JP2020526380A - マイクロ流体デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、流体流を取り扱うための磁性形状記憶ＭＳＭ材料でできた少なくとも１つの要素１を有するマイクロ流体デバイスに関し、ＭＳＭ要素１は、磁場によって制御される。このデバイスは、取り扱い流体とＭＳＭ要素１との間に弾性材料２を有し、磁場は、ＭＳＭ要素１に対して局部的な収縮部を形成するように配置され、その局部的な収縮部は弾性材料２とともに、磁場がＭＳＭ要素に印加される場所に収縮キャビティ３を形成する。マイクロ流体デバイスは、ラボ・オン・チップに接続され、ポンプ、真空ポンプ、コンプレッサ、冷却器、バルブ、マニホールド、ドーザ、ミキサのうちの１つとして働くことができることが好ましい。

Description

本発明は、ラボ・オン・チップ（ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）及び化学マイクロ・リアクタなどのマイクロデバイスにおける流体制御の分野に関する。ポイント・オブ・ケア診断（臨床現場診断）は、すでにほぼ４００億ドルのビジネスになっており、その年間成長は約２０％である。しかし、発展は、ラボ・オン・チップに統合され得るポンプ及び他の流体ハンドリング・デバイス（流体取り扱いデバイス）の欠如によって妨げられてきた。現在は、それらの構成要素の大半は、マイクロ流体チップの外側に置かれたセパレート型装置である。この発明は、独立型デバイスか又はマイクロ流体チップに統合されることができるポンプ、コンプレッサ、ドーザ（ｄｏｚｅｒ）、バルブ、マニホールド、又はミキサなどの流体ハンドリング・デバイスに関する。本発明は、例えば生物医学、電子工学、及び化学の用途において使用されるマイクロ流体デバイスを大きく簡略化する。

マイクロ流体の分野は、小規模で流体をハンドリングする多くの利点のために、近年急速に発展してきた。このような利点は、試料及び試薬の使用低減、高感度、短い処理時間、並びにナノリットル容量の正確な投与を含む。この発展のための推進力は、ＭＥＭＳ技術の精巧さ及びそれらの製造方法である。重要なマイクロ流体の市場は、ポイント・オブ・ケア診断、生物医学研究、ラボ・オン・チップ検査、化学マイクロ・リアクタ、及び電子部品温度管理である。

相対的に発展していないマイクロ流体構成要素として認定されてきた、マイクロ流体においてハンドリングする流体の主要課題に取り組むために行われる重要な研究がある。現在の研究は、圧電ドライバを利用する置換マイクロポンプ、及び電気流体力学又は電気浸透流体移送を使用する動的マイクロポンプに主に焦点を当ててきた。理想的な流体ハンドリング・ソリューションは、以下の３点の特徴を有するべきである。ａ）ロバストであり、確実に行われるべきである。ｂ）最小の外部接続を持つ簡単なものであるべきである。ｃ）全体のデバイスのサイズが最小であるべきである。前述の技術はそれぞれ、不十分な圧力発生、受動型逆止弁、高電圧要求、流体特性に関する依存性、又は複雑な設計及び製造などの、それら自体の欠点を有する。逆止弁及び屈曲ダイアフラムなどの従来のポンプ技術に見られる機械部品は、マイクロポンプの複雑さを著しく増大させ、これらのポンプ技術をラボ・オン・チップのデバイスに統合するのをより難しくさせる。

磁性形状記憶（ＭＳＭ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ）合金であるＮｉ−Ｍｎ−Ｇａは、マイクロデバイス製作にとって適切な材料にさせる様々な特性を有する。双晶形成として知られるプロセスを通して、ＭＳＭ合金の結晶構造は、印加された磁場からエネルギーを変換することによって再配向することができる。十分な強度の磁場は、磁場方向に沿ってユニットセルの結晶容易軸ｃを一列に整列させ、このようにして、そのｃ軸が磁場方向に一列に整列しているそれらの双晶バリアントの分画を増加させる。ＭＳＭ材料は、磁場誘起応力から大きな（１０％まで）歪みができ、その歪みは正確に制御されることができ、それは短い作動時間を有する。ＭＳＭ要素の一部に印加された磁場は、要素において局所的収縮部を作る。磁場は、永久磁石によって生成されることができる。磁石がその対称軸を中心として回転される場合、その収縮部は、要素に沿って動く。この技術は磁場によって作動されるので、デバイスは非接触型であり得る。永久磁石の回転によって形成されたＭＳＭ要素の収縮部で流体を運ぶマイクロポンプは、Ｕｌｌａｋｋｏらによる米国特許第９，０９１，２５１（Ｂ１）号（２０１５年７月）及び公開公報、Ｓｍａｒｔ Ｍａｔｅｒ． Ｓｔｒｕｃｔ．２１（２０１２）１１５０２０（１０ｐ）、並びにＢａｋｅｒらによるＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ．１０、２０１６年１２月、ＤＯＩ：１０．１１１５／１．４０３４５７６に記載されている。現在のＭＳＭマイクロポンプにおいて、ＭＳＭ要素は、汲み出された流体と接触している。現在のポンプの１つの欠点は、ＭＳＭ要素の表面が十分に平面に決してなり得ず、封止に適さないことである。たとえオーステナイト系ＭＳＭ要素の表面が最初に平面で滑らかに作られたとしても、１０Ｍ、１４Ｍ又は非層状マルテンサイトにおいて、それぞれ、異なるバリアント間で、３．５、６、又は約１０度の角度があるので、マルテンサイトにおいてこの表面はよじれている。よじれは、図１の挿入画に示される。現在のＭＳＭポンプ・ソリューションの第２の欠点は、ポンプの底板に対するよじれ角の鋭い線接触が、ＭＳＭ要素の表面の小さな並進運動により、ポンプ作動中の要素の局所的な摩耗及び変形をもたらすことである。これは、ポンピング流の漸減につながり、最終的に作動の停止を引き起こす、双晶境界移動の遮断をもたらす。摩耗は、デバイスの長期作動において主要な問題である。ポンプの適切な作動及び十分な封止のために、接触面は滑らかであるべきであり、ＭＳＭ要素の表面は、摩耗及び変形を防ぐために、底板に接触するべきではない。現在のポンプ・ソリューションにおいて、小さな公差を有するＭＳＭ要素の高度の平面状表面の製造は、難しく且つ高価である。

米国特許第９，０９１，２５１号明細書

Ｓｍａｒｔ Ｍａｔｅｒ． Ｓｔｒｕｃｔ．２１（２０１２）１１５０２０（１０ｐ） Ｂａｋｅｒら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ、Ｖｏｌ．１０、２０１６年１２月、ＤＯＩ：１０．１１１５／１．４０３４５７６

本発明は、用途に応じて、マイクロポンプ、コンプレッサ、ドーザ、バルブ、マニホールド、又はミキサとして働くことができる、流体ハンドリング・マイクロデバイスに関する。本発明によるマイクロ流体デバイスは独立型装置であり得、又はそれらはラボ・オン・チップ又は他の装置に統合され得る。それらのデバイスの作動は、マイクロ流体デバイスの外側に置かれた磁場源を使用して、磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料の磁場誘起形状変化に基づいている。マイクロ流体デバイスの外側に置かれた磁場源は、図１７に概略的に示されるように、少なくとも２つの磁極を有する回転式永久磁石システム、又は連続的に電力供給される少なくとも２つのコイルから成る電磁石であり得る。電磁石の電力供給は、本発明による、デバイスにおける超高速作動を利用することを可能にする。現在のＭＳＭマイクロポンプにおいて、電磁石の作動は使用されていない。

本発明の不可欠な特徴は、ＭＳＭ要素が全体的に弾性材料に埋め込まれていること、又はＭＳＭ要素の少なくとも１つの表面が、適切な弾性定数を有する弾性材料の適切な形状によって、流体から分けられていることである。弾性材料は、封止材として働き、又はそれは、流体流のためのチャンバ若しくはチャネルを形成することもでき、又はそれらのチャンバ若しくはチャネルの一部であることができる。本発明による弾性材料構造の使用は、現在の設計と比較して、デバイスを簡単且つ容易に製造することができる。

弾性材料層は、デバイスを完全に封止し、流体流の漏出を防ぎ、それが要素の他の側に流れることを防ぐ。弾性層は、ＭＳＭ材料のよじれた表面を滑らかにし、十分に平面状で滑らかな封止表面を提供することができる。それは、よじれ角が図１の（ｄ）に示されるように、底板と直接的に接触していないので、ＭＳＭ要素の表面のすり減った摩耗も防ぐ。弾性材料層は、双晶を狭く保つことによってＭＳＭ要素の収縮部の形状を制御するのに重要な役割も有し、それはデバイスの適切な作動に必要である。弾性材料は、流体が、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ又はＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金であるＭＳＭ要素と直接的に接触することを防ぐ。現在のＭＳＭポンプにおいて、反応性化学物質であるか又は生体細胞を含み得る流体は、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ要素に接触している。場合によっては、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａは有害である。ＭＳＭ要素上の弾性材料は、デバイスを作動するのに必要な磁場強度を減少させる、封止表面上の摩擦を減少させ得る。いくつかの用途では、弾性材料は、ＭＳＭ要素の張力を回復するためのばね力に役立つ。弾性材料は、本発明によるデバイスの新機能も可能にし、例えば底板に対して要素の押圧によってポンプの吐出量を制御する。弾性材料は、製造における利点をもたらし、弾性層は、例えば鋳造又は成形によって、滑らかに又は平面状に簡単に作られる。結果として、表面品質に対する要件、又はＭＳＭ要素に対する粗度及び製作公差が低減され得る。実際、それは、ＭＳＭ要素の表面が若干粗い弾性材料の取り付けに有利である。加えて、弾性材料の使用は、図１に示されるように、弾性材料がそのすべての側部で底板に接触しているようなデバイス構造を製造することを可能にする。その側部は底板に接着されることもできる。これにより、封止剤が完全密閉になる。

流体からＭＳＭ要素の少なくとも１つの表面を分ける弾性材料、例えばエラストマは、弾性ＰＤＭＳなどの高分子材料から作られることが多い、ラボ・オン・チップ又はポイント・オブ・ケアのデバイスに統合するのに理想的な本発明により、デバイスを作る。ポンプ要素の封止に使用される弾性材料は、ラボ・オン・チップの不可欠な部分であり得る。使い捨てのラボ・オン・チップにおいて、統合型流体ハンドリング・デバイスは、簡単且つ低コストでなければならない。十分に密閉された封止剤のために、本発明によるポンプは、高圧力を生成し、マイクロ流体デバイスのとても小さいマイクロ・チャネルに流体を移動させるのに非常に適切である。本発明によるデバイスによって生じた圧力は、競合する圧電性マイクロポンプ及び動的マイクロポンプによって発生した圧力より１００倍以上高い、数バールであることが測定された。本発明によるデバイスは、機械部分を有さず、弾性材料によって流体から分かれたＭＳＭ要素は、機構を制御する流体として働く主要構成要素である。デバイスの磁気電力供給のために、ラボ・オン・チップに統合された流体デバイスにおいて電気接触はない。

（ａ）は、流体ハンドリング要素ＦＨＥ１１を概略的に示す図である。磁場Ｈは、ＦＨＥ１１において収縮部を作る実質的に垂直方向における要素の一部に印加される。束縛力又は収縮力は、ベクトルＦと表される。（ｂ）は、横断面図Ａ−Ａを示す図である。ＦＨＥ１１は、１で示され、磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料及び弾性材料２から作られた、作動要素として働く、磁性形状記憶（ＭＳＭ）要素から成る。（ｃ）は、横断面図Ｂ−Ｂを示す図である。ＦＨＥ１１は、１で示され、磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料及び弾性材料２から作られた、作動要素として働く、磁性形状記憶（ＭＳＭ）要素から成る。（ｄ）は、挿入画であり、収縮部の領域における双晶構造を示す図である。黒縞は、垂直に整列された短い結晶軸ｃを持つ双晶バリアントであり、白縞は、水平方向に短いｃ軸を有する双晶バリアントである。（ｅ）は、よじれを持つＭＳＭ要素１の鋸歯状表面を示す図である。鋭いよじれ角は、１３によって示される。 ＭＳＭ要素１の様々な形状及びＦＨＥ１１の弾性材料２を概略的に示す図である。 ＭＳＭ要素１の選択された形状を含んでいるＦＨＥ１１の底面図を概略的に示す図である。 ＭＳＭ要素１の選択された形状を含んでいるＦＨＥ１１の底面図を概略的に示す図である。 ＭＳＭ要素１の選択された形状を含んでいるＦＨＥ１１の底面図を概略的に示す図である。 ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す図である。磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料から作られた作動要素は１によって示され、エラストマ構造は２によって示され、収縮部は３と表される。 ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す図である。磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料から作られた作動要素は１によって示され、エラストマ構造は２によって示され、収縮部は３と表される。 ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す図である。磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料から作られた作動要素は１によって示され、エラストマ構造は２によって示され、収縮部は３と表される。 ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す図である。磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料から作られた作動要素は１によって示され、エラストマ構造は２によって示され、収縮部は３と表される。 ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す図である。磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料から作られた作動要素は１によって示され、エラストマ構造は２によって示され、収縮部は３と表される。 ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す図である。磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料から作られた作動要素は１によって示され、エラストマ構造は２によって示され、収縮部は３と表される。 弾性材料２に埋め込まれている磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、マイクロ流体チャネル６の入口穴及び出口穴に取り付けられている、マイクロ流体デバイスの横断面図を概略的に示す図である。堅牢なカバー板７は力Ｆで押される。 デバイスの断面Ａ−Ａを示す図である。 弾性材料２に埋め込まれている磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、ケーシング７に置かれ、マイクロ流体チャネル６の入口穴及び出口穴に取り付けられている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。底板は、５で示される。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。 弾性材料２に埋め込まれている磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、底板５のキャビティに置かれている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。流体チャネル６及び他のキャビティは、デバイスの底板５にある。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。 弾性材料２に埋め込まれている磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、底板５のキャビティに置かれている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。流体チャネル６及び他のキャビティは、デバイスのカバー板４にある。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。 弾性材料２に埋め込まれている磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が置かれている、流体チャネル６を含んでいる底板５を有するマイクロ流体デバイスの細部を概略的に示す図である。ＭＳＭ要素１は、底板５の表面上に位置している。弾性材料２は、収縮部が移動する長さにわたり流体チャネルを満たす。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。 弾性材料２に埋め込まれた、磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、流体チャネル６及び他の流体用キャビティも含む、底板５のポケットに置かれている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。底板に取り付けられたカバー板は、４で示される。ＦＨＥ１１のアクティブ平面は、板４及び５の平面に実質的に平行である。ＦＨＥ１１の厚さは右に向かって薄くなる。 弾性材料２に埋め込まれている磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、流体チャネル６及び他の流体用キャビティも含む、中板１０の穴に置かれている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。底板に取り付けられたカバー板は４で示され、底板は５で示される。ＦＨＥ１１のアクティブ平面は、板４、５、１０の平面に実質的に平行である。 磁性形状記憶要素１を含んでいる３つのポンプ、及び、回転式永久磁石システムで駆動する弾性材料２から成る、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。流体チャネル６は平行に接続されている。 磁性形状記憶要素１を含んでいる３つのポンプ、及び、回転式永久磁石システムで駆動する弾性材料２から成る、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。流体チャネル６は、直列に接続されている。 弾性材料２で覆われた磁性形状記憶要素１から成り、収縮部３を含む、ＦＨＥ１１が、実質的に円筒対称性のカバー８に置かれている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。図は、連続的に電力供給され得る３つの同軸コイル９を使用して、ＦＨＥ１１を作動させるための本発明の実施例も示す。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。 マニホールドであるマイクロ流体デバイスを概略的に示す図である。ＦＨＥ１１は、弾性材料２に埋め込まれた磁性形状記憶要素１から成る。収縮部は３で示される。入口流体チャネルは６と表され、出口チャネルは６’と表される。デバイスの底板は５で示され、カバー板は４で示される。 デバイスの横断面Ａ−Ａを示す図である。 試験ポンプのポンプ特性を示す図である。図はポンプ周波数を示し、時間の関数として流れる。 試験ポンプのポンプ特性を示す図である。上の曲線は、空気を含んでいる密閉チャンバに水がポンプ送りされた間の圧力を示す。下の曲線は、圧力と同時に測定された流量を示す。 試験ポンプの３つのポンピング・ステップのスナップショットを示す図である。スナップショットは、破線の長方形で制限されたチップの一部を示す。流体チャネルは、６（入口）で示され、６’（出口）で示される。ＦＨＥ１１は、チップの中央における黒い領域である。色付き水滴は、最初に入口チャネル６の開口に置かれた。ステップ１、２、及び３は、ポンピングの開始後、それぞれ、１０秒、２０秒、及び４０秒で取られたスナップショットを示す。 押圧力Ｆの関数としての水の流量の依存関係を示す図である。 押圧力Ｆの関数としての水の流量の依存関係を示す図である。 マニホールドの作動の４つのステップを表すスナップショットを示す図である。それぞれのステップの流路が示されている。断面Ａ−Ａは、すべてのステップに対するデバイスの横断面図を示す。ステップ１及び２は、水が入口チャネル６から出口−２ ６’まで流れる時の場合を提示する。ステップ２とステップ３との間で、収縮部３は、出口−１ ６’チャネルの下にあるＭＳＭ要素１のその断面上の局所磁場を印加することによって、出口−２ ６’の位置から出口−１ ６’の位置まで動かされた。 マニホールドの作動の４つのステップを表すスナップショットを示す図である。それぞれのステップの流路が示されている。断面Ａ−Ａは、すべてのステップに対するデバイスの横断面図を示す。ステップ１及び２は、水が入口チャネル６から出口−２ ６’まで流れる時の場合を提示する。ステップ２とステップ３との間で、収縮部３は、出口−１ ６’チャネルの下にあるＭＳＭ要素１のその断面上の局所磁場を印加することによって、出口−２ ６’の位置から出口−１ ６’の位置まで動かされた。 磁気回路２３並びに２つのコイル２０及び２１から成る電磁石を概略的に示す図である。 電磁石によって駆動されたポンプの作動周期中の５つのステージを概略的に示す図である。５つの周期は図１８ａ〜１８ｅに示される。 ３つの位相において駆動される、３つのコイル１４〜１６を含んでいる電磁石によって電力供給されたポンプの２つの実施例を概略的に示す図である。 ３つの位相において駆動される、３つのコイル１４〜１６を含んでいる電磁石によって電力供給されたポンプの２つの実施例を概略的に示す図である。 相電流ｉ_１、ｉ_２、及びｉ_３の対応するタイミング線図を示す図である。

本発明は、用途に応じて、例えばマイクロポンプ、コンプレッサ、ドーザ、バルブ、マニホールド、又はミキサとして働くことができる流体ハンドリング・デバイスに関する。本発明によるマイクロ流体デバイスは、独立型デバイスであり得、又はそれはラボ・オン・チップ又は他の装置に統合され得る。本発明の不可欠な特徴は、ＭＳＭ要素１が弾性材料２の全体に埋め込まれ、又はＭＳＭ要素１の少なくとも１つの表面が、適切な弾性定数を持つ弾性材料２の適切な形状によって流体から分離されていることである。弾性材料２によってハンドリング対象流体から分離されているＭＳＭ要素１の表面は、アクティブ表面１２として定義される。弾性材料２は、その基部とアクティブ表面との間に置かれる。底板５は基部として働く。

弾性材料２は封止剤として働くこと、又はそれは流体流のためのチャンバ若しくはチャネルも形成することができるか、又はそれらのチャンバ若しくはチャネルの一部であることができる。用途に応じて、弾性材料２は、体積圧縮性又は非体積圧縮性であることができる。体積圧縮性弾性材料２は、気泡を含み得る。ＭＳＭ要素１を含んでいる弾性材料２は、流体ハンドリング要素ＦＨＥ１１として定義される。ＦＨＥ１１は、例えば、１０Ｍ又は１４ＭのマルテンサイトのＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ又はＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金から作られた、少なくとも１つの磁性形状記憶（ＭＳＭ）要素１を含む。ＭＳＭ要素１の双晶境界は、タイプＩ又はタイプＩＩであり得る。１０ＭマルテンサイトにおけるタイプＩＩ双晶境界の利点は、それらがタイプＩの境界より小さい磁場強度で動き、双晶形成応力が実質的に温度非依存であることであり、これは、デバイスの温度が変化する場合に収縮部の体積が変化しないままであることを意味する。

図１の（ａ）は、垂直方向における局所磁場Ｈが収縮部を作る、ＦＨＥ１１を概略的に示す。ＭＳＭ要素１及び弾性材料２は、図１の（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示される。収縮部は３で示され、束縛力又は収縮力はＦで示される。アクティブ平面は、短い結晶軸ｃ及び長軸ａの方向によって決定される平面であり、そこにおいて外部磁場によって磁化容易軸は方向を変える。３次元デカルト座標系は、長さがＸ方向にあるように定義され、幅がＹ方向にあるように定義され、且つ、高さがＺ方向にあるように定義されるように、ＭＳＭ要素１において固定された。高さ（Ｚ）は幅（Ｙ）より短いことが好ましく、幅は長さ（Ｘ）より短いことが好ましい。座標系は図１に示される。図１において、アクティブ平面は平面Ａ−Ａである。磁場Ｈ及び力Ｆは、アクティブ平面に存在する。束縛力は要素の端が動くことを防ぎ、収縮力は要素の長さを減らす。長さ方向は、平面Ｂ−Ｂに直角な方向として定義され、垂直方向は、図１の（ａ）において平面Ａ−Ａに直角な方向として定義される。ＭＳＭ要素１は、弾性材料２に完全に埋め込まれるか、又は用途に応じて部分的に埋め込まれる。弾性材料２の厚さは、ＦＨＥ１１に課された要件を満たすための用途に従って決定される。厚さは、要素に従って変化することができる。

弾性材料２は、その弾性定数が、弾性材料２の厚さを考慮した上で、用途に最適であるように、選択される。弾性定数が大きすぎ、且つ層が厚すぎる場合、ＭＳＭ要素１の磁場誘起歪みは、収縮部を作るのに十分強くない。弾性定数が小さすぎ、且つ層の厚さが大きすぎる場合、ＦＨＥ１１の表面上の収縮部は、ＭＳＭ要素１の収縮部に従わない。図１の（ｂ）は、ＦＨＥ１１の横断面図（断面Ａ−Ａ）を示す。図１の（ｄ）は、ＭＳＭ要素１の双晶行動を示す。双晶バリアントは、平行な黒と白の縞で示される。ＭＳＭ要素１の鋸歯状表面は、図１の（ｅ）に示される。双晶バリアント間のＭＳＭ要素１の傾斜面の鋭角は、１３で示される。弾性材料２は、よじれ角１３が底板に直接的に接触していないので、ＭＳＭ要素１の、表面のすり減った摩耗、特に表面上の鋭いよじれ角１３の変形を防ぐ。摩耗による表面変形は、双晶境界が動くことを阻止する可能性があり、そのことが、収縮部の可動性を低下させ、デバイスの動作を停止さえさせ得る。図１の（ｃ）は、ＦＨＥ１１の断面Ｂ−Ｂを示す。収縮部の深さは、ＦＨＥ１１の側の方に減少する。図１は、ＦＨＥ１１の実例を示していることを強調しておく。ＭＳＭ要素１及び弾性材料２の形状は、用途に従って変わることがある。

弾性材料２に対するＭＳＭ要素１の取り付けを強くすると、ＭＳＭ要素１の表面はプライマ処理をされ得るか、又は、ＭＳＭ要素１の表面は、ＭＳＭ要素１が弾性材料２に機械的にも取り付けられるように、修正され得る。このような表面の修正は、キャビティであり得る。ＭＳＭ要素１は、両側間にエラストマのブリッジを作るために、要素全体にわたって穴又はスリットも含み得る。ＭＳＭ要素１は、少なくとも２つのセパレート型ＭＳＭ要素１からも成り得る。１つの幅広の要素の代わりに、少なくとも２つの狭い要素を持つことは、渦電流損失を低減させること、ＭＳＭ要素１の磁場誘起傾斜、及びクラッキングの危険を低減させることにとって有益でもあり、１つの要素がクラックする場合、まだ正常に働く他の要素がある。弾性材料２は、１つのＭＳＭ要素１として一緒に働くセパレート型要素と接続する、補助物質でもある。

流体制御の正確さ及び反復性にとって、収縮部の体積は、作動中に変化しないままであることが重要である。双晶構造が微細である、つまり、双晶が狭い場合に限り、ＭＳＭ要素１における収縮部は滑らかに湾曲し、収縮部キャビティの形状は作動において反復性を残す。双晶が幅広だった場合、収縮部の形状は鋸歯状になる可能性があり、収縮部体積はうまく制御されない可能性がある。これは、制御できないポンピング特性、及びＭＳＭ要素１の短い疲労寿命につながる可能性がある。微細な双晶構造は、要素のクラッキングも防ぎ、それらの疲労寿命を増大させる。ＭＳＭ要素１に取り付けられた弾性材料２は、よじれの影響を低減させ、双晶の幅を減少させる。その効果は、弾性材料２において弾性材料２を取り付ける前に、ＭＳＭ要素１の少なくとも１つの側においてショット・ピーニングによって強化され得る。実例１〜４において示されたデバイスに使用されたＭＳＭ要素１は、ソーダ・ブラストによってショット・ピーニングされた。ソーダ・ブラスト処理要素は、大抵のマイクロ流体デバイスに設定された要件を大幅に上回る、膨大な回数の歪みサイクルの後でさえ損傷を受けない。

デバイスのＭＳＭ要素１に印加された磁場は、電磁石、少なくとも２つの極を有する回転式永久磁石システム、又は永久磁石の並進であり得る、磁場源を使用して発生する。永久磁石システムは、２つの磁極より多くを作るいくつかの永久磁石から成ることができる。多重磁石システムの利点は、磁場がＭＳＭ要素１の小さな領域に集中され得ること、より小さな回転速度が使用され得ること、及び、漂遊磁場が低いことである。低い漂遊磁場は、他のＭＳＭポンプと他のデバイスとの間の干渉を低減する。電磁石は、少なくともＦＨＥ１１の１つの側に置かれ得る。電磁石は、図１７に概略的に示されるように、連続的に電力供給される、少なくとも２つのコイル２０、２１から成る。実例６は、ポンプを示し、その原理は、図４及び図５に示されるそれと類似し、３つのコイルを含んでいる電磁石によって電力供給される。以下の実例１〜３は、２つの磁極を有する回転式永久磁石システムを使用して電力供給されたポンプの実施例を示し、実例５は、電磁石によって、及び回転式永久磁石システムによっても電力供給されるマニホールドを示す。電磁作動を使用して、ＭＳＭ要素１の超高速作動の利点を最大に利用することが可能であり、それは回転式永久磁石システムに基づいた磁場源を使用することによっては可能でない。短い磁場パルスが小さいＭＳＭ要素１に印加される時、ＭＳＭ要素１の作動速度は、５ｍ／ｓに達することができ、加速度は１００万ｍ／ｓ^２に達することができることが示された。本発明によるデバイスの超高速作動は、生物医学及び化学産業においていくつかの新しい用途を作ることが期待される。例えば、本発明によるデバイスは、薬剤を細胞壁に打ち込むか、又は細胞からＲＮＡを吸い出し得る。

流体ハンドリング要素ＦＨＥ１１の形状は、用途に応じて選択される。形状の実例は、図２において提示される。図２ｂ及び図２ｃは、ＭＳＭ要素１の選択された形状を含んでいるＦＨＥ１１の底面図を概略的に示し、図２ｅ〜２ｊは、ＦＨＥ１１の横断面図の実例を示す。図２ａに示されるような横断面Ａ−Ａ及び図２ｅに示されるような横断面Ｂ−Ｂを有するＦＨＥ１１は、ポンプ、バルブ、ドーザ、及びマニホールド又はミキサに使用されることができる。図２ｃ及び図２ｄに示されるような横断面Ａ−Ａを有するＦＨＥ１１は、収縮部がＦＨＥ１１に沿って動く時に収縮部体積が減少するので、流体を圧縮するのに適している。実例２ｄに従ってＭＳＭ要素１を使用すると、圧縮効果は、要素の上部において高く、収縮部がさらに動く時にしだいに小さくなる。図２ｅは、弾性材料２がＭＳＭ要素１より広く、収縮部をその側部の底板に下に湾曲させるという、本発明の重要な特徴を示す。これは、ＦＨＥ１１の後側に流体が流れることを完全に防ぐ。図２ｆに示されるＭＳＭ要素１の横断面は、それが図２ｅに示されるＭＳＭ要素１よりも収縮部のより緩やかな傾斜を作り出すので、特定の用途において有利である。これは、側部の方へＭＳＭ要素１の厚さが減少するために、収縮部がしだいに側部の方へ減少するのが理由である。図２ｆに示される横断面の形状は、磁束線も集中させ、それは特定の用途において利用され得る。楕円形又は円形の横断面を有するＦＨＥ１１は、弾性材料２における局所的応力を減少させ、収縮部を非常に滑らかにもさせる、鋭角を表さない。ＭＳＭ要素１における角の欠如は、要素の疲労寿命も増加させる。図２ｅ〜２ｇは、弾性材料２が周囲面に固定されているので、弾性材料２の構造が側部上で変形しない例を提示する。それらは側部が固定されていなくともよいが、その場合、弾性材料２は、その側部でもわずかに変形する。図２に提示された構造は、より大きいデバイスの細部も示し得る。図２ｈ及び図２ｉに示される例は、弾性材料２が側部において湾曲しないでＭＳＭ要素１の形状変化に従う場合に関する。図２ｈに示されるＦＨＥ１１は、覆われないままである１つの側を除いたすべての他の側において、弾性材料２で覆われたＭＳＭ要素１を含む。図２ｉは、エラストマ材料２がＭＳＭ要素１のアクティブ表面上にのみ置かれている場合を示す。図２ｊは、エラストマ材料２がＭＳＭ要素１の一方の側に取り付けられている、ＦＨＥ１１を示す。このＦＨＥ１１の横断面は、フラット・ループを形成する。ＦＨＥ１１のこのタイプは、収縮部キャビティが流体を運ぶ、蠕動式ポンプである。図２ｊに示されるＦＨＥ１１は、適切に設計された弾性材料２と組み合わされたＭＳＭ要素１、流体を操作することができるマイクロ流体デバイスを形成するという、本発明の重要な特徴を示す。図２に提示されたＦＨＥ１１は、選択された例のみであることが強調される。形状は、それらの実例とは異なる可能性もあり、例えば、ＭＳＭ要素１は、アクティブ平面１２が湾曲し、ＭＳＭ要素１の角が丸みを帯び得るように、切断され得る。

流体ハンドリング要素ＦＨＥ１１、例えば、ポンピング要素は、デバイス、例えば、ラボ・オン・チップ又は化学マイクロ・リアクタ、のマイクロ流体チャネル６の入口穴及び出口穴に置かれることができる。このような例は図３に示される。力Ｆでカバー板７を押すことは、収縮部体積を減少させる。力を増大させることは、収縮部体積を１００倍以上さえ減少させる。制御可能なポンピング流を有するこのタイプのポンプの実例は、実例３に提示される。流体チャネル６の入口穴及び出口穴に取り付けられることができる流体デバイスの別の図解は、図４に示される。ＦＨＥ１１は、デバイス５の表面に取り付けられている、剛性ハウジング７に置かれる。デバイス５の表面に取り付けられたハウジング７は、ＦＨＥ１１の周囲に剛性ケーシングを形成する。このケーシングの剛性は、収縮部体積がデバイスの作動中に一定であることを確実にする。実例１は、このタイプのポンプの実施例を示す。剛性カバー４は、磁場の漂遊磁場を防ぐために強磁性材料から作られ得る。この強磁性材料は、低い渦電流損失を有しなければならない。１つのこのような材料は、強磁性フェライト、又は強磁性粉末を含んでいる合成物である。

図５は、カバー板４及び底板５を含むマイクロ流体デバイスの実例を示す。ＦＨＥ１１は、底板５に作られたポケットに置かれる。マイクロ流体チャネル６は底板に置かれる。図５は、流体ハンドリング・デバイスを含むデバイスのその一部のみを示すことが強調される。デバイス全体は、例えば、ラボ・オン・チップ、化学マイクロ・リアクタなどであり得る。図５は、デバイスのＦＨＥ１１の横断面図Ａ−Ａも示す。実例２は、図５に示されるポンプの実施例を示す。図６は、流体チャネル６及び他の流体キャビティがデバイスのカバー板４に作られている、マイクロ流体デバイスを示す。この設計は、カバー板４が例えばＰＤＭＳ重合体などからロール・ツー・ロール技法を使用して作られる時に、最適である。ひょっとしてロール・ツー・ロール技法及びＦＨＥ１１を組み込むことによっても作られる、底板５は、例えば、接着剤、化学処理、紫外線、又はレーザの技法によって、カバー板４に取り付けられる。カバー４及び流体チャネル６及び他のキャビティを組み込んでいる底板５は、型付き鋳造、射出成形、熱エンボス加工、フライス加工、カービングを使用するか、又はレーザ・アブレーションによっても、製作され得る。流体チャネル６及び流体用の他のキャビティは、部分的にカバー板４において、部分的にカバー板５においても作られ得る。すべての図に示されるデバイスは、本発明の選択された特徴をただ説明するために提示され、それらに限定されないことが強調される。例えば、流体チャネル６は、図に示されたのとは異なる方向にデバイスに接続されることもある。また、セパレート型底板及びカバー板は、本発明によるいくつかのデバイスにおいて必要ではない。図４に示されるカバー７は、何らかの剛性材料から作られる必要はなく、それは、エラストマの表面を化学的に硬化させることによって、又は、例えば紫外線光を使用して、エラストマのカバーから作られることができる。

多くのマイクロ流体デバイス、特にラボ・オン・チップにおいて、マイクロ流体チャネルは、深さ及び幅が、非常に小さく、数マイクロメートルにすぎないことがある。チャネルの小サイズのため、マイクロポンプをそれらのチャネルに接続することは課題である。図７は、極小スケールのマイクロ流体デバイスに統合されることができるマイクロポンプのための１つのソリューションを、概略的に示す。図７において、ポンピングに必須であるそれらの部品のみが示される。カバー板のようなデバイスの他の部品は、図７に示されていない。ＦＨＥ１１は、ＦＨＥ１１の弾性材料２が、収縮部３が位置しているチャネルのその部分を除いて、流体チャネル６の横断面を満たすという方法で、マイクロ・チャネル上に置かれる。ＭＳＭ要素１は、チャネルの上に位置している。したがって、ＭＳＭ要素１は、マイクロ流体チャネルよりも幅がずっと大きくあり得、それは、製造を簡単にし、公差を大きくし、且つ、コストを低くする。流体チャネルをＦＨＥ１１の弾性材料２で満たすことは、いくつかの方法で、例えば、鋳造、成形、又は、デバイスの作動中に外力によってチャネルのエラストマを押すことによって、行われ得る。実例３は、本発明の実施例を示し、そこにおいて、ＦＨＥ１１の最初は平坦な弾性材料２は、弾性材料２が局所的にチャネルを満たすような、開マイクロ流体チャネルに対する高い垂直力で押される。力が増加することによって、ＭＳＭ要素１の収縮部が減少し、より小さなポンピング流に至る。結果は、ポンピング流が印加された力によって１００倍を超えて制御されることができることを示した。実験は、一定のポンピング周波数で行われた。また、ポンピング流の安定性及び反復性は、優秀であることが証明された。

ラボ・オン・チップは通常、薄板である。本発明によるいくつかのデバイスでは、ＦＨＥ１１のアクティブ平面は、ラボ・オン・チップの平面に平行であり、つまり、ＦＨＥ１１の寸法は、平面方向では大きいが、板の平面に直角な方向では小さい。例えば、ＦＨＥ１１が平面に直角ならば、ＦＨＥ１１の寸法は、０．２ｍｍであり、ＦＨＥ１１が平面に平行ならば、その寸法は２ｍｍであり得る。収縮部がラボ・オン・チップの平面に直角であるＦＨＥ１１の薄い側に位置しているので、収縮部の深さは大きいというのが利点である。図８ａは、ＦＨＥ１１のアクティブ平面がチップ平面に平行である、ラボ・オン・チップを示す。ＦＨＥ１１は、底板５のポケットに置かれる。流体チャネル６及び流体用の他のキャビティは、底板５に作られる。カバー板４は、ＦＨＥ１１及び流体チャネル６を封止する。側面図断面Ｂ−Ｂ（図８ｂ）は、ＦＨＥ１１がこのデバイス例において楔形であることを示す。先細ＦＨＥ１１とは異なる他の形状も、例として使用されることもできることが強調される。流体の圧力は、流体が左から右へポンピングされる場合、増加する。マイクロ流体チップのこの例は、コンプレッサである。この場合は、圧縮は、厚さが要素に沿って減少するＦＨＥ１１で行われることもできることを示す。図２は、可変幅を持つ流体圧縮ＦＨＥ１１の実例を示した。最大圧縮効果は、幅と厚さの両方がＦＨＥ１１に沿って減少する、ＦＨＥ１１において起こる。

図９は、ＦＨＥ１１が、流体チャネル６及びデバイスに必要な他のキャビティを組み込んでいる、中板１０の穴に置かれている、マイクロ流体デバイスを概略的に示す。底板に取り付けられたカバー板は、４で示される。ＦＨＥ１１のアクティブ平面は、板４及び５の平面に実質的に平行である。この実施例は、ロール・ツー・ロール技法を使用して製造されるのに適切である。中層は、ＰＤＭＳエラストマであり得、カバー板は、例えば、アクリルであり得る。

本発明によるマイクロポンプの独特の特徴は、流れが脈動型であることである。１つのポンピング周期で、流体の１つの収縮部体積が移動する。流れパルスは、流体チャネルにおける容器を使用して滑らかにされることができる。マイクロポンプは、ポンピング用のＦＨＥ１１の両側に位置する収縮部も利用し得る。しかし、収縮部は、要素を引っぱる静磁気力のために、磁石に面しているＭＳＭ要素１のその側においてより小さい。パルスは異なるポンピング相において平行に作動する少なくとも２つのマイクロポンプにより減少され得る。図１０ａは、回転式永久磁石システムの周りの円周に置かれている、ＦＣＥ１１、カバー板４、底板５、及び流体チャネル６から成る、３つのポンプから成るポンピング・システムの実例を示す。流体チャネル６は、平行に接続される。平行に接続されたポンプの個数は、２つ、３つ、又は、流れをさらに滑らかにするためにそれより多くてもよい。代替的に、同じ板に（又は、上に）置かれた少なくとも２つの平行ポンプの一式を使用することが可能であり、それぞれのポンプは、同じ軸において回転する、それ自体の角度移動永久磁石システムを有する。前述のポンプが直列に接続されている場合、流体の圧力は増加し、出口における圧力は下変動を有する。図１０ｂは、３つのポンプが直列に接続されている例を示す。

本発明によるデバイスはまた、図１１に概略的に示されるように軸対称であり得る。円筒状ＦＨＥ１１がほぼ円筒対称のカバー８内部に置かれる。電子磁石又は回転式永久磁石システムを使用して、ＭＳＭ要素１を作動させることができる。電磁石は、図１１に示されるように、連続して電力供給される３つの同軸コイル９を含み得る。電磁作動高速電流パルスを超高速にすることができるので、デバイスは、流体を非常に速い速度でデバイスから射出することができる。少量の薬剤又は化学薬品の高精度での投与が、このデバイスには重要な応用群であることが予想される。デバイスは、高加速且つ高速で流体を吸い込むことができ、これは、例えば、生体細胞の中身を吸い込む際に活かされ得る。

ポンピングに使用されるとの同様の流体ハンドリング要素ＦＨＥ１１は、図１２に示されるように、マニホールドにでも使用され得る。マニホールドの場合、流体は、収縮部３を通ってＦＨＥ１１にわたって流れる。ＦＨＥ１の片側には、流体６の入口があり、ＦＨＥ１１のもう一方の側には、少なくとも２つの出口チャネル６’がある。収縮部が１つの出口チャネル６’の前に置かれる場合、流体は、入口チャネル６からその出口チャネル６’に流れる。収縮部が出口チャネル６’のうちのいずれかの外側に置かれる場合、デバイスは、閉バルブとして働く。電磁作動を使用し、図ＦＨＥ１１における収縮部の超高速の動きを考慮すると、本発明によるマニホールドは、流体流を、わずか１マイクロ秒内で、１つの出口チャネル６’から別のチャネルに切り替えることができる。電磁作動は、いずれの順番でもチャネルを開閉することを可能にし、２つ以上のチャネルが同時に開くこともできる。切り替えは、ｏｎ／ｏｆｆのみではなく、出口チャネル６’の前に部分的に収縮部を動かすことによって、徐々に切り替えを行うこともできる。本発明によるマニホールドは、生物医学、化学、マイクロロボット、及びマイクロマニピュレーションなど、いくつかの産業分野で大きな応用可能性を有すると見られる。マニホールドの実施例が実例５で下に提示される。

本発明によるデバイスは、特に生物医学、化学、及び電子工学の産業においていくつかの用途を有する。デバイスは、非常に小さな体積の流体をポンピング又は投与する際でも正確である。超高速の投与速度と相まったこの特徴は、例えば、神経及び分子生物学的用途に大いに重要なものである。このようなマイクロポンプは、多くの生物医学及び化学の用途に必要な特徴である流体との接触がない。ポンプは、両方向に流体を移動させ、流チャネルを開閉するためのバルブとしても働くことができる。ポンプは、真空ポンプとして働くこともできる。この市場では小型の真空ポンプが求められている。その単純な構造、低コスト、及び無線磁場誘起式作動により、統合型マイクロポンプは、低コスト使い捨てラボ・オン・チップには理想的なソリューションである。ポンプ、バルブ、マニホールド、及びミキサは、様々なラボ・オン・チップ又は化学の用途にとってのソリューションの役目を果たす。これらのデバイスを使用して、いくつかの気体及び液体をハンドリングすることができる。ポンプは、マイクロプロセッサなどの電子構成要素を冷やすのに液体を移動させるのにも適している。本発明によるコンプレッサを使用すると、マイクロ冷却器も作ることができる。このような冷却器（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ）は、電子機器、例えばプロセッサの冷却時と同様に生体医学用途に大きな商業的可能性を示す。

「実例１」マイクロ流体チップ、例えばラボ・オン・チップに取り付けられたマイクロポンプ
その原理が図４に概略的に示されたマイクロポンプが作られ、ポンピング対象流体として水を使用して試験された。流体チャネル６を含む底板５が、アクリルから製造された。１ｍｍの厚さ、幅２ｍｍ、８ｍｍの長さのＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ ＭＳＭ要素１を含むＦＨＥ１１が、弾性材料２に埋め込まれ、剛性プラスチックカバー７で覆われた。ＭＳＭ要素１に薄い双晶構造、続いて滑らかに湾曲した収縮部を作るのに、ＭＳＭ要素１は、弾性材料に２に埋め込まれる前にソーダ・ブラスト処理された。ＦＨＥ１１を含む剛性カバーが底板５において、その断面が２００×４００μｍ^２である流体チャネル６の入口穴及び出口穴に取り付けられた。６ｍｍの直径の２つの磁極を有する永久磁石システムが、底板５の下で回された。図１３ａは、ポンピング周波数（この永久磁石の２つの磁極により、永久磁石の回転周波数の２倍の周波数である）と、時間関数としての流量とを示す。周波数は、０から２５０Ｈｚに段階的に上がり、その後、下がってゼロに戻った。図は、流量が、６００ｍＬ／分まで段階を踏んで上がり、その後、ゼロに下がることを示す。この結果は、流量がポンピング周波数によって正確に制御され得ることを示している。ポンプは、自己ポンピングであり、両方にポンピングすることが分かった。図１３ｂでは、水が空気を含む密閉チャンバにポンピングされた実験の結果が分かる。上の曲線は、２．２バールまで徐々に上がる圧力を示す。上昇する圧力に対するポンピングの間、流れは、２バールまで一定を保つ。ポンプの封止は、圧力を２．２バールに制限する。封止をより良くすると、本発明によるポンプは、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ材料の最大磁場誘起応力に設定された限度である３０バール近くにまでもポンピングする可能性がある。いくつかの実験において、１０バールの圧力に達した。マイクロ流体用途では、ポンプが高圧力に達することができ、流れが圧力に左右されないことが極めて重要である。本発明によるマイクロポンプは、多くの競合するポンプよりも高い圧力を発生させる。試験ポンプは、低圧力を生み出すことが分かった。空気が試験チャンバから外にポンピングされ、１ミリバールよりも低い圧力に達した。この実験で、本発明によるポンプがまた小型の真空ポンプであることが分かる。優れた封止を使用すると、ポンプは、１ミリバールをはるかに下回る圧力に達することが予想される。

「実例２」チップ内部に統合されたポンプ
図５に概略的に示されるようなマイクロポンプがアクリルから作られた。チップは、２５０μｍの高さ、２ｍｍの幅のマイクロ流体チャネルを含んでいた。Ｎｉ−Ｍｎ−Ｇａ ＭＳＭ要素の寸法は、５００μｍｍ（厚さ）、１ｍｍ（幅）、８ｍｍ（長さ）であった。ＭＳＭ要素は、弾性材料２に埋め込まれる前にソーダ・ブラスト処理された。ＦＨＥ１１における収縮部の体積が約２０ｎＬと測定された。ポンピング周波数は、１００Ｈｚであり、流量は、２ｎＬ／ｓであった。図１４は、チップのアクリルカバー板４を通して撮られた３つのポンピング・ステップのスナップショットを示す。スナップショットは、破線の長方形で限られたチップの部分を示す。流体チャネルは、６（入口）及び６’（出口）で表示される。ＦＨＥ１１は、チップの中央の黒い部分である。最初に、入口チャネル６の開口に、色付き水滴が置かれた。ステップ１、２、３は、それぞれ、ポンピングの開始後１０秒、２０秒、４０秒で撮られたスナップショットを示す。ポンプは、自己ポンピングであり、双方向性、例えば、両方向にポンピングすることができることが分かった。

「実例３」マイクロ流体チャネルに置かれたマイクロポンプ
その原理が図７に提示されたマイクロポンプが作られ、その性能が試験された。ポンプは、その高さが３ｍｍ、幅１０ｍｍ及び高さ１５ｍｍであるエラストマ板の中央に埋め込まれた、１ｍｍ（厚さ）×２ｍｍ（幅）×８ｍｍ（長さ）の寸法のＭＳＭ要素１である。エラストマ板の上面及び底面（幅×長さ）は、平坦で滑らかであった。このエラストマ板は、図７の２で示される弾性材料に対応する。エラストマ板に鋼カバー板が置かれた。鋼カバー板は、様々な力で押されると同時に、図７の５で示される鋼カバー板と底板との間の距離（Δ）が測定された。ポンプは、６０Ｈｚの周波数で作動した。距離Δの関数として、ポンピング流が流量計を使用して測定された。図１５ａは、ポンピング流対Δを示す。この実験に先立ち、流体チャネルを埋めるように、エラストマ材料２が押された。図１５ａは、鋼カバー板が７０μｍ動くと、流量が１２μＬから約４００ｎＬに減ることを示す。力がＦＨＥ１１の収縮部体積を縮小することから、流れは、力が弱まるのにつれて小さくなる。この結果により、ポンピング流が外力によって、広範囲で制御され得ることが分かる。本発明によるマイクロポンプの利点は、カバー板に掛かる力による広範囲の流れの制御性と、かなり大型のＭＳＭ要素１を使用して非常に小さな体積をポンピングする能力である。大型ＭＳＭ要素１は、非常に薄い要素よりも、理に適った公差で製造することが容易である。

カバー板を、力を強めながら押し続けた。ポンピング流が流量計の分解能を超えたので、ポンピング流を測定するのに、ポンピング流の動きに光学的に従うことによる光検出が使用された。図１５ｂは、変位Δの関数として光学的に検出されたポンピング流を示す。図１５ｂは、変位が７０μｍから８６μｍに上がるときに、ポンピング流が約４００ｎＬ／分から４ｎＬ／分に減少し続けることを示す。本発明によるマイクロポンプは、１０００倍を超える、１２ｍＬ〜４ｎＬで変動する流量という傑出したポンピング特性を有する。それに加え、ポンピング周波数が６０Ｈｚから０．６Ｈｚに下がった場合、ポンピング流は、１０００００倍を超えて変動する可能性がある。

光検出は、本発明によるマイクロポンプにおけるポンピング流を検出する際の１つの方法である。ポンピング流を制御するのにこの情報が使用され得る。１つの可能性は、マシンビジョンを使用してポンピング流とともに動くいくつかの物体を検出することである。

「実例４」小さな要素の場合のポンピング流
極めて小さな流体体積をポンピングするのに、様々なサイズの小さなＭＳＭ要素４が作られ、それらのポンピング特性が調べられた。下表は、要素の寸法（厚さ×幅×長さ）、ＦＨＥ１１の収縮部体積と同じであるポンピング体積／周期、及び１００Ｈｚの試験周波数におけるポンピング流を示す。この結果は、本発明によるポンプが、非常に小さな量で薬剤を正確にポンピングし、投与するのに適していることを明らかにしている。
ＭＳＭ要素の寸法 ポンピング体積／周期 １００Ｈｚでのポンピング流
２．５×１×８ｍｍ^３ １３０ｎＬ ８００μＬ／分
１．４×１×８ｍｍ^３ １０ｎＬ ６０μＬ／分
０．４５×０．４５×８ｍｍ^３ ２ｎＬ １０μＬ／分
０．４５×０．４５×８ｍｍ^３ ０．６ｎＬ ３μＬ／分

「実例５」マニホールド
１つの入口チャネル６及び２つの出口チャネル６’を有するマニホールドが作られ、その性能が試験された。マニホールドは、ＦＨＥ１１用にポケットが圧延された底板５と、５００μｍの幅及び深さ２００μｍの流体チャネル（入口チャネルは６、２つの出口は６’）を含むカバー板４との２つのアクリル板から作られた。カバー板４が底板５に取り付けられた。色付き水がマニホールドにわたりポンピングされた。図１６ａは、動作の４つの動作ステップを表すスナップショットを示す。図１６ａでは、ステップ１〜４のそれぞれの際の流路が示される。断面Ａ−Ａは、すべてのステップにおけるデバイスの断面図を示す。ステップ１及び２は、水が入口チャネル６から出口−２ ６’に流れる場合を提示する。ステップ２とステップ３との間で、出口−１チャネル６’の下にあるＭＳＭ要素１のその断面に局部的な磁場を印加することによって、収縮部３が出口−２ ６’の場所から出口−１ ６’の場所に動かされた。同時に、ＭＳＭ要素１のその両端が拘束され、２つの双晶バリアントのフラクションを一定に保つことから、収縮部が出口２ ６’の場所から消える。ステップ３及び４は、水が入口チャネルから出口−１ ６’に流れる場合を表す。流路は、入口６から出口６’への矢印によって視覚化される。出口−１ ６’と出口−２ ６’との間に収縮部が設けられると、両方の出口チャネル６’が同時に閉じられ得る。マニホールドは、電磁石と、２つの磁極を有する回転式永久磁石システムとを使用して、電力供給された。また、ＦＨＥ１１の下に永久磁石を滑らせると、ＦＨＥ１１に沿って収縮部が動き、出口間で流れが切り替わることが示された。

本文に示されるすべての実例は、本発明のいくつかの特徴を示すのに使用され、本発明がそれらの実例のみに限られるものではないことを強調しておく。

「実例６」電磁石を使用して駆動されるデバイス
本発明によるデバイスの収縮キャビティ３を動かすのに、多相コイル式磁気システム（ＭＭＳ：Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ−ｃｏｌｉｌｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ）が設計、製造された。この設計では、ＭＭＳは、図１８ａ〜１８ｅに概略的に示されるように、マイクロ流体デバイスの上に置かれる。このタイプのデバイスには、可能な動作モードが２つある。第１の動作モードでは、底板５とカバー板４との間に位置する磁気ハンドリング要素（ＭＨＥ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ）は、その端が拘束されない。第２の動作モードでは、ＦＨＥ１１の長さ方向における伸長が、剛性又は弾性（例えば、ばね）のリミッタ１７及び１８によって制限される。ＭＳＭ要素１を完全に又は部分的に覆う弾性材料２は、必要とされるばね力ももたらし得る。

第１の動作モード：
３相ＭＭＳの場合で、ＦＨＥ１１が固定されない第１の動作モードが、図１８ａ〜１８ｅに提示される。３つの磁心１４、１５、及び１６がそれら自身の巻きによって３つの異なる磁場を作り出す。多相の場合、磁心１５は、さらなる相部分に分かれることができる。ＦＨＥ１１を含むポンプ１１は、磁心（１４〜１６）の３つの部品の下に位置する。リミッタ１７及び１８は、ＦＨＥ１１の無歪を可能にするように置かれる。

動作周期は以下の段階を含む：
初めに、図１８ａに示されるように、磁心１４によって生じた磁場が下方へ向けられる。磁場の垂直成分がＦＨＥ１１の入口部分に収縮キャビティを作り出し、入口を開く。静磁気応力により、ＦＨＥ１１の上側の収縮キャビティ３は、ＦＨＥ１１の下側の収縮キャビティ３よりも体積が小さい。同時に、磁場のＦＨＥ１１の長さ寸法に沿って並ぶ長手成分は、磁心１４と１５との間の領域にＦＨＥ１１の部分的な縮みを作り出す。これによって、磁心１４と１５との間の流れチャネルが閉じられる。

図１８ｂは、磁心１５によって生じた磁場が加えられたときの状況を提示する。この磁場の垂直成分が、ＦＨＥ１１の一部を長くし始め、磁心１５の下の収縮部体積３を増やす。この領域内の磁場の長手成分が消えるので、磁心１４と１５との間の流体チャネル６が開き、磁心１４及び１５の下の領域、並びにそれら間の領域がその磁場の垂直成分のみに晒されることになる。同時に、磁場の長手成分が、磁心１５と１６との間の領域内のＦＨＥ１１に縮みを作り出す。したがって、磁心１５と１６との間のチャネルが閉じられることになる。この段階で、磁心１４と１６との間のチャネルの体積が増すことから、ポンプが、入口チャネルから吸い込む。

図１８ｃでは、前の段階が終了し、磁心１４の磁場が取り除かれる。磁心１５によって生じた磁場の垂直成分が、磁心１５の下の中央チャンバを開状態に保ち、長手成分が、磁心１４と１５との間のチャネルを閉じる。磁心１５の下のチャンバは、流体で満たされる。

図１８ｄでは、磁心１６の磁場を加えることによって、前の段階が継続される。したがって、磁心１５と１６下の領域内のＦＨＥ１１、及びそれら間のＦＨＥ１１は、垂直磁場のみに晒される。磁心１５と１６との間のチャンバが開き、磁心１６の下のチャンバに流体が流れることができる。

図１８ｅでは、磁心１５の磁場が取り除かれる。したがって、磁心１７によって生じた磁場の長手成分によって、磁心１５と１６との間のチャネルが閉じられる。磁心１７の下のチャネルの総体積が減り、液体が流れ出し、新しい動作周期を始めることができる。

第２の動作モード：
第２のモードでは、ＦＨＥ１１の両側に置かれた伸長リミッタ１８が、ＦＨＥ１１の長さを動作中に不変に保つという点で、第２の動作モードは、第１のモードとは異なる。第２のモードの主な利点は、チャネルにおける体積変化が、第１のモードにおける変化に比べて大きいことである。したがって、ポンピング流及びポンピング圧力がより高くなり得る。しかし、第２の動作モードは、コイルを熱くする磁気回路のコイルにおける損失増加をもたらす、より強い磁場を必要とする。より高い磁場要求の理由は、能動磁性相中にＦＨＥ１１を長くするのに、また受動相中にＦＨＥ１１を縮めるのに必要とされる倍力である。

上記のデバイスの動作原理に基づき、様々な実施例が作られ得る。図１９において、ポンプの２つの実施例が提示される。図１９ａでは、ポンプ設計は、図５に概略的に示されたものと同様である。ＦＨＥ１１は、底板５及びカバー板４から成る流体チャンバ内部に置かれる。このチャンバは、非磁性である必要がある。この構造体は、リミッタ１７及び１８、３つの相コイル２０、２１、及び２２を有する上部磁気回路２３、下部受動磁気回路２６、並びにバイアス用永久磁石２４及び２５を含む。用途に応じて、２つの磁石からいくつかの磁石に、磁石の個数を変えることができる。特殊な形の強磁性部品１９を使用することにより、ＦＨＥ１１内部の磁場分布を変えることによって、デバイスの性能が向上され得る。この部品の目的は、ＦＨＥ１１に印加する磁束を広げることにある。バイアス用永久磁石２４及び２５も、コイルの起磁気力を低減し、それらにおける損失を少なくする。この設計は、磁気回路２３及び２６の２つの部分間の隙間が分かれていることから、多くの用途、例えば、ラボ・オン・チップに適している。

図１９ｂは、流体チャネル６がデバイス５の底片に置かれ、ＦＨＥ１１が覆い部品７で覆われているデバイスを示す。この設計タイプの１つの実施例が、図４に概略的に示される。図１９ｂに示されるデバイスでは、流体チャネル６が、下部磁場路２６を貫通する必要がある。代替として、流体チャネルは、上部磁気回路部分と下部磁気部分との間に、デバイスの両側から通じていてもよい。上部磁気回路部分２３と下部磁気回路部分２６との間に、スペーサ２７が置かれ得る。用途に応じて、スペーサは、磁性又は非磁性であり得る。

図１９ｃは、相コイル電流ｉ_１、ｉ_２、及びｉ_３の時間図２を示す。電流ｉ_１、ｉ_２、ｉ_３は、それぞれ、コイル２０の電流、コイル２１の電流、コイル２２の電流を指す。

コイル２０、２１、及び２２を含む２つの磁気回路２３は、対向配置されてもよい。本発明によるマイクロ流体デバイスは、磁気回路間の隙間に置かれる。この実施例では、隙間における磁場強度は、コイルを有する磁気回路を１つだけ使用する場合よりも高い。コイル内の電流は小さくなる可能性があり、それらの加熱は抑えられる。永久バイアス磁石は、必要とされない。

上記のポンプが作られ、水及び空気をポンプ送りすることによって、その性能がテストされた。ポンプは、広範囲の周波数において流体を移動させることができることが示された。上記の電磁石も、マニホールドにおけるテストが成功した。

本発明が上記の実例に限定されるのではなく、以下に提示される特許請求の範囲内で変えられ得ることが、当業者には明らかである。

図が必ずしもデバイス全体又は装置全体を示すのではなく、その選択部分のみを示す場合があることも、当業者には明らかである。図が必ずしも正しい縮尺ではなく、また様々なやり方で様々な図に提示された実例及び実施例をつなげることが可能であることも明らかである。

Claims (57)

1. 流体の流れを取り扱うための、磁性形状記憶（ＭＳＭ）材料でできた少なくとも１つの要素（１）を有するマイクロ流体デバイスであって、前記ＭＳＭ要素（１）は磁場によって制御される、マイクロ流体デバイスにおいて、
   前記マイクロ流体デバイスは、前記取り扱い流体と前記ＭＳＭ要素（１）との間に弾性材料（２）を有し、前記磁場は、前記ＭＳＭ要素（１）に対して局部的な収縮部を形成するように配置され、前記ＭＳＭ要素（１）は前記弾性材料（２）とともに、前記磁場が前記ＭＳＭ要素（１）に印加される場所に収縮キャビティ（３）を形成することを特徴とする、マイクロ流体デバイス。
2. 前記ＭＳＭ要素（１）は、前記ＭＳＭ要素（１）とともに前記収縮キャビティ（３）を形成するように弾性材料（２）が固定される少なくとも１つのアクティブ表面（１２）を有することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記弾性材料（２）は前記ＭＳＭ要素（１）のアクティブ表面（１２）に接着されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記ＭＳＭ要素（１）は前記弾性材料（２）に少なくとも部分的に埋め込まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記弾性材料（２）は前記取り扱い流体から前記ＭＳＭ要素（１）を隔離するように配置されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記ＭＳＭ要素（１）が長さ（Ｘ）、幅（Ｙ）及び高さ（Ｚ）を有し、前記高さ（Ｚ）は好ましくは前記幅（Ｙ）よりも短く、前記幅（Ｙ）は好ましくは前記長さ（Ｘ）よりも短く、前記磁場は、前記収縮キャビティ（３）を好ましくは前記ＭＳＭ要素（１）の長さ方向に動かすように配置されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記ＭＳＭ要素（１）は、前記ＭＳＭ要素（１）の長さ方向に配置された２以上の実質的に平行な部分から成ることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記ＭＳＭ要素（１）は、前記ＭＳＭ要素（１）と前記弾性材料（２）との間の機械的結合を向上させるカウンタ形成物を有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 前記カウンタ形成物は、前記ＭＳＭ要素（１）の１又は複数の表面上の窪み、細孔、キャビティ、穴、又は凹部、或いは前記ＭＳＭ要素（１）の前記平行な部分の間の間隙であることを特徴とする、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
10. 前記ＭＳＭ要素（１）と前記弾性材料（２）とはともに、流体の流れを取り扱うためのアクチュエータとして働くために流体取り扱いデバイスの基部（５）に設置される流体取り扱い要素ＦＨＥ（１１）を形成するように配置されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
11. 前記アクティブ表面（１２）は複数の尖った角（１３）を有し、前記弾性材料（２）は、前記基部（５）から前記角（１３）を隔離することによって、前記角（１３）が摩耗するのを防ぐように配置されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
12. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記収縮キャビティ（３）の長さが、前記ＭＳＭ要素（１）の横断方向における前記弾性材料（２）の最も長い寸法よりも短いことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
13. 前記弾性材料（２）の層が、その基部（５）と前記ＭＳＭ要素（１）との間に設置され、且つ前記ＭＳＭ要素（１）と前記基部（５）との間に前記収縮キャビティ（３）を埋め込むように配置されることを特徴とする、請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
14. 前記収縮キャビティ（３）は、前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向に前記弾性材料（２）を通して延びていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
15. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記ＭＳＭ要素（１）の断面寸法及び形状が、前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記収縮キャビティ（３）の断面寸法及び形状を策定するように配置されていることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
16. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記ＭＳＭ要素（１）の前記断面形状が、長方形、丸みを帯びた角又は面取りされた角を有する長方形、楕円形、円形、部分的に平らな円形、前記取り扱い流体に近い基部側が前記取り扱い流体から遠い基部側よりも短い等脚台形のうちの１つであることを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロ流体デバイス。
17. 外側表面で前記ＭＳＭ要素（１）に固定された前記弾性材料（２）が、前記取り扱い流体用のチャネルを形成するように配置されることを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロ流体デバイス。
18. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向及び／又は高さ（Ｚ）方向における前記ＭＳＭ要素（１）の前記断面のサイズ及び形状が、前記ＭＳＭ要素（１）の全長さ方向の長さにわたって実質的に同じであることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
19. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における且つ／又は前記高さ（Ｚ）方向における前記ＭＳＭ要素（１）の前記断面の前記サイズ及び／又は前記形状が、前記ＭＳＭ要素（１）の全長さ方向の長さにわたって変化していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
20. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記ＭＳＭ要素（１）の前記断面の前記形状が、前記ＭＳＭ要素（１）の全長さ方向の長さにわたって同じであるが、前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における幅が、前記ＭＳＭ要素（１）の第１の端から前記ＭＳＭ要素（１）の第２の端まで線形に狭くなるように構成されることを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
21. 前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記ＭＳＭ要素（１）の前記断面の前記形状が、前記ＭＳＭ要素（１）の全長さ方向の長さにわたって同じであるが、前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向における前記幅が、前記ＭＳＭ要素（１）の第１の端から前記ＭＳＭ要素（１）の第２の端まで曲線状に狭くなるように構成されることを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
22. 前記ＭＳＭ要素（１）と前記取り扱い流体との間の前記流体取り扱い要素ＦＨＥの前記弾性材料（２）は、前記ＭＳＭ要素（１）の前記長さ方向において、前記ＭＳＭ要素（１）の前記第１の端がマイクロ流体チャネル（６）の入口穴の上にあり、且つ前記ＭＳＭ要素（１）の前記第２の端が前記流体取り扱いデバイスのマイクロ流体チャネル（６）の出口穴の上にあるように、流体取り扱いデバイスの前記マイクロ流体チャネル（６）の前記入口穴及び出口穴上に設置されることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
23. 前記流体取り扱い要素ＦＨＥは、前記流体取り扱い要素ＦＨＥを所定の力Ｆで前記基部（５）に押し付けるように配置されたカバー要素（７）でその場所に固定されることを特徴とする、請求項２２に記載のマイクロ流体デバイス。
24. 前記流体取り扱い要素ＦＨＥは、前記流体取り扱い要素ＦＨＥを一定の力Ｆで前記基部（５）に保持するように配置されたハウジング（７）でその場所に固定されることを特徴とする、請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
25. 前記流体チャネル（６）が底板に作られる配置構成において、前記流体取り扱い要素ＦＨＥは、前記底板を形成する前記基部（５）と、前記流体取り扱いデバイスのカバー板（４）との間でカプセル化されていることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
26. 前記流体チャネル（６）が前記流体取り扱いデバイスのカバー板（４）に作られる配置構成において、前記流体取り扱い要素ＦＨＥは、底板を形成する前記基部（５）と前記カバー板（４）との間でカプセル化されていることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
27. 前記ＦＨＥの前記弾性材料（２）が、前記収縮キャビティ（３）の位置する前記流体チャネル（６）の部分を除いて前記流体チャネル（６）の断面を占めるように、且つ前記ＭＳＭ要素（１）の前記横断方向における前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅が前記流体チャネル（６）の前記幅よりも広くなるように、前記流体取り扱い要素ＦＨＥが前記基部（５）内の前記流体チャネル（６）に設置されることを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
28. 前記流体取り扱い要素ＦＨＥ（１１）は、前記ＦＨＥ（１１）のアクティブ平面が前記ＭＳＭ要素（１）の前記幅（Ｙ）方向又は前記横断方向と、前記基部（５）の平面とに実質的に平行である位置で、ラボ・オン・チップなどの流体取り扱いデバイスの前記基部（５）に設置されることを特徴とする、請求項６から２１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
29. 前記流体取り扱い要素ＦＨＥが、前記流体取り扱いデバイスの底板のポケットに設置され、流体チャネル（６）及び他のキャビティが前記底板にあり、且つ前記カバー板（４）が、流体取り扱い要素ＦＨＥ及び前記流体チャネル（６）を密封するように配置されることを特徴とする、請求項２８に記載のマイクロ流体デバイス。
30. 前記流体取り扱い要素ＦＨＥが、前記基部（５）と前記カバー板（４）との間の中板（１０）の穴に設置され、前記中板（１０）も、流体チャネル（６）と、前記流体取り扱いデバイスに必要とされる実質的に他のキャビティとを内蔵していることを特徴とする、請求項２８に記載のマイクロ流体デバイス。
31. 前記流体取り扱い要素ＦＨＥ（１１）が、丸みを帯びた又は楕円形の断面を有する円筒形であり、且つ管状カバー要素（８）で覆われており、前記流体取り扱い要素ＦＨＥ（１１）はその両端で流体チャネル（６）に接合されていることを特徴とする、請求項１から３０までのいくつかに記載のマイクロ流体デバイス。
32. 前記ＦＨＥ（１１）に収縮キャビティ（３）を生成するために、少なくとも１つの磁場源が前記デバイスの少なくとも片側に位置していることを特徴とする、請求項１から３１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
33. 前記磁場源が少なくとも２つの磁極を含む永久磁石システムであることを特徴とする、請求項３２に記載のマイクロ流体デバイス。
34. 前記磁場源が、少なくとも４つの磁極を含む永久磁石システムであることを特徴とする、請求項３２に記載のマイクロ流体デバイス。
35. 前記収縮キャビティ（３）が、前記永久磁石システムの回転の影響によって、前記ＦＨＥ（１１）内の新しい場所に動かされることを特徴とする、請求項３３又は３４に記載のマイクロ流体デバイス。
36. 前記収縮キャビティ（３）が、前記永久磁石システムの並進の影響によって、前記ＦＨＥ（１１）内の新しい場所に動かされることを特徴とする、請求項３３又は３４に記載のマイクロ流体デバイス。
37. 前記磁場源が少なくとも２つのコイル（２０、２１）から成る電磁石であることを特徴とする、請求項３３に記載のマイクロ流体デバイス。
38. 前記磁場源が少なくとも３つのコイル（２０、２１、２２）から成る電磁石であることを特徴とする、請求項３６に記載のマイクロ流体デバイス。
39. 前記磁場が、前記ＭＳＭ要素（１）の前記長さ方向（Ｘ）に実質的に垂直に前記ＭＳＭ要素（１）に印加されることを特徴とする、請求項３６に記載のマイクロ流体デバイス。
40. 前記磁場が、前記長さ方向（Ｘ）に実質的に平行に前記ＭＳＭ要素（１）に印加されることを特徴とする、請求項３６に記載のマイクロ流体デバイス。
41. 磁気回路（２３）が、前記ＭＳＭ要素（１）に印加する磁束を広げるための成形強磁性部品（１９）を含むことを特徴とする、請求項３９に記載のマイクロ流体デバイス。
42. 磁気回路が少なくとも２つの永久バイアス磁石（２４、２５）を含むことを特徴とする、請求項３９に記載のマイクロ流体デバイス。
43. 前記コイル（２０、２１、２２）が、連続して各コイルに及ぼされる電気位相シフト電流で磁化されることを特徴とする、請求項３９に記載のマイクロ流体デバイス。
44. 任意の個数の前記コイルが、任意の順番で各コイルに及ぼされる電流パルスで磁化されることを特徴とする、請求項３９に記載のマイクロ流体デバイス。
45. 任意の個数の前記コイルが、少なくとも２つのコイルに実質的に同時に及ぼされる電流パルスで磁化されることを特徴とする、請求項３９に記載のマイクロ流体デバイス。
46. 前記ＭＳＭ要素（１）がＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ合金から作られていることを特徴とする、請求項１から４５までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
47. 前記ＭＳＭ要素（１）がＮｉ−Ｍｎ−Ｇａ系合金から作られていることを特徴とする、請求項１から４６までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
48. 前記ＭＳＭ要素（１）の双晶構造が、１０ＭマルテンサイトのＴｙｐｅＩ双晶、１０ＭマルテンサイトのＴｙｐｅＩＩ双晶、１４ＭマルテンサイトのＴｙｐｅＩ双晶、１４ＭマルテンサイトのＴｙｐｅＩＩ双晶のうちの１つであることを特徴とする、請求項１から４７までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
49. 前記弾性材料（２）がエラストマであることを特徴とする、請求項１から４８までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
50. 前記弾性材料（２）がＰＤＭＳポリマであることを特徴とする、請求項４９に記載のマイクロ流体デバイス。
51. 前記ＭＳＭ（１）が、前記弾性材料（２）への埋め込みの前に、少なくともその表面のうちの１つにショット・ピーニングされることを特徴とする、請求項１から５０までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
52. 前記ポンプのパルスが、少なくとも２つのポンプの入口及び出口流体チャネル（６）を並列に接続することによって滑らかにされることを特徴とする、請求項１から５１までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
53. 前記ポンプによって生じる圧力が、少なくとも２つのポンプの前記入口及び出口流体チャネル（６）を直列に接続することによって増大されることを特徴とする、請求項１から５２までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
54. 漂遊磁場が前記デバイスの外側に広がるのを防ぐために前記デバイスのケーシング（７）が強磁性であることを特徴とする、請求項１から５３までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
55. 前記デバイスがラボ・オン・チップに接続されていることを特徴とする、請求項１から５４までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
56. 前記デバイスが、ロール・ツー・ロール技法によって作られた構造の一部であることを特徴とする、請求項１から５５までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
57. 前記デバイスが、ポンプ、真空ポンプ、コンプレッサ、冷却器、バルブ、マニホールド、ドーザ、ミキサのうちの１つであることを特徴とする、請求項１から５６までのいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。