JP2002515820A - 微量流体処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ナノリットルからピコリットルの量の流体試料を、更なるオフチップ試料操作のために、微細組立チップの空間的に集中された環境から”オフチップ”の分析または収集デバイス（２３）へ向けて効果的に移送させることを可能にする微量流体処理システム（１０）が開示される。この流体処理システム（１０）は、微小チップ本体、即ちシリカ基板、ポリマーまたは他の適切な非導電性材料、またはステンレススチール、貴金属、シリコンまたは他の適切な導電性または半導体材料内に提供された１以上のチャネル（１２）の形態で組み立てられる。微小チップ流体処理システム（１０）は、連続してまたは同時に前記試料のオフチップ分析または収集を行うために、１以上の前記チャネル（１２）の端部に整合する１以上の出口（１６）を有する。出口（１６）は、例えば、質量分析器（２３）に流体試料を移送させるためのエレクトロスプレイ・インターフェースとして構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 名称 微量流体処理システム 発明の分野 この発明は、微量流体処理システムに関し、特に微小デバイス内に組み込ま れたその様なシステムに関する。 発明の背景 微細組立技術における近年の発展は、生化学的分析用の微小な小型ツールを 小さなデバイス内に集積化することを可能にしている。完全な化学処理システム 、例えば反応チャンバ、分離用毛細柱およびそれらに関連した電極貯蔵器は、あ る種の検出器と同様に、例えばガラスまたは融合シリカの微小チップ上に合体さ せることができる。その様な、”チップ上の研究室”は、原則として、微小量の 材料の効果的な利用または操作を可能とする。意図した処理が導入された後に、 処理された化合物は、更なる分析操作を遂行するために都合の良い空間的に集中 した形態のチップ上で利用可能になる。試料成分の体積はナノリットルのオーダ ーであるため、連続する操作は好ましくは同じデバイス内で遂行されるべきであ る（例えば、Effenhauser et al.，Anal．Chem．67:2284-2287，1995を参照のこ と）。この強制は、しかしながら、質量分析器のようなある種の強力な分析器具 の効果的な利用をそれほど許容しない。 発明の要約 この発明は、ナノリットルまたは他の微少量の流体試料を、微細組立チップ のような微小デバイスの空間的に集中した環境から、”オフチップ”の分析また は収集デバイスに向けて、試料体積を増加させることなく効果的に移送すること を許容する微量流体処理システムを指向している。この発明の流体処理システム は、１以上の毛細柱の形態のチャネルとして本体または基板内に組み立てられる 。前記基板は、シリカやポリマープラスチックのような適切な非導電性材料、ま たはステンレススチールや貴金属のような適切な導電性材料、またはシリコンの ような半導体材料から製造される。この発明の微小デバイスは、適用された試料 に対する連続したまたは同時の分析または収集をオフチップで行うために、前記 １以上のチャネルの端部に整合した１以上の出口を有する。この出口は、例えば 、エレクトロスプレイ質量分析法による分析（ＥＳＩ／ＭＳ）のために、大気圧 −化学イオン化質量分析法による分析（ＡＰＣＩ／ＭＳ）のために、マトリクス 支援レーザ脱離イオン化質量分析法（ＭＡＬＤＩ／ＭＳ）のために、核磁気共鳴 分析（ＮＭＲ）のために、圧搾空気式または超音波式に支援されたスプレイ試料 処理のために、電気化学、導電性、またはレーザ誘起蛍光のオフチップ検出シス テムに移送するために、あるいは例えば収集毛細柱内または収集膜上の特殊な破 片の収集のために、試料を移送するように構成される。試料の移送は、小滴、ス プレイ（噴霧）または流れ、あるいは望まれるときは、移送された試料を受ける 器具またはデバイスにとって都合の良い手法で行われる。移送される流体は、液 体または気体の形態をとる。 微小デバイスの前記チャネルは、流体試料に対する連続したまたは同時の処 理を許容するためのどのような形態でも良い。この発明の１つの実施例では、前 記チャネルは空間的に離れた形態に配列され、各チャネルはそれぞれの試料の導 入部と出口を有する独立した微小分析システムを代表する。他の実施例では、微 小デバイスの前記チャネルは、環状パターンに配列され、全てのチャネルは、前 記微小デバイスの１つの表面に集積的に形成された１つの出口に集中している。 出口は、この出口を介して分析用の試料を受け取る質量分析器や膜のような外部 デバイスとのインターフェースとして適用される。 いかなる実施例においても、各チャネルは電気接点を有し、それにより電気 回路の経路がチャネルに沿って形成されるようになっている。例えば１つの電気 接点はチャネルの入り口側に設けられ、そして他の１つの電気接点は出口側に設 けられる。変形された配置では、チャネルの出口より外側の外部接点によって電 気回路が完成される。例えば、１つのチャネルの出口が質量分析器用のエレクト ロスプレイ源として使用されている場合、質量分析器のサンプリング孔は、対向 電極として機能する。電気回路をチップ上の各チャネルに順番に切り換えること により、複数の分析用試料はチップから外部に移送される。分析が終了すると、 このチップは廃棄される。かくして、この発明はフラッシングのような操作を軽 減し、また質量分析器やその他の分析および／または収集用のデバイスの効果的 な使用を提供する時の動作過程の試料の繰り越し問題をなくすことができる。 試料は、この発明の微小デバイス上のチャネル内に種々の方法によって導入 され得る。例えば、圧力、動電学的注入、または他の技術、および電流および／ または圧力降下が、チャネルに沿って試料成分を移動させるために適用される。 チャネルは、例えば質量分析器への流体移送用だけに機能するか、あるいはチャ ネルは、種々の試料操作、例えば毛細柱式電気泳動（ＣＥ）またはポリメラーゼ 鎖反応（ＰＣＲ）のような微小準備または分析的操作用の環境として、あるいは 、いかなるタイプの試料化学の遂行のためにも機能する。チャネルは、予備濃縮 または試料の濃厚化を遂行したり、または脱塩のようなその他の処理段階のため の膜やパッキング材料によって満たされる。更に、例えばチャネルの壁面に共有 結合したり、あるいはチャネル内で自由である酵素によって、試料成分のその他 の修正が可能である。パッキング材料は、チャネルの壁面に結合したり、あるい は磁気粒子のような他の成分を含むことができる。この磁気粒子は、磁界が適用 されたときにパッキング材料をその場所に保持するためのものである。磁気粒子 はまた、外部磁界を使用することにより、流体をチャネルの内側に効果的に混合 させるために使用され得る。パッキング材料をその場所に保持するために、微小 機械フィルタまたは他の静止構造も使用できる。その代わりに、静止構造が微小 機械化されたり、鋳造されたり、またはパッキング材料の代用をする高い表面領 域を提供するために、チャネルの表面に形成されたりしても良い。試料を供給す る他の方法は、ハイブリッド微小機械化システムとして小型化された複数の試料 ホルダをチャネルの入り口部分に取り付けることである。 試料は、チャネル内の短い開始ゾーンへ導入されたり、チャネル全体を完全 に満たすことができる。チャネルの小領域だけを試料で満たすことは、電気泳動 やクロマトグラフィのような試料成分のオンチップ分離が実行される場合には都 合がよい。チャネル全体を試料で満たすことは、質量分析法による構造分析のた めに試料注入／エレクトロスプレイイオン化のような試料の長い流れを、オフチ ップ分析が要求する場合に有利である。 多くの場合に、液体流は、試料内のアナライト（analyte）を、特定のチャ ネル内に、またはチャネルの長さ方向に沿って、または出口を経由してチャネル から送り出すように、輸送することを要求される。それ故、要求される流体移送 を支援するために、この発明の微小デバイスの内部にまたは関連してポンピング デバイスが使用される。例えば、試料液体の移動を果たす熱膨張を起こすために 加熱素子が使用されるか、あるいは微小な気泡を生成するために加熱素子が使用 される。後者の場合、気泡の膨張がチャネル内の試料の移動を生起させる。他の 選択枝には、オンチップの電気分解によって生成された１もしくは複数の気体の 圧力によるポンピングが含まれる。流れはまた、チャネルに沿った圧力降下によ り、またはチャネル内側の電気浸透によって生成される。 試料がチャネルの端部に移動すると、それらはこの発明の微小デバイスの外 部において、種々の技術による検出や分析に供される。これらの技術には、質量 分析、核磁気共鳴、レーザ誘起蛍光、紫外線検出、電気化学的検出などが含まれ る。各チャネルの端部は、試料体積の移送を助長するように構成されたチップを 備える。質量分析が解析の方法である場合、各チャネルの端部には、微小エレク トロスプレイによって質量分析器のサンプリング孔内にイオンを移送することを 許容するエレクトロスプレイ出口即ちチップが、微細組立技術によって形成され る。他の出口の構成は、気圧または超音波で支援されたスプレイによる試料移送 用に使用される。更に、移送される試料が、液体キャリアによってチャネルに輸 送された溶解した気体である場合、出口は、スプレイ移送用に液体キャリアを加 熱して試料を気相に復帰させる様に構成される。チャネルの出口側端部は、エレ クトロスプレイ・チップとして機能する構成および／または大きさにする。ある いは、そのチップが、チャネルの延長部として、またはチャネルへの付属物とし て形成される。基板の端部表面は、隣接する出口の間で凹みをつけ、汚染転移（ クロス汚染）を最小にする。あるいは、基板は、湿らない材料で製造され、また は化学的に湿らないように修正され、これにより外部に出て行く液体自身がエレ クトロスプレイを提供できるようにする。必要であれば、微小デバイスは、移動 可能なステージの上に搭載され、それにより各出口が順番に質量分析器またはそ の他の有用なデバイスのサンプリング孔に対し正確に配列されるようにする。 この発明は、シース(sheath)流体（例えば、液体または気体）において、ま たは要求される分析のタイプとチャネルから出て行く試料のサイズに依存するシ ースレス（sheathless）・モードにおいて使用できる。シースレス構成では、出 口はチャネルの端部に形成される。シース液体が要求される場合（例えば、エレ クトロスプレイに先行して、またはシース液体を経由して電気的接続を提供する ことに先行して、液体、化学物質および／または標準液を追加するために）、出 口は２つのチャネルの集中点において形成され、そして１つは試料を供給し、他 の１つはシース液体を供給する。カチオン・モードおよびアニオン・モードの双 方におけるアナライトの選択的分析は、電界の極性の迅速な切り換えによって容 易に実行される。 異なるサイズのチャネルが同じ微小デバイス上で使用され得る。例えば、大 きなチャネルは浄化操作に使用され、小さいチャネルは処理操作に使用される。 更に、試料または試料の成分の化学処理、分割、分離または検出のような他の操 作が、チャネルへの試料導入に先行して、デバイスの他の領域で実行される。か くして、更なる分析や収集のために試料やその成分をチップ外部に移送すること に先行して、この発明のデバイス内で開始試料およびその成分の双方について試 料化学を遂行し、または微小予備準備および分析操作を導入することが可能にな る。加えて、試料の検出が、例えばオフチップ分析と検出用の相補的制御情報を 提供できるファイバ光学的検出システムによって、またはレーザ誘起蛍光、伝導 性および／または電気化学的検出器のような他の好適な検出器によって微小デバ イス自体の上で遂行され得る。 この発明の微小デバイスの好適な組立方法は、それ自体当業者には良く知ら れたものであり、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチング技術、レーザ加 工、ステロリソグラフィのような多層組立技術、そしてスタンピング、封止（モ ールディング）または鋳造技術を含んでいる。 チャネルは、円筒形状、台形形状、その他の断面形状であり得る。チャネル のパターンは、単一平面において直線的または曲線線形である。更に、微小デバ イスは、独立した接続されていないチャネルの複数のそのような層を含んでいる 。この代わりに、個別のチャネルは、希望する入り口から希望する出口に向けて 試料を移送することを可能にするために、２以上の平面の間に延びることができ る。チャネルはまた、そのような移送を可能にするために、いかなる必要な長さ にもなり得る。その最も基本的なものでは、チャネルは１つの入り口と１つの出 口とを結合する単なる直線状のスリットである。 緩衝液貯蔵器、反応チャンバ、試料貯蔵器、および検出セルもまた、個別の チャネルに沿って組み立てられる。より複雑な構造は、積層（スタッキング）に より、さもなければ２以上の微細組立デバイスの結合（アッセンブリング）によ り製造される。加えて、試料貯蔵器のような個別の器具ブロック、前処理または 分離チャネル、および出口は、別々に微細加工され、そしてエレクトロニクスの ハイブリッド集積回路を形成するのと概ね同じ手法に従って、１つの完成したシ ステムに組み込まれる。微細組立技術は精密であり、選択されたチャネルと出口 の形状、寸法に関して高度な再現性を有する。 この発明の微量流体処理システムは、質量分析器のような強力な分析デバイ スを、現在可能であることに比べて、より一層効果的に使用することを可能にす る。加えて、この発明のシステムは、数多くの試料を自動分析するために好適な コスト効率に優れた廃棄可能なデバイスとして製造され得る。この微小加工のア プローチを使用することにより、質量分析法による高度のスループットが可能に なる。加えて、少ない体積および量の試料の処理が促進され、そして貴重な試料 と試薬の消費が低減される。適用には、スクリーニングや診断方法のように特に 高度のスループットと汚染転移の最小化が要求される研究室の分析方法、および 新鮮なコラムが各操作毎に要求される薬動学（ファーマコキネティックス）のよ うな同様の他の分析方法が含まれる。 この発明の他の特徴と利点は、以下に示すこの発明の好ましい実施例の説明 から、および請求の範囲から明らかにされる。 図面の簡単な説明 図１ａは、この発明の微量流体処理システムの一実施例の平面図である。こ の図では、試料移送に関連するチャネルは単一平面内で平行に配列されている。 図１ｂは、追加的なウエル延長部を示した、この発明の実施例の断面図であ る。 図１ｃは、付加された試料／電極ブロックを示した、この発明の実施例の断 面図である。 図１ｄは、試料移送用の結合されていないチャネルの複数の層を示した、こ の発明の実施例の断面図である。 図１ｅは、複数平面構成のチャネルを示した、この発明の実施例の断面図で ある。 図２ａは、この発明の微量流体処理システムの他の実施例の平面図である。 この図では、試料移送に関連するチャネルは環状に配列され、共通出口内に集中 している。 図２ｂ−２ｄは、図２ａに描かれた出口の３つの異なる実施例の側面図であ る。 図３は、チップ中央の孔の縁部上の分離した出口に各チャネルが終結する試 料移送チャネルの環状配置の他の例を示す。 図４は、この発明の他の実施例におけるチャネル配置の平面図である。この 図では、出口はスプレイ部分として構成され、シース液体と共に、オフチップ試 料操作用の気圧式スプレイまたはエレクトロスプレイの何れにも使用される。 図５は、複数のチャネルが１つの出口に集中した、この発明の他の実施例の チャネル配置の平面図である。 図６ａは、質量分析器に対するエレクトロスプレイ・インターフェースとし て使用される図１ａの微小デバイスを模式的に示す構成図である。 図６ｂは、図８ａで指示された部分の拡大図である。 図７ａおよび７ｂは、図１ａの微小デバイスの、同じ幅および深さの２つの 選択されたチャネルから０．０１ｍｇ／ｍｌのミオグロビン（２００ｎｌ／ｍｉ ｎ）を注入したときのエレクトロスプレイ質量スペクトルを示す。 図８ａ−８ｄは、微小デバイスの異なるチャネルからメタノール／水／酢酸 （７５／２５／０．１）中に異なる試料を注入したときのエレクトロスプレイの 質量スペクトルを示す。図８ａの試料は０．１ｍｇ／ｍｌのミオグロビン、図８ ｂの試料は０．１ｍｇ／ｍｌのエンドルフィン、図８ｃの試料は０．１ｍｇ／ｍ １のヒト成長ホルモン、図８ｄの試料は０．１ｍｇ／ｍｌのユビクイチン（ubiq uitin）である。 図９は、メタノール／水／酢酸（７５／２５／０．１）中の０．００１ｍｇ ／ｍｌのミオグロビンをＥＳＩ／ＭＳ検出した時のエレクトロスプレイ質量スペ クトルを示す。 図１０は、図１ａの微小デバイスからメタノール／水／酢酸（７５／２５／ ０．１）中に、０．０５ｍｇ／ｍｌのヒト成長ホルモンと０．０５ｍｇ／ｍｌの ユビクイチンの混合物を注入したときの、前記デバイスを使用することによる検 出限界の研究中に得られたエレクトロスプレイ質量スペクトルを示す。 図１１ａは、圧力を加えるシリンジ内のメタノール／水／酢酸（７５／２５ ／０．１）と共に、水溶液から０．０５ｍｇ／ｍｌのヒト成長ホルモンを注入し たときのエレクトロスプレイ質量スペクトルを示す。 図１１ｂは、メタノール／水／酢酸（７５／２５／０．１）の溶液から直接 ０．０５ｍｇ／ｍｌのヒト成長ホルモンを注入したときのエレクトロスプレイ質 量スペクトルを示す。 図１２ａのパートｉおよびｉｉは、ｐＨ８．２のトリス２０ｍＭ中に３０μ Ｍのメリチンを含み、メリチン／トリプシン比率＝３００／ｌ（ｗ／ｗ）である 場合の、オンチップでのメリチンのトリプチック温浸の、２つの異なる時点にお けるエレクトロスプレイ質量スペクトルを示す。 図１２ｂのパートｉおよびｉｉは、ｐＨ８．２の２０ｍＭ中に２μＭのカゼ インを含み、カゼイン／トリプシン比率＝６０／１（ｗ／ｗ）である場合の、オ ンチップおよびオフチップでのカゼインのトリプチック温浸のエレクトロスプレ イ質量スペクトルを示す。 図１３は、６０％のアセトニトリルと４０％のＨ₂Ｏ中の短いＤＮＡ破片（ ２０ｍｅｒ）のエレクトロスプレイ質量スペクトルを示す。 発明の詳細な説明 この発明の微小デバイスは、オフチップでのみ利用可能な強力な分析および ／または収集システムを伴う、微小反応および分離システムの集積化を可能とす る。この発明の一実施例が図１ａおよび１ｂに示されている。この実施例は、一 連のチャネルまたは溝を有する微小チップ基板または本体を含んでいる。これら 一連のチャネルまたは溝は、ガラス本体またはチップの平坦な１つの表面に、そ れらに関連した試料入り口および緩衝液貯蔵器に沿って平行に配列されるように 組み立てられたものである。出口は、前記チップの縁部上の、それらに対応する チャネルの端部に組み立てられる。前記チップの溝部は、チャネルを包囲するカ バー板で覆われる。 図１ａを参照すると、チップ（１０）は、関連するカバー板は図示されてい ないが、微小チップ基板（１１）の表面を全て同じ幅および深さにエッチングし た９個の平行なチャネル（１２）を有している。チャネルは、チャネル配列を最 適化するために、３つの異なる長さに形成されている。各チャネル（１２）は、 例えばチャネルを通して試料を注入するために、１つのチャネル内の試料に添加 される異なる溶液を操作するために、そしてまた電気泳動緩衝液貯蔵器として使 用するために、チャネルへのアクセスを許容する３つのウエル（１３，１４，１ ５）に結合されている。各ウエルは、直径１ｍｍ、深さ０．５ｍｍ、容積０．４ μＬを有する。各ウエル（１３および１５）は、溝またはチャネル（１２ａ）に よって、対応するチャネルに結合されている。プラスチック製の微小チューブ（ 図示せず）は、前記カバーの上に、且つ前記ウエルに関連して、ウエルの容積を 例えば１０μＬに増加するために取り付けられる。図１ｂを参照すると、試料は 、チップが試料導入の間配置される供給チューブまたはシリンジの様な便利な手 段によって、カバー板（１３ｃ）の追加的なウエル延長部（１３ａ）および試料 入り口（１３ｂ）を通してウエル（１３）内に導入される。 再び図１ａを参照すると、各チャネルの端部で微小チップ基板の縁部にある 出口（１６）は、出口からエレクトロスプレイされる溶液を分離するために、２ つの出口（１６）の間の微小チップ基板の外部表面領域（１８）上の湿らない皮 膜、例えばポリジメチルシロキサンジオールを使用することにより、エレクトロ スプレイ出口として機能する。図示の例では、チャネルは相互に６ｍｍ離れて配 置されている。変形例として、出口を分離し、チャネル相互間の汚染転移を最小 化するために、凹み（２０）が、隣接する出口（１６）間の微小チップ基板の外 部表面に切り込みを入れることにより形成され得る。 図１ｃに示すこの発明の実施例では、試料／電極ブロックが、微小チップ本 体に取り付けられる別体の素子として提供される。図１ｃを参照すると、本体（ １１）は、前記本体の１側面に沿って配置された試料／電極ブロック（３０）を 備えている。このブロック（３０）は、供給チャネル（３３）を経由して対応す るチャネル（１２）の入り口の端部に接続される試料入り口（３１）を備えてい る。電極（３２）がブロック（３０）によって支持されている。この電極は、高 電圧電力を接続するために、供給チャネル（３３）内に位置する一端と、前記ブ ロックの外部に位置する他端とを有する。この実施例では、内部で試料の前処理 を行うために、供給チャネル（３３）はパッキング材料（３４）を含んでいる。 図示のチャネル（１２）は、外部の収集または分析デバイスへ移送するための液 体試料をスプレイする出口チップを形成するために、テーパ付き端部（３５）を 備える。 ある種の適用のために、微小デバイス基板は、独立してチャネルには結合し ていない複数の層を含むように組み立てられる。図１ｄを参照すると、この発明 の実施例の断面図が、図１ａに示したこの発明の実施例による単一平面内におい て、それぞれが複数のチャネルを表す独立したチャネル（１２ｂ），（１２ｃ） および（１２ｄ）を示している。チャネル（１２ｂ），（１２ｃ）および（１２ ｄ）を含む複数の平面は、基板ブロック１１ａ内に１つの層が他の層の上に重な って積層された層を有する。各層の各チャネルは、図示のように、出口（１６ｂ ），（１６ｃ）および（１６ｄ）で表されるそれ自身の出口にそれぞれ終結して いる。この実施例は、複数の試料のスクリーニングを高いスループットで行うた めには、特に有用である。 上述した実施例では、チャネルは、概ね前記基板または本体の単一平面内に 並んでいる。このチャネルはまた、図１ｅに示すような２以上の平面の間に延び ることもできる。図示するように、チャネル（１２ｅ）は第１の上側平面から第 ２の下側平面に向けて延び、そして微小チップ基板（１１）の縁部の出口（１６ ｅ）に終結している。一般的に、チャネルは、意図したチャネルのパッキング濃 度と微小チップデバイスの関連する成分を許容するために、基板または本体（１ １）の範囲内でどのような構成をとることもでき、またどのような都合の良い経 路に追従することもできる。 ２つの与えられたチャネル間の距離は、汚染転移を最小化することに加え、 要求されるチャネルの濃度に依存し、また関連する化学物質に依存して、選択さ れる。低いチャネル濃度が要求される場合、個々のチャネル間（および個々の出 口間）の距離は、数ミリメータになり得る。この場合は、デバイス全体は、オフ チップ（微小デバイス外）の分析器に対し各出口を精密に位置決めするために、 移動ステージ上に搭載される。高いチャネル濃度が要求される場合は、チャネル およびそれに関連する出口相互間は、接近する（数１０ミクロンだけ離れる）。 この場合、移動ステージは必要ない。 この発明は、環状またはスポーク状に配列されたチャネルを伴うように実現 することもできる。図２ａを参照すると、本体（４０）内に、毛細柱チャネル（ ４２）の配列が環状またはスポーク状配置として提供されている。チャネル（４ ２）の内側端部は、共通出口（４６）に直面している。チャネルの入り口端部は 、図示するように、試料入り口（５６）と緩衝液貯蔵器（５２）に結合している 。一般的には金薄膜の電極が、基板（４１）上に形成されるか、または基板（４ １）に固着される。各電極は、対応する緩衝液貯蔵器の内部に位置した一端と、 外部電源へ接続するためにアクセスできる他端とを備える。試料入り口（５６） と緩衝液貯蔵器（５２）は、液体を供給するために、または関連した部分および ／またはチューブが基板の表面に向けて、またはそこから外側に延長して供給装 置と結合するために、アクセスすることができる。出口は、種々の構成をとり得 る。図２ｂを参照すると、基板のチャネルを囲むカバー板（４３）から外側に延 長されたエレクトロスプレイチップ（４８）に結合された出口が図示されている 。このチップは、一般的には１〜６０マイクロメータの出口孔を有する。図２ｃ の実施例では、出口（４６）は電界放射チップ（５０）の配列に結合している。 このチップは、それぞれ直径約１〜１０マイクロメータの出口孔を有する。更に 変形した出口の構成が図２ｄに示されている。この例では、ノズル孔が、出口（ ４６）に隣接したカバー板（４３）中の凹部（４９）内に形成されている。この ノズル孔の直径は、約１〜５０マイクロメータである。 図３に示される異なる実施例では、チャネル（６２）は規則正しく離れて環 状に配列されるように、基板（６１）内に配置されている。チャネル（６２）の 外側端部は、対応する貯蔵器（６９）に結合している。各貯蔵器（６９）に対し ては、上述した実施例のように、電極が設けられている。前記チャネルのそれぞ れは、個々の出口（６６）に向けてテーパ付けされた内側端部を備える。個々の 出口の全ては、基板（６１）内の前記配列の中心部の単一のホール（６８）を通 してアクセスできる。それぞれのチャネルは、意図する能力と操作要求に適合す るために、１以上の試料貯蔵器と１以上の緩衝液貯蔵器を有する。 図４は、試料分離／注入チャネル（７２）とシース（試薬）液体チャネル（ ７３）の対を備えた実施例を示している。各対は出口（７６）に集まっている。 出口は、シース液体または気体と共に使用されるスプレイ部である。気圧式スプ レイでもエレクトロスプレイでも、オフチップ試料分析または収集用に適用でき る。シース・モードにおける試料のエレクトロスプレイ移送のために、高電圧電 源（７８）が試料貯蔵器（７４）とシース貯蔵器（７５）の両電極（７９）の間 に接続される。この代わりに、貯蔵器（７４）または（７５）の電極と、出口（ ７６）に隣接する質量分析器の入り口部における電極との間に、電圧を印加する こともできる。第１の配置では、出口（７６）におけるエレクトロスプレイ電位 は、合計印加電圧と両チャネル（７２）および（７３）の抵抗値の関数である。 第２の配置では、出口（７８）におけるエレクトロスプレイ電位は、試料貯蔵器 に印加された電圧に直接比例する。出口はまた、それらの電位を能動的に制御す るための電極を含んでいてもよい。 シース液体流は、試料チャネル内の流れに対する前述したと同様の方法によ って、制御され得る。シース液体の成分は、希望する適用に依存する。シース液 体は、例えばエレクトロスプレイ溶液のｐＨを制御するように、水／揮発性酸（ または塩基）の有機溶液を含むことができる。シース液体はまた、マトリクス支 援レーザ脱離および連続飛翔時間（ＴＯＦ）型質量分析器での分析のために、適 切なマトリックス（例えば、ジヒドロベンゾニック酸、シナピニック酸）の溶液 を含むことができる。エレクトロスプレイおよび気圧支援式スプレイの双方が、 この場合には使用できる。レーザおよび／またはマトリクス支援レーザ脱離イオ ン化は、例えば膜やステンレススチール等の外部支持体上の微小デバイスから溶 液の析出が生じた後に成し遂げられる。 図５は、複数の入り口（８４）と、１つの出口（８６）に集まる複数のチャ ネル（８２）を備えた実施例を示している。図５には、その様な２つの配列が示 されている。各チャネル（８２）には、オフチップ分析を改善するために、例え ば校正用の標準液、液体シース流体、または化学試薬を含む異なる複数の流体が 供給され得る。各チャネル内の流れは、圧力制御される。あるいは調整された電 流分配器（８８）が、チャネル内の電気泳動および電気浸透の精密制御のために 使用される。 上述したように、この発明の微小チップデバイスは試料を質量分析器に移送 するためのエレクトロスプレイ・インターフェース（ＥＳＩ／ＭＳ）として使用 され得る。図６ａを参照すると、質量分析器での検出用試料注入効率を増加する ために、図１ａの微小チップ（１０）が３次元ステージ（２１）上に搭載されて いる。このステージは、図６ｂに示すように、質量分析器（２３）の試料孔（２ ２）に対するチャネル出口（１６）の精密な位置決めを可能とする。チャネル（ １２）に接続された１つのウエル（１４）は、電気泳動用の緩衝液貯蔵器として 使用されている。他の１つのウエル（１３）は、試料入力用に使用される。第３ の利用可能なウエル（１５）は、閉鎖され、この実施例では使用されない。試料 注入実験が行われるとき、ウエルは、例えばプラスチック製のストッパによって 気密にされ、チャネル内の流体試料を対応するチャネル出口に向けて移送するよ うに圧力が加えられる。 低電流、高電圧の電源（２４）は、対応するチャネル内の試料をエレクトロ スプレイ移送するために、緩衝液貯蔵器ウエル（１４）に挿入された電極（２５ ）を介して各チャネル（１２）へ順番に電圧を印加する。高電圧電源（２４）は グランド（２６）に接地される。また質量分析器の第２のグランド（２７）があ る。前記電圧の大部分は、エレクトロスプレイ出口（１６）と質量分析器の試料 孔（２２）との間の間隙に印加される。かくして、試料のエレクトロスプレイ移 送が生起する。微小チップの９個のチャネルからの流体試料のエレクトロスプレ イ移送は、シーケンシャルなモードで遂行される。１つのチャネルが試料分析器 へ試料を注入している間は、他のチャネルは試料の準備に使用される。各試料分 析器での分析の後に、次のチャネルがステージ（２１）によって移動され、試料 孔に位置決めされる。位置決めは、３次元ステージの位置を手で調整することに よって手動式に実行され得る。または、ステージをステッパモータで移動させる ことによって、自動式に行うこともできる。一例として、最良の信号が得られる まで電圧を増加させることによって最適な電圧を決定し、その電圧は再調整する ことなく次のチャネルに使用される。出口と試料分析器の試料孔との間の距離は 、厳密なものではなく、ミリメータ以下から数１０ミリメータの範囲内にあれば 良い。 以下の実験例は、この発明の利点を示すために呈示されたものである。 実験例Ｉ 異なる複数のチャネルから同じ試料を注入する 異なる複数のチャネルの能力を調査するために、図１ａに示したこの発明の 微小デバイスの実施例を使用して、０．０１ｍｇ／ｍｌのミオグロビン試料が同 じ断面を有する２つの選択されたチャネルから注入された。図７ａおよび７ｂに 示すように、記録されたエレクトロスプレイの質量スペクトルの感度は、この２ つのチャネルに関して極めて近似している。このことは、この発明の微小デバイ スの準備に使用された微細加工技術が、再製造可能なチャネルを生成しているこ とを意味している。実験によって決定されたミオグロビンの分子量は１６，９６ ３であった。これは、実際の分子量１６，９５０と比較した場合に、０．０２％ の精度限界を示している。スペクトル間の僅かな違いは、タンパク質の分析にと って一般的なことである。 実験例II 高スループットの分析を導入するために 異なる複数のチャネルから異なる複数の試料を注入する この発明の微小チップが、シーケンシャルな分析用の質量分析器に対するエ レクトロスプレイ・インターフェースとして使用できることを検証するために、 ４つの異なる試料がシーケンシャルに処理された。各試料（７５／２５／０．１ のメタノール／水／酢酸中の）は、図１ａに示した微小デバイス上の異なるチャ ネルからスプレイされた。４つの分析された実験例に対応するスペクトルが、図 ８ａ−８ｄに呈示されている。各試料に対し実験により決定された分子量（ＭＷ ｅｘｐ）、実際の分子量（ＭＷａｃｔ）および精度限界は次の通りである。 図８ａ：０．１ｍｇ／ｍｌのミオグロビン、ＭＷｅｘｐ＝１６，９５３、 ＭＷａｃｔ＝１６，９５０）精度限界＝０．０２％ 図８ｂ：０．１ｍｇ／ｍｌのエンドルフィン、ＭＷｅｘｐ＝３４３８．３、 ＭＷａｃｔ＝３４３８、精度限界＝０．０１％ 図８ｃ：０．１ｍｇ／ｍｌのヒト成長ホルモン、ＭＷｅｘｐ＝２２，１２０、 ＭＷａｃｔ＝２２，１２４、精度限界＝０．０２％ 図８ｄ：０．１ｍｇ／ｍｌのユビクイチン、ＭＷｅｘｐ＝８５６５、 ＭＷａｃｔ＝８５５７、精度限界＝０．０９％ 各分析は、システムがシーケンシャル分析モードで動作しているときに、数分以 内で行われた。生化学試料の分析に対して非常に高いスループットである。この 操作手法は１つのチャネルが試料の分析に使用されている期間に、試料準備が他 のチャネルで導入され得ることを意味している。このモードでは、質量分析器の 利用効率は、従来に比べて高いものとなり得る。図１ａに示されたものと同様の デザインで、この発明の微小デバイスは、質量分析器の分析スループットを増加 するために、２０チャネルも備えるように組み立てることがきる。更に、図１ｄ に示したような、３次元配列のチャネルを有する微小デバイスは、より高いスル ープットの可能性さえ生じさせる。 実験例III 検出限界の研究 図９は、メタノール／水／酢酸（７５／２５／０．１）中の０．００１ｍｇ ／ｍｌのミオグロビン溶液を２００ｎｌ／ｍｉｎで、微小デバイスの出口から質 量分析器の試料孔に直接スプレイすることによって得られた、ミオグロビンのエ レクトロスプレイ質量スペクトルを示している。この実験例の信号対雑音比は１ ０：１よりも良好であり、検出限界が１０^-8Ｍよりも良好であることを示してい る。エレクトロスプレイ電圧は４．４ｋＶであった。 実験例IV 試料混合物のエレクトロスプレイ 図１０は、０．０５ｍｇ／ｍｌのヒト成長ホルモンと０．０５ｍｇ／ｍｌの ユビクイチンの、メタノール／水／酢酸（７５／２５／０．１）中の混合物を、 幅６０μｍおよび深さ２５μｍに微小加工されたチップのチャネルから２００ｎ ｌ／ｍｉｎの流率でスプレイした場合の質量スペクトルを示している。エレクト ロスプレイ電圧（４．３ｋＶ）は、チップの注入側から印加された。個々の試料 成分に対応して多重に荷電されたイオンの分離したエンベロープが、スペクトル 中で観測される。各試料成分の確実な分子量計算は、これらのデータから可能で あり、そして実験的に決定されたＭＷ値は、各試料が分離したチャネルから分析 された時の実験例ＩＩの場合と同じであった。この実験は、複雑な混合物が微小 デバイス内で部分的にまたは試料成分にさえ分離することなしに、分析され得る ことを示している。質量分析器は、分離器具として機能する。分離された実験で は、ＭＳ／ＭＳ操作は、個々のイオンの構造を推論するために使用できる。 実験例Ｖ 水溶液中の試料の分析 図１１ａは、シリンジ内のメタノール／水／酢酸（７５／２５／０．１）に 圧力を加えて０．０５ｍｇ／ｍ１のヒト成長ホルモンの水溶液を注入した場合の エレクトロスプレイ質量スペクトルを示している。図１１ｂは、メタノール／水 ／酢酸（７５／２５／０．１）の溶液から直接０．０５ｍｇ／ｍｌのヒト成長ホ ルモン溶液を注入した場合のエレクトロスプレイ質量スペクトルを示している。 この実験例は、いかなる有機溶媒も先行的に添加することなしに、水性試料を直 接オフチップ（微小デバイスの外部で）エレクトロスプレイすることが、メタノ ールを供給された試料から得られるスペクトル（図１１ｂ）に比べて、高品質の スペクトル（図１１ａ）を提供できること、および試料が完全に水性であっても 、あるいはメタノールを供給された環境にあっても、実験的に決定された同じ分 子量の値２２，１２０が得られることを示している。標準的なエレクトロスプレ イ・インターフェースを使用したこの実験では、試料は一般的には有機添加物と 共に供給される。しかしながら、有機添加物に耐性のない生化学的試料に対して は、水溶液の直接スプレイが、分析を実行する上で最良のアプローチとなる。 実験例VI ペプチドおよびタンパク質のオンチップ温浸 図１２ａを参照すると、ｐＨ８．２のトリス緩衝液２０ｍＭ中に、メリチン ／トリプシン比率＝３００／ｌ（ｗ／ｗ）でメリチンのオンチップ温浸が導入さ れている。メリチンの濃度は４０μＭであった。エレクトロスプレイ質量スペク トル（ｉ）は１０分間の温浸によるものであり、またスペクトル（ｉｉ）は１時 間の温浸によるものである。２つの温浸時間の後に、同じ試料破片が検出された が、異なるレベルであった。例えば、１つの生成イオンの温浸を表すピーク番号 ２が経時的に増加したのに対し、１つの分子イオンを表すピーク番号５は長い温 浸期間の後に減少した。 図１２ｂは、２μＭのカゼインのオンチップ温浸とオフチップ温浸との比較 を示している。反応条件は、カゼイン／トリプシン＝６０であることを除いて、 図１２ａの実験で使用されたものと同様である。２つのスペクトルは実質的に同 一のパターンを示している。これらの結果は、この発明の微量流体処理システム が、ペプチドとタンパク質の温浸運動の研究に使用できることを検証し、またオ ンチップおよびオフチップ温浸が全く同様の破片を生成することを示している。 オンチップ温浸の成功はまた、エレクトロスプレイ試料分析用の試料をチップ上 に予備的に準備することが実現可能であることを示し、また試料処理工程を簡略 化し、分析スループットを増加させることになる。 実験例VI モデルＤＮＡ試料の分析 この発明の潜在能力を種々の試料の分析に利用するために、短いＤＮＡ破片 （２０ｍｅｒ）が、いかなる前処理もすること無しに、エレクトロスプレイ質量 スペクトル分析器で分析された。結果として得られたスペクトルが図１３に示さ れている。計算された分子量６１５５と比較すると、実験で測定された分子量は ６１６４．３、精度は０．０１５％以内である。ＤＮＡ試料は、試料の気化を促 進するための６０％のアセトニトリルと４０％のＨ₂Ｏ溶液によって、スプレイ された。上述したＤＮＡ分子量の決定精度の高さから、この発明がＤＮＡの突然 変異をスクリーンするために分析できることが期待される。 この発明は、好ましい実施例を伴って説明されてきたが、前述の明細書を読 んだ後に、当業者は、ここで述べた構成および手法に対する種々の変形、均等物 の創生、およびその他の変更を行うことが可能となる。それ故、特許により与え られる保護の範囲は、添付した請求の範囲とその等価物によってのみ制限される ことが意図されている。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年２月２７日（１９９８．２．２７） 【補正内容】 請求の範囲 １． １以上のチャネルが内部に集積的に形成された基板を備え、 小滴、スプレイまたは流れによって前記１以上のチャネル内を前記基板から 外部の分析および／または収集システムに向けて通過する微少量の液体試料を移 送するために、前記１以上のチャネルは、前記基板の外表面から突出しまたは凹 んだ１以上の出口に終結する ことを特徴とする微量液体処理システム。 ２． 前記１以上のチャネルは、前記基板の１以上の主平面を横断することを 特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 ３． 前記基板は、前記基板の単一の主平面内に含まれた複数のチャネルを備 えることを特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 ４． 前記基板は、複数の平行な前記主平面を備え、それぞれが複数の前記チ ャネルを含んでいることを特徴とする請求項３の微量液体処理システム。 ５． 前記１以上の出口の少なくとも１つは、前記１以上のチャネルが通過す る第２の平行な主平面とは異なる前記基板の第１の主平面に配設されていること を特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 ６． 前記基板は、光学的勾配材料であることを特徴とする請求項１の微量液 体処理システム。 ７． 前記基板は、非導電性材料であることを特徴とする請求項１の微量液体 処理システム。 ８． 前記基板は、導電性材料であることを特徴とする請求項１の微量液体処 理システム。 ９． ２つの前記出口の間の前記基板の表面部分は、凹んでいることを特徴と する請求項１の微量液体処理システム。 １０． 前記チャネルの２以上は、前記１以上の出口の１つに終結していること を特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 １１． 前記エレクトロスプレイ出口は、前記１以上のチャネルに集積的に組み 立てられていることを特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 １２． 前記エレクトロスプレイ出口は、前記基板から分離して組み立てられ、 そして前記１以上のチャネルの端部に固着されていることを特徴とする請求項１ の微量液体処理システム。 １３． 前記基板の前記１以上のチャネルに隣接する領域は、微量液体試料の試 料化学または微小準備または分析操作を導入するために、および液体試料を前記 領域から前記１以上のチャネル内に移送するために適用されることを特徴とする 請求項１の微量液体処理システム。 １４． 前記基板に固着され、液体を前記１以上のチャネル内に移送するために 適用される貯蔵器または人り口を更に備えることを特徴とする請求項１の微量液 体処理システム。 １５． 前記１以上の出口の回りの前記基板の表面の部分は、前記１以上の出口 に出て行く前記液体試料によって表面が湿ることを防止する材料で被覆されてい ることを特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 １６． 前記基板は、表面が湿らない材料であることを特徴とする請求項１の微 量液体処理システム。 １７． 前記エレクトロスプレイ出口は、金属で被覆されていることを特徴とす る請求項１３の微量液体処理システム。 １８． 前記１以上のチャネルの１つの内部表面は、前記基板とは異なる材料で 被覆されていることを特徴とする請求項１の微量液体処理システム。 １９． 基板を備え、前記基板には１以上のチャネルが集積化され、前記１以上 のチャネルは前記基板の外表面から突出しまたは凹んだ１以上の出口に終結して いる微量液体処理システムを提供するステップと、 前記１以上のチャネルの１つに液体試料を供給するステップと、 前記チャネル内で前記液体試料を前記出口の方向に通過させるステップと、 前記チャネルの前記出口を通して前記基板から前記液体試料を出し、そして 前記基板から小滴、スプレイまたは流れによって外部の分析および／または収集 システムに移送するステップと を備えることを特徴とする微少量の液体を処理するための方法。 ２０． 前記分析および／または収集システムは質量分析器であり、そして前記 液体試料は、エレクトロスプレイ・イオン化によって前記質量分析器に移送され ることを特徴とする請求項２６の方法。 ２１． 前記液体試料は、圧搾空気式または超音波式噴霧によって、前記外部の 分析および／または収集システムに移送されることを特徴とする請求項２６の方 法。 ２２． 前記分析および／または収集システムは、質量分析器であり、そして前 記液体は、化学イオン化により前記質量分析器に移送されることを特徴とする請 求項２６の方法。 ２３． 前記液体試料は、マトリクス支援レーザ脱離イオン化によって、前記基 板から前記外部の分析および／または収集システムに移送されることを特徴とす る請求項２６の方法。 ２４． 前記外部の分析および／または収集システムは、レーザ誘起蛍光による 検出用であることを特徴とする請求項２６の方法。 ２５． 前記液体試料を前記基板から出て行かせるステップにおいて、前記微量 液体処理システムは、前記外部分析および／または収集システムに対し静止して いることを特徴とする請求項２６の方法。 ２６． 前記液体試料を前記基板から出て行かせるステップにおいて、前記微量 液体処理システムは、前記外部分析および／または収集システムに対し移動する ことを特徴とする請求項２６の方法。 ２７． 前記液体試料を前記基板から出て行かせるステップに先行して、前記液 体試料または前記液体試料の成分は、前記チャネル内で検出されることを特徴と する請求項２６の方法。 ２８． 前記基板は、液体試料を前記試料の成分に分離するためのデバイスを更 に備え、前記方法は、前記試料を前記試料の成分に分離するためのステップを更 に備えることを特徴とする請求項２６の方法。 ２９． 前記液体試料を前記試料の成分に分離するためのデバイスは、前記基板 内に集積化されていることを特徴とする請求項３６の方法。 ３０． 前記液体試料を前記試料の成分に分離するためのデバイスは、前記基板 に取り外し可能に結合されていることを特徴とする請求項３６の方法。 ３１． 前記１以上のチャネルの前記１つは、液体試料を前記試料の成分に分離 するための前記デバイスを備えていることを特徴とする請求項３６の方法。 ３２． 前記基板は、試料の温浸を生起させるためのデバイスを更に備え、前記 方法は、前記試料を温浸するステップを更に備えることを特徴とする請求項２６ の方法。 ３３． 前記基板は、試料を脱塩するためのデバイスを更に備え、前記方法は、 前記試料を脱塩するステップを更に備えることを特徴とする請求項２６の方法。 ３４． 前記基板は、試料を予備濃縮するためのデバイスを更に備え、前記方法 は、前記試料を予備濃縮するステップを更に備えることを特徴とする請求項２６ の方法。 ３５． 前記基板は、試料に親和力結合するためのデバイスを更に備え、前記方 法は、前記試料を親和力結合するステップを更に備えることを特徴とする請求項 ２６の方法。 ３６． 前記基板は、試料をサイズ排除クロマトグラフィするためのデバイスを 更に備え、前記方法は、前記試料をサイズ排除クロマトグラフィするステップを 更に備えることを特徴とする請求項２６の方法。 ３７． ａ．液体試料を基板内に導入するための１以上のチャネルが内部に集積 的に形成された前記基板を備え、前記１以上のチャネルは、小滴、スプレイまた は流れによって微少量の液体試料を外部に移送するために、１以上の出口に終結 している微量液体処理基板と、 ｂ．前記１以上のチャネル内に試料を導入する手段と、 ｃ．小滴、スプレイまたは流れによる前記微小量の液体試料を受けるために 、前記微量液体処理基板の前記出口に対し離れ且つ近接している外部の分析およ び ／または収集システムと を備えることを特徴とする液体分析システム。 ３８． 基板と、 液体試料を導入するために前記基板の内部に形成された１以上の第１チャネ ルと、 追加の流体を導入するためのものであって、前記第１チャネルの１以上に集 まって１以上の共通チャネルを形成する１以上の第２チャネルとを備え、 前記１以上の共通チャネルは、前記１以上の第１チャネル内を通過した微小 量の液体試料を、小滴、スプレイまたは流れによって、前記基板から外部の分析 および／または収集システムに移送するために、前記１以上の出口における前記 基板の外表面に終結している ことを特徴とする微量液体処理システム。 ３９． 前記１以上の第２チャネルは、前記微小量の液体試料に添加される追加 の流体を導入し、前記追加の流体が流体シースとして機能できるようにするもの であることを特徴とする請求項４６の微量液体処理システム。 ４０． １以上のチャネルが内部に集積的に形成された基板を備え、 小滴、スプレイまたは流れによって前記１以上のチャネル内を前記基板から 外部の分析および／または収集システムに向けて通過する微少量の液体試料を移 送するために、前記１以上のチャネルは、前記基板の外表面から突出した切頭円 錐形の輪郭を有する１以上の出口に終結する ことを特徴とする微量液体処理システム。 ４１． 前記出口は、前記基板に集積化されて組み立てられていることを特徴と する請求項４８の微量液体処理システム。 ４２． 前記出口は、前記基板から分離されて組み立てられ、且つ前記チャネル の終端に固着されることを特徴とする請求項４８の微量液体処理システム。 ４３． 前記出口は、湿らない材料で組み立てられ、または湿らない材料で被覆 されていることを特徴とする請求項４８の微量液体処理システム。 ４４． 前記基板は、湿らない材料で組み立てられ、または湿らない材料で被覆 されていることを特徴とする請求項４８の微量液体処理システム。 ４５． １以上のチャネルが内部に集積的に形成された基板を備えた微量液体処 理システムであって、 小滴、スプレイまたは流れによって前記１以上のチャネル内を前記基板から 外部の分析および／または収集システムに向けて通過する微少量の液体試料を移 送するために、前記１以上のチャネルは、前記基板の平坦または湾曲した表面内 の１以上の出口に終結し、 前記１以上の出口は、前記基板の平坦または湾曲の表面内の個々の凹部に位 置している ことを特徴とする微量液体処理システム。 ４６． 前記個々の凹部は、断面が円錐形状または球形状であり、また前記出口 は、前記凹部の最底部またはその近傍に位置していることを特徴とする請求項５ ３の微量液体処理システム。 ４７． 前記凹部の表面は、湿らない材料で形成されていることを特徴とする請 求項５３の微量液体処理システム。 ４８． 前記基板は、湿らない材料で形成されていることを特徴とする請求項５ ３の微量液体処理システム。 ４９． 液体試料を基板内に導入するための１以上のチャネルが内部に集積的に 形成された前記基板を備え、 小滴、スプレイまたは流れによって前記１以上のチャネル内を前記基板から 外部の分析および／または収集システムに向けて通過する微少量の液体試料を移 送するために、前記１以上のチャネルは、前記１以上のチャネルの先細部によっ て形成された１以上の出口に終結する ことを特徴とする微量液体処理システム。 ５０． 追加の流体を導入するための１以上の第２チャネルを更に備え、前記１ 以上の第２チャネルは、液体試料を導人するための前記チャネルの１以上に集ま っていることを特徴とする請求項５７の微量液体処理システム。 ５１． 液体試料を導入するための前記チャネルの１以上と前記第２チャネルの １以上は集まって、出口の１つに終結する１以上の共通チャネルを形成すること を特徴とする請求項５７の微量液体処理システム。 ５２． 前記１以上の第２チャネルは、前記微小量の液体に添加する追加の流体 を導入して、前記追加の流体が流体シースとして機能できるようにすることを特 徴とする請求項５７の微量液体処理システム。 ５３． １以上のチャネルが内部に集積的に形成された基板を備え、 小滴、スプレイまたは流れによって前記１以上のチャネル内を前記基板から 外部の分析および／または収集システムに向けて通過する微少量の液体試料を移 送するために、前記１以上のチャネルは、前記基板の平坦または湾曲した湿らな い表面内の１以上の出口に終結する ことを特徴とする微量液体処理システム。 ５４． 基板を備え、前記基板には１以上のチャネルが集積化され、前記１以上 のチャネルは前記基板の外表面から突出しまたは凹んだ１以上の出口に終結して いる微量液体処理システムを提供するステップと、 前記１以上のチャネルの１つに液体試料を供給するステップと、 前記チャネル内で前記液体試料を前記出口の方向に通過させるステップと、 前記チャネルの前記出口を通して前記基板から前記液体試料を出し、そして 前記基板からエレクトロスプレイ・イオン化によって外部の質量分析器に移送す るステップと を備えることを特徴とする液体分析方法。 ５５．基板を備え、前記基板には１以上のチャネルが集積化され、前記１以上の チャネルは前記基板の外表面から突出しまたは凹んだ１以上の出口に終結してい る微量液体処理システムを提供するステップと、 前記１以上のチャネルの１つに液体試料を供給するステップと、 前記チャネル内で前記液体試料を前記出口の方向に通過させるステップと、 前記チャネルの前記出口を通して前記基板から前記液体試料を出し、そして 前記基板から小滴、スプレイまたは流れによって外部の破片収集システムに移送 するステップと を備えることを特徴とする微量液体処理方法。 ５６． ａ．液体試料を基板内に導入するための１以上のチャネルが内部に集積 的に形成された前記基板を備え、前記１以上のチャネルは、微少量の液体試料を 外部に移送するために、１以上の出口に終結している微量液体処理基板と、 ｂ．前記１以上のチャネル内に試料を導入する手段と、 ｃ．エレクトロスプレイ・イオン化よる前記微小量の液体試料を受けるため に、前記微量液体処理基板の前記出口に対し離れ且つ近接している外部の質量分 析システムと を備えることを特徴とする液体分析システム。 ５７． ａ．液体試料を基板内に導入するための１以上のチャネルが内部に集積 的に形成された前記基板を備え、前記１以上のチャネルは、微少量の液体試料を 外部に移送するために、１以上の出口に終結している微量液体処理基板と、 ｂ．前記１以上のチャネル内に試料を導入する手段と、 ｃ．小滴、スプレイまたは流れによる前記微小量の液体試料を受けるために 、前記微量液体処理基板の前記出口に対し離れ且つ近接している外部の収集シス テムと を備えることを特徴とする液体処理システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ (72)発明者 ザブラッキー，ポール，エム. アメリカ合衆国 02062 マサチューセッ ツ州 ノーウッド ビーチ ストリート 25 (72)発明者 マクグルアー，イー．，ニコル アメリカ合衆国 02030 マサチューセッ ツ州 ドーバー デダム ストリート 265 (72)発明者 スー，キフェン アメリカ合衆国 02145 マサチューセッ ツ州 ソマービィレ パール ストリート 26 アパートメント ナンバー３ (72)発明者 ドゥナエフスキー，ユーリ，エム. アメリカ合衆国 02148 マサチューセッ ツ州 マルデン メイン ストリート 1040 アパートメント ナンバー18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． １以上のチャネルが内部に集積的に形成された基板を備え、 前記１以上のチャネルは、前記１以上のチャネル内を前記基板から外部の分 析および／または収集システムに向けて通過する微少量の流体試料の移送に適用 される１以上の出口に終結する ことを特徴とする微量流体処理システム。 ２． 前記１以上のチャネルは、前記基板の１以上の面に延長されることを特 徴とする請求項１の微量流体処理システム。 ３． 前記基板は、単一面内に複数のチャネルを備えることを特徴とする請求 項１の微量流体処理システム。 ４． 前記基板は、複数の前記面を備えることを特徴とする請求項３の微量流 体処理システム。 ５． 前記１以上の出口の少なくとも１つは、前記１以上のチャネルが通過す る面とは異なる面に配設されていることを特徴とする請求項１の微量流体処理シ ステム。 ６． 前記基板は、光学的勾配材料であることを特徴とする請求項１の微量流 体処理システム。 ７． 前記基板は、非導電性材料であることを特徴とする請求項１の微量流体 処理システム。 ８． 前記基板は、導電性材料であることを特徴とする請求項１の微量流体処 理システム。 ９． 前記基板は、廃棄可能な材料であることを特徴とする請求項１の微量流 体処理システム。 １０． ２つの前記出口の間の前記基板の表面部分は、凹んでいることを特徴と する請求項１の微量流体処理システム。 １１． 前記チャネルの２以上は、前記１以上の出口の１つに終結していること を特徴とする請求項１の微量流体処理システム。 １２． 前記１以上の出口の少なくとも１つは、前記流体試料を外部の分析およ び／または収集デバイスにスプレイ移送させるために適用されることを特徴とす る請求項１の微量流体処理システム。 １３． 前記１以上の出口の少なくとも１つは、前記流体試料を外部の分析およ び／または収集デバイスにエレクトロスプレイ移送させるためのエレクトロスプ レイ出口として構成されていることを特徴とする請求項１２の微量流体処理シス テム。 １４． 前記出口は、気圧式または超音波式噴霧を伴うスプレイを行うように構 成されていることを特徴とする請求項１２の微量流体処理システム。 １５． 前記エレクトロスプレイ出口は、前記１以上のチャネルに集積的に組み 立てられていることを特徴とする請求項１３の微量流体処理システム。 １６． 前記エレクトロスプレイ出口は、前記基板から分離して組み立てられ、 そして前記１以上のチャネルの端部に固着されていることを特徴とする請求項１ ３の微量流体処理システム。 １７． 前記１以上の出口の少なくとも１つは、大気圧−化学イオン化による前 記流体試料の移送に適用されることを特徴とする請求項１の微量流体処理システ ム。 １８． 前記１以上の出口の少なくとも１つは、マトリクス支援レーザ脱離イオ ン化による前記流体試料の移送に適用されることを特徴とする請求項１の微量流 体処理システム。 １９． 前記基板の前記１以上のチャネルに隣接する領域は、微量流体試料の試 料化学または微小準備または分析操作を導入するために、および流体試料を前記 領域から前記１以上のチャネル内に移送するために適用されることを特徴とする 請求項１の微量流体処理システム。 ２０． 前記基板に固着され、流体を前記１以上のチャネル内に移送するために 適用される貯蔵器または入り口を更に備えることを特徴とする請求項１の微量流 体処理システム。 ２１． 前記１以上の出口の回りの前記基板の表面の部分は、前記１以上の出口 に出て行く前記流体試料によって表面が湿ることを防止する材料で被覆されてい ることを特徴とする請求項１の微量流体処理システム。 ２２． 前記基板は、表面が湿らない材料であることを特徴とする請求項１の微 量流体処理システム。 ２３． 前記１以上の出口に隣接する前記１以上のチャネルの内部は、前記エレ クトロスプレイ出口の中に形成されていることを特徴とする請求項１３の微量流 体処理システム。 ２４． 前記エレクトロスプレイ出口は、金属で被覆されていることを特徴とす る請求項１３の微量流体処理システム。 ２５． 前記１以上のチャネルの１つの内部表面は、前記基板とは異なる材料で 被覆されていることを特徴とする請求項１の微量流体処理システム。 ２６． １以上の出口で終結する１以上のチャネルを集積化した基板を提供する ステップと、 前記１以上のチャネルの１つに流体試料を供給するステップと、 前記チャネル内で前記流体試料を前記出口の方向に通過させるステップと、 前記チャネルの前記出口を通して前記基板から前記流体試料を出し、そして 前記基板から離れた外部の分析および／または収集システムに移送するステップ と を備えることを特徴とする微少量の流体を処理するための方法。 ２７． 前記出口は、前記基板から前記外部の分析および／または収集システム に向けて出て行く前記流体試料をスプレイするように構成されていることを特徴 とする請求項２６の方法。 ２８． 前記分析および／または収集システムは質量分析器であり、そして前記 出口は、前記微量流体処理システムと前記質量分析器との間のエレクトロスプレ イ・インターフェースとして構成されていることを特徴とする請求項２７の方法 。 ２９． 前記出口は、圧搾空気式または超音波式噴霧を伴うスプレイを行うよう に構成されていることを特徴とする請求項２７の方法。 ３０． 前記分析および／または収集システムは質量分析器であり、そして前記 出口は、大気圧−化学イオン化により前記流体試料を前記質量分析器に移送する ように構成されていることを特徴とする請求項２６の方法。 ３１． 前記出口は、前記基板から前記外部の分析および／または収集システム に向けて出て行く前記流体試料を、マトリクス支援レーザ脱離イオン化によりス プレイするように構成されていることを特徴とする請求項２６の方法。 ３２． 前記外部の分析および／または収集システムは、レーザ誘起蛍光による 検出用であることを特徴とする請求項２６の方法。 ３３． 前記流体試料を前記基板から出て行かせるステップにおいて、前記微量 流体処理システムは、前記外部分析および／または収集システムに対し静止して いることを特徴とする請求項２６の方法。 ３４． 前記流体試料を前記基板から出て行かせるステップにおいて、前記微量 流体処理システムは、前記外部分析および／または収集システムに対し移動する ことを特徴とする請求項２６の方法。 ３５． 前記流体試料を前記基板から出て行かせるステップに先行して、前記流 体試料または前記流体試料の成分は、前記チャネル内で検出されることを特徴と する請求項２６の方法。 ３６． 前記基板は、流体試料を前記試料の成分に分離するためのデバイスを更 に備え、前記方法は、前記試料を前記試料の成分に分離するためのステップを更 に備えることを特徴とする請求項２６の方法。 ３７． 前記流体試料を前記試料の成分に分離するためのデバイスは、前記基板 内に集積化されていることを特徴とする請求項３６の方法。 ３８． 前記流体試料を前記試料の成分に分離するためのデバイスは、前記基板 に取り外し可能に結合されていることを特徴とする請求項３６の方法。 ３９． 前記１以上のチャネルの前記１つは、流体試料を前記試料の成分に分離 するためのデバイスを備えていることを特徴とする請求項３６の方法。 ４０． 前記基板は、試料の温浸を生起させるためのデバイスを更に備え、前記 方法は、前記試料を温浸するステップを更に備えることを特徴とする請求項２６ の方法。 ４１． 前記基板は、試料を脱塩するためのデバイスを更に備え、前記方法は、 前記試料を脱塩するステップを更に備えることを特徴とする請求項２６の方法。 ４２． 前記基板は、試料を予備濃縮するためのデバイスを更に備え、前記方法 は、前記試料を予備濃縮するステップを更に備えることを特徴とする請求項２６ の方法。 ４３． 前記基板は、試料に親和力結合するためのデバイスを更に備え、前記方 法は、前記試料を親和力結合するステップを更に備えることを特徴とする請求項 ２６の方法。 ４４． 前記基板は、試料をサイズ排除クロマトグラフィするためのデバイスを 更に備え、前記方法は、前記試料をサイズ排除クロマトグラフィするステップを 更に備えることを特徴とする請求項２６の方法。