專利名稱：成分分離設(shè)備以及成分分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成分分離設(shè)備以及成分分離方法，用以從以血液、乳液等為代表的由液體成分和固體成分混合而形成的流體中分離各成分。
背景技術(shù)：
由固體成分和液體成分混合而形成的流體包括諸如河水、海水、血液、乳液等。這些流體內(nèi)包含的砂子、細菌、血細胞、乳劑等的固體成分以沉淀或分散等的狀態(tài)存在于流體內(nèi)。即，固體成分沒有溶于液體成分中，而是作為固體存在。
下面說明從固體成分和液體成分的混合流體中分離各成分的分離方法和裝置，諸如血細胞/血漿分離裝置。
通常，血液檢查所采集的血液樣本為液體成分——血漿和固體成分——血細胞以及其他成分所構(gòu)成的完全血液的狀態(tài)。但是，血液檢查的必要成分通常僅為血細胞部分或相反的血漿部分。例如，為檢查血液中的血糖值，需要測定血漿成分中溶解的血糖。為了檢測DNA，需要從血細胞中的一種——白血球細胞中提取DNA。
因此，為了進行血液檢查，在檢查前需要將血液中存在的各成分進行分離的步驟?，F(xiàn)有的成分分離方法一般為將采集的完全血液狀態(tài)的血液樣品置入試管中，將其置于離心分離器，通過施加預定的離心力，從而將血液分離為血漿成分和血細胞成分。
通過該方法，試管內(nèi)的完全血液狀態(tài)的血液，通過離心分離器施加離心力。因此，各成分根據(jù)受到的離心力因質(zhì)量而不同而被分離。其后，通過提取浮在表面的液體取出血漿成分。從沉淀物中提取出血細胞等成分。其后，通過檢查步驟中預定的檢測進行各成分的檢查。
通過離心分離器進行成分的分離時，由于離心分離器的操作需要，需要一定以上的量的流體，而該分離方法不能適用于分離少量樣品的情況。
作為少量液體樣品的分離方法為使用過濾器(filter)的方法。該方法被Yong-Kyu Yoon等所揭示，其利用過濾器的多孔性能而進行。例如，過濾預定的尺寸以上的血細胞，從而獲得血漿成分，或者相反地，提取血細胞。按照該方法，過濾器的孔的尺寸、數(shù)量等會影響分離特性。因此，根據(jù)所分離的成分而需要設(shè)計最適合的過濾器。而且還需要過濾器的孔的尺寸、數(shù)量等的精確的再現(xiàn)。精確再現(xiàn)過濾器的孔的尺寸、數(shù)量等的方法例如為，通過使感光性保護層(resist)立體地感光而獲得網(wǎng)狀的過濾器的方法。該方法公開于IEEE發(fā)行的Yong-Kyu Yoon“Integrated vertical screen microfilter systemusing inclined SU-8 structure.”MEMS2003，Kyoto，PP.227-230。
同樣可以利用處理(manipulation)懸浮于液體中的粒子的設(shè)備。該成分分離方法公開于特表2001-525722號公報(下面稱為專利文獻1)。專利文獻1公開的成分分離設(shè)備包括管(duct)、超聲波傳感器(transducer)、反射體(reflector)。設(shè)置管使得懸浮有粒子的流體可流動。超聲波傳感器設(shè)置于管的一側(cè)，并且反射體設(shè)置于管的相對的另一側(cè)。通過管、超聲波傳感器、反射體，產(chǎn)生在寬度方向上橫穿管的聲學駐波振動(以下稱為駐波)。由于該駐波，流體中懸浮的粒子凝聚為與管的縱軸平行的一個或一個以上的平面的帶。因此，可以將固體成分的粒子和液體成分進行分離。
在此構(gòu)成中，由于超聲波傳感器直接接觸管的內(nèi)部，超聲波傳感器可能會受到管內(nèi)流動的流體的污染。而且，超聲波傳感器構(gòu)成為管的一部分。因此，不能自由設(shè)計超聲波傳感器，而且難于精確的定位管和超聲波傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供成分分離設(shè)備和成分分離方法，其可以通過產(chǎn)生高強度的聲學駐波，即使少量的樣品也可以進行高精度的分離各成分。
本發(fā)明的成分分離設(shè)備包括基板，設(shè)置于基板的流體通道，致動器，以及設(shè)置于致動器周圍的槽。其中流體通道容納包含液體成分和固體成分的流體，致動器在流體通道內(nèi)產(chǎn)生駐波。通過該構(gòu)成，可以通過槽反射振動以傳送到流體通道側(cè)從而減小振動損耗，在流體通道內(nèi)產(chǎn)生高強度駐波，從而提供小尺寸高精度的成分分離設(shè)備。
本發(fā)明的成分分離方法，包括流體容納步驟、駐波產(chǎn)生步驟、反射步驟和分離步驟。流體容納步驟中，在設(shè)置于基板上的流體通道內(nèi)容納包括液體成分和固體成分的流體。駐波產(chǎn)生步驟中，對于在通過流體通道相對設(shè)置的多個致動器施加高頻電壓使得產(chǎn)生振動，在流體通道內(nèi)部產(chǎn)生包括有波節(jié)的駐波。反射步驟中，在致動器的除了流體通道側(cè)的周圍設(shè)置的槽中反射振動。分離步驟中，從流體中分離出液體成分或固體成分中的至少一種。通過以上構(gòu)成，通過槽反射振動以傳送到流體通道側(cè)從而降低振動損耗，在流體通道內(nèi)產(chǎn)生高強度的駐波，從而提供高精度的成分的分離方法。


圖1所示為本發(fā)明的第一實施例的成分分離設(shè)備的構(gòu)成的透視圖。
圖2為圖1所示成分分離設(shè)備從其背面觀看的透視圖。
圖3為圖1所示的成分分離設(shè)備的平面圖。
圖4為圖3所示的成分分離設(shè)備沿4-4線的斷面圖。
圖5為說明使用圖1所示的成分分離設(shè)備的成分分離方法的示意圖。
圖6為說明使用圖1所示的成分分離設(shè)備的成分分離方法的示意圖。
圖7為說明使用圖1所示的成分分離設(shè)備的成分分離方法的示意圖。
圖8為說明使用圖1所示的成分分離設(shè)備的成分分離方法的示意圖。
圖9為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖10為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖11為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖12為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖13為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖14為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖15所示為另一成分分離設(shè)備的構(gòu)成的斷面圖。
圖16所示為本發(fā)明第二實施例的成分分離設(shè)備的構(gòu)成的斷面圖。
圖17所示為本發(fā)明第三實施例的成分分離設(shè)備的構(gòu)成的斷面圖。
附圖標記說明31基板32流體通道33流入口34流出口35，35a，35b，35c槽
36，36a，36b，36c，36d下電極37，37a，37b，37c，37d壓電部件38，38a，38b，38c，38d上電極39致動器39a第一致動器39b第二致動器39c第三致動器39d第四致動器40流體的流動41固體成分41a第一固體成分41b第二固體成分42液體成分的流43，43a，43b固體成分的流44第一電極層45壓電層46第二電極層47第一抗蝕劑掩模48第二抗蝕劑掩模49第三抗蝕劑掩模50第四抗蝕劑掩模51第五抗蝕劑掩模52，52b，52c第一開口部53，53b，53c第二開口部54可動部61上表面62下表面63，63a，65流體64液體成分65，65a，65b，65c壁面70，71波節(jié)
具體實施例方式
第一實施例下面參照

本發(fā)明第一實施例成分分離設(shè)備以及使用該設(shè)備進行成分分離方法。
圖1為示出本發(fā)明的第一實施例的成分分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)的透視圖。圖2為圖1所示的成分分離設(shè)備從下表面觀看的透視圖。圖3為圖1所示成分分離設(shè)備的平面圖。圖4為圖3所示的成分分離設(shè)備的沿4-4線的斷面圖。
圖5至圖8為說明使用圖1所示的成分分離設(shè)備的成分分離方法的示意圖。圖9至圖14為說明圖1所示的成分分離設(shè)備的制造方法的斷面圖。
圖1至圖4中，基板31由硅所組成的材料形成?；?1上形成預定寬度和深度的流體通道32。流體通道32設(shè)置在基板31的上表面61側(cè)。在流體通道32的兩端，分別設(shè)有流入口33和流出口34。由固體成分41和液體成分64混合而成的流體63由流體通道32的外部從流入口33流入，容納在流體通道32中。流體63從流出口34流出到流體通道32的外部。在流體63從流入口33流入并通過流體通道32到從流出口34排出的期間，成分分離設(shè)備30發(fā)揮作用，使得流體63中所含有的固體成分41和液體成分64分別被分離。通過利用硅作為基板31的材料，可以實現(xiàn)生產(chǎn)性優(yōu)良的成分分離設(shè)備。
在基板31的下表面62側(cè)設(shè)置致動器(actuator)39。致動器39包括第一致動器39a(下文稱為致動器39a)、第二致動器39b(下文稱為致動器39b)、第三致動器39c(下文成為致動器39c)和第四致動器39d(下文稱為致動器39d)。致動器39a、39b、39c和39d分別通過流體通道32相對并沿著流體通道32的兩側(cè)平行設(shè)置。通過驅(qū)動致動器39a、39b、39c、39d以產(chǎn)生振動。所產(chǎn)生的振動通過基板31被傳送，在流體通道32內(nèi)部產(chǎn)生駐波(standingwave)。
流體通道32和致動器39a、39b、39c、39d面向基板31的同一軸方向(圖中X軸方向)構(gòu)成。從而可以進一步實現(xiàn)生產(chǎn)性優(yōu)良的成分分離設(shè)備30。
下面說明包括四個致動器39a、39b、39c、39d的成分分離設(shè)備30。但是，通過設(shè)置至少一個致動器39可以實現(xiàn)本成分分離設(shè)備以及成分分離方法。另外，通過設(shè)置多個致動器39，可以發(fā)揮致動器39的作用，可以實現(xiàn)具有較高分離性能的小型成分分離設(shè)備30。
在基板31的上表面61設(shè)置流體通道32，在與上表面61相對的下表面62上，分別設(shè)置致動器39a、39b、39c、39d。因此，致動器39a、39b、39c、39d和流體通道32的配置位置彼此不影響，因此，可以自由設(shè)置致動器。因此，容易獲得產(chǎn)生在流體通道32內(nèi)的駐波。可以容易地通過玻璃基板(未圖示)等密封流體通道32。從而，可以一邊目測成分的分離狀況一邊進行成分分離。
致動器39從與基板31接觸的部分開始依次由下電極36、壓電部件37、上電極38構(gòu)成。各致動器39a、39b、39c、39d分別包括下電極36a、36b、36c、36d，壓電部件37a、37b、37c、37d和上電極38a、38b、38c、38d。構(gòu)成下電極36a、36b、36c、36d材料包括鈦和鉑的至少一種。構(gòu)成壓電部件37a、37b、37c、37d的材料包括鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate)。構(gòu)成上電極38a、38b、38c、38d的材料包括鉛和金的至少一種。
如此構(gòu)成的39a、39b、39c、39d即使在被施加低電壓時也會發(fā)生大的位移。因此，可以有效地產(chǎn)生振動。致動器39a、39b、39c、39d包括具有良好粘附力的層疊結(jié)構(gòu)，即使當大的位移的振動連續(xù)產(chǎn)生時，也可以可靠地實現(xiàn)優(yōu)良的耐用性。構(gòu)成致動器39a、39b、39c、39d的材料可以形成高精度的圖案，因此相對于流體通道32可以在準確的位置配置39a、39b、39c、39d。因此，致動器39a、39b、39c、39d可以進一步有效地實現(xiàn)駐波的產(chǎn)生。從而，可以容易地形成小型的高性能的成分分離設(shè)備。
如圖1和圖2所示，在流體通道32的兩側(cè)分別設(shè)置各對致動器39，可以在流體通道32的內(nèi)部有效地產(chǎn)生駐波。例如，通過致動器39a和致動器39b的組合，或致動器39c和致動器39d的組合，構(gòu)成為在流體通道32的兩側(cè)配置各對致動器39。在與流體通道32平行的方向設(shè)置各對致動器39，還可在流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生不同頻率的駐波。例如，通過組合致動器39a和致動器39c，或組合致動器39b和致動器39d，構(gòu)成為在與流體通道32平行的方向配置各對致動器39。多個致動器39a、39b、39c、39d有效地安裝時，通過多個致動器39a、39b、39c、39d彼此相互作用，可以充分發(fā)揮致動器39a、39b、39c、39d的效能。
致動器39a、39b、39c、39d的周圍，在沒有形成流體通道32的部分設(shè)置槽35。如圖4所示，槽35形成為從基板31的上表面61到下表面62完全貫通的通孔的形狀。因此，可以減小流體通道32產(chǎn)生的駐波的能量損耗。也就是，設(shè)置槽35可以抑止由致動器39a、39b、39c、39d產(chǎn)生的振動向基板31的周圍擴散。因此，振動可以有效地集中地傳送到流體通道32。從而，產(chǎn)生具有更高強度的駐波。另外，形成槽35以分隔彼此相鄰的致動器39。因此，在彼此相鄰的致動器39由不同的頻率驅(qū)動時，可以防止不同頻率的振動彼此干擾。相鄰的致動器39可以為例如致動器39a和致動器39c之間的關(guān)聯(lián)，或致動器39b和致動器39d之間的關(guān)聯(lián)。
這樣，在致動器39a、39b、39c、39d的周圍的沒有形成流體通道32的部分形成槽35。因此，由致動器39a、39b、39c、39d產(chǎn)生的振動，被槽35的側(cè)壁65反射并傳送到流體通道32側(cè)。結(jié)果為，由致動器39a、39b、39c、39d產(chǎn)生的，沿流體通道32以外方向傳送的振動的損耗可以降低。由此可以容易地實行對傳送到流體通道32的振動的控制。結(jié)果為，實現(xiàn)高效率的成分分離設(shè)備30。
接下來，參照圖5和圖6說明使用成分分離設(shè)備30，從流體中將固體成分和液體成分各自進行成分分離的方法。參照圖7和圖8說明性質(zhì)不同的固體成分各自進行分離的分離方法。圖5至圖8分別表示成分分離設(shè)備30從上表面61側(cè)觀看的平面圖，特別示出流體通道32周圍部分。
首先，為固體成分41和液體成分64的混合物的流體63從流入口33流入。流體63容納于流體通道32中，并在充滿流體通道32后從流出口34流出。流體流動40表示流體63的流動方向。通常，成分分離設(shè)備30在非操作狀態(tài)下，流體63以固體成分41和液體成分64以不規(guī)則混合的狀態(tài)流入流體通道32內(nèi)。
成分分離設(shè)備30在操作狀態(tài)下，致動器39a被施加高頻電壓。對致動器39a施加的高頻電壓的頻率為使得流體通道32的寬度W為波長λ的1/2(λ＝2×W)的超音波頻帶的頻率。致動器39a被施加高頻電壓時產(chǎn)生超聲波振動。致動器39a產(chǎn)生的超聲波振動在基板31傳送，并在流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生駐波。駐波包括與流體通道32平行的奇數(shù)的一個波節(jié)(node)70。容納在流體通道32內(nèi)部的流體63，在流體通道32內(nèi)部流動使得固體成分41凝聚在波節(jié)70上。因此，如圖5所示，產(chǎn)生固體成分的流43(下文稱為流43)和液體成分的流42(下文稱為流42)。在流43中，固體成分41凝聚。在流42中，固體成分稀釋。
其后，在流體63從流出口34流出后，流42和流43彼此分開。因此，從流體通道32的壁面32a側(cè)提取出液體成分64，從流體通道32的中心部提取凝聚有固體成分41的流體65。
通過以上構(gòu)成，在流體通道32的內(nèi)部形成一個波節(jié)70。從而可以實現(xiàn)小型的成分分離設(shè)備30，在流體通道32的中心部固體成分41凝聚在波節(jié)70，從而可以容易地提取出固體成分41。另外，由于成分分離設(shè)備30由低電壓驅(qū)動，成分分離設(shè)備30實現(xiàn)進行高效的成分分離的成分分離方法。
此外，與施加于致動器39a的高頻電壓的頻率相同的，相位相差180度的高頻電壓被施加到致動器39b。從而，流體通道32內(nèi)形成的駐波的強度加強。即，形成強度更高的駐波，其包括流體通道32的內(nèi)部與流體通道32平行形成的一個波節(jié)70。高強度的駐波可以獲得加強將固體成分41凝聚到波節(jié)70的力的效果。從而，從流體63分離固體成分41的分離性能得以提升。
與施加于致動器39a的高頻電壓的頻率相同的，相位相同的高頻電壓被施加到致動器39c。同時，與施加于致動器39b的高頻電壓的頻率相同，相位相同的高頻電壓被施加到致動器39d上。從而，強度更強的駐波在流體通道32內(nèi)產(chǎn)生。同樣，駐波包括在流體通道32的內(nèi)部與流體通道32平行的一個波節(jié)70。強度更強的駐波，可以獲得進一步加強將固體成分41凝聚到波節(jié)70的力的效果。從而，從流體63分離固體成分41的分離性能得以進一步提升。
如上所述，通過包括奇數(shù)個波節(jié)70的駐波的產(chǎn)生，可以有效地從流體63分離固體成分41。將使流體通道32的寬度W為λ/2、或nλ+λ/2(n為正整數(shù))的高頻電壓施加于致動器39a、39b、39c、39d。這樣，流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生包括奇數(shù)個波節(jié)70的駐波。
如圖6所示，使流體通道32的寬度和超聲波的波長λ相同的頻率(W＝λ)的高頻電壓也可以被施加到致動器39a。這種情況下，流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生的駐波，包括與流體通道32平行的構(gòu)成偶數(shù)的2個波節(jié)71。在形成具有波節(jié)71的駐波時，固體成分41凝聚為2列，形成2列流43。
如圖6所示，通過以上構(gòu)成，在流體通道32的中心部產(chǎn)生流42，在流體通道32的壁面32a側(cè)產(chǎn)生流43。在流體63從流出口34流出后，流42和流43分開，從流體通道32的壁面32a側(cè)提取凝聚了固體成分41的流體65，從流體通道32的中心部提取液體成分64。即，可以有效地從流體63中提取液體成分64。
向致動器39a施加使流體通道32的寬度W為nλ(n為正整數(shù))的高頻電壓。因此，在流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生包括在流體通道32內(nèi)部與流體通道32平行的偶數(shù)個波節(jié)71的駐波。
與施加于致動器39a的高頻電壓頻率相同的且相位相同的高頻電壓被施加到致動器39b。因此，在流體通道32內(nèi)部產(chǎn)生包括2個波節(jié)71的強度更強的駐波。高強度的駐波獲得更大的將固體成分41凝聚到波節(jié)71的力的效果。從而，可以更有效地從流體63分離液體成分64。
下面參照圖7和圖8說明從含有多種尺寸不同的固體成分的粒子的流體分別分離固體成分的成分分離方法。
固體成分向駐波的波節(jié)的凝聚速度依固體成分的粒子的性質(zhì)，例如粒子的尺寸而不同。換而言之，粒子的尺寸越大，受來自駐波的壓力的影響越大。因此，粒子尺寸大的粒子比尺寸小的粒子向波節(jié)70和71凝聚快。通過利用該性質(zhì)，可以根據(jù)粒子的尺寸分離固體成分。
例如，在流體通道32的內(nèi)部，形成第一區(qū)域72(下文稱為區(qū)域72)和第二區(qū)域73(下文稱為區(qū)域73)，其中區(qū)域72中產(chǎn)生包括奇數(shù)個波節(jié)70的駐波，區(qū)域73中產(chǎn)生包括偶數(shù)個波節(jié)71的駐波。這樣，可以容易地進行液體成分和固體成分的分離或者性質(zhì)不同的固體成分的分離。即，流體從產(chǎn)生包括波節(jié)70的駐波的區(qū)域72移動到產(chǎn)生包括波節(jié)71的駐波的區(qū)域73時，可以利用性質(zhì)不同的兩種以上的固體成分向波節(jié)70、71凝聚速度不同的這個性質(zhì)。下面，參照圖7和圖8詳細說明利用向波節(jié)70、71凝聚速度不同的成分分離方法。
首先，如圖7所示，流體63從流入口33進入流體通道32。流體63為混合固體成分41和液體成分64的混合流體。固體成分41包含各自尺寸不同的第一固體成分41a(下文稱為固體成分41a)和第二固體成分41b(下文稱為固體成分41b)。固體成分41a比固體成分41b的粒子尺寸小。通常，在成分分離設(shè)備30不工作時，流體63在固體成分41a、41b和液體成分64不規(guī)則混合的狀態(tài)下流入流體通道32內(nèi)。
成分分離設(shè)備30工作時，致動器39a和致動器39c分別被施加高頻電壓。致動器39a、39c在被施加高頻電壓時，分別產(chǎn)生超聲波振動。
致動器39a所被施加的高頻電壓的頻率為使得流體通道32的寬度W為波長λ的1/2(λ＝2×W)的超聲波頻帶的頻率。由致動器39a產(chǎn)生的超聲波振動在基板31傳送，以在流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生駐波。致動器39a產(chǎn)生的駐波包括與流體通道32平行的奇數(shù)的一個波節(jié)70。流體通道32的內(nèi)部容納的流體63在流體通道32內(nèi)流動，使得固體成分41a、41b凝聚到波節(jié)70。
致動器39c被施加的高頻電壓的頻率為使流體通道32的寬度W與波長λ相同(λ＝W)的超聲波頻帶的頻率。致動器39c產(chǎn)生的超聲波振動在基板31傳送，以在流體通道32的內(nèi)部產(chǎn)生駐波。致動器39c產(chǎn)生的駐波包括與流體通道32平行的偶數(shù)的2個波節(jié)71。
這種情況下，控制施加到致動器39c的高頻電壓，使得產(chǎn)生的駐波的強度的程度為使得固體成分41b向波節(jié)71凝聚，而固體成分41a難以受駐波的影響而不向波節(jié)71凝聚。因此，如圖7所示，在流體通道32的壁面32a側(cè)產(chǎn)生凝聚了固體成分41b的固體成分的流43b(下面稱為流43b)，在流體通道32的中心部產(chǎn)生凝聚了固體成分41a的固體成分的流43a(下面稱為流43a)。從而，可以有效分離尺寸不同的固體成分41a和固體成分41b。
下面參照圖8說明尺寸不同的固體成分41a和固體成分41b的另一分離方法。
如圖8所示，致動器39a和致動器39c分別被施加高頻電壓。致動器39a、39c在被施加高頻電壓時分別產(chǎn)生超聲波振動。
致動器39a被施加的高頻電壓的頻率為使得流體通道32的寬度W為與波長λ相同(λ＝W)的超聲波頻帶的頻率。通過向致動器39a施加高頻電壓，在流體通道32內(nèi)部，產(chǎn)生具有與流體通道32平行的偶數(shù)的2個波節(jié)71的駐波。流體通道32的內(nèi)部容納的流體63在流體通道32內(nèi)流動，使得固體成分41a、41b向波節(jié)71凝聚。
致動器39c被施加的高頻電壓的頻率為使得流體通道32的寬度W為波長λ的1/2(λ＝2×W)的超聲波頻帶的頻率。通過向致動器39c施加高頻電壓，在流體通道32的內(nèi)部，產(chǎn)生具有與流體通道32平行的奇數(shù)的一個波節(jié)70的駐波。
在這種情況下，控制向致動器39c施加的高頻電壓，使得產(chǎn)生駐波的強度的程度為固體成分41b向波節(jié)70凝聚，而固體成分41a難以受到駐波的影響而不向波節(jié)70凝聚。因此，如圖8所示，流體通道32的壁面32a側(cè)產(chǎn)生凝聚了固體成分41b的流43a，流體通道32的中心部產(chǎn)生凝聚了固體成分41b的流43b。從而可以有效地分離尺寸彼此不同的固體成分41a和固體成分41b。
通過上述構(gòu)成，從包含性質(zhì)不同的兩種以上的固體成分41a、41b的流體63中，利用固體成分41a、41b向波節(jié)70、71凝聚速度的不同，分別分離固體成分41a、41b。
另外，省略了有關(guān)驅(qū)動致動器39b、39d的說明。但是，為了增大通過流體通道32分別相對的致動器39a、39c所產(chǎn)生的駐波的強度，可向致動器39b、39d施加預定的高頻電壓。
不僅可以由致動器39a和39c的組合，還可以由致動器39a和39d的組合，分離尺寸互不相同的固體成分41a和固體成分41b。
如上，說明了根據(jù)粒子的尺寸分離彼此性質(zhì)不同的固體成分41a和固體成分41b。但是，不僅粒子尺寸的不同可以適用于上述成分的分離方法，諸如固體成分的比重、形狀、表面能等特性的不同也可以適用于上述成分分離方法。如上所述，成分分離設(shè)備30可以實現(xiàn)有效的成分分離方法。
下面，參照圖9至圖14說明成分分離設(shè)備30的制造方法，圖9至圖14所示為根據(jù)第一實施例的成分分離設(shè)備的制造工序的斷面圖。
首先，如圖9所示，在由硅制成的基板31上面，依次形成第一電極層44(下面稱為電極層44)和壓電層45和第二電極層46(下面稱為電極層46)。電極層44包含鈦和鉑的至少一種。壓電層45包含鋯鈦酸鉛。電極層46包含鈦和金的至少一種。電極層44、壓電層45以及電極層46通過薄膜制備技術(shù)形成。電極層44、45的形成所使用的薄膜制備方法為常用的濺鍍、氣相沉積等薄膜制備方法。
形成壓電層45所使用的薄膜制備方法，可以使用濺鍍、水熱合成法、溶膠-凝膠法等。特別地，通過使用鋯鈦酸鉛等材料，利用濺鍍法形成壓電層45，可以獲得高的壓電特性和穩(wěn)定的位移(displacement)特性的壓電薄膜。
其后，在為最上層的電極層46上面形成具有預定圖案的第一抗蝕劑掩模47(下面稱為掩模47)。如圖10所示，通過將掩模47作為用于蝕刻的掩模，通過蝕刻圖案化電極層64。從而形成上電極38。其后，通過蝕刻法等除去掩模47。
其后，在上電極38上形成具有預定圖案的第二抗蝕劑掩模18(下面稱為掩模48)。如圖11所示，通過將掩模48作為用于蝕刻的掩模，通過蝕刻圖案化壓電層45，從而被類似地分割。從而形成壓電部件37。其后，通過蝕刻法等除去掩模48。
其后，形成具有預定圖案的第三抗蝕劑掩模49(下面稱為掩模49)，覆蓋上電極38和壓電部件37。如圖12所示，通過將掩模49作為用于蝕刻的掩模，通過蝕刻圖案化電極層44。從而形成下電極36。其后，通過蝕刻法等除去掩模49。
其后，上表面61形成具有預定圖案的第四抗蝕劑掩模50(下面稱為掩模50)。如圖13所示，通過將掩模50作為用于蝕刻的掩模，通過蝕刻圖案化基板31。從而形成流體通道32。其后通過蝕刻法等除去掩模50。
其后，下表面形成具有預定圖案的第五抗蝕劑掩模51(下面稱為掩模51)。如圖14所示，通過將掩模51作為用于蝕刻的掩模，基板31被蝕刻。從而在基板31形成槽35。這種情況下，槽35的深度越深，振動的泄漏越小，振動的反射越有效。因此，優(yōu)選地槽35為通孔。形成槽35后，通過蝕刻法等除去掩模51。
如圖13和14所示的步驟中，基板31的蝕刻方法使用干法蝕刻(dryetching)方法。從而具有精細形狀的流體通道32和槽35可被高精度地加工形成。在通過干法蝕刻法進行加工的時候，通過混合促進蝕刻的氣體和抑止蝕刻的氣體而進行干法蝕刻。因此，可以進一步高精度地加工流體通道32和槽35。
通過以上的制造方法，制造成分分離設(shè)備30。
根據(jù)具有上述構(gòu)成的成分分離設(shè)備30，槽35設(shè)有通孔的形狀。槽35包括下表面62側(cè)的第一開口部52(下面稱為開口部52)和上表面61側(cè)的第二開口部53(下面稱為開口部53)。但是，槽35不限于通孔。例如，圖15所示，槽35a可以包括僅在下表面62側(cè)開口的開口部52，而在上表面61側(cè)沒有開口的底部的孔形狀。
即使槽35a包括有孔形狀，致動器39產(chǎn)生的振動通過槽35a的壁面65a被反射并且反射波被傳送到流體通道32。由于在上表面61側(cè)沒有開口部，通過槽35a可以防止流體63泄漏?？梢詫崿F(xiàn)機械強度高的成分分離設(shè)備30a。
第二實施例下面參照

本發(fā)明第二實施例的成分分離設(shè)備。
圖16所示為本發(fā)明第二實施例的成分分離設(shè)備的構(gòu)成的斷面圖。第二實施例與第一實施例的不同點在于槽的斷面形狀。第二實施例的槽35b包括下表面62側(cè)的第一開口部52b(下面稱為開口部52b)和上表面61側(cè)的第二開口部53b(下面稱為開口部53b)。而且，開口部52b比開口部53b小。因此，槽35b的流體通道側(cè)的壁面65b和設(shè)有致動器39的下表面62成銳角。
致動器39產(chǎn)生的振動包括直接傳送到流體通道32的振動成分和被槽35b的壁面65b反射而傳送到流體通道32的反射波。通過使開口部52b比開口部53b小，壁面65b設(shè)有傾斜，反射波到達流體通道32的距離縮短。因此，振動有效地從致動器39向流體通道32傳送。結(jié)果是，流體通道32內(nèi)部形成的駐波的強度增大。
通過以上構(gòu)成，致動器39產(chǎn)生的振動可以利用達到流體通道32的距離短的反射波。而且，被傳送到流體通道32的駐波入射到流體通道32的壁面32a的入射角為更小的銳角。因此，實現(xiàn)了可以更有效地分離成分的成分分離設(shè)備30b。
通過濕法蝕刻方法，槽35b成為包括尺寸不同的開口部52b、53b的通孔。例如，利用基板31的晶體各向異性，通過進行蝕刻制造具有傾斜壁面65b的基板31。
第三實施例下面參照

本發(fā)明第三實施例的成分分離設(shè)備。
圖17所示為本發(fā)明第三實施例的成分分離設(shè)備的構(gòu)造的斷面圖。第三實施例和第一、第二實施例的不同點在于槽的斷面形狀。第三實施例的槽35c包括下表面62側(cè)的第一開口部52c(下面稱為開口部52c)和上表面61側(cè)的第二開口部53c(下面稱為開口部53c)。開口部52c和開口部53c通過壁面65c相連。壁面65c的斷面形狀為中心在槽35c側(cè)的圓弧或橢圓形曲線。
通過以上構(gòu)成，致動器39產(chǎn)生的振動通過壁面65c反射，從而進一步縮短了到達流體通道32的距離。因此，可以利用更強的反射波。
在基板31的可動部54設(shè)置致動器39。通過使壁面65c的斷面形狀為圓弧或橢圓形曲線，可動部24的厚度變薄。因此，致動器39的振動可以容易地傳送到流體通道32，可以進一步獲得強度更大的駐波。
具有上述形狀的槽35c可以使用諸如XeF2、SF6等的氣體通過各向同性的干法蝕刻而形成。即，通過各向同性干法蝕刻方法，基板31從開口部53c側(cè)蝕刻，從而可以容易地獲得槽35c的形狀。
工業(yè)適用性本發(fā)明可以從諸如血液、乳液等為代表的由液體成分和固體成分而形成的混合流體中，容易地分離各成分，并且可用于成分分離器、成分分析器等。
權(quán)利要求
1.一種成分分離設(shè)備，包括基板；流體通道，設(shè)置于所述基板以容納含有液體成分和固體成分的流體；致動器，用于在所述流體通道內(nèi)產(chǎn)生駐波；以及槽，設(shè)置于所述致動器周圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中所述槽為通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中所述流體通道和所述致動器設(shè)置在同一軸方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中多個所述致動器布置成在所述流體通道兩側(cè)彼此相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中多個所述致動器沿著所述流體通道布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中所述流體通道設(shè)置于所述基板的上表面，并且所述致動器設(shè)置于所述基板的下表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成分分離設(shè)備，其中所述槽包括第一開口部，朝形成所述致動器一側(cè)開口，第二開口部，朝與所述第一開口部相對一側(cè)開口，并且所述第一開口部比所述第二開口部小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成分分離設(shè)備，其中所述槽包括壁面，連接所述第一開口部和所述第二開口部，并且所述壁面的斷面形狀構(gòu)成為其中心位于所述槽側(cè)的圓弧和橢圓形曲線的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中所述致動器設(shè)置于所述基板的下表面，并且所述槽在所述流體通道側(cè)上的壁面和所述下表面所成的角為銳角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中所述基板的材料為硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成分分離設(shè)備，其中所述致動器包括下電極，壓電部件和上電極，所述下電極的材料包含鈦和鉑的至少一種，所述壓電部件的材料包含鋯鈦酸鉛，并且所述上電極的材料包含鈦和金的至少一種。
12.一種成分分離方法，包括流體容納步驟，在設(shè)置于基板的流體通道中容納含有液體成分和固體成分的流體；駐波產(chǎn)生步驟，對設(shè)置成通過所述流體通道相對的多個致動器施加高頻電壓而產(chǎn)生振動，以在所述流體通道的內(nèi)部產(chǎn)生包含有波節(jié)的駐波；反射步驟，通過在所述致動器的除所述流體通道側(cè)的周圍設(shè)置槽，以反射所述振動；以及分離步驟，從所述流體分離液體成分和固體成分的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成分分離方法，其中所述駐波產(chǎn)生步驟為對于分別在所述流體通道的兩側(cè)相對設(shè)置的第一致動器和第二致動器，分別施加相位相差180度的高頻電壓而產(chǎn)生振動，以在所述流體通道產(chǎn)生包含有奇數(shù)個波節(jié)的駐波。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成分分離方法，其中所述駐波產(chǎn)生步驟為對于分別在所述流體通道的兩側(cè)相對設(shè)置的第一致動器和第二致動器，分別施加相位相同的高頻電壓而產(chǎn)生振動，以在所述流體通道內(nèi)產(chǎn)生包含有偶數(shù)個波節(jié)的駐波。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的成分分離方法，其中所述駐波產(chǎn)生步驟為對于沿著所述流體通道分別設(shè)置的第一致動器和第三致動器，分別施加頻率不同的高頻電壓而產(chǎn)生振動，以在所述流體通道產(chǎn)生包含有奇數(shù)個波節(jié)的駐波和包含有偶數(shù)個波節(jié)的駐波。
全文摘要
一種成分分離設(shè)備(30)，包括基板(31)、設(shè)置于基板(31)上的流體通道(32)、致動器(39)、以及致動器(39)周圍設(shè)置的槽(35)，其中流體通道(32)容納含有液體成分和固體成分的流體，且致動器(39)在流體通道(32)內(nèi)產(chǎn)生駐波。通過該構(gòu)成，振動通過槽被反射而傳送到流體通道(32)側(cè)，從而降低振動損耗，流體通道(32)內(nèi)產(chǎn)生高強度的駐波，這樣可提供小型的高精度的成分分離設(shè)備(30)。
文檔編號C02F1/36GK1956765SQ20068000024
公開日2007年5月2日 申請日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者高橋誠, 中谷將也 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社