、例えば２つの液体ボリューム間の相互作用または反応などを必要とする様々な用途を実施するために液滴を操作するのに理想的なものである。
【００１９】
有利には、前記第１の電極対は、複数の第１の液滴形成ゾーンを備え、これにより、前記第１の電極対の不活性化にて、第１の流体フィンガは、複数の第１の液滴へと破裂して、各液滴は、前記第１の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとる。
【００２０】
これにより、第１の表面の計画位置に再現可能な態様で液滴を形成することが可能となる。
【００２１】
有利には、前記第２の電極対は、第１の別個の液滴形成ゾーンに対面するようにそれぞれが配置されることにより複数の交差ゾーンを形成する複数の第２の液滴形成ゾーンを備え、これにより、前記第２の電極対の不活性化にて、第２の流体フィンガは、複数の第２の液滴へと破裂して、各液滴は、前記第２の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとり、各第２の液滴は、第１の対応する液滴と接触状態になることにより、対応する交差ゾーンにおいてグローバル液滴を形成する。
【００２２】
これにより、完全に再現可能な態様で、および良好に規定された位置にて、第１の表面の液滴と第２の表面の液滴との混合物を形成することが可能となる。
【００２３】
第１の実施形態のある特定の構成によれば、前記第１の表面は、ｍ個の第１の電極対からなる第１の電極網を備え、各対は、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成し、前記第２の表面は、ｎ個の第２の電極対からなる第２の電極網を備え、各対は、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンと交差することによりｎｍ個の交差ゾーンのセットを形成する。
【００２４】
これにより、少なくとも２つの溶液を用いて非常に多数の様々な液滴を同時におよび自動的に相互作用させることが可能となる。
【００２５】
有利には、前記第２の電極対は、前記第２の電極対に沿って位置する少なくとも１つの第２の液滴および／または少なくとも１つのグローバル液滴を変位させるように構成される。
【００２６】
これにより、例えば、液滴を形成するためのゾーンを備えない第２の電極を使用し、第２の液滴を変位させて、前記第１の電極対の第１の液滴形成ゾーンに位置する第１の対応する液滴と接触させることにより、対応するグローバル液滴を形成することが可能となる。また、これにより、第２の液滴および／またはグローバル液滴を変位させて、様々な化学的プロトコルおよび／または生物学的プロトコルを求めることが可能となる。
【００２７】
第２の実施形態によれば、前記第１の電気変位経路は、前記電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体のリザーバから流体フィンガを形成するために、前記第１の表面の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対を備え、前記流体フィンガは、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの液滴を生成することにより破裂し、前記第２の電気変位経路は、第２の電極を備えることにより、前記第２の電極の電気的活性化の効果の下において前記少なくとも１つの液滴を変位させる。
【００２８】
これにより、第１の表面上に液滴を形成すること、別の表面上にそれらの液滴を移動させること、ならびに次いでこの第２の表面の上においてそれらの液滴を変位させて、様々な生物学的用途および／または化学的用途のために様々なプロトコルを実施することが可能となる。
【００２９】
有利には、本デバイスは、前記少なくとも１つの交差ゾーンの上に形成された液滴の成分を検出する手段を備える。
【００３０】
これにより、液体の化学的特性および／または生物学的特性を分析することが可能となる。
【００３１】
第１の代替的な実施形態によれば、前記検出手段は、前記少なくとも１つの液滴の上に光を発するための光源と、前記少なくとも１つの液滴により拡散される光を受けるための受光手段とを備える、光学的手段である。
【００３２】
これにより、短縮された時間で同時にかつ正確に試料を操作および分析することが可能となる。
【００３３】
別の代替形態によれば、前記検出手段は、前記第１の表面および前記第２の表面のいずれか一方に属する検出表面を形成する表面を有する少なくとも１つの平坦状発振器を備える電気機械的手段である。
【００３４】
これにより、試料の効果的な操作および分析の両方を行うための単純、コンパクト、かつ自律的なデバイスを得ることが可能となる。
【００３５】
有利には、前記検出表面は、前記少なくとも１つの液滴により覆われるように意図された親水性ゾーンを有する。
【００３６】
これにより、最適な検出を得るために検出表面の最も感度の高い位置に液体を配置することが可能となる。
【００３７】
有利には、前記第１の電極対および前記第２の電極対はそれぞれ、誘電体層により覆われる。
【００３８】
これにより、液体と電極との間の直接的な接触が防がれて、液体の電気分解を防止することが可能となる。
【００３９】
また、本発明は、液滴を操作するための方法に関し、この方法は、
− 第１の関心液体を備える少なくとも１つの第１のリザーバを第１のマイクロ流体表面の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路と接触状態に置くステップと、
− 第２の関心液体を備える少なくとも１つの第２のリザーバを第２のマイクロ流体表面の上に配置された少なくとも１つの第２の対応する電気変位経路と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面および前記第２の表面が、平行であり、離間距離だけ相互に離間され、前記少なくとも１つの第１の変位経路および前記少なくとも１つの第２の変位経路が、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーンを画定する、ステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って第１の対応する流体フィンガを形成するステップと、
− 前記少なくとも１つの第２の変位経路を活性化することにより、前記第２の経路に沿って第２の対応する流体フィンガを形成するステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第１の液滴を生成することによって第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
− 前記少なくとも１つの第２の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第２の液滴を生成することによって第２の流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離が、一方においては前記第１の流体フィンガおよび前記第２の流体フィンガの合計厚さよりも大きく、他方においては前記第１の液滴および前記第２の液滴の合計厚さよりも小さく、これにより、前記第１の液滴および前記第２の液滴は、前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて共に混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴を形成する、ステップと
を含む。
【００４０】
有利には、本方法は、
− ｍ個の第１の関心液体を備えるｍ個の第１のリザーバのセットをｍ個の第１の対応する経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、このｍ個の第１の対応する経路はそれぞれ、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成する、ステップと、
− ｎ個の第２の関心液体を備えるｎ個の第２のリザーバのセットをｎ個の対応する第２の経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、このｎ個の対応する第２の経路はそれぞれ、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンとそれぞれ交差することによりｎｍ個の対応する交差ゾーンのセットを形成する、ステップと、
− ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｍ個の第１の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
− ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｎ個の第２の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
− ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第１の液滴のセットを生成することによってｍ個の第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
− ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第２の液滴のセットを生成することによってｎ個の第２の対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、ｎｍ個の液滴は、ｎｍ個の第２の対応する液滴と混合して、ｎｍ個の対応する交差ゾーンにおいてｎｍ個のグローバル液滴のセットを形成する、ステップと
を含む。
【００４１】
有利には、前記ｍ個の第１のリザーバは、様々な特性の第１の溶液のｍ個の第１の試料をそれぞれ備え、前記ｎ個の第２のリザーバは、様々な特性の第２の溶液のｎ個の第２の試料をそれぞれ備え、これによりｎｍ個の様々なグローバル液滴を形成する。
【００４２】
有利には、本方法は、光学的手段、電気機械的手段、または電気生理学的手段により、前記第１の溶液と前記第２の溶液との間の様々な相互作用を検出するステップを含むことが可能である。
【００４３】
また、本発明は、液滴を操作するための方法に関し、この方法は、
− 関心液体を備える少なくとも１つのリザーバを第１のマイクロ流体表面の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面が、第２のマイクロ流体表面に対して平行であり、第２のマイクロ流体表面から離間距離だけ離間され、前記第２の表面が、少なくとも１つの第２の電気変位経路を備え、この少なくとも１つの第２の電気変位経路が、前記少なくとも１つの第１の経路との間に少なくとも１つの交差ゾーンを画定する、ステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って対応する流体フィンガを形成するステップと、
− 前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの液滴を生成することによって対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離が、一方においては前記流体フィンガの厚さよりも大きく、他方においては前記少なくとも１つの液滴の厚さよりも小さい、ステップと、
− 前記少なくとも１つの第２の変位経路を活性化することにより、前記少なくとも１つの液滴を変位させるステップと
を含む。
【００４４】
本発明の他の利点および特徴が、以下の非限定的な詳細な説明において明らかになろう。
【００４５】
以下、添付の図面を参照として、非限定的な例として本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスの概略図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態による操作用デバイスの長手方向概略断面図である。
【図３Ａ】図２に示すデバイスの上方基板の概略底面図である。
【図３Ｂ】図２に示すデバイスの上方基板の概略底面図である。
【図３Ｃ】図２に示すデバイスの下方基板の概略上面図である。
【図３Ｄ】図２に示すデバイスの下方基板の概略上面図である。
【図３Ｅ】図２に示すデバイスの変位電極の一部分の詳細図である。
【図４Ａ】液体の液滴の形成を示す、図２に示すデバイスの長手方向概略断面図である。
【図４Ｂ】液体の液滴の形成を示す、図２に示すデバイスの長手方向概略断面図である。
【図４Ｃ】液体の液滴の形成を示す、図２に示すデバイスの長手方向概略断面図である。
【図５】図２のデバイスの交差ゾーンの概略斜視図である。
【図６Ａ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｂ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｃ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｄ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図６Ｅ】本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による液滴を操作するためのデバイスの概略図である。
【図７Ａ】光学的検出手段を備える図６Ａの構成による操作用デバイスの概略図である。
【図７Ｂ】光学的検出手段を備える図６Ａの構成による操作用デバイスの概略図である。
【図８Ａ】電気機械的検出手段を備える図６Ａによる操作用デバイスの概略図である。
【図８Ｂ】電気機械的検出手段を備える図６Ａによる操作用デバイスの概略図である。
【図９】本発明の第２の好ましい実施形態による操作用デバイスの長手方向概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、本発明による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイス１を概略的に示す。
【００４８】
操作用マイクロ流体デバイス１は、第１のマイクロ流体表面３ａおよび第２のマイクロ流体表面３ｂを備える。これらの第１のマイクロ流体表面３ａおよび第２のマイクロ流体表面３ｂは、互いに平行であり、離間距離Ｈだけ相互に離間される。
【００４９】
以下に述べることとなる全ての説明において、慣例により、図１に示すデカルト座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における正規直交系を使用する。平面（Ｘ，Ｙ）は、前記第１のマイクロ流体表面３ａおよび前記第２のマイクロ流体表面３ｂに対して平行であり、方向Ｚは、第２の表面３ｂから始まり第１の表面３ａの方向に向かうように配向される。
【００５０】
少なくとも１つの第１の電気変位経路５ａが、第１の表面３ａの上に構成される（ここでは、単一の第１の経路が図示される）。
【００５１】
同様に、少なくとも１つの第２の電気変位経路５ｂが、第２の表面３ｂの上に構成される（ここでは、単一の第２の経路が図示される）。
【００５２】
電気経路は、所与の方向に従って延在する連続電極か、または複数の隣接し合う基本電極のいずれかを意味する。この後者の例においては、各電極は、近い間隔で隣の電極から離間される。この間隔は、１０μｍの電極の幅については典型的には１μｍとなり、この幅は、間隔の方向に対して垂直な方向における寸法である。
【００５３】
第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂは、それらの間に接触を伴わずに少なくとも１つの交差ゾーン７を画定する。換言すれば、第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂは、互いに接触状態にはない。
【００５４】
実際には、第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂは、第１の表面３ａおよび第２の表面３ｂに直交する少なくとも１つの直線（方向Ｚに沿った）が、第１の点７ａにて第１の経路５ａと、および第２の点７ｂにて第２の経路５ｂと交差することにより、これらの２つの点の間に形成される空間によって交差ゾーン７が画定されるように、配置される。第１の点７ａと第２の点７ｂとの間の距離は、当然ながら、離間距離Ｈに等しい。
【００５５】
第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂの平面（Ｘ，Ｙ）内における方向は、単一の交差ゾーン７を形成するあらゆる角度に沿った割線が可能であり、または、交絡することにより無限交差ゾーンを形成することが可能である点に留意されたい。
【００５６】
第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂの少なくとも一方は、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動によりその経路に沿った各流体フィンガを形成するように構成される。
【００５７】
液体誘電泳動（ＬＤＥＰ）は、電気絶縁液体または導電液体に対する電気力の印加を意味し、この力は、非均一振動電界により生成される。液体誘電泳動による流体フィンガの形成は、具体的には、Ｊｏｎｅｓによる「Ｌｉｑｕｉｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ」（Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔ、５１〜５２ （２００１年）、２９０〜２９９頁）と題する記事に記載されている。液体が、電界内に位置する場合には、この液体の分子は、非ゼロ双極子を獲得し、分極状態となる。電界が均一でない限りは、クーロン力が生じ、この液体の分子の、したがって全ての液体の最大電界方向への変位を引き起こす。
【００５８】
流体フィンガは、対応する表面３ａ、３ｂと液体とを接触状態にすることが可能となるように配置された対応する関心流体のリザーバ９ａ、９ｂから各経路５ａ、５ｂに沿って形成される。図１は、第１の表面５ａの上に配置された第１のリザーバ９ａと、場合によっては第２の表面３ｂの上に配置された第２のリザーバ（破線として示される）９ｂとを示す。
【００５９】
電気的制御が停止した場合には、流体フィンガは不安定な形態を有する点に留意されたい。次いで、毛管不安定（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ）が急速に生じ、１つまたは複数の液滴へのフィンガの破裂が引き起こされて、これにより液体の表面エネルギーを低下させることが可能となる。
【００６０】
そのため、第１の表面３ａおよび／または第２の表面３ｂの上に形成された各流体フィンガは、電気的不活性化の効果の下において毛管作用により交差ゾーン７において各液滴を生成することにより破裂される。
【００６１】
さらに、第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂは、第１の表面３ａと２の表面３ｂとの間の離間距離Ｈが、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きくなり、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように構成される。
【００６２】
そのため、経路５ａ、５ｂの一方のみが、流体フィンガを形成するように構成される場合には、離間距離Ｈは、流体フィンガが他方の経路に接触し、その一方でこのフィンガにより生成された液滴の少なくとも１つがこの他方の経路に接触しているような距離となる。
【００６３】
さらに、第１の経路５ａおよび第２の経路５ｂが、第１の流体フィンガおよび第２の流体フィンガのそれぞれを形成するように構成される場合には、離間距離Ｈは、これらの流体フィンガが接触しない一方で、第１のフィンガにより生成された液滴の少なくとも１つが第２のフィンガにより生成された液滴の中の別の液滴に接触しているような距離となる。
【００６４】
図２は、本発明の第１の実施形態による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスを示す。
【００６５】
操作用デバイス１０１は、互いに対向して配置された、カバーを形成する上方基板１１ａおよび下方基板１１ｂを備える。「下方」および「上方」という用語は、本明細書においては、正規直交系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の方向Ｚに沿った配向に関するものと理解されたい。
【００６６】
カバー１１ａは、誘電体層１３ａから形成された下方表面を有する。誘電体層１３ａの自由表面は、第１の表面３ａに相当する。
【００６７】
下方基板１１ｂは、誘電体層１３ｂから形成された上方表面を有する。誘電体層１３ｂの自由表面は、第２の表面３ｂに相当する。
【００６８】
下方基板１１ｂまたは上方基板１１ａの材料は、以下の材料、すなわちガラス、パイレックス（登録商標）またはポリカーボネートもしくはＰＥＥＫなどの有機材料、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ダイヤモンド、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ニッケル、タングステン、およびさらには白金の中から選択することが可能である。上方基板１１ａは、有利には透明材料から作製される。上方基板１１ａおよび下方基板１１ｂの厚さは、数十ミクロンから数ミリメートルの間であることが可能である。
【００６９】
デバイス１０１は、２つの基板１１ａおよび１１ｂの第１の表面３ａと第２の表面３ｂとの間に一定かつ正確な離間距離Ｈを与えるために、高さＨの分離壁部１５を備える。この分離壁部１５の材料は、例えばポリマー、樹脂、ドライフィルム、またはシリコンなどであることが可能である。
【００７０】
上方基板１１ａは、例えば第１のスルーホール９ａなどにより形成され、第１の表面３ａにて開口する、第１のリザーバ９ａを備える。第１のホール９ａは、第１の関心液体１１９ａで充填され得る。
【００７１】
下方基板１１ｂは、第２の表面３ｂにて開口する第２のスルーホール９ｂを備える。ホール９ｂは、第２の関心液体１１９ｂで充填され得るものであり、そのため関心液体１１９ｂの第２のリザーバ９ｂを形成する。
【００７２】
液体は、任意のかかる導電性を有する。ＬＤＥＰにより液体を活性化させ非均一電気信号の代わりとして設定するためには、有利には、この導電性は、１００ｍＳ．ｍ−１未満であり、さらには１ｍＳ．ｍ−１未満である。
【００７３】
操作用デバイス１０１は、液体誘電泳動により流体フィンガを形成する電気的手段を備える。より具体的には、上方基板１１ａおよび下方基板１１ｂは、液体誘電泳動により第１の表面３ａおよび第２の表面３ｂのそれぞれの上に流体フィンガを形成するために、第１の電気変位経路５ａおよび第２の電気変位経路５ｂをそれぞれ備える。第１の経路５ａの方向は、例としては、第２の経路５ｂの方向に対して平行であり、そのため複数の交差ゾーン７を形成するように示される。
【００７４】
電気的手段は、ＡｈｍｅｄおよびＪｏｎｅｓによる「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ＤＥＰ ｄｒｏｐｌｅｔ ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ」（Ｊ． Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．、１７ （２００７年）， １０５２〜１０５８頁）と題した記事に示される手段と同様のものである点に留意されたい。
【００７５】
そのため、図３Ａに示すように、第１の電気変位経路５ａは、第１の表面３ａの上に配置された一対の第１の変位電極５１ａ、５２ａを備える。第１の電極５１ａおよび５２ａは、互いに平行であり、共平面内に位置し、実質的に直線状である。
【００７６】
同様に、図３Ｃに示すように、第２の電気変位経路５ｂは、第２の表面３ｂの上に配置された一対の第２の電極５１ｂ、５２ｂを備える。第２の電極５１ｂおよび５２ｂは、互いに平行であり、共平面内に位置し、実質的に直線状である。
【００７７】
第１および第２の変位電極（５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ）は、例えば金またはアルミニウムなどの金属材料から作製されたポケットである。
【００７８】
第１の表面３ａを形成する第１の誘電体層１３ａまたは第２の表面３ｂを形成する第２の誘電体層１３ｂは、例えば、ＳｉＯ２酸化物、窒化物（ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４）、樹脂、ドライフィルム、ＳｉＯＣ、テフロン（登録商標）タイプの疎水性ポリマー（登録商標−テトラフルオロエチレン）もしくは他のフルオロポリマー、ポリ−ｐ−キシリレン（パリレン）のポリマー、いわゆるＡＬＤ方法により堆積された高誘電率酸化物（ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｂａ（１−Ｘ）ＳｒＸＴｉＯ３（ＢＳＴ）．．．）などであることが可能であり、数ｎｍ（例えば１０ｎｍまたは２５ｎｍ）から数ミクロン（例えば５μｍ）の間の厚さを有する。これにより、液体が変位電極（５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ）と直接的に接触状態にあった場合の液体の電気分解を防止することが可能となる。
【００７９】
離間空間Ｈに関しては、第１の電極５１ｂおよび第２の電極５２ｂの寸法（すなわち各電極の長さおよび幅、ならびに各対の電極同士の間の差）は、一方においては第１の表面３ａの上に形成されることとなる第１のフィンガの最大厚さおよび第２の表面３ｂの上に形成されることとなる第２のフィンガの最大厚さの合計が、離間距離Ｈ未満となり、他方においては第１の表面３ａの上に形成されることとなる第１の液滴および第２の表面３ｂの上に形成されることとなる第２の液滴の半径の合計が、離間距離Ｈよりも大きくなるように、選択される。
【００８０】
そのため、第１の表面３ａの上に形成された第１の流体フィンガ１９ａは、第２の表面３ｂの上に形成された第２の流体フィンガ１９ｂと接触状態にはならない（図６Ｂおよび図６Ｃを参照）。しかし、第１の表面３ａの上の第１の液滴および第２の表面３ｂの上の第２の液滴が、同一の交差ゾーン内に形成される（すなわち同一の座標（ｘ，ｙ）を有する）場合には、これらの液滴は、接触状態となる（図５、図６Ｄ、および図６Ｅを参照）。
【００８１】
第１の変位電極５１ａ、５２ａは、第１の電圧発生器２１ａ（図３Ａ）に接続されることにより、これらの電極５１ａ、５２ａ間に第１の電位差を印加することが可能となる。同様に、第２の変位電極５１ｂ、５２ｂは、第２の電圧発生器２１ｂ（図３Ｃ）に接続されることにより、これらの電極５１ｂ、５２ｂ間に第２の電位差を印加することが可能となる。第１の発生器および第２の発生器は、交絡され得るものであり、この場合には、各電極対に対して異なる信号を印加することが可能な単一の発生器が存在する。この後者の例においては、２つの電極対（５１ａ−５１ｂおよび５２ａ−５２ｂ）は、やはり同一の信号により電力供給され得る。
【００８２】
印加される第１のまたは第２の電圧は、例えば数ヘルツ（導電性の最も低い液体の場合）から数メガヘルツの間の、例えば１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの間などの周波数を有し、数ボルトＲＭＳから数百ボルトＲＭＳの間の好ましい電圧からなる交流電圧である。液体が、高い絶縁性を有し、例えば１０−９Ｓ．ｍ−１未満の導電性を有する場合には、周波数は、Ｈｚの規模となる。
【００８３】
そのため、第１の発生器２１ａによる第１の電極５１ａ、５２ａの電気的活性化の効果の下においては、第１の流体フィンガ１９ａは、第１の関心液体１１９ａの第１のリザーバ９ａから第１の電極対５１ａ、５２ａの上に形成される（図３Ａ）。
【００８４】
同様に、第２の発生器２１ｂによる第２の電極５１ｂ、５２ｂの電気的活性化の効果の下においては、第２の流体フィンガ１９ｂは、第２の関心液体１１９ｂの第２のリザーバ９ｂから第２の電極対５１ｂ、５２ｂの上に形成される（図３Ｃ）。有利には、この電気的活性化は、これら２つの表面上において同時に実施される。そしてさらに有利には、電気的不活性化が、これら２つの表面上において同時に実施される。
【００８５】
さらに、図３Ｂおよび図３Ｄにおいて示すように、第１の電極５１ａ、５２ａおよび第２の電極５１ｂ、５２ｂの電気的不活性化（開回路）の効果の下においては、第１の流体フィンガ１９ａおよび第２の流体フィンガ１９ｂは、毛管作用により少なくとも１つの各第１の液滴２３ａおよび少なくとも１つの第２の液滴２３ｂを生成することによって破裂し、これらの液滴は、少なくとも１つの交差ゾーン７において共に混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴２５を形成する（図２）。
【００８６】
有利には、図３Ｅに示すように、第１の変位電極対５１ａ、５２ａ（または第２の変位電極対５１ｂ、５２ｂのそれぞれ）は、複数の第１の液滴形成ゾーン（または複数の第２の液滴形成ゾーンのそれぞれ）を備える。
【００８７】
より具体的には、図３Ｅは、電極５１、５２の不活性化にて、流体フィンガが複数の液滴へと破裂し、各液滴が液滴を形成するためのこれらのゾーン５３の中の１つの上に位置をとるように、液滴を形成するための複数のゾーン５３を備える一対の変位電極５１、５２（第１の変位電極または第２の変位電極に相当する）を示す。
【００８８】
実際に、各電極５１、５２は、内部エッジ５４、５５および外部エッジ５６、５７を備える。内部エッジ５４、５５は、相互に対向して配置される。
【００８９】
有利には、液滴を形成するためのゾーン５３は、平面状隆起部、すなわち平坦状バンプ５３１および５３２から形成される。これらのバンプは、各変位電極５１、５２の外部の方向に延在する。バンプ５３１および５３２は、電極５１、５２の一部分であり、これらの電極５１、５２と共平面に位置する。
【００９０】
バンプ５３１および５３２は、ここでは互いに対称的に配置され、それぞれが、異なる変位電極５１、５２に属する。
【００９１】
そのため、変位電極５１、５２は、直線状部分５８と、前記直前状部分５８により一体的に連結される液滴を形成するためのゾーン５３とを備える。
【００９２】
変位電極５１、５２の内部エッジ５４、５５は、距離ｇだけ相互に離間される。直線状部分５８は、ｗとして示される幅を有し、その結果として、流体フィンガの幅（すなわち平面（Ｙ，Ｚ）内の半径）は、Ｒ＝ｗ＋ｇ／２によって求められる。各バンプ５３１および５３２は、平面（Ｘ，Ｙ）内の半径Ｒｂｕｍｐを有し、中心が直線状部分５８の外部エッジ５６、５７の連続部分に位置する、半円盤である。以下においてさらに詳細に論じるように、バンプの半径Ｒｂｕｍｐは、流体フィンガの半径Ｒの規模となる。
【００９３】
垂直平面（Ｙ，Ｚ）内における流体フィンガの断面は、半円であり、流体フィンガの表面は、電極に沿って一定であると考えられる。電極の幅ｗが、電極間の間隔ｇと同一の規模である場合には、流体フィンガは、経路のあらゆる点において、電極の２つの側方端部間に内接するゾーンを覆う。２Ｒは、これら２つの直線状端部（すなわち変位電極５１、５２の直線状部分５８の外部エッジ５６、５７）を離間させる距離を示す。
【００９４】
より好ましくは、液滴を形成するためのゾーン５３は、相互に等距離をおいて配置され、より好ましくは８Ｒ〜１０Ｒの間の距離をおいて、より好ましくは９．０１６Ｒの距離をおいて配置される。
【００９５】
以下においてさらに詳細に論じるように、液滴を形成するためのゾーン５３同士の間の間隔距離は、変位電極５１、５２に沿って延在する流体フィンガの最も不安定な波長λｍａｘと実質的に等しい。
【００９６】
さらに有利には、第１の電極対５１ａ、５２ａは、複数の第１の液滴形成ゾーン５３を備え、第２の電極対５１ｂ、５２ｂは、複数の第２の液滴形成ゾーン５３を備える（図５を参照）。
【００９７】
第１の電極対５１ａ、５２ａの不活性化にて、第１の流体フィンガ１９ａは、複数の第１の液滴２３ａへと破裂して、各液滴は、これらの第１の液滴形成ゾーン５３の中の１つの上に位置をとる。
【００９８】
同様に、第２の電極５１ｂ、５２ｂの不活性化にて、第２の流体フィンガ１９ｂは、複数の第２の液滴２３ｂへと破裂して、各液滴は、これらの第２の液滴形成ゾーン５３の中の１つの上に位置をとる。
【００９９】
第２の液滴形成ゾーン５３は、各ゾーンが個別の第１の液滴形成ゾーン５３に対面することにより、複数の交差ゾーン７を形成して、第１の電極対５１ａ、５２ａおよび第２の電極５１ｂ、５２ｂの不活性化にて各第２の液滴２３ｂが第１の対応する液滴２３ａと接触状態になり、それによって対応する交差ゾーン７にグローバル液滴２５を形成するように、配置される。これにより、第１の表面３ａの液滴と第２の表面３ｂの液滴との間における完全に再現可能な混合物を形成することが可能となる。再現可能であるとは、混合物の量およびその位置が制御されることを意味する。
【０１００】
例えば図３Ｅなどの構成による（すなわち液滴を形成するための複数のゾーンを備える変位電極を有する）操作用デバイス１０１の作動は、図４Ａ〜図４Ｃを参照とする以下の通りとなる。
【０１０１】
第１のステップ（図４Ａ）によれば、第１の関心液体１１９ａは、第１のリザーバ９ａから第１の表面３ａと接触状態に置かれる。
【０１０２】
同様に、第２の関心液体１１９ｂは、第２のリザーバ９ｂから第２の表面３ｂと接触状態に置かれる。
【０１０３】
第１の非均一の振動電界は、第１の電気的制御の効果の下で、２つの第１の変位電極５１ａ、５２ａに適合した電圧を印加することにより生成される（図４Ｂ）。
【０１０４】
第１の流体フィンガ１９ａは、２つの第１の変位電極５１ａ、５２ａに沿って延在する。
【０１０５】
第１の流体フィンガ１９ａは、第１の変位電極５１ａ、５２ａをそれらの全長にわたって実質的に覆い、先に定義した、第１の電極対５１ａ、５２ａの外部エッジをそれらの直線状部分において離間させる距離に相当する距離２Ｒと実質的に等しい接触幅（平面（Ｘ，Ｙ）内の）を有する。
【０１０６】
同様に、第２の非均一な振動電界は、電気的制御の効果の下で、２つの第２の変位電極５１ｂ、５２ｂに適合した電圧を印加することにより生成される（図４Ｂ）。
【０１０７】
第２の流体フィンガ１９ｂは、２つの第２の変位電極５１ｂ、５２ｂに沿って延在して、第２の電極をそれらの全長にわたって実質的に覆う。
【０１０８】
この場合に、第１の電気的制御の停止時には（図４Ｃ）、第１の流体フィンガ１９ａは、毛管作用により複数の第１の液滴へと破裂されて、各液滴は、第１の液滴形成ゾーンの上に位置をとる。
【０１０９】
同様に、第２の電気的制御の停止時には（図４Ｃ）、第２の流体フィンガ１９ｂは、毛管作用により複数の第２の液滴へと破裂されて、各液滴は、第２の液滴形成ゾーンの上に位置をとる。
【０１１０】
実際には、流体フィンガ１９ａ、１９ｂは、静電力の不在時には、当然ながら不安定となる。フィンガは、Ｒａｙｌｅｉｇｈ−Ｐｌａｔｅａｕタイプの流体力学的不安定性の効果の下で破裂する。フィンガの複数の液滴へのこの破裂により、液体の表面エネルギーを低下させることが実に可能となる。
【０１１１】
この不安定性は、毛管作用／慣性の間の競合であり、最も不安定な波長は、
【０１１２】
【数１】
【０１１３】
となる。ここで、ｋｍａｘは、波数である。
【０１１４】
したがって、最も不安定な波長は、λｍａｘ＝９．０１６Ｒと表される。Ｒは、流体フィンガの半径である。
【０１１５】
そのため、液滴を形成するためのゾーン（５３ａ、５３ｂ）は、λｍａｘと実質的に等しい距離だけ相互に離間される。液滴を形成するためのこれらのゾーンにより、波長λｍａｘにて流体フィンガ１９ａ、１９ｂの界面を変形させることが、したがって所望の波長を「事前選択」することが可能となる。
【０１１６】
そのため、これらの液滴は、同時に形成され、液滴形成ゾーン５３ａ、５３ｂにそれぞれ置かれる。
【０１１７】
各液滴は、較正された量を有する。この量は、流体フィンガ１９ａ、１９ｂの幅２Ｒ、液滴を形成するためのゾーン５３ａ、５３ｂ間の距離λｍａｘ、および隆起部すなわちバンプ５３１、５３２の半径Ｒｂｕｍｐに応じて、以下の等式、すなわち
【０１１８】
【数２】
【０１１９】
によって決定される。
【０１２０】
λｍａｘは、上述の等式においてＲによる代入を行うことにより、以下の形式において、すなわち
Ｒｂｕｍｐ＝０．９６ｘＲ〜Ｒ
において、ＲによりＲｂｕｍｐを表す関数が得られる。
【０１２１】
第１の表面３ａと第２の表面３ｂとの間の間隔距離Ｈ、ならびに側方寸法ｇおよびｗおよび変位電極５１、５２の可能なＲｂｕｍｐは、第１のフィンガおよび第２のフィンガの最大厚さが距離Ｈ未満となり、第１の液滴および第２の液滴の半径の合計がこの距離Ｈよりも大きい厚さを有するように、適合化される。
【０１２２】
換言すれば、仮に第１の流体フィンガ１９ａおよび第２の流体フィンガ１９ｂの半径（平面（Ｙ，Ｚ）内における）をそれぞれＲＡおよびＲＢとすると、第１の液滴２３ａおよび第２の液滴２３ｂの半径は、それぞれ２ＲＡおよび２ＲＢの規模となる。この例においては（図５）、第１の表面と第２の表面とを離間させる高さＨは、以下の不等式、すなわち
ＲＡ＋ＲＢ＜Ｈ＜２ＲＡ＋２ＲＢ
が真であることを立証する。
【０１２３】
実際には、図５は、図２のデバイスの交差ゾーンの概略斜視図である。
【０１２４】
図５に付随する表に示される数字の例は、５０μｍの規模の離間距離Ｈの場合に、第１の電極対５１ａ、５２ａが、８μｍ〜１６μｍの規模の幅ｗＡを有し、４μｍ〜８μｍの規模の距離ｇＡだけ相互に離間され得ることを、および第２の電極５１ｂ、５２ｂが、１６μｍ〜２０μｍの規模の幅ｗＢを有し、８μｍ〜１０μｍの規模の距離ｇＢだけ相互に離間され得ることを示す。
【０１２５】
したがって、第１の流体フィンガの半径ＲＡは、１０μｍ〜２０μｍの規模となり（ＲＡ＝ｗＡ＋ｇＡ／２）、第１の液滴形成ゾーン間の距離λＡ，ｍａｘは、９０μｍ〜１８０μｍの規模となり、半円盤の半径ＲＡ，ｂｕｍｐは、９．６μｍ〜１９．２μｍの規模となり、第１の液滴２３ａの半径ＲＡ，ｄｒｏｐ（すなわちＲＡ，ｔｏｔａｌ）は、１９．６μｍ〜３９．２μｍの規模となり、第１の液滴の量ＶＡは、１６ｐＬ〜１２６ｐＬの規模となる。
【０１２６】
さらに、第２の流体フィンガの半径ＲＢは、２０μｍ〜３０μｍの規模となり、第２の液滴形成ゾーン間の距離λＢ，ｍａｘは、１８０μｍ〜２７０μｍの規模となり、半円盤の半径ＲＢ，ｂｕｍｐは、１９．２μｍ〜２８．８μｍの規模となり、第２の液滴の半径ＲＢ，ｄｒｏｐ（すなわちＲＢ，ｔｏｔａｌ）は、３９．２μｍ〜５８．８μｍの規模となり、第２の液滴２３ｂの量ＶＢは、１２６ｐＬ〜４２６ｐＬの規模となり、グローバル液滴の量ＶＣは、２５２ｐＬ〜４４２ｐＬの規模となる。
【０１２７】
そのため、第１の液滴２３ａおよび第２の液滴２３ｂは、第１の表面３ａの第１の液滴２３ａが第２の表面３ｂの第２の対応する液滴２３ｂと接触状態になり、それにより対応するグローバル液滴２５を形成するのに十分な厚さを有する。
【０１２８】
本発明による方法によれば、異なる関心溶液間において相互作用を生じさせるために、液滴を迅速に形成し、それらの液滴を正確に操作することが可能となる。
【０１２９】
流体フィンガ１９ａ、１９ｂの形成は、１〜１０ｃｍ／ｓの液体の変位速度により実際に非常に迅速であり、５ｍｍの流体フィンガを形成するには５０〜５００ｍｓが必要であるに過ぎない点に留意されたい。さらに、液滴は、毛管作用／慣性の不安定性の特徴時間が、
【０１３０】
【数３】
【０１３１】
であり、この特徴時間が、液体密度がρ＝１０００ｋｇ／ｍ３であり、フィンガの半幅Ｒが数十マイクロメートルの規模であり、液体／空気表面張力がσ＝０．０７２Ｎｍである場合に、０．０１ｍｓ未満である限りにおいては、さらにより迅速に形成される。
【０１３２】
液滴を形成するためのゾーン５３は、第１の表面３ａおよび第２の表面３ｂの一方のみの上において実施され得る点に留意されたい。そのため、液滴は、所望の位置にて（すなわち隆起部を備える電極の上において）形成され、さらに液体は、隆起部を有さない対面し合う電極によって変位され得る。
【０１３３】
例としては（図示せず）、第１の変位電極対５１ａ、５２ａは、複数の第１の液滴形成ゾーン５３ａを備える一方で、第２の電極対５１ｂ、５２ｂが、液滴形成ゾーンを有さないことが可能である。
【０１３４】
そのため、第１の電極５１ａ、５２ａの不活性化後に、第１の流体フィンガ１９ａは、複数の第１の液滴２３ａへと破裂して、各液滴は、これらの第１の液滴形成ゾーン５３ａの中の１つの上に位置をとる。次いで、第２の電極対５１ｂ、５２ｂが活性化されることにより、これらの第２の電極に沿って少なくとも１つの第２の液滴２３ｂを変位させて、第１の液滴形成ゾーン５３に位置する第１の対応する液滴２３ａと接触状態にすることによって、グローバル液滴２５を形成することが可能である。さらに、次いで第２の電極対５１ｂ、５２ｂを活性化させることにより、第２の電極に沿ってかように形成されたグローバル液滴２５を変位させることが可能である。
【０１３５】
これにより、例えば、液液抽出を生じさせるためにイオン液体が下方基板の第２の表面上において変位される一方で、上方基板の第１の表面上において抽出器としての役割を果たす溶剤を使用することが可能となる。
【０１３６】
図６Ａ〜図６Ｅは、本発明の第１の好ましい実施形態のある特定の構成による、液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスを概略的に示す。
【０１３７】
第１の表面３ａは、ｍ個の対の第１の電極５１ａ、５２ａからなる第１の電極網を備え、各対は、ｎ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａを形成する。また、デバイス１０２は、ｍ個の第１の関心液体１１９ａをそれぞれｍ個の対の第１の電極５１ａ、５２ａと接触状態に置くことが可能となるように配置された、ｍ個の第１の関心液体１１９ａのｍ個の第１のリザーバ９ａのセットを備える。
【０１３８】
第２の表面３ｂは、ｎ個の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂからなる第２の電極網を備え、各対は、ｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂを形成する。さらに、このデバイスは、ｎ個の第２の関心液体１１９ｂをそれぞれｎ個の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂと接触状態に置くことが可能となるように配置された、ｎ個の第２の関心液体１１９ｂのｎ個の第２のリザーバ９ｂのセットを備える。
【０１３９】
ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａは、ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂと交差することによりｎｍ個の交差ゾーン７を形成するように配置される。
【０１４０】
より具体的には、図６Ａに示すデバイス１０２の上面図が、それぞれが３つ（ｎ＝３）の第１の液滴形成ゾーン５３ａを備える３つ（ｍ＝３）の対の第１の電極５１ａ、５２ａと、それぞれが３つ（ｍ＝３）の第２の液滴形成ゾーン５３ｂを備える３つ（ｎ＝３）の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂとを図示する。
【０１４１】
第１の表面３ａの第１の電極５１ａ、５２ａは、不等式（ＲＡ＋ＲＢ）＜Ｈ＜（２ＲＡ＋２ＲＢ）を満たすように、離間距離Ｈがこれらの電極対の幅ｗＡ、ｗＢおよび差ｇＡ、ｇＢに対して正確に寸法設定される限りにおいては、第２の表面３ｂの電極５１ｂ、５２ｂとの間に任意の角度θを形成することが可能である。
【０１４２】
初期状態においては、ｍ個の第１の関心液体１１９ａの初期液滴は、ｍ個の対の第１の電極５１ａ、５２ａの経路の始点のｍ個の第１のリザーバ９ａ内に位置をとる。同様に、ｎ個の第２の関心液体１１９ｂの初期液滴は、ｎ個の対の第２の電極５１ｂ、５２ｂの経路の始点のｎ個の第２のリザーバ９ｂ内に位置をとる。
【０１４３】
図６Ｂ（上面図）および図６Ｃ（断面図）は、十分な周波数および電圧で振動している信号が、第１の電極５１ａ、５２ａよび第２の電極５１ｂ、５２ｂの上の交流電圧源２１ａ、２１ｂにより送出された場合に、第１の流体フィンガ１９ａおよび第２の流体フィンガ１９ｂが、接触状態になることなく電極に沿って移動を始めるのを示す。ある特定の非常に短期間（数十ミリ秒の規模の）の後に、流体フィンガ１９ａ、１９ｂは、電極の端部に達する。フィンガのプロファイルは、半円盤であり、第１のフィンガについては半径ＲＡを、第２のフィンガについては半径ＲＢを有する。
【０１４４】
図６Ｄ（上面図）および図６Ｅ（断面図）は、電気回路が開かれ、電極（５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ）がもはや電力供給を受けなくなるとすぐに、液体が、隆起部（液滴を形成するためのゾーン）の方向に後退することにより最小エネルギー状態へと戻るように動作するのを示す。そのため、約２ＲＡの半径のｎｍ個の第１の液滴２３ａは、ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーン５３ａの上に形成され、約ＲＢの半径のｎｍ個の第２の液滴２３ｂは、ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーン５３ｂの上に形成される。
【０１４５】
そのため、第１の表面３ａからのｎｍ個の第１の液滴２３ａはそれぞれ、第２の表面３ｂからのｎｍ個の第２の液滴の対応する液滴２３ｂと相互作用して、ｎｍ個の交差ゾーン７にｎｍ個のグローバル液滴２５のセットを形成する。
【０１４６】
これにより、生物学的成分（例えばＤＮＡ鎖）または化学的成分の混合物を、非常に大量に、同時に、非常に短期間で生成することが可能となる。
【０１４７】
また、イオン液体が下方基板の第２の表面上において変位される一方で、抽出器の役割を果たす溶剤を上方基板の第１の表面上において使用することも可能である。
【０１４８】
また、このデバイスは、構成変更可能なジオメトリを有する固体柱網を形成するために使用することも可能である。この例においては、変位される液体は、例えば興味深い溶解特性および固化特性を有するワックスまたはパラフィンである。
【０１４９】
有利には、操作用デバイスは、少なくとも１つの交差ゾーンの上に形成された液滴の成分を検出する手段を備える。これらの検出手段は、光学的手段、電気機械的手段、化学的手段、または他の手段であることが可能である。
【０１５０】
図７Ａおよび図７Ｂは、図６Ａ〜図６Ｅの構成による、光学的検出手段を備える操作用デバイスを概略的に示す。
【０１５１】
このデバイス１０３は、透明材料から作製され、光学的検出手段６１、６３に結合された、上方基板１１ａを備えるマイクロ流体チップである。これらの手段は、透明基板１１ａを通してグローバル液滴２５を照明する光源６１と、センサ、すなわちこの液滴２５により拡散された光を受けるための受光手段６３とを備える。そのため、液滴により拡散された光によって、この液滴内部で生じる相互作用を分析することが可能となる。
【０１５２】
この例は、２ｎ個の試料を使用して自動的かつ同時的な態様でｎ２個の化学的／生物学的反応（ここではｎ＝４）に関する蛍光応答マップを作成するのを示す。
【０１５３】
実際には、それぞれ化学的成分または生物学的成分αおよびβを含む２つの生物学的溶液または化学溶液ＡおよびＢを使用して、溶液Ａのｎα個の試料（ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４）を第１のリザーバ９ａ内に用意し、溶液Ｂのｎβ個の試料（ＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３、ＣＢ４）を第２のリザーバ９ｂ内に用意する。これらの各試料は、異なる特性（例えば製品の濃度においてなど）を有する。
【０１５４】
操作用デバイス１０３を用いることにより、同時的かつ自動的な態様で、相互に異なるｎα個・ｎβ個のグローバル液滴２５が、ｎα個の第１の液滴とｎβ個の対応する液滴との間の相互作用から形成される。
【０１５５】
発光手段６１により、様々なグローバル液滴２５によって拡散されることとなる光励起が送出される。拡散され受光手段６３により捕獲される光により、成分αとβとの間の相互作用または反応の蛍光応答を正確に判定することが可能となる（図７Ｂ）。
【０１５６】
代替的な一実施形態によれば、検出手段は、電気機械的手段である。この例においては、操作用デバイスは、上方基板または下方基板の少なくとも一方の上に少なくとも１つの検出器を備える。検出器は、交差ゾーンの上に配置され、第１の表面および第２の表面のいずれか一方に属する検出表面を形成する表面を有する、平坦状電気機械的発振器であることが可能である。
【０１５７】
実際に、図８Ａおよび図８Ｂは、第１の実施形態の代替形態による操作用デバイス内に組み込まれる電気機械的検出手段を概略的に示す。より具体的には、図８Ａは、このデバイスの長手方向概略断面図であり、図８Ｂは、図８Ａのデバイスの下方基板の一部分の概略斜視図である。
【０１５８】
デバイス１０４の上方基板１１ａは、先に説明した基板と同様である。有利には、上方基板１１ａは、誘電体層１３ａの上に形成された疎水性層１４ａを備える。第１の表面３ａを形成することとなる疎水性層１４ａは、ＳｉＯＣ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、およびさらにはパリレンであることが可能であり、数ナノメートルから数ミクロンの厚さを有することが可能である。
【０１５９】
有利には、誘電体層１３ａおよび疎水性層１４ａは、同一材料からなる単一の層であることが可能であり、この材料は、例えばテフロン（登録商標）、パリレン、ＳｉＯＣなどであることが可能である。
【０１６０】
下方基板１１ｂは、支持体７３により基板１１１ｂ内に維持された複数の電気機械発振器７１を備える（図８Ｂ）。したがって、下方基板１１１ｂの上方表面（すなわち第２の表面１１３ｂ）は、発振器７１の表面により形成された検出表面１１４ｂを備える。
【０１６１】
発振器７１は、流体媒体内の粒子を重量検出するためのデバイスについて記載している本出願人の名において出願された国際出願ＷＯ２００９／１４１５１５に記載されているものと同様または同一であることが可能である。
【０１６２】
各発振器７１は、ここでは、空洞部７５の上方に配置された正方形プレートであり、この空洞部７５により、このプレートは、その平面内および平面外において振動することが可能となる。しかし、発振器７１は、例えば円盤、リング、または多角形などの他の形状を有することも可能である。
【０１６３】
各プレート７１は、発振器７１の４つの上部に分配され、発振器７１の対角線に沿って配向された、支持体７３、接触上部（図８Ｂ）、または場合によってはビーム（図示せず）により下方基板１１１ｂの上に設置される。
【０１６４】
正方形プレート７１は、５〜数百ミクロンの間の幅を有する。正方形プレート７１の厚さは、典型的には、その幅の１／１０以下である。正方形プレート７１は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ダイヤモンド、シリコン窒化物、シリコン酸化物、ニッケル、タングステン、およびさらには白金または電気機械マイクロシステム（ＭＥＭＳ）もしくは電気機械ナノシステム（ＮＥＭＳ）の分野において使用される任意の他の材料の中から選択された材料から作製することが可能である。
【０１６５】
第２の変位電極対５１ｂ、５２ｂは、第２のリザーバ（図示せず）から第２の表面１１３ｂを覆って延在し、支持手段７３が介在することにより、検出表面１１４ｂを形成する発振器の正方形プレート７１の上に延在する。第２の電極対５１ｂ、５２ｂは、検出表面１１３ｂの上に第２の液滴形成ゾーン１５３ｂを形成する。
【０１６６】
さらに、正方形プレート７１は、第１の変位電極の第１の液滴形成ゾーン５３ａの正反対側の交差ゾーン７に配置される。
【０１６７】
各発振器７１は、発振器７１のエッジの対向側に配置された作動電極８１、８２と容量結合されることにより振動状態に置かれるように、より好ましくはその共振周波数において振動状態に置かれるように、構成される。
【０１６８】
発振器７１は、ラーメモード、ボリューム拡張モードもしくはいわゆる「ワイングラス」モード、または任意の他の輪郭モードの中から選択された所定の振動モードに応じて振動する、より好ましくは発振器７１の平面内において振動することが可能である点に留意されたい。
【０１６９】
重量検出は、発振器７１と、発振器７１のエッジの対向側に配置された２つの測定電極８４、８５との間の容量結合により実施される。
【０１７０】
測定した電流を利用して、有効振動周波数と印加した初期周波数との間の周波数差が低減される。
【０１７１】
第１の流体フィンガおよび第２の流体フィンガを形成するためのモードは、先に説明したモードと同一である。特に第２の流体フィンガは、液体誘電泳動により形成され、対応する支持手段７３により下方基板１１１ｂおよび発振器７１を覆って延在する。
【０１７２】
第２の液滴形成ゾーン１５３ｂは、各検出表面１１４ｂの上に配置される。そのため、電気的制御の停止時には、第２の流体フィンガは、毛管作用により複数の第２の液滴へと破裂され、各液滴は、第２の液滴形成ゾーン１５３ｂの上に配置され、そのため対応する発振器７１の検出表面１１４ｂの上に配置される。
【０１７３】
検出表面１１４ｂの上に形成された第２の液滴２３ｂはそれぞれ、第１の表面からの第１の液滴２３ａの対応する液滴と相互作用して、異なる検出表面１１４ｂの上にグローバル液滴のセットを形成する。この場合に、重量検出により、これらの液滴の内部において生ずる相互作用を分析することが可能となる。
【０１７４】
発振器７１の検出表面１１４ｂは、有利には液滴により覆われるように意図された親水性ゾーンを有することが可能である点に留意されたい。
【０１７５】
代替的には、操作用デバイスは、電気生理学的検出手段（図示せず）を備えることが可能である。
【０１７６】
実際には、下方基板１１ｂ内の発振器７１は、電気生理学的センサに置換することが可能である。これらのセンサは、検出表面を形成するセル膜を通過するイオン電流を記録する。
【０１７７】
下方基板は、検出表面上に、流体チャンバとして作用する開口を有する。この開口の壁部の中の１つは、膜の下方表面となる。
【０１７８】
また、膜の両側に配置された２つの測定点間の電位差を測定するための手段を使用して、膜上に形成された液滴と流体チャンバとの間で膜を通過する種のイオン電流を測定することも可能である。
【０１７９】
図９は、本発明の第２の実施形態による液滴を操作するためのマイクロ流体デバイス２０１を示す。
【０１８０】
操作用デバイス２０１は、互いに対向して配置された、下方基板２１１ｂと、カバーを形成する上方基板１１ａとを備える。
【０１８１】
上方基板１１ａは、先に説明したものと同一であり、そのため関心液体の少なくとも１つのリザーバ９ａと、第１の表面３ａの上に配置された少なくとも１つの電気変位経路５ａとを備える。有利には、上方基板１１ａは、誘電体層１３ａの上に形成された疎水性層１４ａをさらに備える。
【０１８２】
各第１の電気変位経路５ａは、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体の対応するリザーバ９ａから流体フィンガを形成するために、第１の表面３ａの上に配置された実質的に平行かつ同一平面内に位置する第１の電極対５１ａ、５２ａを備える。流体フィンガは、不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの液滴２３ａを生成することによって破裂される。
【０１８３】
下方基板２１１ｂは、第２の表面上に配置された少なくとも１つの第２の電極変位経路５ｂを備える。第１の電気変位経路および第２の電気変位経路は、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーン７を画定する。
【０１８４】
各第２の電気変位経路５ｂは、交差ゾーン７において上方基板１１ａにより形成された少なくとも１つの液滴２３ａを変位させるための第２の電極２５１ｂ、２５２ｂを備える。
【０１８５】
例としては、第２の電極２５１ｂ、２５２ｂは、第２の電極２５１ｂ、２５２ｂの十分な電気活性化と、液滴が第１の電極および第２の電極に接触状態となるのに十分な厚さを有することが判明している状態での第１の電極対５１ａ、５２ａの接地との効果の下において、ＥＷＯＤにより液滴を変位させるように構成された正方形電極であることが可能である。
【０１８６】
実際には、第１の表面３ａと第２の表面３ｂとの間の離間距離Ｈ、および第１の変位電極の寸法は、流体フィンガの最大厚さが距離Ｈ未満となり、液滴がこの距離Ｈを超える厚さを有するように、適合化される。
【０１８７】
換言すれば、仮に流体フィンガの半径をＲとすると、液滴の半径は、２Ｒの規模となる。この例においては、第１の表面および第２の表面を離間させる高さＨは、以下の不等式、すなわち
Ｒ ＜Ｈ＜２Ｒ
が真であることを立証する。
【０１８８】
例としては、離間距離が５０μｍの規模の場合には、第１の電極対５１ａ、５２ａは、２０μｍの規模の幅ｗを有することが可能であり、２０μｍの規模の距離ｇだけ相互に離間されることが可能となる。そのため、流体フィンガの半径Ｒは、Ｒ＝ｗ＋ｇ／２＝３０μｍの規模となり、液滴の半径は、６０μｍの規模となる。
【０１８９】
この第２の実施形態によれば、液滴は、上方基板１１ａにより形成され、そのため下方基板１１１ｂは、関心液体のリザーバを備えない点に留意されたい。
【０１９０】
本発明による第２の実施形態により、第１の表面３ａの液体の液滴を第２の表面１１３ｂの方向に移動させることが可能となり、第２の表面の上に配置された変位電極によりこの液体を操作するかまたは次いで変位させることが可能となる。
【０１９１】
有利には、デバイスは、第１の実施形態を参照として説明されるように実施される、光学的検出手段、電気機械的検出手段、電気生理学的検出手段、または他の検出手段を備える。
【０１９２】
特に、電気機械的検出手段の場合には、第２の電極は、例えば検出表面の上に液滴を移動させるように構成され得る。
【０１９３】
さらに、第２の表面は、機能化されることが可能であり、および／または第１の表面とは異なる温度を有することが可能であり、および／または様々な生物学的プロトコルもしくは化学的プロトコルを生成するための生物学的成分を備えることが可能である。
【０１９４】
当然ながら、当業者は、専ら非限定的な例として本明細書において説明した本発明に対して様々な変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１９５】
１ マイクロ流体デバイス
３ａ 第１のマイクロ流体表面
３ｂ 第２のマイクロ流体表面
５ａ 第１の電気変位経路
５ｂ 第２の電気変位経路
７ 交差ゾーン
７ａ 第１の点
７ｂ 第２の点
９ａ リザーバ
９ｂ リザーバ
１１ａ 上方基板
１１ｂ 下方基板
１３ａ 誘電体層
１３ｂ 誘電体層
１４ａ 疎水性層
１５ 分離壁部
１９ａ 第１の流体フィンガ
１９ｂ 第２の流体フィンガ
２１ａ 交流電圧源
２１ｂ 交流電圧源
２３ａ 第１の液滴
２３ｂ 第２の液滴
２５ グローバル液滴
５１ 電極
５１ａ 第１の電極
５１ｂ 第２の電極
５２ 電極
５２ａ 第１の電極
５２ｂ 第２の電極
５３ 液滴を形成するためのゾーン
５３ａ 液滴を形成するためのゾーン
５３ｂ 液滴を形成するためのゾーン
５４ 内部エッジ
５５ 内部エッジ
５６ 外部エッジ
５７ 外部エッジ
５８ 直線状部分
６１ 光学的検出手段、光源、発光手段
６３ 光学的検出手段、受光手段
７１ 電気機械発振器
７３ 支持体、支持手段
７５ 空洞部
８１ 作動電極
８２ 作動電極
８４ 測定電極
８５ 測定電極
１０１ 操作用デバイス
１０２ デバイス
１０３ 操作用デバイス
１０４ デバイス
１１１ｂ 基板
１１３ｂ 第２の表面、検出表面
１１４ｂ 検出表面
１１９ａ 第１の関心液体
１１９ｂ 第２の関心液体
１５３ｂ 第２の液滴形成ゾーン
２０１ マイクロ流体デバイス、操作用デバイス
２１１ｂ 下方基板
５３１ 平坦状バンプ
５３２ 平坦状バンプ
ＣＡ１ 試料
ＣＡ２ 試料
ＣＡ３ 試料
ＣＡ４ 試料
ＣＢ１ 試料
ＣＢ２ 試料
ＣＢ３ 試料
ＣＢ４ 試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスにおいて、
平行であり、離間距離（Ｈ）だけ相互に離間された、第１のマイクロ流体表面（３ａ）および第２のマイクロ流体表面（３ｂ）と、
前記第１の表面（３ａ）の上に配置された少なくとも１つの第１の電気変位経路（５ａ）と、
前記第２の表面（３ｂ）の上に配置された少なくとも１つの第２の電気変位経路（５ｂ）であって、前記第１の経路および前記第２の経路は、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーン（７）を画定する、第２の電気変位経路（５ｂ）と
を備え、
前記第１の経路（５ａ）および前記第２の経路（５ｂ）の少なくとも一方が、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体の対応するリザーバ（９ａ、９ｂ）から前記経路に沿って各流体フィンガ（１９ａ、１９ｂ）を形成するように構成され、前記リザーバ（９ａ、９ｂ）は、前記液体を対応する前記表面（３ａ、３ｂ）と接触状態に置くことが可能となるように配置され、前記流体フィンガは、電気的不活性化の効果の下において毛管作用により前記少なくとも１つの交差ゾーン（７）において前記流体フィンガから少なくとも１つの各液滴（２３ａ、２３ｂ）を生成することによって破裂し、
前記第１の経路（５ａ）および前記第２の経路（５ｂ）は、前記第１の表面（３ａ）と前記第２の表面（３ｂ）との間の前記離間距離（Ｈ）が、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きく、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように、構成されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記第１の電気変位経路（５ａ）は、前記電気的活性化の効果の下において第１の関心液体の第１のリザーバ（９ａ）から第１の流体フィンガ（１９ａ）を形成するために、前記第１の表面（３ａ）の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対（５１ａ、５２ａ）を備え、前記第２の電気変位経路（５ｂ）は、前記電気的活性化の効果の下において第２の関心液体の第２のリザーバ（９ｂ）から第２の流体フィンガ（１９ｂ）を形成するために、前記第２の表面（３ｂ）の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第２の電極対（５１ｂ、５２ｂ）を備え、前記第１の流体フィンガ（１９ａ）および前記第２の流体フィンガ（１９ｂ）は、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの各第１の液滴（２３ａ）および少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）を生成することによって破裂し、前記少なくとも１つの各第１の液滴（２３ａ）および前記少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）は、前記少なくとも１つの交差ゾーン（７）において混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴（２５）を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の電極対（５１ａ、５２ａ）は、複数の第１の液滴形成ゾーン（５３）を備え、これにより、前記第１の電極対の不活性化にて、前記第１の流体フィンガ（１９ａ）は、複数の第１の液滴（２３ａ）へと破裂して、各液滴は、前記第１の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の電極対（５１ｂ、５２ｂ）は、別個の第１の液滴形成ゾーンに対面するようにそれぞれが配置されることにより複数の交差ゾーン（７）を形成する複数の第２の液滴形成ゾーン（５３）を備え、これにより、前記第２の電極対の不活性化にて、前記第２の流体フィンガ（１９ｂ）は、複数の第２の液滴（２３ｂ）へと破裂して、各液滴は、前記第２の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとり、各第２の液滴は、前記第１の対応する液滴（２３ａ）と接触状態になることにより、対応する交差ゾーンにおいてグローバル液滴（２５）を形成する、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１の表面（３ａ）は、ｍ個の対の第１の電極（５１ａ、５２ａ）の第１の電極網を備え、各対は、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成し、前記第２の表面（３ｂ）は、ｎ個の対の第２の電極（５１ｂ、５２ｂ）からなる第２の電極網を備え、各対は、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンと交差することによりｎｍ個の交差ゾーン（７）のセットを形成する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の電極対（５１ｂ、５２ｂ）は、前記第２の電極対に沿って位置する少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）および／または少なくとも１つのグローバル液滴（２５）を変位させるように構成されることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の電気変位経路（５ａ）は、前記電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体のリザーバから流体フィンガを形成するために、前記第１の表面（３ａ）の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対（５１ａ、５２ａ）を備え、前記流体フィンガは、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの液滴を生成することにより破裂し、前記第２の電気変位経路（５ｂ）は、第２の電極（２５１ｂ、２５２ｂ）を備えることにより、前記第２の電極の電気的活性化の効果の下において前記少なくとも１つの液滴を変位させる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの交差ゾーンの上に形成された液滴の成分を検出する手段を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記検出手段は、前記少なくとも１つの液滴の上に光を発するための光源（６１）と、前記少なくとも１つの液滴により拡散される前記光を受けるための受光手段（６３）とを備える、光学的手段であることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記第１の表面および前記第２の表面のいずれか一方に属する検出表面（１１４ｂ）を形成する表面を有する少なくとも１つの平坦状発振器（７１）を備える電気機械的手段であることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記検出表面（１１４ｂ）は、前記少なくとも１つの液滴により覆われるように意図された親水性ゾーンを有することを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の電極対および前記第２の電極対はそれぞれ、誘電体層（１３ａ、１３ｂ）により覆われることを特徴とする、請求項２から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
液滴を操作するための方法において、
第１の関心液体（１１９ａ）を備える少なくとも１つの第１のリザーバ（９ａ）を第１のマイクロ流体表面（３ａ）の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路（５ａ）と接触状態に置くステップと、
第２の関心液体（１１９ｂ）を備える少なくとも１つの第２のリザーバ（９ｂ）を第２のマイクロ流体表面（３ｂ）の上に配置された少なくとも１つの第２の対応する電気変位経路（５ｂ）と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面および前記第２の表面は、平行であり、離間距離（Ｈ）だけ相互に離間され、前記少なくとも１つの第１の変位経路および前記少なくとも１つの第２の変位経路は、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーン（７）を画定する、ステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って第１の対応する流体フィンガ（１９ａ）を形成するステップと、
前記少なくとも１つの第２の変位経路を活性化することにより、前記第２の経路に沿って第２の対応する流体フィンガ（１９ｂ）を形成するステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第１の液滴（２３ａ）を生成することによって前記第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
前記少なくとも１つの第２の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）を生成することによって前記第２の流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離は、一方においては前記第１の流体フィンガおよび前記第２の流体フィンガの合計厚さよりも大きく、他方においては前記第１の液滴および前記第２の液滴の合計厚さよりも小さく、これにより、前記第１の液滴および前記第２の液滴は、前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて共に混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴（２５）をを形成する、ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
ｍ個の第１の関心液体を備えるｍ個の第１のリザーバ（９ａ）のセットをｍ個の第１の対応する経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、前記ｍ個の第１の対応する経路はそれぞれ、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成する、ステップと、
ｎ個の第２の関心液体を備えるｎ個の第２のリザーバ（９ｂ）のセットをｎ個の対応する第２の経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、前記ｎ個の対応する第２の経路はそれぞれ、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンとそれぞれ交差することによりｎｍ個の対応する交差ゾーン（７）のセットを形成する、ステップと、
ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｍ個の第１の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｎ個の第２の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第１の液滴のセットを生成することによって前記ｍ個の第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第２の液滴のセットを生成することによって前記ｎ個の第２の対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、前記ｎｍ個の第１の液滴は、前記ｎｍ個の第２の対応する液滴と混合して、前記ｎｍ個の対応する交差ゾーンにおいてｎｍ個のグローバル液滴のセットを形成する、ステップと
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ｍ個の第１のリザーバは、様々な特性の第１の溶液のｍ個の第１の試料をそれぞれ備え、前記ｎ個の第２のリザーバは、様々な特性の第２の溶液のｎ個の第２の試料をそれぞれ備え、これによりｎｍ個の様々なグローバル液滴を形成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
光学的手段、電気機械的手段、または電気生理学的手段により、前記第１の溶液と前記第２の溶液との間の様々な相互作用を検出するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
液滴を操作するための方法において、
関心液体を備える少なくとも１つのリザーバ（９ａ）を第１のマイクロ流体表面（３ａ）の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路（５ａ）と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面は、第２のマイクロ流体表面（３ｂ）に対して平行であり、前記第２のマイクロ流体表面（３ｂ）から離間距離（Ｈ）だけ離間され、前記第２の表面は、少なくとも１つの第２の電気変位経路（５ｂ）を備え、前記少なくとも１つの第２の電気変位経路（５ｂ）は、前記少なくとも１つの第１の経路との間に少なくとも１つの交差ゾーン（７）を画定する、ステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って対応する流体フィンガ（１９ａ）を形成するステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの液滴（２３ａ）を生成することによって対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離は、一方においては前記流体フィンガの厚さよりも大きく、他方においては前記少なくとも１つの液滴の厚さよりも小さい、ステップと、
前記少なくとも１つの第２の電気変位経路を活性化することにより、前記少なくとも１つの液滴を変位させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１】
液滴を操作するためのマイクロ流体デバイスにおいて、
平行であり、離間距離（Ｈ）だけ相互に離間された、第１のマイクロ流体表面（３ａ）および第２のマイクロ流体表面（３ｂ）と、
前記第１の表面（３ａ）の上に配置された少なくとも１つの第１の電気変位経路（５ａ）と、
前記第２の表面（３ｂ）の上に配置された少なくとも１つの第２の電気変位経路（５ｂ）であって、前記第１の経路および前記第２の経路は、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーン（７）を画定する、第２の電気変位経路（５ｂ）と
を備え、
前記第１の経路（５ａ）および前記第２の経路（５ｂ）の少なくとも一方が、電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体の対応するリザーバ（９ａ、９ｂ）から前記経路に沿って各流体フィンガ（１９ａ、１９ｂ）を形成するように構成され、前記リザーバ（９ａ、９ｂ）は、前記液体を対応する前記表面（３ａ、３ｂ）と接触状態に置くことが可能となるように配置され、前記流体フィンガは、電気的不活性化の効果の下において毛管作用により前記少なくとも１つの交差ゾーン（７）において前記流体フィンガから少なくとも１つの各液滴（２３ａ、２３ｂ）を生成することによって破裂し、
前記第１の経路（５ａ）および前記第２の経路（５ｂ）は、前記第１の表面（３ａ）と前記第２の表面（３ｂ）との間の前記離間距離（Ｈ）が、一方においては各流体フィンガにより形成される流体厚さよりも大きく、他方においては各液滴により形成される流体厚さよりも小さくなるように、構成されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記第１の電気変位経路（５ａ）は、前記電気的活性化の効果の下において第１の関心液体の第１のリザーバ（９ａ）から第１の流体フィンガ（１９ａ）を形成するために、前記第１の表面（３ａ）の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対（５１ａ、５２ａ）を備え、前記第２の電気変位経路（５ｂ）は、前記電気的活性化の効果の下において第２の関心液体の第２のリザーバ（９ｂ）から第２の流体フィンガ（１９ｂ）を形成するために、前記第２の表面（３ｂ）の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第２の電極対（５１ｂ、５２ｂ）を備え、前記第１の流体フィンガ（１９ａ）および前記第２の流体フィンガ（１９ｂ）は、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの各第１の液滴（２３ａ）および少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）を生成することによって破裂し、前記少なくとも１つの各第１の液滴（２３ａ）および前記少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）は、前記少なくとも１つの交差ゾーン（７）において混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴（２５）を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の電極対（５１ａ、５２ａ）は、複数の第１の液滴形成ゾーン（５３）を備え、これにより、前記第１の電極対の不活性化にて、前記第１の流体フィンガ（１９ａ）は、複数の第１の液滴（２３ａ）へと破裂して、各液滴は、前記第１の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の電極対（５１ｂ、５２ｂ）は、別個の第１の液滴形成ゾーンに対面するようにそれぞれが配置されることにより複数の交差ゾーン（７）を形成する複数の第２の液滴形成ゾーン（５３）を備え、これにより、前記第２の電極対の不活性化にて、前記第２の流体フィンガ（１９ｂ）は、複数の第２の液滴（２３ｂ）へと破裂して、各液滴は、前記第２の液滴形成ゾーンの中の１つの上に位置をとり、各第２の液滴は、前記第１の対応する液滴（２３ａ）と接触状態になることにより、対応する交差ゾーンにおいてグローバル液滴（２５）を形成する、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１の表面（３ａ）は、ｍ個の対の第１の電極（５１ａ、５２ａ）の第１の電極網を備え、各対は、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成し、前記第２の表面（３ｂ）は、ｎ個の対の第２の電極（５１ｂ、５２ｂ）からなる第２の電極網を備え、各対は、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンと交差することによりｎｍ個の交差ゾーン（７）のセットを形成する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の電極対（５１ｂ、５２ｂ）は、前記第２の電極対に沿って位置する少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）および／または少なくとも１つのグローバル液滴（２５）を変位させるように構成されることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１の電気変位経路（５ａ）は、前記電気的活性化の効果の下において液体誘電泳動により関心液体のリザーバから流体フィンガを形成するために、前記第１の表面（３ａ）の上に配置された実質的に平行かつ共平面内に位置する第１の電極対（５１ａ、５２ａ）を備え、前記流体フィンガは、前記不活性化の効果の下において毛管作用により少なくとも１つの液滴を生成することにより破裂し、前記第２の電気変位経路（５ｂ）は、第２の電極（２５１ｂ、２５２ｂ）を備えることにより、前記第２の電極の電気的活性化の効果の下において前記少なくとも１つの液滴を変位させる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの交差ゾーンの上に形成された液滴の成分を検出する手段を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記検出手段は、前記少なくとも１つの液滴の上に光を発するための光源（６１）と、前記少なくとも１つの液滴により拡散される前記光を受けるための受光手段（６３）とを備える、光学的手段であることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記第１の表面および前記第２の表面のいずれか一方に属する検出表面（１１４ｂ）を形成する表面を有する少なくとも１つの平坦状発振器（７１）を備える電気機械的手段であることを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記検出表面（１１４ｂ）は、前記少なくとも１つの液滴により覆われるように意図された親水性ゾーンを有することを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の電極対および前記第２の電極対はそれぞれ、誘電体層（１３ａ、１３ｂ）により覆われることを特徴とする、請求項２から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
液滴を操作するための方法において、
第１の関心液体（１１９ａ）を備える少なくとも１つの第１のリザーバ（９ａ）を第１のマイクロ流体表面（３ａ）の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路（５ａ）と接触状態に置くステップと、
第２の関心液体（１１９ｂ）を備える少なくとも１つの第２のリザーバ（９ｂ）を第２のマイクロ流体表面（３ｂ）の上に配置された少なくとも１つの第２の対応する電気変位経路（５ｂ）と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面および前記第２の表面は、平行であり、離間距離（Ｈ）だけ相互に離間され、前記少なくとも１つの第１の変位経路および前記少なくとも１つの第２の変位経路は、それらの間に少なくとも１つの交差ゾーン（７）を画定する、ステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って第１の対応する流体フィンガ（１９ａ）を形成するステップと、
前記少なくとも１つの第２の変位経路を活性化することにより、前記第２の経路に沿って第２の対応する流体フィンガ（１９ｂ）を形成するステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第１の液滴（２３ａ）を生成することによって前記第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
前記少なくとも１つの第２の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの第２の液滴（２３ｂ）を生成することによって前記第２の流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離は、一方においては前記第１の流体フィンガおよび前記第２の流体フィンガの合計厚さよりも大きく、他方においては前記第１の液滴および前記第２の液滴の合計厚さよりも小さく、これにより、前記第１の液滴および前記第２の液滴は、前記少なくとも１つの交差ゾーンにおいて共に混合されて、少なくとも１つのグローバル液滴（２５）をを形成する、ステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
ｍ個の第１の関心液体を備えるｍ個の第１のリザーバ（９ａ）のセットをｍ個の第１の対応する経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、前記ｍ個の第１の対応する経路はそれぞれ、ｎ個の第１の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンを形成する、ステップと、
ｎ個の第２の関心液体を備えるｎ個の第２のリザーバ（９ｂ）のセットをｎ個の対応する第２の経路からなる経路網と接触状態に置くステップであって、前記ｎ個の対応する第２の経路はそれぞれ、ｍ個の第２の液滴形成ゾーンからなる一連のゾーンを備えることにより、第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンを形成し、前記ｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンは、前記ｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンとそれぞれ交差することによりｎｍ個の対応する交差ゾーン（７）のセットを形成する、ステップと、
ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｍ個の第１の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を活性化することにより、ｎ個の第２の対応する流体フィンガからなるフィンガ網を形成するステップと、
ｍ個の第１の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第１のセットのｎｍ個の第１の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第１の液滴のセットを生成することによって前記ｍ個の第１の対応する流体フィンガを破裂させるステップと、
ｎ個の第２の経路からなる前記経路網を不活性化することにより、毛管作用によって前記第２のセットのｎｍ個の第２の液滴形成ゾーンにおいてｎｍ個の第２の液滴のセットを生成することによって前記ｎ個の第２の対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、前記ｎｍ個の第１の液滴は、前記ｎｍ個の第２の対応する液滴と混合して、前記ｎｍ個の対応する交差ゾーンにおいてｎｍ個のグローバル液滴のセットを形成する、ステップと
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ｍ個の第１のリザーバは、様々な特性の第１の溶液のｍ個の第１の試料をそれぞれ備え、前記ｎ個の第２のリザーバは、様々な特性の第２の溶液のｎ個の第２の試料をそれぞれ備え、これによりｎｍ個の様々なグローバル液滴を形成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
光学的手段、電気機械的手段、または電気生理学的手段により、前記第１の溶液と前記第２の溶液との間の様々な相互作用を検出するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
液滴を操作するための方法において、
関心液体を備える少なくとも１つのリザーバ（９ａ）を第１のマイクロ流体表面（３ａ）の上に配置された少なくとも１つの第１の対応する電気変位経路（５ａ）と接触状態に置くステップであって、前記第１の表面は、第２のマイクロ流体表面（３ｂ）に対して平行であり、前記第２のマイクロ流体表面（３ｂ）から離間距離（Ｈ）だけ離間され、前記第２の表面は、少なくとも１つの第２の電気変位経路（５ｂ）を備え、前記少なくとも１つの第２の電気変位経路（５ｂ）は、前記少なくとも１つの第１の経路との間に少なくとも１つの交差ゾーン（７）を画定する、ステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を活性化することにより、前記第１の経路に沿って対応する流体フィンガ（１９ａ）を形成するステップと、
前記少なくとも１つの第１の変位経路を不活性化することにより、毛管作用によって前記少なくとも１つの交差ゾーンに位置する少なくとも１つの液滴（２３ａ）を生成することによって対応する流体フィンガを破裂させるステップであって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の前記離間距離は、一方においては前記流体フィンガの厚さよりも大きく、他方においては前記少なくとも１つの液滴の厚さよりも小さい、ステップと、
前記少なくとも１つの第２の電気変位経路を活性化することにより、前記少なくとも１つの液滴を変位させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０１１１５（Ｐ２０１３−１０１１１５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２３５４５８（Ｐ２０１２−２３５４５８）
【出願日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ (383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３５４５８（Ｐ２０１２−２３５４５８）
【出願日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【出願人】（５０２１２４４４４）コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ (383)
【Ｆターム（参考）】
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