JP2005517197A - マイクロ流体分離カラム装置および組立方法 - Google Patents

Abstract

高性能液体クロマトグラフィに使用されるような圧力駆動マイクロ流体分離装置が提供される。複数の分離カラムは、ひとつの装置に画定され、固定相材料が多孔性フリットにより充填されている。１つ以上のスプリッタが、複数の分離カラムの中の分離スラリーおよび／または移動相に提供されてもよい。１つの実施形態において、分離装置は、略平面的であり、複数の装置層で組立てられている。分離装置に充填するスラリーを使用したシステムおよび方法もまた提供される。

Description

関連する出願の記述

本出願は、現在係属中の２つの米国特許仮出願である２００２年２月１３日出願の第６０／３５７，６８３号および２００２年１０月２日出願の第６０／４１５，８９６号の利益を主張する。

本発明は、化学的または生物学的な種の分離に使用されるような分離カラムの組立に関する。

化学的および生物学的分離は、様々な工業的および学術的環境で日常的に行われている。そのような分離を行う１つの技術であるクロマトグラフィは、混合物の成分に密接に関係する分離に使用される多数の方法を含む。実際、クロマトグラフィは、様々な混合物の中の化合物の分離、識別、浄化および定量を含む多くの応用例を有する。クロマトグラフィは、物理的分離方法であり、その構成成分は、典型的には、２つの相、固定相と移動相との間に分割する。サンプル成分は、移動相により固定相の層を通過して運ばれる。

カラムクロマトグラフィにおいて、固定相は、典型的にはチューブまたは他の境界に収容された固形支持物のコーティングのことを言う。移動相は、重力または固定相両端の圧力差で押し進められる。移動相は、サンプル溶液の担体として働く。サンプル溶液は移動相とともに固定相を通過して流れるので、その溶液の構成成分は、固定相との相互作用に従って移動し、様々な程度に遅れる。移動相の中で費やした時間に対する、粒子状成分が固定相の中で費やした時間は、カラムの中でのその速度を決定する。

分離カラムは、いくつもの異なる方法で充填されるが、従来のそのようなカラムの充填方法は典型的には遅く難しい。簡単な充填方法は、超音波振動槽またはエングレービング（engraving）装置の振動で補助して空のチューブに粒子を揺すり落とす乾燥充填である。カットバックピペットチップが頂部のリザーバ（液溜）として使用されてもよく、充填されるチューブはパラフィルムまたはチューブキャップで底を封止されている。そして、乾燥充填は、底部にフェルール、フリットおよびメールナットが、頂部にフリットを除く同様の継手が固定される。チューブの内容物は、さらに充填材料を通して加圧した溶媒を流動させることにより圧縮されてもよい。粒子床の締め固め（compacting）が終了し、および、液体圧力が安定したとき、チューブは床の表面まで切り落とされ、そして使用前に再度組立てられる。

他の充填方法はスラリーを使用する。空のカラムが、ポーラス・セルフパック（Poros Self-Pack）リザーバ（カリフォルニア州フォスター市のパーセプティブ・バイオシステムズ社（PerSeptive Biosystems）製）のようなパッキングリザーバに接続され、そのパッキングリザーバの上で、カラムの適切な量の薄いスラリーで満たされる。リザーバカラムの末端は、チューブが液体およびポンプのような適切な装置で内部が加圧される前に、堅固にねじ込まれる。チューブの材料特性および開口の漏れに対する封止能力によって、数百または数千ポンドの平方インチあたりの圧力（ｐｓｉ）が与えられてもよい。特に、充填したチューブは、充填工程の後で切断して、無効容量（充填が不完全または現になされていない場所）を除去し、いかなる汚染部分も除去し、および／または、望ましい長さの複数断片を生産する。その後、継手が各チューブの断片に付加され、ポンプのような他の流体要素と接合可能になる。

前述の充填方法は、それらの有効性を制限する欠点を有している。第１に、そのよう方法は、相対的に遅く非効率である。従来の乾燥充填およびスラリー充填方法は、特に、チューブの切断または切込みを必要とし、そして、他の構成要素と接続する継手を接続しなければならない。これらの工程は、大きな労働力を要し、さらなる継手の存在が運転中に漏れの問題の潜在性を示す。さらに、従来のスラリー充填方法は、特に、毛細管のような小径のカラムに適用したとき、周知の詰まりの問題に悩まされる。そのような充填工程での詰まりまたは塞がりは、そうであれば、カラムが完全に充填されることを阻害する。

また、そのようなマイクロ流体装置のような１つの装置に複数の分離カラムを包含することが望ましいかもしれない。そのような配置は、複数のサンプルを並行して分析することでサンプル分析の高い処理能力を可能にするであろう。しかしながら、従来の充填方法は、複数の分離カラムを同時に充填する能力がない。さらに、いくつかのそのようなマイクロ流体装置を同時に充填してそのような装置を多数組立てることが望ましいかもしれない。

前記に照らすと、改良されたカラム充填方法への要求がある。それは、１つの装置に複数の分離カラムを与え、そのような多カラムマイクロ分離装置、および、そのような装置を組立てる方法を提供することが望ましいであろう。容易にスケールアップして、大容量の分離装置の組立を可能にする充填方法もまた好ましいであろう。

（定義）

ここで使用する「カラム」という言葉は、典型的には充填した粒子状物質を含んだ固定相材料を収容する流体装置の部位を言う。ここに記述したマイクロ流体装置において、「カラム」という用語は、充填した分離溝と同義的に使用される。

ここで使用する「マイクロ流体」という用語は、１つ以上の流体を通過させ、または導くことができる、少なくとも１つの約５００ミクロン未満の寸法を有する構造または装置を言う。

ここで使用する「圧力容器」という用語は、意図しない漏れに対してほぼ封止され、大気圧よりかなり高い圧力に加圧できる容器を言う。

ここで使用する「スラリー」という用語は、粒子状物質および溶媒の混合物、好ましくは溶媒の粒子懸濁液を言う。

ここで使用する「型板」という用語は、材料層または薄板を言い、好ましくはほぼ平面的で、１つ以上の多様に形成および方向付けされた部分が層全体の厚みを貫いて切り開かれまたは他の方法で除去され、層の中の流体の移動を実質的に可能にする（例えば、溝またはチャンバから、対照的に、１つの層を貫通して他の層へ流体を伝達する単純な貫通孔）。微少構造の横の境界から切り開きまたは他の方法で除去した部分の輪郭は、型板が基板および／または他の型板等の他の層に挟まれたときに形成される。
（流体装置概略）

本発明によるカラム組立方法は、１つ以上の従来規模のチューブ、毛細管またはマイクロ流体溝を利用する装置を含む、多様な形式の流体装置に適用できる。特に、好ましい実施形態では、流体装置は型板層または薄板を使用して構成され、溝および／または他の微少構造を画定する。例えば、切り刃に対応するように変更したコンピュータ制御プロッタが使用され、多様なパターンが装置層を通して切り開くことができる。そのような刃は、型板を切断して固い多層から取り外して除去すること、または、いかなる材料も除去することなく層の一定の部分を分離するスリットを形成することのいずれにも使用できる。代案として、コンピュータ制御レーザカッタが懇願され、材料層を通して部分を切り開くかもしれない。レーザカッタは正確な寸法に微少構造を生み出すのに使用できるが、レーザを使用して型板層を切除することは、本質的にいくらかの材料を取り除くことを含む。型板層を形成するのに使用する方法のさらなる例には、従来のスタンピングやダイカッティング技術を含む。上述の型板層またはシートを切り開く方法は、マイクロ流体装置の製造に使用される従来の表面微細機械加工または従来の材料堆積技術に比べ丈夫な装置を素早く安価に加工できる。

型板層の一部が切り開かれまたは除去された後、切り開かれまたは除去された部分の輪郭は微小構造の横の境界を形成し、基板および／または他の型板の間に型板を挟むと、前記微少構造は完成する。溝またはチャンバのような微小構造の厚さまたは高さは、型板層の厚さを変更すること、または、複数の他の層の上に重ねたほぼ同一の型板層を使用することで変えることができる。マイクロ流体装置を組立てるとき、型板層の頂と底の面は、１つ以上の隣接する層（型板層または基板層のような）と結合して、典型的には少なくとも１つの流入ポートと少なくとも１つの流出ポートを有する、実質的に閉じられた装置を形成するよう意図される。

多様な方法を使用して、装置の層を封止または接着できる。例えば、接着剤が使用できる。１つの実施形態では、１つ以上の装置の層は、片面または両面接着テープで組立てることができるが、他の接着方法も使用できる。テープの部分（所望の形状および寸法）は、切り開いて除去し、溝、チャンバおよび／または開口を形成することができる。テープ型は、テープの層の間または他の材質の層の間に、支持基板上に適切な被覆層とともに配置できる。１つの実施形態で、型板層は互いに積み重ねられる。この実施形態で、特定の型板層での溝の厚みまたは高さは、型板層の厚さ（例えば、テープの担体とその上の接着性材料）を変更すること、または、複数の互いに重ねたほぼ同じ型板層を使用することで変えることができる。多様な形式のテープが、そのような実施形態に使用できる。適当な担体材料は、ポリエステル、ポリカーボネイト、テフロン、ポリプロピレンおよびポリアミドを含むが、これらに限定されない。そのようなテープは、圧力、温度または化学的あるいは光学的な硬化を含む多様な硬化方法を有するかもしれない。これらの担体材料および接着剤の厚さは変更できる。

他の実施形態で、装置層を接着剤を使用せずに直接接着して、高い接着強度（それは、特に高圧用途に望ましい）を与えたり、そのような接着剤と溶媒および／またはサンプルとの間の潜在的な適合性の問題を排除してもよい。望ましい運転圧力は、好ましくは約１０ｐｓｉ（６４ｋＰａ）より大きく、より好ましくは約１００ｐｓｉ（６９０ｋＰａ）よりも大きく、そしてさらに好ましくは４００ｐｓｉ（２．８ｋＰａ）よりもさらに大きい。非延伸ポリプロピレンのような非延伸ポリオレフィンを直接接着して型板を基礎にマイクロ流体構造を形成する方法の具体的な例は、本願の譲受人により所有されている同時継続中の米国特許出願第１０／３１３，２３１号（２００２年１２月６日出願）に開示されている。１つの実施形態で、少なくとも１つの型板層を含む、厚さ７．５ｍｉｌ（１８８ミクロン）の「クリア・ティア・シール（Clear Tear Seal）」ポリプロピレン（アイオワ州シーダラピッドのアメリカン・プロフォル社（American Profol）製）の複数の層は、重ね合わせ、ガラス板の間に配置して０．２６ｐｓｉ（１．７９ｋＰａ）で加圧し、圧縮して層状に重ね、そして、工業用の炉でおよそ５時間の間１５４℃の温度で加熱して、恒久的に接着した、高圧カラム充填方法での使用によく適した微小構造を生み出すことができる。他の実施形態では、少なくとも１つの型板層を含む７．５ｍｉｌ（１８８ミクロン）の厚みの「クリア・ティア・シール」ポリプロピレン（アイオワ州シーダラピッドのアメリカン・プロフォル社製）の複数の層は、互いに重ね合わされている。いくつかのマイクロ流体装置アセンブリーは、薄い箔を互いの装置の間に配置して互いに重ね合わされてもよい。その重なりは断熱板の間に配置し、１５２℃で５時間加熱し、少なくとも３０分外気を強制送風して冷却し、再び１４６℃で１５時間加熱し、第１の工程と同一の方法で冷却する。両加熱工程の間、約０．３７ｐｓｉ（２．５５ｋＰａ）の圧力がマイクロ流体装置に加えられる。

とりわけ、型板を基にする組立方法は、原型製作および大量生産のどちらに対しても装置の迅速な組立てを可能にする。設計を素早く実行し、試験し、（もし必要なら）改良やさらなる試験をして望ましい結果を達成できるので、素早い原型製作は、新しい装置の設計に挑戦し、最適化するために非常に有益である。型板を組立てる方法で素早く装置の原型製作ができることは、特殊な設計の多くの異なる変形を同時多発的に試験および評価することも可能とする。

さらなる実施形態において、本発明の方法を使用するマイクロ流体装置は、ガラス、シリコン、窒化シリコン、水晶または同様の材質で組立ててもよい。半導体産業で公知のもののような多様な従来の機械加工または微細機械加工技術を使用して、これらの材料に溝、バイアおよび／またはチャンバを形成してもよい。例えば、湿式または乾式エッチングおよびレーザ削摩が使用できる。このような技術を使用して、１つ以上の材料の表面にまたは材料を貫いて溝、チャンバおよび／または開口を形成してもよい。

さらなる実施形態は、エンボス加工、刻印、型流しおよびソフトリソグラフィのような公知の技術を用いて多様な材質で組立てられる。

上述の接着剤と接着剤によらない接着方法の使用に加えて、材料を取り付ける普通の技術として認識される他の技術を、本発明に有用なマイクロ流体装置の１つ以上の多様な層を取り付けるのに使用してもよい。例えば、熱、化学または光活性による接着工程、（層に圧力を加えるクランプまたはねじのような）機械的取り付け、および／または均等な接続方法を使用してもよい。
（好ましい流体装置）

好ましい実施形態において、圧力駆動流体装置は、液体クロマトグラフィを実行するのに十分な分離カラムを形成するように集められた複数の溝を含む。好ましくは、そのような装置は複数の異なるサンプルを分離し、同時に最小数量のポンプ、パルス制動器などの高額のシステム構成要素を使用する。例えば、図１Ａ−１Ｂは、固定相材料４７を収容する８つの分離溝４５Ａ―４５Ｎを含むマイクロ流体分離装置１０を示す。（図１Ａ−１Ｂは８つの分離溝４５Ａ―４５Ｎを含むマイクロ流体分離装置１０を示すが、いくつの分離溝４５Ａ―４５Ｎが与えられてもよいことは、当業者には明らかである。このため、「Ｎ」の表示は、変数を表し、あらゆる望ましいカラムの数を表せる。この取り決めは、本書面を通して使用される。）装置１０は、複数の型板層１２−１８を含む９つのほぼ平面的な装置層１１−１９で構成されてもよい。それぞれ９つの装置層１１−１９は、２つの位置決め穴２０，２１を画定し、位置決め穴は、組立ての間、整列を助ける外部ピン（不図示）を用いて連結するのに、または、充填工程の間、外部接続器を用いて装置１０を並べるのに使用される。

第１層１１はいくつかの流体ポート、すなわち、装置１０に（移動相）溶媒を受け入れる２つの流入ポート２２，２４、（溝４５中に設けられた）８つのカラムに導かれるサンプルを受け入れる８つのサンプルポート２８Ａ−２８Ｎ、カラム充填工程の間、装置１０にスラリーを受け入れるために使用されるスラリー流入ポート２６、および、（１）充填工程の間、装置１０から（スラリー）溶媒を排出するためと、（２）装置１０の分離操作の間、装置１０から分離後の移動相溶媒とサンプルを排出するために使用する流体流出ポート３０が画定されている。代案として、複数の流出ポート（不図示）が装置１０の各分離溝４５Ａ−４５Ｎからの廃液を別々に運ぶように設けられてもよい。図１Ａ−１Ｂに示した構成要素の番号を完全にするために、文字と数字の連続した群（例えば、サンプル流入ポート２８Ａ−２８Ｎ）内の選択した構成要素の番号は、明確化のために図面から省略されている。

第１から第６層１１−１６はそれぞれ８つの光学検出窓３２Ａ−３２Ｎを画定する。これらの層１１−１６を通してこれらの窓３２Ａ−３２Ｎを画定することは、カラム包含溝４５Ａ−４５Ｎの下流に配置された溝部分７０Ａ−７０Ｎを（上および下から）境界付ける材料の厚みを部分的に減らすことで光学検出を容易にする。これにより従来の紫外可視検出器（ＵＶ−ＶＩＳ）のような外部光学検出器（不図示）と部分７０Ａ−７０Ｎ中に包含するサンプルとの間の物質の量を削減する。多様な形式の光学検出器を使用して、集められた分離溝４５Ａ−４５Ｎから溶出した物質の少なくとも１つの特徴を検出してもよい。

第２から第７層１２−１７は、移動相溶媒を第１移動相流入ポート２２から第８層１８に画定した第１移動相溝６４に移送する第１溶媒バイア（via）２２Ａを確定するとともに、第２移動相溶媒を第６層１６に画定した溝４６に移送すべく第２から第５層１２−１５にさらなる溶媒バイア２４Ａを画定する。さらなるバイア３０Ａが、第２から第６層１２−１６に画定され、流体ポート３０と第７層１７に画定された溝６２との間に流路を与える。第２層１２に画定されたバイア２６Ａは、スラリー充填工程の間、スラリー流入ポート２６からのスラリーを第３層に画定された細長い溝３８に伝達する。好ましくは、スラリー充填工程により粒子状材料１８は複数の分離溝４５Ａ−４５Ｎを満たすだけでなく、溝４２および少なくとも溝３８の一部に満たす。第２層１２は、第１層１１に画定されたサンプル流入ポート２８と合致した拡大部３４Ａ−３４Ｎを有する８つのサンプル溝３５Ａ−３５Ｎをさらに画定する。

前述の構造に加えて、第３層１３は、細長い溝３８と、それぞれ対応するサンプル溝３５Ａ−３５Ｎの端部と合致する８つのサンプルバイア３５Ａ−３５Ｎとを画定する。第４層１４は、マニホルド溝４２と第３層１３にバイア３６Ａ−３６Ｎと合致するサンプルバイア４４Ａ−４４Ｎとを画定する。マニホルド溝４２は、第５層１５に画定された分離溝４５と第３層１３に画定された細長い溝３８との流体連絡を提供する。分離溝４５は好ましくは幅約４０ｍｉｌ（１ｍｍ）またはより小さい。マニホルド溝４２の代案として、放射状部分を有する接合部（不図示）が使用できる。

多孔質の（サンプル）フリット４０が、第３層１３と第４層１４との間に配置される。フリット４０の機能は、望まれたときに、流体（すなわち、サンプルポート２８Ａ−２８Ｎを通して装置１０に供給された流体サンプル）の通過を許すけれども分離溝４５Ａ−４５Ｎの中で固定相材料を保持することである。多様なフリット材料が使用できるが、フリット４０（フリット５０，５１とともに）は、特に、もし、装置１０の層１１−１９が上述のように接着剤不使用の圧盤（platen）を利用する熱接着法を使用して一緒に張り合わされていれば、好ましくは、例えば、厚さ１ｍｉｌのセルガード２５００メンブレン（空隙率５５％、空隙サイズ０．２０９×０．０５４ミクロン、ノースカロライナ州シャーロットのセルガード社（Celgard Inc.）製）のような浸透性のポリプロピレンメンブレン膜から製造される。好ましくは、フリット材料は、充填材料が装置１０の中に保持されることを確実にするように、装置１０に充填される粒子の平均粒子寸法よりも小さい平均孔寸法を有する。出願人は、この特定のフリット材料を使用して、単一の小片のフリットメンブレン４０を使用して複数の隣り合ったカラム包含溝の役目を果たさせたにもかかわらず、フリットに目立った漏れや横の流れのない好ましい結果を得た。単一のフリット４０の好ましくない代案として、多様な多孔性材料のタイプと厚さの複数の分離したフリット（不図示）が代用できる。

第６層４６は、バイア２４Ａから第７層１７に画定されたスリット５２へ送る第２移動相溶媒を受け入れる溝４６を画定し、該溝４６は、スリット５２の下流の溝６４での２つの溶媒の混合を容易にする。さらに第６層に、溝４５Ａ−４５Ｎの上流端へ混合した移動相溶媒を受け入れる第１組の８つのバイア４８Ａ−４８Ｎと、同じ溝４５の下流端に、溝４５Ａ−４５Ｎの下流端からの廃液を移送するための２組の８つのバイア４９が画定される。２つのフリット５０，５１は第６層と第７層１６，１７との間に設置される。第１（移動相溶媒）フリット５０は、第１組の８つのバイア４８の直上に配置され、一方、第２（移動相＋サンプル）フリット５１は、第２組の８つのバイア４８Ａ−４８Ｎの直上および第７層１７に画定された同様の組の８つのバイア６０Ａ−６０Ｎの下に配置される。第７層１７は、溝部５８と、２つの中間分岐溝部６８Ａ−６８Ｂと、フリット５０およびバイア４８Ａ−４８Ｎを通して第５層１５に画定した分離溝４５Ａに移動相溶媒を伝達する８つのバイア５４Ａ−５４Ｎとを確定する。第７層１７は、さらに、分離の間移相溶媒およびサンプルを受け入れ、カラム充填の間（スラリー）溶媒を受け入れ、そのような流体のバイア３０Ａから第１装置層１１に画定した流体排出ポート３０への流れの経路を定める下流のマニホルド溝６２を画定する。

第８層１８は、混合溝６４、１つの大きな分岐溝部６８および４つの小さい分岐溝部６６Ａ−６６Ｄを画定する。第８層１８は、フリット５１の下流に、分離の間の廃液またはスラリー充填の間の溶媒を受け入れ、そして、そのような流体を第７層１７に画定したマニホルド溝６２に運ぶ８つの平行な溝部７０Ａ−７０Ｎをさらに画定する。第９層１９は、第８層に画定した溝構造のカバーとしての役目を果たす。

図１Ｂは、組立てた図１Ａの装置１０の上面図である。図１Ｃ−１Ｄは装置１０の２つの部分の拡大図を提供する。図１Ｃは、第１層１１に画定されたサンプル流入ポート２８Ａ−２８Ｎに一致する拡大部３４Ａ−３４Ｎを有するサンプル注入溝３５Ａ−３５Ｎを示す。単純化のため、フリット４０は図１Ｃから省略するが、図１Ａ−１Ｂは、粒子状固定相材料で満たされる分離溝４５Ａ−４５Ｎにサンプルが注入される点の上流のサンプルバイア３６Ａ−３６Ｎと４４Ａ−４４Ｎの間に配置されたフリット４０を正しく示す。図１Ｄは、移動相溶媒をカラム包含溝４５Ａ−４５Ｎに伝達する混合および分岐溝構造を示す。装置１０の操作の間、第１移動相溶媒は、第１溶媒流入ポート２２に注入され、溝６４を流れる。第２移動相溶媒は、第２溶媒流入ポート２４に注入され、溝部４６を通して流れ、重ねたスリット５２を通って溝６４の第１溶媒に合流する。２層の溶媒は、溝６４およびその後の溝部５８で混合し、その後、混合した溶媒の流れは、大きな分岐溝部６８、２つの中間分岐溝部５６および４つの小さな分岐溝部６６からなるスプリッタ５５を通して移動することで８つの部分または支流に分かれる。８つの溶媒混合物支流は、バイア５４Ａ−５４Ｎと４８Ａ−４８Ｎを通して（カラムを包含する）分離溝４５Ａ−４５Ｎに注入される。単純化のため、バイア５４Ａ−５４Ｎと４８Ａ−４８Ｎとの間に配置されたフリット５０は、図１Ｄでは省略するが、このフリット５０は、図１Ａ−１Ｂには適切に含まれている。

好ましくは、装置１０の多様な層１１−１９は、上述のように、非延伸ポリプロピレンから製造され、接着剤を使用しない圧盤を利用した熱接着法を使用して接着する。この構築法は、高い接着強度と、カラム充填工程とその後の操作の両方に耐え、分離の実行性を提供する望ましい特性とを有する化学的耐性のある装置を生む。

多様な長さの分離カラムが装置１０のような本発明による分離装置に与えられてもよいが、好ましくは、そのようなカラムは、約１ｃｍ以上の長さであり、適度な分離効率を与える。ここに記述した方法によって１ｃｍよりも長いカラムを組立ててもよい。

図１Ａ−１Ｄに示される装置１０は好ましい流体装置の典型を示すが、広く多様な他の流体装置が使用され得る。ある実施形態では、流体装置は、１つ以上の管を、特に毛細管を含むことができる。例えば、毛細管は、マイクロ流体装置の１つ以上の溝に嵌入され得る。

先に簡単に論じたように、スラリー充填工程（後述）により配置された粒子状材料は、好ましくは、マニホルドまたは接合溝および少なくとも溝３８の上流の部分を満たす。これは溝３８内の充填（粒子状）材料の「後縁（trailing edge）」を残し、移動相およびサンプルがカラム包含溝４４Ａ−４４Ｎに提供される接合部（つまり、フリット４０に隣接する移動相注入バイア４４Ａ−４４Ｎおよびフリット５０に隣接するサンプル注入バイア４８Ａ−４８Ｎ）から遠く移動させられている。運転中、移動相およびサンプルは、溝４５Ａ−４５Ｎの中の、溝３８の中の粒子状材料の後縁の十分下流のカラムに直接注入される。それは、後縁がとくによく充填されていないので、粒子の後縁部を通るサンプルの流れを回避して、高品質の分離を促進するのに有利である。クロマトグラフィにおける分離品質は注入プラグの寸法に大きく依存し、小さくてよく明確化されたプラグは一般によい結果を与えるので、粒子が不揃いな部分にサンプルを注入することを避けることが望ましい。充填材料の後縁の十分下流のカラム上での注入は、小さくてよく明確化されたプラグを促進する。

液体クロマトグラフィ応用例では、特定の分離の間の移動相の性質を変更することは、しばしば望ましい。もし、単一の統合された装置（装置１０のような）に複数の分離カラムが与えられ、移動相の性質が切替え時間に左右されるなら、移動相流入口からの共通の直線距離において、１つのカラムから次のカラムまで、ほぼ等しい組成を有していることが移動相にとって望ましい。これは、２つの要因、すなわち、（１）各（分割）移動相溶剤支流（図１Ｄに示す）の流路の容積が実質的に各カラムに対して等しいこと、および（２）流体（移動相およびサンプル）流入口の下流の各流路がほぼ等しい抵抗であることを特徴とすることにより、装置１０で達成される。第１の要因のほぼ等しい支流流路は、要素５８，６８，５６および６６を組み込んだ複合スプリッタの設計によって促進される。第２の要因のほぼ等しい各カラムの抵抗は、ここに開示したスラリー充填法を使用した流体伝達する（例えば、共通流出口を有する）流体装置１０の設計と複数カラムの組立てとの両方によって促進される。共通流出口と流体伝達している複数のカラムでは、装置１０内のスラリーの流れは、抵抗の低い部分に向かって偏向する。充填工程の間の特定部分へスラリーがより多く流れるほど、より多い粒子が局所的に堆積して抵抗を高めるので、１つのカラムから次へのほぼ等しい抵抗が自己補正される。

マイクロ流体分離装置は、実質的に８つを越える分離溝を含んでもよく、分離溝の数は２の累乗である必要はない。例えば、２４の分離溝６３９−６３９Ｎを含むマイクロ流体装置６１０が図６および図７Ａ−７Ｅに示されている。マイクロ流体分離装置６１０は、１２の装置層６１１−６２２で構成され、複数の型板層６１４，６１５，６１７，６１８，６２０を含む。１２の装置層６１１−６２２は、それぞれ５つの位置決め穴６２３−６２７を画定し、これらの位置決め穴は、協動して、外部ピン（不図示）とともに用いられて組立ての間、層の整列を助けるのに、或いは、充填工程または装置６１０の運転中、締付器具（不図示）のような外部接合部と装置６１０を合致させるのに使用される。

第１から第３層６１１−６１３は、複数の（第７装置層６１７に画定された）分離カラム６３９Ａ−６３９Ｎに導入すべきサンプルを受け入れる複数のサンプルポート／バイア６２８Ａ−６２８Ｎと、複数の光学検出窓６３０Ａ−６３０Ｎとを画定する。２つのサンプルポート６２８Ａ−６２８Ｎおよび６２９Ａ−６２９Ｎは、それぞれの分離カラム６３９Ａ−６３９Ｎと結びつき、各カラム６３９Ａ−６３９Ｎの中にサンプルの的確な量または「プラグ」の注入を可能にする。光学検出窓６３０Ａ−６３０Ｎもまた、第１から第８層および第１２装置層６１１−６１８，６２２に画定されている。光学検出窓６３０Ａ−６３０Ｎは、従来の紫外可視検出器（ＵＶ−Ｖｉｓ）のような光学検出器（不図示）と、カラム６３９Ａ−６３９Ｎの下流の（第１０装置層６２０に画定した）出力分析溝６３２Ａ−６３９Ｎに収容されたサンプルとの間の材料の量を削減することで光学検出を促進する。

第４から第６層６１４−６１６は、移動相混合溝６４２、（複数のミキサ部６４６Ａ−６４６Ｎからなる）成分混合溝６４４および（複数のスプリッタ部６５０Ａ−６５０Ｎからなる）移動相スプリッタ６４８を含む移動相分配回路網を画定する。第４装置層６１４は、複数のサンプル注入溝６５４Ａ−６５４Ｎを画定する。第１フリット６５２は、移動相スプリッタ６４８とサンプル注入溝６５４Ａ−６５４Ｎとの間に配置される。第１フリット６５２（および後述の他のフリット）は、好ましくは、例えば、厚さ１ｍｉｌのセルガード２５００メンブレン（空隙率５５％、空隙サイズ０．２０９×０．０５４ミクロン、ノースカロライナ州シャーロットのセルガード社製）のような浸透性のポリプロピレンメンブレンから製造される。第５および第６装置層６１５，６１６は、複数のサンプル注入バイア６５６Ａ−６５６Ｎおよび６５７Ａ−６５７Ｎを画定する。第２フリット６５８は、歳５装置層のサンプル注入バイア６５６Ａ−６５６Ｎと第６装置層６１６のサンプル注入バイアとの間に配置される。第５から第１２装置層６１５−６２２は、移動相混合溝６４２と互いに流体連絡する第１移動相バイア６６４Ａ−６６４Ｈを画定する。

第５および第６装置層６１５，６１６は、互いにおよび移動相混合溝６４２と流体連絡する第２移動相ミキサスリット６６０，６６２を画定する。第７装置層６１７は、第２移動相ミキサスリット６６０，６６２と、第８から第１２装置層６１８−６２２に画定した複数の第２移動相注入バイア６６８Ａ−６６８Ｄおよびポート６６８Ｅとに流体連絡する溝部６６６を画定する。

第７装置層６１７は、分離溝６３９Ａ−６３９Ｎを画定する。第７装置層６１７は、第８装置層６１８とともに、スラリー注入溝６７２および（スラリースプリッタ部６７６Ａ−６７６Ｎでできた）スラリースプリッタ６７４を含むスラリー分配回路網６７０を画定する。第８から第１２装置層６１８−６２２は、互いにおよびスラリー注入溝６４２と流体連絡する複数のスラリーバイア６７８Ａ−６７８を画定する。

第８および第９装置層６１８，６１９は、互いにおよび分離カラム６３９Ａ−６３９Ｎと流体連絡する複数の分離カラム出力バイア６８０Ａ−６８０Ｎを画定する。第３フリット６８２は、第９装置層６１８の分離カラム出力バイア６８０Ａ−６８０Ｎと、第９装置層６１９の分離カラム出力バイア６８０Ａ−６８０Ｎとの間に差し挟まれている。

第１０装置層は、第１から第８および第１２装置層６１１−６１８，６２２に画定した光学検出窓６３０Ａ−６３０Ｎと合致する光学分析部６８６Ａ−６８６Ｎを含む複数の出力分析溝６３２Ａ−６３２Ｎを画定する。廃液バイア６８９Ａ−６８９Ｎ，６８８Ａ−６８８Ｎが、第１１および第１２装置層６２１，６２２に画定され、互いにおよび出力分析溝６３２Ａ−６３２Ｎと流体連絡している。第４および第５フリット６９０，６９２は、第１１装置層６２１の廃液バイア６８９Ａ−６８９Ｎと、第１２装置層６２２の廃液バイア６８８Ａ−６８８Ｎとの間に差し挟まれている。

運転中に、装置１０のカラム６３９Ａ−６３９Ｎは、望ましい固定相材料、典型的にはＣ−１８シリカ粒子のようなシリカを主とする粒子が充填される。（アセトニトリルのような）溶媒および粒子のスラリーは、スラリーバイア６７８Ａ−６７８Ｎを通して、スラリー流入溝６７２およびスラリースプリッタ６７４に注入され、スラリーが各カラム６３９Ａ−６３９Ｎに分配される。第２および第３フリット６５８，６８２は、分離カラム出力バイア６８０Ａ−６８０Ｎまたはサンプル注入バイア６５６Ａ−６５６Ｎのいずれかを通してカラム６３９Ａ−６３９Ｎからスラリーが抜け出るのを防止する。一度カラム６３９Ａ−６３９Ｎが充填されると、スラリー流入溝６７２は、そこから漏れることを防止するために封止されてもよい。代案として、溶媒は、分離装置の運転中、スラリー流入溝６７２を通して注入されてもよく、これにより、溶媒の流体圧力の望ましい充填密度の維持を可能にする。

装置６１０を使用してクロマトグラフィ分離を行うには、充填した装置は、同時継続中の２００２年１０月３１日に出願した米国特許出願第６０／４２２，９０１号に記載されているような、２つ折り形式のガスケット接続部を有するクロマトグラフィ機器に設置される。１つ以上の溶媒が、第１および第２溶媒流入ポート６６４Ｈ，６６８Ｅを通して装置６１０に与えられる。もし２つの溶媒が使用されれば（例えば、勾配分離をするため）、溶媒は、第２溶媒が第２移動相ミキサスリット６６０，６６２を通して溶媒混合溝６４２に流入した際に混合される。溝部６４６Ａ−６４６Ｎに形成した回旋状の溝は、十分な溝の長さを提供する役目を果たし、スリット６６２と混合溝６４２との間の重なりの下流での混合を可能にする（移動相が経た複数の方向転換により促進される）。混合の後、移動相は、移動相スプリッタ６４８に流入し、そこでカラム６３９Ａ−６３９Ｎそれぞれに均等に分配され、廃液バイア６８９Ａ−６８９Ｎおよび流出ポート６８８Ａ−６８８Ｎを通して装置から流れ出る。

一度装置６１０が移動相ですっかり濡れたら、移動相の流れは一時中断され、サンプルがサンプル流入ポート６２８Ａ−６２８Ｎに注入される。一度サンプルが注入されれば、サンプル流入ポート６２８Ａ−６２８Ｎは封止され、移動相の流れが再開されてカラム６３９Ａ−６３９Ｎを通してサンプルが運ばれ、これにより望ましい分離が行われる。分析機器（不図示）は光学検出窓６３０Ａ−６３０Ｎを通して分離の結果を監視する。代案として、または、加えて、さらなる分析のために廃液バイア６８８Ａ−６８８Ｎから廃液を集めてもよい。

好ましくは、装置６１０の多様な層６１１−６２２は、上述したように、非延伸ポリプロピレンで製造され、圧板を使用する接着剤を使用しない熱接着法を用いて接着される。この構成方法は、高い接着強度と、カラム充填工程および続いて分離効果を提供する運転の双方に望ましい特性とを有する化学耐性装置を生む。
（締付器具）

装置１０または６１０のようなマイクロ流体装置は、カラムの充填を補助するために、締付器具の間に配置されてもよい。第１の典型的締付器具が図２Ａ−２Ｆに示される。締付器具は、第１（上）板１００および第２（下）板１３０を含む。図２Ｆに示すように、２つの板１００，１３０は、（前述した装置１０のような）マイクロ流体装置を挟み込み、ボルト１４０で締付けられてもよい。上板１１０は、板１１０の側面に沿って配置され、対応する下板１３０の（ねじ立てした）ボルト１４０を受け入れる穴１０２Ｂ，１０４Ｂに一致する貫通穴１０２Ａ，１０２Ｂを有する。２つの板１１０，１３０の間で流体装置が整列するのを助けるため、複数の立てられたピン１０８が第２板１３０に設けられ、マイクロ流体装置の開口（例えば、装置１０の穴２０，２１）を貫き、第１板１０６の凹部１０６に一致する。マイクロ流体装置を２つの板１００，１３０が挟み込んだとき、板１００，１３０の外側表面１２２，１３２は外側を向き、板の内側表面１２４，１３４は、装置および他方の表面に接する。

締付器具をマイクロ流体装置に接続して締付け充填を促進するためにいくつかの特徴が提供されている。第１板１１０は、切欠部を画定し、該切欠部は、図２Ｅに示す流体ポート２６のような、流入ポートにスラリーが流入するための遮るもののない流路（unobstructed path）を提供する。第１板１００は、ガスケット１１３が中に挿入された凹部１１２を画定する。このガスケット１１３は、充填工程の間サンプル流入ポートに一致して、ポート２６へのスラリーの流入を防止する。さらに、第１板には、１つの端面に沿って高圧継手（不図示）を受け入れるねじ付き凹部１１７が画定され、高圧継手を通して充填スラリーから分離された溶媒がマイクロ流体装置から流出する。凹部１１７は、開口または流体流路１１８を含み、該流体流路１１８は、第１板１０の内側表面１２４を貫通した他の流路または凹部１１６と接続している。流体流路１１６は、内側表面の大部分とおよそ同じ高さであるが、周囲の環状のガスケット（不図示）を保持するように設計された環状凹部１１４と比較すると隆起させられた表面１１５を貫通する。図２Ｅに示すように、マイクロ流体装置１０の流体ポート３０は、充填工程の間、装置１０から流体流路１１６（および流路１１６と器具から排出する導管に導く外部流体搬送継手に）の中に流体（溶媒）を排出するように設計されており、これにより、流体ポート３０を囲む装置１０の表面は、環状凹部１１４の中に収容されたガスケットに密封状態に係合して意図しない流体の漏れを防止する。このように、上下板１００，１３０を有する締付器具は、マイクロ流体装置にスラリーを妨げなく流入させることを促進し、マイクロ流体装置から流出したスラリーから分離した溶媒の漏れのない流れを与える。

他の代表的締付器具２９９が図４Ａ−４Ｂに示される。締付器具は第１板３００および第２板３３０を含む。締付器具２９９は、３つの（上述した装置１０のような）固定相材料を有するマイクロ流体装置を充填するのに適している。しかしながら、締付器具２９９の寸法を増減し、そして、締付器具２９９を繰り返して、いかなる望ましい数の装置を充填する締付器具を提供してもよいことは当業者には明らかである。

図４Ａに示すように、２つの板３００，３３０は、流体装置３０Ａの周りを挟み込み、ボルト３４０およびナット３４１で締付けてもよい。第１板３００は、第１板３００の側部に沿って配置され、対応する第２板３３０のボルト３４０を受け入れる穴３０２Ｂ，３０４Ｂに一致するように設計された貫通穴３０２Ａ，３０４Ａを有する。２つの板３００，３３０の間で装置１０Ａを整列するのを助けるために、複数の立てられたピン３０８が第１板３００に設けられ、マイクロ流体装置の開口（例えば装置１０の穴２０，２１）を貫通し、第２板３３０の凹部３０６に一致してもよい。

前述同様に、締付器具２９９をマイクロ流体装置１０に接続して締付け充填を促進するためにいくつかの特徴が提供されている。第２板３３０は、装置１０の流入ポートにスラリーを流入させる妨げのない流路を提供するスラリーポート３１０を画定する。第１板３００は、ガスケット３１３が中に挿入された凹部３１２を画定する。ガスケット３１３は、充填工程の間装置１０のサンプル流入ポート３２８に一致して、充填工程中の圧力の開放を防止する。同様に、第１板３００は、ガスケット３１５が挿入された凹部３１４を画定する。このガスケット３１５は、充填工程の間、溶媒流入ポート２２，２４と一致して、充填工程の間圧力の開放を防止する。図４Ｂ，５Ａに示すように、これらの特徴は、３つ（またはそれ以上）のマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎ（締付け機構２９９により締付けられる追加のマイクロ流体装置１０と係合する特徴部の番号付けは単純化のために省略されている）を収容するように繰り返されてもよい。
（スラリー充填システムおよび方法）

好ましい実施形態において、少なくとも１つの流体装置が圧力容器を使用してスラリー充填される。この結果を果たすのに使用されるシステム２００が図３に示される。１つだけの装置２０２が容器２１０の中に収容されているように示されているが、複数の装置が同時に、ここに述べる方法にかかる圧力容器の中で充填されてもよい。圧力容器２１０はスラリー槽２０８を包含し、その中に流体装置２０２が配置されて装置２０６のスラリー流入ポート２０６が完全に槽２０８に浸されている。流体装置２０２は、好ましくは大気圧以下に保たれた、外部の溶媒回収装置２１６とのほぼ漏れのない接続を与える流体継手２０４を含む。圧力容器が（圧力源２２６、圧力レギュレータ２２８および関連バルブ２３０と導管によって）加圧されると、（圧力容器２１０と溶媒回収装置２１６との流体接続の利点により）流体装置２０２に圧力差が作り出され、該圧力差は、スラリーをスラリー槽２０８から装置２０２の中に流れるように動かす。装置２０１では、好ましくは、スラリーから粒子状材料を保持し、溶媒を溶媒回収装置２１６に通過させることを可能にする少なくとも１つのフリット（不図示）が与えられる。

好ましくは、システム２００の運転は、少なくとも部分的に制御装置２４で自動化されている。多様な形式の制御装置２４０が使用されてもよいが、制御装置２４０は、好ましくは、マイクロプロセッサを基にし、ユーザ定義指示の手順を含むソフトウェアを遂行する能力を有する。制御装置２４０は、好ましくは、ほぼすべての圧力容器２１０の入力と出力を制御する装置と接続する。例えば、制御装置２４０は、スラリー供給リザーバまたは装置２１８から容器２１０へのスラリーの流れをスラリー供給バルブ２２０を操作して制御してもよい。好ましくは、容器２１０に供給されるスラリーは少なくとも大気圧以上の圧力下で、スラリー供給装置２１８に接続されたポンプまたは圧力源（不図示）のような手段を使用して供給され、容器２１０の中へのスラリーの流れを起こさせる。同様の方法で、制御装置２４０は、容器２１０からスラリー回収リザーバまたは装置２２２へのスラリーの流れをスラリー排出バルブ２２４を操作して制御してもよい。スラリー槽２０８は、容器２１０の中に位置し、制御装置２４０に接続した磁力撹拌板に動かされる撹拌棒２１２の動きによって（好ましくは連続して）撹拌されてもよい。

容器２１０の加圧のため、制御装置２４０はレギュレータ２２８およびバルブ２３０と接続し、圧力源２２６から容器２１０への（例えば、加圧窒素のような）加圧ガスの供給を制御してもよい。制御装置２４０は、好ましくは、排気口２３４に接続した絞り弁２３２を制御して、充填工程の終わりまで容器２１０から加圧ガスの制御された排気を可能にする。

出願人は、自動制御を欠いて（システム２００と比較して）単純化したシステムにより、ここに開示した装置１０の設計によるマイクロ流体装置を成功裡に充填した。取り外し可能な蓋を有するジッパクレーブ（ZipperClave）ＺＣ０２００ＳＳ０２型圧力容器（ペンシルバニア州エリーのオートクレイブ・エンジニアズ社（Autoclave Engineers）製）を、蓋を通してガス導管、スラリー流出口および溶媒流出口などのいくつかの流体接続を可能に変更した。ガス導管は、調整した加圧窒素を外部加圧窒素缶から与え、また、加圧窒素を圧力容器から手動操作絞り弁を通してゆっくりと排気することができた。スラリー流出口は、長い金属チューブを含めて容器の底付近からスラリーを引き抜いた。この流出口は、手動操作される外部バルブに接続し、加圧されたスラリーが容器から流出できるようにした。溶媒流出口は、図２Ａ−２Ｆに示したマイクロ流体装置１０（図１Ａ−１Ｂに示した）を囲む締付器具に接続し、溶媒流出口３０と従来のねじ付きチューブおよび継手によって提供された外部溶媒回収装置との間に漏れがない接続を行った。より具体的には、（第１および第２板１００，１３０を含む）締付器具および締付けられたマイクロ流体装置１０を、溶媒流出導管によって容器の中に吊し、スラリー流入ポート２６が容器の底に向かって配置され、溶媒ポート３０が容器の蓋に向かって配置されるようにした。

単純化したシステムにおいて、容器を磁力撹拌板（コーニング（Corning）ＰＣ−３５３型スターラ）の上に配置し、撹拌板により動作可能な磁性撹拌棒を容器の中に配置した。１．００グラムのピナクル（Pinnacle）Ｃ−１８（シリカ）粉末、５ミクロン、カタログ番号５５１０７１番(ペンシルバニア州ベルフォントのレステック社（Restek）製)を５００ｍＬのアセトニトリル（ＭｅＣＭ）液と混合してスラリーを準備した。このスラリーの一部を、マイクロ流体装置１０のスラリー流入ポート２６を容器に加えたスラリーに沈めるのに十分な高さまで手動で容器に加えた。重要なことは、スラリーの中での回転する撹拌棒の使用は、マイクロ流体装置に流れ込むスラリーがスラリー流入ポートで完全に混合されていることを確実にし、こうして、流入ポートでの詰まりの可能性を低減することである。完全に混合されたスラリーがマイクロ流体装置に流入することで、従来のスラリー充填方法に一般に使用されるよりも高濃度のスラリー（つまり、スラリーが、相対的に多くの粒子状物質と相対的に少ない溶媒とを有する）が使用でき、こうして、より迅速に充填を達成することができる。好ましくは、ここに開示された流体装置の充填およびここに開示された充填方法に有用な粒子は、シリコン、ジルコニウムまたは高分子材料からなる。フリットの使用は、特に、分離溝に粒子を保持するのに使用される焼結工程を不要にする。充填された粒子は、好ましくは、少なくとも１つの表面官能基を包含し、その結果生じる装置を高性能の液体クロマトグラフィ法で使用することができる。望ましい表面官能基の例は、アルキル、シアノ、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、フェニル−ヘキシルおよびスルホン酸を含む。

容器を封止して、加圧窒素を容器に加え、スラリーを動かしてマイクロ流体装置１０に流入し、（低圧）溶媒流出口に向かって流動した。装置１０は、装置１０にフリット５１を含めた。フリット５１は、中に粒子を保持するが、それを通して溶媒を通過させて流体ポート３０を通して装置１０から流出する。加圧窒素を、６段階の圧力増加で容器に加え、各段階を約２０分続けた。圧力は２００ｐｓｉ（１３７９ｋＰａ）で２０分維持し、残りの圧力増加の段階で、４００，６００，８００，１０００および１２００ｐｓｉ（２７５８，４１３７，５５１６，６８９５および８２７４ｋＰａ）に増加した。圧力を増加している間、スラリーから分離された溶媒は、流体ポート３０を通して装置１０から流れ、そして、締付器具および溶媒流出口を通して容器から流出した。溶媒は、目盛りを記した容器に集めた。カラム充填進捗の監視は、スラリーの構成（粒子と溶媒の比率）および粒子が充填されるべき流体構造の容積の両方が知られれば、単純に行われる。この点で、装置から流れ出た溶媒の蓄積容量、装置から流れ出る溶媒の流量またはこれらの両方を監視することが有用である。特に、装置から流れ出る溶媒流量の突然の落ち込みは、典型的に、ここに開示したスラリー充填方法を使用した特定の流体の容量の粒子の充填が成功したことを知らせる。しかしながら、望ましいカラム容量が特に小さいとき、流量よりも蓄積量を監視することがより現実的であるかもしれない。図３に関連して述べたように、液体装置から流れ出る溶媒が蓄積した溶媒量または流量に基づく圧力適用（増加）工程のフィードバック制御が意図される。

合計で約２時間の６段階の圧力増加の適用に続き、窒素供給圧力レギュレータと容器との間のバルブを閉じた。そしてスラリー流出バルブを開放し、容器の底付近から（加圧された）スラリーの除去を可能にした。一度スラリーが装置１０のスラリー流入口２６より十分下の高さまで排出されると、容器の中の圧力低下が急激すぎないように注意して、スラリー流出バルブを閉じた。その後、絞り弁を開き、容器を大気圧までゆっくりと除圧した。このゆっくりとした排気工程は、およそ３０−６０分で完了した。ゆっくりとした排気は、溶媒および溶存ガスの充填したカラムからの放出を助け、こうして、効率を低減する充填の「逆流」（つまり、粒子状材料の「脱充填」）の防止を助けると確信する。容器から圧力を完全に排気して、容器を開放し、締付けた装置１０を取り出した。

充填のすべての工程が完了した後、スラリー流入ポート２６は封止されてもよい。成功裡に使用されたひとつの封止方法はエポキシを使用する。先ず２つの部分のエポキシ混合物を作り、そして、その混合品を溝３８に包含された粒子状物質の後縁に届くまでスラリー流入ポート２６の中に注入する。出願人は、デブコン（Devcon）Ｓ−２０９「５分速乾エポキシ」（イリノイ州デスプレーンズのＩＴＷデブコン社（ITW Devcon）製）をこの課題に成功裡に使用したが、他の均等な封止方法が使用可能である。充填材料の封止は、少なくとも２つの利点を提供する。第１に、カラムの脱充填を防止する。第２に、スラリー流入ポート２６および溝３８の封止は、移動相またはサンプルの望まざる方向の流れを制限する（つまり、流出ポート３０から遠ざける）。

流体装置の最初のスラリー充填の後であるが、スラリー流入ポートが封止される前に、任意に、カラムの緻密な充填を確実にするさらなる工程を実施してもよい。加圧流体を、スラリー流入ポート（例えばポート２６）に導入し、カラム包含溝（例えば溝４５）を通して流動させてもよい。アセトニトリルのような移動相溶媒をこの目的に使用してもよい。

代案となる充填方法および器具は、圧力上昇および圧力容器を使用せず流体装置の充填が可能である。代わりに、スラリーに（例えば前述の装置１０のような）流体装置を通る流れを起こさせるに十分な圧力差は、そのような装置の流体ポート３０にバキュームポンプのような真空源を接続して生成されてもよい。もし、そのような装置１０のスラリー流入ポート２６が大気圧のスラリー槽に没していれば、そのとき、流出口を真空に接続することで、装置を通して１気圧（１０１ｋＰａ）近い圧力差が生み出される。圧力容器および高圧を使用した充填方法と比較して、大気圧による充填は、満足な結果のカラム充填を生むにはより長い時間を要すると予想される。一方で、大気圧による充填方法は、圧力容器に関する資本と運転費用に伴う容量の制限を回避する。結果として、非常に大きな数の流体装置が、撹拌されたスラリー槽を包含する開放した大気圧下の桶を使用して同時に充填できる。各流体装置は、個別の導管または共通真空マニホルドによって１つ以上の真空源に接続されてもよい。

さらに他の代案となる充填方法として、加圧したスラリーは、大気または真空のような低圧部に開放した溶媒流出口を有する１つ以上の流体装置に供給されてもよい。好ましくは、そのような充填方法は、共通溶媒流出口と流体連絡する複数のカラムを有する１つまたはそれ以上のマイクロ流体装置に適用される。スラリー供給マニホルドが用いられてもよい。そのような実施形態において、加圧されたスラリーは、（スラリー槽を使用するよりも）流体導管を介してスラリー導入路を通るが、完全に撹拌されたスラリーを装置に提供することを確実にすることは難しい。

他の実施形態において、回転可能な圧力容器が使用されてもよい。例として、図５Ａ−５Ｃを参照すると、本発明による複数カラムの充填システム５００の実施形態は、超音波エネルギーおよび回転可能な圧力容器５０２を使用してスラリーを１つ以上のマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎに供給する。システム５００は、サンプル容器５０２と、圧力源５０４と、ロータリアクチュエータ５０６と、複数のスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎと、超音波槽５１０とからなる。

サンプル容器５０２は、充填工程に要求される圧力を包含できる相応のいかなる円筒容器であってもよい。図４Ａ−５Ｃに図示された実施形態では、サンプル容器５０２は長さ８”×外径２”、容量０．３リットルの半球型の端部を有するステンレス鋼容器（ＳＳ−ＤＯＴサンプルシリンダ、ニュージャージー州クリフトンのホーク社（Hoke Inc.）製）である。サンプル容器５０２は、水平姿勢に吊り下げられ、フレーム（不図示）に、固定したつばに吊り下げた真ちゅうブシュ（または代案としてベアリング）で両端を回転可能に（そして好ましくは、取り外し可能に）、または、他のいかなる好ましい回転可能な取り付け機構によっても取り付けられる。サンプル容器５０２の流体接続５１６が少なくとも一端のブシュを通して可能である。サンプル容器５０２および接続した（１以上のマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎに導く）スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎは、好ましくは、ロータリアクチュエータ、適切なリンクを有するリニアアクチュエータまたは他の適当なアクチュエータのような作動手段５０６によって、約９０度の範囲（図５Ｂ−５Ｃに示すように）で回転されてもよい。好ましくは、プログラム可能な制御装置５０７が作動手段５０６に接続されてサンプル容器５０２の周期的な回転を制御する。

（アセトニトリルのような）溶媒５１２および（Ｃ−１８シリカ粒子のような）粒子５１８は、サンプル容器に収容される。サンプル容器５０２が水平に吊り下げられているため、内容物は重力によってサンプル容器５０２の長さに沿って層を成す。図５Ｂを参照すると、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎが水平に配置されることでサンプル容器５１２が「非回転」（０度）位置に配置されたとき、サンプル容器５０２の中の粒子状材料５１８のレベルは、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎのレベルよりも低い、そのため溶媒５１２だけが、（図５Ａに示すように）下方に配置され流体接続されたマイクロ流体装置にスラリー供給導管を通して供給される。しかし、図５Ｃを参照すると、サンプル容器５０２が回転した位置（例えば９０度）に配置されたとき、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎがサンプル容器５０２の底に位置し、サンプル容器５０２内の粒子５１８のレベルの下なる。そのため、（溶媒５１２に加えて）粒子５１８が下方のマイクロ流体装置（不図示、図５Ａ参照）に供給される。再び図５Ａを参照すると、シマズＬＣ−１０ＡＴポンプ（メリーランド州コロンビアのシマズ・サイエンチフィック・インスツルメンツ社（Shimadzu Scientific Instruments, Inc.）製）のような圧力源５０４または他の好ましい圧力源が、重力に補助されて、サンプル容器５０２からスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎへ粒子５１８を運ぶ流速を与える。好ましくは、チューブ振動装置５２０（例えば、それぞれ、オフセットカムを有する小型３６００回転モータのようなモータからなる）がそれぞれのスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎに取り付けられ、各スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎ内の粒子５１８を振動させて起こりうるいかなる粒子の凝集も離散させ、このため、さらに下流での詰まりの危険を低減する。好ましくは、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎは、柔軟で少なくとも約９０度の範囲のサンプル容器５０２の回転に適応する部分を含む。

充填すべき各マイクロ流体装置１０Ａ―１０Ｎは、マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの中に粒子状材料５１８を保持するに適した多孔性フリット４０，５０，５１を含む（図１Ａ参照）。このため、フリット材料の微孔の寸法は、マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎに充填すべき粒子５１８の寸法よりも小さくなければならない。多様なフリット材料が使用されるが、ひとつの好ましいフリット材料は、厚さ１ｍｉｌ（２５ミクロン）のセルガード２５００メンブレン（空隙率５５％、空隙サイズ０．２０９×０．０５４ミクロン、ノースカロライナ州シャーロットのコルゲート社製）である。溶媒５１２および粒子５１８は各マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎに与えられるので、溶媒５１２は、好ましくは、フリット４０，５０，５１を通って流れ、マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎから流れ出るが、粒子状材料はフリット４０，５０，５１によりマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの中に保持される。各マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎに流入すると、粒子状材料は、充填されるべきカラム４５の底に沈殿する。少なくとも部分的にマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎを超音波槽５１０に没しさせることは、各マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの中で発生し得るいかなる粒子の詰まりも解体する助けとなり、高密度の充填を促進する助けとなる。サンプル容器５０２の回転工程は、好ましくは、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎに粒子を供給するための５から１０秒の停止時間と、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎに溶媒のみを供給するための６０から９０秒の停止時間とを有し、およそ１０から１５回繰り返される。

好ましい実施形態において、複数のマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎは、サンプル容器から出た複数のスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎにより同時に充填される。図４Ａ−４Ｂ，５Ａ−５Ｃは、３つのマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの同時充填のためのシステムおよび器具を示すが、より多い数のマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎを同時充填するために拡大することは、適切な寸法の溶媒容器５０２を準備すること、サンプル容器からの適切な数のスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎを準備すること、望ましい数のマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎを締付けるに適した締付器具９９を準備すること、および、適切な寸法／容量の超音波槽５１０を準備することという比較的単純なことである。

図５Ａを参照すると、３つのマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎが上述の構成要素を使用して充填されてもよい。先ず、およそ８０グラムの粒子５１８（この場合、マイクロソルブ（Microsorb）Ｃ−１８シリカ）がサンプル容器５０２に円筒の端部、好ましくは、ポンプ流入チューブ５０５に粒子が流入することを防止するために圧力源５０３に接続した端部から供給される。サンプル容器５０２への粒子５１８の添加は、最初に溶媒５１２（この場合、１００％工業グレードアセトニトリル）で濡らしておくことで助けられる。すべての粒子５１８がサンプル容器５０２に加えられた後、サンプル容器５０２は溶媒５１２（再び、１００％工業グレードアセトニトリル）で満たされる。サンプル容器５０２の中の空気の存在を最小化することは、圧力源５０４が充填手順の間に作動したとき、圧力源５０４がサンプル容器５０２の中のいかなる空気も圧縮するので、過度に遅い圧力上昇を避けるのに有益であると確信される。一度サンプル容器５０２が粒子５１８および溶媒５１２で満たされると、圧力源５０４（ＨＰＬＣポンプ）は作動され、流入チューブ５０５から空気を排除するように流入チューブ５０５を溶媒５１８で満たす。流入チューブ５０５が満たされたとき、流入チューブ５０５は適切な漏れのない接続（この場合、外径１／８”のチューブ継手にステンレス鋼ＮＰＴ（アメリカ管用ねじ））で容器に取り付けられる。容器および接続したチューブの中の空気の存在を最小化することが推奨される。

そして、サンプル容器５０２は、９０度の回転範囲でサンプル容器５０２を回転させることができ、ユーザが定めた間隔で０度および９０度の位置に停止させることができるアクチュエータ５０６に連結される。サンプル容器５０２がアクチュエータ５０６に連結される際、粒子状材料がスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎに落下することを、防止するよう注意しなければならない。そのような事象は充填中にスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎ接続の詰まりを引き起こすからである。スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎは、容器５０２から出た第１チューブを包含し、第１チューブは、長さおよそ１２インチの少なくとも１０００ｐｓｉ（６．９ＭＰａ）に耐えられる１／８”×内径１／１６”の可撓性チューブ部分である。３つのチューブ部は、それぞれ、小内径チューブ部（それぞれ外径１／１６”×内径０．００５”で長さおよそ６インチ）に、アップチャーチ・スーパーフランジレス・コネクタ（Upchurch superflangless connector）およびユニオンコネクタのような適切なコネクタで接続される。小さい方のチューブの両端は、それぞれ、他のコネクタ（例えば、アップチャーチ・スーパーフランジレス・コネクタ）を有し、その一方はアップチャーチ・ユニオン・コネクタに接続し、他方は直接締付器具９９の充填流入口に接続し、その中に吊り下げたマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎにスラリーを供給する。

各マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎは、少なくとも部分的に超音波槽５１０の中に配置され、各装置１０Ａ−１０Ｎと超音波振動流体（例えば水）との間の直接接触を可能にする。超音波槽５１０は、振動、撹拌または各装置１０Ａ−１０Ｎにエネルギーを加えて高密度充填を促進する他の機構の単なる一例である。各装置１０Ａ−１０Ｎの部分は、超音波槽５１０の中に深さおよそ０．２５インチに吊り下げられる。そのような超音波槽５１０の一例は、充填工程の間、周波数／変換器のスイープを入れて出力５０％設定で維持されるブランソン（Branson）８５００型（コネチカット州ダンベリー、ブランソン・ウルトラソニック社（Branson Ultrasonics Corp.））である。

サンプル容器５０２を満たしてマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎに適切に接続すると、溶媒（例えばＨＰＬＣ）ポンプ５０４が作動して、１ｍｌ／分の一定の流量を起こし、約５秒間圧力上昇の開始を確認する。もし、圧力上昇がこの間に始まらなければ、特にこれは、容器またはチューブの中に充填効率に有害に影響する空気溜が存在する。システムに空気溜がないと判断されれば、充填が始められる。超音波槽５１０およびチューブ振動装置５２０Ａ−５２０Ｎが作動し、充填手順（サンプル容器５０２の回転によりマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎへの粒子５１８の供給および溶媒５１２の供給を繰り返す複数の工程を含む）が開始される。表１は、好ましい実施形態による吐出時間および停止時間を示す。

マイクロ流体装置の充填のための吐出時間および停止時間

この処理工程の組み合わせは図示を目的とするので、他の吐出時間および停止時間の組み合わせが使用されてもよい。

マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの破裂を防止し、繰り返し高密度カラム充填を提供するため、溶媒供給システムと知覚的に連絡する圧力センサ（不図示）が好ましくは与えられ、制御装置５０７に接続されて望ましい範囲内に供給圧力を維持する。好ましくは、制御装置５０７は、下限および上限圧力のユーザ定義設定を受信し、圧力源５０４の動作を制御して望ましい範囲内（例えば、２７０−３００ｐｓｉ／１８６０−２０７０ｋＰａ）に溶媒供給圧力を維持する。もし圧力源５０４が一定の流量を供給すように設定されれば、定期的に作動および停止して圧力を望ましい範囲内に維持してもよい。代案として、圧力レギュレータ（不図示）が圧力源５０４とサンプル容器５０２との間に与えられて供給圧力を調節してもよい。それに、突然のおよび／または大きなシステム圧力の変化は、ひとつのマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの詰まりまたは破裂のような充填工程の問題を示すかもしれない。個々の圧力センサ（不図示）が、それぞれのスラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎの圧力を監視してどのマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎが圧力変化の原因であるかの判断を可能にしてもよい。バルブ（不図示）もまた、各スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎに含まれ、スラリー供給導管５０８Ａ−５０８Ｎの選択的な閉鎖を可能にしてシステムから問題あるマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎを取り除いてもよい。このとき、制御装置５０７は圧力および流量を調節して、充填されているマイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎの数の変化を反映させてもよい。

最後の工程（例えば第２６工程）が完了すると、超音波槽５１０および振動装置５２０Ａ−５２０Ｎは停止され、（充填された）マイクロ流体装置１０Ａ−１０Ｎは超音波槽５１０から取り出される。

他の実施形態では、比較的希釈したまたは「薄い」スラリー（つまり、高濃度の溶媒と低濃度の粒子状材料とを有する）が使用されてもよい。カラム内に粒子のゆっくりとした蓄積を与えることで、薄いスラリーは充填された分離溝のさらなる密度の増進を助けると信じられる。薄いスラリーは粒子の充填構成要素の詰まりの問題の回避を助けると信じられている。しかし、不溶性の粒子状材料を溶媒に添加した薄いスラリーの使用の試みにおける一つの問題は、粒子が重力のために下方に沈殿しようとすることである。当業者に認識されるように、溶媒／粒子混合物を撹拌したり、あるいは、にエネルギーを加えて溶媒中に粒子を分散させる多くの方法が実在する。分離装置にスラリーを与えて分離溝を充填するシステムの例を以下に述べる。

ひとつの実施形態において、粒子は手動動作により撹拌され、溶媒中に浮遊する粒子の十分な量を維持する。例えば、図８を参照すると、カラム充填システム７００は、粒子状材料７１４および（液体）溶媒７１６を収容する圧力容器７１２を含む。（図８は粒子状材料７１４と溶媒７１６との間にはっきりとした線が示されているが、システム７００の運転の間、粒子状材料の大部分は、好ましくは、実質的に溶媒の体積の中に分散している）。溶媒ポンプ７０２は、チューブ７０３およびねじ継手を有する溶媒流入口７０４により、溶媒リザーバ（不図示）から圧力容器７１２に加圧された溶媒を供給する。スラリーは、圧力容器７１２からスラリー流出口７０６、チューブ７０７および継手７０８を通して少なくとも１つの流体装置７１０に供給され、好ましくは、継手７０８は締付器具（ここで前に述べたような）に係合し、少なくとも１つの流体装置７１０への気密な接続を提供する。好ましくは、バルブ（不図示）がチューブ７０３，７０７と流体連絡して設けられる。流体装置７１０は、好ましくは少なくとも部分的に、（超音波）槽７２０に入れられた液体７２２に没している。システム７００の運転の間、容器７１２は、好ましくは振動されおよび／真または定期的に（ハンマーによるような）衝撃を与えられて溶媒の中に分散する粒子の十分な量を維持する。

システム７００を使用する１つの充填方法では、１４グラムのルナ（Luna）１０ミクロンＣ−１８クロマトグラフィ固定相粒子状材料（カリフォルニア州トーランスのフェノメネックス社（Phenomenex Inc.）製）を、フラスコ内のおよそ１００ｍｌのＨＰＬＣグレードイソプロピルアルコール（「ＩＰＡ」）（ペンシルバニア州ピッツバーグのフィッシャーサイエンティフィック社（Fisher Scientific）製）に加え、その合成物を、超音波発生器（ブランソン８５００型、コネチカット州ダンベリーのブランソン・ウルトラソニック社製）の中の水槽の中でおよそ５分間超音波振動させた。結果できる濡れたスラリーを、じょうごを通して０．３リットルの半球型の端部を有する円筒型容器７１２（ＳＳ−ＤＯＴサンプルシリンダ、ニュージャージー州クリフトンのホーク社製）に供給した。そして、スラリー収容シリンダ７１２は、追加のＨＰＬＣグレードＩＰＡ７１６を溢れ出すまで満たし、シリンダ７１２から空気を追い出した。シマズＬＣ−１０ＡＴ・ＨＰＬＣポンプ（メリーランド州コロンビアのシマズ・サイエンティフィック・インスツルメンツ社製）を、外径１／１６”の可撓性のポリ四フッ化エチレンチューブ７０３を経由して、シリンダ７１２の一端に接続した。そして、マイクロ流体装置７１０（図６，７Ａ−７Ｅに示した装置６１０の設計による２４の分離溝を包含する）の周囲に締付けた充填マニホルド（図４Ａ−４Ｂに示した器具２９９と同様の）を、チューブ７０３と同じ形式のチューブ７０７を使用してシリンダ７１２の他端に接続した。充填マニホルドおよびマイクロ流体装置の一部は、水が張られた開放超音波振動装置（フィッシャーＦＳ３０型、ペンシルバニア州ピッツバーグのフィッシャーサイエンティフィック社製）の水槽７２２に没した。マイクロ流体装置７１０の下流端は空気中に開放した。ＨＰＬＣポンプ７０２の吸入側はＨＰＬＣグレードＩＰＡのリザーバ（不図示）に接続した。構成要素を接続すると、円筒型容器７１２を水平姿勢に配置し、超音波振動装置を作動し、ＨＰＬＣポンプ７０２を作動し、１５０ｐｓｉ（１０３０ｋＰａ）の一定の圧力に設定してマイクロ流体装置７１０にスラリーを供給した。およそ５分に一度、円筒形容器７１２を手動で垂直姿勢に回転し、１ｌｂ（０．４５ｋｇ）の鈍い打撃ハンマで大まかに１０回手動で打撃し、そして、反対の垂直姿勢に１８０度回転してハンマで大まかに他に１０回打撃し、さらに、水平姿勢に戻した。前記回転および打撃工程は、シリンダ壁の低い部分に沿って沈殿した粒子７１４を緩め、液体７１６の中に分散し直す働きをすると信じる。マイクロ流体装置７１０は、充填材料の約１インチが装置７１０の最小限に充填された分離溝の中に含まれるまで、これらの条件下で部分的に注入した。その後、定期的回転および打撃工程を継続しながら、フリットの上流のすべてのマイクロ流体溝が粒子固定相でほぼ満たされるまで、ポンプ７１２の圧力を、３５０ｐｓｉ（２４１０ｋＰａ）に上げた。そして、マイクロ流体装置７１０およびマニホルドは超音波槽７２０から取り出され、マイクロ流体装置７１０とシリンダ７１２との間に配置したバルブ（不図示）を閉じ、ポンプ７０１を停止した。マイクロ流体装置７１０は、マニホルドからマイクロ流体装置７１０を解放する前に、およそ５分間マニホルドの中に残してマイクロ流体装置７１０の下流端を通して圧力が逃げるのを許した。

その結果得られた充填された装置７１０は長さ約８ｃｍのカラムを有していた。ルナＣ１８、１５ミクロンクロマトグラフィ固定相粒子状材料（カリフォルニア州トーランス、フェノメネックス社製）はカラム充填に使用し、４５０ｐｓｉ（３１００ｋＰａ）以上、カラム当たりの移動相流量約１５ミクロン毎分で装置７１０を運転して高速液体クロマトグラフィを行い、各カラムで理論プレート約４００（ＡＳＴＭ）、ユニット当たりの長さ効率に言い換えると５，４００段毎メートルの分離効率を得た。移動相流量を操作することで、小さい充填材料を使用してさらに高い効率を得ることもできる。

もう一つのカラム充填システム７３０が図９に示される。このシステム７３０は、図８に示したシステム７００と同様であるが、機械的撹拌機構を含んでいる。システム７３０は、粒子状材料７４４および（液体）溶媒７４６を収容する圧力容器７４２を含む。溶媒ポンプ７３２は、チューブ７３３およびねじ継手を有する溶媒流入口７３４によって、溶媒リザーバ（不図示）から圧力容器７４２に加圧された溶媒を注入する。容器７４８内のインペラ７４８は、軸７４７により外部モータ７４３に接続されている。気密取付具７３８は、圧力容器７４２が加圧されてもインペラの動作を可能にする。スラリーは、スラリー流出口７３６、チューブ７３７および好ましくは少なくとも１つの流体装置７４０への気密な接続を与える締付器具（ここで先に述べたような）と係合する継手７３８を通って、圧力容器７４２から少なくとも１つの流体装置７４０に供給される。好ましくは、バルブ（不図示）がチューブ７３３，７３７と流体連絡して設けられる。流体装置７４０は、好ましくは少なくとも部分的に、（超音波）槽７５０に入れられた液体７５２に没している。システム７３０の運転の間、インペラ７４８はモータ７４３および軸７４７によって回転され、溶媒７４６の中に十分な量の粒子７４４の分散を維持する。運ばれる粒子の希釈した混合物はマイクロ流体装置７４０に供給され、装置７４０に包含される分離溝の中にゆっくりと高密度に積層することを可能にする。

さらなるカラム充填システム７６０が図１０に示される。システム７６０はここで先に述べたシステムと同様であるが、圧力容器内での粒子の撹拌を当てにするよりも、システム７６０は溶媒の流れに粒子をゆっくりと添加することを可能にする。システム７６０は、リザーバ７７２を含み、リザーバは粒子状材料７７４および（好ましくは）リザーバから空気を追い出す溶媒７４６収容する。リザーバ７７２は一端にキャップ７１１を有する。リザーバ７７２の底は、ティー７７８に接続する粒子流出口７６４を含む。溶媒ポンプ７６２はティー７７８を通して溶媒リザーバ（不図示）から加圧された溶媒を供給する。リザーバ７４２からの粒子は、ゆっくりと容器の外に「こぼれ」出て、ティー７７８を通過する際に溶媒の流れの中入る。粒子７７４は、溶媒の流れの圧力を低下することにより（例えば、ポンプの停止と迅速な再起動または圧力を解放するバルブ（不図示）の開放など）リザーバ７７２から強制排出することができる。結果として得られるティー７７８で形成される混合体は、チューブ７６７および好ましくは少なくとも１つの流体装置７７０との気密な接続を提供する締付器具（ここで先に述べたような）と係合した継手７６８を通して流れる。ポンプ７６２により供給される溶媒の流量が調整され、および／または、リザーバ７７２とティー７７８との間のオリフィスの大きさが調節されて、流体装置７７０に供給される溶媒に対する粒子の構成比率が切り換えられてもよい。一つの実施形態で、バルブ（不図示）がリザーバ７７２とティー７７８との間に配置され、ティー７７８への粒子の流れが制御されてもよい。流体装置７７０は、好ましくは、少なくとも部分的に（超音波）振動装置槽７８０に張られた液体７８２に没している。希釈したスラリーがマイクロ流体装置７７０に供給され、装置７７０に包含される分離溝の中に粒子がゆっくりと高密度に積層することを可能にする。

さらに他の充填システム８００が図１１に示される。この流動床設計は、溶媒８１６および粒子８１４を収容する垂直に配置した容器８１２を利用する。溶媒８１６はポンプ８０２からチューブ８０３を経由して容器８１２の底に配置された流入口８０４に供給される。ポンプ８０２による溶媒８１６の垂直な流れは、容器８１２内の粒子を撹拌し、こうして、流出口８０６を通って容器８１２から流れ出る前に、十分な量の粒子８１４が溶媒８１６の中に運ばれるようになることを確実にする。一つまたはそれ以上の邪魔板（不図示）が容器８１２の中で流入口８０４の上に配置されて粒子８１４の撹拌を促進してもよい。運び出しに影響するさらなる要因は、使用される粒子の寸法、容器８１２の寸法およびポンプ８０２により供給される溶媒８１６の流量を含む。スラリーは容器８１２から少なくとも１つの流体装置８１０にチューブ８０７および好ましくは少なくとも１つの流体装置８１０との気密な接続を提供する締付器具（ここで先に述べたような）と係合した継手８０８を通して流れる。好ましくは、バルブ（不図示）がチューブ７８０３，８０７と流体連絡して設けられる。流体装置８１０は、好ましくは少なくとも部分的に、（超音波）槽８２０に入れられた液体８２２に没している。システム８００の運転の間、希釈したスラリーがマイクロ流体装置８１０に供給され、装置８１０に包含される分離溝の中にゆっくりと高密度に積層することを可能にする。

従来の個別のクロマトグラフィカラムの充填方法と比較して、本発明による方法は、同時に充填されるより多数のカラム（多カラムマイクロ流体装置および複数のマイクロ流体装置の両方を含む）を許容する。ここに開示した充填方法および器具は、より高い充填処理能力を可能にし、少ない投資コストで大きな製造量を促進する規模にされてもよい。他の分離カラム充填方法に比べて、本方法は充填時間を大きく短縮し、大きな製造量により規模拡大できる。

ここに図示して説明した典型的な装置および方法は、例としてのみ提供され、本発明の範囲を限定するものとは意図されない。本発明の範囲は、添付された請求の範囲およびその均等によってのみ限定されなければならない。

８つの分離カラムを包含する９層マイクロ流体分離装置の分解斜視図である。 組立てた図１Ａの装置の平面図である。 図１Ａ−１Ｂの分離装置の第１の部分の拡大平面図である。 溶媒流入ポート、混合部および溶媒混合物を８つのカラムの間に分岐し分配する、分岐回路図１Ａ−１Ｂの分離装置の第２の部分の拡大平面図である。 図１Ａ−１Ｂに示した装置のカラム充填を補助するのに使用できる、第１締付けアセンブリーの第１（上）板の底面図である。 同じクランプアセンブリーの第２（下）板の平面図である。 図２Ａに示した第１板の背面図である。 図２Ｂに示した第２板の背面図である。 図１Ａ−１Ｂに示したマイクロ流体装置を第１板の上に載せた図２Ａ−２Ｂの第１板および第２板を示すである。 前述の図に示した第１板および第２板を含み、図１Ａ−１Ｄに示すマイクロ流体装置を囲むように、ボルト締めされて締付けられたクランプアセンブリーのＡ−Ａ線（図２Ｅに示す）に沿った複合断面図である。 少なくとも１つの分離カラムを充填する装置およびシステムの概略図である。 装置の分離カラムを充填するのに使用する第２締付けアセンブリー機構の中に配置された図１Ａ−１Ｂの装置の側面図である。 図４Ａの締付け機構の分解正面図である。 少なくとも１つの分離カラムを充填する回転シリンダを使用するシステムの概略図である。 第１回転位置にあるシリンダを表す図５Ａのシステムの部分の断面を示す概略図である。 第２回転位置にあるシリンダを表す図５Ａのシステムの部分の断面を示す概略図である。 ２４の分離カラムを包含する多層マイクロ流体装置の平面図である。 図６に示すマイクロ流体装置の第１から第３層を含む第１部分の分解斜視図である。 図６に示すマイクロ流体装置の第４から第６層を含む第２部分の分解斜視図である。 図６に示すマイクロ流体装置の第７から第９層を含む第３部分の分解斜視図である。 図６に示すマイクロ流体装置の第１０から第１２層を含む第４部分の分解斜視図である。 図６のマイクロ流体装置の分解斜視図を示す図７Ａ−７Ｄの縮小合成図である。 少なくとも１つの分離カラムを充填する水平方向に配置したシリンダを使用するシステムを示す概略図である。 少なくとも１つの分離カラムを充填する機械的に撹拌されたシリンダを使用するシステムを示す概略図である。 少なくとも１つの分離カラムを充填する下流に重力で送り込む流れを使用するシステムを示す概略図である。 少なくとも１つの分離カラムを充填する流動床を使用するシステムを示す概略図である。

Claims (56)

1. 固定相材料を充填した複数のマイクロ流体分離溝を画定する複数の装置層からなる、圧力駆動の略平面的な液体クロマトグラフィ装置。
2. さらに、複数のマイクロ流体分離溝と流体連絡した多孔性フリットを包含し、前記充填した固定相材料は、充填した粒子状材料からなり、前記粒子状材料は平均粒子寸法を有し、前記フリットの材料は平均孔寸法を有し、前記平均孔寸法は、前記平均粒子寸法よりも小さい請求項１の装置。
3. さらに、前記複数の装置層の２つの装置層の間に配置された多孔性フリットを包含し、前記複数のマイクロ流体分離溝の前記多孔性フリットは、少なくとも１つのマイクロ流体分離溝と流体連絡している請求項１の装置。
4. 前記複数のマイクロ流体分離溝は、約６９ｋＰａ以上の圧力で操作するのに適している請求項１の装置。
5. 前記複数のマイクロ流体分離溝は、約６９０ｋＰａ以上の圧力で操作するのに適している請求項１の装置。
6. 前記複数のマイクロ流体分離溝の各流体分離溝は、１センチメートル以上の長さを有する請求項１の装置。
7. 前記複数の装置層の少なくとも１つの層は、型板層である請求項１の装置。
8. 前記複数の装置層は、高分子材料からなる請求項１の装置。
9. さらに、固定相材料流入ポートと、
   前記固定相材料流入ポートおよび前記複数のマイクロ流体分離溝の間に配置され、それらと流体連絡するスプリッタとを含み、
   前記複数のマイクロ流体分離溝および共通接合部またはマニホルド部は、略充填した固定相材料で満たされている請求項１の装置。
10. さらに、固定相材料流入ポートと、
    前記固定相材料流入ポートおよび前記複数のマイクロ流体分離溝の間に配置され、それらと流体連絡するスプリッタとを含む請求項１の装置。
11. 前記充填した固定相材料は、充填した粒子からなり、前記粒子は、シリコン、ジルコニウムまたは高分子材料からなる請求項１の装置。
12. 前記充填した粒子は、焼結されていない請求項１１の装置。
13. 前記充填した粒子は、少なくとも１つの表面官能基を包含する請求項１１の装置。
14. 前記少なくとも１つの表面官能基は、アルキル、シアノ、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、フェニル、フェニル−ヘキシルおよびスルホン酸からなる群から選択された請求項１３の装置。
15. さらに、前記複数のマイクロ流体分離カラムの少なくとも１つのマイクロ流体分離カラムと流体連絡する検出部を包含し、前記検出部は、前記少なくとも１つのマイクロ流体分離カラムから流出した物質の少なくとも１つの特徴の検出を可能にする請求項１の装置。
16. 流体流入ポートと
    流体流出ポートと、
    前記流出ポートの上流の共通接合部またはマニホルド部と流体連絡する複数のマイクロ流体分離溝からなり、
    前記マイクロ流体分離溝および共通接合部またはマニホルド部は、充填した粒子状固定相材料で略満たされている圧力駆動マイクロ流体分離装置。
17. 前記充填した粒子状材料は、シリコン、ジルコニウムまたは高分子粒子からなる請求項１６の装置。
18. 前記充填した粒子状材料は、焼結されていない請求項１７の装置。
19. 前記充填した粒子状材料は、少なくとも１つの表面官能基を含む請求項１７の装置。
20. 前記少なくとも１つの表面官能基は、アルキル、シアノ、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、フェニル、フェニル−ヘキシルおよびスルホン酸からなる群から選択された請求項１９の装置。
21. 前記装置は、高分子材料で構成されている請求項１６の装置。
22. 前記装置は、少なくとも１つの型板層を含む複数の複数の装置層で構成され、前記少なくとも１つの型板層はその厚み全体を貫いて画定した少なくとも１つのマイクロ流体溝を有する請求項２２のマイクロ流体装置。
23. さらに、前記複数の装置層の２つの装置層の間に配置された多孔性フリットを包含し、前記多孔性フリットは、前記複数のマイクロ流体分離溝の少なくとも１つのマイクロ流体分離溝と流体連絡している請求項２２のマイクロ流体装置。
24. さらに、流体流出口と少なくとも１つのマイクロ流体分離溝との間に配置され多孔性フリットを包含する請求項１６の装置。
25. さらに、流体流入ポートと少なくとも１つのマイクロ流体分離溝との間に配置され多孔性フリットを包含する請求項１６の装置。
26. さらに、前記複数のマイクロ流体分離溝と流体連絡する多孔性フリットを包含し、前記充填した固定相材料は、充填した粒子状材料からなり、前記粒子状材料は平均粒子寸法を有し、前記フリットの材料は平均孔寸法を有し、前記平均孔寸法は、前記平均粒子寸法よりも小さい請求項１６の装置。
27. さらに、前記流入ポートと前記複数のマイクロ流体分離溝との間に配置したスプリッタを包含する請求項１６のマイクロ流体装置。
28. 前記流入ポートとスプリッタは、前記複数のマイクロ流体分離溝の各マイクロ流体分離溝に移動層溶媒を供給するのに使用される請求項２７のマイクロ流体装置。
29. さらに、複数の流体流入ポートを包含する請求項１６のマイクロ流体装置。
30. さらに、複数の流体流出ポートを包含する請求項１６のマイクロ流体装置。
31. さらに、前記複数の分離溝の少なくとも１つのマイクロ流体分離溝と流体連絡する少なくとも１つの検出部を包含する請求項１６のマイクロ流体装置。
32. 前記複数のマイクロ流体分離溝は、約６９ｋＰａ以上の圧力で操作するのに適している請求項１６の装置。
33. 前記複数のマイクロ流体分離溝は、約６９０ｋＰａ以上の圧力で操作するのに適している請求項１６の装置。
34. 前記複数のマイクロ流体分離溝の各流体分離溝は、１センチメートル以上の長さを有する請求項１６の装置。
35. 複数の分離溝に充填する方法であって、
    複数の分離溝を有する流体装置を準備し、
    前記装置に加圧したスラリーを供給し、前記スラリーは粒子状材料および液体からなり、
    前記複数の分離溝の間に前記スラリーを分配し、
    前記複数の分離溝の中に前記粒子状材料を保持する方法。
36. 前記分配する工程は、流体装置の中で実行する請求項３５の方法。
37. 前記保持する工程は、前記流体装置の中に配置した多孔性フリットを使用して実行する請求項３５の方法。
38. さらに、前記スラリーを撹拌する工程を包含する請求項３５の方法。
39. さらに、流れている液体の流れに制御可能に粒子状材料を加えることでスラリーを形成する工程を包含する請求項３５の方法。
40. さらに、流体装置を振動する工程を包含する請求項３５の方法。
41. 前記スラリーは、少なくとも約２００ｐｓｉに加圧されている請求項３５の方法。
42. さらに、加圧ポンプで前記スラリーに圧力を与える工程を包含する請求項３５の方法。
43. 前記粒子状材料は、シリコン、ジルコニウムまたは高分子粒子からなる請求項３５の方法。
44. 前記粒子状材料は、少なくとも１つの表面官能基を包含する請求項３５の方法。
45. 前記少なくとも１つの表面官能基は、アルキル、シアノ、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、フェニル、フェニル−ヘキシルおよびスルホン酸からなる群から選択された請求項４３の方法。
46. 請求項３５の方法で組立てた、充填した分離溝を包含するマイクロ流体装置。
47. 少なくとも１つの分離カラムの組立方法であって、
    スラリー流入ポートと、共通接合部またはマニホルド部に接続する複数の溝を画定する内部空洞と、前記共通接合部またはマニホルド部の下流の溶媒流出ポートとを準備する工程と、
    粒子状材料および液体からなるスラリーを前記スラリー流入ポートに供給する工程と、
    前記スラリー流入ポートと前記溶媒流出ポートとの間に圧力差を与えて前記空洞へのスラリーの流れを促進する工程と、
    前記共通接合部またはマニホルド部と、前記複数の溝にスラリーを十分に充填する工程とからなる方法。
48. さらに、前記スラリーを撹拌する工程を包含する請求項４７の方法。
49. さらに、流れている液体の流れに制御可能に粒子状材料を加えることでスラリーを形成する工程を包含する請求項４７の方法。
50. さらに、流体装置を振動する工程を包含する請求項４７の方法。
51. 前記圧力差は、時間とともに差が増加するように、増加する傾きが与えられる請求項４７の方法。
52. 前記圧力差は、少なくとも約２００ｐｓｉである請求項４７の方法。
53. 前記粒子状材料は、シリコン、ジルコニウムまたは高分子粒子からなる請求項４７の方法。
54. 前記粒子状材料は、少なくとも１つの表面官能基からなる請求項４７の方法。
55. 前記少なくとも１つの表面官能基は、アルキル、シアノ、アミノ、ニトロ、ヒドロキシ、フェニル、フェニル−ヘキシルおよびスルホン酸からなる群から選択された請求項５４の方法。
56. 請求項４７の方法で組立てた分離カラムを包含するマイクロ流体装置。

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