JP2003502636A - 物質を排出するための装置を備えた小型化分析システム - Google Patents

物質を排出するための装置を備えた小型化分析システム

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、試料の所定の成分を分離チャネルから引き出し、平面状の小型化された分析システムにおける調製的または分析的液体相分離の後に、これらを他のチャネルに輸送するための装置に関する。引き出し装置を、分析システム中に、例えば導電性を測定するための検出器を分析システム中の任意の位置に配置することにより、直接統合することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、分離チャネルから他のチャネルまたは他の分析装置中への平面状小
型化分析システムにおける調製または分析液相分離の後に試料の規定された画分
を排出するための装置に関する。
【０００２】 平面状小型化分析システムは、溶解した分析物の輸送および／または分離を、
例えば毛細管電気泳動または等速電気泳動を用いて実施する、導入されたチャネ
ルを有する成分からなる。この種類のチャネルシステムは、Ｙ型分岐および／ま
たはＸ型接合を有することができる（図１参照）。チャネル間の角度は、この場
合において自由に選択することができる。
【０００３】 通常、試料物質の導入のために、チャネルのＸ型配置を用い、排出のために、
Ｙ型分岐を用いる。この目的のための試料構成成分は、チャネルの末端に電圧を
加えることにより、電気動力学的に輸送される。Ｙ分岐チャネルの場合において
、例えば、電気的電位が、１つのチャネルから他の分岐チャネルに切り換えられ
る場合に、電気動力学的輸送を転回させることができる。このようにして、試料
の画分を、分岐チャネルから排出することができる。
【０００４】 このような排出操作は、時間規定により、または前の連続流分析の場合におい
て、能動的に制御される。時間制御排出は、支持材料上での電気泳動図(electro
pherogram)の正確な知識およびまた分離工程の正確な再現性を共に必要とする。
従って、単離されるべき分析物は、この分離時間の前の実験的な決定の後に、既
知の試料からのみ排出することができる。特に毛細管電気泳動について、表面活
性物質の堆積により、チャネル壁上のゼータ電位の変化が生じるため、この方法
は、不適切である。この結果、電気浸透力が調節され、従ってまた電気泳動図の
時間パターンが調節される。この理由により、時間調節排出は、通常監視または
立証のためのみに実施される。
【０００５】 前の直接の分析の後の分析物の排出は、顕著に一層正確である。F. von Heere
n et al. (Anal. Chem. 68(13) (1996), 2044-2053)には、フルオレセインナト
リウムの能動的に制御された排出が記載されている。分離プロセスの間のフルオ
レセインの位置を、観察装置により、適切な光学的装置を用いて連続的に追跡す
ることができる。フルオレセインバンドを排出位置に配置した直後に、切換操作
を、手動で誘発し、これにより、排出を生じさせる。しかし、このシステムを自
動化する際にさえも、着色物質または蛍光物質のみを、特異的に検出および排出
することができる。これは、顕著な制限である。
【０００６】 排出装置用の他の検出器システムは、現在まで、小型化された平面状分析シス
テム中に直接統合することは不可能であるため、一般的に、物質はこれらが分析
システムから排出された後に検出され、分離される。
【０００７】 従って、本発明の目的は、小型化された平面状分析システム用の、分析システ
ム中に直接統合され、能動的に制御することができる、物質を排出するための装
置を提供することにある。好ましくは、排出用の装置は、異なる原則に基づく検
出装置と組み合わせることができなければならない；これにより、分析物の排出
が、用途において多方面となる。
【０００８】 電気泳動分離方法のための平面状装置について、画分を、分離操作の間に特定
的に排出することを可能にする、少なくとも３つの輸送電極、１つの検出装置お
よび切換装置を備えた配置が見出された。好ましい態様において、検出装置を、
電気伝導性装置、インピーダンス装置または電位測定装置として構成する。
【０００９】 従って、本発明は、必須的に、少なくとも１つのＹ分岐、少なくとも３つの輸
送電極並びにチャネルシステムの前述の分岐点の上流の少なくとも１つの検出装
置および電気的切換装置を有するチャネルシステムからなる、平面状微細構造分
析システムのための試料の画分を排出するための装置に関する。
【００１０】 本発明の好ましい態様は、検出装置が電気化学的検出器である、排出のための
装置である。 本発明はさらに、本発明の装置を平面状微細構造分析システムにおいて用いる
ことに関する。 図１は、従来技術に対応するチャネルシステムのＸ接合（Ｘ）およびＹ分岐（
Ｙ）を例として示す。 図２は、本発明の装置を用いた排出の原理を例示する。 図３および４は、物質を排出するための本発明の装置を統合する分析システム
を図式的に示す。
【００１１】 本発明の物質を排出するための装置を統合することができる分析システムは、
物質を分離する作用を有する平面状微細構造システムである。このような主に二
次元の分析システムは、これらの小さい大きさおよび簡単な製作のために、巨視
的分析システムと比較して、多くの利点を提供する。分析システムは、追加の分
析装置または微細調製誘導体化のための装置を含むことができる。検出器または
これらのシステム中に直接排出するための本発明の装置を、分析システムの製作
と同様に迅速に統合することが可能であるため、物質を、分析システムにおける
分離の間またはこの後にさえも分析し、分離することができる。例えば、１つよ
り多い本発明の排出用の装置をまた、物質を分離および分析するのみならず、他
の工程、例えば誘導体化工程を施す分析システム中に統合することができる。
【００１２】 本発明の排出用の装置は、排出チャネルのすぐ上流のチャネルセグメントを分
析する検出器システムおよび対応する輸送電極を有する分岐したチャネルシステ
ムからなる。検出器が、所望の分析物が分岐のすぐ前にあることを示した直後に
、チャネルの末端における輸送電極は、転換される。他の輸送は、分離チャネル
に沿ってはもはや実施されず、分岐する排出チャネル中に実施される。この作動
は、検出器が、分析物バンドが排出位置を通過したことを示した際に終了する。
このようにして、規定された部分の試料を、試料の残りから精密に分離すること
ができる。
【００１３】 従って、排出操作は、以下の工程を含む： ・空間的に分離した試料を、分岐点に、適切な電圧により輸送する。 ・分岐点のすぐ前に位置する検出器が、通過して流れる成分または、各々の場合
において排出されるべき領域の開始および終了を特徴づけするマーカー物質を測
定する。 ・所望の成分が検出されると直ちに、電圧を転換して、流れが分岐チャネル中に
転回するようにする。 ・所望の成分が検出器を通過した後に、電圧をもとに転換する。 次に、このようにして、試料の一部を、試料の残りから、空間的に分離する。
【００１４】 全体の操作、特に電極間の電位の転換を、好ましくは、電子的切換装置により
制御する。この種類の装置およびこれらの使用は、当業者に知られている。分離
して除去された物質に、次に、さらに分析システム内の先導する工程、例えば分
離分析、誘導体化等を施すことができる。さらに、これらはまた、分析システム
のチャネルシステムから特異的に除去することができる。このために、チャネル
システムに、追加の出口を設ける。これらの出口は、好ましくは、排出チャネル
内に位置し、フルイディクス(fluidics)連結、例えば密に密封したポンプまたは
ポンプおよびバルブにより密封する。代表的に、キャピラリは直接続き、これに
より、分離除去された画分を、分析システムの外側の他の容器または機器に移送
することができる。従って、分離された画分が、排出チャネル中にある場合には
、これを、分析システムから、出口を通して流体力学的に、例えば電気浸透的に
、またはミクロポンプにより除去することができる。
【００１５】 排出された画分は、除去されるべき干渉構成成分であって、試料の残りをさら
に分析することができるか、または他に画分、即ち、試料の残りから別個に他の
分析工程または誘導体化工程を施すべき試料の部分であることができる。このよ
うにして分析され、分離されるべき試料構成成分は、主に水性溶液、イオン的に
溶解した、乳化した、懸濁した、コロイド状または生物学的細胞形態で存在する
ことができる。
【００１６】 本発明の装置の基礎は、二次元分析システム上に位置する検出器である。小型
化された分析システムは、これらの特定の用途に依存して、極めて多種の構造を
有し得るため、検出器は、分析システムの任意の所望の位置に位置することがで
きなければならない。本発明の装置について、最も臨界的に重要な部分を統合す
ることができる検出器、例えば −導電性検出器（容量性、誘導性、抵抗測定）、 −電気化学的検出器（例えば電流測定、ＩＳＦＥＴ）、 −電気的温度測定 を用いることができるのみならず、部分、例えばレンズまたは光ファイバのみを
分析システム中に統合する外部検出器、例えば −光学的検出器（例えば屈折率、温度、吸収、蛍光、ラーマン分光学、ルミネセ
ンス） −ＮＭＲ −放射活性標識 −磁気的標識 を用いることができる。本発明において、好ましくは、導電性検出器および光学
的検出器を、検出器装置として用いる。工学的検出器について、例えば、光ファ
イバガイドのための受信装置を統合することができる。
【００１７】 物質を電気泳動的に分離する分析システムについて、検出方法に対する一般的
な要求は、電気的検出方法、例えば導電性測定により、特に良好に満たされる。
検体は、この場合において、これらの特定の電気伝導性を特徴とする。規定され
た物質は、所定の電解質系において、常に同一の相対的導電性を生じる。このこ
とは、小型化された分析システムにおける連続的測定に、およびまた、複数の１
つのタイプの小型化された分析システムにおいて実施される測定に、該当する。
【００１８】 従って、好ましくは、本発明の装置においては、直接接触する電極の場合には
電流または電圧降下を測定し、または、ガルバーニ電気的に減結合した電極の場
合には、誘電抵抗の測定による、電気伝導性の測定を用いる。
【００１９】 導電性検出器を二次元分析システムに統合するために、導電性電極を、システ
ムの任意の所望の点において、特に分岐の直前において、チャネルシステムに沿
って統合しなければならない。これは、このようなシステムの特定のタイプの構
造によってのみ可能である。第１に、チャネルシステムを、気密的におよび液密
的に(liquid-tightly)密封しなければならず、第２に、化学的に不活性な電極を
、所望の位置に、精密におよび再現可能に位置させることができることを確実に
しなければならない。前述の要求は、二次元分析システムを製作する特別の方法
によってのみ満たすことができる。
【００２０】 微細流または微細構造分析システムは、一般的に、少なくともチャネルシステ
ムを有する連続流ユニットおよび、随意に、周辺装置を統合するための凹部およ
び、連続流ユニット中に統合するかまたはこれに連結することができる周辺装置
、例えば検出器、フルイディック連結、容器、反応室、ポンプ、制御装置等から
なる。電気伝導性を測定し、制御するための装置を有する微細流分析システム用
の連続流ユニットは、少なくとも２つの成分、例えば基板およびカバーと共に接
合することにより、液密的におよび／または気密的に密封することができる微細
チャネル構造が得られる、本発明のシステムである。
【００２１】 本発明のシステムは、代表的には、電極を備えた少なくとも２つの成分、カバ
ーおよび微細構造基板からなる。成分の製造の後に、これらを、特別の接着方法
により一緒に接合する。このようにして、本発明の排出装置を、平面状分析シス
テム中に統合することが可能である。
【００２２】 分析システムの連続流ユニットの成分は、好ましくは、市場で入手できる熱可
塑材、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート
）、ポリスチレンまたはＰＭＰ（ポリメチルペンテン）、シクロオレフィン系共
重合体または熱硬化性プラスチック、例えばエポキシ樹脂からなる。一層好まし
くは、システムのすべての成分は、同一の材料からなる。
【００２３】 成分は、当業者に知られている方法により製造することができる。微細構造を
含む成分を、例えば、確立された方法、例えば高温エンボシング、注入成形また
は反応キャスティングにより製造することができる。特に好ましいのは、大量生
産のために既知の方法により複製することができる成分の使用である。微細構造
成分は、１０〜２５０ ０００μｍ２の断面積を有するチャネル構造を有するこ
とができる。本発明の排出装置について、チャネルシステムは、試料供給のため
の領域および分離チャネルに加えて、分離チャネルから出発するＸまたはＹ分岐
を少なくとも１つ有しなければならない。複数の排出装置の統合のために、他の
分岐を、チャネルシステムの任意の所望の点において導入することができる。
【００２４】 本発明の排出装置に必要な電極は、分岐チャネルの末端に位置し、２つのチャ
ネル間の電位を転換することを可能にする輸送電極および、好ましくは分岐の４
０ｍｍ〜０．１μｍ上流に位置する検出電極である。
【００２５】 電極を分析システムまたは本発明の装置中に統合するために、電極を、好まし
くは、システムの１つの成分、カバー上に載置する。このために、これらは、プ
ラスチック成分に接着する十分な強度を有しなければならない。これは、個別の
成分を一緒に接合するため、およびまた後に分析システムの使用のために、共に
重要である。例えば接着剤を、成分の接合において用いる場合には、接着剤は、
電極をプラスチック表面から脱着してはならない。さらに、電極は、化学的に不
活性な材料、例えば貴金属（白金、金）からならなければならない。
【００２６】 プラスチック表面を、典型的には、金属塩溶液からの金属の電気化学的付着に
より金属被覆する。このために、多工程プロセスにおいて、先ずプラスチック表
面を化学的にまたは機械的に前処理して、不連続的プライマーを適用し、次に電
気化学的堆積を実施するのが一般に慣例的である。これらの金属被覆手法の記載
は、例えば、米国特許第４，５９０，１１５号、ＥＰ ０ ４１４ ０９７号、
ＥＰ ０ ４１７ ０３７号およびWolfおよびGieseke (G.D. Wolf, H. Gieseke
, "Neues Verfahren zur ganzflachigen und partiellen Metallisierung von K
unststoffen"［プラスチックの完全なおよび部分的な金属被覆のための新規な方
法］、Galvanotechnik 84, 2218-2226, 1993)中に見出すことができる。すべて
の湿式化学方法は、比較的複雑な前処理プロセスが、十分な接着強度を達成する
のに必要であるという事実を共有する。
【００２７】 ＤＥ １９６ ０２ ６５９号には、強力な接着強度を有する銅を多相重合体
ブレンドに、蒸発またはスパッタリングを用いて適用することが記載されている
。良好な接着のために述べられた理由は、重合体ブレンドの組成である。これに
おいて、ブレンドは、ポリアリーレンスルフィド、ポリイミドまたは芳香族ポリ
エステルを含まなければならない。
【００２８】 金属のプラスチック表面上の改善された接着特性を達成するためのプラズマ前
処理の効果は、種々の市場で入手できる熱可塑材の例として、Friedrich (J. Fr
iedrich, "Plasmabehandlung von Polymeren"［重合体のプラズマ処理］, Klebe
n & dichten 41, 28-33, 1997)により要約されている。
【００２９】 特に好ましくは、電極構造は、２層方法を用いて、プラスチック成分上に得ら
れる。このために、先ず、酸化クロムの接着促進層を生成する。貴金属とは対照
的に、酸化クロムは、プラスチック表面上の顕著な接着特性を示す。さらに、酸
化クロムは、元素状クロムおよび他の遷移金属とは対照的に、レドックスプロセ
スに顕著に一層耐性である。次に、貴金属、例えば白金または金、あるいはこれ
らの金属の合金を、酸化クロムの接着層に塗布する。
【００３０】 酸化クロムおよびこの上に付着されるべき貴金属層は、好ましくは、リフトオ
フ(lift-off)法において、またはシャドウマスク(shadow-mask)法または全表面
上に最初に適用された金属層の構成により、プラスチック表面に選択的に設けら
れる。これらの操作は、微細構造における標準的なプロセスである。以下に、２
層法に必要な作業工程を、前述のプロセスについて短く記載する。
【００３１】 リフトオフ法：選択的に金属被覆するべきプラスチック成分を、フォトレジス
トで被覆する。このフォトレジストは、金属被覆されるべきプラスチック部分を
エッチングしてはならないか、またはこれをわずかにエッチングするのみであっ
てはならない。ＰＭＭＡについて、例えば、Allresist, Berlin (AR 5300/8)か
らのフォトレジストが、適切であることが明らかになった。金属被覆されるべき
構造の露光および現像の後に、金属層を、スパッタリングユニット中に適用する
。酸化クロム層を、アルゴンプラズマを代表的に用いるスパッタリングユニット
中に酸素を導入することによるスパッタリングプロセスの間に適用する。用いる
スパッタリング標的は、従来のクロム標的である。代表的な酸化クロム層の厚さ
は、１０〜５０ｎｍである。
【００３２】 あるいはまた、酸化クロム標的を、直接用いることができる。次に、白金また
はこの合金または金を、標準的な条件の下で、即ちアルゴンプラズマ中で直接ス
パッタリングする。また、酸化クロム層の接着強度のために、酸化クロムをスパ
ッタリングする前に酸素／アルゴン（約５体積％／９５体積％）プラズマ中でプ
ラスチックをバックスパッターする(backsputter)ことが、有利であることが、
明らかになった。実際のリフトオフ方法において、フォトレジストは尚存在し、
これと共に、レジスト上に位置する金属層は、Allresist (AR 300-26)からの現
像液中で、プラスチック成分から脱着する。
【００３３】 シャドウマスク法：選択的に金属被覆するべきプラスチック部分を、シャドウ
マスクと呼ばれるもので被覆する。これは、金属被覆されるべき領域において、
開口を有する。金属層を、リフトオフ法と同様にして、これらによりスパッタリ
ングする。
【００３４】 平面状金属層の構成：先ず、金属層を、前述のスパッタリング方法と同様にし
て、選択的に金属被覆されるべきプラスチック部分の表面全体の上に適用する。
この金属層を、例えばレーザーアブレーション（金および白金）を用いた選択的
腐食によるかまたは、例えば、選択的湿式化学的エッチングにより、その後のプ
ロセス段階において構成する。湿式化学的エッチングを用いた構成のために、先
ずフォトレジスト(Hoechst AG, Germany; AZ 5214)を、金属層に適用し、露光し
、現像する。次に、金を、露光した領域において、シアニド溶液中で除去する。
非導電性酸化クロム層が、後方に残留する。次に、残留するフォトレジストを、
現像液（例えばAR 300-26, Allresist, Berlin）で除去する。
【００３５】 スパッタリング方法を用いて、接着層としてクロムおよびまた酸化クロムと共
に生成する電極の接着強度を、切り取り試験を用いて試験した。酸化クロム層の
接着強度は、顕著に大きい。接着層として酸化クロムを用いて生成した金属層は
また、接着層としてクロムを用いて生成した金属層と比較して、アルカリ性溶液
中での超音波処理に対して顕著に一層耐性である。
【００３６】 個別の成分の生産および準備の後に、これらを、本発明の方法により、一緒に
接合する。好ましくは、１つの成分、基板を、微細構成し、これに、チャネルを
充填し、および／または電極に接触するための後側穿孔または凹部を設ける。さ
らに、いわゆる密封リップ、即ち代表的には高さが０．５〜５μｍであるチャネ
ル構造を完全に包含する基板上の上昇を用いることは、接着方法に対して高度に
有利であることが明らかになった。他の成分、カバーは、被覆の役割を有し、例
えば、電気泳動分析システムの場合には、これに、電極を設ける。この場合にお
いて、本発明のカバーを、電極カバーと呼ぶ。ある用途のために、分析システム
は、この好ましい配列から逸脱する成分の機能化を必要とすることができる。
【００３７】 この場合において、例えば、２つより多い成分、例えば２つのカバーおよび１
つの基板等を、一緒に接合して、他方の上に一方があるチャネル構造を生じるか
、または、他の機能性、例えば検出システム、反応室等を、成分中に統合するこ
とができる。本発明において、接合方法を用いて一緒に接合される分析システム
の連続流ユニットのすべての部分を、成分と呼ぶ。これらは、微細構成し、電極
を設けるかまたは他の機能性を有することができる。各々の成分に電極が設けら
れている場合には、成分の基板およびカバーまたは電極カバー中への従属分割は
、特定の成分の態様の一層詳細な記載の作用を有するのみであり、成分の他の特
性、例えば微細構成などに関する何の制限またはこれらの互いの組み合わせを示
すものではない。
【００３８】 成分を、本発明において高い精度で一緒に接合する。接着剤は、チャネル中に
流入し、これらの表面を被覆してはならない。その理由は、これが、チャネルの
表面特性を変化させ得るからである。これにより、例えば、接着剤で湿潤される
チャネル領域において、増大した分析物、例えばタンパク質の接着が生じること
が見出されている。これは、次に、分析システムの分離品質に影響する。同様に
、電極への接着剤の粘着により、これらの機能性が損なわれる。
【００３９】 また、チャネルの容積が、例えば接着剤の制御されていない進入により生じる
ように変化しないことが、大きく重要である。本発明において、チャネルを、検
出の感受性を改善するために、好ましくは、検出電極の周囲に締め付ける。この
結果、精密に、これらの領域において、接着剤がチャネル中に進入しないことが
重要である。
【００４０】 成分を一緒に接合するために、本発明において、接着剤を、好ましくは、先ず
、構成が存在しない点において微細構造成分に塗布する。層の厚さは、０．５〜
１０μｍ、好ましくは３〜８μｍである。代表的には、これを、印刷技術から知
られている平坦ローラーアプリケーションを用いて塗布する。
【００４１】 好ましい態様において、薄い接着フィルムを、この目的のために、所定の体積
の接着剤を吸収する構成した金属スクリーンロールにより、重合体で被覆した第
２の構成していないロールに適用する。次に、これから、構成した基板上に適用
を、好ましくは基板の構成していない表面上に３〜８μｍの接着剤の厚さを提供
するようにして直接実施する。用いるプラスチック（基板材料）に依存して、プ
ラスチックロールと基板との間の輸送は、接着剤のすべての粘度の上昇（前重合
）により影響を受ける。
【００４２】 この方法の重要な利点は、基板を、接着剤を適用するロールに対して位置させ
る必要がなく、それにもかかわらず、接着剤が、基板の構成していない領域にの
み適用されることである。カバーおよび基板を一緒に押圧する際に、多すぎる接
着剤を適用した場合には、接着剤は、チャネル中に流入する。部分的に不十分な
接着剤を適用した場合には、チャネル構造における漏出が生じる。この接合方法
は、好ましくは約５μｍ／ｃｍより小さい成分の長さの成分の平坦さを必要とす
る。
【００４３】 用いる接着剤は、接着プロセスの間の電極が、接着剤により脱着または断絶さ
れないように、成分の表面をエッチングしてはならないか、またはこれをわずか
にエッチングするのみであってはならない。従って、好ましくは、用いる接着剤
は、Norland, New Brunswick NJ, USAからの製品ＮＯＡ７２、チオールアクリレ
ートである。接着剤は、光化学的に硬化される。しかし、他のタイプの接着剤、
例えば前述の条件に従う熱的に硬化する接着剤もまた、この方法において用いる
ことができる。
【００４４】 接着剤を適用した後、薄層電極を有する第２の成分を、例えば露光機械上の基
板に適切に位置させ、押圧する。この目的のために、好ましくは、適用された接
着剤と共に、基板を、露光機械において、シリコンウエーハについて提供した以
外の位置に固定する。好ましいのは、押圧表面として、厚いガラスプレートを用
いることである。その理由は、このようにして、接着剤の位置決めおよび光化学
的硬化を、Ｈｇランプ（発光波長３６６ｎｍ）での照射により直接実施すること
ができるからである。電極カバーは、ガラスプレートにおいて圧延された真空装
置で保持することにより、露光マスクに提供された位置において固定する。電極
カバーおよびカバーを保持するために用いるガラスプレートの両方が、透明であ
るため、カバーを基板に対して、この配列により配列させることができる。カバ
ーが、基板を超えて延在する場合には、このカバーはまた、機械的に保持するこ
とができる。
【００４５】 接着方法について、代表的には、光学的整列マークの補助による光機械的整列
に加えて、カバーはまた、押し込み装置を用いて受動的に機械的に、特別の整列
マークを用いずに光機械的に、または電気的マーク（接触）を用いて電気機械的
に、基板上に配置することができる。
【００４６】 カバー上の好ましい光学的金属整列マークを、電極と共に同一のプロセス工程
において適用することができ、即ち好ましくはスパッタリングすることができ、
即ち追加の消費は必要ではないことが見出された。基板に対する対応する対向構
造(counterstructure)はまた、追加の加工を必要としない。その理由は、これら
を、成形工程においてチャネル構造と共に基板中に導入するからである。光機械
的整列について、少なくとも１つの成分は、透明なプラスチックからならなけれ
ばならない。本発明により適用した整列マークを用いて、２つの成分を、少なく
とも±１０μｍ、代表的にはさらに±２μｍ（例えば検出器電極の実際の位置に
対して理論的）の精度で、互いに対して位置させ、一緒に押圧する。高い位置精
度は、再現可能な分析結果の達成を支持する。次に、接着剤を、ＵＶランプによ
り重合させる。カバーを保持するための真空を解除するかまたは機械的固定を解
放した後に、連続流ユニットを、露光機械から取り外す。
【００４７】 他の好ましい態様において、成分に、印刷において知られている方法（パッド
印刷）により接着剤を設ける。電極を設けられた成分を、この目的のために、２
つの成分を組み合わせた際に、チャネルを被覆するかまたは電気的に接触しては
ならない領域において、接着剤で湿潤させる。微細構造成分を、接着剤が、チャ
ネル構造または他の凹部中に進入しないように湿潤させる。パッド印刷は、構成
された接着剤適用である。接着剤を、基板の負の型中に貯蔵する。代表的にはシ
リコーンパッドにより、この接着剤を、構成した方式で採取し、例えば、カバー
に、後に流体チャネルの壁を形成する領域が、接着剤で湿潤しないようにして、
適用する。次に、チャネル構造を有する成分を、前述のようにして、この対向片
(counterpiece)に対して適切な方式で位置させ、押圧する。硬化を、前述のよう
にして実施する。
【００４８】 また、接着剤の排出の側方の分解が十分である場合には、噴霧方法（例えば微
小ドロップ方法）を用いるかまたはスクリーン印刷を用いた構成した接着剤の適
用が可能である。
【００４９】 本発明の目的のために、第２の成分を押圧するか、または成分を一緒に押圧す
ることは、成分が、互いに適切に接触させられることを意味する。硬化後に成分
の永久的な接合を達成するために、大きい力を加えること、即ち成分を極めて密
に一緒に押圧することは、一般的には必要ではない。
【００５０】 接着剤の硬化プロセスを、カバーおよび基板を位置させるために用いる整列装
置の外側で実施する場合には、金属被覆したカバーおよび基板を、これらを互い
に対して整列させた後に、最初にレーザー溶接により付着させることができる。
この後、複合体を、配列装置から取り外し、用いた接着剤を、別個の露光装置ま
たはオーブンにおいて硬化させる。この手順は、硬化を、もはや配列装置におい
て実施する必要がないため、プロセス促進および単純化を意味する。
【００５１】 好ましく用いる熱可塑性材料が、可視および近赤外線波長範囲において極めて
大いにレーザー光を透過するため、この波長範囲におけるレーザー溶接は、カバ
ーと基板との間の界面において光学的力を吸収するための吸収層を必要とする。
この吸収層を、電力電極または検出器電極の適用と同時に適用する。例えば、貴
金属での電極のスパッタリングの間に、電極カバーを、他の点において、貴金属
層で、吸収層としてさらにスパッタリングすることができる。
【００５２】 厚さ２００ｎｍの白金電極を備え、従ってまたレーザー力を吸収するための追
加の白金表面を含む電極カバーの、基板（基材ＰＭＭＡ）への溶接を、４０ワッ
トの電力および１．６ｍｍの焦点直径において、ダイオードレーザー放射（８０
８、９４０および９８０ｎｍの波長の混合物）を用いて、実施する。白金層を、
溶接の間に破壊する。
【００５３】 あるいはまた、吸収材として、例えばカーボンブラック粒子を充填した基板ま
たはカバーを用いることも、可能である。しかし、この最後に述べた手順は、次
に、少なくとも１つのチャネル壁が他の材料からなるという欠点を有する。光学
的検出目的のための光学的力のチャネルへの入力またはチャネルからの出力の可
能性はまた、これにより制限される。 透明電極と検出電極との接触並びに電流の自動制御および切換を、当業者に知
られている方法により実施する。
【００５４】 このようにして、輸送および検出電極を、１つまたは２つ以上の本発明の排出
装置を製造するように、微細構造分析システム中に統合することができる。排出
装置の統合は、追加の消費を必要とせず、分析システムの品質（安定性、大きさ
等）に影響しない。
【００５５】 本発明の装置は、このように、平面状微細構造分析システムに重要な追加の機
能性を示す。これは、多機能微細構成分析システムおよび分析システム用の連続
流ユニットを設計することを、初めて可能にする。このシステムは、試料を分離
することができるのみならず、むしろ、試料を分析システムから排出せずに、試
料を分離、同定および選択することができる。これはまた、これらの試料構成成
分を排出するかまたはシステムにおける他の誘導体化工程または分析工程を施し
た後に、分析システムからある試料構成成分のみを通過させる可能性を開く。
【００５６】 電極を製作する記載した方法および接合方法により、初めて、電極を、チャネ
ル内の任意の所望の点に位置させることができる、閉鎖された微細チャネル構造
を、生産することができる。構成した成分（基板）に、例えば電極カバーを、液
密的におよび気密的に提供することができる。安価に市場で入手できるプラスチ
ックおよび単純な加工工程を用いることにより、このタイプの分析システムを、
安価にかつ多数生産することができる。特別な接合または接着方法により、成分
を接着剤で、接合後に接着剤がチャネルシステムの内部中、即ちチャネル、壁中
に、あるいはチャネルシステム中に突出する電極または他の装置上に通過しない
ようにして湿潤させる。この結果、システムの分離品質および分析感受性が、改
善される。これらは、使用において可変であることができ、精密に作動する分析
システムについてなされなければならないすべての要求を満たす：
【００５７】 ・これらは、チャネルの高度な寸法および容積安定性を示すこと。 ・接着接合の強度の結果、これらは、チャネルの内部において圧力に対して安定
であること。 ・用いることができるプラスチックに対して大きな可変性があること。 ・化学的に不活性な材料を、成分および電極用に用いることができること。 ・４つのチャネル壁のすべては、好ましくは、同一の材料からなること。 ・電極を、±１０μｍの精度で、チャネルの任意の所望の点に位置させることが
できること。 ・電極の接触表面には、接着剤による汚染物が存在しないこと。 ・電極を容易に接続することができること。 ・システムは、低い内部抵抗を示し、潜在的に高い電流密度を可能にすること。
【００５８】 図２は、本発明の装置を用いた物質の排出を例示する。排出の３つの異なる段
階を、図Ａ、ＢおよびＣに示す。図式的排出装置は、チャネルの末端において輸
送電極１、２および３を有するＹ分岐チャネルシステムからなる。電極１と２と
の間のチャネル片は、分離チャネルとして作用し、電極３の方向に分岐するチャ
ネルは、排出チャネルである。排出チャネルの分岐のすぐ上流には、分離チャネ
ル中の検出器電極４が位置する。図Ａにおいて、分離されるべき物質５および６
は、電極１と２との間の電位のために、分離チャネルに沿って移動する。
【００５９】 図Ｂは、所望の物質５が検出器電極を通過する瞬間を示す。検出された信号、
例えば特定の相対的導電性により、電位が転換され、従って次に、電極１と３と
の間に電位が生じる。この結果、図Ｃに示すように、物質５は、排出チャネル中
に移動し、このように分離チャネル中に位置する物質６から分離される。物質５
が検出器領域を通過し、排出チャネル中に移動した後、電位を再び転換させるこ
とができ、従って他の物質は、排出チャネル中に進入しない。
【００６０】 図３は、試料を排出するための統合された本発明の装置を有する小型化された
平面状分析システムの例を図式的に示す。システムは、末端に２つの輸送または
電力電極Ｅ３およびＥ５並びにチャネルシステムの分岐点Ｖのすぐ上流の２つの
検出電極Ｅ１およびＥ２を有する分離チャネルＴ１を含む。分岐点Ｖにおいて、
１つのチャネルが分岐し、これは次に、３つに分岐する。末端に、容器Ｐ、混合
反応器Ｒおよび電力電極Ｅ４を有する他の容器が位置する。次に、物質混合物を
、検出電極Ｅ１およびＥ２を用いて分離チャネルＴ１に沿って分離する場合には
、所望の試料物質がチャネルシステムの分岐点Ｖを通過する際に、これを達成す
ることができる。
【００６１】 この瞬間、電位が転換され、従って次にＥ５とＥ４との間に電位差が生じる。
この結果、選択された物質が、チャネルシステムの分岐中に移動する。検出電極
Ｅ１およびＥ２が、物質が分岐点を通過したことを示した後に、電位を、再び転
換することができる。次に、分岐において単離された物質を、液体流により、Ｅ
４における反応器から混合反応器Ｒ中に機械的に輸送することができる。さらに
、容器Ｐから出発する同様の液体流により、他の物質、例えば誘導体化のための
反応体を、平行して混合反応器中に通じることができ、ここで、これらを、試料
物質と混合し、適切であれば試料物質と反応させる。
【００６２】 図４は、試料を排出するための統合された本発明の装置、所定の試料体積の送
達のための装置および分離チャネルを備えた、小型化された平面状分析システム
の例を図式的に示す。このような分析システムは、所定の大きい試料体積の送達
、これの例えばＩＴＰによる分別、本発明の排出装置による試料の所定の画分の
分離並びに随意に再度の分別および分析またはシステムから、分離して除去され
た画分または試料の残りの除去の可能性を提供する。試料送達装置は、流体接続
Ｆ１およびＦ２並びにＦ２およびＦ３により結合されたチャネル部分Ｋ１および
Ｋ２からなる。代表的に、密に密封した微小ポンプまたは微小ポンプおよびバル
ブは、流体接続として作用する。
【００６３】 チャネル部分Ｋ１の容積は、代表的には５または１０μｌであり、チャネル部
分Ｋ２の容積は、０．５または１μｌである。流体接続Ｆ２を開放し、同時にチ
ャネル部分Ｋ１を試料溶液で、流体接続Ｆ１を介して充填することにより、Ｋ１
の容積により決定された所定の試料の体積を、チャネルシステム中に装入する。
流体接続Ｆ２の代わりに、流体接続Ｆ３を開放する場合には、一層大きい体積を
送達することができる。次に、送達された試料の体積を、チャネル部分Ｋ１およ
びＫ２の容積の合計により与える。対照的に、送達された試料の体積が、一層少
ないべきである場合には、流体接続Ｆ２およびＦ３を開放することにより、チャ
ネル部分Ｋ２のみを装入する。
【００６４】 流体接続により結合された他のチャネル部分を加えることによりチャネル部分
Ｋ１およびＫ２またはその他の大きさを変化させることにより、従って、送達体
積を変化させ、対応する試料要求に整合させることができる。試料を、以下のチ
ャネルシステム（Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５）において分別する。このために、全体的な
チャネルシステム、即ち以下のＫ１、Ｋ４およびＫ５の末端において、各々の場
合において、液体容器または緩衝液容器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３並びに電力電極Ｌ
１、Ｌ２およびＬ３を配置する。緩衝液容器を、流体接続Ｆ１、Ｆ４またはＦ５
を介して充填することができる。チャネル部分Ｋ１のみを、試料送達に用いる場
合には、さらにチャネル部分Ｋ２を、分離通路を拡張するために用いることがで
きる。
【００６５】 試料分離を、例えばチャネル部分Ｋ３を介してチャネル部分Ｋ５まで、例えば
純粋に分析的な問題の場合において拡張することができる。次に、検出を、Ｒ３
のすぐ上流に載置された検出電極Ｄ３およびＤ４を用いて実施する。試料の画分
を、残りから分離するべき場合には、本発明の装置を、排出のために用いる。こ
の装置は、分離チャネル部分Ｋ３、分岐点Ｖｚ、２つの分岐チャネル部分Ｋ４お
よびＫ５、分岐点Ｖｚの上流に位置する検出電極Ｄ１およびＤ２並びに、電力電
極を制御するための、図面には示されていない切換装置により形成される。分離
中に、所望の画分が、検出電極Ｄ１およびＤ２を通過した後直ちに、電力電極Ｌ
１、Ｌ２およびＬ３の電位を、適切に調節することができる。Ｌ３からＬ２への
輸送を最初に実施した場合には、画分を、Ｌ３とＬ１との間の電位差を転換する
ことにより、分岐点ＶｚにおいてチャネルＫ４中に排出することができる。
【００６６】 画分がＶｚを通過した後に、試料の残りを、再び転換することにより、再びＫ
５において輸送する。次に、排出された画分を、流体接続Ｆ４を介して分析シス
テムから除去することができる。Ｋ５中に残留する試料の残りを、検出電極Ｄ３
およびＤ４を介して再び分析することができる。同様に、排出されるべき画分を
、電力電極の異なる切換により、チャネル部分Ｋ５中にＶｚにおいて排出するこ
とができ、一方、試料の残りを、チャネル部分Ｋ４中に輸送する。この場合にお
いて、排出された画分を、再びＤ３／Ｄ４において検出することができる。さら
に、チャネルシステムに、２種の異なる緩衝系を装入し、従って２種の異なる分
離を順次直接実施する可能性がある。このために、チャネル部分Ｋ３および随意
にさらにＫ２を、第１の緩衝系で充填する。
【００６７】 分岐点Ｖｚから、チャネル部分Ｋ４およびＫ５に、第２の緩衝系を装入する。
第１の分離を、Ｋ２／Ｋ３に沿って実施する。次に、Ｖｚにおいて、試料の画分
を、チャネル部分Ｋ５またはその他中に排出し、すべての試料を、このチャネル
部分に移送することができる。試料が、他の緩衝システムと共にこのチャネル部
分に到達した後直ちに、第２の分離を実施する。２つの分離を、第１の分離およ
び随意の排出について検出電極Ｄ１およびＤ２により、および第２の分離を監視
するためにＤ１／Ｄ２で監視する。このようにして、例えば、等速電気泳動分離
および電気泳動分離または他に２つの等速電気泳動分離を組み合わせることがで
きる。
【００６８】 さらに他の説明をせずに、当業者は、前述の記載を、最も広い範囲で用いるこ
とができることが、推測される。従って、好ましい態様および例は、いずれにお
いても限定的ではない記載的な開示に過ぎないと理解するべきである。 本明細書中に列挙したすべての出願、特許および刊行物並びに、１９９９年６
月１６日に提出した対応する出願ＤＥ １９９ ２７ ５３５号の完全な開示を
、本出願中に参考として導入する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に対応するチャネルシステムのＸ接合（Ｘ）およびＹ分岐（Ｙ）を例
として示す図である。
【図２】 本発明の装置を用いた排出の原理を例示する図である。
【図３】 物質を排出するための本発明の装置を統合する分析システムを図式的に示す図
である。
【図４】 物質を排出するための本発明の装置を統合する分析システムを図式的に示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/26 ３３１Ｅ ３３５Ａ ３３１Ｋ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｆｒａｎｋｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． 250， Ｄ−64293 Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｆｅｄ ｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅ ｒｍａｎｙ (71)出願人 ゲゼルシャフト ツア フォョルダルンク デア スペクトロヒェミー ウント ア ンゲバンテン スペクトロスコピー エ ー．ファウ． ドイツ連邦共和国 デー−44139 ドルト ムント、ブンセン−カーホフ−シュトラー セ 11 (72)発明者 アイゼンバイス，フリートヘルム ドイツ連邦共和国 デー−64331 ヴァイ ターシュタット、ルイーゼンシュトラーセ 28 (72)発明者 スタニスラフスキ−，ベルント ドイツ連邦共和国 デー−60433 フラン クフルト、イルケンハンスシュトラーセ 13 (72)発明者 グレーベ，トーマス ドイツ連邦共和国 デー−64287 ダルム シュタット、ディーブルガー シュトラー セ 238 (72)発明者 ヘルゲンレーダー，ローラント ドイツ連邦共和国 デー−44147 ドルト ムント、イマーマンシュトラーセ 35 (72)発明者 ウェーバー，ギュンター ドイツ連邦共和国 デー−44149 ドルト ムント、ユストゥスヴェーク ２ (72)発明者 グラス，ベネディクト ドイツ連邦共和国 デー−59457 ヴェア ル、シュレージェン シュトラーセ 30 (72)発明者 ナイアー，アンドレアス ドイツ連邦共和国 デー−56838 イーザ ーローン、ランガーフェルダーシュトラー セ 69アー (72)発明者 イエーンク，マテイァス ドイツ連邦共和国 デー−48163 ミュン スター、デュルメナー シュトラーセ 27 アー Ｆターム(参考） 2G060 AA06 AC02 AE17 AF06 AF07 AF08 AF09 AF10 AF11 FA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平面状微細構造分析システムのための画分を排出するための
    装置であって、分岐したチャネルシステム、少なくとも３つの輸送電極、チャネ
    ルシステムの分岐点の上流の少なくとも１つの検出装置および電気的切換装置か
    ら本質的になる、前記装置。
  2. 【請求項２】 検出装置が、電気化学的検出器であることを特徴とする、請
    求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置の、平面状微細構造分析シス
    テムにおける使用。
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