JP2003519889A

JP2003519889A - 多重電気噴霧装置、システム、および方法

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Publication number: JP2003519889A
Application number: JP2001550779A
Authority: JP
Inventors: ギャリーエイ．シュルツ; トーマスエヌ．コーソ; シモンジェイ．プロッサー
Original assignee: アドビオンバイオサイエンシーズインコーポレーティッド
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2003-06-24
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: EP1269518A1; JP5057318B2; CN1237572C; US20030143493A1; EP1269518B1; CN1437760A; US6723985B2; US20020000516A1; CA2395694A1; AU2450801A; CA2395694C; US6627882B2; WO2001050499A1; EP1269518A4; ATE538490T1

Abstract

(57)【要約】マイクロチップに基づく電気噴霧装置、電気噴霧システム、およびその製造方法を開示する。電気噴霧装置（250）は、注入面上の入口開口部と吐出面上の出口開口部との間に流路（224）を形成する基板（200）と、吐出面に対して凹状であり、出口開口部を囲む部分によって形成されるノズル（232）と、電気噴霧（262）を最適化し生成するように基板に電位を印加する電界生成源とを含んでいる。流体内に含まれる分析物に対して形成される電気噴霧プリュームの数にほぼ比例する、質量分光計によって測定されるイオン強度をもたらす単一の流体流から複数の電気噴霧を生成する方法およびシステムを開示する。同じ流体流用の複数のノズル（232）から複数の電気噴霧プリューム（262）を生成するために、複数の電気噴霧ノズル装置（232）を小形ノズルのアレイの形で使用することができる。本発明は、すでに開示されているシステムおよび方法と比べてマイクロチップ電気噴霧装置（250）の感度を大幅に高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は、1999年12月30日に出願され、引用によって本明細書に全体的に組み
入れられる米国仮特許出願第60/173,674号の恩典を主張するものである。

【０００２】発明の分野本発明は、概して、微小電気機械システム（MEMS）を使用して製造される一体
型小形流体システムに関し、特に、単一の流体システムから複数の噴霧を生成す
ることのできる一体型モノリシック超小形装置に関する。

【０００３】発明の背景薬物の発見および開発における新しい傾向のために、分析技法に対する新たな
要求が生じている。たとえば、新しいリード化合物を発見するか、またはリード
化合物の変形物を生成するときには組合せ化学が使用されることが多い。組合せ
化学技法では、数千個の化合物（コンビナトリアルライブラリー）を比較的短時
間（数日ないし数週間程度）で生成することができる。このような多数の化合物
の生物学的活動をタイムリーにかつ効率的に試験するには、各候補化合物の特性
を迅速に評価できるようにするハイスループットのスクリーニング方法が必要で
ある。

【０００４】生物学的スクリーニング・データの妥当性を評価するために、結合ライブラリ
ーおよび結合ライブラリーに含まれる化合物の品質が使用されている。各化合物
または統計的に適切な数の化合物について正しい分子量が化合物の純度で同定さ
れていることの確認は、結合ライブラリーの品質の２つの重要な尺度である。化
合物は、各ウェルから溶液の一部を除去し、質量分析計に結合された液体クロマ
トグラフィまたは毛管電気泳動機器などの分離装置に内容物を注入することによ
って分析的に特徴付けることができる。

【０００５】これらの新規の目標に関する実現可能なスクリーニング方法の開発は、アッセ
イの結果を分析する迅速分離・分析技法が利用できるかどうかに依存することが
多い。たとえば、候補薬物の潜在的な有毒代謝生成物に対するアッセイでは、候
補薬物とその候補の代謝生成物との両方を同定する必要がある。新規の化合物が
人体にどのように吸収され、どのように代謝されるかを理解することにより、治
療効果が高まる可能性があるかどうかを予測することができる。

【０００６】膨大な数の新規の化合物が日々生成されているので、薬物の発見に関して潜在
的な医療価値を有する分子を同定する改良されたシステムも必須である。したが
って、潜在的な薬物候補を同定するための、化合物目標反応のハイスループット
・スクリーニングおよび同定が必須である。

【０００７】液体クロマトグラフィ（LC）は、続いて行われる、分析および／または同定さ
れる流体の成分の分離のための十分に確立された分析方法である。従来、液体ク
ロマトグラフィでは、直径5μmの密に詰め込まれた粒子が満たされた、内径4.6m
m、長さ25cmの寸法を有する円筒形チューブなどの分離カラムが利用されている
。最近では、より短いカラムで直径3μmの粒子が使用されている。この小さな粒
径により、静止相を形成する様々な化学作用によって修正できる大きな表面積が
得られる。カラム寸法および粒径に基づく最適化された流量でLCカラムから液体
溶離液が汲み出される。この液体溶離液を移動相と呼ぶ。LCカラムの前に移動相
に、ある体積の試料が注入される。試料中の分析物は、各分析物ごとの分配係数
に基づいて静止相と相互作用する。分析物が、静止相と相互作用する時間が長け
れば長いほど、分配係数が大きくなり、分析物がLCカラム内に保持される時間が
長くなる。移動相における分析物の拡散率（移動相物質移動）も分配係数に影響
を与える。移動相物質移動は、粒径が2μmよりも大きいときに分離カラムの性能
を制限する可能性がある（KnoxJ, J.H.J.著J.Chromatogr.Sci. 18:453ページな
いし461ページ（1980年））。静止相サポートとしてより小さな粒径を使用する
とクロマトグラフィ分離が向上する。

【０００８】 LCカラムの目的は、選択された検出器からの各分析物ごとの固有の反応を定量
測定または定性測定について得られるように分析物を分離することである。LCカ
ラムの分離能力は、カラムの寸法および静止相を支持する粒径によって決定され
る。LCカラムが所与の分析物を分離する能力の尺度を理論段数Ｎと呼ぶ。分析物
の保持時間は、移動相成分および分析物の分配係数を変えることによって調整す
ることができる。所与の分析物の分配係数に関して、実験および基本的に理解す
ることによって、どの静止相を選択するかが決定される。

【０００９】 LC分析のスループットを高めるには、LCカラムの寸法および静止相粒径を小さ
くする必要がある。LCカラムの長さを25cmから5cmに短くすると、分析物の保持
時間が係数５だけ小さくなる。同時に、理論段が５倍少なくなる。5μmの粒子を
詰め込まれた長さ25cmのカラムの理論段を維持するには、5cmのカラムに1μmの
粒子を詰め込む必要がある。しかし、そのような小さな粒子を使用すると、多く
の技術的な問題が起こる。

【００１０】これらの技術的な問題の１つは、このようなカラムのそれぞれに移動相を押し
込むことによって生じる背圧である。この背圧は、移動相を所与の流量でLCカラ
ムから汲み出すことによって、分離カラム内で生成される圧力の尺度である。た
とえば、5μmの粒子が詰め込まれた内径4.6mm長さ25cmのカラムの典型的な背圧
では、流量1.0mL/分で100バールの背圧が生成される。1μmの粒子が詰め込まれ
た5cmのカラムは、5μmの粒子が詰め込まれた25cmのカラムの５倍高い背圧を生
成する。大部分の市販のLCポンプは、動作圧が400バール未満に制限されており
、したがって、このような小さな粒子を有するLCカラムの使用は実現不能である
。

【００１１】 LCカラム上で分離された分析物の検出は従来、分光検出器を使用することによ
って行われている。分光検出器は、分離された成分を検出するのに適した波長に
よる励起後の屈折率、紫外線および／または可視光線吸収、または蛍光の変化に
依存する。また、LCカラムの溶出液を噴霧し、カラムから溶出する分析物の光散
乱特性を測定するチャンバに吹き込まれるエーロゾルを生成することができる。
あるいは、分離された成分を液体クロマトグラフィカラムから分析用の他の種類
の分析器具に送り込むことができる。分離効率および分析感度を維持するために
、LCカラムから検出器に送られる体積は最小限に抑えられる。分離カラムから直
接得られるものではないすべてのシステム体積を、死体積または余分なカラム体
積と呼ぶ。

【００１２】液体分離技法をナノスケールに小型化する場合、カラムの内径を小さくし（<1
00μm）、移動相流量を低くする（即ち、<300nL/分）必要がある。現在、毛管ゾ
ーン電気泳動（CZE）、ナノLC、開管液体クロマトグラフィ（OTLC）、毛管エレ
クトロクロマトグラフィ（CEC）などの技法は、従来のスケールの高性能液体ク
ロマトグラフィ（HPLC）に勝る多数の利点を実現している。これらの利点には、
分離効率が高くなること、高速分離、低体積試料の分析、および二次元技法同士
の結合が可能であること含まれる。小型分離技法を使用する場合の１つの問題は
、小さなピーク体積をどのように検出するかと、このような小さな体積を許容で
きる検出器の数が限られていることである。しかし、J.N. Alexander IVら著Rap id Commun. Mass Spectrom. 12:1187ページないし1191ページ（1998年）に示さ
れたように、低流量液体分離技法を電気噴霧質量分析計と結合することにより、
うまく適合する技法同士が組み合わされる。毎分数ナノリットル（「nL」）程度
の流量での電気噴霧を「ナノ電気噴霧」と呼ぶ。

【００１３】毛管電気泳動は、小さな毛管内の分子の電気泳動性および／または流体の電気
浸透流を利用して流体の成分を分離する技法である。通常、内径100μm以下の融
解シリカ毛管に、電解液を含む緩衝液が満たされる。毛管の各端分が、緩衝電解
液を含む分離流体容器内に配置される。一方の緩衝容器内にポテンシャル電圧が
配置され、他方の緩衝容器内に第２のポテンシャル電圧が配置される。正および
負に荷電された種が、緩衝容器に印可された２つのポテンシャル電圧によって確
立される電界の影響を受けて毛管内で互いに反対方向に移動する。電気浸透流は
、荷電された種が、印可された電界の影響を受けて、緩衝溶液から移動すること
による、毛管の壁に沿った流体流として定義される。いくつかの分子は、溶液中
には荷電種として存在し、分子種の電荷質量比に基づいて毛管内で移動する。こ
の移動は、電気泳動移動度として定義される。流体の各成分の電気浸透流および
電気泳動移動は、各流体成分ごとの全体的な移動を決定する。電気浸透流から得
られる流体流プロファイルは、分離流路の壁に沿った摩擦抗力が低下するために
平坦である。このため、圧力駆動流のために流体プロファイルが放物線状になる
液体クロマトグラフィと比べて分離効率が改善される。

【００１４】毛管電気クロマトグラフィは、液体クロマトグラフィに典型的な固体静止相を
詰め込まれた毛管カラム内で電気浸透分離法の電気駆動流特性を利用する混成技
法である。毛管電気クロマトグラフィは、反転相液体クロマトグラフィの分離力
と毛管電気泳動の高い効率を結合したものである。電気浸透流から得られる流量
プロファイルは、圧力駆動流から得られる放物線状の流量プロファイルと異なり
、分離流路の壁に沿った摩擦抗力が低下するために平坦であるので、液体クロマ
トグラフィを介した毛管電気クロマトグラフィ分離ではより高い効率を得ること
ができる。さらに、毛管電気クロマトグラフィでは、電気浸透流によって背圧が
生成されないので、液体クロマトグラフィよりも小さな粒径を使用することがで
きる。電気泳動とは異なり、毛管電気クロマトグラフィは、液体クロマトグラフ
ィ分離メカニズムを使用することによってカラム粒子の静止相と移動相との間で
分析物が分配されるので中立分子を分離することができる。

【００１５】多数の試料を迅速に分析するためのマイクロチップに基づいた分離装置が開発
されている。他の従来型の分離装置と比べて、これらのマイクロチップに基づい
た分離装置では、試料スループットがより高くなり、試料および試薬の消費量が
少なくなり、薬品廃棄量が少なくなる。マイクロチップに基づいた分離装置では
、ほとんどの適用に対して、毎分約１ナノリットルないし300ナノリットルの範
囲である。マイクロチップに基づいた分離装置の例には、毛管電気泳動（「CE」
）、毛管電気クロマトグラフィ（「CEC」）、および高性能液体クロマトグラフ
ィ（「HPLC」）用の分離装置が含まれる（Harrionら著Science 261: 859ページ
ないし897ページ（1993年）; Jacobsonら著Anal.Chem. 66: 1114ページないし14
18ページ（1994年）; Jacobsonら著Anal.Chem. 66: 2369ページないし2373ペー
ジ（1994年）; Kutterら著Anal.Chem. 69: 5165ページないし5171ページ（1997
年）、およびHeら著Anal.Chem. 70: 3790ページないし3797ページ（1998年））
。このような分離装置は、他の従来の分析器具と比べて、高速の分析が可能であ
り、改善された精度および信頼性を実現する。

【００１６】 Heら著Anal.Chem. 70: 3790ページ〜3797ページ（1998年）の研究には、ガラ
ス基板で製造できるいくつかの種類の構造が示されている。この研究では、同一
位置に配置された各モノリシック支持構造（またはポスト）を、反応性イオン・
エッチング（RIE）技法を使用して、ガラス基板に再現可能にエッチングできる
ことが示されている。現在、ガラス基板に対する異方性RIE技法は、深さが20μm
以下のエッチング微細形状に制限されている。この研究では、深さが10μmであ
る、5μm x 5μmの矩形のポストが示されており、これよりも深さの大きな構造
を実現するのは困難であったと述べられている。各ポストはまた、1.5μmだけ分
離されている。各ポストは、LCカラムおよびCECカラム中の粒子と同様に静止相
を支持する。これらのポストの、従来のLCおよびCECに勝る利点は、静止相支持
構造が基板に対してモノリシックであり、したがって動かないことである。

【００１７】 Heらはまた、分離流路の全長にわたって一定の断面積を維持することの重要性
を説明している。断面積が大きく変動すると、圧力駆動流システムの圧力を降下
することができる。界面動電駆動流システムでは、分離流路の長さに沿った断面
積が大きく変動すると、流量が制限され、分離流路内に気泡を形成しうる。分離
流路内を流れる流体は、可動溶媒イオンのソースおよびキャリアとして機能する
ので、分離流路内に気泡が形成されると、電気浸透流が妨害される。

【００１８】電気噴射イオン化によって液体試料の大気圧イオン化が実現される。電気噴霧
プロセスにより、蒸発時に、溶液に含まれる種を表すイオンを生成する高荷電液
滴が形成される。質量分析計のイオン・サンプリング・オリフィスを使用して、
このような気相イオンを質量分析のためにサンプリングすることができる。質量
分析計のイオン・サンプリング・オリフィスに設けられた抽出電極などの抽出電
極に対して、毛管の先端に正の電圧が印可されると、電界によって、流体中に正
に荷電されたイオンは、毛管の先端にある流体の表面に移動する。質量分析計の
イオン・サンプリング・オリフィスに設けられた抽出電極などの抽出電極に対し
て、毛管の先端に負の電圧が印可されると、電界によって、流体中に負に荷電さ
れたイオンは、毛管の先端にある流体の表面に移動する。

【００１９】溶媒イオンの斥力が、電気噴霧されている流体の表面張力を超えると、毛管の
先端から延びるテイラー・コーン（Taylor cone）と呼ばれるコーンの形状にあ
る体積の流体が引き込まれる。テイラー・コーンの先端から液体ジェット60が延
び、この液体ジェットは不安定になり、荷電液滴を生成する。このような小さな
荷電液滴は抽出電極の方へ引かれる。小さな液滴の荷電量が多くなり、液滴から
溶媒が蒸発することにより、電気噴霧されている流体中の分析物分子上に存在す
る液滴が過度に荷電される。荷電された分子およびイオンは、質量分析ができる
ように質量分析計のイオン・サンプリング・オリフィスに引き込まれる。この現
象はたとえば、Doleら著Chem.Phys. 49:2240（1968年）およびヤマシタら著J.Ph ys.Chem. 88: 4451（1984年）に記載されている。電気噴霧を開始するのに必要
なポテンシャル電圧（「V」）は、たとえばSmith著IEEE Trans.Ind.Appl. 1986
、IA-22:527ページないし535ページ（1986年）に記載されているように溶液の表
面張力に依存する。通常、電界は約10⁶V/m程度である。毛管の物理的サイズおよ
び流体の表面張力は、電気噴霧を開始するのに必要な電界線の密度を決定する。

【００２０】溶媒イオンの斥力が、毛管の先端から出る流体の表面張力に打ち勝つのに十分
な力でないとき、荷電が不十分である大きな液滴が形成される。毛管から出る導
電性流体または部分的に導電性の流体と電極との間に印可される電位差が、テイ
ラー・コーンを形成する流体表面張力に打ち勝つのに十分な電位差でないときに
は、流体液滴が生成される。

【００２１】 R.B. Cole、ISBN 0-471-14564-5、John Wiley & Sons, Inc、ニューヨークに
よって編集されたElectrospray Ionization Mass Spectrometry: Fundamentals, Instrumentation, and Applications は、電気噴霧の基本的な研究の多くについ
て概略的に説明している。電気噴霧の原則を説明するために、いくつかの数学的
モデルが生成されている。数式１は、接地電位に保持された対電極から距離ｄの
位置に電圧Vcが印可された場合の、半径r_cの毛管の先端における電界E_cを定義し
ている。

【数１】

【００２２】毛管の先端に流れる流体のテイラー・コーンおよび液体ジェットとを形成する
のに必要な電界E_onは、次式のように近似される。

【数２】式中、γは流体の表面張力であり、θはテイラー・コーンの半角であり、ε₀は
真空の誘電率である。数式３は、数式１と数式２を組み合わせることによって導
かれたものであり、流体の毛管からの電気噴霧を開始するのに必要な開始電圧V_o _n を近似している。

【数３】

【００２３】数式３を調べるとわかるように、必要な開始電圧は、対電極からの距離ではな
く毛管半径に依存する。

【００２４】 CE、CEC、およびLCで一般に使用されているすべての流体の安定な電気噴霧を
形成することのできる電気噴霧装置を定義することが望ましい。このような分離
用の移動相として、一般に使用されている溶媒の表面張力は100%水（γ=0.073N/
m）から100%メタノール（γ=0.0226N/m）の範囲である。一例として、1000Vの開
始電圧を用いて100%水溶液を電気噴霧するには、先端直径が14μmの毛管が必要
である。M.S.Wilmら著Int.J.Mass Spectrom.Ion Processes 136:167ページない
し180ページ（1994年）の研究ではまず、外径が5μmになるまで引っ張られた融
解シリカ毛管からの、25nL/分の流量のナノ電気噴霧を示している。具体的には
、電気噴霧を備えた質量分析計のイオン・サンプリング・オリフィスから1mmな
いし2mmの距離で600Vないし700Vの電圧を印可することにより、内径が2μmで外
径が5μmになるまで引っ張られた融解シリカ毛管で25nL/分のナノ電気噴霧が実
現された。

【００２５】 API質量分析計のイオン・サンプリング・オリフィスの前方の電気噴霧では、
毛管から流れる液体に存在する分析物分子によって、質量分析計検出器から定量
応答が生成される。電気噴霧の１つの利点は、質量分析計によって測定される分
析物の応答が流体中の分析物の濃度に依存し、流体の流量には依存しないことで
ある。所与の濃度の溶液中の分析物の応答は、電気噴霧を質量分析計を組み合わ
せて使用した場合、流量が100μL/分でも100nL/分でも同等である。D.C.Galeら
著Rapid Commun.Mass Specrom. 7:1017（1993年）は、分析物のイオン化効率が
高まることによって、より低い流量でより高い電気噴霧感度が達成されることを
示している。したがって、毎分ナノリットル範囲の流量で流体の電気噴霧を行い
、これを質量分光と組み合わせたときに、流体内に含まれる分析物に対する最良
の感度が得られる。

【００２６】したがって、マイクロチップに基づいた分離装置とAPI-MS計器を一体化する電
気噴霧装置を提供することが望ましい。この一体化により、マイクロチップ上に
ノズルを形成する毛管チップが制限される。このノズルは、すべての態様におい
て、分離装置および／または電気噴霧装置を形成する基板に対して平面状または
ほぼ平面状に存在する。この同一平面形状またはほぼ平面状の形状が存在すると
き、ノズルの周りの電界が形成されず、また制御されない場合に、ノズルの先端
から放出される電界線が増強されることはなく、したがって、電気噴霧は比較的
高い電圧を流体に印加することによってのみ実現することができる。

【００２７】マイクロチップに基づいた分離用の電気噴霧装置を製造する試みがなされてい
る。Ramseyら著Anal.Chem. 69: 1174ページないし1178ページ（1997年）は、電
気噴霧質量分析計と結合されたマイクロチップに基づいた分離装置について説明
している。Jacobsonら著Anal.Chem. 66: 1114ページないし1118ページ（1994年
）およびJacobsonら著Anal.Chem. 66: 2369ページないし2373（1994年）を含む
、この研究グループによる以前の研究では、オンチップ蛍光検出を使用したイン
プレッシブ分離が示されている。これより新しい研究では、平面状ガラス・マイ
クロチップの縁部からの90nL/分のナノ電気噴霧が示されている。マイクロチッ
プに基づいた分離流路は、深さ10μm、幅60μm、長さ33mmの寸法を有する。90nL
/分の流量を生成するために電気浸透流が使用されている。API質量分析計のイオ
ン・サンプリング・オリフィスから3mmないし5mmの距離にあるマイクロチップの
縁部で分離流路から出る流体に4800Vの電圧を印可することによって電気噴霧が
生成される。マイクロチップの縁部からテイラー・コーンおよび安定なナノ電気
噴霧が形成される前にマイクロチップの縁部に約12nLの試料流体が収集される。
このマイクロチップに基づいた分離流路の容積は19.8nLである。毛管電気泳動ま
たは毛管電気クロマトグラフィ分離後のこのマイクロチップ装置の縁部からナノ
電気噴霧は実際的なものではない。というのは、このシステムは、カラム（流路
）体積の約60%の死体積を有するからである。さらに、この装置は平坦な表面を
形成し、したがって、電気噴霧を形成するための物理的凹凸が比較的少ないため
、電気噴霧を開始する場合に、流体表面張力に打ち勝つために実際的でないほど
高い電圧を必要とする。

【００２８】 Xue, Qら著Anal.Chem. 69: 426ページないし430ページ（1997年）も、深さ25
μm、幅60μm、長さ35mmないし50mmの閉流路を有する平面状ガラス・マイクロチ
ップの縁部からの安定なナノ電気噴霧について説明している。API質量分析計の
イオン・サンプリング・オリフィスから3mmないし8mmの距離にあるマイクロチッ
プの縁部で分離流路から出る流体に4200Vの電圧を印可することによって電気噴
霧が形成される。流量100nL/分ないし200nL/分でガラス・マイクロチップに試料
流体を供給するためにシリンジ・ポンプが使用されている。ガラス・マイクロチ
ップの縁部は、ナノ電気噴霧の安定性をわずかに向上させる平坦な表面からのナ
ノ電気噴霧に伴う難点のいくつかを軽減するために疎水性コーティングで処理さ
れている。それにもかかわらず、マイクロチップの縁部のテイラー・コーンの体
積は、分離流体の容積と比べて過度に大きく、したがって、マイクロチップの縁
部から直接電気噴霧を行うこの方法は、クロマトグラフィ分離装置と組み合わさ
れたときに実際的な方法ではなくなってしまう。

【００２９】 T.D.Leeら著1997 International Coference on Solid-State Sensors and Act uators Chicago、927ページないし930ページ（1997年６月16日〜19日）は、直径
または幅1μmないし3μm、長さ40μmのシリコン・マイクロチップの縁部にノズ
ルを形成し、API質量分析計のイオン・サンプリング・オリフィスから0.25mmな
いし0.4mmの距離にあるマイクロチップ全体に4000Vの電圧を印可するマルチステ
ップ・プロセスについて説明している。質量分析計のイオン・サンプリング・オ
リフィスに非常に近接した位置にノズルを配置して電気噴霧を形成するには比較
的高い電圧が必要であるので、この装置の電気噴霧は非効率的であり、イオンが
オリフィスに入る前に液滴を十分に蒸発させることができない。マイクロチップ
の縁部からノズルを延ばすと、ノズルが誤って破壊される可能性がある。最近、
T.D.Leeらは、1999 Twelfth IEEE International Micro Electro Mechanical Sy stems Conference （1999年１月17日〜21日）で、表面の近傍で電界の制御が不十
分になるこの現象に打ち勝つために、電気噴霧構成要素がマイクロチップの縁部
を2.5mmだけ越えて延びるように製造される、同じ概念を発表した。

【００３０】したがって、制御可能な噴霧を行う電子噴霧装置と、容易に再現可能でありか
つ大量生産が可能であるような装置を製造する方法とを提供することも望ましい
。

【００３１】 Laermerらの米国特許第5,501,893号は、容易に再現可能で制御可能な、深さの
大きな垂直構造を製造する方法を実現するシリコンの異方性プラズマ・エッチン
グ（ボッシュ・プロセス）法を報告している。このシリコン異方性プラズマ・エ
ッチングには２段階プロセスが組み込まれている。ステップ１は、六フッ化硫黄
（SF6）の反応性イオン・エッチング（RIE）ガス・プラズマを使用する異方性エ
ッチ・ステップである。ステップ２は、シリコン基板の垂直表面上にポリマーを
堆積させる不動態化ステップである。この重合ステップでは、ステップ１で露出
された垂直表面上にエッチ・ストップが形成される。エッチングおよび不動態化
から成るこの２ステップ・サイクルは、所望の構造の深さが得られるまで繰り返
される。この異方性プラズマ・エッチングは、エッチングされている微細形状の
サイズに応じて、シリコン3μm/分を超えるエッチング速度を実現する。このプ
ロセスでは、シリコンのエッチングの、二酸化ケイ素またはレジストに対する選
択性が100:1を超える。この選択性は、深さの大きなシリコン構造が必要である
ときに重要である。Laermerらは、1999 Twelfth IEEE International Micro Ele ctro Mechanical Systems Conference （1999年１月17日〜21日）で、ボッシュ・
プロセスの改良態様を報告した。この改良には、10μm/分に近いエッチング速度
、二酸化ケイ素マスクに対する300:1を超える選択性、サイズが様々である微細
形状に対するより一様なエッチング速度が含まれる。

【００３２】本発明は、すでに開示されているマイクロチップに基づいた電気噴霧システム
の感度を向上させるように上記の新規の特徴を利用することに関する。

【００３３】発明の概要本発明は、注入面と、注入面に向かい合う吐出面とを有する絶縁基板を含む、
流体を噴霧する電気噴霧装置に関する。基板は、単一の流体流から複数の噴霧を
生成する単一の噴霧ユニットまたは複数の噴霧ユニットを有する一体のモノリス
である。各噴霧ユニットは、注入面上の入口開口部と、吐出面上の出口開口部と
、入口開口部と出口開口部との間に延びる流路と、出口開口部を囲み、注入面と
吐出面との間に位置する凹部とを含む。複数の噴霧ユニットのそれぞれの入口開
口部は互いに流体連通しており、各噴霧ユニットは流体の電気噴霧を生成する。
電気噴霧装置は、出口開口部を囲む電界を形成するように位置する電界生成源を
さらに含んでいる。一態様において、電界生成源は、基板に取り付けられており
、該基板に第1の電位を印加する第1の電極と、第2の電位を印加する第2の電極と
を含んでいる。第1および第2の電極は、出口開口部を囲む電界を形成するように
位置している。この装置は、各噴霧ユニットから流体の複数の電気噴霧を生成し
、複数の噴霧ユニットから流体の単一の組み合わされた電気噴霧を生成し、かつ
複数の噴霧ユニットから流体の複数の電気噴霧を生成するように動作させること
ができる。この装置は、流体の電気噴霧を処理するシステム、流体の電気噴霧を
生成する方法、質量分光分析の方法、液体クロマトグラフィック分析の方法と共
に使用することもできる。

【００３４】本発明の他の態様は、単一の流体流から複数の噴霧を生成する電気噴霧システ
ムに関する。このシステムは、複数の上記の電気噴霧装置のアレイを含んでいる
。電気噴霧装置は、約5個/cm²、約16個/cm²、約30個/cm²、または約81個/cm²を
超える装置密度でアレイ状に設けることができる。電気噴霧装置は、約30個/cm² から約100個/cm²の装置密度でアレイ状に設けることもできる。

【００３５】本発明の他の態様は、単一の流体流から複数の噴霧を生成する複数の上記の電
気噴霧装置のアレイに関する。電気噴霧装置は、互いに隣接する装置間の吐出面
間の間隔がそれぞれ約9mm以下、約4.5mm以下、約2.2mm以下、約1.1mm以下、約0.
56mm以下、または約0.28mmであるアレイ状に設けることができる。

【００３６】本発明の他の態様は、流体を噴霧する電気噴霧装置が設けられる、電気噴霧を
生成する方法に関する。電気噴霧装置は、注入面と、注入面に向かい合う吐出面
とを有する絶縁基板を含んでいる。基板は、注入面上の入口開口部と、吐出面上
の出口開口部と、入口開口部と出口開口部との間に延びる流路と、出口開口部を
囲み、注入面と吐出面との間に位置する凹部とを含む一体のモノリスである。こ
の方法は、各噴霧ユニットから流体の複数の電気噴霧を生成し、複数の噴霧ユニ
ットから流体の単一の組み合わされた電気噴霧を生成し、かつ複数の噴霧ユニッ
トから流体の複数の電気噴霧を生成するように行うことができる。電気噴霧装置
は、出口開口部を囲む電界を形成するように位置する電界生成源をさらに含んで
いる。一態様において、電界生成源は、基板に取り付けられており、該基板に第
1の電位を印加する第1の電極と、第2の電位を印加する第2の電極とを含んでいる
。第1および第2の電極は、出口開口部を囲む電界を形成するように位置している
。流体試料の分析物が注入面上に堆積させられ、次いで溶出流体を用いて溶出さ
れる。分析物を含む溶出流体は、入口開口部に送り込まれ、流路および出口開口
部を通過する。第1の電極に第1の電位が印加され、第2の電極を通して流体に第2
の電位が印加される。第1および第2の電位としては、各噴霧ユニットの出口開口
部から排出された流体が電気噴霧を形成するような電位が選択される。

【００３７】本発明の他の態様は、各表面にエッチング抵抗材料を介してフォトレジストが
被覆された互いに向かい合う第1および第2の表面を有する基板を設けることを含
む、電気噴霧装置を作製する方法に関する。第1の表面上のフォトレジストを画
像に曝し、第1の表面上に少なくとも1つのリングの形のパターンを形成する。次
いで、少なくとも1つのリングの外側および内側にある第1の表面上のフォトレジ
ストを除去して環状部を形成する。フォトレジストが除去された部分のエッチン
グ抵抗材料を基板の第1の表面から除去してエッチング抵抗材料に穴を形成する
。随意に第1の表面上に残っているフォトレジストを除去する。次いで、第1の表
面に第2のフォトレジスト・コーティングを被覆する。少なくとも1つのリング内
の第2のフォトレジスト・コーティングを画像に曝しかつ除去して少なくとも1つ
の穴を形成する。第1の表面上の第2のフォトレジスト層の少なくとも1つの穴に
一致する材料を基板から除去し、第1の表面上の第2のフォトレジスト層を通って
基板内に延びる少なくとも1つの通路を形成する。次いで、第1の基板からフォト
レジストを除去する。基板の第1の表面側のすべての露出された表面にエッチン
グ抵抗層を塗布する。少なくとも1つのリングの周りにあるエッチング抵抗層を
第1の表面から除去し、少なくとも1つのリングの周りの除去されたエッチング抵
抗層によって露出された材料を基板から除去し、第1の表面上に少なくとも1つの
ノズルを形成する。次いで、第2の表面上のフォトレジストを画像に曝し、第1の
表面のエッチング抵抗材料に形成された少なくとも1つの穴の延長部を形作るパ
ターンを形成する。次いで、パターンがある部分の、第2の表面上のフォトレジ
ストを除去する。第2の表面上のフォトレジストのパターンが除去された部分に
一致する材料を基板から除去し、少なくとも1つの通路に連結されるのに必要な
程度に基板内に延びるレザバーを形成する。次いで、基板のすべての表面にエッ
チング抵抗材料を塗布して電気噴霧装置を形成する。この方法は、基板のすべて
の露出された表面にエッチング抵抗材料を塗布した後にすべての表面上に窒化ケ
イ素層を塗布するステップをさらに含む。

【００３８】本発明の他の態様は、第1の側にエッチング抵抗材料を介してフォトレジスト
が被覆されている、互いに向かい合う第1および第2の表面を有する基板を設ける
ことを含む、電気噴霧装置を作製する他の方法に関する。第1の表面上のフォト
レジストを画像に曝して第1の表面上に少なくとも1つのリングの形のパターンを
形成する。少なくとも1つのリングの外側および内側にある第1の表面上の露光さ
れたフォトレジストを除去して、露光されていないフォトレジストを残す。露光
されたフォトレジストが除去された部分のエッチング抵抗材料を基板の第1の表
面から除去してエッチング抵抗材料に穴を形成する。第1の表面からフォトレジ
ストを除去する。第1の表面上にエッチング抵抗材料を介してフォトレジストを
設け、フォトレジストを画像に曝し、第1の表面のエッチング抵抗材料に形成さ
れた少なくとも1つの穴の延長部を形作るパターンを形成する。第2の表面上の露
光されたフォトレジストを除去する。フォトレジストが除去された部分に一致す
る第2の表面上のエッチング抵抗材料を除去する。第2の表面上のエッチング抵抗
材料が除去された部分に一致する材料を基板から除去し、基板内に延びるレザバ
ーを形成する。第2の表面上の残りのフォトレジストを除去する。第2の表面にエ
ッチング抵抗材料を被覆する。第1の表面に第2のフォトレジスト・コーティング
を被覆する。少なくとも1つのリング内の第2のフォトレジスト・コーティングを
画像に曝す。少なくとも1つのリング内から露光された第2のフォトレジスト・コ
ーティングを除去して少なくとも1つの穴を形成する。第1の表面上の第2のフォ
トレジスト層の少なくとも1つの穴に一致する材料を基板から除去し、レザバー
を被覆しているエッチング抵抗材料に到達するのに必要な程度に第1の表面上の
第2のフォトレジスト層を通って基板内に延びる少なくとも1つの通路を形成する
。第1の表面からフォトレジストを除去する。少なくとも1つのリングの周りの除
去されたエッチング抵抗層によって露出された材料を基板から除去して、第1の
表面上に少なくとも1つのノズルを形成する。レザバーを被覆しているエッチン
グ抵抗材料を基板から除去する。エッチング抵抗材料を塗布して基板のすべての
露出された表面を被覆し、電気噴霧装置を形成する。

【００３９】本発明の電気噴霧装置は、単一の流体流から複数の電気噴霧を生成することが
でき、同時に質量分光と組み合わせることができる。各電気噴霧は、流体内の含
まれる分析物の濃度に比例する、該分析物に関する信号を生成する。1つのノズ
ルから複数の電気噴霧が生成されるとき、質量分光計によって測定される、ノズ
ルから放出される電気噴霧の数が増えるにつれて、所与の分析物のイオン強度が
高くなる。

【００４０】本発明は、電気噴霧質量分光による分析物の高感度分析に関する顕著な利点を
実現する。互いに近接して配置された電気噴霧ノズルの周りの電界を制御する方
法は、互いに近接して配置されたノズルから複数の電気噴霧を、適切に制御しな
がら生成する方法を実現する。生成される電気噴霧の総数が増えるにつれて増大
する、質量分光計によって測定されるイオン応答を生じさせるために、ある溶液
の複数の電気噴霧を生成する電気噴霧ノズルのアレイを開示する。本発明は、単
一の電気噴霧を形成する単一のノズルを組み込んだ微小流体チップに基づいた装
置と組み合わされるすでに開示されている電気噴霧システムおよび方法と比べて
顕著な利点を実現する。

【００４１】本発明の電気噴霧装置は一般に、装置によって生成される電気噴霧が吐出面に
対して概ね垂直になるように注入面上の入口開口部と吐出面（主面）上のノズル
との間に流路を形成するシリコン基板材料を含んでいる。ノズルは、内径および
外径を有し、吐出面に対して凹状の環状部によって形成されている。凹状の環状
領域は外径から半径方向に延びている。ノズルの先端は、吐出面と同一平面内に
存在するか、または吐出面と同一水準にあり、吐出面を越えることはない。した
がって、ノズルが誤って破壊されることはない。ノズル、流路、および凹状の環
状領域は、深反応性イオン・エッチングおよび他の標準半導体処理技術によって
シリコン基板からエッチングされる。

【００４２】シリコン基板のすべての表面は好ましくは、各表面、シリコン基板、および液
体試料に個別に異なる電位電圧を印加することができるように液体試料を基板か
ら電気的に絶縁すると共に吐出面と注入面を互いに電気的に絶縁する絶縁層を有
する。絶縁層は一般に、窒化ケイ素層と組み合わされた二酸化ケイ素層を構成す
る。窒化ケイ素層は、水およびイオンが基板に進入するのを妨げ、したがって、
流路内で移動する流体と基板との間の電気的破壊を妨げる水分バリアを形成する
。電気噴霧装置は好ましくは、基板に電気的に接触し、基板に電位を印加する少
なくとも1つの制御電極を含む。

【００４３】好ましくは、ノズル、流路、および凹部は、反応性イオン・エッチングおよび
他の標準半導体処理技術によってシリコン基板からエッチングされる。注入側微
細形状、基板貫通流路、吐出側微細形状、および制御電極は、単結晶シリコン基
板から一体的に形成され、すなわち、互いに独立した構成要素の処理も組立ても
必要としない製造シーケンス中にかつ該製造シーケンスの結果として形成される
。

【００４４】電気噴霧装置が反応性イオン・エッチングおよび他の標準半導体処理技術を使
用して製造されるので、このような装置のノズルの寸法は非常に小さくてよく、
たとえば内径2μmおよび外径5μmほど小さくてよい。したがって、たとえば内径
が5μmで基板の厚さが250μmの基板貫通流路の容積は4.9pL（「ピコリットル」
）に過ぎない。電気噴霧装置のマイクロメートル・スケールの寸法によって死体
積が最小限に抑えられ、それにより、この装置を分離装置と組み合わせたときに
効率および分析感度が向上する。

【００４５】本発明の電気噴霧装置によって、電気噴霧を効率的かつ効果的に形成すること
ができる。この装置では、マイクロメートル・オーダーの寸法を有する、流体が
吐出される電気噴霧面（すなわち、ノズルの先端）を設けることにより、テイラ
ー・コーンおよびその後の電気噴霧を生成するのに必要な電圧が制限される。電
気噴霧装置のノズルは、大きな電界が集中する、マイクロメートル・オーダーの
物理的凹凸を形成する。さらに、電気噴霧装置のノズルは、絶縁性の二酸化ケイ
素層および窒化ケイ素層により、ノズル内を移動する流体から絶縁された、導電
性シリコンの薄い領域を含んでいる。流体および基板の電圧と、シリコン基板を
流体から分離する絶縁層の厚さとによって、ノズルの先端における電界が決定さ
れる。電位を印加し、流体および基板の電位とは無関係に調節することのできる
他の電極を吐出面上に組み込み、電気噴霧によって生成される気相イオンを集束
させるように電界を修正し最適化できるので有利である。

【００４６】本発明のマイクロチップに基づいた電気噴霧装置は、余分なカラム容積を削減
することによって余分なカラム分散を最小限に抑えると共に、電気噴霧を効率的
に、再現可能に、確実に、かつ安定に形成することができる。この電気噴霧装置
は、マイクロチップに基づいた分離装置から流体を電気噴霧させる手段として極
めて適している。この電気噴霧装置の構造はまた、装置を費用有効で生産性の高
いプロセスで容易に大量生産できるほど頑丈である。

【００４７】電気噴霧装置は、特定の用途に応じてサンプリング装置とその下流側で相互接
続または一体化してよい。たとえば、分析物を表面に電気噴霧してその表面を被
覆しても、搬送、分析、および／または合成を目的として別の装置に電気噴霧し
てもよい。前述のように、大気圧において、電気噴霧装置により、ナノリットル
・スケールの体積の分析物から高度に充電された液滴が形成される。高度に充電
された液滴により、溶剤分子が十分に蒸発したときに気相イオンが生成され、た
とえば、電気噴霧された流体を分析する大気圧イオン化質量分光計（「API-MS」
）のイオン・サンプリング・開口部を通してこの気相イオンをサンプリングする
ことができる。

【００４８】したがって、マルチシステム・チップにより、微小電気機械システム（「MEMS
」）技術を使用して製造される高速順次化学分析システムが得られる。このマル
チシステム・チップによって、多数の試料を自動的に順次分離し注入することが
でき、それによって質量分光計の分析性能および利用度が著しく向上し、薬物の
発見につながる化合物の検出率が高くなる。

【００４９】本発明の他の態様は、液体試料の電気噴霧を生成するシリコン・マイクロチッ
プに基づいた電気噴霧装置を提供する。この電気噴霧装置は、電気噴霧された流
体を分析する大気圧イオン化質量分光計（「API-MS」）とその下流側で相互接続
してよい。

【００５０】複数のノズルを使用して同じ流体流から流体を電気噴霧すると、マイクロチッ
プに基づいた電気噴霧装置の有効流量範囲が拡張される。したがって、総流量が
すべてのノズル間で分割されるので、複数の電気噴霧装置に流体を比較的高い流
量で導入することができる。たとえば、流体流路当たり10個のノズルを使用する
と、流路当たり1個のノズルしか使用しないときよりも流量を10倍多くすること
ができる。同様に、流体流路あたり100個のノズルを使用すると、流路当たり1個
のノズルしか使用しないときよりも流量を100倍多くすることができる。このよ
うな電気噴霧ノズルを形成するのに用いられる製造方法によって、複数のノズル
を単一の流体流流路と容易に組み合わせることができ、それにより有効流量範囲
が大幅に拡張され、微小流体装置の質量分光感度が高くなる。

【００５１】発明の詳細な説明ノズルの先端における電界の制御は、微小流体マイクロチップチップに基づい
たシステム用の電気噴霧を首尾良く生成するための重要な要素である。本発明は
、互いに近接して配置されたノズルから複数の電気噴霧を形成できるようにモノ
リシック・シリコン基板から微小製造されたノズル内および該ノズルの周りの電
界を十分に制御し形成することができる。本発明のノズル・システムは、シリコ
ン基板から三次元微細形状を微小加工するように構成された微小電気機械システ
ム（Micro-ElectroMechanical System：「MEMS」）製造技術を使用して製造され
る。MEMS技術、特に深反応性イオン・エッチング（deep reactive ion etching
：「DRIE」）は、流体を首尾良くナノ電気噴霧できるようにノズルの形のマイク
ロメートル寸法の表面を形成するのに必要な小さな垂直微細形状をエッチングで
きるようにする。好ましくはシリコン・デバイス内を流れる流体に電位電圧を印
加し、シリコン基板に電位電圧を印加することにより、ノズルを囲む電界を独立
に印加するのに二酸化ケイ素および窒化ケイ素の絶縁層が用いられる。このよう
に、ノズル先端から出る流体およびシリコン基板に電位電圧を独立に印加するこ
とによって、ノズルの先端で10⁸V／mオーダーのこのように高い電界が形成され
る。ノズルの先端におけるこの高い電界により、流体の電気噴霧を特徴付けるテ
イラー・コーン、流体ジェット、および高度に充電された流体液滴が形成される
。この2つの電圧、すなわち流体電圧および基板電圧は、このマイクロチップに
基づいた電気噴霧装置から安定に電気噴霧を形成できるように制御する。

【００５２】シリコンおよびシリコンに基づく材料の電気的性質は明らかにされている。シ
リコン基板の表面で成長させるかまたは該表面に堆積させた二酸化ケイ素層およ
び窒化ケイ素層を使用すると、電気絶縁特性が得られることが公知である。形成
されたノズルを有するモノリシック・シリコン電気噴霧装置に二酸化ケイ素層お
よび窒化ケイ素層を組み込むと、モノリシック・シリコン基板からエッチングさ
れた微細形状内および該微細形状の周りの電界を増大することができる。これは
、ノズルから出る流体と、ノズルを囲む領域とに独立に電圧を印加することによ
って行われる。二酸化ケイ素層は、炉内で熱によって所望の厚さに成長させるこ
とができる。窒化ケイ素は、低圧化学蒸着（Low pressure chemical vapor depo
sition：「LPCVD」）を使用して付着させることができる。デバイスの表面上に
電位電圧を印加することができるようにこれらの表面にさらに金属を蒸着させる
ことができる。二酸化ケイ素と窒化ケイ素は共に電気絶縁体として働き、それに
より、デバイスの表面に印加される電位電圧とは異なる電位電圧を基板に印加す
ることができる。窒化ケイ素層の重要な機能は、シリコン基板と、二酸化ケイ素
と、デバイスに接触する流体試料との間に水分バリアを形成することである。窒
化ケイ素は、水およびイオンが二酸化ケイ素層を通ってシリコン基板に拡散し、
流体とシリコン基板との間で電気的破壊が起こるのを妨げる。シリコンに基づい
たデバイスに化学的機能を与えるために窒化ケイ素層上に追加的な二酸化ケイ素
層、金属層、および他の材料層をさらに付着させてもよい。

【００５３】図1A〜1Dはそれぞれ、本発明の1ノズル電気噴霧装置、2ノズル電気噴霧装置、
3ノズル電気噴霧装置、および14ノズル電気噴霧装置の平面図である。図2A〜2D
はそれぞれ、シリコン基板200からエッチングされた1つのノズル232、2つのノズ
ル232、3つのノズル232、および14個のノズル232を示す電気噴霧装置のノズル側
の斜視図である。図3A〜3Dはそれぞれ、1ノズル電気噴霧装置、2ノズル電気噴霧
装置、3ノズル電気噴霧装置、および14ノズル電気噴霧装置の断面図である。装
置のノズル側すなわち吐出側と装置のレザバー側すなわち注入側はウェーハ貫通
流路224で連結されており、したがってシリコン基板200を貫通する流体経路が形
成される。

【００５４】流体は、プローブ、導管、毛管、マイクロピペット、マイクロチップなどの流
体供給装置によってこの超小形電気噴霧装置に導入することができる。図4の斜
視図には、本発明の電気噴霧装置の注入側すなわちレザバー側に接触するプロー
ブ252が示されている。このプローブは使い捨ての先端を有してよい。この流体
プローブは、プローブ先端と基板200の注入面との間を密閉するシール、たとえ
ばOリング254を先端に有している。図4には、モノリシック基板上に製造された
複数の電気噴霧装置のアレイが示されている。図を明確にするために1つの液体
試料取り扱い装置が示されているが、本発明に係る1つまたは複数の電気噴霧装
置に1つまたは複数の流体試料を供給するのに複数の液体サンプリング装置を用
いることができる。流体プローブおよび基板は、質量分光計または他の試料検出
装置の前方に、たとえば様々な装置を段状に配置できるように三次元操作するこ
とができる。

【００５５】図5に示されているように、電気噴霧を生成する場合、たとえば毛管256、マイ
クロピペット、またはマイクロチップによって電気噴霧装置250の基板貫通流路2
24に流体を供給することができる。流体は、毛管256またはレザバー242内で、あ
るいはレザバー表面上に設けられ周囲の表面領域および基板200から分離された
電極を介して電位電圧を受ける。電位電圧は、シリコン基板200の縁部上の電極2
46を介してシリコン基板に印加してもよく、その値は好ましくは、電気噴霧特性
を最適化できるように調整することができる。流体は、流路224内を流れ、テイ
ラー・コーン258、液体ジェット260、および非常に微細で高度に充電された流体
液滴262の形でノズル232から出る。図5は、本発明の2ノズル・アレイの断面図で
ある。図5Aは、単一の流体流について各ノズルから1つの電気噴霧を生成する2ノ
ズル電気噴霧装置の断面図である。図5Bは、単一の流体流について各ノズルから
2つの電気噴霧を生成する2ノズル電気噴霧装置の断面図である。

【００５６】ノズル232は、テイラー・コーン258の形成と、流体256の効率的な電気噴霧262
とを推進するための物理的な凹凸を形成する。ノズル232はまた、ウェーハ貫通
流路224の連続部を形成し、該流路224の出口開口部として働く。凹状の環状領域
230は、ノズル232を表面から物理的に分離する働きをする。本発明では、たとえ
ば、流体256の電位電圧と基板200の電位電圧を独立に調節することにより、ノズ
ル232から出る流体256から放出される電界線を最適化することができる。

【００５７】図6A〜6Dにはそれぞれ、1つのノズル232から生成された1つの電気噴霧、2つの
電気噴霧、3つの電気噴霧、および4つの電気噴霧が示されている。図7A〜7Bはそ
れぞれ、1つのノズルから1つの電気噴霧を生成し、1つのノズルから2つの電気噴
霧を生成する本発明の超小形電気噴霧装置のビデオ捕捉写真である。図8には、
単一のノズルから1つから4つの電気噴霧を生成する本発明の超小形電気噴霧装置
から得られた質量分光結果が示されている。印加される流体電位電圧と印加され
る基板電位電圧との比により、生成される電気噴霧の数が調節される。図8Aは、
本発明の超小形電気噴霧装置からの流体の電気噴霧の結果として得られた濃度が
5μmの分析物を含む溶液の総イオン・クロマトグラム（total ion chromatogram
：「TIC」）である。この例の基板電圧は0Vに保持され、一方、流体電圧は、ノ
ズルから出る電気噴霧の数を調節するように変化させられる。図8Bは、m/z315に
おける分析物の選択された質量クロマトグラムである。この例において、領域I
では、流体電圧950Vでノズル先端から1つの電気噴霧が出る。領域IIでは、流体
電圧1050Vでノズル先端から2つの電気噴霧が出る。領域IIIでは、流体電圧1150V
でノズル先端から3つの電気噴霧が出る。領域IVでは、流体電圧1250Vでノズル先
端から4つの電気噴霧が出る。領域Vでは、ノズル先端から2つの電気噴霧が出る
。

【００５８】図9Aは、1つの電気噴霧によって領域Iから得られた質量スペクトルである。図
9Bは、2つの電気噴霧によって領域IIから得られた質量スペクトルである。図9C
は、3つの電気噴霧によって領域IIIから得られた質量スペクトルである。図9Dは
、ノズル先端から出る4つの電気噴霧によって領域IVから得られた質量スペクト
ルである。これらの結果から、質量分光計によって測定され、ノズル先端から出
る電気噴霧の数に比例する分析物応答を増大させることができることは明らかで
ある。図10には、ノズル先端から出る1つ、2つ、3つ、および4つの電気噴霧に関
するm/z315の場合のイオン強度が示されている。

【００５９】図11A〜11Cには、電気噴霧装置の2 x 2アレイを有するシステムが示されてい
る。各装置は、単一の流体試料源を含む1つの共通のレザバーと連通する4つの電
気噴霧ノズルの群を有している。したがって、このシステムは、最大で4つの異
なる流体流のそれぞれについて複数の噴霧を生成することができる。

【００６０】ノズル先端における電界は、SIMION（商標）イオン光学機器ソフトウェアを使
用してシミュレートすることができる。SIMION（商標）では、定義された電極ア
レイに関する電界線をシミュレートすることができる。図12Aは、直径が20μmで
ノズル高さが50μmのノズル232の断面図を示す。ノズル232内を流れ半球の形で
ノズル先端から出る流体256は1000Vの電位電圧を有する。基板200の電位電圧は0
Vである。シミュレートされた第3の電極（図面のスケールのために図示されてい
ない）は、基板のノズル側から5mm離れて位置しており、0Vの電位電圧を有して
いる。この第3の電極は一般に、大気圧イオン化質量分光計のイオン・サンプリ
ング・開口部である。この場合、電気噴霧を維持するのに必要な電界ではなく、
テイラー・コーンを形成するのに必要な電界がシミュレートされる。図12Aには5
0V刻みの等電位線が示されている。等電位線の間隔が密であればあるほど電界が
大きくなる。これらの寸法および電位電圧を有する流体先端におけるシミュレー
トされた電界は8.2 x 10⁷V/mである。図12Bには、等電位線を詳しく示す、図12A
のノズルの周りの領域の拡大図である。図12Cには、流体電位電圧が1000Vで、基
板電圧が0Vで、第3の電極電圧が800Vの同じノズルの周りの等電界線が示されて
いる。ノズル先端における電界は8.0 x 10⁷V/mであり、この第3の電極に印加さ
れる電圧がノズル先端における電界に対してほとんど効果を有さないことがわか
る。図12Dには、流体電位電圧が1000Vで、基板電圧が800Vで、第3の電極電圧が0
Vの同じノズルの周りの等電界線が示されている。ノズル先端における電界は著
しく低減しており、値は2.2 x 10⁷V/mである。これにより、本発明では、印加さ
れた流体および基板電圧を独立に制御することによってノズル先端における電界
を非常に微細に制御することができ、かつこの制御が装置から最大で5mm離れて
配置された他の電極の影響を受けないことが分かる。ノズル先端における電界の
この制御レベルは、基板の表面と同一平面内にあるノズルから流体を電気噴霧す
るうえで極めて重要である。

【００６１】電界をこのように微細に制御することによって、これらのノズルからの流体の
電気噴霧を厳密に制御することができる。本発明から流体を電気噴霧すると、電
界をこのように微細に制御することによって、単一のノズルから複数のテイラー
・コーンおよび電気噴霧を制御しながら形成することができる。基板電圧を0Vに
維持しつつ単に流体電圧を高くすることにより、図6および図7に示されているよ
うに、1つのノズルから放出される電気噴霧の数を1から4まで段階的に増加させ
ることができる。

【００６２】ノズル先端における大きな電界によって、ノズルから出る流体内に含まれるイ
オンに力が加わる。この力は、基板の電位電圧に対して正の電圧が流体に印加さ
れたときに、正に充電されたイオンを流体表面に押し付ける。充電されている可
能性の高いイオンの斥力のために、一般に、テイラー・コーンの表面積により、
流体表面上に存在することのできるイオンの総数が定められ制限される。一般に
、電気噴霧の場合、分析物の気相イオンは、流体の表面上に存在するとき、その
分析物によって最も容易に形成できると考えられる。流体の総表面積は、ノズル
先端におけるテイラー・コーンの数が増加するにつれて大きくなり、その結果、
電気噴霧が形成される前の、流体の表面における溶液相イオンが増大する。質量
分光計によって測定されるイオン強度は、上記の例に示されているように電気噴
霧の数が多くなると高くなる。

【００６３】本発明の他の重要な特徴は、各ノズルの周りの電界が好ましくはノズル先端に
おける流体および基板の電圧によって既定されるので、複数のノズルを10ミクロ
ンのオーダーで互いに近接して配置できることである。本発明のこの新規の特徴
によって、複数のノズルから単一の流体流の複数の電気噴霧を形成することがで
き、したがって、マイクロチップに基づく電気噴霧装置で得られる電気噴霧感度
が高くなる。互いに流体連通する電気噴霧装置の複数のノズルは、感度を高める
だけでなく、装置の流量機能も向上させる。たとえば、内径10ミクロン、外径20
ミクロン、長さ50ミクロンの各寸法を有する1つのノズルを通過する単一の流体
流の流量は約1μL/分であり、そのような200個のノズルにおける流量は約200μL
/分である。したがって、流量が最大で約2μL/分、約2μL/分から約1mL/分、約1
00nL/分から約500nL/分、および約2μL/分を超える容量を有する装置を製造する
ことができる。

【００６４】任意のノズル数および形式を有する複数の電気噴霧装置のアレイを本発明に従
って製造することができる。電気噴霧装置は、装置の低密度アレイから高密度ア
レイまで形成できるように配置することができる。互いに隣接する装置間の間隔
が、それぞれ9mm、4.5mm、2.25mm、1.12mm、0.56mm、0.28mm、およびそれ以下か
ら約50μmまでであり、市販の液体取り扱い計器または電気噴霧装置からの試料
を受け入れる市販の計器で使用される間隔に対応するアレイを設けることができ
る。同様に、装置密度が約5個/cm²を超え、約16個/cm²を超え、約30個/cm²を超
え、約81個/cm²を超え、好ましくは約30個/cm²から約100個/cm²であるアレイ状
の電気噴霧装置のシステムを製造することができる。

【００６５】電気噴霧装置の寸法は、特定の用途、レイアウト構成、電気噴霧装置が相互接
続または一体化される上流側装置および／または下流側装置のような様々な因子
に応じて決定することができる。さらに、流路およびノズルの寸法は、流体試料
の所望の流量に対して最適化することができる。反応性イオン・エッチング技術
を使用することにより、たとえば内径が2μmで外径が5μmの、直径の小さなノズ
ルを再現可能にかつ費用有効に製造することができる。このようなノズルを20μ
mの間隔で近接して製造し、最大で約160,000個/cm²の密度を得ることができる。
電気噴霧装置内に最大で約10,000/cm²、最大で約15,625/cm²、最大で約27,566/c
m²、および最大で約40,000/cm²のノズル密度を実現することができる。同様に、
噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の、吐出面上の間隔がそれぞ
れ、約500μm未満、約200μm未満、約100μm未満、および約50μm未満であるノ
ズルを設けることができる。たとえば、外径が20μmの1つのノズルを有する電気
噴霧装置はそれぞれ、幅が30μmの周囲の試料ウェルを有する。このようなノズ
ルの密に充填されたアレイは、ノズルの中心から測定したときに、50μmほどの
小さな間隔で配置することができる。

【００６６】現在好ましい態様において、電気噴霧装置のシリコン基板は厚さが約250μm〜
500μmであり、基板貫通流路の断面積は約2,500μm²未満である。流路が円形の
断面を有する場合、流路およびノズルの内径は最大で50μm、より好ましくは最
大で30μmであり；ノズルの外径は最大で60μm、より好ましくは最大で40μmで
あり；ノズルの高さ（および環状領域の深さ）は最大で100μmである。凹状部は
好ましくは、ノズルから外側に最大で300μm延びている。二酸化ケイ素層の厚さ
は約1μm〜4μmであり、好ましくは1μm〜3μmである。窒化ケイ素層の厚さは約
2μm未満である。

【００６７】さらに、電気噴霧装置は、比較的大きな最小限に充電された液滴を生成するよ
うに動作させることができる。これは、ノズル出口における電界を、所与の電界
の、電気噴霧を生成するのに必要な値よりも小さな値に低減させることによって
行われる。流体の電位電圧と基板の電位電圧との比を調整すると、電界が制御さ
れる。液滴を形成する場合、流体と基板の電位電圧比は約2未満であることが好
ましい。この動作モードの液滴直径は、流体の表面張力と、印加される電圧と、
液滴を受けるウェルまたはプレートまでの距離とによって調節される。この動作
モードは、多数の離散した量の流体を搬送し、かつ／または配分するのに最適で
あり、インク・ジェット・プリンタや、流体の制御された分散が必要な機器およ
び器具で使用することができる。

【００６８】本発明の電気噴霧装置は、装置によって生成された電気噴霧がノズル面に概ね
垂直になるように、レザバー面上の入口開口部とノズル面上のノズルとの間に流
路を形成するシリコン基板材料を含んでいる。ノズルは、内径および外径を有し
ており、表面に対して凹状の環状部によって形成されている。凹状の環状領域は
、ノズルの外径から半径方向に延びている。ノズルの先端は、基板表面と同一平
面内にあるかまたは基板表面と同一水準にあり、好ましくは基板表面を越えるこ
とはない。このように、ノズルが誤って破壊されることはない。ノズル、流路、
レザバー、および凹状の環状領域は、反応性イオン・エッチングおよび他の標準
半導体処理技術によってシリコン基板からエッチングされる。

【００６９】シリコン基板のすべての表面は好ましくは、基板および液体試料に個別に異な
る電位電圧を印加することができるように液体試料を基板から電気的に絶縁する
絶縁層を有する。絶縁層は、窒化ケイ素層と組み合わされた二酸化ケイ素層を構
成することができる。窒化ケイ素層は、水およびイオンが基板に進入するのを妨
げ、したがって、流路内で移動する流体と基板との間の電気的破壊を妨げる水分
バリアを形成する。電気噴霧装置は好ましくは、基板に電気的に接触し、基板に
電位を印加する少なくとも1つの制御電極を含む。

【００７０】好ましくは、ノズル、流路、および凹部は、反応性イオン・エッチングおよび
他の標準半導体処理技術によってシリコン基板からエッチングされる。ノズル側
微細形状、基板貫通流路、レザバー側微細形状、および制御電極は好ましくは、
単結晶シリコン基板から一体的に形成され、すなわち、互いに独立した構成要素
の処理も組立ても必要としない製造シーケンス中にかつ該製造シーケンスの結果
として形成される。

【００７１】電気噴霧装置が反応性イオン・エッチングおよび他の標準半導体処理技術を使
用して製造されるので、このような装置のノズルの寸法は非常に小さくてよく、
たとえば内径2μmおよび外径5μmほど小さくてよい。したがって、たとえば内径
が5μmで基板厚さが250μmの基板貫通流路の容積は4.9pLに過ぎない。電気噴霧
装置のマイクロメートル・スケールの寸法によって死体積が最小限に抑えられ、
それにより、この装置を分離装置と組み合わせたときに効率および分析感度が向
上する。

【００７２】本発明の電気噴霧装置によって、電気噴霧を効率的かつ効果的に形成すること
ができる。この装置では、テイラー・コーンを生成するのに必要な電圧がノズル
の直径、流体の表面張力、抽出電極からノズルまでの距離に依存するので、マイ
クロメートル・オーダーの寸法を有する、流体が吐出される電気噴霧面を設ける
ことにより、テイラー・コーンを生成するのに必要な電圧が制限される。電気噴
霧装置のノズルは、大きな電界が集中する、マイクロメートル・オーダーの物理
的凹凸を形成する。さらに、電気噴霧装置は、流体および抽出電極の電位とは独
立に電位を印加し調節することができる追加の電極であって、有利には流体の電
気噴霧によって生成される気相イオンを集束させるように電界を修正し最適化す
る電極を吐出面上に設けてよい。したがって、ノズルとこの追加の電極を組み合
わせると、ノズルと基板と抽出電極との間の電界が増大する。この電極は好まし
くは、出口開口部から約500ミクロン以内に配置され、より好ましくは出口開口
部から約200ミクロン以内に配置される。

【００７３】本発明のマイクロチップに基づいた電気噴霧装置は、余分なカラム容積を削減
することによって余分なカラム分散を最小限に抑えると共に、電気噴霧を効率的
に、再現可能に、確実に、かつ安定に形成することができる。この電気噴霧装置
は、マイクロチップに基づいた分離装置から流体を電気噴霧させる手段として極
めて適している。この電気噴霧装置の構造はまた、装置を費用有効で生産性の高
いプロセスで容易に大量生産できるほど頑丈である。

【００７４】動作時には、注入面上の基板貫通流路の入口開口部に導電性または部分的に導
電性の液体試料が導入される。液体は、電気噴霧装置に対する導電性流体供給装
置、または注入面上に形成され周囲の表面領域および基板から絶縁されている電
極によって、ある電位電圧に保持される。ノズルの先端における電界強度は、好
ましくは0Vから、流体に印加される電圧の約2分の1未満までの値の電圧を基板お
よび／または吐出面に印加することによって増大する。したがって、本発明の電
気噴霧装置では、流体／ノズル電圧および基板／吐出面電圧を独立に制御するこ
とにより、ノズルから放出される電界を最適化することができる。本発明の電気
噴霧装置は、毎分数ナノリットルの範囲の流量で安定なナノ電気噴霧を確立する
ように大気圧イオン化（atmospheric pressure：「API」）質量分光計の開口部
から1〜2mmまたは最大で10mm離して配置することができる。

【００７５】電気噴霧装置は、特定の用途に応じてサンプリング装置とその下流側で相互接
続または一体化してよい。たとえば、分析物を表面に電気噴霧してその表面を被
覆しても、搬送、分析、および／または合成を目的として別の装置に電気噴霧し
てもよい。上述のように、大気圧において、電気噴霧装置により、ナノリットル
・スケールの体積の分析物から高度に充電された液滴が形成される。高度に充電
された液滴により、溶剤分子が十分に蒸発したときに気相イオンが生成され、た
とえば、電気噴霧された流体を分析する大気圧イオン化質量分光計（atmospheri
c pressure ionization mass spectrometer：「API-MS」）のイオン・サンプリ
ング・開口部を通してこの気相イオンをサンプリングすることができる。

【００７６】本発明の一態様は、大量の並行処理を可能にする複数の電気噴霧装置のアレイ
の形である。単一のウェーハに対する大量並行処理によって製造された複数の電
気噴霧装置またはシステムをさらに複数の装置またはシステムに切断するか、ま
たは他の方法で複数の装置またはシステムに分離することができる。

【００７７】電気噴霧装置は、ナノ電気噴霧付着または液滴法によって試料を親プレートか
ら子プレートに再現可能に分散させ付着させるように働くこともできる。反応ウ
ェルブロックを含むチップに基づいたコンビナトリアルケミストリーシステムに
より、組合せ合成された化合物から得られた反応生成物を含むレザバーのアレイ
を形成することができる。反応ウェルブロックはさらに、各レザバー内の流路が
対応する流路内を流れ、対応するノズルから液滴の形で出るように流路、ノズル
、および凹状部を形成する。反応ウェルブロックは、各レザバーが適切な寸法お
よび形状を有する任意の数のレザバーを任意の所望の構成で形成することができ
る。レザバーの容積は、数ピコリットルから数マイクロリットルの範囲でよい。

【００７８】反応ウェルブロックは、電気噴霧装置の液滴法を使用して、離散した量の生成
物溶液を受容プレートまたは子プレートに再現可能に分配できるように、マイク
ロチップに基づいた化学合成装置と相互接続される親プレートとしてはたらくこ
とができる。子プレートは、各レザバーに対応する受容ウェルを規定する。その
後、子プレート内の分配された生成物溶液を使用して、コンビナトリアルケミカ
ルライブラリを生物学的標的に対してスクリーニングすることができる。

【００７９】電気噴霧装置は、例えば新しい薬物候補のプロテオミック（proteomic）スク
リーニングのために親プレートから子プレートに試料のアレイを再現可能に分配
し堆積させる働きをすることもできる。これは、液滴形成動作モードまたは電気
噴霧動作モードのいずれかにより行われうる。電気噴霧装置は、コンビナトリア
ルケミカルライブラリを合成することのできるマイクロデバイスにエッチングす
ることができる。ノズルは、所望の時に、所望の量の試料または試薬を親プレー
トから子プレートに配分することができる。ノズル寸法、印加電圧、および時間
を調節することにより、マトリックス支援レーザ脱着／イオン化飛行時間型（ti
me-of flight）質量分光計（「MALDI-TOFMS」）によって分子量が求められる試
料プレートを生成することなどのためにノズルのアレイから試料を配分するかま
たは堆積させる厳密で再現可能な方法が実現される。分析物を親プレートから子
プレートに移す能力を使用して、プロテオミックスクリーニングのような他の種
類のアッセイ用の他の子プレートを作ることもできる。流体（fluid）と基板の
電位電圧比としては、特定の用途に基づいて電気噴霧モードまたは液滴モードを
形成できるような比を選択することができる。

【００８０】複数の電気噴霧装置のアレイを、インク・ジェット・プリンタで使用されるイ
ンクを分散させるように構成することができる。基板上のノズルの出口における
電界を制御し増大させることにより、ノズル直径の約２倍の液滴、または様々な
色のインクを混合するための高度に充電されたマイクロメートル未満の液滴を形
成することを含む、インク配分方式を変更することができる。

【００８１】本発明の電気噴霧装置は、質量分光計を使用して検出される液体試料を効率的
に電気噴霧する小型液体試料取り扱い装置と一体化することができる。電気噴霧
装置は、ハイスループットスクリーニング技術と共に使用するための流体試料を
分配し配分するのに用いることもできる。電気噴霧装置は、たとえば、キャピラ
リー電気泳動、キャピラリー電気クロマトグラフィ、親和性クロマトグラフィ、
液体クロマトグラフィ（「LC」）、または任意の他の濃縮相分離技術が可能なプ
ラスチック製、ガラス製、またはシリコン製のマイクロチップに基づく液体分離
装置にチップ間結合またはウェーハ間結合してよい。

【００８２】本発明の複数の電気噴霧装置のアレイまたはマトリックスを、適切に制御され
る標準薄膜プロセスを使用して単一のマイクロチップ上でシリコン構造として製
造することができる。これによって、このような微小構成要素の取り扱いが不要
になるだけでなく、機能的に類似した要素を高速で並行処理することが可能にな
る。このような電気噴霧装置はコストが低いため、様々な液体試料からの相互汚
染がなくなるような、使い捨てを可能にする。

【００８３】図13A〜図13Eには、本発明の電気噴霧装置上に離散した試料を堆積させる様子
が示されている。図13A〜図13Cには、流体プローブが試料を注入面上のレザバー
に堆積させるかまたは該レザバーに移す様子が示されている。流体試料は、一般
に100nLよりも少ない離散した体積としてレザバーに輸送される。「点」は、流
体内に含まれる分析物を表している。図13Dには、流体試料体積が蒸発し、レザ
バー面上に分析物が残った様子が示されている。このレザバー面には、流体内に
含まれる分析物のレザバー面への分離を増大させるため、一般にLC適用に使用さ
れる疎水C18様相などの保持相を被覆してよい。図13Eには、注入面を密封するよ
うに流体プローブが取り付けられ、流体移動相がマイクロチップに輸送され、移
された分析物が電気噴霧質量分光計によって分析できるように再構成される様子
が示されている。プローブは、キャピラリー、マイクロピペット、マイクロチッ
プのような使い捨てチップを有してよい。

【００８４】したがって、マルチシステム・チップにより、微小電気機械システム（「MEMS
」）技術を使用して製造される高速順次化学分析システムが実現される。たとえ
ば、マルチシステム・チップによって、多数の試料を自動的に順次分離し注入す
ることができ、その結果、分析スループットが著しく高くなり、質量分析計を使
用して、たとえば、薬物を発見するための化合物を多量に検出することができる
。

【００８５】本発明の他の態様では、液体試料の電気噴霧を生成するシリコン・マイクロチ
ップに基づいた電気噴霧装置が提供される。この電気噴霧装置は、電気噴霧され
る流体を分析する大気圧イオン化質量分析計（「API-MS」）の下流側に相互接続
または一体化することができる。本発明の他の態様は、たとえば、ガラス、プラ
スチック、またはシリコン製の基板を有することのできる一体化小形液相分離装
置である。

【００８６】電気噴霧装置製造手順電気噴霧装置250は、好ましくは、熱酸化、フォトリソグラフィ、反応性イオ
ン・エッチング（RIE）、化学蒸着、イオン注入、金属蒸着など十分に確立され
た制御可能な薄膜シリコン処理技法を使用して、モノリシック・シリコン基板と
して製造される。このようなシリコン処理技法を使用した製造は、互いに類似し
た装置の大量並行処理を容易にし、時間およびコスト面で効率的であり、重要な
寸法をより厳しく制御することを可能にし、容易に再現可能であり、全体的に一
体的な装置をもたらし、それによって組立て要件をなくす。さらに、この製造シ
ーケンスは、流体供給システムとの相互接続および接続を容易にするか、単一の
一体化システムを形成するために流体供給サブシステムとの一体化を容易にする
ための物理的アスペクトまたは微細形状を、電気噴霧装置の注入面および／また
は吐出面上に形成するように容易に延長することができる。

【００８７】ノズル面の処理図14A〜図14Eおよび図15A〜図15Iには、本発明の電気噴霧装置の製造における
基板のノズル側または吐出（ejection）側の処理ステップが示されている。図14
Aの平面図を参照すると、完成した電気噴霧装置250においてノズル形状を形成す
ると考えられるパターン202を得るためにマスクが用いられている。円204および
246の形のパターンはそれぞれ、完成した電気噴霧装置のウェーハ貫通流路およ
びノズルの周りの凹状の環状空間を形成する。図14Bは、図14Aの線14B-14Bに沿
った断面図である。両面研磨シリコン・ウェーハ200は酸化環境で高温にさらさ
れ、基板200のノズル側に二酸化ケイ素の層または膜210が成長し、基板200のレ
ザバー側に二酸化ケイ素の層または膜212が成長する。得られる各二酸化ケイ素
層210、212の厚さは約1μm〜3μmである。二酸化ケイ素層210、212は、後でシリ
コン基板200のある領域を選択的にエッチングするためのマスクとしてはたらく
。

【００８８】基板200のノズル側の二酸化ケイ素層210上にポジティブワーキング(positive-
working)フォトレジスト膜208を付着させる。図14Cを参照すると、フォトレジス
ト204の、ウェーハ貫通流路の入口に対応する領域と、フォトレジストの、凹状
の環状領域206に対応し、後でエッチングされる領域が、365ナノメートル、405
ナノメートル、または436ナノメートルの波長を有する青色光や近紫外線などの
短波長光を通過させる光学リソグラフィック露光ツールによってマスク（図14A
）を通して選択的に露光されている。

【００８９】図14Cの断面図に示されているように、フォトレジスト208を現像した後、フォ
トレジストの露光された領域204を除去して、下にある二酸化ケイ素層214に開放
し、フォトレジストの露光された領域206を除去して、下にある二酸化ケイ素層2
16に開放する。一方、露出されない領域は依然としてフォトレジスト208によっ
て保護される。図14Dを参照すると、図14Cに続いて、二酸化ケイ素層210の露出
された領域214、216が、保護フォトレジスト208に対する高度の異方性および選
択性を持つフッ素ベースのプラズマによって、シリコン基板218、220に達するま
でエッチングされている。図14Eの断面図に示されているように、残りのフォト
レジスト208をシリコン基板200から除去する。

【００９０】図15Aの平面図を参照すると、マスクを使用して円の形のパターン204が形成さ
れている。図15Bは、図15Aの線15B-15Bに沿った断面図である。基板200のノズル
側の二酸化ケイ素層210上にポジティブワーキング・フォトレジスト膜208'を付
着させる。図15Cを参照すると、フォトレジスト204の、ウェーハ貫通流路の入口
に対応する領域が、365ナノメートル、405ナノメートル、または436ナノメート
ルの波長を有する青色光や近紫外線などの短波長光を通過させる光学リソグラフ
ィック露光ツールによってマスク（図15A）を通して選択的に露光されている。

【００９１】図15Cの断面図に示されているように、フォトレジスト208'を現像した後、フ
ォトレジストの露光された領域204を、下にある二酸化ケイ素層218まで除去する
。その後のフッ素ベースのDRIEシリコン・エッチング中に、残りのフォトレジス
ト208'をマスクとして使用して、図15Dに示されているウェーハ貫通流路224を垂
直方向にエッチングする。ウェーハ貫通流路224をエッチングした後、残りのフ
ォトレジスト208'をシリコン基板200から除去する。

【００９２】図15Eの断面図に示されているように、フォトレジスト208'を除去することに
より、二酸化ケイ素210に形成された図14Aのマスク・パターンを露出させる。図
15Fを参照すると、図15Eのシリコン・ウェーハが酸化環境で高温にさらされ、ウ
ェーハのすべての露出されたシリコン表面上に二酸化ケイ素の層または膜226、2
28が成長している。図15Gを参照すると、図15Fに続いて、二酸化ケイ素226が、
高度の異方性および選択性を持つフッ素ベースのプラズマによって、シリコン基
板220に達するまでエッチングされている。二酸化ケイ素層228は、ノズル232お
よび凹状の環状領域230を形成するのに用いられる図15HのDRIEエッチング中にエ
ッチング・ストップとしてはたらくように構成されている。

【００９３】ここで説明する製造プロセスの利点は、このプロセスによって、ウェーハ貫通
流路と凹状の環状領域との位置合わせが簡略化されることである。このため、マ
スクの複雑な位置合わせなしにより小さなノズルをより容易に製造することがで
きる。アスペクト比（すなわち、深さ対幅）のような貫通流路の寸法を確実にか
つ再現可能に制限し調節することができる。

【００９４】レザバー面の処理図16A〜図16Iには、本発明の電気噴霧装置250の製造における基板200のレザバ
ー側または注入側の処理ステップが示されている。図16Bの断面図（図16Aの線16
B-16Bに沿った断面図）に示されているように、二酸化ケイ素層212にポジティブ
ワーキング・フォトレジスト膜236を付着させる。基板貫通位置合わせを使用し
て、レザバー側のパターンを、基板のノズル側にすでに形成されているパターン
と位置合わせする。

【００９５】位置合わせの後、365ナノメートル、405ナノメートル、または436ナノメート
ルの波長を有する青色光や近紫外線などの短波長光を通過させる光学リソグラフ
ィック露光ツールによって、フォトレジスト236の、円形レザバー234に対応する
領域をマスク（図16A）を通して選択的に露光する。図16Cの断面図に示されてい
るように、露光の後で、フォトレジスト236を現像し、レザバー領域が下にある
二酸化ケイ素層238に開放され、一方、露出されていない領域が依然としてフォ
トレジスト236によって保護されるように、フォトレジスト234の露光された領域
を除去する。次いで、図16Dに示されているように、保護フォトレジスト236に対
する高度の異方性および選択性を持つフッ素ベースのプラズマにより、二酸化ケ
イ素層212の露出された領域238をシリコン基板240に達するまでエッチングする
。

【００９６】図16Eに示されているように、フッ素ベースのエッチングにより、レザバー242
を形成する円柱形領域が形成される。レザバー242は、ウェーハ貫通流路224に到
達するまでエッチングされる。所望の深さに達した後、図16Fに示されているよ
うに、酸素プラズマ、または過酸化水素（H₂O₂）で活性化された硫酸（H₂SO₄）
のような活性酸化化学浴で、残りのフォトレジスト236を除去する。

【００９７】電気絶縁のための基板の調製図16Gを参照すると、シリコン・ウェーハ200が酸化環境で高温にさらされ、す
べてのシリコン表面上に二酸化ケイ素の層または膜244が約1μm〜3μmの厚さに
成長している。二酸化ケイ素層は電気絶縁層としてはたらく。図16Hに示されて
いるように、低圧化学蒸着（LPCVD）を使用して、窒化ケイ素246をさらに付着さ
せ、すべての表面上に窒化ケイ素の共形コーティングを最大で2μmの厚さに設け
る。LPCVD窒化ケイ素はまた、電気絶縁を増強すると共に、電気噴霧装置に導入
され窒化ケイ素に含まれている流体およびイオンが流体とシリコン基板200を電
気的に接続するのを妨げる流体バリアを形成する。これにより、この電気噴霧装
置を用いて流体と基板に電位電圧を独立に印加し、マイクロチップ・デバイスか
ら流体を首尾よくナノ電気噴霧するのに必要な大きな電界をノズル先端で生成す
ることができる。

【００９８】単一のシリコン・ウェーハ上に複数の電気噴霧装置を製造した後、ウェーハを
ダイシングまたは切断して個々の装置を得ることができる。これにより、図16I
の断面図に示されているように、シリコン基板200の、導電金属層248が付着する
部分が露出される。

【００９９】すべてのシリコン表面を酸化し、酸化温度および酸化時間を適切に選択するこ
とによって調節できる厚さを持つ二酸化ケイ素を形成する。すべての二酸化ケイ
素層にLPCVDによって窒化ケイ素を被覆する。二酸化ケイ素および窒化ケイ素の
最終的な厚さとしては、装置に所望の電気絶縁度をもたらす厚さを選択すること
ができる。二酸化ケイ素層および窒化ケイ素層が厚ければ厚いほど、電気的破壊
に対する抵抗が大きくなる。シリコン基板の縁部を金属化するために、シリコン
基板を所望のサイズの電気噴霧装置または所望の電気噴霧装置アレイに分割する
。図16Iに示されているように、公知の熱蒸着技術および金属付着技術を使用し
て、シリコンの縁部に導電材料248を被覆する。

【０１００】この製造方法では、組立ての必要なしに、単結晶シリコン基板から電気噴霧装
置の微細形状をエッチングすることにより、製造される電気噴霧装置に優れた機
械的安定性が与えられる。この位置合わせ方式では、2μmよりも薄いノズル壁お
よび外径が最小で5μmのノズルを再現可能に製造することができる。さらに、凹
状の環状領域の横方向範囲および形状をその深さとは無関係に調節することがで
きる。凹状の環状領域の深さはまた、ノズルの高さを決定し、かつ基板のノズル
側のエッチングの範囲によって決定される。

【０１０１】電気噴霧装置用の上述の製造シーケンスを、単一のモノリシック基板で実施さ
れた複数の流路および／または複数の吐出ノズルを含む複数の電気噴霧装置を備
える単一のモノリシック・システムの同時製造に容易に適合させることができ、
かつ該製造に適用することができる。さらに、これらの処理ステップは、単に、
たとえばレイアウト構造を修正し、かつ／またはフォトマスクの極性を変更し、
ポジティブワーキング・フォトレジストではなくネガティブワーキング・フォト
レジストを利用することによって、互いに類似したまたは異なる電気噴霧装置を
製造するように修正することができる。

【０１０２】他の態様における他の製造技術を図17〜図20で説明する。この技術は、主とし
て基板のレザバー側に付着させたエッチング・ストップの機能により、従来の技
術に勝るいくつかの利点を有する。この機能は、全長にわたって一定の直径を有
するウェーハ貫通流路の製造を改善する。このエッチング・プロセスにより、内
部から基板の露出された表面に近づくときに一定の流路直径を維持することが困
難になるという問題が生じる。通常、このエッチング・プロセスでは、流路の開
放部が形成されるときに流路の端部の直径がわずかに小さくなる。このことは、
エッチング・ストップに接触する際に流路をわずかにオーバーエッチングする機
能によって改善される。さらに、流路をエッチングする前にレザバーをエッチン
グしてエッチング・ストップを付着させることの他の利点は、側面パッシベーシ
ョンの結果として生じ流路の開放部に残る微小突起が無くなることである。エッ
チング・ストップは、スルー・ホールを設けるときにプラズマ領域を冷却ガスか
ら分離し、生成物のエッチングによる汚染を回避する働きもする。

【０１０３】図17A〜図17Eおよび図19A〜図19Gには、本発明の電気噴霧装置の製造における
基板のノズル側または吐出側に対する処理ステップが示されている。図18A〜図1
8Gには、本発明の電気噴霧装置の製造における基板のレザバー側または注入側に
対する処理ステップが示されている。図20A〜図20Cには、基板に電気絶縁を施す
様子が示されている。

【０１０４】図17Aの平面図を参照すると、完成した電気噴霧装置250のノズル形状を形成す
るパターン302を得るためにマスクが用いられている。円304および306の形のこ
のパターンはそれぞれ、完成した電気噴霧装置のウェーハ貫通流路およびノズル
の周りの凹状の環状空間を形成する。図17Bは、図17Aの線17B-17Bに沿った断面
図である。両面研磨シリコン・ウェーハ300を酸化環境で高温にさらし、基板300
のノズル側に二酸化ケイ素の層または膜310を成長させ、基板300のレザバー側に
二酸化ケイ素の層または膜312を成長させる。得られる各二酸化ケイ素層310、31
2の厚さは約1μm〜3μmである。二酸化ケイ素層310、312は、後でシリコン基板3
00のある領域を選択的にエッチングするためのマスクとしてはたらく。

【０１０５】基板300のノズル側の二酸化ケイ素層310上にポジティブワーキング・フォトレ
ジスト膜308を付着させる。図17Cを参照すると、フォトレジスト304の、ウェー
ハ貫通流路の入口に対応する領域と、フォトレジストの、凹状の環状領域306に
対応し、後でエッチングされる領域が、365ナノメートル、405ナノメートル、ま
たは436ナノメートルの波長を有する青色光や近紫外線などの短波長光を通過さ
せる光学リソグラフィック露光ツールによってマスク（図17A）を通して選択的
に露光されている。

【０１０６】図17Cの断面図に示されているように、フォトレジスト308を現像した後、フォ
トレジストの露光された領域304を除去して、下にある二酸化ケイ素層314に開放
し、フォトレジストの露光された領域306を除去して、下にある二酸化ケイ素層3
10に開放する。一方、露出されない領域は依然としてフォトレジスト308によっ
て保護される。図17Dを参照すると、図17Cに続いて、二酸化ケイ素層310の露出
された領域314、316が、保護フォトレジスト308に対する高度の異方性および選
択性を持つフッ素ベースのプラズマによって、シリコン基板318、320に達するま
でエッチングされている。図17Eの断面図に示されているように、残りのフォト
レジスト308をシリコン基板300から除去する。

【０１０７】図18Aの平面図を参照すると、マスクを使用して円の形のパターン324が形成さ
れている。図18Bは、図18Aの線18B-18Bに沿った断面図である。図18Bの断面図に
示されているように、二酸化ケイ素層312上にポジティブワーキング・フォトレ
ジスト膜326を付着させる。基板貫通位置合わせを使用して、レザバー側のパタ
ーンを、基板のノズル側にすでに形成されているパターンと位置合わせする。

【０１０８】位置合わせの後、365ナノメートル、405ナノメートル、または436ナノメート
ルの波長を有する青色光や近紫外線などの短波長光を通過させる光学リソグラフ
ィック露光ツールによって、フォトレジスト326の、円形レザバー324に対応する
領域をマスク（図18A）を通して選択的に露光する。図18Cの断面図に示されてい
るように、露光の後で、フォトレジスト326を現像し、レザバー領域が下にある
二酸化ケイ素層328に開放され、一方、露出されていない領域が依然としてフォ
トレジスト326によって保護されるように、フォトレジスト324の露光された領域
を除去する。次いで、図18Dに示されているように、保護フォトレジスト326に対
する高度の異方性および選択性を持つフッ素ベースのプラズマにより、二酸化ケ
イ素層312の露出された領域328をシリコン基板330に達するまでエッチングする
。

【０１０９】図18Eに示されているように、フッ素ベースのエッチングにより、レザバー332
を形成する円柱形領域が形成される。レザバー332は、ウェーハ貫通流路に到達
するまでエッチングされる。所望の深さに達した後、図18Fに示されているよう
に、酸素プラズマ、または過酸化水素（H₂O₂）で活性化された硫酸（H₂SO₄）の
ような活性酸化化学浴で、残りのフォトレジスト326を除去する。

【０１１０】図18Gを参照すると、後で、図19Dに示されている基板貫通流路336をエッチン
グするためのエッチング・ストップとしてはたらく二酸化ケイ素層334が、プラ
ズマ強化化学蒸着（「PECVD」）によって基板300のレザバー側に付着している。

【０１１１】図19Bに示されているように、基板300のノズル側の二酸化ケイ素層310上にポ
ジティブワーキング・フォトレジスト膜308'を付着させる。図19Cを参照すると
、365ナノメートル、405ナノメートル、または436ナノメートルの波長を有する
青色光や近紫外線などの短波長光を通過させる光学リソグラフィック露光ツール
により、フォトレジスト304の、ウェーハ貫通流路の入口に対応する領域がマス
ク（図19A）を通して選択的に露光されている。

【０１１２】図19Cの断面図に示されているように、フォトレジスト308'を現像した後、フ
ォトレジストの露光された領域304を除去して、下にある二酸化ケイ素層318に開
放する。その後のフッ素ベースのDRIEシリコン・エッチング中に、残りのフォト
レジスト308'をマスクとして使用して、図19Dに示されているウェーハ貫通流路3
36を垂直方向にエッチングする。ウェーハ貫通流路336をエッチングした後、図1
9Eの断面図に示されているように、残りのフォトレジスト308'をシリコン基板30
0から除去する。

【０１１３】図19Eに示されているように、フォトレジスト308'を除去することにより、二
酸化ケイ素310に形成された図17Aのマスク・パターンを露出させる。図19Fに示
されているように、フッ素ベースのDRIEシリコン・エッチングを使用して凹状の
環状領域338を垂直方向にエッチングする。図19Gを参照すると、フッ化水素酸プ
ロセスによって二酸化ケイ素層310、312、および334が基板から除去されている
。

【０１１４】ここで説明する製造プロセスの利点は、このプロセスによって、ウェーハ貫通
流路と凹状の環状領域との位置合わせが簡略化されることである。このため、マ
スクの複雑な位置合わせなしにより小さなノズルをより容易に製造することがで
きる。アスペクト比（すなわち、深さ対幅）のような貫通流路の寸法を確実にか
つ再現可能に制限し調節することができる。

【０１１５】電気絶縁のための基板の調製図20Aを参照すると、シリコン・ウェーハ300が酸化環境で高温にさらされ、す
べてのシリコン表面上に二酸化ケイ素の層または膜342が約1μm〜3μmの厚さに
成長している。二酸化ケイ素層は電気絶縁層としてはたらく。図20Bに示されて
いるように、低圧化学蒸着（LPCVD）を使用して、窒化ケイ素344をさらに付着さ
せ、すべての表面上に窒化ケイ素の共形コーティングを最大で2μmの厚さに設け
る。LPCVD窒化ケイ素はまた、電気絶縁を増強すると共に、電気噴霧装置に導入
され窒化ケイ素に含まれている流体およびイオンが流体とシリコン基板300を電
気的に接続するのを妨げる流体バリアを形成する。これにより、この電気噴霧装
置を用いて流体と基板に電位電圧を独立に印加し、マイクロチップデバイスから
流体を首尾よくナノ電気噴霧するのに必要な大きな電界をノズル先端で生成する
ことができる。

【０１１６】単一のシリコン・ウェーハ上に複数の電気噴霧装置を製造した後、ウェーハを
ダイシングまたは切断して個々の装置を得ることができる。これにより、図20C
の断面図に示されているように、シリコン基板300の、導電金属層346が付着する
部分が露出される。流体電極としてはたらく導電金属層348をレザバー側の窒化
ケイ素層上に付着させる。

【０１１７】すべてのシリコン表面を酸化し、酸化温度および酸化時間を適切に選択するこ
とによって調節できる厚さを持つ二酸化ケイ素を形成する。すべての二酸化ケイ
素面にLPCVDによって窒化ケイ素を被覆する。二酸化ケイ素および窒化ケイ素の
最終的な厚さとしては、装置に所望の電気絶縁度をもたらす厚さを選択すること
ができる。二酸化ケイ素層および窒化ケイ素層が厚ければ厚いほど、電気的破壊
に対する抵抗が大きくなる。シリコン基板の縁部を金属化するために、シリコン
基板を所望のサイズの電気噴霧装置または所望の電気噴霧装置アレイに分割する
。図20Cに示されているように、公知の熱蒸着技術および金属付着技術を使用し
て、シリコンの縁部に導電材料248を被覆する。

【０１１８】この製造方法では、組立ての必要なしに、単結晶シリコン基板から電気噴霧装
置の微細形状をエッチングすることにより、製造される電気噴霧装置に優れた機
械的安定性が与えられる。この位置合わせ方式では、2μmよりも薄いノズル壁お
よび外径が最小で5μmのノズルを再現可能に製造することができる。さらに、凹
状の環状領域の横方向範囲および形状をその深さとは無関係に調節することがで
きる。凹状の環状領域の深さはまた、ノズルの高さを決定し、かつ基板のノズル
側のエッチングの範囲によって決定される。

【０１１９】図21Aおよび図21Bは、本発明によって製造されたマルチノズル装置の走査電子
顕微鏡写真画像の斜視図である。ノズルの外径は20μmであり、内径は8μmであ
る。ピッチ、すなわち、各ノズルの中間間の間隔は50μmである。

【０１２０】電気噴霧装置用の上述の製造シーケンスは、単一のモノリシック基板で実施さ
れた複数の流路および／または複数の吐出ノズルを含む複数の電気噴霧装置を備
える単一のモノリシック・システムの同時製造に容易に適合させることができ、
かつ該製造に適用することができる。さらに、これらの処理ステップは、単に、
たとえばレイアウト構造を修正し、かつ／またはフォトマスクの極性を変更し、
ポジティブワーキング・フォトレジストではなくネガティブワーキング・フォト
レジストを利用することによって、互いに類似したまたは異なる電気噴霧装置を
製造するように修正することができる。

【０１２１】マルチシステム・チップと質量分光計の相互接続マルチシステム・チップ上の電気噴霧ノズルのアレイと、質量分光計のサンプ
リング開口部を、各ノズルをサンプリング開口部の近くに配置することによって
相互接続することができる。電気噴霧ノズルが密接に構成されているので、該ノ
ズルを質量分光計のサンプリング開口部に近接して配置することができる。

【０１２２】マルチシステム・チップは、電気噴霧装用ノズルのうちの１つまたは複数をイ
オン・サンプリング開口部の近くに配置するようにイオン・サンプリング開口部
に対して操作することができる。次いで、電気噴霧用ノズルのうちの１つまたは
複数に適切な電圧を印加することができる。

【０１２３】本発明を例示を目的として詳しく説明したが、このような詳細が本目的のため
のものに過ぎず、当業者には、特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨
および範囲から逸脱せずにこれを改変できることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明の1ノズル電気噴霧装置の平面図を示す。

【図１Ｂ】本発明の2ノズル電気噴霧装置の平面図を示す。

【図１Ｃ】本発明の3ノズル電気噴霧装置の平面図を示す。

【図１Ｄ】本発明の14ノズル電気噴霧装置の平面図を示す。

【図２Ａ】本発明の1ノズル電気噴霧装置の斜視図を示す。

【図２Ｂ】本発明の2ノズル電気噴霧装置の斜視図を示す。

【図２Ｃ】本発明の3ノズル電気噴霧装置の斜視図を示す。

【図２Ｄ】本発明の14ノズル電気噴霧装置の斜視図を示す。

【図３Ａ】本発明の1ノズル電気噴霧装置の断面図を示す。

【図３Ｂ】本発明の2ノズル電気噴霧装置の断面図を示す。

【図３Ｃ】本発明の3ノズル電気噴霧装置の断面図を示す。

【図３Ｄ】本発明の14ノズル電気噴霧装置の断面図を示す。

【図４】本発明の電気噴霧装置の注入側またはレザバー側の斜視図を示す
。

【図５Ａ】各ノズルから1つの電気噴霧を生成する本発明の2ノズル電気噴
霧装置の断面図を示す。

【図５Ｂ】各ノズルから2つの電気噴霧を生成する本発明の2ノズル電気噴
霧装置の断面図を示す。

【図６Ａ】 1つのノズルから1つの電気噴霧を生成する本発明の1ノズル電
気噴霧装置の斜視図を示す。

【図６Ｂ】 1つのノズルから2つの電気噴霧を生成する本発明の1ノズル電
気噴霧装置の斜視図を示す。

【図６Ｃ】 1つのノズルから3つの電気噴霧を生成する本発明の1ノズル電
気噴霧装置の斜視図を示す。

【図６Ｄ】 1つのノズルから4つの電気噴霧を生成する本発明の1ノズル電
気噴霧装置の斜視図を示す。

【図７Ａ】 1つのノズルから1つの電気噴霧を生成する超小形電気噴霧ノズ
ルのビデオ捕捉写真を示す。

【図７Ｂ】 1つのノズルから2つの電気噴霧を生成する超小形電気噴霧ノズ
ルのビデオ捕捉写真を示す。

【図８Ａ】電気噴霧を受けている溶液の総イオン・クロマトグラム（「TI
C」）を示す。

【図８Ｂ】 m/z315における陽子を加えられた分析物の質量クロマトグラム
を示す。領域1は、1つのノズルからの1つの電気噴霧の結果として得られたイオ
ン強度である。領域2は、1つのノズルからの2つの電気噴霧の結果として得られ
たイオン強度である。領域3は、1つのノズルからの3つの電気噴霧の結果として
得られたイオン強度である。領域4は、1つのノズルからの4つの電気噴霧の結果
として得られたイオン強度である。領域5は、1つのノズルからの2つの電気噴霧
の結果として得られたイオン強度である。

【図９Ａ】図8Bの領域1から得られた質量スペクトルを示す。

【図９Ｂ】図8Bの領域2から得られた質量スペクトルを示す。

【図９Ｃ】図8Bの領域3から得られた質量スペクトルを示す。

【図９Ｄ】図8Bの領域4から得られた質量スペクトルを示す。

【図１０】 m/z315におけるイオン強度と、1つのノズルから放出される電
気噴霧の数との関係を示すチャートを示す。

【図１１Ａ】電気噴霧装置の4つのノズルを含む群の2 x 2アレイの平面図
である。

【図１１Ｂ】 1つのノズル列を通る線における、4つのノズルを含む群の2
x 2アレイの斜視図である。

【図１１Ｃ】電気噴霧装置のノズルを含む群の2 x 2アレイの断面図であ
る。

【図１２Ａ】直径が20μmで高さが50μmのノズルの断面図である。流体の
電圧は1000Vであり、基板の電圧は0Vであり、第3の電極（図のスケールのために
示されていない）は、基板から5mm離れて位置しており、0Vの電圧を有している
。等電位電界線は50V刻みで示されている。

【図１２Ｂ】図12Aに示されているノズルの周りの領域の拡大図である。

【図１２Ｃ】直径が20μmで高さが50μmのノズルの断面図である。流体の
電圧は1000Vであり、基板の電圧は0Vであり、第3の電極（図のスケールのために
示されていない）は、基板から5mm離れて位置しており、800Vの電圧を有してい
る。等電位電界線は50V刻みで示されている。

【図１２Ｄ】直径が20μmで高さが50μmのノズルの断面図である。流体の
電圧は1000Vであり、基板の電圧は800Vであり、第3の電極（図のスケールのため
に示されていない）は、基板から5mm離れて位置しており、0Vの電圧を有してい
る。等電位電界線は50V刻みで示されている。

【図１３Ａ〜１３Ｃ】離散試料量が基板表面上に含まれるレザバーに移動
する段階を示す、本発明の電気噴霧装置の断面図である。

【図１３Ｄ】溶液が蒸発し、流体内に含まれる分析物がレザバーの表面に
残る段階を示す、本発明の電気噴霧装置の断面図である。

【図１３Ｅ】注入面を密封するように流体プローブが取り付けられ、再構
成流体を供給し、電気噴霧の質量分光分析が可能なように分析物を再溶解させる
段階を示す、本発明の電気噴霧装置の断面図である。

【図１４Ａ】電気噴霧装置のマスク1の平面図である。

【図１４Ｂ】二酸化ケイ素層210および212およびフォトレジスト層208を
示すシリコン基板200の断面図である。

【図１４Ｃ】フォトレジストに204および206のパターンを形成するように
フォトレジスト層208を除去する段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１４Ｄ】領域212および214におけるシリコン基板200を露出させて二
酸化ケイ素210に204および206のパターンを形成するようにこれらの領域から二
酸化ケイ素210を除去する段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１４Ｅ】フォトレジスト208を除去する段階を示す、シリコン基板200
の断面図である。

【図１５Ａ】電気噴霧装置のマスク2の平面図である。

【図１５Ｂ】新規のフォトレジスト層208'を有する図14Eのシリコン基板2
00の断面図である。

【図１５Ｃ】フォトレジストに204のパターンを形成してシリコン基板218
を露出させるようにフォトレジスト層208'を除去する段階を示す、シリコン基板
200の断面図である。

【図１５Ｄ】シリンダ224を形成するように領域218からシリコン基板材料
を除去する段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１５Ｅ】フォトレジスト208'を除去する段階を示す、シリコン基板20
0の断面図である。

【図１５Ｆ】露出されたシリコン基板200を熱酸化させ、露出されたシリ
コンの水平面および垂直面にそれぞれ二酸化ケイ素226および228の層を形成する
段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１５Ｇ】すべての水平面から二酸化ケイ素226を選択的に除去する段
階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１５Ｈ】ノズル232の周りに環状空間230を形成するようにシリコン基
板220を除去する段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１６Ａ】レザバー234を示す、電気噴霧装置のマスク3の平面図である
。

【図１６Ｂ】二酸化ケイ素212上に新規のフォトレジスト層232を有する図
15Iのシリコン基板200の断面図である。

【図１６Ｃ】フォトレジストにパターン234を形成して二酸化ケイ素236を
露出させるようにフォトレジスト層232を除去する段階を示す、シリコン基板200
の断面図である。

【図１６Ｄ】シリコン238を234のパターンに露出させるように領域234か
ら二酸化ケイ素236を除去する段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１６Ｅ】 234のパターンにレザバー240を形成するように領域234から
シリコン238を除去する段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１６Ｆ】フォトレジスト232を除去する段階を示す、シリコン基板200
の断面図である。

【図１６Ｇ】露出されたシリコン基板200を熱酸化し、すべての露出され
たシリコン表面上に二酸化ケイ素層242を形成する段階を示す、シリコン基板200
の断面図である。

【図１６Ｈ】電気噴霧装置300のすべての表面を共形的に被覆する窒化ケ
イ素244を低圧蒸着させる段階を示す、シリコン基板200の断面図である。

【図１６Ｉ】シリコン基板200上に電極246を金属付着させる段階を示す、
シリコン基板200の断面図である。

【図１７Ａ】電気噴霧装置のマスク4の平面図である。

【図１７Ｂ】二酸化ケイ素層310および312ならびにフォトレジスト層308
を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１７Ｃ】フォトレジストに304および306のパターンを形成するように
フォトレジスト層308を除去する段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１７Ｄ】領域318および320におけるシリコン基板300を露出させて二
酸化ケイ素310に204および206のパターンを形成するようにこれらの領域から二
酸化ケイ素310を除去する段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１７Ｅ】フォトレジスト308を除去する段階を示す、シリコン基板300
の断面図である。

【図１８Ａ】電気噴霧装置のマスク5の平面図である。

【図１８Ｂ】二酸化ケイ素層312上にポジティブ・ワーキング・フォトレ
ジスト326の膜を付着させる段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１８Ｃ】フォトレジスト層326の露出された領域324を除去する段階を
示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１８Ｄ】二酸化ケイ素層312の露出された領域328をエッチングする段
階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１８Ｅ】レザバー332をエッチングする段階を示す、シリコン基板300
の断面図である。

【図１８Ｆ】残りのフォトレジスト326を除去する段階を示す、シリコン
基板300の断面図である。

【図１８Ｇ】二酸化ケイ素層334を付着させる段階を示す、シリコン基板3
00の断面図である。

【図１９Ａ】ウェーハ貫通流路304を示す、電気噴霧装置のマスク6の平面
図である。

【図１９Ｂ】二酸化ケイ素層310上にフォトレジスト層308'を付着させる
段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１９Ｃ】フォトレジストの露出された領域304を除去する段階を示す
、シリコン基板300の断面図である。

【図１９Ｄ】ウェーハ貫通流路336をエッチングする段階を示す、シリコ
ン基板300の断面図である。

【図１９Ｅ】フォトレジスト308'を除去する段階を示す、シリコン基板30
0の断面図である。

【図１９Ｆ】ノズルの周りに環状空間338を形成するようにシリコン基板3
20を除去する段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図１９Ｇ】二酸化ケイ素層310、312、および334を除去する段階を示す
、シリコン基板300の断面図である。

【図２０Ａ】電気噴霧装置300のすべてのシリコン表面を被覆する二酸化
ケイ素層342を付着させる段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図２０Ｂ】電気噴霧装置300のすべての表面を被覆する窒化ケイ素層344
を付着させる段階を示す、シリコン基板300の断面図である。

【図２０Ｃ】電極346および348を金属付着させる段階を示す、シリコン基
板300の断面図である。

【図２１Ａおよび２１Ｂ】本発明によって製造されたマルチノズル装置の
走査電子顕微鏡写真画像の斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/00 Ｇ０１Ｎ 27/00 Ｚ 27/447 27/62 Ｆ 27/62 ＶＸ 30/88 Ｅ 30/88 37/00 １０１ 37/00 １０１１０３１０３Ｈ０１Ｊ 49/10 Ｈ０１Ｊ 49/10 Ｇ０１Ｎ 27/26 ３３１Ｚ３３１Ｅ３１５Ｋ (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者プロッサーシモンジェイ．アメリカ合衆国ニューヨーク州イサカ＃ピー３エフノーストリップハマーロード 2250 Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA14 CA01 DA05 EA01 EA18 GA19 GB01 GB02 GB11 GB12 2G059 AA01 BB01 CC16 DD12 EE01 EE02 EE07 2G060 AA06 AC10 AD06 AE17 FA01 HC06 KA06 4F034 AA07 BA04 BA07 BB16 CA25 DA26 5C038 EE02 EF04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一の流体流から複数の噴霧を生成する電気噴霧装置であっ
て、ａ）注入面と、ｂ）注入面に向かい合う吐出面とを有する基板を備え、基板が、ｉ）各噴霧ユ
ニットが単一の電気噴霧プリュームを生成することができ、各噴霧ユニットの入
口開口部が互いに流体連通している複数の噴霧ユニット、またはｉｉ）各噴霧ユ
ニットが複数の電気噴霧プリュームを生成することができ、各噴霧ユニットの入
口開口部が互いに流体連通している複数の噴霧ユニット、またはｉｉｉ）複数の
電子噴霧プリュームを生成することができる単一の噴霧ユニットを有しており、
流体を噴霧する一体のモノリスであり、各噴霧ユニットが、注入面上の入口開口部と、吐出面上の出口開口部と、入口開口部と出口開口部との間に延びる流路と、出口開口部を囲み、注入面と吐出面との間に位置する凹部とを備え、該基板が、ｃ）少なくとも１つの出口開口部を囲む電界を形成するように位置する電界生
成源をさらに備える電気噴霧装置。
【請求項２】基板が、各噴霧ユニットが単一の電気噴霧プリュームを生成
することができる複数の噴霧ユニットを有しており、各噴霧ユニットの入口開口
部が互いに流体連通している、請求項１記載の電気噴霧装置。
【請求項３】基板が、各噴霧ユニットが複数の電気噴霧プリュームを生成
することができる複数の噴霧ユニットを有しており、各噴霧ユニットの入口開口
部が互いに流体連通している、請求項１記載の電気噴霧装置。
【請求項４】基板が、複数の電子噴霧プリュームを生成することができる
単一の噴霧ユニットを有する、請求項１記載の電気噴霧装置。
【請求項５】複数の噴霧ユニットが、流体の単一の組み合わされた電気噴
霧プリュームを生成するように構成されている、請求項２に記載の電気噴霧装置
。
【請求項６】少なくとも１つの噴霧ユニットが、離散したままである流体
の複数の電気噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求項３記載の
電気噴霧装置。
【請求項７】複数の噴霧ユニットが、流体の単一の組み合わされた電気噴
霧プリュームを生成するように構成されている、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項８】単一の噴霧ユニットが、離散したままである流体の複数の電
気噴霧を生成するように構成されている、請求項４記載の電気噴霧装置。
【請求項９】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約１０，０００個／ｃｍ
^２の密度で吐出面上に存在する、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項１０】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約１５，６２５個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項１１】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約２７，５６６個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項１２】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約４０，０００個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項１３】噴霧ユニットの出口開口部が、に、最大約１６０，０００
個／ｃｍ^２の密度で吐出面上存在する、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項１４】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約１０，０００個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項１５】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約１５，６２５個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項１６】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約２７，５６６個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項１７】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約４０，０００個／ｃ
ｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項１８】噴霧ユニットの出口開口部が、最大約１６００，００個／
ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項１９】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約５００μｍよりも小さい、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項２０】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約２００μｍよりも小さい、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項２１】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約１００μｍよりも小さい、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項２２】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約５０μｍよりも小さい、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項２３】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約５００μｍよりも小さい、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項２４】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約２００μｍよりも小さい、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項２５】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約１００μｍよりも小さい、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項２６】噴霧ユニットの互いに隣接する出口開口部の中心間の吐出
面上の間隔が約５０μｍよりも小さい、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項２７】基板がシリコンを含む、請求項１記載の電気噴霧装置。
【請求項２８】基板が高分子である、請求項１記載の電気噴霧装置。
【請求項２９】基板がガラスを含む、請求項１記載の電気噴霧装置。
【請求項３０】電界生成源が、基板に取り付けられており、該基板に第１の電位を印加する第１の電極と、第２の電位を印加する第２の電極とを備え、第１の電極および第２電極が少な
くとも１つの出口開口部を囲む電界を形成するように位置している、請求項２記
載の電気噴霧装置。
【請求項３１】第１の電極が流体から電気的に絶縁されており、第２の電
位が流体に印加される、請求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項３２】第１の電極が流体に電気的に接触しており、第２の電極が
、吐出面上に位置している、請求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項３３】第１および第２の電極に電位を印加することによって、流
体が少なくとも１つの出口開口部から電気噴霧プリュームの形で排出される、請
求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項３４】電界生成源が、基板に取り付けられており、該基板に第１の電位を印加する第１の電極と、第２の電位を印加する第２の電極とを備え、第１の電極および第２電極が少な
くとも１つの出口開口部を囲む電界を形成するように位置している、請求項３記
載の電気噴霧装置。
【請求項３５】第１の電極が流体から電気的に絶縁されており、第２の電
位が流体に印加される、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項３６】第１の電極が流体に電気的に接触しており、第２の電極が
、吐出面上に位置している、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項３７】第１および第２の電極に電位を印加することによって、流
体が少なくとも１つの出口開口部から複数の電気噴霧プリュームの形で排出され
る、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項３８】電界生成源が、基板に取り付けられており、該基板に第１の電位を印加する第１の電極と、第２の電位を印加する第２の電極とを備え、第１の電極および第２電極が出口
開口部を囲む電界を形成するように位置している、請求項４記載の電気噴霧装置
。
【請求項３９】第１の電極が流体から電気的に絶縁されており、第２の電
位が流体に印加される、請求項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項４０】第１の電極が流体に電気的に接触しており、第２の電極が
吐出面上に位置している、請求項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項４１】第１および第２の電極に電位を印加することによって、流
体が開口部から複数の電気噴霧プリュームの形で排出される、請求項３８記載の
電気噴霧装置。
【請求項４２】第１の電極が、出口開口部から５００ミクロン以内に位置
している、請求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項４３】第１の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位置
している、請求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項４４】第２の電極が、出口開口部から５００ミクロン以内に位置
している、請求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項４５】第２の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位置
している、請求項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項４６】出口開口部が、基板に導電接触する遠位端を有する、請求
項３０記載の電気噴霧装置。
【請求項４７】第１の電極が、出口開口部から５００ミクロン以内に位置
している、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項４８】第１の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位置
している、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項４９】第２の電極が、出口開口部から５００ミクロン以内に位置
している、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項５０】第２の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位置
している、請求項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項５１】出口開口部が、基板に導電接触する遠位端を有する、請求
項３４記載の電気噴霧装置。
【請求項５２】第１の電極が、出口開口部から５００ミクロン以内に位置
している、請求項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項５３】第１の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位置
している、請求項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項５４】第２の電極が、出口開口部から５００ミクロン以内に位置
している、請求項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項５５】第２の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位置
している、請求項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項５６】出口開口部が、基板に導電接触する遠位端を有する、請求
項３８記載の電気噴霧装置。
【請求項５７】装置が、最大約２μＬ／分の流量で流体の電気噴霧を可能
にするように構成されている、請求項４記載の電気噴霧装置。
【請求項５８】装置が、約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分の流量で流
体の電気噴霧を可能にするように構成されている、請求項４記載の電気噴霧装置
。
【請求項５９】装置が、最大約２μＬ／分の流量で流体の電気噴霧を可能
にするように構成されている、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項６０】装置が、約２μＬ／分を超える流量で流体の電気噴霧を可
能にするように構成されている、請求項２記載の電気噴霧装置。
【請求項６１】流量が約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分である、請求項６０記
載の電気噴霧装置。
【請求項６２】流量が約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分である、請求
項６０記載の電気噴霧装置。
【請求項６３】装置が、最大約２μＬ／分の流量で流体の電気噴霧を可能
にするように構成されている、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項６４】装置が、約２μＬ／分を超える流量で流体の電気噴霧を可
能にするように構成されている、請求項３記載の電気噴霧装置。
【請求項６５】流量が約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分である、請求項６４記
載の電気噴霧装置。
【請求項６６】流量が約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分である、請求
項６４記載の電気噴霧装置。
【請求項６７】請求項１の複数の電気噴霧装置のアレイを備える、流体を
噴霧する電気噴霧システム。
【請求項６８】アレイ内の電気噴霧装置の密度が約５個／ｃｍ^２を超える
、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項６９】アレイ内の電気噴霧装置の密度が約１６個／ｃｍ^２を超え
る、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７０】アレイ内の電気噴霧装置の密度が約３０個／ｃｍ^２を超え
る、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７１】アレイ内の電気噴霧装置の密度が約８１個／ｃｍ^２を超え
る、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７２】アレイ内の電気噴霧装置の密度が約３０個／ｃｍ^２〜約１
００個／ｃｍ^２である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７３】アレイが該装置の一体的なモノリスである、請求項６７記
載の電気噴霧システム。
【請求項７４】少なくとも２つの装置が、それぞれの異なる流体流と流体
連通している、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７５】少なくとも１つ噴霧ユニットが、流体の複数の電気噴霧プ
リュームを生成するように構成されている、請求項６７記載の電気噴霧システム
。
【請求項７６】少なくとも１つの電気噴霧装置が、流体の単一の組み合わ
された電気噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求項６７記載の
電気噴霧システム。
【請求項７７】複数の噴霧ユニットのうちの少なくとも１つの噴霧ユニッ
トが、流体の単一の電気噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求
項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７８】複数の噴霧ユニットのうちの少なくとも１つの噴霧ユニッ
トが、離散したままである流体の複数の電気噴霧プリュームを生成するように構
成されている、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項７９】基板がシリコンを含む、請求項６７記載の電気噴霧システ
ム。
【請求項８０】基板が高分子である、請求項６７記載の電気噴霧システム
。
【請求項８１】基板がガラスを含む、請求項６７記載の電気噴霧システム
。
【請求項８２】少なくとも１つの装置が、各噴霧ユニットが単一の電気噴
霧プリュームを生成することができる複数の噴霧ユニットを有する基板を備えて
おり、各噴霧ユニットの入口開口部が互いに流体連通している、請求項６７記載
の電気噴霧システム。
【請求項８３】少なくとも１つの装置が、各噴霧ユニットが複数の電気噴
霧プリュームを生成することができる複数の噴霧ユニットを有する基板を備えて
おり、各噴霧ユニットの入口開口部が互いに流体連通している、請求項６７記載
の電気噴霧システム。
【請求項８４】少なくとも１つの装置が、複数の電子噴霧プリュームを生
成することができる単一の噴霧ユニットを有する基板を備えている、請求項６７
記載の電気噴霧システム。
【請求項８５】複数の噴霧ユニットが、流体の単一の組み合わされた電気
噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求項８２に記載の電気噴霧
システム。
【請求項８６】少なくとも１つの噴霧ユニットが、離散したままである流
体の複数の電気噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求項８３記
載の電気噴霧システム。
【請求項８７】複数の噴霧ユニットが、流体の単一の組み合わされた電気
噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求項８３記載の電気噴霧シ
ステム。
【請求項８８】単一の噴霧ユニットが、離散したままである流体の複数の
電気噴霧プリュームを生成するように構成されている、請求項８４記載の電気噴
霧システム。
【請求項８９】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約１０，０００個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８２
記載の電気噴霧システム。
【請求項９０】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約１５，６２５個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８２
記載の電気噴霧システム。
【請求項９１】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約２７，５６６個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８２
記載の電気噴霧システム。
【請求項９２】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約４０，０００個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８２
記載の電気噴霧システム。
【請求項９３】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約１６０，０００個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８
２記載の電気噴霧システム。
【請求項９４】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約１０，０００個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８３
記載の電気噴霧システム。
【請求項９５】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約１５，６２５個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８３
記載の電気噴霧システム。
【請求項９６】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約２７，５６６個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８３
記載の電気噴霧システム。
【請求項９７】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約４０，０００個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８３
記載の電気噴霧システム。
【請求項９８】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの出口開口
部が、最大約１６０，０００個／ｃｍ^２の密度で吐出面上に存在する、請求項８
３記載の電気噴霧システム。
【請求項９９】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに隣
接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約５００μｍよりも小さい、請求
項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１００】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約２００μｍよりも小さい、請
求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１０１】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約１００μｍよりも小さい、請
求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１０２】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約５０μｍよりも小さい、請求
項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１０３】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約５００μｍよりも小さい、請
求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１０４】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約２００μｍよりも小さい、請
求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１０５】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約１００μｍよりも小さい、請
求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１０６】少なくとも１つの装置において、噴霧ユニットの互いに
隣接する出口開口部の中心間の吐出面上の間隔が約５０μｍよりも小さい、請求
項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１０７】電界生成源が、基板に取り付けられており、該基板に第１の電位を印加する第１の電極と、第２の電位を印加する第２の電極とを備え、第１の電極および第２電極が少な
くとも１つの出口開口部を囲む電界を形成するように位置している、請求項８２
記載の電気噴霧システム。
【請求項１０８】第１の電極が流体から電気的に絶縁されており、第２の
電位が流体に印加される、請求項１０７記載の電気噴霧システム。
【請求項１０９】第１の電極が流体に電気的に接触しており、第２の電極
が吐出面上に位置している、請求項１０７記載の電気噴霧システム。
【請求項１１０】第１および第２の電極に電位を印加することによって、
流体が少なくとも１つの出口開口部から電気噴霧の形で排出される、請求項１０
７記載の電気噴霧システム。
【請求項１１１】電界生成源が、基板に取り付けられており、該基板に第１の電位を印加する第１の電極と、第２の電位を印加する第２の電極とを備え、第１の電極および第２電極が少な
くとも１つの出口開口部を囲む電界を形成するように位置している、請求項８３
記載の電気噴霧システム。
【請求項１１２】第１の電極が流体から電気的に絶縁されており、第２の
電位が流体に印加される、請求項１１１記載の電気噴霧システム。
【請求項１１３】第１の電極が流体に電気的に接触しており、第２の電極
が吐出面上に位置している、請求項１１１記載の電気噴霧システム。
【請求項１１４】第１および第２の電極に電位を印加することによって、
流体が少なくとも１つの出口開口部から複数の電気噴霧プリュームの形で排出さ
れる、請求項１１１記載の電気噴霧システム。
【請求項１１５】電界生成源が、基板に取り付けられており、該基板に第１の電位を印加する第１の電極と、第２の電位を印加する第２の電極とを備え、第１の電極および第２電極が出口
開口部を囲む電界を形成するように位置している、請求項８４記載の電気噴霧シ
ステム。
【請求項１１６】第１の電極が流体から電気的に絶縁されており、第２の
電位が流体に印加される、請求項１１５記載の電気噴霧システム。
【請求項１１７】第１の電極が流体に電気的に接触しており、第２の電極
が吐出面上に位置している、請求項１１５記載の電気噴霧システム。
【請求項１１８】第１および第２の電極に電位を印加することによって、
流体が開口部から複数の電気噴霧プリュームの形で排出される、請求項１１５記
載の電気噴霧システム。
【請求項１１９】第１の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位
置している、請求項１０７記載の電気噴霧システム。
【請求項１２０】第２の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位
置している、請求項１０７記載の電気噴霧システム。
【請求項１２１】出口開口部が、基板に導電接触する遠位端を有する、請
求項１０７記載の電気噴霧システム。
【請求項１２２】第１の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位
置している、請求項１１１記載の電気噴霧システム。
【請求項１２３】第２の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位
置している、請求項１１１記載の電気噴霧システム。
【請求項１２４】出口開口部が、基板に導電接触する遠位端を有する、請
求項１１１記載の電気噴霧システム。
【請求項１２５】第１の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位
置している、請求項１１５記載の電気噴霧システム。
【請求項１２６】第２の電極が、出口開口部から２００ミクロン以内に位
置している、請求項１１５記載の電気噴霧システム。
【請求項１２７】出口開口部が、基板に導電接触する遠位端を有する、請
求項１１５記載の電気噴霧システム。
【請求項１２８】少なくとも１つの装置が、約２μＬ／分の流体の流量で
電気噴霧を可能にするように構成されている、請求項８４記載の電気噴霧システ
ム。
【請求項１２９】少なくとも１つの装置が、約１００ｎＬ／分〜約５００
ｎＬ／分の流量で流体の電気噴霧を可能にするように構成されている、請求項８
４記載の電気噴霧システム。
【請求項１３０】装置が、最大約２μＬ／分の流量で流体の電気噴霧を可
能にするように構成されている、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１３１】装置が、約２μＬ／分を超える流量で流体の電気噴霧を
可能にするように構成されている、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１３２】流量が約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分である、請求項１３
１記載の電気噴霧システム。
【請求項１３３】流量が約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分である、請
求項１３１記載の電気噴霧システム。
【請求項１３４】少なくとも１つの装置が、最大約２μＬ／分の流量で流
体の電気噴霧を可能にするように構成されている、請求項８３記載の電気噴霧シ
ステム。
【請求項１３５】少なくとも１つの装置が、約２μＬ／分を超える流量で
流体の電気噴霧を可能にするように構成されている、請求項８３記載の電気噴霧
システム。
【請求項１３６】流量が約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分である、請求項１３
５記載の電気噴霧システム。
【請求項１３７】流量が約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分である、請
求項１３５記載の電気噴霧システム。
【請求項１３８】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約９ｍｍ以下
である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項１３９】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約４．５ｍｍ
以下である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項１４０】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約２．２ｍｍ
以下である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項１４１】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約１．１ｍｍ
以下である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項１４２】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．５６ｍ
ｍ以下である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項１４３】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．２８ｍ
ｍ以下である、請求項６７記載の電気噴霧システム。
【請求項１４４】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約９ｍｍ以下
である、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１４５】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約４．５ｍｍ
以下である、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１４６】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約２．２ｍｍ
以下である、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１４７】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約１．１ｍｍ
以下である、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１４８】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．５６ｍ
ｍ以下である、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１４９】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．２８ｍ
ｍ以下である、請求項８２記載の電気噴霧システム。
【請求項１５０】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約９ｍｍ以下
である、請求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１５１】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約４．５ｍｍ
以下である、請求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１５２】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約２．２ｍｍ
以下である、請求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１５３】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約１．１ｍｍ
以下である、請求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１５４】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．５６ｍ
ｍ以下である、請求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１５５】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．２８ｍ
ｍ以下である、請求項８３記載の電気噴霧システム。
【請求項１５６】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約９ｍｍ以下
である、請求項８４記載の電気噴霧システム。
【請求項１５７】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約４．５ｍｍ
以下である、請求項８４記載の電気噴霧システム。
【請求項１５８】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約２．２ｍｍ
以下である、請求項８４記載の電気噴霧システム。
【請求項１５９】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約１．１ｍｍ
以下である、請求項８４記載の電気噴霧システム。
【請求項１６０】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．５６ｍ
ｍ以下である、請求項８４記載の電気噴霧システム。
【請求項１６１】互いに隣接する装置間の吐出面上の間隔が約０．２８ｍ
ｍ以下である、請求項８４記載の電気噴霧システム。
【請求項１６２】流体の複数の噴霧を処理するシステムであって、請求項
１に記載の電気噴霧装置と、該電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置
とを備えるシステム。
【請求項１６３】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧装置の複数
の噴霧ユニットから放出された流体の電気噴霧プリュームを受ける、請求項１６
２記載のシステム。
【請求項１６４】流体の複数の電気噴霧プリュームが、電気噴霧装置の複
数の噴霧ユニットのうちの少なくとも１つから放射される、請求項１６３記載の
システム。
【請求項１６５】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧装置の単一
の噴霧ユニットから放出された流体の複数の電気噴霧プリュームを受ける、請求
項１６２記載のシステム。
【請求項１６６】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧装置の複数
の噴霧ユニットから放出された流体の液滴を受ける、請求項１６２記載のシステ
ム。
【請求項１６７】流体の複数の噴霧を受ける該装置が、該流体を受ける表
面を備える、請求項１６２記載のシステム。
【請求項１６８】表面が、電気噴霧装置から吐出される流体を受容するよ
うにそれぞれ位置決めされた複数の流体受容ウェルを有する子プレートまたはＭ
ＡＬＤＩ試料プレートを備える、請求項１６７記載のシステム。
【請求項１６９】流体の複数の噴霧を受ける該装置が質量分光測定装置で
ある、請求項１６２記載のシステム。
【請求項１７０】流体の複数の噴霧を処理するシステムであって、請求項
６７に記載の電気噴霧システムと、該電気噴霧システムから流体の複数の噴霧を
受ける装置とを備えるシステム。
【請求項１７１】流体の複数の噴霧を受ける装置が、該電気噴霧システム
の複数の噴霧ユニットから放出された流体の電気噴霧を受ける、請求項１７０記
載のシステム。
【請求項１７２】流体の複数の電気噴霧が、該電気噴霧システムの少なく
とも１つの噴霧ユニットから放射される、請求項１７１記載のシステム。
【請求項１７３】流体の複数の噴霧を受ける装置が、該電気噴霧システム
の複数の噴霧ユニットから放出された流体の液滴を受ける、請求項１７０記載の
システム。
【請求項１７４】流体の複数の噴霧を受ける該装置が、該流体を受ける表
面を備える、請求項１７０記載のシステム。
【請求項１７５】表面が、電気噴霧システムから吐出される流体を受容するようにそれぞれ位置決めされ
た複数の流体受容ウェルを有する子プレートまたはＭＡＬＤＩ試料プレートを備
える、請求項１７４記載のシステム。
【請求項１７６】流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光測定装置であ
る、請求項１７０記載のシステム。
【請求項１７７】流体の複数の噴霧を処理するシステムであって、請求項１記載の電気噴霧装置と、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を電気噴霧装
置の少なくとも１つの入口開口部に供給する装置とを備えるシステム。
【請求項１７８】システムが、ａ）電気噴霧装置の複数の噴霧ユニットの入口ユニットが第１のレザバーによ
って互いに連通しているか、ｂ）単一の噴霧ユニットの入口開口部が第２のレザバーと流体連通しているか
のどちらか一方であり、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１
つの試料を少なくとも１つの入口開口部に供給する装置が、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を該装置の
少なくとも１つのレザバーに供給する少なくとも１本の導管を備える、請求項１
１７記載のシステム。
【請求項１７９】少なくとも１本の導管が毛管、マイクロピペット、また
はマイクロチップを備える、請求項１７７記載のシステム。
【請求項１８０】少なくとも１本の導管とレザバーが間に水密シールを形
成し、少なくとも１本の導管が随意に使い捨てチップを備える、請求項１７７記
載のシステム。
【請求項１８１】少なくとも１本の導管が、複数の入口開口部に適合し、
ある入口開口部から別の入口開口部に配置換えすることができる、請求項１７７
記載のシステム。
【請求項１８２】少なくとも１本の導管を、１つの入口開口部から後退さ
せ、別の入口開口部に整列するように配置換えし、該別の入口開口部と密閉係合
するように配置して該入口開口部に流体を供給することができる、請求項１８１
記載のシステム。
【請求項１８３】溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１
つの試料を該電気噴霧装置の少なくとも１つの入口開口部に供給する該装置が、
流体に対して液体分離分析を行う、請求項１７７記載のシステム。
【請求項１８４】液体分離分析が毛管電気泳動、毛管誘電泳動、毛管電気
クロマトグラフィ、または液体クロマトグラフィである、請求項１８３記載のシ
ステム。
【請求項１８５】流体の複数の噴霧を処理するシステムであって、請求項１７７記載のシステムと、電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置とを備えるシステム。
【請求項１８６】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧装置の複数
の噴霧ユニットから放出された流体のプリュームを受ける、請求項１８５記載の
システム。
【請求項１８７】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧システムの
少なくとも１つの噴霧ユニットから放出された流体の複数の電気噴霧プリューム
を受ける、請求項１８５記載のシステム。
【請求項１８８】流体の複数の噴霧を受ける装置が、該流体を受ける表面
を備える、請求項１８５記載のシステム。
【請求項１８９】表面が、電気噴霧システムから吐出される流体を受容するようにそれぞれ位置決めされ
た複数の流体受容ウェルを有する子プレートまたはＭＡＬＤＩ試料プレートを備
える、請求項１８８記載のシステム。
【請求項１９０】流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光測定装置であ
る、請求項１８５記載のシステム。
【請求項１９１】流体の複数の噴霧を処理するシステムであって、請求項６７記載の電気噴霧システムと、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を電気噴霧シ
ステムの少なくとも１つの入口開口部に供給する装置とを備えるシステム。
【請求項１９２】システムが、ａ）電気噴霧装置の複数の噴霧ユニットの入口ユニットが第１のレザバーによ
って互いに連通しているか、ｂ）単一の噴霧ユニットの入口開口部が第２のレザバーと流体連通しているか
のどちらか一方であり、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１
つの試料を少なくとも１つの入口開口部に供給する装置が、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を該装置の
少なくとも１つのレザバーに供給する少なくとも１本の導管を備える、請求項１
９１記載のシステム。
【請求項１９３】少なくとも１本の導管が毛管、マイクロピペット、また
はマイクロチップを備える、請求項１９１記載のシステム。
【請求項１９４】少なくとも１本の導管とレザバーが間に水密シールを形
成し、該少なくとも１本の導管が随意に使い捨てチップを備える、請求項１９１
記載のシステム。
【請求項１９５】少なくとも１本の導管が、複数の入口開口部に適合し、
ある入口開口部から別の入口開口部に配置換えすることができる、請求項１９１
記載のシステム。
【請求項１９６】少なくとも１本の導管を、１つの入口開口部から後退さ
せ、別の入口開口部に整列するように配置換えし、該別の入口開口部と密閉係合
するように配置して該入口開口部に流体を供給することができる、請求項１９５
記載のシステム。
【請求項１９７】溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１
つの試料を電気噴霧装置の少なくとも１つの入口開口部に供給する該装置が、流
体に対して液体分離分析を行う、請求項１９１記載のシステム。
【請求項１９８】液体分離分析が毛管電気泳動、毛管誘電泳動、毛管電気
クロマトグラフィ、または液体クロマトグラフィである、請求項１９７記載のシ
ステム。
【請求項１９９】流体の複数の噴霧を処理するシステムであって、請求項１９１記載のシステムと、電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置とを備えるシステム。
【請求項２００】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧システムの
複数の噴霧ユニットから放出された流体のプリュームを受ける、請求項１９９記
載のシステム。
【請求項２０１】流体の複数の噴霧を受ける装置が、電気噴霧システムの
少なくとも１つの噴霧ユニットから放出された流体の複数の電気噴霧プリューム
を受ける、請求項１９９記載のシステム。
【請求項２０２】流体の複数の噴霧を受ける該装置が、該流体を受ける表
面を備える、請求項１９９記載のシステム。
【請求項２０３】表面が、電気噴霧システムから吐出される流体をそれぞれ受容するように位置決めされ
た複数の流体受容ウェルを有する子プレートまたはＭＡＬＤＩ試料プレートを備
える、請求項２０２記載のシステム。
【請求項２０４】流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光測定装置であ
る、請求項１９９記載のシステム。
【請求項２０５】流体の複数の噴霧を処理する方法であって、請求項１記載の電気噴霧装置を設ける段階と、該電気噴霧装置の少なくとも１つの入口開口部に少なくとも１つの流体試料を
供給する装置を設ける段階と、該電気噴霧装置から流体または液滴の複数の噴霧を受ける装置を設ける段階と
、流体を供給する装置から該流体を該電気噴霧装置に送る段階と、該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部から排出された流体が電気噴霧
または液滴を形成するように、該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部を
囲む電界を生成する段階と、該電気噴霧または液滴を該電気噴霧装置から受容装置に送る段階とを含む方法
。
【請求項２０６】受容装置を使用して質量分光分析、液体クロマトグラフ
ィ分析、あるいはタンパク質、ＤＮＡ、またはＲＮＡのコンビナトリアルケミス
トリー分析を行う段階をさらに含む、請求項２０５記載の方法。
【請求項２０７】流体の複数の噴霧を処理する方法であって、請求項６７記載の電気噴霧システムを設ける段階と、該電気噴霧システムの少なくとも１つの電気噴霧装置の少なくとも１つの入口
開口部に少なくとも１つの流体試料を供給する装置を設ける段階と、少なくとも１つの電気噴霧装置から流体または液滴の複数の噴霧を受ける装置
を設ける段階と、流体を供給する装置から該流体を該少なくとも１つの電気噴霧装置に送る段階
と、該少なくとも１つの電気噴霧装置内の少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開
口部から排出された流体が電気噴霧または液滴を形成するように、該少なくとも
１つの電気噴霧装置内の該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部を囲む電
界を生成する段階と、該電気噴霧または液滴を該少なくとも１つの電気噴霧装置から該受容装置に送
る段階とを含む方法。
【請求項２０８】受容装置を使用して質量分光分析、液体クロマトグラフ
ィ分析、あるいはタンパク質、ＤＮＡ、またはＲＮＡのコンビナトリアルケミス
トリー分析を行うことをさらに含む、請求項２０７記載の方法。
【請求項２０９】電気噴霧を生成する方法であって、請求項１記載の電気噴霧装置を設ける段階と、流体を入口開口部に送り込み、流路と、少なくとも１つの噴霧ユニットの出口
開口部とを通過させる段階と、該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部から排出された流体が電気噴霧
を形成するように、該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部を囲む電界を
生成する段階とを含む方法。
【請求項２１０】分光検出によって電気噴霧の成分を検出する段階をさら
に含む、請求項２０９記載の方法。
【請求項２１１】分光検出が、ＵＶ吸収、レーザ誘導蛍光、および蒸発光
散乱から成る群より選択される、請求項２１０記載の方法。
【請求項２１２】流体が、最大約２μＬ／分の流量で排出される、請求項
２０９記載の方法。
【請求項２１３】流体が、約２μＬ／分を超える流量で排出される、請求
項２０９記載の方法。
【請求項２１４】流体が、約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分の流量で排出され
る、請求項２０９記載の方法。
【請求項２１５】流体が、約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分の流量で
排出される、請求項２０９記載の方法。
【請求項２１６】質量分光分析の方法であって、電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光計である、請求項
１６２記載のシステムを設ける段階と、電気噴霧を生成するのに有効な条件で、流体を入口開口部に送り込み、流路と
、少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部とを通過させる段階と、電気噴霧を質量分光計に送り込み、それによって流体が質量分光分析を受ける
段階とを含む方法。
【請求項２１７】質量分光分析が、大気圧イオン化およびレーザ脱着イオ
ン化から成る群より選択される、請求項２１６記載の方法。
【請求項２１８】液体クロマトグラフィック分析の方法であって、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を該電気噴霧
装置の少なくとも１つの入口開口部に供給する装置が液体クロマトグラフィ装置
である、請求項１７７記載のシステムを設ける段階と、流体を液体クロマトグラフィ装置を通過させ、液体に液体クロマトグラフィッ
ク分離を施す段階と、電気噴霧を生成するのに有効な条件で、流体を水路を通し、少なくとも１つの
噴霧ユニットの出口開口部を通して入口開口部に送り込む段階とを含む方法。
【請求項２１９】質量分光分析の方法であって、電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光計であり、溶液状
または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を該電気噴霧装置の少
なくとも１つの入口開口部に供給する装置が液体クロマトグラフィ装置である、
請求項１８１記載のシステムを設ける段階と、流体を液体クロマトグラフィ装置を通過させ、液体に液体クロマトグラフィッ
ク分離を施す段階と、電気噴霧を生成するのに有効な条件で、流体を入口開口部に送り込み、流路と
、少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部とを通過させる段階と、電気噴霧を質量分光計に送り込み、それによって流体が質量分光分析を受ける
段階とを含む方法。
【請求項２２０】電気噴霧を生成する方法であって、請求項６７記載の電気噴霧システムを設ける段階と、流体を入口開口部に送り込み、流路と、少なくとも１つの噴霧ユニットの出口
開口部とを通過させる段階と、該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部から排出された流体が電気噴霧
を形成するように、該少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部を囲む電界を
生成する段階とを含む方法。
【請求項２２１】分光検出によって電気噴霧の成分を検出する段階をさら
に含む、請求項２２０記載の方法。
【請求項２２２】分光検出が、ＵＶ吸収、レーザ誘導蛍光、および蒸発光
散乱から成る群より選択される、請求項２２１記載の方法。
【請求項２２３】流体が、最大約２μＬ／分の流量で排出される、請求項
２２０記載の方法。
【請求項２２４】流体が、約２μＬ／分を超える流量で排出される、請求
項２２０記載の方法。
【請求項２２５】流体が、約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分の流量で排出され
る、請求項２２０記載の方法。
【請求項２２６】流体が、約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分の流量で
排出される、請求項２２０記載の方法。
【請求項２２７】質量分光分析の方法であって、電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光計である、請求項
１７０記載のシステムを設ける段階と、電気噴霧を生成するのに有効な条件で、流体を入口開口部に送り込み、流路と
、少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部とを通過させる段階と、電気噴霧を質量分光計に送り込み、それによって流体が質量分光分析を受ける
段階とを含む方法。
【請求項２２８】質量分光分析が、大気圧イオン化およびレーザ脱着イオ
ン化から成る群より選択される、請求項２２７記載の方法。
【請求項２２９】液体クロマトグラフィック分析の方法であって、溶液状または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を電気噴霧装
置の少なくとも１つの入口開口部に供給する装置が液体クロマトグラフィ装置で
ある、請求項１９１記載のシステムを設ける段階と、流体を液体クロマトグラフィ装置を通過させ、液体に液体クロマトグラフィッ
ク分離を施す段階と、電気噴霧を生成するのに有効な条件で、流体を水路を通し、少なくとも１つの
噴霧ユニットの出口開口部を通して入口開口部に送り込む段階とを含む方法。
【請求項２３０】質量分光分析の方法であって、電気噴霧装置から流体の複数の噴霧を受ける装置が質量分光計であり、溶液状
または流体状あるいはその組合せの少なくとも１つの試料を該電気噴霧装置の少
なくとも１つの入口開口部に供給する装置が液体クロマトグラフィ装置である、
請求項１９５記載のシステムを設ける段階と、流体を液体クロマトグラフィ装置を通過させ、液体に液体クロマトグラフィッ
ク分離を施す段階と、電気噴霧を生成するのに有効な条件で、流体を入口開口部に送り込み、流路と
、少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部とを通過させる段階と、電気噴霧を質量分光計に送り込み、それによって流体が質量分光分析を受ける
段階とを含む方法。
【請求項２３１】電気噴霧装置の単一の流体流から複数の噴霧を生成する
方法であって、ａ）注入面とｂ）注入面に向かい合う吐出面とを有しており、各噴霧ユニットの入口開口
部が互いに流体連通している複数の噴霧ユニットを有する一体のモノリスである
基板を備え、各噴霧ユニットが、注入面上の入口開口部と、吐出面上の出口開口部と、入口開口部と出口開口部との間に延びる流路と、出口開口部を囲み、注入面と吐出面との間に位置する凹部とを備え、該基
板が、ｃ）各噴霧ユニットが、該電気噴霧装置の他の噴霧ユニットから放出された
流体の噴霧と重なり合うことのできる流体の少なくとも１つの噴霧を生成する、
各出口開口部を囲む電界を形成するように位置する電界生成源をさらに備える、
流体を噴霧する電気噴霧装置を設ける段階と、流体試料からの分析物を注入面上に堆積させる段階と、注入面上に堆積した分析物を溶出流体で溶出する段階と、分析物を含む溶出流体を入口開口部に送り込み、流路と、各噴霧ユニットの出
口開口部とを通過させる段階と、各噴霧ユニットの出口開口部から排出された流体が電気噴霧を形成するように
出口開口部を囲む電界を生成する段階とを含む方法。
【請求項２３２】注入面への堆積が、流体試料を注入面に接触させる段階と、注入面上に分析物を堆積させるのに有効な条件で流体試料を蒸発させる段階と
を含む、請求項２３１記載の方法。
【請求項２３３】電気噴霧装置用の基板が、流体を噴霧する複数の噴霧ユ
ニットを有する、請求項２３１記載の方法。
【請求項２３４】流体が、最大約２μＬ／分の流量で排出される、請求項
２３１記載の方法。
【請求項２３５】流体が、約２μＬ／分を超える流量で排出される、請求
項２３１記載の方法。
【請求項２３６】流体が、約２μＬ／分〜約１ｍＬ／分の流量で排出され
る、請求項２３１記載の方法。
【請求項２３７】流体が、約１００ｎＬ／分〜約５００ｎＬ／分の流量で
排出される、請求項２３１記載の方法。
【請求項２３８】質量分光分析の方法であって、質量分光計を設ける段階と、請求項２３１記載の方法によって生成された電気噴霧を質量分光計に送り込み
、それによって流体が質量分光分析を受ける段階とを含む方法。
【請求項２３９】質量分光分析が、大気圧イオン化およびレーザ脱着イオ
ン化から成る群より選択される、請求項２３８記載の方法。
【請求項２４０】電気噴霧装置を作製する方法であって、第１の側にエッチング抵抗材料を介してフォトレジストが被覆されている、互
いに向かい合う第１および第２の表面を有する基板を設ける段階と、第１の表面上のフォトレジストを画像に曝して第１の表面上に少なくとも１つ
のリングの形のパターンを形成する段階と、少なくとも１つのリングの外側および内側にある第１の表面上の露光されたフ
ォトレジストを除去して、露光されていないフォトレジストを残す段階と、露光されたフォトレジストが除去された部分のエッチング抵抗材料を基板の第
１の表面から除去してエッチング抵抗材料に穴を形成する段階と、随意に第１の表面上に残っているすべてのフォトレジストを除去する段階と、第１の表面に第２のフォトレジスト・コーティングを被覆する段階と、少なくとも１つのリング内の第２のフォトレジスト・コーティングを画像に曝
す段階と、少なくとも１つのリング内から露光された第２のフォトレジスト・コーティン
グを除去して少なくとも１つの穴を形成する段階と、第１の表面上の第２のフォトレジスト層の少なくとも１つの穴に一致する材料
を基板から除去し、第１の表面上の第２のフォトレジスト層を通って基板内に延
びる少なくとも１つの通路を形成する段階と、任意選択で第１の基板からすべてのフォトレジストを除去する段階と、基板の第１の表面側のすべての露出された表面にエッチング抵抗層を塗布する
段階と、少なくとも１つのリングの周りにあるエッチング抵抗層を第１の表面から除去
する段階と、少なくとも１つのリングの周りの除去されたエッチング抵抗層によって露出さ
れた材料を基板から除去し、第１の表面上に少なくとも１つのノズルを形成する
段階と、第２の表面上にエッチング抵抗材料を介してフォトレジストを設ける段階と、第２の表面上のフォトレジストを画像に曝し、第１の表面のエッチング抵抗材
料に形成された少なくとも１つの穴の延長部を形作るパターンを形成する段階と
、第２の表面上の露光されたフォトレジストを除去する段階と、フォトレジストが除去された部分に一致する第２の表面上のエッチング抵抗材
料を除去する段階と、第２の表面上のエッチング抵抗材料が除去された部分に一致する材料を基板か
ら除去し、少なくとも１つの通路に連結されるのに必要な程度に基板内に延びる
レザバーを形成する段階と、基板のすべての表面にエッチング抵抗材料を塗布して電気噴霧装置を形成する
段階とを含む方法。
【請求項２４１】基板がシリコンで作られており、エッチング抵抗材料が
二酸化ケイ素である、請求項２４０記載の方法。
【請求項２４２】基板のすべての露出された表面へのエッチング抵抗材料
の塗布の後、すべての表面上に窒化ケイ素層を塗布する段階をさらに含む、請求
項２４０記載の方法。
【請求項２４３】基板の所望の領域に導電材料を塗布する段階をさらに含
む、請求項２４２記載の方法。
【請求項２４４】電気噴霧装置を作製する方法であって、第１の側にエッチング抵抗材料を介してフォトレジストが被覆されている、互
いに向かい合う第１および第2の表面を有する基板を設ける段階と、第1の表面上のフォトレジストを画像に曝して第１の表面上に少なくとも１つ
のリングの形のパターンを形成する段階と、少なくとも１つのリングの外側および内側にある第1の表面上の露光されたフ
ォトレジストを除去して、露光されていないフォトレジストを残す段階と、露光されたフォトレジストが除去された部分のエッチング抵抗材料を基板の第
１の表面から除去してエッチング抵抗材料に穴を形成する段階と、随意に第１の表面上に残っているすべてのフォトレジストを除去する段階と、第2の表面上にエッチング抵抗材料を介してフォトレジストを設ける段階と
、第2の表面上のフォトレジストを画像に曝し、第１の表面のエッチング抵抗材
料に形成された少なくとも１つの穴の延長部を形作るパターンを形成する段階
と、第2の表面上の露光されたフォトレジストを除去する段階と、フォトレジストが除去された部分に一致する第2の表面上のエッチング抵抗材
料を除去する段階と、第2の表面上のエッチング抵抗材料が除去された部分に一致する材料を基板か
ら除去し、基板内に延びるレザバーを形成する段階と、随意に第2の表面上の残りのフォトレジストを除去する段階と、第2の表面にエッチング抵抗材料を被覆する段階と、第１の表面に第2のフォトレジスト・コーティングを被覆する段階と、少なくとも１つのリング内の第2のフォトレジスト・コーティングを画像に曝
する段階と、少なくとも１つのリング内から露光された第2のフォトレジスト・コーティン
グを除去して少なくとも１つの穴を形成する段階と、第１の表面上の第2のフォトレジスト層の少なくとも１つの穴に一致する材料
を基板から除去し、レザバーを被覆しているエッチング抵抗材料に到達するのに
必要な程度に第１の表面上の第2のフォトレジスト層を通って基板内に延びる少
なくとも１つの通路を形成する段階と、第１の表面から、少なくとも、少なくとも１つのリングの周りのフォトレジス
トを除去する段階と、少なくとも１つのリングの周りの除去されたエッチング抵抗層によって露出さ
れた材料を基板から除去して、第１の表面上に少なくとも１つのノズルを形成す
る段階と、少なくとも、レザバーを被覆しているエッチング抵抗材料を、基板から除去す
る段階と、エッチング抵抗材料を塗布して基板のすべての露出された表面を被覆し、電気
噴霧装置を形成する段階とを含む方法。
【請求項２４５】基板がシリコンで作られており、エッチング抵抗材料が
二酸化ケイ素である、請求項２４４記載の方法。
【請求項２４６】基板のすべての露出された表面へのエッチング抵抗材料
の前記塗布の後、すべての表面上に窒化ケイ素層を塗布する段階をさらに含む、
請求項２４４記載の方法。
【請求項２４７】基板の所望の領域に導電材料を塗布する段階をさらに含
む、請求項２４６記載の方法。
【請求項２４８】比較的大きな、最小限に充電された液滴を装置から生成
する方法であって、請求項２の電気噴霧装置を設ける段階と、流体を少なくとも１つの入口開口部に送り込み、流路と、該電気噴霧装置の少
なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部とを通過させる段階と、該流体の電気噴霧を生成するのに必要な値よりも小さな値を持つ、出口開口部
を囲む電界を生成する段階とを含む方法。
【請求項２４９】流体に対する基板の電位電圧比が約２未満である、請求
項２４８記載の方法。
【請求項２５０】比較的大きな、最小限に充電された液滴を装置から生成
する方法であって、請求項６７の電気噴霧システムを設ける段階と、流体を少なくとも１つの入口開口部に送り込み、流路と、少なくとも1つの電
気噴霧装置の少なくとも１つの噴霧ユニットの出口開口部とを通過させる段階と
、該流体の電気噴霧を生成するのに必要な値よりも小さな値を持つ、出口開口部
を囲む電界を生成する段階とを含む方法。
【請求項２５１】流体に対する基板電位電圧比が約２未満である、請求項
２５０記載の方法。