DE10032873A1

DE10032873A1 - Miniaturisierte Vorrichtung zur Ionenanalyse und Verfahren zum Verwenden derselben

Info

Publication number: DE10032873A1
Application number: DE10032873A
Authority: DE
Inventors: Tom A Van De Goor; Patrick Kaltenbach
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2001-08-02
Also published as: US6489774B1

Abstract

Es wird ein miniaturisiertes Ionenanalysesystem mit einer Einrichtung zur berührungslosen Leitfähigkeitserfassung für eine Verwendung bei einer Flüssigphasenprobenanalyse und -erfassung beschrieben. Die Vorrichtung wird durch Mikroherstellung von Mikrostrukturen in neuartigen Trägersubstraten gebildet. Die Erfassungseinrichtung kann direkt in dem Trägerkörper an dem Erfassungspunkt oder an anderen Positionen an der Vorrichtung hergestellt werden oder kann alternativ als Teil einer modularen Struktur gebildet sein, die an dem Erfassungspunkt in die Vorrichtung einfügbar ist. Zusätzlich wird ein Verfahren zum Analysieren ionischer Spezies, die in einer Probe vorhanden sind, geschaffen, das die miniaturisierte Ionenanalysevorrichtung verwendet. Die vorliegende Erfindung wird zur Analyse von ionischen gelösten Stoffen in flüssiger Phase verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine miniaturisierte Verarbeitung und Analyse von Flüssigphasen proben. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine planare Probenvorbereitungs- und -analysevorrichtung mit ei nem auf dem Chip befindlichen Miniaturelektrophoreseionen analysator und einer Leitfähigkeitserfassungseinrichtung. Die Vorrichtung, die sowohl einen Ionenanalysator als auch eine Erfassungseinrichtung aufweist, wird unter Verwendung einer Vielzahl von Einrichtungen hergestellt, die für die Mikroherstellung von Substratmaterialien geeignet sind, wie z. B., aber nicht ausschließlich, die Ablation, das Formen und das Prägen.

Die Ionenanalyse wird bei einer breiten Vielzahl von Anwen dungen verwendet, die Umweltanwendungen, wie z. B. die Was ser- und Bodenanalyse, Lebensmittelindustrieanwendungen, wie z. B. die Wein- und Bieranalyse, und die Kernkraftindustrie umfassen.

Es gibt gegenwärtig zwei Haupttechniken, die für die Ionen analyse verwendet werden. Die dominierendere Technik ist die Ionenchromatographie ("IC"; IC = ion chromatography = Ionen chromatographie) in Kombination mit einer Leitfähigkeitser fassung. Bei dieser Technik werden Ionenaustauschsäulen ver wendet, um die Komponenten einer Probe zu trennen, wobei die Leitfähigkeitsmessungen zur Erfassung verwendet werden, da es sein kann, daß einige der interessierenden Ionen keine für die optische Erfassung geeigneten Eigenschaften aufwei sen. Der Vorteil der IC besteht darin, daß eine große Pro benmenge an die Säule angelegt werden kann, so daß eine er faßbare Menge jeder Spurenverbindung für eine Analyse ver fügbar ist. Bei der IC bestehen jedoch Probleme bezüglich der Stabilität der Erfassungssysteme und der Reproduzierbar keit der Ionenanalyse. Zusätzlich sind einige Ionen unter Verwendung der IC nicht einfach trennbar. Einen zusätzlichen Nachteil der Ionenchromatographie bilden die Kosten pro Ana lyse. Die IC verwendet eine aufwendige Gerätschaft, aufwen dige Säulen und Lösungsmittel und erfordert im allgemeinen mehr Probenhandhabung.

In neuerer Zeit wurde für die gleichen Anwendungen wie für die Ionenchromatographie die Kapillarelektrophorese ("CE"; CE = capillary electrophoresis) verwendet. Ein Vorteil der CE besteht darin, daß dieselbe Komponenten einer Probe ba sierend auf einem unterschiedlichen Prinzip trennt und folg lich eine geeignete komplementäre Technik ist. Typischerwei se wird jedoch eine indirekte UV-Erfassung in Kombination mit der CE verwendet, um Ionenanalysestoffe zu erfassen, was nicht die Empfindlichkeit aufweist, Spurenprobenkomponenten zu erfassen. Zusätzlich ist die Fähigkeit, Probenmengen auf eine CE-Vorrichtung zu laden, begrenzt, was die CE für eine Analyse von Spurkomponenten einer Probe weniger bevorzugt macht.

Eine weitere Technik, die für die Ionenanalyse verwendet worden ist, ist die Isotachophorese ("ITP"). Die ITP wird durchgeführt, indem eine Probe zwischen einem Führungs- und einem Endpuffer in einer Säule oder Kapillare angeordnet wird, und über das Führungs- und Endpufferreservoir ein elektrisches Feld angelegt wird. Der Führungspuffer ist aus gewählt, um ein Anion oder ein Kation mit einer größeren Be weglichkeit als derjenigen der Anionen oder Kationen, die in der Probe vorhanden sind, zu enthalten. Der Endpuffer ist ausgewählt, um Ionen mit einer niedrigeren Beweglichkeit als diejenigen, die in der Probe vorhanden sind, zu enthalten. Auf das Anlegen eines elektrischen Felds hin tritt basierend auf der Auswahl der Elektrolyte eine "Probenstapelung", d. h. die Anordnung in getrennten Bändern von Probensubstanzen in einer Reihenfolge mit abnehmender Beweglichkeit, auf. Die Probenstapelung macht es möglich, in einer Probe Spurenmengen einer Komponente zu erfassen. Die Länge des Bandes für eine spezielle Komponente der Probe hängt nicht von der Konzentration der Komponente, sondern von ihrer Menge ab.

Sobald die Trennung abgeschlossen ist, wandern alle Puffer ionen und gelösten Ionen mit der gleichen Geschwindigkeit. Die Trennungsgeschwindigkeit (v_ISO), die für alle Zonen gleich ist, ist durch v_ISO = µ_LE_L = µ_SE_S = µ_TE_T gegeben, bei der µ die Beweglichkeit, E die elektrische Feldstärke ist, und wobei sich die tiefgestellten Indizes L, S und T auf das Führungsion (Leading ion), das Probenion (Sample ion) und das Endion (Terminating ion) beziehen. Es entwickelt sich ein unterschiedliches elektrisches Feld in jeder Zone, da unterschiedliche Ionen unterschiedliche Beweglichkeiten auf weisen. Das höchste elektrische Feld ergibt sich dort, wo die Ionen mit der niedrigsten Beweglichkeit vorhanden sind, d. h. in dem Endpuffer.

Die Konzentration eines gelösten Stoffes in seiner Isotacho phoresezone ist durch die Zusammensetzung und die Konzentra tion des Führungselektrolyts bestimmt. Die Konzentration des gelösten Stoffes ist durch C_A = C_L, [µ_A/(µ_A + µ_C)][(µ_L + µ_C)/µ_L] gegeben. Da die Beweglichkeit jedes Ions unter den definierten Bedingungen konstant ist, kann die im vorher gehenden angegebene Gleichung als C_A = C_L × k geschrieben werden, wobei k eine Konstante ist. Folglich ist die Proben ionenkonzentration direkt proportional zu der Führungsionen konzentration.

Die Grenzschicht zwischen zwei Isotachophoresezonen ist selbstschärfend, was eine sehr hohe Auflösung ergibt. Der Selbstschärfungseffekt ergibt sich aus den unterschiedlichen Feldstärken in den verschiedenen Zonen. Falls beispielsweise ein Ion eines Typs A in die hintere Zone des Ions eines Typs B diffundiert, würde sich dasselbe in einer Umgebung mit ei ner niedrigeren elektrischen Feldstärke als derjenigen sei ner eigenen Zone befinden. Die Geschwindigkeit des Ions des Typs A würde sich von dem Wert v = µ_AE_A auf den Wert v = µ_AE_B verringern, so daß dasselbe relativ zu der A/B-Zonen grenze verzögert werden würde. Falls das Ion B in die A-Zone diffundiert, ist dementsprechend die Feldstärke größer, so daß seine Geschwindigkeit zunehmen würde, bis dasselbe die A/B-Zonengrenze überholt.

Da jede Komponentenzone und jede Pufferzone unterschiedliche Feldstärken aufweist, wird der Elektroosmosefluß in jeder Region eine unterschiedliche Region sein. Falls der Elektro osmoseflußzähler für den ITP-Fluß so hoch ist, daß der ITP- Fluß erheblich gehindert wird, werden sich die Analysestoffe nicht wie gewünscht trennen. Um dieses Problem zu überwin den, könnte die Viskosität der Puffer erhöht werden. Eine alternative Lösung für das Problem, die verwendet worden ist, bestand darin, eine Membran, die entworfen war, um den Volumenfluß zu stoppen, an jedem Ende der ITP-Säule oder Kapillare zu plazieren.

Bei einer Technik, die als Säulenkopplungs-ITP bekannt ist, wird ein Vortrennungsschritt verwendet, um eine großvolumige Einspritzung und eine Probenanreicherung gefolgt durch eine analytische Trennung und Erfassung zu ermöglichen. Eine her kömmlich verwendete Art und Weise zur Erfassung bei der ITP ist die Leitfähigkeitserfassung. Die Leitfähigkeitserfassung ist nicht nur ein sehr empfindliches Mittel, mit der ionische Probenkomponenten erfaßt werden können, sondern dieselbe liefert ferner Informationen über den erfaßten Ionentyp. Die Nachteile des Verwendens der Leitfähigkeits erfassung betrifft jedoch die Stabilität der Elektroden, die in einen Kontakt mit den flüssigen Puffern und Proben pla ziert werden. Zusätzlich erfordert die Analyse durch die ITP eine komplexe Pufferauswahlprozedur und ein Verständnis der Verfahrensentwicklung für eine spezielle Probe.

Siliziummikrobearbeitung ist bei der Herstellung von minia turisierten Flüssigphasenanalysensystemen nützlich gewesen, wobei Verbesserungen vorgenommen wurden, um die inhärenten Nachteile dieser Technik zu überwinden. Das U.S-Patent, Nr. 5,500,071, erteilt an Kaltenbach u. a., das U.S-Patent, Nr. 5,571,410, erteilt an Swedberg u. a. und das U.S-Pa tent, Anmeldenr. 08/656,281, erteilt an Kaltenbach u. a., offenbaren beispielsweise die Verwendung der Laserablation, um Mikrostrukturen in neuartigen Polymersubstraten zu bil den. Dies ermöglicht eine erhöhte Symmetrie und Ausrichtung von Strukturen, die durch Komponentenbauteile gebildet wer den, erhöhte Trennungsfähigkeiten, die Vermeidung von Pro blemen mit der SiO₂-Chemie, eine Herstellung mit niedrigen Kosten, die Bildung von Mikrostrukturen jeglicher Größe und Geometrie und eine Unterbringung einer Erfassungseinrichtung zur An-Säule-Analyse bzw. an der Säule befindliche Analyse.

Die Aufgabe der Vorliegenden Erfindung besteht darin, ein miniaturisiertes Ionenanalysesystem zur Probenvorbereitung und -analyse und ein Verfahren zum Analysieren ionischer Spezies, die in einer Probe vorhanden sind, zu schaffen, so daß der Analyseaufwand verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein miniaturisiertes Ionenanalyse system gemäß Anspruch 1 oder 26 und ein Verfahren gemäß An spruch 51 oder 55 gelöst.

Dementsprechend ist es ein Hauptvorteil der Erfindung, daß dieselbe eine neuartige miniaturisierte Ionenanalysevorrich tung schafft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Verfahren zum Analysieren ionischer Spezies, die in einer Probe vorhanden sind, unter Verwendung der miniaturisierten Ionenanalysevorrichtung geschaffen wird.

Zusätzliche Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung er klärt und ergeben sich für Fachleute auf diesem Gebiet teil weise aus einer Untersuchung des folgenden oder können durch Ausführung der Erfindung erlernt werden.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein neuartiges minia turisiertes Ionenanalysesystem zur Flüssigphasenisotacho phoreseprobenanalyse und -Erfassung gerichtet. Das System weist eine Einrichtung zur berührungslosen Leitfähigkeits erfassung ("CCD"-; CCD = contactless conductivity detection) auf, die in der Lage ist, die ionischen Spezies einer Fluid probe zu erfassen.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein minia turisiertes Ionenanalysesystem zur Isotachophoreseprobenvor bereitung und -analyse geliefert. Das System weist folgende Merkmale auf:
einen mikrohergestellten Trägerkörper mit ersten und zweiten im wesentlichen planaren sich gegenüberliegenden Oberflä chen, wobei der Trägerkörper einen Mikrokanal aufweist, der in der ersten planaren Oberfläche mikrohergestellt ist;
eine Abdeckungsplatte, die über der ersten planaren Oberflä che angeordnet ist, wobei die Abdeckungsplatte in Kombina tion mit dem ersten Mikrokanal einen Probenflußteilraum bil det;
ein Einlaßtor und ein Auslaßtor, die mit dem Probenflußteil raum kommunizieren, wobei das Einlaß- und das Auslaßtor das stromabwärts gerichtete Hindurchtreten von Fluid von einer externen Quelle durch den Probenflußteilraum ermöglichen; und
eine Einrichtung zur berührungslosen Leitfähigkeitserfas sung, die sich mit dem Probenflußteilraum derart in einer elektrischen Kommunikation befindet, daß die Erfassungsein richtung in der Lage ist, das Vorhandensein eines Fluids, das eine erfaßbare ionische Spezies enthält, in dem Proben flußteilraum zu erfassen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein miniaturisiertes Ionenanalysesystem zur Isotachophoreseprobenvorbereitung und -analyse geliefert. Das System weist folgende Merkmale auf:
einen mikrohergestellten Trägerkörper mit einer ersten und zweiten Komponentenhälfte, von denen jede im wesentlichen sich gegenüberliegende innere und äußere Oberflächen auf weist;
einen ersten Mikrokanal, der in der inneren Oberfläche der ersten Trägerkörperhälfte mikrohergestellt ist, und einen zweiten Mikrokanal, der in der inneren Oberfläche der zwei ten Trägerkörperhälfte mikrohergestellt ist, wobei jeder Mi krokanal angeordnet ist, um das Spiegelbild des jeweils an deren zu liefern;
eine längliche Bohrung, die durch Ausrichten der inneren Oberflächen der Trägerkörperhälften in einer sich gegenüber liegenden Aneinanderfügung gebildet wird, wodurch die Mikro kanäle einen Probenflußteilraum definieren;
ein Einlaßtor und ein Auslaßtor, die mit dem Probenflußteil raum kommunizieren, wobei die Tore das in Verarbeitungsrich tung vorwärts gerichtete bzw. stromabwärts gerichtete Hin durchtreten von Fluid von einer externen Quelle durch den Probenflußteilraum ermöglichen; und
eine Einrichtung zur berührungslosen Leitfähigkeitserfas sung, die in elektrischem Kontakt mit dem Probenflußteilraum positioniert ist, derart, daß die Erfassungseinrichtung in der Lage ist, das Vorhandensein eines Fluids, das eine er faßbare ionische Spezies enthält, in dem Probenflußteilraum zu erfassen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Analysieren ionischer Spezies, die in ei ner Probe vorhanden sind, geliefert. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
Bereitstellen eines miniaturisierten Ionenanalysesystems, wie es hierin offenbart ist;
Spülen des Probenflußteilraums mit einem Führungselektrolyt;
Einbringen einer Probe in den Probenflußteilraum, derart, daß sich die Probe in einer Fluid- und Ionenkommunikation mit dem Führungselektrolyt befindet;
Einbringen eines Endelektrolyts in den Probenflußteilraum, derart, daß sich die Probe in einer Fluid- und Ionenkom munikation mit dem Endelektrolyt befindet;
Stapeln der ionischen Spezies, die in der Probe vorhanden sind, durch Anlegen eines Stroms über das Führungs- und End elektrolyt, um gestapelte ionische Spezies zu liefern; und
Erfassen des Vorhandenseins der gestapelten ionischen Spe zies in dem Probenflußteilraum.

Ein spezieller Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von anderen Prozessen als den Siliziummikrobe arbeitungstechniken oder den Ätztechniken, um miniaturisier te Säulen in einer breiten Vielzahl von Polymer-, Keramik-, Glas- und Verbundstoffsubstraten mit wünschbaren Eigenschaf ten für einen Analyseabschnitt eines Trennungssystems zu er zeugen. Insbesondere ist es hierin vorgesehen, ein minia turisiertes Ionenanalysesystem zu liefern, das durch Ablation, Formen oder Prägen von Komponentenmikrostrukturen in einem Substrat unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Techniken vorbereitet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein miniaturisierten Ionenanalyse systems durch Bereitstellen von zwei im wesentlichen plana ren Hälften, auf denen Mikrostrukturen mikrohergestellt sind, gebildet, die, wenn die zwei Hälften aufeinander ge faltet werden, einen Probenflußteilraum definieren, der eine erhöhte Symmetrie und axiale Ausrichtung aufweist.

Die Verwendung von Mikroherstellungstechniken, z. B. der Laserablation, um ein miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden, bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Ätz- und Mikrobearbeitungs techniken, die verwendet werden, um Systeme in Silizium oder Siliziumdioxidmaterialien zu bilden. Zunächst ermöglicht die Fähigkeit des Anlegens einer festen rechnergestützten Steue rung solcher Prozesse, daß eine Mikrostrukturbildung mit großer Präzision ausgeführt werden kann, wodurch ein er höhter Grad an Ausrichtung bei den Strukturen, die durch Komponentenbauteile gebildet werden, ermöglicht wird. Laser ablationsprozesse vermeiden beispielsweise Probleme, die bei isotropen Mikrolithographieätztechniken vorkommen, die wäh rend des Ätzens die Maskierung unterätzen können, was asym metrischen Strukturen mit gekrümmten Seitenwänden und fla chen Böden Aufschub gibt.

Die Mikroherstellung, insbesondere die Laserablation, er möglicht die Herstellung von Mikrostrukturen mit stark re duzierter Komponentengröße. Diesbezüglich sind Mikrostruk turen, die wie hierin beschrieben gebildet sind, in der La ge, Längenverhältnisse aufzuweisen, die mehrere Größenord nungen höher sind, als dies unter Verwendung von herkömm lichen Ätztechniken möglich ist, wodurch verbesserte Proben prozessierungsfähigkeiten bei solchen Vorrichtungen gelie fert werden. Die Verwendung von Laserablationsprozessen bei spielsweise, um Mikrostrukturen in Substraten, wie z. B. Polymeren, zu bilden, erhöht die Einfachheit der Herstellung und verringert die Pro-Stück-Herstellungskosten bei den je weiligen Vorrichtungen verglichen zu herkömmlichen Lösungs ansätzen, wie z. B. Mikrobearbeitungsvorrichtungen in Sili zium. Diesbezüglich weisen Vorrichtungen, die gemäß der Er findung in Niedrig-Kosten-Substraten gebildet sind, das zu sätzliche Merkmal auf, daß dieselben als im wesentlichen wegwerfbare miniaturisierte Analyseeinheiten verwendet wer den können.

Die Laserablation oder andere Mikroherstellungstechniken, die bei einem planaren Substrat verwendet werden, ermög lichen die Bildung von Mikrostrukturen in nahezu jeglicher Geometrie oder Form. Dieses Merkmal ermöglicht nicht nur die Bildung von komplexen Vorrichtungskonfigurationen, sondern ermöglicht ferner die Integration der Probeneinspritzung, der Probenvorbereitung, der chemischen Vor- und Nachtren nungsmodifikation und einer Vielzahl von Erfassungsein richtungen, insbesondere einer CCD-Einrichtung, in ein mi niaturisiertes Ionenanalysesystem.

Durch die vorliegende Erfindung werden inhärente Schwächen, die bei herkömmlichen Lösungsansätzen für eine Flüssig phasenanalysevorrichtungsminiaturisierung existieren, und Probleme beim Verwenden von Siliziummikrobearbeitungstech niken, um miniaturisierte Analysevorrichtungen zu bilden, gelöst. Dementsprechend offenbart die vorliegende Erfindung ein miniaturisiertes Ionenanalysesystem, das für eine Flüs sigphasenisotachophoreseprobenvorbereitung und -analyse be züglich eines breiten Arrays von flüssigen Proben in der La ge ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsansicht einer miniaturisierten Säulenvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 2 eine Draufsicht der Innenoberfläche der miniatu risierten Säulenvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht der Außenoberfläche der Vorrich tung von Fig. 1;

Fig. 4 eine Querschnittsseitenansicht der miniaturisier ten Säulenvorrichtung von Fig. 1 entlang der Li nien IV-IV, die die Bildung eines Probenprozessierungsteilraums gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine Explosionsansicht eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit ei ner optischen Erfassungseinrichtung;

Fig. 6 eine axiale Querschnittansicht der Überkreuzung des Probenprozessierungsteilraums und der op tischen Erfassungseinrichtung bei der miniatu risierten Säulenvorrichtung von Fig. 5;

Fig. 7A eine Explosionsansicht einer ersten Seite einer miniaturisierten Säulenvorrichtung mit Mikroka nälen, die auf zwei sich gegenüberliegenden pla naren Oberflächen eines Trägersubstrats gebildet sind;

Fig. 7B eine Explosionsansicht einer zweiten Seite der Säulenvorrichtung von Fig. 7A;

Fig. 8A eine bildliche Darstellung einer ersten Seite eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der minia turisierten Säulenvorrichtung von Fig. 7A, die aus einem einzigen flexiblen Substrat aufgebaut ist;

Fig. 8B eine bildliche Darstellung einer zweiten Seite der Säulenvorrichtung von Fig. 8A;

Fig. 9 eine Querschnittansicht der erweiterten optischen Erfassungsweglänge in der miniaturisierten Säule von Fig. 8 entlang der Linien IX-IX quer zur Ach se;

Fig. 10 eine Draufsicht einer miniaturisierten Säulenvor richtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist und erste und zweite Komponentenhälften aufweist;

Fig. 11 eine bildliche Darstellung der Säulenvorrichtung von Fig. 10, die die Faltausrichtung der Kompo nentenhälften zeigt, um eine einzige Vorrichtung zu bilden;

Fig. 12 eine axiale Querschnittansicht des Probenprozes sierungsteilraums, der durch die Ausrichtung der Komponentenhälften bei der Vorrichtung von Fig. 10 gebildet wird;

Fig. 13 eine Draufsicht eines weiteren bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit ei ner wahlweisen Mikroausrichtungseinrichtung an ei ner ersten und zweiten Komponentenhälfte;

Fig. 14 eine bildliche Darstellung der Säulenvorrichtung von Fig. 13, wobei die Mikroausrichtung der Kompo nentenhälften gezeigt ist;

Fig. 15 eine bildliche Darstellung eines Flüssigphasen trennungsgeräts, das eine extern angeordnete Ein spritzeinrichtung aufweist, die mit der Säulenvor richtung schnittstellenmäßig verbunden ist;

Fig. 16 eine Querschnittansicht der Einspritzeinrichtung von Fig. 15 entlang der Linien XII-XII;

Fig. 17 eine bildliche Darstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels einer miniaturisierten planaren Säulenvorrichtung;

Fig. 18 eine bildliche Darstellung eines Flüssigphasen trennungsgeräts, das die Vorrichtung von Fig. 17 und eine extern angeordnete Mehrstellungsvertei lereinrichtung aufweist, die mit der Säulenvor richtung schnittstellenmäßig verbunden ist;

Fig. 19A eine bildliche Darstellung des Geräts von Fig. 18, wobei die Verteilereinrichtung in einer ersten Stellung relativ zu der Säulenvorrichtung ange ordnet ist;

Fig. 19B eine bildliche Darstellung des Geräts von Fig. 18, wobei die Verteilereinrichtung in einer zweiten Stellung relativ zu der Säulenvorrichtung ange ordnet ist;

Fig. 19C eine bildliche Darstellung des Geräts von Fig. 18, wobei die Verteilereinrichtung in eine erste Stel lung relativ zu der Säulenvorrichtung zurückge kehrt ist;

Fig. 20 eine Draufsicht der miniaturisierten Säulenvor richtung mit einer alternativen Probeneinbrin gungseinrichtung, die in ein planares Substrat ablatiert ist;

Fig. 21 eine Draufsicht der miniaturisierten Säulenvor richtung von Fig. 20 mit einer Abdeckungsplatte, die über dem planaren Substrat ausgerichtet ist;

Fig. 22 eine bildliche Darstellung eines Flüssigphasen trennungsgeräts, das die Vorrichtung von Fig. 21 und eine extern angeordnete Mehrstellungsvertei lereinrichtung aufweist, die mit der Säulenvor richtung schnittstellenmäßig verbunden ist;

Fig. 23 eine Querschnittansicht des Mehrstellungsvertei lers von Fig. 22 entlang der Linien XIX-XIX;

Fig. 24A eine bildliche Darstellung und ein Teilblockdia gramm eines Entwurfs einer planaren CCD-Einrich tung für eine Ionenanalyse einer Probe in einem Probenprozessierungsteilraum;

Fig. 24B eine planare CCD-Einrichtung, die eine Komponente einer modularen Struktur ist, die in den Trägerkörper entfernbar einfügbar ist;

Fig. 25A eine bildliche Darstellung und ein schematisches Teildiagramm eines Entwurfs einer Spulen-CCD-Ein richtung für eine Ionenanalyse einer Probe in ei nem Probenprozessierungsteilraum;

Fig. 25B eine Spulen-CCD-Einrichtung, die eine Komponente einer modularen Struktur ist, die in den Träger körper entfernbar einfügbar ist;

Fig. 26 ein schematisches Diagramm einer Art und Weise des Betriebs eines miniaturisierten Ionenanalysesys tems, das eine CCD-Einrichtung für eine Ionenana lyse einer Probe in einem Probenprozessierungs teilraum unter Verwendung von Isotachophorese ver wendet; bei diesem Ausführungsbeispiel wird sowohl die Probenvorbereitungs- als auch die Analysetren nungsstufe in einem ITP-Modus durchgeführt; in dieser Figur stellt die Strichpunktlinie das Füh rungselektrolyt, die Strichzweipunktlinie das Endelektrolyt und die Strichlinie die Probe dar;

Fig. 27 ein schematisches Diagramm einer Art und Weise des Betriebs eines miniaturisierten Ionenanalysesys tems, das eine CCD-Einrichtung für eine Ionenana lyse einer Probe in einem Probenprozessierungs teilraum unter Verwendung von Isotachophorese und Kapillarzonenelektrophorese verwendet; bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Probenvorbereitung in einem ITP-Modus und die analytische Trennung in einem CZE-Modus durchgeführt; in dieser Figur stellt die Strichpunktinie das Führungselektrolyt, die Strichzweipunktlinie das Endelektrolyt und die Strichlinie die Probe dar;

Fig. 28 ein schematisches Diagramm eines miniaturisierten Ionenanalysesystems, das eine CCD-Einrichtung für eine Ionenanalyse einer Probe in einem Probenpro zessierungsteilraum verwendet; bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ist eine CCD-Einrichtung in der Nähe des Punkts positioniert, an dem der Probenpropfen in den Probenflußteilraum eingebracht wird; und

Fig. 29 eine schematische Darstellung der vier Moden bei ITP-Experimenten mit einem Elektroosmosefluß; Fig. 29A ist eine Darstellung des kationischen Modus, Fig. 29B des anionischen Modus, Fig. 29C des umge kehrten kationischen Modus und Fig. 29D des umge kehrten anionischen Modus.

Bevor die Erfindung detailliert beschrieben wird, wird da rauf hingewiesen, daß diese Erfindung nicht auf die speziel len Komponentenbauteile der beschriebenen Vorrichtungen oder die Verfahrensschritte der beschriebenen Verfahren begrenzt ist, da solche Vorrichtungen und Verfahren variieren können. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die hierin verwendete Terminologie lediglich zum Zwecke des Beschreibens der spe ziellen Ausführungsbeispiele vorgesehen ist und nicht dazu gedacht ist, begrenzend zu wirken. Es wird darauf hingewie sen, daß die Singularformen "einer", "eine", "ein", "der", "die" und "das", wie sie in der Beschreibung und den beilie genden Ansprüchen verwendet werden, Pluralbezüge umfassen, solange der Kontext nicht deutlich etwas anderes anzeigt. Folglich umfaßt beispielsweise die Bezugnahme auf "einen Analysestoff" Mischungen aus Analysestoffen, die Bezugnahme auf "eine Erfassungseinrichtung" zwei oder mehr solcher Er fassungseinrichtungen, die Bezugnahme auf "einen Probenpro zessierungsteilraum" mehr als einen solchen Teilraum, die Bezugnahme auf "eine Einrichtung zur berührungslosen Leitfä higkeitserfassung" mehr als eine solche Erfassungseinrich tung usw.

Bei dieser Beschreibung und in den Patentansprüchen, die folgen, wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die definiert sein sollen, um die folgenden Bedeutungen auf zuweisen:

Der Begriff "Substrat" und "Trägerkörper" werden hierin aus tauschbar verwendet, um sich auf jegliches Material zu be ziehen, das mikrohergestellt werden kann, z. B. einer Abla tion unterzogen, geformt oder geprägt werden kann, um gewün schte miniaturisierte Oberflächenmerkmale aufzuweisen. Das Substrat kann ein Polymer, eine Keramik, ein Glas, ein Me tall, ein Verbundstoff derselben, ein Laminat derselben oder dergleichen sein. Ein "Verbundstoff" ist eine Zusammense tzung, die aus ungleichen Materialien besteht. Der Verbund stoff kann ein Blockverbundstoff, z. B. ein A-B-A-Blockver bundstoff, ein A-B-C-Blockverbundstoff oder dergleichen, sein. Alternativ kann der Verbundstoff ein heterogener Stoff sein, d. h. bei dem die Materialien getrennt sind oder sich in getrennten Phasen befinden, oder eine homogene Kombina tion von ungleichen Materialien sein. Der Begriff "Verbund stoff", wie er hierin verwendet wird, wird verwendet, um ei nen "Laminat"-Verbundstoff zu umfassen. Ein "Laminat" be zieht sich auf ein Verbundstoffmaterial, das aus mehreren unterschiedlichen verbundenen Schichten desselben oder un terschiedlicher Materialien gebildet ist.

Dementsprechend wird bei einem Ausführungsbeispiel eine mi niaturisierte Ionenanalysevorrichtung hierin unter Verwen dung von geeigneten Substraten, wie z. B. laserablatierbaren Polymeren (die Polyimide und dergleichen umfassen) und Kera miken (die Aluminiumoxide und dergleichen aufweisen), sowie Glas und Substraten gebildet. Ferner kann eine miniaturi sierte Ionenanalysevorrichtung unter Verwendung eines Ver bundstoffsubstrats gebildet werden. Ein speziell bevorzugtes Verbundstoffsubstrat weist ein Polyimidlaminat auf, das aus einer ersten Schicht aus Polyimid, wie z. B. Kapton® (Du- Pont; Wilmington, Delaware), gebildet ist, die zusammen mit einer zweiten dünnen Schicht aus einer thermischen Haftmit telform eines Polyimids, das als KJ® (DuPont) bekannt ist, extrudiert worden ist. Dieses thermoplastische Haftmittel kann auf eine oder beide Seiten der ersten Polyimidschicht aufgebracht werden, wodurch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Laminats einer gewünschten Dicke geliefert wird. Wei tere bevorzugte Verbundstoffsubstrate umfassen Polymerme tall-Laminate, wie z. B. Polyimid beschichtet mit Kupfer, ein Keramik-in-Metall- oder ein Polymer-in-Metall-Verbund stoff. Metallbeschichtete Keramiken und andere metallbe schichtete Polymere können gut verwendet werden, wobei die metallbeschichtete Seite derselben zum Strukturieren der Elektrodenstrukturen verwendet werden kann, während die Polymerseite zum Strukturieren der Fluidkanäle verwendet werden kann.

Der Begriff "Probenprozessierungsteilraum" wird hierin ver wendet, um sich auf eine Region des Trägers zu beziehen, in der die Probenhandhabung ausgeführt wird. Die Probenhandha bung umfaßt den gesamten Bereich von Operationen, die an der Probe von der Einbringung derselben in den Teilraum bis zu der Entfernung derselben für eine Verwendung durchgeführt werden können. Folglich weist die Probenprozessierung Opera tionen auf, die eine Probenvorbereitung und/oder Probentren nung bewirken. Solche Operationen können folgendes umfassen, sind aber nicht darauf begrenzt: Konzentration einer Probe aus einer verdünnten Lösung; chemische Modifikationen von Probenkomponenten; chromatographische und/oder elektro phoretische Trennung von Probenkomponenten; Entfernung von störenden Molekülen und Ionen, usw. Der Probenprozessie rungsteilraum wird häufig ein oder mehrere Zugriffstore zum Einbringen von Materialien in den Teilraum und zum Entziehen von Materialien aus demselben (z. B. Proben, Fluide und Re agenzien) aufweisen.

Der Begriff "Probenflußkanal" wird hierin verwendet, um sich auf einen Flußweg zu beziehen, der sich von dem ersten Ende des Probenprozessierungsteilraums der miniaturisierten Tren nungsvorrichtung zu dem zweiten Ende desselben erstreckt. Ein "Probenflußkanal" kann ein Flußweg sein, der sich bei spielsweise von einem an der Vorrichtung befindlichen Fluidreservoir zu einem weiteren Probenflußkanal oder von einem Probenflußkanal zu einem weiteren Probenflußkanal erstreckt. Zusätzlich kann sich ein Probenflußkanal von einem Proben einbringungszugriffstor zu einem Probenentziehungszugriffs tor erstrecken.

Der Begriff "Probenhandhabungsregion" bezieht sich auf einen Abschnitt eines Mikrokanals oder einen Abschnitt eines "Pro benprozessierungsteilraums", der auf das Einschließen des Mikrokanals durch eine Abdeckungsplatte oder ein Substrat hin, in dem ein Spiegelbild des Mikrokanals mikrohergestellt worden ist, wie es im folgenden beschrieben wird, gebildet wird, der eine "Probenflußkomponente" oder eine "Probenbe handlungskomponente" aufweist. Mit dem Begriff "Probenfluß komponente" ist ein Abschnitt eines Probenprozessierungs teilraums gemeint, der Probenbehandlungskomponenten mitein ander verbindet.

Eine "Probenbehandlungskomponente" ist ein Abschnitt des Probenprozessierungsteilraums, bei dem spezielle Probenvor bereitungschemien durchgeführt werden. Insbesondere wird im allgemeinen ein interessierender Analysestoff in einer Ma trix erhalten, die andere Spezies enthält, die möglicherwei se die Erfassung und Analyse des Analysestoffs stören kön nen. Dementsprechend ist eine Probenbehandlungskomponente ein Abschnitt des Probenprozessierungsteilraums, bei dem die analytische Trennung von einer Matrix bewirkt wird. Beispie le von Funktionen, die durch die Probenbehandlungskomponente geleistet werden können, umfassen chromatographische Tren nungen, elektrophoretische Trennungen, elektrochromatogra phische Trennungen und dergleichen.

Eine "Erfassungseinrichtung" soll jegliche Einrichtung, Struktur oder Konfiguration umfassen, die die Untersuchung einer Probe innerhalb eines Probenprozessierungsteilraums oder eines Probenflußkanals unter Verwendung einer Analyse erfassungseinrichtung, die in der Technik wohlbekannt ist, ermöglicht. Folglich umfaßt eine Erfassungseinrichtung eine oder mehrere Öffnungen, längliche Öffnungen oder Gräben, die mit dem Probenprozessierungsteilraum kommunizieren und es ermöglichen, daß ein externes Erfassungsgerät oder eine ex terne Erfassungsvorrichtung mit dem Probenprozessierungs teilraum schnittstellenmäßig verbunden wird, um einen Ana lysestoff, der den Teilraum durchläuft, zu erfassen. Eine Erfassungseinrichtung muß nicht in einen direkten Kontakt mit der Probe in dem Probenprozessierungsteilraum gelangen. Folglich kann beispielsweise eine Leitfähigkeitserfassungs einrichtung oder eine photometrische Erfassungseinrichtung in das Substrat dem Probenprozessierungsteilraum derart zu geordnet integriert werden, daß die Erfassungseinrichtung die Probe nicht berührt und dennoch Informationen über den ionischen Gehalt der Probe liefert.

Folglich bezieht sich der Ausdruck "Einrichtung zur berüh rungslosen Leitfähigkeitserfassung" bzw. "Detektor zur be rührungslosen Leitfähigkeitserfassung" auf jegliche Einrich tung, Struktur oder Konfiguration, die es einem ermöglicht, eine Probe unter Verwendung von Elektroden, die an der Ober fläche des Substrats, die der Oberfläche gegenüber liegt, in der der Probenprozessierungsteilraum mikrohergestellt worden ist, aufgebracht sind, zu untersuchen. Unter Verwendung ei nes solchen Detektors kommen die Elektroden nicht in Kontakt mit der Probe, die erfaßt wird. Im Gegensatz dazu leiden die Direktkontaktleitfähigkeitsdetektoren, bei denen die Elek troden in einen direkten Kontakt mit der Probe gelangen, un ter dem Nachteil, daß Elektrodenprozesse an den Meßelektro den auftreten können, und daß als ein Ergebnis die Reprodu zierbarkeit der Messungen relativ schlecht sein kann. Ent würfe von Detektoren zur berührungslosen Leitfähigkeitser fassung, die bei der hierin offenbarten und beanspruchten Erfindung verwendet werden können, sind in Gas u. a. (1980), J. Chromatog. 192: 253-257, Vacék u. a. (1985), Chrom. 17: 233-240, Zemann u. a. (1998), Anal. Chem. 70: 563-567 und Da Silva (1998), Anal. Chem. 70: 4339-4343, beschrie ben.

Ein "photometrischer Detektor" bezieht sich auf eine Ein richtung zur Erfassung nicht-chromatogener ionischer Spezies durch Hinzufügen eines sichtbarmachenden Reagenz zu der Pro be. Bei dieser Technik dient ein UV-absorbierender gelöster Stoff der gleichen Ladung wie die Trennstoffe (d. h. ein Co- Ion) als ein Zusatz für die Puffer und die Probe. Dieser Zu satz erhöht die Grundlinie. Wenn gelöste Ionen vorhanden sind, verdrängen dieselben das sichtbarmachende Reagenz, wie es durch das Elektroneutralitätsprinzip erfordert wird. Wäh rend die getrennten Ionen an einem Erfassungsfenster vorbei wandern, werden dieselben als negative Peaks relativ zu der hohen Grundlinie gemessen. Siehe hierzu Hewlett-Packard, Veröffentlichungsnr. 12-5963-1138E.

Ein "optischer Erfassungsweg" bezieht sich auf eine Konfi guration oder Anordnung einer Erfassungseinrichtung, um ei nen Weg zu bilden, durch den Strahlung, wie z. B. ein Licht strahl, in der Lage ist, von einer externen Quelle zu einer Einrichtung zum Empfangen der Strahlung zu gelangen - wobei die Strahlung den Probenprozessierungsteilraum durchquert und durch die Probe oder getrennte Analysestoffe in der Pro be, die durch den Probenprozessierungsteilraum fließen, be einflußt werden kann. Ein optischer Erfassungsweg ist gemäß der Erfindung allgemein durch Positionieren eines Paars von Erfassungseinrichtungen direkt gegenüber zueinander relativ zu dem Probenprozessierungsteilraum gebildet. In dieser Kon figuration können Analysestoffe, die den Probenprozessie rungsteilraum durchlaufen, über Transmission von Strahlung orthogonal zur Hauptachse des Probenprozessierungsteilraums (und dementsprechend orthogonal zu der Richtung des Elektro osmoseflusses bei einer elektrophoretischen Trennung) erfaßt werden. Eine Vielzahl von externen optischen Erfassungstech niken kann unter Verwendung eines optischen Erfassungswegs, der beispielsweise, aber nicht ausschließlich, UV/Vis-, Nah- IR-, Fluoreszenz-, Brechzahl- (RI-; Refractive Index) und Raman-Techniken aufweist, mit dem Probenprozessierungsteil raum schnittstellenmäßig verbunden werden.

Eine "Lichtleiteinrichtung", wie sie hierin verwendet wird, bezieht sich auf einen im wesentlichen langen dünnen Faden einer transparenten Substanz, die verwendet werden kann, um Licht zu übertragen. Lichtleiteinrichtungen, die bei der Ausführung der Erfindung nützlich sind, umfassen optische Fasern, Konfigurationen von integrierten Linsen und der gleichen. Bei speziell bevorzugten Ausführungsbeispielen sind optische Fasern mit der Erfassungseinrichtung schnitt stellenmäßig verbunden, um optische Erfassungstechniken, die in der Technik bekannt sind, zu ermöglichen. Die Begriffe "optische Faser", "faseroptischer Wellenleiter" oder "op tische Fasereinrichtung" werden hierin verwendet, um sich auf eine einzelne optische Faser oder ein Bündel von op tischen Fasern zu beziehen, die wahlweise in einem Schutzum mantelungsmaterial eingehüllt sind. Beispiele für geeignete Substratmaterialien von optischen Fasern umfassen Glas-, Kunststoff-, Glas/Glas-Verbundstoff- und Glas/Kunst stoff-Verbundstoff-Fasern. Eine kritische Charakteristik von optischen Fasern ist die Dämpfung eines optischen Signals. Ferner kann ein chemischer Sensor in einen faseroptischen Wellenleiter auf eine Art und Weise derart aufgenommen wer den, daß der chemische Sensor mit dem flüssigen Probenana lysestoff in Wechselwirkung treten wird. Strukturen, Eigen schaften, Funktionen und Betriebsdetails solcher faserop tischen chemischen Sensoren können in dem U.S-Patent, Nr. 4,577,109, erteilt an Hirschfeld, dem U.S-Patent, Nr. 4,785,814, erteilt an Kane, und dem U.S-Patent, Nr. 4,842,783, erteilt an Blaylock, gefunden werden.

Die Verwendung von Mikroherstellungstechniken, wie z. B., aber nicht ausschließlich, der Laserablation, dem Formen und dem Prägen, bei der Ausführung der Erfindung ermöglicht ei nen hohen Grad an Präzision bei der Ausrichtung der Mikro skalenkomponenten und -Strukturen, deren Ausrichtung bei früheren substratbasierten Vorrichtungen entweder schwierig oder nicht möglich gewesen ist. Folglich bezieht sich der Begriff "Mikroausrichtung", wie er hierin verwendet wird, auf die präzise und genaue Ausrichtung von mikrohergestellten Merkmalen, einschließlich der verbesserten Ausrichtung von komplementären Mikrokanälen oder Mikroteilräumen mitein ander, eines Einlaß- und/oder Auslaßtors mit Mikrokanälen oder Trennungsteilräumen, einer Erfassungseinrichtung mit Mikrokanälen oder Trennungsteilräumen, einer Erfassungs einrichtung mit einer weiteren Erfassungseinrichtung und dergleichen.

Der Begriff "Mikroausrichtungseinrichtung" ist hierin defi niert, um sich auf jegliche Einrichtung zum Sicherstellen der präzisen Mikroausrichtung von mikrohergestellten Merk malen bei einer miniaturisierten Säulenvorrichtung zu be ziehen. Eine Mikroausrichtungseinrichtung kann bei den Säulenvorrichtungen entweder durch Laserablation oder durch andere Verfahren zum Herstellen geformter Werkstücke, die in der Technik wohlbekannt sind, gebildet werden. Repräsenta tive Mikroausrichtungseinrichtungen, die hierin verwendet werden können, umfassen eine Mehrzahl von koaxial angeord neten Öffnungen, die in den Komponentenbauteilen mikroherge stellt sind, und/oder eine Mehrzahl von entsprechenden Merk malen in Säulenvorrichtungssubstraten, wie z. B. Vorsprünge und zusammenpassende Vertiefungen, Rillen und zusammenpas sende Rippen oder dergleichen. Eine alternative Ausrich tungseinrichtung umfaßt Merkmalsformen in Komponentenbautei len, wie z. B. einen Stift und eine dazu passende Öffnung. Ferner kann die genaue Mikroausrichtung der Komponentenbau teile bewirkt werden, indem die miniaturisierten Säulen in flexiblen Substraten gebildet werden, in denen zumindest ei ne Falteinrichtung mikrohergestellt ist, derart, daß Ab schnitte des Substrats gefaltet werden können, um andere Ab schnitte zu überlagern, wodurch Verbundstoffmikroskalenteil räume gebildet werden, Merkmale, wie z. B. Öffnungen oder Erfassungseinrichtungen, mit Trennungsteilräumen ausgerich tet werden, oder Mikroskalentrennungsteilräume aus Mikro kanälen gebildet werden. Eine solche Falteinrichtung kann durch eine Reihe von voneinander beabstandeten Perforie rungen, die in einem speziellen Substrat hergestellt sind, eine zusammenhängende schlitzförmige Vertiefung oder eine Reihe von voneinander beabstandeten schlitzförmigen Vertie fungen oder Öffnungen, die in dem Substrat mikrohergestellt sind, um sich lediglich teilweise durch denselben zu er strecken, oder dergleichen, ausgeführt sein. Die Perforie rungen oder Vertiefungen können kreisförmige, rhombische, sechseckige oder andere Formen aufweisen, die zu einer Knickbildung entlang einer vorbestimmten geraden Linie ver helfen.

Der Begriff "Flüssigphasenanalyse" wird verwendet, um sich auf jegliche Analyse zu beziehen, die an entweder kleinen und/oder makromolekularen gelösten Stoffen in der flüssigen Phase durchgeführt wird. Dementsprechend umfaßt die "Flüs sigphasenanalyse", wie sie hierin verwendet wird, chromato graphische Trennungen, elektrophoretische Trennungen und elektrochromatographische Trennungen.

Diesbezüglich umfassen "chromatographische" Prozesse allge mein Vorzugstrennungen von Komponenten und umfassen eine Um kehrphasenwechselwirkung, eine hydrophobische Wechselwir kung, einen Ionenaustausch, Molekularsiebohromatographie und gleiche Verfahren.

"Elektrophoretische" Trennungen beziehen sich auf die Wande rung von Teilchen oder Makromolekülen mit einer elektrischen Nettoladung, wobei die Wanderung durch ein elektrisches Feld beeinflußt wird. Dementsprechend umfassen elektrophoretische Trennungen, die für eine Verwendung bei der Erfindung vorge sehen sind, Trennungen, die in Säulen, die mit Gelen (wie z. B. Polyacrylamid, Agarose und Kombinationen aus denselben) gepackt sind, sowie Trennungen, die in Lösung durchgeführt werden.

"Elektrochromatographische" Trennungen beziehen sich auf Kombinationen von elektrophoretischen und chromatogra phischen Techniken.

Die "Iostachophorese" als eine Form der Elektrophorese bezieht sich auf die Trennung und Erfassung von ionischen Spe zies basierend auf einer Ionenstapelung relativ zu einem Führungs- und einem Endelektrolyt. Siehe hierzu z. B. Everaerts u. a. (1976), Isotachophoresis, Theory, Instrumen tation und Applications (J. Chromatog. Library, Bd. 6, Elsevier, Amsterdam).

Der Begriff "Treibkraft" wird verwendet, um sich auf jeg liche Einrichtung zum Bewirken einer Bewegung einer Probe entlang einer Säule bei einer Flüssigphasenanalyse zu be ziehen, und weist das Anlegen eines elektrischen Potentials über jeglichen Abschnitt der Säule, das Anlegen einer Druck differenz über jeglichen Abschnitt der Säule oder jegliche Kombination aus denselben auf.

Der Begriff "Oberflächenbehandlung" wird verwendet, um sich auf die Vorbereitung oder Modifizierung der Oberfläche eines Mikrokanals zu beziehen, der sich während der Trennung in Kontakt mit einer Probe befinden wird, wodurch die Tren nungscharakteristika der Vorrichtung verändert oder auf an dere Weise verbessert werden. Dementsprechend weist eine "Oberflächenbehandlung", wie sie hierin verwendet wird, fol gendes auf: physische Oberflächenadsorptionen; kovalente Bindung von ausgewählten Anteilen mit Funktionsgruppen auf der Oberfläche der Mikrokanalsubstrate (wie z. B. mit Amin-, Hydroxyl- oder Karbonsäure-Gruppen an Kondensationspoly meren); Verfahren zum Beschichten von Oberflächen ein schließlich der dynamischen Deaktivierung von Kanalober flächen (wie z. B. durch Hinzufügen von oberflächenaktiven Stoffen zu Medien), Polymerpropfung bezüglich der Oberfläche von Kanalsubstraten (wie z. B. Polystyren oder Divinyl- Benzen), Sputteraufbringung von metallischen Materialien und Dünnfilmaufbringung von Materialien, wie z. B. Diamant oder Saphir auf Mikrokanalsubstrate.

Der Begriff "Laserablation" wird verwendet, um sich auf ei nen Bearbeitungsprozeß unter Verwendung eines Hochenergie photonenlasers, wie z. B. eines Excimer-Lasers, zu beziehen, um Merkmale in einem geeigneten Substrat abzutragen. Der Excimer-Laser kann beispielsweise ein Laser des F₂-, ArF-, KrCl-, KrF- oder XeCl-Typs sein.

Die Mikrostrukturen bei der miniaturisierten Trennungsvor richtung der Erfindung, wie z. B. die Probenprozessierungs teilräume, Einspritzeinrichtungen, Erfassungseinrichtungen und Mikroausrichtungseinrichtungen, können durch Mikroher stellung in einem Trägerkörper, wie z. B. einem Polymer-, Keramik-, Glas-, Metall- oder Verbundstoff-Substrat, gebil det werden. Es können beispielsweise Laserablationstechniken mit jeglichem UV-absorbierenden Material, wie z. B. einem Polymer- oder Keramikmaterial, verwendet werden (siehe hier zu U.S-Patent Nr. 5,500,071 und 5,571,410).

Hinsichtlich der Laserablation liefert allgemein jedes Sub strat, das UV-absorbierend ist, ein geeignetes Substrat für den Trägerkörper. Der Trägerkörper kann ein im wesentlichen planares Substrat, wie z. B. einen Polyimidfilm, aufweisen, das sowohl laserablatierbar als auch flexibel ist, um nach der Ablation ein Falten zu ermöglichen; das spezielle Sub strat, das ausgewählt ist, oder die Mikroherstellungstechnik werden jedoch bei der Erfindung nicht als begrenzend be trachtet. Dementsprechend können Mikrostrukturen mit ausge wählten Konfigurationen durch Abbilden einer lithogra phischen Maske auf ein geeignetes Substrat, wie z. B. ein Polymer- oder Keramikmaterial, und darauffolgende Laser ablation des Substrats mit Laserlicht in Bereichen, die durch die lithographische Maske ungeschützt sind, gebildet werden.

Bei der Laserablation werden kurze Impulse intensivem ultra violetten Lichts in einer dünnen Oberflächenschicht des Ma terials innerhalb etwa 1 µm oder weniger der Oberfläche ab sorbiert. Bevorzugte Pulsenergien sind größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter, wobei die Pulsdauern kür zer als etwa 1 Mikrosekunde sind. Unter diesen Bedingungen photodissoziiert das intensive UV-Licht die chemischen Bindungen in dem Material. Darüber hinaus wird die absorbierte UV-Energie in einem solch kleinen Volumen des Materials kon zentriert, daß sie die dissoziierten Fragmente schnell auf heizt und dieselben von der Oberfläche des Materials weg herausschleudert. Da diese Prozesse so schnell stattfinden, ist keine Zeit dafür vorhanden, daß sich Wärme zu dem um liegenden Material ausbreitet. Als ein Ergebnis wird die um liegende Region nicht geschmolzen oder auf andere Weise be schädigt, wobei der Durchmesser der abgetragenen Merkmale die Form des einfallenden optischen Strahls mit der Präzi sion auf der Größenordnung von etwa einem Mikrometer nach bilden kann.

Obwohl die Laserablation hierin unter Verwendung eines Ex cimer-Lasers beschrieben worden ist, wird darauf hingewie sen, daß andere UV-Lichtquellen mit im wesentlichen der sel ben optischen Wellenlänge und Energiedichte verwendet werden können, um den Ablationsprozeß zu erzielen. Die Wellenlänge einer solchen UV-Lichtquelle wird vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 150 nm bis 400 nm liegen, um eine hohe Absorp tion in dem zu ablatierenden Substrat zu ermöglichen. Dar über hinaus sollte die Energiedichte größer als etwa 100 Millijoule pro Quadratzentimeter mit einer Pulslänge von kleiner als etwa 1 Mikrosekunde betragen, um ein schnelles Herausschleudern des ablatierten Materials unter im wesent lichen keiner Aufheizung des umgebenden restlichen Materials zu erzielen. Laserablationstechniken, wie z. B. diejenigen, die im vorhergehenden beschrieben wurden, sind in dem Arti kel Znotins u. a., Laser Focus Electro Optics (1987), S. 54 -70; dem U.S.-Patent, Nr. 5,291,226 und 5,305,015, erteilt an Schantz u. a., beschrieben worden.

Anstelle des Excimer-Lasers kann ebenfalls ein frequenzver stärkter YAG-Laser verwendet werden. In einem solchen Fall kann eine komplexe Struktur einer Mikrostruktur, die zum Ausführen der Erfindung nützlich ist, auf einem geeigneten Polymer- oder Keramiksubstrat gebildet werden, indem ein Maskenprozeß mit einer Laserablationseinrichtung, wie z. B. bei einem Schritt-und-Wiederhol-Prozeß bzw. einem Step-And- Repeat-Prozeß, kombiniert wird, wobei solche Prozesse von einem Fachmann auf diesem Gebiet schnell verstanden werden würden.

Der Begriff "Spritzgießen" wird verwendet, um sich auf einen Prozeß zum Formen von Kunststoff- oder Nichtkunststoff-Ker amik-Formen durch Einspritzen einer abgemessenen Menge eines geschmolzenen Kunststoffs oder Keramiksubstrats in Formen (oder Gußformen) zu beziehen. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können miniaturisierte Säulenvor richtungen unter Verwendung von Spritzgießen erzeugt werden.

Genauer gesagt ist es vorgesehen, eine Gußform oder Form ei ner miniaturisierten Ionenanalysevorrichtung zu bilden, wo bei Excimer-Laser-Ablation oder eine andere Mikroherstel lungstechnik verwendet wird, um eine ursprüngliche Struktur der Mikrostruktur in einem geeigneten Polymersubstrat zu de finieren. Die Mikrostruktur, die auf diese Weise gebildet ist, kann dann mit einer sehr dünnen Metallschicht be schichtet und mit einem Metall, wie z. B. Nickel, elektro plattiert (wie z. B. durch Galvanobildung) werden, um einen Träger zu liefern. Wenn der Metallträger von dem ursprüng lichen Polymer getrennt wird, wird ein Gußformeinsatz (oder -Werkzeug) mit der Negativstruktur des Polymers geliefert. Mehrere Abdrücke der Mikrostruktur können dementsprechend in geeigneten Substraten unter Verwendung von Spritzgußtech niken, die in der Technik wohlbekannt sind, hergestellt wer den.

Der Begriff "LIGA-Prozeß" wird verwendet, um sich auf einen Prozeß zum Herstellen von Mikrostrukturen mit hohen Längen verhältnissen und einer erhöhten strukturellen Präzision un ter Verwendung einer Synchrotronstrahlungslithographie, Gal vanobildung und Kunststoffformens zu beziehen. Bei einem LIGA-Prozeß werden strahlungsempfindliche Kunststoffe unter Verwendung einer Synchrotronquelle mit einer hochenerge tischen Strahlung lithographisch bestrahlt, um gewünschte Mikrostrukturen (wie z. B. Kanäle, Tore, Öffnungen und Mi kroausrichtungseinrichtungen) zu erzeugen, wodurch eine Primärschablone gebildet wird.

Die Primärschablone wird daraufhin durch Elektroaufbrin gungstechniken bzw. Galvanotechniken mit einem Metall ge füllt. Die Metallstruktur, die auf diese Weise gebildet ist, umfaßt einen Gußformeinsatz zur Herstellung von Sekundär kunststoffschablonen auf, die an die Stelle der Primär schablone treten. Auf diese Weise können hochgenaue Abdrucke der ursprünglichen Mikrostrukturen in einer Vielzahl von Substraten unter Verwendung von Spritzguß- oder Reaktions spritzgußtechniken gebildet werden. Der LIGA-Prozeß ist von Becker u. a. (1986) in Microelectric Engineering 4: 35-56, beschrieben worden. Beschreibungen von zahlreichen Polymer substraten, die unter Verwendung von LIGA-Schablonen spritz gegossen werden können, und die bei der Ausführung der vor liegenden Erfindung geeignet sind, können in Allcock u. a. (1981), Contemporary Polymer Chemistry (Prentice-Hall, Inc., New Jersey), nachgeschlagen werden.

"Wahlweise" oder "wahlweise/r/s" bedeutet, daß das nach folgend beschriebene Merkmal oder die nachfolgend beschrie bene Struktur in der integrierten planaren Trennungsvor richtung vorhanden oder nicht vorhanden sein kann, oder daß das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand stattfinden oder nicht stattfinden kann, und daß die Beschreibung Fälle, bei denen das Merkmal oder die Struktur vorhanden sind, und Fälle, bei denen das Merkmal oder die Struktur nicht vorhanden ist, oder Fälle, bei denen das Ereignis oder der Umstand auftritt, und Fälle, bei denen dies nicht der Fall ist, umfaßt. Der Ausdruck beispielsweise "eine integrierte Trennungsvorrichtung mit wahlweise einer Erfassungseinrichtung" bedeutet, daß Zu griffstore an der Vorrichtung vorhanden sein oder nicht vorhanden sein können, und daß die Beschreibung sowohl Um stände, bei denen Zugriffstore vorhanden, und als auch Um stände aufweist, bei denen keine Zugriffstore vorhanden sind.

Dementsprechend betrifft die Erfindung die Bildung einer mi niaturisierten Ionenanalysevorrichtung mit einer CCD-Ein richtung unter Verwendung von Mikroherstellungstechniken in einem geeigneten Substrat. Es ist ferner vorgesehen, Ionen analysevorrichtungen gemäß der Erfindung unter Verwendung von Spritzgußtechniken zu bilden, wobei die ursprüngliche Mikrostruktur durch einen Excimer-Laser-Ablationsprozeß, ei nen LIGA-Prozeß oder einen anderen geeigneten Mikroherstel lungsprozeß gebildet worden ist.

Ein bevorzugtes Substrat zum Ausführen dieser Erfindung un ter Verwendung von Laserablation umfaßt ein Polyimidmater ial, wie z. B. diejenigen, die unter den Markennamen Kapton ® oder Upilex® von DuPont (Wilmington, Delaware) verfügbar sind, obwohl das spezielle Substrat, das ausgewählt wird, jegliches anderes geeignete Polymer- oder Keramiksubstrat umfassen kann. Die Polymermaterialien, die hierin speziell vorgesehen sind, umfassen Materialien, die aus den folgenden Klassen ausgewählt sind: Polyimid, Polykarbonat, Polyester, Polyamid, Polyether, Polyolefin oder Mischungen derselben. Ferner kann das ausgewählte Polymermaterial in langen Strei fen auf einem Rad hergestellt sein, wobei wahlweise Füh rungslöcher entlang der Seiten des Materials vorgesehen sein können, um das Substrat genau und sicher durch einen Step- And-Repeat-Prozeß zu transportieren.

Gemäß der Erfindung wird das ausgewählte Polymermaterial zu einer Laserprozessierungskammer transportiert und unter Ver wendung von Laserstrahlung in einer Struktur laserablatiert, die durch eine oder mehrere Masken definiert ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definieren solche Masken alle ablatierten Merkmale für einen erstreckten Bereich des Materials, der beispielsweise mehrere Öffnungen (einschlies slich Einlaß- und Auslaßtoren), Mikroausrichtungseinrich tungen und Probenprozessierungskammern umfaßt.

Alternativ können Strukturen, wie z. B. die Öffnungsstruk tur, die Probenprozessierungskanalstruktur usw., Seite an Seite auf einem gemeinsamen Maskensubstrat plaziert werden, das wesentlich größer als der Laserstrahl ist. Solche Struk turen können dann nacheinander in den Strahl bewegt werden. Bei anderen vorgesehenen Herstellungsverfahren können eine oder mehrere Masken verwendet werden, um Öffnungen durch das Substrat zu bilden, wobei eine andere Maske und ein anderer Laserenergiepegel (und/oder eine andere Anzahl von Laser schüssen) verwendet werden kann, um Probenprozessierungs kanäle zu definieren, die lediglich durch einen Teil der Dicke des Substrats gebildet werden. Das Maskierungsma terial, das bei solchen Masken verwendet wird, wird vorzugs weise an der Laserwellenlänge hochreflektierend sein und beispielsweise aus einem dielektrischen Mehrschichtmaterial oder einem Metall, wie z. B. Aluminium, bestehen.

Das Laserablationssystem, das bei der Erfindung verwendet wird, weist allgemein eine Strahlführungsoptik, eine Aus richtungsoptik, ein Hochpräzisions- und Hochgeschwindig keits-Masken-Hin-und-Her-Fahr-System und eine Prozessie rungskammer mit einem Mechanismus zum Handhaben und Positio nieren des Materials auf. Bei einem bevorzugten Ausführungs beispiel verwendet das Lasersystem eine Projektionsmasken konfiguration, bei der eine Präzisionslinse, die zwischen der Maske und dem Substrat angeordnet ist, das Excimer-La serlicht auf das Substrat in der Bildebene der Struktur, die auf der Maske definiert ist, projiziert.

Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es ohne weiteres ersichtlich, daß Mikroherstellungstechniken verwendet werden können, um miniaturisierte Probenprozessierungs-Kanäle und -Öffnungen in einer breiten Vielzahl von Geometrien zu bil den. Jegliche Geometrie beispielsweise, die keine Unter schneidung bzw. kein Unterätzen aufweist, kann unter Verwen dung von Ablationstechniken, wie z. B. der Modulation der Laserlichtintensität über das Substrat hinweg, das schritt weise Bewegen des Strahls über die Oberfläche oder das schrittweise Einstellen der Fluenz und der Anzahl von Pul sen, die auf jede Position angewendet werden, um die ent sprechende Tiefe zu steuern, geliefert werden. Darüber hin aus werden Kanäle oder Kammern, die gemäß der Erfindung her gestellt sind, leicht mit Verhältnissen von Kanaltiefe zu Kanalbreite hergestellt, die viel größer sind, als dies frü her unter Verwendung von Ätztechniken, wie z. B. der Sili ziummikrobearbeitung, möglich war. Solche Längenverhältnisse können ohne weiteres Eins überschreiten, und können sogar 10 erreichen. Darüber hinaus kann das Längenverhältnis von z. B. laserablatierten Kanälen und Kammern weniger als Eins be tragen, d. h. die Breite des Kanals oder der Kammer kann größer als die Tiefe sein.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Kanäle mit einem halbkreisförmigen Querschnitt durch Steuern der Belichtungsintensität oder durch Durchführen mehrerer Belichtungen, bei denen der Strahl zwischen jeder Belichtung neu ausgerichtet wird, laserablatiert. Wenn ein entsprechen der halbkreisförmiger Kanal mit einem Kanal, der auf diese Weise gebildet ist, ausgerichtet wird, wird dementsprechend eine Probenprozessierungskammer mit einem hochsymmetrischen kreisförmigen Querschnitt definiert, was für einen erhöhten Fluidfluß durch die Probenprozessierungsvorrichtung wün schenswert sein kann.

Als ein letzter Schritt bei den Laserablationsprozessen wird ein Säuberungsschritt durchgeführt, wobei der laserablatier te Teil des Substrats unter einer Säuberungsstation positio niert wird. An der Säuberungsstation werden Staubteilchen von der Laserablation gemäß der Standardindustriepraxis ent fernt.

Wie es durch diejenigen, die auf dem Gebiet der Flüssigpha senanalysevorrichtungen arbeiten, verstanden wird, kann das im vorhergehenden beschriebene Verfahren verwendet werden, um eine breite Vielzahl von miniaturisierten Vorrichtungen zu erzeugen. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt, bei der ein spezielles Ausführungsbeispiel einer mi niaturisierten Säulenvorrichtung allgemein mit 2 angezeigt ist. Allgemein wird die miniaturisierte Säule 2 in einem ausgewählten Substrat 4 unter Verwendung von Laserablations techniken gebildet. Das Substrat 4 umfaßt allgemein erste und zweite im wesentlichen planare sich gegenüberliegende Oberflächen, die mit 6 bzw. 8 angezeigt sind, und ist aus einem anderen Material als Silizium ausgewählt, eines, das UV-absorbierend und dementsprechend laserablatierbar ist.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung um faßt die miniaturisierte Säulenvorrichtung 2 eine Säulen struktur, die auf einem Chip ablatiert ist, der in der Aus führung der Erfindung eine bearbeitbare Form des Kunststoff polyimids, wie z. B. Vespel®, sein kann. Bei der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, ein solches Polyimidsubstrat zu verwenden, da sich basierend auf einer beträchtlichen Erfah rung mit den Nachteilen von Quarzgut und der Forschung nach Alternativen für dasselbe Polyimide als ein hochwünschens wertes Substratmaterial für den Analyseabschnitt eines Flüs sigphasenprobenprozessierungssystems erwiesen haben.

Diesbezüglich ist aufgezeigt worden, daß Polyimide gegenüber Proteinen geringe Sorptionseigenschaften aufweisen, die be kannterweise insbesondere bei herkömmlichen siliziumdioxid basierten Trennungssystemen schwierig zu analysieren sind. Erfolgreiche Demonstrationen von Trennungen bei dieser schwierigen Klasse von gelösten Stoffen stellen typischer weise sicher, daß die Trennung von anderen Klassen von ge lösten Stoffen nicht problematisch sein wird. Da Polyimid ferner ein Kondensationspolymer ist, ist es möglich, mit der Oberfläche Gruppen chemisch zu binden, die abhängig von der Zielanalyse eine Vielzahl von gewünschten Oberflächeneigen schaften liefern können. Anders als bei früheren silizium dioxidbasierten Systemen zeigen diese Bindungen mit dem Polymersubstrat eine pH-Stabilität in der basischen Region (pH 9-10).

In Fig. 1-3 weist das Substrat 4 einen Mikrokanal 10 auf, der in einer ersten planaren Oberfläche 6 laserablatiert ist. Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl der Mikrokanal 10 in einer allgemein erstreckten Form dargestellt ist, die Mikrokanäle, die gemäß der Erfindung gebildet sind, in einer großen Vielzahl von Konfigurationen, wie z. B. in einem ge radlinigen, serpentinenförmigen, spiralförmigen oder jeg lichem gewünschten geschlängelten Weg ablatiert sein können. Wie es detaillierter im vorhergehenden beschrieben wurde, kann der Mikrokanal 10 ferner in einer breiten Vielzahl von Kanalgeometrien gebildet werden, die halbkreisförmige, rechteckige, rhombische und derartige Geometrien umfassen, wobei die Kanäle in einem breiten Bereich von Längenver hältnissen gebildet sein können. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Vorrichtung, auf der eine Mehrzahl von Mikrokanälen laserablatiert sind, in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt.

Es wird nun insbesondere auf Fig. 1 und 4 Bezug genommen. Eine Abdeckungsplatte 12 ist über der ersten planaren Ober fläche 6 angeordnet und bildet in Kombination mit dem laser ablatierten Mikrokanal 10 einen länglichen Probenprozessie rungsteilraum 14. Die Abdeckungsplatte 12 kann aus jeglichem geeigneten Substrat, wie z. B. Polyimid, gebildet sein, wo bei die Auswahl des Substrats lediglich durch die Vermeidung von unerwünschten Trennungsoberflächen, wie z. B. Silizium- oder Siliziumdioxidmaterialien, begrenzt wird.

Gemäß der Erfindung kann die Abdeckungsplatte 12 über der ersten planaren Oberfläche 6 befestigbar ausgerichtet sein, um unter Verwendung von Druckdichtungstechniken einen flüs sigkeitsdichten Probenprozessierungsteilraum zu bilden, in dem eine externe Einrichtung verwendet wird, um die Stücke gegeneinander zu drücken (wie z. B. Klammern, Zugfedern oder zugeordnete Klemmvorrichtungen), oder indem Haftmittel ver wendet werden, die in der Technik zum Verbinden von Poly meren, Keramiken und dergleichen wohlbekannt sind.

In Fig. 1-4 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Er findung gezeigt, bei dem die Abdeckungsplatte 12 ferner in demselben ablatierte Öffnungen aufweist. Diesbezüglich kom muniziert eine erste Öffnung mit dem Probenprozessierungs teilraum 14 an einem ersten Ende 16 desselben, um ein Ein laßtor 18 zu bilden, das das Hindurchtreten eines Fluids von einer externen Quelle in den Probenprozessierungsteilraum ermöglicht. Eine zweite Öffnung kommuniziert mit dem Proben prozessierungsteilraum 14 an einem zweiten Ende 20 dessel ben, um ein Auslaßtor 22 zu bilden, das ein Hindurchtreten eines Fluids von dem Probenprozessierungsteilraum zu einer externen Aufnahmevorrichtung ermöglicht. Dementsprechend wird eine miniaturisierte Säulenvorrichtung gebildet, bei der sich ein Flußweg von dem ersten Ende 16 des Probenpro zessierungsteilraums erstreckt und zu dem zweiten Ende 20 desselben verläuft, wodurch eine Flüssigphasenanalyse von Proben unter Verwendung von in der Technik wohlbekannten Techniken ausgeführt werden kann.

In Fig. 1-4 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung derart gezeigt, daß dasselbe Probeneinbringungs einrichtungen aufweist, die sowohl in das Substrat 4 als auch in die Abdeckungsplatte 12 laserablatiert sind. Ein in nen ablatierter Nebenleitungskanal 24 ist in dem Substrat 4 gebildet, wobei der Kanal 24 in der Nähe des ersten Endes 16 des Probenprozessierungsteilraums angeordnet ist. Zwei zu sätzliche Öffnungen 26 und 28 sind in der Abdeckungsplatte 12 gebildet und sind angeordnet, um mit einem ersten und zweiten Ende (mit 30 bzw. 32 angezeigt) des Nebenleitungs kanals 24 zusammenzuwirken. Auf diese Art und Weise kann ei ne Probe, die in einem externen Reservoir gehalten wird, in den Nebenleitungskanal 24 eingebracht werden, um einen Pro benpropfen mit einem bekannten Volumen (definiert durch die Abmessungen des Kanals 24) zu bilden. Der Probenpropfen, der auf diese Weise gebildet wird, kann daraufhin über das Ein laßtor 18 in das erste Ende 16 des Probenprozessierungsteil raums 14 eingebracht werden, indem eine externe mechanische Ventileinrichtung mit dem Einlaßtor und den laserablatierten Öffnungen 26 und 28 kommunikativ verbunden wird, und ein Lö sungsmittel durch den Nebenleitungskanal 24 in den Proben prozessierungsteilraum gespült wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß der ablatierte Nebenle itungskanal 24 und die Öffnungen 26 und 28 es ferner ermög lichen, daß eine breite Vielzahl von Probeneinbringungs techniken gemäß der Erfindung ausgeführt werden können. Da durch, daß ein Benutzer einen Nebenleitungskanal aufweist, der nicht mit dem Probenprozessierungsteilraum verbunden ist, wird es demselben insbesondere ermöglicht, eine Probe durch den Nebenleitungskanal zu spülen, ohne einen Proben übertrag oder eine Säulenverunreinigung zu erfahren. Wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet nach dem Lesen dieser Be schreibung klar sein wird, kann eine solche Probeneinbrin gungstechnik durch stumpfe Ankopplung eines zugeordneten Ro tors an einen Stator (nicht gezeigt) auf der Außenoberfläche einer miniaturisierten Säule bewirkt werden, wobei der Rotor selektiv eine äußere Rohrleitung und Fluidquellen mit dem Einlaßtor 18 und den Öffnungen 26 und 28 schnittstellenmäßig verbindet, wodurch ermöglicht wird, daß eine Probe von dem Nebenleitungskanal 24 in die äußere Rohrleitung gespült wird, von der aus die Probe dann über das Einlaßtor 18 für eine Flüssigphasenanalyse desselben in die Säule eingebracht werden kann. Diesbezüglich ermöglicht eine miniaturisierte Säulenvorrichtung, die in einem Polyimidsubstrat gebildet ist, daß sich ein Keramikrotor, der unter Verwendung einer Zugkraft (um eine flüssigkeitsdichte Dichtung zu bilden) an die Vorrichtung gepreßt wird, aufgrund der Reibungscharakte ristika der zwei Materialien immer noch zwischen ausgewähl ten Öffnungsstellungen an der Vorrichtung drehen kann. An dere geeignete Rotoren können in starren Materialien gebil det sein, wie z. B., aber nicht ausschließlich, in Glas und nicht-leitfähigen Substraten.

Dementsprechend liefert bei der Ausführung der Erfindung ei ne externe Hardware die mechanische Ventileinrichtung, die für die kommunikative Verbindung einer miniaturisierten Säulenvorrichtung mit unterschiedlichen externen Flüssigkeits reservoiren, wie z. B. einer Elektrolytlösung, einer Spül lösung oder der Probe über laserablatierte Löcher, die in der Abdeckungsplatte 12 entworfen sind, notwendig ist. Die ses Merkmal ermöglicht, daß eine Vielzahl von Einspritzver fahren an eine miniaturisierte planare Säulenvorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, angepaßt werden kann, einschließlich der Druckeinspritzung, der hydrodynamischen Einspritzung oder der elektrokinetischen Einspritzung. Bei dem speziellen Ausführungsbeispiel von Fig. 1-3 ist es vorgesehen, daß die externe Ventil- und Einspritzeinrichtung mit der Probenprozessierungsvorrichtung durch stumpfe Kopp lung mit den laserablatierten Öffnungen kommuniziert, wobei jedoch auch jegliche anderen geeigneten Verfahren zur Ver bindung, die in der Technik bekannt sind, einfach auf die Erfindung angewendet werden können. Ferner wird darauf hin gewiesen, daß zahlreiche andere Probeneinbringungs- und Flu idschnittstellenentwürfe ausgeführt werden können und dabei immer noch in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Ebenfalls kann gemäß der Erfindung eine breite Vielzahl von Einrichtungen zum Anlegen einer Treibkraft entlang der Länge des Probenprozessierungsteilraums 14 der vorliegenden Vor richtung zugeordnet sein. Diesbezüglich kann durch schnitt stellenmäßiges Verbinden einer Treibeinrichtung mit dem Ein laßtor 18 und dem Auslaßtor 22 entlang der gesamten Länge des Probenprozessierungsteilraums eine Druckdifferenz oder ein elektrisches Potential angelegt werden.

Die Verwendung von Substraten, wie z. B. Polyimiden, bei dem Aufbau der miniaturisierten Säulen gemäß der Erfindung er möglicht die Möglichkeit, eine Brechzahl-(RI-)Erfassung zu verwenden, um interessierende getrennte Analysestoffe zu er fassen, die die jeweilige Säule durchlaufen. Diesbezüglich ermöglicht es das Vorsehen einer zugeordneten Laserdiode, die Strahlung bei einer Wellenlänge emittiert, bei der das Polyimid "transparent" ist (wie z. B. bei < 500 nm), einen Erfassungsaufbau, bei dem keine zusätzlichen Merkmale in die Säulenvorrichtungen ablatiert werden müssen.

Es wird nun auf Fig. 2-4 Bezug genommen. Bei einem bevor zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Erfas sungseinrichtung in das Substrat 4 und die Abdeckungsplatte 12 ablatiert sein, wobei die Erfassungseinrichtung wesent lich stromabwärts bezüglich des ersten Endes 16 des Proben prozessierungsteilraums 14 angeordnet ist. Insbesondere kann eine Öffnung 34 durch das Substrat 4 ablatiert sein, um mit dem Probenprozessierungsteilraum 14 zu kommunizieren. Auf ähnliche Weise kann eine entsprechende Öffnung 36 in der Ab deckungsplatte 12 gebildet sein und derart angeordnet sein, daß dieselbe sich in einer koaxialen Ausrichtung zu der Öff nung 34 befinden wird, wenn die Abdeckungsplatte an dem Sub strat befestigt wird, um den Probenprozessierungsteilraum 14 zu bilden. Auf diese Art und Weise können Elektroden (nicht gezeigt) mit der miniaturisierten Säulenvorrichtung über die Öffnungen 34 und 36 verbunden werden, um durch elektroche mische Erfassungstechniken interessierende getrennte Ana lysestoffe zu erfassen, die den Probenprozessierungsteilraum durchlaufen.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung gezeigt, das mit 2' angezeigt ist, wobei dasselbe eine bevorzugte Erfassungseinrichtung aufweist, die allgemein mit 42 angezeigt ist. Insbesondere ist eine erste transparente Lage 38 vorgesehen, wobei die Abdeckungsplatte 12 zwischen der ersten transparenten Lage und dem Substrat 4 angeordnet ist. Eine zweite transparente Lage 40 ist eben falls vorgesehen, wobei die zweite Lage oberhalb der zweiten planaren Oberfläche 8 des Substrats 4 angeordnet ist. Auf diese Art und Weise ermöglicht die Erfassungseinrichtung 42 eine optische Erfassung getrennter Analysestoffe, die den Probenprozessierungsteilraum durchlaufen, der durch die Kom bination aus dem Mikrokanal 10 und der Abdeckungsplatte 12 gebildet ist, über eine Transmission von Strahlung orthogo nal zu der Hauptachse des Probenprozessierungsteilraums (und dementsprechend orthogonal zu der Elektroosmoseflußrichtung bei einer elektrophoretischen Trennung). Ferner können bei der Ausführung der Erfindung die transparenten Lagen Mater ialien, wie z. B. Quarz, Diamant, Saphir, Quarzgut oder jeg liches andere geeignete Substrat, umfassen, die eine Licht transmission durch dieselben ermöglichen.

Die jeweiligen transparenten Lagen können mit einem Oberflä chenbereich gebildet sein, der gerade ausreicht, um die Er fassungsöffnungen 34 und 36 abzudecken und abzudichten, oder die Lagen können proportioniert sein, um den gesamten Ober flächenbereich der Säulenvorrichtung zu bedecken. Diesbezüg lich kann eine Säulenvorrichtung, die in einem besonders dünnen Substratfilm, wie z. B. einem Dünnfilm-Polyimidsub strat, gebildet ist, durch Verwenden einer im wesentlichen koplanaren Lage von beispielsweise Quarzgut, mit einer zu sätz 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002010032873 00004 99880lichen strukturellen Starrheit versehen werden.

Dementsprechend ermöglicht die im vorhergehenden beschrie bene optische Erfassungseinrichtung 42 die Anpassung einer Vielzahl von externen optischen Erfassungseinrichtungen an die miniaturisierten Säulen, die gemäß der Erfindung aufge baut sind. Das Abdichten der transparenten Lagen 38 und 40 an die miniaturisierte Säulenvorrichtung 2' wird darüber hinaus ohne weiteres ermöglicht, wenn beispielsweise das Substrat 4 und die Abdeckungsplatte 12 in Polyimidmateria lien gebildet sind, die eine Schicht aus einer thermischen Haftmittelform eines Polyimids aufweisen, da Quarz/Kapton ®-Bindungen, die unter Verwendung solcher Haftmittel gebil det werden, bekanntermaßen sehr elastisch sind. Das Abdich ten von anderen bevorzugten transparenten Lagenmaterialien, wie z. B. Diamant, Saphir oder Quarzgut, an die vorliegende Vorrichtung kann unter Verwendung von Haftmitteltechniken, die in der Technik wohlbekannt sind, durchgeführt werden.

Die Möglichkeit zur Erfassung mit einer Strahlung über einen Bereich von elektromagnetischen Wellenlängen ermöglicht, daß eine Vielzahl von spektrophotometrischen Erfassungstechniken mit einer miniaturisierten Säule gemäß der Erfindung schnittstellenmäßig verbunden werden können, einschließlich UV/Vis, Fluoreszenz, Brechzahl (RI) und Raman.

Darüber hinaus liefert die Verwendung einer optischen Erfas sungseinrichtung, wie es ohne weiteres ersichtlich ist, mit Öffnungen, die in das Substrat und die Abdeckungsplatte ab latiert sind, eine große Steuerung über die wirksame Erfas sungsweglänge bei einer miniaturisierten Säulenvorrichtung, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Diesbezüglich wird die Erfassungsweglänge im wesentlichen gleich der kombinier ten Dicke des Substrats 4 und der Abdeckungsplatte 12 sein, wobei Erfassungsweglängen von bis zu 250 µm unter Verwendung der vorliegenden Erfassungseinrichtung 42 bei Dünnfilmsub straten, wie z. B. Polyimiden, ohne weiteres erreichbar sind.

Bezugnehmend auf Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Öffnungen 34 und 36 ein vergrößertes Volumen in dem Probenprozessie rungsteilraum 14 an dem Überschneidungspunkt mit der Erfas sungseinrichtung 42 liefern, wobei dieses Volumen proportio nal zu der kombinierten Dicke des Substrats 4 und der Abdec kungsplatte 12 sein wird. Auf diese Art und Weise können Probenpropfen, die den Probenprozessierungsteilraum 14 durchlaufen, eine widrige Störung erfahren, da der Propfen durch das erhöhte Teilraumvolumen in dem Erfassungsbereich beeinflußt wird, insbesondere dort, wo die kombinierte Dicke des Substrats und der Abdeckungsplatte etwa 250 µm über schreitet, wodurch die Trennungseffizienz bei der Vorrich tung möglicherweise reduziert wird.

Dementsprechend ist bei der vorliegenden Erfindung, bei der Erfassungsweglängen, die 250 µm überschreiten, erwünscht sind, ein alternatives Vorrichtungsausführungsbeispiel mit laserablatierten Merkmalen auf zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen eines Substrats vorgesehen. Genauer gesagt ist in Fig. 7A und 7B ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mi niaturisierten Säulenvorrichtung allgemein mit 52 angezeigt.

Die miniaturisierte Säule umfaßt ein Substrat 54 mit ersten und zweiten im wesentlichen planaren sich gegenüberliegenden Oberflächen, die mit 56 bzw. 58 angezeigt sind. Das Substrat 54 weist einen ersten Mikrokanal 60, der in der ersten pla naren Oberfläche 56 laserablatiert ist, und einen zweiten Mikrokanal 62 auf, der in der zweiten planaren Oberfläche 58 laserablatiert ist, wobei die Mikrokanäle in einer breiten Vielzahl von Geometrien, Konfigurationen und Längenverhält nissen vorgesehen sein können, wie es im vorhergehenden be schrieben wurde.

Die miniaturisierte Säulenvorrichtung von Fig. 7A und 7B um faßt ferner eine erste und zweite Abdeckungsplatte, die mit 64 bzw. 66 angezeigt sind und in Kombination mit dem ersten und dem zweiten Mikrokanal 60 und 62 einen ersten und einen zweiten länglichen Trennungsteilraum definieren, wenn das Substrat 54 zwischen der ersten und der zweiten Abdeckungs platte angeordnet ist.

In Fig. 7A und 7B kann eine Mehrzahl von Öffnungen in der Vorrichtung laserablatiert sein, um einen sich erstreckenden Trennungsteilraum zu liefern und um ferner eine Fluidkom munikationseinrichtung einzurichten. Genauer ausgedrückt verbindet eine Rohrleitungseinrichtung 72 mit einer la serablatierten Öffnung in dem Substrat 54 mit einer Achse, die senkrecht zu der ersten und zweiten planaren Oberfläche 56 und 58 ist, ein distales Ende 74 des ersten Mikrokanals 60 mit einem ersten Ende 76 des zweiten Mikrokanals 62 kom munikativ, um einen erweiterten Trennungsteilraum zu bilden.

Ferner ermöglicht eine Öffnung 68, die in der ersten Abdec kungsplatte 64 laserablatiert ist, eine Fluidkommunikation mit dem ersten Mikrokanal 60, wobei eine zweite Öffnung 70, die in der zweiten Abdeckungsplatte 66 laserablatiert ist, eine Fluidkommunikation mit dem zweiten Mikrokanal 62 er möglicht. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, wird, wenn die Öffnung 68 als ein Einlaßtor verwendet und die zweite Öffnung 70 als ein Auslaßtor verwendet wird, eine miniaturisierte Säulenvorrichtung mit einem Flußweg, der sich ent lang der kombinierten Länge des ersten und zweiten Mikroka nals 60 und 62 erstreckt, geliefert.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 7A und 7B gezeigt ist, kann eine breite Vielzahl von Probenein bringungseinrichtungen, wie z. B. diejenigen, die im vorher gehenden beschrieben wurden, verwendet werden. Eine externe Hardware kann ebenfalls mit der vorliegenden Vorrichtung schnittstellenmäßig verbunden werden, um Flüssigkeitshandha bungsfähigkeiten zu liefern, wobei der Vorrichtung eine Vielzahl von Einrichtungen zum Anlegen einer Treibkraft ent lang der Länge des Trennungsteilraums zugeordnet werden kann, wie z. B. durch schnittstellenmäßiges Verbinden einer Treibeinrichtung mit der ersten und/oder zweiten Öffnung 68 und 70, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde.

Zusätzlich sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ei ne Vielzahl von Erfassungseinrichtungen auf einfache Weise einbeziehbar. Diesbezüglich kann eine erste Öffnung 78 in der ersten Abdeckungsplatte 64 laserablatiert sein, wobei eine zweite Öffnung 80 auf gleiche Weise in der zweiten Ab deckungsplatte 66 gebildet sein kann, derart, daß sich die erste und zweite Öffnung in einer koaxialen Ausrichtung zu der Rohrleitungseinrichtung 72 befinden werden, wenn das Substrat 54 zwischen der ersten und zweiten Abdeckungsplatte angeordnet ist. Die Erfassung von Analysestoffen in einer getrennten Probe, die die Rohrleitungseinrichtung durch läuft, wird hierdurch auf einfache Weise ermöglicht, wie z. B. durch Verbinden von Elektroden mit der miniaturisierten Säule über die Öffnungen 78 und 80 und Erfassen unter Ver wendung von elektrochemischen Techniken.

Ein Schlüsselmerkmal der laserablatierten Rohrleitungsein richtung 72 ist jedoch die Fähigkeit, eine erweiterte op tische Erfassungsweglänge von bis zu 1 mm oder mehr zu lie fern, ohne daß eine widrige Probenpropfenstörung aufgrund der erhöhten Trennungsteilraumvolumina an dem Erfassungspunkt erfahren wird. Bezugnehmend auf Fig. 7A, 7B und 9 kön nen erste und zweite transparente Lagen, die mit 82 bzw. 84 angezeigt sind, derart vorgesehen sein, daß die erste Abdec kungsplatte 64 zwischen der ersten transparenten Lage und der ersten planaren Oberfläche 56 angeordnet ist, und die zweite Abdeckungsplatte 66 zwischen der zweiten transparen ten Lage und der zweiten planaren Oberfläche 58 angeordnet ist. Die transparenten Lagen 82 und 84 können aus geeigneten Materialien, wie z. B. Quarzkristall, Quarzgut, Diamant, Sa phir und dergleichen, ausgewählt sein. Die transparenten La gen können ferner mit einem Oberflächenbereich vorgesehen sein, der gerade ausreichend ist, um die Öffnungen 78 und 80 abzudecken und abzudichten, oder diese Lagen können propor tioniert sein, um den gesamten Oberflächenbereich der Säu lenvorrichtung zu bedecken. Wie es im vorhergehenden be schrieben wurde, ermöglicht dieses Merkmal, daß die Säulenvorrichtung, die in einem besonders dünnen Substrat gebildet ist, mit einer zusätzlichen strukturellen Starrheit versehen werden kann.

Wie es am besten in Fig. 9 gezeigt ist, ermöglicht es die vorliegende Anordnung, daß eine optische Erfassung der Pro benanalysestoffe, die die miniaturisierte Säulenvorrichtung durchlaufen, entlang einer optischen Erfassungsweglänge 86 ausgeführt werden kann, die der Hauptachse der Rohrleitungs einrichtung 72 entspricht. Wie es ohne weiteres erkennbar ist, ist die optische Erfassungsweglänge 86 im wesentlichen durch die Dicke des Substrats 54 bestimmt, wobei dement sprechend hierdurch ein großes Maß an Flexibilität beim An fertigen einer miniaturisierten Säulenvorrichtung mit µ-Me ter-Säulenabmessungen und optischen Weglängen von bis zu 1 mm oder mehr gemäß der vorliegenden Erfindung geliefert wird. Auf diese Art und Weise kann eine breite Vielzahl von zugeordneten optischen Erfassungsvorrichtungen mit einer mi niaturisierten Säule, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, schnittstellenmäßig verbunden werden, wobei eine Erfassung von Analysestoffen in Proben, die die Rohrleitungseinrich tung 72 durchlaufen, unter Verwendung von UV/Vis-, Fluoreszenz-, Brechzahl- (RI-), Raman- und derartigen spektrophoto metrischen Techniken ausgeführt werden kann.

Bezugnehmend auf Fig. 8A und 8B wird ein verwandtes Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung mit einer miniaturisierten Säu lenvorrichtung 52' gezeigt, wobei der Säulenabschnitt und die erste und zweite Abdeckungsplatte in einem einzigen flexiblen Substrat gebildet sind, das allgemein mit 88 ange zeigt ist. Das flexible Substrat 88 weist folglich drei ge trennte Regionen auf, d. h. einen Säulenabschnitt 88B mit ersten und zweiten im wesentlichen planaren sich gegenüber liegenden Oberflächen 56' bzw. 58', wobei der Säulenab schnitt zwischen einem ersten Abdeckungsplattenabschnitt 88A und einem zweiten Abdeckungsplattenabschnitt 88C angeordnet ist. Der erste und zweite Abdeckungsplattenabschnitt weisen zumindest eine im wesentlichen planare Oberfläche auf. Der erste Abdeckungsplattenabschnitt 88A und der Säulenabschnitt 88B sind durch zumindest eine Falteinrichtung 90 derart ge trennt, daß der erste Abdeckungsplattenabschnitt ohne wei teres gefaltet werden kann, um die erste im wesentlichen planare Oberfläche 56' des Säulenabschnitts 88B zu überla gern. Der zweite Abdeckungsplattenabschnitt 88c und der Säu lenabschnitt 88B sind auf ähnliche Weise durch zumindest ei ne Falteinrichtung 92 derart getrennt, daß die zweite Abdec kungsplatte ohne weiteres gefaltet werden kann, um die zwei te im wesentlichen planare Oberfläche 58' des Säulenab schnitts 88B zu überlagern. Bei besonders bevorzugten Aus führungsbeispielen kann jede Falteinrichtung 90 und 92 eine Reihe von voneinander beabstandeten Perforierungen, die in dem flexiblen Substrat ablatiert sind, voneinander beabstan dete schlitzförmige Vertiefungen oder Öffnungen, die abla tiert sind, um sich lediglich teilweise durch das Substrat zu erstrecken, oder dergleichen umfassen. Die Perforierungen oder Vertiefungen können kreisförmige, rhombische, sechsec kige oder andere Formen aufweisen, die zu einer Knickbildung entlang einer vorbestimmten geraden Linie verhelfen.

Folglich wird die miniaturisierte Säulenvorrichtung 52' gebildet, indem ein erster Mikrokanal 60' in der ersten pla naren Oberfläche 56' des Säulenabschnitts 88B und ein zwei ter Mikrokanal 62' in der zweiten planaren Oberfläche 58' des Säulenabschnitts laserablatiert wird. Jeder Mikrokanal kann in einer breiten Vielzahl von Geometrien, Konfigura tionen und Längenverhältnissen vorgesehen sein. Ein erster Trennungsteilraum wird dann gebildet, indem das flexible Substrat 88 an der ersten Falteinrichtung 90 derart gefaltet wird, daß der erste Abdeckungsplattenabschnitt 88A den er sten Mikrokanal 60' bedeckt, um einen länglichen Trennungs teilraum zu bilden. Ein zweiter Trennungsteilraum wird dann geliefert, indem das flexible Substrat 88 an der zweiten Falteinrichtung 92 derart gefaltet wird, daß der zweite Ab deckungsplattenabschnitt 88C den zweiten Mikrokanal 62' be deckt, um, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, einen Trennungsteilraum zu bilden. Eine Rohrleitungseinrichtung 72' mit einer laserablatierten Öffnung in dem Säulenab schnitt 88B mit einer Achse, die senkrecht zu der ersten und zweiten planaren Oberfläche 56' und 58' ist, verbindet ein distales Ende des ersten Mikrokanals 60' mit einem ersten Ende des zweiten Mikrokanals 62' kommunikativ, um einen ein zigen sich erstreckenden Trennungsteilraum zu bilden.

Ferner ermöglicht eine Öffnung 68', die in dem ersten Abdec kungsplattenabschnitt 88A laserablatiert ist, eine Fluidkom munikation mit dem ersten Mikrokanal 60', wobei eine zweite Öffnung 70', die in dem zweiten Abdeckungsplattenabschnitt 88C laserablatiert ist, eine Fluidkommunikation mit dem zweiten Mikrokanal 62' ermöglicht. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, wird, wenn die erste und zweite Öffnung als ein Einlaß- bzw. Auslaßtor verwendet werden, eine minia turisierte Säulenvorrichtung mit einem Flußweg, der sich entlang der kombinierten Länge des ersten und zweiten Mi krokanals erstreckt, geliefert.

Es kann wahlweise eine Erfassungseinrichtung in der Vorrich tung von Fig. 8A und 8B umfaßt sein. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel kann eine erste Öffnung 78' in dem ersten Abdeckungsplattenabschnitt 88A laserablatiert sein, wo bei eine zweite Öffnung 80' auf ähnliche Weise in dem zwei ten Abdeckungsplattenabschnitt 88C gebildet sein kann, wobei die Öffnungen angeordnet sind, um miteinander koaxial zu kommunizieren und mit der Rohrleitungseinrichtung 72' zu kommunizieren, wenn das flexible Substrat 88 klappmäßig ge faltet ist, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, um die Öffnungen 78' und 80' mit der Rohrleitungseinrichtung 72' genau auszurichten.

Bei einem weiteren verwandten Aspekt der Erfindung sind wahlweise Mikroausrichtungseinrichtungen - die entweder durch Laserablationstechniken oder durch andere Verfahren zum Herstellen von geformten Werkstücken, die in der Technik wohlbekannt sind, gebildet sind - in der miniaturisierten Säulenvorrichtung 52' vorgesehen. Genauer gesagt kann eine Mehrzahl von entsprechenden laserablatierten Öffnungen (nicht gezeigt) in dem Säulenabschnitt 88B und dem ersten und zweiten Abdeckungsplattenabschnitt 88A bzw. 88C des flexiblen Substrats 88 vorgesehen sein. Die jeweiligen Öff nungen sind derart angeordnet, daß eine koaxiale Ausrichtung derselben die präzise Ausrichtung des Säulenabschnitts mit einem oder beiden der Abdeckungsplattenabschnitte ermög licht, um verschiedene Merkmale, wie z. B. die wahlweise Er fassungseinrichtung, mit der ablatierten Rohrleitung aus zurichten. Eine derartige wahlweise Ausrichtung kann unter Verwendung eines externen Geräts mit einer Einrichtung (wie z. B. Stiften) zum Zusammenwirken mit den koaxialen Öff nungen bewirkt werden, um die Komponentenabschnitte in einer korrekten Ausrichtung zueinander beizubehalten.

Dementsprechend sind neuartige miniaturisierte Säulenvor richtungen beschrieben worden, die in ein anderes Substrat als Silizium- oder Siliziumdioxidmaterialien laserablatiert sind, und die mehrere Hauptprobleme vermeiden, die herkömm lichen Versuchen beim Liefern von Mikrosäulenvorrichtungen zugeordnet waren. Die Verwendung von Laserablationstechniken bei dem Ausführen der Erfindung ermöglicht, daß hochsymmetrische und genau definierte Mikrosäulenvorrichtungen in einer breiten Klasse von Polymer- und Keramiksubstraten her gestellt werden können, um eine Vielzahl von miniaturisier ten Flüssigphasenanalysesystemen zu liefern. Diesbezüglich können miniaturisierte Säulen bereitgestellt werden, die Mi krokapillarabmessungen (die von 5-200 µm Durchmesser reichen) und Säulenerfassungsweglängen von bis zu 1 mm oder mehr aufweisen. Dieses Merkmal ist bei früheren Versuchen zur Miniaturisierung nicht erreichbar gewesen, wie z. B. bei der Kapillarelektrophorese, ohne eine wesentliche Ent wicklung einer Vorrichtung nach einer Kapillarbildung. Fer ner vermeidet die Laserablation von miniaturisierten Säulen in inerten Substraten, wie z. B. Polyimiden, die Probleme, auf die man bei früheren Vorrichtungen, die in silizium- oder siliziumdioxid-basierten Materialien gebildet sind, stieß. Solche Probleme umfassen die inhärente chemische Aktivität und pH-Instabilität der silizium- und silizi umdioxid-basierten Substrate, was die Trennungstypen be grenzt, die bei diesen Vorrichtungen durchgeführt werden können.

Bei der Ausführung der Erfindung können miniaturisierte Säu lenvorrichtungen durch Laserablatieren eines Satzes von ge wünschten Merkmalen in einem ausgewählten Substrat unter Verwendung eines Step-And-Repeat-Prozesses gebildet werden, um getrennte Einheiten zu bilden. Diesbezüglich ist es ins besondere vorgesehen, die jeweiligen Vorrichtungen in Kon densationspolymersubstraten mit Polyimiden, Polyamiden, Polyester und Polykarbonaten zu laserablatieren. Ferner kann die vorliegende Erfindung unter Verwendung von entweder ei nem Laserablationsprozeß oder einem LIGA-Prozeß ausgeführt werden, um Schablonen zu bilden, die einen Satz von ge wünschten Merkmalen umfassen, wodurch mehrere Kopien von miniaturisierten Säulen unter Verwendung von Spritzgußtech niken, die in der Technik wohlbekannt sind, massenherge stellt werden können. Insbesondere ist es hierin vorgesehen, miniaturisierte Säulen durch Spritzgießen in Substraten mit Materialien, wie z. B. den folgenden, zu bilden: Polykarbonaten; Polyester einschießlich Poly(ethylenterephthalat) und Poly(butylenterephthalat); Polyimide (wie z. B. Nylonarten); Polyether einschließlich Polyformaldehyd und Poly(phenylen sulfid); Polyimide, wie z. B. Kapton® und Upilex®; Poly olefinverbindungen einschließlich ABS-Polymere, Kel-F-Co polymere, Poly(methylmethacrylat), Poly(styrenbutadien)-Co polymere, Poly(tetrafluoroethylen), Poly(ethylenvinylace tat)-Copolymere, Poly(N-Vinylcarbazol) und Polystyren.

Die Laserablation von Mikrokanälen in den Oberflächen der im vorhergehenden beschriebenen Substrate weist das zusätzliche Merkmal auf, daß ermöglicht wird, vor der Bildung des Pro benprozessierungsteilraums eine breite Vielzahl von Oberflä chenbehandlungen auf die Mikrokanäle anzuwenden. Das heißt, daß die offene Konfiguration der laserablatierten Mikroka näle, die unter Verwendung des Verwahrens der Erfindung er zeugt sind, ermöglicht, daß mehrere Oberflächenbehandlungen oder Modifikationen durchgeführt werden können, die bei Auf bauten mit geschlossenem Format nicht möglich sind, wie z. B. bei früheren Mikrokapillaren. Genauer gesagt liefert die Laserablation in Kondensationspolymersubstraten Mikrokanäle mit Oberflächen mit Funktionsgruppen, wie z. B. Karboxyl gruppen, Hydroxygruppen und Amingruppen, wodurch eine che mische Bindung von ausgewählten Spezies mit der Oberfläche der betreffenden Mikrokanäle unter Verwendung von in der Technik wohlbekannten Techniken ermöglicht wird. Andere Oberflächenbehandlungen, die durch die offene Konfiguration der vorliegenden Vorrichtungen ermöglicht werden, umfassen Oberflächenadsorptionen, Polymerpropfung und Dünnfilmauf bringung von Materialien, wie z. B. Diamant oder Saphir, auf Mikrokanaloberflächen unter Verwendung von Maskierungs- und Aufbringungstechniken und dynamische Deaktivierungstech niken, die in der Technik von Flüssigtrennungen wohlbekannt sind.

Die Fähigkeit, eine starre computerisierte Steuerung über die derzeitigen Laserablationsprozesse auszuüben, ermöglicht eine extrem präzise Mikrostrukturbildung, die umgekehrt die Bildung von miniaturisierten Säulen, bei denen Merkmale in zwei im wesentlichen planaren Komponenten gebildet sind, er möglicht, wobei diese Komponenten ausgerichtet werden kön nen, um einen zusammengesetzten Probenprozessierungsteilraum mit einer erhöhten Symmetrie und axialen Ausrichtung zu de finieren. Diesbezüglich ist es vorgesehen, ein weiteres Aus führungsbeispiel der Erfindung bereitzustellen, bei dem La serablation verwendet wird, um zwei Komponentenhälften zu erzeugen, die, wenn dieselben gefaltet oder zueinander aus gerichtet werden, eine einzige miniaturisierte Säulenvor richtung definieren.

In Fig. 10 ist eine miniaturisierte Säule für eine Flüssig phasenanalyse einer Probe allgemein mit 102 angezeigt. Die miniaturisierte Säule 102 wird durch Bereitstellen eines Trägerkörpers 104 mit einer ersten und zweiten Komponenten hälften, die mit 106 bzw. 108 angezeigt sind, gebildet. Der Trägerkörper kann ein im wesentliches planares Substrat, wie z. B. einen Polyimidfilm, umfassen, der sowohl laserabla tierbar als auch flexibel ist, um ein Falten nach der Laser ablation zu ermöglichen; das ausgewählte spezielle Substrat wird jedoch nicht als die Erfindung begrenzend betrachtet.

Die erste und zweite Komponentenhälfte 106 und 108 weisen jeweils im wesentlichen planare Innenoberflächen, die mit 110 bzw. 112 angezeigt sind, auf, wobei miniaturisierte Säu lenmerkmale laserablatiert sein können. Genauer gesagt ist in der ersten planaren Innenoberfläche 110 eine erste Mi krokanalstruktur 114 laserablatiert, wobei in der zweiten planaren Innenoberfläche 112 eine zweite Mikrokanalstruktur 116 laserablatiert ist. Gemäß der Erfindung wird die erste und zweite Mikrokanalstruktur in dem Trägerkörper 104 ab latiert, um das Spiegelbild des jeweils anderen zu liefern.

Es wird nun auf Fig. 11 und 12 Bezug genommen. Ein Proben prozessierungsteilraum 118 mit einer länglichen Bohrung, die durch die erste und zweite Mikrokanalstruktur 114 und 116 definiert ist, kann gebildet werden, indem die erste und zweite Komponentenhälfte 106 und 108 in stumpfer Aneinander fügung ausgerichtet werden. Bei der Ausführung der Erfindung können die erste und die zweite Komponentenhälfte in einer befestigbaren Ausrichtung zueinander gehalten sein, um unter Verwendung von Druckabdichtungstechniken, wie z. B. dem An legen einer Zugkraft oder durch die Verwendung von Haftmit teln, die in der Technik von Flüssigphasentrennungsvorrich tungen wohlbekannt sind, einen flüssigkeitsdichten Proben prozessierungsteilraum zu bilden. Es ist gemäß der Erfindung ferner vorgesehen, einen ersten und einen zweiten Mikrokanal 114 und 116 mit halbkreisförmigen Querschnitten zu bilden, wodurch die Ausrichtung der Komponentenhälften einen Proben prozessierungsteilraum 118 mit einem hochsymmetrischen kreisförmigen Querschnitt definiert, um einen erhöhten Fluidfluß durch denselben zu ermöglichen; wie es im vorher gehenden erörtert wurde, fällt jedoch ferner eine breite Vielzahl von Mikrokanalgeometrien in den Schutzbereich der Erfindung.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er findung ist es insbesondere vorgesehen, den Trägerkörper 104 aus einem Polymerlaminatsubstrat mit einem Kapton®-Film zu bilden, der zusammen mit einer dünnen Schicht einer ther mischen Kunststoff-Form eines Polyimids, das als KJ® be zeichnet wird und von DuPont (Wilmington, Delaware) verfügbar ist, extrodiert ist. Auf diese Art und Weise können die erste und die zweite Komponentenhälfte 106 und 108 miteinander durch Hitze abgedichtet werden, woraus sich eine flüssigkeitsdichte Schweißverbindung ergibt, die die gleichen chemischen Eigenschaften und dementsprechend die gleiche mechanische, elektrische und chemische Stabilität wie das Volumen-Kapton®-Material aufweist.

Es wird nun auf Fig. 10-12 Bezug genommen. Die miniatur isierte Säulenvorrichtung 102 weist ferner eine Einrichtung zum kommunikativen Verbinden einer zugeordneten externen Fl uidbehältereinrichtung (nicht gezeigt) mit dem Probenprozes sierungsteilraum 118 auf, um eine Flüssigphasentrennungsvorrichtung zu liefern. Genauer gesagt kann eine Mehrzahl von Öffnungen in dem Trägerkörper 104 laserablatiert sein, wobei sich die Öffnungen von zumindest einer Außenoberfläche des Trägerkörpers erstrecken und mit zumindest einem Mikrokanal kommunizieren, wobei die Öffnungen das Hindurchtreten eines Fluids durch dieselben ermöglichen. Diesbezüglich kann ein Einlaßtor 120 in der ersten Komponentenhälfte 106 laserab latiert sein und mit einem ersten Ende 122 des ersten Mikro kanals 114 kommunizieren. Auf die selbe Art und Weise kann ein Auslaßtor 124 in der ersten Komponentenhälfte ablatiert sein und mit einem zweiten Ende 126 des ersten Mikrokanals 114 kommunizieren.

Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, kann hierdurch eine Flüssigphasenprobenprozessierungsvorrichtung gebildet wer den, die einen Flußweg aufweist, der sich von dem ersten Ende 122 des Mikrokanals 114 zu dem zweiten Ende 126 des selben erstreckt, indem Fluide von einer zugeordneten Quelle (nicht gezeigt) durch das Einlaßtor 120 kommuniziert werden, die Fluide durch den Probenprozessierungsteilraum 118, der durch die Ausrichtung der Mikrokanäle 114 und 116 gebildet wird, geleitet werden und es ermöglicht wird, daß die Fluide den Probenprozessierungsteilraum über das Auslaßtor 126 ver lassen. Auf diese Art und Weise kann in der vorliegenden mi niaturisierten Säulenvorrichtung unter Verwendung von Tech niken, die in der Technik wohlbekannt sind, eine breite Vielzahl von Flüssigphasenanalyseprozeduren ausgeführt wer den. Es können ferner verschiedene Einrichtungen zum Anlegen einer Treibkraft entlang der Länge des Probenprozessierungs teilraums 118, wie z. B. eine Druckdifferenz oder ein elek trisches Potential, mit der Säulenvorrichtung über das Ein laß- und Auslaßtor oder durch schnittstellenmäßiges Verbin den mit dem Probenprozessierungsteilraum über zusätzliche Öffnungen, die in dem Trägerkörper 104 ablatiert werden kön nen, ohne weiteres schnittstellenmäßig verbunden werden.

Das Einlaßtor 120 kann derart gebildet sein, daß eine Viel zahl von externen Fluid- und/oder Probeneinbringungseinrichtungen ohne weiteres mit der miniaturisierten Säulenvorrich tung 102 schnittstellenmäßig verbunden werden kann. Wie es detaillierter im vorhergehenden erörtert wurde, umfassen solche Einrichtungen externe Mechanismen zur Druckein spritzung, hydrodynamischen Einspritzung oder elektro kinetischen Einspritzung.

In Fig. 10 und 11 weist die miniaturisierte Säulenvorrich tung 102 ferner eine Erfassungseinrichtung auf, die in dem Trägerkörper 104 laserablatiert ist. Genauer gesagt ist in der ersten Komponentenhälfte 106 eine erste Öffnung 128 ab latiert, wobei dieselbe mit dem ersten Mikrokanal 114 an ei nem Punkt in der Nähe des ersten Endes 126 desselben kom muniziert. Entsprechend ist in der zweiten Komponentenhälfte 108 eine zweite Öffnung 130 gebildet, um mit dem zweiten Mi krokanal 116 zu kommunizieren. Dementsprechend kann eine breite Vielzahl von zugeordneten Erfassungseinrichtungen, z. B. eine NMR-Erfassungseinrichtung, mit dem Probenprozessie rungsteilraum 118 schnittstellenmäßig verbunden sein, um in teressierende getrennte Analysestoffe, die denselben durch laufen, z. B. durch Verbinden von Elektroden mit der minia turisierten Säule über die erste und zweite Öffnung 128 und 130 zu erfassen.

Bei wiederum einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine optische Erfassungseinrichtung in der miniaturisierten Säulenvorrichtung 102 vorgesehen. Diesbe züglich können die erste und die zweite Öffnung 128 und 130 derart in dem Trägerkörper 104 ablatiert sein, daß sich, wenn die Komponentenhälften ausgerichtet werden, um den Pro benprozessierungsteilraum 118 zu bilden, die Öffnungen in einer koaxialen Ausrichtung zueinander befinden, wobei die Öffnungen ferner Achsen aufweisen, die senkrecht zu der Ebene des Trägerkörpers stehen. Wie es für einen Fachmann auf diesem Gebiet ohne weiteres ersichtlich ist, kann durch Vorsehen von transparenten Lagen (nicht gezeigt), die über dem Äußeren des Trägerkörpers 104 angeordnet sind und die erste und zweite Öffnung 128 und 130 abdecken, eine Probe, die den Probenprozessierungsteilraum 118 durchläuft, ana lysiert werden, indem eine spektrophotometrische Erfassungs einrichtung durch die transparenten Lagen unter Verwendung von in der Technik wohlbekannten Techniken mit der Probe schnittstellenmäßig verbunden wird. Die optische Erfassungs weglänge kann im wesentlichen durch die kombinierte Dicke der ersten und zweiten Komponentenhälfte 106 und 108 be stimmt werden. Auf diese Art und Weise sind eine optische Erfassungsweglänge von bis zu 250 µm durch Ablatieren der miniaturisierten Säulenvorrichtung in einem 125-µm-Polymer film ohne weiteres lieferbar.

Dementsprechend sind mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele einer miniaturisierten Säulenvorrichtung, die gemäß der Er findung durch Laserablatieren von Mikrostrukturen an Kompo nentenbauteilen und Ausrichten der Komponenten, um Säulen mit erhöhten Symmetrien zu bilden, beschrieben worden. Wie es im vorhergehenden detailliert beschrieben wurde, ermög licht die Bildung der jeweiligen Mikrokanäle in der offenen Konfiguration, daß eine breite Vielzahl von Oberflächenbe handlungen und -modifikationen auf die Innenoberflächen der Kanäle angewendet werden können, bevor der Probenprozessie rungsteilraum gebildet wird. Auf diese Art und Weise kann in den auf diese Weise gebildeten, zusammengesetzten Probenpro zessierungsteilräumen eine breite Vielzahl von Flüssigpha senanalysetechniken ausgeführt werden, die chromatogra phische, elektrophoretische und elektrochromatographische Trennungen umfassen.

Bei der Ausführung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, eine wahlweise Einrichtung zur präzisen Ausrichtung der Kom ponententrägerkörperhälften bereitzustellen, wodurch eine genaue Definition eines zusammengesetzten Probenprozessie rungsteilraums, der gemäß der Erfindung gebildet wird, sichergestellt wird. Insbesondere sind bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung Mikroausrich tungseinrichtungen vorgesehen, um eine verbesserte Ausrich tung der laserablatierten Komponentenbauteilen, wie z. B. der Mikrokanäle, der Erfassungsöffnungen und dergleichen, zu ermöglichen.

In Fig. 13 und 14 ist eine miniaturisierte Säulenvorrich tung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, allgemein mit 150 angezeigt, wobei dieselbe in einem flex iblen Substrat 152 gebildet ist. Die Säulenvorrichtung weist eine erste und eine zweite Trägerkörperhälfte auf, die mit 154 bzw. 156 angezeigt sind und jeweils eine im wesentlichen planare Innenoberfläche, die mit 158 bzw. 160 angezeigt ist, aufweisen. die Innenoberflächen umfassen laserablatierte Mi krostrukturen, die allgemein mit 162 angezeigt sind, wobei die Mikrostrukturen angeordnet sind, um auf die selbe Art und Weise, wie es detaillierter im vorhergehenden beschrie ben worden ist, das Spiegelbild der jeweils anderen zu lie fern.

Die genaue Ausrichtung der Komponentenbauteile kann ermög licht werden, indem eine miniaturisierte Säulenvorrichtung in einem flexiblen Substrat 152 gebildet ist, das zumindest eine Falteinrichtung, die allgemein mit 180 angezeigt ist, aufweist, derart, daß die erste Körperhälfte 154 gefaltet werden kann, um eine zweite Körperhälfte 156 zu überlagern. Die Falteinrichtung 180 kann eine Reihe von voneinander be abstandeten Perforierungen, die in dem Substrat 152 abla tiert sind, voneinander beabstandete schlitzförmige Vertie fungen oder Öffnungen, die ablatiert sind, um sich lediglich teilweise durch das Substrat zu erstrecken, oder dergleichen umfassen. Die Perforierungen oder Vertiefungen können kreis förmige, rhombische, sechseckige oder andere Formen aufwei sen, die zu einer Knickbildung entlang einer vorbestimmten geraden Linie verhelfen.

Dementsprechend ermöglicht die Falteinrichtung 180 bei der Ausführung der Erfindung, daß die erste und die zweite Trä gerkörperhälfte 154 und 156 klappbar aufeinander gefaltet werden können, wobei zusammengesetzte Merkmale, die durch die Mikrostrukturen, die auf der ersten und der zweiten planaren Innenoberfläche 158 und 160 ablatiert sind, genau aus gerichtet werden.

Es ist ferner vorgesehen, zusätzliche Mikroausrichtungs einrichtungen vorzusehen, die entweder durch Laserablation oder durch andere Verfahren zum Herstellen geformter Werk stücke, die in der Technik wohlbekannt sind, gebildet wer den. Insbesondere kann eine Mehrzahl von laserablatierten Öffnungen (nicht gezeigt) in der ersten und der zweiten Trä gerkörperhälfte 154 und 156 vorgesehen sein, wobei die Öff nungen derart angeordnet sind, daß die koaxiale Ausrichtung derselben die präzise Ausrichtung der Trägerkörperhälften ermöglicht, um zusammengesetzte Merkmale, wie z. B. eine ab latierte längliche Bohrung, zu definieren. Die Ausrichtung kann unter Verwendung eines externen Geräts mit Einrich tungen (wie z. B. Stiften) zum Zusammenwirken mit den ko axialen Öffnungen, um die Körperhälften in einer korrekten Ausrichtung zueinander beizubehalten, bewirkt werden.

Bezugnehmend auf Fig. 13 und 14 kann bei wiederum einem wei teren speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung die Mi kroausrichtungseinrichtung unter Verwendung von Herstel lungstechniken, die in der Technik wohlbekannt sind, wie z. B. Formen oder dergleichen, in der ersten und der zweiten Trägerkörperhälfte 154 und 156 gebildet sein. Auf diese Art und Weise kann eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die mit 164, 166 und 168 angezeigt sind, in der ersten Trägerkörperhälfte 154 gebildet sein. Eine Mehrzahl von Vertiefungen, die mit 170, 172 und 174 angezeigt sind, kann in der zweiten Träger körperhälfte 156 gebildet sein.

Dementsprechend ist es ohne weiteres ersichtlich, daß die Mikroausrichtungseinrichtungen konfiguriert sind, um Struk turen, die einander entsprechen, zu bilden, wodurch der Vor sprung 164 mit der Vertiefung 170, der Vorsprung 166 mit der Vertiefung 172 und der Vorsprung 168 mit der Vertiefung 174 zusammenpassen, wenn die Trägerkörperhälften in einer stum pfen Aneinanderfügung zueinander ausgerichtet sind. Auf diese Art und Weise wird eine positive und präzise Ausrichtung der Trägerkörperhälften 154 und 156 ermöglicht, wodurch zu sammengesetzte Merkmale, die durch die laserablatierten Mi krostrukturen 162 definiert sind, genau definiert werden.

Wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet nach dem Lesen die ser Beschreibung ohne weiteres ersichtlich ist, kann eine Vielzahl von entsprechenden Mikroausrichtungsmerkmalen in den jeweiligen miniaturisierten Säulenvorrichtungen gebildet sein, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Solche zusätzlichen Merkmale umfassen jegliche Kombination von Löchern und/oder entsprechenden Strukturen, wie z. B. Rillen und Rippen in den Komponentenbauteilen, wo bei die Merkmale zusammenwirken, um eine präzise Ausrichtung der Komponentenkörperbauteile zu ermöglichen.

In Fig. 15 und 16 weist das Gerät 190 ferner eine Einspritz einrichtung auf, die allgemein mit 192 angezeigt ist, und die die Verteilung von extern untergebrachten flüssigen Pro ben, Puffern, Reagenzien und Ausgleichsflußfluiden in den Trennungsteilraum und/oder den Ausgleichsflußteilraum ermög licht. Folglich kann bei einer Konfiguration die Probenein bringungseinrichtung einen Verteiler 194 aufweisen, der mit der Abdeckungsplatte 196 der miniaturisierten Säulenvorrich tung 198 eng Eingriff nimmt, und die schnittstellenmäßige Verbindung von zugeordneten Rohrleitungen und Fluidbehälter einrichtungen mit dem Einlaßtor 200 und/oder dem Ausgleichs fluideinlaß 202 ermöglicht.

Der Verteiler 194 kann mit der Abdeckungsplatte 196 gekop pelt sein, um eine fluiddichte schnittstellenmäßige Verbin dung unter Verwendung von Druckabdichtungstechniken, die in der Technik bekannt sind, zu bilden. Der Verteiler und die Abdeckungsplatte können mechanisch unter Verwendung von Klammern, Zugfedern oder jeglicher geeigneten Klemmeinrich tung, die in der Technik bekannt ist, mechanisch aneinander gedrückt werden. Der Verteiler 194 umfaßt allgemein eine Mehrzahl von Toren, die konfiguriert sind, um der Struktur von Öffnungen und Einlässen, die in der Abdeckungsplatte 196 vorgesehen sind, zu entsprechen. Insbesondere in Fig. 16 kann eine erste Rohrleitung 204 verwendet werden, um eine zugeordnete Behältereinrichtung (nicht gezeigt), die eine Probe, die getrennt werden soll, oder einen geeigneten Puf fer unterbringt, mit dem Trennungskanal 206 schnittstellen mäßig zu verbinden. Die Rohrleitung 204 ist innerhalb eines Tors 208 in dem Verteiler 194 angeordnet und ist angeordnet, um sich über das Einlaßtor 200 in Fluidkommunikation mit dem stromaufwärts gelegenen Ende 210 des Trennungskanals 206 zu befinden. Auf diese Art und Weise können Fluide von der zu geordneten Behältereinrichtung ohne weiteres unter Verwen dung von bekannten Einspritzverfahren in den Trennungsteil raum geliefert werden.

Das Flüssigphasentrennungsgerät 190 kann eine Säule 198 mit einem wahlweisen Nebenleitungsmikrokanal 212, der in dem Substrat 214 laserablatiert ist, aufweisen, wodurch in Kom bination mit der Abdeckungsplatte 196 ein volumetrischer Probenteilraum gebildet wird. Der Nebenleitungsmikrokanal weist ein erstes und ein zweites Ende 216 und 218 auf, die mit einer ersten bzw. einer zweiten laserablatierten Öffnung 220 und 222 zusammenwirken, die in der Abdeckungsplatte 196 angeordnet sind, um den jeweiligen Enden zu entsprechen, wenn die Abdeckungsplatte über dem Substrat 214 ausgerichtet ist.

Eine zweite und eine dritte Rohrleitungseinrichtung 224 und 226 sind innerhalb von Toren 228 bzw. 230 in dem Verteiler 194 angeordnet, wodurch die Rohrleitungseinrichtungen über die erste und die zweite laserablatierte Öffnung 220 und 222 mit dem Nebenleitungsmikrokanal 212 an dem ersten und dem zweiten Ende 216 und 218 kommunizieren. Folglich wird ein Probenpropfen mit den Abmessungen des volumetrischen Proben teilraums geliefert, indem unter Verwendung der Rohrlei tungen 224 und 226 aus einer zugeordneten Behältereinrich tung die Probe durch den Teilraum geleitet wird, um einen Probenflußweg zu und von der Behältereinrichtung zu liefern.

Durch manuelles Entfernen der Rohrleitungen 204, 224 und 226 von dem Verteiler 194 und Koppeln der Verteilertore 228 und 208 miteinander mittels einer einzelnen Rohrleitung wird ein neuer Flußweg geliefert, der von dem volumetrischen Proben teilraum zu dem stromaufwärts gelegenen Ende 210 des Tren nungsteilraums verläuft. Durch Koppeln des Verteilertors 230 mit einer weiteren Rohrleitungseinrichtung, die sich in Fluidkommunikation mit einer zweiten zugeordneten Behälter einrichtung befindet, die ein geeignetes flüssiges Medium unterbringt, kann der Probenpropfen von dem volumetrischen Probenteilraum gespült und durch Befördern des Mediums von der zweiten Behältereinrichtung zu dem Verteiler unter Ver wendung von bekannten Fluideinspritzungsverfahren in den Trennungsteilraum geliefert werden.

Sobald die Probe zu dem Trennungsteilraum geliefert worden ist, können verschiedene Einrichtungen zum Anlegen einer Treibkraft entlang der Länge des Trennungsteilsraums mit der Säulenvorrichtung 304, die den Verteiler 306 verwendet, schnittstellenmäßig verbunden werden. Insbesondere kann eine Druckdifferenz oder ein elektrisches Potential entlang der Länge des Trennungsteilraums eingerichtet werden, indem eine externe Treibeinrichtung über ein Verteilertor mit dem stromaufwärts gelegenen Ende des Trennungskanals gekoppelt wird.

Das Flüssigphasentrennungsgerät 190 kann ferner eine Erfas sungseinrichtung aufweisen, die in der Abdeckungsplatte 196 und/oder dem Substratabschnitt 214 angeordnet ist. Die Er fassungseinrichtung kann eine oder mehrere Öffnungen oder Merkmale aufweisen, die in der Abdeckungsplatte oder dem Substratabschnitt laserablatiert worden sind, wie z. B. eine NMR-Erfassungskammer, und kommuniziert mit dem Trennungs teilraum an einer Position benachbart zu oder im wesent lichen in der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes 232 des Trennungskanals 206, um die Erfassung von getrennten Ana lysestoffen zu ermöglichen. In Fig. 10 und 11 weist ein spe zielles Gerät eine Öffnung 234 auf, die in dem Substratabschnitt 214 ablatiert ist und mit dem Trennungskanal 206 in der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes 232 desselben kom muniziert. Eine zweite Öffnung 236 ist in der Abdeckungs platte 196 ablatiert und ist angeordnet, um sich in einer koaxialen Ausrichtung zu der Öffnung 234 zu befinden, wenn die Abdeckungsplatte über dem Substrat ausgerichtet ist, wie es im vorhergehenden beschrieben worden ist. Die koaxialen Öffnungen ermöglichen, daß über die jeweiligen entsprech enden Öffnungen Elektroden mit der miniaturisierten Säulen vorrichtung 198 verbunden werden, um durch elektrochemische Erfassungstechniken interessierende getrennte Analysestoffe, die den Trennungsteilraum durchlaufen, zu erfassen. Bei ei nem speziellen Gerät bilden die koaxial ausgerichteten Öff nungen einen optischen Erfassungsweg, wodurch die optische Erfassung von getrennten Analysestoffen, die den Trennungs teilraum durchlaufen, ermöglicht wird. Wie es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich ist, können über die koaxialen Öffnungen eine NMR-Erfassungsvorrichtung und/oder eine brei te Vielzahl von zugeordneten optischen Erfassungsvorrich tungen mit dem Trennungsteilraum schnittstellenmäßig verbun den werden, wodurch die Ausführung von spektrophotome trischen Techniken, wie z. B. der UV/Vis-, Fluoreszenz-, Brechzahl-(RI-), Raman-Technik und dergleichen, ermöglicht wird, um getrennte Analysestoffe in der flüssigen Probe zu erfassen.

Das Flüssigphasentrennungsgerät kann ferner entworfen sein, um eine Verteilereinrichtung aufzuweisen, die zwischen einer Mehrzahl von Stellungen relativ zu einer miniaturisierten planaren Säulenvorrichtung bewegbar ist. In Fig. 17, 18 und 19A-C ist ein Gerät 302 abgebildet, das eine miniatu risierte Säulenvorrichtung 304, wie sie hierin beschrieben wird, und eine bewegbare Verteilereinrichtung 306 aufweist, die mit der Säulenvorrichtung 304 abnehmbar gekoppelt und in der Nähe des stromaufwärts gelegenen Endes 308 des Tren nungskanals 310 angeordnet ist, das in einer planaren Ober fläche 312 des Säulensubstrats 314 laserablatiert worden ist. Eine Abdeckungsplatte 316 ist über der planaren Oberfläche 312 des Säulensubstrats angeordnet und bildet in Kom bination mit dem Trennungskanal 310 einen Trennungsteilraum. Ein Einlaßtor 318, das aus einer Öffnung, die in der Abdec kungsplatte 316 laserablatiert ist, gebildet ist, ist kom munikativ mit dem stromaufwärts gelegenen Ende 308 des Tren nungskanals verbunden, wenn die Abdeckungsplatte über dem Säulensubstrat positioniert ist.

Die Säulenvorrichtung 304 umfaßt ferner einen Ausgleichs flußkanal 320, der in der planaren Oberfläche 312 laserab latiert ist. Ein Ausgleichsflußteilraum ist durch die Kombi nation der Abdeckungsplatte 316 und des Ausgleichsflußmikro kanals 320 gebildet. Der Ausgleichsflußkanal weist ein stromaufwärts gelegenes Ende 322 auf, das sich in Fluidkom munikation mit einem Ausgleichseinlaßtor 324 befindet, die eine Öffnung aufweist, die in der Abdeckungsplatte 316 la serablatiert ist, und angeordnet ist, um mit dem Ende zu kommunizieren, wenn die Abdeckungsplatte über dem Säulensub strat positioniert ist.

Der Verteiler 306 weist eine Mehrzahl von Toren auf, die konfiguriert sind, um den verschiedenen Öffnungen und Ein lässen zu entsprechen, die in der Abdeckungsplatte 316 vor handen sind, wenn der Verteiler zwischen Stellungen relativ zu der Säulenvorrichtung 304 bewegt wird. Bei einem speziel len Gerät weist der bewegbare Verteiler 306 einen Rotor auf, der mit einem Stator (nicht gezeigt) stumpf gekoppelt ist, der auf der Außenoberfläche der miniaturisierten Säulenvor richtung 304 vorhanden ist, wodurch der Rotor in der Lage ist, sich um den Stator zwischen ausgewählten Stellungen re lativ zu der Säulenvorrichtung zu bewegen. Wenn die Säulen vorrichtung in einem Polyimidsubstrat gebildet ist, ist ein Keramikrotor, der unter Verwendung einer Zugkraft (um eine flüssigkeitsdichte Dichtung zu bilden) an die Vorrichtung gedrückt wird, aufgrund der Reibungscharakteristika der zwei Materialien in der Lage, sich zwischen ausgewählten Öff nungsstellungen auf der Vorrichtung zu drehen. Andere ge eignete Rotoren können in starren Materialien, wie z. B. Glas und anderen nicht-leitfähigen Substraten, gebildet sein.

Es wird nun insbesondere auf Fig. 18 Bezug genommen. Der Verteiler 306 weist ein erstes Tor 326, ein zweites Tor 328, ein drittes Tor 330 und ein viertes Tor 332 auf, wobei jedes Tor konfiguriert ist, um eine zugeordnete Rohrleitungsein richtung 334, 336, 338 bzw. 340 aufzunehmen. Die Rohrlei tungseinrichtungen befinden sich in Fluidkommunikation mit zugeordneten Fluidbehältereinrichtungen (nicht gezeigt), derart, daß eine Fluidprobe, ein Reagenz oder ein Puffer zu verschiedenen Toren in dem Verteiler 306 für eine Lieferung in die Säulenvorrichtung 304 kommuniziert werden kann. Wenn sich bezugnehmend auf Fig. 18 und 19A der Verteiler 306 in einer ersten Stellung befindet, befindet sich das erste Ver teilertor 326 in Fluidkommunikation mit dem stromaufwärts gelegenen Ende 308 des Trennungskanals 310. In dieser Stel lung kann von einer zugeordneten Behältereinrichtung über die Rohrleitungseinrichtung 334 ein geeignetes flüssiges Me dium, wie z. B. ein Ausgleichspuffer oder eine Spüllösung, in den Trennungsteilraum (an dem stromaufwärts gelegenen Ende 308) geliefert werden. Ferner befindet sich, wenn sich der Verteiler in der ersten Stellung befindet, das dritte Verteilertor 330 in Fluidkommunikation mit dem stromaufwärts gelegenen Ende des Ausgleichsflußkanals 320. Folglich kann von der gleichen oder einer unterschiedlichen zugeordneten Behältereinrichtung über die Rohrleitungseinrichtung 338 ein geeignetes flüssiges Medium in den Ausgleichsflußteilraum (an dem stromaufwärts gelegenen Ende 322) geliefert werden.

Es wird nun auf Fig. 18 und 19B Bezug genommen. Wenn der Verteiler 306 um den Stator in Gegenuhrzeigersinnrichtung in eine zweite Stellung relativ zu der Säulenvorrichtung 304 gedreht worden ist, wird das vierte Verteilertor 332 in Fluidkommunikation mit dem stromaufwärts gelegenen Ende 308 des Trennungskanals 310 gebracht. Dementsprechend kann von einer zugeordneten Probenbehältereinrichtung über die Rohr leitungseinrichtung 340 (an dem stromaufwärts gelegenen Ende 308) ein Volumen oder ein aliquoter Teil einer flüssigen Probe in den Trennungsteilraum geliefert werden. Wenn der Verteiler in der zweiten Stellung angeordnet ist, werden das erste und das dritte Verteilertor 326 und 330 aus einer Fluidkommunikation mit dem Trennungsteilraum und dem Aus gleichsfluidteilraum gebracht, derart, daß über die Rohrlei tungseinrichtungen 334 und 338 kein flüssiges Medium mehr in diese Teilräume geliefert wird. Ferner ist in der zweiten Stellung das zweite Verteilertor 328 angeordnet, um sich in Fluidkommunikation mit dem stromaufwärts gelegenen Ende 322 des Ausgleichsfluidkanals 320 zu befinden, wobei von einer zugeordneten Probenbehältereinrichtung über die Rohrlei tungseinrichtung 336 ein flüssiges Reagenz oder ein er wärmtes Ausgleichsfluid in den Ausgleichsflußteilraum (an dem stromaufwärts gelegenen Ende 322) geliefert werden kann.

Dementsprechend kann unter Verwendung des Geräts 302 ohne weiteres eine Flüssigphasentrennung ausgeführt werden, wobei der Verteiler 306 ein Umschalten zwischen einem Stand-by-Mo dus bzw. einem Bereitschaftsmodus, wenn sich der Verteiler in der ersten Stellung befindet, und einem Trennungsmodus, wenn sich der Verteiler in der zweiten Stellung befindet, ermöglicht. Alternativ kann der im vorhergehenden beschrie bene Zweistellungsverteiler verwendet werden, um zwischen einer Probenanalysestellung, die dem entspricht, daß der Verteiler in der ersten Stellung angeordnet ist, und einer Probenladestellung, die dem entspricht, daß der Verteiler in der zweiten Stellung angeordnet ist, hin- und herzuwechseln. Der Verteiler 306 wird in die zweite Stellung (z. B. die Stellung, die in Fig. 19B angezeigt ist) umgeschaltet, um ein spezielles Volumen einer Probe in den Trennungsteilraum zu liefern. Sobald die Probe zugeführt worden ist, wird der Verteiler in Uhrzeigersinnrichtung um den Stator gedreht, um zu der ersten Stellung relativ zu der Säulenvorrichtung zu rück zu gelangen (z. B. die Stellung, die in Fig. 19C ange zeigt ist), um eine Flüssigphasentrennung der Probe durchzu führen.

Ferner wird von Fachleuten auf diesem Gebiet verstanden wer den, daß bewegbare Verteiler oder Mehrstellungsverteiler, wie z. B. der Verteiler 306, mit jeder miniaturisierten Säu lenvorrichtung, die hierin beschrieben ist, gekoppelt werden können, um ein Flüssigphasentrennungsgerät zu liefern. Folg lich können solche Verteiler mit Säulenvorrichtungen gekop pelt sein, die an der Vorrichtung befindliche Reservoire, Ausgleichsfluidteilräume, volumetrische Probenteilräume und Kombinationen aus denselben umfassen. Auf diese Art und Wei se wird eine selektive und/oder zeitweise Lieferung von Flu iden von zugeordneten Behältereinrichtungen in die verschie denen Teilräume einer miniaturisierten Säule unter Verwen dung der bewegbaren Verteiler, die im vorhergehenden be schrieben wurden, bewirkt.

Der bewegbare Verteiler kann in einer Vielzahl von Formen, wie z. B., aber nicht ausschließlich, einem länglichen fin gerförmigen Gehäuse oder Gleitstück, das zu entweder einer linearen Bewegung oder einer Drehbewegung zwischen einer Vielzahl von Stellungen in der Lage ist, einem kreisförmigen oder ovalförmigen Gehäuse, das zu einer Drehbewegung zwi schen Stellungen in der Lage ist, oder einem halbkreisförmi gen Gehäuse, das in der Lage ist, zwischen einer Vielzahl von Stellungen gedreht zu werden, konfiguriert sein. Der Verteiler kann ferner jegliche Anzahl von Toren umfassen, die in der Lage sind, mit externen Rohrleitungseinrichtungen zu kommunizieren, wobei zwei oder mehr der Tore ebenfalls in der Lage sein können, miteinander über laterale Zwischenver bindungstoreinrichtungen zu kommunizieren. Die Konfiguration des Verteilers und das Layout der Tore werden durch die aus gewählte Konfiguration des Trennungsteilraums, der zugeord neten an der Vorrichtung befindlichen Teilräume, der Fluid leitungseinrichtung und der Einlaßtore und Öffnungen, die mit diesen Elementen kommunizieren, allgemein vorgeschrieben sein.

Es kann ein Flüssigphasentrennungsgerät vorgesehen sein, das einen bewegbaren Verteiler aufweist, wobei der Verteiler mit einem an der Vorrichtung befindlichen volumetrischen Proben teilraum (z. B. einem abgedeckten Nebenleitungskanal, der sich in Fluidkommunikation mit einer Einlaß- und Auslaßein richtung befindet, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde) zusammenwirkt, um die Lieferung eines Probenpropfens eines bekannten Volumens von dem Probenteilraum zu dem stromaufwärts gelegenen Ende eines Trennungsteilraums zu er möglichen. Der Verteiler ist mit einer miniaturisierten Säu lenvorrichtung abnehmbar gekoppelt und in einer ersten Stel lung derart angeordnet, daß externe Rohrleitungen, die in nerhalb zweier Tore des Verteilers angeordnet sind, (über die Einlaß- und Auslaßeinrichtung) eine dynamische Fluidkom munikation zwischen dem Probenteilraum und einer zugeord neten Probenbehältereinrichtung ermöglichen. Durch den dyna mischen Fluß der Probe durch den Teilraum wird ein Proben propfen mit einem Volumen gebildet, der den Abmessungen des volumetrischen Probenteilraums entspricht. Durch Bewegen des Verteilers in eine zweite Stellung werden unterschiedliche Tore in dem Verteiler in Fluidkommunikation mit dem Einlaß und Auslaß des volumetrischen Probenteilraums gebracht, wo durch diese Tore den Fluß eines extern untergebrachten flüs sigen Mediums durch den Probenteilraum und in den Trennungs teilraum über zugeordnete Rohrleitungen und/oder laterale Tore in dem Verteiler ermöglichen. Auf diese Art und Weise kann der Probenpropfen, der innerhalb des volumetrischen Probenteilraums angeordnet ist, ohne weiteres unter Verwen dung von bekannten Flüssigkeitseinspritztechniken in den Trennungsteilraum geliefert werden.

Es kann ferner ein Gerät vorgesehen werden, das einen beweg baren Verteiler aufweist, der einen internen volumetrischen Probenteilraum aufweist. In Fig. 20 und 21 ist ein Flüssig phasentrennungsgerät allgemein mit 352 angezeigt. Das Gerät umfaßt eine miniaturisierte Säulenvorrichtung 354 mit einem Substratabschnitt 356 und einer Abdeckungsplatte 358. Ein Trennungskanal 360 ist in einer planaren Oberfläche des Sub stratabschnitts 356 laserablatiert. Der Trennungskanal weist ein stromaufwärts gelegenes Ende 362 auf, das in geringer Entfernung zu den drei getrennten laserablatierten Mikroka nälen 364, 366 und 368 angeordnet ist, die ebenfalls in dem Substratabschnitt 356 gebildet sind. Der Mikrokanal 364 weist ein erstes und ein zweites Ende auf, die mit 370 bzw. 372 angezeigt sind. Entsprechend weist der Mikrokanal 366 ein erstes und ein zweites Ende 374 und 376, und der Mikro kanal 368 ein erstes und ein zweites Ende 378 und 380 auf.

Ein Trennungsteilraum wird durch Anordnen der Abdeckungs platte 358 über der planaren Oberfläche des Substratab schnitts 356 gebildet. Die Abdeckungsplatte umfaßt eine Mehrzahl von Öffnungen, die angeordnet sind, um mit dem Trennungsabschnitt und den Mikrokanälen 364, 366 und 368 eine Fluidkommunikation zu liefern, wenn sich die Abdec kungsplatte an Ort und Stelle über dem Substrat befindet. Insbesondere befinden sich laserablatierte Öffnungen 382 und 390 in Fluidkommunikation mit dem ersten und zweiten Ende 370 bzw. 372 des Mikrokanals 364, um einen ersten Flußweg zu liefern. Laserablatierte Öffnungen 384 und 392 befinden sich in Fluidkommunikation mit dem ersten und dem zweiten Ende 378 bzw. 380 des Mikrokanals 368, um einen zweiten Flußweg zu liefern. Ein dritter Flußweg wird durch Öffnungen 388 und 394 geliefert, die sich in Fluidkommunikation mit dem ersten und dem zweiten Ende 374 bzw. 376 des Mikrokanals 366 be finden. Eine Öffnung 386 befindet sich in Fluidkommunikation mit dem stromaufwärts gelegenen Ende 362 des Trennungskanals 360.

In Fig. 22 und 23 ist eine bewegbare Verteilereinrichtung 396 mit der Abdeckungsplatte 358 gekoppelt, um unter Ver wendung von bekannten Abdichtungstechniken eine flüssig keitsdichte Schnittstelle zu bilden. Es wird darauf hinge wiesen, daß, obwohl die Verteilereinrichtung 396 in einer länglichen Konfiguration abgebildet ist, der Verteiler in einer großen Vielzahl von geeigneten Konfigurationen vorge sehen sein kann, wie es im vorhergehenden erwähnt wurde. Die Verteilereinrichtung 396 umfaßt ein erstes, zweites und drittes Tor, die mit 398, 400 bzw. 402 angezeigt sind, wobei jedes Tor mit einer externen Rohrleitungseinrichtung zusam menwirken kann, die mit 404, 406 bzw. 408 angezeigt sind. Die Verteilereinrichtung 396 umfaßt einen internen volume trischen Probenteilraum 410, der einen allgemein U-förmigen Teilraum mit einem ersten und einem zweiten Ende aufweist, die mit 412 bzw. 414 angezeigt sind.

In einer ersten Stellung relativ zu der Säulenvorrichtung 354 ist der Verteiler 396 derart angeordnet, daß sich das Verteilertor 398 in Fluidkommunikation mit der Öffnung 390, das erste Ende 412 des internen Probenteilraums in Fluidkom munikation mit der Öffnung 382, das zweite Ende 414 des in ternen Probenteilraums in Fluidkommunikation mit der Öffnung 384 und das Verteilertor 400 in Fluidkommunikation mit der Öffnung 392 befindet. In dieser ersten Stellung ermöglicht der Verteiler 396, daß ein durchgehender Flußweg eingerich tet wird, wenn die Rohrleitungseinrichtung 404 mit einer zu geordneten Behältereinrichtung, die eine Probe unterbringt, kommunikativ verbunden wird. Insbesondere wird die Probe über die Rohrleitungseinrichtung zu dem Mikrokanal 364 ge liefert, an den volumetrischen Probenteilraum 410 weiterge leitet und durch den Mikrokanal 368 weitergeführt, wobei die selbe das Gerät über die Rohrleitungseinrichtung 406 ver läßt. Folglich wird durch das dynamische Hindurchtreten ei ner Probe durch den volumetrischen Probenteilraum ein Pro benpropfen innerhalb desselben gebildet.

Sobald ein Probenpropfen in dem Probenteilraum 410 gebildet worden ist, kann der Verteiler in eine zweite Stellung rela tiv zu der Säulenvorrichtung 354 bewegt werden, indem der Verteiler in Gegenuhrzeigersinnrichtung um ein Gelenk (nicht gezeigt) gedreht wird, um das Verteilertor 402 in Fluidkom munikation mit der Öffnung 394 zu bringen. Ferner wird das zweite Ende 414 des internen Probenteilraums in Fluidkommu nikation mit der Öffnung 388 und das erste Ende 412 des in ternen Probenteilraums in Fluidkommunikation mit der Öffnung 386 gebracht. In dieser Stellung kann der Probenpropfen ohne weiteres von dem volumetrischen Probenteilraum und in den Trennungsteilraum gespült werden, indem von einer externen Behältereinrichtung durch den Verteiler über die Rohrlei tungseinrichtung 408 ein flüssiges Medium geleitet wird, wo durch das Medium die Öffnung 394 durchläuft, um durch den Mikrokanal 366 zu fließen, wobei dasselbe durch den Proben teilraum 410 weiterläuft und durch die Öffnung 386 zu dem stromaufwärts gelegenen Ende 362 des Trennungskanals 360 fließt.

Einen Vorteil, den der Rotor über herkömmliche Kanäle auf weist, die für Reservoire offen sind, ist die Möglichkeit des Hinein- und Hinausschaltens einer Membran. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, wird meistens eine Membran in Kombination mit ITP verwendet, um den Elektroosmosefluß zu stoppen. Ein Nachteil einer solchen Verwendung von Mem branen bei einem herkömmlichen ITP-System besteht jedoch da rin, daß die Vorrichtung nicht mehr gespült werden kann, da die Membranen den Kanal blockieren. Die Verwendung eines Ro tors, wie er hierin beschrieben wird, kann dieses Problem überwinden. Eine Rotorstellung kann verwendet werden, um ei ne Membran in den Fluidflußweg einzufügen, um auf diese Wei se einen Fluß während der Analyse zu verhindern, während ei ne weitere Rotorstellung eine offene Verbindung aufweisen kann, um zum Spülen des Probenflußteilraums verwendet zu werden.

Eine externe Hardware kann verendet werden, um eine mecha nische Ventilhandhabung für eine umlenkbare Kommunikation von verschiedenen zugeordneten Behältereinrichtungen, die z. B. eine Elektrolytlösung, eine Spüllösung oder die flüssige Probe enthalten, mit der Säulenvorrichtung über die Vertei lereinrichtung zu liefern. Folglich können eine Vielzahl von Einspritzverfahren verwendet werden, einschließlich der Druckeinspritzung, der hydrodynamischen Einspritzung oder der elektrokinetischen Einspritzung. Die Rohrleitungsein richtung und jegliche zugeordnete Ventil- und Einspritzein richtung können mit der Trennungsvorrichtung durch die Ver teilereinrichtung kommunizieren, oder dieselben kommunizieren direkt mit der Trennungsvorrichtung durch eine stum pfe Kopplung der Öffnungen; es kann jedoch auch jegliches andere geeignete Verfahren zur Verbindung, das in der Tech nik bekannt ist, ohne weiteres an der Erfindung angewendet werden. Es wird ferner darauf hingewiesen, daß zahlreiche andere Probeneinbringungs- und Fluidschnittstellenverbin dungsentwürfe ausgeführt werden können und dabei immer noch in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Die vorliegende Erfindung kombiniert die im vorhergehenden beschriebene Technologie einer miniaturisierten Vorrichtung mit einer CCD-Einrichtung in einer einzigen hergestellten Vorrichtung zur Analyse von ionischen Spezies, die in einer Probe vorhanden sind. Die miniaturisierte Vorrichtung weist eine CCD-Einrichtung auf, die an bestimmten Positionen ent lang eines Probenprozessierungsteilraums positioniert ist. Die Erfassungseinrichtung kann eine planare Erfassungsein richtung oder eine Spulenerfassungseinrichtung sein, die di rekt in der Trennungsvorrichtung hergestellt ist, wie es in Fig. 24 bzw. Fig. 25 im folgenden gezeigt und in dem Bei spiel, das folgt, offenbart ist. Alternativ ist die CCD-Ein richtung in einer einfügbaren modularen Struktur gebildet.

Die CCD-Einrichtung kann als ein integriertes Bauglied eines Trägerkörpers oder als eine Anschlußelement an dem Träger körper auf eine Vielzahl von Weisen gebildet sein, die eine Elektrodengeometrie, die in der Technik wohlbekannt ist, liefern. Der Schnittstellenbereich zwischen den Elektroden und dem Fluid wird vorzugsweise maximiert. Dies ermöglicht eine optimierte Signalübertragung zwischen dem Fluid und der Erfassungseinrichtung.

Jegliche Geometrie von Antennen, z. B. Emissionselektroden und Aufnahmeelektroden, die die Messung von Leitfähigkeits änderungen der Probe in dem Probenprozessierungsteilraum oder dem Probenflußkanal ermöglicht, kann bei der Vorrich tung verwendet werden. Üblicherweise verwendete Elektroden geometrien und zugeordnete Schaltungsanordnungen sind in Gas u. a. (1980), s. o., Vacék u. a. (1985), s. o., Zemann u. a. (1998), s. o., und Da Silva u. a. (1998), s. o., darge stellt. Ein exemplarisches schematisches Diagramm einer CCD- Einrichtung ist in Fig. 24 dargestellt. Grundlage der Erfas sungseinrichtung bildet eine kontaktlose kapazitive Hochfre quenzzelle, die durch vier Elektroden gebildet ist, die an der Oberfläche des Substrats angebracht sind, die der Ober fläche gegenüber liegt, in der der Mikrokanal einleitend ge bildet wird. Obwohl Fig. 24 eine Leitfähigkeitserfassungs einrichtung darstellt, bei der alle vier Elektroden auf der selben Oberfläche des Substrats positioniert sind, soll die se Geometrie nicht als begrenzend angesehen werden. Bei ei ner Vorrichtung beispielsweise, die aus einer ersten und ei ner zweiten Trägerkörperhälfte hergestellt ist, von denen jede eine erste Oberfläche, in der ein Mikrokanal gebildet ist, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüber liegt, aufweisen wird, können die vier Elektroden in der zweiten Oberfläche der ersten Trägerkörperhälfte po sitioniert sein, oder eine oder mehrere Elektroden können in der zweiten Oberfläche der zweiten Trägerkörperhälfte posi tioniert sein.

Bezugnehmend auf Fig. 24 wird nun ein Trägerkörper 500 mit einem Mikrokanal 502, der in demselben mikrohergestellt ist, dargestellt. Ein Probenprozessierungsteilraum kann aus einem Mikrokanal 502 unter Verwendung einer Abdeckungsplatte, wie es in Fig. 1 und 4 dargestellt ist, oder unter Verwendung einer zweiten Trägerkörperhälfte, in der ein Mikrokanal mi krohergestellt ist, der ein Spiegelbild des Mikrokanals in der ersten Trägerkörperhälfte ist, wie es in Fig. 10, 13 oder 14 dargestellt ist, gebildet sein. Emissionselektroden 504 und 506 sind über Leiterbahnen 508 und 510 mit einem Hochfrequenzsignalgenerator 512 bzw. einer Hochfrequenzsi gnalerzeugungseinrichtung 512 verbunden. Das Signal, das von der kapazitiven Zelle 514 empfangen wird, wird durch Auf nahmeelektroden 516 und 518 empfangen, die wiederum über Leiterbahnen 520 und 522 mit einem Empfänger/Verstärker 524 verbunden sind, von dem aus das Signal einem Aufzeichnungsgerät 526 zugeführt wird.

Die Verteilung des elektromagnetischen Felds ist durch die Permittivität, die Permeabilität und die Leitfähigkeit des Mediums bestimmt. Wenn die Zonen der ionischen Spezies den Detektor durchlaufen, wird hauptsächlich die Leitfähigkeit des Mediums in dem Detektor geändert; die Änderungen der Permittivität und Permeabilität bei verdünnten wässrigen Lö sungen ist vernachlässigbar. Für einen gegebenen Bereich ei ner gemessenen Konzentration und für eine gegebene kapazi tive Zelle kann die optimale Frequenz derart ausgewählt wer den, daß die größtmöglichen Änderungen des Signals, das zu dem Empfänger gelangt, auf Änderungen der Leitfähigkeit der Lösung in dem Probenprozessierungsteilraum ansprechen wür den. Alle Leiterbahnen sind geeignet abgeschirmt. Die Opti mierung der Parameter des Detektors wird in Gas u. a. (1980), s. o., und den darin zitierten Bezugnahmen beschrie ben. Ein schematisches Diagramm der elektronischen Komponen ten einer CCD-Einrichtung wird in Gas u. a. (1980), s. o., geliefert.

Fig. 25 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer CCD-Einrichtung dar, die auf dem basiert, was in Zemann u. a. (1998), s. o., beschrieben ist. Der kapazitiv gekop pelte Leitfähigkeitsdetektor, wie er dargestellt ist, weist zwei zylindrische leitende Oberflächen (Elektroden) 528 und 530 auf, die in den Trägerkörpern um den Mikrokanal 532 her um gebildet sind, der, wie es zu Beispielszwecken in Fig. 25 dargestellt ist, durch gegenüberliegende Anordnung von spie gelbildlichen Trägerkörper 534 und 536 gebildet ist. Die Länge der Elektroden kann von etwa 15 µm bis zu etwa 10 mm variiert werden, was eine unterschiedliche Verstärkung er fordern wird, um gleiche Signalintensitäten zu erzielen. Die Elektroden sind über Leiterbahnen 538 und 540 mit einer ge eigneten elektronischen Schaltungsanordnung 542, z. B. durch einen Widerstand mit einem Oszillator, verbunden. Ein Span nungsabfall wird beobachtet, der zu einem Gleichstrom ver stärkt und gleichgerichtet wird. Nach der Gleichrichtung wird dem Eingang eines AD-Wandlers, der Teil des Daten-Er fassungs- und -Verarbeitungs-Systems 544 sein kann, eine Gleichspannung zugeführt. Jeglicher herkömmlicher Inte grierer oder anderer AD-Wandler kann jedoch ebenfalls ver wendet werden. Zwischen den zwei Elektroden ist ein Erfas sungszwischenraum 546 aufgebaut. Die Länge des Erfassungs zwischenraums 546 hängt von der Länge des Mikrokanals und der erforderlichen Trennungseffizienz ab. Falls der Erfas sungszwischenraum zu schmal ist, kann zwischen den Elektro den eine kapazitive Übertragung auftreten. Mehr Details über den Aufbau und die Funktionsweise eines Detektors, wie er in Fig. 25 dargestellt ist, kann in Zemann u. a. (1998), s. o., vorgefunden werden.

Die Elektroden können direkt auf einem nicht-metallisierten Abschnitt des Trägerkörpers gebildet sein. Vertiefungen oder "Durchkontaktierungen" sind in dem Substrat erzeugt und mit einem leitfähigen Material gefüllt. Alternativ können die Elektroden Teil von Ummantelungen sein, die verwendet wer den, um die schließliche Mikroanalysevorrichtung oder zu sätzliche Elektroden-"Chips" zu bilden, die an der Außen oberfläche bzw. den Außenoberflächen der Vorrichtung befes tigt sind.

In Fig. 5 Bezug können die CCD-Elektroden, wie es hierin be schrieben ist, in und/oder auf einer ersten transparenten Lage 38 vorgesehen sein. Alternativ können die Elektroden in und/oder auf einer ersten transparenten Lage 38 und in oder auf einer zweiten transparenten Lage 40 vorgesehen sein. Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann eine dritte Lage (nicht dargestellt), die der ersten transparen ten Lage 38 entspricht, in einer Position, die derjenigen der ersten transparenten Lage 38 entspricht, sich aber unter der zweiten transparenten Lage befindet, positioniert sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Elektroden in und/oder auf der ersten und/oder der zweiten transparenten Lage plaziert sein. Die erste, zweite und/oder dritte trans parente Lage können mit dem Trägerkörper unter Verwendung der Öffnungen-und-Stift-Einrichtung, die im vorhergehenden beschrieben wurde, ausgerichtet werden.

In Fig. 7A können die Elektroden, wie es hierin offenbart wird, in und/oder auf der ersten und zweiten transparenten Lage, die mit 82 bzw. 84 angezeigt ist, vorgesehen sein. In Fig. 8A und Fig. 8B können die Elektroden, wie es hierin of fenbart wird, beispielsweise in und/oder auf dem ersten Ab deckungsplattenabschnitt 88A und/oder dem zweiten Abdec kungsplattenabschnitt 88C vorgesehen sein. In Fig. 11 können die Elektroden, wie es hierin offenbart wird, beispielsweise in und/oder auf den Außenoberflächen der ersten und/oder der zweiten Komponentenhälfte 106 und 108 vorgesehen sein. In Fig. 14 können die Elektroden, wie es hierin offenbart wird, beispielsweise in und/oder auf den Außenoberflächen der er sten und/oder der zweiten Trägerkörperhälfte, die mit 154 bzw. 156 angezeigt sind, vorgesehen sein. Komponenten, in denen Elektroden vorgesehen sind, können mit dem Trägerkör per oder anderen Komponenten der Mikroanalysevorrichtung un ter Verwendung der im vorhergehenden beschriebenen Öff nungen-und-Stift-Einrichtung ausgerichtet werden.

Ein wichtiger Aspekt beim Bilden des Fluidkanals, der bei der CCD-Einrichtung verwendet werden soll, besteht darin, sehr dünne Wände zwischen dem Fluid in dem Kanal und der zur Erfassung verwendeten Antenne zu erzeugen. Zusätzlich ist vorzugsweise der Kontaktbereich zwischen der Elektrode und dem Fluid in dem Probenflußteilraum maximiert. Obwohl es mehrere Arten und Weisen gibt, auf die dies durchgeführt werden kann, wie es ein Fachmann auf diesem Gebiet ohne wei teres erkennen werden wird, werden im folgenden zu Veran schaulichungszwecken drei von diesen beschrieben.

Ein Lösungsansatz betrifft die herkömmlichen Verfahren, die in der Technik wohlbekannt sind und im vorhergehenden be schrieben wurden. Dies ergibt typischerweise eine Vorrich tung, bei der der Fluidkanal in der Mitte ist, und die eine gefaltete Struktur aufweist, die denselben bedeckt, wie es beispielsweise in Fig. 8 dargestellt und in dem zugehörigen Text beschrieben ist. Ein Nachteil dieses Lösungsansatzes besteht darin, daß die verbleibenden Wände ziemlich dick, d. h. größer als 50 µm, sind. Eine Art und Weise, um die Wand dicke zu reduzieren, besteht darin, Laserablation zu ver wenden, um Gräben in dem Substrat zu erzeugen, die sich in geringer Entfernung zu dem Kanal befinden, und um die Elek troden in den Gräben zu plazieren.

Alternativ kann der Kanal in einem Substrat, z. B. Polyimid, ablatiert werden, das ausreichend dünn ist, so daß der Kanal nahezu durch das Substrat ablatiert ist, derart, daß ledig lich eine dünne Wand verbleibt. Die Vorrichtung wird darauf hin mit einem Abdeckungsüberzug, wie es beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, bedeckt, wobei der Abdeckungsüberzug ebenfalls ein dünnes Stück aus beispielsweise Polyimid ist. Dies liefert einen Kanal, der durch dünne Wände begrenzt ist, wobei sich die Elektroden, die auf der Außenoberfläche des Substrats plaziert werden, und der Abdeckungsüberzug in geringer Entfernung zu dem Fluid in dem Kanal befinden wer den.

Ein zusätzlicher Lösungsansatz umfaßt die im vorhergehenden erwähnte Prozedur, wobei vor dem Plazieren des Abdeckungs überzugs über dem Kanal an dem Erfassungspunkt ein Durchfüh rungsloch in das Substrat ablatiert wird. Das mikroherge stellte Substrat wird nun zwischen den zwei Abdeckungsüber zügen angeordnet, woraus sich eine Vorrichtung ergibt, bei der sich die Wände an dem Erfassungspunkt äquidistant zu dem Kanal befinden.

Bei einem weiteren Lösungsansatz kann die Elektrode in dem Substrat hergestellt sein, um den Probenflußteilraum näher zu berühren.

Zusätzlich kann der Elektrodenprobenflußteilraumkontaktbe reich optimiert werden, indem ein Kanal mit einer größeren Breite als Tiefe relativ zu einem Elektrodenort oberhalb und/oder unterhalb des Kanals gebildet wird.

Fig. 26 ist ein schematisches Diagramm des Betriebs eines Ausführungsbeispiels eines miniaturisierten Ionenanalysesys tems, das eine CCD-Einrichtung für eine Ionenanalyse einer Probe in dem Probenprozessierungsteilraum unter Verwendung von Isotachophorese verwendet. Es wird betont, daß die Kon figuration, die in Fig. 26 dargestellt ist, lediglich für Veranschaulichungszwecke vorgesehen ist, und nicht vorge sehen ist, um auf irgendeine Weise begrenzend zu wirken. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, daß die Plazierung der Pufferreservoire und/oder der CCD-Einrichtung abhängig von der speziellen Anwendung, für die die Vorrichtung ver wendet werden soll, variieren kann.

In Fig. 26A-F weist die Vorrichtung, die allgemein mit 600 angezeigt ist, einen Probenflußteilraum 602 mit einem ersten 604 und einem zweiten 606 Ende auf. Das erste Ende 604 be findet sich in Fluidkommunikation mit einem Reservoir 608, das eine Quelle eines Endelektrolyts enthält. Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl in Fig. 26 ein an der Vorrichtung befindliches Reservoir dargestellt ist, das erste Ende 604 auch mit einer nicht an der Vorrichtung befindlichen Quelle eines Endelektrolyts verbunden sein kann. Ein zweites Ende 606 befindet sich in Fluidkommunikation mit einem Reservoir 610, das als eine Quelle eines Führungselektrolyts oder als ein Abfallreservoir dienen kann; bei dem Ausführungsbei spiel, das in Fig. 26 gezeigt ist, dient das Reservoir 610 als ein Führungselektrolytquellreservoir. Wiederum kann das Ende 606 wahlweise mit einem externen Reservoir verbunden sein. Der Probenflußteilraum 602 befindet sich über Proben flußteilräume 618, 620 und 622 ebenfalls in Fluidkommunika tion mit Reservoiren 612, 614 und 616. Bei dem Ausführungs beispiel, das in Fig. 26 dargestellt ist, dient das Reser voir 612 als eine Abfallaufnahmevorrichtung, das Reservoir 614 als eine Quelle einer Probe und 610 als eine Quelle ei nes Führungselektrolyts. Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, kann der Probenflußteilraum 602 wahlweise über die Probenflußteilräume 618, 620 und 622 oder durch eine alter native Einrichtung mit nicht an der Vorrichtung befindlichen Reservoiren verbunden sein, die den Zweck der Reservoire 612, 614 und 616 übernehmen. Das in Fig. 26 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist CCD-Einrichtungen 624 und 626 auf, die zur Erfassung von ionischen Spezies, die in dem Probenflußteilraum 602 vorhanden sind, positio niert sind. Insbesondere ist die Leitfähigkeitserfassungs einrichtung 624 stromaufwärts bezüglich des Punkts positio niert, an dem das Führungselektrolyt in den Teilraum einge bracht werden kann, d. h. stromaufwärts bezüglich der Ver bindung zwischen dem Probenflußteilraum 602 und dem Proben flußteilraum 622. Die Leitfähigkeitserfassungseinrichtung 626 ist direkt stromaufwärts bezüglich des Endes 606 posi tioniert. Bei dem in Fig. 26 dargestellten Ausführungsbei spiel kann der Fluß von Fluiden aus den Reservoiren 608 bis 606 oder in die Reservoire 608 bis 606 durch geeignete an der Vorrichtung befindliche mechanische Ventileinrichtungen gesteuert werden. Die Reservoire 608, 610 und 616 sind da rüber hinaus mit Quellen verbunden, durch die je nach Wunsch ein Strom an das Fluid in dem Probenflußteilraum 602 ange legt wird.

Bei dem Betrieb des in Fig. 26 dargestellten Ausführungsbei spiels der Erfindung wird, wobei die Reihenfolge der Schrit te dieses Betriebs natürlich veränderbar sind, der stromab wärts gelegene Abschnitt des Probenflußteilraums 602 mit ei nem Führungselektrolyt gespült, indem das Führungselektrolyt 610 durch den Probenflußteilraum 602 in das Abfallreservoir 608 (Fig. 26A) eingebracht wird. Der stromaufwärts gelegene Abschnitt des Probenflußteilraums 602 wird mit einem End elektrolyt gespült, indem das Endelektrolyt von dem Reser voir 608 durch den Probenflußteilraum 602 in das Abfallre servoir 612 (Fig. 26B) eingebracht wird. Ein Proben-"Pro pfen" wird daraufhin in den Probenflußteilraum 602 einge bracht, um sich in einem Fluid- und Ionenkontakt mit dem Endpuffer zu befinden, indem die Probe von dem Reservoir 614 durch die Probenflußteilräume 618 und 620 in das Abfallreservoir 612 (Fig. 26C) eingebracht wird. Schließlich wird das Führungselektrolyt in den Probenflußteilraum 602 einge bracht, um sich in einem Fluid- und Ionenkontakt mit dem Probenpropfen zu befinden, indem das Elektrolyt aus dem Re servoir 610 durch die Probenflußteilräume 602 und 618 in das Abfallreservoir 612 eingebracht wird.

Es können ein wahlweiser Vortrennungsschritt, ein wahlweiser Vorkonzentrierungsschritt und ein wahlweiser Probenidentifi zierungsschritt umfaßt sein, die dem schließlichen Analyse trennungsschritt vorangehen. In Hinblick auf die Wünschbar keit des Durchführens eines Vortrennungsschritts, falls bei spielsweise eine Probe bekanntermaßen in einer geringen Men ge relativ zu anderen ionischen Spezies aus dem interessier enden ionischen Analysestoff besteht, kann eine Einspritzung mit großem Volumen der Probe vorgenommen werden, indem eine Vorrichtung mit einem Vortrennungsflußteilraum mit einer großvolumigen Kapazität als Teil des Probenflußteilraums 602 verwendet wird. Daraufhin kann ein Strom an den Stapel der ionischen Spezies innerhalb der Probe in dem Vortrennungs flußteilraum mit großvolumiger Kapazität angelegt werden, wobei die Komponente mit großer Menge an der CCD-Einrichtung 624 erfaßt und identifiziert wird, die unmittelbar stromab wärts bezüglich des Vortrennungsflußteilraums mit großvolu miger Kapazität positioniert ist, und zu dem Reservoir 616 abgelassen wird, wie es in Fig. 26E und Fig. 26F dargestellt ist. Nach dem Umschalten des Grundpunkts auf das Reservoir 610 wird der Teil des Probenpropfens, der verbleibt, nachdem die Hauptkomponente als Abfall abgelassen ist, unter Verwen dung der CCD-Einrichtung 626 einer analytischen Trennung, einer Erfassung, einer Quantisierung und Identifizierung ba sierend auf der Leitfähigkeit unterzogen, wie es in Fig. 26F dargestellt ist.

Es kann beispielsweise wünschenswert sein, die ionischen Säuren zu analysieren, die in Orangensaft vorhanden sind. Die Menge an Citrat in dem Orangensaft ist jedoch aus reichend groß, um die Fähigkeit des Systems, mehr Nebenkomponenten bzw. geringere Komponenten in dem Orangensaft zu erfassen, überwiegt. Folglich können in einer Reihe von Vor behandlungsschritten die ionischen Spezies in dem Orangen saft gestapelt und durch Leiten der vorgestapelten ionischen Spezies an einer ersten CCD-Einrichtung vorbei identifiziert werden. Hiernach kann die Citratkomponente des Orangensafts als Abfall abgelassen werden. Die verbleibenden Komponenten werden daraufhin den Schritten der analytischen Trennung, der Identifizierung und Quantifizierung unterzogen, indem der Grundpunkt, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, geändert wird, die verbleibenden Spezies neu gestapelt und der Stapel an einer zweiten CCD-Einrichtung vorbeigeleitet wird.

Bei dem im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung in einem Prozeß mit zumindest zwei Stu fen verwendet, einer Voranalyse/Probenprozessierungs-Stufe, die die Vortrennung, die Vorkonzentrierung und/oder Proben identifizierung umfassen kann, und einer analytischen Stufe, bei der der interessierende Analysestoff in der Probe er faßt, identifiziert und quantifiziert wird. Beide dieser Stufen sind als Isotachophoreseprozesse beschrieben worden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in Fig. 27A -F dargestellt ist, kann die Vorrichtung, die allgemein mit 700 angezeigt ist, bei einem Modus verwendet werden, bei dem die analytische Stufe beispielsweise in einem Kapillarzonen elektrophoresemodus abläuft. Folglich umfassen die anfäng lichen Schritte des Betriebs das Spülen des Probenflußteil raums 702 mit dem Endelektrolyt, wie es in Fig. 27A (von dem Reservoir 710 zu dem Abfallreservoir 712) und in Fig. 27B (von dem Reservoir 708 zu dem Abfallreservoir 712) darge stellt ist, das Einbringen eines Proben-"Propfens", wie es in Fig. 27C dargestellt ist (von dem Reservoir 714 zu dem Abfallreservoir 712), und das Spülen des Systems mit dem Führungselektrolyt, wie es in Fig. 27D dargestellt ist (von dem Reservoir 716 zu dem Abfallreservoir 712), wobei die ionischen Spezies gestapelt und getrennt werden, wie es in Fig. 27E dargestellt ist. Schließlich wird die analytische Trennung in einem Kapillarzonenelektrophoresemodus erzielt, bei dem die Führungs- und Endelektrolyte, die sich in einem Flüssigkeits- und Ionenkontakt mit dem schließlichen Proben propfen befinden, die selben sind. Die Grundsätze der Zonen elektrophorese im allgemeinen und der Kapillarzonenelektro phorese im speziellen und eine Anleitung für den Entwurf solcher analytischen Verfahren können in Landers u. a., "Handbook of Capillary Electrophoresis" (CRC Press, 2. Aus gabe), nachgeschlagen werden.

Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Vorrich tung, die hierin offenbart und beansprucht ist, ist in Fig. 28 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung, die allgemein mit 800 angezeigt ist, einen Pro benflußteilraum 802 mit einem ersten 804 und einem zweiten 806 Ende auf. Das erste Ende 804 befindet sich in Fluidkom munikation mit einem Reservoir 808, das eine Quelle eines Endelektrolyts enthält. Es wird darauf hingewiesen, daß, ob wohl in Fig. 28 ein an der Vorrichtung befindliches Reser voir dargestellt ist, das Ende 804 auch mit einer nicht an der Vorrichtung befindlichen Quelle eines Endelektrolyts verbunden sein kann; bei dem in Fig. 28 dargestellten Aus führungsbeispiel dient das Reservoir 810 als ein Führungs elektrolytquellreservoir. Das zweite Ende 806 befindet sich in Fluidkommunikation mit dem Reservoir 810, das als eine Quelle des Führungselektrolyts oder als ein Abfallreservoir dienen kann. Wiederum kann das Ende 806 wahlweise mit einem externen Reservoir verbunden sein. Der Probenflußteilraum 802 befindet sich über Probenflußteilräumen 818, 820 und 822 ebenfalls in Fluidkommunikation mit Reservoiren 812, 814 und 816. Bei dem in Fig. 28 dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Reservoir 812 als eine Abfallaufnahmevorrichtung, das Reservoir 814 als eine Quelle einer Probe und 810 als eine Quelle eines Führungselektrolyts. Wie es im vorher gehenden erwähnt wurde, kann der Probenflußteilraum 802 über Probenflußteilräume 818, 820 und 822 oder durch eine alter native Einrichtung wahlweise mit nicht an der Vorrichtung befindlichen Reservoiren verbunden sein, die die Zwecke der Reservoire 812, 814 und 816 übernehmen. Das in Fig. 28 dar gestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung weist CCD-Ein richtungen 824, 826 und 828 auf, die zur Erfassung ionischer Spezies, die in dem Probenflußteilraum 802 vorhanden sind, positioniert sind. Insbesondere ist die Leitfähigkeitserfas sungseinrichtung 828 in der Nähe des Punkts positioniert, an dem der Probenpropfen in den Probenflußteilraum eingebracht wird. Das Verfahren zum Verwenden dieses speziellen Ausfüh rungsbeispiels umfaßt das Spülen der Probe durch die Erfas sungseinrichtung vor der analytischen Trennung, um die Leit fähigkeit der Probe zu bestimmen. Falls es vor der analy tischen Trennung, der Erfassung, der Quantisierung und Identifizierung wünschenswert ist, kann folglich die Probe verdünnt oder die Leitfähigkeit auf andere Weise eingestellt werden, damit dieselbe innerhalb des Leitfähigkeitsbereichs liegt, der für die analytische Trennung optimal ist. Ein zu sätzliches Reservoir, das eine Quelle eines Verdünnungsmit tels enthält, die durch einen Nebenprobenflußteilraum mit dem Hauptprobenflußteilraum verbunden ist, kann je nach Be darf in dem Substrat mikrohergestellt werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von CCD-Einrichtungen entlang des Probenflußteilraums positio niert sein, um den Zustand der Trennung aufzunehmen, während dieselbe fortschreitet. Ein solcher Lösungsansatz kann ver wendet werden, um zu bestimmen, ob die Trennung abgeschlos sen ist, um physische Parameter, wie z. B. die Beweglichkeit der Ionen in der Probe für eine Identifizierung derselben, zu erhalten, oder um den EOF zu messen.

Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung konfiguriert sein, um eine Optimierung der Ionenanalyse für einen Analysestoff, der in einer geringeren oder in der geringsten Menge in der Probe vorhanden ist, zu ermöglichen. Bei der ITP ergibt das Stapeln zwischen dem Führungs- und dem Endelektrolyt von ionischen Spezies in ei ner Probe getrennte Bänder, von denen jedes eine unter schiedliche und charakteristische Leitfähigkeit aufweist. Die Länge des Bandes für eine gegebene Spezies, d. h. die Zeitdauer, die erforderlich ist, damit die Vorderkante und die Hinterkante eines Bandes an der Erfassungseinrichtung vorbei läuft, hängt nicht von der Konzentration der ionischen Spezies in diesem Band, sondern von der Menge der ionischen Spezies in demselben ab. Folglich würde bei spielsweise eine Spezies, die in einer relativ geringen Men ge in der Probe vorhanden ist, ein relativ schmales Band liefern. Das Verjüngen des Probenflußteilraums zu einer schmäleren Bohrung an dem Erfassungspunkt ergibt das Verlän gern der Zeitdauer, die die Bänder zum Durchlaufen der Erfassungseinrichtung benötigen, wodurch die Empfindlichkeit zur Erfassung der Spezies, die in relativ kleinen Mengen vorhanden sind, verbessert wird. Ein sich verjüngender Pro benflußteilraum kann ebenfalls verwendet werden, um ein größeres Volumen einer Probe einzubringen, das Bänder bilden würde, die zunehmend länger werden, während der Teilraum schmäler wird.

Wie es im vorhergehenden erörtert wurde, kann eine CCD-Ein richtung an dem Punkt der Einspritzung positioniert sein, um Informationen über die Leitfähigkeit einer unbekannten vor der Analyse zu liefern, z. B. um die Auswahl der Führungs- und Endpuffer zu unterstützen, oder um eine Verdünnung der Probe zu ermöglichen, um die Leitfähigkeit für eine Analyse an der speziellen Vorrichtung, die sich gerade in Verwendung befindet, zu korrigieren. Zusätzlich kann eine CCD-Einrich tung an oder nahe dem Punkt positioniert sein, an dem das Endelektrolyt in den Probenflußteilraum eingebracht wird, um eine Korrektur des elektroosmotischen Flusses ("EOF"; EOF = electroosmotic flow) durch Hinzufügen eines Gegenflusses zu ermöglichen.

Die Isotachophorese ist bei herkömmlich verfügbaren oder la borhergestellten ITP-Geräten typischerweise allgemein in ge schlossenen Systemen ausgeführt worden. Mehrere Geräte je doch, die für die ITP verwendet werden können, verwenden of fene Kapillaren, wobei bei diesen Systemen auf das ITP-Sys tem ein elektroosmotischer Fluß wirken wird, wobei vier Moden unterschieden werden können, nämlich der kationische Mo dus, der anionische Modus, der umgekehrte kationische Modus und der umgekehrte anionische Modus. Die Anwendbarkeit die ser Moden hängt von der Geschwindigkeit des EOF ab. Die Ge schwindigkeit des EOF variiert mit der Auswahl des Führungs- und Endelektrolyts und der Zusammensetzung der Probe. Auf grund der Variierung der Geschwindigkeit des EOF kann die Reproduzierbarkeit bei einer quantitativen Analyse ein Pro blem darstellen. Folglich wird häufig ein interner Standard verwendet, um unerwünschte Schwankungen des EOF zu korrigie ren. Versuche, den EOF zu unterdrücken, umfassen das Schließen des Systems durch Plazieren einer Membran an der Einlaß- und Auslaßseite oder das Einbeziehen eines Zusatzes, wie z. B. Methylhydroxyethylzellulose. Die vorliegende Er findung liefert eine alternative Einrichtung, durch die der EOF quantifiziert und erfolgreich unterdrückt werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung kann am besten be zugnehmend auf die folgende Erörterung verstanden werden.

Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, können vier unter schiedliche ITP-Moden unterschieden werden. Diese vier Moden sind in Fig. 29A-D dargestellt. Fig. 29A stellt den kat ionischen ITP-Modus dar, bei dem der Probenflußteilraum 900 an der Kathode 912 mit einem Führungselektrolyt 902 gefüllt ist, während das Endelektrolyt 904 an der Einlaß-(Anoden-) Seite 914 des Geräts vorhanden ist. Die Probenlösung 906 wird zwischen 902 und 904 eingebracht und wird beim Betrieb in Stapelelemente getrennt, die den Analysestoffen 906A, 906B und 906C entsprechen. Bei typischen Aufbauten ist die Erfassungseinrichtung 1000 an der Auslaßseite plaziert. Wie es durch Pfeile 908 und 910 oberhalb des Probenflußteilraums dargestellt ist, wird der EOF 910 allgemein in der Richtung von der Anode zu der Kathode wirken, wodurch das kationische ITP-System 908 mit einer zusätzlichen Geschwindigkeit des EOF verglichen zu der ITP bei einem geschlossenen System vorwärts gedrückt werden wird.

In Fig. 29B ist die Situation für den anionischen ITP-Modus dargestellt. Die Kathode 934 ist an der Einlaßseite pla ziert, wobei die Anode 932 an der Auslaßseite positioniert ist. Der Probenflußteilraum 920 ist mit dem Führungselektro lyt 922 gefüllt, während das Endelektrolyt 924 an der Ein laßseite vorhanden ist. Wie es durch Pfeile 928 und 930 über dem Probenflußteilraum angezeigt ist, wird der EOF 930 all gemein in der Richtung von der Anode zu der Kathode wirken, wodurch das anionische kationische ITP-System 928 daran ge hemmt werden wird, sich vorwärts zu bewegen. Diese Einstel lung kann mit der ITP mit einem Gegenfluß verglichen werden und ist allgemein lediglich dann nützlich, falls die Ge schwindigkeit der Führungsionen größer als diejenige des EOF während der Analyse ist. Bei dieser Konfiguration müssen ebenfalls anionische Spezies mit Beweglichkeiten, die klei ner als diejenigen des EOF sind, gemäß der ITP-Bedingung ebenfalls zu der Anode wandern.

Falls die Geschwindigkeit des EOF größer als diejenige des anionischen ITP-Systems ist, würde es eine Nettowanderung in Richtung der Kathode geben. Der einzige Weg, um das System in dieser Situation zu konfigurieren, besteht darin, die An ode an der Einlaßseite und die Kathode an der Auslaßseite zu plazieren, wie es in Fig. 29D dargestellt ist. Der Proben flußteilraum 960 ist an der Anode 974 mit dem Führungsele ktrolyt 962 gefüllt, während das Endelektrolyt 964 auf der Auslaß-(Kathoden-)Seite 972 des Geräts vorhanden ist. Die Probenlösung 966 wird zwischen 962 und 964 eingebracht und wird beim Betrieb in Stapelelemente getrennt sein, die den Analysestoffen 966A, 966B und 966C entsprechen. Obwohl die ITP-Trennung in der Richtung der Anode 968 stattfindet, wür de es eine Nettogeschwindigkeit des ITP-Systems in der Rich tung der Kathode (972, der Detektorseite) geben, wobei die Komponenten in einer umgekehrten Reihenfolge verglichen zu einem normalen anionischen ITP-System erfaßt werden, d. h. zuerst das Endelektrolyt, dann alle Probenkomponenten mit zunehmenden Beweglichkeiten und schließlich die Führungs ionen. Dies wird als der "umgekehrte anionische ITP-Modus" bezeichnet. Falls die Geschwindigkeit der Führungsionen größer als diejenige des EOF 970 ist, wird sich das ITP- System zu der Anode bewegen, wobei die Komponenten an dem Auslaß nicht erfaßt werden können.

Analog zu dem umgekehrten anionischen Modus ist der umge kehrte kationische Modus, der a 07684 00070 552 001000280000000200012000285910757300040 0002010032873 00004 07565ngewendet werden kann, falls ein umgekehrter EOF 950 von der Kathode 954 zu der Anode 952 mit einer Geschwindigkeit, die größer als diejenige des kat ionischen ITP-Systems ist, besteht (siehe Fig. 29C). Hier muß die Kathode an dem Einlaß und die Anode an dem Auslaß plaziert werden. Der Probenflußteilraum 940 wird mit dem Endelektrolyt 944 und der Einlaßbehälter mit dem Führungs elektrolyt 942 gefüllt. Wie bei dem umgekehrten anionischen Modus werden die Komponenten 966A, 966B und 966C in der um gekehrten Reihenfolge erfaßt.

Die Geschwindigkeit des EOF ist bei dem Wanderungsverhalten der ITP-Systeme extrem wichtig. Um der Wirkung des EOF auf den ITP-Fluß entgegen zu wirken, könnte eine Membran in die Mikrostruktur integriert werden. Alternativ kann die Vis kosität der Elektrolytlösungen erhöht werden. Die Flexibili tät einer miniaturisierten ITP-Vorrichtung mit einer CCD-Einrichtung, wie sie hierin offenbart ist, ermöglicht jedoch ein bevorzugtes Verfahren, durch das der EOF erfaßt und je nach Wunsch, z. B. wenn die ITP-Wanderung und der EOF entgegengesetzt zueinander wirken, durch Anlegen einer Kraft, die gleich groß zu derjenigen des EOF und zu derselben entgegengesetzt ist, korrigiert werden.

Die ITP läuft in einem Modus eines konstanten Stroms ab. Folglich werden die Feldstärken in den Elektrolyten und in jedem Band in dem Stapel unterschiedlich sein. Da der EOF auf die Feldstärke bezogen ist, wird es unterschiedliche Re gionen eines osmotischen Flusses bei jeder Komponente inner halb des Probenflußteilraums geben. Die Konzentration der Ionen in der Endelektrolytlösung wird, während dieselbe in den Probenflußteilraum eindringt, eine Anpassung erfahren, derart, daß sich die Anzahl von Ionen/Einheitsvolumen ändert, um es zu ermöglichen, daß das Endelektrolyt den Strom trägt. Dementsprechend wird sich zwischen dem Endelektrolyt, das sich so angepaßt hat, und dem Endelektrolyt in dem Re servoir und in dem Probenflußteilraum, das noch keine solche Anpassung erfahren hat, eine Grenze entwickeln. Der EOF wird bewirken, daß sich die Grenze den Probenflußteilraum hinab bewegt.

Der Unterschied der Leitfähigkeit des Elektrolyts zu beiden Seiten der Grenze kann erfaßt werden, indem eine CCD-Ein richtung an dem Eintrittspunkt des Endelektrolyts plaziert wird. Das Anlegen eines Gegendrucks, der ausreicht, um dem EOF entgegen zu wirken, kann bestimmt werden, indem die Po sition der Grenze überwacht wird, bis vorgefunden wird, daß derselbe fest bleibt. Der Gegendruck kann beispielsweise un ter Verwendung eines stromabwärts gelegenen an der oder nicht an der Vorrichtung befindlichen Fluidreservoirs, das ausreichend Fluid enthält, um dem EOF für die Zeitdauer der ITP-Analyse entgegen zu wirken, angelegt werden.

Zusätzlich zu der CCD-Einrichtung können andere Erfassungs einrichtungen mit dem Probentrennungsteilraum schnitt stellenmäßig verbunden sein, z. B. um als ein Probendetektor und ein Leitfähigkeitserfassungseinrichtungsauslöser zu die nen. Zu diesem Zweck ist für eine Kommunikation mit der länglichen Bohrung oder dem Probenprozessierungsteilraum, der in dem Trägerkörper gebildet ist, an einem Punkt, der sich stromaufwärts bezüglich der Leitfähigkeitserfassungs einrichtung befindet, eine Öffnung gebildet. Eine zweite Öffnung kann gebildet sein, um mit der länglichen Bohrung oder dem Probenprozessierungsteilraum stromabwärts bezüglich der CCD-Einrichtung zu kommunizieren. Die Öffnungen dienen als Rohrleitungen zum Plazieren von Lichtleiteinrichtungen, Elektroden oder anderen Erfassungseinrichtungen in eine Kom munikation mit der länglichen Bohrung oder dem Probenprozes sierungsteilraum, um eine Probe, die dieselbe bzw. denselben durchläuft, zu erfassen. Es können beispielsweise eine erste und eine zweite Lichtleiteinrichtung (nicht gezeigt) mit einer ersten und einer zweiten Öffnung schnittstellenmäßig verbunden sein, um mit dem Probenprozessierungsteilraum zu kommunizieren. Solche Lichtleiter können optische Fasern um fassen, die zur Probenbeleuchtung und Lichtsammlung in der Lage sind, um die optische Nah-IR- oder UV-Vis-Erfassung von getrennten Analysestoffen, die den Trennungsteilraum durch laufen zu ermöglichen. Die Erfassung der getrennten Analyse stoffe, bevor dieselben in die CCD-Einrichtung eindringen, kann zur Leitfähigkeitssignalverbesserung verwendet werden.

Die Auswahl des Führungs- und des Endelektrolyts ist für die erfolgreiche Ionenanalyse durch Isotachophorese kritisch. Die Beweglichkeiten der Führungselektrolyte und der Endelek trolyte müssen die Beweglichkeiten der Spezies in der Probe einklammern bzw. umfassen. Die hierin offenbarte und bean spruchte Ionenanalysevorrichtung kann in mehreren Konfigura tionen entworfen werden, um sicherzustellen, daß die Füh rungs- und Endelektrolyte bei der interessierenden Probe verwendet werden können. Wie es im vorhergehenden angezeigt wurde, kann eine CCD-Einrichtung an der Vorrichtung an einer Position relativ zu dem Einspritzungspunkt einer Probe so positioniert werden, daß die Leitfähigkeit der Probe vor der Analyse bestimmt werden kann. Falls es erforderlich ist, kann daraufhin die Probe verdünnt werden, um die Leitfähig keit für die Analyse anzupassen. Wahlweise kann die Probe daraufhin einem Vortrennungsschritt unterzogen werden, um das Abzweigen bezüglich Abfallabschnitten der Probe, die für die darauf folgende analytische Trennung nicht erforderlich sind, zu ermöglichen.

Die Fähigkeit, die CCD-Einrichtung zu plazieren, wodurch ei ne Bestimmung der Leitfähigkeit einer Probe ermöglicht wird, und anschließend die Leitfähigkeit der Probe vor der analy tischen Trennung einzustellen, ermöglicht es, daß an der Vorrichtung mehrere Reservoire plaziert sind, wobei in den selben vorgepackte Führungs- und Endelektrolyte enthalten sind. Dies liefert nicht nur eine zusätzliche Flexibilität bezüglich des Probentyps, der analysiert werden kann, sondern ermöglicht dem Endbenutzer ferner, die Vorrichtung ohne eine a priori Kenntnis der Leitfähigkeit der Probe und ohne jegliche Vorkenntnis darüber, wie geeignete Führungs- und Endelektrolyte auszuwählen sind, zu verwenden. Es kann ein Katalog von Vorrichtungen vorbereitet werden, der eine Viel zahl von vorgepackten Führungs- und Endelektrolyten auf weist.

Die Vorteile, eine miniaturisierte Ionenanalysevorrichtung zu haben, wie sie hierin offenbart und beansprucht wird, sind die folgenden: (1) die Einfachheit der Handhabung, da rin, daß der Benutzer den geeigneten Führungs- und Endpuffer nicht auswählen muß, der an jedem Chip vorgepackt sein kann; (2) die integrierte CCD-Einrichtung liefert ein System, das einfacher zu handhaben ist als ein rohrbasiertes System; (3) die CCD-Einrichtung vermeidet Probleme, die den Systemen zu geordnet sind, bei denen die Elektroden die Probe berühren; (4) die geometrische Flexibilität ermöglicht einen Vortren nungsschritt, einen analytischen Trennungs- und/oder einen Endtrennungsschritt an einigen oder allen der Analysestof fen; (5) erhöhte Empfindlichkeit der ITP-Analyse; und (6) die Mikrostruktur kann für die kleinste Probe; und (7) eine Niedrigkostenherstellung von verbrauchbaren Vorrichtungen mit hohem Volumen optimiert werden.

Claims

1. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem zur Probenvor bereitung und -analyse mit folgenden Merkmalen:
einem mikrohergestellten Trägerkörper (4; 54; 88B) mit einer ersten und zweiten im wesentlichen planaren Oberfläche (6, 8; 56, 58; 56', 58'), die sich gegen über liegen, wobei in der ersten planaren Oberfläche (6; 56; 56') des Trägerkörpers (4; 54; 88B) ein Mikro kanal (10; 60; 60') mikrohergestellt ist;
einer Abdeckungsplatte (12; 64; 88A), die über der ersten planaren Oberfläche (6; 56; 56') angeordnet ist, wobei die Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) in Kom bination mit dem ersten Mikrokanal (10; 60; 60') einen Probenflußteilraum bildet;
einem Einlaßtor (18; 68; 68') und einem Auslaßtor (22; 72; 72'), die mit dem Probenflußteilraum kommunizie ren, wobei das Einlaß- (18; 68; 68') und das Auslaßtor (22; 72; 72') ein stromabwärts gerichtetes Hindurch treten von Fluid von einer externen Quelle durch den Probenflußteilraum ermöglichen; und
einer Einrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) zur berührungslosen Leitfähigkeitserfassung ("CCD"), die sich in elektrischer Kommunikation mit dem Probenfluß teilraum befindet, derart, daß die Erfassungseinrich tung (504, 506, 516, 518; 528, 530) in der Lage ist, das Vorhandensein eines Fluids, das eine erfaßbare ionische Spezies enthält, in dem Probenflußteilraum zu erfassen.

2. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 1, bei dem die CCD-Einrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) Mikrostrukturen aufweist, die in dem Trägerkörper (4; 54; 88B) hergestellt sind.

3. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die CCD-Einrichtung (504, 506, 516, 518) eine modulare Struktur aufweist, die in die zwei te Oberfläche (8; 58; 58') des Trägerkörpers (4; 54; 88B) entfernbar einfügbar ist.

4. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die CCD-Einrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer planaren CCD-Einrichtung und einer Spulen-CCD-Einrichtung besteht.

5. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 4, bei dem die CCD-Einrichtung (504, 506, 516, 518) eine planare CCD-Einrichtung ist.

6. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 4, bei dem die CCD-Einrichtung (528, 530) eine Spulen- CCD-Einrichtung ist.

7. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die CCD-Einrichtung über dem Auslaßtor (22) positioniert ist.

8. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 7, bei dem sich der Probenflußteilraum an dem Erfassungs punkt verjüngt.

9. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, das eine erste CCD-Einrichtung und eine zweite CCD-Einrichtung aufweist.

10. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 9, bei dem die erste CCD-Einrichtung über dem Auslaßtor und die zweite CCD-Einrichtung über dem Einlaßtor po sitioniert ist.

11. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 10, bei dem sich der Probenflußteilraum an dem Erfassungs punkt verjüngt.

12. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem der Probenflußteilraum ei nen Vortrennungsflußteilraum mit großvolumiger Kapa zität aufweist.

13. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 12, bei dem die erste CCD-Einrichtung unmittelbar stromab wärts bezüglich des Vortrennungsflußteilraums mit großvolumiger Kapazität positioniert ist.

14. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Trägerkörper (4; 54; 88B) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polymerma terialien, Keramikmaterialien, Glasmaterialien, Ver bundstoffen derselben und Laminaten derselben besteht.

15. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 14, bei dem der Trägerkörper (4; 54; 88B) ein Polymerma terial ist.

16. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 15, bei dem der Trägerkörper (4; 54; 88B) ein Polymerma terial ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimid, Polykarbonat, Polyester, Polyamid, Poly ether, Polyolefin, Mischungen derselben und Laminaten derselben besteht.

17. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 16, bei dem der Trägerkörper (4; 54; 88B) Polyimid ist.

18. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 17, bei dem der Trägerkörper aus einem Polymerlaminat ge bildet ist.

19. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem der Trägerkörper (4; 54; 88B) ein Verbundstoff ist.

20. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem der Trägerkörper (4; 54; 88B) und die Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) ferner ei ne Mikroausrichtungseinrichtung aufweisen.

21. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 20, bei dem die Mikroausrichtungseinrichtung aus der Grup pe ausgewählt ist, die aus folgenden Elementen be steht:

a) einer Falteinrichtung;
b) Löchern, die in der Abdeckungsplatte (12) und dem Trägerkörper (4) mikrohergestellt sind, wobei die Löcher derart angeordnet sind, daß die koaxiale Ausrichtung von entsprechenden Löchern in der Ab deckungsplatte (12) und dem Trägerkörper (4) die präzise Ausrichtung der Abdeckungsplatte (12) und des Trägerkörpers (4) ermöglicht;
c) einer Mehrzahl von Vertiefungen, die auf dem Trä gerkörper (88B) oder auf der Abdeckungsplatte (88A) angeordnet sind, und einer entsprechenden Mehrzahl von Vorsprüngen, die auf der Abdeckungs platte (12; 64; 88A) oder dem Trägerkörper (4; 54; 88B) angeordnet sind, wobei die Vertiefungen konfiguriert sind, um mit den Vorsprüngen zusam men zu passen, um die präzise Ausrichtung der Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) und des Träger körpers (4; 54; 88B) zu ermöglichen; und
d) einer Mehrzahl von Öffnungen, die auf dem Träger körper (4; 54; 88B) oder auf der Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) angeordnet sind, und einer entsprechenden Mehrzahl von Stiften, die auf der Ab deckungsplatte (12; 64; 88A) oder dem Trägerkör per (4; 54; 88B) angeordnet sind, wobei die Öff nungen konfiguriert sind, um mit den Stiften zu sammen zu passen, um die präzise Ausrichtung der Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) und des Trägerkör pers (4; 54; 88B) zu ermöglichen.

22. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 21, bei dem die Mikroausrichtungseinrichtung eine Faltein richtung aufweist.

23. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 22, bei dem die Falteinrichtung eine Reihe von voneinander beabstandeten Perforierungen aufweist.

24. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, das ferner eine erste und eine zweite Öffnung durch den Trägerkörper (4; 54; 88B) be ziehungsweise die Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) auf weist, wobei sich die Öffnungen in Kommunikation mit dem Probenflußteilraum befinden und Achsen aufweisen, die zu der Ebene des Trägerkörpers (4; 54; 88B) senk recht sind, wobei die Öffnungen angeordnet sind, um einen koaxialen Erfassungsweg zu bilden, wenn die In nenoberflächen der Trägerkörperhälften in einer fla chen Aneinanderfügung zueinander ausgerichtet sind.

25. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 24, das ferner eine erste und eine zweite Lichtleitein richtung aufweist, die mit der ersten beziehungsweise der zweiten Öffnung schnittstellenmäßig verbunden sind und sich in Kommunikation mit dem Probenflußteilraum befinden.

26. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem zur Probenvorbe reitung und -analyse, mit folgenden Merkmalen:
einem mikrohergestellten Trägerkörper (104; 152) mit einer ersten und zweiten Komponentenhälfte (106, 108; 154, 156), von denen jede eine im wesentlichen planare Innen- (110, 112; 158, 160) und Außenoberfläche auf weist, die sich gegenüber liegen;
einem ersten Mikrokanal (114; 162), der in der Innen oberfläche (110; 158) der ersten Trägerkörperhälfte (106; 154) mikrohergestellt ist, und einem zweiten Mi krokanal (116; 162), der in der Innenoberfläche (112; 160) der zweiten Trägerkörperhälfte (108; 156) mikro hergestellt ist, wobei jeder Mikrokanal (114, 116) an geordnet ist, um das Spiegelbild des jeweils anderen zu liefern;
einer länglichen Bohrung, die durch Ausrichten der Innenoberflächen (110, 112; 158, 160) der Trägerkör perhälften (106, 108; 154, 156) in einer flachen An einanderfügung zueinander gebildet wird, wodurch die Mikrokanäle (114, 116; 162) einen Probenflußteilraum definieren;
einem Einlaßtor (120) und einem Auslaßtor (124), die mit dem Probenflußteilraum kommunizieren, wobei die Tore (120, 124) das stromabwärts gerichtete Hindurch treten von Fluid von einer externen Quelle durch den Probenflußteilraum ermöglichen; und
einer Einrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) zur berührungslosen Leitfähigkeitserfassung ("CCD"), die sich in elektrischer Kommunikation mit dem Probenfluß teilraum befindet, derart, daß die Erfassungseinrich tung (504, 506, 516, 518; 528, 530) in der Lage ist, das Vorhandensein eines Fluids, das eine erfaßbare ionische Spezies enthält, in dem Probenflußteilraum zu erfassen.

27. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 26, bei dem die CCD-Einrichtung Mikrostrukturen aufweist, die in der Trägerkörperhälfte hergestellt sind.

28. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 27, bei dem die CCD-Einrichtung eine modulare Struktur aufweist, die in die Trägerkörperhälfte entfernbar einfügbar ist.

29. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die CCD-Einrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer planaren CCD- Einrichtung und einer Spulen-CCD-Einrichtung besteht.

30. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 29, bei dem die CCD-Einrichtung eine planare CCD-Einrich tung ist.

31. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 29, bei dem die CCD-Einrichtung eine Spulen-CCD-Einrich tung ist.

32. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 26 bis 31, bei dem die CCD-Einrichtung über dem Auslaßtor positioniert ist.

33. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 32, bei dem sich der Probenflußteilraum an dem Erfassungs punkt verjüngt.

34. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 26 bis 33, das eine erste CCD-Einrichtung und eine zweite CCD-Einrichtung aufweist.

35. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 34, bei dem die erste CCD-Einrichtung über dem Auslaßtor und die zweite CCD-Einrichtung über dem Einlaßtor po sitioniert ist.

36. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 35, bei dem sich der Probenflußteilraum an dem Erfassungs punkt verjüngt.

37. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 34 bis 36, bei dem der Probenflußteilraum einen Vortrennungsflußteilraum mit großvolumiger Kapa zität aufweist.

38. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 37, bei dem die erste CCD-Einrichtung unmittelbar stromab wärts bezüglich des Vortrennungsflußteilraums mit großvolumiger Kapazität positioniert ist.

39. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 26 bis 38, bei dem der Trägerkörper aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polymermaterialien, Ke ramikmaterialien, Glasmaterialien, Verbundstoffen der selben und Laminaten derselben besteht.

40. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 39, bei dem der Trägerkörper ein Polymermaterial ist.

41. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 40, bei dem der Trägerkörper ein Polymermaterial ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimid, Poly karbonat, Polyester, Polyamid, Polyether, Polyolefin, Mischungen derselben und Laminaten derselben besteht.

42. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 41, bei dem der Trägerkörper Polyimid ist.

43. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 42, bei dem der Trägerkörper ein Polymerlaminat ist.

44. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 39 bis 42, bei dem der Trägerkörper ein Ver bundstoff ist.

45. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 26 bis 44, bei dem die erste und die zweite Komponentenhälfte des Trägerkörpers ferner eine Mikro ausrichtungseinrichtung aufweisen.

46. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 45, bei dem die Mikroausrichtungseinrichtung aus der Grup pe ausgewählt ist, die aus folgenden Elementen be steht:

a) einer Falteinrichtung;
b) Löchern, die in der ersten und der zweiten Komponentenhälfte des Trägerkörpers mikroherge stellt sind, wobei die Löcher derart angeordnet sind, daß die koaxiale Ausrichtung von entsprech enden Löchern in der ersten und der zweiten Kom ponentenhälfte des Trägerkörpers die präzise Aus richtung der Komponentenhälften ermöglicht;
c) einer Mehrzahl von Vertiefungen, die auf der er sten Komponentenhälfte oder der zweiten Kompo nentenhälfte angeordnet sind, und einer ent sprechenden Mehrzahl von Vorsprüngen, die auf der zweiten Komponentenhälfte oder der ersten Kompo nentenhälfte angeordnet sind, wobei die Vertie fungen konfiguriert sind, um mit den Vorsprüngen zusammen zu passen, um die präzise Ausrichtung der ersten und der zweiten Komponentenhälfte zu ermöglichen; und
d) einer Mehrzahl von Öffnungen, die auf der ersten oder der zweiten Komponentenhälfte des Trägerkör pers angeordnet sind, und einer entsprechenden Mehrzahl von Stiften, die auf der zweiten oder der ersten Komponentenhälfte angeordnet sind, wo bei die Öffnungen konfiguriert sind, um mit den Stiften zusammen zu passen, um die präzise Aus richtung der ersten und der zweiten Komponenten hälfte zu ermöglichen.

47. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 46, bei dem die Mikroausrichtungseinrichtung eine Faltein richtung aufweist.

48. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 47, bei dem die Falteinrichtung eine Reihe von voneinander beabstandeten Perforierungen aufweist.

49. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß einem der Ansprüche 26 bis 48, das ferner eine erste und eine zweite Öffnung durch die erste beziehungsweise die zweite Komponentenhälfte aufweist, wobei sich die Öff nungen in Kommunikation mit der länglichen Bohrung be finden und Achsen aufweisen, die zu der Ebene des Trä gerkörpers senkrecht sind, wobei die Öffnungen ange ordnet sind, um einen koaxialen Erfassungsweg zu bil den, wenn die Innenoberflächen der Trägerkörperhälften in einer flachen Aneinanderfügung zueinander ausge richtet sind.

50. Miniaturisiertes Ionenanalysesystem gemäß Anspruch 49, das ferner eine erste und eine zweite Lichtleitein richtung aufweist, die mit der ersten beziehungsweise der zweiten Öffnung schnittstellenmäßig verbunden sind und sich in Kommunikation mit der länglichen Bohrung befinden.

51. Verfahren zum Analysieren ionischer Spezies, die in einer Probe vorhanden sind, mit folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines miniaturisierten Ionenana lysesystems zur Probenvorbereitung und -analyse, das folgende Merkmale aufweist:
einen mikrohergestellten Trägerkörper (4; 54; 88B) mit einer ersten und zweiten im wesentlichen planaren Oberfläche (6, 8; 56, 58; 56', 58'), die sich gegenüber liegen, wobei in der ersten plana ren Oberfläche (6; 56; 56') des Trägerkörpers (4; 54; 88B) ein Mikrokanal (10; 60; 60') mikroherge stellt ist;
eine Abdeckungsplatte (12; 64; 88A), die über der ersten planaren Oberfläche (6; 56; 56') angeord net ist, wobei die Abdeckungsplatte (12; 64; 88A) in Kombination mit dem ersten Mikrokanal (10; 60; 60') einen Probenflußteilraum bildet;
ein Einlaßtor (18; 68; 68') und ein Auslaßtor (22; 72; 72'), die mit dem Probenflußteilraum kommunizieren, wobei das Einlaß- (18; 68; 68') und das Auslaßtor (22; 72; 72') ein stromabwärts gerichtetes Hindurchtreten von Fluid von einer externen Quelle durch den Probenflußteilraum er möglichen; und
eine Einrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) zur berührungslosen Leitfähigkeitserfassung ("CCD"), die sich in elektrischer Kommunikation mit dem Probenflußteilraum befindet, derart, daß die Erfassungseinrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) in der Lage ist, das Vorhandensein ei nes Fluids, das eine erfaßbare ionische Spezies enthält, in dem Probenflußteilraum zu erfassen;
b) Spülen des Probenflußteilraums mit einem Füh rungselektrolyt;
c) Einbringen einer Probe in den Probenflußteilraum, derart, daß sich die Probe in einer Fluid- und Ionenkommunikation mit dem Führungselektrolyt be findet;
d) Einbringen eines Endelektrolyts in den Proben flußteilraum, derart, daß sich die Probe in einer Fluid- und Ionenkommunikation mit dem Endelektro lyt befindet;
e) Stapeln der ionischen Spezies, die in der Probe vorhanden sind, durch Anlegen eines Stroms über das Führungs- und Endelektrolyt, um gestapelte ionische Spezies zu liefern; und
f) Erfassen des Vorhandenseins der gestapelten ionischen Spezies in dem Probenflußteilraum.

52. Verfahren gemäß Anspruch 51, das ferner zwischen dem Schritt (e) und dem Schritt (f) einen Vortrennungs schritt aufweist.

53. Verfahren gemäß Anspruch 51 oder 52, das ferner das Spülen der Probe durch den Probenflußteilraum auf weist, um vor dem Schritt (e) die Leitfähigkeit der Probe zu bestimmen.

54. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 51 bis 53, das ferner das Positionieren einer CCD-Einrichtung über dem Einlaßtor und gleichzeitig zu dem Schritt (e) das Anlegen einer Gegenwirkung aufweist, die ausreicht, um einem elektroosmotischen Fluß entgegenzuwirken.

55. Verfahren zum Analysieren von ionischen Spezies, die in einer Probe vorhanden sind, das folgende Schritte aufweist:

a) Bereitstellen eines miniaturisierten Ionenana lysesystems zur Probenvorbereitung und -analyse, das folgende Merkmale aufweist:
einen mikrohergestellten Trägerkörper (104; 152) mit einer ersten und zweiten Komponentenhälfte (106, 108; 154, 156), von denen jede eine im we sentlichen planare Innen- (110, 112; 158, 160) und Außenoberfläche aufweist, die sich gegenüber liegen;
einen ersten Mikrokanal (114; 162), der in der Innenoberfläche (110; 158) der ersten Trägerkör perhälfte (106; 154) mikrohergestellt ist, und
einem zweiten Mikrokanal (116; 162), der in der Innenoberfläche (112; 160) der zweiten Trägerkör perhälfte (108; 156) mikrohergestellt ist, wobei jeder Mikrokanal (114, 116) angeordnet ist, um das Spiegelbild des jeweils anderen zu liefern;
eine längliche Bohrung, die durch Ausrichten der Innenoberflächen (110, 112; 158, 160) der Träger körperhälften (106, 108; 154, 156) in einer fla chen Aneinanderfügung zueinander gebildet wird, wodurch die Mikrokanäle (114, 116; 162) einen Probenflußteilraum definieren;
ein Einlaßtor (120) und ein Auslaßtor (124), die mit dem Probenflußteilraum kommunizieren, wobei die Tore (120, 124) das stromabwärts gerichtete Hindurchtreten von Fluid von einer externen Quel le durch den Probenflußteilraum ermöglichen; und
eine Einrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) zur berührungslosen Leitfähigkeitserfassung, die sich in elektrischer Kommunikation mit dem Pro benflußteilraum befindet, derart, daß die Erfas sungseinrichtung (504, 506, 516, 518; 528, 530) in der Lage ist, das Vorhandensein eines Fluids, das eine erfaßbare ionische Spezies enthält, in dem Probenflußteilraum zu erfassen.
b) Spülen des Probenflußteilraums mit einem Führungselektrolyt;
c) Einbringen einer Probe in den Probenflußteilraum, derart, daß sich die Probe in einer Fluid- und Ionenkommunikation mit dem Führungselektrolyt be findet;
d) Einbringen eines Endelektrolyts in den Proben flußteilraum, derart, daß sich die Probe in einer Fluid- und Ionenkommunikation mit dem Endelektro lyt befindet;
e) Stapeln der ionischen Spezies, die in der Probe vorhanden sind, durch Anlegen eines Stroms über das Führungs- und Endelektrolyt, um gestapelte ionische Spezies zu liefern; und
f) Erfassen des Vorhandenseins der gestapelten ionischen Spezies in dem Probenflußteilraum.

56. Verfahren gemäß Anspruch 55, das ferner zwischen dem Schritt (e) und dem Schritt (f) einen Vortrennungs schritt aufweist.

57. Verfahren gemäß Anspruch 55 oder 56, das ferner das Spülen der Probe durch den Probenflußteilraum auf weist, um vor dem Schritt (e) die Leitfähigkeit der Probe zu bestimmen.

58. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 55 bis 57, das ferner das Positionieren einer CCD-Einrichtung über dem Einlaßtor und gleichzeitig zu dem Schritt (e) das Anlegen einer Gegenwirkung aufweist, die ausreicht, um einem elektroosmotischen Fluß entgegenzuwirken.