JP2004526944A - 延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置とそれを使用する分析方法 - Google Patents

Abstract

断面を減らすために、構成要素のアレイを有するバルクプレフォームから延伸されるマイクロチャンネルアレイ装置。断面が減らされた繊維状構造を切断して、小さなスケールの個々のアレイを作る。エンドキャップは延伸され、任意にマイクロ機械加工される。エンドキャップはマイクロチャンネルアレイと共に使用する、入口及び出口ポート及び他の構造を提供するために使用される。マイクロチャンネルアレイは、分析用の異なったエンドキャップと共に使用でき、ラボ・オン・ア・チップ又はその構成要素を形成できる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にマイクロチャンネル配列構造体に関する。より具体的には本発明は、マイクロチャンネル配列をつくるために、バルクプレフォームを延伸して作られる装置と、そのような構造体を使用する分析方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
迅速で、正確で低廉な分析技術に対する需要が増えるに従って、より小さな分析装置の開発機運が高まっている。そのような小さな装置は単一の実験室で同時に何百、何千の実験を行うことを可能にし、これまでは不可能又は非現実的な結果の達成が可能になる。例えば、コンビナトリアル化学者は現在、通常の１つの従来の合成を行うのに必要な時間と材料の一部を使用して、同時に何千もの合成を行うことができる。医薬品研究者、ＤＮＡ分析者及び他の生物学者及び化学者はラボ・オン・ア・チップ・テクノロジー（チップ上の実験室の技術）の革命から恩恵を受けている。
【０００３】
これを可能にするために、ラボ・オン・ア・チップ装置は一般的に平坦な基板上に作られたミクロな流動体系からなる。基板は一般に所望の用途に従って選択され、酸、塩基、塩、過激な温度、温度変化及び／又は使用する電磁場に抵抗性であるように選ばれ得る。さらに基板は実施される実験の一部として使用されるいかなる化学品にも比較的無反応でなければならない。そのような基板の例にはガラス、溶融シリカ、石英の結晶、シリコン、ダイアモンド及び各種の高分子が含まれる。基板は用途に応じて不透明又は透明である。例えばプロセスをモニターするために光学的検出を使用する場合は、信号の伝達を可能にするために透明な基板が望ましい。
【０００４】
多くの場合、ラボ・オン・ア・チップは基本的に基板の表面又は内部の複数のチャンネルからなる。通常のチャンネルは深さが約１０μｍ、幅が約６０μｍである。
【０００５】
従来、ラボ・オン・ア・チップ装置はマイクロプロセッサ及び他の小規模の電子デバイスを作るのに使用される技術に類似した技術を使用して作られている。例えば写真平板、化学的エッチング、プラズマ蒸着、イオンビーム蒸着、スパッタリング、化学蒸着及び半導体産業で一般的に使用されている他の技術を使用するのが普通である。このような技術はコストが高くなりがちで、資本集約的である。１つの写真平板システムのコストは、関連したクリーンルーム、振動分離構造及び類似構造物を含めないで２０００万ドルにもなる。
【０００６】
更に写真平板は高いアスペクト比又は真っ直ぐな壁を有するチャンネルを首尾よく作ることができず、本来生産速度が低く、一般に硼化珪素又はプラスティックのような低品質の材料を使用する。
【０００７】
上に記載した製造方法の代わりに、レーザドリリング,マイクロミリング及び類似の技術又は射出成型、マイクロキャスティング又は他のキャスティング技術のようなマイクロマシニング技術を使用できる。これらの技術は一般に遅く、現在の技術の限界にある、極端に高精度の機械操作を含んでいる。
【０００８】
光ファイバーの製造では、純粋なシリカ管は、化学蒸着として周知の方法によって内部表面に蒸着され、ドープされたシリカ層を有する。この管は加熱されて、堅いロッドへと潰される。ロッドは加熱され、延伸され、長さを大幅に増加し、断面積を減らし、柔軟な光ファイバーが作られる。
【０００９】
ある用途では、ガラスロッドは、例えばピペットとして使うために延伸するに先立って、その中に孔が形成される。延伸されたファイバーは引き伸ばされた孔で形成された管を有する。その管はファイバーの長さに沿って延在する。
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、その中にチャンネルを有するプレフォーム体を形成し、プレフォーム体を延伸してその断面を減らし、プレフォーム体の長さを増加して伸ばされたアレイを形成し、伸ばされたアレイを所望の長さに切断することによって、マイクロチャンネルアレイ装置を提供することにより上に特定したニーズを取り扱う。
【００１１】
本発明の他の態様は、複数の試料成分を、長さを有し、その中に少なくとも２つの延伸されたチャンネルを有する、延伸された基板に導入することによって分析する方法を含む。延伸されたチャンネルは長さに平行な方向に延び、基板は延伸されたチャンネルと協調関係に配置された入口と出口を含む。
【００１２】
本発明の他の態様は、複数の試料成分を分析するための装置であって、長さのある基板を含み、該基板がその中に形成された少なくとも２つの延伸されたチャンネルを有する、上記装置を含む。延伸されたチャンネルは長さに平行な方向に延びている。装置は少なくとも１つのエンドキャップチャンネルを有する少なくとも１つエンドキャップ基板を有し、少なくとも１つのエンドキャップチャンネルが選ばれた延伸されたチャンネルの１つ、複数の延伸されたチャンネル及び／又は他のエンドキャップチャンネルと液体で連絡している。
【００１３】
本装置はラボ・オン・ア・チップ装置に採用され得る。
【００１４】
本発明の他の態様は、その中に少なくとも１つのチャンネルと少なくとも１つの光学導波路プレフォームを有し、プレフォーム体の長さに沿って延びるプレフォーム体を提供し、実質的に少なくとも１つのチャンネルの断面の幾何学的形状を維持しながら少なくとも１つのチャンネルの長さが伸ばされるように、及び少なくとも１つの光学導波路プレフォームの断面の幾何学的形状を維持しながら少なくとも１つの光学導波路プレフォームの長さが伸ばされるように、プレフォーム体を延伸し、その長さを伸ばし、及び延伸されたプレフォーム体を所望の長さに切断することを含む方法によって製造される延伸された基板を含む。
本明細書中に組み入れ、その一部を構成する添付図面は本発明の態様を示し、明細書の記載とともに、本発明の目的、利点及び原理を説明する。
【００１５】
（好ましい態様の説明）
以下の記載において、制限する目的ではなく、説明する目的で、本発明の完全な理解を提供するために、特定の構成要素、技術等の特定の詳細を示す。しかし、本発明はこれらの特定の詳細から離れて他の態様で実施できる。いくつかの例では、本発明の記載が不明瞭にならないように、周知の装置の不必要な詳細な記載を省略する場合がある。
【００１６】
本明細書中では次の定義を用いる。
延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置：延伸されたチャンネル、エンドキャップ、光学導波路、光ファイバー、レンズ、リフレクター及び入口のいずれかからなる完全な構造体。
延伸プロセス：ブロック又はロッドの形態の基板が延伸され、通常加熱下で、それを長さに沿って伸ばし、断面積を所望のサイズに減らすプロセス。
プレフォーム体：延伸プロセスによって、その断面積が減らされる前の機械化されたチャンネル、又はその他の方法で形成されたチャンネルを有する最初の基板。
チャンネル：延伸する前の基板中のチャンネル。
延伸された基板：プレフォーム体から延伸された材料の物体。
延伸されたチャンネル：延伸された基板内のチャンネル。
エンドキャップ基板：延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の機能を増強するために、延伸された基板又は他のエンドキャップのいずれかに取り付けられた材料の物体。エンドキャップ基板は入口、混合室、液体導管及び分析技術に使用される他の構造を含む。
エンドキャップチャンネル：エンドキャップ基板内のチャンネル。
ポート、出口及び入口：チャンネル基板又はエンドキャップ基板内に機械加工された、又は他の方法で形成されたチャンネル以外の追加の開口。これらのポートは延伸されたチャンネル及びエンドキャップチャンネルを延伸された基板及びエンドキャップ基板の外のインターフェースと液体で連絡する。ポートは一般にチャンネル自身から１度から９０度の間の角度でチャンネルに連結する。
液体連絡：導管が十分に連結され、そこを通って液体が流れることができる状態。
導管：延伸されたチャンネル、エンドキャップチャンネル又は入口のいずれでもよい。
断面の幾何学的形状：上から軸方向に見た、プレフォーム体、延伸された基板、又はエンドキャップ基板の形状。尺度が異なる同じ形状の類似の幾何学的形状を含む。
光学導波路プレフォーム：延伸プロセスによってその断面積が減らされる前のバルクフォームにおける初期光学導波路。これは上に記載したプレフォーム体に埋め込まれ、チャンネルと同時に延伸される。
延伸された光学導波路：延伸プロセスを受けた後の光学導波路。
リフレクター：基板内で光が反射して基板又はチャンネルに戻るように設計された、延伸された基板、又はエンドキャップ基板の外部表面上又はチャンネルの内部表面上の形状。リフレクターは通常銀を含む反射コーティングでコーティングされるが、銀に限定されない。
外部壁：延伸された基板、又はエンドキャップ基板の外部表面。
内部壁：それぞれ、延伸されたチャンネル又はエンドキャップチャンネルの境界を画定する末端を形成する延伸された基板又はエンドキャップ基板のいずれかの内部表面。
チャンネルスペーシング：延伸された基板又はエンドキャップ基板のいずれかの中のチャンネル間の距離。
回転配置：長さの軸上で回転した時の他のチャンネルに関してのチャンネルの配置。これは延伸されたチャンネル又はエンドキャップチャンネルのいずれかに適用できる。
角度配置：長さに対して半径方向に回転したときの他のチャンネルに関してのチャンネルの配置。これは延伸されたチャンネル又はエンドキャップチャンネルのいずれかに適用できる。
配置溝：延伸されたチャンネルに対して電極、光ファイバー、レンズ、検出器、伝送装置、ワイアー又は他のミクロな電子機械的デバイスの機械的な配置を可能にする延伸された基板又はエンドキャップ基板の表面の溝又は突起。
光アイソレーター：選ばれた延伸されたチャンネル又は延伸された基板又はエンドキャップ基板の他の領域が、他のチャンネル、領域又は外部領域から光学的に遮蔽されるように、光の所望の波長を濾過する材料の領域。
光ファイバー：延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置に挿入又は取り付けられた別に延伸された光ファイバー。
検出：延伸されたチャンネル又はエンドキャップチャンネル中のこれらチャンネルの１つの中の特定の場所での分析検体量の定量。
【００１７】
図１を参照して、本発明の延伸された基板１０を示す。延伸された一連のチャンネルが、延伸された基板１０の面１４にわたって配列される。この例では延伸された基板１０は、長さが約１０ｃｍ、高さが約１０００μｍ、幅が約１５００μｍである。各延伸されたチャンネル１２は幅が約５０μｍ、高さが１５０μｍである。
【００１８】
一般的に断面積が０．０００１ｍｍ²から１ｍｍ²、好ましくは０．００２５ｍｍ²から０．２５ｍｍ²、最も好ましくは０．００５ｍｍ²から０．０２５ｍｍ²のチャンネルのアレイを作ることが好ましい。
【００１９】
このアレイを形成するために、類似の比率を有するが、より大きなサイズのプレフォーム体を作る。プレフォーム体は延伸されたチャンネルに対応したチャンネルを含んでいる。プレフォーム体は炉中で加熱延伸され、長さに沿ってそれを伸ばし、その幾何学的形状を維持したまま、断面積を所望のサイズに減らす。即ち、最終の延伸された基板の断面は最初のプレフォーム体の断面に類似し、本質的にサイズだけが異なる。延伸速度を制御して、得られる断面積を先細のような構造の形成が可能なように制御できる。厚さのモニターを提供するのが好ましい。厚さのモニターは延伸プロセスに制御信号を供給し、一定又は適切に変化した断面が製造できる。
【００２０】
延伸されたアレイはコーティングを必要としないが、光ファイバーに行われるように、延伸されたアレイ上に保護のコーティングを施すことができる。使用目的に応じて、各種のコーティングが使用できる。コーティング用の材料は例えばポリイミド、アクリレート、フッ素化アクリレート、シリコン、金属又は光学的被覆（ｃｌａｄｄｉｎｇ）から選択できる。複数のコーティング又は単一コーティングの多層コーティングを使用するのが望ましい。必要ならば、コーティングを硬化オーブン中で硬化することができる。延伸された基板よりも低い反射係数のコーティングが選ばれた場合は、延伸された基板は、光導波路として働くことができる。延伸された配列が柔軟な場合は、巻き取りドラムに巻き取ることができる。
【００２１】
延伸された基板がそこから形成されるプレフォーム体は、例えばガラス、熱可塑性重合体及びセラミックを含む多様な材料から作られ得る。多くの場合、溶融シリカ又は石英が好ましい材料である。これらの材料は高強度、ＵＶ波長を含む良好な光透過性、高い均質性及び低い蛍光性を提供する。加えて、そのような材料は、一般に延伸された光学構成要素の製造に用いられているので、加熱時及び延伸時の挙動は合理的に理解できる。
【００２２】
替わりの延伸された基板１０’を図２に示す。図２の延伸された基板１０’は図１の延伸されたチャンネル１２に類似した寸法の延伸されたチャンネル１２’の環状アレイを有する。さらに中央通し孔１６が提供されている。中央通し孔１６は機械連結器を収納し、光信号を孔に投射し、孔から光信号を送信し、又は延伸された基板の１つの末端から他の末端への物質の通過を可能にするために使用される。
【００２３】
図３ａに延伸されたチャンネルの幾つかの可能な形状を説明する延伸された基板２０を示す。丸いチャンネル２２、矩形のチャンネル２４、三角のチャンネル２６及び卵形のチャンネル２８を示す。図３ｂは先細部分３２を有する延伸されたチャンネル３０を有する延伸された基板２０’の例を示す。先細部分は、延伸された基板の製造中の延伸速度、延伸張力、延伸温度及び延伸圧力等の各種の延伸パラメーターを変化させて形成される。延伸されたチャンネルの断面を変えながら、所望の外部断面を製造するために、延伸プロセス後に延伸された基板を機械仕上げする必要がある場合がある。図４ａ-ｊは同様に延伸されたチャンネルと延伸された基板の断面を例示的に示す。示した延伸された基板は図１に示したように、同一の断面の延伸されたチャンネルを採用してもよく、図３に示したように、各種の断面を採用してもよい。
【００２４】
内部及び外部の壁はレンズとして作用するために採用できる。つまり、延伸されたチャンネル又は延伸された基板の断面の形状は、少なくとも１つの壁がレンズを形成するように選ばれる。例えば、図４ｆは１つの側で凸面レンズを、他の側で凹面レンズを有するチャンネルを示す。これは光学的検出器が採用される場合に特に有用である。壁の湾曲は壁を通過する光の適切な焦点又は非焦点を提供するために選択される。反対に真っ直ぐな壁は、あったとしても、レンズ効果は僅かである。延伸されたチャンネルの形は、同様に例えば試料の容積を最大にするために、又は延伸されたチャンネルを通って液体が流れる速度を変えるために選択できる。同様に、内部又は外部壁の一部はリフレクターとして作用する。壁の反射率を増すために、特別な形状を選んでも良い。然し、屈折係数の変化によって生じた反射率を上回る壁の反射率の増加のためには、壁は銀を含む反射コーティングでコーティングされているのが好ましいが、これに限定されない。
【００２５】
図５ａ−ｅは延伸された基板とともに使用される一連のエンドキャップ基板を示す。エンドキャップ基板は、延伸されたチャンネルとの液体の連絡を提供するために設計された入口であるエンドキャップチャンネルを組み込むことができる。エンドキャップ基板はバルブ、スィッチ、入口、混合室又はラボ・オン・ア・チップ装置になるミクロな構造を含んでも良い。更にエンドキャップ基板は末端の構造であってもよく、あるいは図７から１０、図１７及び１８の制限的でない例に示したように、延伸されたミクロチャンネルアレイ装置と分析装置の間のインターフェースとして用いても良い。
【００２６】
図５ａは、単純に８個の真っ直ぐな丸いエンドキャップチャンネル５２を含むエンドキャップ基板５０を示す。この型のエンドキャップは延伸された基板そのものと同じ方法で製造し、所望の長さに切断できる。図５ｂは３つのエンドキャップチャンネル５６を有するエンドキャップ基板５４を示す。各チャンネル５６は更にサイドポート５８を含む。エンドキャップ基板５４及びチャンネル５６は延伸プロセスによって作れるが、サイドポート５８は、例えば延伸の方向と直角であるので、追加の機械加工工程を要する。同様に、図５ｃは３つのエンドキャップチャンネル６２とサイドポート又はエンドキャップ基板６０中に機械加工されたチャンネル６４を有するエンドキャップ基板６０を示す。図５ｂに示した、サイドポート５８と異なり、図５ｃのチャンネル６４はエンドキャップ基板６０の表面に存在し、従って各チャンネル６４は半円形の樋を形成する。図５ｄは３つのエンドキャップチャンネル７２を有するエンドキャップ基板７０を示す。各チャンネル７２は１つの末端７４の直径が他の末端７６の直径よりも大きいように先細にされている。先細のポート７２を作るために、種々の延伸速度、機械的加工、レーザー機械加工又は化学エッチングを用いてポートを形成してもよい。図示した先細のポートを有するが均一な外部断面を有するエンドキャップ基板７０を作るために、外部を機械加工することができる。図５ｅは毛細管、ピペット、又は容器として使える大容量先細７８を有する類似のエンドキャップを示す。図５ｅのエンドキャップは、例えば先細で接合された２つの一定の断面として形成できる。
【００２７】
図６ａ及び６ｂは、完全なマイクロチャンネルアレイ装置を作るために延伸された基板とともに、エンドキャップ基板が如何に使用されるかを示す。図６ａで、この場合、延伸された基板８０は、矩形の断面の幾何学形状を有する、３つの延伸されたチャンネル８２を含む。チャンネル８２の１つの断面８３を例示的に示す。各延伸されたチャンネル８２の末端で、機械加工された横のチャンネル８４が提供されている。特別な用途では、各横のチャンネルの１つの末端８６は廃物ポートとして使用でき、他方他の末端８８は分析ポートとして働く。エンドキャップ基板９０は、延伸された基板８０の延伸されたチャンネル８２の中央部分に配列されている３つのチャンネル９２を含む。エンドキャップ基板９０の３つのチャンネル９2は緩衝ポートとして作用し、緩衝ポート８８、廃物ポート８６及び延伸された基板８０の延伸されたチャンネル８３と液体連絡している。エンドキャップ基板９０及び延伸された基板８０は融合及び接着結合を含む任意の適切な方法で連結されている。エンドキャップ基板９０及び延伸された基板８０は光ファイバーと類似の材料と構造であるので、本発明において、この分野で使用される接合技術を採用できる。
【００２８】
図６ｂに示すように、延伸されたチャンネル経路長に柔軟性を与えるために、エンドキャップ基板とエンドキャップチャンネルを用いても良い。幾つかの延伸されたチャンネル９８を有する延伸された基板９６は、例えば約２０ｃｍの長さである。例えば毛細管電気泳動法のようないくつかの用途では、１００ｃｍの長さの毛細管の使用が望ましい場合がある。隣接した延伸されたチャンネル９８に沿って流れを再度方向付ける各末端上で、エンドキャップ基板１００を使用することで、５つの２０ｃｍの延伸されたチャンネルによって所望の１００ｃｍの長さを提供できる。更に、同一の延伸された基板９６を使用して、異なったエンドキャップ基板１００を提供することによって、例えば２つの４０ｃｍの延伸されたチャンネル又は１つの４０ｃｍと１つの６０ｃｍの延伸されたチャンネルを作ってもよい。
【００２９】
図７は第二のエンドキャップと延伸された基板の組み合わせである。延伸された基板１００は中心軸の周りに半径方向に配列した４つの延伸されたチャンネル１０２を組み込んでいる。各延伸されたチャンネル１０２は、延伸された基板１００の末端１０６に機械加工又は他の方法で形成された関連導管１０４を有する。１つのチャンネルの断面１０５を説明のために示す。エンドキャップ基板１１０は、上の記載で考察したように、延伸されたエンドキャップ中に機械加工された又は形成された３つのエンドキャップチャンネル１１２の４つの群を有する。１つの用途では、エンドキャップチャンネル１１２は、物質がチャンネル１０２の中へ移動できるように、ポートの働きをする。
【００３０】
図８と図９は、図７の延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の２つの異なった部分的側面図を示す。図８で、延伸された基板１００は、延伸されたチャンネルの１つ１０２と導管の１つ１０４と共に示されている。１つの末端に、３つのエンドキャップチャンネル１１２ａ−ｃと共にエンドキャップ基板１００がある。第一のチャンネル１１２ａは例えば緩衝ポートであり、第二のチャンネル１１２ｂは分析ポートであり、第三のチャンネル１１２ｃは廃物ポートである。他の末端上には、各延伸されたチャンネル１０２に対応して第二のエンドキャップ基板１１６に、通し孔１１８が提供されている。図９に示した他の配置では、延伸された基板１００’は導管１０４’の１つの部分しか含まない。他の部分１０６は替わってエンドキャップ基板１１０’中に形成される。これは導管がエンドキャップ基板又は延伸された基板のいずれかの中に機械加工又は他の方法で形成できることを示すものである。
【００３１】
図１０に示すように、基礎部品から、より複雑な延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置を組み立てることができる。図１０の記載では、構成成分は実際のチャンネル、ポート、スロット及び類似物のようなサブシステムを参照せずに記載されている。隣接の構成要素は適宜、融合又は接着で取り付けられている。
【００３２】
エンドキャップ基板１４０は分析装置部分に対してインターフェースとして働き、ポート及びバルブ又はバルブ領域を含む。次に延伸された基板１４４があり、混合室として働く、延伸されたチャンネルを含む。混合室はさらにバルブを含む他のエンドキャップユニット１４８に通じる。バルブ部分１４８は、液体が毛細管電気泳動（ＣＥ）部分１５２に入るときに液体を制御する。毛細管電気泳動部分は、ＣＥプロセスに毛細管として働く延伸されたチャンネルを含む。ＣＥプロセスの結果は検出部分１５６で読み取られるが、検出部分は分析装置と光学的に接合するエンドキャップ基板であることが好ましい。最後に、他のエンドキャップ基板１６０はアウトプット及び／又は廃物出口構造を含み、再び分析装置と接合する。図１０から明らかなように、エンドキャップ基板と延伸された基板の種々の組み合わせで、多様な構造体が同様な方法で形成される。
【００３３】
光ファイバーは種々の方法で延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置に統合できる。図１１に示すように、中央延伸チャンネル１７２を有する延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置１７０は、チャンネル１７２内で光ファイバー１７４を受容するのに適している。光ファイバー１７４の周りには、４つの延伸されたチャンネル１７６が配列され、夫々が光学的に光ファイバー１７８と連結している。光ファイバー１７８は１つ以上の検出器（示していない）に取り付けられている。検出器は光ダイオード、シンチレータ、熱検出器、光電子検出器、焦電検出器、光増幅器、ホソホスクリーン、光伝導性検出器等の適切な任意の光検出器であってよい。示されているように、光ファイバー１７４は半径方向の放出先端１８２を含む。先端１８２から放出されたフォトン１８４はチャンネル１７６を通過する。１つの用途では、チャンネルが蛍光物質を含む場合は、検出ファイバー１７８は蛍光を検出器に運ぶ。別の用途では、チャンネルは先端１８２からフォトンをブロックする物質について試験される。検出ファイバー１７８からの信号がある場合は、物質はない。当業者にはこの装置のその他の用途は明らかであろう。
【００３４】
図１１の装置の製造において、延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置１７０が上に記載した方法によって先ず製造される。中央チャンネル１７２は装置１７０に統合して形成されてもよく、又は後で装置１７０へと機械加工されてもよい。検出光ファイバー１７８は後で追加され、適宜、融合接合、機械的カプリング又は接着剤で連結される。
【００３５】
図１１の配置と類似した配置を図１２に示す。この装置では、装置１９０はその表面に幾つかの延伸されたあるいは機械加工されたチャンネル１９２を有する。中央チャンネル１９４は再び放出先端１９８を有する源の光ファイバー１９６への通路を提供する。光ファイバー１９６の周りに、４つの延伸されたチャンネル１９９が配列し、それぞれが光ファイバー２００と光学的に連結している。幾つかの検出器光ファイバー２００がチャンネル１９２内に配列し、装置からの信号を検出器（記載していない）に送る。表面のチャンネルはファイバー２００の装置１９０への機械的整列及び連結機構として働く。
【００３６】
図１３ａ−ｃは図１１のフォトン１８４がどのように再度方向付けられるかの３つの例を示す。図１３ａで、光ファイバー３０１上の角度のある末端３００は、フォトン３０２をファイバー軸にある角度で方向づける（通常９０度）サイドファイアー装置として働く。光ファイバー又は装置３０３は相互に回転でき、それによって分析のために、延伸されたチャンネル３０４を個別に選択する。
【００３７】
図１３ｂは図１３ａに類似した他の装置を示すが、この場合に限って、リフレクター３０５が、光ファイバー３０１とは別に、光を再度方向づけるために提供されている。リフレクターは光ファイバー３０６と装置３０７に関して回転可能である。回転によって分析される延伸されたチャンネル３０８の選択が可能になる。
【００３８】
図１３ｃは図１３ａに類似した他の装置を示すが、この装置は光を再度方向づけるための構造として、中央孔に挿入された散乱媒体３０９を有する。光は光ファイバー３０１を介して装置に運ばれ、フォトンのビームは散乱媒体３０９に向けられ、散乱媒体３０９はフォトンを延伸されたチャンネル３１２に向け散乱する。散乱媒体３０９は全方向に散乱するように描かれているが、１つの方向に選択的に散乱するように配置することは可能で、リフレクターと同様、特定のアウトプットチャンネルを選択するために回転可能である。同様にリフレクターと散乱媒体は、例えば回折光学要素のような、光を再度方向づけるための任意の構造体に置き換えることができる。
【００３９】
図１４では、延伸された基板２０２を、延伸されたチャンネルと共に、延伸された基板に埋め込まれた、延伸された光学導波路２０６の横側に示す。この延伸された基板２０２は、最初にプレフォーム体（記載していない）を創ることによって形成できる。プレフォーム体は、チャンネル２０４と類似の物質でできた埋め込まれた光学導波路との両方を含む。光学導波路は周囲のプレフォーム体よりも屈折率が小さなロッド、又はロッドの外部領域よりも小さな反射率の中央領域を含むロッドのいずれかによって形成される。反射係数の差は、光の導波のために、全内部反射の条件を達成するために必要である。プレフォーム体を延伸することによって、埋め込まれた光学導波路が延ばされ、延伸された光学導波路２０６を形成し、チャンネルが延ばされ、延伸されたチャンネル２０４を形成する。
【００４０】
図１５ａは検出器装置として使用できるエンドキャップ基板２１０の側面図である。光ファイバー２１２と２１４の一対がエンドキャップ基板２１０内に配置され、４５度の角度になるように機械加工されている末端表面２１６を有する。光２１１は最初にファイバー２１２に入り、表面２１６で反射し、エンドキャップチャンネル２１８の窓の部分を通して方向づけられている。エンドキャップチャンネルから出る光又は放出される光は、末端表面２１６で反射され、ファイバー２１４に方向づけられ、ファイバー２１４から分析装置（記載していない）に出る。エンドキャップチャンネル２１８は、検体を光ファイバー２１２と２１４の間の窓を通して運び、そこで光学的に分析される。図１５ａは図１３ａ−ｃ及び図１５ｂに示したように使用してもよく、１５ａの装置は延伸された基板２１９に取り付けられている。延伸された基板は、延伸されたチャンネルを含み、そこで検体は、例えばＣＥプロセスを受け、ついで装置２１７に移動し、そこでＣＥプロセスで行われるように、光学的分析を受ける。
【００４１】
図１６は２つの延伸されたチャンネル２２２を有する延伸された基板２２０を示す。延伸された基板２２０の１つの末端に、エンドキャップ基板２３０が取り付けられている。エンドキャップは２つのチャンネル２２２の延長、中央孔２３２を含み、延伸された基板２２０に融合で、又は他の方法で接着できる。２つの検出器ファイバー２３４はエンドキャップ２３０の両側から光の信号を受容するために、エンドキャップ２３０のいずれかの側の上に配置される。エミッタ先端２３８を有する源のファイバー２３６は、中央孔２３２を通って、エンドキャップ２３０の中に光信号をインプットするために使用される。チャンネル２２２は、示されているように、最初にアレイ２２０に平行な方向に沿って配置される。しかし、エンドキャップ２３０中のチャンネル２２２の部分は最初の方向と直角の方向に延びている。これらの部分は、例えばチャンネルの全長を増加するために、又はエミッタ先端２３８から放出された光が検出器ファイバー２３４によって受容される前に通過しなければならない光学経路長を増加するために役立つ。これは検出されている検体が、低反応性、低密度、低濃度、低吸収性又は他の要因で、光の信号と弱くしか相互作用できない場合に有用である。
【００４２】
図１７で、毛細管電気クロマトグラフィー用のマイクロチャンネルアレイ装置２４０は４つのエンドキャップ基板２５０，２６０，２６５，２７５及び延伸された基板２７０からできている。第一のエンドキャップ基板２６５は分析装置に装置を接合する図５ａ−ｅに示したのと類似した注入器キャップである。第二のエンドキャップ基板２６０はフィルターセクションエンドキャップで、同様に３つのエンドキャップチャンネル２６２を含み、延伸によって作れる。更にフィルター材料がエンドキャップチャンネル２６２内に配置される。第三のエンドキャップ基板２５０は検出器部分である。検出器部分２５０は３つのエンドキャップチャンネル２５２を含み、上に記載したように延伸によって作られるのが好ましい。第四のエンドキャップ基板２７５は分析装置に装置を接合する図５ａ−ｅに示したのと類似した出口インターフェースである。マイクロチャンネルアレイ２７０は、１つの末端上でフィルターポート２６２と一列に並んだ３つの延伸されたチャンネル２７２を有し、他の末端で検出器ポート２５２と一列に並び、それによってチャンネルが液体で連結している。延伸されたチャンネル２７２は、分析中検体が通過する電気クロマトグラフィーカラムを形成する。図１７に示すように、延伸されたチャンネルは当業者に周知のクロマトグラフィーの媒体で充填されている。示されているように、チャンネル２７２は、検出器部分２５０に導く先細の末端２７４を有することができる。これらの先細の末端は製造中プレフォーム体の延伸速度を変化することによって、又は既に記載したマイクロ機械加工技術によって形成できる。先細の末端２７４は、延伸された基板中の先に挙げたクロマトグラフィーの媒体を保持するのに役立つ。先細の末端２７４は同じ目的に役立つように、第三のエンドキャップ２５０に置いてもよい。
【００４３】
図１８はラボ・オン・ア・チップの用途に使用できる完成したマイクロ毛細管アレイ装置３００を示す。装置３００は挿入エンドキャップ基板３１０、延伸された基板３２０及び出口エンドキャップ基板３３０を含む。挿入エンドキャップ基板３１０は検体及びバッファーを分配し、検体用の貯蔵器３０２、バッファー３０８及び検体廃物３０６を含み、検体を延伸されたチャンネル３１４の中に分配するためのバルブを含む装置に対するインターフェースとして役立つ。入口の電極３０３は入口への玄関に位置し、入口のポート３０５は外側に開いている。この例では、延伸された基板３２０は２つの機能を果たす。即ち、分離と検出である。出口のエンドキャップ基板３３０は、分析装置とのインターフェースにバッファーと検体を送る働きをする。
【００４４】
図１８に示した装置３００を使用する、検体を分析するプロセスの例は、次のように記載できる。バッファーと検体は、例えば、この産業では通常使用されるように９６ウェル又は３８４ウェルのプレート液体ディスペンサー３１６を介して、挿入エンドキャップ基板の貯蔵器３０２と３０８の中へ分配される。９６ウェルのプレート液体ディスペンシング技術は、本明細書中で考察される電場を適用するために必要な入口電極３０３を組み込むために改変できる。先ず、すべての装置の導管が装置３００を横切る圧力差を介してバッファーで満たされる。ついで、注入の準備のために、検体が挿入エンドキャップ基板３１０の検体貯蔵器３０２の中に分配される。検体の貯蔵器と検体の廃物貯蔵器の間の電場によって、バルブ領域３１２の中に検体の一部が吸い込まれる。これが分離経路３１４の中への検体の注入を提供する。ついで、バッファー貯蔵器３０８とバッファー廃物貯蔵器３５２の間に電場をかけ、これによって、延伸されたチャンネル３１４中の検体の電気泳動的分離が始まる。検体が延伸されたチャンネル３１４を下に移動するに従って、それは検出器部分３２２を通過し、分光光度技術による定量が可能になる。延伸された基板検出部分３２２と分光光度装置３３２の間のインターフェースは、この例では、励起光ファイバー３３８（光源３３６からの光を延伸されたチャンネル３１４に導く）と放出光ファイバー３４０（延伸されたチャンネルからの光のアウトプットを検出器に導く）によって完成される。分析された材料とバッファーは、ついで分析装置３５０と接している出口のエンドキャップ基板３３０の中に前進する。このインターフェースはバッファー廃物貯蔵器３５２、出口電極３５４、最初の充填、又はそれに続くすべての導管の洗浄の手段としての差圧装置３５６（例えば真空）及び出口のエンドキャップ基板３３０の中への密封された連結を提供する機構３５８を含む。このインターフェースの構成要素は出口のエンドキャップ基板３３０自体の中に統合してもよい。
【００４５】
図１９ａと図１９ｂはそれぞれ本発明の延伸されたアレイ装置の部分断面を示す。図１９ａはアレイ中に形成された、複数の延伸されたチャンネル４０２と対応した、複数のレンズ４０４を含む延伸されたアレイ４００を示す。レンズ４０４は例えば、延伸されたチャンネルを照らすために、送る光の焦点を延伸されたチャンネルの中に結ぶために、蛍光を誘導するために、又は当業者に周知の他の目的のために使用できる。延伸されたアレイ４００は、プレフォームを最終的なアレイの形に延伸することによって、以前に考察したアレイとして形成される。
【００４６】
図１９ｂは延伸されたアレイ４００と類似の延伸されたアレイ４１０を示す。レンズを含ませるよりもむしろ、反射表面４１２を含む湾曲部分が、延伸された配列４１０中に形成される。湾曲した、反射部分４１２は、例えば光の焦点をチャンネルの中に結ぶために用いることができる。湾曲部分は半円として示してあるが、光を焦点上により良く集めるには、同様に双曲線であってもよい。さらに改良するために、レンズが上部（例えば）表面上に、リフレクターが下部表面に形成されるように、２つのコンセプトを一緒に使用してもよい。このようにして、光を非常に効率良く使用できる。
【００４７】
本発明を現時点で最も実際的で好ましい態様と考えられることに関連して記載したが、本発明は開示した態様に限定されず、逆に請求項の精神と範囲内に含まれる各種の修飾及び等価な配置を網羅することを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の延伸された基板の例を示す。
【図２】本発明の他の延伸された基板の例を示す。
【図３ａ】本発明の延伸された各種のチャンネルの形状を組み入れた延伸された基板の例を示す。
【図３ｂ】本発明の先細のチャンネルを有するマイクロチャンネルアレイの例を示す。
【図４】ａ−ｊは本発明の延伸された複数のチャンネルの断面の例を示す。
【図５】ａ−ｅは本発明の各種のエンドキャップ基板とエンドキャップチャンネルの形状の例を示す。
【図６】ａ及びｂは本発明の延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の例を示す。
【図７】本発明の延伸されたマイクロチャンネル配列装置の例を示す。
【図８】延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置と図７のエンドキャップの部分側面図である。
【図９】図７の延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の別の部分側面図である。
【図１０】本発明のラボ・オン・ア・チップ中の延伸された多部分マイクロチャンネルアレイ装置の例を示す。
【図１１】本発明の統合された光ファイバーを有する延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の他の部分側面図を示す。
【図１２】本発明の統合された光ファイバーを有する他の延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の例を示す。
【図１３】ａ−ｃは光をファイバーの軸から、マイクロチャンネルアレイ装置の中へ又は外に再度方向付ける手段の例を示す。
【図１４】本発明の統合された、延伸された光学導波路を有する延伸されたマイクロチャンネルアレイ構造の例を示す。
【図１５】ａ−ｂは本発明の統合された光ファイバーを有する延伸されたマイクロチャンネルアレイ装置の側面図の例を示す。
【図１６】本発明の診断装置を形成する延伸されたマイクロチャンネルアレイの例を示す。
【図１７】本発明の毛細管電気クロマトグラフィー装置の例を示す。
【図１８】本発明のマイクロ毛細管アレイ装置の模式図である。
【図１９】ａ及びｂは本発明の延伸された配列装置の断面図の模式図である。

Claims (37)

1. 複数の試料成分を分析するための装置であって、
   長さのある延伸された基板を含み、該延伸された基板が、その中に形成された少なくとも２つの延伸されたチャンネルを有し、
   該延伸されたチャンネルが、長さに平行な方向に延び、入口と出口が延伸されたチャンネルと協調関係にあるように配置された、
   上記装置。
2. 長さのある延伸された基板に複数の試料成分を導入することによって分析する方法であって、
   該延伸された基板が、その中に形成された少なくとも２つの延伸されたチャンネルを有し、
   該延伸されたチャンネルが、長さに平行な方向に延び、該基板が延伸されたチャンネルと協調関係にあるように配置された入口と出口を含む、
   上記方法。
3. 複数の試料成分を分析するための装置であって、
   長さのある延伸された基板を含み、該延伸基板が、その中に形成された少なくとも２つの延伸されたチャンネルを有し、
   該延伸されたチャンネルが長さに平行な方向に延び、及び
   少なくとも１つのエンドキャップ基板が、少なくとも１つのエンドキャップチャンネルを有し、少なくとも１つの該エンドキャップチャンネルが、延伸されたチャンネルの選択された１つ、複数の延伸されたチャンネル、他のエンドキャップチャンネル及びそれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つのチャンネルと液体で連絡している、
   上記装置。
4. 少なくとも１つの延伸されたチャンネルが、０．０００１ｍｍ²から１ｍｍ²の範囲、好ましくは０．００２５ｍｍ²から０．２５ｍｍ²、最も好ましくは０．００５ｍｍ²から０．００７５ｍｍ²の範囲の断面積を有する請求項１又は請求項３の装置。
5. 少なくとも１つの延伸されたチャンネルが、１ｍｍから１ｋｍの範囲、好ましくは３ｍｍから１０００ｍｍ、最も好ましくは１０ｍｍから２５０ｍｍの範囲の長さを有する請求項１又は請求項３の装置。
6. 請求項１又は請求項３の装置を使用するマイクロ電気機械システム。
7. 請求項１又は請求項３の装置を使用するラボ・オン・ア・チップシステム。
8. 請求項１又は請求項３の装置であって、該延伸された基板が、各チャンネルの断面積が長さに沿って変わるように延伸速度、延伸張力、延伸温度及び延伸圧力の１つ以上が変化する延伸方法を使用して、形成される上記装置。
9. 請求項１又は請求項３の装置であって、該延伸されたチャンネルが、延伸されたチャンネルとの液体連絡を提供する複数のポートをさらに含む上記装置。
10. 請求項１又は請求項３の装置であって、該延伸されたチャンネルと協調関係にある該基板内に配置された、機械化加工された構造をさらに含む上記装置。
11. 請求項１又は請求項３の装置であって、該延伸された基板がその中に形成され、長さに平行な方向に延びている光学導波路をさらに含む上記装置。
12. 請求項１又は請求項３の装置であって、該延伸された基板が長さに平行な方向に延びている電気伝導体をさらに含む上記装置。
13. 請求項１又は請求項３の装置であって、該延伸された基板が長さに平行な方向に延びている少なくとも１つの光学的アイソレータをさらに含む上記装置。
14. 請求項１の装置であって、少なくとも２つの延伸されたチャンネルの第一のチャンネルが、少なくとも２つの延伸されたチャンネルの第二のチャンネルの断面の幾何学的形状と異なる断面の幾何学的形状を有する、上記装置。
15. 請求項１の装置であって、該延伸された基板が、ガラス、セラミック及び熱可塑性重合体を含む群から選択される材料を含む上記装置。
16. 請求項１の装置であって、該延伸された基板が、溶融シリカ、溶融石英及びＰＭＭＡを含む群から選択される材料を含む上記装置。
17. 請求項１の装置であって、さらに該延伸された基板上に、ポリイミド、アクリレート、フッ素化アクリレート、シリコーン、金属及び光学的被覆を含む群から選択される材料を含む外部コーティングをさらに含む上記装置。
18. 請求項１の装置であって、該延伸された基板上に、磁性、放射線不透過性、光学的濾過性、伝導性、絶縁性である群から選ばれた材料を含む外部コーティングをさらに含む上記装置。
19. 請求項１の装置であって、該延伸されたチャンネル上に、疎水性結合相、親水性結合相、ポリアクリルアミド、銀、ハロゲン化銀、金及びポリテトラフルオロエチレンを含む群から選択される材料を含む内部コーティングをさらに含む上記装置。
20. 請求項１の装置であって、少なくとも２つの延伸されたチャンネルの選択された少なくとも１つが、少なくともレンズを含む壁の一部を有する上記装置。
21. 請求項１の装置であって、少なくとも２つの延伸されたチャンネルの選択された少なくとも１つが、少なくともリフレクターを含む壁の一部を有する上記装置。
22. 請求項１の装置であって、該延伸された基板がその長さの下方の外部表面上に少なくとも１つの配列溝を有する上記装置。
23. 請求項１の装置であって、該延伸されたチャンネルの１つに接合した光ファイバーを更に含む上記装置。
24. 請求項２３の装置であって、該光ファイバーと接合した延伸されたチャンネルに光を再度方向付けるための構造を更に含む上記装置。
25. 請求項２４の装置であって、光を再度方向付けるための構造が延伸されたチャンネルの中に接した光ファイバー末端上に位置した反射表面を含む上記装置。
26. 請求項２０の装置であって、基板の長さに沿って少なくとも２つの延伸されたチャンネルがその間の実質的に一定の空間、実質的に一定の相対的回転配置及び実質的に一定の相対的角度配置を有する上記装置。
27. 請求項２６の装置であって、２つの延伸されたチャンネルがレンズを含む壁の部分を有し、基板の長さに沿って２つのレンズがその間に実質的に一定の空間、実質的に一定の相対的回転配置及び実質的に一定の相対的角度配置を有する上記装置。
28. 請求項３の装置であって、該エンドキャップ基板が延伸された基板であって、該エンドキャップチャンネルが延伸されたエンドキャップチャンネルである上記装置。
29. 請求項２８の装置であって、各チャンネルの断面積がその長さに沿って変わるように、該延伸されたエンドキャップチャンネルが、延伸速度、延伸張力、延伸温度及び延伸圧力の１つ以上が変化する延伸方法を使用して、形成される上記装置。
30. 請求項３の装置であって、該エンドキャップ基板が少なくとも１つのエンドキャップチャンネルの断面の幾何学的形状と異なる断面の幾何学的形状を有するエンドキャップチャンネルをさらに含む上記装置。
31. 請求項３の装置であって、該エンドキャップ基板がガラス、セラミック及び熱可塑性重合体を含む群から選択される材料を含む装置。
32. 請求項３の装置であって、該エンドキャップ基板が溶融シリカ、溶融石英及びＰＭＭＡを含む群から選択される材料を含む装置。
33. 請求項３の装置であって、少なくとも１つのエンドキャップチャンネルがレンズを含む壁の一部を有する上記装置。
34. 請求項３の装置であって、少なくとも１つのエンドキャップチャンネルがリフレクターを含む壁の一部を有する上記装置。
35. 請求項３の装置であって、該延伸されたエンドキャップがその外部表面に少なくとも１つの配置溝を有する上記装置。
36. 請求項３の装置であって、該基板の長さに沿って他のエンドキャップチャンネルと少なくとも１つの該エンドキャップチャンネルがその間に実質的に一定の空間、実質的に一定の回転配置及び実質的に一定の相対的角度配置を有する上記装置。
37. その中に少なくとも１つのチャンネルと、少なくとも１つの光学導波路プレフォームを有するプレフォーム体を提供し、該プレフォーム体の長さに沿って延伸し；
    少なくとも１つのチャンネルの断面の幾何学的形状を実質的に維持したままで、少なくとも１つのチャンネルの長さが延び、及び少なくとも１つの光学導波路プレフォームの断面の幾何学的形状を実質的に維持したままで、少なくとも１つの光学導波路プレフォームの長さが延びるようにプレフォーム体を延伸しその長さを伸ばし；及び
    該延伸されたプレフォーム体を所望の長さに切断すること
    を含む方法によって製造される延伸された基板。