JP2005030525A - Liquid conveying treatment means - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体搬送処理手段に関し、特に、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを搬送させたり、混合攪拌等の各種の処理を行う液体搬送処理手段に関するものである。 The present invention relates to a liquid transport processing means, and more particularly to a liquid transport processing means for transporting a liquid itself or a solution dissolved, encapsulated, adsorbed or adhering to a liquid, or performing various processes such as mixing and stirring. It is.
従来、液体に電圧を印加するとその接触角が変化することがエレクトロウエッテング現象として知られており、液滴の形状をコントロールして光学的特性を変化させる機構として利用されており、液滴の接触面積を電気的に変化させたり、液滴の表面形状を電気的に変化させることにより、形状のコントロールが行われる（特許文献１、特許文献２）。
Conventionally, it is known as an electrowetting phenomenon that the contact angle changes when a voltage is applied to a liquid, and it is used as a mechanism to change the optical characteristics by controlling the shape of the droplet. The shape is controlled by electrically changing the contact area or electrically changing the surface shape of the droplet (
また、このエレクトロウエッテング現象を利用して、液滴を所定の方向に搬送（移動）させたり分割させることも提案されている（非特許文献１、非特許文献２）。
In addition, it has been proposed to transport (move) or divide droplets in a predetermined direction using this electrowetting phenomenon (Non-patent
さらに、誘電泳動として、液滴のような微小粒子が電場の高い方へ移動する現象も知られており、進行波回転電界を作ることにより、電界の進行方向へ液滴を搬送（移動）させることも提案されている（非特許文献３、非特許文献４）。
本発明は従来技術のこのような現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体そのもの、あるいは、液体に溶解又は内包又は吸着又は付着しているものを搬送（移動）させたり、各種の処理（制御）を行う液体搬送処理手段を提供することである。 The present invention has been made in view of such a current state of the prior art, and its purpose is to convey (move) the liquid itself, or a solution dissolved, encapsulated, adsorbed or adhering to the liquid, It is to provide a liquid transport processing means for performing the above processing (control).
上記目的を達成する本発明の液体搬送処理手段は、液滴に対して絶縁層を介して複数の並列配置された第１電極と、前記液滴と接触するか、絶縁層を介して配置された第２電極と、前記第２電極に対して前記複数の並列配置された第１電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記第２電極は、前記第１電極が配置される基板上であって、前記第１電極の複数の並列配置された電極間、又は、前記第１電極の少なくとも１つの電極に設けた隙間に配置され、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第１電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とするものである。 The liquid conveyance processing means of the present invention that achieves the above object is provided with a plurality of first electrodes arranged in parallel with respect to the droplets via an insulating layer, and in contact with the droplets or arranged via an insulating layer. The second electrode, and a control means for individually controlling the applied voltage applied to the plurality of first electrodes arranged in parallel with respect to the second electrode for each electrode, On the substrate on which the first electrode is disposed, disposed between a plurality of the electrodes arranged in parallel of the first electrode, or in a gap provided in at least one electrode of the first electrode, the control means The applied voltage applied to the plurality of parallel-arranged first electrodes can be individually controlled for each electrode so as to move the droplets along the insulating layer. It is.
本発明の液体搬送処理手段によると、開放型で平面状あるいは円筒状のエレクトロウエッテング現象を利用した液体搬送処理手段を容易に提供することができ、また、線状あるいは面状液路において各種の液体処理が可能になる。 According to the liquid transport processing means of the present invention, it is possible to easily provide a liquid transport processing means using an open type planar or cylindrical electrowetting phenomenon. Liquid processing becomes possible.
以下に、図面を参照にして本発明の液体搬送処理手段の実施例を説明する。 Embodiments of the liquid transport processing means of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、液体搬送手段の基本形を説明する。 First, the basic form of the liquid transport means will be described.
図１は、エレクトロウエッテング現象を利用する第１形態の液体搬送手段の原理を説明するための図である。この液体搬送手段では、図１（ａ）に示すように、基板７と基板８とを平行に対向配置している。その際、基板７と基板８の間には、所定の間隔で隙間９が形成されている。一方の基板７の内面、すなわち基板８側の面には、第２の電極が設けられている。この第２の電極は、共通電極（共通電極膜）２である。この共通電極２には、例えば金のような、化学反応に対して安定で撥水性の材料が用いられる。他方の基板８の内面、すなわち基板７側の面には、第１の電極が設けられている。この第１の電極は、多数の分割電極３1 〜３6 の集合からなる分割電極群３である。分割電極３1 〜３6 は、相互に並列配置されている。また、分割電極群３の表面は、アモルファスフッ素樹脂（例：商品名サイトップ（旭ガラス（株）））膜、ＳｉＯ2 膜のような絶縁膜４で覆われている。よって、所定の間隔とは、正確には、共通電極２から絶縁膜４までの距離ということになる。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a liquid transport unit of a first embodiment that uses an electrowetting phenomenon. In this liquid transport means, as shown in FIG. 1 (a), the
前述のように、基板７と基板８の間には、所定の間隔を持つ隙間９が形成されている。この隙間９の間隔は、例えば１μｌ（マイクロリットル）程度の液滴１が共通電極膜２と絶縁膜４とに接して孤立する程度になっている。ここで、液滴１としては、電解質溶液でも絶縁性の液体でもよい。図１では、液滴１と絶縁膜４が比較的濡れ性良く入っているように描かれている。しかしながら、絶縁膜４の表面エネルギーが低い場合には、液滴１はより球形に近い形で間隔９内に孤立して入る。
As described above, a
共通電極２と分割電極群３の分割電極３1 〜３6 との間には、電源５が設けられている。電源５は直流電源でも交流電源でもよい。そして、分割電極群３側には、スイッチ群６が接続されている。スイッチ群６のそれぞれスイッチ６1 〜６6 は、分割電極群３の分割電極３1 〜３6 と一対一に対応するように接続されている。よって、スイッチ群６の中、例えばスイッチ６3 が接続されると、対応する分割電極３3 に直流電源５の電圧が印加されるようになっている。また、スイッチ群６のそれぞれのスイッチ６1 〜６6 は、制御装置１０に接続されている。よって、制御装置１０により、個々のスイッチの開閉動作が制御できるようになっている。
A
このような配置で、制御装置１０により、スイッチ群６の全てのスイッチ６1 〜６6 を開放した状態にする。この状態が、図１（ａ）である。この状態では、隙間９、すなわち共通電極２と絶縁膜４の間に位置する液滴１には、何ら力が加わらない。よって、液滴１は、そのままの位置を保つ。次に、このような状態から、図１（ｂ）に示すように、スイッチ６3 、６4 、６5 を制御装置１０により同時に閉じる。
With such an arrangement, the
ここで、スイッチ６3 は分割電極３3 に接続され、スイッチ６4 は分割電極３4 に接続され、スイッチ６5 は分割電極３5 に接続されている。また、分割電極３3 、３4 は液滴１の最初の位置（点線）の右側部分に対応して位置し、分割電極３5 は分割電極３3 、３4 より右側に位置している。よって、スイッチ６3 、６4 、６5 が閉じると、電源５の一方の電極からは、例えばプラスの電圧が共通電極膜２にかかる。そして、そのプラス電圧は、液滴１が電解質の場合は、液滴１を通して絶縁膜４に接する面にプラスイオンを集める。液滴１が絶縁性の場合は、分極を発生させ絶縁膜４に接する面にプラス電荷を集める。一方、直流電源５の他方の電極からは、この場合にマイナスの電荷が、スイッチ６3 、６4 、６5 を通して分割電極３3 、３4 、３5 に流れ込み、絶縁膜４に接する側に集まる。このとき、液滴１の絶縁膜４に集まったプラスの電荷の中心と、分割電極３3 、３4 、３5 の絶縁膜４に接する側に集まったマイナスの電荷の中心とは、プラス側が相対的に図の左に位置し、マイナス側が相対的に図の右に位置する。よって、両者の間にずれが生じ、液滴１には電気的引力が作用し、液滴１は点線の位置から実線の位置へ矢印方向へ移動することになる。
Here, the
次に、分割電極３3 のスイッチ６3 を切り、その代わりに、液滴１位置（破線）の右側の分割電極３6 のスイッチ６6 閉じる。この状態が図１（ｃ）である。分割電極３3 は、図１（ｂ）の状態での液滴１の位置（破線）の左側部分に位置にある電極である。一方、分割電極３6 は、液滴１の位置（破線）の右側部分に位置にある電極である。よって、図１（ｂ）で液滴１が移動したのと同様の理由で、液滴１は破線の位置から実線の位置へ矢印方向にさらに移動することになる。
Next, turn off the
このように、本発明の液体搬送手段（液体移動装置）は、共通電極２と、複数の分割電極３1 〜３6 と、この複数の分割電極３1 〜３6 の表面（共通電極２側）に設けられた絶縁膜４と、分割電極３1 〜３6 に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御装置１０を備えている。そして、共通電極２と絶縁膜４の隙間は、液滴１が両側で接触するような間隔となっている。そして、制御装置１０により液滴１を絶縁膜４に沿って移動させるように、複数の並列配置された分割電極３1 〜３6 に印加する印加電圧を順次個別にＯＮ・ＯＦＦするように制御することで、液滴１の液体を所定方向に移動させることができる。
Thus, the liquid transport means (liquid moving device) of the present invention includes the
以上の説明では、電源５として直流電源を用いたように説明しているが、交流電源を用いた場合でも同様の説明になり、液滴１はスイッチ群６のスイッチ６1 〜６6 が順に閉じられる方向に移動する。
In the above description, a DC power source is used as the
ところで、図１の第１形態の液体搬送手段において、液滴１が移動するのは、電圧を左右で非対称に印加すると、エレクトロウエッテング現象により液滴１の左右の裾での絶縁膜４に対する接触角がアンバランスになるためであるので、電圧を印加しない状態では絶縁膜４の表面は可能な限り撥水性が高いことが望ましい。そこで、図２に要部を示すように、絶縁膜４の表面にアモルファスフッ素樹脂（例：商品名サイトップ（旭ガラス（株）））等からなる撥水層１１を設けておくと、液滴１の移動がよりスムーズになる。
By the way, in the liquid transport means of the first form in FIG. 1, the
図３（ａ）は、エレクトロウエッテング現象を利用する第２形態の液体搬送手段の構成を示す図であり、図１（ａ）に対応する。この場合には、図１の場合と比較して、共通電極（共通電極膜）２の表面もアモルファスフッ素樹脂膜、ＳｉＯ2 膜のような絶縁膜４’で覆っている点で異なるのみで、液滴１が搬送される原理も、図１の場合に液滴１が絶縁性の液体である場合と同じに説明でき、図１の場合と同様に、制御装置１０によってスイッチ群６のスイッチ６1 〜６6 を個別に制御して、順次ＯＮ・ＯＦＦするように制御することで、分割電極３1 〜３6 に印加する印加電圧を電極毎に個別に順次ＯＮ・ＯＦＦすることで、液滴１の液体を所定方向に移動させることができる。
FIG. 3A is a diagram showing the configuration of the liquid transport means of the second form utilizing the electrowetting phenomenon, and corresponds to FIG. In this case, as compared with the case of FIG. 1, only the surface of the common electrode (common electrode film) 2 is covered with an insulating
この第２形態の液体搬送手段においても、電圧を印加しない状態では絶縁膜４と４’の表面は可能な限り撥水性が高いことが望ましい。そこで、図３（ｂ）に要部を示すように、絶縁膜４、４’の表面にそれぞれアモルファスフッ素樹脂等からなる撥水層１１、１１’を設けておくことが、液滴１の移動をよりスムーズにする上で好ましい。
Also in the liquid transport means of the second embodiment, it is desirable that the surfaces of the insulating
図４は、第２形態の変形例の液体搬送手段の構成を示す図であり、図３（ａ）に対応する。この場合は、基板７に、共通電極（共通電極膜）２の代わりに、分割電極群３と同様に多数の分割電極３’1 〜３’6 の集合からなる分割電極群３’を配置し、その表面を絶縁膜４’で覆い、そして、必要に応じて両側の絶縁膜４、４’の表面に撥水層１１、１１’を設ける。そして、この分割電極群３’にも、分割電極群３と同様にスイッチ群６’が接続されており、スイッチ群６’のそれぞれスイッチ６’1 〜６’6 は、分割電極群３’の分割電極３’1 〜３’6 と一対一に対応するように接続されている。そして、スイッチ群６’のそれぞれのスイッチ６’1 〜６’6 は、別の制御装置１０’に接続されており、制御装置１０’により、スイッチ群６’の個々のスイッチ６’1 〜６’6 の開閉動作が制御できるようになっている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a liquid transport unit according to a modification of the second embodiment, and corresponds to FIG. In this case, instead of the common electrode (common electrode film) 2, a divided
この場合に、制御装置１０と制御装置１０’とが連携して上下対応する位置のスイッチ６’1 〜６’6 を個別に制御して順次ＯＮ・ＯＦＦして、分割電極３1 〜３6 、３’1 〜３’6 間に印加する印加電圧を対応する位置の電極毎に個別に順次ＯＮ・ＯＦＦすることで、液滴１の液体を所定方向に移動させることができる。
In this case, the
この場合には、液滴１の上下両方でエレクトロウエッテング現象により絶縁膜４に対する液滴１の裾の接触角がアンバランスになるため、液滴１はより移動しやすくなる。
In this case, since the contact angle of the bottom of the
なお、図４の場合は、図の面内で左右に移動することを想定しているが、例えば分割電極３1 〜３6 、３’1 〜３’6 を長尺で平行な電極とし、下側の分割電極３1 〜３6 の長手方向と上側の分割電極３’1 〜３’6 の長手方向とを直角に設定して、液晶表示装置で用いる単純マトリックス駆動の電極構造を採用することにより、ＸＹ２次元方向に液滴１を移動できるようになる（後記の実施例参照）。
In the case of FIG. 4, it is assumed to move left and right within the plane of the drawing. For example, the divided
図５は、誘電泳動現象を利用して進行波回転電界により液滴を搬送する第３形態の液体搬送手段の原理を説明するための図である。この液体搬送手段では、図５に示すように、基板８の面に多数の分割電極３1 〜３6 の集合からなる分割電極群３を設け、その分割電極群３の表面を絶縁膜４で覆い、必要に応じてその絶縁膜４の表面に撥水層１１を設ける。その撥水層１１上に液滴１を滴下する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of a third form of liquid transport means for transporting droplets by a traveling wave rotating electric field using the dielectrophoresis phenomenon. In this liquid transfer means, as shown in FIG. 5, a divided
一方、電源として３相交流電源１５を用意し、その３相交流電源１５からの３本の電線１７1 〜１７3 はスイッチ機能を兼ねる位相制御回路（スイッチ・位相制御回路）１６を経て、分割電極群３の分割電極３1 〜３6 に接続されているが、３個毎の分割電極３1 と３4 、３2 と３5 、３3 と３6 はそれぞれ同じ電線１７1 〜１７3 に接続されており、図の場合、例えば、電線１７1 に印加される交流電圧の位相は、スイッチ・位相制御回路１６により位相が１２０°進んだ状態あるいは遅れた状態に制御され、電線１７2 に印加される交流電圧の位相は進みも遅れもなく保たれ、電線１７1 に印加される交流電圧の位相は１２０°遅れた状態あるいは進んだ状態に制御される。
On the other hand, a three-phase
このような状態で、スイッチ・位相制御回路１６により位相を制御して、電線１７2 （分割電極３2 、３5 ）に印加する交流電圧に対して、電線１７1 （分割電極３1 、３4 ）に位相が１２０°進んだ交流電圧を、電線１７3 （分割電極３3 、３6 ）に位相が１２０°遅れた交流電圧をそれぞれ印加すると、撥水層１１の表面側には、実線矢印で示す進行波回転電界が生じ、誘電泳動現象により液滴１には実線矢印方向の力が加わって図の右方向に移動する。それとは逆に、電線１７2 （分割電極３2 、３5 ）に印加する交流電圧に対して、電線１７1 （分割電極３1 、３4 ）に位相が１２０°遅れた交流電圧を、電線１７3 （分割電極３3 、３6 ）に位相が１２０°進んだ交流電圧をそれぞれ印加すると、撥水層１１の表面側には、点線矢印で示す進行波回転電界が生じ、誘電泳動現象により液滴１には点線矢印方向の力が加わって図の左方向に移動する。
In such a state, the phase is controlled by the switch /
次に、以上のような第１〜第３形態の液体搬送手段の何れかを採用した場合の流路の形状の例について説明する。図６は、流路の断面形状をＶ溝形状にした例の透視斜視図（ａ）と部分断面図（ｂ）である。この構成では、基板８に液滴１をガイドするＶ溝２０が設けられ、そのＶ溝２０の底面に分割電極群３とそれを覆う絶縁膜４とが設けられている。そして、第１〜第２形態の場合は、Ｖ溝２０が形成された基板８上に基板７を重ね合わせて一体化されるが、基板８と基板７の間のＶ溝２０の上には、共通電極２あるいは分割電極群３’（第２形態の変形例）が配置される。第２形態の場合には、共通電極２又は分割電極群３’の液滴１に接する表面は絶縁膜４’で覆われる。なお、第３形態の場合は、基板７と共通電極２あるいは分割電極群３’は省かれる。
Next, a description will be given of an example of the shape of the flow path when any one of the above-described first to third liquid transport units is employed. FIG. 6 is a perspective view (a) and a partial cross-sectional view (b) of an example in which the cross-sectional shape of the flow path is a V-groove shape. In this configuration, a
図７は、流路の断面形状を矩形溝形状にした例の透視斜視図（ａ）と部分断面図（ｂ）である。この例は、図６のＶ溝２０の代わりに矩形溝２１を設けた点のみで異なり、その他は同じであるので、これ以上の説明は省く。
7A and 7B are a perspective view (a) and a partial cross-sectional view (b) of an example in which the cross-sectional shape of the flow path is a rectangular groove shape. This example is different only in that a
図８は、第１形態の流路の例であり、流路の断面形状を矩形溝形状にし、かつ、共通電極を線状のものにした例の透視斜視図（ａ）と部分断面図（ｂ）である。この例においては、基板８に液滴１をガイドする矩形溝２１が設けられ、その矩形溝２１の底面に分割電極群３とそれを覆う絶縁膜４とが設けられている。図では、この分割電極群３に接続される配線を符号２２で示してある。矩形溝２１の上あるいは中にその溝２１に沿って共通電極を構成する線状電極２’が配置されており、矩形溝２１の上は開放されてなるものである。なお、線状電極２’を省いて第３形態の流路とすることもできる。
FIG. 8 is an example of the flow path of the first embodiment, and is a perspective view (a) and a partial cross-sectional view of an example in which the cross-sectional shape of the flow path is a rectangular groove shape and the common electrode is linear. b). In this example, a
図９も、第１形態の流路の例であり、流路を平面状にし、かつ、共通電極を線状のものにした例の透視斜視図（ａ）と部分断面図（ｂ）である。この例においては、基板８には最早液滴１をガイドする溝等を設けずに平面とし、ガイド部分に分割電極群３とそれを覆う絶縁膜４とを設ける。分割電極群３の各電極には接続配線２２が接続されている。その分割電極群３の上にそれに沿って共通電極を構成する線状電極２’配置されており、流路は上に開放されているものである。なお、この場合も線状電極２’を省いて第３形態の流路とすることもできる。
FIG. 9 is also an example of the flow path of the first embodiment, and is a perspective view (a) and a partial cross-sectional view (b) of an example in which the flow path is planar and the common electrode is linear. . In this example, the
次に、以上のような流路に沿って設ける分割電極群３と共通電極の線状電極２’の具体的な形の例をいくつか説明する。
Next, some examples of specific shapes of the divided
図１０は、図９の流路に設ける分割電極群３と線状電極２’の配置を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。分割電極群３は、流路の方向へ間隔をおいて基板８上配置された多数の矩形状の分割電極３1 〜３8 からなり、絶縁膜４がその分割電極群３を覆っている。分割電極群３の上にそれに沿って共通電極を構成する線状電極２’が配置されている。
FIG. 10 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing the arrangement of the divided
図１１は、図１０の配置において、分割電極群３を流路に沿って左右に２分し、２分された分割電極３1 〜３8 それぞれを基板８内に埋め込んだ接続線２３で接続し、一方、線状電極２’をこの２分された分割電極３1 〜３8 間であって絶縁膜４の下に配置して構成したものであり、第２形態の液体搬送手段を平面型に構成している。ただし、２分された分割電極３1 〜３8 間に配置した線状電極２’上を絶縁膜４で覆わないようにしてもよく、この場合は、平面型の第１形態の液体搬送手段となる。この図１１の形態は平面型であるので、その平面を円筒に丸めて円筒状の液体搬送手段を構成できる。
FIG. 11 shows that the divided
図１２は、図１０の配置において、分割電極群３の分割電極３1 〜３8 それぞれを中心で折って流路を形成するＶ溝２０の底に沿うように配置した例であり、図８の矩形溝２１の代わりにＶ溝２０としたものに相当する。この構成の場合、分割電極群３の液滴１に隣接する面積が大きくなるので、搬送にかかる引力がより強くなる。
FIG. 12 is an example in which the divided
図１３は、分割電極群３の形状の変形例を示す平面図である。図１３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１０、図１１に対応する流路の分割電極群３と共通電極の線状電極２’の配置を示す平面図であり、何れも液滴１を矢印方向に移動させるのに適した分割電極３1 〜３8 の形状を示す。これらの分割電極群３は、矢印方向、すなわち図の左から右へ、液滴１を移動させるのに適している。図１３（ａ）、（ｂ）の分割電極３1 〜３8 は、何れも平面図で“〉”の形状をしている。そのため、球形の液滴１が左から右へ移動するときには、“〉”形の分割電極３1 〜３8 の何れかと最初に接するのは、点Ｐ1 とＰ2 の２点となり、逆に、図の右から左へ移動するときには、“〉”形の分割電極３1 〜３8 の何れかと最初に接するのは、その中心先端の１点となり、１点で右から左へ引っ張るするよりは、２点で矢印方向の左から右へ引っ張る力が強くなる。このような構成により、液滴１の矢印方向への搬送をよりスムーズに行うことができる。
FIG. 13 is a plan view showing a modification of the shape of the divided
次に、図１４に、図１１の平面型の形態を円筒に丸めて円筒状の液体搬送手段とした例の透視斜視図を示す。この例の場合は、中空の円筒体（パイプ）２４の内面に、分割電極群３を構成する分割電極３1 〜３7 が設けられている。各分割電極３1 〜３7 は、円筒体２４の軸方向に分割されている。そして、内周方向に弧状に延びる形状となっている。弧状の分割電極３1 〜３7 の端部間には、配線のための領域２５が設けられている。この領域２５には、共通電極の線状電極２’と、各分割電極３1 〜３7 への接続配線２２が設けられている。そして、円筒体２４の内面上（領域２５）を通る配線２２を介して、各分割電極３1 〜３7 が、スイッチ群６のそれぞれスイッチ６1 〜６7 に接続されている。そして、図示を省いてあるが、円筒体２４の内面全面であって、これら分割電極３1 〜３7 とそれらを結ぶ配線２２と線状電極２’とが絶縁膜４で覆われている。共通電極の線状電極２’は電源５の一方の極に接続されている。同様に、分割電極群３は、接続配線２２及びスイッチ群６を介して、電源５の他方の極に接続されている。そして、スイッチ群６のそれぞれのスイッチ６1 〜６7 は、制御装置１０により、個々に開閉動作が制御されるようになっている。
Next, FIG. 14 shows a perspective view of an example in which the planar form of FIG. 11 is rolled into a cylinder to form a cylindrical liquid transporting means. In the case of this example, split
図１４の構成においては、制御装置１０によりスイッチ６1 〜６7 の開閉を順に制御することにより、分割電極群３に印加する印加電圧を制御（ＯＮ・ＯＦＦ）することができる。例えば、上の分割電極から下の分割電極へ、順に電圧の印加状態を変化させる。このようにすると、円筒体２４の孔内に入れられた液滴１を、下方へ移動させるようにすることができる。
In the configuration of FIG. 14, the application voltage applied to the divided
なお、図１４の配置においても、図１１の場合と同様に、領域２５中の線状電極２’のみを絶縁膜４で覆わないようにしてもよい。
In the arrangement of FIG. 14 as well, the
次に、図１の場合と同様に、上下の基板７と基板８の間に流路を形成する場合に、基板７、８の面に沿って２次元の任意の方向に液滴１を自由に移動させるための分割電極群３、３’の例を説明する。
Next, as in the case of FIG. 1, when a flow path is formed between the upper and
図１５は、図４の第２形態の変形例を２次元搬送形にした場合の分解斜視図であり、分割電極群３、３’の表面に配置する絶縁膜４、４’を省いて図示してある。基板８側に配置する分割電極群３の各分割電極３1 〜３6 を基板８の表面のＸ方向に伸びる長尺で相互に平行な電極とし、基板７側に配置する分割電極群３’の分割電極３’1 〜３’6 を基板７の表面のＹ方向に伸びる長尺で相互に平行な電極として構成配置し、液晶表示装置で用いる単純マトリックス駆動の電極構造とする。このような分割電極群３、３’の構成により、分割電極群３中の選択して電圧印加した分割電極と、分割電極群３’中の選択して電圧印加した分割電極との交差点位置に電場が加わり、その選択した交差点の順に沿って基板７と基板８の間の流路中を液滴１が移動する。
FIG. 15 is an exploded perspective view of the modification of the second embodiment of FIG. 4 in the case of a two-dimensional transport type, in which the insulating
図１６は、図１の第１形態、図３の第２形態を２次元搬送形にした場合の分解斜視図であり、少なくとも分割電極群３の表面に配置する絶縁膜４を省いて図示してある。この場合は、基板７の内面全面には共通電極２が配置され、基板８側に配置する分割電極群３はＸ方向、Ｙ方向に２次元分割されて碁盤の目状に配置された分割電極３11、３12、・・・・３16、３21、・・・・３61、・・・・３66の集合からなる。このような分割電極群３と共通電極２の構成により、分割電極群３中の選択して電圧印加した分割電極の順に沿って基板７と基板８の間の流路中を液滴１が移動する。
FIG. 16 is an exploded perspective view in the case where the first embodiment of FIG. 1 and the second embodiment of FIG. 3 are made into a two-dimensional transport type, and at least the insulating
図１７に、図１６の構成において、基板８上に２次元分割されて碁盤の目状に配置された分割電極群３の個々の分割電極３11〜３66へ配線を接続する構成を示す透視斜視図（ａ）とその（ａ）図の直線Ａ−Ａ’に沿った断面図（ｂ）とを示す。基板８上には、分割電極３11〜３66各々に接続される配線２２がパターニングされ、その上に絶縁膜２６を配置し、その絶縁膜２６を通して分割電極３11〜３66個々に別々の対応する配線２２が接続されており、配線２２はまとめて基板８の端部から外へ引き出される。絶縁膜２６の上には分割電極３11〜３66が碁盤の目状に相互に分離されるようにパターニングされ、その分割電極群３の表面に絶縁膜４が設けられる。
FIG. 17 is a perspective view showing a configuration in which wirings are connected to the individual divided
図１８は、図１の第１形態を２次元搬送形であって共通電極の線状電極２’を分割電極群３と同じ基板８の表面上に配置して、流路を平面状で上に開放された構成とした場合の分解斜視図（ａ）とその（ａ）図の直線Ａ−Ａ’に沿った断面図（ｂ）である。この液体搬送手段においては、図１７の場合と同様、基板８上には、まず、分割電極３11〜３66各々に接続される配線２２が１層としてパターニングされ、その上に絶縁膜２６を配置し、その絶縁膜２６を通して分割電極３11〜３66個々に別々の対応する配線２２が接続されており、配線２２はまとめて基板８の端部から外へ引き出される。絶縁膜２６の上には、Ｘ方向、Ｙ方向に２次元分割されて碁盤の目状に配置された分割電極３11、３12、・・・・３16、３21、・・・・３61、・・・・３66の集合からなる分割電極群３がパターニングされて設けられ、その分割電極群３の表面は絶縁膜４で覆われている。そして、絶縁膜４の上のＹ方向に伸びる分割電極３11と３21、３12と３22、・・・、３16と３26の間の分割電極間のブランク部上に共通電極の線状電極２’が固定配置されて構成されている。このように、配線２２と分割電極群３と共通電極の線状電極２’とが３層構成となっている。この例は、液滴１の下面のみで共通電極２’と分割電極３11、３12、・・・・３16、３21、・・・・３61、・・・・３66との対向配置が行われており、液滴１の上面は何らの部材にも接触していないで開放型になっている例の１つである。
FIG. 18 is a two-dimensional transport type of the first form of FIG. 1, and the common electrode
図１９は、図１８と同様の流路が平面状で上に開放された第１形態の２次元搬送形の例の平面図であるが、この例では、分割電極群３の分割電極３11〜３1m、３21〜３2m、・・・・、３n1〜３nm個々が矩形でなく三角形で構成され、図示のように、２次元分割されて２次元平面を埋めるように配置されるている。その分割電極群３上の全面を、図示しない絶縁膜４で覆っている。さらに、その上に、共通に接続された平行な線状あるいは櫛歯状の共通電極２’が絶縁膜４に露出して設けられている。このような基板上に、液滴１を置いて、分割電極３11〜３1m、３21〜３2m、・・・・、３n1〜３nmに印加する電圧を順に連続的に変更（ＯＮ・ＯＦＦ）することにより、液滴１を２次元の任意の方向へ移動させることができる。
FIG. 19 is a plan view of an example of the two-dimensional transport type of the first form in which the flow path similar to that in FIG. 18 is planar and opened upward. In this example, the divided
なお、図１８、図１９の場合も、図１１の場合と同様に、露出して設けられている共通電極２’の上を絶縁膜で覆うようにして第２形態の液体搬送手段として構成することもできる。
18 and 19, as in the case of FIG. 11, the exposed
さて、以上のような流路が線状あるいは面状の液体搬送手段を用いて液体に各種の処理（制御）を行う実施例について説明する。なお、特にことわらない限り、図１〜図１９の何れの形態の液体搬送手段も適用可能であることが分かる。 Now, an embodiment will be described in which various treatments (controls) are performed on a liquid using a liquid conveying means having a linear or planar flow path as described above. It is understood that any form of the liquid conveying means shown in FIGS. 1 to 19 can be applied unless otherwise specified.
最初に、液体処理（制御）として混合と攪拌の例について説明する。 First, an example of mixing and stirring as liquid processing (control) will be described.
図２０の例は、線状流路を途中で合流させて２液を混合させる場合の模式図であり、この場合は２本の流路３１ａ、３１ｂを途中の並行領域（合流領域）３２を経て１本の流路３１ｃに合流させており、それぞれの流路３１ａ、３１ｂの分割電極３a1〜３a7、分割電極３b1〜３b7へ印加する印加電圧を電極毎に順に制御して、それら流路３１ａ、３１ｂに沿って矢印方向へ搬送される液滴１ａ、１ｂを並行領域３２で並走させて接触させ、合流した流路３１ｃでは分割電極３c1〜３c4へ印加する印加電圧を電極毎に順に制御して、液滴１ａと液滴１ｂが合わさって混合された液滴１ｃがその流路３１ｃに沿って矢印方向へ搬送される。
The example of FIG. 20 is a schematic diagram in the case where the linear flow paths are merged in the middle to mix the two liquids. In this case, the two
図２１は、このような混合のための液体搬送処理手段を、図６の流路がＶ溝で形成された密閉型の液体搬送手段で構成した場合の１例を示す模式的な透視斜視図である。詳細は図示しなくても、その構成作用は以上の説明から明らかであろう。 FIG. 21 is a schematic perspective view showing an example of the case where the liquid transport processing means for such mixing is constituted by a sealed liquid transport means in which the flow path of FIG. 6 is formed with a V-groove. It is. Even if the details are not shown, the configuration and operation will be apparent from the above description.
図２２は、図２０の変形例を示す模式図であり、この場合は一方の液体を搬送する流路を２本の流路３１ａ1 、３１ａ2 にし、その２本の流路３１ａ1 、３１ａ2 が他方の液体搬送する流路３１ｂを両側から挟んで１本の流路３１ｃに合流するようにしている。すなわち、３本の流路３１ａ1 、３１ｂ、３１ａ2 を途中の並行領域３２を経て１本の流路３１ｃに合流させており、両側の流路３１ａ1 、３１ａ2 に沿って矢印方向へ同じ液体からなる液滴１ａ1 、１ａ2 を搬送させ、真中の流路３１ｂに沿って矢印方向へ別の液体からなる液滴１ｂを搬送させ、並行領域３２で液滴１ｂに両側から液滴１ａ1 と液滴１ａ2 が接触するようにして接触面積を広げ、合流した流路３１ｃに沿って矢印方向へ両液体がサンドウィッチ状になって混合がより進む液滴１ｃを搬送させている。この例では、両液体の接触面積を広げて２液混合をより促進させるようにしている。
FIG. 22 is a schematic diagram showing a modification of FIG. 20. In this case, the flow path for transporting one liquid is made two
図２３は、図２２の方式の液体混合を図１６、図１８等の密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路で行わせるようにした例を示す模式的斜視図であり、平面状の流路３３の１点に１つの液体の液滴１ｂを滴下し、その両側に離して別々に同じ液体からなる２つの液滴１ａ1 、１ａ2 を滴下し、これら３の液滴１ａ1 、１ｂ、１ａ2 を平面状の流路３３の別の１点に向かって集まるように移動させて接触させて混合し、混合した液滴１ｃを別の方向へ搬送させる。
FIG. 23 is a schematic perspective view showing an example in which the liquid mixing of the method of FIG. 22 is performed in a sealed or open two-dimensional planar flow channel as shown in FIGS. One
図２４は、図１４のような構成の円筒状の流路３４を利用して２つの液滴１ａ、１ｂを１つの液滴１ｃに混合させる構成と作用を示す模式図である。円筒状の流路３４は両端以外からは空気の出入りができないので、流路３４を形成するパイプ２４の中間に空気の出入りを許す通気孔２７を設けておく。そして、図２４（ａ）に示すように、分割電極３1 〜３7 へ印加する印加電圧を電極毎に順に制御して、流路３４の両端側から相互に対向するように向かう矢印方向に液滴１ａと液滴１ｂを搬送させ、図２４（ｂ）に示すように、通気孔２７の位置で液滴１ａと液滴１ｂを接触（衝突）させる。このとき、液滴１ａと液滴１ｂの間の余分な空気は通気孔２７から自動的に排出される。液滴１ａと液滴１ｂとはその接触後、図２４（ｃ）に示すように、一体の液滴１ｃになり、その後、図２４（ｄ）に示すように、所定方向に搬送される。
FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration and an operation in which two
図２５は、図２２の場合のように、１つの液体の１つの液滴１ｂに両側から別の液体の２つの液滴１ａ1 と液滴１ａ2 を接触させて混合させる場合の流路全体を模式的に示す図であり、基板８上には、１つの液体の液滴１ｂを外部から滴下して溜める液溜め（液体供給部）３５ｂと、別の液体の液滴１ａを外部から滴下して溜める液溜め（液体供給部）３５ａとが配置されており、液溜め３５ｂからは１本の流路３１ｂが合流領域３２まで延びており、液溜め３５ａからは２本の略同じ長さの流路３１ａ1 、３１ａ2 が液溜め３５ｂと流路３１ｂを両側から挟むように合流領域３２まで延びており、合流領域３２からは混合された液滴１ｃを搬送排出する１本の流路３１ｃが流路３１ａ1 、３１ａ2 、３１ｂから離れるように出ている。
FIG. 25 shows the entire flow path in the case where two
ここで、両側から接触される液滴１ｂの液体を溜める液溜め３５ｂとその流路３１ｂとを両側から挟んで囲むように、両側から接触する液滴１ａ1 、１ａ2 の液体を溜める液溜め３５ａとそのための流路３１ａ1 、３１ａ2 を配置する理由は、平面上で液滴を搬送するとき、立体交差ができないためである。また、液溜め３５ａから合流領域３２に至る２本の流路３１ａ1 、３１ａ2 を略同じ長さに構成すると、同じ速度で液溜め３５ａから液滴１ａ1 、１ａ2 を送り出すと、合流領域３２に同時に達するため、両側からの接触タイミングが合わせやすくなる。
Here, the
次に、攪拌の例について説明する。攪拌を必要とするのは、上記のように２種類以上の液体を混合した後が多いが、必ずしも液体の混合の後とは限らない。 Next, an example of stirring will be described. The stirring is often required after mixing two or more kinds of liquids as described above, but not necessarily after mixing the liquids.
図２６（ａ）は、流路３１ｄと流路３１ｅの間に攪拌部３６を設けた１例の分割電極パターンを示している。流路３１ｄ、３１ｅの分割電極群は、それぞれ流路の方向へ間隔をおいて配置された多数の矩形状の分割電極３d1〜３d7、３e1〜３e7からなるが、その間の攪拌部３６においては、その中に入った液滴１が図中の矢印方向に回転可能にするために、例えば図示のように、円周方向に４分割してそれぞれの分割領域内で平行で領域間で直交する方向に向いている分割電極３f1〜３f6、３f7〜３f12 、３f13 〜３f18 、３f19 〜３f24 を配置する。このような分割電極の配置により、分割電極３f1〜３f24 へ印加する印加電圧を電極毎に順に制御することにより、図２６（ａ）中の矢印方向へ液滴１を回転させてその液滴１に引き伸ばしや収縮の変形を与えて攪拌することができ、例えば２液混合を促進させることができる。また、図２６（ｂ）に矢印を示したように、回転方向を順次切り換えて往復回転を可能にする制御を行うことにより、より混合を促進させることができる。なお、この変形例として、攪拌部３６の中心から放射方向に伸びる扇状の多数の分割電極を配置するようにしても、液滴１を攪拌部３６内で回転処理することができる。
FIG. 26A shows an example of a divided electrode pattern in which a stirring
図２７は、流路３１ｄと流路３１ｅの間に攪拌部３６を設けた別の分割電極パターンを示している。流路３１ｄ、３１ｅの分割電極群は、それぞれ流路の方向へ間隔をおいて配置された多数の矩形状の分割電極３d1〜３d6、３e1〜３e6からなるが、その間の攪拌部３６においては、その中に入った液滴１が図中の交差する両矢符方向へ交互に引き伸ばされるように、例えば図示のように、円周方向に４分割してそれぞれの分割領域内で平行で領域間で直交する方向に向いている（図２６（ａ）の場合とは各領域で分割電極の向きが９０°異なる。）分割電極３f1〜３f4、３g1〜３g4、３h1〜３h6、３i1〜３i6を配置する。このような分割電極の配置により、最初は分割電極３f1〜３f4と分割電極３g1〜３g4に電圧を印加して、１個の液滴１を２分割して液滴１ｆと１ｇになるように引き伸ばし（必ずしも２分割する必要はなく、ラクビーボール状に引き伸ばすだけでもよい。）、次に、電圧を切るなりあるいは分割された液滴１ｆと１ｇを相互に押し付けるようにして元の１個の液滴１に戻し、次いで、分割電極３h1〜３h6と分割電極３i1〜３i6に電圧を印加して、それと直交する方向に２分割して液滴１ｈと１ｉになるように伸ばす（この場合も、必ずしも２分割する必要はなく、ラクビーボール状に引き伸ばすだけでもよい。）。このようにして、液滴１の引き伸ばしと収縮あるいは分割混合を繰り返すことにより、攪拌を行う。
FIG. 27 shows another divided electrode pattern in which a stirring
図２８は、滴滴１を１本の流路３１中を往復動させて滴滴１を流路３１中で転がすることにより攪拌を促進させる単純な例である。なお、この図では分割電極を指す符号は省く。
FIG. 28 is a simple example in which stirring is promoted by causing the
図２９は、流路３１ｄと流路３１ｅの間にそれらの流路の幅より広い幅広流路３１ｆを設け、かつ、幅広流路３１ｆから流路３１ｄへ移る部分、及び、幅広流路３１ｆから流路３１ｅへ移る部分に、幅の狭い流路３１ｄ、３１ｅから広い流路３１ｆに移動するときには邪魔をしないが、広い流路３１ｆから狭い流路３１ｄ、３１ｅへ移動するときには邪魔をして液滴１中に食い込んで乱流を起こす逆止突起３７を設けて、流路３１ｄと流路３１ｅの間を両矢符方向へ往復移動を繰り返させ、液滴１中に乱流を起こして攪拌を速める構成を示す模式図である。
In FIG. 29, a
図３０は、流路３１ｄと流路３１ｅの間にそれらの流路の幅より広い幅広流路３１ｆを設け、かつ、幅広流路３１ｆから流路３１ｄへ移る部分、及び、幅広流路３１ｆから流路３１ｅへ移る部分には、この例の場合、引っ掛かるような部分でなく滑らかに移り行く傾斜部３８を設けて、流路３１ｄと流路３１ｅの間を両矢符方向へ往復移動を繰り返させ、液滴１に伸縮を与えることにより攪拌させる構成を示す模式図である。
In FIG. 30, a
なお、図２９、図３０の例では、流路３１ｄ、３１ｅ、３１ｆは開放型であっても密閉型であってもよいが、液滴を流路を形成する溝中を搬送するのではなく、平面状の流路中を搬送する場合に、上記のような幅関係の流路３１ｄ、３１ｅ、３１ｆを電極パターンのみで構成するようにしても、電極パターン外が撥水性となっていれば、上記の説明のように作用することになる。
In the examples of FIGS. 29 and 30, the
次に、図３１は、基板８中に溝を設けて流路３１を形成した場合に、その途中の流路にジグザグを入れる突起群３９を配置して、その突起間を流れる液滴１に引き伸ばしと収縮の変形を与えて攪拌を促進する構成の模式的斜視図である。
Next, in FIG. 31, when a
図３２は、基板８中に溝を設けて流路３１を形成した場合に、その途中の流路に流路を一旦狭める門部４０を配置して、その門部４０を通って流れる液滴１に圧縮（収縮）と膨張（引き伸ばし）を与えて攪拌を促進する構成の模式的斜視図である。
FIG. 32 shows a case in which when a
図３３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ密閉された線状流路３１、開放された平面状の流路３３の液滴１進行方向に親水領域４１と撥水（疎水）領域４２とを交互に設け、その方向に液滴１を移動させるか往復動させることにより、液滴１に引き伸ばしと収縮の変形を与えて攪拌を促進する場合を示す模式図である。何れの場合も、親水領域４１と撥水領域４２の繰り返し数は１以上であればよい。なお、図３３（ａ）のような密閉型の線状流路３１（図６、図７、図１４〜図１６等）の場合は、液滴１の一方の側にみでなく、その反対側にも親水領域４１と撥水領域４２を交互に互い違いに設けることが望ましい。
33 (a) and 33 (b), a
図３４は、図２７の方式の液体攪拌を図１６、図１８等の密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路で行わせるようにした例を示す模式的平面図であり、平面状の流路３３の異なる２点に滴下した２つの液体の液滴１ａ、１ｂを平面状の流路３３の別の１点に向かって集まるように移動させて接触させて液滴１ｃに混合し、混合した液滴１ｃを別の方向へ搬送させ、その位置の分割電極３a1、３a2と分割電極３b1、３b2とに交互に電圧を印加して、液滴１ｃを上下左右方向への伸びと縮みを繰り返すことにより攪拌を行うものである。
FIG. 34 is a schematic plan view showing an example in which the liquid agitation of the method of FIG. 27 is performed in a sealed or open two-dimensional planar flow channel as shown in FIGS. The two
図３５は、図２８の方式の液体攪拌を上記のような密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路で行わせるようにした例を示す模式的平面図であり、平面状の流路３３の異なる２点に滴下した２つの液体の液滴１ａ、１ｂを平面状の流路３３の別の１点に向かって集まるように移動させて接触させて液滴１ｃに混合し、混合した液滴１ｃを別の方向へ搬送させ、その位置の分割電極３b1、３b2→分割電極３a1、３a2→分割電極３c1、３c2へ、その逆へとに順に電圧を印加して、液滴１ｃを図の上下方向へ往復動させて滴滴１ｃを流路３３上で転がすることにより攪拌を促進させる例である。
FIG. 35 is a schematic plan view showing an example in which the liquid stirring of the method of FIG. 28 is performed in a closed or open two-dimensional planar channel as described above. Two
図３６は、図２７の方式の液体攪拌を上記のような密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路で行わせるようにした例を示す模式的平面図であり、図の分割電極３a1、３a2と分割電極３b1、３b2とに交互に電圧を印加して、液滴１を液滴１を上下左右方向へ伸びと縮みあるいは分割と混合を繰り返すことにより攪拌を行う例である。
FIG. 36 is a schematic plan view showing an example in which the liquid stirring of the method of FIG. 27 is performed in the above-described sealed or open two-dimensional planar flow path, and the divided
図３７（ａ）は、図２６の方式の液体攪拌を上記のような密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路で行わせるようにした例を示す模式的平面図であり、図の分割電極３a1、３a2→分割電極３b1、３b2→分割電極３c1、３c2→分割電極３d1、３d2へとに順に電圧を印加して、液滴１を図中の矢印方向に回転させてその液滴１を攪拌する。また、図３７（ｂ）に矢印を示したように、回転方向を順次切り換えて往復回転させることにより混合攪拌を促進させることができる。
FIG. 37 (a) is a schematic plan view showing an example in which the liquid agitation of the method of FIG. 26 is performed in a closed or open two-dimensional planar channel as described above. Voltage is applied to the divided
以上、混合と攪拌の実施例について説明したが、特に粘性の高い液体同士を混合攪拌するとき、その混合を促進するには、カオス混合が可能な例えば図２７、図２９、図３１〜図３３、図３６のような非線形な引き延ばしと折り畳みを行う方式が望ましい。 As described above, the examples of mixing and stirring have been described. In particular, when mixing and stirring highly viscous liquids, chaotic mixing is possible, for example, in FIGS. 27, 29, and 31 to 33, in order to promote the mixing. A method of performing non-linear stretching and folding as shown in FIG. 36 is desirable.
次に、流路中に液体を搬送しなら液体の量を測ったり（定量）、一定量の液体を分けて取り出す（分取）のための構成例を説明する。この場合は、流路中で搬送される液体を液滴１の代わりに液体５０として示す。
Next, a configuration example for measuring the amount of liquid if it is transported into the channel (quantitative) or for taking out a predetermined amount of liquid separately (sorting) will be described. In this case, the liquid conveyed in the flow path is shown as a liquid 50 instead of the
図３８（ａ）は、１つの定量又は分取のための例を模式的に示す平面図であり、線状の流路３１の途中に定量カップあるいは定量升に相当する定量引き込み路５１ａ〜５１ｅが接続されている。各定量引き込み路５１ａ〜５１ｅは行き止まりの形状をしており、その突き当たり部にそれらの中への空気の出入りを許す通気孔５２が設けられており（密閉型の場合のみ）、定量引き込み路５１ａ〜５１ｅ中に溜められる液体の量は、例えばそれぞれ１単位、３単位、５単位、７単位、９単位となっているが、その容量の振り分けは任意に設定できる。流路３１及び定量引き込み路５１ａ〜５１ｅに設けられる分割電極は矩形で図示してあるが、分割電極を指す符号はこの図では省いてある。
FIG. 38 (a) is a plan view schematically showing one example for quantitative determination or sorting, and quantitative lead-in
このような構成において、図３８（ｂ）に示すように、流路３１の左端から液体５０を矢印方向へ送り（図中、ハッチを付した分割電極には電圧が印加され、液体５０の移動に寄与していることを示している。）、図３８（ｃ）に示すように、例えば１単位を測る定量引き込み路５１ａの入口まで搬送する。その状態で、図３８（ｄ）に示すように、定量引き込み路５１ａ中の分割電極に電圧を印加して液体５０の先端部を定量引き込み路５１ａ内に導入する。その後、図３８（ｅ）に示すように、定量引き込み路５１ａ外の分割電極に印加する電圧を制御して液体５０の定量引き込み路５１ａ内に導入された分５０ａを残して、液体５０を元の位置まで後退させる。つまり、所定の量の液体５０ａが分けられたことになる。次いで、図３８（ｆ）に示すように、定量引き込み路５１ａ中の分割電極と定量引き込み路５１ａの入口の分割電極に印加する電圧を制御して、分かられた一定量の液体５０ａが定量引き込み路５１ａから引き出され（図３８（ｇ））、その後、後退させられた液体５０の位置する端とは反対の流路３１の端方向へその分取された液体５０ａが搬送される。
In such a configuration, as shown in FIG. 38 (b), the liquid 50 is fed from the left end of the
他の定量引き込み路５１ｂ〜５１ｅについても同様にして、各定量引き込み路５１ｂ〜５１ｅの固有の容量の液体が分取され、定量される。
In the same manner for the other
図３９は、図３８のような分取方法を利用して、一定時間経過毎に液体５０から一定量の液体５０ａを取り出し、その時間経過による変化等を見る例を示す模式図であり、線状の主流路３１は図３９（ａ）の矢印のように循環流路を形成しており、その途中に行き止まりの定量引き込み路５１ａが接続されている。そして、図３９（ｂ）に示すように、この循環流路３１中と循環している過程で定量引き込み路５１ａ中に所定量の液体５０ａを残して、本体の液体５０は循環させ、本体の液体５０が定量引き込み路５１ａから離れている位置で、図３９（ｃ）に示すように、分けられた液体５０ａを循環流路３１から分岐してその流路外に取り出し、変化等を測定するのに用いる。
FIG. 39 is a schematic diagram showing an example in which a certain amount of
図４０は、１本の線状の流路３１のみを利用して、液体５０から所定量の液体５０ａを分取するための例の動作を模式的に示す平面図であり、その流路３１の途中に空気の出入りを許す通気孔５２が設けられている（密閉型の場合のみ）。そして、流路３１に設けられる分割電極は矩形で図示してあるが、分割電極を指す符号はこの図では省いてある。ただし、そのような矩形の分割電極において、電圧が印加されて液体５０、５０ａの移動に寄与している分割電極にはハッチを付して示してある。まず、図４０（ａ）に示すように流路３１の左端の通気孔５２から左に位置する分割電極に電圧を印加して液体５０を左端から導入し、図４０（ｂ）に示すように、通気孔５２から右側の所定位置までの分割電極に電圧を印加する。ここで、通気孔５２の位置から右側の電圧が印加される分割電極の数（長さ）で分取される液体５０ａの量が定まるので、分取しようとする液体５０ａの量に応じて通気孔５２の位置から右側の電圧が印加される分割電極の数（長さ）が決められる。その後、図４０（ｃ）に示すように、電圧が印加された分割電極の右端まで液体５０が移動（導入）され、その時点で、図４０（ｄ）に示すように、通気孔５２の位置に対応する１又は複数の分割電極に電圧を印加することを止めると、その電圧を印加することを止めた分割電極の位置で、流路３１の左端から導入した液体５０と分取しようとする液体５０ａとが別れ初め、通気孔５２から入った空気５３がそれを促進する。その後、図４０（ｅ）に示すように、流路３１の左端から導入した液体５０を後退させ、その状態で、図４０（ｆ）に示すように、分けられた所定量の液体５０ａを流路３１の右端方向へ移動させて取り出すことができる。
FIG. 40 is a plan view schematically showing the operation of an example for separating a predetermined amount of the liquid 50a from the liquid 50 using only one
図４１は、図１４のような構成の円筒状の流路３４を利用して、図４０と同様に、液体５０から所定量の液体５０ａを分取するための例の構成と作用を示す模式図であり、この場合は流路３４の途中に、空気の出入りを許す通気孔２７が設けられている。この場合も、図４０と同様に、分割電極は矩形で図示してあるが、分割電極を指す符号はこの図では省いてあり、電圧が印加されて液体５０、５０ａの移動に寄与している分割電極にはハッチを付して示してある。まず、図４１（ａ）に示すように流路３４の通気孔２７から上に位置する分割電極に電圧を印加して通気孔２７の位置まで液体５０を流路３４の上端から導入し、次に、図４１（ｂ）に示すように、通気孔２７から下側の所定位置までの分割電極に電圧を印加して、通気孔２７の位置から下側の電圧が印加される分割電極の数（長さ）で分取される液体の量を定めてその位置まで液体５０を移動（導入）させ、その時点で、通気孔２７の位置に対応する１又は複数の分割電極に電圧を印加することを止め、その分割電極の位置で通気孔２７から空気５３が入り、液体５０が上下に別れ初め、その後、図４１（ｃ）に示すように、流路３４の上端から導入した液体５０と分取しようとする液体５０ａとが別れ、その後、図４１（ｄ）に示すように、流路３４の上端から導入した上側の液体５０を後退させ、また、分けられた所定量の下側液体５０ａを流路３４の下端方向へ移動させて取り出すことができる。
FIG. 41 is a schematic diagram showing the configuration and operation of an example for separating a predetermined amount of the liquid 50a from the liquid 50 using the
図４２は、所定量の液体５０ａの分取を、図１６、図１８等の密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路３３で行わせるようにした例を示す模式的平面図である。この場合も、分割電極は矩形で図示してあるが、分割電極を指す符号はこの図では省いてあり、電圧が印加されて液体５０、５０ａの移動に寄与している分割電極にはハッチを付して示してある。まず、図４２（ａ）に示すように、平面状の流路３３の一辺から液体５０を導入するが、この場合に、電圧を印加した分割電極の集合の先端に所定数、この場合は１個の分割電極だけ出っ張るように選び、その位置に導入された液体５０の突起部５０’を生成させる。そして、出っ張り部に対応する位置から電圧を印加する分割電極を順に矢印方向へ移動させてその突起部５０’の液体を本体の液体５０から分けて、出っ張り部の分割電極の数に対応する量の液体５０ａを分取する。
FIG. 42 is a schematic plan view showing an example in which a predetermined amount of
図４２（ｂ）は、電圧を印加した分割電極の集合の先端に、図４２（ａ）の場合の２倍、具体的には２個の分割電極だけ出っ張るように選んで、その出っ張り部の分割電極の数に対応する量の液体５０ａを分取する図４２（ａ）と同様の図であるが、液体の表面張力等により、図４２（ｂ）の分割電極の電圧印加制御により分取される液体５０ａの量は、図４２（ａ）の場合の２倍より多くなる可能性が高い。そこで、図４２（ａ）の場合の確実に２倍の量の液体を分取するには、図４２（ｃ）に示すように、平面状の流路３３の一辺から液体５０を導入し、その場合に、電圧を印加した分割電極の集合の先端に離れて２個の分割電極だけ出っ張るように選び、それらの位置に導入された液体５０の２つの突起部５０1 ’、５０2 ’を生成させる。そして、出っ張り部に対応する位置から電圧を印加する分割電極を順に矢印方向へ移動させてそれらの突起部５０1 ’、５０2 ’の液体を本体の液体５０から分けて、出っ張り部の分割電極の数である２つの液体５０ａ1 、５０ａ1 を分割し、その後、図に矢印で示すように、２つの液体５０ａ1 、５０ａ1 を１点に向かって集まるように移動させて混合させて確実に２倍の量の液体５０ａを取り出すことができる。
In FIG. 42 (b), the tip of the set of divided electrodes to which a voltage is applied is selected to protrude twice that of FIG. 42 (a), specifically, only two divided electrodes. FIG. 42A is a view similar to FIG. 42A in which the amount of
図４３は、図１６、図１８等の密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路３３で、図３９と同様に、一定時間経過毎に液体５０から一定量の液体５０ａを取り出し、その時間経過による変化等を見る例を示す模式図であり、この場合は、図４３（ａ）に示すように、平面状の流路３３の一辺から矢印のように液体５０を導入して、図４３（ｂ）に矢印で示すような循環流路を形成するようにしておく。そして、液体５０が流路３３を通過した後所定量の液体５０ａが残るように、流路３３中の所定数の分割電極に電圧を印加し続ける。液体５０が流路３３を通過した後、図４３（ｃ）に示すように、電圧を印加し続けた分割電極の上に残って分けられた液体５０ａを循環流路から分岐して矢印で示すようにその循環流路外に取り出し、一定時間経過毎の液体の変化等を測定するのに用いる。
FIG. 43 shows a sealed or open two-dimensional
次に、以上のような何れの液体搬送処理手段においても、特定の液体を処理（制御）した後、その流路を洗浄しないと、次の液体を搬送処理（制御）するときに流路に残った前の液体が混ざり汚染を引き起こしてしまう。そこで、以下の流路の洗浄の構成例を説明する。 Next, in any of the liquid transport processing means as described above, after processing (controlling) a specific liquid, if the flow path is not washed, the liquid flow processing means is controlled when the next liquid is transported (controlled). The previous liquid left will mix and cause contamination. Therefore, a configuration example of the cleaning of the following flow path will be described.
線状、面状何れの液体搬送手段においても、簡単には水等の洗浄液を流路に沿って一方向あるいは往復方向に搬送させれば流路の洗浄が可能となる。図４４に密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路３３を洗浄する例を模式的に示す。流路３３中に流路全体に広がる量の洗浄液５５を導入し、その洗浄液５５を、図４４（ａ）に矢印で示したように、一方向に移動させることによって、あるいは、図４４（ｂ）に両矢符で示したように、往復方向に移動させることによって流路３３全体を洗浄することができる。
In both linear and planar liquid transporting means, the flow path can be cleaned by simply transporting a cleaning liquid such as water in one direction or in the reciprocating direction along the flow path. FIG. 44 schematically shows an example of cleaning the sealed or open two-dimensional
図４５は、洗浄液を用いるのではなく、流路の汚染される部分を交換する例を模式的に示す図であり、この場合は、開放型の２次元平面状の流路３３を綺麗に保つ構成例である。この場合は、撥水性の絶縁材料からなる薄いフィルム５６を用い、このフィルム５６を開放型の２次元平面状の流路３３上に密着した状態で、そのフィルム５６上を液滴１あるいは液体５０を搬送処理（制御）するものであり、そのような液滴１あるいは液体５０の搬送処理後に、別の種類の液体の液滴１あるいは液体５０を搬送処理する場合に、フィルム５６を流路３３から剥がして供給ローラ５７から巻き取りローラ５８へ流路３３の長さ以上の長さだけ送り出し、汚染されたフィルム５６を除去して新しいフィルム５６と交換して同様に使用する例である。
FIG. 45 is a diagram schematically showing an example in which the contaminated portion of the flow path is replaced instead of using the cleaning liquid. In this case, the open type two-dimensional
図４６は、複数の液滴を順次搬送する場合に、液滴間に洗浄液の液滴を介在させることにより流路を順次洗浄して液滴間で汚染が起こらないようにした例であり、この構成は線状、面状何れの液体搬送手段にも適用できるが、密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路３３に適用した例を模式的に示す。流路３３上には搬送処理される複数の液滴１が相互に間隔をおいて順次矢印方向へ搬送されるが、その隣接する液滴１間に洗浄液の１つ以上の液滴５５を介在させて液滴１と同時に同じ矢印方向へ送ることにより、前の液滴１で汚染された流路３３を洗浄して次の液滴１を搬送する例である。
FIG. 46 is an example in which when a plurality of liquid droplets are sequentially conveyed, the flow path is sequentially cleaned by interposing the liquid droplets of the cleaning liquid between the liquid droplets so that no contamination occurs between the liquid droplets. Although this configuration can be applied to both linear and planar liquid conveying means, an example in which the configuration is applied to a sealed or open two-dimensional
次に、以上のような何れの液体搬送処理手段においても、液滴１の位置や移動をモニターする必要がある。密閉型であっても開放型であっても、また、流路が線状であっても面状であっても、液滴１の位置が外から観察可能な場合は、適当な照明を行い、流路をカメラの撮像素子上に結像することで、液滴１の位置やその移動をモニターすることができる。図４７に、１例として、密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路３３に照明光源６１からの照明光を当て、カメラ６０でその流路３３の全面を撮像することにより、液滴１が符号１の位置から符号１’の位置へ移動したことをモニターする構成を模式的に示す。図４７（ａ）の場合は、照明光源６１を平面状の流路３３の略真上に配置し、その照明光源６１に並列して結像面に撮像素子を備えたカメラ６０を配置し、照明光源６１からの照明光で流路３３を略真上から照明し（落射照明）、カメラ６０で流路３３を撮像すると、液滴１が散乱光で強く輝くので、その位置及び移動をモニターすることができる。また、図４７（ｂ）の場合は、照明光源６１を平面状の流路３３の斜め上方向に配置し（図の場合は、２つの照明光源６１を相互に反対側の斜め上方に配置している。）、流路３３の略真上に撮像素子を備えたカメラ６０を配置し、照明光源６１からの照明光で流路を斜め上方から照明し（暗視野照明）、カメラ６０で流路３３を撮像すると、液滴１が散乱光で強く輝くので、その位置及び移動をモニターすることができる。
Next, it is necessary to monitor the position and movement of the
図４７の場合はいわば反射照明による液滴１の位置等のモニターであったが、流路が密閉型、開放型何れであっても、また、その形状が線状、面状何れであっても、流路が透明な場合には透過照明によっても液滴１の位置等をモニターすることができる。図４８は、その例として図１の液体搬送手段で搬送される液滴１の位置をモニターする構成例を示す図であり、ここでは、１次元方向の任意の位置へ搬送可能な液体搬送手段として、液滴１の位置をモニターする機構を示す。図４８（ａ）の断面図において、図１の液体搬送手段の基板８の外側には、凸レンズ形状をした液滴１の集光面近傍であって基板８と平行に、アレイ状に配置されたＣＣＤ等の受光素子群６３が基板６２上に設けられている。
In the case of FIG. 47, it was a monitor of the position of the
このような構成において、図１の液体搬送手段の共通電極膜２を設けた基板７側から全面に例えば平行光６４を照射すると、液滴１が存在する位置では、その位置に入射する平行光６４の成分は、対応する位置の受光素子に集光される。例えば、液滴１が図４８（ａ）の破線位置１にあるときは、受光素子群６３からは図４８（ｂ）に破線で示すような受光強度と位置関係の信号が得られる。一方、液滴１が図４８（ａ）の実線位置（符号１’）にあるときは、受光素子群６３からは図４８（ｂ）に実線で示すような受光強度と位置関係の信号が得られる。このように、その信号のピーク位置で、液滴１の位置がモニターできる。したがって、そのモニター信号を制御装置１０（図１）へフィードバックすることにより、液滴１のより正確な位置制御が可能になる。あるいは、このような信号のピーク位置を表示装置上に表示することにより、微小な液滴１の位置を明確に表示することができる。なお、受光素子群６３を２次元のアレイ状に配置したものとして構成することにより、液滴１の２次元位置をモニターすることができる。
In such a configuration, when, for example, the
図４９は、図４８の配置で、液滴１に対応する受光強度信号のピーク位置があまり大きくなく受光強度のコントラストが低い場合に、そのコントラストを高めて高精度で液滴１の位置を検出できるように空間周波数フィルタリングの手法を導入した場合の断面図である。この場合は、図１の液体搬送手段と基板６２上の受光素子群６３との間に相互に共焦点の２枚の正レンズ６７、６８を配置し、図１の液体搬送手段を正レンズ６７の前側焦点面に、受光素子群６３を正レンズ６８の後側焦点面に配置し、正レンズ６７と正レンズ６８の共焦点位置に遮光体６９を配置して構成される。なお、この場合の図１の液体搬送手段を照明する平行光６４は、コリメートレンズ６６の前側焦点位置に配置された点光源６５からの照明光をコリメートレンズ６６で平行にすることにより得ている。
FIG. 49 shows the arrangement of FIG. 48. When the peak position of the received light intensity signal corresponding to the
このような配置であるので、点光源６５からの照明光がコリメートレンズ６で平行光６４にされ、その平行光６４で図１の液体搬送手段の共通電極膜２を設けた基板７側から全面を照射すると、液滴１の存在しない位置では平行光のままその液体搬送手段を透過して正レンズ６７でその後側焦点位置に集光され、遮光体６９で遮断される。一方、液滴１の輪郭では入射する平行光６４が屈折により方向が曲げられて液体搬送手段を透過して正レンズ６７でその後側焦点位置以外の位置に向かうように進み、遮光体６９に当たらずに別の正レンズ６８に入射し、その正レンズ６８の後側焦点面に液滴１の輪郭の像７０を結像する。その液滴１の輪郭の像７０を受光素子群６３で検出することにより、高精度で液滴１の位置を検出することができる。
With this arrangement, the illumination light from the point
次に、２次元平面状の流路３３上に複数の液滴を並べて配置し、その中の特定の液滴を選択的に取り出したり、並べ替えることが必要になる場合がある。このような液滴の並べ変え、取り出しをソートと呼ぶ。線状の流路を網の目状に接続しておいてソートを可能にすることができるが、より自由度を高くソートを可能にするには２次元平面状の流路３３を用いる。図５０はその１例を示す斜視図（ａ）を平面図（ｂ）であり、密閉型あるいは開放型の２次元平面状の流路３３を用い、この平面状の流路３３には、Ｘ方向、Ｙ方向に２次元分割されて碁盤の目状に配置された分割電極３1,1 、３1,2 、・・・・３1,10、・・・・、３2,1 、３2,2 、・・・・３2,10、・・・・、３3,1 、３3,2 、・・・・３3,10、・・・・・３7,1 、３7,2 、・・・・３7,10、・・・・の集合が配置されている。ここで、３m,n をｍ行ｎ列の分割電極とする。
Next, it may be necessary to arrange a plurality of droplets side by side on the two-dimensional
そして、この例の場合、液滴１11、１12、１13、１14、１15は２行目の分割電極の４つの分割電極毎にそれぞれ滴下されており、液滴１21、１22、１23、１24、１25は６行目の分割電極の４つの分割電極毎に、液滴１11、１12、１13、１14、１15と列方向に整列してそれぞれ滴下されており、同様に、液滴１31、１32、１33、１34、１35は１０行目の分割電極の４つの分割電極毎にそれぞれ滴下されている。すなわち、行間でも列間でも間に３つの分割電極を介してＸ方向、Ｙ方向に整列して液滴１11、１12、１13、１14、１15、液滴１21、１22、１23、１24、１25、液滴１31、１32、１33、１34、１35が並列配置されている。
In the case of this example, the
このような状態で、例えば２行２列の分割電極３2,2 位置の液滴１11を液滴１11、１12、１13、１14、１15と液滴１21、１22、１23、１24、１25の間の経路を矢印方向へ辿って移動させることによりソートする場合、図５０（ｂ）の矢印が接する分割電極３3,2 →３4,2 →３4,3 →３4,4 →３4,5 →３4,6 →３4,7 →３4,8 →３4,9 →３4,10と順に電圧を印加して液滴１11を移動させる。
In this state, for example, a
仮に、整列配置された液滴間の行間又は列間において、３つ以上の分割電極を介さない場合は、行間又は列間の分割電極に電圧を印加して特定の液滴を移動させようとすると、その液滴だけでなく、本来移動させたくない液滴も移動してしまうで、所望のソートが行えない。 If three or more divided electrodes are not interposed between rows or columns between aligned droplets, a voltage is applied to the divided electrodes between rows or columns to move a specific droplet. As a result, not only the droplets but also the droplets that the user does not want to move move, and the desired sorting cannot be performed.
このように、２次元平面状の流路３３上に複数の液滴を２次元方向に並べて配置し、その並列配置した液滴間の流路を通って特定の液滴を選択的に取り出したり並べ替えるには、２次元平面状の流路３３を構成する２次元分割された分割電極あるいは単純マトリックス駆動の電極構造の場合は２次元配置の電極交差部（図１５）（各分割電極又は各電極交差部をセグメントと言う。）が並列配置された液滴間で少なくとも３つのセグメントが介在するように、複数の液滴を並列配置しなければならない。
In this way, a plurality of droplets are arranged in a two-dimensional direction on the two-dimensional
さて、以上のような液体の各種処理（制御）を行う部分をユニット化して、目的毎に異なるユニットを複数連結してシステム化するようにすることも可能である。その例を以下に示す。図５１は、処理ユニットの例を示す模式的斜視図である。図５１（ａ）は、図２０等で例示した２液を混合させる処理ユニット７１であり、流路を反対に用いることにより、液体を２つに分岐することにも用いられる。この場合は、２つの液溜め３５ａと３５ｂが処理ユニット７１上に設けられ、それらの液溜め３５ａ、３５ｂからそれぞれ流路３１ａ、３１ｂが合流領域３２まで延びており、合流領域３２からは混合された液体を搬送する１本の流路３１ｃが液溜め３５ａ、３５ｂと反対側の処理ユニット７１の端部まで伸びている。
Now, it is also possible to unitize a part that performs various processing (control) of the liquid as described above, and connect a plurality of different units for each purpose to form a system. An example is shown below. FIG. 51 is a schematic perspective view illustrating an example of a processing unit. FIG. 51A shows a
図５１（ｂ）は、流路３１ｄと流路３１ｅの間、及び、流路３１ｅと流路３１ｇの間に図２６等で例示した攪拌部３６が設けられ、途中の流路３１ｅは蛇行流路として加熱部あるいは冷却部あるいはその双方７４、７５が設けられた処理ユニット７２であり、流路３１ｄと流路３１ｇは相互に反対側の端部まで伸びている。
In FIG. 51 (b), the stirring
図５１（ｃ）は、一端から他端へ伸びる流路３１ｈの途中の分岐部７６で流路３１に分岐させ、その流路３１の端に液溜めあるいは液取り出し口７７を設けて液体の一部を取り出す処理ユニット７３であり、流路を反対方向に用いることにより、液体を途中で加える処理ユニットとしても用いることができる。
In FIG. 51 (c), a
図５２は、液体の処理（制御）目的に合わせて、以上のような処理ユニット７１〜７３等を任意に組み合わせて種々の処理を行わせることができることを示す模式的斜視図であり、図５２（ａ）はこのような処理ユニット７１〜７３等を単線的に組み合わせた場合、図５２（ｂ）は立体的かつ並列的に組み合わせて並列処理を行う場合をそれぞれ示す。図５２（ａ）においては、処理ユニット７１と、処理ユニット７２を２つ７２ａと７２ｂと、処理ユニット７３を２つ７３ａと７３ｂと用いて、処理ユニット７１→処理ユニット７２ａ→処理ユニット７３ａ→処理ユニット７２ｂ→処理ユニット７３ｂと繋いでなるものである。
FIG. 52 is a schematic perspective view showing that various processing can be performed by arbitrarily combining the
図５２（ｂ）においては、処理ユニット７１を２つ７１ａと７１ｂと、処理ユニット７２を３つ７２ａと７２ｂと７２ｃと、処理ユニット７３を４つ７３ａと７３ｂと７３ｃと７３ｄと、他の処理ユニット７９ａ、７９ｂ、８０と用いて、上側の単線処理は図５２（ａ）と同様に組み合わせ、一方、図５２（ａ）の処理ユニット７３ａの液溜めあるいは液取り出し口７７から取り出された液体は、流路７８を経て下側の単線処理列に送られる。この下側の単線処理列は、処理ユニット７１ｂ→処理ユニット７９ａ→処理ユニット７９ｂ→処理ユニット７３ｃ→処理ユニット７２ｃ→処理ユニット７３ｄ→処理ユニット８０と繋いでなるものである。なお、ここで、処理ユニット７９ａ、７９ｂは流路を曲げる曲線流路のみを持つ単純な処理ユニットであり、また、処理ユニット８０は液溜めを有する処理ユニットである。
In FIG. 52B, two processing
なお、図５２はあくまで図５１（ａ）〜（ｃ）の処理ユニット７１〜７３等を任意に選んで単線的あるいは並列的に連結することにより、種々の液体の処理（制御）の用途に供することができることを示すための図であり、詳細な説明は省く。
52 is used for various liquid processing (control) purposes by arbitrarily selecting the
図５３は、処理ユニット８１として円形の循環流路８１ｉを設け、その流路８１ｉに液溜め３５ａと３５ｂを分岐して繋ぎ、循環流路８１ｉの途中に例えばヒータを備えた加熱器８２と光学的な測定器８３を設け、この循環流路８１ｉ中で循環させる液的１又は液体５０の加熱等の処理後の経時変化を測定できるようにしたものである。なお、加熱器８２の代わりに、混合、分離等の各種の処理部を設け、また、光学的な測定器８３の代わりに、液体５０の各種特性を検出する測定器を設けるようにしてもよい。
In FIG. 53, a circular circulation channel 81i is provided as the
なお、以上の処理ユニット７１〜７３、７９ａ、７９ｂ、８０、８１等においては、それぞれの液体処理は単一であったが、同じ処理ユニット上に同じ処理をする流路を複数並列配置して、処理ユニット単体での単位面積当たりの処理量を上げるようにすることもできる。
In the
さて、以上のような処理ユニットに限らず、流路途中での液体の処理（制御）としては、上記のような混合、攪拌、分岐、定量、分取、洗浄、ソート、検出、加熱、冷却、循環に限定されず、種々の処理が可能である。 The liquid processing (control) in the middle of the flow path is not limited to the processing unit as described above, and mixing, stirring, branching, quantification, fractionation, washing, sorting, detection, heating, cooling as described above. Various processes are possible without being limited to circulation.
さらに、図１〜図４のような液体搬送手段を用いるとき、共通電極２と分割電極群３の間、あるいは、分割電極群３と分割電極群３’の間に駆動電圧を印加する電源５として交流を用いると、液滴１あるいは液体５０が加熱される傾向になる。そこで、特に、流路中の加熱領域や混合・攪拌領域の駆動電源５として交流電源を積極的に用い、流路中の他の領域には直流電源を用いるようにしてもよい。
Furthermore, when using the liquid conveying means as shown in FIGS. 1 to 4, a
また、液体搬送処理手段の流路の幅（線状の流路の場合はその幅、面状の流路の場合は分割電極の幅）は、特に液的１あるいは液体５０が血液等の細胞を含むものの場合、２０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上であることが望ましい。その幅以下であると、細胞を含む液的１あるいは液体５０を詰まりなくスムーズに移動させることが容易でなくなる。
In addition, the width of the flow path of the liquid transfer processing means (the width in the case of a linear flow path, the width of the divided electrode in the case of a planar flow path) is particularly liquid 1 or the liquid 50 is a cell such as blood. In the case of a material containing, it is desired to be 20 μm or more, preferably 50 μm or more. If it is less than the width, it is not easy to move the
また、本発明の液体搬送処理手段は、温度センサーを基板に設け、搬送処理される液的１あるいは液体５０の温度をモニターもできるようにすることが望ましい。そして、その液体搬送処理手段を設置している雰囲気の温度のモニターできるように周囲の雰囲気にも温度センサーを設けるようにすることが望ましい。これは、特にバイオテクノロジーにおけるＤＮＡ等を含む液体を加熱処理しその後に雰囲気の温度に戻す必要がある場合等に望ましい形態である。 Further, it is desirable that the liquid transport processing means of the present invention is provided with a temperature sensor on the substrate so that the temperature of the liquid 1 or the liquid 50 to be transported can be monitored. It is desirable to provide a temperature sensor in the surrounding atmosphere so that the temperature of the atmosphere in which the liquid transfer processing means is installed can be monitored. This is a desirable form especially when a liquid containing DNA or the like in biotechnology needs to be heat-treated and then returned to the ambient temperature.
さらに、本発明の液体搬送処理手段を設置して用いる雰囲気に湿度センサーと加湿器と除湿器を設けることが望ましい場合がある。特に、開放型の液体搬送処理手段を用いる場合に、雰囲気の湿度が低すぎると、液滴１あるいは液体５０の水分等が蒸発したり、雰囲気の湿度が高すぎると、結露して、液滴１あるいは液体５０の性質が変化してしまう恐れがあるため、周囲の雰囲気に湿度センサーと加湿器と除湿器を設けてこのようなことが発生しないようにすることが望ましい。
Furthermore, it may be desirable to provide a humidity sensor, a humidifier, and a dehumidifier in an atmosphere in which the liquid conveyance processing means of the present invention is installed and used. In particular, when using an open-type liquid conveyance processing means, if the humidity of the atmosphere is too low, moisture in the
さらに、本発明の何れの液体搬送処理手段においても、流路３１、３３を設ける基板８として可撓性のあるフレキシブル基板を用いて液体搬送処理手段をフレキシブルなものとして形成するようにすることもできる。
Furthermore, in any liquid transport processing means of the present invention, the liquid transport processing means may be formed to be flexible by using a flexible substrate as the
また、本発明の液体搬送処理手段において対象とする液体としては、限定的ではないが、例えば、バイオ技術におけるＤＮＡ等を含む溶液、生化学における液体、血液等がある。 Further, the target liquid in the liquid transfer processing means of the present invention is not limited, and examples thereof include a solution containing DNA in biotechnology, a liquid in biochemistry, blood, and the like.
以上の本発明の液体搬送処理手段は、例えば次のように構成することができる。 The liquid conveyance processing means of the present invention as described above can be configured as follows, for example.
〔１〕 液滴に対して絶縁層を介して複数の並列配置された第１電極と、前記液滴と接触するか、絶縁層を介して配置された第２電極と、前記第２電極に対して前記複数の並列配置された第１電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御する制御手段とを有し、前記第２電極は、前記第１電極が配置される基板上であって、前記第１電極の複数の並列配置された電極間、又は、前記第１電極の少なくとも１つの電極に設けた隙間に配置され、前記制御手段は、前記液滴を前記絶縁層に沿って移動させるように、前記複数の並列配置された第１電極に印加する印加電圧を電極毎に個別に制御可能に構成されていることを特徴とする液体搬送処理手段。 [1] A plurality of first electrodes arranged in parallel with respect to a droplet via an insulating layer, a second electrode in contact with the droplet or disposed via an insulating layer, and the second electrode Control means for individually controlling the applied voltage applied to the plurality of first electrodes arranged in parallel for each electrode, and the second electrode is on a substrate on which the first electrode is arranged. Between the plurality of electrodes arranged in parallel in the first electrode, or in a gap provided in at least one electrode of the first electrode, and the control means causes the droplet to flow along the insulating layer. A liquid transfer processing means configured to be able to individually control an applied voltage applied to each of the plurality of first electrodes arranged in parallel so as to be moved.
〔２〕 前記第１電極の上の絶縁層と前記第２電極の上の絶縁層との少なくとも一方の絶縁層上に撥水層が設けられていることを特徴とする上記１記載の液体搬送処理手段。
[2] The liquid transport according to the
〔３〕 前記第１電極を構成する複数の電極は、線状流路を構成するように直線あるいは曲線に沿って並列配置されていることを特徴とする上記１又は２記載の液体搬送処理手段。 [3] The liquid transfer processing means according to the above 1 or 2, wherein the plurality of electrodes constituting the first electrode are arranged in parallel along a straight line or a curve so as to constitute a linear flow path. .
〔４〕 前記基板は中空の円筒体として構成され、前記円筒体の内面に前記第１電極を構成する複数の電極と前記第２電極とは配置されていることを特徴とする上記１又は２記載の液体搬送処理手段。 [4] The substrate according to [1] or [2], wherein the substrate is configured as a hollow cylindrical body, and the plurality of electrodes constituting the first electrode and the second electrode are disposed on an inner surface of the cylindrical body. The liquid conveyance processing means described.
〔５〕 前記第１電極を構成する複数の電極は、面状流路を構成するように２次元的に並列配置されていることを特徴とする上記１又は２記載の液体搬送処理手段。 [5] The liquid conveyance processing means according to the above 1 or 2, wherein the plurality of electrodes constituting the first electrode are two-dimensionally arranged in parallel so as to constitute a planar flow path.
〔６〕 前記印加電圧は直流電圧であることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [6] The liquid transfer processing means according to any one of 1 to 5, wherein the applied voltage is a DC voltage.
〔７〕 前記印加電圧は交流電圧であることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [7] The liquid transfer processing means according to any one of [1] to [5], wherein the applied voltage is an alternating voltage.
〔８〕 前記印加電圧は流路の位置に応じて直流電圧と交流電圧が混在していることを特徴とする上記１から５の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [8] The liquid transfer processing means according to any one of 1 to 5, wherein the applied voltage is a mixture of a DC voltage and an AC voltage depending on the position of the flow path.
〔９〕 前記第１電極を構成する電極の形状は流路の位置に応じて異なることを特徴とする上記１から８の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [9] The liquid transfer processing means according to any one of 1 to 8, wherein the shape of the electrode constituting the first electrode differs depending on the position of the flow path.
〔１０〕 前記第１電極を構成する複数の電極各々に接続される配線が絶縁膜を介して前記第１電極の前記基板側に層状に配置され、前記配線は前記絶縁膜を介して前記第１電極を構成する複数の電極の対応する電極各々に別々に接続されていることを特徴とする上記１から９の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [10] A wiring connected to each of the plurality of electrodes constituting the first electrode is arranged in layers on the substrate side of the first electrode via an insulating film, and the wiring is connected to the first electrode via the insulating film. 10. The liquid conveyance processing means according to any one of 1 to 9, wherein the liquid conveyance processing means is connected separately to each of corresponding electrodes of a plurality of electrodes constituting one electrode.
〔１１〕 並列する２本以上の線状流路が途中で１本の線状流路に合流するように配置され、その合流領域で前記並列する２本以上の線状流路に沿って搬送された液滴同士を混合させることを特徴とする上記３、６〜１０の何れか１項記載の液体搬送処理手段。
[11] Two or more linear flow paths arranged in parallel are arranged so as to merge with one linear flow path in the middle, and conveyed along the two or more linear flow paths arranged in parallel in the
〔１２〕 並列する３本の線状流路が途中で１本の線状流路に合流するように配置され、その合流領域で並列する３本の線状流路の中央の線状流路に沿って搬送された液滴に対して両側から、前記並列する３本の線状流路の両側の２本の線状流路に沿って搬送された液滴を接触させて混合させるようにしたことを特徴とする上記１１記載の液体搬送処理手段。 [12] The three linear flow channels arranged in parallel are arranged so as to merge into one linear flow channel in the middle, and the central linear flow channel of the three linear flow channels arranged in parallel in the merged region The droplets conveyed along the two linear channels on both sides of the three linear channels arranged in parallel are brought into contact with and mixed with the droplets conveyed along the two sides. 12. The liquid transport processing means as described in 11 above, which is characterized by the above.
〔１３〕 前記並列する３本の線状流路の両側の２本の線状流路は前記基板上に設けた同じ第１の液体供給部から前記合流領域に伸びており、前記並列する３本の線状流路の中央の線状流路は、前記第１の液体供給部から前記合流領域に至る前記両側の２本の線状流路間の前記基板上に設けた第２の液体供給部から前記合流領域に伸びていることを特徴とする上記１２記載の液体搬送処理手段。
[13] Two linear flow channels on both sides of the three linear flow channels arranged in parallel extend from the same first liquid supply unit provided on the substrate to the merging region, and are arranged in parallel. The central linear channel of the two linear channels is a second liquid provided on the substrate between the two linear channels on both sides from the first liquid supply unit to the merge region. 13. The liquid transport processing means according to
〔１４〕 前記両側の２本の線状流路の前記第１の液体供給部から前記合流領域に至る流路の長さは略等しいことを特徴とする上記１３記載の液体搬送処理手段。 [14] The liquid transport processing means according to [13], wherein the two linear flow paths on both sides have substantially the same length from the first liquid supply section to the merge area.
〔１５〕 前記円筒体の内面に沿う流路の途中に通気孔が設けられ、その通気孔近傍において、前記円筒体の内面に沿う流路の相互に対向する方向に搬送された液滴同士を混合させることを特徴とする上記４、６〜１０の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [15] A vent hole is provided in the middle of the flow path along the inner surface of the cylindrical body, and droplets conveyed in the direction opposite to each other in the flow path along the inner surface of the cylindrical body are disposed near the vent hole. The liquid transfer processing means according to any one of the above 4, 6 to 10, wherein mixing is performed.
〔１６〕 線状流路の途中に攪拌部が設けられていることを特徴とする上記３、６〜１０の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [16] The liquid transfer processing means according to any one of 3, 6 to 10, wherein a stirring section is provided in the middle of the linear flow path.
〔１７〕 前記攪拌部における前記第１電極を構成する電極の形状は、前記攪拌部前後の線状流路の前記第１電極を構成する電極の形状と異なる形状を有していることを特徴とする上記１６記載の液体搬送処理手段。 [17] The shape of the electrode constituting the first electrode in the stirring section has a shape different from the shape of the electrode constituting the first electrode of the linear flow path before and after the stirring section. 17. The liquid transfer processing means according to 16 above.
〔１８〕 前記攪拌部における前記第１電極を構成する電極の形状は、液滴を円周に沿って回転するように搬送させる形状に配置されていることを特徴とする上記１７記載の液体搬送処理手段。 [18] The liquid transport according to 17 above, wherein the shape of the electrode constituting the first electrode in the stirring unit is arranged to transport the droplets so as to rotate along a circumference. Processing means.
〔１９〕 前記攪拌部における前記第１電極を構成する電極の形状は、前記攪拌部前後の搬送方向と交差する方向にも液滴を搬送可能な形状に配置されていることを特徴とする上記１７記載の液体搬送処理手段。
[19] The shape of the electrode constituting the first electrode in the stirring unit is arranged in a shape capable of transporting droplets in a direction intersecting with the transport direction before and after the stirring unit. 18. Liquid transport processing means according to
〔２０〕 前記攪拌部における流路の幅が前記攪拌部前後の流路の幅よりも広く構成されていることを特徴とする上記１６記載の液体搬送処理手段。 [20] The liquid transfer processing means as described in 16 above, wherein the width of the flow path in the stirring section is wider than the width of the flow path before and after the stirring section.
〔２１〕 前記攪拌部から前記攪拌部前後の流路へ移る部分に広い流路から狭い流路へ液滴が移動するときには邪魔をして液滴中に食い込んで乱流を起こす逆止突起部が設けられていることを特徴とする上記２０記載の液体搬送処理手段。 [21] A check projection that disturbs a droplet when the droplet moves from a wide channel to a narrow channel in a portion that moves from the agitator to the channel before and after the agitator to cause turbulent flow. 21. The liquid transport processing means as described in 20 above, wherein
〔２２〕 線状流路が前記基板中に溝を設けて形成され、前記攪拌部が流路中に配置された流路にジグザグを入れる突起群によって構成され、前記突起群中を通って搬送される液滴に引き伸ばしと収縮を与えるように構成されていることを特徴とする上記１６記載の液体搬送処理手段。 [22] A linear flow path is formed by providing a groove in the substrate, and the agitation unit is constituted by a projection group that zigzags into the flow path disposed in the flow path, and is conveyed through the projection group. 17. The liquid conveyance processing means as described in 16 above, wherein the liquid conveyance processing means is configured to give stretching and contraction to the liquid droplets.
〔２３〕 線状流路が前記基板中に溝を設けて形成され、前記攪拌部が流路中に配置された門部によって構成され、前記門部を通って搬送される液滴に引き伸ばしと収縮を与えるように構成されていることを特徴とする上記１６記載の液体搬送処理手段。 [23] A linear flow path is formed by providing a groove in the substrate, and the agitation part is constituted by a gate part disposed in the flow path, and is stretched to a droplet conveyed through the gate part. 17. The liquid conveyance processing means as described in 16 above, which is configured to contract.
〔２４〕 前記攪拌部を形成する線状流路の進行方向に、親水領域と撥水領域とが交互に設けられていることを特徴とする上記１６記載の液体搬送処理手段。 [24] The liquid transfer processing means as described in 16 above, wherein hydrophilic regions and water repellent regions are alternately provided in the traveling direction of the linear flow path forming the stirring unit.
〔２５〕 線状流路の途中に定量部又は分取部が設けられていることを特徴とする上記３、６〜１０の何れか１項記載の液体搬送処理手段。
[25] The liquid transfer processing means according to any one of the
〔２６〕 前記定量部又は分取部が、線状流路の途中に溜められる液体の量が予め定まっている１つ以上の定量引き込み流路からなることを特徴とする上記２５記載の液体搬送処理手段。 [26] The liquid transport as described in 25 above, wherein the metering unit or the sorting unit is composed of one or more metering-in channels that have a predetermined amount of liquid stored in the middle of the linear channel. Processing means.
〔２７〕 線状流路が循環流路を形成していることを特徴とする上記２５又は２６記載の液体搬送処理手段。 [27] The liquid transfer processing means as described in 25 or 26 above, wherein the linear flow path forms a circulation flow path.
〔２８〕 前記円筒体の内面に沿う流路の途中に通気孔が設けられ、その通気孔近傍において液体を一方向へ連続搬送させその後前記通気孔近傍で分割搬送させることにより所定量の液体を分取することを特徴とする上記４、６〜１０の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [28] A vent is provided in the middle of the flow path along the inner surface of the cylindrical body, and the liquid is continuously transported in one direction in the vicinity of the vent and then divided and transported in the vicinity of the vent. The liquid transfer processing means according to any one of the above-mentioned 4, 6 to 10, characterized by being fractionated.
〔２９〕 流路の表面に撥水性の絶縁材料からなるフィルムが交換可能に密着されていることを特徴とする上記１〜２２、２５〜２８の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [29] The liquid transfer processing means according to any one of 1 to 22, 25 to 28, wherein a film made of a water-repellent insulating material is in close contact with the surface of the flow path so as to be exchangeable.
〔３０〕 流路全体を照明する照明手段と、流路全体を撮像する撮像手段とを備えており、前記撮像手段により撮像された画像信号に基づいて液滴の位置又は移動をモニターすることを特徴とする上記１〜２９の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [30] An illuminating unit that illuminates the entire flow path and an imaging unit that images the entire flow path are provided, and the position or movement of the droplet is monitored based on the image signal captured by the imaging unit. 30. The liquid transport processing means according to any one of 1 to 29 above.
〔３１〕 前記照明手段による照明が落射照明であることを特徴とする上記３０記載の液体搬送処理手段。 [31] The liquid transfer processing means as described in 30 above, wherein the illumination by the illumination means is epi-illumination.
〔３２〕 前記照明手段による照明が暗視野照明であることを特徴とする上記３０記載の液体搬送処理手段。 [32] The liquid transfer processing means as described in 30 above, wherein the illumination by the illumination means is dark field illumination.
〔３３〕 流路全体を透過照明する照明手段と、流路の透過側に並列配置された受光素子アレイとを備えており、前記受光素子アレイで受光された受光強度信号から液滴の位置又は移動をモニターすることを特徴とする上記１〜２９の何れか１項記載の液体搬送処理手段。
[33] An illuminating unit that transmits and illuminates the entire flow path and a light receiving element array that is arranged in parallel on the transmission side of the flow path. 30. The liquid conveyance processing means according to any one of
〔３４〕 流路と受光素子アレイの間に空間周波数フィルタリング手段が配置されていることを特徴とする上記３３記載の液体搬送処理手段。 [34] The liquid conveyance processing means as described in 33 above, wherein spatial frequency filtering means is disposed between the flow path and the light receiving element array.
〔３５〕 流路位置又はその近傍に、加熱手段、冷却手段、温度検出手段の少なくとも１つを備えていることを特徴とする上記１〜３４の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [35] The liquid transport processing means according to any one of 1 to 34 above, comprising at least one of a heating means, a cooling means, and a temperature detection means at or near the flow path position.
〔３６〕 液体搬送処理手段が処理の種類あるいは流路形状毎にユニット化されており、複数の種類が異なるか同じユニットが単線的あるいは並列的に連結されてなることを特徴とする上記１〜３５の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [36] The liquid transfer processing means is unitized for each processing type or flow channel shape, and a plurality of types are different or the same units are connected in a single line or in parallel. 36. The liquid conveyance processing means according to any one of 35.
〔３７〕 １つのユニットに同じ処理をする流路が複数並列配置されていることを特徴とする上記３６記載の液体搬送処理手段。 [37] The liquid transfer processing means as described in 36 above, wherein a plurality of flow paths for performing the same processing are arranged in parallel in one unit.
〔３８〕 循環流路を備え、その循環流路中に液体処理部とその処理後の液体の特性を検出する液体特性検出部とを備えている上記３、６〜１０の何れか１項記載の液体搬送処理手段。 [38] Any one of the above-mentioned 3, 6 to 10, further comprising a circulation channel, and having a liquid treatment unit and a liquid property detection unit for detecting the property of the liquid after the treatment in the circulation channel. Liquid transport processing means.
本発明の液体搬送処理手段によると、開放型で平面状あるいは円筒状のエレクトロウエッテング現象を利用した液体搬送処理手段を容易に提供することができ、また、線状あるいは面状液路において各種の液体処理が可能になる。 According to the liquid transport processing means of the present invention, it is possible to easily provide a liquid transport processing means using an open type planar or cylindrical electrowetting phenomenon. Liquid processing becomes possible.
１、１’、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ａ1 、１ａ2 、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１11〜１35…液滴
２…共通電極（共通電極膜）
２’…線状電極
３、３’…分割電極群
３1 〜３6 、３7 、３8 、３’1 〜３’6 、３11〜３66、３11〜３nm、３a1〜３a7、３b1〜３b7、３c1〜３c4、３d1〜３d7、３e1〜３e7、３f1〜３f24 、３g1〜３g4、３h1〜３h6、３i1〜３i6、３1,1 〜３7,10…分割電極
４、４’…絶縁膜
５…電源
６、６’…スイッチ群
６1 〜６6 、６7 、６’1 〜６’6 …スイッチ
７、８…基板
９…隙間
１０…制御装置
１１、１１’…撥水層
１５…３相交流電源
１６…位相制御回路（スイッチ・位相制御回路）
１７1 〜１７3 …電線
２０…Ｖ溝
２１…矩形溝
２２…配線
２３…接続線
２４…円筒体（パイプ）
２５…配線のための領域
２６…絶縁膜
２７…通気孔
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ａ1 、３１ａ2 、３１ｄ、３１ｅ、３１ｇ、３１ｈ…流路
３１ｆ…幅広流路
３２…並行領域（合流領域）
３３…平面状の流路
３４…円筒状の流路
３５ａ、３５ｂ…液溜め（液体供給部）
３６…攪拌部
３７…逆止突起
３８…傾斜部
３９…突起群
４０…門部
４１…親水領域
４２…撥水（疎水）領域
５０…液体
５０ａ、５０ａ1 、５０ａ1 …分取される液体
５０’、５０1 ’、５０2 ’…導入された液体の突起部
５１ａ〜５１ｅ…定量引き込み路
５２…通気孔
５５…洗浄液
５６…撥水性の材料からなる薄いフィルム
５７…供給ローラ
５８…巻き取りローラ
６０…カメラ
６１…照明光源
６２…基板
６３…受光素子群
６４…平行光
６５…点光源
６６…コリメートレンズ
６７、６８…正レンズ
６９…遮光体
７０…液滴の輪郭の像
７１、７２、７３、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７９ａ、７９ｂ、８０、８１…処理ユニット
７４、７５…加熱部、冷却部
７６…分岐部
７７…液取り出し口
７８…流路
８１ｉ…循環流路
８２…加熱器
８３…光学的な測定器
1, 1 ′, 1 a, 1 b, 1 c, 1 a 1 , 1 a 2 , 1 f, 1 g, 1 h, 1 i, 11 1 to 1 35 ...
2 '...
17 1 to 17 3 ...
25 ... Area for
33 ...
36 ... stirring
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