JP2003533361A - ミクロ流体構造での蒸着相似コーティングの使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はミクロ分析的およびミクロ合成的な分析および手順を実行するための方法と装置に関する。本発明は、特に、構成要素の内部表層が、パリレンの相似コーティングを施したミクロ流体構成要素から成る、ミクロシステム・プラットフォームを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本出願は、引用により開示が本願明細書に明確に組み込まれる、２０００年５
月１５日出願された、米国暫定出願第６０／２０４，２９９号に基づいて優先権
を主張するものである。

【０００２】 （発明の分野） 本発明は、使い捨てのプラスチック・アセンブリ、特に、引用により各開示が
本願明細書に明確に組み込まれる、２０００年５月１６日に発行された米国特許
第６，０６３，５８９号明細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５
日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８
日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された
第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９
５，０５６号；および、１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１
１４号にて開示されるような、ミクロ流体システムとして参照される装置におい
て実行される、化学的および生物学的分析技術に関するものである。

【０００３】 （関連技術の背景） 多目的ミクロ流体装置の主要必要条件のうちの１つは、それが様々なタイプの
流体に対し安定しているということである。有機溶媒または酸または基本的水溶
液を含むアプリケーションでは、流体が、装置および装置内部表層を溶かしたり
、膨らませたりして、それによって分析流体の性質や、装置の性能を変えたりす
ることがないことが重要である。溶解もしくは膨張は、現在の傾向となっている
ように、装置がプラスチックから作られる場合、現実となる可能性がある。

【０００４】 これほど明確ではないが、等しく重要な、安定性の欠損は、分析流体からの分
子が装置自体に結合する場合に発生する。例えば、製薬合成物のミクロ流体血清
結合分析では、有意な量の血清や製薬合成物が、不特定に装置内部表層に結合し
ない場合にだけ、分析は正しい結合カーブを描くことになる。

【０００５】 表層を保護したり、不動態化する、多くのコーティング方法が開発されて来た
が、これらの方法は相似コーティングをほとんど生成しない。例えば、シリコン
の保護層は熱で蒸発し、開放されたプラスチック・ミクロ流体装置上へ溶着する
ことがあるが、こうした溶着は見通しであるため、深くて高い機構の均一コーテ
ィングを提供することは困難である。ミクロ流体装置上へのエポキシまたはウレ
タンの液体コーティングは、鋭い端のまわりにメニスカスを残し、凹部や溝を埋
めたり、ブリッジを形成することがあり、それによって装置の物理的構成を変え
てしまう。

【０００６】 パリレンは、障壁用、および電子的および生医学的な装置の表層変更態様コー
ティング用として供される、蒸着パラキシレン重合体のファミリーの商品名であ
る。蒸発を含む溶着方法の主要工程は、１７５℃で、そして続く熱分解は６８０
℃で、ジパラキシレンはパラキシレン・モノマーの蒸気を発生させ、２５℃です
べての暴露面に溶着して重合する。

【０００７】 標準反応装置は、蒸発チャンバーから熱分解チャンバーへ、そして最後に溶着
チャンバーへと分子を動かす、多段圧力勾配を有する。溶着および重合は、ほぼ
０．１ｔｏｒｒで起こり、この圧力でのパラキシレン・モノマーの平均自由行程
は、ほぼ１ｍｍである。こうした短い平均自由行程により、蒸気相にある分子が
溶着前に何千回も衝突することを確実にし、その結果、これによって溶着は相似
となる。典型的な層の厚みは、１０分の１ミクロンから数十ミクロンまで変動可
能であり、これは露出持続に依存して、正確に制御可能である。パリレン・コー
ティングは、水、アルコール、脂肪族炭化水素、フルオロカーボン、アミン、ケ
トン、および強酸並びに塩基を含む、広く多様な溶媒に対する良好な抗性を示す
。パリレンの特性について追加的な情報、溶着方法およびアプリケーションは、
以下に見ることが出来る：プラスチックおよびエラストマ・ハンドブック（Ｈａ
ｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ）、Ｃ
．Ａ．ハーパー（Ｈａｒｐｅｒ）、編集、ｐ．１−８２ｆｆ、マグロウヒル（Ｍ
ｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）、ニューヨーク、１９７５。

【０００８】 米国特許第６，１３８，３４９号明細書は、電子装置の保護コーティングとし
ての、パリレンの使用を開示している。この出願では、パリレン・コーティング
は周囲、潜在的に水のまたは湿気がある環境から、電気リードを絶縁し、これに
よって短絡を防止する。ハンフレイ（Ｈｕｍｐｈｒｅｙ）による「パリレンを用
いた医学基板コーティング（Ｕｓｉｎｇ Ｐａｒｙｌｅｎｅ ｆｏｒ Ｍｅｄｉ
ｃａｌ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｃｏａｔｉｎｇ）」、医学プラスチックと生体材
料、１９９６年１月、では、骨ピンおよび他の補綴ハードウェアの潤滑コーティ
ングとして、カテーテル内の導線の絶縁コーティングとして、さらに、針の内外
表面の疎水コーティングとして、パリレンの使用を報告している。

【０００９】 パリレンは、また、ミクロスケール装置内で構造を構築するためにも用いられ
る。ウェブスター（Ｗｅｂｓｔｅｒ）他、１９９８、「ミクロ加工された毛細管
電気泳動チップのための安価なプラスチック技術（Ａｎ Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖ
ｅ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃ
ａｔｅｄ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ Ｃｈｉｐｓ
）」、ミクロ全体分析システム'９８（ＭＩＣＲＯ ＴＯＴＡＬ ＡＮＡＬＹＳ
ＩＳ ＳＹＳＴＥＭＳ’９８）内、ハリソン（Ｈａｒｒｉｓｏｎ）およびファン
デンベルグ（ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｒｇ）編集（クルベル（Ｋｌｕｗｅｒ）：オ
ランダ）ｐｐ．２４９−２５２は、ミクロ流体溝の定義壁の形成にパリレン溶着
処理を用いる方法を開示している。この方法では、パリレンがポリカーボネート
基板上へ溶着し、その後、犠牲フォトレジスト層がパリレン・コーティング上へ
溶着し、その後パリレンが犠牲フォトレジスト層の３つの側面上へ溶着する。こ
の合成システムがほぼ３６時間アセトンに浸されると、フォトレジストは抜け落
ちるか、もしくは溶解し、４面を有するパリレン溝のみが後に残こることになる
。

【００１０】 従来技術では、例えば酸、塩基、および他の強力な化学薬品、または、天然産
物もしくは薬物誘導合成物などの稀な、もしくは高価な化学化合物に対する抗性
を持ち、さらに最小吸着性を有する、改良型ミクロ流体装置を開発する技術の必
要性が残されている。さらにまた、生物学的サンプルまたはその構成要素への最
小吸着性を持つ、こうした改良型ミクロ流体装置の必要性がある。本技術のこの
必要性に関連し、本発明者の何人かは、回転により前記プラットフォームを操作
する、マイクロシステム・プラットフォーム、およびミクロ操作装置を開発して
きたが、そこでは、マイクロプラットフォームに埋め込まれるミクロ溝を通る流
体運動に動機を与えるために、プラットフォームの回転から生じる求心力を利用
している。これらは、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている
、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９
号明細書、および、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国
特許出願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０
８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７
２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；およ
び、１９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号の中で開示さ
れている。

【００１１】 （発明の開示） ミクロ流体システムは、ミクロンからミリメートルまで変動する、特有の寸法
を有する溝および貯蔵槽の閉じられた相互接続ネットワーク／システムである。
流体、試薬およびサンプルを装置に導入することにより、化学的および生物学的
分析は、統合的かつ自動化した方法で実行可能である。

【００１２】 最も単純なミクロ流体システムは、溝を形成した基板に、カバーを結合させて
造られる。超音波溶接のような接着性のない結合方法が、溝の寸法が小さくなる
につれ、難しくなってきたため、接着剤または粘着テープが基板とカバーとを接
合するために、必要となっていると言えよう。残念なことに、粘着性の材料（ま
たはプラスチック基板またはカバー）によっては、流体の汚染の可能性がある。
接着剤、もしくは接着剤による吸着結合物質から浸出した妨害物質は、化学的も
しくは生化学的反応を妨げることがある。これは高温、または強い酸または塩基
が溶媒として必要となる場合、一層大きな問題となる。

【００１３】 本発明は、障壁層または表層の変更態様層を、以下の構造のミクロ流体装置の
内部、流体接触表層上に形成するための、蒸着相似コーティングの使用を記載す
る。障壁層として、本コーティングは、流体と装置構成素材との間の、物質交換
を予防する不透過性層を形成する。低温の蒸着方法の使用は、装置が製造される
ことを可能にし、その後、その最終的な形において不動態化される。この着想は
、分析の性能向上に使用可能であり、または、ディスクの構成素材と不適合な溶
媒もしくは試薬の使用を可能にするものである。

【００１４】 本発明装置の好ましい実施例は、本出願の以下のセクション、および例と請求
項において、より詳細に述べられている。

【００１５】 （好ましい実施例の詳細な説明） 本発明は、引用により本願明細書に各開示が明確に組み込まれている、２００
０年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書
、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第
０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８
，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１
９９７年１２月１９日出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１
９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて開示されているように、ミクロ
プラットフォームおよびミクロ操作装置を提供するもので、ここで、プラットフ
ォーム上のミクロ流体構造の内部表層は、障壁層または表層変更態様層をその上
に形成するための、蒸着相似コーティングを備えている。

【００１６】 本発明の目的のための、「サンプル」という用語は、分離された、もしくはよ
り複合した混合液の構成要素として検出された、もしくは先駆物質種から合成さ
れた、あらゆる流体、溶液または混合液も包含していると理解される。

【００１７】 本発明の目的のための、「求心的に動かされる流体ミクロ操作装置」という用
語は、分析遠心機およびローター、ミクロスケール遠心分離装置、特にミクロシ
ステム・プラットフォーム、および、ディスク操作装置を含むことを意図してい
るが、これは、各開示が引用により本願明細書に明確に組み込まれている、２０
００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細
書、および、共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出
願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された出願第０８
／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２
６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９
９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号、にて説明した通りであ
る。

【００１８】 本発明の目的のための、「ミクロシステム・プラットフォーム」という用語は
、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年５月１
６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号、および共同所有
で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０
６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９
９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１
９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願され
た第０９／３１５，１１４号にて説明したように、求心的に動かされたミクロ流
体アレイを含むことを目的とする。

【００１９】 本発明の目的のための、「毛細管」、「ミクロ毛細管」および「ミクロ溝」と
いう用語は、交換可能で、必要に応じて、濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）もしくは非
濡れ性（ｎｏｎ−ｗｅｔｔｉｎｇ）材から製造されると理解される。

【００２０】 本発明の目的のための、「毛細管接合」という用語は、流体の流れを遅延もし
くは促進させるために、表面力または毛細管力が利用される、毛細管もしくは他
の流通経路領域を意味すると理解される。毛細管接合は、ポケット、窪み、また
はより大きな深み（プラットフォーム層の範囲内で垂直に）、および／または、
より大きな幅（プラットフォーム層の範囲内で水平に）を有する、親水性基質内
のチャンバーとして提供され、流体工学構成要素（例えばミクロ溝）に、流体的
に接続されている。接触角度が９０°未満の液体（大部分のプラスチック、ガラ
スおよび二酸化ケイ素を伴って作られるプラットフォーム上の水溶液など）につ
いては、溝横断面が毛細管接合のインタフェースで増加するにつれ、流れは妨げ
られる。溝の断面寸法に反比例し、液体の表面張力に正比例する、毛細管圧力に
より、流れを妨げる力が生じ、溝の成分材料と接触する流体の、接触角度のコサ
インにより逓倍される。この発明に従うミクロ溝の毛細管現象に関する要因は、
引用により本願明細書に全て組み込まれている、２０００年５月１２日発行の共
同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および、１９９７年８月１２
日に出願の共同所有で出願中の米国特許出願第０８／９１０，７２６号において
議論されている。

【００２１】 毛細管接合は、少なくとも３つの方法で構成可能である。ある実施例では、毛
細管接合は、１つの構成要素の横方向の寸法の一方または両方が、他の構成要素
の横方向の寸法より大きな、２つの構成要素の接合する場所に形成される。例と
して、「濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）」もしくは「水和的（ｗｅｔｔａｂｌｅ）」
材料から作られるミクロ流体構成要素における、この種の接合は、共同所有で出
願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１，０６３
号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；そして、
１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号にて説明したよう
に、毛細管の拡大で起こる。毛細管を通る流体の流れは、この種の接合では禁じ
られる。他方、非濡れ性（ｎｏｎ−ｗｅｔｔｉｎｇ）もしくは非水和的（ｎｏｎ
−ｗｅｔｔａｂｌｅ）材から作られる構成要素の接合では、例えばチャンバーも
しくは貯蔵槽の出口から毛細管へ向かう箇所など、流体経路が収縮するところで
、流れを禁ずる毛細管接合が生じる。共通に、毛細管接合は、濡れ性システムで
は、構成要素の寸法が、毛細管などのより小さな直径から、チャンバーなどのよ
り大きな直径へと変わる時に形成されるが、これに対して、非濡れ性システムで
は、毛細管接合は、構成要素の寸法が、チャンバーなどのより大きな直径から、
毛細管などのより小さな直径へと変わる時に形成される、と理解されよう。

【００２２】 毛細管接合の第２実施例は、毛細管または流路が異なった表層処理となってい
る構成要素を用いて形成される。例えば、親水性（すなわち、水和的）溝は、疎
水性（すなわち、非水和）の分離領域を有するよう扱うことが出来る。この種の
溝内を流れる流体は、親水性領域を通って流れているが、その一方で、流動蒸気
のメニスカスが疎水性の地帯にぶつかると、流れは妨げられる。

【００２３】 本発明の毛細管接合の第３実施例では、横方向の寸法および表層特性の双方が
変化する構成要素が提供されている。この種の接合の例は、より大きな横方向の
寸法を持つ疎水性構成要素（ミクロ溝または貯蔵槽）へと繋がる、ミクロ溝開口
である。当業者は、横方向の寸法が異なる、もしくは、異なる親水性特性を持つ
、またはその双方が異なる構成要素を接続することで、本発明の毛細管接合が作
成可能であることが分かるだろう。

【００２４】 本発明の目的のための、「毛細管作用」という用語は、回転運動、もしくは、
本発明のローターまたはプラットフォーム上の流体にかけられる求心力がない場
合の、流体の流れを意味すると理解され、部分的にまたは完全に水和表層によっ
ている。

【００２５】 本発明の目的のための、「毛細管ミクロ弁」という用語は、毛細管接合から成
る毛細管ミクロ溝を意味すると理解され、そこでは、流体の流れが妨げられ、概
して、本発明のローターまたはプラットフォームの回転により作られる求心力に
よる、流体への圧力の印加により動きが与えられる。毛細管ミクロ弁は、流体に
対して接合で流体力学的圧力を増やすことにより（最も好ましくはプラットフォ
ームの回転の速度を増やすことにより）、乗り越えられる毛細管接合から成ると
理解される。

【００２６】 本発明の目的のための「流体連通の」、または、「流体的に連絡した」という
用語は、構成要素間の流体の流れを可能とするために、使用可能な状態で相互接
続する構成要素を形成することを意図している。

【００２７】 本発明のミクロプラットフォーム（好ましくは、そしてこれ以降は、集合的に
「ディスク」と称す；本発明の目的のための、「ミクロプラットフォーム」、「
ミクロシステム・プラットフォーム」および「ディスク」は、交換可能なものと
する）は、１つあるいは複数の、ミクロ合成もしくはミクロ分析システム（本願
明細書においては「ミクロ流体構造」と呼ばれる）から成るよう提供される。一
方、この種のミクロ流体構造は、本願明細書においてさらに詳述されているよう
に、関連した構成要素の組合せから成り、ディスクの回転により、構成要素間で
流体の流れを可能にするよう、使用可能な状態で相互接続している。これらの構
成要素は、後述するように、ディスクに統合したり、取り付け可能なモジュール
としてディスク上に置かれたり、接触させたり、または埋め込む形でミクロ加工
することが可能である。本発明の目的のために、「ミクロ加工される」という用
語は、サブ‐ミリメートルのスケールでこれらの構造を製造可能にする方法に関
連する。これらの方法は、成形、フォトリソグラフィ、エッチング、スタンピン
グ、さらに当業者によく知られた他の手段を含むが、それに制限されない。

【００２８】 本発明はまた、本発明のディスクを操作するミクロ操作装置を含み、そこにお
いては、ディスクは、ディスク上に流体の流れをもたらす求心力を提供するため
に、装置内で回転させられる。従って、本装置は、ディスクを回転させたり、止
めたり、ディスクの回転方向を有効に変更するために、制御回転速度でディスク
を回転させる手段を提供する。更に、本願明細書において記載されているように
、電気機械手段および制御手段は、本発明の装置の構成要素として提供される。
更に、各開示が引用により本願明細書に組み込まれている、２０００年５月１６
日に発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、および共同
所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６１
，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；
１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２
月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１９９９年５月１９日に出願
された第０９／３１５，１１４号に記載されているように、ユーザ・インタフェ
ース手段（例えばキーパッドおよびディスプレイ）もまた提供される。

【００２９】 本発明は、回転可能な、分析／合成ミクロボリューム分析プラットフォームで
あり、とりわけ適しているミクロプラットフォーム、および、回転の結果として
のプラットフォーム上の求心力に起因した、プラットフォーム上の流体運動を実
現させるため、プラットフォームを操るミクロ操作装置の組合せを提供する。本
発明のプラットフォームは、好ましくは、および利便的には円形ディスクである
；しかし、プラットフォーム上の流体に求心力を加えるため回転可能なあらゆる
プラットフォームは、本発明の範囲内にあることとなる。本発明のミクロ操作装
置は、各開示が引用により本願明細書に明確に組み込まれている、共同所有で出
願中の１９９６年１２月５日に出願された米特許出願第０８／７６１，０６３号
；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９０号；１９９７年
８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７年１２月１９日に
出願された第０８／９９５，０５６号；そして、１９９９年５月１９日に出願さ
れた第０９／３１５，１１４号に、より完全に記載されている。

【００３０】 （試薬、サンプルおよび他の流動構成要素を含む）流体の運動は、プラットフ
ォームの回転から起こる、求心的加速により制御される。流体が、あるレートで
、そしてミクロシステム上の特定のミクロ流体構造に見合った圧力の下で、流れ
るために必要な求心的加速の大きさは、プラットフォームの効果的半径、ミクロ
溝の内直径、回転方向に対するプラットフォーム上のミクロ溝の位置角度および
プラットフォームの回転速度を含み、これに限られない要因により決定される。
本発明方法の特定の実施例では、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込
まれている、２０００年５月１６日に発行された共同所有の米国特許第６，０６
３，５８９号、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米
国特許出願第０８／７６１，０６３号、１９９６年１２月１８日に出願された第
０８／７６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，
７２６号；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；１
９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号で説明したように、
未計測量の流体（サンプルか試薬溶液）がプラットフォームに適用され、計測さ
れた量は、流体貯蔵槽からミクロ溝まで動かされる。なお、好ましい実施例では
、本発明のプラットフォームに提供される流体サンプルの測定量は、約１ｎＬか
ら約５００μＬまでである。これらの実施例では、流体をミクロ流体構造の複数
の構成要素に分配するために、１つもしくは複数の測定毛細管から成る測定多岐
管が提供されている。

【００３１】 本発明のプラットフォームの構成要素は、互いに流体接触している。好ましい
実施例では、流体接触は、本発明のプラットフォームの表層から成るミクロ溝に
よって提供される。ミクロ溝のサイズは、本発明方法の特定の各実施例に要求さ
れる、特定アプリケーション、および、流体の総量および分配レートにより、最
適に決定される。ミクロ溝のサイズは、０．１μｍからディスクの厚み（例えば
、約１ｍｍ）近くまでの範囲にわたることが出来る；好ましい実施例では、ミク
ロ溝の内寸は０．５μｍから約５００μｍである。ミクロ溝および貯蔵槽形状は
、必要に応じ、台形、円、もしくは他の幾何学形でよい。ミクロ溝は、約０．１
から２５ｍｍまでの厚みを有するミクロシステム・プラットフォームに埋め込ま
れるのが適当であり、そこにおいては、プラットフォームの厚さにわたるミクロ
溝の断面寸法は１ｍｍ未満で、プラットフォームの前記断面寸法の、１から９０
パーセントであってよい。サンプル貯蔵槽、試薬貯蔵槽、反応チャンバー、コレ
クションチャンバー、検出チャンバーおよびサンプル吸排気ポートは、約０．１
から２５ｍｍまで厚みを有するミクロシステム・プラットフォームに埋め込まれ
るのが適当であり、そこにおいてプラットフォームの厚さにわたるミクロ溝の断
面寸法はプラットフォームの前記断面寸法の、１から７５パーセントまでである
。好ましい実施例では、こうした溝による液体の分配は、一時のプラットフォー
ムの一定の回転と、所望の構成要素間の流体運動を生じさせるに十分な回転速度
で達成される。

【００３２】 本発明のミクロ溝を通る流れレートは、長手方向の範囲、またはミクロ溝の経
路長、および流体の粘性に反比例し、ミクロ溝の液圧直径の二乗の結果、および
、プラットフォームの回転速度の二乗、ディスクの中心からの溝内の流体までの
平均距離、さらに、求心力に従う流体の放射範囲に正比例する。溝の液圧直径が
、溝の断面周に対する断面積の割合に比例するので、それをうまく利用すると、
溝の深さおよび幅を変化させることにより、流体の流れに影響を及ぼすことが出
来る（引用により組み込まれるダフィー（ｄｕｆｆｙ）その他、１９９８、Ａｎ
ａｌ．Ｃｈｅｍ．７１：４６６９−４６７８、および、共同所有で出願中の１９
９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／７６８，９９０号、および
１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６１，０６３号を参照）。

【００３３】 例えば、より高密度の流体は、同じ幾何学で回転のパラメータが与えられれば
、低密度の流体より速く流れる。同様に、低粘性の流体は、同じ幾何学で回転の
パラメータが与えられれば、高粘性の流体より速く流れる。ミクロ流体構造の位
置を、半径方向に沿ってずらす場合、他の全てのパラメータは維持されるものの
、それによってディスクの中心からの流体の平均距離が変化し、流れレートが影
響を受ける：結果として、中心からの距離が大きくなると、流れレートもそれだ
け大きくなる。流体の半径範囲での増加または減少は、流れレートの増加または
減少を導く。これらの従属性は、全て線形である。液圧直径の変化は、直径がよ
り大きくなると流れレートもより大きくなることと相俟って、流れレートは、結
果として液圧直径の四乗に依存することになる（もしくは、流体の流速は、液圧
直径の二乗に依存する）。最後に、回転レートの増加は、結果として流れレート
または流体の流速の二乗の増加となる。

【００３４】 こうしたプラットフォームから成る、ディスクおよびミクロ流体構成要素など
の、本発明のプラットフォームは、様々な組成物や特定アプリケーションに適し
た表層コーティングを施されて、利便的に提供される。プラットフォーム組成物
は、構造上の必要条件、製造プロセスおよび試薬互換性／耐薬品性特性の関数で
ある。具体的には、プラットフォームは、シリコン、二酸化ケイ素、石英、不活
性金属などの無機結晶性もしくはアモルファス材料、または、ポリ（メタクリル
酸メチル）（ＰＭＭＡ）、アセトニトリル・ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、
ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリプロピ
レン、および、メタロセンなどの、プラスチック様の有機材料から作成される。
これらが、下記のように変更されずに、もしくは修正された表層により使用可能
である。プラットフォームは、また、ポリウレタンおよびポリ（ジメチルシロキ
サン）（ＰＤＭＳ）のような熱硬化性材料から作成可能である。また、これらの
材料の複合物または組合せで出来ているプラットフォームも、本発明によって提
供される；例えば、内部にプラットフォームの検出チャンバーを含む、光学上透
明なガラス表層を埋め込んだ、プラスチック材料のプラットフォーム生産物、あ
るいは、異なる材料から作られた層から成るプラットフォームなどが、作成可能
である。引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれている、２０００年
５月１６日発行された共同所有の米国特許第６，０６３，５８９号明細書、およ
び共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出願第０８／
７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７６８，９９
０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号；１９９７
年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；および、１９９９年５
月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて開示したように、これらの
材料の表層の特性は、特定アプリケーションのために修正可能である。

【００３５】 ディスクは、例えば、プラスチック、二酸化ケイ素、石英、金属またはセラミ
ックから作られたプラットフォーム上に、ミクロ加工された機械的、光学的、流
体制御の構成要素部品を組み入れることが好ましい。より詳細に後述するように
、これらの構造は、鋳造、フォトリソグラフィ、エッチング、スタンピング、も
しくは、他の適切な手段で、ミリメートル未満のスケールで作成される。また、
ミクロ流体構造および貯蔵槽の個々の組合せ、または共有されるこうした貯蔵槽
が、流体的に提供される、複数のミクロ流体構造から成るプラットフォームが、
本発明の範囲内にあることが認識される。

【００３６】 最も単純なミクロ流体システムは、溝、特にミクロ溝を形成した基板に、カバ
ーを結合させて造られる。超音波溶接のような接着性のない結合方法が、溝の寸
法が小さくなるにつれ、難しくなってきため、接着剤または粘着テープが基板と
カバーとを接合するために必要となっていると言えよう。残念なことに、粘着性
の材料（またはプラスチック基板またはカバー）によっては、流体汚染の可能性
がある。接着剤、もしくは接着剤による吸着結合物質から浸出した妨害物質は、
化学的もしくは生化学的反応を妨げることがある。これは高温、または強い酸ま
たは塩基が溶媒として必要となる場合、一層大きな問題となる。

【００３７】 プラットフォームの加工製作および組立 ミクロ流体装置内の障壁層としてのパリレン：

【００３８】 従来技術における課題は、引用により各開示が本願明細書に明確に組み込まれ
ている、２０００年５月１６日に発行された米国特許第６，０６３，５８９号明
細書、および共同所有で出願中の１９９６年１２月５日に出願された米国特許出
願第０８／７６１，０６３号；１９９６年１２月１８日に出願された第０８／７
６８，９９０号；１９９７年８月１２日に出願された第０８／９１０，７２６号
；１９９７年１２月１９日に出願された第０８／９９５，０５６号；および、１
９９９年５月１９日に出願された第０９／３１５，１１４号にて説明されている
ように、プラスチック遠心ミクロ流体ディスク上での増加実行における、ポリメ
ラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）生成物の乏しさ（または減少）である。問題の原因と
なった可能性のあるものの１つに、何らかの方法でＰＣＲ反応を妨げ得た、ディ
スク構造に用いられた粘着テープがあげられる。この仮説は、優先してディスク
の露出した粘着テープに結合される、臭化エチジウム、陽イオン、ＤＮＡ結合染
料の観測によって裏付けられた。粘着テープは、アクリルもしくはメタクリル酸
から形成される重合体を含む接着性配合から構成することが出来る。中性ｐＨで
、これらのグループは、イオン交換部位として利用可能で、それらの陽子を臭化
エチジウムなどの溶液の陽イオンと交換した。ＰＣＲの間、このイオン交換は、
溶液中のマグネシウム濃度を減少させることが可能で、同時にｐＨを低下させる
ことが出来た。

【００３９】 単純な実験では、粘着テープのサンプルをビーカーに置き、脱イオン水を加え
た。５分後、ｐＨは粘着テープを有しないコントロールより、２単位低くなった
。次の実験では、ディスクとの接触前後で、サンプルのマグネシウム濃度を調べ
たが、ディスクに置かれたサンプルで、マグネシウム濃度が減少することが判明
した。これらの結果は、テープとサンプルとの接触を最小化した、ディスク製造
方法の必要性を提示したことになる。

【００４０】 本発明は、この接着剤関連の課題の解決を提供する：内部流体多岐管をパリレ
ンでコーティングすることで、流体およびテープ間に不透過性障壁を提供する。
蒸着パリレンが、開放装置に相似コーティングを形成することは、本技術で公知
である。本発明は、予め組み立てられたミクロ流体装置をコーティングするため
、パリレン蒸着処理を用いることを開示するものである。

【００４１】 ここで議論される予め組み立てられた装置に対し、パラキシレン蒸気は、いく
つかのサンプルおよび試薬入力ポート、および空気ベントを通って、各ミクロ流
体多岐管に導入される。なお、典型的なミクロ流体装置では、ポートは、標準の
ピペット先端に対応しており、１ｍｍから５ｍｍの断面寸法を有し；空気ベント
は、１ｍｍに近い直径を有し；流体の輸送、測定、混合およびミクロ流体装置内
の他の処理ステップを可能にする溝は、５μｍから１ｍｍの断面寸法、および１
ｍｍから数百ミリメートルの長さを有し；試薬貯蔵槽、検出キュベットおよび他
のチャンバーの典型的な寸法は、１ｍｍから１０ｍｍの深さおよび直径を有する
。ミクロ流体装置へのモノマー拡散のための追加的な手段は、多くの場合、装置
の機能、性能に障害を生じさせることのない、追加的なベントを含ませることに
より提供可能である。モノマー様の蒸気が、露出した表層に重合するとき、ポリ
（パラキシレン）が形成されることは、本技術で公知である。装置が光学的に透
明な場合、ミクロ流体装置の内部表層を目視可能である。１００ｎｍと数ミクロ
ンとの間のコーティングの適用は内部表層からの干渉色の視覚的出願を通して検
出可能である。

【００４２】 本発明は加えて、制限されない例により、教示される。 例１ ミクロ流体装置は、コンピュータ制御フライス盤ベンチマン（Ｂｅｎｃｈ ｍａ
ｎ）ＶＭＣ−４０００、ライトマシーンズ（Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ）社
、マンチェスター、ニュー・ハンプシャー）および直径が２５０μｍから１．６
ｍｍまでの範囲のエンドミルの選択を用いて、アクリル・シート（ＰＭＭＡ、Ｉ
ＣＩアクリクス（Ａｃｒｙｌｉｃｓ）、セントルイス、ミズーリ）の注型から加
工された。機械加工されたアクリルの表層は、塩化メチレン蒸気により艶出しさ
れ、その後両面テープ（７９５３ＭＰ、３Ｍ、ミネアポリス、ミネソタ）層によ
り封止され、その後透明ポリエステル・シートで裏打ちされた。加工された装置
は、ディスクの形状であり、遠心ミクロ流体分析法を実行するために用いられた
。

【００４３】 組み立ての後、ディスクはパリレンでコーティングされた。パリレンは９つの
ポートを通してミクロ流体多岐管内に拡散可能である：ディスクの内径付近の３
つのサンプルおよび試薬ポート、およびディスクの外径付近の２つの試薬ポート
は、各々、周囲環境に対して２ｍｍの開口部を備えていた；反応キュベットは、
周囲環境に向かう直径１ｍｍのベントで終了する、幅５００μｍ×深さ２５０μ
ｍ×長さ１ｃｍの溝に接続していた。幅２５０μｍ×深さ２５０μｍ×長さ５ｍ
ｍの空気ベントにより多岐管に接続した、直径１ｍｍの空気ベントから成る残留
蒸気入力手段。反応装置に置かれた試験クーポンは、パリレンがほぼ２５μｍ、
ディスクの外表層上へ溶着したことを示した。ミクロ流体多岐管内全体での干渉
色の目視は、実際に、パリレンがミクロ流体装置の内部表層をコーティングした
ことを明示している。干渉色の色調は、ミクロ流体多岐管の内部表層が、厚さが
１から数ミクロンのコーティングを施されたことを示唆するものである。

【００４４】 パリレンがコーティングされたディスクは、ディスク内でＰＣＲ反応を実行さ
せることにより、機能的に試験された。これらの機能試験は、サンプル、溶解バ
ッファ、およびディスクに対する適当な液体試薬をロードし、その後ディスクを
、標準の熱サイクルプロフィールに晒すことから成る。これらの実験は、予想さ
れるＰＣＲ生成物の良好な増加を示した。蛍光顕微鏡検査を用いたＰＣＲ生成物
量の計量では、生成物の産出が、熱サイクラの制御実行のそれより、９０％良好
であることを示した。パリレンを用いない以前の実験では、結果として、多くて
５０％までの生成物産出に留まった。

【００４５】 前述の開示が、本発明の特定の実施例を強調することおよびそれに対するあら
ゆる変更、もしくは同等の代替は、本発明の意図と範囲内においてであることを
、理解されなければならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，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，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ミクロ溝により流体的に接続した、複数のミクロ流体構成要
   素を含み、ここで、ミクロ流体構成要素およびミクロ溝の各々は、ミクロ流体構
   成要素の組合せが多岐管を形成し、その多岐管がポートとベントを介して周囲大
   気へと連通し、各内部表層がパリレンの相似のコーティングで被覆された、内部
   表層を含んでいるミクロ流体なプラットフォーム。
2. 【請求項２】 パリレンの蒸着を用いて、請求項１に記載の予め組み立てら
   れた装置を生産する方法。
3. 【請求項３】パリレン・コーティングが流体とミクロ流体多岐管素材との間
   の不透過性障壁として役立ち、それによって、生化学分析を強化する、請求項１
   に記載の装置。
4. 【請求項４】 粘着テープが封止および組み立ての目的で用いられる、請求
   項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 パリレン・コーティングが、流体とミクロ流体多岐管素材と
   の間の不透過性障壁として役立ち、それによって、ＰＣＲ増加分析の性能を強化
   する、請求項１に記載の装置。