DE10153663A1 - Integrierte mikroanalytische Vorrichtung zum Erfassen von Nahe-Infrarot-Strahlung emittierenden Molekülen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schafft eine mikroanalytische Vorrichtung zum Erfassen eines Moleküls, das auf eine Interaktion mit einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung bei einer Anregungswellenlänge hin eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist. Die Vorrichtung weist ein Substrat, das eine im wesentlichen planare Oberfläche und eine auf derselben gebildete Ausnehmung aufweist, und eine Abdeckplatte auf, die über der planaren Oberfläche angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte zusammen mit der Ausnehmung eine Erfassungsregion definiert, die ausgelegt ist, um das Molekül zu enthalten. Ferner ist eine externe Quelle der elektromagnetischen Anregungsstrahlung vorgesehen, die ausgelegt ist, um eine elektromagnetische Strahlung, die die Anregungswellenlänge aufweist, zu der Erfassungsregion durchzulassen. Ein integrierter Abschnitt des Substrats oder der Abdeckplatte ermöglicht eine Transmission einer elektromagnetischen Strahlung bei der Emissionswellenlänge. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren zum Bilden und Verwenden der mikroanalytischen Vorrichtung.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die Analyse von fluoreszierenden Molekülen, und insbesondere bezieht sie sich auf neuartige mikroanalytische Vorrichtungen zum Er­ fassen von Molekülen, insbesondere Biomolekülen und fluo­ reszierend markierten Biomolekülen, die eine Fluoreszenz aufweisen, indem sie eine elektromagnetische Strahlung des nahen Infrarotbereichs emittieren.

Bei Probenanalysegeräten führen kleinere Abmessungen im allgemeinen zu verbesserten Leistungscharakteristika, und gleichzeitig führen sie zu verringerten Produktions- und Analysekosten. Beispielsweise liefern miniaturisierte Trennsysteme eine effektivere Systemausgestaltung, führen zu geringeren Gemeinkosten und ermöglichen eine erhöhte Analysegeschwindigkeit, einen verringerten Proben- bzw. Fluidverbrauch und die Möglichkeit einer erhöhten Erfas­ sungseffizienz.

Dementsprechend wurden mehrere Lösungsansätze in Verbindung mit einer Miniaturisierung von Vorrichtungen zur Verwendung bei der chemischen Analyse entwickelt, insbesondere bei der Mikrosäulen-Flüssigchromatographie (µLC), bei der Säulen mit Durchmessern von 100 bis 200 Mikrometern verwendet wer­ den, bei der Kapillarelektrophorese (CE), bei der eine elektrophoretische Trennung im Kapillaren in der Größenord­ nung von 25 bis 100 Mikrometern Durchmesser durchgeführt wird, und bei der Mikrokanalelektrophorese (MCE), bei der eine Elektrophorese in einem Mikrokanal auf einem im we­ sentlichen planaren Substrat durchgeführt wird. Der her­ kömmliche Lösungsansatz bei der Miniaturisierungstechnolo­ gie, wie er auf CE und µLC angewandt wird, beinhaltet die Verwendung eines siliziumhaltigen Materials, d. h. einer Ka­ pillare, die aus geschmolzenem Silika, Quarz oder Glas her­ gestellt ist. Bei MCE, einem attraktiven Verfahren, das in Verbindung mit Anwendungen mit hohem Durchsatz nützlich ist und im Vergleich zu CE eine Reduzierung der Gesamtsystem­ größe ermöglicht, werden miniaturisierte Vorrichtungen durch Silizium-Mikrobearbeitung oder lithographische Tech­ niken, z. B. Mikrolithographie, Formen und Ätzen herge­ stellt. Siehe z. B. Fan et al. (1994) Anal. Chem. 66(1): 177-184; Manz et al., (1993) Adv. in Chrom. 33: 1-66; Harrison et al. (1993), Sens. Actuators, B B10(2): 107-116; Manz et al. (1991), Trends Anal. Chem. 10(5): 144-149; und Manz et al. (1990) Sensors and Actuators B (Chemical) B1(1-6): 249-255. Die Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken zum Her­ stellen miniaturisierter Trennsysteme bei Silizium liefert den praktischen Vorteil, daß sie eine Massenproduktion der­ artiger Systeme ermöglicht, und es gibt eine Anzahl von Techniken, die nun von der Mikroelektronikbranche entwic­ kelt wurden, um Mikrostrukturen aus Siliziumsubstraten her­ zustellen. Beispiele solcher Mikrobearbeitungstechniken zum Erzeugen miniaturisierter Trennvorrichtungen auf Silizium- oder Borsilikatglaschips sind in den US-Patenten Nr. 5,194,133 an Clark et al., Nr. 5,132,012 an Miura et al., Nr. 4,908,112 an Pace, und Nr. 4,891,120 an Sethi et al. zu finden.

Kürzlich wurde entdeckt, daß eine Verwendung von silizium­ haltigen Substraten, beispielsweise geschmolzenem Silika, Quarz oder Glas, bei mikroanalytischen Vorrichtungen aus einer Reihe von Gründen problematisch ist. Beispielsweise weisen Siliziumdioxidsubstrate Hoch-Energie-Oberflächen auf und adsorbieren viele Verbindungen stark, vor allem Basen. Siliziumdioxidmaterialien lösen sich auch bis zu einem be­ trächtlichen Grad auf, wenn sie mit basischen Lösungen ver­ wendet werden. Bei einem Einsatz bei elektrophoretischen Anwendungen wird die Innenoberfläche einer Silikakapillare oder eines Silikamikrokanals bei einem basischen pH-Wert infolge einer Deprotonierung von Oberflächensilanolgruppen negativ geladen (d. h. sie liegen in Form von anionischen, Si-O-, -Gruppen vor). Die Oberflächenladung an dem Inneren der Kapillare oder des Mikrokanals verstärkt nicht nur das Problem einer unerwünschten Adsorption von gelöstem Stoff, sondern moduliert auch die Geschwindigkeit eines elektroos­ motischen Flusses (auch "elektroendoosmotischer Fluß" oder EOF genannt) auf einer unmodifizierten Oberfläche, was wie­ derum die Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit der durch­ geführten chemischen Analyse beeinflußt. (Das bedeutet, daß die EOF-Geschwindigkeit eine Funktion von Zetapotential ξ ist, das im wesentlichen durch die Oberflächenladung be­ stimmt wird.) Eine Mikroherstellung, bei der Silizium an sich verwendet wird, ist insofern ähnlich problematisch, als sich auch unter schwach oxidierenden Bedingungen auf einem Siliziumsubstrat eine Silikaoberfläche bildet.

Aus den vorstehenden Gründen wäre es wünschenswert, mikro­ analytische Vorrichtungen aus Materialien herzustellen, die nicht auf Silizium basieren, wobei man beispielsweise ko­ stengünstige und leicht erhältliche polymerische Materiali­ en verwendet. Eine solche mikroanalytische Vorrichtung ist in der US-Patentanmeldung Serienummer 09/502,593 der glei­ chen Anmelderin beschrieben. Die Vorrichtung eignet sich für elektrophoretische und chromatographische Trenntechni­ ken sowie für andere Arten von chemischen Prozessen, die hohe Temperaturen, extreme pH-Werte, scharfe Reagenzien und dergleichen beinhalten. Beispielsweise kann die Vorrichtung verwendet werden, um eine Polymerasekettenreaktion- Vervielfachung (PCR-Vervielfachung) von DNA durchzuführen. Die Patentanmeldung beschreibt auch die Probleme, die mit einem "Bewuchs" (Biofouling) solcher mikroanalytischer Vor­ richtungen verbunden sind, und wie die Vorrichtung aufge­ baut ist, um Bewuchsprobleme zu vermeiden, indem bestimmte polymerische Materialien verwendet werden, um die mikroana­ lytische Vorrichtung zu bilden.

Zudem besteht in der Technik ein Bedarf an einer mikroana­ lytischen Vorrichtung zum Erfassen von markierten Molekü­ len, insbesondere von Biomolekülen. Eine Reihe von Patenten und Veröffentlichungen hat sich bereits mit der Erfassung von markierten Biomolekülen beschäftigt. Zum Beispiel be­ schreibt US-Patent Nr. 5,366,603 an Middendorf et al. ein Verfahren zum Identifizieren von DNA-Strängen durch Kenn­ zeichnen der Stränge mit fluoreszierenden Markierungen, die Licht in einem Wellenlängenbereich emittieren, der den In­ frarot- und nahen Infrarotbereich umfaßt. Die Stränge wer­ den in einem Gel, das in Sodakalkglas enthalten ist, elek­ trophoresiert und mit Licht bestrahlt, das eine Wellenlänge im Infrarot- oder im nahen Infrarotbereich aufweist. Durch Erfassen des von den fluoreszierenden Markierungen emit­ tierten Lichts werden die Stränge identifiziert. Zudem be­ schreibt US-Patent Nr. 5,846,727 an Soper et al. ein Ver­ fahren für ein schnelles Sequenzieren von DNA, das ein Bin­ den von DNA beinhaltet, um Oligonukleotide, die zu der DNA komplementär sind, zu synthetisieren, wobei ein elektropho­ retisches Trennen der Oligonukleotide in einer Säule und ein spektroskopisches Erfassen und Identifizieren von Mar­ kierungen, die mit den getrennten Oligonukleotiden verbun­ den sind, stattfindet. Die Reihenfolge, in der die Markie­ rungen der elektrophoresierten Oligonukleotide erfaßt wer­ den, entspricht der Sequenz von mindestens einem Abschnitt der DNA.

In einer Reihe von Patenten und Veröffentlichungen wurden auch diverse Aspekte von analytischen Vorrichtungen, die sich auf Wechselwirkungen mit Strahlung beziehen, beschrie­ ben. Beispielsweise ist in dem US-Patent Nr. 4,013,465 an Clapham et al. ein Verfahren zum Erzeugen einer Oberfläche angeführt, die ein verringertes Reflexionsvermögen bezügli­ cher elektromagnetischer Strahlung in einem vorbestimmten Wellenlängenband aufweist. Das Verfahren beinhaltet ein An­ ordnen, auf der Oberfläche, eines regelmäßigen Arrays von Höckern, die Abmessungen und eine Beabstandung aufweisen, die sich auf die Wellenlängen in dem Band und auf den Bre­ chungsindex des Materials, aus dem die Höcker bestehen, be­ ziehen. Zudem ist in dem US-Patent 4,668,558 an Barber ein Artikel beschrieben, der eine geformte, plastische, optisch homogene, gegossene monolithische Schicht auf einem Sub­ strat aufweist. Die Schicht weist eine Replizierte- Mikrostruktur-Tragende-Oberfläche auf, die eine Mehrzahl von zweckmäßigen Ungleichmäßigkeiten aufweist. Die Schicht besteht aus einem vernetzten Polymer, das eine Mehrzahl von harten Segmenten aus mono- oder polyvalenten Anteilen, die eine oder mehrere carbocyclische bzw. heterocyclische Grup­ pen enthalten, und (2) eine Mehrzahl von weichen Segmenten aus polyvalenten Polysiloxananteilen aufweist. Dieser Arti­ kel wird als zur Verwendung als retroreflektive Würfelec­ kenverkleidung geeignet beschrieben. Als weiteres Beispiel sind in der internationalen Patentveröffentlichung Nr. WO 99/50691 optisch aktive Elemente, die aus einem plastischen Material hergestellt sind, das für elektromagnetische Strahlung transparent ist, und ein Verfahren zum Herstellen solcher Elemente beschrieben. Diese Veröffentlichung be­ schreibt, daß eine Mikrostruktur direkt auf oder zumindest teilweise auf der Oberfläche von Elementen gebildet sein kann, um eine Reflexion auf der Grenzfläche zwischen den Elementen und dem umgebenden Medium zu verringern. Die Ver­ öffentlichung bezieht ferner die Breiten oder Abstände ein­ zelner struktureller Elemente auf die kleinste Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen, die das Element beeinflus­ sen.

Frühe Lösungsansätze bezüglich einer Verwendung einer mi­ kroanalytischen Vorrichtung für eine Fluoreszenzerfassung gründeten sich auf siliziumbasierte Substrate und sichtbare elektromagnetische Strahlung. Mit der Verwendung von sili­ ziumbasierten Substraten und sichtbarer elektromagnetischer Strahlung sind jedoch viele Nachteile verbunden. Wegen der mit Silizium verbundenen Probleme, wie oben beschrieben, sind die Oberflächen von siliziumbasierten Substraten in der Regel beispielsweise chemisch oder anderweitig modifi­ ziert, was wiederum die Kosten der Vorrichtungsherstellung erhöht. Während siliziumbasierte Substrate optische Eigen­ schaften aufweisen, die in bestimmten Umständen zum Erfas­ sen von Fluoreszenz als sichtbare elektromagnetische Strah­ lung geeignet sein können, wird zudem nichtsdestoweniger eine beträchtliche Menge an Autofluoreszenz erzeugt, wenn eine sichtbare elektromagnetische Strahlung eingesetzt wird. Zudem sind derzeit Laser zum Erzeugen einer sichtba­ ren elektromagnetischen Strahlung allgemein groß und teuer, und eine elektromagnetische Strahlung, die durch solche La­ ser in dem sichtbaren Bereich erzeugt wird, wird häufig von unerwünschten Wellenlängen begleitet, im Gegensatz zu elek­ tromagnetischer Strahlung, die in dem nahen Infrarotbereich erzeugt wird.

Ein weiterer Lösungsansatz für eine Fluoreszenzerfassung gründet sich auf einen Aufbau einer mikroanalytischen Vor­ richtung, der ein Zusammenfügen einzelner Komponenten bein­ haltet. Komponenten, die aus verschiedenen Materialien be­ stehen, können verwendet werden, um verschiedene Abschnitte oder Komponenten der Vorrichtung zu bauen, wobei diese je­ weils ausgelegt sind, um eine andere analytische Funktion zu erfüllen. Beispielsweise kann ein bewuchsresistentes Ma­ terial, das die Fluoreszenz beeinträchtigt, verwendet wer­ den, um einen Abschnitt der Vorrichtung zum Durchführen ei­ ner nicht auf Fluoreszenz beruhenden chemischen Analyse zu bauen, während ein Material, das bewuchsanfällig ist, aber optimal für eine Fluoreszenzerfassung ist, verwendet wird, um einen anderen Abschnitt der Vorrichtung zum Durchführen einer Fluoreszenzanalyse zu bauen. Dieser Ansatz hat den Nachteil, daß die beiden Abschnitte zusammengefügt werden müssen, wodurch die Herstellungskosten erhöht werden. Ein Zusammenfügen der beiden Abschnitte kann die Verwendung ei­ nes Haftmittels beinhalten, das eine Verunreinigungsquelle darstellen kann. Zudem führt eine Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Materialien zu einer Unvorhersehbarkeit in bezug auf Fluidflußeigenschaften, was wiederum die analyti­ sche Leistung der mikroanalytischen Vorrichtung negativ be­ einflussen kann. Zudem führt ein Bilden von Anregungs- bzw. Erfassungsports zu zusätzlichen Kosten der mikroanalyti­ schen Vorrichtung.

Es besteht in der Technik somit ein Bedarf an einer mikro­ analytischen Vorrichtung zum Erfassen von Molekülen, die auf eine Interaktion mit einer elektromagnetischen Anre­ gungsstrahlung bei einer Anregungswellenlänge hin eine elektromagnetische Strahlung, die eine unsichtbare Wellen­ länge aufweist, z. B. eine Nahe-Infrarot-Wellenlänge, emit­ tieren. Zudem besteht ein Bedarf an einer solchen mikroana­ lytischen Vorrichtung, die es ermöglicht, daß eine emit­ tierte Strahlung durch einen integrierten Abschnitt eines festen Elements der analytischen Vorrichtung, z. B. einer Abdeckung oder eines Substrats, transmittiert wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mikro­ analytische Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen ei­ nes Moleküls zu schaffen, die bzw. das die obengenannten günstigen Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine mikroanalytische Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Mo­ leküls gemäß Anspruch 20 gelöst.

Dementsprechend liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfin­ dung darin, daß sie die obengenannten Nachteile des Standes der Technik zu überwindet, indem sie eine mikroanalytische Vorrichtung zum Erfassen eines fluoreszierenden Moleküls in derselben schafft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, eine derar­ tige mikroanalytische Vorrichtung zu schaffen, bei der das Molekül eine elektromagnetische Strahlung, die eine Nahe- Infrarot-Wellenlänge aufweist, emittiert, nachdem es mit einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung in Interaktion getreten ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, eine derar­ tige mikroanalytische Vorrichtung zu schaffen, die die Transmission der emittierten elektromagnetischen Strahlung durch einen festen integrierten Abschnitt der Vorrichtung ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, ein Verfah­ ren zum Verwenden einer derartigen mikroanalytischen Vor­ richtung zum Erfassen eines fluoreszierenden Moleküls zu schaffen.

Ebenfalls ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Bilden einer derartigen mikroanalytischen Vorrichtung zum Erfassen eines fluoreszierenden Moleküls zu schaffen.

Weitere Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfin­ dung sind teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden für Fachleute teilweise bei genauer Betrachtung des folgenden offensichtlich oder können durch eine Praxis der Erfindung erfahren werden.

Bezüglich eines allgemeinen Aspekts bezieht sich die vor­ liegende Erfindung auf eine mikroanalytische Vorrichtung zum Erfassen eines Moleküls, das eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als 640 nm aufweist, wenn es mit einer elek­ tromagnetischen Anregungsbestrahlung bei einer Anregungs­ wellenlänge bestrahlt wird. Die Vorrichtung umfaßt ein Sub­ strat, das eine im wesentlichen planare Oberfläche und eine in derselben gebildete Ausnehmung aufweist. Über der plana­ ren Oberfläche ist eine Abdeckplatte angeordnet, wobei die Abdeckplatte in Kombination mit der Ausnehmung eine Erfas­ sungsregion definiert, die ausgelegt ist, um das Molekül zu enthalten. Ebenfalls vorgesehen ist eine externe Quelle der elektromagnetischen Anregungsstrahlung, die ausgelegt ist, um die Strahlung zu der Erfassungsregion durchzulassen. Ein integrierter Abschnitt des Substrats oder der Abdeckplatte ermöglicht eine Transmission elektromagnetischer Strahlung bei der Emissionswellenlänge.

Bezüglich eines anderen Aspekts bezieht sich die Erfindung auf die obige Vorrichtung, wobei das Molekül ein Biomolekül ist. Das Biomolekül kann natürlicherweise fluoreszierend sein oder einen gediegenen nichtfluoreszierenden Abschnitt aufweisen, der an einer fluoreszierenden Markierung ange­ bracht ist. Dem gediegenen Abschnitt kann ein Nukleotid, Oligonukleotid, Polynukleotid, Peptid, Oligopeptid, Poly­ peptid, eine pharmazeutische Verbindung bzw. eine Zelle ei­ nes biologischen Organismus zugeordnet sein.

Bezüglich eines weiteren Aspekts bezieht sich die Erfindung auf die obige Vorrichtung, wobei die Emissionswellenlänge eine Infrarot-Wellenlänge und stärker bevorzugt eine Nahe- Infrarot-Wellenlänge ist. Die Anregungswellenlänge kann ei­ ne Wellenlänge im fernen sichtbaren Bereich sein. Die Quel­ le der elektromagnetischen Anregungsstrahlung kann eine Leuchtdiode oder einen Laser aufweisen, die bzw. der eine Strahlung einer monochromatischen Wellenlänge erzeugt.

Bezüglich eines weiteren Aspekts bezieht sich die Erfindung auf die obige Vorrichtung, wobei der integrierte Abschnitt eine Transmission einer elektromagnetischer Strahlung bei der Anregungswellenlänge ermöglicht. Der integrierte Ab­ schnitt kann in Form einer Linse vorliegen, die einen Brennpunkt aufweist, der sich in der Erfassungsregion be­ findet.

Bezüglich eines weiteren Aspekts bezieht sich die Erfindung auf die obige Vorrichtung, die ferner eine reflektierende Einrichtung zum Umleiten von elektromagnetischer Strahlung in der Erfassungsregion aufweist.

Bezüglich eines anderen Aspekts bezieht sich die Erfindung auf die obige Vorrichtung, wobei zumindest entweder das Substrat und/oder die Abdeckplatte aus einem Feststoff be­ steht, der thermisch und chemisch stabil und bewuchsresi­ stent ist. Der Feststoff kann ein polymerisches Material sein und aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Polyimi­ den, Polyketonen, Polycarbonaten, Polyestern, Polyamiden, Polyethern, Polyurethanen, Polyfluorkohlenwasserstoffen, Polystyrenen, Poly(acrylnitrilbutadienstyren), Polymethyl- Methacrylat, Polyolefinen und Copolymeren derselben be­ steht. Das Substrat und die Abdeckplatte können aus den gleichen oder aus verschiedenen Materialien bestehen.

Bezüglich eines weiteren allgemeinen Aspekts bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Erfassen eines Mole­ küls, das auf eine Interaktion mit einer elektromagneti­ schen Strahlung bei einer Anregungswellenlänge hin eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissions­ wellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist. Das Verfahren wird unter Verwendung einer mikroanalytischen Vorrichtung, die ein Substrat aufweist, das eine im wesent­ lichen planare Oberfläche und eine auf derselben gebildete Ausnehmung aufweist, und durch Anordnen einer Abdeckplatte über der planaren Oberfläche ausgeführt, wobei die Abdeck­ platte in Kombination mit der Ausnehmung eine Erfassungsre­ gion definiert, die ausgelegt ist, um das Molekül zu ent­ halten. Eine elektromagnetische Anregungsstrahlung, die die Anregungswellenlänge aufweist, wird zu der Erfassungsregion transmittiert, um mit dem fluoreszierenden Molekül in In­ teraktion zu treten. Eine emittierte elektromagnetische Strahlung, die die Emissionswellenlänge aufweist, wird durch einen integralen Abschnitt des Substrats oder der Ab­ deckplatte transmittiert und durch einen Detektor erfaßt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C, die insgesamt als Fig. 1 bezeichnet werden, ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 veranschaulicht eine mikroana­ lytische Vorrichtung, die aus einem Substrat, das eine Oberfläche mit einer Ausnehmung auf dersel­ ben aufweist, einer Abdeckplatte und einer ange­ brachten externen Quelle einer elektromagneti­ schen Anregungsstrahlung besteht. Fig. 1A veran­ schaulicht die Vorrichtung in einer offenen Form, bei der das Substrat und die Abdeckplatte ge­ trennt sind, wodurch die Ausnehmung auf der Sub­ stratoberfläche freiliegt. Fig. 1B veranschau­ licht die mikroanalytische Vorrichtung der Fig. 1A in einer geschlossenen Form, bei der die Ab­ deckplatte auf die Oberfläche des Substrats aus­ gerichtet und an derselben plaziert ist, wobei die Abdeckplatte in Kombination mit der Ausneh­ mung eine Kammer bildet, die als eine Erfassungs­ region dient. Fig. 1C veranschaulicht in Quer­ schnittsansicht die mikroanalytische Vorrichtung, die in Fig. 1B veranschaulicht ist.

Fig. 2A, 2B und 2C, die insgesamt als Fig. 2 bezeichnet werden, ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Fig. 2 veranschaulicht eine mikroanalytische Vorrichtung, die zwei integrier­ te Linsen zum Leiten von elektromagnetischer Strahlung zu zwei Erfassungsregionen aufweist. Die Vorrichtung besteht aus einem Substrat, das eine Oberfläche mit einer Ausnehmung auf dersel­ ben aufweist, die in Fluidkommunikation mit einem vorgelagerten und einem nachgelagerten Mikrokanal steht, einer Abdeckplatte und einer externen Quelle einer elektromagnetischen Anregungsstrah­ lung. Fig. 2A veranschaulicht die Vorrichtung in einer offenen Form, bei der das Substrat von der Abdeckplatte getrennt ist, wodurch die Merkmale auf der Substratoberfläche freiliegen. Fig. 2B veranschaulicht die mikroanalytische Vorrichtung der Fig. 2A in einer geschlossenen Form, bei der die Abdeckplatte auf die Oberfläche des Substrats ausgerichtet und an derselben plaziert ist, wobei die Abdeckplatte in Kombination mit den Merkmalen einen Fluidweg bildet, der sich durch eine vorge­ lagerte Rohrleitung, eine Reaktionskammer und ei­ ne nachgelagerte Rohrleitung bewegt. Fig. 2C zeigt eine longitudinale Querschnittsansicht des Fluidflußwegs der mikroanalytischen Vorrichtung, die in Fig. 2B veranschaulicht ist.

Fig. 3A, 3B und 3C, die insgesamt als Fig. 3 bezeichnet werden, ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Fig. 3 veranschaulicht eine mikroanalytische Vorrichtung, die eine selbstju­ stierende Optik für ein Lenken von elektromagne­ tischer Strahlung auf eine und von einer Erfas­ sungsregion umfaßt. Die Vorrichtung umfaßt ein Substrat, das eine Oberfläche mit einem Mikroka­ nal auf derselben sowie einen mit dem Mikrokanal ausgerichteten Spiegel aufweist. Eine Abdeckplat­ te ist vorgesehen, die einen integrierten Ab­ schnitt in Form einer Linse aufweist. Fig. 3A veranschaulicht die Vorrichtung in einer offenen Form, bei der das Substrat und die Ausnehmung ge­ trennt sind, wodurch der Mikrokanal auf der Sub­ stratoberfläche freigelegt ist. Fig. 3B veran­ schaulicht die mikroanalytische Vorrichtung der Fig. 3A in einer geschlossenen Form, bei der die Abdeckplatte mit der Oberfläche des Substrats ausgerichtet und an derselben plaziert ist, und die Abdeckplatte zusammen mit dem Mikrokanal eine Rohrleitung bildet. Die Rohrleitung dient als die Erfassungsregion. Fig. 3C veranschaulicht in ei­ ner Schnittansicht die in Fig. 3B veranschaulich­ te mikroanalytische Vorrichtung und eine externe Quelle einer Position einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung, um mit der selbstjustierenden Optik zu arbeiten.

Fig. 4 das Fluoreszenzspektrum von Polyimid, das durch ein Inkontaktbringen mit einer elektromagneti­ schen Strahlung, die eine Wellenlänge von 450 nm aufweist, erzeugt wird.

Fig. 5 das Fluoreszenzspektrum von Polyimid, das durch ein Inkontaktbringen mit einer elektromagneti­ schen Strahlung, die eine Wellenlänge von 640 nm aufweist, erzeugt wird.

Fig. 6 die Fluoreszenzspektren von Diethyloxatricarbo­ cyaniniodid, die durch ein Inkontaktbringen mit einer elektromagnetischen Strahlung, die eine Wellenlänge von 640 nm aufweist, erzeugt werden.

Bevor die Erfindung ausführlich beschrieben wird, ist zu verstehen, daß diese Erfindung nicht auf bestimmte Materia­ lien, Komponenten oder Herstellungsprozesse beschränkt ist, da dieselben variieren können; es sei denn, es ist anders angegeben. Es ist ferner zu verstehen, daß die hierin ver­ wendete Terminologie lediglich dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsbeispiele dient und nicht als Ein­ schränkung gedacht ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Singularformen "ein", "eine", "der", "die", "das" usw., wie sie in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, Pluralbezüge umfassen, wenn nicht aus dem Kontext eindeutig etwas anderes hervorgeht. Somit umfaßt eine Bezugnahme auf "ein Material" beispielsweise Gemische aus Materialien, eine Bezugnahme auf "eine Reaktionskammer" umfaßt mehrere Reaktionskammern, eine Bezugnahme auf "ein fluoreszierendes Molekül" umfaßt eine Mehrzahl von fluores­ zierenden Molekülen und dergleichen.

Bei dieser Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen wird auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, die so definiert sind, daß sie die folgenden Bedeutungen aufwei­ sen:
Der Begriff "mikroanalytische Vorrichtung" bezieht sich auf eine Vorrichtung, die Merkmale mit Mikrometer- oder Submi­ krometerabmessungen aufweist und die bei einer beliebigen Anzahl von chemischen Prozessen eingesetzt werden kann, die sehr kleine Fluidmengen beinhalten. Solche Prozesse umfas­ sen Elektrophorese (z. B. CE oder MCE), Chromatographie (z. B. µLC), Siebklassierung und Diagnostik (beispielsweise unter Verwendung von Hybridisierungs- oder anderen Bin­ dungseinrichtungen) und chemisch und biochemische Synthese (z. B. DNA-Vervielfachung, wie sie beispielsweise unter Ver­ wendung der Polymerase-Kettenreaktion oder "PCR" verwendet werden kann), sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Merkmale der mikroanalytischen Vorrichtungen sind auf die jeweilige Verwendung ausgelegt. Beispielsweise enthalten mikroanalytische Vorrichtungen, die bei Trennprozessen, z. B. MCE, verwendet werden, Mikrokanäle (hierin "Mikrosäu­ len" genannt, wenn sie umschlossen sind, d. h. wenn die Ab­ deckplatte sich auf der den Mikrokanal enthaltenden Sub­ stratoberfläche befindet) in der Größenordnung von 1 µm bis 200 µm Durchmesser, in der Regel 10 µm bis 75 µm Durchmes­ ser und ca. 0,1 bis 50 cm Länge. Mikroanalytische Vorrich­ tungen, die bei einer chemischen und biochemischen Synthe­ se, z. B. DNA-Vervielfachung, verwendet werden, enthalten allgemein Reaktionszonen (hierin "Reaktionskammern" ge­ nannt, wenn sie umschlossen sind, d. h. wiederum, wenn die Abdeckplatte sich auf der den Mikrokanal enthaltenden Sub­ stratoberfläche befindet), die ein Volumen von ca. 1 µl bis ca. 500 µl, in der Regel ca. 10 µl bis 200 µl aufweisen.

Die Begriffe "integriert" oder "integral" werden austausch­ bar verwendet und beziehen sich auf einen nicht getrennten Abschnitt eines Festkörperstücks, beispielsweise eine Ab­ deckplatte oder ein Substrat. Beispielsweise bilden ein in­ tegraler Abschnitt eines Substrats und der verbleibende Ab­ schnitt des Substrats ein einstückiges und durchgehendes Substrat. Gemäß der Verwendung hierin unterscheidet sich "integriert" von "angebracht" insofern, als zwischen zwei angebrachten Gegenständen eine Grenzfläche gebildet ist, wohingegen ein integraler Abschnitt eines Objekts keine Grenzfläche mit dem verbleibenden Abschnitt des Objekts bildet. Zudem muß ein integrierter Abschnitt eines Festkör­ perstücks selbst ein Festkörper sein. Somit stellt bei­ spielsweise eine Apertur in einem Festkörperstück keinen integrierten Abschnitt des Festkörperstücks dar.

Der Begriff "Polynukleotide" umfaßt sowohl natürlich vor­ kommende Polynukleotide als auch Polynukleotide, bei denen die herkömmliche Hauptkette ganz oder teilweise durch eine nicht natürlich vorkommende oder synthetische Hauptkette ersetzt wurde, als auch jene, bei denen eine oder mehrere der herkömmlichen Basen durch eine synthetische Base er­ setzt ist bzw. sind, die in der Lage ist, an Wasserstoff­ brückenbindungsinteraktionen vom Watson-Crick-Typ beteiligt zu sein. Somit umfassen Polynukleotide synthetisch herge­ stellte Verbindungen (beispielsweise PNA gemäß der Be­ schreibung in dem US-Patent Nr. 5,948,902 und in demselben zitierten Bezugnahmen), die auf eine sequenzspezifische Weise hybridisieren können, analog zu der von natürlich vorkommenden Schlepp-Polynukleotiden. Polynukleotide umfas­ sen Einzel- oder Mehrfachstrangkonfigurationen, unabhängig von der Quelle, wobei einer oder mehrere der Stränge voll­ ständig aufeinander ausgerichtet sein können oder auch nicht. Ein "Nukleotid" bezieht sich auf eine Untereinheit eines Polynukleotids und weist eine Phosphatgruppe, einen 5-Kohlenstoffzucker und eine stickstoffhaltige Base sowie analoge Verbindungen solcher Untereinheiten auf. Ein Oligo­ mer (beispielsweise ein Oligonukleotid) bezieht sich allge­ mein auf ein Polymer mit einer Länge von ca. 10 bis 100 Mo­ nomereinheiten (beispielsweise Nukleotiden), während ein "Polymer" (beispielsweise ein Polynukleotid) ein Multimer umfaßt, das eine beliebige Anzahl von Monomereinheiten auf­ weist. Hierin beschriebene Polynukleotide, beispielsweise cDNA, weisen in der Regel zwischen 100 und 10000 Monomer­ einheiten auf. Ein "Peptid" bezieht sich auf eine beliebige von diversen natürlichen oder synthetischen Verbindungen, die zwei oder mehr Aminosäuren enthalten, die durch die Carboxylgruppe einer Aminosäure und die Aminogruppe einer anderen gebunden sind. Ähnlich beziehen sich Oligopeptide und Polypeptide auf Peptide in oligomeren bzw. polymeren Formen. Beispiele von Oligomeren und Polymeren umfassen Po­ lydeoxyribonukleotide, Polyribonukleotide, Polypeptide, Po­ lysaccharide und andere chemische Entitäten, die sich wie­ derholende Einheiten von gleicher chemischer Struktur ent­ halten.

Der Begriff "Wellenlänge" wird in seinem gewöhnlichen Sinn verwendet und bezieht sich auf den Abstand zwischen einer Spitze einer elektromagnetischen Strahlungswelle und der nächsten entsprechenden Spitze. "Infrarot-Wellenlänge" be­ zieht sich auf eine elektromagnetische Strahlung, die eine Wellenlänge von ca. 640 nm bis ca. 100.000 nm aufweist. "Nahe-Infrarot-Wellenlänge" bezieht sich auf eine elektro­ magnetische Strahlung, die eine Wellenlänge von ca. 700 bis ca. 2.500 nm aufweist. "Sichtbare Wellenlänge" bezieht sich auf eine elektromagnetische Strahlung, die für das bloße Auge sichtbar ist und eine Wellenlänge von ca. 400 nm bis ca. 700 nm aufweist. "Wellenlänge im fernen sichtbaren Be­ reich" bezieht sich auf eine elektromagnetische Strahlung, die eine Wellenlänge von ca. 600 bis ca. 750 nm aufweist.

Der Begriff "Flüssigphasenanalyse" wird verwendet, um auf jegliche Analyse zu verweisen, die an einem gelösten Stoff in der Flüssigphase durchgeführt wird. Dementsprechend um­ faßt "Flüssigphasenanalyse", wie es hierin verwendet wird, chromatographische Trennungen, elektrophoretische Trennun­ gen und elektrochromatographische Trennungen. Der allgemei­ ne Begriff "Analyse" bezieht sich auf eine Charakterisie­ rung einer Probe oder eine Identifizierung einer oder meh­ rerer Komponenten in derselben und unterscheidet sich von einem chemischen oder biochemischen "Prozeß", bei dem ein Material chemisch oder biochemisch verändert wird, um ein gewünschtes Produkt zu erzeugen.

Der Begriff "Prägen" wird verwendet, um auf einen Prozeß zum Bilden von Formen zu verweisen, indem eine Prägeform in Berührung mit einem bereits vorhandenen polymeren oder ke­ ramischen Rohling gebracht wird. Zwischen der Prägeform und dem bereits vorhandenen Materialrohling wird eine gesteuer­ te Kraft ausgeübt, so daß das bzw. die durch die Prägeform bestimmte Muster bzw. Gestalt in den bereits vorhandenen polymeren oder keramischen Rohling gepreßt wird. Der Be­ griff umfaßt Prozesse zum Bilden von Gestalten durch In- Berührung-Bringen einer Prägeform mit einem bereits vorhan­ denen erhitzten Rohling, so daß der Rohling sich an die Prägeform anpaßt, während eine gesteuerte Kraft ausgeübt wird. Die sich ergebende Gestalt wird abgekühlt und darauf­ hin aus der Prägeform entnommen.

Der Begriff "LIGA-Prozeß" wird verwendet, um auf einen Pro­ zeß zum Herstellen von Mikrostrukturen zu verweisen, die hohe Seitenverhältnisse und eine erhöhte strukturelle Prä­ zision aufweisen, unter Verwendung von Synchrotronstrah­ lungslithographie, Galvanoformen und Plastformen. Bei einem LIGA-Prozeß werden strahlungsempfindliche Kunststoffe unter Verwendung einer Synchrotronquelle mit einer Strahlung von hoher Energie lithographisch bestrahlt, um gewünschte Mi­ krostrukturen (beispielsweise Kanäle, Ports, Aperturen und Mikrojustiereinrichtungen) zu erzeugen, wodurch eine Haupt­ schablone gebildet wird.

Der Begriff "Antriebskraft" wird verwendet, um auf jegliche Einrichtung zum Bewirken einer Bewegung eines Fluids ent­ lang einer Säule bei einer Flüssigphasenanalyse zu verwei­ sen und umfaßt ein Anlegen eines elektrischen Potentials an einem beliebigen Abschnitt der Säule, ein Anlegen einer Druckdifferenz an einem beliebigen Abschnitt der Säule oder eine beliebige Kombination aus denselben.

"Optional" gemäß der Verwendung in diesem Dokument bedeu­ tet, daß das bzw. die nachfolgend beschriebene Merkmal bzw. Struktur vorliegen kann, aber nicht muß, oder daß das bzw. der nachfolgend beschriebene Ereignis oder Umstand eintre­ ten kann, aber nicht muß, und daß die Beschreibung Fälle, bei denen ein bestimmtes Merkmal oder eine bestimmte Struk­ tur vorhanden ist, und Fälle, bei denen das Merkmal oder die Struktur nicht vorhanden ist, oder Fälle, bei denen das Ereignis oder der Umstand eintritt, und Fälle, wo dies nicht der Fall ist, umfaßt.

Somit beinhaltet die Erfindung eine mikroanalytische Vor­ richtung zum Erfassen fluoreszierender Moleküle, die eine elektromagnetische Strahlung emittieren, die eine Emissi­ onswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist, und stellt eine Verbesserung im Vergleich zu mikroanalyti­ schen Vorrichtungen dar, die eine Fluoreszenzerfassung ver­ wenden. Die Vorrichtung ist aus einer Abdeckplatte und ei­ nem Substrat aufgebaut, die eine im wesentlichen planare Oberfläche und eine auf derselben gebildete Ausnehmung auf­ weist. Die Abdeckplatte ist über der planaren Oberfläche angeordnet, und definiert, in Kombination mit der Ausneh­ mung, eine Erfassungsregion, die ausgelegt ist, um das Mo­ lekül zu enthalten. Eine externe Quelle der elektromagneti­ schen Anregungsstrahlung ist ausgelegt, um eine elektroma­ gnetische Anregungsstrahlung zu der Erfassungsregion durch­ zulassen. Nachdem sie mit der elektromagnetischen Anre­ gungsstrahlung in Interaktion getreten sind, emittieren fluoreszierende Moleküle in der Erfassungsregion eine elek­ tromagnetische Strahlung, die die Emissionswellenlänge auf­ weist, welche durch einen integrierten Abschnitt des Sub­ strats oder die Abdeckplatte transmittiert und durch einen Detektor erfaßt wird. Diese mikroanalytischen Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus Materialien, die widerstandsfä­ hig sind gegen Bewuchs und durch diverse kostengünstige Mi­ kroherstellungsverfahren, beispielsweise Laserablation und Laserätzen, Photolithographie und andere Techniken herge­ stellt werden können. Die Vorrichtungen verwenden neuartige Wellenlängen für eine Fluoreszenzerfassung, um das Si­ gnal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen und die Empfindlichkeit einer Fluoreszenzerfassung zu verbessern.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, die eine mikroanalytische Vorrichtung veranschaulicht, die bei einem Durchführen eines chemischen Prozesses verwendet werden kann. Fig. 1A veranschaulicht die mikroanalytische Vorrichtung in einer offenen Form. Fig. 1B veranschaulicht die mikroanalytische Vorrichtung in ihrer geschlossenen Form. Fig. 1C veranschaulicht eine Schnittansicht, die durch eine gestrichelte Linie "A" der in Fig. 1B veranschaulichten mikroanalytischen Vorrichtung angezeigt wird. Wie bei allen Figuren, auf die hierin Bezug genommen wird, bei denen gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind, ist Fig. 1 nicht maßstabsgetreu, und der Deutlichkeit der Darstellung halber können bestimmte Abmessungen übertrieben sein. Unter Bezugnahme auf Fig. 1A ist die Vorrichtung allgemein bei 10 dargestellt, weist ein Substrat 11 auf, das eine im wesentlichen planare Oberflä­ che 13 aufweist, die eine Reaktionszone 17 in Form einer flachen Ausnehmung, d. h. einer Ausnehmung, deren Tiefe Mi­ krometer- oder sogar Submikrometerabmessungen aufweist, enthält. Die Abmessungen und die Form der Ausnehmung sind im allgemeinen lediglich durch die Abmessung des Substrats beschränkt, es sei denn, die erforderliche Transparenz des Substrats (unten erörtert) wird negativ beeinflußt.

Eine Abdeckplatte 21 ist über dem Substrat 11 angeordnet gezeigt. Vor einer Verwendung der Vorrichtung wird die Un­ terseite 25 der Abdeckplatte mit der Oberfläche 13 des Sub­ strats 11 ausgerichtet und an derselben plaziert. Die Ab­ deckplatte bildet zusammen mit der Reaktionszone 17 eine Reaktionskammer, in der der gewünschte chemische Prozeß durchgeführt wird. Wie gezeigt ist, liegen die Einlaßöff­ nung 27 und die Auslaßöffnung 29 jeweils in Form einer Apertur vor, die sich durch die Abdeckplatte erstreckt. Al­ ternativ dazu kann jedoch eine oder beide dieser Öffnungen in dem Substrat und in Kommunikation mit der Ausnehmung an­ geordnet sein. In beiden Fällen führt eine Schließung der Vorrichtung durch Ausrichten der Abdeckplatte mit dem Sub­ strat und Bilden einer Abdichtung zwischen denselben zu ei­ ner Bildung einer Reaktionskammer, in die Fluide durch die Einlaßöffnung 27 eingebracht und die Auslaßöffnung 29 ent­ fernt werden können. Die geschlossene Form der mikroanaly­ tischen Vorrichtung ist in Fig. 1B gezeigt. Vorzugsweise wird durch Verwenden von Druckdichtungstechniken, durch Verwenden externer Einrichtungen, um die Stücke zusammenzu­ pressen (beispielsweise Klammern, Zugfedern oder damit ver­ bundene Klemmvorrichtungen) oder durch ein Verwenden von Haftmitteln, die in der Technik des Bondens hinreichend be­ kannt sind, eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gebildet. Wenn sie erst einmal abgedichtet ist, steht die Vorrichtung zur Verwendung bereit. In Betrieb wird bzw. werden ein oder mehrere Fluide, die ein zu analysierendes oder zu erfassen­ des fluoreszierendes Molekül enthalten, z. B. analytische Reagenzien, Reaktanten oder dergleichen, von einer externen Quelle durch die Einlaßöffnung 27 in die Reaktionskammer eingebracht; die Auslaßöffnung 29 ermöglicht ein Hindurch­ treten eines Fluids von der Reaktionskammer zu einer exter­ nen Region.

Die mikroanalytische Vorrichtung umfaßt ferner eine externe Quelle einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung 31. Die externe Quelle ist ausgelegt, um eine elektromagnetische Anregungsstrahlung zu erzeugen, die eine Anregungswellen­ länge aufweist. Die Anregungswellenlänge ist derart ausge­ wählt, daß das fluoreszierende Molekül, nachdem es mit der elektromagnetischen Anregungsstrahlung in Interaktion ge­ treten ist, eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist. Wie in Fig. 1C gezeigt ist, ist die externe Quelle 31 an der Abdeckplatte 21 angeordnet und ausgelegt, um die elektromagnetische Anregungsstrahlung durch die Ab­ deckplatte und in die Reaktionskammer durchzulassen. Dem­ entsprechend muß die Abdeckplatte 21 für die elektromagne­ tische Strahlung bei der Anregungswellenlänge durchlässig sein. Nachdem sie durch die Abdeckplatte transmittiert wur­ de, tritt die elektromagnetische Anregungsstrahlung in In­ teraktion mit dem fluoreszierenden Molekül, das wiederum eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emis­ sionswellenlänge aufweist. Die emittierte Strahlung wird durch einen integrierten Abschnitt des Substrats, d. h. den Abschnitt, der die Ausnehmung bildet, transmittiert und durch einen Detektor 33, der ausgelegt ist, um eine elek­ tromagnetische Strahlung bei der Emissionswellenlänge zu erfassen, erfaßt. Es ist offensichtlich, daß der integrier­ te Abschnitt des Substrats bezüglich der elektromagneti­ schen Strahlung der Emissionswellenlänge zumindest teilwei­ se durchlässig sein muß, damit der Detektor die emittierte elektromagnetische Strahlung erfaßt. Es sollte ferner of­ fensichtlich sein, daß die in Fig. 1C veranschaulichte Re­ aktionskammer eine Erfassungsregion darstellt, die ausge­ legt ist, um das Molekül, das eine elektromagnetische Strahlung mit einer Emissionswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm emittiert, nachdem es mit einer elektroma­ gnetischen Anregungsstrahlung in Interaktion getreten ist, zu enthalten. Auf diese Weise lassen sich Reaktionen, an denen fluoreszierende Moleküle beteiligt sind, z. B. dieje­ nigen, an denen markierte Oligonukleotide, Polynukleotide, Oligopeptide und/oder Polypeptide beteiligt sind, in der Reaktionskammer überwachen.

Ein verwandtes Ausführungsbeispiel der erfinderischen mi­ kroanalytischen Vorrichtung ist in Fig. 2 veranschaulicht. Fig. 2A veranschaulicht diese mikroanalytische Vorrichtung in einer offenen Form. Fig. 2B veranschaulicht die mikro­ analytische Vorrichtung in ihrer geschlossenen Form. Fig. 2C veranschaulicht eine Schnittansicht, die durch die ge­ strichelte Linie "B" der in Fig. 2B veranschaulichten mi­ kroanalytischen Vorrichtung angegeben ist. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, umfaßt diese Vorrichtung 10 ein Substrat 11, das eine im wesentlichen planare Oberfläche 13 aufweist. Die Oberfläche 13 enthält eine Reaktionszone 17, wiederum in Form einer flachen Ausnehmung. Bei diesem Ausführungs­ beispiel sind Flußwege in Form von Mikrokanälen an jedem Ende der Reaktionszone in das Substrat integriert. Ein vor­ gelagerter Mikrokanal 16 in der Substratoberfläche befindet sich in Fluidkommunikation mit der vorgelagerten Region der Reaktionszone, während sich der nachgelagerte Mikrokanal 18 in Fluidkommunikation mit der nachgelagerten Region der Re­ aktionszone befindet. Ein Einlaßendpunkt 15 ist an dem di­ stalen Ende des vorgelagerten Mikrokanals 16 bezüglich der Reaktionszone angeordnet. Desgleichen ist ein Auslaßend­ punkt 19 an dem distalen Ende des nachgelagerten Mikroka­ nals 18 bezüglich der Reaktionszone angeordnet.

Es versteht sich, daß, obwohl Mikrokanäle in einer im all­ gemeinen ausgedehnten Form dargestellt werden, Mikrokanäle, die bei der Ausübung der Erfindung gebildet werden, in ei­ ner großen Vielzahl von Konfigurationen abgetragen sein können, beispielsweise in einem geraden, serpentinenarti­ gen, spiralförmigen oder jedem beliebigen gewünschten ge­ wundenen Pfad. Wie oben beschrieben wurde, können Mikroka­ näle in einer großen Vielzahl von Kanalgeometrien gebildet sein, einschließlich halbkreisförmiger, rechtwinkliger, rautenförmiger Geometrien und dergleichen, und die Kanäle können in einer breiten Palette von Seitenverhältnissen ge­ bildet sein. Es sei ferner bemerkt, daß eine Vorrichtung, die eine Mehrzahl von Mikrokanälen an derselben aufweist, in die Wesensart der Erfindung fällt.

Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist ferner eine Abdeckplatte 21 vorgesehen und über dem Substrat 11 angeordnet. Die Abdeck­ platte 21 weist zwei im wesentlichen planare, einander ge­ genüberliegende Oberflächen auf, wie bei 23 bzw. 25 angege­ ben ist. Die Unterseitenoberfläche 25 der Abdeckplatte 21 ist vor einer Verwendung der Vorrichtung mit dem Substrat ausgerichtet und an der Substratoberfläche 13 plaziert. Ei­ ne Schließung der Vorrichtung, in Fig. 2B gezeigt, durch Ausrichten der Abdeckung mit dem Substrat und Bilden einer Dichtung zwischen denselben führt zu einer Bildung eines Fluidweges, der sich durch eine vorgelagerte Rohrleitung, eine Reaktionskammer und eine nachgelagerte Rohrleitung be­ wegt. Auf eine Schließung der Vorrichtung hin ist die Ein­ laßöffnung 27, die sich durch die Abdeckplatte 21 er­ streckt, mit dem Einlaßendpunkt 15 ausgerichtet und ermög­ licht eine Einbringung eines Fluids von einer externen Quelle in die vorgelagerte Rohrleitung. Zudem ist die Aus­ laßöffnung 29, die sich ebenfalls durch die Abdeckplatte 21 erstreckt, mit dem Auslaßendpunkt ausgerichtet und ermög­ licht eine Entfernung von Fluid aus der nachgelagerten Rohrleitung. Das Innenvolumen der mikroanalytischen Vor­ richtung entlang dem Fluidweg kann diverse Funktionen er­ füllen. Die vorgelagerte Rohrleitung kann beispielsweise als Konzentrationseinrichtung verwendet werden, um die Kon­ zentration eines bestimmten Analyten oder einer bestimmten chemischen Komponente vor einer chemischen Verarbeitung in der Reaktionskammer zu erhöhen. Unerwünschte, potentiell störende oder Reaktionskomponenten können ebenfalls ent­ fernt werden, indem die vorgelagerte Rohrleitung auf diese Weise verwendet wird. Zusätzlich oder als Alternative kann der vorgelagerte Mikrokanal als Mikroreaktor für vorberei­ tende chemische oder biochemische Prozesse vor einer chemi­ schen Verarbeitung in der Reaktionskammer dienen. Solche vorbereitenden Prozesse können ein Markieren, einen Prote­ inaufschluß und dergleichen umfassen. Die nachgelagerte Rohrleitung kann beispielsweise als eine Reinigungseinrich­ tung verwendet werden, um unerwünschte Komponenten, nicht reagierte Materialien usw. nach Abschluß des chemischen Verarbeitens aus der Reaktionskammer zu entfernen. Dies kann beispielsweise durch ein Beaufschlagen der nachgela­ gerten Rohrleitung oder durch Beschichten ihrer Innenober­ fläche mit einem Material, das bestimmte Typen von Kompo­ nenten selektiv aus einem Fluid oder Reaktionsgemisch ent­ fernt, bewerkstelligt werden. Überdies können jegliche der Rohrleitungen oder die Reaktionskammer ausgelegt sein, um eine Flüssigphasenanalyse durchzuführen.

Die mikroanalytische Vorrichtung umfaßt ferner eine externe Quelle einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung, die ausgelegt ist, um eine elektromagnetische Anregungsstrah­ lung zu erzeugen, die eine Anregungswellenlänge aufweist. Wie in Fig. 2C gezeigt ist, ist die externe Quelle 31 aus­ gelegt, um die elektromagnetische Anregungsstrahlung durch die Abdeckplatte der mikroanalytischen Vorrichtung durchzu­ lassen. Dementsprechend muß zumindest ein Abschnitt der Ab­ deckplatte 21 bezüglich der elektromagnetischen Strahlung bei der Anregungswellenlänge durchlässig sein. Wie gezeigt ist, ist die gesamte Abdeckplatte aus einem einzigen Stück aufgebaut und ist bezüglich der elektromagnetischen Strah­ lung bei der Anregungswellenlänge durchlässig. Die Abdeck­ platte umfaßt zwei integrale Linsen, die bei 26 bzw. 28 an­ gegeben sind und jeweils auf der äußeren Oberfläche 23 der Abdeckplatte angeordnet sind. Die vorgelagerte Linse 26 ist in der Nähe der Einlaßöffnung angeordnet, und die nachgela­ gerte Linse 28 ist in der Nähe der Auslaßöffnung angeord­ net. Die vorgelagerte und die nachgelagerte Linse sind po­ sitioniert, um eine elektromagnetische Anregungsstrahlung von der externen Quelle in den vorgelagerten bzw. nachgela­ gerten Mikrokanal zu fokussieren.

Fig. 2C veranschaulicht ferner die mikroanalytische Vor­ richtung im Betrieb, wobei ein oder mehrere Fluide, das bzw. die ein zu erfassendes fluoreszierendes Molekül ent­ hält bzw. enthalten, von einer externen Quelle durch die Einlaßöffnung 27 in die mikroanalytische Vorrichtung einge­ bracht wird bzw. werden. Die Fluide unterliegen einer An­ triebskraft und bewegen sich durch einen Fluidflußweg, der die Einlaßöffnung 27, die vorgelagerte Rohrleitung, die Re­ aktionskammer, die nachgelagerte Rohrleitung und die Aus­ laßöffnung 29 umfaßt, wie durch einen Pfeil "S" angegeben ist. Das fluoreszierende Molekül ermöglicht ein Überwachen der diversen Reaktionen, Prozesse und dergleichen in der mikroanalytischen Vorrichtung. Nachdem sie durch jede Linse der Abdeckplatte 21 transmittiert wurde, tritt die fokus­ sierte elektromagnetische Anregungsstrahlung in Interaktion mit dem fluoreszierenden Molekül in der vorgelagerten und der nachgelagerten Rohrleitung, das wiederum eine elektro­ magnetische Strahlung, die eine Emissionswellenlänge auf­ weist, emittiert. Die emittierte Strahlung von jeder Rohr­ leitung wird durch das Substrat 11 transmittiert und durch einen Detektor 33, der ausgelegt ist, um eine elektromagne­ tische Emissionsstrahlung zu den Rohrleitungen zu erfassen, erfaßt. Dementsprechend dienen die vorgelagerte und die nachgelagerte Rohrleitung als Erfassungsregionen für dieses Ausführungsbeispiel. Detektoren, die zum Erfassen einer emittierten Strahlung geeignet sind, sind beispielsweise in der Halbleitertechnik bekannt. Wie gezeigt ist, ist das ge­ samte Substrat 11 für die emittierte Strahlung durchlässig. Durch ein Vergleichen der emittierten Strahlung, die durch den vorgelagerten und den nachgelagerten Mikrokanal trans­ mittiert wird, können chemische Reaktionen und dergleichen in der mikroanalytischen Vorrichtung überwacht werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen mi­ kroanalytischen Vorrichtung, die eine selbstjustierende Op­ tik aufweist, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Fig. 3A veran­ schaulicht dieses Ausführungsbeispiel der mikroanalytischen Vorrichtung in einer offenen Form. Fig. 3B veranschaulicht die mikroanalytische Vorrichtung der Fig. 3A in ihrer ge­ schlossenen Form. Fig. 3C veranschaulicht eine Schnittan­ sicht, die durch die gestrichelte Linie "C" der in Fig. 3B veranschaulichten mikroanalytischen Vorrichtung in einer Kombination mit der Optik, die in Verbindung mit solchen mikroanalytischen Vorrichtungen verwendet werden kann, an­ gezeigt wird. Die mikroanalytische Vorrichtung 10 ist aus einem Substrat 11 und einer Abdeckplatte 21, wie in Fig. 3A gezeigt, gebildet. Das Substrat 10 ist ein massives und im allgemeinen flaches Stück, das erste und zweite einander gegenüberliegende, im wesentlichen planare Oberflächen auf­ weist, die bei 13 bzw. 14 angegeben sind. Das Substrat 11 weist einen Mikrokanal 16 auf, der in der ersten Substrat­ oberfläche 13 gebildet ist. Der vorgelagerte Abschnitt des Mikrokanals 16 endet bei einem Einlaßendpunkt 15, während der nachgelagerte Abschnitt bei einem Auslaßendpunkt 19 en­ det. Optional kann die erste Substratoberfläche ferner eine vorrichtungsintegrierte Reservoireinrichtung (nicht ge­ zeigt) umfassen, die sich in Fluidkommunikation mit dem Mi­ krokanal befindet und aus einem Hohlraum in der ersten Sub­ stratoberfläche gebildet ist. Der Hohlraum kann in einer beliebigen Geometrie und mit einem beliebigen Seitenver­ hältnis gebildet sein, die bzw. das lediglich durch die Ge­ samtdicke des Substrats beschränkt ist, um eine Reservoir­ einrichtung, die ein gewünschtes Volumen aufweist, zu lie­ fern. Eine solche optionale Reservoireinrichtung kann ver­ wendet werden, um z. B. ein Zusatz-Fließfluid oder eine Fluidregulierungsfunktion zu liefern. Wie in Fig. 3C veran­ schaulicht ist, ist ein Spiegel 32 auf der zweiten Oberflä­ che 14 des Substrats 11 vorgesehen und mit der Länge des Mikrokanals 16 ausgerichtet. Der Spiegel 32 ist der Form nach ausgelegt, um eine elektromagnetische Strahlung, die von dem Mikrokanal transmittiert wird, in den Mikrokanal zurückzureflektieren.

Wie in Fig. 3A veranschaulicht ist, sind das Substrat 11 und die Abdeckplatte 21 in einem einzigen, massiven, flexi­ blen Stück gebildet. Das Substrat 11 und die Abdeckplatte 21 sind durch mindestens eine Falteinrichtung, allgemein bei 20 angegeben, getrennt, derart, daß die Abschnitte ohne weiteres so gefaltet werden können, daß sie übereinander­ liegen. Die Falteinrichtung 20 kann eine Reihe von beab­ standeten Perforationen, die in dem flexiblen Stück abge­ tragen sind, eine Reihe von beabstandeten schlitzartigen Vertiefungen oder Aperturen, die abgetragen sind, um sich lediglich teilweise durch das flexible Stück zu erstrecken, oder dergleichen aufweisen. Die Perforationen oder Vertie­ fungen können kreisförmige, rautenförmige, hexagonale oder andere Formen aufweisen, die eine Gelenkbildung entlang ei­ ner vorbestimmten geraden Linie fördern. Die Falteinrich­ tung dient dazu, die Abdeckplatte mit dem Substrat auszu­ richten. Alternativ dazu kann die Abdeckplatte aus einer einzelnen Komponente, die also von dem Substrat getrennt ist, gebildet sein, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Eine einzelne Abdeckplatte kann jedoch eine Mikrojustiereinrich­ tung erfordern, die hierin beschrieben oder Fachleuten be­ kannt ist, um die Abdeckplatte mit dem Substrat auszurich­ ten.

Die Abdeckplatte 21 weist ferner gegenüberliegende, im we­ sentlichen planare Oberflächen auf, die bei 23 bzw. 25 an­ gegeben sind. Überdies kann die Abdeckplatte ferner eine Vielzahl von Aperturen umfassen, die in derselben gebildet wurden. Wie gezeigt ist, sind eine Einlaßöffnung 27 und ei­ ne Auslaßöffnung 29, die je in Form einer Apertur vorlie­ gen, an der Abdeckplatte 21 vorgesehen. Die erste Abdeck­ plattenoberfläche 25 ist in der Lage, eng mit der ersten Substratoberfläche 13 in Interaktion zu treten. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, ist die Abdeckplatte 21 über der ersten Substratoberfläche 13 angeordnet und definiert zusammen mit dem Mikrokanal 16 eine Rohrleitung zum Befördern des Flu­ ids. In einem solchen Fall kann die Einlaßöffnung 27 ange­ ordnet sein, um mit dem Einlaßendpunkt 15 des Mikrokanals 16 zu kommunizieren, und desgleichen kann die Auslaßöffnung 29 angeordnet sein, um mit dem Auslaßendpunkt 19 zu kommu­ nizieren. Die Einlaßöffnung 27 ermöglicht den Durchtritt von Fluid von einer externen Quelle (nicht gezeigt) in den Mikrokanal, und die Auslaßöffnung 29 ermöglicht es, daß das Fluid aus dem Mikrokanal hinausströmt. Wenn die Substrat­ oberfläche andere Merkmale aufweist, beispielsweise eine Reservoireinrichtung (nicht gezeigt), können ferner ent­ sprechende Zellen, beispielsweise eine Reservoirzelle, ge­ bildet sein. Ferner kann die Abdeckplatte befestigbar über der ersten planaren Oberfläche ausgerichtet sein, um si­ cherzustellen, daß die Rohrleitung flüssigkeitsdicht ist, indem eine Abdichteinrichtung verwendet wird, wie oben be­ schrieben ist.

Die Abdeckplatte kann ferner eine Vielzahl anderer Merkmale umfassen. Wie gezeigt ist, ist auf der zweiten Oberfläche 23 der Abdeckplatte 21 eine Linse 26 gebildet. Die Linse 26 stellt einen integralen Abschnitt der Abdeckplatte dar und erstreckt sich von der Einlaßöffnung 27 zu der Auslaßöff­ nung 29. Die Linse 26 kann schmäler als der Mikrokanal und parallel zu demselben sein, wenn die Abdeckung über dem Substrat ausgerichtet ist. Die Linse dient dazu, eine elek­ tromagnetische Strahlung zu dem Mikrokanal hinzulenken und von demselben wegzulenken, wie unten erörtert wird, und weist eine entsprechende Form auf. Überdies können andere Merkmale in der Abdeckplatte enthalten sein. Wenn bei­ spielsweise eine optionale, in die Vorrichtung integrierte Reservoireinrichtung in dem Substrat vorgesehen ist (nicht gezeigt), kann eine Zusatzfluidöffnung in Form einer Aper­ tur an der Abdeckplatte angeordnet sein, um mit der in die Vorrichtung integrierten Reservoireinrichtung zu kommuni­ zieren, um den Durchtritt eines Zusatzfluids zu ermögli­ chen, um das in die Vorrichtung integrierte Reservoir zu füllen, wenn die Abdeckplatte über der ersten planaren Oberfläche angeordnet ist.

Fig. 3G veranschaulicht eine Schnittansicht der in Fig. 3B bei der gestrichelten Linie "C" veranschaulichten mikroana­ lytischen Vorrichtung. Unter Bezugnahme auf Fig. 3C sind die Linse 26 auf der zweiten Oberfläche 23 der Abdeckplatte 21, der Mikrokanal 16 auf der ersten Oberfläche 13 des Sub­ strats sowie der Spiegel 32 auf der zweiten Oberfläche 15 des Substrats ausgerichtet. Ebenfalls gezeigt ist eine ex­ terne Quelle einer elektromagnetischen Anregungsstrahlung 31. Die externe Quelle ist ausgelegt, um eine elektromagne­ tische Anregungsstrahlung zu erzeugen, die eine Anregungs­ wellenlänge aufweist. Die Anregungswellenlänge ist derart ausgewählt, daß ein fluoreszierendes Molekül, nachdem es in Interaktion mit der elektromagnetischen Anregungsstrahlung getreten ist, eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist. Wie in Fig. 3C gezeigt ist, ist die externe Quelle ebenfalls ausgelegt, um die elektromagnetische Anre­ gungsstrahlung durch einen dichroitischen Teiler 34 über Pfeile "hv1" und zu der Rohrleitung durch die Linse 26 der Abdeckplatte 11 und in die Rohrleitung durchzulassen. Dem­ entsprechend müssen die Linse 26 und der dichroitische Tei­ ler 34 bezüglich der Wellenlänge der elektromagnetischen Anregungsstrahlung durchlässig sein. Vorzugsweise weist die Linse 26 einen Brennpunkt auf, der sich in der Erfassungs­ region befindet. Nachdem sie durch die Linse 26 und zu der Rohrleitung transmittiert wurde, tritt die elektromagneti­ sche Anregungsstrahlung in Interaktion mit dem fluoreszie­ renden Molekül, das wiederum eine elektromagnetische Strah­ lung emittiert, die eine Emissionswellenlänge aufweist. Die emittierte Strahlung wird durch die Linse 26 transmittiert, welche die Strahlung zu dem dichroitischen Teiler 34 lei­ tet, von dem aus die emittierte Strahlung in einen Detektor 33 eines Infrarot-Fluoreszenzerfassungssystems 33 reflek­ tiert wird, wie durch Pfeile "hv2" angegeben ist. Somit muß die Linse 26 bezüglich einer elektromagnetischen Strahlung einer Emissionswellenlänge durchlässig sein, und der dich­ roitische Teiler 34 muß optische Eigenschaften haben, die ausreichend sind, um die emittierte Strahlung zu reflektie­ ren. Vorzugsweise ist der dichroitische Teiler bezüglich der emittierten Strahlung undurchlässig.

Es sollte offensichtlich sein, daß die Rohrleitung als eine Erfassungsregion dient, in der eine Anregungsstrahlung mit dem fluoreszierenden Molekül in Interaktion tritt. Der Spiegel 32 auf der zweiten Oberfläche 14 des Substrats 11, in Fig. 3C gezeigt, kann somit ausgelegt sein, um zwei Zwecke zu erfüllen. Als erstes kann der Spiegel aufgebaut sein, um eine elektromagnetische Anregungsstrahlung zu re­ flektieren, um die Effizienz einer Lumineszenzerfassung zu erhöhen. Mit anderen Worten kann eine Anregungsstrahlung, die durch die Linse in die Erfassungsregion eintritt und nicht mit einem lumineszierenden Molekül in Interaktion tritt, wiederum durch die Erfassungsregion gelenkt werden, um der Anregungsstrahlung eine weitere Gelegenheit zu ge­ ben, eine Fluoreszenz zu erzeugen. Als zweites kann der Spiegel dazu dienen, eine emittierte Strahlung von der Er­ fassungsregion zu dem Infrarot-Fluoreszenzerfassungssystem zu reflektieren und umzulenken. Bei einer optimierten Vor­ richtung kann die Erfassungsregion zusammen mit einem rich­ tig geformten und positionierten Spiegel eine Resonanzkam­ mer bilden.

Im Betrieb strömt ein Probenfluid, das ein fluoreszierendes Molekül enthält, von der externen Quelle durch die Einlaß­ öffnung in die Rohrleitung und aus der Auslaßöffnung der mikroanalytischen Vorrichtung. Die selbstjustierende Optik ermöglicht ein Überwachen der Fluoreszenz entlang der Länge der Rohrleitung. Es ist anzumerken, daß für einen optimalen Betrieb die Linse zur Verwendung bei der selbstjustierenden Optik aus einem Material aufgebaut sein sollte, das im we­ sentlichen denselben Brechungsindex und dieselbe Dispersion sowohl für die Anregungsstrahlung als auch die emittierte Strahlung aufweist. Dies ermöglicht einen vereinfachten Op­ tikaufbau.

Die Materialien, die verwendet werden, um die Substrate und Abdeckplatten bei den mikroanalytischen Vorrichtungen der Erfindung zu bilden, sind in bezug auf physikalische und chemische Charakteristika, die für eine bestimmte Anwendung wünschenswert sind, ausgewählt. In allen Fällen muß das Substrat aus einem Material hergestellt sein, das eine Bil­ dung von Hochdefinitionsmerkmalen (oder Hoch-"Auflösungs"- Merkmalen), d. h. Mikrokanälen, Kammern und dergleichen, die Mikrometer- oder Submikrometerabmessungen aufweisen, ermög­ licht. Das heißt, daß das Material für eine Mikroherstel­ lung unter Verwendung von z. B. Trockenätzen, Naßätzen, La­ serätzen, Formpressen, Prägen oder dergleichen geeignet sein muß, um gewünschte miniaturisierte Oberflächenmerkmale aufzuweisen; vorzugsweise ist das Substrat in der Lage, derart mikrohergestellt zu werden, um Merkmale in, an und/oder durch die Oberfläche des Substrats zu bilden. Fer­ ner können Mikrostrukturen auf der Oberfläche eines Sub­ strats gebildet werden, indem Material zu derselben hinzu­ gefügt wird, beispielsweise können unter Verwendung von photo-abbildbarem Polyimid Polymerkanäle auf der Oberfläche eines geeigneten Substrats gebildet werden. Ferner sollten alle verwendeten Vorrichtungsmaterialien unter den verwen­ deten Reaktionsbedingungen (z. B. bezüglich des PH-Werts, elektrischer Felder usw.) bezüglich jeglicher Reagenzien, mit denen sie in Berührung kommen, idealerweise chemisch reaktionsträge und physikalisch stabil sein. Zur Verwendung bei chemischen Prozessen, bei denen hohe Temperaturen zum Einsatz kommen, z. B. PCR, ist es wichtig, daß alle Materia­ lien in dem verwendeten Temperaturbereich chemisch und phy­ sikalisch stabil sind. Je nach dem Aufbau der mikroanalyti­ schen Vorrichtung sollten die verwendeten Materialien be­ züglich elektromagnetischer Strahlung einer geeigneten Wel­ lenlänge durchlässig sein, d. h. das Material muß bezüglich der Wellenlänge der Anregungs- und/oder Emissionsstrahlung durchlässig sein. Je nach der Optik, die der mikroanalyti­ schen Vorrichtung zugeordnet ist, können z. B. die Abdeck­ platte und das Substrat aus demselben Material oder aus un­ terschiedlichen Materialien aufgebaut sein. Silizium, Sili­ ziumdioxid und andere siliziumhaltige Materialien sollten allgemein vermieden werden, und bevorzugte Materialien sind diejenigen, die gelöste Stoffe, z. B. Proteine oder andere Moleküle, die mit der mikroanalytischen Vorrichtung in Be­ rührung kommen können, nicht stark adsorbieren. Geeignete Materialien zum Bilden der vorliegenden Vorrichtungen um­ fassen polymerische Materialien, Keramik (einschließlich Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und dergleichen), andere Mate­ rialien, die eine ausreichende Durchlässigkeit bezüglich einer bestimmten Wellenlänge aufweisen, und Laminate der­ selben, sind aber nicht auf diese beschränkt.

Polymerische Materialien sind hierin besonders bevorzugt und sind in der Regel organische Polymere, die entweder Ho­ mopolymere oder Copolymere sind, die natürlich oder synthe­ tisch, vernetzt oder unvernetzt sind. Spezifische relevante Polymere umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Polyimi­ de, Polyketone, Polyethylennaphthalate, Polycarbonate, Po­ lyester, Polyamide, Polyether, Polyuretane, Polyfluorkoh­ lenwasserstoffe, Polystyrene, Poly(Acrylonitril-Butadien- Styren)(ABS), Acrylat und Acrylsäurepolymere, wie z. B. Po­ lymethylmethacrylat, und andere substituierte und nicht substituierte Polyolefine, und Copolymere derselben. Poly­ imid ist von besonderem Interesse und erwies sich in einer Anzahl von Kontexten als hoch wünschenswertes Substratmate­ rial. Es wurde beispielsweise demonstriert, daß Polyimide geringe sorptive Eigenschaften bezüglich Proteinen aufwei­ sen, von denen bekannt ist, daß sie in bisherigen Silizium­ dioxid-basierten Systemen besonders schwierig zu analysie­ ren sind. Polyimide sind z. B. unter dem Handelsnamen Kap­ ton®, (DuPont, Wilmington, DE) und Upilex® (Ube Industries, Ltd., Japan) im Handel erhältlich. Ein weiteres polymeri­ sches Material, das in bezug auf Proteine und andere Biomo­ leküle geringe sorptive Eigenschaften aufweist, sind Poly­ ketone, wie z. B. Polyetherketon, das von einer Anzahl von Lieferanten im Handel erhältlich ist.

Die Vorrichtungen der Erfindung können auch aus einem "Ver­ bundwerkstoff", d. h. einer Verbindung, die aus ungleichen Materialien besteht, hergestellt sein. Die Verbindung kann ein Blockverbundwerkstoff, z. B. ein A-B-A- Blockverbundwerkstoff, ein A-B-C-Blockverbundwerkstoff oder dergleichen sein. Alternativ dazu kann der Verbundwerkstoff eine heterogene Kombination aus Materialien sein, d. h. eine Kombination, bei der die Materialien von getrennten Phasen unterschiedlich sind, oder eine homogene Kombination aus ungleichen Materialien, solange optische Erfordernisse der Vorrichtung erfüllt sind. Hierin wird der Begriff "Verbund­ werkstoff" so verwendet, daß er einen "Laminat"- Verbundwerkstoff umfaßt. Ein "Laminat" bezieht sich auf ein Verbundwerkstoffmaterial, das aus mehreren verschiedenen verbundenen Schichten aus identischen oder unterschiedli­ chen Materialien gebildet ist. Weitere bevorzugte Verbund­ werkstoffsubstrate umfassen Polymerlaminate, Poly­ mer/Metall-Laminate, z. B. ein mit Kupfer beschichtetes Po­ lymer, einen Keramik-In-Metall- oder einen Polymer-In- Metall-Verbundwerkstoff. Die metallische Komponente solcher Substrate kann z. B. als Spiegel für eine selbstjustierende Optik verwendet werden. Ein bevorzugtes Verbundwerkstoffma­ terial ist ein Polyimidlaminat, das aus einer ersten Schicht aus Polyimid, z. B. Kapton®, von DuPont (Wilmington, Delaware) erhältlich, gebildet ist, die mit einer zweiten, dünnen Schicht einer als KJ® bekannten und ebenfalls von DuPont (Wilmington, Delaware) erhältlichen Thermohaftmit­ telform von Polyimid coextrudiert wurde.

Da die mikroanalytische Vorrichtung die Erfassung eines Mo­ leküls ermöglicht, das eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als 640 nm aufweist, auf eine Interaktion mit einer elek­ tromagnetischen Anregungsstrahlung hin, sollten bevorzugte Materialien zum Bilden der mikroanalytischen Vorrichtung auf eine Interaktion mit einer emittierten Strahlung hin keine Fluoreszenz aufweisen. Polyimid ist ein solches be­ vorzugtes Material. Fig. 4 veranschaulicht das Fluoreszenz­ spektrum von Polyimid, das durch ein Inkontaktbringen mit einer elektromagnetischen Strahlung, die eine Wellenlänge von 450 nm aufweist, erzeugt wird. Es ist offensichtlich, daß Polyimid einen Fluoreszenzspektrumwellenlängenbereich von ca. 500 nm bis über ca. 750 nm aufweist, wenn es einer Strahlung ausgesetzt wird, die eine Wellenlänge von ca. 450 nm aufweist. Wenn es jedoch einer elektromagnetischen Strahlung mit einer Wellenlänge von ca. 640 nm ausgesetzt ist, weist Polyimid keine bedeutende Fluoreszenz auf, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die das Fluoreszenzspektrum von Po­ lyimid, das durch ein Inkontaktbringen mit einer elektroma­ gnetischen Strahlung, die eine Wellenlänge von 640 nm auf­ weist, erzeugt wird, veranschaulicht. Überdies sollten die bevorzugten Materialien eine einen erfaßbaren Grad betra­ gende Durchlässigkeit bezüglich einer emittierten elektro­ magnetischen Strahlung ermöglichen. Beispielsweise veran­ schaulicht Fig. 6 die Fluoreszenzspektren von Diethyloxa­ tricarbocyaniniodid (DOTCI), die durch ein Inkontaktbringen mit einer elektromagnetischen Strahlung, die eine Wellen­ länge von 640 nm aufweist, erzeugt werden. Die Kurve "a" veranschaulicht die Fluoreszenz von DOTCI, und die Kurve "b" veranschaulicht die Fluoreszenz von DOTCI, während es durch ein Polyimidsubstrat transmittiert wird. Während eine relative Fluoreszenzintensität für die emittierte Strahlung nach einer Transmission durch das Substrat verringert ist, ist die Intensität für eine Erfassung immer noch ausrei­ chend hoch.

Die Oberflächen der Substrate und Abdeckplatten können che­ misch modifiziert sein, um wünschenswerte chemische oder physikalische Eigenschaften zu liefern, z. B. um eine Ad­ sorption von molekularen Anteilen zu den Innenwänden eines Mikrokanals oder einer Reaktionskammer zu verringern, und um EOF zu verringern, solange keine chemisch modifizierten Oberflächen Fluoreszenzeigenschaften der mikroanalytischen Vorrichtungen wesentlich beeinträchtigen. Überdies sollte ferner betont werden, daß unterschiedliche Regionen eines einzelnen Substrats chemisch unterschiedliche Oberflächen aufweisen können, solange keine dieser Oberflächen Fluores­ zenzeigenschaften der mikroanalytischen Vorrichtungen we­ sentlich beeinträchtigt. Beispielsweise kann die Innenober­ fläche eines Mikrokanals ein erstes Material aufweisen, während die Innenoberfläche einer Reaktionskammer, die sich in Fluidkommunikation mit diesem Mikrokanal befindet, ein zweites Material aufweisen kann. Als weiteres Beispiel kann bzw. können die Reaktionskammer(n) Innenoberflächen aufwei­ sen, die z. B. mit PEO oder dergleichen beschichtet oder funktionalisiert sind, während die Innenoberflächen von Mi­ krokanälen, die der bzw. den Reaktionskammern, zugeordnet sind, eventuell nicht beschichtet oder funktionalisiert sind. Mikrokanäle können ferner so hergestellt sein, daß sie ein Ionenaustauscherharz, eine metallchelatbildende Verbindung, ein affinitätsadsorbierendes Material oder der­ gleichen enthalten, d. h. Materialien, die ausgewählt wer­ den, um ein Fluid zu reinigen, indem eine oder mehrere Kom­ ponenten oder Typen von Komponenten aus denselben entfernt werden. Auf diese Weise können unterschiedliche Komponenten und Merkmale, die in demselben Substrat vorliegen, verwen­ det werden, um unterschiedliche chemische oder biochemische Prozesse, oder unterschiedliche Schritte in einem einzelnen chemischen oder biochemischen Prozeß, durchzuführen.

Wie oben beschrieben wurde, ist die mikroanalytische Vor­ richtung in der Lage, ein Molekül zu erfassen, das auf eine Interaktion mit einer elektromagnetischen Anregungsstrah­ lung hin eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist. Da nicht alle Analytmoleküle fluoreszierend sind, kann an Molekülen, die keine Fluoreszenz aufweisen, eine fluoreszierende Markierung angebracht werden. Das heißt, daß ein erfaßtes Molekül aus einem nativen Abschnitt beste­ hen kann, der an einer fluoreszierenden Markierung ange­ bracht ist. Beispiele fluoreszierender Markierungen, die für eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Tricarbo­ cyanine, die heteroaromatische Fragmente enthalten, die durch eine Polymethinkette verbunden sind, wie z. B. Diethy­ loxatricarbocyaniniodid (DOTCI) und Hexamethylindotricarbo­ cyaniniodid (HITCI), deren chemische Struktur unten als (I) bzw. (II) veranschaulicht ist.

Andere geeignete lumineszierende Markierungen umfassen je­ ne, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, sind jedoch nicht auf dieselben beschränkt. In Tabelle 1 sind ferner die Anre­ gungs- und zugeordnete Emissionswellenlänge in Nanometern für jede fluoreszierende Markierung aufgeführt. Jede in Ta­ belle 1 aufgeführte Markierung ist von Molecular Probes, Inc., Eugene, Oregon, erhältlich.

Tabelle 1

Die vorliegenden mikroanalytischen Vorrichtungen können un­ ter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Verfahrens hergestellt werden, einschließlich, aber nicht ausschließ­ lich, Mikroformpreß- und Gießtechniken, Prägeverfahren, Oberflächenmikrobearbeitung und Vollvolumenmikrobearbei­ tung. Die letztgenannte Technik beinhaltet eine Bildung von Mikrostrukturen durch direktes Ätzen in ein Vollvolumenma­ terial, in der Regel unter Verwendung von chemischem Naßät­ zen oder reaktivem Ionenätzen ("RIE"). Oberflächenmikrobe­ arbeitung beinhaltet eine Herstellung aus Filmen, die auf der Oberfläche eines Substrats aufgebracht sind. Ein bei­ spielhafter Oberflächenmikrobearbeitungsprozeß ist als "LIGA" bekannt. Siehe beispielsweise Becker u. a. (1986), "Fabrication of Microstructures with High Aspect Ratlos and Great Structural Heights by Synchrotron Radiation Litho­ graphy Galvanoforming, and Plastic Moulding (LIGA Pro­ cess)," Microelectronic Engineering 4(1): 35-36; Ehrfeld u. a. (1988), "1988 LIGA Process: Sensor Construction Tech­ niques via x-Ray Lithography", Tech. Digest from IEEE So­ lid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton Head, SC; Guckel u. a. (1991) J. Micromech. Microeng. 1: 135-138. LIGA beinhaltet eine Aufbringung einer relativ dicken Schicht eines Röntgenphotolacks auf einem Substrat, gefolgt von ei­ ner Belichtung mit einer hochenergetischen Röntgenstrahlung durch eine Röntgenmaske, und Entfernung der bestrahlten Photolackabschnitte unter Verwendung eines chemischen Ent­ wicklers. Die so gelieferte LIGA-Form kann verwendet wer­ den, um Strukturen anzufertigen, die horizontale Abmessun­ gen - d. h. Durchmesser - in der Größenordnung von Mikrome­ tern aufweisen.

Eine bevorzugte Technik zum Anfertigen der vorliegenden mi­ kroanalytischen Vorrichtungen ist die Laserablation. Bei der Laserablation werden kurze Pulse von intensivem ultra­ violettem Licht in einer dünnen Oberflächenschicht eines Materials absorbiert. Bevorzugte Pulsenergien sind größer als ca. 100 Millijoules pro Quadratzentimeter, und die Pulsdauer ist kürzer als ca. 1 Mikrosekunde. Unter diesen Umständen löst das intensive ultraviolette Licht die chemi­ schen Bindungen in der Substratoberfläche photomäßig. Die absorbierte ultraviolette Energie wird in einem solch ge­ ringen Volumen an Material konzentriert, daß sie die gelö­ sten Fragmente rasch erhitzt und sie aus der Substratober­ fläche herausschleudert. Da diese Prozesse so rasch statt­ finden, bleibt keine Zeit, in der sich Hitze zu dem umge­ benden Material hin ausbreiten könnte. Folglich wird die umgebende Region nicht geschmolzen oder anderweitig beschä­ digt, und der Umfang abladierter Merkmale kann die Gestalt des einfallenden optischen Strahls mit einer Präzision im Bereich von ca. einem Mikrometer oder weniger reproduzie­ ren. Eine Laserablation beinhaltet in der Regel eine Ver­ wendung eines Hochenergie-Photonenlasers, wie z. B. eines Excimerlasers vom F₂-, ArF-, KrCl-, KrF- oder XeCl-Typ. Es können jedoch auch andere Quellen von ultraviolettem Licht, die im wesentlichen dieselben optischen Wellenlängen und Energiedichten aufweisen, verwendet werden. Laserablation­ stechniken sind beispielsweise bei Znotins u. a. (1987) La­ ser Focus Electro Optics, auf S. 54-70, und in den US-Patenten Nr. 5,291,226 und 5,305,015 an Schantz u. a. be­ schrieben.

Die verwendete Herstellungstechnik mag Merkmale einer aus­ reichend hohen Definition liefern, d. h. Mikrokomponenten, -kanäle, -kammern usw., so daß eine präzise Ausrichtung - "Mikroausrichtung" - dieser Merkmale möglich ist. "Mikro­ ausrichtung" bezieht sich auf die präzise und genaue Aus­ richtung von laserabladierten Merkmalen, einschließlich der Ausrichtung von komplementären Mikrokanälen oder Mikrozel­ len zueinander, von Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen zu Mi­ krosäulen oder Reaktionskammern, von Erfassungseinrichtun­ gen zu Mikrosäulen oder Trennungszellen, von Erfassungsein­ richtungen zu anderen Erfassungseinrichtungen, von Vor­ sprüngen und passenden Vertiefungen, von Rillen und passen­ den Stegen, und dergleichen.

Das Substrat jedes Ausführungsbeispiels der Erfindung kann auch aus einem unitären Stück hergestellt sein, oder es kann aus zwei planaren Segmenten hergestellt sein, von de­ nen eines als Basis dient und keine Merkmale, Aperturen oder dergleichen enthält, und von denen das andere auf der Basis plaziert ist und die gewünschten Merkmale, Aperturen oder dergleichen aufweist, die durch den gesamten Körper des Segments abladiert oder anderweitig gebildet sind. Wenn die beiden planaren Segmente ausgerichtet und zusammenge­ preßt werden, wird auf diese Weise ein Substrat gebildet, das zu einem monolithischen Substrat äquivalent ist.

Die externe Quelle der elektromagnetischen Anregungsstrah­ lung kann ausgelegt sein, um die elektromagnetische Strah­ lung, die die Anregungswellenlänge aufweist, zu der Erfas­ sungsregion durchzulassen. Die Quelle ist im allgemeinen ausgelegt, um eine Anregungsstrahlung zu liefern, die eine Anregungswellenlänge aufweist, die geringer ist als die ge­ wünschte Wellenlänge für die emittierte Strahlung. Somit muß die Anregungsstrahlung so gewählt sein, daß sie der Emissionsstrahlung entspricht. Für eine Emissionsstrahlung, die eine Infrarot-Wellenlänge aufweist, kann die Anregungs­ strahlung eine sichtbare Wellenlänge, oft eine Wellenlänge im fernen sichtbaren Bereich, aufweisen. In der Regel ist die Anregungswellenlänge etwas größer als die Emissionswel­ lenlänge, d. h. von ca. 400 nm bis ca. 750 nm, und stärker bevorzugt von ca. 490 nm bis ca. 670 nm. Die elektromagne­ tische Anregungsstrahlung kann monochromatisch sein, wie es im allgemeinen bei lasererzeugter Strahlung der Fall ist. Zudem kann die externe Quelle der elektromagnetischen Anre­ gungsstrahlung eine Leuchtdiode aufweisen, deren Verwendung eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar­ stellt. Eine Nahe-IR-Photonenquelle, wie z. B. eine Diode, kann unter Verwendung gewöhnlicher Batterien angetrieben werden, während eine vergleichbare Quelle sichtbarer Photo­ nen bezüglich einer Photonenerzeugung unter Verwendung von Batterien als einer Leistungsquelle ineffizient wäre.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine neue mikroana­ lytische Vorrichtung zum Erfassen eines Moleküls, das auf eine Interaktion mit einer elektromagnetischen Anregungs­ strahlung hin eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht weniger als ca. 640 nm aufweist. Es wurden nun eine Anzahl von wichtigen und bisher nicht realisierten Vorteilen erzielt, einschließ­ lich, aber nicht ausschließlich, folgender:

• - die Vorrichtung ermöglicht eine erhöhte Signal/Rausch- Erfassung im Vergleich zu Vorrichtungen, die eine Fluo­ reszenzemission verwenden, die die ultraviolette bis sichtbare Wellenlänge aufweist;
• - die Vorrichtung ermöglicht eine Verwendung von Batterien zum Antreiben einer Anregungsstrahlungsquelle, was zu der Tragbarkeit der Vorrichtung beiträgt;
• - der integrierte Aufbau der Vorrichtung verringert die Herstellungskosten der Vorrichtung;
• - die Vorrichtung ermöglicht eine Selbstjustierung inte­ grierter optischer Komponenten, wodurch die Vorrichtung leichter zu handhaben ist; und
• - die Vorrichtung ermöglicht eine Fluoreszenzerfassung durch Polyimid und andere Materialien, die ausgeprägte Bewuchsresistenzeigenschaften aufweisen.

Abwandlungen der vorliegenden Erfindung sind für Fachleute offensichtlich. Da z. B. die Fluidflußsteuerung ein wichti­ ger Aspekt der Erfindung ist, kann eine bekannte Einrich­ tung für eine Fluidsteuerung integrierte und/oder zusätzli­ che Merkmale der erfindungsgemäßen mikroanalytischen Vor­ richtung darstellen. Eine derartige Fluidflußsteuereinrich­ tung umfaßt, ist jedoch nicht beschränkt auf, Ventile, An­ triebskrafteinrichtungen, Sammelleitungen und dergleichen. Eine solche Fluidflußsteuereinrichtung kann einen inte­ grierten Abschnitt der erfindungsgemäßen mikroanalytischen Vorrichtungen darstellen oder auch modulare Einheiten, die mit den Vorrichtungen wirkverbindbar sind. Während die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele ein Substrat und eine Abdeckplatte umfassen, sollte zudem darauf hingewiesen werden, daß zusätzliche Substrate enthalten sein können, um ein mehrschichtiges Netzwerk aus Rohrleitungen zum Beför­ dern eines Fluids zu bilden.

Alle hierin erwähnten Patente, Patentanmeldungen und Veröf­ fentlichtungen sind in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in dieses Dokument aufgenommen.

Claims (20)

1. Mikroanalytische Vorrichtung (10) zum Erfassen eines Moleküls, das auf eine Interaktion mit einer elektro­ magnetischen Anregungsstrahlung bei einer Anregungs­ wellenlänge hin eine elektromagnetische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellenlänge von nicht we­ niger als etwa 640 nm aufweist, wobei die mikroanaly­ tische Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
ein Substrat (11), das eine im wesentlichen planare Oberfläche (13) und eine in derselben gebildete Aus­ nehmung (17) aufweist;
eine Abdeckplatte (21), die über der planaren Oberflä­ che (13) angeordnet ist, wobei die Abdeckplatte (21) zusammen mit der Ausnehmung (17) eine Erfassungsregion definiert, die ausgelegt ist, um das Molekül zu ent­ halten; und
eine externe Quelle (31) der elektromagnetischen Anre­ gungsstrahlung, die ausgelegt ist, um eine elektroma­ gnetische Strahlung, die die Anregungswellenlänge auf­ weist, zu der Erfassungsregion durchzulassen,
wobei ein integrierter Abschnitt des Substrats (11) oder der Abdeckplatte (21) eine Transmission einer elektromagnetischen Strahlung bei der Emissionswellen­ länge ermöglicht.

2. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der das Molekül einen nativen Abschnitt aufweist, der an einer fluoreszierenden Markierung angebracht ist.

3. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, bei der der native Abschnitt ein Nukleotid, ein Oligo­ nukleotid, ein Polynukleotid, eine Aminosäure, ein Peptid, ein Oligopeptid oder ein Polypeptid ist.

4. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der der native Abschnitt einer Zelle eines biologischen Organismus zugeordnet ist.

5. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 2 bis 4, bei der der native Abschnitt eine pharmazeutische Verbindung ist.

6. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 5, bei der die Emissionswellenlänge eine Infrarot-Wellenlänge ist.

7. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 6, bei der die Emissionswellenlänge eine Nahe-Infrarot- Wellenlänge ist.

8. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 7, bei der die Anregungswellenlänge eine Wellenlänge im fernen sichtbaren Bereich oder darüber ist.

9. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 8, bei der die elektromagnetische Anre­ gungsstrahlung monochromatisch ist.

10. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 9, bei der die externe Quelle (31) der elektromagnetischen Anregungsstrahlung eine Leuchtdio­ de aufweist.

11. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 10, bei der der integrierte Abschnitt eine Transmission einer elektromagnetischen Strahlung bei der Anregungswellenlänge ermöglicht.

12. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 11, bei der der integrierte Abschnitt in Form einer Linse (26) vorliegt, die einen Brennpunkt aufweist, der in der Erfassungsregion angeordnet ist.

13. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 12, die ferner eine reflektierende Ein­ richtung (13) zum Umleiten einer elektromagnetischen Strahlung in der Erfassungsregion aufweist.

14. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 13, bei der mindestens entweder das Sub­ strat (11) und/oder die Abdeckplatte (21) aus einem Feststoffmaterial besteht, das thermisch und chemisch stabil und bewuchsresistent ist.

15. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 14, bei der das Feststoffmaterial ein polymerisches Mate­ rial ist.

16. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 15, bei der das polymerische Material aus der Gruppe aus­ gewählt ist, die aus Polyimiden, Polyketonen, Poly­ ethylennaphthalaten, Polycarbonaten, Polyestern, Po­ lyamiden, Polyethern, Polyurethanen, Polyfluorkohlen­ stoffen, Polystyrenen, Poly(acrylnitril-butadien­ styren), Polymethylmethacrylat, Polyolefinen und Copo­ lymeren derselben besteht.

17. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 16, bei der das polymerische Material aus der Gruppe aus­ gewählt ist, die aus Polyimiden und Polyketonen be­ steht.

18. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 14 bis 17, bei der das Substrat (11) und die Abdeckplatte (21) aus demselben Material bestehen.

19. Mikroanalytische Vorrichtung (10) gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 18, bei der der integrierte Abschnitt von einem anderen Abschnitt des Substrats oder der Ab­ deckplatte, auf der der integrierte Abschnitt angeord­ net ist, bezüglich einer elektromagnetischen Strah­ lung, die die Emissionswellenlänge aufweist, optisch nicht zu unterscheiden ist.

20. Verfahren zum Erfassen eines Moleküls, das auf eine Interaktion mit einer elektromagnetischen Strahlung bei einer Anregungswellenlänge hin eine elektromagne­ tische Strahlung emittiert, die eine Emissionswellen­ länge von nicht weniger als etwa 640 nm aufweist, wo­ bei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• a) Bereitstellen eines Substrats (11), das eine im wesentlichen planare Oberfläche (13) und eine auf derselben gebildete Ausnehmung (17) aufweist;
• b) Anordnen einer Abdeckplatte (21) über der plana­ ren Oberfläche (13), wobei die Abdeckplatte (21) zusammen mit der Ausnehmung (17) eine Erfassungs­ region definiert, die ausgelegt ist, um das Mole­ kül zu enthalten;
• c) Transmittieren einer elektromagnetischen Anre­ gungsstrahlung, die die Anregungswellenlänge auf­ weist, zu der Erfassungsregion, um eine Interak­ tion zwischen dem Molekül und der elektromagneti­ schen Anregungsstrahlung zu ermöglichen; und
• d) Erfassen für eine elektromagnetische Strahlung, die die Emissionswellenlänge aufweist, durch ei­ nen integrierten Abschnitt des Substrats oder der Abdeckplatte, der eine Transmission der emittier­ ten elektromagnetischen Strahlung ermöglicht.