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特許7294566マイクロ流体基板およびその製造方法、マイクロ流体チップ、および制御方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-12
(45)【発行日】2023-06-20
(54)【発明の名称】マイクロ流体基板およびその製造方法、マイクロ流体チップ、および制御方法
(51)【国際特許分類】
B01J 19/00 20060101AFI20230613BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20230613BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20230613BHJP
【ＦＩ】
B01J19/00 321
G01N37/00 101
B81B3/00
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2018564765
(86)(22)【出願日】2018-06-08
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-11-05
(86)【国際出願番号】 CN2018090366
(87)【国際公開番号】W WO2019041955
(87)【国際公開日】2019-03-07
【審査請求日】2021-06-02
(31)【優先権主張番号】201710780455.3
(32)【優先日】2017-09-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】510280589
【氏名又は名称】京東方科技集團股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＢＯＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＧＲＯＵＰ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１０ Ｊｉｕｘｉａｎｑｉａｏ Ｒｄ．，Ｃｈａｏｙａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１５，ＣＨＩＮＡ
(73)【特許権者】
【識別番号】507134301
【氏名又は名称】北京京東方光電科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＢＯＥ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ８ Ｘｉｈｕａｎｚｈｏｎｇｌｕ， ＢＤＡ， Ｂｅｉｊｉｎｇ， １００１７６， Ｐ．Ｒ．ＣＨＩＮＡ
(74)【代理人】
【識別番号】100070024
【弁理士】
【氏名又は名称】松永 宣行
(74)【代理人】
【識別番号】100195257
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 一志
(72)【発明者】
【氏名】ゲン、 ユエ
(72)【発明者】
【氏名】ツァイ、 ペイジー
(72)【発明者】
【氏名】パン、 フォンチュン
(72)【発明者】
【氏名】グ、 ル
(72)【発明者】
【氏名】チェ、 チュンチョン
(72)【発明者】
【氏名】シュエ、 ハイリン
(72)【発明者】
【氏名】シャオ、 シビン
【審査官】佐々木 典子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２３０１０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２３７４１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５３１８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０２１７５７４４（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｊ １０／００－１２／０２、
１４／００－１９／３２
Ｇ０１Ｎ ３５／００－３７／００
Ｂ８１Ｂ １／００－ ７／０４
Ｂ０１Ｃ １／００－９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基板と、前記第１基板に設けられる微小液滴駆動部と、
少なくとも１つの温度センサを含む温度検出部と
を備え、
前記微小液滴駆動部は、複数の制御電極を有する第１電極層を含み、前記複数の制御電極の各々は、微小液滴を駆動してマイクロ流体基板上の所定の経路に沿って移動させる駆動ユニットの一部として構成され、
前記少なくとも１つの温度センサは、前記複数の制御電極に対応する位置に設けられ、各々が対応する前記複数の制御電極の１つに関連する位置における温度を検出するように構成され、
少なくとも１つの温度センサの各々による第１基板上の正投影は、対応する複数の制御電極の１つによる第１基板上の正投影と少なくとも部分的に重なり、
前記少なくとも１つの温度センサの各々は、前記第１基板に配置されたＰＮ接合と２つの電極とを含み、ただし、前記ＰＮ接合が前記２つの電極の間に配置され、
前記温度検出部および前記微小液滴駆動部は、前記第１基板の同じ側に配置され、
前記温度検出部は前記微小液滴駆動部と前記第１基板との間に配置され、
前記少なくとも１つの温度センサの各々における前記２つの電極の一方の電極は、前記少なくとも１つの温度センサの各々に対応する前記複数の制御電極のうちの１つと一体化される
ことを特徴とするマイクロ流体基板。
【請求項2】
請求項１に記載のマイクロ流体基板において、前記微小液滴駆動部は、前記複数の制御電極に順次に配置される第１誘電体層及び第１疎水性層をさらに含む
ことを特徴とするマイクロ流体基板。
【請求項3】
請求項２に記載のマイクロ流体基板において、前記少なくとも１つの温度センサの各々に対応する前記複数の制御電極のうちの１つは、前記第１基板上の正投影が前記少なくとも１つの温度センサの各々による前記第１基板上の正投影から外れた部分を含み、
ビアは、前記複数の制御電極のうちの１つの下方に、且つ前記第１基板の上方に配置され、前記複数の制御電極のうちの１つと制御リード線との間の電気的接続を可能にするように構成される
ことを特徴とするマイクロ流体基板。
【請求項4】
請求項３に記載のマイクロ流体基板において、前記制御リード線は、前記少なくとも１つの温度センサの各々における前記２つの電極のうちの他方の電極と実質的に同じ層に配置される
ことを特徴とするマイクロ流体基板。
【請求項5】
請求項２に記載のマイクロ流体基板において、前記少なくとも１つの温度センサは、前記複数の制御電極に一対一に対応する位置に設けられる
ことを特徴とするマイクロ流体基板。
【請求項6】
請求項２に記載のマイクロ流体基板において、前記少なくとも１つの温度センサの数は、前記複数の制御電極の数よりも少ない
ことを特徴とするマイクロ流体基板。
【請求項7】
少なくとも１つの試薬注入口が設けられた上部基板と、請求項２～６のいずれか１項に記載のマイクロ流体基板とを備え、
前記上部基板と前記マイクロ流体基板とは液漏れのない状態で互いに接着され、微小液滴をその間で移動させる
ことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項8】
請求項７に記載のマイクロ流体チップにおいて、前記上部基板は、第２基板と、基準電極と、第２誘電体層と、第２疎水性層とを含み、 前記第２疎水性層、前記第２誘電体層、前記基準電極及び前記第２基板は、前記マイクロ流体基板における前記第１疎水性層の側に順次に配置され、
前記マイクロ流体基板における前記微小液滴駆動部の前記第２疎水性層および前記第１疎水性層は、前記マイクロ流体基板において微小液滴のための流動空間を形成する
ことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項9】
請求項８に記載のマイクロ流体チップにおいて、前記少なくとも１つの温度センサの各々に電気的に結合され、一定の電流を実質的に維持するように構成された可変抵抗器をさらに含む
ことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項10】
請求項８に記載のマイクロ流体チップにおいて、前記少なくとも１つの温度センサの各々に電気的に結合され、検出された信号を増幅するように構成された信号増幅回路をさらに含む
ことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項11】
上部基板と、複数の制御電極を含む微小液滴駆動部、および前記複数の制御電極に対応する位置に設けられる少なくとも１つの温度センサを含む温度検出部を備えるマイクロ流体基板とを含むマイクロ流体チップを制御する方法であって、前記複数の制御電極のうちの１つに第１電圧信号を供給して、微小液滴を前記上部基板と前記マイクロ流体基板との間の所定の経路に沿って移動させるステップと、
前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つに対応する前記複数の制御電極の１つに関連する位置における温度を検出するために、前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つに第２電圧信号を供給するステップとを含み、
前記複数の制御電極のうちの１つに第１電圧信号を供給して、微小液滴を前記上部基板と前記マイクロ流体基板との間の所定の経路に沿って移動させるステップは、
第１電圧信号を供給することによって複数の駆動ユニットの１つをオンにするステップを含み、
前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つに対応する前記複数の制御電極の１つに関連する位置における温度を検出するために、前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つに第２電圧信号を供給するステップは、
第２電圧信号を供給することによって、少なくとも１つの温度センサのうちの１つに対応する複数の制御電極のうちの１つに関連する位置にある少なくとも１つの温度センサのうちの１つをオンにするステップを含み、
前記少なくとも１つの温度センサの各々における２つの電極の一方の電極は、前記少なくとも１つの温度センサの各々に対応する前記複数の制御電極のうちの１つと一体化される
ことを特徴とするマイクロ流体チップの制御方法。
【請求項12】
請求項１１に記載のマイクロ流体チップの制御方法において、前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つによって前記位置における温度が所定の範囲内にないことを検出した場合、前記複数の制御電極のうちのいずれか１つへの第１電圧の供給を停止するステップと、
前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つによって前記位置における温度が所定の範囲内にあることを検出するまでに、前記位置における温度を調整するステップと、
前記複数の制御電極のうちの１つへの第１電圧信号の供給を再開するステップと
をさらに含む
ことを特徴とするマイクロ流体チップの制御方法。
【請求項13】
請求項１１に記載のマイクロ流体チップの制御方法において、前記第１電圧信号および前記第２電圧信号の各々は方形波信号である
ことを特徴とするマイクロ流体チップの制御方法。
【請求項14】
請求項１３に記載のマイクロ流体チップの制御方法において、前記第２電圧信号は、前記第１電圧信号の周波数以下の周波数を有するように構成される
ことを特徴とするマイクロ流体チップの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０１７年９月１日に出願された中国特許出願第２０１７１０７８０４５５．３号の優先権を主張し、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、マイクロ流体技術の分野に関し、より詳細には、マイクロ流体基板およびその製造方法、マイクロ流体チップおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【0003】
マイクロ流体制御は、独立した液滴または微小液滴を制御ユニットとする流体制御技術である。微小液滴の動きを精確に操作することによって、微小液滴の融合と分離を実現し、様々な生化学反応を完成することができる。
【0004】
従来のマイクロ流体技術によれば、典型的には、マイクロ流体チップはマイクロ流体チップの制御電極に電圧を印加することによって、液体（より具体的には微小液滴）を所定の方向に移動させるように駆動する。
【0005】
温度の変化に敏感であるかまたは温度制御を必要とする生化学反応については、生化学反応の温度をモニターする必要がある。典型的には、熱電対などの既存の温度センサは、マイクロ流体チップ上で生じる生化学反応の環境温度のモニタリングを実現するように、マイクロ流体チップの外面に直接取り付けられる。
【0006】
従来の温度センサは、通常に比較的大きなサイズを有するので、マイクロ流体チップの比較的大きな領域内の温度のみを検出することができ、微小液滴がマイクロ流体基板上に移動するときにその温度を精確に監視することができない。
【発明の概要】
【0007】
従来のマイクロ流体技術の問題点に対処するために、本開示は、マイクロ流体基板、マイクロ流体基板を含むマイクロ流体チップ、およびマイクロ流体チップを制御する方法を提供する。
【0008】
第１態様は、マイクロ流体基板を提供する。
【0009】
マイクロ流体基板は、第１基板と、第１基板に設けられる微小液滴駆動部と、温度検出部とを含む。微小液滴駆動部は、複数の制御電極を有する第１電極層を含み、複数の制御電極の各々は、微小液滴を駆動してマイクロ流体基板上の所定の経路に沿って移動させる駆動ユニットの一部として構成される。温度検出部は、少なくとも１つの温度センサを含む。
【0010】
前記少なくとも１つの温度センサは、複数の制御電極に対応する位置に設けられ、各々が対応する複数の制御電極の１つに関連する位置における温度を検出するように構成される。
【0011】
幾つかの実施形態によるマイクロ流体基板によれば、少なくとも１つの温度センサの各々による第１基板上の正投影は、それぞれに対応する複数の制御電極の１つによる第１基板上の正投影と少なくとも部分的に重なる。
【0012】
ここで、少なくとも１つの温度センサの各々は、第１基板に配置されたＰＮ接合と２つの電極とを含み、ただしＰＮ接合が２つの電極の間に配置されることができる。
【0013】
幾つかの実施形態によるマイクロ流体基板によれば、温度検出部および微小液滴駆動部はそれぞれ、第１基板の２つの対向する側に配置される。
【0014】
マイクロ流体基板の他の実施形態によれば、温度検出部および微小液滴駆動部は、第１基板の同じ側に配置される。
【0015】
温度検出部と微小液滴駆動部が第１基板の同じ側に配置されるマイクロ流体基板の上記実施形態では、温度検出部を微小液滴駆動部と第１基板との間に配置することができる。
【0016】
さらに、前記の実施形態によるマイクロ流体基板において、少なくとも１つの温度センサの各々における２つの電極の一方の電極は、少なくとも１つの温度センサの各々に対応する複数の制御電極の１つと一体化されることができる。
【0017】
ここで、微小液滴駆動部は、複数の制御電極に順次に配置される第１誘電体層及び第１疎水性層をさらに含むことができる。
【0018】
さらに、少なくとも１つの温度センサの各々に対応する複数の制御電極の１つは、第１基板上の正投影が少なくとも１つの温度センサの各々による第１基板上の正投影から外れた部分を含むことができる。ビアは、複数の制御電極のうちの１つの下方に且つ第１基板の上方に配置され、複数の制御電極のうちの１つと制御リード線との間の電気的接続を可能にするように構成される。ここで、制御リード線は、前記少なくとも１つの温度センサの各々における２つの電極のうちの他方の電極と実質的に同じ層に配置されることができる。
【0019】
幾つかの実施形態によるマイクロ流体基板によれば、少なくとも１つの温度センサは、複数の制御電極に一対一に対応する位置に設けられる。
【0020】
マイクロ流体基板の他の実施形態によれば、少なくとも１つの温度センサの数は、複数の制御電極の数よりも少ない。
【0021】
第２態様は、マイクロ流体チップを開示する。マイクロ流体チップは、上部基板とマイクロ流体基板とを含む。上部基板には少なくとも１つの試薬注入口が設けられ、マイクロ流体基板は上述の実施形態のいずれか１つによるマイクロ流体基板に基づくことができる。上部基板とマイクロ流体基板とは液漏れのない状態で互いに接着され、微小液滴をその間で移動させる。
【0022】
マイクロ流体チップの幾つかの実施形態によれば、上部基板は、第２基板と、基準電極と、第２誘電体層と、第２疎水性層とを含む。第２疎水性層、第２誘電体層、基準電極及び第２基板は、マイクロ流体基板における第１疎水性層の側に順次に配置される。マイクロ流体基板における微小液滴駆動部の第２疎水性層および第１疎水性層は、マイクロ流体基板において微小液滴のための流動空間を形成する。
【0023】
さらに、マイクロ流体チップは、少なくとも１つの温度センサの各々に電気的に結合され、一定の電流を実質的に維持するように構成された可変抵抗器をさらに含むことができる。
【0024】
マイクロ流体チップは、少なくとも１つの温度センサの各々に電気的に結合され、検出された信号を増幅するように構成された信号増幅回路をさらに含むことができる。
【0025】
第３態様では、本開示は、マイクロ流体チップを制御する方法をさらに提供する。マイクロ流体チップは、上部基板とマイクロ流体基板とを含む。マイクロ流体基板は、複数の制御電極を含む微小液滴駆動部と、少なくとも１つの温度センサを含む温度検出部とを含む。少なくとも１つの温度センサは、複数の制御電極に対応する位置に設けられる。
【0026】
この方法は、
【0027】
複数の制御電極のうちの１つに第１電圧信号を供給して、上部基板とマイクロ流体基板との間の所定の経路に沿って微小液滴を移動させるステップと、
【0028】
少なくとも１つの温度センサのうちの１つに対応する複数の制御電極の１つに関連する位置における温度を検出するために、前記少なくとも１つの温度センサのうちの１つに第２電圧を供給するステップとを含む。
【0029】
幾つかの実施形態によれば、この方法は、
【0030】
少なくとも１つの温度センサのうちの１つによって前記位置における温度が所定の範囲内にないことを検出した場合、複数の制御電極のうちのいずれか１つへの第１電圧の供給を停止するステップと、
【0031】
少なくとも１つの温度センサのうちの１つによって前記位置における温度が所定の範囲内にあることを検出するまでに、前記位置における温度を調整するステップと、
【0032】
複数の制御電極のうちの１つへの第１電圧信号の供給を再開するステップとをさらに含む。
【0033】
この方法では、一態様として、第１電圧信号および第２電圧信号の各々は方形波信号であってもよい。さらに一態様として、第２電圧信号は、第１電圧信号の周波数以下の周波数を有するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0034】
本明細書で開示される本発明の様々な実施形態を明確に説明するために、以下に、実施形態の説明における添付の図面を簡単に紹介する。
【0035】
これらの図面は、本開示の実施形態のすべてではなく、一部のみを表すものとみなされることに留意されたい。当業者であれば、これらの添付図面に示す構造に基づいて他の実施形態が明らかになるであろう。
【0036】
【図1】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体基板の構造を示す概略図である。
【0037】
【図2】本発明の他の実施形態によるマイクロ流体基板の構造を示す概略図である。
【0038】
【図3A】本開示の１つの実施形態による制御電極の配置を示すマイクロ流体基板の配線の概略図である。
【0039】
【図3B】本開示の別の実施形態による制御電極の配置を示す概略図である。
【0040】
【図3C】本開示のさらに別の実施形態による制御電極の配置を示す概略図である。
【0041】
【図3D】本開示のさらに別の実施形態による制御電極の配置を示す概略図である。
【0042】
【図4】本発明のさらに他の実施形態によるマイクロ流体基板の構造を示す概略図である。
【0043】
【図5】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップの構造の概略図である。
【0044】
【図6A】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップの断面図である。
【0045】
【図6B】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップにおける対応する各温度センサによって出力される電圧信号（Ｖｔｅｍｐ）を増幅するための信号増幅回路の回路図である
【0046】
【図7】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体基板の製造方法のフローチャートを示す。
【0047】
【0048】
【図9A】本開示の他の実施形態によるマイクロ流体基板の製造方法のフローチャートを示す。
【0049】
【0050】
【0051】
【0052】
【0053】
【図20】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップの制御方法のフローチャートである。
【0054】
【図21】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップの駆動方法の駆動信号の時系列チャートである。
【0055】
【図22A】本開示の実施形態によるマイクロ流体チップの駆動方法の温度検出ステップにおけるマイクロ流体チップを示す図である。
【図22B】本開示の実施形態によるマイクロ流体チップの駆動方法の微小液滴駆動ステップにおけるマイクロ流体チップを示す図である。
【0056】
【図23】本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップ内の所定の経路に沿って移動する微小液滴に対する制御のシーケンスを示す。
【発明を実施するための形態】
【0057】
本開示の様々な実施形態及び実施例は以下に記載され、本開示の他の利点および効果は、本明細書に開示される内容から当業者によって容易に理解されることができる。
【0058】
明らかに、記載された実施形態は、それらのすべてではなく、本開示における実施形態の一部に過ぎない。本開示はまた、異なる実施形態を通じて実施または適用することができ、また、本開示の精神から逸脱することなく、異なる視点および用途に基づいて様々な修正または変更を行うこともできる。
【0059】
本開示の実施形態に基づいて、創造的な労働を支払わないことを前提として当業者によって取得される他のすべての実施形態は、本開示の保護範囲に含まれる。矛盾がないことを前提として、以下の実施形態および実施形態の特徴を組み合わせることができることに留意されたい。
【0060】
第１態様では、本開示はマイクロ流体基板を提供する。
【0061】
マイクロ流体基板は、第１基板と、第１基板に設けられる微小液滴駆動部と、温度検出部とを備える。微小液滴駆動部は、複数の制御電極を有する第１電極層を含み、複数の制御電極の各々は、微小液滴を駆動してマイクロ流体基板における所定の経路に沿って移動させる駆動ユニットの一部として構成される。温度検出部は、少なくとも１つの温度センサを含む。
【0062】
少なくとも１つの温度センサはさらに、対応する複数の制御電極のうちの１つに関連する位置における温度を少なくとも１つの温度センサの各々によって検出するように、複数の制御電極に対応する位置に設けられる。
【0063】
ここで、前記位置は、マイクロ流体基板における所定の経路に沿って移動しているときの微小液滴の現在位置であってもよいが、微小液滴の現在位置以外の位置であってもよく、例えば、微小液滴が次に到達しようとする位置であってもよい。他の可能性もある。
【0064】
図１は本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体基板の構造を示す概略図である。この図に示すように、マイクロ流体基板は、第１基板１１と、微小液滴駆動部１３と、温度検出部１２とを備える。温度検出部１２及び微小液滴駆動部１３は、第１基板１１に順次配置されている。
【0065】
微小液滴駆動部１３は、第１基板１１に順次に配置された第１電極層１３１、第１誘電体層１３２及び第１疎水性層１３３を含む。第１電極層１３１は、複数の制御電極１３４を含む。
【0066】
温度検出部１２は、マイクロ流体チップのマイクロ流体基板用の温度検出ユニット（すなわち温度センサ）である複数の温度センサを含む。
【0067】
複数の温度センサは、第１基板１１と平行な平面に配列され、複数の制御電極１３４に一対一に対応するように構成される。対応する温度センサと制御電極１３４との対は、第１基板１１と垂直な方向で互いに重なるように配置される（すなわち、温度センサによる基板上の正投影は温度センサに対応する制御電極１３４による基板１１上の正投影と重なっている）。
【0068】
前記の実施形態によるマイクロ流体基板では、複数の温度センサを含む温度検出部１２がマイクロ流体基板に組み込まれ、複数の温度センサと微小液滴駆動部１３の複数の制御電極１３４とは、一対一に互いに対応するように構成される。このような構成は、制御電極と対応する温度センサとが精確に一致することを保証し、マイクロ流体チップのマイクロ流体基板における所定の経路に沿って移動する微小液滴の温度の精確な監視に有用である。
【0069】
前記のマイクロ流体基板では、第１基板１１は、ガラス、シリコン、石英、ポリマー（ポリジメチルシロキサンまたはＰＤＭＳなど）、または他の材料の成分を有することができる。第１電極層１３１は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属、これらの金属のいずれか２つの合金、またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の薄膜のような透明導電材料の成分を含むことができる。第１誘電体層１３２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、PPDMS、パリレンなどを有することができる。第１疎水性層１３３は、ＰＴＦＥ、フッ素樹脂、ＰＭＭＡ、または有機ポリマなどを有することができる。
【0070】
温度検出部１２の各温度センサ（すなわち温度センサ）は、接地電極１２１と、Ｎ型層１２２およびＰ型層１２３からなるＰＮ接合とを含む。接地電極１２１は第１基板に、ＰＮ接合は接地電極１２１に、それぞれ設けられる。このように、各温度センサのＰＮ接合は、接地電極１２１と対応する制御電極１３４との間に実質的に配置されている。
【0071】
図１に示すマイクロ流体基板の上記実施形態では、温度検出部１２の各温度センサにおいて、ＰＮ接合が接地電極１２１と接地電極１２１に対応する制御電極１３４との間に設けられることにより、微小液滴駆動部１３の第１電極層１３１における制御電極１３４を微小液滴駆動部１３の電極、および温度検出部１２の各温度センサの電極の両方として構成することができる。このように、マイクロ流体基板の構造を簡素化し、製造コストを低減することができ、マイクロ流体基板の厚さも減少させることができる。
【0072】
温度検出部１２の各温度センサにおける接地電極１２１は、微小液滴駆動部１３の第１電極層１３１と同様に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属、これらの金属のいずれか２つの合金、またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の薄膜のような透明導電材料などを含むことができる。Ｎ型層１２２は、アモルファスシリコンにリンをドープすることによって形成され、Ｐ型層１２３はアモルファスシリコンにホウ素をドープすることにより形成されることができる。
【0073】
このように、温度検出部１２の各温度センサは、半導体材料を用いた比較的容易で簡単な製造プロセスによって第１基板１１に直接的に集積することができ、製造コストは比較的低い。
【0074】
図１に示すマイクロ流体基板の前記の実施形態では、温度検出部１２および微小液滴駆動部１３は、第１基板１１の同じ側に順次に配置されている。しかしながら、実際には、温度検出部１２と微小液滴駆動部１３のマイクロ流体基板における相対位置に制限がない。温度検出部１２および微小液滴駆動部１３は、例えば、第１基板１１の２つの対向する側に配置されることができる。
【0075】
図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板では、温度検出部１２の複数の温度センサと、微小液滴駆動部１３の複数の制御電極１３４は、一対一に互いに対応するように構成される。
【0076】
他の対応関係も可能であることに留意されたい。一実施形態では、複数の温度センサの数は、微小液滴駆動部１３の複数の制御電極１３４の数よりも少なくなるように構成されることができる。例えば、複数の制御電極１３４は、複数の温度センサの数の２倍であり、したがって、１つの温度センサは、１つおきの制御電極１３４の下方の位置に対応して配置されるように構成されることができる。
【0077】
図２は本開示の他の実施形態によるマイクロ流体基板を示す。図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板では、温度検出部２２および微小液滴駆動部２３は実質的に、第１基板２１の２つの対向する側に配置されている。
【0078】
また、図２に示すように、図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板における微小液滴駆動部２３は、図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板と同様に、第１基板２１上に順次配置さる、第１電極層２３１、第１誘電体層２３２、及び第１疎水性層２３３を含む。図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板における微小液滴駆動部１３は、図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板における微小液滴駆動部１３と実質的に同じ構成及び同じ組成を有するので、ここでその説明は省略する。
【0079】
さらに、図２に示すように、図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板における温度検出部２２は、第１基板２１の微小液滴駆動部２３に対向する（すなわち、離れた）側に配置されている。図１に示す実施形態と同様に、温度検出部２２も複数の温度センサを備え、各温度センサは、第１基板２１との距離が増えるように配置された、接地電極２２１と、Ｎ型層２２２およびＰ型層２２３からなるＰＮ接合と、駆動電極２２４とを含む。
【0080】
駆動電極２２４は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属、これらの金属のいずれか２つの合金、またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の薄膜のような透明導電材料などを含むことができる。接地電極２２１およびＰＮ接合の組成は、図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板における接地電極１２１およびＰＮ接合部を参照することができ、その詳細な説明は省略する。
【0081】
図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板は、駆動電極２２４の第１基板２１から離れた側に配置された、例えば樹脂のパッケージング構造または保護カバープレートであり得る保護層２４をさらに備える。したがって、温度検出部２２は、保護層２４と第１基板２１との間に実質的に配置される。
【0082】
図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板と比較して、図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板は、温度検出部２２の各温度センサのための駆動電極２２４および保護層２４を配置する必要がない。図１に示された実施形態によるマイクロ流体基板は、図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板よりも薄い厚さ及び単純な積層構造を有し、製造プロセスがより簡単である。
【0083】
図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板では、各温度センサによる第１基板１１上の正投影は、各温度センサに対応する制御電極１３４による第１基板１１上の正投影内にある。
【0084】
さらに、各温度センサによる第１基板１１上の正投影の面積は、対応する制御電極１３４による第１基板１１上の正投影の面積よりも小さいように構成される。図１に示すマイクロ流体基板の断面図では、対応する制御電極１３４の、各温度センサを超えて延びた部分が存在する（すなわち、対応する制御電極１３４の一部による第１基板１１上の正投影は、各温度センサ１２による第１基板１１上の正射影の外側にある）。
【0085】
対応する制御電極１３４の前記部分（すなわち、延びた部分）の下方にビアが配置されるようにさらに構成することができる。ビアは、制御電極１３４と制御リード線とを電気的に接続するために利用される。この特徴は、図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板を含むマイクロ流体チップの全体の配線を容易にする。
【0086】
さらに、この特徴は、制御リード線が隣接する２つの制御電極１３４の間の空間を占有しないようにするので、隣接する２つの制御電極の間の距離を可能な限り小さくすることを可能にし、微小液滴の移動方向を容易に制御することができる。
【0087】
各温度センサによる基板上の正投影は、図２に示す実施形態によるマイクロ流体基板に示すように、各温度センサに対応する制御電極による基板上の正投影に一致するように（精確に重なるように）構成されることができることに留意されたい。
【0088】
図３Ａは本開示の１つの実施形態によるマイクロ流体基板の配線を示す概略図である。図３Ａに示すように、マイクロ流体基板は、第１基板３１、複数の接地電極３２１、及び複数の制御電極３３４を含む。複数の接地電極３２１及び複数の制御電極３３４は、第１基板３１に配置される。説明を簡略化するために、この図では温度検出部及び微小液滴駆動部の他の構成を省略している。
【0089】
図３Ａに示すように、この実施形態によるマイクロ流体基板は、複数の制御ピン３２および複数の温度ピン３３を含み、それぞれに電圧信号を印加するように構成されている。複数の制御ピン３２及び複数の温度ピン３３は、第１基板３１の互いに対向する２つの側面にそれぞれ配置されている（図３Ａに示すように、複数の制御ピン３２は第１基板３１の右側に、複数の温度ピン３３は第１基板３１の左側に、それぞれ配置されている）。
【0090】
複数の制御ピン３２の各々は、制御リード線３４を介して制御電極３３４に電気的に結合されるかまたは接続されており、複数の温度ピン３３の各々は、温度リード線３５を介して接地電極３２１に電気的に接続されてからそれに対応する温度センサに電気的に結合される。
【0091】
このような構成によれば、温度リード線および制御ロード線を広げて分布させることができ、マイクロ流体基板の配線を容易にすることができる。
【0092】
本開示の他の実施形態によれば、複数の制御ピン３２および複数の温度ピン３３は、第１基板３１の隣接する両側（すなわち、図面に示す第１基板３１の角を形成する両側）または第１基板３１の同じ側（図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄに示す他の３つの実施形態に示すように）に配置されてもよい。
【0093】
ここで、各制御リード線３４および対応する制御電極３３４（すなわち、各制御リード線３４に電気的に接続された制御電極３３４）は、第１基板３１における２つの異なる層に配置されることができ、ただし、この２つの異なる層がそれらを接続する位置に設けられる１つまたは複数のビアによって電気的に接続される。
【0094】
図４は本開示のさらに他の実施形態によるマイクロ流体基板の構造を示す。図４に示すように、図４に示す実施形態によるマイクロ流体基板は、第１基板４１、温度検出部４２、および微小液滴駆動部４３を含む。温度検出部４２および微小液滴駆動部４３は、第１基板４１に順次に配置される。
【0095】
また、図４に示すように、温度検出部４２は、接地電極４２１、Ｎ型層４２２およびＰ型層４２３からなるＰＮ接合をそれぞれ含む複数の温度センサを備える。微小液滴駆動部４３は、第１基板４１に順次に配置された、第１電極層４３１、第１誘電体層４３２、および第１疎水性層４３３を含む。温度検出部４２および微小液滴駆動部４３のそれぞれの構成および他の関連する記述については、前記の図１に示す実施形態によるマイクロ流体基板を参照することができる。
【0096】
図４に示す実施形態によるマイクロ流体基板では、第１電極層４３１は、複数の制御電極３３４を含み、複数の制御電極３３４の各々は、ビア３７を介して制御リード線３４に電気的に接続されるかまたは結合される。制御リード線３４は、接地電極４２１と実質的に同じ層に配置される。ビア３７は、第１基板４１に垂直な方向で複数の制御電極３３４それぞれの下方（すなわち、複数の制御電極３３４の各々の第１基板４１に接近する面）かつ温度センサ４２の側面に配置される。
【0097】
各制御リード線３４は、対応する接地電極４２１と実質的に同じ層に配置されることにより、複数の制御リード線３４と複数の接地電極４２１とを単一の１回限りのパターニングプロセスによって一緒に（すなわち、同時に）形成することができるので、製造プロセスが簡素化される。
【0098】
一態様として、同様に、前記の制御ピン３２および温度ピン３３を、接地電極４２１と実質的に同じ層に配置して、製造プロセスをさらに単純化することもできる。
【0099】
なお、前記の実施形態に加えて、一部の制御リード線が制御電極と実質的に同じ層に配置されるが、他の制御リード線が制御電極とは異なる層に配置されるように構成してもよい。例えば、他の制御電極に囲まれた制御リード線をそれに対応する制御電極とは異なる層に配置し、他の制御電極に囲まれていない制御リード線をそれに対応する制御電極と実質的に同じ層に配置することができる。これらの構成により、制御リード線による、隣接する制御電極間の領域の占有を回避することができる。
【0100】
あるいは、全ての制御リード線が制御電極と実質的に同じ層に配置されるように構成することができる。この配置は、図３Ｂに示すように、制御リード線が他の制御電極によって囲まれなかった場合に適している。
【0101】
図３Ａに示す実施形態では、複数の制御電極３３４が行と列を有するマトリクス状に配置されているが、複数の制御電極３３４の配置は、本実施形態に限定されず、実用上必要に応じて異なる設計とすることができる。例えば、複数の制御電極は、（１つまたは複数の）直線、交差線、またはグリッドとして配置することができるが、これらに限定されない。
【0102】
【0103】
図３Ａに示す実施形態では、複数の制御電極３３４はそれぞれ矩形であるが、各制御電極の形状は実用上必要に応じて、多角形や不規則な形状などの異なる設計とすることができ、これに限定されない。図３Ｄは、複数の制御電極がそれぞれ六角形の形状である実施形態を示す。
【0104】
【0105】
実用上、隣接する制御電極間の距離は、約５０～５００μｍ、好ましくは約５０～２００μｍになるように構成することができる。この距離は、微小液滴の駆動の精度を保証することができる。
【0106】
各制御電極は、約５００μｍ～３ｍｍのサイズを有することができる。ここで、制御電極の大きさは、制御電極の輪郭形状の外接円の直径、すなわち制御電極の輪郭形状上の２点間の最大距離と定義される。例えば、制御電極が長方形の形状である場合、制御電極のサイズは、実質的に長方形の対角線の長さである。
【0107】
第２態様では、本開示は、前記の実施形態のいずれか１つによるマイクロ流体基板を含むマイクロ流体チップをさらに提供する。
【0108】
具体的には、図５は本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップの構造を示す。図５に示すように、マイクロ流体チップは、平行に配列され液漏れのない状態で互いに接着される上部基板５１とマイクロ流体基板５２とを含む。上部基板５１には、少なくとも１つの試薬注入口５３が設けられている。
【0109】
図６Ａは本開示の幾つかの実施形態によるマイクロ流体チップの断面図である。図６Ａに示すマイクロ流体チップでは、上部基板５１は、第２基板５１１と、基準電極５１２と、第２誘電体層５１３と、第２疎水性層５１４とを含む。基準電極５１２、第２誘電体層５１３及び第２疎水性層５１４は、第１および第２基板５１１の一側（図６Ａに示す第２基板５１１の下方）に順次に配置されている。
【0110】
上部基板５１とマイクロ流体基板５２との間の空間は、微小液滴５３の流動空間として構成される。マイクロ流体チップのマイクロ流体基板５２は実質的に、図１に示すマイクロ流体基板からなる。その説明は前記の様々な実施形態を参照することができ、ここでは繰り返さない。図６Ａに示す実施形態の他に、マイクロ流体チップのマイクロ流体基板は、図１に示す実施形態以外の実施形態によるマイクロ流体基板を含むこともできる。
【0111】
マイクロ流体チップの上部基板５１とマイクロ流体基板５２との間に液漏れ防止用の接着を実現するために、上部基板５１とマイクロ流体基板５２とはシール材を用いて接着されることができる。
【0112】
上部基板５１の第２基板５１１は、ガラス、単結晶シリコン、石英、ＰＤＭＳなどのような高分子量ポリマなどの透明な材料を含むことができる。基準電極５１２は、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電性材料を含むことができる。第２誘電体層５１３は、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリ（２メチルシロキサン）および他の材料を含むことができる。第２疎水性層５１４は、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート、または有機ポリマーなどを含むことができる。
【0113】
上部基板５１の上面側から微小液滴の移動を観察する必要があるため、上部基板５１は透明に構成されている。
【0114】
該マイクロ流体チップでは、マイクロ流体基板の複数の制御電極および上部基板の基準電極は、実質的に複数の駆動ユニットを形成し、微小液滴を駆動して上部基板とマイクロ流体基板との間の所定の経路に沿った各位置に移動させるように構成される。マイクロ流体基板の少なくとも１つの温度センサは、複数の駆動ユニットに対応する位置に設けられる。少なくとも１つの温度センサの各々は、微小液滴の各位置への移動中に微小液滴の温度を検出することができる。
【0115】
一態様として、マイクロ流体チップは、微小液滴が到着する前に、温度が所定の範囲、例えば６９．０～７１．０℃の範囲内にあることを保証するためにマイクロ流体チップ内の任意の位置の温度を調節する温度調節モジュールをさらに含むことができる。
【0116】
一態様として、マイクロ流体チップは、マイクロ流体基板における温度検出部の各温度センサにそれぞれ結合され、各温度センサによって得られた温度検出信号を増幅するように構成された複数の信号増幅回路をさらに含む。
【0117】
幾つかの実施形態によれば、各信号増幅回路は、対応する各温度センサによって出力された電圧信号（Ｖｔｅｍｐ）を増幅して増幅電圧信号（Ｖｏｕｔ）として出力するように構成される。一態様として、各信号増幅回路は、少なくとも１つの信号増幅サブ回路を含むことができ、少なくとも１つの信号増幅ユニットは、電圧信号の段階的な増幅を実現するように直列に電気的に結合されることができる。
【0118】
図６Ｂは、本開示の特定の実施形態によるマイクロ流体チップにおける各対応する温度センサによって出力される電圧信号（Ｖｔｅｍｐ）を増幅するための信号増幅回路の回路図を示す。ここで、信号増幅回路は、電圧信号（Ｖｔｅｍｐ）の段階的な増幅を実現するための実質的に直列に接続された、第１レベルの信号増幅サブ回路と、第２レベルの信号増幅サブ回路と、第３レベルの信号増幅サブ回路とからなる実質的に３レベルの信号増幅回路である。図６Ｂに示す信号増幅回路は、出力電圧信号の元電圧信号（Ｖｔｅｍｐ）を３倍に増幅することができる。
【0119】
図６Ｂに示す信号増幅回路は、単なる例示である。各信号増幅回路にｎレベルの信号増幅サブ回路を含めることにより、元電圧信号（Ｖｔｅｍｐ）のｎ倍の増幅を実現することができる。ここで、ｎは任意の整数とすることができる。
【0120】
前記のマイクロ流体チップでは、マイクロ流体チップは、前記のいずれか１つの実施形態によるマイクロ流体基板を含む。温度検出部は、マイクロ流体基板の基板（すなわち、第１基板）に組み込まれ、温度センサと制御電極は一対一に互いに対応するように構成される。このような構成は、制御電極と対応する温度センサとの精確な位置合わせを保証し、マイクロ流体チップにおけるマイクロ流体基板上に移動する微小液滴の温度を精確に監視するのに有用である。
【0121】
第３態様では、本開示は、マイクロ流体基板の製造方法をさらに提供する。この方法は、前記の実施形態のいずれかによるマイクロ流体基板を製造するために利用することができる。
【0122】
【0123】
図７に示すように、本方法は実質的に、Ｓ７０１～Ｓ７０４にそれぞれ記載された以下のステップを含む。
【0124】
Ｓ７０１：複数の温度センサを含む温度検出部を第１基板上に形成するステップと、
【0125】
Ｓ７０２：温度検出部に第１電極層を形成するステップであって、第１電極層は複数の制御電極を含み、複数の温度センサは、複数の制御電極に一対一に対応する位置に設けられ、温度センサと制御電極との各対応する対は、第１基板に垂直な方向に互いに重なる（すなわち、温度センサによる第１基板上の正投影は、温度センサに対応する制御電極による第１基板上の正投影と重なる）ように配置される、
【0126】
Ｓ７０３：第１電極層上に第１誘電体層を形成するステップと、そして
【0127】
Ｓ７０４：第１誘電体層上に第１疎水性層を形成するステップとを含む。
【0128】
ここで、前記製造方法によっては、マイクロ流体基板の基板（第１基板）に温度検出部を組み込み、温度センサと制御電極とを一対一に対応する位置に配置することができる。このような構成は、制御電極と対応する温度センサとの精確な位置合わせを保証し、マイクロ流体チップにおけるマイクロ流体基板上に移動する微小液滴の温度の精確な監視に有用である。
【0129】
【0130】
図８に示すように、温度検出部を第１基板上に形成するステップ（すなわち、Ｓ７０１）は、
【0131】
Ｓ７０１ａ：複数の接地電極を第１基板上に形成するステップと、
【0132】
Ｓ７０１ｂ：複数の接地電極に複数のＰＮ接合を形成して、各接地電極とその上に配置された対応するＰＮ接合とが一緒に温度センサを温度検出部に形成するステップとを含む。
【0133】
【0134】
このように製造されたマイクロ流体基板では、温度検出部の各温度センサにおいて、接地電極と接地電極に対応する制御電極との間にＰＮ接合が配置されているので、第１電極層の各制御電極を、微小液滴駆動部用の電極および温度検出部における各温度センサ用の電極の両方として構成することができる。これにより、マイクロ流体基板の構造を単純化し、製造コストを低減し、マイクロ流体基板の厚さを減少させることができる。
【0135】
図９Ａは、本開示の他の実施形態によるマイクロ流体基板の製造方法のフローチャートを示す。
【0136】
【0137】
Ｓ９０１：第１導電層を第１基板上に形成するステップと、
【0138】
図１０は、第１導電層１０２を第１基板１０１に形成するステップＳ９０１の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。
【0139】
ここで、第１導電層は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属、これらの金属のいずれか２つの合金、またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の薄膜のような透明導電材料などを含むことができる。
【0140】
Ｓ９０２：第１導電層上に第１パターニング処理を施すことにより、複数の接地電極を形成するステップと、
【0141】
具体的には、図９Ｂに示すように、ステップＳ９０２は、サブステップＳ９０２ａ～Ｓ９０２ｃにそれぞれ記載された以下のサブステップを含むことができる。
【0142】
Ｓ９０２ａ：フォトレジスト層を第１導電層に形成するステップと、
【0143】
Ｓ９０２ｂ：フォトレジスト層を露光してパターンを有するマスク層を形成するステップと、そして
【0144】
Ｓ９０２ｃ：第１導電層をマスク層でエッチングして複数の接地電極を取得するステップとを含む。
【0145】
図１１は、第１パターニング処理を施すことにより複数の接地電極１０３を形成するステップＳ９０２の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。ただし、ステップＳ９０２においては、複数の制御ピン、複数の温度ピン、複数のリード線（複数の制御リード線、複数の温度リード線、またはその両方を含む）を同時に形成することも可能である。
【0146】
Ｓ９０３：Ｎ型層を複数の接地電極に形成するステップと、
【0147】
具体的には、図９Ｃに示すように、ステップＳ９０３は、以下のサブステップＳ９０３ａ～Ｓ９０３ｂを含むことができる。
【0148】
Ｓ９０３ａ：第１アモルファスシリコン層を複数の接地電極上に形成するステップと、
【0149】
Ｓ９０３ｂ：第１アモルファスシリコン層にＮ型ドーピング（例えば、リンをドーピング）を行い、Ｎ型層を形成するステップとを含む。
【0150】
図１２は、Ｎ型層１０４を複数の接地電極１０３に形成するステップＳ９０３の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。
【0151】
Ｓ９０４：Ｐ型層をＮ型層に形成するステップと、
【0152】
具体的には、図９Ｄに示すように、ステップＳ９０４は、以下のサブステップＳ９０４ａ～Ｓ９０４ｂを含むことができる。
【0153】
Ｓ９０４ａ：第２アモルファスシリコン層をＮ型層に形成するステップと、
【0154】
Ｓ９０４ｂ：第２アモルファスシリコン層にＰ型ドーピング（例えば、ホウ素をドーピング）を行い、Ｐ型層を形成するステップとを含む。
【0155】
図１３は、Ｐ型層１０５をＮ型層１０４に形成するステップＳ９０４の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。
【0156】
Ｓ９０５：Ｎ型層とＰ型層とに第２パターニング処理を施すことにより、複数のＰＮ接合を形成するステップと、
【0157】
図１４は、Ｎ型層１０４とＰ型層１０５とに第２パターニング処理を施すことにより複数のＰＮ接合１０６を複数の接地電極１０３に形成するステップＳ９０５の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。各接地電極１０３にはＰＮ接合が形成されている。
【0158】
Ｓ９０６：複数のＰＮ接合を有する第１基板に平坦化処理を行うステップと、
【0159】
具体的には、図９Ｅに示すように、ステップＳ９０６は、
【0160】
Ｓ９０６ａ：複数のＰＮ接合を有する基板に誘電体材料層をコーティングするステップと、
【0161】
Ｓ９０６ｂ：基板に対してその上面が複数のＰＮ接合の上面と実質的に同じ距離を有するように、誘電体材料層にパターニング処理を施すステップとを含む。
【0162】
ここで、誘電体材料層は、酸化シリコン、窒化シリコン、ＰＤＭＳ、またはパリレンなどを含むことができる。
【0163】
図１５は、平坦化層１０７を隣接するＰＮ接合１０６の間に配置して第１基板１０１に対してその上面が複数のＰＮ接合１０６の上面と実質的に同じ距離を有するようするステップＳ９０６の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。一態様として、ビアを平坦化層１０７に形成することができる。
【0164】
Ｓ９０７：第２導電層を複数のＰＮ接合に形成するステップと、
【0165】
図１６は、平坦化層１０７および複数のＰＮ接合１０６の上面に実質的に配置された第２導電層１０８を平坦化処理を施した第１基板に形成するステップＳ９０７の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。
【0166】
Ｓ９０８：第２導電層に第３パターニング処理を施すことにより、複数の制御電極を有する第１電極層を形成するステップと、
【0167】
図１７は、第２導電層１０８に第３パターニング処理を施すことにより複数の制御電極１０９を有する第１電極層を形成するステップＳ９０８の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。実施形態では、各制御電極がビアを介して制御リード線に電気的に接続するようにビアが平坦化層１０７に配置される。
【0168】
Ｓ９０９：第１誘電体層を第１電極層に形成するステップと、
【0169】
具体的には、ステップＳ９０９は、積層工程によって実現することができる。第１誘電体層は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＰＤＭＳ、またはパリレンなどを含むことができる。
【0170】
図１８は、第１誘電体層１１０を複数の制御電極１０９に形成するステップＳ９０９の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。
【0171】
Ｓ９１０：第１疎水性層を第１誘電体層に形成するステップと、を含む。
【0172】
具体的には、ステップＳ９１０は、積層工程によって実現することができる。疎水性層は、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート、または有機ポリマーなどを含むことができる。
【0173】
図１９は、第１疎水性層１１１を第１誘電体層１１０に形成するステップＳ９１０の後に製造されたマイクロ流体基板の中間製品を示す。
【0174】
他の実施形態によるマイクロ流体基板の製造方法によれば、前記実施形態のステップＳ９０１～Ｓ９０５（その中間製品は図１０～図１４にそれぞれ示されている）は、図９Ｆに示す以下のステップＳ９０３１、Ｓ９０３２、Ｓ９０４１、Ｓ９０４２に置き換えることができる。
【0175】
Ｓ９０１１：第１導電層を第１基板に形成するステップと、
【0176】
Ｓ９０２１：第１導電層に第１パターニング処理を施すことにより、複数の接地電極を形成するステップと、
【0177】
Ｓ９０３１：Ｎ型層を複数の接地電極に形成するステップと、
【0178】
Ｓ９０４１：Ｎ型層に第４パターニング処理を施すことにより、複数のＰＮ接合におけるパターン化されたＮ型層を形成するステップと、
【0179】
Ｓ９０５１：Ｐ型層をＮ型層に形成するステップと、
【0180】
Ｓ９０６１：Ｐ型層に第５パターニング処理を施すことにより、複数のＰＮ接合におけるパターン化されたＰ型層を形成し、パターン化されたＮ型層およびパターン化されたＰ型層が一緒に複数のＰＮ接合を形成するステップ。
【0181】
さらに別の実施形態によるマイクロ流体基板の製造方法によれば、図１０に示すように、ステップＳ９０１～９０５（その中間製品が図１０～図１４に示されている）は、図９Ｇに示す以下のステップに置き換えることができる。
【0182】
Ｓ９０１２：第１導電層を第１基板に形成するステップと、
【0183】
Ｓ９０２２：Ｎ型層を第１導電層に形成するステップと、
【0184】
Ｓ９０３２：Ｐ型層をＮ型層に形成するステップと、
【0185】
Ｓ９０４２：第１導電層、Ｎ型層、Ｐ型層に第６パターニング処理を施すことにより、それぞれに対応する複数の接地電極と複数のＰＮ接合を形成するステップ。
【0186】
第４の態様では、本開示は、マイクロ流体チップの制御方法をさらに提供する。ここで、マイクロ流体チップは、前記の実施形態のいずれか１つによるマイクロ流体チップであってもよく、上部基板およびマイクロ流体基板を含むことができる。マイクロ流体基板は、複数の制御電極を含む微小液滴駆動部と、少なくとも１つの温度センサを含む温度検出部とを備える。少なくとも１つの温度センサは、複数の制御電極に対応する位置に設けられる。
【0187】
この方法は実質的に以下のステップを含む動作段階を含む。
【0188】
複数の制御電極のうちの１つに第１電圧信号を供給して、微小液滴を駆動して上部基板とマイクロ流体基板との間の所定の経路に沿って移動させる微小液滴駆動ステップと、
【0189】
少なくとも１つの温度センサの１つに第２電圧を供給して、少なくとも１つの温度センサの１つに対応する複数の制御電極の１つに関連する位置における温度を検出する温度検出ステックと、を含む。
【0190】
このように、微小液滴駆動ステップは、実質的に、第１電圧信号を供給することによって複数の駆動ユニットの１つをオンにするステップを含み、温度検出ステップは、第２電圧信号を供給することによって、少なくとも１つの温度センサのうちの１つに対応する複数の制御電極のうちの１つに関連する位置にある少なくとも１つの温度センサのうちの１つをオンにするステップを含む。
【0191】
【0192】
Ｓ２０１：第１制御電極と基準電極に第１電圧を印加する微小液滴駆動ステップと、
【0193】
ここで、第１制御電極は、マイクロ流体チップのマイクロ流体基板における第１電極層の複数の制御電極のうちの１つであり、現在の微小液滴の位置及び所定の移動経路に基づいて複数の制御電極から確定することができる。
【0194】
Ｓ２０２：第１制御電極およびそれに対応する接地電極に第２電圧を印加し、温度検出ステップにおける基準電極を浮遊（またはオフ）するステップと、を含む。
【0195】
図２１は、本開示の実施形態によるマイクロ流体方法における駆動信号の時系列チャートである。
【0196】
具体的には、図２１に示すように、方形波信号Ｘ１は微小液滴駆動電圧信号として使用されており、方形波信号Ｘ２は温度検出駆動電圧信号として使用されている。方形波形信号Ｘ１（微小液滴駆動電圧信号）が低レベルのときに温度検出が行われ、方形波形信号Ｘ１（微小液滴駆動信号）が高レベルのときに微小液滴の駆動が行われる。図示の例では、微小液滴駆動電圧信号の周波数は、おおよそ０．１～１０Hzの範囲であり、温度検出駆動電圧信号の周波数は、微小液滴駆動電圧信号の周波数以下である。
【0197】
【0198】
方形波信号Ｘ１が低レベルのときには、図２２Ａに示すように、第１制御電極３０１及びこれに対応する接地電極３０３に電圧が印加され、基準電極３０２が浮遊またはオフする。
【0199】
これは、ＰＮ接合型温度センサの動作原理として、電流が変化しない場合、ＰＮ接合の電圧が所定の温度範囲内の温度と直線関係にあるためである。このため、実装の時には、第１制御電極３０１および第１制御電極３０１に対応する接地電極３０３による回路に、可変抵抗器３０４を直列に接続することができる。
【0200】
可変抵抗３０４を調整することにより、第１制御電極３０１およびそれに対応する接地電極３０３による回路の電流がほぼ一定または一定に維持され、第１制御電極３０１とこれに対応する接地電極３０３との間の電圧（Ｖｔｅｍｐ）を検出することにより、第１制御電極３０１に対応する領域における温度を確定することができる。
【0201】
矩形波信号Ｘ１が高レベルのときには、図２２Ｂに示すように、第１制御電極３０１と基準電極３０２に電圧が印加され、接地電極３０３を浮遊させる。これにより、微小液滴駆動ステップでは、制御電極の充電シーケンスを変更することによって微小液滴を移動させるように制御することができる。具体的には、微小液滴の所定の移動経路に応じて、対応する制御電極を順次に充電することができる。
【0202】
図２３は、本開示の幾つかの実施形態による微小液滴の移動を制御するためのシーケンスを示す概略図である。図２４に示すように、制御電極４０１に対応する領域にある微小液滴は、制御電極４０５に対応する領域への図２３の矢印に示す経路に沿って移動するように制御される。
【0203】
このため、制御電極の充電シーケンスは、制御電極４０２、制御電極４０３、及び制御電極４０４に電圧を順次印加することになる。最後に、制御電極４０５に電圧を印加することにより、微小液滴を所定の経路に沿って移動させて、目的地、すなわち制御電極４０５に対応する領域に到達させる。
【0204】
実施形態による方法は、外部回路の制御によって、微小液滴駆動ステップと温度検出ステップとの間の切り替えを実現することができる。温度変化に敏感な特定の生化学反応に関しては、温度をリアルタイムで検出することができ、さらに温度制御を行うための外部手段によってこれらの反応を円滑に進行させることができる。
【0205】
一態様として、制御方法は、以下のサブステップを含む温度調節ステップをさらに含むことができる：
【0206】
Ｓ３０１：少なくとも１つの温度センサの１つによって前記位置における温度が所定の範囲内にないことを検出した場合、複数の制御電極のうちのいずれか１つへの第１電圧の供給を停止するステップと、
【0207】
Ｓ３０２：少なくとも１つの温度センサの１つによってその位置における温度が所定の範囲内にあることを検出するまでに、温度を調整するステップと、
【0208】
Ｓ３０３：複数の制御電極のうちの１つへの第１電圧信号の供給を再開する。
【0209】
この方法によれば、ある位置における温度が所定の範囲内にあるか否かを温度センサによって検出し、この位置における温度が所定の範囲内にない場合には動作段階を停止するという効果を実現することができる。温度調節後に温度が所定の範囲内にある場合、例えば温度調節モジュールを用いて、動作段階を再開することができる。したがって、最大の反応効率のために最適な反応温度を確保することができる。
【0210】
ここで、温度調節モジュールは、特定の位置における温度が所定の範囲内にない場合、その位置に移動してその位置における温度を所定の範囲内に調節する可動式加熱抵抗であることができる。
【0211】
実施形態によるマイクロ流体チップでは、マイクロ流体基板の複数の制御電極および上部基板の基準電極は、実質的に複数の駆動ユニットを形成し、これらの駆動ユニットは、微小液滴を上部基板とマイクロ流体基板との間の所定の経路に沿った各位置に移動させるように配置される。マイクロ流体基板の少なくとも１つの温度センサは、複数の駆動ユニットに対応する位置に配置されることができる。少なくとも１つの温度センサの各々は、該位置にある微小液滴の温度がその位置に対応する範囲内にあるかどうかを検出するように構成される。
【0212】
マイクロ流体チップの各位置に対応する温度の範囲は、各位置で実質的に同じでも、異なってもなるように設定することができる（すなわち、各位置の温度範囲を個別にプログラムすることができる）。
【0213】
微小液滴が特定の位置に移動するように動作段階によって駆動すると、微小液滴の温度は、この特定の位置に対応する１つの温度センサによって検出される。微小液滴の温度が、その特定の位置に対して特にプログラムされた範囲内にある場合、微小液滴は次の位置に移動するようにすることができる。さもなければ、動作段階を停止して、微小液滴の温度をその範囲内に収まるまで調節し、次いで微小液滴を次の位置に移動させることができる。
【0214】
以上、特定の実施形態を詳細に説明したが、その説明は単なる例示のためのものである。したがって、上記で説明した多くの態様は、特に断りのない限り、必要なまたは必須の要素として意図されない。
【0215】
当業者にとっては、本発明の精神および範囲を超えず、本開示の実施形態、および前記の実施形態に様々な変更または同等の行為を加えることができ、その範囲は、そのような変更または同等の構成を包含するように最も広い解釈が与えられるべきである。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図9E】
【図9F】
【図9G】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22A】
【図22B】
【図23】