JP2002257785A - マイクロ化学分析システム - Google Patents
マイクロ化学分析システムInfo
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- JP2002257785A JP2002257785A JP2001061005A JP2001061005A JP2002257785A JP 2002257785 A JP2002257785 A JP 2002257785A JP 2001061005 A JP2001061005 A JP 2001061005A JP 2001061005 A JP2001061005 A JP 2001061005A JP 2002257785 A JP2002257785 A JP 2002257785A
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- microchemical analysis
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度な微量分析を可能とする、新しいマイ
クロプラズマ源やマイクロネブライザーという要素技術
とともに、これをチップに備えたマイクロ化学分析シス
テムを提供する。 【解決手段】 基板に微細な流路が配設されてフロー型
分析システムが構成されているマイクロ化学分析システ
ムにおいて、ＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源部
が流路に配置されているものとする。
クロプラズマ源やマイクロネブライザーという要素技術
とともに、これをチップに備えたマイクロ化学分析シス
テムを提供する。 【解決手段】 基板に微細な流路が配設されてフロー型
分析システムが構成されているマイクロ化学分析システ
ムにおいて、ＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源部
が流路に配置されているものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願発明は、マイクロ化
学分析システム（μＴＡＳ：Micro Total Analysis Sts
tem)に関するものである。さらに詳しくは、この出願の
発明は、高感度な微量物質検出のための新しいマイクロ
化学分析システムとそのための要素技術に関するもので
ある。
学分析システム（μＴＡＳ：Micro Total Analysis Sts
tem)に関するものである。さらに詳しくは、この出願の
発明は、高感度な微量物質検出のための新しいマイクロ
化学分析システムとそのための要素技術に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】この出願の発明は、シリコ
ン、ガラス、プラスチックなどのチップ上に数10μｍ幅
の溝を微細加工してガスクロマトグラフィー（ＧＣ）や
マイクロキャピラリー電気泳動（μＣＥ）などの極微量
物質の高速分離を行うフロー型分析システムを形成し、
レーザ誘起蛍光検出や微小電極による電気化学計測など
のオンチップ高感度検出方法との組み合わせより革新的
な高性能分析を実現するマイクロ化学分析システム（μ
TAS：Micro Total Analysis System）の研究が急速に進
んでおり、遺伝子解析、医用検査、新薬開発など広い分
野での応用が期待されている。
ン、ガラス、プラスチックなどのチップ上に数10μｍ幅
の溝を微細加工してガスクロマトグラフィー（ＧＣ）や
マイクロキャピラリー電気泳動（μＣＥ）などの極微量
物質の高速分離を行うフロー型分析システムを形成し、
レーザ誘起蛍光検出や微小電極による電気化学計測など
のオンチップ高感度検出方法との組み合わせより革新的
な高性能分析を実現するマイクロ化学分析システム（μ
TAS：Micro Total Analysis System）の研究が急速に進
んでおり、遺伝子解析、医用検査、新薬開発など広い分
野での応用が期待されている。
【０００３】また、ベンチトップの分析装置ではキャピ
ラリー電気泳動などの分離技術に極めて感度の高い元素
分析法として知られる誘導結合プラズマ発光分光分析(I
CP−OES：Inductively Coupled Plasma Optical Emissi
on Spcciroscopy)やＩＣＰ質量分析を結合させた高速か
つ超高速感度な物質検出方法が近年開発されている。
ラリー電気泳動などの分離技術に極めて感度の高い元素
分析法として知られる誘導結合プラズマ発光分光分析(I
CP−OES：Inductively Coupled Plasma Optical Emissi
on Spcciroscopy)やＩＣＰ質量分析を結合させた高速か
つ超高速感度な物質検出方法が近年開発されている。
【０００４】そこで、高密度マイクロプラズマをガラス
等のチップ上で生成させ、μＴＡＳに集積して高感度検
出モジュールとして応用することが考えられるが、これ
までのところ、チップ上での高密度マイクロプラズマの
生成とμＴＡＳチップへの応用については実現されてい
ないのが実情である。
等のチップ上で生成させ、μＴＡＳに集積して高感度検
出モジュールとして応用することが考えられるが、これ
までのところ、チップ上での高密度マイクロプラズマの
生成とμＴＡＳチップへの応用については実現されてい
ないのが実情である。
【０００５】分析用マイクロプラズマチップの最初の報
告は、Ａ．ＭａｎｚらによりμＴＡＳ化したＧＣ（ガス
クロマトグラフィー）での原子、分子検出を目的として
１９９９年に発表されている。ガラスチップ内に形成し
た幅４５０μ×深さ２００μｍ×長さ２０００μｍの微
小空間内に約１７ｋＰａの減圧下で１０〜５０ｍＷの電
力でＨｅの直流グロー放電を発生させ、メタンの検出限
界６００ｐｐｍを見積もっている。減圧下での動作では
カソード電極のスパッタにより、２時間で放電不能にな
ったが、その後、大気圧では２４時間の動作も可能であ
ると報告されている。
告は、Ａ．ＭａｎｚらによりμＴＡＳ化したＧＣ（ガス
クロマトグラフィー）での原子、分子検出を目的として
１９９９年に発表されている。ガラスチップ内に形成し
た幅４５０μ×深さ２００μｍ×長さ２０００μｍの微
小空間内に約１７ｋＰａの減圧下で１０〜５０ｍＷの電
力でＨｅの直流グロー放電を発生させ、メタンの検出限
界６００ｐｐｍを見積もっている。減圧下での動作では
カソード電極のスパッタにより、２時間で放電不能にな
ったが、その後、大気圧では２４時間の動作も可能であ
ると報告されている。
【０００６】また、マイクロストリップアンテナを用い
た２．４５ＧＨｚマイクロ波放電チップが、大気圧かつ
無電極で動作する最初のマイクロプラズマチップとして
報告され、深さ０．９ｍｍ×幅１ｍｍ×長さ９０ｍｍの
放電室内に長さ２〜３ｃｍの放電を１０〜４０Ｗで発生
させ、水銀蒸気の検出限界として１０ｎｇ／ｍｌが報告
されている。
た２．４５ＧＨｚマイクロ波放電チップが、大気圧かつ
無電極で動作する最初のマイクロプラズマチップとして
報告され、深さ０．９ｍｍ×幅１ｍｍ×長さ９０ｍｍの
放電室内に長さ２〜３ｃｍの放電を１０〜４０Ｗで発生
させ、水銀蒸気の検出限界として１０ｎｇ／ｍｌが報告
されている。
【０００７】しかしながら、μＴＡＳチップへのマイク
ロプラズマの実現による高感度な微量分析を可能とする
とのことは依然として実現されていない。微小空間での
安定した高密度プラズマを小電力で生成することは容易
ではないからである。
ロプラズマの実現による高感度な微量分析を可能とする
とのことは依然として実現されていない。微小空間での
安定した高密度プラズマを小電力で生成することは容易
ではないからである。
【０００８】しかもまた、このような、マイクロプラズ
マ源の実現は、マイクロ化学分析システムとしてチップ
に集積して、フロー型分析システムを構成しなければな
らないが、微量の液体試料を分析対象とするためには、
マイクロネブライザーが欠かせないものとなるが、この
ような手段についても実際的なものとなっていないとい
う問題がある。
マ源の実現は、マイクロ化学分析システムとしてチップ
に集積して、フロー型分析システムを構成しなければな
らないが、微量の液体試料を分析対象とするためには、
マイクロネブライザーが欠かせないものとなるが、この
ような手段についても実際的なものとなっていないとい
う問題がある。
【０００９】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の問題点を解消し、高感度な微量分析を可能とする、新
しいマイクロプラズマ源やマイクロネブライザーという
要素技術とともに、これをチップに備えたマイクロ化学
分析システムを提供することを課題としている。
の問題点を解消し、高感度な微量分析を可能とする、新
しいマイクロプラズマ源やマイクロネブライザーという
要素技術とともに、これをチップに備えたマイクロ化学
分析システムを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、第１には、基板に微細な
流路が配設されてフロー型分析システムが構成されてい
るマイクロ化学分析システムにおいて、ＶＨＦ駆動マイ
クロ誘導結合プラズマ源部が流路に配置されていること
を特徴とするマイクロ化学分析システムを提供する。
の課題を解決するものとして、第１には、基板に微細な
流路が配設されてフロー型分析システムが構成されてい
るマイクロ化学分析システムにおいて、ＶＨＦ駆動マイ
クロ誘導結合プラズマ源部が流路に配置されていること
を特徴とするマイクロ化学分析システムを提供する。
【００１１】また、第２には、上記のプラズマ源部に
は、基板上にマイクロアンテナが配設されていることを
特徴とするマイクロ化学分析システムを、第３には、Ｖ
ＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源は、モジュールと
して基板に対して装着脱自在とされていることを特徴と
するマイクロ化学分析システムを提供する。
は、基板上にマイクロアンテナが配設されていることを
特徴とするマイクロ化学分析システムを、第３には、Ｖ
ＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源は、モジュールと
して基板に対して装着脱自在とされていることを特徴と
するマイクロ化学分析システムを提供する。
【００１２】この出願の発明には、第４には基板に微細
な流路を配設してフロー型分析システムが構成されてい
るマイクロ化学分析システムにおいて、マイクロネブラ
イザー部が流路に形成されていることを特徴とするマイ
クロ化学分析システムを提供し、第５には、マイクロネ
ブライザー部は、微小量液体試料を導入する中央部のキ
ャピラリーの側部にはキャリアガスの導入のためのキャ
ピラリーが配置され、中央部キャピラリーの先端側部よ
りキャリアガスが吹出されるようにしたことを特徴とす
るマイクロ化学分析システムを、第６には、マイクロネ
ブライザー部は、モジュールとして基板に対して装着脱
自在とされていることを特徴とするマイクロ化学分析シ
ステムを提供するこの出願の発明は、第７には、上記ネ
ブライザー部に近接してＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プ
ラズマ源部が流路に配置されていることを特徴とするマ
イクロ化学分析システムを提供し、第８には、誘導結合
プラズマ発光分光分析が可能とされていることを特徴と
するマイクロ化学分析システムを提供し、第９には、マ
イクロキャピラリー電気泳動部が設けられていることを
特徴とするマイクロ化学分析システムを提供する。
な流路を配設してフロー型分析システムが構成されてい
るマイクロ化学分析システムにおいて、マイクロネブラ
イザー部が流路に形成されていることを特徴とするマイ
クロ化学分析システムを提供し、第５には、マイクロネ
ブライザー部は、微小量液体試料を導入する中央部のキ
ャピラリーの側部にはキャリアガスの導入のためのキャ
ピラリーが配置され、中央部キャピラリーの先端側部よ
りキャリアガスが吹出されるようにしたことを特徴とす
るマイクロ化学分析システムを、第６には、マイクロネ
ブライザー部は、モジュールとして基板に対して装着脱
自在とされていることを特徴とするマイクロ化学分析シ
ステムを提供するこの出願の発明は、第７には、上記ネ
ブライザー部に近接してＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プ
ラズマ源部が流路に配置されていることを特徴とするマ
イクロ化学分析システムを提供し、第８には、誘導結合
プラズマ発光分光分析が可能とされていることを特徴と
するマイクロ化学分析システムを提供し、第９には、マ
イクロキャピラリー電気泳動部が設けられていることを
特徴とするマイクロ化学分析システムを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１４】まずμＴＡＳに組込むことのできるマイク
ロＶＨＦプラズマ源部について説明する。
ロＶＨＦプラズマ源部について説明する。
【００１５】μＴＡＳに組み込むプラズマ源ではＧＣな
どの分離能を損なわないようにデットスペースの無い微
小放電管内に高密度で励起効率の良いプラズマを生成す
る必要がある。このような微小空間でのプラズマ生成を
特徴づける物理量は、小さな放電容器の特性長と、それ
ゆえに大きい放電体積に対する表面積の比である。たと
えば、ミリメートルサイズのＨｅプズマを生成すること
を想定して、プラズマを特徴づける物理量と圧力及び周
波数との関係をオーダーで評価してみるとまず、電子の
平均自由行程を１ｍｍ以下にするには約１００Ｐａ以上
の圧力が必要となる。ただし圧力を上げすぎると電子エ
ネルギーが低下するため、高電圧駆動が必要になる。高
周波電界中で電子が受けとるパワーは電子衝突周波数ν
と電源角周波数ω（＝２πｆ）が一致するときに最大に
なるが、たとえば電子温度が３ｃＶのとき、１００〜１
０００Ｐａでの電子衝突周波数は１〜１０ＧＨｚとな
り、電源周波数ｆが１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＶＨＦや
ＵＨＦを利用すると低電力で放電が可能になる。そし
て、ＨＦを利用する更なる利点は壁での損失の抑制にあ
る。中性種との衝突を考慮すると周波数１００ＭＨｚで
電界強度の振幅が１００Ｖ／ｍｍの高周波電界中でのＨ
ｅイオンの振幅は約１０μｍ以下、電子の振幅は圧力が
１００Ｐａでは１０ｍｍ以上だが、１０００Ｐａでは１
ｍｍ程度になる。つまり、１０００Ｐａ以上の圧力でＶ
ＨＦを利用すれば、イオン及び電子の一部を放電管内に
捕捉することができる。
どの分離能を損なわないようにデットスペースの無い微
小放電管内に高密度で励起効率の良いプラズマを生成す
る必要がある。このような微小空間でのプラズマ生成を
特徴づける物理量は、小さな放電容器の特性長と、それ
ゆえに大きい放電体積に対する表面積の比である。たと
えば、ミリメートルサイズのＨｅプズマを生成すること
を想定して、プラズマを特徴づける物理量と圧力及び周
波数との関係をオーダーで評価してみるとまず、電子の
平均自由行程を１ｍｍ以下にするには約１００Ｐａ以上
の圧力が必要となる。ただし圧力を上げすぎると電子エ
ネルギーが低下するため、高電圧駆動が必要になる。高
周波電界中で電子が受けとるパワーは電子衝突周波数ν
と電源角周波数ω（＝２πｆ）が一致するときに最大に
なるが、たとえば電子温度が３ｃＶのとき、１００〜１
０００Ｐａでの電子衝突周波数は１〜１０ＧＨｚとな
り、電源周波数ｆが１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＶＨＦや
ＵＨＦを利用すると低電力で放電が可能になる。そし
て、ＨＦを利用する更なる利点は壁での損失の抑制にあ
る。中性種との衝突を考慮すると周波数１００ＭＨｚで
電界強度の振幅が１００Ｖ／ｍｍの高周波電界中でのＨ
ｅイオンの振幅は約１０μｍ以下、電子の振幅は圧力が
１００Ｐａでは１０ｍｍ以上だが、１０００Ｐａでは１
ｍｍ程度になる。つまり、１０００Ｐａ以上の圧力でＶ
ＨＦを利用すれば、イオン及び電子の一部を放電管内に
捕捉することができる。
【００１６】以上のことを踏まえて、この出願の発明で
は、ＶＨＦ駆動によるマイクロプラズマ源を構成してい
る。そして、ＶＨＦ電力をプラズマに結合させる方式と
しては、静電界みより電子を加速する容量結合よりも、
アンテナに流れる電流により生じる誘電電界を利用する
誘導結合の方が効率よくプラズマを生成できる。そこ
で、この出願の発明は、ＶＨＦ駆動による誘導結合マイ
クロプラズマ源部とする。たとえば、図１はその例を示
した平面の部分構成写真である。たとえば、３０ｍｍ角
の石英製のチップ（１）中央に幅、深さが１〜５ｍｍの
放電管キャピラリー（２）と、銅めっきとフォトリソグ
ラフィーにより作製した内径２ｍｍの一巻き平板型アン
テナ（３）をもつマイクロプラズマチップとすることが
できる。
は、ＶＨＦ駆動によるマイクロプラズマ源を構成してい
る。そして、ＶＨＦ電力をプラズマに結合させる方式と
しては、静電界みより電子を加速する容量結合よりも、
アンテナに流れる電流により生じる誘電電界を利用する
誘導結合の方が効率よくプラズマを生成できる。そこ
で、この出願の発明は、ＶＨＦ駆動による誘導結合マイ
クロプラズマ源部とする。たとえば、図１はその例を示
した平面の部分構成写真である。たとえば、３０ｍｍ角
の石英製のチップ（１）中央に幅、深さが１〜５ｍｍの
放電管キャピラリー（２）と、銅めっきとフォトリソグ
ラフィーにより作製した内径２ｍｍの一巻き平板型アン
テナ（３）をもつマイクロプラズマチップとすることが
できる。
【００１７】このようなマイクロプラズマチップは、モ
ジュールとして、μＴＡＳチップに装着脱自在とするこ
とができる。
ジュールとして、μＴＡＳチップに装着脱自在とするこ
とができる。
【００１８】たとえば図１のマイクロプラズマチップに
ついては、幅５ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ２０ｍｍの溝を
有する石英チップ上に前記の一巻きアンテナを設置し、
１００ＭＨｚの高周波を印加してプラズマ生成させる
と、圧力１０Ｔｏｒｒ以上、電力７０Ｗ以上の条件で溝
内に高密度純Ｈｅプラズマが発生することが確認され
る。Ｈｅプラズはマバックグランドスペクトルにピーク
が少なく、試料とのスペクトル干渉が抑えられるという
特徴を有している。
ついては、幅５ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ２０ｍｍの溝を
有する石英チップ上に前記の一巻きアンテナを設置し、
１００ＭＨｚの高周波を印加してプラズマ生成させる
と、圧力１０Ｔｏｒｒ以上、電力７０Ｗ以上の条件で溝
内に高密度純Ｈｅプラズマが発生することが確認され
る。Ｈｅプラズはマバックグランドスペクトルにピーク
が少なく、試料とのスペクトル干渉が抑えられるという
特徴を有している。
【００１９】また、図２に、Ｈｅプラズマの励起温度を
例示したが、Ｈｅの発光ピークから算出したＨｅの励起
温度は、電力とともに増加し、１００Ｗで７０００Ｋに
達することが確認された。
例示したが、Ｈｅの発光ピークから算出したＨｅの励起
温度は、電力とともに増加し、１００Ｗで７０００Ｋに
達することが確認された。
【００２０】図３は、幅および深さともに１ｍｍの溝の
場合について、微量に添加した水素のＨｅ発光スペクト
ル（バルマー系列：４８６ｎｍ）のシュタルク広がりか
ら見積もったＡｒ及びＨｅプラズマの電子密度と電力の
関係の例を示したものである。１０Ｗ付近で持つ度の急
激な増大が起こり、プラズマ密度は約１０13ｃｍ-3に達
することが確認される。
場合について、微量に添加した水素のＨｅ発光スペクト
ル（バルマー系列：４８６ｎｍ）のシュタルク広がりか
ら見積もったＡｒ及びＨｅプラズマの電子密度と電力の
関係の例を示したものである。１０Ｗ付近で持つ度の急
激な増大が起こり、プラズマ密度は約１０13ｃｍ-3に達
することが確認される。
【００２１】そして図４は、Ａｒのパルスインジェクシ
ョンによる発光強度応答の結果を例示したものである。
Ａｒのパルスインジェクションにより、プラズマ発光の
強度上昇が明瞭に確認される。以上、プラズマ分光分析
へのこの発明のＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源
部の有用性が説明される。
ョンによる発光強度応答の結果を例示したものである。
Ａｒのパルスインジェクションにより、プラズマ発光の
強度上昇が明瞭に確認される。以上、プラズマ分光分析
へのこの発明のＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源
部の有用性が説明される。
【００２２】リソグラフィーで形成した小型アンテナを
用いて微小空間に高密度プラズマが生成可能であり、プ
ラズマ源の構造もチップ化に適していることからμＴＡ
Ｓに集積するプラズマ源としては有力な手段である。
用いて微小空間に高密度プラズマが生成可能であり、プ
ラズマ源の構造もチップ化に適していることからμＴＡ
Ｓに集積するプラズマ源としては有力な手段である。
【００２３】また、マイクロプラズマ発光分光の適用範
囲はガスクロマトグラフィーにおける元素検出等、まず
は気体試料から検討されるが、今後、液体試料へと適用
範囲の拡大が要求されることから、この出願の発明で
は、液体試料をアトマイズ化して噴出させるためのマイ
クロネブライザーも提供する。
囲はガスクロマトグラフィーにおける元素検出等、まず
は気体試料から検討されるが、今後、液体試料へと適用
範囲の拡大が要求されることから、この出願の発明で
は、液体試料をアトマイズ化して噴出させるためのマイ
クロネブライザーも提供する。
【００２４】このマイクロネブライザーは、たとえば、
図５の構成として例示される。この図５の例は、石英チ
ップ上に試作したマイクロネブライザーである。両サイ
ドのキャピラリーからキャリアガスをたとえば１０〜２
０ｃｃｍ流し、中央の１０μｍ幅のキャピラリーから導
入した微少量液体試料をアトマイズ化できることが確認
されている。
図５の構成として例示される。この図５の例は、石英チ
ップ上に試作したマイクロネブライザーである。両サイ
ドのキャピラリーからキャリアガスをたとえば１０〜２
０ｃｃｍ流し、中央の１０μｍ幅のキャピラリーから導
入した微少量液体試料をアトマイズ化できることが確認
されている。
【００２５】より具体的には、たとえば図５、そして図
６に示したように、プレーナマイクロネブライザを試作
し、その動作確認を行った。２０ｍｍ角の石英ガラスに
Ｃｒマスクを用いて深さ１５μｍのドライエッチングに
よりネブライザーのパターンを形成する。更に幅６０μ
ｍの噴射ノズル内に金属薄膜電極をスパッタリングによ
り形成する。最後に超音波加工機により試料導入口を開
けた別のチップと圧着により張り合わせ、微小流路を封
じた。試作したチップにはガス導入のための細管を取り
付けた。マイクロキャピラリー両端に高電圧を印加して
電気浸透流を発生させ、キャピラリー終端から流出した
液体を両側から吹き込むガスにより微粒子化する。ま
ず、ネブライザーガス（Ｎ2流量は４．７ｓｃｃｍ）を
流し、キャピラリーに電界をかけない状態で液溜から蛍
光顕微鏡による高感度撮像のため０．１ｍＭローダミン
を加えた２０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ＝９．１）を注入
すると幅８μｍの液体噴出口で表面張力により緩衝液の
流れが止まった。次にキャピラリー端に１．６ｋＶの高
電圧をかけると緩衝液は噴射口より流れ出し、ネブライ
ザーガスにより微粒子化する動作が確認された。またＮ
2ガスを固定し電圧ふり蛍光強度を調べたところ、図７
に例示したように、線形性であることも確認された。
６に示したように、プレーナマイクロネブライザを試作
し、その動作確認を行った。２０ｍｍ角の石英ガラスに
Ｃｒマスクを用いて深さ１５μｍのドライエッチングに
よりネブライザーのパターンを形成する。更に幅６０μ
ｍの噴射ノズル内に金属薄膜電極をスパッタリングによ
り形成する。最後に超音波加工機により試料導入口を開
けた別のチップと圧着により張り合わせ、微小流路を封
じた。試作したチップにはガス導入のための細管を取り
付けた。マイクロキャピラリー両端に高電圧を印加して
電気浸透流を発生させ、キャピラリー終端から流出した
液体を両側から吹き込むガスにより微粒子化する。ま
ず、ネブライザーガス（Ｎ2流量は４．７ｓｃｃｍ）を
流し、キャピラリーに電界をかけない状態で液溜から蛍
光顕微鏡による高感度撮像のため０．１ｍＭローダミン
を加えた２０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ＝９．１）を注入
すると幅８μｍの液体噴出口で表面張力により緩衝液の
流れが止まった。次にキャピラリー端に１．６ｋＶの高
電圧をかけると緩衝液は噴射口より流れ出し、ネブライ
ザーガスにより微粒子化する動作が確認された。またＮ
2ガスを固定し電圧ふり蛍光強度を調べたところ、図７
に例示したように、線形性であることも確認された。
【００２６】たとえば以上のようなマイクロネブライザ
ーをマイクロモジュールとしてμＴＡＳチップに装着脱
自在として、μＴＡＳシステムを構成してもよいことは
言うまでもない。また、試料としての物質は、マイクロ
キャピラリーによる電気泳動やＧＣにより分離可能と
し、これをＩＣＰ−ＯＥＳやＩＣＰ質量分析等により高
感度な検出システムを構成することができる。
ーをマイクロモジュールとしてμＴＡＳチップに装着脱
自在として、μＴＡＳシステムを構成してもよいことは
言うまでもない。また、試料としての物質は、マイクロ
キャピラリーによる電気泳動やＧＣにより分離可能と
し、これをＩＣＰ−ＯＥＳやＩＣＰ質量分析等により高
感度な検出システムを構成することができる。
【００２７】たとえば図８は、そのシステム構成を例示
した図である。
した図である。
【００２８】前記のＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合高密度
プラズマ源部とマイクロネブライザー部とを、マイクロ
キャピラリー電気泳動部とともにチップに搭載してい
る。
プラズマ源部とマイクロネブライザー部とを、マイクロ
キャピラリー電気泳動部とともにチップに搭載してい
る。
【００２９】研究室や検査室において微量のサンプルを
高速に分離し、高感度に分析するという目的を満たすに
は既存の大型装置を使用しても十分であるが、ベッドサ
イドでの臨床検査や、製造ラインの不純物汚染検査、野
外や工場での環境汚染物質分析などオンサイト・オンタ
イム計測を可能にすることが欠かせない。このことか
ら、分析システムを集積チップ化してシステム全体をハ
ンディー化、更には携帯可能にするために、この発明の
マイクロプラズマ源部やマイクロネブライザー部は極め
て重要な手段となる。
高速に分離し、高感度に分析するという目的を満たすに
は既存の大型装置を使用しても十分であるが、ベッドサ
イドでの臨床検査や、製造ラインの不純物汚染検査、野
外や工場での環境汚染物質分析などオンサイト・オンタ
イム計測を可能にすることが欠かせない。このことか
ら、分析システムを集積チップ化してシステム全体をハ
ンディー化、更には携帯可能にするために、この発明の
マイクロプラズマ源部やマイクロネブライザー部は極め
て重要な手段となる。
【００３０】もちろん、この出願の発明は以上の例示に
よって何ら限定されることはない。その細部の携帯につ
いては様々であってよい。
よって何ら限定されることはない。その細部の携帯につ
いては様々であってよい。
【００３１】
【発明の効果】この出願の発明によって、以上詳しく説
明したとおり、高感度な微量分析を可能とする、新しい
マイクロプラズマ源やマイクロネブライザーという要素
技術とともに、これをチップに備えた実用的な、新しい
マイクロ化学分析システムを提供することができる。
明したとおり、高感度な微量分析を可能とする、新しい
マイクロプラズマ源やマイクロネブライザーという要素
技術とともに、これをチップに備えた実用的な、新しい
マイクロ化学分析システムを提供することができる。
【図１】試作したマイクロプラズマチップを例示した一
部平面写真である。
部平面写真である。
【図２】Ｈｅプラズマ励起温度と電子温度との関係を例
示した図である。
示した図である。
【図３】圧力２ｋＰａにおけるＡｒ及びＨｅマイクロプ
ラズマの電子密度の電力依存性を例示した図である。
ラズマの電子密度の電力依存性を例示した図である。
【図４】パルスインジェクションＡｒの検出発光強度の
変化を例示した図である。
変化を例示した図である。
【図５】マイクロネブライザーの平面構成を例示した顕
微鏡写真である。
微鏡写真である。
【図６】図５の例の動作のための構成を示した概要図で
ある。
ある。
【図７】電圧と、噴霧化された試料の蛍光強度の関係を
例示した図である。
例示した図である。
【図８】システムチップの構成例を示した概要図であ
る。
る。
Claims (9)
- 【請求項１】 基板に微細な流路が配設されてフロー型
分析システムが構成されているマイクロ化学分析システ
ムにおいて、ＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源部
が流路に配置されていることを特徴とするマイクロ化学
分析システム。 - 【請求項２】 プラズマ源部には、基板上にマイクロア
ンテナが配設されていることを特徴とする請求項１のマ
イクロ化学分析システム。 - 【請求項３】 請求項１または２のマイクロ化学分析シ
ステムにおいて、ＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ
源は、モジュールとして基板に対して装着脱自在とされ
ていることを特徴とするマイクロ化学分析システム。 - 【請求項４】 基板に微細な流路が配設されてフロー型
分析システムが構成されているマイクロ化学分析システ
ムにおいて、マイクロネブライザー部が流路に形成され
ていることを特徴とするマイクロ化学分析システム。 - 【請求項５】 マイクロネブライザー部は、微小量液体
試料を導入する中央部のキャピラリーの片方または両方
の側部にはキャリアガスの導入のためのキャピラリーが
配置され、中央部キャピラリーの先端側部よりキャリア
ガスが吹出されるようにしたことを特徴とする請求項４
のマイクロ化学分析システム。 - 【請求項６】 請求項４または５の化学分析システムに
おいて、マイクロネブライザー部は、モジュールとして
基板に対して装着脱自在とされていることを特徴とする
マイクロ化学分析システム。 - 【請求項７】 請求項４ないし６のいずれかのマイクロ
化学分析システムにおいて、ネブライザー部に近接して
ＶＨＦ駆動マイクロ誘導結合プラズマ源部が流路に配置
されていることを特徴とするマイクロ化学分析システ
ム。 - 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかのマイクロ
化学分析システムにおいて、誘導結合プラズマ発光分光
分析が可能とされていることを特徴とするマイクロ化学
分析システム。 - 【請求項９】 請求項１ないし７のいずれかのマイクロ
化学分析システムにおいて、マイクロキャピラリー電気
泳動部が設けられていることを特徴とするマイクロ化学
分析システム。
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|---|---|---|---|
| JP2001061005A JP3705745B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | マイクロ化学分析システム |
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| JP2001061005A JP3705745B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | マイクロ化学分析システム |
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| JP2001061005A Expired - Fee Related JP3705745B2 (ja) | 2001-03-05 | 2001-03-05 | マイクロ化学分析システム |
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