JP2005513465A - マイクロ流体アレイ・デバイス用インターフェース部材およびホルダ - Google Patents

マイクロ流体アレイ・デバイス用インターフェース部材およびホルダ Download PDF

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Abstract

少なくとも１つのマイクロ流体デバイスを保持し、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと第２のデバイスとの間のインターフェースを与えるための部材が提供される。少なくとも１つのマイクロ流体デバイス内には複数のリザーバが形成され、部材は、上面および下面を有する本体と、本体内部に形成された複数の開口ウェル部材とを有する。各ウェル部材は、ウェル壁によって規定され、第１の端および対向する第２の端を含み、第２の端は、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと摩擦により嵌め合って開口ウェル部材の少なくとも一部とマイクロ流体デバイスのリザーバとが互いにアライメントされるように、構成および寸法取りされている。ナノスプレイ応用を行なうために質量分析計のインターフェースとなる装置も提供される。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許出願公開第１０／３０５，０４５号明細書（２００２年１１月２６日出願）の特典を主張する。この特許出願は、米国特許出願公開第１０／１７４，３４３号明細書（２００２年６月１７日出願）の一部係属出願であるとともに、米国特許出願公開第１０／０６１，００１号明細書（２００２年７月３０日出願）の一部係属出願である。この米国特許出願公開第１０／０６１，００１号明細書は、米国特許出願公開第６０／３４１，０６９号明細書（２００１年１２月１９日出願）の特典を主張する。なおこれらの文献はすべて、本明細書において全体として参照により取り入れられている。
（技術分野）
本発明は、マイクロ流体デバイス、より詳細にはマイクロ流体アレイ・デバイスに関する。マイクロ流体アレイ・デバイスは、マイクロ流体アレイ・デバイスの一部として形成される１つまたは複数のノズルを通して１つまたは複数のサンプルを送出するために用いることができる。マイクロ流体デバイスを所定の用途で用いる際のマイクロ流体デバイスを保持するための典型的なインターフェース部材およびホルダも、マイクロ流体アレイ・デバイス用の典型的な利用方法とともに、開示される。たとえばマイクロ流体アレイ・デバイスは、光学分光、質量分析などによるサンプル流体中の成分の分析を含むラブ・オン・ア・チップ機能用にデザインされた動作に適している。
化学的および生化学的な情報を取得するためのマイクロスケールの流体システムの開発および製造における関心が高まっており、この試みの結果、マイクロ流体工学は、低コストで汎用性の高いデバイスを、作業、たとえば２〜３例を挙げると薬リード発見用の組み合わせ化学および大規模タンパク質プロファイリングなど、に対して提供する実現技術と考えられている。一般に、マイクロ流体デバイス（ラブ・オン・ア・チップ・デバイスと言われることも多い）は、１つまたは複数のミクロン・サイズのチャネルが内部に形成された平坦なデバイスであり、リザーバ、バルブ、フロー・スイッチなどを含むことができる。マイクロ流体フィーチャは、ＤＮＡ塩基配列決定などの複雑な研究室機能を行なうようにデザインされている。
マイクロ流体デバイスを使用しない場合、前述のプロセスなどは、非常に時間集約的したがって高コストな方法で行なわれる。たとえばバイオテクノロジおよび製薬工業において、大規模タンパク質プロファイリングは普通、苦労して行なわれるが、広く普及している。マイクロ流体デバイスの１つの特有の応用例は、キャピラリ電気泳動および液体クロマトグラフィなどの技術を用いて混合物中の検体を分離する手段に相当するマイクロ流体チャネルを提供することである。
従来、マイクロ流体デバイスは、実質的に平坦な基板から、フォトリソグラフィ、化学エッチング、レーザ・アブレーション技術などのエレクトロニクス産業から借用されているマイクロ加工技術を用いて、作製されている。このようにしてマイクロ流体デバイスを作製すると、形成されるマイクロ流体チャネルは、基板の１つの平坦面の表面に平行に配置され、チャネルを含む平坦な基板に第２の平坦な基板を接合することによって、チャネルがシールされる。マイクロ流体チャネル内に配置される検体などの材料を検出する技術は、多くの場合、主に光学技術である。従来、マイクロ流体デバイス内で流体を輸送するためには、液体および粒子の電気浸透、動電学および／または圧力駆動の動作を、このような材料を流体的に輸送するための手段として用いることが必要とされている。
平坦な基板の多数の層を積み重ねて、層状のマイクロ流体チャネルを有するマイクロ流体構造を形成することは、それを作製する点では可能であるが、一般的な検出技術（光学に基づく検出技術）を用いるために、このような構造を作製する現実性には限界がある。と言うのは、多数のマイクロ流体分離チャネルを含む平坦な基板からなる多数の層を並列に処理することは、各マイクロ流体分離チャネルにその独自の光源および検出器が必要であるために、現実的ではないからである。
バイオテクノロジおよび製薬工業において急速に最適な検出技術となりつつある１つの検出技術は、質量分析（ＭＳ）である。質量分析によって得られる被試験材料（たとえば検体）に関する化学的な情報は、他の単一の検出技術の場合よりも多い。たとえば、小さな薬候補分子から大きなタンパク質分子までの検体の分子量および化学成分でさえも、質量分析（ＭＳ）およびＭＳ−ＭＳと言われるその関連技術を用いて分析に成功することができる。ＭＳ−ＭＳでは、質量分析計の第１段階において、分子をイオン化および分析して分子量が得られる。次に同じ分子イオン（「親」と言われる）を質量分析計内でバラバラにして、「娘」イオンを生成する。「娘」イオンをさらに分析して、親分子の化学成分が得られる。
マイクロ流体デバイスを質量分析計とインターフェースするための進展が多少あったが、このインターフェース・プロセスをより実際的なものにするには、打開すべきいくつかの欠点が依然として存在する。たとえば、検討されている技術の１つには、小さい孔をドリリングすることが含まれている。この孔は、ガラス基板によって形成されるマイクロ流体チャネルの端内にガラスまたは石英のキャピラリを収容するには十分に大きく、ガラスまたは石英のキャピラリを、ドリリングされた孔に挿入して、電気スプレイ・イオン化用のノズルとして機能させる。このアプローチは面倒であり、このような孔を多数個、基板内に順次ドリリングしなければならない高スループット作業の場合には現実的でない。
他の開示されている技術では、「電気ピペット」と呼ばれる突出部が、実質的に平坦な基板の縁から延びている。この拡張領域でのマイクロ流体チャネルは、マイクロ流体デバイスの残りの部分に形成されるマイクロ流体チャネルの場合と同様に、２つの平坦な基板によって形成されている。先端構造の外径には、２つの平坦な基板の厚みに等しい厚みが含まれている。またシリコン・ウェハ上でのディープ・イオン・リアクティブ・エッチングなどのマイクロ加工技術を用いてノズルのアレイを作製することも開示されている。しかしシリコン・ウェハを基板として用いると、電気スプレイ条件の生成用にノズルに印加される高電圧によって絶縁破壊が生じる可能性があるために、各ノズルを別個に作動できることが大きく制限される。またディープ・イオン・リアクティブ・エッチングによって作製されるノズルの背後の容積は、従来の液体取り扱い機器の手段によってアクセスすることが極めて難しい。このシリコン・ベースのノズル・アレイを、通常はガラスまたはポリマーで形成されるマイクロ流体デバイスと一体化することも極めて難しい。シリコン上にノズルを作製するコストも非常に高い。
マイクロ流体デバイスを形成するためのプロセスとして、射出成形が検討されている。しかし多くの制限が、射出成形可能なマイクロ流体デバイスについての上記の議論に同様に関連して存在する。たとえば射出成形プロセスを用いてマイクロ流体フィーチャを形成する場合に、どのサイズ寸法を形成できるかについて制限があることがこれまで議論されている。本出願人の前に、射出成形プロセスを用いて１００μｍ未満の寸法のマイクロ流体フィーチャを有するマイクロ流体デバイスを形成できることは、認識および理解されていなかった。そのため、射出成形を製造プロセスとして用いることが限定されていた。と言うのは、多くのマイクロ流体用途では、マイクロ流体デバイスの有するマイクロ流体フィーチャ（たとえばチャネル）は寸法が１００μｍ未満、より詳細には５０μｍ未満であることが求められるからである。
したがって従来のマイクロ流体デバイスの欠点を、より詳細にはこれらのデバイスの製造技術およびこのようなデバイスの使用方法に関する欠点を、打開するマイクロ流体デバイス、特にノズルを組み込んでいるマイクロ流体アレイ・デバイスを、提供することが望ましい。
（要約）
本出願は一般に、マイクロ流体デバイスに関する。１つの態様によれば、マイクロ流体デバイスが提供され、第１の表面および対向する第２の表面を含む。少なくとも１つのチャネルが本体の中に形成されて、チャネルが第１の表面から対向する第２の表面へ延びており、チャネルは、第１の表面に形成された開口するリザーバ部分を有する。マイクロ流体デバイスはさらに、第２の表面に沿って配置される少なくとも１つのノズルを含む。ノズルは１つのチャネルと流体連絡して、各チャネルが、ノズル先端部の一部として形成されるノズル開口部内で終了するようになっている。従来のマイクロ流体デバイスとは異なり、典型的なマイクロ流体デバイスは１つまたは複数のチャネルを有し、このチャネルは、各端で開口して、第１の表面とノズルが形成される第２の表面との両方に対して実質的に垂直に形成される。
他の態様によれば、ノズルは円錐形状であって、チャネルがノズルを通って延びてノズル開口部で終了する。１つの典型的な実施形態においては、ノズル開口部の外径は１００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下である。そしてノズルの外径は、その先端部分で測定したときに、約１５０μｍ未満、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下である。本出願の他の態様においては、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの上記寸法を可能にする射出成形プロセスによって形成される。
さらに他の実施形態においては、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスを保持するとともに、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと第２のデバイスとの間のインターフェースを与えるための部材が提供される。少なくとも１つのマイクロ流体デバイスは、内部に複数のリザーバが形成され、部材は、上面および下面を含み、複数の開口ウェル部材が内部に形成される。各ウェル部材は、ウェル壁によって規定され、第１の端および対向する第２の端を含み、第２の端は、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと摩擦により嵌め合って開口ウェル部材の少なくとも一部とマイクロ流体デバイスのリザーバとが互いにアライメントされるように、構成および寸法取りされている。こうして部材は、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスを脱着的に保持するための手段に相当するだけでなく、マイクロ流体デバイスのリザーバの有効容積を増やすための手段にも相当する。と言うのは、リザーバとアライメントされる開口ウェル部材は、リザーバ内にそして最終的にノズル内に流れるサンプルを受け入れるからである。
さらにおよび本出願の他の典型的な実施形態によれば、ナノスプレイ応用を行なうために質量分析計のインターフェースとなる装置が提供される。装置は、第１の表面および対向する第２の表面を含む本体を有するマイクロ流体デバイスを含む。本体内部には、少なくとも１つのチャネルが形成されて、本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分と、第２の表面に沿って配置される少なくとも１つのノズルとを有する。ノズルはチャネルと流体連絡して、チャネルの一端が、ノズルの先端部の一部として形成されるノズル開口部内で終了するようになっている。また装置は、マイクロ流体デバイスが確実に保持されるようにマイクロ流体デバイスの外周の周りに配置されるフレームと、第１および第２の保持部材を有するホルダであって、第１および第２の保持部材は十分な間隔を置いて配置されフレームをこれらの部材の間に配置してこれらの部材によって所定の位置に保持することができ、保持位置では、サンプルを質量分析計の入口内にスプレイするための少なくとも１つのノズルが位置づけられるホルダと、を含む。
他の実施形態においては、シールドがフレームおよびホルダの少なくとも一方に、シールドの１つの面がマイクロ流体デバイスの第２の表面に面するように結合される。シールドの内部には少なくとも１つのアパーチャが形成されて、アパーチャは少なくとも１つのノズルの先端部と軸方向にアライメントされる。シールドは、ポリマー・ノズル・アレイ・デバイス上に電界が形成されるのを防止または制御するための手段として用いられる。静電界が絶縁性のポリマー表面からスプレイ中に排出されないと、絶縁表面上に蓄積する漂遊電界によって、スプレイ中のイオンが分析の入口へ通過することなどが妨げられる。前述のシールドによってこの状況が打開される。
本明細書で開示される典型的な実施形態のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明とともに添付の図面から容易に明らかになる。図面では、同様の参照符号は同様の要素を表わしている。
典型的な実施形態の前述および他の特徴が、以下の詳細な説明および実施形態を例証する図面から、より容易に明らかになる。なお図面は必ずしも正確な外見を示すように描かれてはおらず、また必ずしも比例していない。
最初に図１〜２を参照して、１つの実施形態による典型的なマイクロ流体デバイス１０が例示されている。マイクロ流体デバイス１０は、ポリマー材料から形成される基板本体２０（後に詳述する）と、基板本体２０内に形成される少なくとも１つのマイクロ流体チャネル３０とを有する。より具体的には、基板本体２０は、第１の表面２２と、対向する第２の表面２４とを有し、マイクロ流体チャネル３０が第１および第２の表面２２、２４の間に形成され、マイクロ流体チャネル３０は基板本体２０の完全な厚みに渡って延びている。したがってマイクロ流体チャネル３０は、第１の表面２２における第１の端３２と、第２の表面２４における第２の端３４との両方において、開口している。マイクロ流体チャネル３０の第２の端３４は、基板本体２０の第２の表面２４上に形成された突出物５０内に形成されている。１つの典型的な実施形態によれば、突出物５０は、テーパが付けられた形状（内側テーパ）であり、略円錐構造が形成されて、開口する第２の端３４は好ましくは円錐構造の頂点に形成されるようになっている。テーパが付けられた突出物５０は、マイクロ流体デバイス１０内に充填されるサンプル（すなわち液体）を送出するノズルとして機能する。
従来のマイクロ流体デバイスとは対称的に、マイクロ流体チャネル３０が形成されることが好ましい基板本体２０内に、マイクロ流体チャネル３０が垂直に形成されているため、マイクロ流体チャネル３０は基板本体２０の第１および第２の表面２２、２４に実質的に垂直であることが理解される。例示したように、所定の数のマイクロ流体チャネル３０およびノズル５０を、１つの基板本体２０内に形成することができる。マイクロ流体チャネル３０の配置は、任意の数の異なるパターンにしたがって行なうことができる。たとえば、好ましい配置を示す図１および２の典型的な実施形態で例示したように、複数のマイクロ流体チャネル／ノズルが、マイクロタイタ・プレートの間隔と同一または類似する間隔を有する規則的なアレイで配置される。たとえば、９６個のマイクロ流チャネル／ノズルが要求される場合には、９６個のマイクロ流体チャネル／ノズルを、８×１２グリッドで、各マイクロ流体チャネル／ノズル構造間の間隔を約９ｍｍにして配置する。３８４個のマイクロタイタ・アレイの場合には、マイクロ流体チャネル／ノズルを、１６×２４グリッドで、間隔を約４．５ｍｍにして配置する。完全にスケーリングさせるためではないが、図２は、間隔が約４．５ｍｍのマイクロ流体チャネル／ノズル・アレイの断面を概ね例示している。
この典型的な実施形態によれば、各ノズル５０は、その寸法がミクロンで測定されるように作られる。図２では、特定の構成のノズル５０およびマイクロ流体チャネル３０が最も良く示されている。例示したように、マイクロ流体チャネル３０の第１の端３２は、中間チャネル部分３６へと内側にテーパが付けられたリザーバ６０（すなわち環状の空洞）の形態をなす。また中間チャネル部分３６もテーパが付けられた構成をなし、第２の端３４と基板本体２０の第２の表面２４に形成されるノズル５０とに向かって、内側にテーパが付けられている。したがってマイクロ流体チャネル３０の寸法は、第１の端において最大でそこでリザーバが形成され、第２の端３４におけるノズル５０の先端部分５２において最小である。１つの典型的な実施形態によれば、ノズル５０内に形成されるマイクロ流体チャネル３０の開口する第２の端３４は、内径が、約１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下であり、ノズルの外径が、その先端部分で測定したときに、約１５０μｍ未満、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは約５０μｍ以下である。マイクロ流体チャネル３０の内径は、ノズル５０から離れる方向において徐々に広がって約数１００μｍとなり、マイクロ流体チャネル３０は基板本体２０の厚みを通って横断し、最終的にマイクロ流体チャネル３０は、約１ｍｍの直径に形成されて、第１の端３２においてリザーバを規定する。マイクロ流体チャネル３０の長さは、第１の端３２で規定されるリザーバの所望する容積および基板本体２０の厚みなどの多くの要因に依存して、所定の用途に合わせて調整することができる。１つの典型的な実施形態によれば、マイクロ流体チャネル３０は、長さが約３ｍｍ以上である。しかし前述した寸法は、１つの典型的な実施形態を例示するために列挙しただけであり、マイクロ流体デバイス１０は他の寸法となるように作製できることが理解される。
リザーバ６０の容積は、マイクロ流体デバイスがデザインされた用途で通常使用される量のサンプル材料を収容できるようなものでなければならない。たとえば電気スプレイを用いる質量分析計分析の場合には、使用されるサンプル容積は、サブ・マイクロリットルから最大で１０マイクロリットルである。後に詳述するように、サンプル材料はリザーバ６０に収容された後に、マイクロ流体チャネル３０内を通ってノズル５０まで輸送され、そこでサンプル材料は最終的に、開口する第２の端３４を通して放出される。突出するノズル５０の外径も、その先端部分５２から離れる方向において、それ相応に増加する。リザーバ６０または入力ポートを、ノズル５０が形成される第２の表面２４に対向する第１の表面２２に形成することによって、サンプルを、マイクロ流体チャネル３０内に容易に供給することができる。これは、サンプルを１つまたは複数のリザーバ５０内に注入しそうでなければ配置した後に、サンプルを、付随するマイクロ流体チャネル３０を通して後に詳述する技術を用いて輸送することによって可能となる
次に図３に移って、マイクロ流体デバイス１０を、質量分析計分析用の検体の電気スプレイ・イオン化手段としての特定の有用性が見出されるように、作製することができる。電気スプレイは、ノズル５０に電圧をかけて液体および検体（「サンプル」）が高電界へ出て行くようにすることによって、行なわれる。この特定の用途の場合には、マイクロ流体デバイス１０は、ノズル５０の少なくとも一部上に形成される導電性領域７０を含み、任意に導電性領域は、第２の表面２４上へ延びることができる。たとえば、各ノズル５０の末端を最大とするノズル５０の周囲領域を、蒸着技術、印刷技術、または当該技術分野において知られる他の好適な技術によってメタライズして、導電性領域７０を形成する。例示した実施形態においてノズル５０は円錐形状であるため、導電性領域７０はリング状金属層の形態となり、その中心にノズル５０がくる。導電性領域７０の厚みは、正確な用途に依存して変わる。しかし導電性領域７０の厚みは、導電性領域７０に電圧を印加したときに、マイクロ流体チャネル内のサンプル材料（すなわち液体）が、蒸発して、したがって電気スプレイまたはナノスプレイ応用、たとえば質量分析計用の検体の電気スプレイ・イオン化で使用できるように、十分なものでなければならない。マイクロ流体デバイス１０は、この例では、低コストで使い捨てのできる、ナノスプレイの可能な電気スプレイ・インターフェースとなっている。このデバイスは、複数のサンプル入力を受け入れていくつかの分離器具を単一の質量分析計に多重化するように、作製することができる。
ノズル５０の周囲に形成される各導電性領域７０は、基板本体２０の一方の縁に形成される１つまたは複数の電気コンタクト８０に接続される。より具体的には、電気コンタクト８０は好ましくは、基板本体２０の第２の表面２４上に形成される導電性パッド（すなわちメタライズされたタブ）の形態である。図３に、導電性領域７０を電気コンタクト８０に電気的に接続する１つの典型的な方法を示す。この典型的な配置では、１つの導電性領域７０が、電気経路９０を介して、１つの電気コンタクト８０に電気的に接続されている。電気経路９０は単に、導電性領域７０と電気コンタクト８０との間の電気経路となっているだけであり、したがって導電性材料（たとえば金属）から形成される。たとえば電気経路９０は、薄い導電性被膜の形態とすることができる。ノズル５０の先端部分５２の外径を小さくすることによって（たとえば約５０μｍ〜８０μｍに）、スプレイの発生に必要な電圧が下がる。１つの典型的な実施形態によれば、スプレイの形成に使用される電圧は、外径が約５０μｍ〜８０μｍの先端部分５２に対して約５〜６ＫＶである。もっと大きなサイズの外径を用いることができるが、こうすると、スプレイを形成するためには、もっと大きな電圧をノズル５０に印加する必要があることが理解される。
複数の導電性領域７０を１つの電気コンタクト８０に、別個の電気経路９０を用いるかまたは電気経路網もしくは完全な金属被膜を用いることによって、電気的に取り付けられることが理解される。しかしこの実施形態においては、１つの電気コンタクト８０に電圧を印加すると、１つの電気コンタクト８０に電気的に接続された各導電性領域７０に電圧が印加される。したがってこの特定の実施形態においては、電圧を、個々のノズル５０に選択的にかけることができない。
次に図４〜５を参照して、第２の実施形態による典型的なマイクロ流体デバイス１００が例示されている。マイクロ流体デバイス１００は、図１〜３のマイクロ流体デバイス１０と、いくつかの点で類似している。マイクロ流体デバイス１００は基板本体１１０を含んでいる。基板本体１１０は、ポリマー材料で形成され、第１の面１２０と、対向する第２の面１３０とを含んでいる。図１〜３に例示した実施形態とは異なり、第１および第２の面１２０、１３０は、実質的に平坦な表面ではなく、むしろ各面１２０、１３０内に多数の凹部と突出部が形成されているために現実的には非平坦である。
マイクロ流体デバイス１００の内部には、少なくとも１つのマイクロ流体チャネル１４０が、第１の面１２０と第２の面１３０との間に形成されている。マイクロ流体チャネル１４０は、基板本体１１０の厚みを通って第１の面１２０から第２の面１３０まで完全に延びている。したがってマイクロ流体チャネル１４０は、第１の面１２０における第１の端１４２と、第２の面１３０における第２の端１４４との両方において、開口している。第１の面１２０は、マイクロ流体デバイス１００の外周の周りにその第１の面１２０において延びる第１の周囲壁１２２を、含んでいる。典型的な実施形態においては、マイクロ流体デバイス１００は略四角形状である。しかしこれはマイクロ流体デバイス１００に対する１つの典型的な形状に過ぎず、マイクロ流体デバイス１００は任意の数の異なる形状を想定することができる。第１の周囲壁１２２の境界内には、１つまたは複数のリザーバ壁１２４が形成され、リザーバ壁１２４の数は、基板本体１１０内に形成されたマイクロ流体チャネル１４０の数に等しくなっている。各リザーバ壁１２４は、サンプル材料を収容するようにデザインされたリザーバ１６０を部分的に規定しており、したがってリザーバ壁１２４は、マイクロ流体チャネル１４０の第１の端１４２も規定している。第１の周囲壁１２２と１つまたは複数のリザーバ壁１２４とは両方とも、この実施形態における第１の面１２０の概ね平坦な表面１２６（すなわち床面）の上方に延びている。したがってマイクロ流体デバイス１４０の第１の端１４２において規定されるリザーバ１６０の実質的な部分が、平坦な表面１２６の上方に形成される。
マイクロ流体チャネル１４０の第２の端１４４は、第２の面１３０から外へ延びる突出部１７０において形成される。これまでの実施形態の場合と同様に、突出部１７０は好ましくは、テーパが付けられた形状（内側テーパ）であり、略円錐構造が形成されて、開口する第２の端１４４が円錐構造の頂点に形成されるようになっている。その結果、テーパが付けられた突出部１７０は、マイクロ流体チャネル１４０内（たとえばリザーバ１６０内）に充填されたサンプルを放出することができるノズルとして機能する。したがってノズル１７０は、マイクロ流体チャネル構造の一部である。というのは、マイクロ流体チャネル１４０がマイクロ流体チャネル構造を通して形成されて、ノズル開口部を終端させているからである。
第２の面１３０も、実質的に平坦ではなく、むしろ第２の面１３０の周囲に沿って少なくとも部分的に延びる第２の周囲壁１３２を含んでいる。第２の面１３０には、実質的に平坦な床面１３４が含まれていない。第２の周囲壁１３２の間には、１つまたは複数のノズル・ベース部分１８０が形成され、ノズル・ベース部分１８０の数は、マイクロ流体チャネル１４の数と等しくなっている。ノズル・ベース部分１８０は、床面１３４と一体に形成されて、床面１３４から外側へ延びており、例示した実施形態においては、各ノズル・ベース部分１８０は略環状の形状である。しかしノズル・ベース部分の形状は環状の形状に限定されず、その代わりに任意の数の形状を有することができる。たとえば、円錐形状またはテーパが付けられた形状または他の何らかの規則的もしくは不規則な形状である。１つの実施形態によれば、第２の周囲壁１３２の上縁を含む平面は、ノズル・ベース部分１８０とノズル１７０との間の界面を概ね横切っている。したがってノズル１７０は、第２の周囲壁１３２の上縁を越えて延びている。１つの実施形態によれば、リザーバ１６０の直径は、ノズル・ベース部分１８０の外径にほぼ等しい。したがってリザーバ壁１２４の外径は、ノズル・ベース部分１８０の外径よりも大きい。
図５では、特定の構成のノズル１７０およびマイクロ流体チャネル１４０が最も良く示されている。例示したように、マイクロ流体チャネル１４０の第１の端１４２は、リザーバ１６０の形態をなしている。リザーバ１６０の末端部は、中間チャネル部分１４６へと至る内側にテーパが付けられた構成をなしている。中間チャネル部分１４６の実質的な長さは、ノズル・ベース部分１８０内に形成されている。中間チャネル部分１４６も、テーパが付けられた構成をなし、マイクロ流体チャネル１４０の第２の端１４４において規定されるノズル１７０に向かって、内側にテーパが付けられている。したがってマイクロ流体チャネル１４０の寸法は、第１の端１４２において最大であり、ノズル１７０の先端部分１７２において最小である。１つの実施形態においては、リザーバ１６０から始まりノズル１７０で終了するデバイス１００内に形成されるマイクロ流体フィーチャは、その長さに沿って略円筒形の形状をなす。１つの典型的な実施形態によれば、先端部分１７２に形成されるマイクロ流体チャネル１４０の開口する第２の端１４４は、内径が、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍであり、ノズルの外径が、その先端部分で測定したときに、約１５０μｍ未満、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは約５０μｍ以下である。マイクロ流体チャネル１４０の内径は、そのテーパが付けられた構成のために、その長さに沿って変化する。たとえば、マイクロ流体チャネル１４０の内径は、ノズル１７０から離れる方向において徐々に広がって約数１００μｍとなり、マイクロ流体チャネル１４０は基板本体１１０の厚みを通って横断して、最終的にマイクロ流体チャネル１４０は、約１．５ｍｍの直径に形成されて、リザーバ１６０を規定する。マイクロ流体チャネル１４０の長さは、マイクロ流体デバイス１００の詳細な構成とデバイス１００の可能性のある用途とを考慮して、調整することができる。１つの例では、マイクロ流体チャネル１４０の長さは約３ｍｍである。しかしこれは、デバイス１００の厚み、デバイス内にロードすべきサンプル量などに応じて変化する。
第１の実施形態の場合と同様に、マイクロ流体チャネル１４０は、第１および第２の面１２０、１３０の両方に対して実質的に垂直に形成されているため、マイクロ流体チャネル１４０は、基板本体１１０内に実質的に垂直に形成されている。ノズル１７０は、第２の周囲壁１３２の末縁を含む平面を越えて延びている一方で、リザーバ壁１２４の末端は好ましくは、第１の周囲壁１２２の末縁を含む同じ平面内にある。このような方向性によって、カバー（たとえば薄いポリマー・カバー・シート）またはシール部材を、第１の周囲壁１２２の末縁とリザーバ壁１２４の末端とに渡って配置して、リザーバ１６０内のサンプル材料を効果的にシールすることができる。これについては、後述する。
デバイス１００の利点の１つは、複数の層が一緒に接合されている従来のデバイスとは対照的に、１片の構成として形成されていることであることが理解される。このような従来のデバイスでは、ある層を他の層上に接合することで、マイクロ流体チャネルが閉じられる。言い換えれば、完全なチャネルを規定するためには、２つの別個の層が必要である。本デバイス１００は、射出成形されているため、別個の接合層は必要ではない。
図１〜５を参照してここで例示される本構成は、現実的には典型に過ぎず、典型的な実施形態を伝えるためだけのものであることが理解される。製造上の検討事項などの多数の異なる検討事項に依存して、種々の変更を、マイクロ流体デバイスに対して行なうことができる。たとえば、ノズル構造は必ずしも円錐形状である必要はない。しかし製造を簡単にするために、円錐形状などが一般的に好ましい。
本応用例の他の態様によれば、図１〜５に例示されるマイクロ流体アレイ・デバイスを製造するための種々の製造方法がここで開示される。一般的に言って、ここで開示される典型的な製造プロセスによって、マイクロスケールのノズル寸法を有するマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを製造することができる（たとえば、ノズル先端開口部の直径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下であり、ノズルの外径が、その先端部分で測定したときに、約１５０μｍ未満、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは約５０μｍ以下である）。また本マイクロ流体アレイ・デバイスは特に、安価な作製方法に適している。より具体的には、本応用例のマイクロ流体アレイ・デバイスは、従来の射出成形技術を用いて好適な熱可塑性物質を射出成形することによって、製造することができる。好適な熱可塑性物質としては、多環オレフィンポリエチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリアルカン、ポリアクリレートポリブタノール共重合体、ポリスチレン、およびポリアイオノマー、たとえばサーリン（Ｓｕｒｌｙｎ）（商標）およびバイネル（Ｂｙｎｅｌ）（商標）などが挙げられる。多環オレフィンポリエチレン共重合体が特に、射出成形プロセスでの使用に適している。このようなポリマーの種々のグレードが、チコナ（Ｔｉｃｏｎａ）から、商品名トパス（Ｔｏｐａｓ）（商標）（ポリエチレン多環オレフィン共重合体である）で市販されている。さらに、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）を用いることができ、同様に、ポリアミド、たとえば種々のグレードのナイロン（ナイロン６−６、ナイロン、６ナイロン６−１２など）；ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、および他のアセチル樹脂；ならびに他の樹脂として、融解粘度がＰＢＴに匹敵し、他の特性がここで開示される他の好適なポリマーに類似するものを、用いることができる。一般に、本射出成形プロセスでの使用に適したポリマーには、融解粘度が比較的低い熱可塑性ポリマーが含まれ、このようなポリマーは好ましくは、化学的純度が高いことが好ましい（好ましくはポリマーは、粒子状添加物が数パーセントを上回らず、また化学的に不活性である）。他の好適なポリマーには、熱可塑性物質に潤滑剤（たとえば液体結晶性ポリマー）をブレンドしたものが含まれる。潤滑剤は、流れを助長するために添加されるものであり、したがってこの添加剤はプロセシング補助として機能する。またゼナイト（Ｚｅｎｉｔｅ）（商標）（デュポン社）などのポリマーを含む他の液体結晶性ポリマーを用いることができる。また化学的純度が高く、化学的抵抗性が高く、熱的安定性があるポリマー（市販品および非市販品の両方）も適している。用途によっては、射出成形可能なエラストマーも好適であり得る。
本マイクロ流体アレイ・デバイスを、射出成形技術を用いて製造するためには、最初にモールドまたはモールド・インサートを作製しなければならない。モールドについての以下の説明は、モールディング・プロセス全体のある程度の詳細を例示するためにその構成について過度に簡略化した１つのタイプのモールド構成に対する典型に過ぎない。しかし当業者であれば、モールド構造は容易に変えることができて、マイクロ流体デバイスの所望する構成によって決定されること、より詳細には、マイクロ流体チャネルの形状、寸法、および特性に基づくマイクロ流体チャネルの所望する構成によって決定されることを理解する。
モールドは通常、複数の部分から形成され、これらは互いに嵌まり合って、組み立てられたモールドを形成する。モールドまたはモールド・インサートは通常、どんなチャネル・アーキテクチャまたはデバイス・フィーチャがマイクロ流体アレイ・デバイス内で所望されようとも、ネガティブ・インプレッションとして形成される。ポリマー材料をモールド内に注入した後、ポリマー材料を硬化してマイクロ流体アレイ・デバイスを形成し、そしてこれをモールドから取り外す。通常、モールドは、シールドされた状態で互いに嵌まり合う２つのモールド・ダイから形成されているため、マイクロ流体デバイスが形成されて十分に冷却された後に、２つのモールド・ダイを分離して、マイクロ流体アレイ・デバイスへのアクセスおよびその取り外しができるようにする。
モールド（すなわちモールド・ダイ）またはモールド・インサートは、このような使用に適した任意の数の材料、たとえば金属、シリコン、石英、サファイア、および好適なポリマー材料から用意することができる。チャネル・アーキテクチャのネガティブ・インプレッションを形成することは、フォトリソグラフィ・エッチング、ステレオリソグラフィ・エッチング、化学エッチング、反応性イオン・エッチング、レーザ加工、ラピッド・プロトタイピング、インク・ジェット印刷、および電気鋳造などの技術によって行なうことができる。電気鋳造を用いる場合、モールドまたはモールド・インサートを、金属を電気鋳造することによってチャネル・アーキテクチャのネガティブ・インプレッションとして形成し、金属モールドは研磨する（好ましくは鏡面仕上げ）。
非金属モールドを射出成形に用いる場合、モールドは、平坦で硬い材料、たとえばＳｉウェハ、ガラス・ウェハ、石英、またはサファイアで形成することができる。マイクロ流体デザイン・フィーチャをモールド内に形成することは、フォトリソグラフィ、化学エッチング、反応性イオン・エッチング、またはレーザ加工（マイクロ加工設備で広く使用される）によって、行なうことができる。加えて、いくつかのセラミックスを用いて、モールドまたはモールド・インサートを作製することができる。
またモールドを、「ラピッド・プロトタイピング」技術から作製することもできる。これには、デザインの従来的なインク・ジェット印刷、またはＳｕ−８などのレジストの直接描画、ステレオリソグラフィを用いたフォトポリマーによるモールドの直接作製、ポリマーを用いた直接３次元作製、および種々の材料をポリマーとともに用いる他の類似または関連する技術などが含まれる。結果として生じるポリマー・ベースのモールドを電気鋳造して、ポリマー・ベースのモールドの金属製ネガティブ・レプリカが得られる。金属製モールドは特に、モールド自体を加熱する必要があるポリマーの射出成形に適している。電気鋳造用に広く使用されている金属の１つはニッケルであるが、他の金属も用いることができる。金属製の電気鋳造されたモールドは好ましくは、射出成形用のモールドとして使用する前に、研磨して高度の仕上げまたは「鏡面」仕上げにする。この仕上げは、機械研磨またはサブミクロン〜ミクロン・サイズのアブレーシブ（たとえばダイアモンド粒子）によって得られる仕上げに匹敵する。電界研磨および他の形態の研磨を用いても、同じ程度の仕上げを得ることができる。加えて、金属製モールド表面は好ましくは、Ｓｉ、ガラス、石英、またはサファイア・ウェハと同じ程度に平坦かつ平行でなくてはならない。１つの典型的な実施形態においては、金属製モールドを研磨して、高度に研磨された仕上げにすることを、１μｍのダイアモンド粒子を用いて行ない、鏡面様の仕上げに近い仕上げを得る。
本出願人は、硬化鋼または他の金属で作製されるモールドを用いた射出成形技術を用いることで、ミクロン・サイズのノズル構造のアレイを有するポリマー・マイクロ流体デバイスであって、ノズル開口部の直径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下であり、ノズルの外径が、その先端部分で測定したときに、約１５０μｍ未満、好ましくは約１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下であるマイクロ流体デバイスを製造できることを見出した。図６は、前述の寸法および特性を有する図１に示すようなマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを射出成形するように構成されたモールド構造２００の斜視図である。今度の場合も、モールド２００は、形成すべきマイクロ流体デバイスのネガティブ・インプレションとして形成される。モールド２００は、第１のモールド・ダイまたは部分２１０と第２のモールド・ダイまたは部分２３０とを含む。これらは、互いに対して相補的で互いに嵌まり合って、図１に例示したデバイス１０に類似するマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの形成に使用される射出成形アセンブリを形成するように、構成される。モールド２００は好ましくは、放電加工（ＥＤＭ）によって形成される。
第１のモールド・ダイ２１０は、実質的に平坦な表面を含む第１の面２１２を有する。第１の面２１２内には、凹部部分２１４が形成されている。凹部部分２１４が、マイクロ流体デバイスの外部周辺形状を概ね規定し、また凹部部分２１４の深さが、マイクロ流体デバイスの厚みを規定する（ノズルが形成される領域は除く）。マイクロ流体デバイスは通常、正方形または長方形の形状であるため、凹部部分２１４の形状は、同じかまたは類似する。たとえば、例示した凹部部分２１４は略正方形の形状である。また第１のモールド・ダイ２１０は、凹部部分２１４の床面に渡って間隔を置いて配置される複数の直立外形を示すピン２１６も含む。各ピン２１６の形状は、モールド２００を閉じてポリマー材料を注入したときに形成されるマイクロ流体チャネルの形状に直接対応する。より具体的には、ピン２１６のベース部分２１７が、マイクロ流体チャネルのリザーバに対応する。中間部分２１８が、マイクロ流体チャネルの中間部分に対応し、ピン２１６の円錐状の先端部分２１９が、ノズルの先端部分に形成されるマイクロ流体チャネルの第２の端に対応する。結果として、ピン２１６の寸法はベース部分２１７で最大であり、ピン２１６は、その円錐状の先端部分２１９まで内側にテーパが付けられる。ピン２１６の間隔は、マイクロ流体チャネル／ノズル構造の間隔に直接的に関連するため、ピン２１６は好ましくは、アレイ状に間隔を置いて配置される。
次に図６〜７を参照して、第２のモールド・ダイ２３０は、第１のモールド・ダイ２１０の第１の面２１２と嵌まり合う第１の面２３２を有する。第１の面２３２は、複数のアパーチャ２３４が第２のモールド・ダイ２３０内に形成されていることを除いて、実質的に平坦である。アパーチャ２３４は、ピン２１６の配置に対応する所定のパターンにしたがって配置されている。アパーチャ２３４は、第１および第２のモールド・ダイ２１０、２３０が互いに嵌まり合うときに、ピン２１６の円錐状の先端部分２１９（１つの実施形態においては長さが約５００μｍ）の少なくとも一部を受け入れるようなサイズである。アパーチャ２３４自体の外形は、アパーチャ２３４が内側にテーパを付けられ、各アパーチャ２３４の下部２３５が円錐形状をなしてマイクロ流体デバイスの円錐状ノズルを形成するようなものである。１つの実施形態により、第１および第２のモールド２１０、２３０が互いに嵌まり合って、ピン２１６がアパーチャ２３４内に受け入れられたとき、ピン２１６の先端部分２１９は、アパーチャ２３４の底部まで完全に延びて、アパーチャ２３４の閉端を規定する第２のダイ・モールド２１０の本体に接触する。図６のモールド２００は、図１のマイクロ流体デバイスを概ね生成するように構成されている。
図７に、図４のマイクロ流体デバイス１００を生成するように構成されたモールドの断面図を示す。説明を容易にしおよび簡単化するために、図６の参照番号を図７〜９の説明に持ち越す。と言うのは、これらの例示された各モールドは、第１および第２のモールド・ダイを含んでいるからである。第１および第２のモールド・ダイ２１０、２３０の一部として形成されるフィーチャによって、結果として生じるマイクロ流体デバイスのフィーチャの寸法および形状が決定されることが理解される。
したがって、第１および第２のモールド・ダイ２１０、２３０を閉じて、射出成形プロセスにとって必要な何らかの準備ステップが取られたときに、第１のモールド・ダイ２１０および第２のモールド・ダイ２２０の第１の面同士が、互いにぴったり合って凹部部分２１４を効果的にシールし、そしてポリマー材料（通常は樹脂）が、凹部部分２３４によって一部が規定される閉じたスペース内に注入されることが、理解される。図７に、第１および第２のモールド・ダイ２１０、２３０が閉じた位置にあり、ピン２１６の先端部分２１９が、アパーチャ２３４内に、より具体的にはアパーチャ２３４の円錐形状の下部２３５内に受け入れられた様子を示す断面図を示す。第１および第２のモールド・ダイ２１０、２３０が、結果として生じるマイクロ流体デバイスのネガティブ・インプレッションであるため、マイクロ流体チャネルはピン２１６の形状を取り、マイクロ流体デバイスのノズルは、円錐形状の下部２３５によって形成される。より正確には、ノズルは、ピン２１６の先端部分２１９と円錐形状の下部２３５の先端部分と間のスペースに完全に充填される樹脂によって形成される。前述したように、この実施形態においては、ピン２１６の先端部分２１９と、円錐形状の下部２３５内に形成される第２のモールド・ダイ２３０の先端とは、互いに接触する。
モールド２００は、長期間に渡って何回も使用して多数のマイクロ流体デバイスを生成することが意図されており、したがってモールド２００を製造するために選択される材料も、それに応じて、そのようにされなければならない。言い換えれば、材料としては、マイクロスケールのフィーチャをマイクロ流体デバイス内に形成することができ、およびモールド２００を用いて多数のマイクロ流体デバイスを形成することができるものを、選ばなければならない。モールド２００の製造での使用に適している１つの材料は、硬化鋼である。金属旋削または放電加工（ＥＤＭ）などの従来の加工技術を用いた場合、ノズル開口部を形成するピン２１６の先端部分２１９の寸法が制限される可能性がある。たとえば製造上の検討事項によって、先端部分２１９の寸法（すなわち直径および長さ）が制限される可能性がある。利用可能な製造技術によって、ノズル外径を約５０μｍまで形成することができる。と言うのは、先端部分２１９と円錐形状の下部２３５との間のスペース内に、樹脂を射出成形できるからである。領域によっては、ノズルおよびマイクロ流体チャネルの所望する寸法のために、このスペースは単に約１５μｍのオーダーである。
第１のモールド・ダイ２１０は正方形であると例示されているが、第１のモールド・ダイ２１０と第２のモールド・ダイ２３０との形状によって、これらの２つのコンポーネントが互いに嵌まり合える限り、第１のモールド・ダイ２１０は任意の数の異なる形状に形成できることが理解される。
しかし前述した寸法よりも小さい寸法のノズル開口部を射出成形するために利用可能な技術がある。図８に、この課題を達成してピン２１６の先端部分２１９よりもさらに小さいノズル開口部を有するノズルを生成するための考えられる１つの射出成形配置を例示する。図８において、第１および第２のモールド・ダイ２１０、２３０を組み立てた後に、先端部分２１９と円錐形状の下部２３５との間にギャップ２４０が存在する。ポリマー材料（すなわち樹脂）を（溶融状態で）円錐形状の下部２３５内に注入するときに、注入した樹脂の圧力を調整して、樹脂がギャップ２４０内のスペース全体に充填されないようにすれば、下部２３５の最低位の部分まで樹脂を動かすのに十分な圧力が存在しないために、結果として生じる成形ノズルの先端に開口部（空間）が残る。この技術を用いれば、ピン２１６の先端部分２１９の直径を２０μｍよりも大きくすることができる。と言うのは、ノズル開口部とノズル外形とがもはやモールドの対応する部分の寸法によって規定されず、むしろモールド寸法、ギャップ寸法、および注入圧力の組み合わせによって規定されるからである。このようにして、ピン２１６を、先端部分２１９が２０μｍのオーダーとなるように製造して同じ寸法のノズル開口部を形成するようにする必要がない。その代わりに、先端部分２１９の直径を、射出成形プロセスの結果としてノズル内に最終的に形成されるノズル開口部の直径よりも大きくすることができる。
図９に、注入された樹脂を、先端部分２１９と円錐形状の下部２３５の先端との間に形成されたギャップ２４０内にオーバーシュートする１つの典型的な方法を例示する。ノズル開口部２１５は、溶融樹脂の注入に用いられる圧力とギャップ２４０の寸法とによって規定される。これらのパラメータを制御することによって、ノズル開口部の寸法を制御することができる。
ポリマー部品に対する製造技術としての射出成形は、低コストで大量生産である。しかしかなりのコストがモールド自体の作製に含まれており、特に、ミクロン・サイズのフィーチャを有ししたがってモールドを作製するという点では厳しいデザインであるマイクロ流体ノズル・デザインに対するモールドがそうである。マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスが、マイクロタイタ・プレートと同じパターンを有するように配置されているために、ロボット利用の市販の液体分配機器を用いてマイクロ流体チャネルのリザーバにサンプルを充填することができるのならば、小さいマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス（すなわちサブユニット）を多数、タイルのように並べるかまたは組み合わせて大きな構造を形成することを用いることができる。と言うのは、マイクロタイタ・プレートは、グリッド・パターン内の規則的に間隔を置いて配置されたサンプル入力点から構成されるからである。たとえばマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを形成した後に、互いに組み合わせて、所望の数のサンプルを受け入れるために所望の数のサンプル・リザーバ（サンプル・ウェルまたはサンプル入力とも言われる）を有する構造を生成することができる。たとえばいくつかの一般的なマイクロ流体デバイスは、９６サンプル・リザーバ（８×１２グリッド）；３８４サンプル・リザーバ（１６×２４グリッド）；および１５３６サンプル・リザーバ（３２×４８グリッド）を収容している。タイルのように並べることは、多くの知られた従来手段によって行なうことができ、たとえば隣接するタイルを溶融結合、溶接、接着剤などによって恒久的に結合して一緒にすることなどが含まれる。言い換えれば、好適であればポリマー構造を結合して一緒にするためのどんな方法または技術も用いることができる。サブユニット構造を別個のサブユニット・タイル（図１７〜１８）として形成することもできるし、またはサブユニット構造を、多数のノズル列を含む長いストリップの形態とすることもできる。たとえばストリップを、間隔を置いて配置された２列のノズルを含むように形成することができる。
あるいはユーザに、多数のフィーチャが内部に形成されたベース・プレートを供給して、ノズル・サブユニット構造をベース・プレート内に挿入してベース・プレートによって保持できるようにすることができる。たとえばベース・プレートは、ノズル・サブユニット構造を受け入れる所定のレセプタクルを収容することができる。受け入れは、ノズル・サブユニット構造がベース・プレート内部に確実に保持されて、所望のパターンにしたがって配置されるように行なわれる。ベース・プレートおよびノズル・サブユニット構造の一方または両方が連結フィーチャを収容して、ベース・プレートとノズル・サブユニット構造との間に連結接続を得ることができる。この実施形態においては、ベース・プレートは、最終的なマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスをその上で構成することができるベースとして機能する。構成は、多数のノズル・サブユニット構造を一緒に配置して、その後にこれらのサブユニット構造をベース・プレート内に確実に保持することによって行なわれる。図１７に、ノズル・サブユニットを連結状態で取り外し可能に保持するための１つの典型的な構造を例示する。この構造は、後に実施例３の説明において詳述する。
多数のノズル・サブユニット構造をタイルのように並べるかそうでなければ結合して、寸法のより大きなマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスにすることによって得られる利点は多い。第１に、より小さいノズル・サブユニット構造に対するモールドの製造コストは、マイクロ流体ノズルのグリッド全体に対するモールドの製造コストよりも、実質的に小さい。またモールド内の１つのピンのみがダメージを受けた場合のモールド交換のコストも実質的に下がる。第２に、ノズル・アレイの有用性が、よりフレキシブルになる。実験が、充填すべきマイクロ流体デバイスのすべてのリザーバ（たとえば９６）を必要とするわけではない場合、必要とする数のノズルまたはそれに近い数のみを、ベース・プレート内に挿入することができる。同時に、この構成によって、ロボットを用いてサンプルを分配することがやはり可能となる。例としておよび１つの典型的な実施形態によれば、１つのノズル・サブユニット構造が４つのリザーバを収容しており、したがって実験が６０のリザーバのみを必要とする場合には、１５のノズル・サブユニット構造のみをベース・プレート内に挿入する。このようにして、未使用のリザーバの数が大きく減るかまたは完全に無くなるために、各マイクロ流体デバイスに関連する起こり得る無駄または非能率が無くなるかまたは大きく減る。
第３に、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、質量分析計入口の前で電気スプレイまたはナノスプレイ用に用いる場合、一般的な構成は、ノズル・スプレイを「軸を外して」に配置すること、すなわちノズル・スプレイを入力に垂直な方向に配置することである。ノズルを入口のすぐ近く（たとえば通常は１インチ以内）に配置する必要があるため、マイクロタイタ・プレートを収容する十分なスペースが入口の前にないことが多い。図１０に、タイルのように並べたマイクロ流体ノズル・アレイ・マイクロタイタ・プレートを、電気スプレイ用に軸外構成でどのように使用できるかを例示する。タイルのように並べたマイクロ流体ノズル・アレイ３００を９６個のウェル・マイクロタイタ・プレート構成に配置したものを、それぞれ１２個のノズル３１０からなる２つの列を有するストリップ３０２に分割する。ストリップ３０２の１つを、他から切断してそうでなければ取り外して、質量分析計３４０の質量分析計入口３３０前のノズル・マウント（図示せず）まで移す（矢印３２０で示したように）。ノズル・マウントは、ストリップ３０２を保持し、少なくともｘ−ｙ平行移動ステージを有して、選択したノズルに付随するマイクロ流体チャネル内に収容されたサンプル材料をスプレイするのに質量分析計入口３３０に対して最適な位置に、各ノズルを配置できるようになっている。スプレイの方向は、質量分析計入口３３０に垂直である。図１０の概略図において、ノズル３１０は質量分析計入口３３０の中心線の下方に位置しており、スプレイは、図面の表面から外へ出る方向である。まだ感触があるストリップ３０２を将来の用途で用いることが、結合したストリップ３０２構造全体を用いるか、または正確な用途および必要とされるノズル３１０の個数の点で用途に対する要求が何であるかに依存して、所定の用途で用いるための１つもしくは複数のストリップ３０２を取り外すかの何れかによって、可能であることが理解される。
本明細書で開示したマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、多くの異なるタイプの用途で用いることに適している。
単に説明を目的として、図４〜５に例示したマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００を参照して典型的な用途の一部を開示する。しかしデバイス１００の代わりに、本明細書で開示したどのデバイスも使用できることが理解される。
マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００は、ナノスプレイ／電気スプレイの応用例で用いることに、特に適している。電気スプレイは、液体サンプルを、質量分析用に蒸発およびイオン化させることができる技術である。電気スプレイ・プロセスは、周囲圧力の中で行なわれる。従来の電気スプレイでは、比較的大きな内径（すなわち約５０μｍ）のキャピラリを用いて、液体サンプルを質量分析計の入口まで送っている。キャピラリから流れ出ている液体は、キャピラリ開口部の近くの金属導体とキャピラリ開口部の反対側の接地平面とに高電圧（たとえば４〜５ＫＶ）をかけることにより、またはその逆により、発生する電界の影響を受けて蒸発する。乾燥窒素が同心配管を通ってキャピラリまで流れて、キャピラリから流れ出る液体を噴霧することを助長している。キャピラリ内部の液体の流れは一般的に、シリンジ・ポンプなどのポンプによって駆動される。
本マイクロ流体デバイス１００のノズル・アレイを、別個のナノスプレイ源として用いる場合、ノズル開口部の反対側にあるリザーバ１６０に、スプレイすべきサンプルを充填する。スプレイの前に、リザーバをシールしてリザーバが液密になるようにする必要がある。言い換えれば、リザーバ１６０の開口端（すなわちマイクロ流体チャネル１４０の開口する第１の端１４２）をシールしなければならない。リザーバ１６０の開口端をシールすることは、それぞれ満足のいくリザーバの液密シールをもたらしサンプルをチャネル１４０内に輸送することができる多くの異なる方法で、行なうことができる。図１１〜１３に、リザーバの所望する液密シールをもたらす多数の典型的な方法を例示する。
たとえば図１１に、リザーバ１６０の開口部（すなわちマイクロ流体チャネル１４０の第１の端１４２）が、弾性的なカバー・シート４００でシールされる第１のシール技術を例示する。弾性的なカバー・シート４００は好ましくは、男性的なポリマー・カバー・シートの形態である。マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００では、ポリマー・カバー・シート４００がリザーバ１６０の開口端の全体に完全に渡るように、ポリマー・カバー・シート４００はリザーバ壁１２４に結合されている。機械的なプランジャ４１０などを用いて、ポリマー・カバー・シート４００に力を加え、サンプルを、マイクロ流体チャネル１４０の長さに沿って押し進めて、最終的にノズル開口部（マイクロ流体チャネル１４０の第２の端１４４）から外に、連続した流れで出すことができる（４３０で大まかに示す）。放出された連続的なサンプルの液体の流れを、次に電界の影響で蒸発させる。ポリマー・カバー・シート４００およびプランジャ４１０の移動の大まかな方向を、矢印４２０で示す。
図１２に、他のシール技術を例示する。この技術によれば、移動可能なシール部材４００が設けられ、この部材４００は、リザーバの開口部をシールするためのシール・ベース４２２と、シール・ベース４４２に取り付けられたロッドまたはプランジャ４４４とで形成されている。シール・ベース４４２の寸法はリザーバ１６０の開口端の寸法よりも大きいため、シール・ベース４４２は、リザーバ壁１２４にぴったり合い、リザーバ１６０の開口端の全体に完全に渡る。シール・ベース４４２は好適な弾性材料で形成されていて、力が加えられたときにシール・ベースが部分的に変形できるようになっている。この弾力性によって、シール・ベース４４２は、シール・ベース４４２がリザーバ１６０自体内部に向けられたときにリザーバをシールする一時的なダイアフラムとして機能することができる。
シール・ベース４４２が、ノズル１７０に向かう方向に下方へ押された場合、シール・ベース４４２は、マイクロ流体チャネル１４０の第１の端（リザーバ１６０の入口でもある）の中に強制的に押し込まれたときに変形する。例示した実施形態においては、シール・ベース４４２はフランジ４４６を含み、このフランジ４４６は直径がシール・ベースの他の部分の直径よりも大きい。そのため、シール・ベースをリザーバ内に挿入したときに、フランジ４４６は、リザーバ壁１２４の内面と密接して、シール・ベースとリザーバとの間に液密シールを形成する。シール・ベース４４２がリザーバ１６０内に挿入されて、その中をノズルに向かって動くときに、シール・ベース４４２はサンプルをマイクロ流体チャネル１４０の第２の端１４４に向けて効果的に押し込むため、そこで規定されるノズル開口部からサンプルが放出される。リザーバ１６０内のサンプル（たとえば液体）とシール・ベース４４２との間にエア・ギャップが存在していても良いし、または通気孔（図示せず）をシール・ベース４４２内に取り入れて、シール・ベース４４２によってサンプルをマイクロ流体デバイスを通して押し進めたときに空気をリザーバ１６０から押し出すこともできる。通気孔は、従来の通気孔技術を用いて、通気孔が空気の通り道を可能にする一方で液体の流れに対しては不透性となるように作製することができ、その結果、サンプルが通気孔を通してリザーバ１６０の外へ流れ出ないようにされる。
プランジャ４４４は、手動で操作するか、またはプランジャ４４４の動作を制御するアクチュエータなどを含む自動システムの一部とするかの、何れかにできるが理解される。すべてのプランジャ４４４を共通のアクチュエータまたはリンクに連結することで、始動時に、プランジャ４４４をすべて同時に駆動して、サンプルを個々のチャネルを通して個々のノズルへ同時に輸送することができる。
図１３を参照して、流体搬送部材４５０を設けるさらに他のシール技術を例示する。部材４５０は、中空部分を有しており、リザーバ１６０の形状と相補的になるように概ね形成されているため、部材４５０は、リザーバ壁１２４の上縁とぴったり合う。部材４５０は、最初はリザーバ１６０の開口端の近くに位置する末端部４５２を含む。末端部４５２では、ガスケット４６０が設けられていて、例示した実施形態においては、ガスケット４６０はシールＯリングなどの形態である。ガスケット４６０は、末端部４５２とリザーバ壁１２４との間のシールをもたらして、以下のようにサンプルが輸送されたときにこの界面の間で流出することを防ぐ機能を果たす。部材４５０は少なくとも部分的に中空であるために、ガスケット４６０は、部材４５０を通って延びる孔の周りに配置される。
この実施形態においては、流体を部材４５０（より具体的には、その孔）を通して流すことによってサンプルをマイクロ流体チャネル１４０内を動かして、サンプルをマイクロ流体チャネル１４０を通してノズル１７０まで効果的に押し進め、ノズル１７０からサンプルを連続した流れ４３０で放出する。流体は好ましくは、高圧ガス、たとえば空気または乾燥窒素ガスであり、ピストン孔と流体連絡する供給源から送出される。流体の流れの方向は、４７０で概略的に示されている。他の実施形態においては、流体が液体サンプルであって、マイクロ流体チャネル１４０内に供給して連続して液体をノズルを通して押し出すことができる。
保護カバー（図示せず）を流体搬送部材４５０の末端部４５２に配置して、サンプルがピストン孔の内面と接触することを防げることが理解される。保護カバーは、サンプルをマイクロ流体チャネル１４０に沿って輸送するために孔を通ってリザーバ１６０内に流れる流体に対しては透過性でなくてはならない。たとえば、保護カバーは、ガス透過性であると同時に液体流れに対しては不透過性である薄いポリマー被膜の形態とすることができる。こうすることで、サンプルは孔自体とは接触することができない。このような保護カバーを用いることは必要ではない。と言うのは、注入された流体は部材４５０を通って流れて、サンプルと周囲の構造との間のエア・ギャップに力を加えることによって液体サンプルを押し出すことができるからである。
さらに従来的な流体送出メカニズムを、デバイス１００とともに用いることができる。この実施形態においては、ストッパをリザーバ１６０内に挿入する。ストッパの中を通して、リザーバ１６０と連絡する孔が形成されている。キャピラリを孔を通して挿入し、液体サンプルをリザーバ内に、キャピラリの外の供給源からキャピラリを通して注入する。この実施形態においては、サンプルはリザーバ１６０内に蓄えられず、むしろキャピラリを通してリザーバ１６０内に注入されることによってチャネル１４０に送出される。
前述したように、ノズル・アレイの前面は、金属または導電性ポリマーの薄い被膜によって導電性になっている。適切な強さの電界をノズルに加えれば（たとえば図３に例示する配置によって）、液体と、液体が搬送する検体（すなわちサンプル）とが、ノズル開口部を通して放出されるときに蒸発する。電気スプレイ質量分析で用いることに適した液体としては（これに限定されないが）、アセトニトリル、酢酸アンモニウム、および他の揮発性液体が挙げられる。ノズルの内径が約２０μｍを下回っているため、ノズルから流出する蒸発すべき材料の量は、従来の電気スプレイ操作で通常用いられる量を下回っている。また外径が５０μｍであるために、約６ＫＶを下回る印加電圧でも、蒸発させるのに十分強い電界が生成される。
したがって噴霧ガスを用いて蒸発プロセスを支援することは必要ではない。しかし噴霧ガスが必要となる場合には、乾燥窒素ガスをノズル開口部に流すチャネルを、ノズル・アレイの前に取り付けられたポリマー基板に簡単に加えることができる。図１４〜１５はそれぞれ、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス５００を、噴霧のためにガス導管５２０が内部に形成された基板５１０と組み合わせたものを示す、平面図および断面図である。マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス５００は、本明細書ですでに開示した典型的なマイクロ流体アレイ・デバイスの何れかと類似または同一とすることができる。ガス出口５２２が、１つのノズル５３０と同心になるように形成されている。噴霧ガスチャネルを有する基板５１０を、ノズル・アレイ・デバイス５００自体に使用される射出成形プロセスによって射出成形プロセスの間に作製することができる。または基板５１０を最初に作製して、後でノズル・アレイ・デバイス５００に、別個のコンポーネントとして取り付ける（たとえば接合する）ことができる。基板５１０を、任意の数の異なる方法で取り付けることができ、たとえば（これに限定されないが）、境界ゾーンにそって粘着剤を用いることまたは２つの部材を融解させて接合することが含まれる。
場合によっては、ノズル・アレイを、マイクロタイタ・プレート・サンプル・ウェル構成に適合させる必要がないこともある。たとえばサンプルをノズルに、高性能液相ガスクロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）コラムの溶離剤によって供給することができる。ノズル・アレイにおけるリザーバ・サイズは、任意のサイズに形成することができるため、リザーバ・サイズを、リザーバの開口端がＨＰＬＣコラムの一方の端、またはＨＰＬＣの溶離剤を質量分析用に分割する何らかの配管を受け入れられるように、形成することができる。またノズル・アレイのリザーバ側を、質量分析用に溶離剤を分割するための射出成形されたフィーチャから構成することができる。この場合に、液体サンプル検体がノズル開口部を通って流れる駆動力は、ＨＰＬＣの圧力駆動による液体流れである。圧力ダイアフラムも外部圧力誘導メカニズムも必要ではない。
また本明細書で開示したマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、特に光学分光分析用のノズル・アレイとして用いるようにも適合されている。ノズル・アレイ・デバイスにおける各マイクロ流体チャネルは、内径が２０μｍ以下のノズル開口部で終了し、ノズル・アレイ・デバイスの基板は、一般に疎水性であるポリマー材料から形成されているため、マイクロ流体チャネル内部の液体は、外力を加えることなしにノズルから滴ることも放出されることもない。紫外または可視のいずれかの光がアレイのリザーバ側に入射されると、光は、ノズル開口部から出て、マイクロ流体チャネル内の液体中に収容された検体の光学分光分析情報を伝える。このようにして、マイクロ流体チャネルとノズル開口部とによって、光学窓を用いない光検出システムが得られる。これは重要な利点である。と言うのは、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、光学材料から形成される光学窓をそのデザインの中に取り入れるように作製する必要がないからである。この結果、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスに対する構造上の複雑さが減り、またマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの作製に対するコストおよび複雑さも減る。
サンプルが充填された９６個のマイクロタイタ・ノズル・プレートを、９６個のマイクロタイタ・プレート用の紫外線読み取り器内に配置することができ、各サンプルに対する分光光度情報を、読み取り器によって得ることができる。ＵＶ分光測光用に使用される従来のマイクロタイタ・プレートは、サンプルをウェル内に保持してＵＶ光を同時に伝達するために、サンプル・ウェル底面を特別なＵＶ透明材料で形成しなければならず、そうでなければ石英で形成されたマイクロタイタ・プレートを用いなければならない。したがって１つの典型的な実施形態によりマイクロタイタ・ノズル・プレート・アレイ・プレートを用いることにより、プレート内のサンプルに対して２つの検出技術が、サンプルを他の追加のプレートに移すことを必要とせずに可能になる。
図１６は、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００を、ＵＶ分光測光用にどのように使用できるかを示す断面図である。図１６では、ＵＶ分光測光でのマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００の使用方法を例示するために、２つのノズル構造を示す一部の部分のマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００を例示している。この典型的な配置では、ＵＶ光が、供給源５４０から放出されて、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００に向かって移動し、リザーバ側１２０に入射される。ＵＶ光は、リザーバ１６０を通って移動して、続けてマイクロ流体チャネル１４０の長さに沿って移動する。リザーバ１６０およびマイクロ流体チャネル１４０の両方とも、サンプル（たとえば液体および検体）が入っている。ＵＶ光は、ノズル開口部１４４を通って移動して検出器５５０に至る。検出器５５０は、ノズル１７０を収容するマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの側に面するように配置されている。ＵＶ光が伝える検体の分光光度情報は、ＵＶ読み取り器の検出器５５０によって検出される。このように、垂直に配向されたマイクロ流体チャネルの構成によって、ＵＶ分光測光を簡単かつ便利な方法で有利に行なうことができる。と言うのは、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００を、ＵＶ光源とＵＶ読み取り器の検出器５５０との間に簡単に配置することができるからである。同様に、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００を用いて、透過型蛍光分光分析を行なうことができる。
光学材料から形成される光学窓がデバイス内に作製されていた従来のマイクロ流体デバイスとは異なり、本マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの基板本体は、光学的に透明な材料で形成する必要はない。この結果、この要求がマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスにおいて存在しないため、作製プロセスの複雑さが減る。
また本明細書で開示した本マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、同様の従来デバイスが通常使用されている広範な他の用途においても用いることができる。たとえば、基板上のＤＮＡまたはタンパク質のアレイをスポッティングすることに、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを用いることができる。これは、金属製キャピラリを用いて現在使用されている従来のキャピラリ吸上げ法を用いる代わりとなるものである。現在、ＤＮＡアレイ・スポッティングは主に、ＤＮＡ断片を金属製キャピラリの開口する分割端内に「吸上げる」ことによって行なわれている。ガラス・スライド上のアレイ構成内でスポットするために、キャピラリの分割端をガラス・スライド上に、ロボット・アームなどを用いてわずかに押して、ＤＮＡ断片が容易に堆積するようにしている。金属製キャピラリは、ガラス・スライドから持ち上げられたらすぐに、ガラス・スライドから「飛び上がる」傾向がある。この現象および他の要因の結果、アレイ内のスポットの約２０％が何かしら不完全であることが良く知られている。たとえば、スポットがむき出しであるか、または堆積した材料の量が不十分であるかの何れかである。スポッティングは通常、８〜１２個のキャピラリの列を用いて高価な機械を使用して行なわれ、キャピラリはすすぎ洗いされて、異なるＤＮＡサンプルに対して再使用される。
本明細書で開示される本マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、ノズル開口部が従来のノズル構成よりも小さく（たとえば２０μｍ以下）、従来の金属製キャピラリと比べて、本マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを用いることによって多くの利点を実現することができる。第１に、射出成形されたマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、各堆積の後に廃棄することができる。こうすることで、時間のかかるすすぎ洗いプロセスが省かれ、デバイスが再使用されないためにクロス・コンタミネーションの危険が全くない。第２に、ＤＮＡまたはタンパク質の分子は、金属表面上に吸着されるが、ポリマー・ノズルの壁には吸着されない。したがってスポッティングは、分子がポリマー・ノズルを離れてガラス・スライド上に堆積されるときに、より完全となる。第３に、２次元のノズル・スポッタを安価に作製することができるため、スポッティング操作のスピードが大幅に高まる。第４に、ポリマー・ノズルからのＤＮＡまたはタンパク質の分子を堆積させることを、前述したデバイスの１つを用いた高圧空気でおよび／または電気スプレイ用の電界で、分子をノズルからポンピングすることによって、支援することができる。
またマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）用プレートのスポッティングに、ピペットの交換に、およびキャピラリ・スポッティング法に用いることができる。タンパク質分子および高分子量の断片に対する主要な分析技術であるマトリックス支援レーザ脱離およびイオン化質量分析の場合、分析すべき分子が、マトリックス材料層上に堆積され、通常は、ＵＶレーザによって蒸発可能なＵＶ吸収性分子である。こうして対象分子を気相中に運び、マトリックス分子と一緒にイオン化する。従来は、金属製（通所はアルミニウム）ＭＡＬＤＩプレートを、マイクロピペットを用いて、より最近ではキャピラリを用いて、手動でスポットする。メタライズされたポリマー・ノズルをスポッティングに用いれば、イオン化プロセスの効率は高まる。最初にマトリックス材料を、アルミニウム製ＭＡＬＤＩプレート上に電気スプレイする。アルミニウム製ＭＡＬＤＩプレートは接地電位に保持され、一方で、金属コーティングされたノズルは高電圧に保持される。またはその逆である。次に対象分子をマトリックス材料上に、新しいノズル内で電気スプレイする。スプレイによって、マトリックス分子と対象分子とを、より均一に互いに混ぜることができるため、レーザ支援脱離およびイオン化の効率が高まる。またＭＡＬＤＩプレートのスポッティングを、高スループットを得るために２次元アレイのノズルを用いて行なって良い。こうしてノズル・アレイの密度を大幅に増加させることででき、この結果、スポッティング・アレイの密度を増加させることができる。したがって、スポッティングの密度が増加する結果、より多くの試験または実験サイトを基板上に設けることができる。電界を用いてスポッティング・プロセスを支援できることも理解される。電界は、図３に例示した配置を用いることによって、または他の何らかのタイプの好適な配置によって、発生させることができる。
本明細書で開示した、射出成形技術に基づく製造方法を用いて、ナノからピコリットルの分配用のピペット先端を作製できることが、さらに理解される。言い換えれば、モールドを作製して樹脂をモールド内に注入することで、ピペット先端として、本体が長く、先端開口部の内径が約２０μｍ未満である先端部分（先端部分の外径は約５０μｍ未満である）で終了するピペット先端を形成することができる。
以下の実施例は、本マイクロ流体アレイ・デバイスのいくつかの実施形態を例示する役目を果たすだけのものであり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
（実施例１）
ポリマー・マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、本明細書で開示した技術を用いて作製し、最初に、射出成形プロセス用にデザインされたモールドを用意する。モールドは金属で形成され、マイクロ流体デバイスのノズル部分を規定するモールドの円錐面をダイアモンド・ペーストで研磨して、高度に研磨された表面を形成する。より具体的には、円錐面を１μｍのダイアモンド粒子で研磨して、マイクロ流体デバイスの一部として形成されるノズル用に、鏡面仕上げに近いものを実現する。マイクロ流体デバイスの作製は、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）を、閉じたモールド内に注入した後に、形成された構造を硬化して、最終的に、モールドされたマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスをモールドから取り外すことによって行なう。マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、ノズルの平均的な外径が約６０μｍで、その先端の平均的な内径（すなわちノズル開口部の直径）が約２０μｍ未満となるように形成する。
ノズルを規定するモールドの円錐面を研磨することによって、ノズルの外面は非常に滑らかになり、さらにノズルの外径がノズル間およびモールド・ラン間でより一定になる。滑らかで高度に研磨された表面を円錐部分に設けることによって樹脂流れの摩擦が減り、この結果、射出プロセスの精度および効率が増加する。これらの技術によって、マイクロスケールのフィーチャを有する本マイクロ流体デバイスのノズルなどの非常に寸法の小さい構造を形成するときに、利点が得られる。
そしてマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを電気スプレイ・デバイスとして用いて、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス内に形成されたマイクロ流体フィーチャ内に配置される液体サンプルを、スプレイする。すでに詳述したように、ノズルは、電界によって誘発される蒸発によって、液体サンプルをスプレイして微細な霧にする役目を果たす。この実施例では、５〜６ＫＶの間の電圧を、ノズル先端の周囲に形成される導電性領域に印加して、必要な電界を得る。次に、蒸発されてイオン化されたサンプルを、分析用の質量分析計の入口内に注入する。
（実施例２）
ポリマー・マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、本明細書で開示した技術を用いて作製し、最初に、射出成形プロセス用にデザインされたモールドを用意する。モールドは金属で形成され、マイクロ流体デバイスのノズル部分を規定するモールドの円錐面をダイアモンド・ペーストで研磨して、高度に研磨された表面を形成する。より具体的には、円錐面を１μｍのダイアモンド粒子で研磨して、マイクロ流体デバイスの一部として形成されるノズル用に、鏡面仕上げに近いものを実現する。マイクロ流体デバイスの作製は、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）を、閉じたモールド内に注入した後に、形成された構造を硬化して、最終的に、モールドされたマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスをモールドから取り外すことによって行なう。マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、ノズルの平均的な外径が約６０μｍで、その先端の平均的な内径（すなわちノズル開口部の直径）が約２０μｍ未満となるように形成する。モールドは、それぞれ１２個のノズルからなる２つの列を有するマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを形成するように構成される。
モールドされたマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを取り外したらすぐに、上記プロセスを繰り返して、１つまたは複数の他のマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを形成する。次にマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを並べて置いて、隣接するストリップを、各ストリップの縁に粘着剤（たとえば接着剤）を塗布することによって、互いに脱着可能に固定する。より具体的には、ポリマー材料が柔らかくなるように縁を加熱した後に、隣接するストリップをこれらの縁に沿って合わせて、接触させた２つの縁の間で溶けた接合剤が生じるようにする。好ましくは、隣接するストリップ間の溶けた接合剤は、弱い部分を含んでおり（たとえば、刻み目線などを接合剤に沿って形成することができるし、または２つのストリップ間の接合した界面部分の厚みを薄い厚みとすることができる）、その結果、一方のストリップを他方のストリップから容易に引き離すことができる。残りのどのマイクロ流体ストリップも同じように張り付けて、単一の、タイルのように並べられたマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、接合した隣接するマイクロ流体デバイス間に弱い部分を含むようにして、形成する。接合されるマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップの数は、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの所望する全体のサイズに、より詳細には、各マイクロ流体デバイスあたりのリザーバおよびノズルの所望する全体の数に依存する。使用時には、単一の、タイルのように並べられたマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを分割して、２つ以上の部分にする。これらは、使用することもできるし、またはさらに分割して、より小さいさらなるマイクロ流体デバイスにすることもできる。
（実施例３）
ポリマー・マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを、本明細書で開示した技術を用いて作製し、最初に、射出成形プロセス用にデザインされたモールドを用意する。モールドは金属で形成され、マイクロ流体デバイスのノズル部分を規定するモールドの円錐面をダイアモンド・ペーストで研磨して、高度に研磨された表面を形成する。より具体的には、円錐面を１μｍのダイアモンド粒子で研磨して、マイクロ流体デバイスの一部として形成されるノズル用に、鏡面仕上げに近いものを実現する。マイクロ流体デバイスの作製は、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）を、閉じたモールド内に注入した後に、形成された構造を硬化して、最終的に、モールドされたマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスをモールドから取り外すことによって行なう。マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスは、ノズルの平均的な外径が約６０μｍで、その先端の平均的な内径（すなわちノズル開口部の直径）が約２０μｍ未満となるように形成する。モールドは、それぞれ１２個のノズルからなる２つの列を有するマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを形成するように構成される。
モールドされたマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを取り外したらすぐに、上記プロセスを繰り返して、１つまたは複数の他のマイクロ流体ノズル・アレイ・ストリップを形成する。図１７に、多数のノズル・サブユニット構造をタイルのように並べるかそうでなければ組み合わせて、大きな寸法のマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスにするコンセプトを大まかに例示する。ベース・プレート６００が設けられていて、多数のノズル・サブユニット構造（概略的に６１０で示す）を受け入れるための手段として機能する。受け入れは、ノズル・サブユニット構造６１０がベース・プレート６００とリリース可能に連結するように、行なわれる。より具体的には、ベース・プレート６００は、枠状の部材であって、所定の数の保持レール６２０を有している。保持レール６２０は、それらの端において、一対の端壁６３０に取り付けられている。レール６２０は、隣接するレール６２０間に開口スロット６４０が形成されるように、互いから間隔が置かれている。
図１７および１８に例示するように、各レール６２０には、多数のクランプ・フィーチャ６５０が、レール６２０の一部として形成されていて、レール６２０の長さに沿って間隔が置かれている。クランプ・フィーチャ６５０は、互いから間隔が置かれて保持スロット６６０をその間に規定する側壁６５２を含んでいる。側壁６５２は、互いに平行に配置されて、クランプ・フィーチャ６５０の床部６５２から上方に延びている。側壁６５２の内面間の距離は、ノズル・サブユニット構造６１０の側壁の間に摩擦によるフィットが得られて、構造６１０をベース６００に固定すると同時に構造６１０をベース６００から離して容易に取り外すことができるように、選択される。したがって側壁６５２の内面間の距離は、側壁６５２間の保持スロット６６０内に受け入れられる構造６１０の側壁の幅と等しいかそれよりもわずかに大きい。
あるいは、レール６２０の全長を「Ｕ形状」断面にして、互いから間隔が置かれた２つの側壁６５２間に保持スロット６６０を形成することができる。この実施形態においては、レール６２０全体が、レール６２０の長さに沿って間隔をおいて配置された別個のクランプ・フィーチャ６５０の代わりに、ロッキング部材として機能する。
例示した実施形態においては、各ノズル・サブユニット構造６１０は、４つのノズル６１２と４つのリザーバ（図示せず）とを構造６１０の反対側に含む。単に説明を目的として、ノズル６１２は、クランプ・フィーチャ６５０と反対側を向いている（クランプ・フィーチャ６５０の上方の面内にノズル６１２があるように）として、例示されている。しかしノズル６１２面が反対方向を向くように、構造６１０をベース６００とリリース可能に連結させることができる。言い換えれば、マイクロ流体チャネルの反対端にあるリザーバが、クランプ・フィーチャ６５０と反対側を向き、クランプ・フィーチャ６５０上方の面内に位置する。
ノズル・サブユニット構造６１０をベース６００とリリース可能に連結させることを、１つのノズル・サブユニット構造６１０の対向する２つの側壁６１１を、開口スロット６４０を間にして互いに面する２つの隣接するレール６２０の保持スロット６６０内に挿入することによって行なう。一方の側壁６１１を最初に挿入した後に他方の側壁６１１を他方の保持スロット６６０に挿入することもできるし、または両方の側壁６１１をスロット６６０とアライメントした後に、ノズル・サブユニット構造を下方に押して、側壁６１１を効果的に保持スロット６６０内に配置することもできる。ノズル・サブユニット構造６１０とベース６００の両方とも好ましくはプラスチック材料で形成され、および構造の寸法は慎重に選択されるため、側壁６１１が保持スロット６６０内に受け入れられるときに摩擦によるフィットが生じる。側壁６１１が保持スロット６６０内に受け入れられるときに、ノズル６１２とリザーバとは開口スロット６４０内に受け入れられて、これらの要素がベース６００によって妨げられないようになっている。言い換えれば、リザーバ開口部は塞がっていないため、リザーバ内にサンプルを注入することがそうでなければ配置することができ、またノズル開口部も塞がっていないため、サンプルを放出することができる。
１つの実施形態においては、ベース６００は、ポリマー材料で形成され、射出成形プロセスを用いて、ベース６００が単体構造として形成されるように製造される。摩擦によるフィットは、ノズル・サブユニット構造６１０をベース６００にリリース可能に連結させる１つの仕方であるが、側壁６１１とクランプ・フィーチャ６５０との間の界面に少量の粘着剤を用いて、種々の応用例（ベース６００をひっくり返す必要がある場合があるとき等）の間にノズル・サブユニット構造６１０が確実に所定の位置に留まるようにしても良い。さらに用途によっては、ノズル・サブユニット構造６１０の背面に力を加える必要があるため（たとえば、リザーバ内のプランジャを始動させるため等）、この力が加えられたときにノズル・サブユニット構造６１０が、所定の位置に留まって、ベース６００から外れることがないことが望ましい。好適であれば任意の数の粘着剤を用いることができる。粘着剤の１つのタイプは、ノズル・サブユニット構造６１０をベース６００から取り外すことができるリリース可能な粘着剤であることが理解される。
図１９に、図１７〜１８に例示した構成に非常に類似する他の実施形態のベース６００を例示する。この実施形態においては、クランプ・フィーチャ６５０は、隣接するノズル・サブユニット構造６１０の２つの側壁６１１を受け入れるように構成されている。すなわち側壁６５２の内面間の距離は、互いに密接に隣接して接触して配置される２つの側壁６１１の幅が、側壁６５２の内面間の距離とほぼ等しいかわずかに小さくなるように、選択されている。言い換えれば、スロット６６０は、隣接するノズル・サブユニット構造６１０の２つの側壁６１１を受け入れて保持するように構成される。この実施形態によりノズル・サブユニット構造６１０をベース６００に取り外し可能に結合するために、１つの側壁６１１をスロット６６０内に配置した後に、隣接するノズル・サブユニット構造６１０のもう１つの側壁６１１を、他方の側壁６１１の隣のスロット６６０内に配置する。こうすることによって摩擦によるフィットが得られて、隣接する両方のノズル・サブユニット構造６１０が所定の位置に確実に保持される。図１７〜１８の実施形態とは異なり、本実施形態では、各ノズル・サブユニット構造をベース６００に効果的に結合するために、２つの側壁６１１を１つのスロット６６０内に配置する必要がある。
前述したクランプ部材に加えて、他の部材を使用できることが理解される。たとえば各クランプ部材を、バネでバイアスされたクリップで構成することで、側壁６１１を摩擦による方法で受け取って、側壁６１１をリリース可能な方法で維持および保持することができる。クリップを、２つの対向するプレートをヒンジを介して一端で接続したもので構成して、プレートを互いの方向にバイアスすることができる。側壁６１１を、プレートの対向する端で受け入れて側壁６１１をプレート間に挿入した後に、プレート間の側壁６１１を、ヒンジを取り付けた端の方に向ける。プレート間のバイアス作用によって、側壁６１１をプレート間に確実に掴むことが保証されると同時に、バイアス力に打ち勝って側壁６１１を、プレートから離れるまで上方に持ち上げるだけで取り外すことができる。
図２０に、さらに他のベース７００を例示する。ベース７００は、多数のノズル・サブユニット構造をタイルのように並べるかそうでなければ結合して、寸法のより大きなマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスにするとともに、マイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスの一部を形成するリザーバの容積を増加させるためのものである。ベース・プレート７００は、プラスチック材料で形成され、好ましくは射出成形できるプラスチック材料で形成される。前述したように、射出成形によって、ベース・プレート７００の全体性も、ベース・プレート７００の一部として形成されるマイクロ・スケールのフィーチャも危うくすることなく、ベース・プレート７００を形成する低コストな方法が得られる。
この特定の実施形態においては、ベース・プレート７００は、ロボット利用の分配ピペットを受け入れる表面上の特定の構成、たとえば９６のウェル、の従来のマイクロタイタ・プレートに類似している。ベース・プレート７００は、多くの種々の形状となるように形成することができる。しかしベース・プレート７００は一般に、上面７０２と対向する下面７０４とを含む。ベース・プレート７００は、多数の開口端ウェル７１０が内部に形成され、所定のパターンに従って配置されている。ウェル７１０の上端７１２は、部分的に、ベース・プレート７００の上面７０２を規定する一方で、ウェル７１０の下端７１４は、下面７０４から間隔を置いて配置されている。ウェル７１０は、上端７１２の幅がウェル７１０の下端７１４よりも大きいという点で、テーパが付けられた構成をなしている。ウェル７１０を任意の数の異なる断面形状となるように形成することができ、１つの典型的な実施形態においては、ウェル７１０は略環状形状（すなわち円形断面）となることが理解される。
ベース・プレート７００は、少なくとも１つのマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス、たとえば図５に例示したデバイス１００を、保持するように構成されている。説明を目的として、デバイス１００を保持するためにベース・プレート７００が使用されるとして説明する。しかしデバイスをベース・プレート７００に結合してそれによって保持することができる保持フィーチャをデバイスが有する限り、異なるフィーチャおよび／または構成を有するデバイスを使用できることが理解される。より具体的には、デバイス１００は、ウェル７１０の下端７１４と結合するための多くのフィーチャが内部に形成される。たとえばデバイス１００の第１の面１２０には、リザーバ１６０を部分的に規定するリザーバ壁１２４が含まれる。典型的な実施形態においては、リザーバ壁１２４は環状形状であり、それはリザーバ１６０自体がそのような形状であるからである。第１の面１２０は、リザーバ壁１２４が第１の面１２０の周囲の部分に対して隆起するように、構成されている。そのため、部材を、リザーバ壁１２４の外面の周囲にフィットさせることができる。
ベース・プレート７００は、１つまたは複数のデバイス１００をベース・プレート７００に簡単に結合できるように構成されているため、多数の小さいデバイス１００を組み合わせて大きなグリッドのデバイス１００になる。デバイス１００とベース・プレート７００との間のこのような結合は、デバイス１００の任意の１つを簡単に取り外しおよび／または交換できるという点で、事実上リリース可能である。１つまたは複数のデバイス１００をベース・プレート７００に結合するために、各デバイス１００の配置は、リザーバ１６０が、ベース・プレート７００内に形成されたウェル７１０とアライメントせされるように行なう。ウェル７１０の下端７１４の内径が、リザーバ壁１２４の外径よりもわずかに大きいかまたはほぼ等しくて、ウェル７１０の下端７１４がリザーバ壁１２４上にぴったりとフィットするため、デバイス１００をベース・プレート７００に結合することができる。
ウェル７１０はベース・プレート７００全体に渡って配置されているため、各リザーバ１６０に対して、対応するウェル７１０が存在し、さらにデバイス１００を確実にベース・プレート７００に結合したときに、デバイス１００の各リザーバ１６０とアライメントされるウェル７１０が少なくとも１つ存在する。デバイス１００の各リザーバ１６０に対して、対応するウェル７１０が存在しているため、ウェル７１０がリザーバ１６０の延長部分の機能を果たすことからベース・プレート７００はリザーバ１６０の容積を実際に増加させる役目を果たす。言い換えれば、リザーバ１６０にウェル７１０を通して充填することができ、リザーバ１６０から溢れるサンプルはどんな量でもウェル７１０に収納されるだけである。サンプルはノズル１７０を通して前述した仕方で放出されるため、ウェル７１０からのサンプルは、放出済みの量と入れ替わるように、リザーバ１６０内に供給される。各ノズル１７０の背後にあるリザーバ容積が増加するために、デバイス１００がロボット利用の分配機器と適合してこれに順応できるという点で、ベース・プレート７００に対する他の利点およびリザーバの有効サイズを増加させるその能力が存在する。図２０に、このことを例示する。図では、各ウェル７１０内でサンプル（たとえば液体）を収容する容積が、ノズル・アレイのリザーバ１６０のみを用いてサンプルを収容する場合よりもはるかに大きいことが示されている。
あるいは下端７１４をリザーバ壁１２４内（の間）に受け入れられるという点で異なる方法で、下端７１４はリザーバ壁１２４のインターフェースとなることができる。言い換えれば下端７１４の外径を、リザーバ壁１２４の内径よりもわずかに小さいかまたはほぼ等しくなるように、選択する。この実施形態においては、下端７１４がリザーバ壁１２４内に、デバイス１００が確実にベース・プレート７００に結合されるように、ぴったりと受け入れられる。
下端７１４がリザーバ壁１２４内に受け入れられようと、下端７１４がリザーバ壁１２４の周囲に配置されようと、両方の場合において、下端７１４とリザーバ壁１２４との間の接合における結合部によって、液密でかつ数ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）までの圧力の気体に対して気密な接合が形成される。
図２０に例示したように、デバイス１００がベース・プレート７００に結合したときに、下面７０４が、ノズル１７０を越えて突き出て（たとえば下方に延びて）、面取りされた縁７０５を有しており、ノズル１７０の機能を妨害することなくノズル１７０の先端を保護するようになっている。下面７０４はノズル先端の下方へ延びることで、ノズル先端に対するダメージを防ぐとともに、ベース・プレート７００が平坦面とぴったりと合うことができるようにしなくてはならない。これは、ベース・プレート７００が、電気スプレイ・デバイスまたは分光測光器などの機器に取り付けられた場合にそうであり得る。またベース・プレート７００の突出する角によって、取り扱い時などにノズル１７０の先端が保護される。
ベース・プレート７００が、ロボット利用の分配機器に対するインターフェース・プレートとして機能する場合の実施形態においては、ベース・プレート７００は、従来のロボット利用の分配機器を補足する高さである。１つの典型的な実施形態においては、ベース・プレート７００は、標準的な８×１２グリッド構成で配置された９６個の開口端ウェル７１０を含んでいる。ベース・プレート７００およびノズル・アレイ・デバイス１００全体の高さを、標準的なマイクロタイタ・プレートの高さと適合するように形成することができる。このようにして、リザーバ容積を、デバイス１００の所定の用途を考慮して、変化させ選択することができる。たとえばノズル・アレイ・デバイス１００のモード・デザインを変える必要なく、ウェル７１０とリザーバ１６０とを結合した容積が、９６個のウェル・プレートに対する標準的な容積の１つの場合と同様に約３７０μｌとなるように、または他の何らかの所望する容積となるように、ベース・プレート７００を、より詳細にはそのウェル７１０を形成することができる。言い換えれば、容積が異なるリザーバ１６０を有する種々のデバイス１００を用意する必要があるのとは対照的に、ウェル７１０の寸法を変えることによってリザーバ１６０の有効容積を変えることができる。
さらに、３８４のウェル間隔を伴うノズル・アレイを有するデバイス１００を、９６個のウェル・プレート・アタッチメントに取り付けることが、ノズルを４つ毎に１つの我々だけを用いてウェル７１０の各下端７１４に取り付けるならば、可能である。このように所定のどんな用途においても、ウェル７１０および／またはリザーバ１７０のすべてを使う必要があるわけではない。ベース・プレート７００をタイルのように並べることのさらなる利点は、既存の市販のシール・マットとそのロボット利用のシール・メカニズムとを、大きな変更を伴うことなくベース・プレート７００に直接適用できることである。
壁７１０の上端７１２は、穿刺可能なシール・マット７２５にフィットするように構成されている。少なくともウェル７１０の上端７１２が穿刺可能なシール・マット７２５によって覆われるように、穿刺可能なシール・マット７２５は、ベース・プレート７００の上面全体に渡って配置されている。穿刺可能なシール・マット７２５は当該技術分野において知られており、多くの商用の供給元から得ることができる。穿刺可能なシール・マット７２５を用いて、ウェル７１０からのサンプル液体の蒸発を防ぐことができるが、質量分析計などの１つの機器に移すことに備えて、ベース・プレート７００を修正中である。
すなわちベース・プレート７００に、開口端のチューブに類似する開口端のウェル１０が取り入れられ、デバイス１００のリザーバ壁１２４のインターフェースとなるための一方の端（たとえば下端７１４）において第１の直径を有し、他方の端における第２の直径が、この端の開口部がマイクロタイタ・プレート７００内の従来のウェルと同じになるように選択される。ベース・プレート７００によって得られる利点としては、サンプル収納容積の増加、市販のシール・マットによるリザーバのシールの向上、ノズル・アレイ・デバイス１００の取り扱いの向上が挙げられる。加えて、ベース・プレート７００は好ましくは射出成形プロセスによって製造されるため、ベース・プレート７００のコストも相対的に安価である。
図２１に、デバイス１００のリザーバ１６０の容積を効果的に増加させるための他の実施形態を例示する。より具体的には、リザーバ１６０の容積を効果的に増加させるために、開口端の導管部材８００がリザーバ１２４と嵌め合っている。１つの典型的な実施形態における導管部材８００は、開口する第１の端８０２と開口する第２の端８０４とを有する１本の配管である。配管８００を、その長さに沿って寸法が同じになるように構成することもできるし、または配管８００を、その一方の端の寸法が他方の端よりも大きくなるように構成することもできる。後者の実施形態においては、配管８００は、テーパが付けられた構成となる。図２１に示すのは、わずかにテーパが付けられた構成の配管８００であって、リザーバ壁１２４に取り付けられた第１の端８０２の寸法が、デバイス１００の第１の面１２０の上方で間隔を置いて配置された第２の端８０４よりも小さい配管８００である。
１つの実施形態においては、第１の端８０２の内径が、リザーバ壁１２４の外径よりもわずかに大きいかほぼ等しいため、第１の端８０２をリザーバ壁１２４の周囲に、ぴったりとフィットするように配置することができる（たとえば液密かつ気密の接合をデバイスと配管８００との間に設けるため）。あるいは、第１の端８０２の外径が、リザーバ壁１２４の内径よりもわずかに小さいかほぼひとしいために、第１の端８０２をリザーバ１６０内に受け入れることができ、その結果、デバイス１００と配管８００とを確実に結合することができる。
配管８００は、配管の形成に通常用いられる任意の数の材料、たとえばプラスチック材料およびゴム材料で形成することができる。図２０に例示した実施形態の場合と同様に、配管８００がリザーバ１６０の延長部分として機能するために、配管８００によってリザーバ１６０の容積が効果的に増加する。この結果、ベース・プレート７００に関連して前述した利点が得られる。
図２２に、ベース・プレート７００にその構成の点で類似または同一であるさらに他の実施形態のベース・プレート９００を例示する。図２２に例示した配置と図２０に例示した配置との違いは、ベース・プレート９００の構成がデバイス１００のノズル・アレイ構成と異なる点であり、ベース・プレート７００とデバイス１００との構成が、互いに合うように意図されていたのとは対照的である。たとえばベース・プレート９００を、８×１２の９６ウェル・グリッド構成にすることができる一方で、ノズル・アレイ・デバイスの間隔を、３８４ウェル・プレート間隔に付随するものにすることができる。言い換えれば、リザーバ１６０の数がウェル７１０の数よりも多く、したがって各リザーバ１６０は、対応するウェル７１０とアライメントされないし一致しない。しかし各ウェル７１０は、１つのリザーバ１６０とアライメントされる方が好ましい。すなわちこのようなベース・プレート構成は、リザーバ１６０をすべて用いるのとは対照的に、選択されたリザーバ１６０のみを用いるように構成され、ベース・プレートおよび／またはノズル・アレイ・デバイスを特定の用途のためにカスタム構成する必要もない。
前述した図２０〜２２の実施形態では、ノズル・アレイは、マイクロタイタ・プレート構成と適合するが、ノズル・アレイ・コンポーネントのサイズが小さく、多数のノズル・アレイ・デバイスを集めてタイルのように並べるために用いることができている。有利なことに、各実施形態によって、ノズル・アレイ・デバイスのリザーバの有効容積を増加させる手段が得られる。と言うのは、プレート内に形成されるウェルが効果的かつ確実にリザーバの一方の端と結合して、サンプルをウェル内に注入することができ、その結果、サンプルがリザーバ内にそして最終的にノズル先端内に送られるからである。リザーバの有効容積を増加させることによって、ノズル・アレイ・デバイスを、よりロボット利用の分配機器に適合するようにすることができる。
次に図２３〜３０を参照して、本発明のさらに他の態様を例示する。図２３では、一般的な質量分析計のセット・アップが概略的に示されている。質量分析計は、質量分析計ユニット１０００と、従来の電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０とを含む。電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０は、電気スプレイ・イオン化（ＥＳＩ）と通常言われる技術によって液体サンプルを蒸気噴流に変えるために用いられる。電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０は、サンプルを、正確な用途と動作パラメータとに応じて、約５マイクロリットル／分以上の流速でスプレイする。電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０は、質量分析計ユニット１０００に取り付けられて固定されて、液体サンプルをイオン化して蒸気噴流を形成することができる。蒸気噴流は、質量分析計１０００の入口ポート内に部分的に受け取られる。たとえば質量分析計１０００は、電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０によって形成される蒸気噴流の一部を受け取るように構成された入口コーン１０３０を有する。入口コーン１０３０の内部を通って、蒸気噴流を受け取る入口開口部が延びている。
電気スプレイ・イオン化では、検体溶液を、大気圧においてキャピラリを通して、高電圧（たとえば数ＫＶ）に保持される径の小さい先端１０１２内に入れる。溶液が先端１０１２から出るときの電界の効果は、強く帯電した液滴のスプレイを発生させることであり、液滴は電位（および圧力）勾配を、この場合は質量分析計ユニット１０００である分析器の方へ降りていく。先端１０１２は通常、入口コーン１０３０から間隔を置いて配置されるとともに、先端１０１２を通して形成される開口部が、入口コーン１０３０を通して形成される開口部と軸方向にアライメントされないように配置される。その代わりに先端１０１２は、その長手方向の軸が、入口コーン１０３０の開口部を通る軸と垂直になるように、配置される。さらに電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０が、質量分析計ユニット１０００に対して所定の位置に固定されるときに、先端１０１２を通して形成される開口部と入口コーン１０３０を通して形成される開口部とは通常、同じ平面内にある。
電気スプレイ・イオン化は非常に能率が悪い。と言うのは、電気スプレイ・イオン化の特徴は、検体溶液の流速を比較的高くして、十分な量のサンプルを入口コーン１０３０内で受け取り、質量分析計ユニット１０００が適切に機能できるようにすることだからである。たとえばスプレイされた検体溶液の約４％のみが入口コーン１０３０内で捕捉されるのが普通であり、電気スプレイ・イオン化応用において検体溶液のサンプル流速が高いために、この結果、著しい量のサンプルが浪費されることになる。
前述したおよび他の不完全性のために、ナノスプレイは、電気スプレイ・イオン化に対する魅力的な代替案であり、ますますそうなっている。ナノスプレイは、従来の電気スプレイ・イオン化と比較して実質的に少ないサンプルを用いて液体サンプルを蒸気噴流に変えるための、質量分析で用いられる技術である。前述したように、ナノスプレイ・ノズルを通るサンプルの流速は通常、１マイクロリットル／分をかなり下回っている。しかしナノスプレイの利益を実現するために打開しなければならない多くの不利点がある。たとえばユーザが質量分析計ユニット１０００を、ナノスプレイと電気スプレイとの両方の応用例に対して使用しようとしたときに直面する問題点の１つは、既存の装置をナノスプレイ・デバイスとともに使用する場合に、ユーザが従来のＥＳＩ取り付け具を取り外して、選択されたナノスプレイ装置を所定の位置に挿入する必要があることである。言い換えれば、従来の電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０を質量分析計ユニット１０００から取り外して、電気スプレイ・ニードル・アセンブリ１０１０を支持する同じフレームワークに、ナノスプレイ装置を固定できるようにしなければならない。これは非常に時間のかかる作業である。と言うのは、各アセンブリは通常、質量分析計ユニットを固定するフレームにボルトで留められているため、１つのアセンブリを取り外すには、ユーザはアセンブリのボルトを外して、他を所定の位置にボルトで留める必要があるからである。分析をセット・アップして実行するために必要な時間には、正しい機器が所定の位置にあることを確認するために必要な時間を計算に入れておかなくてはならず、これには前述のボルト外し／再ボルト留めステップを必要とする可能性がある。さらに、このような配置では、種々の型の質量分析計ユニットで使用可能な「普遍的な」ナノスプレイ装置を使用することができない。と言うのは、ナノスプレイ装置を、質量分析計ユニットのフレーム・ワーク上にボルト留めする必要があるからである。
図２４、２５、２９、および３０に最も良く示すように、上述した問題を打開して、ＥＳＩからナノスプレイ応用への変更をもっと簡単な作業でもっと時間のかからないものにできるように、普遍的なホルダ・デバイス１１００を設ける。ホルダ・デバイス１１００は、所定のサイズのノズル・アレイ・デバイス、たとえばノズル・アレイ・デバイス１００、とともに用いるためのものであり、デバイス１００を受け入れるフレーム１１１０を含んでいる。すでに詳述したように、デバイス１００は、小さいプラスチック先端部の形態をしていて、その内部にノズル・アレイを含む。フレーム１１１０は好ましくは、プラスチック材料で形成され、内部に開口部１１１２が形成されている。開口部１１１２は、形状およびサイズにおいてデバイス１００の外周縁を補足するものであり、その結果、デバイス１００が開口部１１１２内に、デバイス１００とフレーム１１１０との間にスペースがまったくないかほとんど形成されないように配置されている。好ましくはデバイス１００と開口部１１１２との寸法は、密接な摩擦によるフィットが、デバイス１００とフレーム１１１０との間に生じるようなものである。加えて、結合支援剤、たとえば粘着剤（接着剤）などを用いれば、デバイス１００を確実にフレーム１１１０の開口部１１１２内の所定の位置に保持し続けることを保証できる。１つの実施形態においては、各デバイス１００およびフレーム１１１０は、正方形状かまたは長方形状である。
またデバイス１００とフレーム１１１０とを、一般的な射出成形プロセスによって、単一の一体部分として形成できることも理解される。こうすることで、デバイス１００をフレーム１１１０内に配置するステップと、これら２つが確実に互いに結合していることを保証するステップとが省かれる。
図２３、２４、および３０に例示するように、ホルダ・デバイス１１００は、フレーム１１１０を所定の位置に確実に保持するためのホルダ１１２０も有するため、デバイス１００を、質量分析計ユニット１０００と、より具体的には入口コーン１０３０と、適切にアライメントすることができる。ホルダ１１２０は、平坦なプラットフォーム１１３０を含む限り、任意の数の異なる形状となることができる。１つの典型的な実施形態によれば、ホルダ１１２０は、平坦なプラットフォーム１１３０の一端と交差してこれと一体化する支持部分１１３２を含むという点で、略Ｌ字型である。すなわち支持部分１１３２と平坦なプラットフォーム１１３０とが互いに直角に配置されて、ホルダ１１２０に略Ｌ字型の構成を与えている。１つの典型的な実施形態においては、ホルダ１１２０は、単一片のプラスチック、たとえばプレキシガラス材料など、で形成されている。
平坦なプラットフォーム１１３０は、支持部分１１３２に、その第１のの端１１３４において接続されており、第２の端１１３６では、デバイス／フレームの組み合わせが所定の位置に固定されて保持されている。より具体的には、第２の端１１３６またはその付近では、第１および第２の保持部材１１４０、１１４２が互いから間隔を置いて配置されて、その間に、フレーム１１１０を受け入れるためのスペース１１４４が形成されている。第１および第２の保持部材１１４０、１１４２は、任意の数の異なるタイプの部材であって、その間に部材を嵌め合わせて保持するように構成された部材を、備えることができる。例としておよび１つの典型的な実施形態によれば、第１および第２の保持部材１１４０、１１４２は単に、平坦なプラットフォーム１１３０の上面の一部として形成されるかまたはそれに固定された長いレールである。レール１１４０、１１４２は互いに平行に配置されて、それらの間に平行なスロットまたはスペース１１４４が形成されるようになっている。スペース１１４４の寸法は、フレーム１１００をスペース１１４４内に受け入れて保持できるように、フレーム１１００の寸法を補足するものである。たとえば、フレーム１１００をスペース１１４４内に配置したときに、確実な摩擦によるフィットがこれらのコンポーネント間に形成されるように、スペース１１４４の幅を、フレーム１１００の幅とほぼ等しくすることもできるし、またはフレーム１１００の幅よりも非常にわずかに小さくすることさえできる。ホルダ１１２０を他のフレーム１１００とともに再使用することが意図されるため、フレーム１１００をホルダ１１２０から取り外すことができて、ユーザが他のフレーム１１００をレール１１４０、１１４２内に挿入して固定できるようになっていなくてはならない。
デバイス１００がレール１１４０、１１４２間の所定の位置に確実に保持されると、デバイス１００は、平坦なプラットフォーム１１３０に対して垂直な方向となる。言い換えれば、デバイス１００はレール１１４０、１１４２間で上方に立っている。レール１１４０、１１４２の高さは、デバイス１００の一部として形成されるノズルを通してサンプルをスプレイすることを妨害しない高さである。すなわちレール１１４０、１１４２は通常、フレーム１１００の一番下の端よりも上に延びることはなく、したがって一番下のノズルを隠すことはない。例示したレール１１４０、１１４２の長さは、フレームの端よりも上に延びないような長さである。しかしこれは重要なことではなく、反対の構成も同様に適用可能である。
図２４、２５、および３０に最も良く示されるように、フレーム１１００は好ましくは、フレーム１１００の１つまたは複数の面の一部として形成される位置決めおよび保持フィーチャも有する。１つの典型的な実施形態においては、フレーム１１００の１つの面は、フレーム１１００のそれぞれの角に間隔を置いて配置された４つのポスト１１６０を含む。例示したフレーム１１００は略四角形状であり、したがってどの２つのポスト１１６０間の距離もほぼ同じである。ポスト１１６０のうち２つは、レール１１４０、１１４２の１つと嵌め合うことによって位置決めおよび保持フィーチャとして機能する。より具体的には、２つの最低位ポスト１１６０がフレーム１１００上に形成されて、互いに間隔を置いて配置されていることで、レール１１４０、１１４２の一方を最低位ポスト１１６０の間に摩擦による方法で受け入れて、フレーム１１００をホルダ１１２０に、フレーム１１００を所定の位置にロックすることによって位置づけしてさらに固定するようになっている。各ポスト１１６０は、レール１１４０、１１４２の一方とフレーム１１００の横の動きを制限する仕方で嵌め合うことができる程に、十分な高さを有している。言い換えれば、ユーザが横方向の力をフレーム１１００に加えようと試みてもまたは偶然に加わっても、ポスト１１６０によって、フレーム１１００が横方向に動くことが防止される。したがってフレーム１１００をホルダ１１２０内に配置するかまたはそこから取り外すためには、ユーザは、個々のレール１１４０、１１４２がポスト１１６０間に位置する間に、フレーム１１００を下方へ押すかまたは持ち上げなければならない。またポスト１１６０は、デバイス１００が逆さまにひっくり返って、外側に延びるノズル１５０を有する面が接地コンタクト表面となった場合に、ノズル１５０を保護する役目も果たす。ポスト１１６０がない状態では、ノズル１５０の先端部はデバイス１００の最低位点に相当するため、これらの先端部が表面に衝突してダメージを受けおよび／または破壊する可能性がある。ポスト１１６０がある状態では、ポスト１１６０がデバイス１００の最低点に相当するため、ノズル先端が地面に衝突する代わりに、ポスト１１６０が最初に地面に衝突する。こうしてポスト１１６０は、ノズル１５０を保護する役目を果たす。したがってポスト１１６０の長さはノズル１５０の高さよりも大きくなくてはならない。
図２４および２５に示すように、フレーム１１００は、フレーム１１００を取り扱うためのタブ１１０１を含んでいる。たとえばタブ１１０１は、フレーム１１００の一端から外側へ延びていて、ユーザがフレーム１１００をホルダ１１２０内へ挿入しているかまたはホルダ１１２０から取り出しているときに、ユーザ用の部材を容易に掴めるようになっている。すなわちフレーム１１００をホルダ１１２０内へ挿入するときに、タブ１１０１はフレーム１１００の上端上に位置していて、タブ１１０１にユーザが容易にアクセスできるようになっている。したがってユーザがフレーム１１００を下げてホルダ１１２０内へ入れるときに、ユーザはフレーム１１００をタブ１１０１によって握り、逆に、ユーザはタブ１１０１を握ってフレーム１１００をホルダ１１２０から取り出す。例示したタブ１１０１は四角形であるが、タブ１１０１は任意の他の数の形状、たとえば楕円形、三角形、異形などとすることができる。
平坦なプラットフォーム１１３０の残りの部分を、種々のナノスプレイ応用で使用可能な他のコンポーネントを保持するための支持表面として用いることができる。例としておよび後で詳述するように、サンプルをイオン化してデバイス１００の種々のノズル１５０のリザーバ１６０内へ注入するために使用可能なキャピラリ・デバイス１３００（図３０に例示する実施形態に示す）を、平坦なプラットフォーム１１３０によって支持することができる。
ホルダ１１２０を、質量分析計ユニット１０００の他のコンポーネントを支持するフレーム・ワークに堅固に接続すべき場合には、ホルダ１１２０の構成および位置づけは、フレーム１１００をレール１１４０、１１４２間に確実に保持したときに、ノズル・アレイの少なくとも１つのノズル１５０が、入口コーン１０３０にサンプルを注入するために質量分析計ユニット１０００の入口コーン１０３０の近接に位置づけられるターゲート・ノズルとして指定されるように、行なう。ノズル１５０内に注入される十分な量のサンプルが入口コーン１０３０内へ運ばれるならば、デバイス１００の正確な位置は変えられる。たとえば、図２３に示す実施形態において、従来の電気スプレイ装置が配置される方法と同様に、ノズル１５０内に形成される先端開口部を通る軸は、入口コーン１０３０を通る軸に垂直である。しかしノズル先端開口部は、入口コーン１０３０内に形成される開口部と同じ平面内にある必要はない。対照的に、ノズル１５０が入口コーン１０３０のわずかに上方に位置するように（ノズル先端開口部の軸は入口コーン１０３０の軸に垂直）、デバイス１００をホルダ１１２０内にロックすることができる。言い換えれば、図２３は、質量分析計ユニットの供給源領域におけるナノスプレイ装置の配置の一実施例である。ナノスプレイ装置は、ノズル１５０が入口コーン１０３０の方を指すように位置づける。ナノスプレイ・ノズル１５０がスプレイするサンプルの量がＥＳＩのそれよりも実質的に少ないために、質量分析計ユニット１０００に多量の蒸気を与えずにスプレイが入口コーン１０３０を向くことが可能となる。図２９に、ノズル開口部を通る軸が、入口コーン１０３０の開口部を通る軸と平行で、場合によってこの軸と軸方向にアライメントされる代替的な配置を示す。
本ナノスプレイ装置は、ホルダ１１２０を含んでおり、質量分析計ユニット１０００の供給源領域に、供給源領域を囲む透明なカバーの切り取り部分を通してアクセスする。異なる型の質量分析計ユニット１０００に対しては、適切な切取り部分を有する異なるカバーを作製して、元のカバーと入れ替えなければならない。しかし供給源領域をカバーで囲むことなく質量分析計を操作することが可能であるが、供給源領域には高圧および比較的高温度が存在するためにカバーがある方が一般的に好ましいことが理解される。
図３０に示すように、ナノスプレイ装置を自動位置決めシステム１４００に結合して、このシステムによってナノスプレイ装置を、質量分析計ユニット１０００に対して適切な位置に容易に持っていけるようにすることも好ましい。より具体的には、システム１４００は好ましくは、少なくとも、ノズル・アレイの選択されたノズル１５０を入口コーン１０３０の位置に対して調整できるようにｘ、ｙ、およびｚ方向に移動可能な自動ロボット・システムである。
本発明での使用に適した市販のロボット・システム１４００が多数存在する。通常は、ロボット・システム１４００は少なくともｘ、ｙ、ｚ座標の駆動システムを有しており、適切なｘ、ｙ、ｚ座標が決定されてプログラマブル・システムに記憶されるまでデバイス１００を調整するようになっている。デバイス１００は、所定の実験または用途に使用できる多数のノズル１５０を有するために、システム１４００は、ノズル１５０のｘ、ｙ、ｚ座標をマッピングする。これは、ノズル・アレイ・サイズなどのユーザ入力情報に基づくことができる。たとえば、９６個のノズル１５０を８×１２のグリッドに配置したものを有するデバイス１００が選択された場合、ユーザはグリッド・アレイ・サイズ（８×１２）を、ロボット・システム１４００のユーザ・インターフェース（たとえばパーソナル・コンピュータなど）に入力し、座標マップが生成されて全てのノズル１５０の相対的な座標位置が示される。ロボット・システム１４００は、システム全体の他のパラメータまたは特徴に関する他の情報、たとえば質量分析計ユニット１０００のタイプなど、を受け取ることができ、スプレイ・ノズル１５０（アレイ中のノズルの１つ）の最適なｘ、ｙ、ｚ座標を決定して、ロボット・デバイス１４００がデバイス１００を動かし、スプレイ・ノズル１５０を最適な座標に設定するようにする。
スプレイ・ノズル１５０がスプレイ動作を完了したらすぐに、ロボット・システム１４００がデバイス１００を動かして、ノズル１５０の他の１つを最適なｘ、ｙ、ｚ座標に配置するようにする。こうして、スプレイ動作が完了したときに各ノズル１５０が最適なｘ、ｙ、ｚ座標に設定され、この結果、各スプレイ動作ごとに、十分な量のサンプルが入口コーン１０３０内に注入される。１つの典型的な実施形態においては、ロボット・システム１４００は、少なくとも２つの方向に移動可能なベースを有する。移動は、たとえばガイド・レールなどにそってガイドされることによって行なわれる。またロボット・アームなどがベースに接続されていて、同様に１つまたは複数の方向に移動可能となっている。好ましくは、ロボット・アームは多くの方向に移動可能であり、支持部分１１３２の一端がロボット・アームに接続されることで、ホルダ１１２０がロボット・アームによって支持され、したがってロボット・アームの動きがホルダ１１２０の動きに直接変わるようになっている。
最適なｘ、ｙ、ｚ座標を決定することは、多くの異なるパラメータに依存しており、その結果、十分な噴流を有するという目標を実現することができる。これらのパラメータのいくつかには、電気スプレイの特性およびノズル先端開口部の直径が含まれ、ユーザは、液体サンプルを注入するときに、質量分析計ユニット１０００を観察することが好ましい。印加電圧を変えることによって、サンプル液体の噴流プロファイルを変えることができる。したがって前述のパラメータの何れかに加えて他のものも変えることによって、液体サンプルの噴流を変え、十分な量の液体サンプルを確実に入口コーン１０３０内に注入することができる。デバイス１００を入口コーン１０３０の上方に配置して、個々のノズル１５０が入口コーン１０３０に向かって下方に向くようにすることもできるが（図２３を参照）、ノズル開口部を通る軸が、入口コーン１０３０を通る軸と軸方向にアライメントされるように、デバイス１００を配置することもできる（図２９を参照）。この実施形態では、ノズル先端部が入口コーン１０３０内の開口部から間隔を置いて配置されて、十分な量のイオン化されたサンプルが、入口コーン１０３０を通って延びる開口部内へ注入されるようになっている。
図２６〜２８および３１〜３２に最も良く例示されているように、本発明の１つの態様によれば、フレーム１１００を選択領域でメタライズし、レール１１４０、１１４２の少なくとも一方の内面をメタライズすることで、適切な電圧電位（たとえば１つの例では接地電位）をデバイス１００のフレーム１１００に、フレーム１１００がレール１１４０、１１４２間のスペース１１４４内に配置されたときに、印加するようにする。スプレイに必要な高電圧も同様に、ノズル１５０内の液体に、ノズル１５０の背後のリザーバ１６０からスペース１１４４の他方の側の内面に至るメタライズされた経路を通して、印加しても良い。または高電圧を、ノズル１５０の背後のリザーバ１６０内に配置された別個の電極を通して印加することができる。
たとえば、図２６〜２８および３１〜３２に示す実施形態では、一方のレール１１４０、１１４２の内面をメタライズし、導電性のメタライズされた経路をフレーム１１００上に形成し、デバイス１００が、デバイス１００を接地するための手段としてまたはデバイス１００に高電圧を印加する手段として機能することで、ナノスプレイ応用を実行することができる。第１の導電性経路（電気経路）１１４３が、平坦なプラットフォーム１１３０上に形成されている。第１の導電性経路１１４３は、第１の端１１４５と第２の端１１４７とを含む。第２の端１１４７は、レール１１４０で終了し、内面上の導電性材料と電気的に接触している。また第２の導電性経路（電気経路）１１５１も平坦なプラットフォーム１１３０上に形成されている。第２の導電性経路１１５１は、第１の端１１５３と第２の第２の端１１５５とを含む。第２の端１１５５は、レール１１４２で終了し、内面上の導電性材料と電気的に接触している。好ましくは、第１の導電性経路１１４３は、平坦なプラットフォーム１１３０の一方の側部縁に沿って形成され、第２の導電性経路１１５１は、平坦なプラットフォーム１１３０の反対側の側部縁上に形成されている。第１の端１１４５、１１５３のそれぞれは、高電圧源または接地のいずれかに接続するように適合されたコンタクト・パッドまたは拡大領域内で終了することができる。第１および第２の導電性経路１１４３、１１５１は、任意の数の従来技術を用いて形成することができる。たとえば、印刷プロセスを用いて、規定された経路にしたがって導電性材料を配置するなどである。経路１１４３、１１５１の一方が高電圧経路として機能し、他の経路１１４３、１１５１が接地経路として機能するため、２つの経路は交差することができない。
１つの実施形態においては、導電性のメタライズされた経路がフレーム１１００の縁から延びて、デバイス１００を横断して、ノズル１５０の背後のリザーバに至り、こうして、高電圧をノズル１５０背後の液体に印加して、サンプルがノズル１５０を通過するときにサンプルをイオン化する。各ノズル・リザーバ１６０が、フレーム１１００の縁に至る付随する独自のメタライズされた経路を有することで、フレーム１１００がスペース１１４４内に配置されたときに、フレーム１１００の縁に形成されたメタライズされた経路が、レール１１４０、１１４２の一方のメタライズされた内面と電気的に接触して配置されるようにすることができる。あるいは、メタライズされた経路をいくつかに分岐することで、フレーム１１００の縁における１つのメタライズされたラインを２つ以上のメタライズされたラインに分岐して、２つ以上のリザーバ１６０に至るようにすることができる。このタイプの配置が有利であるのは、特定のパターンのノズル群に同時に電圧を加える必要がある場合、またはかなりの数のノズル１５０が存在していて、各リザーバと結びつく各リザーバ１６０が、フレーム１１００の縁まで延びる付随する独自のメタライズされたラインを有するときに、メタライズされたラインがフレーム１１００の縁にかなり密集するような場合である。次に、個々のレール１１４０、１１４２のメタライズされた表面を、高電圧源に動作可能に接続して、レール１１４０、１１４２の他方を、任意の数の従来技術によって接地する。これにはたとえば、メタライズされた表面をこの他方のレール１１４０、１１４２上に形成して、このメタライズされた表面を接地に接続することが含まれる。また他方のレール１１４０、１１４２は、メタライズされた内面を含むことで接地を得る必要はないことも理解される。と言うのは、接地を得るための方法は他に多数存在するからである。たとえば、デバイス１００と入口コーン１０３０とを近接させることによって、入口コーン１０３０は、フレーム１１００と接触することなく、接地として機能することができる。
レール１１４０、１１４２の１つまたは複数の内面およびその正確なパターン上に配置される導電性材料の量は、用途ごとに変わる可能性がある。たとえば、各レール１１４０、１１４２上の導電性材料の正確なパターンは、フレーム１１００上に形成される導電性経路のパターンに依存する。言い換えれば、２つの導電性表面は互いに嵌め合って、それらの間に電気経路を形成しなければならない。図２６〜２７には、ホルダ１１２０内にデバイス１００が配置されていない状態を例示し、図２８には、ホルダ１１２０がデバイス１００を、レール１１４０、１１４２の間に確実に保持している状態を例示する。また図２８には、前面レール１１４０の両側に位置するポスト１１６０によって、デバイス１００の横方向の動きが防止されている様子も例示している。
あるいは、フレーム１０００にもレール１１４０、１１４２の内面にも、導電性のメタライズされたコーティングを施さず、むしろワイヤなどを、リザーバ１６０内に配置された液体サンプル中に直接挿入することができる。ワイヤの多端を高電圧源に接続して、作動時に、ワイヤを通して液体サンプルを高電圧状態にさらす。これにより、液体サンプルがリザーバ１６０からノズル１５０を通って先端開口部に移動するときに、液体サンプルをイオン化する働きをする。フレーム１１００を、任意の数の技術を用いて接地することができ、たとえば、デバイス１００に近接するためにデバイス１００に対する接地として機能する入口コーン１０３０が含まれる。
図２９に、質量分析計ユニット１０００と組み合わせたナノスプレイ・デバイス・インターフェース１６６０を例示する。ｘ、ｙ、ｚの並進運動をするマウント・メカニズム１６１０、たとえば位置決めシステム１４００が設けられて、ホルダ１１２０がそれに確実に取り付けられている。この実施形態においては、ホルダ１１２０上に、電気コンタクト、たとえば導電性経路１１４３、１１５１が形成されている。ホルダ１１２０は、少なくとも部分的に、マウント・メカニズム１６１０によって支持されているため、マウント・メカニズム１６１０の並進運動がホルダ１１２０の動きに変わる。
質量分析計ユニット１０００のカバー１６２０が、入口コーン１０３０およびフレーム１１００の周囲に配置され、前述した仕方で機能する。この実施形態においては、デバイス１００は、垂直に配向されて入口コーン１０３０の真向かいに配置され、目標ノズル１５０が、入口コーン１０３０を通して形成された開口部内に十分な量のイオン化されたスプレイが送出されるように位置する
さらに、図２４、２５、３０に例示した他の実施形態においては、メタライズされたキャピラリ１３００が使用され、そのメタライズされた先端部分が、リザーバ１６０内にまたはそれに近接して配置されている。キャピラリ１３００は、液体サンプルをリザーバ１６０内に注入する役目を果たす。高電圧が導電性部分に、キャピラリ１３００上の金属製または他の導電性コーティングを通して印加され、この結果、注入されたサンプルが帯電する。液体サンプルがキャピラリからマイクロ流体チャネル内およびノズル１５０内へ流出する際、液体サンプル１５０は、キャピラリの開口部で高電圧に保持された導電性コーティングと接触するときに、帯電する。メタライズされたまたは導電性のキャピラリ１３００を用いる場合、キャピラリ１３００を、ホルダ１１２０の平坦なプラットフォーム１１３０に接続されたキャピラリ・ホルダ１３１０（マイクロ流体デバイス１００に平行）によって支持することができ、液体サンプルをキャピラリ１３００内に従来方法で注入して、キャピラリ１３００のメタライズされた部分を高電圧源に動作可能に接続する。メタライズされたキャピラリ１３００を用いる場合、デバイス１００の内部に、メタライズされた経路が形成される必要はまったくない。と言うのは、高電圧源は、キャピラリ１３００に接続され、デバイス１００には接続されないからである。
図３１〜３２に、ノズル・デバイス１００およびフレーム１１００上に電気経路（電極配置）が形成された実施形態を例示する。図３１は、１つの典型的な実施形態のリザーバ側の平面図であり、デバイス１００が配置されるフレーム１１００は、フレーム１１００の取り扱いを容易にするためのタブ１１０１を含んでいる。典型的な実施形態においては、デバイス１００は、４個のノズル１５０を、それらの対応するリザーバとともに含んでいる。一対の外部導電性経路１１８１が、デバイス１００とフレーム１１００とを横断して形成されている。より具体的には、外部導電性経路１１８１が、デバイス１００の２つの縁１１８３、１１８５に沿って延びている。外部導電経路１１８１の一端は、リザーバ１６０をノズル１５０に接続するマイクロ流体チャネルへの入口またはその付近で終了する。各経路１１８１の他端は、縁１１８７からフレーム１１００を横断して、フレーム１１００の縁に形成される導電性タブ１１９１まで延びる。導電性タブ１１９１は好ましくは、経路１１８１と比べて寸法が大きい。その結果、導電性タブ１１９１は、デバイス・ホルダ１１２０の一部として形成される１つまたは複数の電極と電気的に接触するための導電性材料の領域が増加した形態となる。導電性経路１１８１と導電性タブ１１９１とは、好適であれば任意の数の導電性材料で形成することができる。これはたとえば、デバイス１００およびフレーム１１００の表面上に所望のパターンにしたがって印刷することができる貴金属被膜または他の材料である。
一対の内部導電性経路１１９３が、デバイス１００とフレーム１１００とを横断して形成されている。形成は、外部導電性経路１１８１に類似して、しかしそれとは異なる場所に行なわれる。より具体的には、外部導電性経路１１８１は、残りの２つのリザーバ１６０から縁１１８７まで延びていて、２つの外部導電性経路１１８１の間に形成されている。外部導電性経路１１８と同様に、各内部導電性経路１１９３は、１つのリザーバ１６０を通して形成されるマイクロ流体チャネルへの入口またはその付近で終了する。各経路１１９３の他端は、縁１１８７からフレーム１１００を横断して、フレーム１１００の縁に形成される導電性タブ１１９１まで延びる。内部導電性経路１１９３に付随するリザーバ１６０の方が縁１１８７に近いため、内部導電性経路１１９３の長さは、外部導電性経路１１８１の長さよりも短い。また各外部導電性経路１１８１は、比較的長い直線部分が、縁の１つに沿って、他のリザーバ１６０を妨げないように形成されている。この実施形態においては、４つの導電性タブ１１９１がフレーム１１００の縁に沿って形成されていて、１つのリザーバ１６０に付随する導電性経路のそれぞれに対して１つである。タブ１１９１は互いに間隔を置いて配置されている。しかしタブ１１９１の正確な間隔および配置は重要ではなく、むしろデザイン選択の問題である。
図３２は、他の実施形態によるデバイス１００の１つのノズルを通る断面図である。図示したように、デバイス１００は、ノズル１５０とリザーバ１６０とを含んでいる。１つの実施形態によれば、キャピラリ１１９５が、液体サンプルをノズル１５０内にポンピングするために設けられている。キャピラリ１１９５はその一端において、液体サンプル源に接続されている。一方、他端は、ノズル１５０を通って形成されるマイクロ流体チャネル３０を通って配置されている。キャピラリ１１９５の一部上には、導電性コーティング１１９６が配置されている。好ましくは導電性コーティング１１９６は、キャピラリ１１９５の外面に沿って、キャピラリ１１９５がノズル１５０の背後でマイクロ流体チャネルに入る末端部１１９７から内側の点から、末端部１１９７自体まで形成されている。言い換えれば、導電性コーティング１１９６は、キャピラリ１１９５の末端部分に沿って形成されている。またキャピラリ１１９５は、高電圧源に電気的に接続されている電気コンタクト１１９８も含んでいる。電気コンタクト１１９８は、キャピラリ１１９５に導電性コーティング１１９６の沿う点で接続されて、高電圧源とキャピラリ１１９５との間に電気的な接続が確立できるようになっている。好ましくは、マイクロ流体チャネル３０の直径はほぼ、導体コートされたキャピラリ１１９５の外径であるか、またはこの外径に等しくて、キャピラリ１１９５がリザーバ１６０の背部を通してノズル１５０内へそしてノズル１５０を通してそのノズル先端へ配置されたときに、液密シールを保証するようになっている。液体サンプルをキャピラリ１１９５を通して流すと同時に、高電圧を導電性コーティング１１９６に電気コンタクト１１９８を通して印加することによって、液体サンプルを蒸発させてイオン化させ、ナノスプレイ応用に用いることができる。
図３３に、本発明のさらに他の態様によるマイクロ流体デバイス１８００を例示する。マイクロ流体デバイス１８００は、デバイス１００に非常によく似ている。したがって２つのデバイス間の違いのみを、以下で説明する。すなわちマイクロ流体デバイス１８００は、ノズルのアレイがその一部として形成される構造を形成するために射出成形されたプラスチック材料で形成されるマイクロ流体デバイスである。デバイス１００とは対照的に、デバイス１８００は、１つのリザーバ１６０から２つ以上のノズル１８１０に供給できるように形成されている。より具体的には、各リザーバ１６０は、実際にはリザーバ１６０と２つ以上のノズル１８１０との間の界面であるベース床部１８２０を有している。ベース床部１８２０は好ましくは、平坦な床部である。ベース床部１８２０内には多くの開口部が形成され、各開口部は、ノズル１８１０の１つの内部への入口に相当する。各ノズル１８１０を形成するマイクロ流体チャネル部分１８１２は、末端部で内側にテーパが付けられて、ノズル開口部１８１６内で終了するノズル先端部１８１４を規定する。こうしてノズル開口部１８１６は、デバイス１８００の一方の面に沿って形成される開口部であり、そして他方の面には、リザーバ１６０への入口に相当するはるかに大きい開口部が含まれる。
好ましくは、各ノズル開口部１８１６は直径が約２０〜約５０μｍである。ノズル開口部１８１６は、規則的または不規則な構成で配置することができ、その際のノズル開口部１８１６間の間隔は好ましくは、５０μｍよりも大きく、約数１００μｍまで、またはそれ以上である。図３２の断面図では、多数のノズル１８１０が直線的に、たとえば列に沿って、配置されている。デバイス１００を、１つのリザーバ１６０のみを含み、複数のノズル１８１０が１つのリザーバ１６０と流体連絡して、１つのリザーバが複数のノズル１８１０に液体サンプルを供給するように、構成することができる。
本発明のさらに他の態様においては、デバイス１００などのポリマー・ノズル・アレイ・デバイスを用いて液滴からの液体を蒸気噴流にスプレイする改善されたプロセスが提供される。狭くした開口部を通して電界の助けによって液体をスプレイすることは、種々の用途のために蒸気噴流を発生させる広く知られたプロセスである。質量分析計用の用途では、対象分子のイオンを運ぶ蒸気噴流を、質量分析計ユニット１０００内に送って、そこで分子イオンの質量が得られる。分子の質量から、各分子の化学的性質が得られる。従来技術においては、蒸気噴流を生成するのに十分に大きい電界は、半径の小さな狭くした開口部、またはノズルによって得ている。それは、ノズルでの電界はノズルの半径に反比例するからである。このようなノズル・デバイスのいくつかの例は、ガラス・キャピラリの一端にテーパを付けて直径を３０μｍ未満までにし、テーパを付けた端における外面をメタライズして電極およびマイクロ加工したシリコン・ノズルとして機能するようにしたものである。シリコン・ノズルを平坦な基板上に作製した場合、ノズル１５０の外面を接地電位に保持して、ノズルを通して来る液体サンプルを高電圧で帯電させる。ノズル１５０の壁は厚みを約１２．５μｍとすることができ、帯電した液体とシリコン・ノズルの外壁の接地電位との間の距離（すなわち約１２．５μｍの距離）によって生成した電界によって、ノズル直径によって生成した電界と強度において匹敵するさらなる電界が生成される。これらの場合の両方において、ノズル半径の物理寸法は、所定の印加電圧によって生成される電界強度が、液体を蒸発させて噴流にするのに十分であるかどうかを決定する上で重要である。
上記プロセスの不利点は以下の通りである。（１）ノズル１５０の外径を非常に小さくしなければならず、すなわち３５μｍ未満であるため、高価な製造プロセス、たとえばフォトリソグラフィおよび反応イオン・エッチングを含むマイクロ加工技術、または１つのノズル１５０を各プルによって形成できるレーザ・プリングが必要となる。（２）ノズル１５０の外径が３５μｍ未満に制限されると、ノズル１５０の内径も必然的に小さくなって１０μｍとなる。これらの内径は、多数の大きな分子が浮遊する液体サンプルによるノズルの目詰まりを招く。（３）またノズルの外径が小さいために、ノズルが壊れやすくなり、日常的な取り扱い中に容易に損傷を受けるようになる。
本プロセスは、液体に電圧を印加して液滴、蒸気噴流、または多重蒸気噴流の形態で、液体をノズル１５０を通してスプレイするためにポリマー・ノズル・デバイス１００を使用することに適している。ノズル１５０の背後に配置された液体を、液体または気体圧力手段によってノズル１５０を通してポンピングする一方で、通常は約±１〜３．５ＫＶの範囲にある十分に高い電圧を、ノズル１５０の背後に位置する液体に電極を通して印加する。電極は、ノズル１５０背後のスペース（たとえばリザーバ１６０）内に挿入しても良いし、液体サンプルがノズル開口部から出る前に電極と接触するノズル１５０背後の領域内に金などの貴金属の被膜を堆積することによって形成される内臓電極であっても良い。液体がノズル開口部から出るときに、液体の先端に形成される電界の影響によるテーラ・コーンとして知られる液体のまったくの先端が、ノズル開口部から外部へスプレイされる。印加電圧を増加させると、スプレイ形状が、直径が数１００μｍの大きな液滴から、微細な液滴の霧または蒸気に変化する。質量分析の場合、微細な液滴または蒸気を伴うスプレイが好ましい。液滴内の液体が脱溶媒ガス（通常は噴流液滴内へ反対方向から液滴として流れ込む窒素ガス）の援助ありまたはなしで蒸発したときに、各液滴内に拘束されるイオンが微細な液滴から放出される。次にイオンは、質量分析計の質量選択器に入って分析される。
液体サンプルからイオンを得て質量分析するためにノズル・デバイスを動作させる代替的なプロセスが存在する。前述したプロセスでは、液体サンプルをノズル開口部を通して連続してポンピングする一方で、高電圧を液体サンプルに印加して微細な液滴のスプレイを得る。代替的なプロセスでは、ノズル背後のマイクロ流体チャネル内に配置された液体サンプルを、ノズルを通してポンピングすることはしない。すなわちノズルを通る液体の流速はゼロである。図３２に示したようにキャピラリの導電性端を通して、高電圧を前記液体サンプルに印加する。マイクロ流体チャネル内の液滴に作用する電界によって、液体サンプルの蒸発とイオン化が起こる。このプロセスの間に形成されるイオンは、スプレイされた多数の液滴に拘束されることなく、そう行なう。こうして形成されたこれらのイオンは、ノズル開口部１５０を通してマイクロ流体チャネルを離れ、質量分析計の入口にある基準電極上の低い電位の方へ移動して分析される。このようにして、最初にマイクロ流体チャネル内部に収容された２００ｎｌ未満のサンプルによって、質量分析するのに十分な量のイオンを連続して２０分以上の間、生成することができる。このモードの動作が特に有益であるのは、長時間の測定の間じゅう高精度の分析を必要とするナノスケールの量のサンプルのみが測定に利用できる場合である。
従来技術において、ナノスプレイの類似するモードが存在し、これは、スプレイ端においてテーパが付けられて非常に小さい開口部（通常は直径が数μｍ）となっているキャピラリ・チューブ内の液体サンプル用の外部ポンピング手段を何ら用いずに実現される。このようなテーパが付けられた端を有する小さなキャピラリ・チューブを用いると、これらのテーパが付けられた端は非常に壊れやすくて破壊および損傷の影響を受けやすいために、多くの問題点が生じる。したがって、このようなチューブ内に液体サンプルを充填することは、非常に面倒である。加えて、その先端におけるテーパが付けられた小さい開口部は、目詰まりする傾向がある。本開示プロセスでは、マイクロ流体チャネルの内部に収容される液体サンプルをそこに配置することを、ロボット利用の液体分配器などの頑強な方法の助けによって、または標準的なキャピラリ・チューブの端部分を液体サンプル容器中に浸して液滴を取り出すことによって、行なっても良い。標準的なキャピラリ・チューブを用いる場合には、キャピラリ・チューブは、テーパが付けられた構成を一端において有してはいないが、好ましくはその全長に沿って幅が実質的に同じである。たとえば、管状形状のキャピラリ部材が使用に適している。キャピラリ・チューブ以外の構造を用いることが、その構造の端が電気的に帯電していて、その端の形状およびサイズが、液体サンプル液滴をそこで形成できるようなものである限り、可能であることが分かる。
液体サンプルの液滴、好ましくは２００ｎｌ未満が、最初に、ノズル・デバイスのマイクロ流体チャネル内の前記キャピラリ・チューブの平坦な開口端に保持されて、この端を越えて延びる。液体サンプルの相対的な表面張力および他の特性ならびにポリマー・マイクロ流体チャネルの疎水性は、小さい液滴（液体先端部）がキャピラリ・チューブの端に形成されることに有利に働く。キャピラリ・チューブの外面上には、少なくとも、液滴が形成される端部分に導電層が形成されている。キャピラリ・チューブをリザーバ部分を通してチャネル内へそしてノズル内へ挿入して、液滴がノズル内に収容されるようにした後、キャピラリ・チューブの導電層を高電圧源に結合して、そして電圧源を作動させて電界を形成することによって、この端で電界を発生させる。高電圧がキャピラリ・チューブに印加されると、液滴（液体サンプル）が延びて円錐形状が形成され、その先端部が蒸発してサンプル分子のイオンおよび非常に微細なナノスケールまたはピコスケールの液滴が形成されて、電荷が運ばれる。従来のナノスプレイ応用で生成される蒸気噴流とは対照的に、本発明では、従来のナノスプレイ応用の場合とほぼ同じように規定される液体スプレイ・コンポーネントがない。その代わりに放出は、イオンおよび非常に小さな液滴（たとえばナノスケールまたはそれ以下の寸法）で構成される。有利なことに、この結果、液滴を乾燥させてイオンを放出するための乾燥メカニズムを必要とすることが無くなるかまたは実質的に減る。従来のナノスプレイ応用の場合、乾燥窒素ガスを蒸気噴流内へ流して液滴を乾燥させるために脱溶媒ガスを必要とすることが非常に多い。すなわち本方法では、サンプルをキャピラリを通してポンピングすること、およびまた液滴を乾燥させることに付随する時間およびコストが低減され、さらにサンプル材料の消費量が非常に少ない、それほど複雑ではないメカニズムが提供される。このイオン生成方法の詳細なメカニズムは、確かに分かっているわけではない。他の可能性は、コロナ放電が、部分充填されたマイクロ流体チャネル内の電極で起きていることである。
ポリマー・ノズル・デバイスを用いる本技術（ポンピングされていようとなかろうと）と従来のナノスプレイ技術との間の他の違いの１つは、液体サンプルを蒸発およびイオン化させるための電界が、キャピラリ・チューブの実際のテーパが付けられた構造の代わりに、液体先端部（液体サンプル液滴）によって、その形状および位置に起因して、形成されることである。液体先端部の形成は、好ましくは液体水溶性サンプルによって濡れない材料である液滴を収容するマイクロ流体チャネルの材料特性によって促進される。ポリマー材料、またはポリマー層で覆われる材料が、好適な材料である。熱伝導性が良好な材料も好適であり、また含浸させた電気および熱伝導性の添加剤たとえばカーボンおよび金属粒子を伴うポリマー材料もそうである。上で開示した本プロセスでは、ポリマー・ノズル開口部の直径は、所定の液体のスプレイを生成するのに必要な電圧に影響する。ノズル開口部が直径２０〜３０μｍである場合、印加電圧を±２〜２．５ＫＶの間にして、４０％メタノール／６０％水の微細なスプレイを形成することができる。約５０μｍ直径でスプレイする場合、印加電圧はより大きくなって約±３〜３．５ＫＶとなり得る。スプレイが始まったらすぐに、電圧を約１．３ＫＶまで下げてスプレイを維持することができる。ノズル外径は、５０〜１５０μｍの間で変化し得る。ポリマー・ノズルの外径は、１５０μｍよりも大きくなり得る。
基準電極またはカウンタ電極を、ノズル開口部から０．５ｍｍ〜数ｍｍに配置することができる。カウンタ電極がノズル開口部に近いほど、スプレイを開始するために液体に印加する電圧を小さくしなければならない。カウンタ電極が約０．５ｍｍだけ、また１ｍｍを超えてノズル開口部から離れている場合、必要とされる電圧の違いは、数１００Ｖの範囲である。
本プロセスの有利点は、以下の通りである。（１）印加電圧に大きく影響を与えることなく、流速範囲の要求および液体サンプルの内容に適合するように、種々の内径のノズルを作製することができる。（２）ポリマー用のマイクロ射出成形技術によって十分に微細な構造を、種々のポリマー材料から作製されるノズルにおいて形成することができ、さらに射出成形は低コスト製造技術である。（３）比較的外径が大きいノズルを用いて、小さいノズルによって生成される噴流と特性が匹敵できる微細な噴流を生成することができ、外径が大きいためにノズルに対する物理損傷の可能性が最小限になる。
ノズルの内径を、ポリマー溶液などの粘性液体の液滴をスプレイするのに十分大きなものにして、アレイ・スポッティングおよびポリマーのナノスプレイ粒子作製に応用することができる。誘起ＬＥＤディスプレイで用いられる有機ダイ、従来のインク・ジェット印刷で用いられる通常のダイ、および微細な液滴またはナノスケール液滴を必要とする他の材料を、これらのアレイ・デバイスを用いてスプレイすることで、高分解能の液滴とともに高スピードを実現することができる。こうして本デザイン構成によって、従来技術に付随した前述の不利点が打開される。
次に図３４〜３５を参照して、前述したように、狭くした開口部を通して液体を電界の助けによってスプレイすることは、種々の用途に対する蒸気噴流を生成するための広く知られたプロセスである。質量分析の用途では、対象分子のイオンを運ぶ蒸気噴流は、質量分析計内へ送られて、そこで分子イオンの質量が得られる。分子の質量から、各分子の化学的性質が特定される。
前述したポリマー・ノズル・アレイ・デバイス（たとえばデバイス１００）はそれぞれ、多数のイオン種を含むスプレイに近接する表面積が比較的大きい。これらの帯電した種は、ノズル・アレイ・デバイスのポリマー表面に衝突して、静電界を生成する可能性がある。静電界は、スプレイ中にポリマー表面に衝突する帯電種の数が増加するにしたがって、予測できない仕方で変化する。電荷が絶縁性ポリマー表面から何らかの方法で排出されないと、絶縁表面上に漂遊電界が蓄積して、この結果、スプレイ中のイオンが質量分析計１０００の入口コーン１０３内に入ることが妨げられる。漂遊電界のビルド・アップが十分に大きいと、ノズル先端部で液滴が感知する電界が小さくなって、スプレイが完全に停止する。
ポリマー・ノズル・アレイ・デバイス上の電界の形成を防止または制御するための多くの異なる技術または手段が存在する。以下は、ポリマー・ノズル・アレイ表面上の電界のビルド・アップを抑制または制御するいくつかの典型的な手段である。漂遊電界ビルド・アップを放電する以下の方法のうちの１つまたは複数を、ノズル・アレイ・デバイス内に取り込めることが理解される。第１に、ポリマー・ノズル・アレイ・デバイスの表面を、高抵抗率（たとえば約１ＧΩ）の導電性材料の層でコーティングすることができる。材料は、貴金属の薄い層のコーティング、または塩の層のコーティングとすることができる。使用に適した塩は、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化ルビジウム、ハロゲン化銀、硫酸バリウムなどから選択することができる。第２に、適切な値のコンデンサを、ポリマー・ノズル・アレイ・デバイス表面と電気接地との間で電気的に接続することができる。コンデンサは、漂遊イオンおよび電子からの電荷によって充電され、制御された間隔で電荷を電気接地に放電する。第３に、ヨウ化ナトリウムおよびヨウ化ルビジウムを含む塩溶液を、スプレイのためのサンプル液体に添加することで、スプレイ中に塩の層がデバイス表面をコーティングして漂遊電荷を排出除去できるようにすることができる。第４に、帯電防止剤を射出成形プロセスの間にポリマー樹脂に添加して、結果として生じるポリマー・ノズル・デバイスが帯電防止特性を有するようにすることができる。帯電防止剤は、高度に共役されたポリマーである可能性があり、たとえばポリアニリンなどである。同様に、事前混合された市販の帯電防止ポリマー樹脂、たとえばハイテック（ＨｉＴｅｃｈ）（ヘブロン（Ｈｅｂｒｏｎ）、ケンタッキー州）から供給されるものを用いて、適切な帯電防止特性を有するポリマー・ノズル・アレイ・デバイスを射出成形しても良い。好ましい帯電防止ポリプロピレンが特に好適である。
第５に、また図３４〜３５に例示したように、金属シートまたは金属コーティングされた絶縁物からなる導電性シールド１９００を、ノズル先端部と質量分析計入口（たとえば図２３の入口コーン１０３０）との間に配置して、スプレイされた液滴を捕らえるための物理障壁として機能することができる（液滴は、そうでなければノズル・アレイ・デバイス１００の表面上に落下する可能性がある）。シールド１９００は、アパーチャ１９１０を有していなければならず、またノズル先端部から約１ｍｍのところに配置しなければならない。アパーチャ１９１０は、スプレイの開始部分が通過できるように十分に大きくなければならない。図３４〜３５に、シールド１９００の１つの典型的な配置を示す。この構成では、シールド１９００は、デバイス１００のフレーム１１００上のポスト１１６０の高さによって規定される距離に保持される。シールド１９００とノズル先端部との間の距離は、ポスト１１６０の長さに応じて変化するが、この距離は１ｍｍ未満であることが好ましい。言い換えれば、シールド１９００を、ポスト１１６０に取り付けてデバイス１００全体に広げ、各ノズル１５０に付随するアパーチャ１９１０をシールド１９００内に形成することができる。１つの典型的な構成では、シールド１９００の寸法は変わることができるが、シールド１９００の厚みは約０．００５インチ〜０．０１０インチである。
シールド１９００をポスト１１６０へ取り付けるための多くの異なる方法が存在する。たとえば粘着または接着材料を、ポスト１１６０および／または選択されたシールド１９００の位置に塗布することができる。加えて、シールド１９００は、ポスト１１６０の数に等しい数のハブを含むことができる。各ポスト１１６０は、ハブと嵌まり合うことで、シールド１９００をポスト１１６０に取り外し可能に結合して、その結果、シールド１９００をフレーム１１００およびマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイス１００に結合する。１つの典型的な実施形態においては、各ハブは、フレーム１１００に向かうシールド１９００の内面から外部に延びる中空突出物（たとえばチューブ様の構造）の形態である。シールド１９００はフレーム１１００に、ポスト１１６０をハブの中空内部に挿入して２つの部分が互いに確実に結合するようにすることで、取り付け可能に結合される。シールド１９００を取り外したい場合には、シールド１９００を単にポスト１１６０から引っ張り出すことができる。マイクロ流体デバイス１００およびホルダ１１２０から取り外し可能なシールドを有することによって、個々のコンポーネントの互換性が可能になる。たとえばシールド１９００の構成は、デバイス１００の構成に依存し、より具体的にはノズル１５０の数および配置に依存する。と言うのは、１つのノズル１５０に対して１つのアパーチャ１９１０が必要だからである。すなわちデバイス１００が第１のアレイ配置を有する場合には、第１のシールド１９００が要求される。デバイス１００が、第１の配置とは異なる第２のアレイ配置を有する場合には、第２のシールド１９００が要求される可能性がある。さらにシールド１９００は、ホルダ１１２０に堅固に接続されているわけでも、ホルダ１１２０と一体に形成されているわけでもないため、ホルダ１１２０を、多くの異なるシールド１９００およびマイクロ流体デバイス１００と一緒に用いることができる。
代替的な実施形態においては、シールド１９００はホルダ１１２０に、機械的な留め具を用いて取り外し可能に結合される。たとえばシールド１９００は、そこから外側に延びる固定用タブを有して、ホルダ１１２０自体に固定して取り付けられた留め具を受け入れることができ、その結果、シールド１９００をホルダ１１２０に、固定してしかし取り外し可能に取り付けることができる。言い換えれば、ネジなどの留め具を用いて、シールドをホルダ１１２０に取り外し可能に取り付ける。この実施形態においては、シールド１９００は好ましくは、シールド１９００をホルダ１１２０に確実に固定した後で、シールド１９００の内面がポスト１１６０にぴったり合うような位置にある。これは、次にポスト１１６０を用いてシールド１９００を、ノズル先端部から適切な距離だけ間隔を置いて配置することができるため、望ましい。こうして、シールド１９００の実際の構成にかかわらず、シールド１９００をノズル先端部から所定の距離で均一に配置することが、シールド１９００をホルダ１１２０に固定した後でシールド１９００がポスト１１６０に確実にぴったり合うようにすることで、可能になる。この実施形態においては、シールド１９００は、レール１１４０の上方かまたは平坦なプラットフォーム１１３０上に配置することができる。またモールド・プロセスを用いてフレーム１００、ポスト１１６０、およびシールド１９００をそれに一体的に取り付けて形成できるという点で、シールド１９００をポスト１１６０の一体部分として作製することもできる。
さらに別の実施形態においては、レール１１４０を、内部に長手方向の溝が延びるように構成することができる。長手方向の溝は、シールド１９００が内部にぴったりと受け入れられて、シールド１９００をホルダ１１２０に確実に結合できるようなサイズである。言い換えれば、シールド１９００とレール１１４０との間の摩擦によるフィットによって、シールド１９００が垂直位置に、マイクロ流体デバイス１００とは平行に、確実に保持される。今度の場合も、シールド１９００がレール１１４０の溝内に確実に保持されたときに、前述の理由からシールド１９００は好ましくはポスト１１６０とぴったり合う。この実施形態においては、シールド１９００は、レール１１４０内の溝から外に容易に引き出すことができるため、取り外し可能である。
第６に、また図３６に例示したように、ノズル・アレイ・デバイス１００は、アレイ・デバイス１００の表面内に貫通孔１９３０を配置することによって、スプレイ方向と垂直なプラスチックの量を減らすことができる。この実施形態においては、ノズル・コーンの本体（ノズル１５０）をより長く作製して、ノズル先端部と、スプレイ方向に垂直なノズル・アレイ・デバイス１００の平坦表面との間の距離を、最大にすることができる。
ポリマー・ノズル・アレイ表面上での電界のビルド・アップを抑制または制御するための前述した手段を、本明細書で開示したどのマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスと組み合わせて用いることもできることが理解される。
本発明を、好ましい実施形態に関して特に図示し、説明して図示し、説明してきたが、形態および詳細における種々の変更を本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく行なっても良いことが、当業者によって理解される。
図１は、第１の典型的な実施形態によるノズルのアレイが内部に組み込まれたマイクロ流体デバイスを示す上部斜視図である。 図２は、図１の線２−２に沿って見た断面図である。 図３は、図１によるマイクロ流体デバイスを示す平面図であり、ノズル周囲の電極の配置、および電極とマイクロ流体デバイスの１つの縁に形成される電気コンタクトとの間の接続部を例示している。 図４は、第２の典型的な実施形態によるノズルのアレイが内部に組み込まれたマイクロ流体デバイスを示す上部斜視図である。 図５は、図４によるマイクロ流体デバイスを示す断面図である。 図６は、図１のマイクロ流体デバイスの製造に用いられる典型的なモールドを示す斜視図である。 図７は、図４のマイクロ流体デバイスの製造に用いられる閉位置にある第１および第２のダイを示す断面図である。 図８は、モールドの第１および第２のダイを示す断面図であり、第１のモールドのピンと第２のモールドのノズル形成フィーチャとの間にギャップが形成される他の実施形態を例示している。 図９は、ミクロン・サイズのノズル開口部を製造するためのモールド配置を例示する断面図である。 図１０は、各ストリップはノズル・アレイを含む互いに接続された多数のストリップから形成されるタイル配置を示す平面図であり、ストリップの１つが取り出されて質量分析計に近接して配置されている。 図１１は、１つのマイクロ流体チャネル／ノズル配置を示す断面図であり、サンプルをノズル開口部を通して放出するためにリザーバ内に挿入可能かつリザーバ内で移動可能なポリマー・カバー・シートを有する部材によって、サンプル・リザーバがシールされている。 図１２は、１つのマイクロ流体チャネル／ノズル配置を示す断面図であり、サンプルをノズル開口部を通して放出するためにリザーバ内に挿入可能かつリザーバ内で移動可能な弾性シール・ベースを有する部材によって、サンプル・リザーバがシールされている。 図１３は、１つのマイクロ流体チャネル／ノズル配置を示す断面図であり、流体をサンプル・リザーバ内に注入してサンプルをノズル開口部を通して放出させるために内部を孔が延びるピストン・デバイスによってサンプル・リザーバがシールされている。 図１４は、典型的なマイクロ流体ノズル・アレイ・デバイスを示す平面図である。 図１５は、線１４−１４に沿って見た断面図である。 図１６は、ＵＶ分光測光で用いられる図５のマイクロ流体デバイスを示す側断面図である。 図１７は、多数のマイクロ流体ノズル・サブユニット構造をリリース可能に保持するための保持ベースを示す平面図である。 図１８は、図１７の線１８−１８に沿って見た断面図である。 図１９は、多数のマイクロ流体ノズル・サブユニット構造を取り外し可能に保持するための他の実施形態による保持ベースを示す平面図である。 図２０は、ノズルのアレイを有する少なくとも１つのマイクロ流体デバイスの組み立てに用いることができるインターフェース・プレートを示す断面図である。 図２１は、リザーバに開口端の配管が取り付けられたノズルのアレイを有するマイクロ流体デバイスを示す断面図である。 図２２は、ノズルのアレイを有する少なくとも１つのマイクロ流体デバイスの組み立てに用いることができる他の実施形態によるインターフェース・プレートを示す断面図である。 図２３は、質量分析計ユニットと、ノズルのアレイを有するマイクロ流体デバイスを質量分析計ユニット内にその構造に関係なく配置するための装置とを示す平面図である。 図２４は、図２３のマイクロ流体デバイスを示す正面図である。 図２５は、図２３のマイクロ流体デバイスを示す側面図である。 図２６は、図２４のマイクロ流体デバイスを確実に保持するためのホルダを示す平面図である。 図２７は、図２６のホルダを示す側面図である。 図２８は、図２６のホルダ内にマイクロ流体デバイスが確実に保持されている様子を示す平面図である。 図２９は、質量分析計内ユニットのナノスプレイ・デバイス・インターフェースを示す側面図である。 図３０は、マイクロ流体デバイスを確実に保持するためのホルダであって、マイクロ流体デバイスを質量分析計ユニットに対して位置づけられる程度に移動する装置に結合されたホルダを示す斜視図である。 図３１は、ノズルのアレイと、その上に形成された複数の電極とを有するマイクロ流体デバイスを示す正面図である。 図３２は、導電性キャピラリが設けられた他の実施形態によるマイクロ流体デバイスの１つのノズルとその付随するリザーバとを貫く断面図である。 図３３は、単一のリザーバから供給される複数のノズル開口部を示すためのマイクロ流体デバイスを貫く断面図である。 図３４は、他の典型的な実施形態によるフレームを有するマイクロ流体デバイスを示す正面図である。 図３５は、図３４のマイクロ流体デバイスおよびフレームを示す側面図である。 図３６は、さらに他の実施形態によるフレームを有するマイクロ流体デバイスを示す正面図である。

Claims (94)

  1. 第１の表面および対向する第２の表面を有する本体であって、少なくとも１つのチャネルが内部に形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分を有する、本体と、
    第２の表面に沿って配置される少なくとも１つのノズルであって、ノズルはチャネルと流体連絡をして、チャネルの一端が、ノズルの一部として形成されるノズル開口部内で終了する、ノズルと、を備えるマイクロ流体デバイス。
  2. チャネルが少なくともその実質的な長さに沿って円筒形状をなし、チャネルはシームレスの円筒表面によって規定される請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  3. チャネルは内側にテーパが付けられて、チャネルの寸法が、リザーバ部分内で最大、ノズル開口部で最小となっている請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  4. チャネルが、第１および第２の表面の両方に対して実質的に垂直となるように形成される請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  5. 少なくとも１つのノズルが、第２の表面を越えて延び、実質的に円錐形状である請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  6. ノズルの外径が、約５０μｍ以下である請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
  7. ノズルの外径が、約１００μｍ以下である請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  8. ノズル開口部の外径が、約２０μｍ以下である請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  9. ノズル開口部の外径が、約５０μｍ以下である請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  10. ノズル内に形成されてノズル開口部内で終了するチャネルの一部が、ノズル開口部に向かって内側にテーパが付けられる請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  11. 少なくとも１つのチャネルと少なくとも１つのノズルとが、幾何学的アレイに配置される請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  12. 本体と少なくとも１つのノズルとが、射出成形可能なポリマー材料で形成される射出成形構造を備える請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  13. 第２の表面上の少なくとも１つのノズルの外周の周りに形成される導電性領域をさらに含む請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  14. 導電性領域が、金属で形成されて、電気コンタクトに電気的に接続される請求項１３に記載のマイクロ流体デバイス。
  15. 電気コンタクトが、第２の表面上に本体の単一の縁に沿って請求項１４に記載のマイクロ流体デバイス。
  16. チャネルが、内部チャネル表面が平行である第１の部分を有し、第１の部分は少なくとも部分的にリザーバ部分を規定しておよび第１の表面へ延び、チャネルはさらに、内部チャネル表面が非平行な関係にある第２の部分を有し、第２の部分は第１の部分からノズル開口部へ延びる請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  17. 第１の表面および対向する第２の表面を有する本体であって、少なくとも１つのチャネルが内部に形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、サンプルを受け入れるために第１の表面で開口するリザーバ部分を有する、本体と、
    本体と一体に形成されて、第２の表面に沿って配置されこの表面を越えて延びる少なくとも１つのノズルであって、ノズルの数はチャネルの数に等しく、各ノズルは１つのチャネルと流体連絡して各チャネルがノズルのノズル開口部内で終了し、ノズル開口部の直径は約１００μｍ以下でありノズルの外径は約１５０μｍである、ノズルと、を備えるマイクロ流体デバイス。
  18. ノズル開口部の直径が約１５０μｍ以下であり、ノズルの外径が約１００μｍ以下である請求項１７に記載のマイクロ流体デバイス。
  19. ノズル開口部の直径が約２０μｍ以下であり、ノズルの外径が約５０μｍ以下である請求項１７に記載のマイクロ流体デバイス。
  20. リザーバ部分をシールするとともに、サンプルをリザーバ部分からチャネルを通して、サンプルが放出されるノズル開口部へ輸送するためのデバイスをさらに含む請求項１７に記載のマイクロ流体デバイス。
  21. 輸送デバイスが、変移可能な部材を備え、変移可能な部材は、当初はリザーバ部分の開口端に渡って配置される変形可能な弾性ポリマー・カバー・シートと、ポリマー・カバー・シートに接続されるシャフトとを含み、
    シャフトが延長位置へ駆動されると、ポリマー・カバー・シートは、リザーバ部分の内面とともにシールを形成して、サンプルを強制的にノズル開口部の方へ流してそこでサンプルを放出する請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  22. 輸送デバイスが、変移可能な部材を備え、変移可能な部材は、周囲に変形可能なシールが延びるベースを含み、ベースは当初はリザーバ部分の開口端に渡って配置されてベースにシャフトが接続され、
    シャフトが延長位置へ駆動されると、ベースはリザーバ部分内へ受け入れられて、フランジが、リザーバ部分の内面とともにシールを形成して、サンプルを強制的にノズル開口部の方へ流してそこでサンプルを放出する請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  23. 輸送デバイスが、内部を通って孔が形成される部材を備え、部材の末端部にガスケットが配置され、ガスケットは部材とリザーバ部分との間にシールを形成し、
    部材は、リザーバ部分内に導入されてサンプルを強制的にノズル開口部の方へ流しそこでサンプルを放出する流体の供給源と連絡する請求項２０に記載のマイクロ流体デバイス。
  24. 流体にガスが含まれる請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
  25. 流体にサンプルが含まれる請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
  26. ガスケットが、末端部と本体の第１の表面との間に配置されるＯリングを含み、Ｏリングは、孔を通ってリザーバ部分内へ流れる流体を妨害しない請求項２３に記載のマイクロ流体デバイス。
  27. 本体と少なくとも１つのノズルとが、ポリマー材料で形成される単一の射出成形構造を備える請求項１７に記載のマイクロ流体デバイス。
  28. 少なくとも１つのノズルが、本体の第２の表面に沿って所定のパターンにしたがって配置されるノズルのアレイを備える請求項１７に記載のマイクロ流体デバイス。
  29. ノズル・アレイが、第２の表面の全体に渡って軸方向の列に配置される所定の数のノズルを含む請求項２８に記載のマイクロ流体デバイス。
  30. 本体と本体から外側へ延びる少なくとも１つのノズルとを備えるマイクロ流体デバイスであって、
    本体内部には少なくとも１つのチャネルが形成されて、各チャネルは本体を通ってその第１の表面から第２の表面へ延び、
    各チャネルは、サンプルを受け入れるために第１の表面で開口するリザーバ部分を有し、少なくとも１つのノズルは第２の表面から外側へ延び、
    各ノズルは１つのチャネルと流体連絡をして、各チャネルが、ノズルの一部として形成されるノズル開口部内で終了し、
    本体および少なくとも１つのノズルは、
    チャネルと少なくとも１つのノズルとのネガティブ・インプレッションを含むモールドを用意するステップと、
    ポリマー材料をモールド内に注入するステップと、
    ポリマー材料を硬化させて、少なくとも１つのノズルが第２の表面から外側へ延びて少なくとも１つのチャネルが本体内に形成される本体を形成するステップと、
    本体をモールドから取り外すステップと、を含むプロセスによって形成されるマイクロ流体デバイス。
  31. モールドは、形成されたマイクロ流体デバイスのノズル開口部の直径が１００μｍ以下で、ノズルの外径が１５０μｍ以下となるように構成される請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  32. モールドは、形成されたマイクロ流体デバイスのノズル開口部の直径が５０μｍ以下で、ノズルの外径が１００μｍ以下となるように構成される請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  33. モールドは、形成されたマイクロ流体デバイスのノズル開口部の直径が２０μｍ以下で、ノズルの外径が５０μｍ以下となるように構成される請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  34. モールドが、第１のダイと第２のダイとを含み、第１のダイは、このダイから外側へ延びる複数のピンを有し、複数のピンは、第２のダイに形成された開口部に受け入れられ、各開口部は、閉じた円錐形状の部分内で終了する請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  35. 閉じた位置では、各ピンの先端部が、第２のダイの円錐形状部分の先端部と密着し、２つの先端部の間の界面がノズル開口部を規定する請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  36. 閉じた位置では、各ピンの先端部が、第２のダイの円錐形状部分の先端部から所定の間隔を置いて配置されて、２つの先端部の間にギャップが形成され、
    ポリマー材料を注入するステップの間、ポリマー材料はギャップ内に部分的にのみ配置されてノズル開口部が形成される請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  37. ノズル開口部の直径はピンの先端部の直径よりも大きい請求項３６に記載のマイクロ流体デバイス。
  38. ギャップ内の領域からポリマー材料がなくなるように、ポリマー樹脂の注入に使用される圧力を制御して、ノズル開口部を規定するステップをさらに含む請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  39. ポリマー材料の注入前にモールドの少なくとも一部を研磨して滑らかな仕上げを形成するステップであって、前記一部には少なくとも、ノズルの外面を規定するモールド部分が含まれるステップがさらに含まれる請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  40. 少なくとも、ノズルの外面を規定するモールド部分の表面特性を変えて、この部分での表面摩擦を減らし、部分内での注入樹脂の流れ特性を向上させるステップをさらに含む請求項３０に記載のマイクロ流体デバイス。
  41. サンプルの１つまたは複数の特性を検出するための検出システムであって、
    第１の表面および対向する第２の表面を有する本体であって、少なくとも１つのチャネルが内部に形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分を有する、本体および
    本体と一体に形成されて、第２の表面に沿って配置されこの表面を越えて延びる少なくとも１つのノズルであって、ノズルの数はチャネルの数に等しく、各ノズルは１つのチャネルと流体連絡して、各チャネルが、ノズルの一部として形成されるノズル開口部内で終了し、ノズル開口部の直径は約１００μｍ以下でありノズルの外径は約１５０μｍであるノズル、を備えるマイクロ流体デバイスと、
    マイクロ流体デバイスからそのノズル開口部を通って放出されるサンプルを受け入れるための検出器であって、放出されたサンプルを分析してサンプルの１つまたは複数の特性に関する情報を提供する検出器と、を含む検出システム。
  42. 蒸発およびイオン化された流体流れを液体サンプルから生成して、診断デバイス内へ注入するためのプロセスであって、
    第１の表面および対向する第２の表面を有する本体であって、少なくとも１つのチャネルが内部に形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分を有する、本体と、
    本体と一体に形成されて、第２の表面に沿って配置されこの表面を越えて延びる少なくとも１つのノズルであって、ノズルの数はチャネルの数に等しく、各ノズルは１つのチャネルと流体連絡して、各チャネルが、ノズルの一部として形成されるノズル開口部内で終了し、ノズル開口部の直径は約５０μｍ以下でありノズルの外径は約１００μｍである、ノズルと、を備えるマイクロ流体デバイスを用意するステップと、
    サンプルを、チャネル内の少なくともリザーバ部分内に配置するステップと、
    サンプルをリザーバからノズル先端部へ輸送してそこで放出するステップと、
    電界を本体の第２の表面の各ノズル周囲に印加するステップであって、電界は、放出されたサンプルを蒸発およびイオン化するのに十分な強度であるステップと、を含むプロセス。
  43. ノズル開口部の直径が５０μｍ以下であり、ノズルの外径が約１００μｍ以下である請求項４２に記載のプロセス。
  44. サンプルを輸送するステップが、
    開口するリザーバ部分に隣接する第１の表面に輸送メカニズムを用意するステップと、
    サンプルがノズル開口部へ流れてそこを通って放出されるようにノズル開口部に向かう方向にサンプルに力が印加されるように、輸送メカニズムを操作するステップと、を含む請求項４２に記載のプロセス。
  45. 輸送メカニズムが、変移可能な部材を備え、変移可能な部材は、変形可能な弾性ポリマー・カバー・シートと、ポリマー・カバー・シートに結合されるシャフトとを含み、
    メカニズムを操作するステップが、シャフトを収縮位置から延長位置へ駆動するステップを含み、ポリマー・カバー・シートがリザーバ部分の内面とともにシールを形成し、
    シャフトが延長位置へ駆動されると、ポリマー・カバー・シートが、サンプルを強制的にノズル開口部へ流してそこを通して放出する請求項４４に記載のプロセス。
  46. 輸送メカニズムが、変移可能な部材を備え、変移可能な部材は、周囲にシール・フランジが延びるベースを含み、ベースにシャフトが接続され、
    メカニズムを操作するステップが、シャフトを収縮位置から延長位置へ駆動するステップを含み、フランジがリザーバ部分の内面とともにシールを形成し、
    シャフトが延長位置へ駆動されると、ベースが、サンプルを強制的にノズル開口部へ流してそこを通して放出する請求項４４に記載のプロセス。
  47. 輸送メカニズムが、内部を通って孔が形成される部材を備え、ガスケットが部材と本体の第１の表面との間にシールを形成し、孔は、一端において流体源と連絡して他端においてリザーバ部分と連絡し、
    メカニズムを操作するステップが、流体を孔を通してリザーバ部分内へ流して、そこでサンプルに力を印加してサンプルをノズル開口部から放出するステップを含む請求項４４に記載のプロセス。
  48. 基板上でアレイ・スポッティングするためのプロセスであって、
    第１の表面および対向する第２の表面を有する本体であって、少なくとも１つのチャネルが内部に形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、サンプルを受け入れるために第１の表面で開口するリザーバ部分を有する、本体および
    本体と一体に形成されて、第２の表面に沿って配置されこの表面を越えて延びる複数のノズルであって、ノズルの数はチャネルの数に等しく、各ノズルは１つのチャネルと流体連絡して、各チャネルが、ノズルの一部として形成されるノズル開口部内で終了し、ノズル開口部の直径は約１００μｍ以下でありノズルの外径は約１５０μｍであるノズル、を備えるマイクロ流体デバイスを用意するステップと、
    １つまたは複数のサンプルを複数のリザーバ部分内に配置するステップであって、１つのサンプルのみを１つのリザーバ部分内に配置するステップと、
    マイクロ流体デバイスを基板近傍に位置づけて、複数のノズルが基板を向くようにするステップと、
    各サンプルを１つのリザーバから個々のノズル先端部に送り、そこでサンプルをノズル開口部を通して基板上に放出させて、基板上にサンプル・スポットを形成するステップと、を含むプロセス。
  49. マイクロ流体デバイスを、複数のより小さいマイクロ流体サブユニット構造から作製するためのキットであって、
    少なくとも２つのレールを含むフレームであって、レールは互いに間隔を置いて配置されそれらの間に開口部が形成され、各レールは所定の数のクランプ部材を含み、クランプ部材の配置は、隣接するレールのクランプ部材が、互いに開口部を渡って配置される多数の対を形成するように行なわれ、各クランプ部材対は、１つのマイクロ流体サブユニット構造の部分を受け入れて、マイクロ流体サブユニット構造を所定の位置に確実に保持しおよびマイクロ流体サブユニット構造の少なくとも１つのマイクロ流体フィーチャを隣接レール間の開口部内に配置する、フレームを備えるキット。
  50. 各マイクロ流体サブユニット構造は、ノズルのアレイを有するマイクロ流体デバイスであり、ノズルのアレイはマイクロ流体デバイスの表面に沿って形成され、少なくとも１つのマイクロ流体フィーチャがノズルのアレイを備える請求項５９に記載のキット。
  51. レールが互いに平行に配置され、一対を形成するクランプ部材が、レール間に形成される開口部を渡って互いに軸方向にアライメントされる請求項４９に記載のキット。
  52. 各クランプ部材が、互いに間隔を置いて配置される一対の壁を含み、それらの間に規定される保持スロットが、一対の壁の間に摩擦により保持されるマイクロ流体サブユニット構造の部分を受け入れる請求項４９に記載のキット。
  53. 各レールが、レールの長さに沿って対で配置される所定の数のクランプ部材を含み、対の一方のクランプ部材は、１つのマイクロ流体サブユニット構造と摩擦により嵌め合い、対の他方のクランプ部材は、隣接するマイクロ流体サブユニット構造と摩擦により嵌め合う請求項４９に記載のキット。
  54. フレームが、プラスチック材料で形成されるモールド構造であり、クランプ部材がモールド構造の一部として一体的に形成される請求項４９に記載のキット。
  55. 複数のレールが、互いに間隔を置いて配置される少なくとも３つのレールを含み、クランプ部材がレールの長さに沿って配置されて、１つのマイクロ流体サブユニット構造を受け入れるための別個のセクタを有するグリッドを規定する請求項４９に記載のキット。
  56. 少なくとも１つのマイクロ流体フィーチャが、ノズルのアレイとノズル・アレイに付随する個々のリザーバ部分とを備えて、サンプルを受け入れる請求項４９に記載のキット。
  57. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスを保持するとともに、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと第２のデバイスとの間のインターフェースを与えるための部材であって、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスは、内部に複数のリザーバが形成され、前記部材は、
    上面および下面を有し、複数の開口ウェル部材が内部に形成される本体であって、各ウェル部材は、ウェル壁によって規定され、第１の端および対向する第２の端を含み、第２の端は、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと摩擦により嵌め合って開口ウェル部材の少なくとも一部とマイクロ流体デバイスのリザーバとが互いにアライメントされるように構成および寸法取りされる、本体、を備える部材。
  58. ウェル壁が、第１の端から第２の端へ内側にテーパが付けられた構成を有する請求項５７に記載の部材。
  59. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスが射出成形物品を備え、その内部に形成される各リザーバは、先端開口部を有する一体ノズルと流体連絡し、先端開口部は直径が約１００μｍ以下であり、ノズルの外径は約１５０μｍ以下である請求項５７に記載の部材。
  60. 先端開口部は直径が約２０μｍ未満であり、ノズルの外径は約５０μｍ未満である請求項５９に記載の部材。
  61. ウェル壁の第２の端が、外面と、マイクロ流体デバイスのリザーバ壁の外面周囲で摩擦によりフィットする内面とを有して、部材と少なくとも１つのマイクロ流体デバイスとを互いに確実に結合する請求項５７に記載の部材。
  62. ウェル壁の第２の端が、内面と、マイクロ流体デバイスのリザーバ壁の内面内で摩擦によりフィットする外面とを有して、部材と少なくとも１つのマイクロ流体デバイスとを互いに確実に結合する請求項５７に記載の部材。
  63. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスが、最低位の部分を保護するために部材に結合されるときに、下面が少なくとも１つのマイクロ流体デバイスの最低位の部分を越えて延びる請求項５７に記載の部材。
  64. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスの最低位の部分が少なくとも１つのノズルを含む請求項６３に記載の部材。
  65. ウェル部材内に配置されるサンプルの蒸発を防ぐためにウェル壁の第１の端に渡って延びる穿刺可能なシール・マットをさらに含む請求項５７に記載の部材。
  66. ウェル壁の第１の端の少なくとも一部が一緒に結合される請求項５７に記載の部材。
  67. 第２のデバイスが、ロボット利用の分配機器を備える請求項５７に記載の部材。
  68. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスがノズルのアレイを含み、そのうちの動作中のノズルはそれぞれ、１つのリザーバおよび１つのウェル部材と流体連絡して、ノズルに供給するためのサンプル容積がリザーバとウェル部材とを組み合わせた容積によって規定される請求項５７に記載の部材。
  69. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスを保持するとともに、射出成形プラスチック材料で形成される少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと第２のデバイスとの間のインターフェースを与えるためのプレート部材であって、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスは内部に複数のリザーバが形成され、前記プレート部材は、
    射出成形されたプラスチック材料で形成される本体であって、上面および下面と、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスを脱着的に保持する一方でマイクロ流体デバイスのリザーバの有効容積を増やすための手段とを有する本体、を備えるプレート部材。
  70. 前記部材が、プレート部材内に形成された複数の開口端ウェル部材を備え、各ウェル部材は、第１の端および対向する第２の端を有するウェル壁によって規定され、
    第２の端は、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスと摩擦により嵌め合ってウェル部材の少なくとも一部とマイクロ流体デバイスのリザーバとが互いにアライメントされるように、構成および寸法取りされる請求項６９に記載のプレート部材。
  71. ウェル部材の数および配置の一方が、少なくとも１つのマイクロ流体デバイスのリザーバの数および配置の一方と異なる請求項６９に記載のプレート部材。
  72. 少なくとも１つのマイクロ流体デバイスが、その表面に沿って形成されるノズルのアレイを含む請求項６９に記載のプレート部材。
  73. ナノスプレイ応用を行なうために質量分析計のインターフェースとなる装置であって、
    第１の表面および対向する第２の表面を有する本体を含むマイクロ流体デバイスであって、本体内部には少なくとも１つのチャネルが形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分と第２の表面に沿って配置される少なくとも１つのノズルとを有し、ノズルはチャネルと流体連絡して、チャネルの一端が、ノズルの先端部の一部として形成されるノズル開口部内で終了する、マイクロ流体デバイスと、
    マイクロ流体デバイスが確実に保持されるようにマイクロ流体デバイスの外周の周りに配置されるフレームと、
    第１および第２の保持部材を有するホルダであって、第１および第２の保持部材は十分な間隔を置いて配置されフレームをこれらの部材の間に配置してこれらの部材によって所定の位置に保持することができ、保持位置では、サンプルを質量分析計の入口内にスプレイするための少なくとも１つのノズルが位置づけられるホルダと、を備える装置。
  74. フレームが、ホルダの第１および第２の保持部材の一方と嵌め合ってフレームの横方向の動きを制限する複数の位置決めおよびロッキング・フィーチャを含む請求項７３に記載の装置。
  75. 位置決めおよびロッキング・フィーチャのそれぞれが、フレームの１つの面から外側へ延びるポストを備え、フレームの第１および第２の保持部材のそれぞれが、ホルダの支持表面から上方へ延びる細長いレールを備え、
    保持位置では、細長いレールの１つが２つのポスト間に配置されて、摩擦によるフィットがそれらの間に生じる請求項７４に記載の装置。
  76. ノズルの外径が約５０μｍ以下であり、ノズル開口部の直径が約２０μｍ以下である請求項７３に記載の装置。
  77. ホルダが、互いに平行に配置される細長いレールの形態である第１および第２の保持部材を支持する上部平坦面を含み、細長いレールの内面が互いに面して、少なくとも１つの内面がその部分に沿って配置された導電性材料を有する請求項７３に記載の装置。
  78. 導電性材料が、上部平坦面上に形成される導電性経路に沿って、高電圧源および接地の一方に電気的に接続される請求項７７に記載の装置。
  79. 細長いレールの各内面上には導電性材料が配置され、ホルダの上部平坦面上には、第１の電気経路が形成されて、第１の位置から一方の細長いレールの導電性材料まで延びて電気コンタクトが形成され、また第２の電気経路が形成されて、第２の位置から他方の細長いレールの導電性材料まで延びて電気コンタクトが形成され、第１および第２の位置は、ホルダの縁に沿って互いに反対側である請求項７７に記載の装置。
  80. マイクロ流体デバイス上に、電極が形成されて、少なくとも１つのノズルまたはその付近に位置し、電極は、細長いレールの内面の部分上に配置される導電性材料に電気的に接続される請求項７７に記載の装置。
  81. 電極は、マイクロ流体デバイスの表面およびフレームを渡ってフレームの１つの縁に形成される導電性タブまで延びて細長いレールの内面上の導電性材料と電気コンタクトを形成する電気経路を含み、
    電気経路の少なくとも一部は、リザーバ部分およびチャネルの内面に沿って延びる請求項８０に記載の装置。
  82. 導電性材料が高電圧源に電気的に接続され、スプレイされたサンプルをイオン化するために少なくとも１つのノズルに高電圧が供給される請求項８１に記載の装置。
  83. サンプルの供給源と流体連絡する第１の端と、リザーバを通って少なくとも１つのノズル内に配置される第２の端とを有し、ノズルとシール状態で嵌め合うキャピラリと、
    キャピラリの外面上におよび少なくとも、第２の端を含むキャピラリ部分に沿って形成される導電層と、
    キャピラリに結合されて導電層と接触状態にあるコネクタであって、高電圧をコネクタを通して導電層に供給することができるコネクタと、をさらに含む請求項７３に記載の装置。
  84. 導電性コーティングされたキャピラリの外径が、少なくとも、リザーバをノズル先端部に接続するリザーバまたはマイクロ流体チャネル部分の内径にほぼ等しく、キャピラリとノズルとの間に液密シールが設けられる請求項８３に記載の装置。
  85. 質量分析計の入口に対して少なくとも１つのノズルを位置決めするために、ホルダに動作可能に結合される位置決めデバイスであって、ホルダのｘ、ｙ、およびｚ方向での動きを可能にする位置決めデバイスをさらに含む請求項７３に記載の装置。
  86. マイクロ流体デバイスがポリマー樹脂で形成され、帯電防止剤が射出成形プロセスの間にポリマー樹脂に添加されて、結果として生じるマイクロ流体デバイスが帯電防止特性を有する請求項７３に記載の装置。
  87. 第１の表面および対向する第２の表面を有する本体を含むマイクロ流体デバイスであって、本体内部には少なくとも１つのチャネルが形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分と第２の表面に沿って配置される少なくとも１つのノズルとを有し、ノズルはチャネルと流体連絡して、チャネルの一端が、ノズルの先端部の一部として形成されるノズル開口部内で終了する、マイクロ流体デバイスと、
    マイクロ流体デバイスが確実に保持されるようにマイクロ流体デバイスの外周の周りに配置されるフレームと、
    保持フィーチャを有するホルダであって、保持フィーチャは、フレームをホルダに対して確実に保持するためのものであり、保持位置では、サンプルをスプレイするための少なくとも１つのノズルが位置づけられる、ホルダと、
    フレームおよびホルダの少なくとも一方に結合されるシールドであって、シールドの１つの面がマイクロ流体デバイスの第２の表面に面するように結合され、シールドの内部には少なくとも１つのアパーチャが形成されて、アパーチャは少なくとも１つのノズルの先端部と軸方向にアライメントされる、シールドと、を備えるマイクロ流体アセンブリ。
  88. シールドが、フレームおよびホルダの一方と取り外し可能に結合される導電性シールドを備える請求項８７に記載のアセンブリ。
  89. フレームが、フレームの１つの面から外側へ延びる複数のポストを含み、各ポストは、ノズルを保護するためにノズル先端部を越えて延びる末端部を有し、シールドがポストに取り外し可能に結合されて、シールドはフレームに対して実質的に平行に保持される請求項８７に記載のアセンブリ。
  90. シールドが、摩擦によりしかし取り外し可能にポストを受け入れる複数のハブを含む請求項８９に記載のアセンブリ。
  91. シールドが、ポストと一体にモールドされる請求項８９に記載のアセンブリ。
  92. 第１の表面および対向する第２の表面を有する本体であって、少なくとも１つのチャネルが内部に形成されて本体を通って第１の表面から第２の表面へ延び、チャネルは、第１の表面で開口するリザーバ部分を有する、本体と、
    第２の表面に沿って配置される少なくとも１つのノズルであって、チャネルと流体連絡して、チャネルの一端が、ノズルの一部として形成されるノズル開口部内で終了する、ノズルと、
    本体の第２の表面上に配置される高抵抗率の導電性材料のコーティングと、を備えるマイクロ流体デバイス。
  93. 導電性材料の抵抗率が約１ＧΩ以上である請求項９２に記載のマイクロ流体デバイス。
  94. 導電性材料が、貴金属の薄い層および塩のコーティングの薄い層の一方であって、塩は、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化ルビジウム、および硫酸バリウムからなる群から選択される請求項９２に記載のマイクロ流体デバイス。
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