JP2002527254A - 集積多層ミクロ流体デバイスとそれを製作する方法 - Google Patents

集積多層ミクロ流体デバイスとそれを製作する方法

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JP2002527254A JP2000575618A JP2000575618A JP2002527254A JP 2002527254 A JP2002527254 A JP 2002527254A JP 2000575618 A JP2000575618 A JP 2000575618A JP 2000575618 A JP2000575618 A JP 2000575618A JP 2002527254 A JP2002527254 A JP 2002527254A
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ジェレミー・ダブリュー・バードン
ロン−フォン・フアン
デイビッド・ウィルコックス
ニコラス・ジェイ・ナクレリオ
シンシア・アン・ゴーサッチ・ブリスコウ
ピョートル・グロジンスキー
フイナン・ユ
ロバート・マレロ
ショーン・ロス・ギャラガー
ユック−トン・チャン
バーバラ・マクニール・フォーリー
シュンフ・ダイ
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Abstract

(57)【要約】 実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスが複数のグリーンシート層と共に焼結することによって形成される。実質的な単一体構造は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび入口ポートと出口ポート間の相互接続を有する。実質的な単一体構造はまた電気伝導径路、ヒーター、流体センサー、流体運動トランスジューサおよび光学的透過性部分のような流体との有用な相互作用を可能とする色々な構成要素を含む。構成要素は厚膜またはグリーンシート技術を使用して製造されることが好ましく、および実質的な単一体構造と一体化されるようにグリーンシート層と共に焼成され、それに焼結されることが好ましい。グリーンシート層を一緒に結着するために接着剤を使用することにより多層ミクロ流体デバイスは高圧を加えることなく製造されてもよい。グリーンシート層中に存在する結着剤よりも高い温度で分解する重合体を有する接着剤を選択することにより、焼成プロセス間の界面の安定性を増進し、および界面領域内部の空隙なし焼結を増進する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願に対するクロス・リファレンス） 本出願は１９９９年１月２１日出願の米国特許出願No.０９／２３５，０８１
の一部継続出願であり、それはまた１９９８年１０月９日出願の仮特許出願No.
６０／１０３，７０１の恩典を請求する。
【０００２】 （発明の背景） １．発明の技術的分野 本発明はミクロ流体デバイスの分野に関する。より詳細には本発明は、集積お
よび単一体構造を提供するために、グリーンシート層と共に焼成されおよび焼結
される構成要素を有するグリーンシートの層から形成される多層ミクロ流体デバ
イスに関し、またそのようなデバイスを製作する方法に関する。
【０００３】 ２．関連技術の説明 ミクロ流体デバイスは、広範囲の化学的および生物学的応用を有する。特にミ
クロ流体デバイスは流体状態にある化学的および生物学的物質を混合し、反応し
、測定し、分析しおよび検出するために使用できる。従来大きな、嵩高いそして
複雑な装置を必要とする多くの合成と分析技術は、ミクロ流体デバイスとして小
型化できる。
【０００４】 ミクロ流体デバイスは、最も普通にはシリコン、ガラスまたはプラスチック基
板から作られる。しかしながらこれらの各素材は、その有用性を制限する或る欠
点を有する。チャンネルや他の色々なミクロ流体構造がシリコン中にエッチング
されるでろうが、このようなエッチングプロセスはミクロ流体デバイスにとって
しばしば望ましい、複雑な三次元構造や埋め込み構造を形成することが一般的に
できない。シリコンはまた素材として、生物学的物質を含む多くの流体と適合性
がない。一般的にこの問題はミクロ流体チャンネルに特別なコーティングを施す
追加ステップによって克服される。結局シリコンは半導体であるので、電気流体
力学的ポンピングおよび電気浸透ポンピングのような或る種のポンピング技術は
達成するのが困難であるか、または不可能である。全般的に、シリコンは取り扱
うのに高価な基板であり、そのことはシリコンを一般的に約１０ミクロンよりも
小さな大きさの構造を必要としない大規模なミクロ流体デバイス生産用の用途に
のみ限定する。
【０００５】 チャンネルは、シリコンと同様にガラス基板にもエッチングされてもよい。三
次元構造や埋め込み構造は、陽極接合プロセスを使用してガラスの連続層に一緒
に接合することにより作り上げられるけれども、この接合プロセスは困難でかつ
非常に高価である。特に各層は順序的に追加される、すなわち一度に一つしか追
加されない。その上各連続層の表面は信頼性のある接合を達成するために殆ど完
全に平坦でなければならない。この厳密な平坦さは多層ガラスデバイスの製造を
困難にかつ高価にし、および低生産性に帰着する。
【０００６】 プラスチックはまた、ミクロ流体デバイス用基板として多くの欠点を有する。
第一に、殆どのタイプのプラスチック基板は約３５０℃を超えて使用できず、そ
れによってプラスチックミクロ流体デバイスが流体を加熱できる範囲を制限する
。第二に、多くのプラスチック素材は、シリコンと同様に生体適合性の問題を有
する。従って、生体適合性は、一般的に流体通路に特別なコーティングを加える
追加ステップによって達成される。第三に、シリコンと同様に利用できる固定表
面電荷の不足の故に、電気浸透ポンピングは、プラスチックミクロ流体デバイス
中で達成することが困難か、または不可能である。第四に、プラスチックデバイ
ス中に三次元構造や埋め込み構造を製造する能力は、二個より多いプラスチック
層を一緒に結合することは困難であるので、制限される。
【０００７】 複数のグリーンシート層から、多層構造を製作することが知られている。しか
しながら従来のグリーンシート積層プロセスは、一般に高温での積層を必要とす
る。一般的に積層プロセスは、二つのステップで生じる。第一にグリーンシート
の積み重ね層は、単軸圧縮機において約１０００から１５００psiを受ける。次
にこの層は、７０℃のような上昇温度において約１０から１５分間の静水圧縮機
（isostatic press）中で約３０００から５０００psiを受ける。
【０００８】 この従来の積層プロセスは多くの制限を有する。例えば静水圧縮機中で要求さ
れる比較的長時間は、大規模製造プロセスでは望ましくない。更にこのような高
温度は、層に存在する内部構造の寸法を歪ませる傾向があり、および完成多層構
造に含まれることが望ましいであろう或る物質およびデバイスを損傷するかもし
れない。内部構造の寸法に関する制御はまた、このような高圧力が使用される時
、望ましくない程に低い。問題は内部または外部の空洞またはチャンネルのよう
な構造が多層構造中に形成されることが望ましい時、このような構造は高圧が加
えられた時閉鎖する傾向があるので、特に深刻である。空洞またはチャンネルが
大きくなればなる程、問題はますます深刻である。従って多層構造中に、非常に
微小な内部空洞またはチャンネルすなわち約２０ミクロンより小さい大きさのも
のを除く総てを形成することは、積層にこのような高圧が使用される時、信頼性
を有するて行うことは非常に困難である。
【０００９】 （発明の概要） 第一主要態様において、本発明は共に焼結される複数のグリーンシート層から
形成される実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスを提供し、ここ
でグリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック粒
子より成るグループから選択された粒子を含む。実質的な単一体構造は、その中
に画定される流体通路を有する。流体通路は流体を受け入れる入口ポート、流体
を放出する出口ポートおよび入口ポートと出口ポート間の相互接続を有する。実
質的な単一体構造はまたその中に画定される電気的伝導径路を有し、少なくとも
その一部は厚膜ペーストを少なくともグリーンシート層の一つに焼結することに
より形成される。
【００１０】 第二主要態様において、本発明は共に焼結される複数のグリーンシート層から
形成される実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスを提供し、ここ
でグリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック粒
子より成るグループから選択された粒子を含む。実質的な単一体構造はその中に
画定される流体通路を有する。流体通路は流体を受け入れる入口ポート、流体を
放出する出口ポートおよび入口ポートと出口ポート間の相互接続を有する。流体
通路の一部の流体を検出する流体センサーは、実質的な単一体構造と一体となる
ように少なくとも一つのグリーンシート層に焼結される。
【００１１】 第三主要態様において、本発明は共に焼結される複数のグリーンシート層から
形成される実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスを提供し、ここ
でグリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック粒
子より成るグループから選択された粒子を含む。実質的な単一体構造は、その中
に画定される流体通路を有する。流体通路は流体を受け入れる入口ポート、流体
を放出する出口ポートおよび入口ポートと出口ポート間の相互接続を有する。電
気エネルギーを流体通路の一部の中の流体運動に変換する流体運動トランスジュ
ーサは、実質的な単一体構造と一体となるように少なくとも一つのグリーンシー
ト層に焼結される。
【００１２】 第四主要態様において、本発明は共に焼結される複数のグリーンシート層から
形成される実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスを提供し、ここ
でグリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック粒
子より成るグループから選択された粒子を含む。実質的な単一体構造は、その中
に画定される流体通路を有する。流体通路は流体を受け入れる入口ポート、流体
を放出する出口ポートおよび入口ポートと出口ポート間の相互接続を有する。実
質的な単一体構造はまた、流体通路の一部への外部光学的アクセスを提供する光
学的透過性部分を含む。
【００１３】 第五主要態様において、本発明は共に焼結される複数のグリーンシート層から
形成される実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスを提供し、ここ
でグリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック粒
子より成るグループから選択された粒子を含む。実質的な単一体構造は、その中
に画定される流体通路を有する。流体通路は流体を受け入れる入口ポート、流体
を放出する出口ポートおよび入口ポートと出口ポート間の相互接続を有する。実
質的な単一体構造はまた、空洞中の細胞を溶解する手段を含む。
【００１４】 第六主要態様において、本発明は多層ミクロ流体デバイスを製作する方法を提
供する。複数のグリーンシート層が流体通路を画定する所定の第一パターンに織
り込まれる。グリーンシート層は、セラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−
セラミック粒子より成るグループから選択された粒子を含む。厚膜ペーストが流
体と相互作用する構成要素を画定する第二所定パターンでグリーンシート層に塗
布される。次いでグリーンシート層は、実質的な単一体構造を形成するために所
定の時間に亘って所定の温度で一緒に焼結される。実質的な単一体構造は、そこ
の中に画定される流体通路および流体と相互作用する構成要素を有する。
【００１５】 第七主要態様において、本発明は共に焼結される複数のグリーンシート層から
形成される実質的な単一体構造を有する多層ミクロ流体デバイスを提供し、ここ
でグリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック粒
子より成るグループから選択された粒子を含む。実質的な単一体構造は、その中
に画定される流体通路を有する。一つのグリーンシート層に焼結されたる疎水性
領域が、流体通路の内部に配置される。
【００１６】 第八主要態様において、本発明は複数のグリーンシート層から多層構造を製造
する方法を提供する。複数のグリーンシート層は少なくとも第一層と第二層を含
むとともに、重合体結着剤を有する。接着剤が、第一層の第一表面に塗布される
。接着剤は、その接着剤重合体が重合体結着剤よりも高温において分解する、重
合体結着剤とは異なる接着剤重合体を含む。前記の複数のグリーンシート層は、
第一層の第一表面と第二層の第二表面の間に入る接着剤で多層グリーンシート構
造を形成するために積上げられる。多層グリーンシート構造は所定の焼結温度を
達成するように所定の時間に亘って焼成され、それによって多層構造を形成する
。
【００１７】 本発明の多層ミクロ流体デバイスは一緒に焼結される複数のグリーンシート層
から作られるので、デバイスは化学的および生物学的応用についての有用な広範
囲の特性と機能を備えられるであろう。グリーンシート層の素材はデバイスに使
用される流体と化学的および生物学的に適合するるように選択されてもよいし、
またデバイスに使用される温度の特別の範囲に適合するように選択されてもよい
。
【００１８】 更にデバイスのグリーンシート層は、総て同じ素材から作られる必要はない。
この方法で、デバイスは異なる場所で熱伝導性のような異なる特性を有利にも与
えられてもよい。重要な例として、グリーンシート層の一つは、デバイス中の流
体通路の部分への外部光学的アクセスを行わせる光学的透過層を設けるために、
ガラス粒子を含むであろう。
【００１９】 各グリーンシート層に一緒に焼結される前に個々に処理を受けさせることによ
り、また複雑な構造が本発明のデバイス中に構築されてもよい。例えばデバイス
中の流体通路は層が一緒に焼結される前に、各種グリーンシート層中に形成され
る貫通孔およびチャンネルのような構造によって画定されてもよい。従って、複
数の層から製造することにより流体通路は、他では達成することが困難であろう
複雑な三次元構造を有することができる。
【００２０】 グリーンシート技術はまたデバイスに、加熱要素、冷却要素、流体センサーお
よび流体運動トランスジューサのような広範囲の機能構成要素の備えを与えても
よい。有利なことに、これらの機能構成要素はデバイスと一体となるようにグリ
ーンシート層に共に焼成され、および焼結されてもよい。このような一体化構成
要素はデバイス中により効率的にかつ信頼性をもって組み込まれ、こうしてミク
ロ流体デバイスの大規模製造を促進する。
【００２１】 厚膜技術は、このような一体化構成要素を与える一つの重要な方法である。厚
膜ペーストは個々のグリーンシート層にシルクスクリーンされ、次いでデバイス
と一体となるようにグリーンシート層に共に焼成され、および焼結されてもよい
。厚膜は、デバイス中に電気伝導径路を与えるために金属のような伝導性素材を
含むであろう。特にグリーンシート層の導体充填貫通孔と組合せたグリーンシー
ト層の表面に堆積された伝導性経跡（trace）の使用により、デバイス中の複雑
な電気伝導径路の効率的な製造が行われる。厚膜技術はまた熱電、圧電および高
透磁性素材のような他の素材もデバイス中に組み入れさせる。
【００２２】 グリーンシート層を一緒に結着するために接着剤を使用することにより、それ
らは低圧で積層でき、それによって内部構造への変形と損傷を最小化し、および
空洞とチャンネルが良好な寸法裕度で形成できる。
【００２３】 （発明の詳細な説明） 本発明による多層ミクロ流体デバイスは、実質的な単一体構造を形成するため
に積層されて一緒に焼結されたグリーンシートの層から作られる。グリーンシー
トは、重合体結着剤中に分散されたガラス、ガラス−セラミック、セラミックま
たはその混合物の無機粒子を含み、また可塑剤および分散剤のような添加剤を含
んでもよい複合物質である。グリーンシートは、５０から２５０ミクロン厚のシ
ート状であることが好ましい。セラミック粒子は、一般に酸化アルミニウムや酸
化ジルコニウムのような金属酸化物である。ガラス−セラミック粒子を含むこの
ようなグリーンシートの例は、E.I. Du Pont de Nemours and Companyが販売し
ている“AX951”である。酸化アルミニウム粒子を含むグリーンシートの例は、F
erro Corp.が販売している“Ferro Almina”である。グリーンシートの組成はま
た、特定の適用に合致するように注文処方されてもよい。
【００２４】 グリーンシート層は一緒に積層され、次いで実質的な単一体多層構造を形成す
るために焼成される。セラミックグリーンシートの製造、処理および応用は、こ
こに参考文献として組み入れたRichard E. Mistler著“Tape Casting : The Bas
ic Process for Meeting the Needs of the Electronics Industry”Ceramic Bu
lletin６９巻６号１０２２−２６頁（１９９０年）、および米国特許No.３，９
９１，０２９号に全般的に記述されている。
【００２５】 代表的な多層ミクロ流体デバイス１０の断面図が、図１に示されている。多層
ミクロ流体デバイス１０は、実質的な単一体構造を形成するために積層されて一
緒に焼結されたグリーンシート層１２−２２から作られる。デバイス１０は、第
一チャンネル２６と第二チャンネル２８に接続された空洞２４を含む。第一チャ
ンネル２６はまた第一貫通孔３０に接続され、第一貫通孔３０は次に第一流体ポ
ート３４を画定する第二貫通孔３２に接続される。第二チャンネル２８は第二流
体ポート３８を画定する第三貫通孔３６に接続される。このように、空洞２４は
流体ポート３４および３８と流体連通状態にある。より詳細には、貫通孔３２と
３０、第一チャンネル２６、空洞２４、第二チャンネル２８、および貫通孔３６
は共に、流体ポート３４および３８を相互接続する流体通路を画定する。この構
成において、ポート３４および３８は、反応用の場所を与える空洞２４と共に、
反応物を加え、生産品を取り出す流体入力または流体出力ポートとして使用して
もよい。
【００２６】 図１Ａ−１Ｆは、積層の前に、層１２−２２のそれぞれの中にどの部分が上記
流体通路を設けるように形成されてもよいかを示す、層１２−２２のそれぞれの
平面図である。図１Ａに示されるように、層１２は貫通孔３２と貫通孔３６を有
する。図１Ｂに示されるように、層１４は貫通孔３０を有するとともに、チャン
ネル２８に接続された空洞２４の一部を有する。図１Ｃに示されるように、層１
６はチャンネル２６に接続された空洞２４の一部を有する。図１Ｄに示されるよ
うに、層１８は空洞２４の一部を有する。図１Ｅおよび１Ｆに示される層２０お
よび２２は、それぞれ、そのような構造を有しない。
【００２７】 本発明の多層ミクロ流体デバイスの製造方法は、好ましくは５０から２５０ミ
クロン厚であるグリーンシートの薄板を準備することで始まる。グリーンシート
の薄板は、望ましい大きさ、従来の処理では一般的に６インチ×６インチに切断
される。各グリーンシート層は次いで、完成多層構造において貫通孔、チャンネ
ルまたは空洞のような望ましい構造を形成するために、色々な技術を使用して織
り込まれ(textured)てもよい。
【００２８】 ここで使用される用語“貫通孔”はグリーンシート層に形成された孔を指す。
一般的な貫通孔は、１００ミクロンから５００ミクロンまでの範囲の直径を有す
る。貫通孔はまた次のステップにおいて、厚膜ペーストのような他の素材で充填
されてもよい。
【００２９】 ここで使用される用語“チャンネル”はその直径よりも大きい長さを有する多
層構造内部の開放領域を指す。一般的なチャンネルは、１００ミクロン以下から
５００ミクロンまでの範囲の直径を有する。本発明のミクロ流体デバイスにおい
て、チャンネルは一般的に流体物質を移送するのに使用される。“チャンネル”
はまた“毛管”または“導管”と呼ばれる。
【００３０】 ここで使用される用語“空洞”はミクロ流体デバイスにおける孔または開放領
域を指す。空洞は一般的に流体物質を収容し、混合し、反応しまたは移送するた
めに使用される。一般的には、空洞は物質の入力または出力を与えるためにチャ
ンネルまたは貫通孔に接続され、このような場合に空洞はチャンネルまたは貫通
孔の寸法よりも大きい寸法を有する。“空洞”はまた “井戸（well）”と呼ば
れてもよい。
【００３１】 色々な技術が、グリーンシート層を織り込むために使用されてもよい。例えば
グリーンシート層の一部は、貫通孔またはチャンネルを形成するために穿孔され
てもよい。この操作は、Pacific Trinetics Corp. のModel APS-8718自動化穿孔
装置のような従来の多層セラミック穿孔機を使用して達成されてもよい。素材の
一部を穿孔する代わりに、チャンネルまたは井戸のような特徴は、所望の構造の
逆像を有する型押しプレートに対してグリーンシートを押圧することによりグリ
ーンシートの表面に型押しされてもよい。織り込みはまた、Pacific Trinetics
LVS-3012のようなレーザー貫通孔装置を備えたレーザー器具によって達成されて
もよい。
【００３２】 次に、広範囲の素材が、好ましくは厚膜ペーストの形で各織り込みグリーンシ
ート層に適用されてもよい。例えば電気伝導径路がグリーンシート層上に金属含
有厚膜ペーストを堆積することによって与えられてもよい。厚膜ペーストは、一
般的に、有機媒体中に分散された粉末の形で、金属または絶縁物の何れかであっ
てもよい所望の素材を含む。そして、ペーストはスクリーン印刷のような所望の
堆積技術のための適当な粘度を有するようにしてある。有機媒体は、樹脂、溶剤
、界面活性剤および流れ制御剤を含んでもよい。厚膜ペーストはまた、焼結を促
進するためにガラスフリットのような少量のフラックスを含んでもよい。厚膜技
術は更に、ここに参考文献として組み入れたJ. D. Provance著“Performance Re
view of Thick Film Materials,”Insulation/Circuits（１９９７年４月）およ
びMorton L. Topfer著Thick Film Microelectronics, Fabrication, Design, an
d Application（１９７７年）４１−５９頁に記述されている。
【００３３】 得られる厚膜の有孔性は、厚膜ペースト中に存在する有機媒体の量を調節する
ことによって調節できる。特に、厚膜の有孔性は、厚膜ペースト中の有機媒体の
含有率を増加することによって増加できる。同様にグリーンシート層の有孔性は
、有機結着剤の比率を増加することによって増加できる。厚膜およびグリーンシ
ート層の有孔性を増加する別の方法は、有機媒体または有機結着剤内部に有機媒
体に溶性でない別の有機相を分散することである。重合体マイクロスフェアは、
この目的のために有利に使用できる。
【００３４】 電気伝導径路を加えるために、厚膜ペーストは、一般的に、銀、プラチナ、パ
ラジウム、金、銅、タングステン、ニッケル、錫、またはその合金のような金属
粒子を含む。銀ペーストが好ましい。適切な銀ペーストの例は、E.I. Du Pont d
e Nemours and Companyが販売する銀導体組成No.７０２５および７７１３である
。
【００３５】 厚膜ペーストは、スクリーン印刷によってグリーンシート層に塗布されること
が好ましい。スクリーン印刷プロセスにおいて、厚膜ペーストはグリーンシート
層上に対応パターンで堆積されるように、パターン化シルクスクリーンを通して
押し出される。一般的に、シルクスクリーンパターンは、マスクへの露光によっ
て写真のように創られる。
【００３６】 このように、伝導経跡がグリーンシート層の表面に塗布されてもよい。また、
グリーンシート層中に存在する貫通孔は、層間の電気的接続を与えるために伝導
性厚膜ペーストで充填されてもよい。
【００３７】 或る応用において、ガラスコーティングをグリーンシート層の表面に加えるこ
とも望ましい。例えばガラスコーティングは流体通路中に滑らかな壁を提供し、
それによってより良い流体流れを与えるとともに汚染問題を低減する。ガラスコ
ーティングはまた流体と、流体と反応するかそうでなければ流体に適合しないグ
リーンシート素材との間の障壁として役立つことができる。
【００３８】 ガラスコーティングを追加する一つの方法は、ガラス粒子を含む厚膜ペースト
をグリーンシート層の表面上にスクリーン印刷することによる。積層の後、厚膜
ペーストは、グリーンシート層の表面に焼結された滑らかなガラスコーティング
を形成するために、グリーンシート層と共に焼成される。
【００３９】 ガラスコーティングを達成する別の方法は、ガラスセラミックグリーンシート
層を使用し、そしてそれを典型的よりもより活発に焼結することによる、すなわ
ち焼結ステップの間のより早い温度上昇、より高い最終焼結温度およびより長い
焼結時間を使用することによる。特にガラス相の粘度は、温度がガラス軟化点を
超えて上昇すると急速に低下する。従って活発な焼結は、セラミック相とのかな
りの結晶化の前に、グリーンシート層の内部からその表面へガラス相を駆動する
傾向がある。このように、ガラスコーティングはグリーンシート層の上に形成さ
れる。適当なガラスセラミックシステムは、Motorola, Inc.から販売されている
T2000絶縁テープおよびここに参照文献として組み入れてある米国特許No.５，８
２１，１８１号に開示されているガラスセラミック組成を含む。
【００４０】 例えばMotorola T2000絶縁テープ用標準焼結パラメータは、約８７５℃の最終
焼結温度に到達するために１分間に約５℃の割合で温度を立ち上がらせ、その温
度を約３０分維持することを要求する。しかしながらガラスコーティングを達成
するために、温度は代わりに１分間に約７℃の割合で立ち上げられてもよいし、
あるいは最終焼結温度は約９２５℃まで増加されてもよい。
【００４１】 勿論、流体通路用の滑らかなガラス壁を達成する別の方法は、ガラスグリーン
シート層を使用することである。
【００４２】 他の多くの素材もまた、所望の機能性を与えるために各グリーンシート層に加
えられてもよい。例えば光学的素材が、光学的窓を与えるために加えられてもよ
い。圧電素材もまた圧電部材を与えるために加えられてもよい。熱電素材は熱電
要素を与えるために加えられてもよい。フェライトのような高透磁性素材は強電
磁石用コアを与えるために加えられてもよい。グリーンシート物質は異種素材の
追加を取り入れる大きな柔軟性を有する。素材が完成デバイス中に信頼性をもっ
て置かれることを確実にするために、グリーンシート層に加えられる素材は以下
に述べるようにグリーンシート物質と共に焼成できることが好ましい。
【００４３】 グリーンシートの各層に所望の構造が形成された後、接着剤の層がグリーンシ
ートの両面に塗布されることが好ましい。接着剤は、室温接着剤が好ましい。こ
のように室温接着剤は室温未満すなわち約２０℃未満のガラス遷移温度を有し、
それ故それらは室温で基板を一緒に結着できる。その上、化学的変化を受け、も
しくは、基板の構成要素と化学的に反応するかまたはそれらを溶解するよりも、
このような室温接着剤は基板の表面に浸透することによって基板を一緒に結着す
る。時々このような室温接着剤は、“感圧接着剤”と呼ばれる。適当な室温接着
剤は一般に水性乳剤として供給され、Rohm and Haas, Inc.およびAir Products,
Inc.から入手できる。例えば“Flexcryl 1653”としてAir Products, Inc.から
販売される素材は、良く作用することが見出されている。
【００４４】 室温接着剤は、従来のコーティング技術によってグリーンシートに塗布されて
もよい。コーティングを促進するために、使用されるコーティング技術、並びに
出発物質の粘度および固形物の載荷に依存して、供給された感圧接着剤を水中で
希釈することがしばしば望ましい。コーティングの後、室温接着剤は乾燥させら
れる。室温接着剤の乾燥膜厚は１から１０ミクロンの範囲であることが好ましく
、厚みはグリーンシートの全表面に亘って均一であるべきである。１５ミクロン
を超える膜厚は望ましくない。接着剤のこのような膜厚では、除去されなければ
ならない大量の有機物質のために、空隙発生または層間剥離が焼成の間に生じ得
る。乾燥された時に約０．５ミクロン未満の膜は、層間に不十分な接着性しか与
えないので薄過ぎる。
【００４５】 従来のコーティング技術の内から、スピンコーティングと噴霧が好ましい方法
である。もしスピンコーティングが使用されるならば、１０グラムの“Flexcryl
1653”毎に１グラムの脱イオン水を加えることが好ましい。もし噴霧が使用さ
れるならば、噴霧の容易さを促進するためにより高い希釈レベルが好ましい。更
に室温接着剤が噴霧される時、素材がグリーンシート上に堆積される殆どその瞬
間に乾燥するように、例えば約６０から７０℃の昇温状態でグリーンシートを保
持しすることが好ましい。瞬間乾燥によって、接着剤のより均一なかつ均質な膜
が得られる。
【００４６】 室温接着剤がグリーンシート層に塗布された後、層は多重グリーンシート構造
を形成するために一緒に積み重ねられる。各層の構造間の所望の位置合せ精度を
維持するために、層は配列用金型中で積み重ねられることが好ましい。配列用金
型が使用される時、配列孔が各グリーンシート層に加えられなければならない。
【００４７】 室温接着剤が使用される時、一般的に積み重ねプロセスのみでグリーンシート
層を一緒に結着するのに十分である。換言すれば、層を一緒に結着するのに僅か
な圧力で十分であり、または圧力は全く必要ではない。しかしながら層のより確
実な結着を果たすために、層はそれらが積み重ねられた後一緒に積層されること
が好ましい。
【００４８】 積層プロセスは、積み重ね層に圧力を加えることを含む。例えば従来の積層プ
ロセスは、約１０００から１５００psiの単軸圧力が積み重ねグリーンシート層
に加えられ、次いで７０℃のような昇温状態で約１０から１５分間約３０００か
ら５０００psiの静水圧力が加えられる。従来の積層プロセスが使用される時、
グリーンシート層を一緒に結着するのに接着剤は塗布されるる必要がない。
【００４９】 しかしながら、内部または外部の空洞およびチャンネルのような構造の寸法に
ついて良好な管理を行うためには、２５００psi未満の圧力が好ましい。更によ
り低い圧力は、空洞およびチャンネルのような、より大きな構造の形成を行わせ
るためには、より望ましい。例えば、もし２５００psiの積層圧力が使用される
ならば、良く形成される内部の空洞およびチャンネルの大きさは、一般的に大体
２０ミクロン以下の大きさに制限される。従って、１０００psi未満の圧力は、
このような圧力が一般に約１００ミクロンよりも大きなサイズを有する構造を寸
法管理の或る尺度でもって形成可能にするので、より好ましい。３００psi未満
の圧力は、このような圧力が一般に約２５０ミクロンよりも大きなサイズを有す
る構造を寸法管理の或る度合いでもって形成可能にするので、更により好ましい
。ここで“殆どゼロ圧力”と呼ぶ１００psi未満の圧力は、このような圧力にお
いては多層構造内に形成できる内部および外部の空洞およびチャンネルの大きさ
に僅かな制限しか存在しないので、最も好ましい。
【００５０】 圧力は、単軸圧縮機によって積層プロセスで加えられることが好ましい。ある
いは、約１００psi未満の圧力は手で加えられてもよい。
【００５１】 半導体デバイス製造に関して、多くのデバイスが各薄板上に存在してもよい。
従って積層後、多層構造は、個々のデバイスを分離するために従来のグリーンシ
ートダイシングまたは鋸引き装置を使用して細切れにされてもよい。室温接着剤
によって与えられる高レベルの剥ぎ取りおよび剪断抵抗は、ダイシングプロセス
の間、エッジの層間剥離の発生を非常に小さく抑える結果となる。もし或る層が
ダイシングの後エッジの周囲で分離されるならば、層は、デバイスの残りの部分
に悪影響を及ぼすことなく、剥離されたエッジに手で圧力を加えることにより容
易に再積層されてもよい。
【００５２】 最終処理ステップは、その“グリーン”状態から完成した実質的な単一体多層
構造に積層多層グリーンシート構造を変換するために、焼成することである。焼
成プロセスは、温度が上昇するにつれて二つの重要な段階で生じる。第一重要段
階は、約２５０から５００℃の温度範囲で生じる結着剤の焼却段階である。その
間に、グリーンシート層中の結着剤や塗布された厚膜ペースト中の構成要素のよ
うな他の有機素材が構造から除去される。
【００５３】 より高温で生じる次の重要な段階である焼結段階では、多層構造が緻密にされ
そして実質的な単一体となるように、無機粒子が一緒に焼結する。使用される焼
結温度はグリーンシート中に存在する無機粒子の性質による。多くのタイプのセ
ラミックについて、適当な焼結温度は素材に依存して約９５０から約１６００℃
に亘る範囲である。例えば酸化アルミニウムを含むグリーンシートについて、約
１４００から１６００℃間の焼結温が一般的である。窒化シリコン、窒化アルミ
ニウムおよび炭化シリコンのような他のセラミック素材は、より高い焼結温度、
すなわち１７００から２２００℃を必要とする。ガラスセラミック粒子を含むグ
リーンシートについては、７５０から９５０℃の範囲の焼結温度が一般的である
。ガラス粒子は、一般に、ほんの約３５０から７００℃の範囲の焼結温度を要求
する。最後に、金属粒子は、金属に応じて５５０から１７００℃のどこにおける
焼結温度でも要求してもよい。
【００５４】 一般的にデバイスは、使用される金属に依存して約４時間から約１２時間また
はそれ以上の期間に亘って焼成される。一般に焼成は、構造から有機素材を除去
し、かつ、無機粒子を完全に焼結するように十分な継続時間でなければならない
。特に重合体は、グリーンシート中および室温接着剤中に、結着剤として存在す
る。焼成はこれらの重合体を分解して多層構造からそれらを除去させるように、
十分な温度と継続時間でなければならない。
【００５５】 一般的に多層構造は、焼成プロセスの間の容積低減を受ける。結着剤の焼却相
の間、約０．５から１．５％の小さな容量低減が通常は観察される。焼成段階の
間のより高い温度において約１４から１７％の更なる容積低減が一般に観察され
る。
【００５６】 上記のように、グリーンシート層に加えられる如何なる異種素材もそれらと共
に焼成されることが好ましい。このような異種素材は、厚膜ペーストとしてまた
は他のグリーンシート層として加えられてもよい。共に焼成する恩典は、加えら
れる素材がグリーンシート層に焼結され、実質的な単一体ミクロ流体デバイスと
一体化するということである。しかしながら共に焼成できるために、加えられる
素材はグリーンシート層の焼結温度および焼成による容積変化と整合するそれら
のものを有するべきである。焼結温度は大きく素材に依存し、それ故整合焼結温
度は単純に素材の適切な選択を要求する。例えば銀は電気的伝導径路を提供する
のに好ましい金属ではあるが、もしグリーンシート層が１４００から１６００℃
の範囲の焼結温度を必要とするアルミナ粒子を含むと、銀の比較的低融点（９６
１℃）の故に白金のようなその他の金属が使用されなければならない。
【００５７】 一方焼成による容積変化は、制御できる。特にグリーンシートおよび厚膜ペー
ストのような二つの素材の容積変化を整合させるために、（１）粒子の大きさ、
および（２）焼成プロセスの間に除去される結着剤のような有機構成要素の割合
を整合させるべきである。更に、容積変化は正確に整合される必要はないが、如
何なる不整合も一般的にデバイス中の内部ストレスとなるかもしれない。しかし
、デバイスの相対する側に同等な素材または構造を置く対称的処理は、ある程度
まで収縮不整合素材について補償できる。
【００５８】 焼結温度または容積変化の何れかにおける余りにも大きな不整合は、デバイス
の一部または全部の欠陥または失敗に帰することになる。例えばデバイスはその
個々の層に分離するかもしれないし、またはそれは反り返りまたは歪みを生じる
かもしれない。 図２は、本発明による多層ミクロ流体デバイスを形成するために使用されても
よい一般的な層の断面を略図的に図示して前記ステップを要約する。第一グリー
ンシート層５０が、次の処理のために適当な大きさで提供される。室温接着剤層
５２が、グリーンシート５０の一つの表面に塗布される。第一グリーンシート層
５０は、次いで内部チャンネル５６と内部空洞５８をもって既にパターン化され
ている第二グリーンシート層５４と積み重ねられる。これらの層は次いで、完全
な多層グリーンシート構造６８を形成するために、室温接着剤６４と６６の関連
層と共に二つの更なるグリーンシート層６０および６２と積み重ねられる。多層
グリーンシート構造６８は次いで上記のように積層され、そして最終の実質的な
単一体構造７０を形成するために焼成される。
【００５９】 積層のための、殆どゼロ圧力すなわち１００psi未満の圧力の使用は、それが
内部構造の完全性を維持させ、グリーンシート層５４内に形成された内部チャン
ネル５６と内部空洞５８を最終の実質的な単一体構造７０中にそれぞれ内部チャ
ンネル７２と内部空洞７４として残らせるので、好ましい。しかしながら、従来
の高圧積層プロセスを含めて他の積層プロセスもまた、内部構造の寸法について
の少ない制御にも拘わらず、使用できる。
【００６０】 最終の実質的な単一体構造７０の大きさは、焼成の間に生じる容量低減を反映
して多層グリーンシート構造６８の大きさよりも図２に小さく示されている。
【００６１】 本発明によれば、最終多層構造の総ての層が、殆どゼロ圧力で積層される必要
はない。例えば、高圧で損傷または変形されるであろう構造または素材を含まな
い層は従来通りに積層されてもよいし、その結果得られる構造は次いで殆どゼロ
圧力積層技術を使用して他のグリーンシート層に積層されてもよい。
【００６２】 このようなプロセスの例が、図３に略図的に示されている。従来の積層プロセ
スを使用して形成される構造８０、殆どゼロ圧力の積層プロセスを使用して形成
される構造８１、および従来の積層プロセスを使用して形成される構造８２は、
総て一緒に積層される。構造８０は層８３、８４および８５からなり、ここで層
８５は貫通孔８６を含む。構造８０は、外部貫通孔を保存させるどのような従来
の積層プロセスからも形成されてもよい。構造８１は層８７および８８からなり
、本発明の殆どゼロ圧力積層方法を使用して形成された。層８７もまた貫通孔８
９、９０および９１、並びにチャンネル９２を含む。構造８２は層９３−９６か
らなり、従来の高圧積層プロセスを使用して形成された。多層構造９７を形成す
るために、構造８０、８１および８２が次いで、本発明の殆どゼロ圧力積層プロ
セスを使用して、すなわち、構造８０と８１を結着するために室温接着剤の層（
図示せず）を塗布するとともに、構造８１と８２を結着するために別の室温接着
剤の層（図示せず）を塗布することにより、一緒に積層される。
【００６３】 接着剤中の重合体の適正な選択が所望の殆どゼロ圧力積層プロセスを促進する
ことが見出された。特に、もし接着剤に使用される重合体がグリーンシート層に
存在する重合体結着剤よりも高温で分解するならば、その時は、接着剤層は焼成
プロセス時の界面の安定性を増進するであろうし、結着剤焼却の完了後グリーン
シート層の有機粒子間のより短い界面距離を増進するであろう。低減された粒子
間距離は、多層構造のテープ界面領域内部の空隙なしの焼結を促進する。
【００６４】 接着剤中の重合体は、グリーンシート層中の重合体結着剤のそれよりも約２５
から１００℃高い熱分解開始と主要な分解プロフィールを有するべきである。こ
のことは、重合体結着剤と異なる接着剤重合体を使用することによって達成され
てもよい。より詳細には、熱分解プロフィールの所望の相違を達成するための一
つの方法は、開放（unzipping）によるよりもむしろランダム切断（random scis
sion）による熱分解を受ける接着剤重合体を選択することである、ということが
見出された。“鎖解重合”または“逆成長”とも呼ばれる開放プロセスは、鎖端
部または弱連結からのモノマー単位の連続的な解放である。“ランダム分解”と
も呼ばれるランダム切断プロセスは、鎖に沿うランダムな点における鎖破断によ
って生じる。
【００６５】 ランダム切断を受ける重合体は、一般に、解放によって分解する重合体の熱分
解プロフィールに対して伸長された熱分解プロフィールを有する。しばしば半分
解の温度、すなわち一定割合の温度上昇での熱分解の間の重量損失がその最終値
の５０％に到達する温度、および最大分解速度の温度は共に、開放を受ける重合
体に比較してランダム切断を受ける重合体について約２５から１００℃高い。そ
の上、多くの種類のグリーンシートの重合体結着剤はアクリル重合体、アクリル
共重合体、またはアクリル重合体と共重合体の混合物が多く、その総ては開放に
よって分解する。従って、ランダム切断重合体を有する接着剤の選択は、焼成プ
ロセスの間、界面の接合を大いに強化する傾向がある。このようなランダム切断
重合体は、ビニールアセテートエチレンまたはエチレンビニールアクリル共重合
体のようなエチレン主鎖グループを有する重合体および共重合体を含む。
【００６６】 図４は、熱重量的に測定され（曲線は“TGA”と呼ばれる）および差分走査熱
量（differential scanning calorimetry）（曲線は“DSC”と呼ばれる）によっ
て、ランダム切断を受けたエチレンビニールアクリル共重合体（“PSAビニール
アクリル共重合体”と呼ばれる）の熱分解を、開放を受けたグリーンシート中に
使用されるアクリル結着剤（“B60aアクリル結着剤”と呼ばれる）と比較する。
図４から明らかなように、約３５０から４００℃の温度範囲においてアクリル結
着剤は急速な分解と除去を受けるのに対し、室温接着剤重合体は遥かに緩やかに
分解する。実際、３７５℃におけるこの例において、アクリル結着剤の１０％未
満が残るのに対し、接着剤重合体の６０％を超えるものが残る。従って、この温
度範囲において、室温接着剤は層間の強い接合を維持する一方、グリーンシート
層内部の結着剤は焼き払われる。
【００６７】 有用な多層ミクロ流体デバイスは、通常、流体通路に加えて流体と相互作用を
可能にする構成要素を含む。このような構成要素は、三つの広いクラスに分類さ
れる。すなわち（１）流体に対する物理的、化学的または生物学的変化を促進す
る構成要素、（２）流体の色々な特性を感知させる構成要素、および（３）流体
の運動を制御する構成要素である。
【００６８】 これらの構成要素分類の各々は、それらがグリーンシート層から形成された多
層ミクロ流体デバイスにおいてどのように実現されるであろうかを含めて、次に
議論されるであろう。構成要素の各タイプについて、効率的なかつ費用効果的に
大量生産を促進するために、上記処理ステップの一部としてそれが製造されるこ
とが好ましい。またそのような構成要素が、完成デバイスの実質的な単一体構造
の一部を形成するように、グリーンシート層と共に焼成されてそれに焼結される
ことが好ましい。
【００６９】 流体に対して物理的および化学的変化を起こす構成要素は、流体の温度を変化
させる構成要素と流体中で化学的反応を引き起こす構成要素を含む。流体の温度
を変化させる最も簡単な構成要素は、ヒーターである。
【００７０】 平面ヒーター１０２を含む本発明による多層ミクロ流体デバイス１００が、図
５に示されている。多層ミクロ流体デバイス１００は、層１０４−１１４から作
られる。空洞１１６は、層１３２の中に形成される。空洞１１６は層１０４、１
０６、１０８にそれぞれ形成される貫通孔１１８、１２０、１２２によって外部
と流体連通する。空洞１１６はまた、層１０４，１０６，１０８にそれぞれ形成
された貫通孔１２４、１２６，１２８によって外部と流体連通する。図５の断面
図および図５Ａの平面図に示されるように、ヒーター１０２は、層１１４の表面
上に堆積された伝導性素材の蛇行性の経跡によって形成されるとともに、端子１
３０，１３２を有する。貫通孔１３４−１４２はそれぞれ層１０４−１１２に形
成され、端子１３０とデバイス１００の外部との間の電気伝導径路を提供するた
めに伝導性素材で充填される。同様に貫通孔１４４−１５２がそれぞれ層１０４
−１１２に形成され、端子１３２とデバイス１００の外部との間の電気伝導径路
を提供するために伝導性素材で充填される。外部構成要素（図示せず）は、貫通
孔１３４と１４４とによって電気的に接触可能である。この構成において、電流
がヒーター１０２に印加され、その結果、それが空洞１１６中の流体を加熱する
ために使用されてもよい。ヒーター１０２は、図５に示すように、層１１２によ
って空洞１１６から分離されていることが好ましいけれども、ヒーター１０２は
また空洞１１６中の流体と直接接触するように層１１２の上面に配置されてもよ
い。
【００７１】 多層ミクロ流体デバイス中に組み込まれるヒーターはまた、垂直または水平向
きの何れかのコイルの形状であってもよい。空洞２０４の周囲に捲かれた垂直コ
イルを有する多層ミクロ流体デバイス２００の一部が、図６に示される。デバイ
ス２００は層２０６−２１６からなる。図６および絶縁状態のコイル２０２の斜
視図を示す図６Ａを参照すると、コイル２０２は、それぞれ層２０６−２１６上
に堆積された伝導性素材の経跡であり、それぞれ層２０８−２１６中の５個の導
体充填貫通孔２３０−２３８によって一緒に結合された６個の水平巻線を含む。
【００７２】 チャンネル２５４の周囲に捲かれた水平コイル２５２を有する多層ミクロ流体
デバイス２５０の一部が、図７に示される。デバイス２５０は、層２５６−２６
４からなる。図７および絶縁状態のコイル２５２の斜視図を示す図７Ａを参照す
ると、コイル２５２は６個の垂直要素２６８−２７８を含み、その各々はそれぞ
れ層２５８−２６２中に形成された積み重ね導体充填貫通孔を有する。垂直要素
２６８−２７８は、下側要素２６６−２７０からオフセットしている角度で配置
された３個の下部水平要素２８０−２８４と３個の上部水平要素２８６−２９０
によって相互接続される。下部要素２８０−２８４は層２５６上に堆積した伝導
性素材の経跡であり、上部要素２８６−２９０は層２６２上に堆積した伝導性素
材の経跡である。電流は垂直要素２６８に接続されたリード２９２、および水平
要素２９０に接続されたリード２９４によってコイル２５２に導かれる。リード
２９２と２９４は、層２６２上に堆積された伝導性物質の経跡である。
【００７３】 ヒーターがヒーター１０２のように平面であるか、コイル２０２と２５２のよ
うにコイル状であるかのいずれにせよ、ヒーターとして要素が効率的に動作する
ように、それはそれに繋がる電気伝導径路のそれよりも遥かに高い抵抗を有する
べきである。ヒーターを構成する導体は直径約５ミルから８ミルであることが好
ましく、一方ヒーターに繋がる導体は約２０から３０ミル幅であることが好まし
い。
【００７４】 流体温度のより柔軟な制御は、追加構成要素を使用することによって達成され
る。例えば空洞３０４の周囲に捲かれた垂直ヒーターコイル３０２および熱電冷
却要素３０６を含む、本発明による多層ミクロ流体デバイス３００の一部が、図
８に示されている。熱電冷却要素３０６は、空洞３０４近傍の層の一つに焼結さ
れた熱電要素３０８、層上に堆積された伝導性経跡からなる一対のリード３１０
、３１２、および導体充填貫通孔を含む。
【００７５】 ヒーター３０２と冷却要素３０６の両方の備えにより、空洞３０４中の流体の
温度についての遥かにより良い制御ができる。例えば空洞３０４中の流体の加熱
および冷却の両方の能力により、異なる温度を要求する異なる処理ステップが、
空洞３０４内で生じることができる。特に、熱電冷却要素３０６は、ヒーター３
０２がオフされた後空洞３０４をより急速に冷却するために使用できる。別の例
として、ヒーター３０２と冷却要素３０６は、空洞３０４の温度を固定レベルに
動的に維持するために温度測定装置（図示せず）と共に一緒に使用できる。
【００７６】 図９は好ましい熱電要素の構造をより詳細に示す。多層ミクロ流体デバイス３
２０は、グリーンシート層３２２−３４０からなる。一対の空洞３４２と３４４
が、層３２４に形成される。一対の熱分散器３４６と３４８が、空洞３２４と３
４４の底部表面を形成するように、層３２６の上部表面上にスクリーン印刷され
た銀で作られる。同様に一対の熱分散器３５０と３５２が、層３３８上にスクリ
ーン印刷された銀で作られる。一対の熱電要素３５４と３５６は、層３２８−３
３６中に形成され、かつ、熱電素材で充填された一連の相互接続された貫通孔か
らなる。電流がそれらに通される時、熱電要素３５４と３５６は熱を熱分散器３
５０と３５２から熱分散器３４６と３４８へ移送し、それによって空洞３４２と
３４４を冷却する。
【００７７】 熱電素材は、ｎタイプである燐かｐタイプである硼素の何れかでドープされた
Si0.8Ge0.2であることが好ましい。この素材は、還元雰囲気中で８５０℃でグリ
ーンシート層と共に焼成されてもよい。
【００７８】 図９Ａは、貫通孔が熱電要素３５６中で如何に好ましく相互接続されるかを示
す。４セットの積み重ね貫通孔３５８−３６４がｎタイプ熱電素材で充填され、
別の４セットの積み重ね貫通孔３６６−３７２がｐタイプ熱電素材で充填される
。ｎタイプ貫通孔３５８−３６４とｐタイプ貫通孔は、図９Ａに示すように、層
３２８と３３６上でスクリーン印刷された伝導性経跡によって直列に相互接続さ
れる。
【００７９】 熱電要素３８０はまた図１０に示すように平面構成で製造できる。この構成に
おいて、ｎタイプ熱電素材は４個のｎタイプ経跡３８１−３８４を画定するため
にグリーンシート層上にスクリーン印刷され、ｐタイプ熱電素材は４個の経跡３
８５−３８８を画定するためにグリーンシート層上にスクリーン印刷される。ｎ
タイプ経跡３８１−３８４およびｐタイプ経跡３８５−３８８は、熱源３８９か
ら放熱器３９０へ伸長する。ｎタイプ経跡３８１−３８４およびｐタイプ経跡３
８５−３８８は図１０に示すよう直列に接続され、それ故電源３９１から電圧が
印加された時、熱電要素３８０は熱源３８９から放熱器３９０へ熱を移送する。
【００８０】 熱電要素は一般的に冷却に使用されるけれども、それらはまた逆極性で加熱に
使用できる。例えば熱電要素３０８とヒーターコイル３０２は、空洞３０４を加
熱するために一緒に使用できる。このことは、しばしばより均一な加熱につなが
る。
【００８１】 本発明による多層ミクロ流体デバイス４００の一部を示す図１１は、熱絶縁の
重要な概念を示す。特に、デバイスの異なる部分において同時にまたは殆ど同時
に生じる異なるプロセスは、異なる温度を要求してもよい。従って、異なる温度
が維持できるように、デバイスの異なる部分間の熱絶縁を提供することがしばし
ば望ましい。デバイス４００において、垂直ヒーターコイル４０２が空洞４０４
の周囲に捲かれ、内部空洞４０６は空洞４０４の下の層に形成される。入口また
は出口が何もないことが好ましい空洞４０６は、残りのデバイスと比較して低熱
伝導性の故に熱絶縁を提供するために空に保たれる。空の空洞に加えて、グリー
ンシート層への低熱伝導性の層の追加により、または低熱伝導性素材の追加によ
り、熱絶縁が与えられ得る。
【００８２】 本発明による多層ミクロ流体デバイス４１０の一部を示す図１２は、温度制御
へのさらに別の方法を図示する。デバイス４１０は、空洞４１４の周囲に捲かれ
た垂直ヒーターコイル４１２、および空洞４１４の下の層の中に形成された一連
の熱的貫通孔４１６を含む。熱的貫通孔４１６は、グリーンシート層に焼結され
た、伝導性経跡を与えるために使用されるペーストのような高熱伝導性素材で充
填された積み重ね貫通孔からなることが好ましい。熱的貫通孔４１６は空洞４１
４中の流体との熱交換を促進する放熱器として働く。熱的貫通孔４１６は電気ヒ
ーター、熱電冷却要素、冷却フィン、または熱交換器のような外部加熱または冷
却要素と熱的に結合されるために、デバイス４１０の外面に延びていてもよい。
熱的貫通孔４１６はまた、電気ヒーターおよび熱電冷却要素のような内部構成要
素への熱的径路を提供してもよい。
【００８３】 図１３に本発明による多層ミクロ流体デバイス４２０の一部が示されている。
デバイス４２０は、空洞４２４の周囲に捲かれた垂直ヒーターコイル４２４と熱
交換器４２６を含む。熱交換器４２６は、その中を流体流が導かれる一連のチャ
ンネルおよび貫通孔のような流体径路を有する。熱交換器４２６の少なくとも一
部は、良好な熱接触のために空洞４２４の近傍にある。熱的貫通孔（図１３に示
さず）が、改良された熱交換のために熱交換器４２６と空洞４２４の間に加えら
れてもよい。この方法で、熱交換器４２６を通る流体の流れは空洞４２４内の流
体に熱を加えるか、そこから熱を除去するかの何れかに役立つことができ、それ
によって流体の温度を上昇または低下させる。
【００８４】 流体中の化学的変化を起こすこともまた、多くの多層ミクロ流体デバイスにお
いて重要である。多くの場合、デバイス中の複数の流体通路は、化学的反応のた
めに複数の流体を一緒に導くことになる。あるいは、流体は反応チャンバーとし
て機能する空洞へ連続的に加えられてもよい。
【００８５】 多くの化学的反応はまた、不均一触媒によって促進できる。このような不均一
触媒は、最も普通にはプラチナ、パラジウムおよびロジウムのような金属である
。触媒は、肉厚充填技術によって多層ミクロ流体デバイスに加えられてもよい。
この方法において、結着剤中に分散された金属（非有機相）の粒子を含む厚膜ペ
ーストは、積層の前に、完成デバイス中の空洞またはチャンネルに対応する位置
でグリーンシートの表面に塗布される。焼成ステップの間、漏洩物質（fugitive
material）は厚膜から追い出され、これもまたグリーンシートの物質に焼結さ
れる厚膜金属を後に残す。
【００８６】 本発明による多層ミクロ流体デバイス４３０の一部が、図１４に示される。デ
バイス４３０は、層４３２−４４４を含む。空洞４４６が、層４３６−４４２の
中に形成される。空洞４４６は、層４３６に形成された第一チャンネル４４８と
、層４３８に形成された第二チャンネル４５０に接続される。厚膜不均一触媒４
５２が、空洞４４６内部の層４４４に焼結される。デバイス４３０において、空
洞４４６は反応チャンネルとして役立つ。一個または複数の反応物質は、チャン
ネル４４８および４５０の一つまたは両方から空洞４４６へ流れる。所望の化学
的反応が触媒４５２によって誘起され、反応産物はチャンネル４４８および４５
０の一つまたは両方を通って空洞４４６から流出する。
【００８７】 或る反応は、電気化学的触媒によって促進されてもよい。このような適用にお
いて、デバイス４３０は、電圧を触媒４５２に印加するために触媒４５２へ伸長
する電気的リード（図示せず）をもって製造されてもよい。電気的リード（図示
せず）は、層４３２−４４４中の一連のスクリーン印刷導体経跡および導体充填
貫通孔（図示せず）からなってもよい。
【００８８】 触媒４５２は、化学的反応用に広い表面積を提供するために高度に多孔性であ
ることが好ましい。有利なことに、触媒４５２の有孔性は、塗布される厚膜ペー
ストの組成を調節することによって制御できる。代表的な厚膜ペーストにおいて
、無機相は約７０−９０重量％であり、このことは焼結後の稠密厚膜に帰着する
。しかしながら、より多孔質の厚膜が、無機相を約４０−６０重量％に低減する
ことにより達成できる。
【００８９】 触媒４５２の有孔性についての追加的制御が、サブミクロン重合体マイクロス
フェア（好ましくはポリスチレンまたはアクリル）を厚膜ペーストへ加えること
により達成できる。重合体マイクロスフェアの素材は結着剤中で溶解すべきでは
なく、好ましくはポリスチレンまたはアクリルの何れかである。厚膜ペーストが
堆積された時、重合体マイクロスフェアは、焼結された厚膜中に究極的に存在す
る細孔を画定するために、厚膜を通して分散される。焼結プロセスの間、重合体
マイクロスフェアは分解し、焼結された厚膜内部に制御されたサブミクロン細孔
を後に残す。
【００９０】 流体中に生物学的変化を引き起こすこともまた、本発明の或る多層ミクロ流体
デバイスにおいて重要である。これらの最も重要なものの一つは、細胞溶解のプ
ロセスである。このプロセスにおいて、対象流体中に存在する細胞の壁は細胞内
容物、特にDNAを放出するために破壊される。放出されたDNAは次いで分析用に十
分に大きい標本を提供するために、PCRまたはLCRのような手段で増幅されてもよ
い。細胞溶解は、化学的手段、熱的手段、強電界の印加、またはマイクロ波エネ
ルギーの印加によって、本発明の多層ミクロ流体デバイスで達成されてもよい。
本発明において、細胞溶解は強電界またはマイクロ波エネルギーの印加の何れか
によって達成されるのが好ましい。マイクロ波の方法が、最も好ましい。
【００９１】 化学的細胞溶解は、図１に示されるデバイス１０の空洞２４のような空洞中に
細胞を含む流体を保持することにより、多層ミクロ流体デバイスで達成されても
よい。細胞溶解に必要とされる化学薬品が、次いでチャンネル２６を通して空洞
２４に導入されてもよい。細胞溶解に使用される化学薬品は、細胞壁を消化する
酵素、およびドデシル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、サルコシンお
よびトリトンX-100のような洗浄剤を含む。
【００９２】 熱的細胞溶解は、単に、細胞を含む流体を十分な時間に亘って十分な温度に加
熱することを要求するだけである。例えば、細胞を９４℃で２分間加熱すること
が、一般的である。図２２に示されるデバイス７００は、本発明の多層ミクロ流
体デバイスで熱的細胞溶解を達成するのに適している。細胞を含む流体は空洞７
２０に収容され、ヒーター７２２は、熱的センサー７２４で測定しながら、所望
の時間に亘って温度を維持するために必要な熱を加える。
【００９３】 強電界を細胞を含む流体に印加することもまた、細胞溶解に使用されてもよい
。電界は、約１kV/cmから１０kV/cmの範囲のDC電界であることが好ましい。細胞
溶解に電界を使用するこのについての更なる情報は、ここに参考文献として組み
入れたS. W. Lee他著“A Micro Cell Lysis Device,”Proceedings of IEEE MEN
S '98,４４３−４４７頁（１９９８年）に見出される。
【００９４】 本発明の方法を使用するために、細胞を含む流体は、好ましくは空洞の両側に
配置された平行プレートによって電界が印加される空洞に収容される。一つの例
が、図１９に示されるデバイス５７０である。細胞を含む流体は空洞５７２内に
置かれ、そして電界がプレート５７４と５７６によって印加されてもよい。
【００９５】 最も好ましい方法は、マイクロ波エネルギーの印加による細胞溶解の実施であ
る。マイクロ波細胞溶解に使用できる多層ミクロ流体デバイス４６０の一部が、
図１５に示されている。デバイス４６０は、その中に細胞を含む流体が置かれる
空洞４６２を含む。間隔を置いて配置された一対の平行プレート電極４６４と４
６６が、空洞４６２の相対する壁に設けられている。電極４６４と４６６は、金
属含有厚膜ペーストをグリーンシート層に焼結することによって形成されること
が好ましい。電極４６４と４６６は、マイクロ波エネルギーを空洞４６２に与え
る電気回路４６８の一部である。電気回路は、マグネトロンまたは高調波出力を
有するRF源のようなマイクロ波源４７０、流れ作動RFスイッチ４７２、RFパワー
増幅器４７４および抵抗のようなマイクロ波負荷４７６を含む。回路４６８は外
部構成要素からなってもよいが、回路４６８の構成要素はデバイス４６０と一体
に作られるのがより好ましい。
【００９６】 流体センサーは、多層ミクロ流体デバイスにおいて別のクラスの重要な構成要
素である。流体センサーにより、そのレベル、流量、温度、pHおよび光学的特性
を制限なしに含む流体の色々な特性を観察できる。
【００９７】 このような流体センサーの一つが、静電容量センサーである。本発明による多
層ミクロ流体デバイス５００の一部が、図１６に示されている。デバイス５００
は層５０２と５１２からなり、層５０６中に形成された流体が流されるチャンネ
ル５１６を含む。チャンネル５１６は、流体入口５１８と流体出口５２０に接続
されている。入口５１８と出口５２０はそれぞれ、層５０２と５０４に形成され
た積み重ね貫通孔によって画定される。間隔を置いて配置された一対の平行コン
デンサプレート５２２と５２４が、チャンネル５１６の壁に配置される。プレー
ト５２２と５２４はそれぞれ、グリーンシート層５０４と５０８の対応表面上に
金属含有ペーストをスクリーン印刷することによって形成されるのが好ましい。
プレート５２２と５２４は次いで、プレート５２２と５２４中の金属をグリーン
シート層５０４と５０８中の物質にそれぞれ焼結するために、グリーンシート層
５０２−５１２の層が一緒に積み重ねられて積層された後、これらの層と共に焼
成される。この方法で、プレート５２２と５２４はデバイス５００の一体の部分
となる。伝導性リード５２６と５２８は、外部構成要素への電気的接続をさせる
ために、それぞれプレート５２２と５２４から層５０２の上面、すなわちデバイ
ス５００の外部への電気伝導径路を提供する。伝導性リードは、層５０２−５１
０の表面上の一連の伝導性経跡、およびその中の導体充填貫通孔によって画定さ
れる。
【００９８】 コンデンサプレート５２２と５２４は、静電容量の変化を感知することにより
チャンネル５１６中の流体の有無を検出することができる静電容量センサーを画
定する。特に、空気の誘電率は単一であるのに対し、多くの流体の誘電率は遥か
に高い。例えば水溶液は、８７の範囲の誘電率を有する。従って、チャンネル５
１６への流体の導入は、コンデンサプレート５２２と５２４間の静電容量の増加
で検出できる。同様に流体の総てがチャンネル５１６から流出した時、静電容量
はその最初の点に減少することになる。リード５２６と５２８に電気的に接続さ
れた外部構成要素（図示せず）は、この静電容量を測定するために使用できる。
外部構成要素（図示せず）はまた、流量と関連してチャンネル５１６を通して流
れた流体の全量を決定するために、時間に亘る静電容量測定を組み込むことがで
きる。
【００９９】 図１６に示される実施例において、静電容量センサーの金属プレート５２２と
５２４は、チャンネル中の流体と直接接触することになる。しかしながら、或る
流体は金属と化学的反応するであろうから、この直接接触はしばしば望ましくな
い。更に金属は、生物学的物質を含む多くの流体と適合しないであろう。
【０１００】 化学的反応性と生物学的適合性の限界を回避するために、静電容量センサーの
金属プレートが、一つ以上の層によってチャンネルから隔てられてもよい。この
方法が、図１７に示されている。多層ミクロ流体デバイス５３０は、コンデンサ
プレート５３４と５３６がチャンネル５３２から一層でそれぞれ隔てられている
点を除いて、デバイス５００と同様である。
【０１０１】 静電容量センサーは、流体の井戸として役立つ空洞中におけるような流体レベ
ルを測定するために使用できる。層５４２−５５２からなるミクロ流体デバイス
５４０の一部が、図１８に示されている。井戸５５４は、層５４６と５４８中に
形成される。コンデンサプレート５５６と５５８は、井戸５５４の壁の両側に近
接している。プレート５５６と５５８は井戸５５４の壁の一部を形成するか、ま
たはそれらは井戸５５４中の流体と直接接触しないように井戸５５４の壁から離
れて配置されてもよい。導体リード５６０と５６２は外部構成要素（図示せず）
への接続用に、それぞれプレート５５６と５５８からデバイス５４０の外部への
電気伝導径路を提供する。コンデンサプレート５５６と５５８はそれぞれ、位置
合わせにおいて一緒に積み重ねられる層５４６と５４８中に導体充填貫通孔を有
することが好ましい。各層５４６と５４８の各コンデンサプレート５５６と５５
８の部分は、井戸５５４の近接壁に平行でかつ実質的にその長さに沿って走る、
一緒に接続された一列の貫通孔を有することが好ましい。この方法で、コンデン
サプレート５５６と５５８は、井戸５５４の近接する壁の面積と実質的に同じ面
積をそれぞれ有する。代わりの構造として、井戸５５４よりも大きい面積がグリ
ーンシート５４６と５４８から打ち出され、次いで伝導性ペーストで充填されて
もよい。導体充填領域は次いで、コンデンサプレート５５６と５５８を画定する
ために導電性素材を両側に残した状態で井戸５５４を画定するように打ち出され
てもよい。
【０１０２】 井戸５５４は、流体を或るレベルで含むことを意図される。井戸５５４中の流
体のレベルは、プレート５５６と５５８間の静電容量を測定することによって感
知できる。測定される静電容量が高いほど、流体レベルが高くなる。
【０１０３】 代わりの設計が図１９に示されている。多層ミクロ流体デバイス５７０は、井
戸５７２と井戸５７２の上部および底部近傍にそれぞれ配置されたコンデンサプ
レート５７４と５７６を含む。プレート５７４と５７６は、井戸５７２の上部と
底部の壁の一部を構成してもよいし、またはそれらは井戸５５４内の流体と直接
接触しないように一つ以上の層によるなどして隔てられてもよい。
【０１０４】 イオン性溶液のような多くの流体は伝導性であり、それ故チャンネルおよび井
戸の中のそれらの有無が抵抗センサーによって検出できる。このような抵抗セン
サーは、チャンネルまたは空洞内に伸長する一対の導体を備え、それにより導電
性流体がそれらの間に電気回路を完成させることができる。
【０１０５】 層６０２−６１２からなるミクロ流体デバイス６００の一部が、図２０に示さ
れる。井戸６１３が、層６０６と６０８に形成される。導体６１４と６１６が層
６１０の表面に堆積され、その各々は井戸６１３中の如何なる流体とも直接接触
するように井戸６１３の底部壁の一部を形成する。層６０２−６１２中の一連の
積み重ねられた導体充填貫通孔は、導体６１４と６１６にそれぞれ接続されたリ
ード６１８と６２０を画定する。リード６１８と６２０は、導体６１４と６１６
間の抵抗測定用の外部構成要素（図示せず）への電気接続をさせるために、デバ
イス６００の外部に伸長する。流体が井戸６１３中にない時、非常に高い抵抗す
なわち“開路”抵抗が導体６１４と６１６間に存在してもよい。しかしながら井
戸中に伝導性流体が存在する時、電流が導体６１４と６１６間に流れることがで
き、この“開路”抵抗よりも低い抵抗を与える。このように、導体６１４と６１
６は、井戸６１３中の伝導性流体の有無を感知できる抵抗センサーを有する。
【０１０６】 代わりの構成がまた、抵抗センサーに利用できる。導体６３４と６３６が井戸
６３２の両側の壁の一部を形成している、井戸６３２を有する多層ミクロ流体デ
バイス６３０が、図２１に示されている。導体６３４と６３６が井戸６３２中の
流体と直接接触できるならば、導体６３４と６３６は、多層ミクロ流体デバイス
５４０中のコンデンサプレート５５６と５５８の製造に関して記述された方法の
何れによっても形成されてもよい。
【０１０７】 別の可能な抵抗センサー構造が、図１６に示されている。特に、コンデンサプ
レート５２２と５２４はまた、チャンネル２５２内の伝導性流体の存在を感知す
る抵抗センサーの二つの導体として使用できる。
【０１０８】 流体の存在または不存在はまた、誘導性センサーによって検出できる。誘導性
センサーは、チャンネルまたは空洞の周囲に捲かれたコイルの形式であることが
好ましい。例えば、図６および６Ａに示されるような空洞２０４の周囲に捲かれ
た垂直コイル２０２、および図７および７Ａに示されるようなチャンネル２５４
の周囲に捲かれた水平コイル２５２は、誘導性センサーとして役立ち得る。誘導
性センサーは、インダクタンスの変化を感知することにより、流体を感知する。
殆どの流体は、空気の透磁率からほんの僅か小さく異なる透磁率を有する。その
結果、このような流体の存在は誘導性センサーを使用して検出することが困難で
ある。しかしながら、流体を容易に検出させるために高透磁率素材が流体に加え
られてもよい。このような高透磁率素材は、磁気マイクロスフェアの形式を取る
ことが好ましい。このような磁気マイクロスフェアは、一般的に永久磁石ではな
く、それらはむしろ常磁性体である。常磁性素材は、一般的に酸化鉄である。こ
のような磁気マイクロスフェアは、一般的に０．１から１０ミクロンの範囲の大
きさを有する。マイクロスフェア中の常磁性素材は、マイクロスフェアを非反応
性および生物学的適合性にするために、重合体で被覆されるか、またはその中に
良く分散されることが好ましい。本発明の多層ミクロ流体デバイスでの使用に適
する磁気マイクロスフェアの例は、インディアナ州のFishersにあるBangs Labor
atories, Inc.によって販売されるカタログコードMC03NおよびMC05Nを含む。
【０１０９】 磁気マイクロスフェアの表面はまた、流体の構成要素と相互作用するために使
用できる。例えば磁気マイクロスフェアは、その上で化学的反応が起こることが
できる表面を提供できる。更に、磁気マイクロスフェアの表面の構造と組成は、
特定の化学的および生物学的実体がそれらに束縛されるように制御できる。例え
ばDNA分子は、磁気マイクロスフェアに付けることができる。化学的反応表面ま
たは束縛場所を提供するために使用される磁気マイクロスフェアの大きさは、一
般的に０．２から３ミクロンの範囲である。磁気マイクロスフェアの構造および
応用は、ここに参考文献として組み入れたBob Sinclair著“To Bear or Not to
Bead: Application of Magnetic Bead Technology,”The Scientist, vol. 12,
no. 13（１９９８年６月２２日）に更に記述されている。
【０１１０】 誘導感知について、磁気マイクロスフェアは、流体に高透磁性を与えるために
多層ミクロ流体デバイス中に導入される流体に加えられる。この方法で、流体の
有無がインダクタンスの変化として検出できる。例えばコイル２０２は、空洞２
０４中の流体レベルを感知するために使用できる。詳細には、空洞２０４中に流
体がなく、したがって磁気マイクロスフェアがない場合、コイル２０２のインダ
クタンスは比較的低いことになる。しかしながら、空洞２０４の流体レベルが上
昇するにつれて、空洞２０４内の磁気マイクロスフェアの数もまた増加し、それ
によってコイル２０２のインダクタンスを増加させる。同様に、コイル２０２の
インダクタンスの変化は、チャンネル２５４を通る流体の流れの有無を検出する
ために使用できる。
【０１１１】 本発明の多層ミクロ流体デバイスはまた、流体温度測定用の温度センサーを含
む。多くの場合、温度センサーは、加熱プロセスの制御用ヒーターと関連して使
用されてもよい。本発明による多層ミクロ流体デバイス７００の一部が、図２２
に示されている。デバイス７００は、層７０２−７１８からなる。空洞７２０が
層７０２−７１８内に形成され、ヒーターコイル７２２が空洞７２０の周囲に捲
かれる。空洞７２０内の流体温度測定の一つの方法は、それに加えられた電圧と
電流に基づいてヒーターコイル７２２の抵抗を計算することによる。しかしなが
ら、この流体温度測定方法は、ヒーターコイル７２２と流体の温度間の大きな差
のために不正確になりがちである。
【０１１２】 分離した温度センサー７２４は、流体温度の遥かに正確な測定を提供する。図
２２および２２Ａに示されるように、温度センサー７２４は層７１２の上面に堆
積された伝導性素材の経跡である。温度センサー７２４は、螺旋形を規定するこ
とが好ましい。温度センサー７２４は、デバイス７００が焼成される時、次いで
層７１２の物質に焼結される金属含有ペーストを、グリーンシート層７１２上に
スクリーン印刷することにより形成されることが好ましい。温度センサー７２４
の伝導性素材は、良好に特性化された、温度によって変化する抵抗を有するべき
である。これもまた層７１２にスクリーン印刷されてそれに焼結されることが好
ましい端子７２６と７２８が、温度センサー７２４の端部に設けられる。層７０
２−７１６中の一連の導体経跡と導体充填貫通孔によって画定されるリード７３
０と７３２は、端子をデバイス７００の外部に電気的に接続する。この方法で、
外部構成要素（図示せず）が、リード７３０と７３２を介して温度センサー７２
４に電流を供給するために使用されてもよい。空洞７２０中の流体の温度は次い
で、温度センサー７２４の抵抗から決定できる。
【０１１３】 温度センサー７２４は、図２２Ａに示されるように、それを４個のリード構成
で使用することによって更にもっと正確に作られる。従って、温度センサー７２
４に分岐点７３８と７４０で電気的に接続される二つの追加リード、リード７３
４と７３６を設けることが好ましい。この構成において、リード７３０と７３２
は既知の電流を加え、一方、リード７３４と７３６は分岐点７３８と７４０間の
電圧降下を測定する。抵抗すなわち温度は、次いで、加えられた電流と測定され
た電圧から計算され得る。
【０１１４】 図２２に示されるように、層７１２は空洞７２０の底部を画定する。従って、
温度センサー７１２は、空洞７２０中の如何なる流体とも直接接触する状態に置
かれることになる。しかしながら、温度センサー７２４の素材が空洞７２０中の
流体と反応し、またはそうではなくそれと適合しない適用においては、温度セン
サー７２４はまた、一つ以上の層によって空洞７２０から隔てられてもよい。例
えば温度センサー７２４は、層７１２の代わりに層７１４の上部表面上に配置さ
れることができる。
【０１１５】 多くの化学的および生物学的反応がpH環境に依存するので、pHセンサーもまた
本発明の多層ミクロ流体デバイスの重要な構成要素に成り得る。厚膜技術を使用
して、pHセンサーは、そこの流体のpHを感知するために、チャンネルおよび井戸
中に焼結され得る。グリーンシート層８０２−８１４からなるこのような多層ミ
クロ流体デバイスの一部が、図２３に示されている。第一流体通路８１６は層８
０２−８０６によって画定され、第二流体通路８１８は層８０８によって画定さ
れ、空洞は層８０６−８１２によって画定される。厚膜pHセンサー８２２は層８
１４に焼結されるとともに、空洞８２０の底部に配置される。厚膜pHセンサー８
２２は金属電極８２６の上部に焼結された感応性ガラス８２４の層を有する。感
応性ガラス層８２４と金属電極８２６は共に、厚膜技術を使用して適用されるこ
とが好ましい。感応性ガラス８２４を形成するために使用される厚膜ペーストは
、有機結着剤中に、好ましくは１０から２０ミクロンの範囲の大きさの粒子を有
する感応性粉末を混合することによって作られてもよい。感応性粉末は、一般的
にLi2O、Caoおよび／またはNa2OとSiO2との混合物である。この組成を使用して
、pHセンサー８２２は、約９５０℃の温度で焼結することによりグリーンシート
層８１４と一体化され得る。このような厚膜pHセンサーに関する更なる情報は、
ここに参考文献として組み入れたJ. H. Liu他著“Study of thick-film pH sens
ors,”Sensor and Actuators B, 13-14（１９９３年）５６６−５６７頁に見出
される。
【０１１６】 層８１４上の金属経跡と層８０２−８１２中の金属充填貫通孔によって画定さ
れることが好ましい電気リード８２８は、電極８２６からデバイス８００の外部
への電気伝導径路を提供する。この方法でpHセンサー８２２は空洞８２０に含ま
れる流体中に存在する水素イオンに感応し、およびpHセンサー８２２は、デバイ
ス８００の外部の照合電極（図示せず）と組合せて、空洞８２０の流体のpHを測
定するために使用され得る。
【０１１７】 代案として、pH測定用に要求される照合は、多層ミクロ流体デバイスそれ自身
によって与えられることができる。図２４に示すように、内部空洞８３４に配置
された厚膜pHセンサー８３２を有する多層ミクロ流体デバイス８３０には、照合
溶液を含む外部井戸８３６が設けられる。外部照合電極８３８は、pHセンサー８
３２と組合せてpH測定用の外部井戸８３６中の照合溶液中に配置されてもよい。
【０１１８】 照合電極は、デバイスと一体化されることが好ましい。この方法が、図２５に
示されている。グリーンシート層８４２−８５４からなる多層ミクロ流体デバイ
ス８４０は、層８４６−８５２で画定される測定空洞８５６と層８４６−８４８
で画定される照合空洞８５８を含む。厚膜pHセンサー８６０は測定空洞８５６の
底部に配置されるように層８５４に焼結され、厚膜照合電極８６２は照合空洞８
５８の底部に配置されるように層８５０に焼結される。電気リード８６４、８６
６は、外部構成要素（図示せず）への電気的接続を行うために、pHセンサー８６
０と照合電極８６２をデバイス８４０の外部にそれぞれ接続する。照合溶液が、
pHセンサー８６２による空洞８５６内の流体のpH測定用の照合を与えるために、
照合空洞８５８に加えられてもよい。この方法でpHについて必要とされる外部構
成要素（図示せず）の数は、最小化される。
【０１１９】 別の重要な流体感知能力は、デバイスのチャンネルと空洞中の流体の光学的特
性を感知する能力である。特に、流体中の或る化学的または生物学的実体の存在
は、一つ以上の波長で流体の光吸収を観察することにより、または一つ以上の波
長で蛍光を通してなどのような流体が光を放射する範囲を観察することにより検
出できる。この方法は、流体中の化学的反応の進行をモニターするために使用で
きる。このような光学的感知は、流体を含むチャンネルまたは空洞と光学的に透
明なデバイスの外面との間に配置された素材を必要とする。ここで使用されるよ
うに、“光学的に透明な”および“光学的透過性”は、可視および／または紫外
線光を透過できることを意味する。
【０１２０】 光学的透明性を与える一つの方法は、グリーンシートの多重不透明層の上部に
光学的透過性素材の一つの層を設けることによる。例えば不透明層９０２−９０
７の上部の光学的透過層９０１からなる多層ミクロ流体デバイス９００の一部が
、図２６に示されている。チャンネル９０８が層９０３中に形成され、空洞９０
９が層９０２−９０４中に形成される。光学的透過層９０１はガラス、水晶、溶
融シリカ、重合体または所望の波長範囲で透明な他の如何なる素材からも作られ
ることができる。光学的透過層９０１は、層９０２−９０７と共に焼成され、そ
れによって不透明層９０２に焼結される、ガラス粒子を含むグリーンシートから
形成されのが好ましい。あるいは、光学的透過層９０１は接着剤によるなどして
、層９０２−９０７が焼成された後に取り付け可能である。接着剤は、コナチカ
ｔット州のHartford にあるLoctite Corp.によって販売されるLoctite 3492のよ
うなUV可重合接着剤であることが好ましい。しかしながら、他のアクリルまたは
ウレタン系接着剤も、使用できる。光学的透過層９０１が重合体の場合、それは
また圧縮接合または溶融接合で取り付けられてもよい。
【０１２１】 図２６に示されるように、光学的透過層９０１は空洞９０９への光学的アクセ
スを与える。空洞９０９内で生じる化学的反応は、反応が何時始まり、反応が何
時終わったかを決定するために、光学的にモニターされてもよい。あるいは、流
体は単に光学的測定のために、チャンネル９０８から空洞９０９へ供給されても
よい。
【０１２２】 好ましい光学的感知技術は、空洞９０９中の流体の蛍光を検出することを含む
。この方法において、第一波長での源の光は光学的透過層９０１を通して空洞９
０９中の流体に当てられる。次いで、蛍光、すなわち層９０１を通して空洞９０
９中の流体から放射される第二波長での光の存在が、モニターされる。蛍光タギ
ング（tagging）分子が、この技術を促進するために流体に加えられてもよい。
【０１２３】 あるいは、層９０１を通して空洞９０９中の流体から散乱される源の光の強度
が、流体の吸収能または光学的密度を測定するために測定されてもよい。
【０１２４】 光学的技術はまた、デバイスの異なる部分を同時にモニターするために使用で
きる。不透明層９２４中に形成される複数の空洞９１４−９２２を覆う光学的透
過層９１２を含む多層ミクロ流体デバイス９１０の一部が、図２７に示されてい
る。光学的透過層９１２は、空洞９１４−９２２の各々への光学的アクセスを提
供する。有利なことに、化学的反応は空洞９１４−９２２内で並行して行われ、
光学的透過層９１２を通して同時に光学的にモニターされ得る。
【０１２５】 光学的アクセスはまた、光学的透過性素材で貫通孔を充填することにより提供
され得る。特に、貫通孔は、ガラス粒子を含む厚膜ペーストのような、焼成後に
光学的透過性となる厚膜ペーストで充填されてもよい。充填された貫通孔は次い
で、光学的貫通孔、すなわち流体は通さないが光学的に透過性である貫通孔を提
供するために、デバイスの残りの部分と共に焼成される。
【０１２６】 あるいは、光学的貫通孔は、デバイスが焼成された後、例えばスクリーン印刷
で貫通孔を充填することによって設けられ得る。この方法でスクリーン印刷され
る素材は、光学的透過性重合体を形成するために、次いで熱的にまたは紫外線光
への露出の何れかにより重合されるアクリルまたはアクリル−ウレタンモノマー
を含むことが好ましい。
【０１２７】 不透明層９３１−９３７からなる多層ミクロ流体デバイス９３０の一部が、図
２８に示されている。チャンネル９３８は層９３４中に形成され、空洞９３９は
層９３３−９３６中に形成される。光学的透過性素材で充填された貫通孔９４０
と９４１は共に配列されるように、それぞれ層９３１と９３２中に形成される。
この方法で、積み重ねられた貫通孔９４０と９４１は、デバイス９３０の上部か
ら空洞９３９中の流体への光学的アクセスを提供する。光学的透過性素材で充填
された第三貫通孔９４２はまた、デバイス９３０の底部から空洞９３９中の流体
への光学的アクセスを提供するために層９３７中に形成されてもよい。貫通孔９
４０、９４１および９４２は、総て一緒に配列されることが好ましい。この方法
で、光は、流体の光学的吸収のより良い測定を可能にするために、貫通孔９４０
、９４１および９４２並びに空洞９３９中の如何なる流体をも通して直接通過す
ることができる。
【０１２８】 充填された貫通孔はまた図２９に示すように、光学的透過性層と組み合わされ
ることができる。多層ミクロ流体デバイス９５０において、不透明層９５１は光
学的透過性層９５２をチャンネル９５３から分離する。貫通孔９５４−９５６は
層９５１中に形成され、そして光学的透過性素材で充填される。この配置により
流体は、チャンネル９５３を通る流体の流れをモニターするために、チャンネル
９５３の異なる点で光学的に感知される。
【０１２９】 水平光学的アクセスがまた、本発明の多層ミクロ流体デバイスに設けられる得
る。このことは、層が積層されそして焼成される前に、グリーンシート層の一つ
の表面上に、焼成後光学的透過性になる厚膜ペーストをスクリーン印刷すること
によって達成されてもよい。あるいは、光ファイバーがグリーンシート層間に積
層され、次いでデバイスの残りの部分と共に焼成されてもよい。
【０１３０】 その中で層９６２−９６４に空洞９６８が形成される、不透明層９６１−９６
７からなる多層ミクロ流体デバイス９６０の一部が、図３０に示されている。層
９６２と９６３の間に積層されてそれに焼結された光ファイバー９６９はデバイ
ス９６０の外側表面から空洞へ伸長する。この方法で、光ファイバー９６９は空
洞９６８中の流体への光学的アクセスを与える。デバイス９６０の製造において
、光ファイバー９６９をより良く組み込むために、積層前にチャンネルを層９６
２と９６３中に型押しすることが望ましい。
【０１３１】 その中で層９７２−９７４に空洞９７８が形成される、不透明層９７１−９７
７からなる多層ミクロ流体デバイス９７０の一部が、図３１に示されている。そ
れぞれ層９７１と９７２に形成される積み重ね貫通孔９７９と９８０は、ガラス
粒子を含む厚膜ペーストで貫通孔９７９と９８０を充填することにより設けられ
るようにして、層９７１と９７２に焼結される光学的透過性素材で充填される。
光学的透過性経跡９８１は充填された貫通孔９８０から空洞９７８へ伸長する。
この方法で、充填された貫通孔９７９と９８０および光学的透過性経跡９８１は
、空洞９７８中の流体への光学的アクセスを提供する。経跡９８１は、ガラス粒
子のような光学的透過性素材を含む厚膜ペーストをグリーンシート層９７３の表
面へ堆積することによって形成されることが好ましい。
【０１３２】 本発明の多層ミクロ流体デバイス中の重要な構成要素の第三の主要な範疇は、
流体または流体の構成要素の運動を制御する構成要素である。チャンネルを通し
て流体運動を誘起することにより、“ポンプ”として役立ち得る構成要素が、こ
の範疇に含まれる。
【０１３３】 流体のこのようなポンピングは、伝導性流体に適する電気浸透ポンピングおよ
び非伝導性流体に適する電気流体力学的ポンピングを使用して達成できる。チャ
ンネルを通る伝導性流体の電気浸透ポンピングは、一般的に１００から５００V/
cmの範囲の、チャンネルの長さを横切る電界の印加を必要とする。電気浸透ポン
ピングは、ここに参考文献として組み入れたAndreas Manz他著“Electroosmotic
Pumping and Electropheretic Separations for Miniaturized Chemical Analy
sis Systems,”Journal of Micromechanical Microengineering, vol.4, ２５７
−２６５頁（１９９４年）により詳細に記述されている。
【０１３４】 電気浸透ポンピングを行う本発明の多層ミクロ流体デバイス１０００の一部が
、図３２に示されている。デバイス１０００は、層１００１−１００６からなる
。空洞１００７が、層１００１−１００６に形成される。第一チャンネル１００
８は層１００６に形成され、第二チャンネル１００９は層１００７に形成される
。一対の電極１０１０と１０１１が、チャンネル１００８の長さに沿って離れて
配置される。電極１０１０と１０１１は、層１００２中に形成される導体充填貫
通孔によって画定されることが好ましい。導体リード１０１２と１０１３は、外
部構成要素（図示せず）への接続用に、電極１０１０と１０１１からデバイス１
０００の外部へそれぞれ伸長する。この方法で、電気浸透ポンピング用に要求さ
れる電圧は、電極１０１０と１０１１に印加されることができる。この電圧が印
加される時、流体はチャンネル１００８を通して空洞１００７へ汲み上げられる
ことができる。
【０１３５】 比較的非伝導性の流体の電気流体力学的ポンピングは、流体チャンネルに沿っ
た進行電界を適用することにより達成されることが好ましい。例えば位相シフト
電圧パルスが、流体チャンネルに沿って離れて配置された一連の電極に連続して
印加されてもよい。この方法は、ここに参考文献として組み入れたG. Fuhr著“P
umping of Water Solutions in Microfabricated Electrohydrodynamic System,
”Micro Electro Mechanical Systems '92（１９９２年２月４−７日）２５−２
０頁に詳細に記述されている。
【０１３６】 図３３は、電気流体力学的ポンピングが本発明による多層ミクロ流体デバイス
中でどのように達成され得るかを略図的に示す。その中にチャンネル１０１５が
形成される第一グリーンシート層１０１４（部分的に切取られて示される）、お
よび第二グリーンシート層１０１６が、図３３に示される。一連の電極１０１７
−１０２４が、チャンネル１０１５を跨いで立つグリーンシート層１０１６の上
部表面に設けられる。電極１０１７−１０２４は、グリーンシート層１０１６に
スクリーン印刷されて焼結された伝導性経跡によって画定されることが好ましい
。電極１０１７−１０２４は均等に間隔をおいて配置されることが好ましく、電
極１０１７−１０２４の各々の幅は実質的に同じであることが好ましい。電気流
体力学的ポンピングを達成するために、電圧パルスが各連続する電極間で所定の
位相差をもって電極１０１７−１０２４の各々に印加されてもよい。したがって
、例えば、電極１０１７と１０２１に印加される電圧パルスの位相は、電圧パル
スの位相が中間電極１０１８−１０２０間で連続的に変化しても、同一であって
もよい。電圧パルスは１００から３００Vの範囲のピーク電圧と、１００kHzから
３０MHzの範囲の周波数を有することが好ましい。電極間の間隔は、約２００ミ
クロンが好ましい。電圧パルスをこの方法で印加することにより、流体はチャン
ネル１０１５を通して汲み上げられることができる。
【０１３７】 本発明の多層ミクロ流体デバイスに一体化されている圧電部材の運動もまた、
流体を汲み上げるために使用できる。このような圧電部材は、好ましくはジルコ
ン酸チタン酸鉛（PZT）物質であるセラミック素材から作られるのが好ましい。 PZTは、色々な異なる方法の一つでグリーンシート層に加えられてもよい。PZT
は最初に焼成され、次いで未焼成のグリーンシート層に設けられた空洞に加えら
れてもよい。この方法において、PZTは接着剤によって所定の場所に固定されて
もよいし、電極が伝導性エポキシを塗布することにより圧電部材に設けられても
よい。
【０１３８】 PZTは、デバイスの一体部品となるように、グリーンシート層と共に焼成され
て焼結されることが好ましい。例えば、PZT物質はセラミックグリーンシート層
として鋳造(cast)され、次いで他のグリーンシート層と積層され、焼成され得る
。あるいは、PZT物質は、厚膜ペーストとして未焼成グリーンシート層中の空洞
に加えられてもよい。両方の方法において、電極は、それらの上に金属含有厚膜
ペーストをスクリーン印刷することにより圧電部材上に設けられてもよい。この
方法において、PZT物質、電極、およびグリーンシート層は総て共に焼成されて
もよい。焼成後、PZTはその上に堆積された電極によって一般的に２０００V/mm
よりも大きい電界を印加して分極される。PZTを分極するために使用される電極
はそれを分極するために使用される電極と同じか、またはそれと異なる何れかで
あってもよい。
【０１３９】 PZT物質は、化学的構成要素の広い多様体を含むことができるセラミック素材
の広いクラスであるが、それらは総て、Pb(Zr1-xTix)O3形式の主要構成要素であ
るジルコン酸チタン酸としての鉛を含む。ここで、ｘはゼロから１に変動し得る
。この物質についての適当な焼結温度は、一般的に１２００から１３００℃の範
囲である。しかしながらより低い焼結温度が、これを多くのグリーンシート物質
と共に焼成するために必要である。特に、好ましい金属被覆素材である銀の融点
は僅か９６１℃であるので、本発明に使用されるPZT物質はこの温度未満の焼結
温度を有することが好ましい。PZTの焼結温度を下げるために、各種ドーパント
がそれに加えられてもよい。例えば、PZTの焼結温度は、ZnOとして加えられる２
．０モル％Zn2+、およびLi2CO3として加えられる３．０モル％Li1+の追加によっ
て９４０℃に下げられてもよい。この方法についての更なる詳細が、ここに参考
文献として組み入れた、Z. Gui他著“Influence of Additives on Sintering Pr
ocessing and Properties of High Performance Piezoelectric Ceramics,”Sol
id State Phenomena,２５および２６巻、３０９−３１６頁、（１９９２年）に
与えられている。
【０１４０】 より好ましくは、ここに参考文献として組み入れた米国特許No.５，７９２，
３７９号に記述されるように、PZTの焼結温度は更に低く、約９００℃に下げら
れてもよい。この方法において、PZT組成は９４．０から９９．４重量％のジル
コン酸チタン酸鉛、０．１から１．０重量％の二酸化マンガン、および式wB２O3 -xBi2O3-yMeO-zCuOを有する０．５から５．０重量％のガラス添加剤によって特
徴付けられる。ここでMeは、Ca、Sr、BaおよびZnより成るグループから選択され
る。更にｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ここでｗは０．０１から０．１５の範囲で
あり、ｘはゼロから０．８０の範囲であり、ｙはゼロから０．６０の範囲であり
、およびｚはゼロから０．５５の範囲である。
【０１４１】 圧電ポンピングの一つのタイプが設けられている、本発明による多層ミクロ流
体デバイス１０３０の一部が、図３４に示されている。デバイス１０３０は層１
０３２−１０４４からなり、そのうち層１０３６と１０３８は圧電素材から作ら
れ、他の層は非圧電素材を含むグリーンシートから形成される。チャンネル１０
４６が層１０３８に形成される。電極１０４８が圧電層１０３６の上部表面に形
成され、一連の電極１０５０−１０５６が圧電層１０３６の下部表面に形成され
る。同様に、電極１０５８が圧電層１０４０の下部表面に形成され、一連の電極
１０６０−１０６６が圧電層１０４０の上部表面に形成される。デバイス１０３
０に一体化された電気的に伝導性のリード（図示せず）は電極１０４８−１０６
６をデバイス１０３０の外面に接続し、それ故外部構成要素（図示せず）は電極
に電圧を印加できる。電極１０５０−１０５６と１０６０−１０６６に印加され
た電圧は、表面音波を起こすために合せられる（timed）。特に、電極１０５０
−１０５６と１０６０−１０６６とにそれぞれ接触状態にある圧電層１０３４と
１０４０の一部は、チャンネル１０３８を通して流体を引き出すために、協調し
た方法で交互に緊縮して弛緩する。
【０１４２】 圧電ポンピングの別のタイプが設けられている、本発明による多層ミクロ流体
デバイス１０７０の一部が、図３５に示されている。デバイス１０７０は、層１
０７２−１０８６からなる。これらの層について、層１０７６と１０８２は部分
的に圧電素材から作られ、それによって圧電部材１０７７と１０８３を画定する
。空洞１０８８が、層１０７４−１０８４に形成される。層１０７６に形成され
た入口チャンネル１０９０と層１０８２に形成された出口チャンネル１０９２が
、空洞１０８８に接続される。圧電部材１０７７と１０８３は、流体を入口チャ
ンネル１０９０から空洞１０８８へ汲み上げ、および流体を出口チャンネル１０
９２を通して空洞１０８８の外へ汲み上げる二つの異なる方法で動作できる。動
作の一つのモードにおいて、部材１０７７と１０８３は、チャンネル１０９０か
ら流体を引き込んだりチャンネル１０８２中へ流体を押し出したりするために、
協調した方法で、（紙面の平面内または紙面の平面に垂直の何れかで）交互に湾
曲し、かつ弛緩する。動作の別のモードでは、部材１０７７と１０８３は、流体
を移動するために、協調した方法で交互に伸長しおよび緊縮する。圧電部材１０
７７と１０８３は、これらの動作を実施するために、適当な位置に電極（図示せ
ず）を設けられる。
【０１４３】 流体ポンプはまた、磁気ビーズ（magnetic beads）の操作に基づくこともでき
る。上記したように、磁気マイクロスフェアは多層ミクロ流体デバイス中の流体
に加えられることができ、或る化学的および生物学的実体もまた磁気マイクロス
フェアに結びつけられることができる。磁気マイクロスフェアは常磁性体である
ので、それらは磁束密度の区域へ移動することが好ましい。従って、電磁石は磁
気マイクロスフェアを操作するために使用できる。磁気マイクロスフェアの操作
により、それらに結びつけられた実体の配置と移動が制御できる。磁気マイクロ
スフェアは移動するので、それらはまたそれらに沿った周囲の流体を引きずるこ
とができ、それによって流体の流れを生じる。
【０１４４】 磁気マイクロスフェアの電磁操作用の、本発明による多層ミクロ流体デバイス
１２００の一部が、図３６に示される。デバイス１２００は、グリーンシート層
１２０２−１２１６からなり、層１２０４中に形成されたチャンネル１２１８を
含む。一対の電磁石１２２０と１２２２は、磁束をチャンネル１２１８に向ける
ために、チャンネル１２１８にほぼ垂直に配列される。電磁石１２２０には、層
１２０６−１２１６中の一連の伝導性経跡と導体充填貫通孔によって画定される
垂直コイル１２２４が設けられる。高透磁率素材のコア１２２６が、垂直コイル
１２２４内に配置される。電磁石１２２２の構造は、電磁石１２２０の構造と同
様である。
【０１４５】 コア１２２６は、層１２０６−１２１４中の高透磁率素材で充填された積み重
ねられた貫通孔によって最も好都合に画定される。もしコア１２２６の高透磁率
素材がチャンネル１２１８を通して流れてもよい流体と適合しなければ、コア１
２２６は一つ以上の層によってチャンネル１２１８から引っ込められてもよい。
高透磁率素材はFe3O4、Mn Fe2O4、またはCoFe2O4のようなフェライト素材を含む
ことが好ましい。フェライトはまた、ガラスフリットと組み合せられてもよい。
適当なフェライト素材は、カリフォルニア州のCosta MesaにあるScrantom Engin
eering, Inc.により販売される、SEIフェライトペーストMPS#220、フェライト素
材を含む厚膜ペースト、および、フェライト物質がその中でグリーンシート中に
鋳造されているSEI Green Tapeである。これらの市場で入手可能な素材は、コア
１２２６をデバイスの残りの部分と一体とするように、８５０−９５０℃の範囲
の温度で焼結されてもよい。
【０１４６】 電磁石１２２０および／または電磁石１２２２に電流を流すことにより、チャ
ンネル１２１８中の流体中に存在する磁気マイクロスフェアは、望ましいように
移動されまたは所定場所に保持されてもよい。例えば、電磁石１２２２をオフし
電磁石１２２０をオンした時、磁気マイクロスフェアは、電磁石１２２０に向か
って引き込まれ、その場所に保持されることができる。次いで電磁石１２２２は
オンされ、かつ、電磁石１２２０はオフされ、それによって先に保持されている
磁気マイクロスフェアを電磁石１２２２に向かって移動させることができる。こ
の方法で磁気マイクロスフェアはチャンネル１２１８に沿って移動されてもよい
。従って、化学的または生物学的実体は、それらを磁気マイクロスフェアに結び
つけることによりこの方法でチャンネル１２１８に沿って移動されることができ
る。磁気マイクロスフェアの運動はまた流体をそれらに沿って引きずることがで
きる。この方法で、電磁石１２２０と１２２２は、チャンネル１２１８を通して
流体を汲み上げるために使用されることができる。流体ポンピングのためには、
より大きな磁気マイクロスフェア、すなわち５ミクロンよりも大きなサイズのも
のが好ましい。
【０１４７】 図３６はチャンネル近傍の二つの電磁石のみを示しているが、チャンネルを通
してマイクロスフェアを移動するためにより多くの電磁石もまた使用できる、と
いうことが理解されるべきである。この運動は、一般的に、上記のように電磁石
を連続的に電圧印加することによって達成される。電磁石はまた、磁気マイクロ
スフェアを移動し、そして流体を空洞の中および外へ汲み上げるために使用され
てもよい。
【０１４８】 図３７に、本発明による多層ミクロ流体デバイス１２３０の一部を示す別の構
成が示されている。デバイス１２３０は、層１２３６中に形成されたチャンネル
１２４２を有する層１２３２−１２４０からなる。第一および第二水平コイル１
２４４と１２４６がチャンネル１２４２の周囲に捲かれている。コイル１２４４
と１２４６は、層１２３４−１２４０中の一連の導体経跡と金属充填貫通孔から
構成されるのが好都合である。フェライト素材のような高透磁率を有する素材が
、チャンネル１２４２の近傍にある層１２３４と１２３８中に組み込まれること
が好ましい。コイル１２４４と１２４６は、チャンネル１２４２を通して磁気マ
イクロスフェアを移動するために連続的に電圧印加されてもよい。例えば、コイ
ル１２４４がオンされ、コイル１２４６がオフされた時、磁気マイクロスフェア
はコイル１２４４へ引かれることになる。次いでコイル１２４４がオフされ、コ
イル１２４６がオンされた時、磁気マイクロスフェアはコイル１２４４からコイ
ル１２４６へ移動することになる。
【０１４９】 電磁石はまた、ミクロ流体デバイスの非常に重要なプロセスである流体の混合
と撹拌に使用できる。例えば、反応物質の混合は、それらの化学反応を増進する
ために有用である。流体の撹拌もまた、温度の均等化と熱平衡を達成することを
助ける。磁気マイクロスフェアを含む流体を動かす時、撹拌は流体を通してマイ
クロスフェアの分散を増進するのに有用である。しかしながら、一般的なミクロ
流体デバイス中のチャンネルおよび井戸の小さな寸法のために、殆どの流体の流
れは薄層状である。流体の混合は主に薄層状態における拡散によって生じるので
、効率的な混合は乱流が展開されなければ達成するのが困難である。
【０１５０】 層１３０２−１３２２からなる多層ミクロ流体デバイスの一部が、図３８に略
図式に示されている。空洞１３２５が、層１３０６−１３１２中に形成される。
空洞１３２５に接続されるチャンネル１３２６と１３２８が、層１３０８中に形
成される。電磁石１３３０と１３３２が、層１３１４−１３２２中に形成される
。電磁石１３３０と１３３２はそれぞれ、グリーンシート層中に焼結されたフェ
ライトコアの周囲に捲かれた、一連の導体経跡と金属充填貫通孔によって画定さ
れる垂直コイルを含むことが好ましい。電磁石１３３０および１３３２と相互作
用する磁気的撹拌バー１３３４が、空洞１３２５内に配置される。図３８には二
つの電磁石のみが示されているが、少なくとも４個の電磁石が撹拌バー１３３４
を制御するために使用されることが好ましい。層１３１４の上面図が、図３９に
略図式に示されている。４個の電磁石１３３０−１３３３は、空洞１３２５の下
に対称に配置される。
【０１５１】 この構成において、電磁撹拌バー１３３４は、電磁石１３３０−１３３３に供
給される電流を“回転する”ことによって回転させられてもよい。例えば、電磁
石１３３１と１３３３への電流を減少する一方で、電磁石１３３０と１３３２へ
の電流を増加することは、電磁撹拌バー１３３４自身を電磁石１３３０と１３３
２に配列させるように、電磁撹拌バー１３３４を回転させる。次いで、電磁石１
３３１と１３３３への電流を増加する一方で、電磁石１３３０と１３３２への電
流を減少することは、電磁撹拌バー１３３４自身を電磁石１３３１と１３３３に
配列させるように、電磁撹拌バー１３３４を回転させる。電磁撹拌バー１３３４
をこの方法で回転させることは、空洞１３２５内の流体に乱流を創り、それによ
って良好な混合をもたらす。
【０１５２】 電磁撹拌バー１３３４は、従来の“ピックアンドプレイス（pick-and-place）
”製造機器を使用して、層１３０２と１３０４が取り付けられる前に空洞１３２
５に加えられてもよい。また、電磁撹拌バー１３３４は、チャンネル１３２６と
１３２８よりも大きくあるべきで、それ故デバイス１３３０が焼成された後、電
磁撹拌バー１３３４は空洞１３２５内部に閉じ込められて留まることになる。
【０１５３】 流体の運動を制御する構成要素の別の重要なクラスは、弁として作用する構成
要素を含む。本発明の多層ミクロ流体デバイス中の一般的なチャンネルの非常に
小さな寸法のために、流体のチャンネル壁との相互作用は非常に重大な影響を与
える。したがって、弁は、流体通路中の毛管停止部として好都合に設けられても
よい。毛管停止部は一般的に、流体の毛管作用のために、低圧での流体の流れを
実質的に阻止するが、より高い圧力では流体を流れさせる、流体通路中の不連続
部または不均一部を有する。
【０１５４】 毛管停止部として作用できる最も簡単な構造の一つは、チャンネルサイズの突
然かつ実質的な変化を有する不連続部である。この種の不連続部は、しばしば毛
管急変と呼ばれる。その層が毛管急変１５０２を含む多層ミクロ流体デバイスの
一部における層１５００が、図４０に示されている。詳細には毛管急変１５０２
は、狭いチャンネル１５０４が広いチャンネル１５０６につながる所の不連続部
である。例えば、狭いチャンネル１５０４は５ミル幅であり、広いチャンネルは
１５ミル幅であってもよい。
【０１５５】 毛管急変１５０２は、下記のように機能する。流体が低圧で広いチャンネル１
５０６に導入される時、毛管作用は実質的に流体が狭いチャンネル１５０４に流
れることを妨げる。しかしながら、広いチャンネル１５０６中の流体に加えられ
る圧力が閾値を越えると、毛管停止部１５０２での流体の毛管作用は、流体を引
き止めるのに不十分となり、流体は次いで狭いチャンネル１５０４に流れる結果
となる。
【０１５６】 毛管停止部はまた、流体通路の壁の表面エネルギーでの不連続部の形式を取っ
てもよい。特に、グリーンシート層に通常使用されるガラス、ガラス−セラミッ
ク、およびセラミック素材の殆どは、親水性である。しかしながら、疎水性素材
が、流体通路内部の疎水性領域を画定するために、流体通路の表面に適用されて
もよい。このような疎水性素材は、有機シリコン化合物、チタン酸塩およびシラ
ンカップリング剤を含んでもよい。しかしながら、このような素材は低分解温度
を有するので、それらは普通にはデバイスの残りの部分と共に焼成できない。
【０１５７】 或る疎水性ガラス−セラミック素材は流体通路内部に疎水性領域を設けるため
にグリーンシート層と共に焼成されてそれに焼結されることができるので、好ま
しい疎水性素材はその疎水性ガラス−セラミック素材である。好ましい疎水性ガ
ラス−セラミック素材は、主な結晶相としてヒューマイト鉱物性ノルベルジャイ
ト（Mg2SiO4-MgF2）を含み、ここに参考文献として組み入れた米国特許No.４，
１１８，２３７号に記述されている。これらの疎水性ガラス−セラミック素材の
粒子を含む厚膜ペーストは、疎水性領域を画定するためにスクリーン印刷によっ
て流体通路に加えられてもよい。
【０１５８】 層１６０２−１６１２からなる多層ミクロ流体デバイス１６００の一部が、図
４１に示されている。チャンネル１６１４が層１６０６中に形成され、流体入口
１６１６は層１６０２と１６０４中に形成された積み重ね貫通孔からなり、流体
出口１６１８もまた層１６０２と１６０４中に形成された積み重ね貫通孔からな
る。疎水性領域１６２０が、チャンネル１６１４中に配置される。疎水性領域１
６２０は、積層前に、疎水性ガラス−セラミック素材を含む厚膜ペーストを層１
６０８上にスクリーン印刷し、次いでそれを共に焼成することによって形成され
、その結果疎水性素材が層１６０８に焼結されることが好ましい。
【０１５９】 疎水性領域１６２０は、毛管停止部として作用する。流体が低圧で流体入口１
６１６からチャンネル１６１４に加えられた時、流体は表面エネルギーの不連続
性のために疎水性領域１６２０を過ぎて流れない。しかしながら、もし流体に加
えられる圧力が閾値を超えると、流体は疎水性領域１６２０を過ぎて流体出口１
６１８の外へ流れることができる。
【０１６０】 チャンネル中に一対の相対する疎水性領域を使用することにより、更に良い毛
管停止能力が提供されてもよい。例えば、一対の相対する疎水性領域１６３４と
１６３６がその中に配置されているチャンネル１６３２を有する多層ミクロ流体
デバイス１６３０の一部が、図４２に示されている。疎水性領域１６３４と１６
３６は、それぞれチャンネル１６３２の底部と上部の壁を画定する層１６３８と
１６４０の上に厚膜ペーストを含む疎水性ガラス−セラミック素材をスクリーン
印刷することによって形成されることが好ましい。
【０１６１】 疎水性領域はまた、垂直チャンネル内に設けられてもよい。層１６５２−１６
６２から形成される多層ミクロ流体デバイス１６５０の一部が、図４３に示され
ている。垂直チャンネル１６６４は層１６５２−１６５６中に形成され、水平チ
ャンネル１６６６は層１６５８中に形成される。層１６５４に焼結された疎水性
素材からなる疎水性領域１６６８は、毛管停止部を提供するために垂直チャンネ
ル１６６４の一部を取囲む。
【０１６２】 疎水性領域１６６８を形成する方法が、図４４に概略的に示されている。最初
に大きめの貫通孔１７０２が、グリーンシート層１６５４に形成される。貫通孔
１７０２は、スクリーン印刷などによって、厚膜ペースト１７０４で充填される
。厚膜ペースト１７０４は、前駆結着剤中に分散された疎水性ガラス−セラミッ
ク素材の粒子を含む。前駆結着剤は、熱的に６０から７５℃の範囲の温度を加え
ることにより、またはUV光へ露出することにより重合されてもよい。前駆結着剤
は、アクリル共重合体を含むことが好ましい。前駆結着剤の重合は厚膜ペースト
を凝固し、グリーンシート層１６５４内部に疎水性プラグを与える。貫通孔１７
０８が、次いで疎水性プラグ１７０６を通して形成される。層１６５４は次いで
他の層と積層され、そして焼成される。焼成の結果、疎水性プラグ１７０６は層
１６５４へ焼結された疎水性領域１６６８となり、貫通孔１７０８は垂直チャン
ネル１６６４の一部を画定する。
【０１６３】 ここに与えられた本発明の多層ミクロ流体デバイスの色々な態様は、作動デバ
イスに含まれてもよい幾つかの構成要素を個々に図示することを意図していると
理解されるべきである。従って、本発明の多層ミクロ流体デバイスは、デバイス
の特定の適用によって、ここに示した基礎構成要素の色々な組合せと配置を含ん
でもよい。
【０１６４】 さらに、ここに色々な実施例が示され、そして記述されてきたが、これまでの
実施例の色々な変更や置換、および再配置や組合せが、本発明の新規な精神と範
囲から逸脱せずに、当業者によって為し得る、ということが理解されるべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施例による多層ミクロ流体デバイスの一部の
略図表示である。図１Ａ−１Ｆは、図１の多層ミクロ流体デバイスの個別層の平
面図に対応する各部分図による図１の多層ミクロ流体デバイスの部分図である。
【図２】 図２は、本発明の実施例による多層ミクロ流体デバイスを製作す
るステップの略図表示である。
【図３】 図３は、本発明の実施例による多層構造を製作する別の方法の略
図表示である。
【図４】 図４は、本発明によって作られた多層構造の略図表示である。
【図５】 図５は、本発明の実施例による、水平ヒーターを有する多層ミク
ロ流体デバイスの一部の略図表示である。図５Ａは、図５の多層ミクロ流体デバ
イスの底部層の平面図に対応する図５の多層ミクロ流体デバイスの部分図である
。
【図６】 図６は、本発明の実施例による、空洞の周囲に捲かれた垂直コイ
ルを有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。図６Ａは、図６の
垂直コイルの透視図である。
【図７】 図７は、本発明の実施例による、チャンネルの周囲に捲かれた水
平コイルを有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。図７Ａは、
図７の水平コイルの透視図である。
【図８】 図８は、本発明の実施例による、熱電素子を有する多層ミクロ流
体デバイスの一部の略図表示である。
【図９】 図９は、本発明の実施例による、二つの熱電素子を有する多層ミ
クロ流体デバイスの一部の分解略図表示である。図９Ａは、図９の熱電素子の一
つの略式図である。
【図１０】 図１０は、本発明の実施例による、熱電素子の別の構成の略図
表示である。
【図１１】 図１１は、本発明による、熱絶縁ポケットを有する多層ミクロ
流体デバイスの一部の略図表示である。
【図１２】 図１２は、本発明による、複数の熱的貫通孔を有する多層ミク
ロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図１３】 図１３は、本発明による、熱交換器を有する多層ミクロ流体デ
バイスの一部の略図表示である。
【図１４】 図１４は、本発明の実施例による、反応室中に不均一触媒を有
する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図１５】 図１５は、本発明の実施例による、細胞溶解用マイクロ波エネ
ルギーを印加する手段を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である
。
【図１６】 図１６は、本発明の実施例による、静電容量センサーを有する
多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図１７】 図１７は、本発明の実施例による、静電容量センサーを有する
多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図１８】 図１８は、本発明の実施例による、静電容量センサーを有する
多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図１９】 図１９は、本発明の実施例による、静電容量センサーを有する
多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２０】 図２０は、本発明の実施例による、抵抗センサーを有する多層
ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２１】 図２１は、本発明の実施例による、抵抗センサーを有する多層
ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２２】 図２２は、本発明の実施例による、温度センサーを有する多層
ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。図２２Ａは、図２２の多層ミクロ
流体デバイスの層の平面図に対応する図２２の多層ミクロ流体デバイスの部分図
である。
【図２３】 図２３は、本発明の実施例による、pHセンサーを有する多層ミ
クロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２４】 図２４は、本発明の実施例による、pHセンサーと照合溶液用空
洞を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２５】 図２５は、本発明の実施例による、pHセンサーと内部照合電極
を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２６】 図２６は、本発明の実施例による、光学的透過層を有する多層
ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２７】 図２７は、本発明の実施例による、光学的透過層を有する多層
ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２８】 図２８は、本発明の実施例による、光学的貫通孔を有する多層
ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図２９】 図２９は、本発明の実施例による、光学的貫通孔と光学的透過
層を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３０】 図３０は、本発明の実施例による、その中に光ファイバーを有
する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３１】 図３１は、本発明の実施例による、水平および垂直光学的透過
径路を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３２】 図３２は、本発明の実施例による、電気浸透ポンピングシステ
ムを有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３３】 図３３は、本発明の実施例による、電気流体力学的ポンピング
システムを有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３４】 図３４は、本発明の実施例による、圧電ポンピングシステムを
有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３５】 図３５は、本発明の実施例による、圧電ポンピングシステムを
有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３６】 図３６は、本発明の実施例による、内蔵電磁石を有する多層ミ
クロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３７】 図３７は、本発明の実施例による、内蔵電磁石を有する多層ミ
クロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図３８】 図３８は、本発明の実施例による、電磁撹拌棒を制御する内蔵
電磁石を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の断面の略図表示である。
【図３９】 図３９は、本発明の実施例による、電磁撹拌棒を制御する内蔵
電磁石を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の上面図の略図表示である。
【図４０】 図４０は、本発明の実施例による、毛管急変部を有する多層ミ
クロ流体デバイスの一層の上面図の略図表示である。
【図４１】 図４１は、本発明の実施例による、流体通路中に疎水性部分を
有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図４２】 図４２は、本発明の実施例による、流体通路中に一対の疎水性
部分を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図４３】 図４３は、本発明の実施例による、垂直流体通路中に疎水性部
分を有する多層ミクロ流体デバイスの一部の略図表示である。
【図４４】 図４４は、本発明の実施例による、図４３の垂直流体通路中に
疎水性部分を製作するステップの略図表示である。
【符号の説明】
１０…多層ミクロ流体デバイス、１２−２２…グリーンシート層、２４…空洞、
２６…第一チャンネル、２８…第二チャンネル、３０…第一貫通孔、３２…第二
貫通孔、３４…第一流体ポート、３６…第三貫通孔、３８…第二流体ポート。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１２月１４日（２０００．１２．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７３】 ヒーターがヒーター１０２のように平面であるか、コイル２０２と２５２のよ
うにコイル状であるかのいずれにせよ、ヒーターとして要素が効率的に動作する
ように、それはそれに繋がる電気伝導径路のそれよりも遥かに高い抵抗を有する
べきである。ヒーターを構成する導体は直径約５ミルから８ミル（０．１２７か
ら０．２０３２ミリメータ）であることが好ましく、一方ヒーターに繋がる導体
は約２０から３０ミル（０．５０８から０．７６２ミリメータ）幅であることが
好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１５４】 毛管停止部として作用できる最も簡単な構造の一つは、チャンネルサイズの突
然かつ実質的な変化を有する不連続部である。この種の不連続部は、しばしば毛
管急変と呼ばれる。その層が毛管急変１５０２を含む多層ミクロ流体デバイスの
一部における層１５００が、図４０に示されている。詳細には毛管急変１５０２
は、狭いチャンネル１５０４が広いチャンネル１５０６につながる所の不連続部
である。例えば、狭いチャンネル１５０４は５ミル（０．１２７ミリメータ）幅
であり、広いチャンネルは１５ミル（０．３８１ミリメータ）幅であってもよい
。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 35/08 Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１ 37/00 １０１ Ｂ２８Ｂ 11/00 Ｚ (31)優先権主張番号 ０９／３３７，０８６ (32)優先日 平成11年６月21日(1999．6．21) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ロン−フォン・フアン アメリカ合衆国87122ニューメキシコ州ア ルバカーキ、アール・シー・ゴーマン・ア ベニュー7717番 (72)発明者 デイビッド・ウィルコックス アメリカ合衆国87122ニューメキシコ州ア ルバカーキ、ビッグ・ホーン・リッジ・ロ ード308番 (72)発明者 ニコラス・ジェイ・ナクレリオ アメリカ合衆国60010イリノイ州バーリン トン、ノース・バレー・ロード415番 (72)発明者 シンシア・アン・ゴーサッチ・ブリスコウ アメリカ合衆国85284アリゾナ州テンピ、 ウエスト・ブエナ・ビスタ・ドライブ62番 (72)発明者 ピョートル・グロジンスキー アメリカ合衆国85224アリゾナ州チャンド ラー、エリス・ストリート2658番 (72)発明者 フイナン・ユ アメリカ合衆国85226アリゾナ州チャンド ラー、ウエスト・パーク・アベニュー5760 番 (72)発明者 ロバート・マレロ アメリカ合衆国85226アリゾナ州チャンド ラー、ウエスト・ウィンドミルズ・ブール バード3939番、アパートメント・ナンバー 1605 (72)発明者 ショーン・ロス・ギャラガー アメリカ合衆国85259アリゾナ州スコッツ デイル、ノース・ワンハンドレッドナイン ス・プレイス9053番 (72)発明者 ユック−トン・チャン アメリカ合衆国85259アリゾナ州スコッツ デイル、イースト・シャングリ−ラ−ロー ド13030番 (72)発明者 バーバラ・マクニール・フォーリー アメリカ合衆国85046アリゾナ州フェニッ クス、サウス・フォックステイル・レイン 14842番 (72)発明者 シュンフ・ダイ アメリカ合衆国87109ニューメキシコ州ア ルバカーキ、ノース・イースト、パロマ ズ・アベニュー9220番 Ｆターム(参考） 2G058 DA07 GA12 4B029 AA08 AA15 BB01 CC01 GA08 GB09 GB10 4G055 AA08 AC01 AC09 BA14 4G069 AA08 AA11 BA13A BA14A BB02A BC71A BC72A BC75A DA05 EA11 EB04 EC28 EE03 EE04 EE06 FA01 FB23 FB33 4G075 AA23 AA30 AA45 AA56 AA65 BA05 BB05 BB10 CA02 CA03 CA05 CA13 CA23 CA26 CA42 CA54 CA65 CA66 DA02 DA18 EA02 EA07 EB32 EB46 EC21 EC23 EE07 EE12 EE23 EE31 EE36 FA01 FA12 FA14 FB01 FB02 FB04 FB06 FB12 FC04 FC06 FC11 FC15

Claims (124)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一緒に焼結される複数のグリーンシート層から形成される実
    質的な単一体構造を有し、前記グリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子
    およびガラス−セラミック粒子から成るグループから選択される粒子を含み、 前記実質的な単一体構造はその中に画定される流体通路を有し、前記流体通路
    は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび前記入口ポー
    トと前記出口ポート間の相互接続を有し、および 前記実質的な単一体構造はその中に画定される電気伝導径路を有し、前記電気
    伝導径路は厚膜ペーストを前記グリーンシート層の少なくとも一つに焼結するこ
    とによって形成される厚膜部分を含む、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイス。
  2. 【請求項２】 前記電気伝導径路の前記厚膜部分は前記グリーンシート層の
    一つに焼結される伝導性経跡を含み、前記伝導性経跡は前記一つのグリーンシー
    ト層の表面上に所定のパターンで前記厚膜ペーストを堆積することによって形成
    される、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  3. 【請求項３】 前記電気伝導径路の前記厚膜部分は前記グリーンシート層の
    一つに焼結された導体充填貫通孔を含み、前記導体充填貫通孔は前記一つのグリ
    ーンシート層の貫通孔中に前記厚膜ペーストを充填することによって形成される
    、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  4. 【請求項４】 前記電気伝導径路の少なくとも一部は前記流体通路の一部を
    加熱するヒーターを画定する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  5. 【請求項５】 前記ヒーターは前記流体通路の前記部分の周囲に捲かれたコ
    イルを画定する、 ことを特徴とする請求項４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  6. 【請求項６】 前記電気伝導径路の少なくとも一部は熱電素子を画定する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  7. 【請求項７】 前記流体通路の前記部分と前記デバイスの別の部分との間の
    熱交換を低減する熱絶縁手段をさらに有する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  8. 【請求項８】 前記熱絶縁手段は前記複数のグリーンシート層によって画定
    される空洞を含む、 ことを特徴とする請求項７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  9. 【請求項９】 前記流体通路の前記部分への高い熱伝導径路を設ける手段を
    さらに有する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  10. 【請求項１０】 前記流体通路の前記部分と熱を交換する熱交換器をさらに
    有し、前記熱交換器は前記複数のグリーンシート層によって画定される第二流体
    通路を含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  11. 【請求項１１】 前記流体通路に配置される不均一触媒をさらに有する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記不均一触媒は厚膜ペーストを前記グリーンシート層の
    少なくとも一つに焼結することによって形成される、 ことを特徴とする請求項１１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記電気伝導径路の少なくとも一部はコンデンサを画定す
    る、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記コンデンサは前記流体通路の一部を含み、それによっ
    て前記コンデンサは前記流体通路の前記部分中の流体の誘電率および容積に実質
    的に依存する静電容量を有する、 ことを特徴とする請求項１３に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記電気伝導径路は第一位置において前記流体通路と接触
    する第一リード、および第二位置において前記流体通路と接触する第二リードを
    含み、それによって前記第一と前記第二リード間の電気抵抗は前記第一位置と前
    記第二位置間の流体の伝導性および容積に実質的に依存する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  16. 【請求項１６】 前記電気伝導径路の少なくとも一部はインダクタを画定す
    る、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  17. 【請求項１７】 前記インダクタは前記流体通路の一部に近接しており、そ
    れによって前記インダクタは前記流体通路の前記部分中の流体の透磁率および容
    積に実質的に依存するインダクタンスを有する、 ことを特徴とする請求項１６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  18. 【請求項１８】 前記インダクタは前記流体通路の前記部分の周囲に捲かれ
    たコイルを画定する、 ことを特徴とする請求項１７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  19. 【請求項１９】 前記電気伝導径路の少なくとも一部は温度センサーを画定
    する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  20. 【請求項２０】 前記温度センサーは前記流体通路の一部に近接している、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  21. 【請求項２１】 前記温度センサーは温度に実質的に依存する抵抗を有する
    素材を含み、それにより前記温度センサーは前記流体通路の前記部分中の流体の
    温度を感知する、 ことを特徴とする請求項２０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  22. 【請求項２２】 前記流体通路に配置されたpHセンサーをさらに有し、前記
    pHセンサーは前記電気伝導径路に接続される、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  23. 【請求項２３】 前記pHセンサーは前記グリーンシート層の一つに焼結され
    た電極層および前記電極層に焼結されたガラス層を含む、 ことを特徴とする請求項２２に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  24. 【請求項２４】 前記電極層は金属粒子含有厚膜ペーストから形成され、前
    記ガラス層はガラス粒子含有厚膜ペーストから形成される、 ことを特徴とする請求項２３に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  25. 【請求項２５】 前記実質的な単一体構造は光学的透過性部分を含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  26. 【請求項２６】 前記光学的透過性部分は前記流体通路の一部への外部光学
    的アクセスを与える、 ことを特徴とする請求項２５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  27. 【請求項２７】 前記光学的透過性部分は前記複数のグリーンシート層の少
    なくとも一つから形成され、前記複数のグリーンシート層の前記少なくとも一つ
    はガラス粒子を含む、 ことを特徴とする請求項２５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  28. 【請求項２８】 前記光学的透過性部分は前記グリーンシート層の一つに焼
    結されたガラス充填貫通孔を含み、前記ガラス充填貫通孔は前記一つのグリーン
    シート層の貫通孔にガラス粒子を含む厚膜ペーストを充填することにより形成さ
    れる、 ことを特徴とする請求項２５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  29. 【請求項２９】 前記光学的透過性部分は重合体充填貫通孔を含み、前記重
    合体充填貫通孔は前記グリーンシート層の一つ中の貫通孔に光学的透過性重合体
    に重合する素材を充填することにより形成される、 ことを特徴とする請求項２５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  30. 【請求項３０】 前記光学的透過性部分は光ファイバーを含む、 ことを特徴とする請求項２５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  31. 【請求項３１】 前記光学的透過性部分は前記グリーンシート層の一つの表
    面に焼結された光学的透過性経跡を含み、前記光学的透過性経跡はガラス粒子を
    含む厚膜ペーストを、前記グリーンシート層の前記一つの前記表面上に堆積する
    ことによって形成される、 ことを特徴とする請求項２５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  32. 【請求項３２】 前記流体通路の一部を通して流体をポンピングする手段を
    さらに有する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  33. 【請求項３３】 前記電気伝導径路の一部は前記流体通路の一部を通して流
    体をポンピングする電気浸透ポンプを画定する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  34. 【請求項３４】 前記電気浸透ポンプは第一位置において前記流体通路の前
    記部分と接触する第一電極、および第二位置において前記流体通路の前記部分と
    接触する第二電極を含む、 ことを特徴とする請求項３３に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  35. 【請求項３５】 前記電気伝導径路の一部は前記流体通路の一部を通して流
    体をポンピングする電気流体力学的ポンプを画定する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  36. 【請求項３６】 前記電気流体力学的ポンプは前記流体通路の前記部分と接
    触する実質的に均等間隔で配置された複数の電極を含む、 ことを特徴とする請求項３５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  37. 【請求項３７】 前記流体通路の一部を通して流体をポンピングする圧電ポ
    ンプをさらに有し、前記圧電ポンプは前記流体通路と接触する少なくとも一つの
    圧電部材を含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  38. 【請求項３８】 前記圧電ポンプは前記流体通路と接触する一対の圧電部材
    を含み、前記一対の圧電部材は前記流体通路の前記部分を通して流体をポンピン
    グする協調運動を展開する電極をその上に有する、 ことを特徴とする請求項３７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  39. 【請求項３９】 前記協調運動は表面音波である、 ことを特徴とする請求項３８に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  40. 【請求項４０】 前記協調運動は曲げ運動である、 ことを特徴とする請求項３８に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  41. 【請求項４１】 前記協調運動は縦方向の運動である、 ことを特徴とする請求項３８に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  42. 【請求項４２】 前記電気伝導径路の一部は磁界を前記流体通路の一部に導
    く電磁石を画定する、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  43. 【請求項４３】 前記電磁石は前記グリーンシート層の少なくとも一つに焼
    結されたコアをさらに有し、前記コアは高透磁率を有する素材から構成される、
    ことを特徴とする請求項４２に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  44. 【請求項４４】 前記電磁石は前記流体通路の前記部分の周囲に捲かれたコ
    イルを画定する、 ことを特徴とする請求項４２に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  45. 【請求項４５】 前記コイルは高透磁率を有する素材の周囲に捲かれ、前記
    素材は前記グリーンシート層も少なくとも一つに焼結される、 ことを特徴とする請求項４４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  46. 【請求項４６】 前記流体通路は毛管停止部を含み、前記毛管停止部は低圧
    で流体の流れを実質的に阻止するが、高圧で流体を流れさせる、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  47. 【請求項４７】 前記毛管停止部はチャンネルサイズの突然でかつ実質的な
    変化を有する、 ことを特徴とする請求項４６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  48. 【請求項４８】 前記毛管停止部は前記流体通路内部に疎水性領域を有する
    、 ことを特徴とする請求項４６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  49. 【請求項４９】 前記疎水性領域は前記グリーンシート層の少なくとも一つ
    に厚膜ペーストを焼結することによって形成される、 ことを特徴とする請求項４８に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  50. 【請求項５０】 前記厚膜ペーストは疎水性ガラス−セラミック素材の粒子
    を含む、 ことを特徴とする請求項４９に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  51. 【請求項５１】 前記実質的な単一体構造は前記流体通路の少なくとも一部
    の壁を画定するガラスコーティングを含む、 ことを特徴とする請求項１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  52. 【請求項５２】 前記ガラスコーティングは前記グリーンシート層の少なく
    とも一つに厚膜ペーストを焼結することにより形成され、前記厚膜ペーストはガ
    ラス粒子を含む、 ことを特徴とする請求項５１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  53. 【請求項５３】 前記グリーンシート層の少なくとも一つはガラス−セラミ
    ック粒子を含み、前記ガラスコーティングは、ガラスが前記の少なくとも一つの
    グリーンシート層の内部から前記少なくとも一つのグリーンシート層の表面へ駆
    動されるように、前記の少なくとも一つのグリーンシート層を焼結することによ
    って形成される、 ことを特徴とする請求項５１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  54. 【請求項５４】 一緒に焼結される複数のグリーンシート層から形成される
    とともに、前記グリーンシート層がセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−
    セラミック粒子から成るグループから選択される粒子を含む実質的な単一体構造
    を備え、 前記実質的な単一体構造はその中に画定される流体通路を有し、前記流体通路
    は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび前記入口ポー
    トと前記出口ポート間の相互接続を有し、 前記流体通路の一部の中の流体を感知する流体センサーをさらに備え、前記流
    体センサーは前記実質的な単一体構造と一体化されるように前記複数のグリーン
    シート層の少なくとも一つに焼結される、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイス。
  55. 【請求項５５】 前記流体センサーは静電容量センサーを含む、 ことを特徴とする請求項５４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  56. 【請求項５６】 前記静電容量センサーは前記流体通路の前記部分の第一の
    側に第一伝導性プレートと、前記流体通路の前記部分の第二の側に第二伝導性プ
    レートとを含み、前記第一伝導性プレートは第二伝導性プレートに対して実質的
    に平行であり、それによって前記静電容量センサーは前記流体通路の前記部分中
    の流体の誘電率および容積に実質的に依存する静電容量を有する、 ことを特徴とする請求項５５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  57. 【請求項５７】 前記流体センサーは抵抗センサーを含む、 ことを特徴とする請求項５４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  58. 【請求項５８】 前記抵抗センサーは第一位置において前記流体通路の前記
    部分と接触する第一リードと、第二位置において前記流体通路の前記部分と接触
    する第二リードとを含み、それによって前記抵抗センサーは前記第一と前記第二
    リード間の電気抵抗を有し、前記抵抗は前記第一位置と前記第二位置間の流体の
    伝導性および容積に実質的に依存する、 ことを特徴とする請求項５７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  59. 【請求項５９】 前記流体センサーは誘導性センサーを含む、 ことを特徴とする請求項５４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  60. 【請求項６０】 前記誘導性センサーは前記流体通路の前記部分の近傍にコ
    イルを含み、それによって前記誘導性センサーは前記流体通路の前記部分中の流
    体の透磁率および容積に実質的に依存するインダクタンスを有する、 ことを特徴とする請求項５９に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  61. 【請求項６１】 前記誘導性センサーは前記流体通路の前記部分の周囲に捲
    かれたコイルを含む、 ことを特徴とする請求項５９に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  62. 【請求項６２】 前記流体センサーは温度センサーを含む、 ことを特徴とする請求項５４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  63. 【請求項６３】 前記温度センサーは実質的に温度に依存する抵抗を有する
    素材を含み、それにより前記温度センサーは前記流体通路の前記部分の中の流体
    の温度を感知する、 ことを特徴とする請求項６２に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  64. 【請求項６４】 前記流体センサーは前記流体通路の前記部分に配置された
    pHセンサーを含む、 ことを特徴とする請求項５４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  65. 【請求項６５】 前記pHセンサーは前記グリーンシート層の一つに焼結され
    た電極層および前記電極層に焼結されたガラス層を含む、 ことを特徴とする請求項６４に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  66. 【請求項６６】 前記電極層は金属粒子含有厚膜ペーストから形成され、前
    記ガラス層はガラス粒子含有厚膜ペーストから形成される、 ことを特徴とする請求項６５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  67. 【請求項６７】 一緒に焼結される複数のグリーンシート層から形成される
    実質的な単一体構造を備え、前記グリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒
    子およびガラス−セラミック粒子から成るグループから選択される粒子を含み、 前記実質的な単一体構造はその中に画定される流体通路を有し、前記流体通路
    は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび前記入口ポー
    トと前記出口ポート間の相互接続を有し、 電気エネルギーを前記流体通路の一部の中の流体運動に変換する流体運動ト
    ランスジューサをさらに備え、 前記流体運動トランスジューサは前記実質的な単一体構造と一体となるように前
    記複数のグリーンシート層の少なくとも一つに焼結される、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイス。
  68. 【請求項６８】 前記流体運動トランスジューサは前記流体通路の前記部分
    に磁界を導く電磁石を含む、 ことを特徴とする請求項６７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  69. 【請求項６９】 前記電磁石は高透磁率を有する素材より構成されるコアを
    含む、 ことを特徴とする請求項６８に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  70. 【請求項７０】 前記電磁石は前記流体通路の前記部分の周囲に捲かれたコ
    イルを画定する、 ことを特徴とする請求項６８に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  71. 【請求項７１】 前記流体運動トランスジューサは電気浸透ポンプを含む、
    ことを特徴とする請求項６７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  72. 【請求項７２】 前記電気浸透ポンプは第一位置において前記流体通路の前
    記部分と接触する第一電極、および第二位置において前記流体通路の前記部分と
    接触する第二電極を含む、 ことを特徴とする請求項７１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  73. 【請求項７３】 前記流体運動トランスジューサは電気流体力学的ポンプを
    含む、 ことを特徴とする請求項６７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  74. 【請求項７４】 前記電気流体力学的ポンプは前記流体通路の前記部分と接
    触する実質的に均等間隔で配置された複数の電極を含む、 ことを特徴とする請求項７３に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  75. 【請求項７５】 前記流体運動トランスジューサは前記流体経路と接触する
    圧電部材を含む、 ことを特徴とする請求項６７に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  76. 【請求項７６】 前記流体運動トランスジューサは前記流体通路と接触する
    一対の圧電部材を含み、前記一対の圧電部材は前記流体通路の前記部分を通して
    流体をポンピングする協調運動を展開する電極をその上に有する、 ことを特徴とする請求項７５に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  77. 【請求項７７】 前記協調運動は表面音波である、 ことを特徴とする請求項７６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  78. 【請求項７８】 前記協調運動は曲げ運動である、 ことを特徴とする請求項７６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  79. 【請求項７９】 前記協調運動は縦方向の運動である、 ことを特徴とする請求項７６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  80. 【請求項８０】 一緒に焼結される複数のグリーンシート層から形成される
    実質的な単一体構造を有し、前記グリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒
    子およびガラス−セラミック粒子から成るグループから選択される粒子を含み、 前記実質的な単一体構造はその中に画定される流体通路を有し、前記流体通路
    は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび前記入口ポー
    トと前記出口ポート間の相互接続を有し、 前記実質的な単一体構造は前記流体通路の一部への外部の光学的アクセスを与
    える光学的透過性部分を有する、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイス。
  81. 【請求項８１】 前記光学的透過性部分は前記複数のグリーンシート層の少
    なくとも一つから形成され、前記複数のグリーンシート層の前記の少なくとも一
    つはガラス粒子を含む、 ことを特徴とする請求項８０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  82. 【請求項８２】 前記光学的透過性部分は前記グリーンシート層の一つに焼
    結されたガラス充填貫通孔を含み、前記ガラス充填貫通孔は前記グリーンシート
    層の前記一つ中の貫通孔にガラス粒子を含む厚膜ペーストを充填することにより
    形成される、 ことを特徴とする請求項８０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  83. 【請求項８３】 前記光学的透過性部分は重合体充填貫通孔を含み、前記重
    合体充填貫通孔は前記グリーンシート層の前記一つ中の貫通孔に光学的透過性重
    合体に重合する素材を充填することにより形成される、 ことを特徴とする請求項８０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  84. 【請求項８４】 前記光学的透過性部分は光ファイバーを含む、 ことを特徴とする請求項８０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  85. 【請求項８５】 前記光学的透過性部分は前記グリーンシート層の一つの表
    面に焼結された光学的透過性経跡を含み、前記光学的透過性経跡はガラス粒子を
    含む厚膜ペーストを前記グリーンシート層の前記一つの前記表面上に堆積するこ
    とによって形成される、 ことを特徴とする請求項８０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  86. 【請求項８６】 一緒に焼結される複数のグリーンシート層から形成される
    実質的な単一体構造を有し、前記グリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒
    子およびガラス−セラミック粒子から成るグループから選択される粒子を含み、 前記実質的な単一体構造はその中に画定される流体通路を有し、前記流体通路
    は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび前記入口ポー
    トと前記出口ポート間の相互接続を有し、前記流体通路は細胞を保持する空洞を
    含み、 前記実質的な単一体構造は前記空洞中に細胞溶解手段を含む、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイス。
  87. 【請求項８７】 前記細胞溶解手段は前記空洞中に溶解化学物質を導入する
    チャンネルを含み、前記溶解化学物質は前記空洞中で細胞を化学的に溶解できる
    、 ことを特徴とする請求項８６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  88. 【請求項８８】 前記細胞溶解手段は前記空洞を所定時間の間、所定温度に
    加熱する手段を含み、前記所定温度および所定時間は前記空洞中の細胞を溶解す
    るのに十分である、 ことを特徴とする請求項８６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  89. 【請求項８９】 前記細胞溶解手段は前記空洞に電界を印加する一対の相対
    する電極を含み、前記電界は前記空洞中の細胞を溶解するのに十分である、 ことを特徴とする請求項８６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  90. 【請求項９０】 前記細胞溶解手段は前記空洞にマイクロ波エネルギーを印
    加する一対の相対する電極を含み、前記マイクロ波エネルギーは前記空洞中の細
    胞を溶解するのに十分である、 ことを特徴とする請求項８６に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  91. 【請求項９１】 複数のグリーンシート層を第一所定パターンに織り込み、
    前記グリーンシート層はセラミック粒子、ガラス粒子およびガラス−セラミック
    粒子より成るグループから選択された粒子を含み、前記第一所定パターンは流体
    通路を画定し、 厚膜ペーストを第二所定パターンで前記グリーンシート層に塗布し、前記第二
    所定パターンは流体と相互作用する構成要素を画定し、 前記グリーンシート層を所定温度で所定量の時間だけ一緒に焼結して実質的な
    単一体構造を形成し、前記実質的な単一体構造はその中に画定される前記流体通
    路および流体と相互作用する構成要素を有する、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイスを製作する方法。
  92. 【請求項９２】 前記流体と相互作用する構成要素はヒーターを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  93. 【請求項９３】 前記流体と相互作用する構成要素は熱電素子を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  94. 【請求項９４】 前記流体と相互作用する構成要素は前記流体通路中に配置
    された不均一触媒を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  95. 【請求項９５】 前記流体と相互作用する構成要素は前記流体通路中の流体
    を感知する静電容量センサーを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  96. 【請求項９６】 前記流体と相互作用する構成要素は前記流体通路中の流体
    を感知する抵抗センサーを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  97. 【請求項９７】 前記流体と相互作用する構成要素は前記流体通路中の流体
    を感知する誘導性センサーを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  98. 【請求項９８】 前記流体と相互作用する構成要素は温度センサーを含む、
    ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  99. 【請求項９９】 前記流体と相互作用する構成要素は前記流体通路中に配置
    されたpHセンサーを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  100. 【請求項１００】 前記流体と相互作用する構成要素は電気浸透ポンプを含
    む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  101. 【請求項１０１】 前記流体と相互作用する構成要素は電気流体力学的ポン
    プを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  102. 【請求項１０２】 前記流体と相互作用する構成要素は圧電部材を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  103. 【請求項１０３】 前記流体と相互作用する構成要素は電磁石を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  104. 【請求項１０４】 前記厚膜ペーストは金属の粒子を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  105. 【請求項１０５】 前記厚膜ペーストは熱電素材の粒子を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  106. 【請求項１０６】 前記厚膜ペーストはフェライト素材の粒子を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  107. 【請求項１０７】 前記厚膜ペーストは圧電素材の粒子を含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  108. 【請求項１０８】 前記圧電素材はジルコン酸チタン酸鉛素材である、 ことを特徴とする請求項１０７に記載の方法。
  109. 【請求項１０９】 前記グリーンシート層の少なくとも一つはガラス−セラ
    ミック粒子を含み、前記焼結ステップは、前記少なくとも一つのグリーンシート
    層の上にガラスコーティングを形成するために、ガラスが前記少なくとも一つの
    グリーンシート層の内部から表面へ駆動されるように、前記少なくとも一つのグ
    リーンシート層を焼結するステップを含む、 ことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
  110. 【請求項１１０】 一緒に焼結される複数のグリーンシート層から形成され
    る実質的な単一体構造を備え、前記グリーンシート層はセラミック粒子、ガラス
    粒子およびガラス−セラミック粒子から成るグループから選択される粒子を含み
    、 前記実質的な単一体構造はその中に画定される流体通路を有し、前記流体通路
    は流体を受け入れる入口ポート、流体を放出する出口ポートおよび前記入口ポー
    トと前記出口ポート間の相互接続を有し、 前記流体通路内部に配置された第一疎水性領域をさらに備え、前記第一疎水性
    領域は前記グリーンシート層の最初のものに焼結される、 ことを特徴とする多層ミクロ流体デバイス。
  111. 【請求項１１１】 前記第一疎水性領域は前記グリーンシート層の前記最初
    のものに厚膜ペーストを焼結することにより形成される、 ことを特徴とする請求項１１０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  112. 【請求項１１２】 前記厚膜ペーストは疎水性ガラス−セラミック素材の粒
    子を含む、 ことを特徴とする請求項１１１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  113. 【請求項１１３】 前記疎水性ガラス−セラミック素材は主な結晶相として
    Mg2SiO4-MgF2を含む、 ことを特徴とする請求項１１２に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  114. 【請求項１１４】 前記第一疎水性領域に相対する関係で前記流体通路内部
    に配置された第二疎水性領域をさらに有し、前記第二疎水性領域は前記グリーン
    シート層の二番目のものに焼結される、 ことを特徴とする請求項１１０に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  115. 【請求項１１５】 前記厚膜ペーストは前記グリーンシート層の前記最初の
    ものに形成された貫通孔の中に焼結される、 ことを特徴とする請求項１１１に記載の多層ミクロ流体デバイス。
  116. 【請求項１１６】 少なくとも第一層および第二層を含み、かつ重合体結着
    剤を有する複数のグリーンシート層から多層構造を製造する方法であって、 前記第一層の第一表面に接着剤を塗布し、前記接着剤は前記重合体結着剤とは
    異なる接着剤重合体を含み、前記接着剤重合体は前記重合体結着剤より高い温度
    で分解し、 多層グリーンシート構造を形成するために前記複数のグリーンシート層を積み
    重ね、前記接着剤は前記第一層の前記第一表面と前記第二層の前記第二表面の間
    に入り、 所定の焼結温度を達成するために、所定時間に亘って前記多層グリーンシート
    構造を焼成し、それによって前記多層構造を形成する、 ことを特徴とする方法。
  117. 【請求項１１７】 前記接着剤重合体は前記重合体結着剤の半分解の温度よ
    りも高い半分解の温度を有する、 ことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
  118. 【請求項１１８】 前記接着剤重合体は前記重合体結着剤の半分解の温度よ
    りも２５から１００℃高い半分解の温度を有する、 ことを特徴とする請求項１１７に記載の方法。
  119. 【請求項１１９】 前記接着剤重合体は前記重合体結着剤の最大分解速度の
    温度よりも高い最大分解速度の温度を有する、 ことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
  120. 【請求項１２０】 前記接着剤重合体は前記重合体結着剤の最大分解速度の
    温度よりも２５から１００℃高い最大分解速度の温度を有する、 ことを特徴とする請求項１１９に記載の方法。
  121. 【請求項１２１】 前記重合体結着剤は開放によって広く熱分解を受け、前
    記接着剤重合体はランダム切断によって広く熱分解を受ける、 ことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
  122. 【請求項１２２】 前記接着剤重合体はエチレン主鎖グループを有する重合
    体を含む、 ことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
  123. 【請求項１２３】 前記接着剤重合体はビニールアセテート−エチレンおよ
    びエチレン−ビニールアクリル共重合体より成るグループから選択される重合体
    を含む、 ことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
  124. 【請求項１２４】 前記重合体結着剤はアクリル重合体およびアクリル共重
    合体より成るグループから選択される重合体を含む、 ことを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
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