成分分离设备以及成分分离方法

专利名称：成分分离设备以及成分分离方法
技术领域：
本发明涉及成分分离设备以及成分分离方法，用以从以血液、乳液等为代表的由液体成分和固体成分混合而形成的流体中分离各成分。
背景技术：
由固体成分和液体成分混合而形成的流体包括诸如河水、海水、血液、乳液等。这些流体内包含的砂子、细菌、血细胞、乳剂等的固体成分以沉淀或分散等的状态存在于流体内。即，固体成分没有溶于液体成分中，而是作为固体存在。
下面说明从固体成分和液体成分的混合流体中分离各成分的分离方法和装置，诸如血细胞/血浆分离装置。
通常，血液检查所采集的血液样本为液体成分——血浆和固体成分——血细胞以及其他成分所构成的完全血液的状态。但是，血液检查的必要成分通常仅为血细胞部分或相反的血浆部分。例如，为检查血液中的血糖值，需要测定血浆成分中溶解的血糖。为了检测DNA，需要从血细胞中的一种——白血球细胞中提取DNA。
因此，为了进行血液检查，在检查前需要将血液中存在的各成分进行分离的步骤。现有的成分分离方法一般为将采集的完全血液状态的血液样品置入试管中，将其置于离心分离器，通过施加预定的离心力，从而将血液分离为血浆成分和血细胞成分。
通过该方法，试管内的完全血液状态的血液，通过离心分离器施加离心力。因此，各成分根据受到的离心力因质量而不同而被分离。其后，通过提取浮在表面的液体取出血浆成分。从沉淀物中提取出血细胞等成分。其后，通过检查步骤中预定的检测进行各成分的检查。
通过离心分离器进行成分的分离时，由于离心分离器的操作需要，需要一定以上的量的流体，而该分离方法不能适用于分离少量样品的情况。
作为少量液体样品的分离方法为使用过滤器(filter)的方法。该方法被Yong-Kyu Yoon等所揭示，其利用过滤器的多孔性能而进行。例如，过滤预定的尺寸以上的血细胞，从而获得血浆成分，或者相反地，提取血细胞。按照该方法，过滤器的孔的尺寸、数量等会影响分离特性。因此，根据所分离的成分而需要设计最适合的过滤器。而且还需要过滤器的孔的尺寸、数量等的精确的再现。精确再现过滤器的孔的尺寸、数量等的方法例如为，通过使感光性保护层(resist)立体地感光而获得网状的过滤器的方法。该方法公开于IEEE发行的Yong-Kyu Yoon“Integrated vertical screen microfilter systemusing inclined SU-8 structure.”MEMS2003，Kyoto，PP.227-230。
同样可以利用处理(manipulation)悬浮于液体中的粒子的设备。该成分分离方法公开于特表2001-525722号公报(下面称为专利文献1)。专利文献1公开的成分分离设备包括管(duct)、超声波传感器(transducer)、反射体(reflector)。设置管使得悬浮有粒子的流体可流动。超声波传感器设置于管的一侧，并且反射体设置于管的相对的另一侧。通过管、超声波传感器、反射体，产生在宽度方向上横穿管的声学驻波振动(以下称为驻波)。由于该驻波，流体中悬浮的粒子凝聚为与管的纵轴平行的一个或一个以上的平面的带。因此，可以将固体成分的粒子和液体成分进行分离。
在此构成中，由于超声波传感器直接接触管的内部，超声波传感器可能会受到管内流动的流体的污染。而且，超声波传感器构成为管的一部分。因此，不能自由设计超声波传感器，而且难于精确的定位管和超声波传感器。

发明内容
本发明提供成分分离设备和成分分离方法，其可以通过产生高强度的声学驻波，即使少量的样品也可以进行高精度的分离各成分。
本发明的成分分离设备包括基板，设置于基板的流体通道，致动器，以及设置于致动器周围的槽。其中流体通道容纳包含液体成分和固体成分的流体，致动器在流体通道内产生驻波。通过该构成，可以通过槽反射振动以传送到流体通道侧从而减小振动损耗，在流体通道内产生高强度驻波，从而提供小尺寸高精度的成分分离设备。
本发明的成分分离方法，包括流体容纳步骤、驻波产生步骤、反射步骤和分离步骤。流体容纳步骤中，在设置于基板上的流体通道内容纳包括液体成分和固体成分的流体。驻波产生步骤中，对于在通过流体通道相对设置的多个致动器施加高频电压使得产生振动，在流体通道内部产生包括有波节的驻波。反射步骤中，在致动器的除了流体通道侧的周围设置的槽中反射振动。分离步骤中，从流体中分离出液体成分或固体成分中的至少一种。通过以上构成，通过槽反射振动以传送到流体通道侧从而降低振动损耗，在流体通道内产生高强度的驻波，从而提供高精度的成分的分离方法。


图1所示为本发明的第一实施例的成分分离设备的构成的透视图。
图2为图1所示成分分离设备从其背面观看的透视图。
图3为图1所示的成分分离设备的平面图。
图4为图3所示的成分分离设备沿4-4线的断面图。
图5为说明使用图1所示的成分分离设备的成分分离方法的示意图。
图6为说明使用图1所示的成分分离设备的成分分离方法的示意图。
图7为说明使用图1所示的成分分离设备的成分分离方法的示意图。
图8为说明使用图1所示的成分分离设备的成分分离方法的示意图。
图9为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图10为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图11为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图12为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图13为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图14为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图15所示为另一成分分离设备的构成的断面图。
图16所示为本发明第二实施例的成分分离设备的构成的断面图。
图17所示为本发明第三实施例的成分分离设备的构成的断面图。
附图标记说明31基板32流体通道33流入口34流出口35，35a，35b，35c槽
36，36a，36b，36c，36d下电极37，37a，37b，37c，37d压电部件38，38a，38b，38c，38d上电极39致动器39a第一致动器39b第二致动器39c第三致动器39d第四致动器40流体的流动41固体成分41a第一固体成分41b第二固体成分42液体成分的流43，43a，43b固体成分的流44第一电极层45压电层46第二电极层47第一抗蚀剂掩模48第二抗蚀剂掩模49第三抗蚀剂掩模50第四抗蚀剂掩模51第五抗蚀剂掩模52，52b，52c第一开口部53，53b，53c第二开口部54可动部61上表面62下表面63，63a，65流体64液体成分65，65a，65b，65c壁面70，71波节
具体实施例方式
第一实施例下面参照

本发明第一实施例成分分离设备以及使用该设备进行成分分离方法。
图1为示出本发明的第一实施例的成分分离设备的结构的透视图。图2为图1所示的成分分离设备从下表面观看的透视图。图3为图1所示成分分离设备的平面图。图4为图3所示的成分分离设备的沿4-4线的断面图。
图5至图8为说明使用图1所示的成分分离设备的成分分离方法的示意图。图9至图14为说明图1所示的成分分离设备的制造方法的断面图。
图1至图4中，基板31由硅所组成的材料形成。基板31上形成预定宽度和深度的流体通道32。流体通道32设置在基板31的上表面61侧。在流体通道32的两端，分别设有流入口33和流出口34。由固体成分41和液体成分64混合而成的流体63由流体通道32的外部从流入口33流入，容纳在流体通道32中。流体63从流出口34流出到流体通道32的外部。在流体63从流入口33流入并通过流体通道32到从流出口34排出的期间，成分分离设备30发挥作用，使得流体63中所含有的固体成分41和液体成分64分别被分离。通过利用硅作为基板31的材料，可以实现生产性优良的成分分离设备。
在基板31的下表面62侧设置致动器(actuator)39。致动器39包括第一致动器39a(下文称为致动器39a)、第二致动器39b(下文称为致动器39b)、第三致动器39c(下文成为致动器39c)和第四致动器39d(下文称为致动器39d)。致动器39a、39b、39c和39d分别通过流体通道32相对并沿着流体通道32的两侧平行设置。通过驱动致动器39a、39b、39c、39d以产生振动。所产生的振动通过基板31被传送，在流体通道32内部产生驻波(standingwave)。
流体通道32和致动器39a、39b、39c、39d面向基板31的同一轴方向(图中X轴方向)构成。从而可以进一步实现生产性优良的成分分离设备30。
下面说明包括四个致动器39a、39b、39c、39d的成分分离设备30。但是，通过设置至少一个致动器39可以实现本成分分离设备以及成分分离方法。另外，通过设置多个致动器39，可以发挥致动器39的作用，可以实现具有较高分离性能的小型成分分离设备30。
在基板31的上表面61设置流体通道32，在与上表面61相对的下表面62上，分别设置致动器39a、39b、39c、39d。因此，致动器39a、39b、39c、39d和流体通道32的配置位置彼此不影响，因此，可以自由设置致动器。因此，容易获得产生在流体通道32内的驻波。可以容易地通过玻璃基板(未图示)等密封流体通道32。从而，可以一边目测成分的分离状况一边进行成分分离。
致动器39从与基板31接触的部分开始依次由下电极36、压电部件37、上电极38构成。各致动器39a、39b、39c、39d分别包括下电极36a、36b、36c、36d，压电部件37a、37b、37c、37d和上电极38a、38b、38c、38d。构成下电极36a、36b、36c、36d材料包括钛和铂的至少一种。构成压电部件37a、37b、37c、37d的材料包括锆钛酸铅(lead zirconate titanate)。构成上电极38a、38b、38c、38d的材料包括铅和金的至少一种。
如此构成的39a、39b、39c、39d即使在被施加低电压时也会发生大的位移。因此，可以有效地产生振动。致动器39a、39b、39c、39d包括具有良好粘附力的层叠结构，即使当大的位移的振动连续产生时，也可以可靠地实现优良的耐用性。构成致动器39a、39b、39c、39d的材料可以形成高精度的图案，因此相对于流体通道32可以在准确的位置配置39a、39b、39c、39d。因此，致动器39a、39b、39c、39d可以进一步有效地实现驻波的产生。从而，可以容易地形成小型的高性能的成分分离设备。
如图1和图2所示，在流体通道32的两侧分别设置各对致动器39，可以在流体通道32的内部有效地产生驻波。例如，通过致动器39a和致动器39b的组合，或致动器39c和致动器39d的组合，构成为在流体通道32的两侧配置各对致动器39。在与流体通道32平行的方向设置各对致动器39，还可在流体通道32的内部产生不同频率的驻波。例如，通过组合致动器39a和致动器39c，或组合致动器39b和致动器39d，构成为在与流体通道32平行的方向配置各对致动器39。多个致动器39a、39b、39c、39d有效地安装时，通过多个致动器39a、39b、39c、39d彼此相互作用，可以充分发挥致动器39a、39b、39c、39d的效能。
致动器39a、39b、39c、39d的周围，在没有形成流体通道32的部分设置槽35。如图4所示，槽35形成为从基板31的上表面61到下表面62完全贯通的通孔的形状。因此，可以减小流体通道32产生的驻波的能量损耗。也就是，设置槽35可以抑止由致动器39a、39b、39c、39d产生的振动向基板31的周围扩散。因此，振动可以有效地集中地传送到流体通道32。从而，产生具有更高强度的驻波。另外，形成槽35以分隔彼此相邻的致动器39。因此，在彼此相邻的致动器39由不同的频率驱动时，可以防止不同频率的振动彼此干扰。相邻的致动器39可以为例如致动器39a和致动器39c之间的关联，或致动器39b和致动器39d之间的关联。
这样，在致动器39a、39b、39c、39d的周围的没有形成流体通道32的部分形成槽35。因此，由致动器39a、39b、39c、39d产生的振动，被槽35的侧壁65反射并传送到流体通道32侧。结果为，由致动器39a、39b、39c、39d产生的，沿流体通道32以外方向传送的振动的损耗可以降低。由此可以容易地实行对传送到流体通道32的振动的控制。结果为，实现高效率的成分分离设备30。
接下来，参照图5和图6说明使用成分分离设备30，从流体中将固体成分和液体成分各自进行成分分离的方法。参照图7和图8说明性质不同的固体成分各自进行分离的分离方法。图5至图8分别表示成分分离设备30从上表面61侧观看的平面图，特别示出流体通道32周围部分。
首先，为固体成分41和液体成分64的混合物的流体63从流入口33流入。流体63容纳于流体通道32中，并在充满流体通道32后从流出口34流出。流体流动40表示流体63的流动方向。通常，成分分离设备30在非操作状态下，流体63以固体成分41和液体成分64以不规则混合的状态流入流体通道32内。
成分分离设备30在操作状态下，致动器39a被施加高频电压。对致动器39a施加的高频电压的频率为使得流体通道32的宽度W为波长λ的1/2(λ＝2×W)的超音波频带的频率。致动器39a被施加高频电压时产生超声波振动。致动器39a产生的超声波振动在基板31传送，并在流体通道32的内部产生驻波。驻波包括与流体通道32平行的奇数的一个波节(node)70。容纳在流体通道32内部的流体63，在流体通道32内部流动使得固体成分41凝聚在波节70上。因此，如图5所示，产生固体成分的流43(下文称为流43)和液体成分的流42(下文称为流42)。在流43中，固体成分41凝聚。在流42中，固体成分稀释。
其后，在流体63从流出口34流出后，流42和流43彼此分开。因此，从流体通道32的壁面32a侧提取出液体成分64，从流体通道32的中心部提取凝聚有固体成分41的流体65。
通过以上构成，在流体通道32的内部形成一个波节70。从而可以实现小型的成分分离设备30，在流体通道32的中心部固体成分41凝聚在波节70，从而可以容易地提取出固体成分41。另外，由于成分分离设备30由低电压驱动，成分分离设备30实现进行高效的成分分离的成分分离方法。
此外，与施加于致动器39a的高频电压的频率相同的，相位相差180度的高频电压被施加到致动器39b。从而，流体通道32内形成的驻波的强度加强。即，形成强度更高的驻波，其包括流体通道32的内部与流体通道32平行形成的一个波节70。高强度的驻波可以获得加强将固体成分41凝聚到波节70的力的效果。从而，从流体63分离固体成分41的分离性能得以提升。
与施加于致动器39a的高频电压的频率相同的，相位相同的高频电压被施加到致动器39c。同时，与施加于致动器39b的高频电压的频率相同，相位相同的高频电压被施加到致动器39d上。从而，强度更强的驻波在流体通道32内产生。同样，驻波包括在流体通道32的内部与流体通道32平行的一个波节70。强度更强的驻波，可以获得进一步加强将固体成分41凝聚到波节70的力的效果。从而，从流体63分离固体成分41的分离性能得以进一步提升。
如上所述，通过包括奇数个波节70的驻波的产生，可以有效地从流体63分离固体成分41。将使流体通道32的宽度W为λ/2、或nλ+λ/2(n为正整数)的高频电压施加于致动器39a、39b、39c、39d。这样，流体通道32的内部产生包括奇数个波节70的驻波。
如图6所示，使流体通道32的宽度和超声波的波长λ相同的频率(W＝λ)的高频电压也可以被施加到致动器39a。这种情况下，流体通道32的内部产生的驻波，包括与流体通道32平行的构成偶数的2个波节71。在形成具有波节71的驻波时，固体成分41凝聚为2列，形成2列流43。
如图6所示，通过以上构成，在流体通道32的中心部产生流42，在流体通道32的壁面32a侧产生流43。在流体63从流出口34流出后，流42和流43分开，从流体通道32的壁面32a侧提取凝聚了固体成分41的流体65，从流体通道32的中心部提取液体成分64。即，可以有效地从流体63中提取液体成分64。
向致动器39a施加使流体通道32的宽度W为nλ(n为正整数)的高频电压。因此，在流体通道32的内部产生包括在流体通道32内部与流体通道32平行的偶数个波节71的驻波。
与施加于致动器39a的高频电压频率相同的且相位相同的高频电压被施加到致动器39b。因此，在流体通道32内部产生包括2个波节71的强度更强的驻波。高强度的驻波获得更大的将固体成分41凝聚到波节71的力的效果。从而，可以更有效地从流体63分离液体成分64。
下面参照图7和图8说明从含有多种尺寸不同的固体成分的粒子的流体分别分离固体成分的成分分离方法。
固体成分向驻波的波节的凝聚速度依固体成分的粒子的性质，例如粒子的尺寸而不同。换而言之，粒子的尺寸越大，受来自驻波的压力的影响越大。因此，粒子尺寸大的粒子比尺寸小的粒子向波节70和71凝聚快。通过利用该性质，可以根据粒子的尺寸分离固体成分。
例如，在流体通道32的内部，形成第一区域72(下文称为区域72)和第二区域73(下文称为区域73)，其中区域72中产生包括奇数个波节70的驻波，区域73中产生包括偶数个波节71的驻波。这样，可以容易地进行液体成分和固体成分的分离或者性质不同的固体成分的分离。即，流体从产生包括波节70的驻波的区域72移动到产生包括波节71的驻波的区域73时，可以利用性质不同的两种以上的固体成分向波节70、71凝聚速度不同的这个性质。下面，参照图7和图8详细说明利用向波节70、71凝聚速度不同的成分分离方法。
首先，如图7所示，流体63从流入口33进入流体通道32。流体63为混合固体成分41和液体成分64的混合流体。固体成分41包含各自尺寸不同的第一固体成分41a(下文称为固体成分41a)和第二固体成分41b(下文称为固体成分41b)。固体成分41a比固体成分41b的粒子尺寸小。通常，在成分分离设备30不工作时，流体63在固体成分41a、41b和液体成分64不规则混合的状态下流入流体通道32内。
成分分离设备30工作时，致动器39a和致动器39c分别被施加高频电压。致动器39a、39c在被施加高频电压时，分别产生超声波振动。
致动器39a所被施加的高频电压的频率为使得流体通道32的宽度W为波长λ的1/2(λ＝2×W)的超声波频带的频率。由致动器39a产生的超声波振动在基板31传送，以在流体通道32的内部产生驻波。致动器39a产生的驻波包括与流体通道32平行的奇数的一个波节70。流体通道32的内部容纳的流体63在流体通道32内流动，使得固体成分41a、41b凝聚到波节70。
致动器39c被施加的高频电压的频率为使流体通道32的宽度W与波长λ相同(λ＝W)的超声波频带的频率。致动器39c产生的超声波振动在基板31传送，以在流体通道32的内部产生驻波。致动器39c产生的驻波包括与流体通道32平行的偶数的2个波节71。
这种情况下，控制施加到致动器39c的高频电压，使得产生的驻波的强度的程度为使得固体成分41b向波节71凝聚，而固体成分41a难以受驻波的影响而不向波节71凝聚。因此，如图7所示，在流体通道32的壁面32a侧产生凝聚了固体成分41b的固体成分的流43b(下面称为流43b)，在流体通道32的中心部产生凝聚了固体成分41a的固体成分的流43a(下面称为流43a)。从而，可以有效分离尺寸不同的固体成分41a和固体成分41b。
下面参照图8说明尺寸不同的固体成分41a和固体成分41b的另一分离方法。
如图8所示，致动器39a和致动器39c分别被施加高频电压。致动器39a、39c在被施加高频电压时分别产生超声波振动。
致动器39a被施加的高频电压的频率为使得流体通道32的宽度W为与波长λ相同(λ＝W)的超声波频带的频率。通过向致动器39a施加高频电压，在流体通道32内部，产生具有与流体通道32平行的偶数的2个波节71的驻波。流体通道32的内部容纳的流体63在流体通道32内流动，使得固体成分41a、41b向波节71凝聚。
致动器39c被施加的高频电压的频率为使得流体通道32的宽度W为波长λ的1/2(λ＝2×W)的超声波频带的频率。通过向致动器39c施加高频电压，在流体通道32的内部，产生具有与流体通道32平行的奇数的一个波节70的驻波。
在这种情况下，控制向致动器39c施加的高频电压，使得产生驻波的强度的程度为固体成分41b向波节70凝聚，而固体成分41a难以受到驻波的影响而不向波节70凝聚。因此，如图8所示，流体通道32的壁面32a侧产生凝聚了固体成分41b的流43a，流体通道32的中心部产生凝聚了固体成分41b的流43b。从而可以有效地分离尺寸彼此不同的固体成分41a和固体成分41b。
通过上述构成，从包含性质不同的两种以上的固体成分41a、41b的流体63中，利用固体成分41a、41b向波节70、71凝聚速度的不同，分别分离固体成分41a、41b。
另外，省略了有关驱动致动器39b、39d的说明。但是，为了增大通过流体通道32分别相对的致动器39a、39c所产生的驻波的强度，可向致动器39b、39d施加预定的高频电压。
不仅可以由致动器39a和39c的组合，还可以由致动器39a和39d的组合，分离尺寸互不相同的固体成分41a和固体成分41b。
如上，说明了根据粒子的尺寸分离彼此性质不同的固体成分41a和固体成分41b。但是，不仅粒子尺寸的不同可以适用于上述成分的分离方法，诸如固体成分的比重、形状、表面能等特性的不同也可以适用于上述成分分离方法。如上所述，成分分离设备30可以实现有效的成分分离方法。
下面，参照图9至图14说明成分分离设备30的制造方法，图9至图14所示为根据第一实施例的成分分离设备的制造工序的断面图。
首先，如图9所示，在由硅制成的基板31上面，依次形成第一电极层44(下面称为电极层44)和压电层45和第二电极层46(下面称为电极层46)。电极层44包含钛和铂的至少一种。压电层45包含锆钛酸铅。电极层46包含钛和金的至少一种。电极层44、压电层45以及电极层46通过薄膜制备技术形成。电极层44、45的形成所使用的薄膜制备方法为常用的溅镀、气相沉积等薄膜制备方法。
形成压电层45所使用的薄膜制备方法，可以使用溅镀、水热合成法、溶胶-凝胶法等。特别地，通过使用锆钛酸铅等材料，利用溅镀法形成压电层45，可以获得高的压电特性和稳定的位移(displacement)特性的压电薄膜。
其后，在为最上层的电极层46上面形成具有预定图案的第一抗蚀剂掩模47(下面称为掩模47)。如图10所示，通过将掩模47作为用于蚀刻的掩模，通过蚀刻图案化电极层64。从而形成上电极38。其后，通过蚀刻法等除去掩模47。
其后，在上电极38上形成具有预定图案的第二抗蚀剂掩模18(下面称为掩模48)。如图11所示，通过将掩模48作为用于蚀刻的掩模，通过蚀刻图案化压电层45，从而被类似地分割。从而形成压电部件37。其后，通过蚀刻法等除去掩模48。
其后，形成具有预定图案的第三抗蚀剂掩模49(下面称为掩模49)，覆盖上电极38和压电部件37。如图12所示，通过将掩模49作为用于蚀刻的掩模，通过蚀刻图案化电极层44。从而形成下电极36。其后，通过蚀刻法等除去掩模49。
其后，上表面61形成具有预定图案的第四抗蚀剂掩模50(下面称为掩模50)。如图13所示，通过将掩模50作为用于蚀刻的掩模，通过蚀刻图案化基板31。从而形成流体通道32。其后通过蚀刻法等除去掩模50。
其后，下表面形成具有预定图案的第五抗蚀剂掩模51(下面称为掩模51)。如图14所示，通过将掩模51作为用于蚀刻的掩模，基板31被蚀刻。从而在基板31形成槽35。这种情况下，槽35的深度越深，振动的泄漏越小，振动的反射越有效。因此，优选地槽35为通孔。形成槽35后，通过蚀刻法等除去掩模51。
如图13和14所示的步骤中，基板31的蚀刻方法使用干法蚀刻(dryetching)方法。从而具有精细形状的流体通道32和槽35可被高精度地加工形成。在通过干法蚀刻法进行加工的时候，通过混合促进蚀刻的气体和抑止蚀刻的气体而进行干法蚀刻。因此，可以进一步高精度地加工流体通道32和槽35。
通过以上的制造方法，制造成分分离设备30。
根据具有上述构成的成分分离设备30，槽35设有通孔的形状。槽35包括下表面62侧的第一开口部52(下面称为开口部52)和上表面61侧的第二开口部53(下面称为开口部53)。但是，槽35不限于通孔。例如，图15所示，槽35a可以包括仅在下表面62侧开口的开口部52，而在上表面61侧没有开口的底部的孔形状。
即使槽35a包括有孔形状，致动器39产生的振动通过槽35a的壁面65a被反射并且反射波被传送到流体通道32。由于在上表面61侧没有开口部，通过槽35a可以防止流体63泄漏。可以实现机械强度高的成分分离设备30a。
第二实施例下面参照

本发明第二实施例的成分分离设备。
图16所示为本发明第二实施例的成分分离设备的构成的断面图。第二实施例与第一实施例的不同点在于槽的断面形状。第二实施例的槽35b包括下表面62侧的第一开口部52b(下面称为开口部52b)和上表面61侧的第二开口部53b(下面称为开口部53b)。而且，开口部52b比开口部53b小。因此，槽35b的流体通道侧的壁面65b和设有致动器39的下表面62成锐角。
致动器39产生的振动包括直接传送到流体通道32的振动成分和被槽35b的壁面65b反射而传送到流体通道32的反射波。通过使开口部52b比开口部53b小，壁面65b设有倾斜，反射波到达流体通道32的距离缩短。因此，振动有效地从致动器39向流体通道32传送。结果是，流体通道32内部形成的驻波的强度增大。
通过以上构成，致动器39产生的振动可以利用达到流体通道32的距离短的反射波。而且，被传送到流体通道32的驻波入射到流体通道32的壁面32a的入射角为更小的锐角。因此，实现了可以更有效地分离成分的成分分离设备30b。
通过湿法蚀刻方法，槽35b成为包括尺寸不同的开口部52b、53b的通孔。例如，利用基板31的晶体各向异性，通过进行蚀刻制造具有倾斜壁面65b的基板31。
第三实施例下面参照

本发明第三实施例的成分分离设备。
图17所示为本发明第三实施例的成分分离设备的构造的断面图。第三实施例和第一、第二实施例的不同点在于槽的断面形状。第三实施例的槽35c包括下表面62侧的第一开口部52c(下面称为开口部52c)和上表面61侧的第二开口部53c(下面称为开口部53c)。开口部52c和开口部53c通过壁面65c相连。壁面65c的断面形状为中心在槽35c侧的圆弧或椭圆形曲线。
通过以上构成，致动器39产生的振动通过壁面65c反射，从而进一步缩短了到达流体通道32的距离。因此，可以利用更强的反射波。
在基板31的可动部54设置致动器39。通过使壁面65c的断面形状为圆弧或椭圆形曲线，可动部24的厚度变薄。因此，致动器39的振动可以容易地传送到流体通道32，可以进一步获得强度更大的驻波。
具有上述形状的槽35c可以使用诸如XeF2、SF6等的气体通过各向同性的干法蚀刻而形成。即，通过各向同性干法蚀刻方法，基板31从开口部53c侧蚀刻，从而可以容易地获得槽35c的形状。
工业适用性本发明可以从诸如血液、乳液等为代表的由液体成分和固体成分而形成的混合流体中，容易地分离各成分，并且可用于成分分离器、成分分析器等。
权利要求
1.一种成分分离设备，包括基板；流体通道，设置于所述基板以容纳含有液体成分和固体成分的流体；致动器，用于在所述流体通道内产生驻波；以及槽，设置于所述致动器周围。
2.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中所述槽为通孔。
3.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中所述流体通道和所述致动器设置在同一轴方向上。
4.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中多个所述致动器布置成在所述流体通道两侧彼此相对。
5.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中多个所述致动器沿着所述流体通道布置。
6.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中所述流体通道设置于所述基板的上表面，并且所述致动器设置于所述基板的下表面。
7.根据权利要求2所述的成分分离设备，其中所述槽包括第一开口部，朝形成所述致动器一侧开口，第二开口部，朝与所述第一开口部相对一侧开口，并且所述第一开口部比所述第二开口部小。
8.根据权利要求7所述的成分分离设备，其中所述槽包括壁面，连接所述第一开口部和所述第二开口部，并且所述壁面的断面形状构成为其中心位于所述槽侧的圆弧和椭圆形曲线的至少一种。
9.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中所述致动器设置于所述基板的下表面，并且所述槽在所述流体通道侧上的壁面和所述下表面所成的角为锐角。
10.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中所述基板的材料为硅。
11.根据权利要求1所述的成分分离设备，其中所述致动器包括下电极，压电部件和上电极，所述下电极的材料包含钛和铂的至少一种，所述压电部件的材料包含锆钛酸铅，并且所述上电极的材料包含钛和金的至少一种。
12.一种成分分离方法，包括流体容纳步骤，在设置于基板的流体通道中容纳含有液体成分和固体成分的流体；驻波产生步骤，对设置成通过所述流体通道相对的多个致动器施加高频电压而产生振动，以在所述流体通道的内部产生包含有波节的驻波；反射步骤，通过在所述致动器的除所述流体通道侧的周围设置槽，以反射所述振动；以及分离步骤，从所述流体分离液体成分和固体成分的至少一种。
13.根据权利要求12所述的成分分离方法，其中所述驻波产生步骤为对于分别在所述流体通道的两侧相对设置的第一致动器和第二致动器，分别施加相位相差180度的高频电压而产生振动，以在所述流体通道产生包含有奇数个波节的驻波。
14.根据权利要求12所述的成分分离方法，其中所述驻波产生步骤为对于分别在所述流体通道的两侧相对设置的第一致动器和第二致动器，分别施加相位相同的高频电压而产生振动，以在所述流体通道内产生包含有偶数个波节的驻波。
15.根据权利要求12所述的成分分离方法，其中所述驻波产生步骤为对于沿着所述流体通道分别设置的第一致动器和第三致动器，分别施加频率不同的高频电压而产生振动，以在所述流体通道产生包含有奇数个波节的驻波和包含有偶数个波节的驻波。
全文摘要
一种成分分离设备(30)，包括基板(31)、设置于基板(31)上的流体通道(32)、致动器(39)、以及致动器(39)周围设置的槽(35)，其中流体通道(32)容纳含有液体成分和固体成分的流体，且致动器(39)在流体通道(32)内产生驻波。通过该构成，振动通过槽被反射而传送到流体通道(32)侧，从而降低振动损耗，流体通道(32)内产生高强度的驻波，这样可提供小型的高精度的成分分离设备(30)。
文档编号C02F1/36GK1956765SQ20068000024
公开日2007年5月2日 申请日期2006年4月24日 优先权日2005年4月25日
发明者高桥诚, 中谷将也 申请人:松下电器产业株式会社