JPH10318150A - マイクロメカニカルピペット装置 - Google Patents

マイクロメカニカルピペット装置

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JPH10318150A
JPH10318150A JP10070523A JP7052398A JPH10318150A JP H10318150 A JPH10318150 A JP H10318150A JP 10070523 A JP10070523 A JP 10070523A JP 7052398 A JP7052398 A JP 7052398A JP H10318150 A JPH10318150 A JP H10318150A
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pipette
chamber
sensor
membrane
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ブサー ルドルフ
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バーデル フェリックス
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ブルガー ユルゲン
Olivier Elsenhans
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 非常に少量の液体を高精度でピペット採取で
き、これにより周知先行技術による装置の欠点を解消し
たマイクロメカニカルピペット採取装置を提供する。 【解決手段】 ピペットモジュールのマイクロメカニカ
ル構造はシリコンウェーハ１４上に一体構成される。ピ
ペットモジュールの内部に第一室１５が配置され、その
内容積が該室の壁の一部をなす膜１６の変位によって変
化されるようになされる。ピペットモジュールには通路
１８も形成され、第一室とピペットモジュールの入口／
出口１２との間に直接的なバルブのない流体連結を確立
する。膜を変位させるための作動装置１９が備えられ、
これにより駆動される膜の変位によって第一室１５に対
して或る量の空気または液体を吸引または排出するよう
になされ、これがさらに入口／出口１２に取付けられる
ピペットチップ１３に対して或る量の液体試料を吸引ま
たは排出するようになされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１マイクロリット
ルより少ない最少値と約１０マイクロリットルの最大値
との間の範囲内の量の液体をピペット採取するマイクロ
メカニカルピペット装置であって、着脱可能なピペット
チップ（若しくはピペット先端部）に連結されるように
なされるか、ピペットチップと一体構成される入口／出
口を有する一体構成されたピペットモジュールを含んで
なり、前記一体構成されたピペットモジュールはマイク
ロメカニカル構造を含み、このマイクロメカニカル構造
はシリコンウェーハ上に一体構成されているような前記
マイクロメカニカルピペット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】幾つかのマイクロメカニカル構造が非常
に少量の液体を投与する目的で知られている。
【０００３】バルブを含んでなるマイクロメカニカルポ
ンプをこの目的に使用することはできるが、主としてバ
ルブの作動、およびバルブの使用に関連した死容積およ
び漏れの問題によって、投与量の高精度を得ることがで
きない。さらに、このようなマイクロポンプは、投与す
べき所望体積にほぼ達するまでに多数回にわたって液体
部分をポンピングするのが普通である。したがって、投
与される全量の精度は毎回のポンピング段階によって移
送される体積部分の精度によって左右される。
【０００４】同様な方法は投与すべき所望量にほぼ達す
るまでにマイクロ滴下（インクジェットの原理）による
投与によっても実行できる。この場合も同様に、投与さ
れる全量の精度は毎回のマイクロ滴下の体積の精度によ
って左右される。この方法により得られるピペット採取
体積の精度は制限されてしまう。何故ならば、これは特
にピペット採取される液体の特性に依存しているからで
ある。
【０００５】非常に少量の液体を投与する他の周知の方
法は、風力測定用の流量センサーおよびこのセンサーの
出力信号の積分機を含んでなるフィードバックループに
よって制御されるマイクロメカニカルポンプを使用する
方法である。このフィードバックループの機能は、マイ
クロメカニカルポンプによってポンピングされる体積を
測定するとともに、それに応じてポンピング体積を制御
することである。したがって論理的には、投与すべき所
望体積に達するまでの時間間隔にわたってマイクロメカ
ニカルポンプが液体流量を定常的にポンピングした後で
ポンプ作動が停止するように、フィードバックループは
マイクロメカニカルポンプを制御する。この方法は幾つ
かの重大な欠点を有している。ポンピングされた体積測
定と、対応するマイクロメカニカルポンプの制御との間
には常に遅延が生じている。したがって、フィードバッ
クだけによるポンプ作動の修正は、ポンピング体積が既
に所望値より大きくなった後に行われることになる。し
たがってこのような装置は高精度で非常に少量の体積を
ピペット採取するには十分な精度を得られない。風力計
の流量センサーの作動は、ポンピングされる液体を加熱
することが必要となる。したがってこのような装置は、
例えば臨床化学分析器においてピペット採取される感熱
性の液体をポンピングすることには使用できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的
は、非常に少量の液体を高精度でピペット採取するため
の、またこれにより周知先行技術による装置の上述した
欠点を回避できるマイクロメカニカルピペット採取装置
を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は本明細書の冒頭にて定義した形式の装置によって達
成されるのであり、その装置は、 ａ） 前記ピペットモジュールの内部に配置された第一
室であって、前記第一室の内部に含まれる容積は該室の
壁の一部をなしている膜の変位によって変化されるよう
になされており、前記第一室は唯一の開口を有してい
て、前記開口は永続的に開口されて流体が前記第一室の
内部に対して流入出できるようになされている前記第一
室、 ｂ） 前記ピペットモジュールの内部に配置された通路
であって、第一室の前記開口とピペットモジュールの入
口／出口との間に直接的なバルブのない永続的な流体連
結を確立している前記通路、 ｃ） 前記膜を変位させ、これにより前記第一室に対し
て或る量の空気または液体を吸引または排出するように
なし、これがさらに或る量の液体試料をそれぞれの前記
ピペットチップに対して吸引または排出させるようにな
す作動手段、 ｄ） 膜の変位に関する第一出力信号を発生させる第一
センサー手段、を含んで構成される。
【０００８】先行技術装置に比較した場合の本発明によ
る装置の主な利点は、非常に少量の液体を高精度で、再
現性を有して、信頼性のある高速な性能でピペット採取
できるようにすることである。
【０００９】特に、膜の変位に関する第一出力信号を発
生するための第一センサー手段を含めたことは、本発明
のピペット採取装置における高速な前進方向および後退
方向の流れに好適な高精度且つリアルタイムな装置作動
の監視を可能にする。
【００１０】さらに、本発明による装置はピペット採取
すべき全量を作動手段の単一行程の作動によってピペッ
ト採取できるようにした点で、従来技術装置とは有利に
相違されている。
【００１１】本発明による装置の好ましい実施例は、第
一センサー手段で発生された第一出力信号に応答して作
動手段の作動を制御する制御手段をさらに含むことを特
徴とする。本発明によるマイクロピペットモジュールと
作動手段の作動を制御する手段とは、ピペットチップで
吸入し投与すべき全量を膜の１行程の変位移動によって
ピペットチップに吸入するように構成され寸法決めされ
るのが好ましい。
【００１２】本発明による装置の他の好ましい実施例
は、膜の一部分が第一センサー手段の一部分であり、こ
のセンサー手段によって発生される第一出力信号が膜の
変位を表していることを特徴とする。
【００１３】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、通路の一部分が第一センサー手段の一部分であ
り、このセンサー手段によって発生される第一出力信号
が膜の変位に関係していることを特徴とする。
【００１４】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、通路の一部分が第二室を形成するとともに、そ
の通路内部の圧力を表す第二出力信号を発生する第二セ
ンサー手段の一部分であること、および作動手段の作動
を制御する手段が、第一および第二出力信号の両方に応
答して作動手段を制御することを特徴とする。
【００１５】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、通路の一部分が第二室を形成するとともに、そ
の通路を通る流体の流量を表す第二出力信号を発生する
第二センサー手段の一部分であること、および作動手段
の作動を制御する手段が、第一および第二出力信号の両
方に応答して作動手段を制御することを特徴とする。
【００１６】ピペットチップに接近させて配置される多
機能センサーの組付けを含む上述した好ましい実施例
は、非常に少量のピペット採取量の直接的且つ高精度の
監視、およびマイクロピペットモジュールの故障の早期
且つ能動的な認知および回避を可能にする。
【００１７】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、通路の一部分がピペットチップと第一および第
二センサー手段との間に位置する第三室を形成するとと
もに、前記第三室はピペット採取流体が前記第一センサ
ー手段または前記第二センサー手段を構成する通路の一
部分に接触するのを防止するように作用することを特徴
とする。
【００１８】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、前記作動手段が静電式作動装置または圧電式作
動装置または電気機械式作動装置を構成していることを
特徴とする。
【００１９】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、前記第一センサー手段が容量性センサーまたは
電気光学センサーであることを特徴とする。
【００２０】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、前記第二センサー手段が圧力または流量測定セ
ンサーを構成していることを特徴とする。本発明の一体
構成された圧力センサーの使用は、装置が設計される対
象の通常範囲（例えば粘度の）で作動することを保証す
る。
【００２１】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、複数の前記ピペットモジュールがシリコンウェ
ーハ上に一体構成されることを特徴とする。
【００２２】本発明による装置のさらに他の好ましい実
施例は、ピペットチップがピペットモジュールと一体構
成されたシリコンピペットチップであることを特徴とす
る。
【００２３】本発明の例とする実施例が以下に添付図面
を参照して説明される。
【００２４】
【発明の実施の形態】図１ａは上面にマイクロメカニカ
ルモジュール１４を配列して形成されたシリコンウェー
ハを概略的に示している。このモジュールの各々は本発
明のマイクロメカニカルピペットモジュールの第一実施
例１１の構成部材として使用できる。
【００２５】図１ｂは本発明のマイクロメカニカルピペ
ットモジュールの第一実施例１１を概略的に示してい
る。１マイクロリットルより少量の最小値と約１０マイ
クロリットルの最大値との範囲内の液体量がこのモジュ
ールによってピペット採取することができる。第一実施
例のモジュール１１は、シリコンウェーハ１４上に一体
構成されたマイクロメカニカル構造を含んでなる一体構
成のピペットモジュールである。
【００２６】図１ｂで示される第一実施例のマイクロメ
カニカルピペットモジュール１１は重ねられて互いに陽
極結合によって解除不能に連結された三つの層、すなわ
ち第一ガラス層３１、第二ガラス層３２、および第一ガ
ラス層３１と第二ガラス層３２との間に配置されたシリ
コンウェーハ層１４を含む。シリコンウェーハ層１４は
陽極結合によって解除不能にガラス層３１，３２に連結
されている。図１ｂのシリコンウェーハ層１４は目標と
する範囲における少量値に対して約２５×１０ｍｍ2 の
表面積を有している（最小値は１マイクロリットルより
少なく、最大値は約１０マイクロリットルである）。
【００２７】シリコンウェーハ１４はウェーハ１４の上
面にマイクロ機械加工して形成された室１５および通路
１８を含む。室１５の底壁は膜１６であり、この膜はシ
リコンウェーハ１４の一部である。室１５は唯一の開口
１７を有しており、この開口は通路１８の一端に連結さ
れている。通路１８の反対端部はピペットモジュール１
１の入口／出口１２を形成している。ピペットチップ
（若しくはピペット先端部）１３は密封フィルム２９に
よって入口／出口１２に連結されている。
【００２８】代替実施例において、第一ガラス層３１お
よび第二ガラス層３２もシリコンに作られる。このこと
は望ましくない温度の影響を減少させる利点を与える。
この代替実施例において、結合方法は「シリコン直接結
合」と呼ばれている。ガラスウェーハとの陽極結合と比
較してこの種の結合の欠点は、結合方法の実行のために
高温度を必要とすることである。この難題を解決するた
めの妥協は、パイレックスガラスの薄層をシリコンウェ
ーハ上にスパッタ形成し、その後に陽極結合を行うこと
である。本発明の範囲内で層３１，３２の材料はガラス
またはシリコンとされることができ、これによりシリコ
ンに関しては二つの異なる結合方法が可能である。
【００２９】図２は図１ｂの線Ｃ−Ｃにおける縦断面図
を示す。図２に示されるように、図１ｂに示されたマイ
クロメカニカルピペットモジュール１１は、底壁として
膜１６を有する室１５と、通路１８と、膜１６を変位さ
せる作動手段１９と、膜１６の変位に関する出力信号を
発生するセンサー手段２１とを含んでなる。膜１６の一
部はセンサー手段２１の一部であり、このセンサー手段
の発生する出力信号は膜１６の変位を表す。センサー手
段２１の構成部材は、膜１６、シリコンウェーハ１４お
よびガラスプレート３２で画成された室５１内に配置さ
れる。
【００３０】センサー手段２１は変位センサーであるの
が好ましい。図２のセンサー手段２１は電気キャパシタ
を測定部材として含む変位センサーである。図２のセン
サー手段２１は電気光学センサーと置き換えることがで
きる。
【００３１】室１５内に含まれる容積は、膜１６の変位
によって変化される。室１５は唯一の開口１７を有して
おり、この開口は永続的に開口し、流体が室１５に対し
て流入出できるようにしている。
【００３２】通路１８は室１５の開口１７とピペットモ
ジュール１１の入口／出口１２との間に直接的なバルブ
のない永続的な流体連結を確立している。
【００３３】作動手段１９は例えば図２に概略的に示さ
れたように静電式作動装置か、または圧電式作動装置で
ある。作動装置１９の電気的連結は図示されていない。
膜１６はまた、その膜１６と、シリコンウェーハ１４と
ガラスプレート３２とで形成される室内のガスの圧力上
昇または圧力降下によって変位されることができる。こ
の圧力変化は、例えば熱空気作用によって、すなわちガ
スの加熱または冷却により、または液体の蒸発または凝
縮により、チップに加えられる。
【００３４】図３は図１ｂの線Ａ−Ａにおける横断面を
部分的な表示である。図３は特に室１５の横断面形状、
およびピペットモジュール１１のシリコンウェーハ１４
の幅および厚さの例を示す。図３の点線は、例えば膜１
６の下側に配置されているが図３には示されていない作
動装置によって膜が変位されたときに、その膜１６が占
める位置を示している。
【００３５】ピペットモジュール１１によりピペット採
取作動を実行するために、作動手段１９が作動されて、
膜１６を変位させ、これにより或る量の空気または液体
を室１５に吸入または排出するようにさせる。膜１６の
このような変位は、或る量の液体試料を前記ピペットチ
ップ１３に対してそれぞれ吸入または排出するようにな
す。
【００３６】本発明のピペットモジュールがピペット採
取を実行するために使用されるとき、ピペットモジュー
ルの内部は空気、または空気セグメント（air segment
）によりピペット採取液体から分離されたシステム液
体（例えば水）で充満される。作動装置１９が膜１６を
変位させると、試料すなわち試液がピペットチップに対
して吸入または排出される。ピペット採取時に、そのピ
ペット採取された液体（例えば臨床化学的試験の実施の
ための生物学的液体試料すなわち試液）は通路１８には
侵入せず、ピペットチップ内に留まる。
【００３７】図４ａは上面にマイクロメカニカルモジュ
ール４４を配列して形成されたシリコンウェーハを概略
的に示している。このモジュールの各々は本発明のマイ
クロメカニカルピペットモジュールの第二実施例４１の
構成部材として使用できる。
【００３８】図４ｂは本発明のマイクロメカニカルピペ
ットモジュールの第二実施例４１を概略的に示してい
る。１マイクロリットルより少量の最小値と約１０マイ
クロリットルの最大値との範囲内の液体量がこのモジュ
ールによってピペット採取することができる。モジュー
ル４１は、シリコンウェーハ１４上に一体構成されたマ
イクロメカニカル構造を含んでなる一体構成のピペット
モジュールである。
【００３９】図４ｂから認識されるように、マイクロメ
カニカルピペットモジュール４１は図１に示されるマイ
クロメカニカルピペットモジュール１１に非常に良く似
ているが、モジュール４１において通路１８の一部が室
２３を形成している点が相違している。
【００４０】図５は図４ｂに示されたマイクロメカニカ
ルピペットモジュール４１の縦断面図を示す。図５に示
されたマイクロメカニカルピペットモジュール４１は、
底壁として膜１６を有する室１５と、通路１８と、膜１
６を変位させる作動手段１９と、通路１８の一部に形成
された室２３と、膜１６の変位に関する出力信号を発生
するセンサー手段２２とを含んでなる。通路１８の一部
はセンサー手段２２の一部であり、このセンサー手段が
発生する出力信号は膜１６の変位に関する。作動手段１
９の構成部材は膜１６と、シリコンウェーハ１４と、ガ
ラスプレート３２とで画成された室５１内に配置され
る。センサー２２の構成部材はシリコンウェーハ１４の
一部である膜１６と、シリコンウェーハ１４とガラスプ
レート３２とで画成された室５２内に配置される。
【００４１】センサー２２は、例えば圧力センサーまた
は流量測定センサーである。図５のセンサー２２は圧力
センサーであり、測定部材として電気キャパシタを含ん
でなる。センサー２２はまた圧電抵抗センサーまたは他
のいずれかの形式の圧力センサーとすることもできる。
【００４２】センサー２２はまたピペット採取すべき液
体を吸引する前にその液体レベルの検出に使用すること
もできる。
【００４３】請求項１に記載したマイクロメカニカルピ
ペット装置は、通路１８の一部が第一センサー手段の一
部であり、このセンサー手段が発生する第一出力信号が
膜１６の変位に関する。
【００４４】図６は図４ｂの線Ａ−Ａにおける横断面図
の一部を示す。図６は特に室１５の横断面形状、および
ピペットモジュール４１のシリコンウェーハ層１４の幅
および厚さの例を示す。図６の点線は、例えば膜１６の
下側に配置されているが図６には示されていない作動装
置によって膜が変位されたときに、その膜１６が占める
位置を示している。
【００４５】図７は図４ｂの線Ｂ−Ｂにおける横断面の
一部を示す。図７は特にピペットモジュール４１の室２
３の横断面形状を示す。
【００４６】マイクロメカニカルピペットモジュール４
１の作動は、モジュール１１において出力信号を発生す
るセンサー２１が室１５の下側で膜１６の直ぐ下側に配
置されているのに対してピペットモジュール４１におい
ては膜１６の変位に関する出力信号を発生するセンサー
２２が膜１６から或る距離を隔てられた室２３の下側に
配置されていることを除けば、図１ａ、図１ｂ、図２お
よび図３を参照して上述で説明したピペットモジュール
１１の作動と非常によく似ている。
【００４７】図８は、図５に示した実施例を改良して得
た本発明によるマイクロメカニカルピペットモジュール
の第三実施例の縦断面図を示す。図８に示すこの実施例
は図５に示した実施例とは、図８で示す実施例が付加的
なセンサー２１を室５１内で作動装置１９に隣接させて
配置して含んでいる点が相違する。図２に示した実施例
と同様に、図８のセンサー２１は変位センサーであるの
が好ましい。図２、図８、図９および図１０のセンサー
２１は測定部材として電気キャパシタを含む変位センサ
ーである。図２、図８、図９および図１０のセンサー２
１は電気光学センサーと交換できる。
【００４８】図９は、図８に示した実施例を改良して得
た本発明によるマイクロメカニカルピペットモジュール
の第四実施例の縦断面図を示す。図８に示した実施例の
特徴に加えて、図９に示すこの実施例では、通路１８の
一部が第三室２４を形成しており、この第三室はピペッ
トモジュールの出口１２と室２３との間に配置されてい
る。この室２４はピペット採取される流体がセンサー２
２を構成する通路１８の一部に接触するのを防止するよ
うに作用する。
【００４９】図２に示した実施例の変形形態において、
図９の室２４に似た室がピペットモジュールの出口１２
と室１５との間に配置される。この変形形態は添付図面
には示されていない。
【００５０】図１０は図８に示した実施例を改良して得
た本発明のマイクロメカニカルピペットモジュールの第
四実施例の縦断面図を示す。図８に示した実施例の特徴
に加えて、図１０に示すこの実施例は、作動装置側の、
すなわち通路２８内およびそれと流体連結された室内の
圧力を測定する付加的な圧力測定センサー２７を有し、
またシリコンウェーハ１４の一部の膜２６と、シリコン
ウェーハ１４と、ガラスプレート３１とによって画成さ
れた付加的な室２５を有する。膜２６の上側に配置され
た室２５はセンサー２７の作動のための参照室（基準
室）である。通路２８は圧力センサー２７が配置されて
いる室５３を作動装置１９の配置されている室５１と連
結する。圧力センサー２７は空気圧作動原理の場合に与
えられる圧力を監視し、これに応じて作動装置室に例え
ば熱空気作動によって或る圧力値を保持する。この圧力
はセンサー２２で測定した圧力とは相違し、センサー２
２の信号は作動装置の膜の運動および力、および吸引さ
れる試料液体およびシステム流体からなる流体の振る舞
い（すなわち運動および重力）によって変調される。セ
ンサー２７は制御システムの一部として使用され、直接
のフィードバック装置によって与えられた（静）圧力を
維持し、またセンサーセンサー手段２１，２２，２７を
含み、これらのセンサーで得た信号を分析し、必要なら
ば補正信号を一次制御装置にフィードバックする手段に
よって液体の振る舞いを監視する。膜１６の変位を測定
する変位センサー２１より優れた補完的な圧力センサー
２７の利点は、センサー２７により与えられる出力信号
が、例えば図８に示される実施例において室１５と、通
路１８と、室２３とにより形成される通路装置内の、セ
ンサー２２により測定される圧力とは無関係であり、ま
た膜１６の熱空気作動のために生じ得る膜１６およびそ
の周囲環境の温度変化とは無関係なことである。
【００５１】一つ以上の上述した形式のマイクロメカニ
カルピペットモジュールに加えて、本発明のマイクロメ
カニカルピペット装置は、ピペット採取作動を行わせる
膜１６の変位を表すか、少なくともそれに関係する出力
信号を発生するセンサー手段によって発生された少なく
とも一つの出力信号に応答して、作動手段１９の作動を
制御するための制御手段（添付図面には示されていな
い）を含むのであり、このような出力信号とは、例えば
図２、図８、図９のセンサー２１の出力信号、図５、図
８、図９のセンサー２２の出力信号、および図１０のセ
ンサー２７の出力信号である。
【００５２】図１ａ、図１ｂ、図２、図３を参照して上
述で説明した好ましい実施例では、制御手段はセンサー
手段２１の発生した出力信号に応答して作動手段１９の
作動を制御する。
【００５３】図４ａ、図４ｂ、図５〜図７を参照して上
述で説明した好ましい実施例では、制御手段はセンサー
手段２２の発生した出力信号に応答して作動手段１９の
作動を制御する。
【００５４】図８および図９を参照して上述で説明した
好ましい実施例では、制御手段はセンサー手段２１，２
２の発生した出力信号に応答して作動手段１９の作動を
制御する。
【００５５】図１０を参照して上述で説明した好ましい
実施例では、制御手段はセンサー手段２１，２２，２７
の発生した出力信号に応答して作動手段１９の作動を制
御する。
【００５６】本発明の好ましい実施例では、マイクロピ
ペットモジュール１１と、作動装置１９の作動を制御す
る制御手段とは、ピペットチップ１３に対して吸引およ
び排出されるべき全量を膜１６の変位移動の１行程でピ
ペットチップ１３に吸入するように構成され、寸法決め
される。
【００５７】作動手段１９の作動を制御する制御手段
は、本発明のマイクロピペットモジュールの構造に少な
くとも部分的に一体構成されるか、またはマイクロピペ
ットモジュールの外部に部分的または大きな範囲で配置
されることができる。
【００５８】本発明の他の概念によれば、異なる測定範
囲に対して最適化された幾つかのセンサーセンサー手段
２１，２２，２７が本発明の小型のマイクロピペットモ
ジュールに一体構成されることができる。
【００５９】本発明の他の概念によれば、センサーセン
サー手段２１，２２，２７などで与えられる出力信号の
組み合わせての使用は、センサーが与える信号の解釈上
の信頼性を改善し、また例えばピペットチップにおける
凝結によって引き起こりかねないマイクロピペットモジ
ュールの故障を防止するために重要となる実際の液体投
与量のチェックを可能にする。医学的診断試験で避けね
ばならない気泡のピペット混入採取は、試験を始める前
に圧力センサーを使用して検出できる。試料の吸引時に
圧力センサーで得られる情報の処理が高粘度の患者の試
料の識別を可能にする。このような病原試料はしばしば
医学的試験結果の正しい解釈に問題を与える。
【００６０】本発明の他の概念によれば、上述で説明し
たモジュール１１または４１に似た複数のマイクロメカ
ニカルピペットモジュールがシリコンウェーハ１４上に
一体構成される。
【００６１】本発明の他の概念によれば、ピペットチッ
プ１３はピペットモジュールピペットモジュール１１ま
たは４１と一体構成されたシリコンピペットチップであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは本発明のマイクロメカニカルピペット
装置１１の第一実施例の構成部材として使用できるシリ
コンウェーハ上に配列して形成されたマイクロメカニカ
ルモジュールの概略図。図１ｂは本発明のマイクロメカ
ニカルピペットモジュールの第一実施例１１の概略図。
【図２】図１ｂの線Ｃ−Ｃにおける横断面を表す概略
図。
【図３】図１ｂの線Ａ−Ａにおける横断面を表す部分
図。
【図４】図４ａは本発明のマイクロメカニカルピペット
モジュールの第二実施例の構成部材として使用できるシ
リコンウェーハ上に配列して形成されたマイクロメカニ
カルモジュールの概略図。図４ｂは本発明のマイクロメ
カニカルピペットモジュールの第二実施例１１の概略
図。
【図５】図４ｂの線Ｃ−Ｃにおける縦断面を表す部分
図。
【図６】図４ｂの線Ａ−Ａにおける横断面を表す部分
図。
【図７】図４ｂの線Ｂ−Ｂにおける横断面を表す部分
図。
【図８】本発明のマイクロメカニカルピペットモジュー
ルの第三実施例の縦断面図。
【図９】本発明のマイクロメカニカルピペットモジュー
ルの第四実施例の縦断面図。
【図１０】 本発明のマイクロメカニカルピペットモジ
ュールの第五実施例の縦断面図。
【符号の説明】
１１ マイクロメカニカルピペットモジュール １２ 入口／出口 １３ ピペットチップ １４ シリコンウェーハ １５ 室 １６ 膜 １８ 通路 １９ 作動装置すなわち作動手段 ２１，２２ センサー ２３ 室 ２５ 室 ２６ 膜 ２７ センサー ２８ 室 ３１ 第一ガラス層すなわちガラスプレート ３２ 第二ガラス層すなわちガラスプレート ４１ マイクロメカニカルピペットモジュール ５１ 室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコラス スツィタ スイス国 チューリッヒ，ミューレバッハ シュトラーセ 145 (72)発明者 フェリックス バーデル スイス国 メンツィンゲン，シュタルデン ヴェク １ (72)発明者 ユルゲン ブルガー スイス国 イプザッハ，フルハッケルヴェ ク ８ (72)発明者 オリビア エルゼンハンス スイス国 ヨーネン，ラドミューレシュト ラーセ 18

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １マイクロリットルより少ない最少値と
    約１０マイクロリットルの最大値との間の範囲内の量の
    液体をピペット採取するマイクロメカニカルピペット装
    置であって、 着脱可能なピペットチップ（１３）に連結されるように
    なされるか、ピペットチップ（１３）と一体構成される
    入口／出口（１２）を有する一体構成されたピペットモ
    ジュール（１１）を含んでなり、前記一体構成されたピ
    ペットモジュール（１１）はマイクロメカニカル構造を
    含んでいて、このマイクロメカニカル構造はシリコンウ
    ェーハ（１４）上に一体構成されるとともに、 ａ） 前記ピペットモジュール（１１）の内部に配置さ
    れた第一室（１５）であって、前記第一室（１５）の内
    部に含まれる容積は該室の壁の一部をなしている膜（１
    ６）の変位によって変化されるようになされており、前
    記第一室（１５）は唯一の開口（１７）を有していて、
    前記開口は永続的に開口されて流体が前記第一室（１
    ５）の内部に対して流入出できるようになされている前
    記第一室（１５）、 ｂ） 前記ピペットモジュール（１１）の内部に配置さ
    れた通路（１８）であって、第一室（１５）の前記開口
    （１７）とピペットモジュール（１１）の入口／出口
    （１２）との間に直接的なバルブのない永続的な流体連
    結を確立している前記通路（１８）、 ｃ） 前記膜（１６）を変位させ、これにより前記第一
    室（１５）に対して或る量の空気または液体を吸引また
    は排出するようになし、これがさらに或る量の液体試料
    を前記ピペットチップ（１３）に対してそれぞれ吸引ま
    たは排出させるようになす作動手段（１９）、 ｄ） 膜（１６）の変位に関する第一出力信号を発生さ
    せる第一センサー手段（２１）、を含んでいるマイクロ
    メカニカルピペット装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載されたマイクロメカニカ
    ルピペット装置であって、第一センサー手段（２１）で
    発生された第一出力信号に応答して作動手段（１９）の
    作動を制御する制御手段をさらに含んでいるマイクロメ
    カニカルピペット装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載されたマイクロメカニカ
    ルピペット装置であって、マイクロピペットモジュール
    （１１）と作動手段（１９）の作動を制御する手段と
    が、ピペットチップ（１３）で吸入し投与すべき全量を
    膜（１６）の１行程の変位移動によってピペットチップ
    （１３）に吸入するように構成され寸法決めされている
    マイクロメカニカルピペット装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載されたマイクロメカニカ
    ルピペット装置であって、膜（１６）の一部分が第一セ
    ンサー手段の一部分であり、このセンサー手段によって
    発生される第一出力信号が膜（１６）の変位を表してい
    るマイクロメカニカルピペット装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載されたマイクロメカニカ
    ルピペット装置であって、通路（１８）の一部分が第一
    センサー手段の一部分であり、このセンサー手段によっ
    て発生される第一出力信号が膜（１６）の変位に関係し
    ているマイクロメカニカルピペット装置。
  6. 【請求項６】 請求項１または請求項４に記載されたマ
    イクロメカニカルピペット装置であって、 − 通路（１８）の一部分が第二室（２３）を形成する
    とともに、その通路（１８）内部の圧力を表す第二出力
    信号を発生する第二センサー手段（２２）の一部分であ
    ること、 − 作動手段（１９）の作動を制御する手段が、第一お
    よび第二出力信号の両方に応答して作動手段を制御する
    こと、を特徴とするマイクロメカニカルピペット装置。
  7. 【請求項７】 請求項１または請求項４に記載されたマ
    イクロメカニカルピペット装置であって、 − 通路（１８）の一部分が第二室（２３）を形成する
    とともに、その通路（１８）を通る流体の流量を表す第
    二出力信号を発生する第二センサー手段（２２）の一部
    分であること、 − 作動手段（１９）の作動を制御する手段が、第一お
    よび第二出力信号の両方に応答して作動手段を制御する
    こと、を特徴とするマイクロメカニカルピペット装置。
  8. 【請求項８】 請求項１または請求項４に記載されたマ
    イクロメカニカルピペット装置であって、内部に作動手
    段（１９）の構成部材が配置されている室（５１）の内
    部の圧力を表す出力信号を発生するセンサー手段（２
    ７）を含んでなるマイクロメカニカルピペット装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項８までのいずれか一
    項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置であっ
    て、通路（１８）の一部分がピペットチップ（１３）と
    第一および第二センサー手段（２１，２２）との間に位
    置する第三室（２４）を形成するとともに、前記第三室
    （２４）はピペット採取流体が前記第一センサー手段ま
    たは前記第二センサー手段を構成する通路（１８）の一
    部分に接触するのを防止するように作用するマイクロメ
    カニカルピペット装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９までのいずれか
    一項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置であ
    って、前記作動手段（１９）が静電式作動装置または圧
    電式作動装置を構成しているマイクロメカニカルピペッ
    ト装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１から請求項１０までのいずれ
    か一項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置で
    あって、前記膜（１６）が熱空気手段によって変位され
    るマイクロメカニカルピペット装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１から請求項１１までのいずれ
    か一項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置で
    あって、前記第一センサー手段（２１）が容量性センサ
    ーまたは電気光学センサーであるマイクロメカニカルピ
    ペット装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１から請求項１２までのいずれ
    か一項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置で
    あって、前記第二センサー手段（２２）が圧力または流
    量測定センサーを構成しているマイクロメカニカルピペ
    ット装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１から請求項１３までのいずれ
    か一項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置で
    あって、複数の前記ピペットモジュール（１１）がシリ
    コンウェーハ（１４）上に一体構成されているマイクロ
    メカニカルピペット装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１から請求項１４までのいずれ
    か一項に記載されたマイクロメカニカルピペット装置で
    あって、ピペットチップ（１３）がピペットモジュール
    （１１）と一体構成されたシリコンピペットチップであ
    るマイクロメカニカルピペット装置。
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