JP4439916B2 - Interface members and holders for microfluidic array devices - Google Patents

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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。
(Cross-reference of related applications)
This application claims the benefit of US Patent Application Publication No. 10 / 305,045 (filed November 26, 2002). This patent application is a partially pending application of U.S. Patent Application Publication No. 10 / 174,343 (filed on June 17, 2002) and U.S. Patent Application Publication No. 10 / 061,001 ( This is a partially pending application filed on July 30, 2002). This US Patent Application Publication No. 10 / 061,001 claims the benefit of US Patent Application Publication No. 60 / 341,069 (filed December 19, 2001). All of these documents are incorporated herein by reference in their entirety.
(Technical field)
The present invention relates to microfluidic devices, and more particularly to microfluidic array devices. The microfluidic array device can be used to deliver one or more samples through one or more nozzles formed as part of the microfluidic array device. Exemplary interface members and holders for holding the microfluidic device when the microfluidic device is used in a given application are also disclosed, along with exemplary uses for the microfluidic array device. For example, microfluidic array devices are suitable for operations designed for lab-on-a-chip functions including analysis of components in sample fluids by optical spectroscopy, mass spectrometry, and the like.

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。   There is growing interest in the development and manufacture of microscale fluid systems for obtaining chemical and biochemical information, and as a result of this attempt, microfluidics has worked on low-cost and versatile devices. For example, to name a few, it is considered to be a realization technology that provides for combination chemistry for drug lead discovery and large-scale protein profiling. In general, a microfluidic device (often referred to as a lab-on-a-chip device) is a flat device with one or more micron-sized channels formed therein, a reservoir, a valve, A flow switch or the like can be included. Microfluidic features are designed to perform complex laboratory functions such as DNA sequencing.

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。   Without the use of microfluidic devices, the aforementioned processes and the like are performed in a very time intensive and therefore costly manner. For example, in the biotechnology and pharmaceutical industries, large-scale protein profiling is usually hard work but is widespread. One particular application of microfluidic devices is to provide a microfluidic channel that represents a means to separate analytes in a mixture using techniques such as capillary electrophoresis and liquid chromatography.

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。   Traditionally, microfluidic devices are fabricated from substantially flat substrates using microfabrication techniques borrowed from the electronics industry such as photolithography, chemical etching, laser ablation techniques. When the microfluidic device is produced in this way, the microfluidic channel formed is placed parallel to the surface of one flat surface of the substrate, and the second flat substrate is bonded to the flat substrate containing the channel. To seal the channel. Techniques for detecting materials such as analytes that are placed in microfluidic channels are often primarily optical techniques. Traditionally, to transport fluid within a microfluidic device, liquid and particle electroosmosis, electrokinetics and / or pressure driven operations are used as a means for fluidly transporting such materials. Is needed.

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。   Although it is possible to produce a microfluidic structure with layered microfluidic channels by stacking multiple layers of a flat substrate, a common detection technique (optical based detection technique) Therefore, there is a limit to the practicality of manufacturing such a structure. This is because processing multiple layers of a flat substrate with multiple microfluidic separation channels in parallel is a reality because each microfluidic separation channel requires its own light source and detector. Because it is not the target.

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。   One detection technique that is rapidly becoming the optimal detection technique in the biotechnology and pharmaceutical industries is mass spectrometry (MS). There is more chemical information about the material under test (eg, analyte) obtained by mass spectrometry than with any other single detection technique. For example, even the molecular weight and chemical composition of analytes from small drug candidate molecules to large protein molecules can be successfully analyzed using mass spectrometry (MS) and related techniques referred to as MS-MS. In MS-MS, the molecular weight is obtained by ionizing and analyzing molecules in the first stage of the mass spectrometer. The same molecular ion (referred to as the “parent”) is then broken up in the mass spectrometer to produce “daughter” ions. Further analysis of the “daughter” ion yields the chemical component of the parent molecule.

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。   Although some progress has been made to interface microfluidic devices with mass spectrometers, there are still some drawbacks to overcome to make this interface process more practical. For example, one technique that has been considered involves drilling small holes. This hole is large enough to accommodate a glass or quartz capillary within the end of the microfluidic channel formed by the glass substrate, and the glass or quartz capillary is inserted into the drilled hole to allow the electrospray It functions as a nozzle for ionization. This approach is cumbersome and is not practical for high throughput operations where a large number of such holes must be drilled sequentially into the substrate.

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。   In another disclosed technique, a protrusion called an “electric pipette” extends from the edge of a substantially flat substrate. The microfluidic channel in this extended region is formed by two flat substrates, as is the case with the microfluidic channel formed in the rest of the microfluidic device. The outer diameter of the tip structure includes a thickness equal to the thickness of the two flat substrates. It is also disclosed to produce an array of nozzles using micromachining techniques such as deep ion reactive etching on a silicon wafer. However, when a silicon wafer is used as a substrate, the ability to operate each nozzle separately is severely limited because of the potential for breakdown due to the high voltage applied to the nozzles for generating electrical spray conditions. Also, the volume behind the nozzle produced by deep ion reactive etching is extremely difficult to access by means of conventional liquid handling equipment. It is also very difficult to integrate this silicon-based nozzle array with a microfluidic device, usually made of glass or polymer. The cost of making nozzles on silicon is also very high.

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。   Injection molding is being considered as a process for forming microfluidic devices. However, many limitations exist in connection with the above discussion of injection moldable microfluidic devices as well. For example, when forming microfluidic features using, for example, an injection molding process, it has been discussed that there are limitations on which size dimensions can be formed. Prior to the Applicant, it was not recognized and understood that microfluidic devices having microfluidic features with dimensions of less than 100 μm could be formed using an injection molding process. Therefore, the use of injection molding as a manufacturing process has been limited. This is because in many microfluidic applications, microfluidic features (eg, channels) possessed by microfluidic devices are required to be less than 100 μm in size, and more particularly less than 50 μm.

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。   Thus, microfluidic devices, particularly microfluidic array devices incorporating nozzles, that overcome the disadvantages of conventional microfluidic devices, and more particularly the disadvantages associated with the fabrication techniques of these devices and the use of such devices, are disclosed. It is desirable to provide.

(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。
(wrap up)
The present application relates generally to microfluidic devices. According to one aspect, a microfluidic device is provided and includes a first surface and an opposing second surface. At least one channel is formed in the body such that the channel extends from the first surface to the opposing second surface, the channel having an open reservoir portion formed in the first surface. The microfluidic device further includes at least one nozzle disposed along the second surface. The nozzles are in fluid communication with one channel such that each channel terminates in a nozzle opening formed as part of the nozzle tip. Unlike conventional microfluidic devices, a typical microfluidic device has one or more channels that open at each end to form a second surface in which a first surface and a nozzle are formed. It is formed substantially perpendicular to both the surface and the surface.

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。   According to another aspect, the nozzle is conical and the channel extends through the nozzle and terminates at the nozzle opening. In one exemplary embodiment, the outer diameter of the nozzle opening is 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. The outer diameter of the nozzle is less than about 150 μm, preferably about 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, as measured at the tip. In another aspect of the present application, the microfluidic nozzle array device is formed by an injection molding process that allows the above dimensions of the microfluidic nozzle array device.

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。   In yet another embodiment, a member is provided for holding at least one microfluidic device and providing an interface between at least one microfluidic device and a second device. At least one microfluidic device has a plurality of reservoirs formed therein, the member includes an upper surface and a lower surface, and a plurality of open well members formed therein. Each well member is defined by a well wall and includes a first end and an opposing second end, the second end frictionally mating with at least one microfluidic device to at least a portion of the open well member And the microfluidic device reservoir are configured and dimensioned to be aligned with each other. Thus, the member not only corresponds to a means for removably holding at least one microfluidic device, but also corresponds to a means for increasing the effective volume of the reservoir of the microfluidic device. This is because the open well member that is aligned with the reservoir receives the sample that flows into the reservoir and eventually into the nozzle.

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。   Additionally and in accordance with other exemplary embodiments of the present application, an apparatus is provided that interfaces with a mass spectrometer for performing nanospray applications. The apparatus includes a microfluidic device having a body that includes a first surface and an opposing second surface. At least one channel is formed within the body and extends through the body from the first surface to the second surface, the channel extending along the second surface and a reservoir portion that opens at the first surface. And at least one nozzle. The nozzle is in fluid communication with the channel such that one end of the channel terminates in a nozzle opening formed as part of the tip of the nozzle. The apparatus is a holder having a frame disposed around the outer periphery of the microfluidic device so that the microfluidic device is securely held, and first and second holding members. The holding members are spaced apart and the frame can be placed between these members and held in place by these members, in which the sample is sprayed into the mass spectrometer inlet. A holder in which at least one nozzle for positioning is positioned.

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。   In other embodiments, the shield is coupled to at least one of the frame and the holder such that one side of the shield faces the second surface of the microfluidic device. At least one aperture is formed within the shield and the aperture is axially aligned with the tip of at least one nozzle. The shield is used as a means to prevent or control the formation of an electric field on the polymer nozzle array device. If the electrostatic field is not ejected from the insulating polymer surface during spraying, the stray electric field that accumulates on the insulating surface prevents the ions being sprayed from passing to the entrance of the analysis. This situation is overcome by the aforementioned shield.

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。   These and other features and advantages of the exemplary embodiments disclosed herein will become readily apparent from the accompanying drawings in conjunction with the following detailed description. In the drawings, like reference numbers indicate like elements.

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。   The foregoing and other features of the exemplary embodiments will become more readily apparent from the following detailed description and drawings that illustrate the embodiments. The drawings are not necessarily drawn to show an accurate appearance and are not necessarily proportional.

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。   Referring initially to FIGS. 1-2, an exemplary microfluidic device 10 according to one embodiment is illustrated. The microfluidic device 10 has a substrate body 20 (described in detail later) formed from a polymer material and at least one microfluidic channel 30 formed in the substrate body 20. More specifically, the substrate body 20 has a first surface 22 and an opposing second surface 24, and a microfluidic channel 30 is formed between the first and second surfaces 22, 24. The microfluidic channel 30 extends over the full thickness of the substrate body 20. Thus, the microfluidic channel 30 is open at both the first end 32 at the first surface 22 and the second end 34 at the second surface 24. The second end 34 of the microfluidic channel 30 is formed in a protrusion 50 formed on the second surface 24 of the substrate body 20. According to one exemplary embodiment, the protrusion 50 has a tapered shape (inner taper), is formed with a generally conical structure, and the open second end 34 is preferably conical. It is designed to be formed at the apex. The tapered protrusion 50 functions as a nozzle that delivers a sample (ie, liquid) to be filled into the microfluidic device 10.

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。   In contrast to conventional microfluidic devices, the microfluidic channel 30 is formed in the substrate body 20 because the microfluidic channel 30 is formed vertically in the substrate body 20 where the microfluidic channel 30 is preferably formed. It will be appreciated that the first and second surfaces 22, 24 are substantially perpendicular. As illustrated, a predetermined number of microfluidic channels 30 and nozzles 50 can be formed in one substrate body 20. The placement of the microfluidic channel 30 can be done according to any number of different patterns. For example, as illustrated in the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2 showing a preferred arrangement, a plurality of microfluidic channels / nozzles are in a regular array having a spacing that is the same as or similar to the spacing of the microtiter plates. Be placed. For example, if 96 microfluidic channels / nozzles are required, the 96 microfluidic channels / nozzles are arranged in an 8 × 12 grid with a spacing of about 9 mm between each microfluidic channel / nozzle structure. To do. In the case of a 384 microtiter array, the microfluidic channels / nozzles are arranged in a 16 × 24 grid with a spacing of about 4.5 mm. Although not for full scaling, FIG. 2 generally illustrates a cross section of a microfluidic channel / nozzle array with a spacing of about 4.5 mm.

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。   According to this exemplary embodiment, each nozzle 50 is made such that its dimensions are measured in microns. In FIG. 2, a particular configuration of nozzle 50 and microfluidic channel 30 is best shown. As illustrated, the first end 32 of the microfluidic channel 30 takes the form of a reservoir 60 (ie, an annular cavity) that tapers inwardly to the intermediate channel portion 36. The intermediate channel portion 36 is also tapered, and is tapered inwardly toward the second end 34 and the nozzle 50 formed on the second surface 24 of the substrate body 20. Thus, the dimensions of the microfluidic channel 30 are maximum at the first end where the reservoir is formed and minimum at the tip portion 52 of the nozzle 50 at the second end 34. According to one exemplary embodiment, the open second end 34 of the microfluidic channel 30 formed in the nozzle 50 has an inner diameter of about 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less. Yes, the outer diameter of the nozzle is less than about 150 μm, preferably about 100 μm or less, more preferably about 50 μm or less as measured at its tip. The inner diameter of the microfluidic channel 30 gradually expands in the direction away from the nozzle 50 to about several hundred μm, the microfluidic channel 30 traverses through the thickness of the substrate body 20, and finally the microfluidic channel 30 is about 1 mm. At a first end 32 to define a reservoir. The length of the microfluidic channel 30 can be adjusted for a given application, depending on many factors such as the desired volume of the reservoir defined by the first end 32 and the thickness of the substrate body 20. . According to one exemplary embodiment, the microfluidic channel 30 is about 3 mm or more in length. However, it is understood that the dimensions described above are listed only to illustrate one exemplary embodiment, and that the microfluidic device 10 can be made to other dimensions.

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。
The volume of the reservoir 60 must be such that it can accommodate the amount of sample material normally used in the application for which the microfluidic device is designed. For example, in the case of mass spectrometer analysis using an electrospray, the sample volume used is from sub-microliters up to 10 microliters. As will be described in detail later, after the sample material is contained in the reservoir 60, it is transported through the microfluidic channel 30 to the nozzle 50, where it is finally released through the open second end 34. The The outer diameter of the protruding nozzle 50 also increases correspondingly in the direction away from its tip portion 52. By forming the reservoir 60 or input port on the first surface 22 opposite the second surface 24 on which the nozzle 50 is formed, the sample can be easily fed into the microfluidic channel 30. This is made possible by injecting the sample into one or more reservoirs 50 and then transporting the sample through the associated microfluidic channel 30 using techniques detailed below. Turning to FIG. 3, the microfluidic device 10 can be fabricated such that it finds particular utility as an electrospray ionization means for analytes for mass spectrometer analysis. Electrical spraying is performed by applying a voltage to the nozzle 50 so that the liquid and analyte (“sample”) exit to a high electric field. For this particular application, the microfluidic device 10 includes a conductive region 70 formed on at least a portion of the nozzle 50, optionally the conductive region can extend onto the second surface 24. it can. For example, the area around the nozzle 50 that maximizes the end of each nozzle 50 is metallized by vapor deposition techniques, printing techniques, or other suitable techniques known in the art to form the conductive areas 70. In the illustrated embodiment, since the nozzle 50 is conical, the conductive region 70 is in the form of a ring-shaped metal layer with the nozzle 50 in the center. The thickness of the conductive region 70 varies depending on the exact application. However, the thickness of the conductive region 70 is such that when a voltage is applied to the conductive region 70, the sample material (i.e., liquid) in the microfluidic channel evaporates, and thus an electrical spray or nanospray application, such as a mass spectrometer. It must be sufficient to be used for electrospray ionization of analytes. In this example, the microfluidic device 10 is a nanosprayable electrical spray interface that can be disposable at low cost. This device can be made to accept multiple sample inputs and multiplex several separation instruments into a single mass spectrometer.

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。   Each conductive region 70 formed around the nozzle 50 is connected to one or more electrical contacts 80 formed on one edge of the substrate body 20. More specifically, the electrical contacts 80 are preferably in the form of conductive pads (ie, metallized tabs) formed on the second surface 24 of the substrate body 20. FIG. 3 illustrates one exemplary method of electrically connecting the conductive region 70 to the electrical contact 80. In this typical arrangement, one conductive region 70 is electrically connected to one electrical contact 80 via an electrical path 90. Electrical path 90 is merely an electrical path between conductive region 70 and electrical contact 80 and is thus formed from a conductive material (eg, metal). For example, the electrical path 90 can be in the form of a thin conductive coating. By reducing the outer diameter of the tip portion 52 of the nozzle 50 (for example, to about 50 μm to 80 μm), the voltage necessary for generating the spray is lowered. According to one exemplary embodiment, the voltage used to form the spray is about 5-6 KV for a tip portion 52 having an outer diameter of about 50-80 μm. Although larger sized outer diameters can be used, it is understood that this requires that a larger voltage be applied to the nozzle 50 in order to form a spray.

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。   It is understood that the plurality of conductive regions 70 can be electrically attached to one electrical contact 80 by using separate electrical paths 90 or by using an electrical path network or a complete metal coating. However, in this embodiment, when a voltage is applied to one electrical contact 80, a voltage is applied to each conductive region 70 that is electrically connected to one electrical contact 80. Thus, in this particular embodiment, no voltage can be selectively applied to individual nozzles 50.

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。   4-5, an exemplary microfluidic device 100 according to a second embodiment is illustrated. The microfluidic device 100 is similar in some respects to the microfluidic device 10 of FIGS. The microfluidic device 100 includes a substrate body 110. The substrate body 110 is made of a polymer material, and includes a first surface 120 and an opposing second surface 130. Unlike the embodiment illustrated in FIGS. 1-3, the first and second surfaces 120, 130 are not substantially flat surfaces, but rather a number of recesses and protrusions are formed in each surface 120, 130. In reality, it is non-flat.

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。   Inside the microfluidic device 100, at least one microfluidic channel 140 is formed between the first surface 120 and the second surface 130. The microfluidic channel 140 extends completely from the first surface 120 to the second surface 130 through the thickness of the substrate body 110. Thus, the microfluidic channel 140 is open at both the first end 142 on the first surface 120 and the second end 144 on the second surface 130. The first surface 120 includes a first peripheral wall 122 that extends around the outer periphery of the microfluidic device 100 at the first surface 120. In an exemplary embodiment, the microfluidic device 100 is generally rectangular. However, this is only one typical shape for the microfluidic device 100, and the microfluidic device 100 can assume any number of different shapes. One or more reservoir walls 124 are formed within the boundary of the first peripheral wall 122, and the number of reservoir walls 124 is equal to the number of microfluidic channels 140 formed in the substrate body 110. . Each reservoir wall 124 partially defines a reservoir 160 designed to receive sample material, and therefore reservoir wall 124 also defines a first end 142 of microfluidic channel 140. Both the first peripheral wall 122 and the one or more reservoir walls 124 extend above the generally flat surface 126 (ie, floor) of the first surface 120 in this embodiment. Thus, a substantial portion of the reservoir 160 defined at the first end 142 of the microfluidic device 140 is formed above the flat surface 126.

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。   The second end 144 of the microfluidic channel 140 is formed at a protrusion 170 that extends outward from the second surface 130. As in the previous embodiments, the protrusion 170 is preferably tapered (inner taper), has a generally conical structure, and the open second end 144 is conical. It is formed at the apex. As a result, the tapered protrusion 170 functions as a nozzle that can discharge the sample filled in the microfluidic channel 140 (eg, in the reservoir 160). Thus, nozzle 170 is part of the microfluidic channel structure. This is because the microfluidic channel 140 is formed through the microfluidic channel structure and terminates the nozzle opening.

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。   Second surface 130 is also not substantially flat, but rather includes a second peripheral wall 132 that extends at least partially along the periphery of second surface 130. The second surface 130 does not include a substantially flat floor surface 134. One or more nozzle base portions 180 are formed between the second peripheral walls 132, the number of nozzle base portions 180 being equal to the number of microfluidic channels 14. The nozzle base portion 180 is integrally formed with the floor surface 134 and extends outward from the floor surface 134, and in the illustrated embodiment, each nozzle base portion 180 has a generally annular shape. However, the shape of the nozzle base portion is not limited to an annular shape and can instead have any number of shapes. For example, a conical shape, a tapered shape, or some other regular or irregular shape. According to one embodiment, the plane that includes the upper edge of the second peripheral wall 132 generally intersects the interface between the nozzle base portion 180 and the nozzle 170. Accordingly, the nozzle 170 extends beyond the upper edge of the second peripheral wall 132. According to one embodiment, the diameter of the reservoir 160 is approximately equal to the outer diameter of the nozzle base portion 180. Accordingly, the outer diameter of reservoir wall 124 is greater than the outer diameter of nozzle base portion 180.

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。   In FIG. 5, a particular configuration of nozzle 170 and microfluidic channel 140 is best shown. As illustrated, the first end 142 of the microfluidic channel 140 is in the form of a reservoir 160. The distal end of the reservoir 160 has an inwardly tapered configuration leading to the intermediate channel portion 146. A substantial length of the intermediate channel portion 146 is formed in the nozzle base portion 180. The intermediate channel portion 146 also has a tapered configuration and tapers inwardly toward the nozzle 170 defined at the second end 144 of the microfluidic channel 140. Thus, the dimensions of the microfluidic channel 140 are largest at the first end 142 and smallest at the tip portion 172 of the nozzle 170. In one embodiment, the microfluidic features formed in the device 100 starting at the reservoir 160 and ending at the nozzle 170 have a generally cylindrical shape along its length. According to one exemplary embodiment, the open second end 144 of the microfluidic channel 140 formed in the tip portion 172 has an inner diameter of 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm, The outer diameter of the nozzle is less than about 150 μm, preferably about 100 μm or less, more preferably about 50 μm or less, as measured at its tip. The inner diameter of the microfluidic channel 140 varies along its length due to its tapered configuration. For example, the inner diameter of the microfluidic channel 140 gradually expands in the direction away from the nozzle 170 to about several hundred μm, and the microfluidic channel 140 traverses through the thickness of the substrate body 110 and finally the microfluidic channel 140 is , About 1.5 mm in diameter to define the reservoir 160. The length of the microfluidic channel 140 can be adjusted to take into account the detailed configuration of the microfluidic device 100 and possible applications of the device 100. In one example, the length of the microfluidic channel 140 is about 3 mm. However, this varies depending on the thickness of the device 100, the amount of sample to be loaded into the device, and the like.

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。   As with the first embodiment, since the microfluidic channel 140 is formed substantially perpendicular to both the first and second surfaces 120, 130, the microfluidic channel 140 is a substrate. The body 110 is formed substantially vertically. The nozzle 170 extends beyond the plane that includes the trailing edge of the second peripheral wall 132, while the end of the reservoir wall 124 is preferably in the same plane that includes the trailing edge of the first peripheral wall 122. . With this orientation, a cover (eg, a thin polymer cover sheet) or seal member is placed across the trailing edge of the first peripheral wall 122 and the distal end of the reservoir wall 124 to provide a sample in the reservoir 160. The material can be effectively sealed. This will be described later.

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。   It will be appreciated that one of the advantages of device 100 is that it is formed as a single piece configuration, as opposed to a conventional device where multiple layers are bonded together. In such conventional devices, a microfluidic channel is closed by joining one layer onto another. In other words, two separate layers are required to define a complete channel. Since the device 100 is injection molded, a separate bonding layer is not required.

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。   It will be understood that the present configuration illustrated here with reference to FIGS. 1-5 is merely exemplary in nature and is only intended to convey exemplary embodiments. Depending on a number of different considerations, such as manufacturing considerations, various changes can be made to the microfluidic device. For example, the nozzle structure need not necessarily be conical. However, for ease of manufacture, a conical shape or the like is generally preferred.

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。   According to other aspects of this application, various manufacturing methods for manufacturing the microfluidic array devices illustrated in FIGS. 1-5 are disclosed herein. Generally speaking, the exemplary manufacturing process disclosed herein can produce microfluidic nozzle array devices with microscale nozzle dimensions (eg, nozzle tip opening diameter of 100 μm or less). , Preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less, and the outer diameter of the nozzle is less than about 150 μm, preferably about 100 μm or less, and more preferably about 50 μm or less, as measured at its tip. The microfluidic array device is particularly suitable for an inexpensive manufacturing method. More specifically, the microfluidic array device of this application can be manufactured by injection molding a suitable thermoplastic material using conventional injection molding techniques. Suitable thermoplastics include polycyclic olefin polyethylene copolymers, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, polyalkanes, polyacrylate polybutanol copolymers, polystyrene, and polyionomers such as Surlyn ™ And Bynel (trademark). Polycyclic olefin polyethylene copolymers are particularly suitable for use in injection molding processes. Various grades of such polymers are commercially available from Ticona under the trade name Topas ™ (which is a polyethylene polycyclic olefin copolymer). In addition, polybutyl terephthalate (PBT) can be used, as well as polyamides such as various grades of nylon (nylon 6-6, nylon, 6 nylon 6-12, etc.); polyoxymethylene (POM), and others As other resins, those having a melt viscosity comparable to PBT and other properties similar to other suitable polymers disclosed herein can be used. In general, polymers suitable for use in the present injection molding process include thermoplastic polymers with relatively low melt viscosities, and such polymers preferably have a high chemical purity (preferably the polymer is , Particulate additives do not exceed a few percent and are chemically inert). Other suitable polymers include thermoplastics blended with a lubricant (eg, a liquid crystalline polymer). Lubricants are added to facilitate flow, and therefore this additive functions as a processing aid. Other liquid crystalline polymers including polymers such as Zenite ™ (DuPont) can also be used. Also suitable are polymers (both commercial and non-commercial) with high chemical purity, high chemical resistance and thermal stability. For some applications, injection moldable elastomers may also be suitable.

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。   In order to produce the microfluidic array device using injection molding technology, a mold or mold insert must first be made. The following description of the mold is only typical for one type of mold configuration that has been oversimplified for that configuration to illustrate some details of the overall molding process. However, those skilled in the art can readily vary the mold structure and are determined by the desired configuration of the microfluidic device, more specifically, microfluidics based on the shape, dimensions, and characteristics of the microfluidic channel. It is understood that this is determined by the desired configuration of the channel.

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。   Molds are usually formed from multiple parts, which fit together to form an assembled mold. The mold or mold insert is typically formed as a negative impression whatever channel architecture or device feature is desired in the microfluidic array device. After the polymer material is injected into the mold, the polymer material is cured to form a microfluidic array device and is removed from the mold. Typically, the mold is formed from two mold dies that fit together in a shielded state, so that after the microfluidic device is formed and cooled sufficiently, the two mold dies are separated, Allows access to and removal of the microfluidic array device.

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)。   The mold (ie, mold die) or mold insert can be prepared from any number of materials suitable for such use, such as metal, silicon, quartz, sapphire, and suitable polymer materials. Forming negative impressions of the channel architecture includes photolithographic etching, stereolithographic etching, chemical etching, reactive ion etching, laser processing, rapid prototyping, ink jet printing, and electroforming Can be done by technology. When using electroforming, the mold or mold insert is formed as a negative impression of the channel architecture by electroforming metal, and the metal mold is polished (preferably mirror finished).

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。   When a non-metallic mold is used for injection molding, the mold can be formed of a flat and hard material such as a Si wafer, a glass wafer, quartz, or sapphire. Forming the microfluidic design features in the mold can be done by photolithography, chemical etching, reactive ion etching, or laser processing (which is widely used in microfabrication equipment). In addition, some ceramics can be used to make molds or mold inserts.

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。   Molds can also be made from “rapid prototyping” techniques. This includes traditional ink-jet printing of designs, or direct writing of resists such as Su-8, direct fabrication of molds with photopolymers using stereolithography, direct three-dimensional fabrication using polymers, and various Other similar or related techniques using the material with the polymer are included. The resulting polymer-based mold is electroformed to yield a metal negative replica of the polymer-based mold. Metal molds are particularly suitable for polymer injection molding where the mold itself needs to be heated. One widely used metal for electroforming is nickel, although other metals can be used. Metal electroformed molds are preferably polished to a high or “mirror finish” before use as a mold for injection molding. This finish is comparable to that obtained by mechanical polishing or submicron to micron sized abrasives (eg diamond particles). The same degree of finish can be obtained using electropolishing and other forms of polishing. In addition, the metal mold surface should preferably be as flat and parallel as a Si, glass, quartz or sapphire wafer. In one exemplary embodiment, the metal mold is polished to a highly polished finish using 1 μm diamond particles to obtain a near mirror-like finish.

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。   Applicants have used a polymer microfluidic device having an array of micron-sized nozzle structures by using injection molding techniques with a mold made of hardened steel or other metal comprising: The diameter is 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less, and the outer diameter of the nozzle is less than about 150 μm, preferably about 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, when measured at the tip portion. It has been found that microfluidic devices can be manufactured. FIG. 6 is a perspective view of a mold structure 200 configured to injection mold a microfluidic nozzle array device as shown in FIG. 1 having the dimensions and characteristics described above. Again, the mold 200 is formed as a negative impression of the microfluidic device to be formed. The mold 200 includes a first mold die or portion 210 and a second mold die or portion 230. These are configured to be complementary to each other and fit together to form an injection molding assembly used to form a microfluidic nozzle array device similar to the device 10 illustrated in FIG. . The mold 200 is preferably formed by electrical discharge machining (EDM).

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。   The first mold die 210 has a first surface 212 that includes a substantially flat surface. A recessed portion 214 is formed in the first surface 212. The recessed portion 214 generally defines the external peripheral shape of the microfluidic device, and the depth of the recessed portion 214 defines the thickness of the microfluidic device (excluding the region where the nozzle is formed). Since microfluidic devices are typically square or rectangular in shape, the shape of the recessed portion 214 is the same or similar. For example, the illustrated recessed portion 214 has a substantially square shape. The first mold die 210 also includes a plurality of upstanding profiles 216 that are spaced across the floor of the recessed portion 214. The shape of each pin 216 directly corresponds to the shape of the microfluidic channel formed when the mold 200 is closed and polymer material is injected. More specifically, the base portion 217 of the pin 216 corresponds to the reservoir of the microfluidic channel. The middle portion 218 corresponds to the middle portion of the microfluidic channel, and the conical tip portion 219 of the pin 216 corresponds to the second end of the microfluidic channel formed in the tip portion of the nozzle. As a result, the dimensions of the pin 216 are largest at the base portion 217, and the pin 216 tapers inwardly to its conical tip portion 219. Since the spacing of the pins 216 is directly related to the spacing of the microfluidic channel / nozzle structure, the pins 216 are preferably spaced in an array.

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。   Next, referring to FIGS. The second mold die 230 is It has a first surface 232 that mates with the first surface 212 of the first mold die 210. The first surface 232 is Except that a plurality of apertures 234 are formed in the second mold die 230, It is substantially flat. The aperture 234 The pins 216 are arranged according to a predetermined pattern corresponding to the arrangement of the pins 216. The aperture 234 First and second mold dies 210, When 230 fit together, The pin 216 is sized to receive at least a portion of the conical tip portion 219 (in one embodiment, about 500 μm long). The outer shape of the aperture 234 itself is The aperture 234 is tapered on the inside; The lower portion 235 of each aperture 234 is conical to form a conical nozzle for the microfluidic device. According to one embodiment, First and second molds 210, 230 fit together, When pin 216 is received in aperture 234, The tip portion 219 of the pin 216 is Extends completely to the bottom of the aperture 234, Contact the body of the second die mold 210 that defines the closed end of the aperture 234. The mold 200 of FIG. Generally configured to produce the microfluidic device of FIG.

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。   FIG. 7 shows a cross-sectional view of a mold configured to produce the microfluidic device 100 of FIG. For ease of explanation and simplification, the reference numbers of FIG. 6 are carried over to the description of FIGS. This is because each of these illustrated molds includes first and second mold dies. It is understood that the features formed as part of the first and second mold dies 210, 230 determine the size and shape of the resulting microfluidic device features.

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。   Accordingly, when the first and second mold dies 210, 230 are closed and any preparatory steps necessary for the injection molding process are taken, the first mold die 210 and the second mold die 220 are The first surfaces fit closely together to effectively seal the recessed portion 214 and the polymer material (usually resin) is injected into a closed space defined in part by the recessed portion 234. Is understood. In FIG. 7, the first and second mold dies 210, 230 are in a closed position, and the tip 219 of the pin 216 is within the aperture 234, more specifically within the conical lower portion 235 of the aperture 234. Sectional drawing which shows a mode that was accepted is shown. Since the first and second mold dies 210, 230 are the resulting negative impression of the microfluidic device, the microfluidic channel takes the shape of a pin 216, and the nozzle of the microfluidic device has a conical bottom 235. More precisely, the nozzle is formed by a resin that completely fills the space between the tip portion 219 of the pin 216 and the tip portion of the conical lower portion 235. As described above, in this embodiment, the tip portion 219 of the pin 216 and the tip of the second mold die 230 formed in the conical lower portion 235 are in contact with each other.

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。   The mold 200 is intended to be used many times over a long period of time to produce a large number of microfluidic devices, and thus the materials selected to manufacture the mold 200 are accordingly Must be done. In other words, the material must be selected so that microscale features can be formed in the microfluidic device and the mold 200 can be used to form multiple microfluidic devices. One material that is suitable for use in the manufacture of mold 200 is hardened steel. When conventional machining techniques such as metal turning or electrical discharge machining (EDM) are used, the dimensions of the tip portion 219 of the pin 216 that forms the nozzle opening may be limited. For example, manufacturing considerations may limit the dimensions (ie, diameter and length) of tip portion 219. Depending on available manufacturing techniques, the nozzle outer diameter can be formed to about 50 μm. This is because the resin can be injection molded in the space between the tip portion 219 and the conical lower portion 235. Depending on the area, this space is only on the order of about 15 μm due to the desired dimensions of the nozzle and microfluidic channel.

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。   Although the first mold die 210 is illustrated as being square, as long as the shape of the first mold die 210 and the second mold die 230 allows these two components to fit together, It is understood that the first mold die 210 can be formed in any number of different shapes.

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。   However, there are techniques available for injection molding nozzle openings with dimensions smaller than those previously described. FIG. 8 illustrates one possible injection molding arrangement for accomplishing this task to produce a nozzle having a nozzle opening that is even smaller than the tip portion 219 of the pin 216. In FIG. 8, after assembling the first and second mold dies 210, 230, there is a gap 240 between the tip portion 219 and the conical lower portion 235. When the polymer material (ie, resin) is injected into the conical lower portion 235 (in the molten state), the pressure of the injected resin is adjusted so that the resin does not fill the entire space in the gap 240; Since there is not enough pressure to move the resin to the lowest portion of the lower portion 235, an opening (space) remains at the tip of the resulting molding nozzle. If this technique is used, the diameter of the tip portion 219 of the pin 216 can be made larger than 20 μm. This is because the nozzle opening and nozzle profile are no longer defined by the dimensions of the corresponding part of the mold, but rather by the combination of mold dimensions, gap dimensions, and injection pressure. In this way, the pin 216 need not be manufactured so that the tip portion 219 is on the order of 20 μm to form a nozzle opening of the same size. Alternatively, the diameter of the tip portion 219 can be larger than the diameter of the nozzle opening that is ultimately formed in the nozzle as a result of the injection molding process.

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。   FIG. 9 illustrates one exemplary method of overshooting the injected resin into a gap 240 formed between the tip portion 219 and the tip of the conical lower portion 235. The nozzle opening 215 is defined by the pressure used for pouring the molten resin and the size of the gap 240. By controlling these parameters, the size of the nozzle opening can be controlled.

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。   Injection molding as a manufacturing technique for polymer parts is mass production at low cost. However, considerable costs are involved in the fabrication of the mold itself, especially for microfluidic nozzle designs that have micron-sized features and are therefore demanding designs in terms of creating the mold. Because the microfluidic nozzle array device is arranged to have the same pattern as the microtiter plate, it is possible to fill the reservoir of the microfluidic channel with a robotic commercially available liquid dispensing device. If possible, a large number of small microfluidic nozzle array devices (ie, subunits) can be tiled or combined to form a large structure. This is because the microtiter plate is composed of regularly spaced sample input points in the grid pattern. For example, after forming a microfluidic nozzle array device, combine with each other to produce a structure with the desired number of sample reservoirs (also referred to as sample wells or sample inputs) to accept the desired number of samples. be able to. For example, some common microfluidic devices contain a 96 sample reservoir (8 × 12 grid); a 384 sample reservoir (16 × 24 grid); and a 1536 sample reservoir (32 × 48 grid). . Arranging like tiles can be done by many known conventional means including, for example, permanently joining adjacent tiles together by melt bonding, welding, adhesives, and the like. In other words, any method or technique for joining and bringing together polymer structures can be used if preferred. The subunit structure can be formed as separate subunit tiles (FIGS. 17-18), or the subunit structure can be in the form of a long strip containing multiple rows of nozzles. For example, the strip can be formed to include two rows of spaced nozzles.

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。   Alternatively, the user can be provided with a base plate having a number of features formed therein so that the nozzle subunit structure can be inserted into and retained by the base plate. For example, the base plate can accommodate a predetermined receptacle that receives the nozzle subunit structure. Receiving is performed such that the nozzle subunit structure is securely held within the base plate and arranged according to the desired pattern. One or both of the base plate and nozzle subunit structure can accommodate a coupling feature to obtain a coupling connection between the base plate and the nozzle subunit structure. In this embodiment, the base plate functions as a base on which the final microfluidic nozzle array device can be constructed. The configuration is done by placing a number of nozzle subunit structures together and then securely holding these subunit structures within the base plate. FIG. 17 illustrates one exemplary structure for removably holding the nozzle subunit in a connected state. This structure will be described in detail later in the description of the third embodiment.

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。   Multiple nozzle / subunit structures arranged like tiles or otherwise combined, There are many advantages to be gained by having a larger size microfluidic nozzle array device. First, Mold manufacturing costs for smaller nozzle / subunit structures are: Rather than the cost of manufacturing the mold for the entire grid of microfluidic nozzles, Virtually small. Also, the cost of mold replacement when only one pin in the mold is damaged is substantially reduced. Second, The usefulness of the nozzle array It becomes more flexible. The experiment If not all the reservoirs (eg 96) of the microfluidic device to be filled are needed, Only the number of nozzles you need or close to it, Can be inserted into the base plate. at the same time, With this configuration, It is still possible to distribute samples using a robot. By way of example and according to one exemplary embodiment, One nozzle / subunit structure contains four reservoirs, So if your experiment requires only 60 reservoirs, Only 15 nozzle / subunit structures are inserted into the base plate. In this way In order to greatly reduce or completely eliminate unused reservoirs, The possible waste or inefficiency associated with each microfluidic device is eliminated or greatly reduced.

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。   Third, if the microfluidic nozzle array device is used for electrical or nanospraying in front of the mass spectrometer inlet, a common configuration is to place the nozzle spray "off axis" That is, the nozzle spray is placed in a direction perpendicular to the input. Often there is not enough space in front of the inlet to accommodate the microtiter plate because the nozzle needs to be placed in the immediate vicinity of the inlet (eg, typically within an inch). FIG. 10 illustrates how a tiled microfluidic nozzle array microtiter plate can be used in an off-axis configuration for electrical spraying. A tiled microfluidic nozzle array 300 arranged in a 96-well microtiter plate configuration is divided into strips 302 having two rows of 12 nozzles 310 each. One of the strips 302 is cut from the other and otherwise removed and transferred to a nozzle mount (not shown) in front of the mass spectrometer inlet 330 of the mass spectrometer 340 (as indicated by arrow 320). . The nozzle mount holds the strip 302 and has at least an xy translation stage at the mass spectrometer inlet 330 for spraying the sample material contained in the microfluidic channel associated with the selected nozzle. Each nozzle can be arranged at an optimal position. The direction of spray is perpendicular to the mass spectrometer inlet 330. In the schematic of FIG. 10, the nozzle 310 is located below the center line of the mass spectrometer inlet 330 and the spray is in a direction out of the surface of the drawing. The use of strips 302 that are still felt in future applications will depend on whether the entire combined strip 302 structure is used or what the application requirements are in terms of the exact application and the number of nozzles 310 required. Thus, it is understood that this is possible by either removing one or more strips 302 for use in a given application.

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。   The microfluidic nozzle array device disclosed herein is suitable for use in many different types of applications.

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。   For illustrative purposes only, some typical applications will be disclosed with reference to the microfluidic nozzle array device 100 illustrated in FIGS. However, it is understood that any device disclosed herein can be used in place of device 100.

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。   The microfluidic nozzle array device 100 is particularly suitable for use in nanospray / electrospray applications. Electrospray is a technique that allows a liquid sample to be evaporated and ionized for mass spectrometry. The electrospray process is performed at ambient pressure. In a conventional electric spray, a liquid sample is sent to the inlet of a mass spectrometer using a capillary having a relatively large inner diameter (that is, about 50 μm). The liquid flowing out of the capillary is subjected to an electric field generated by applying a high voltage (for example, 4 to 5 KV) to the metal conductor near the capillary opening and the ground plane opposite to the capillary opening, or vice versa. Evaporates under the influence. Dry nitrogen flows through the concentric piping to the capillary to help spray the liquid flowing out of the capillary. The liquid flow inside the capillary is generally driven by a pump such as a syringe pump.

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。   When the nozzle array of the microfluidic device 100 is used as a separate nanospray source, the reservoir 160 on the opposite side of the nozzle opening is filled with the sample to be sprayed. Prior to spraying, it is necessary to seal the reservoir so that the reservoir is liquid tight. In other words, the open end of the reservoir 160 (ie, the open first end 142 of the microfluidic channel 140) must be sealed. Sealing the open end of the reservoir 160 can be done in many different ways, each providing a satisfactory fluid tight seal of the reservoir and allowing the sample to be transported into the channel 140. Figures 11-13 illustrate a number of exemplary methods for providing the desired fluid tight seal of the reservoir.

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。   For example, FIG. 11 illustrates a first sealing technique in which the opening of the reservoir 160 (ie, the first end 142 of the microfluidic channel 140) is sealed with an elastic cover sheet 400. The elastic cover sheet 400 is preferably in the form of a masculine polymer cover sheet. In the microfluidic nozzle array device 100, the polymer cover sheet 400 is coupled to the reservoir wall 124 such that the polymer cover sheet 400 extends completely over the open end of the reservoir 160. A force is applied to the polymer cover sheet 400, such as with a mechanical plunger 410, pushing the sample along the length of the microfluidic channel 140 and finally the nozzle opening (the first of the microfluidic channel 140. Out of the second end 144) in a continuous stream (shown roughly at 430). The discharged continuous sample liquid stream is then evaporated under the influence of an electric field. The general direction of movement of the polymer cover sheet 400 and the plunger 410 is indicated by arrows 420.

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。   FIG. 12 illustrates another sealing technique. According to this technique, a movable seal member 400 is provided, which includes a seal base 422 for sealing the reservoir opening and a rod or plunger 444 attached to the seal base 442. Is formed. Since the size of the seal base 442 is larger than the size of the open end of the reservoir 160, the seal base 442 fits the reservoir wall 124 and spans the entire open end of the reservoir 160. The seal base 442 is formed of a suitable elastic material so that the seal base can be partially deformed when a force is applied. This elasticity allows the seal base 442 to function as a temporary diaphragm that seals the reservoir when the seal base 442 is directed inside the reservoir 160 itself.

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。   When the seal base 442 is pushed down in the direction toward the nozzle 170, the seal base 442 is forced into the first end of the microfluidic channel 140 (which is also the inlet of the reservoir 160). Deforms when In the illustrated embodiment, the seal base 442 includes a flange 446 that has a diameter greater than the diameter of other portions of the seal base. Therefore, when the seal base is inserted into the reservoir, the flange 446 is in intimate contact with the inner surface of the reservoir wall 124 to form a liquid tight seal between the seal base and the reservoir. When the seal base 442 is inserted into the reservoir 160 and moves through it toward the nozzle, the seal base 442 effectively pushes the sample toward the second end 144 of the microfluidic channel 140, The sample is discharged from the nozzle opening defined there. There may be an air gap between the sample (eg, liquid) in the reservoir 160 and the seal base 442, or a vent (not shown) may be incorporated into the seal base 442 to seal the seal. Air can also be pushed out of the reservoir 160 as the sample is pushed through the microfluidic device by the base 442. Vents can be made using conventional venting techniques such that the vents allow air passage while being impermeable to liquid flow, so that the sample It is prevented from flowing out of the reservoir 160 through the vent hole.

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。   It will be appreciated that the plunger 444 can either be manually operated or be part of an automated system including an actuator or the like that controls the operation of the plunger 444. By connecting all the plungers 444 to a common actuator or link, at start-up, the plungers 444 can all be driven simultaneously and the sample can be transported through individual channels to individual nozzles simultaneously.

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。   With reference to FIG. 13, yet another sealing technique for providing a fluid conveying member 450 is illustrated. Member 450 has a hollow portion and is generally shaped to be complementary to the shape of reservoir 160 so that member 450 fits the top edge of reservoir wall 124. Member 450 includes a distal end 452 that is initially located near the open end of reservoir 160. At the end 452, a gasket 460 is provided, and in the illustrated embodiment, the gasket 460 is in the form of a seal O-ring or the like. The gasket 460 provides a seal between the distal end 452 and the reservoir wall 124 and serves to prevent the sample from flowing out between this interface when transported as follows. Because member 450 is at least partially hollow, gasket 460 is disposed around a hole extending through member 450.

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。   In this embodiment, the sample is moved through the microfluidic channel 140 by flowing fluid through the member 450 (more specifically, the hole), effectively pushing the sample through the microfluidic channel 140 to the nozzle 170; Sample is discharged from nozzle 170 in a continuous stream 430. The fluid is preferably a high pressure gas, such as air or dry nitrogen gas, delivered from a source in fluid communication with the piston bore. The direction of fluid flow is shown schematically at 470. In other embodiments, the fluid is a liquid sample and can be fed into the microfluidic channel 140 to continuously push the liquid through the nozzle.

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。   It will be appreciated that a protective cover (not shown) may be placed at the distal end 452 of the fluid conveying member 450 to prevent the sample from contacting the inner surface of the piston hole. The protective cover must be permeable to fluid flowing through the holes and into the reservoir 160 to transport the sample along the microfluidic channel 140. For example, the protective cover can be in the form of a thin polymer coating that is permeable to gas and at the same time impermeable to liquid flow. In this way, the sample cannot come into contact with the holes themselves. It is not necessary to use such a protective cover. This is because the injected fluid can flow through member 450 and push the liquid sample by applying a force to the air gap between the sample and the surrounding structure.

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。   Further, conventional fluid delivery mechanisms can be used with device 100. In this embodiment, the stopper is inserted into the reservoir 160. A hole communicating with the reservoir 160 is formed through the stopper. The capillary is inserted through the hole and a liquid sample is injected into the reservoir through a capillary from a source outside the capillary. In this embodiment, the sample is not stored in reservoir 160, but rather is delivered to channel 140 by being injected into reservoir 160 through a capillary.

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。   As described above, the front surface of the nozzle array is made conductive by a thin coating of metal or conductive polymer. When an appropriate strength electric field is applied to the nozzle (eg, by the arrangement illustrated in FIG. 3), the liquid and the analyte it carries (ie, the sample) evaporate as it is ejected through the nozzle opening. Liquids suitable for use in electrospray mass spectrometry include (but are not limited to) acetonitrile, ammonium acetate, and other volatile liquids. Since the inner diameter of the nozzle is less than about 20 μm, the amount of material to evaporate out of the nozzle is less than that normally used in conventional electric spray operations. Moreover, since the outer diameter is 50 μm, an electric field sufficiently strong to evaporate is generated even with an applied voltage lower than about 6 KV.

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。   Therefore, it is not necessary to use an atomizing gas to support the evaporation process. However, if nebulization gas is required, a channel for flowing dry nitrogen gas through the nozzle openings can simply be added to the polymer substrate mounted in front of the nozzle array. FIGS. 14-15 are plan and cross-sectional views, respectively, showing the microfluidic nozzle array device 500 combined with a substrate 510 having a gas conduit 520 formed therein for spraying. The microfluidic nozzle array device 500 can be similar or identical to any of the exemplary microfluidic array devices previously disclosed herein. A gas outlet 522 is formed so as to be concentric with one nozzle 530. A substrate 510 having atomized gas channels can be made during the injection molding process by the injection molding process used for the nozzle array device 500 itself. Alternatively, the substrate 510 can be made first and later attached (eg, bonded) to the nozzle array device 500 as a separate component. The substrate 510 can be attached in any number of different ways, including (but not limited to) using an adhesive along the boundary zone or melting and joining the two members.

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。   In some cases, the nozzle array may not need to be adapted to the microtiter plate sample well configuration. For example, the sample can be delivered to the nozzle by the eluent of a high performance liquid phase gas chromatography (HPLC) column. The reservoir size in the nozzle array can be formed to any size, so the reservoir size can be any size where the open end of the reservoir divides one end of the HPLC column or the HPLC eluent for mass spectrometry. Can be configured to accept piping. The reservoir side of the nozzle array can also consist of injection molded features for splitting the eluent for mass analysis. In this case, the driving force through which the liquid sample specimen flows through the nozzle opening is a liquid flow due to the pressure driving of HPLC. Neither a pressure diaphragm nor an external pressure induction mechanism is required.

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。   The microfluidic nozzle array device disclosed herein is also particularly adapted for use as a nozzle array for optical spectroscopy. Each microfluidic channel in a nozzle array device terminates with a nozzle opening having an inner diameter of 20 μm or less, and the substrate of the nozzle array device is generally formed from a polymer material that is hydrophobic, so the microfluidic channel The internal liquid will not drip or be released from the nozzle without applying external force. When either ultraviolet or visible light is incident on the reservoir side of the array, the light exits the nozzle opening and conveys optical spectroscopic information of the analyte contained in the liquid in the microfluidic channel. In this way, the microfluidic channel and the nozzle opening provide a light detection system that does not use an optical window. This is an important advantage. This is because the microfluidic nozzle array device need not be made to incorporate an optical window formed from an optical material into its design. This reduces the structural complexity for the microfluidic nozzle array device, and also reduces the cost and complexity for fabrication of the microfluidic nozzle array device.

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。   The 96 microtiter nozzle plates filled with samples can be placed in an ultraviolet reader for the 96 microtiter plates, and the spectrophotometric information for each sample can be obtained by the reader. it can. Conventional microtiter plates used for UV spectrophotometry have to form the bottom of the sample well with a special UV transparent material to hold the sample in the well and transmit UV light simultaneously Otherwise, a microtiter plate made of quartz must be used. Thus, by using a microtiter nozzle plate array plate according to one exemplary embodiment, two detection techniques for the sample in the plate require that the sample be transferred to another additional plate. It becomes possible without.

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。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing how the microfluidic nozzle array device 100 can be used for UV spectrophotometry. FIG. 16 illustrates a partial microfluidic nozzle array device 100 showing two nozzle structures to illustrate how to use the microfluidic nozzle array device 100 in UV spectrophotometry. . In this exemplary arrangement, UV light is emitted from the source 540, travels toward the microfluidic nozzle array device 100 and is incident on the reservoir side 120. The UV light travels through the reservoir 160 and continues along the length of the microfluidic channel 140. Both reservoir 160 and microfluidic channel 140 contain samples (eg, liquids and analytes). The UV light travels through the nozzle opening 144 and reaches the detector 550. The detector 550 is arranged to face the side of the microfluidic nozzle array device that houses the nozzle 170. The spectrophotometric information of the specimen transmitted by the UV light is detected by the detector 550 of the UV reader. Thus, the configuration of vertically oriented microfluidic channels can advantageously perform UV spectrophotometry in a simple and convenient manner. This is because the microfluidic nozzle array device 100 can be easily placed between the UV light source and the detector 550 of the UV reader. Similarly, transmission fluorescence spectroscopy can be performed using the microfluidic nozzle array device 100.

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。   Unlike conventional microfluidic devices where optical windows formed from optical materials are fabricated in the device, the substrate body of the microfluidic nozzle array device need not be formed of an optically transparent material. . As a result, the complexity of the fabrication process is reduced because this requirement does not exist in microfluidic nozzle array devices.

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。   The microfluidic nozzle array device disclosed herein can also be used in a wide variety of other applications where similar conventional devices are commonly used. For example, a microfluidic nozzle array device can be used to spot an array of DNA or protein on a substrate. This is an alternative to using the conventional capillary suction method currently used with metal capillaries. Currently, DNA array spotting is primarily performed by “sucking” DNA fragments into the open ends of a metal capillary. In order to spot within the array configuration on the glass slide, the split ends of the capillaries are pushed slightly onto the glass slide using a robotic arm or the like to facilitate the deposition of DNA fragments. Metal capillaries tend to “jump” out of the glass slide as soon as they are lifted from the glass slide. As a result of this phenomenon and other factors, it is well known that some 20% of the spots in the array are incomplete. For example, either the spot is bare or the amount of deposited material is insufficient. Spotting is usually performed using an expensive machine with rows of 8-12 capillaries, and the capillaries are rinsed and reused for different DNA samples.

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。   The microfluidic nozzle array device disclosed herein has a nozzle opening smaller than a conventional nozzle configuration (for example, 20 μm or less), and the microfluidic nozzle array device is smaller than a conventional metal capillary. Many advantages can be realized by using a device. First, the injection molded microfluidic nozzle array device can be discarded after each deposition. This eliminates the time-consuming rinsing process and eliminates the risk of cross-contamination because the device is not reused. Second, DNA or protein molecules are adsorbed on the metal surface, but not on the walls of the polymer nozzle. Spotting is therefore more complete when molecules leave the polymer nozzle and are deposited on the glass slide. Third, since a two-dimensional nozzle / spotter can be manufactured at low cost, the speed of the spotting operation is greatly increased. Fourth, depositing DNA or protein molecules from a polymer nozzle by pumping the molecules from the nozzle with high pressure air and / or an electric field for electrospray using one of the devices described above. Can help.

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。   Microfluidic nozzle array devices can also be used for spotting matrix assisted laser desorption ionization (MALDI) plates, pipette replacement, and capillary spotting methods. In the case of matrix-assisted laser desorption and ionization mass spectrometry, the main analytical technique for protein molecules and high molecular weight fragments, the molecules to be analyzed are deposited on the matrix material layer and are usually UV-evaporable by a UV laser. Absorbing molecule. In this way, the target molecule is carried into the gas phase and ionized together with the matrix molecule. Conventionally, metal (usually aluminum) MALDI plates are manually spotted using a micropipette, more recently using a capillary. Using a metallized polymer nozzle for spotting increases the efficiency of the ionization process. First, the matrix material is electrosprayed onto an aluminum MALDI plate. The aluminum MALDI plate is held at ground potential while the metal coated nozzle is held at a high voltage. Or vice versa. The molecules of interest are then electrosprayed onto the matrix material in a new nozzle. Spraying allows matrix molecules and target molecules to be mixed more uniformly with each other, thus increasing the efficiency of laser-assisted desorption and ionization. Also, spotting of the MALDI plate may be performed using a two-dimensional array of nozzles to obtain high throughput. Thus, the density of the nozzle array can be greatly increased, and as a result, the density of the spotting array can be increased. Therefore, more test or experimental sites can be provided on the substrate as a result of the increased spotting density. It is also understood that an electric field can be used to assist the spotting process. The electric field can be generated by using the arrangement illustrated in FIG. 3 or by some other type of suitable arrangement.

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。   It is further understood that pipette tips for nano to picoliter dispensing can be made using manufacturing methods disclosed herein based on injection molding techniques. In other words, by producing a mold and injecting resin into the mold, the pipette tip has a long main body and a tip opening whose inner diameter is less than about 20 μm (the outer diameter of the tip is less than about 50 μm). A pipette tip can be formed that ends at a).

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。
The following examples serve only to illustrate some embodiments of the present microfluidic array device and are not intended to limit the scope of the invention in any way.
Example 1
A polymer microfluidic nozzle array device is fabricated using the techniques disclosed herein and first a mold designed for the injection molding process is provided. The mold is made of metal, and the conical surface of the mold that defines the nozzle portion of the microfluidic device is polished with diamond paste to form a highly polished surface. More specifically, the conical surface is polished with 1 μm diamond particles to achieve a near mirror finish for a nozzle formed as part of a microfluidic device. Fabrication of the microfluidic device involves injecting polybutyl terephthalate (PBT) into a closed mold, then curing the formed structure, and finally removing the molded microfluidic nozzle array device from the mold. Do by removing. The microfluidic nozzle array device is formed such that the average outer diameter of the nozzle is about 60 μm and the average inner diameter of the tip (ie, the diameter of the nozzle opening) is less than about 20 μm.

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。   By polishing the conical surface of the mold defining the nozzle, the outer surface of the nozzle becomes very smooth and the outer diameter of the nozzle is more constant between nozzles and between mold runs. By providing a smooth, highly polished surface in the conical portion, resin flow friction is reduced, resulting in increased accuracy and efficiency of the injection process. These techniques provide advantages when forming very small dimension structures such as the nozzles of the present microfluidic devices having microscale features.

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。
The microfluidic nozzle array device is then used as an electrical spray device to spray a liquid sample that is placed in a microfluidic feature formed in the microfluidic nozzle array device. As already detailed, the nozzle serves to spray the liquid sample into a fine mist by evaporation induced by an electric field. In this embodiment, a voltage between 5 and 6 KV is applied to a conductive region formed around the nozzle tip to obtain the required electric field. The evaporated and ionized sample is then injected into the inlet of the analytical mass spectrometer.
(Example 2)
A polymer microfluidic nozzle array device is fabricated using the techniques disclosed herein and first a mold designed for the injection molding process is provided. The mold is made of metal, and the conical surface of the mold that defines the nozzle portion of the microfluidic device is polished with diamond paste to form a highly polished surface. More specifically, the conical surface is polished with 1 μm diamond particles to achieve a near mirror finish for a nozzle formed as part of a microfluidic device. Fabrication of the microfluidic device involves injecting polybutyl terephthalate (PBT) into a closed mold, then curing the formed structure, and finally removing the molded microfluidic nozzle array device from the mold. Do by removing. The microfluidic nozzle array device is formed such that the average outer diameter of the nozzle is about 60 μm and the average inner diameter of the tip (ie, the diameter of the nozzle opening) is less than about 20 μm. The mold is configured to form a microfluidic nozzle array strip having two rows of 12 nozzles each.

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。
As soon as the molded microfluidic nozzle array strip is removed, the above process is repeated to form one or more other microfluidic nozzle array strips. The microfluidic nozzle array strips are then placed side by side and adjacent strips are removably secured to each other by applying an adhesive (eg, an adhesive) to the edges of each strip. More specifically, after heating the edges so that the polymeric material is soft, adjacent strips are aligned along these edges to produce a melted bond between the two touched edges. . Preferably, the melted bond between adjacent strips includes a weak portion (eg, a score line or the like can be formed along the bond, or of the bonded interface portion between two strips. As a result, one strip can be easily pulled away from the other. Paste any remaining microfluidic strips in the same way to form a single, tiled microfluidic nozzle array device with weak portions between adjacent microfluidic devices joined together . The number of microfluidic nozzle array strips joined to the desired overall size of the microfluidic nozzle array device, more specifically to the desired overall number of reservoirs and nozzles per each microfluidic device. Dependent. In use, a single, tiled microfluidic nozzle array device is divided into two or more parts. These can be used or further divided into smaller additional microfluidic devices.
(Example 3)
A polymer microfluidic nozzle array device is fabricated using the techniques disclosed herein and first a mold designed for the injection molding process is provided. The mold is made of metal, and the conical surface of the mold that defines the nozzle portion of the microfluidic device is polished with diamond paste to form a highly polished surface. More specifically, the conical surface is polished with 1 μm diamond particles to achieve a near mirror finish for a nozzle formed as part of a microfluidic device. Fabrication of the microfluidic device involves injecting polybutyl terephthalate (PBT) into a closed mold, then curing the formed structure, and finally removing the molded microfluidic nozzle array device from the mold. Do by removing. The microfluidic nozzle array device is formed such that the average outer diameter of the nozzle is about 60 μm and the average inner diameter of the tip (ie, the diameter of the nozzle opening) is less than about 20 μm. The mold is configured to form a microfluidic nozzle array strip having two rows of 12 nozzles each.

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。   As soon as the molded microfluidic nozzle array strip is removed, the above process is repeated to form one or more other microfluidic nozzle array strips. FIG. 17 roughly illustrates the concept of multiple nozzle subunit structures arranged in tiles or otherwise combined into a large size microfluidic nozzle array device. A base plate 600 is provided and serves as a means for receiving a number of nozzle subunit structures (shown generally at 610). Receiving is performed such that the nozzle subunit structure 610 is releasably connected to the base plate 600. More specifically, the base plate 600 is a frame-like member and has a predetermined number of holding rails 620. The holding rails 620 are attached to the pair of end walls 630 at their ends. The rails 620 are spaced from each other such that an open slot 640 is formed between adjacent rails 620.

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。   As illustrated in FIGS. 17 and 18, each rail 620 has a number of clamping features 650 formed as part of the rail 620 and spaced along the length of the rail 620. The clamp feature 650 includes sidewalls 652 spaced from each other and defining a retention slot 660 therebetween. The side walls 652 are disposed parallel to each other and extend upward from the floor 652 of the clamp feature 650. The distance between the inner surfaces of the side walls 652 provides a friction fit between the side walls of the nozzle and subunit structure 610 so that the structure 610 can be secured to the base 600 and at the same time the structure 610 can be easily removed from the base 600. Selected as possible. Accordingly, the distance between the inner surfaces of the sidewalls 652 is equal to or slightly greater than the width of the sidewalls of the structure 610 received in the retention slot 660 between the sidewalls 652.

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。   Alternatively, the retention slot 660 can be formed between two sidewalls 652 spaced from each other with the entire length of the rail 620 having a “U-shaped” cross section. In this embodiment, the entire rail 620 functions as a locking member instead of a separate clamp feature 650 that is spaced along the length of the rail 620.

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。   In the illustrated embodiment, each nozzle subunit structure 610 includes four nozzles 612 and four reservoirs (not shown) on the opposite side of the structure 610. For illustrative purposes only, the nozzle 612 is illustrated as facing away from the clamp feature 650 (so that the nozzle 612 is in a plane above the clamp feature 650). However, the structure 610 can be releasably connected to the base 600 such that the nozzle 612 faces in the opposite direction. In other words, the reservoir at the opposite end of the microfluidic channel faces away from the clamp feature 650 and lies in a plane above the clamp feature 650.

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。   Connecting the nozzle subunit structure 610 to the base 600 in a releasable manner means that two opposing side walls 611 of one nozzle subunit structure 610 face two adjacent rails facing each other with an open slot 640 therebetween. This is done by inserting it into the holding slot 660 of 620. One side wall 611 can be inserted first and then the other side wall 611 can be inserted into the other retaining slot 660, or after both side walls 611 are aligned with the slot 660, the nozzle-subunit structure is pushed down. The side wall 611 can also be effectively placed in the holding slot 660. Both the nozzle subunit structure 610 and the base 600 are preferably formed of plastic material, and the dimensions of the structure are carefully selected so that a frictional fit occurs when the sidewall 611 is received in the retention slot 660. When sidewall 611 is received in retention slot 660, nozzle 612 and reservoir are received in open slot 640 so that these elements are not obstructed by base 600. In other words, since the reservoir opening is not blocked, it is possible to place the sample into the reservoir otherwise, and the nozzle opening is not blocked so that the sample can be discharged.

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。   In one embodiment, the base 600 is formed of a polymer material and is manufactured using an injection molding process such that the base 600 is formed as a unitary structure. Friction fit is one way to releasably connect the nozzle subunit structure 610 to the base 600, but using a small amount of adhesive at the interface between the sidewall 611 and the clamp feature 650, a variety of It may be ensured that the nozzle / subunit structure 610 stays in place during an application (such as when the base 600 may need to be turned over). Further, depending on the application, it may be necessary to apply a force to the back of the nozzle subunit structure 610 (eg, to start a plunger in the reservoir), so that when this force is applied, the nozzle subunit structure 610 , It is desirable to stay in place and not disengage from the base 600. Any suitable number of pressure-sensitive adhesives can be used. It will be appreciated that one type of adhesive is a releasable adhesive that allows the nozzle subunit structure 610 to be removed from the base 600.

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。   FIG. 19 illustrates a base 600 of another embodiment that is very similar to the configuration illustrated in FIGS. In this embodiment, the clamp feature 650 is configured to receive two sidewalls 611 of adjacent nozzle subunit structures 610. That is, the distance between the inner surfaces of the side walls 652 is selected such that the width of two side walls 611 arranged in close contact with each other is approximately equal to or slightly smaller than the distance between the inner surfaces of the side walls 652. ing. In other words, the slot 660 is configured to receive and hold two side walls 611 of adjacent nozzle subunit structures 610. In order to removably couple the nozzle subunit structure 610 to the base 600 according to this embodiment, after placing one sidewall 611 in the slot 660, the other sidewall 611 of the adjacent nozzle subunit structure 610 is In the slot 660 next to the other side wall 611. This provides a friction fit and ensures that both adjacent nozzle and subunit structures 610 are held in place. Unlike the embodiment of FIGS. 17-18, in this embodiment, two sidewalls 611 need to be placed in one slot 660 in order to effectively couple each nozzle subunit structure to the base 600. .

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。   It will be appreciated that other members may be used in addition to the clamp members described above. For example, each clamp member can be comprised of a spring biased clip to receive the sidewall 611 in a frictional manner and maintain and hold the sidewall 611 in a releasable manner. The clip can be composed of two opposing plates connected at one end via a hinge to bias the plates in the direction of each other. After receiving the side walls 611 at opposite ends of the plate and inserting the side walls 611 between the plates, the side walls 611 between the plates are directed toward the hinged end. The biasing action between the plates ensures that the side wall 611 is securely gripped between the plates, while at the same time it can be removed simply by overcoming the biasing force and lifting the side wall 611 upwards away from the plate.

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。   FIG. 20 illustrates still another base 700. The base 700 aligns or otherwise combines a number of nozzle subunit structures into a larger size microfluidic nozzle array device and one of the microfluidic nozzle array devices. This is to increase the volume of the reservoir forming the part. The base plate 700 is formed of a plastic material, preferably a plastic material that can be injection molded. As previously mentioned, the low cost of forming the base plate 700 by injection molding without compromising the overall integrity of the base plate 700 or the micro-scale features formed as part of the base plate 700. A method is obtained.

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。   In this particular embodiment, the base plate 700 is similar to a conventional microtiter plate with a particular configuration on the surface that accepts a robotic dispensing pipette, for example 96 wells. Base plate 700 can be formed in many different shapes. However, the base plate 700 generally includes an upper surface 702 and an opposite lower surface 704. The base plate 700 has a large number of open end wells 710 formed therein and arranged according to a predetermined pattern. The upper end 712 of the well 710 partially defines the upper surface 702 of the base plate 700, while the lower end 714 of the well 710 is spaced from the lower surface 704. The well 710 has a tapered configuration in that the width of the upper end 712 is larger than the lower end 714 of the well 710. It will be appreciated that the well 710 can be formed with any number of different cross-sectional shapes, and in one exemplary embodiment, the well 710 has a generally annular shape (ie, a circular cross-section).

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。   Base plate 700 is configured to hold at least one microfluidic nozzle array device, such as device 100 illustrated in FIG. For purposes of explanation, it will be described that base plate 700 is used to hold device 100. However, it is understood that devices having different features and / or configurations can be used as long as the device has retention features that can be coupled to and retained by the base plate 700. More specifically, the device 100 has many features formed therein for coupling with the lower end 714 of the well 710. For example, the first surface 120 of the device 100 includes a reservoir wall 124 that partially defines a reservoir 160. In the exemplary embodiment, the reservoir wall 124 has an annular shape because the reservoir 160 itself is such shaped. The first surface 120 is configured such that the reservoir wall 124 is raised relative to a portion of the periphery of the first surface 120. Therefore, the member can be fitted around the outer surface of the reservoir wall 124.

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。   The base plate 700 is configured to allow easy coupling of one or more devices 100 to the base plate 700 so that a large number of small devices 100 can be combined into a large grid device 100. Such a coupling between the device 100 and the base plate 700 is virtually releasable in that any one of the devices 100 can be easily removed and / or replaced. In order to couple one or more devices 100 to the base plate 700, the placement of each device 100 is performed such that the reservoir 160 is aligned with a well 710 formed in the base plate 700. Because the inner diameter of the lower end 714 of the well 710 is slightly larger than or approximately equal to the outer diameter of the reservoir wall 124, the lower end 714 of the well 710 fits snugly onto the reservoir wall 124, so that the device 100 can be Can be combined.

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。   Since the wells 710 are disposed throughout the base plate 700, there is a corresponding well 710 for each reservoir 160, and when the device 100 is securely coupled to the base plate 700, the device 100 There is at least one well 710 aligned with each of the reservoirs 160. Since there is a corresponding well 710 for each reservoir 160 of the device 100, the base plate 700 serves to actually increase the volume of the reservoir 160 because the well 710 serves as an extension of the reservoir 160. Fulfill. In other words, the reservoir 160 can be filled through the well 710 and any amount of sample overflowing from the reservoir 160 is only stored in the well 710. Since the sample is ejected through nozzle 170 in the manner described above, the sample from well 710 is fed into reservoir 160 to replace the dispensed amount. Increased reservoir volume behind each nozzle 170 increases other advantages to the base plate 700 and the effective size of the reservoir in that the device 100 can accommodate and adapt to robotic dispensing equipment. That ability exists. This is illustrated in FIG. The figure shows that the volume that contains the sample (eg, liquid) in each well 710 is much larger than if samples were received using only the reservoir 160 of the nozzle array.

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。   Alternatively, the lower end 714 can interface with the reservoir wall 124 in a different manner in that the lower end 714 is received within (between) the reservoir walls 124. In other words, the outer diameter of the lower end 714 is selected to be slightly less than or approximately equal to the inner diameter of the reservoir wall 124. In this embodiment, the lower end 714 is snugly received within the reservoir wall 124 to ensure that the device 100 is coupled to the base plate 700.

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。   Whether the lower end 714 is received within the reservoir wall 124 or the lower end 714 is disposed around the reservoir wall 124, in both cases, the coupling at the junction between the lower end 714 and the reservoir wall 124 causes a fluid tightness. And a hermetic bond is formed for gases at pressures up to several pounds per square inch (psi).

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。   As illustrated in FIG. 20, when the device 100 is coupled to the base plate 700, the lower surface 704 protrudes beyond the nozzle 170 (eg, extends downward) and has a chamfered edge 705. The tip of the nozzle 170 is protected without interfering with the function of the nozzle 170. The lower surface 704 should extend below the nozzle tip to prevent damage to the nozzle tip and allow the base plate 700 to fit flush with the flat surface. This may be the case when the base plate 700 is attached to an instrument such as an electrospray device or a spectrophotometer. Also, the protruding corner of the base plate 700 protects the tip of the nozzle 170 during handling.

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。   In embodiments where the base plate 700 functions as an interface plate for a robotic dispensing device, the base plate 700 is of a height that complements a conventional robotic dispensing device. In one exemplary embodiment, the base plate 700 includes 96 open end wells 710 arranged in a standard 8 × 12 grid configuration. The overall height of the base plate 700 and the nozzle array device 100 can be formed to match the height of a standard microtiter plate. In this way, the reservoir volume can be varied and selected in view of the predetermined application of the device 100. For example, without the need to change the mode design of the nozzle array device 100, the combined volume of the well 710 and the reservoir 160 is about 370 μl as in one of the standard volumes for 96 well plates. As such, or to some other desired volume, the base plate 700, more specifically its well 710, can be formed. In other words, the effective volume of the reservoir 160 can be changed by changing the dimensions of the well 710 as opposed to having to prepare various devices 100 having reservoirs 160 of different volumes.

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。   Furthermore, attaching the device 100 with an array of nozzles with 384 well spacing to 96 well plate attachments, using only one of every four nozzles at each lower end 714 of the well 710. If attached, it is possible. Thus, not all wells 710 and / or reservoirs 170 need be used in any given application. A further advantage of arranging the base plate 700 like a tile is that the existing commercial seal mat and its robotic seal mechanism can be applied directly to the base plate 700 without major changes. .

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。   The upper end 712 of the wall 710 is configured to fit a pierceable seal mat 725. The pierceable seal mat 725 is disposed over the entire upper surface of the base plate 700 so that at least the upper end 712 of the well 710 is covered by the pierceable seal mat 725. Puncturable seal mats 725 are known in the art and can be obtained from many commercial sources. A pierceable seal mat 725 can be used to prevent evaporation of sample liquid from the well 710, but the base plate 700 is being modified in preparation for transfer to one instrument such as a mass spectrometer. .

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。   That is, base plate 700 incorporates an open-ended well 10 similar to an open-ended tube and has a first diameter at one end (eg, lower end 714) for interfacing with reservoir wall 124 of device 100. However, the second diameter at the other end is selected such that the opening at this end is the same as a conventional well in the microtiter plate 700. Advantages gained by the base plate 700 include increased sample storage volume, improved reservoir sealing with commercially available seal mats, and improved handling of the nozzle array device 100. In addition, since the base plate 700 is preferably manufactured by an injection molding process, the cost of the base plate 700 is also relatively low.

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。   FIG. 21 illustrates another embodiment for effectively increasing the volume of the reservoir 160 of the device 100. More specifically, an open end conduit member 800 is mated with the reservoir 124 to effectively increase the volume of the reservoir 160. The conduit member 800 in one exemplary embodiment is a piece of tubing having an open first end 802 and an open second end 804. The pipe 800 can be configured so that the dimensions are the same along its length, or the pipe 800 can be configured such that the dimension of one end is larger than the other end. . In the latter embodiment, the pipe 800 has a tapered configuration. Shown in FIG. 21 is a slightly tapered configuration of a pipe 800 in which the dimensions of the first end 802 attached to the reservoir wall 124 are spaced above the first surface 120 of the device 100. A pipe 800 that is smaller than the second end 804 arranged with the

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。   In one embodiment, the inner diameter of the first end 802 is slightly greater than or approximately equal to the outer diameter of the reservoir wall 124 so that the first end 802 fits snugly around the reservoir wall 124. (E.g., to provide a liquid and air tight junction between the device and the pipe 800). Alternatively, the first end 802 can be received within the reservoir 160 because the outer diameter of the first end 802 is slightly less than or approximately equal to the inner diameter of the reservoir wall 124, so that the device 100 and piping 800 can be securely coupled.

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。   The pipe 800 can be formed of any number of materials normally used for forming pipes, such as plastic materials and rubber materials. As in the embodiment illustrated in FIG. 20, the pipe 800 effectively increases the volume of the reservoir 160 because the pipe 800 functions as an extension of the reservoir 160. This results in the advantages described above with respect to the base plate 700.

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。   FIG. 22 illustrates yet another embodiment base plate 900 that is similar or identical in construction to the base plate 700. The difference between the arrangement illustrated in FIG. 22 and the arrangement illustrated in FIG. 20 is that the configuration of the base plate 900 is different from the nozzle array configuration of the device 100, and the configuration of the base plate 700 and the device 100 is as follows. In contrast to what was intended to fit each other. For example, the base plate 900 can be in an 8 × 12 96-well grid configuration, while the nozzle array device spacing can be associated with 384-well plate spacing. In other words, the number of reservoirs 160 is greater than the number of wells 710 so that each reservoir 160 is not aligned or matched with the corresponding well 710. However, each well 710 is preferably aligned with one reservoir 160. That is, such a base plate configuration is configured to use only the selected reservoir 160, as opposed to using all of the reservoir 160, and allows the base plate and / or nozzle array device to be used for a particular application. There is no need for custom configuration.

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。   In the embodiments of FIGS. 20-22 described above, the nozzle array is compatible with the microtiter plate configuration, but the size of the nozzle array components is small, and a large number of nozzle array devices are gathered together like a tile. Can be used to line up. Advantageously, each embodiment provides a means for increasing the effective volume of the reservoir of the nozzle array device. This is because the well formed in the plate effectively and reliably couples with one end of the reservoir so that the sample can be injected into the well, so that the sample is in the reservoir and finally This is because it is fed into the nozzle tip. By increasing the effective volume of the reservoir, the nozzle array device can be made more compatible with robotic dispensing equipment.

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。   Next, still another embodiment of the present invention will be illustrated with reference to FIGS. In FIG. 23, a general mass spectrometer setup is schematically shown. The mass spectrometer includes a mass spectrometer unit 1000 and a conventional electric spray needle assembly 1010. The electrospray needle assembly 1010 is used to convert a liquid sample into a vapor jet by a technique commonly referred to as electrospray ionization (ESI). The electrospray needle assembly 1010 sprays the sample at a flow rate of about 5 microliters / minute or more, depending on the exact application and operating parameters. The electrospray needle assembly 1010 can be attached and secured to the mass spectrometer unit 1000 to ionize the liquid sample to form a vapor jet. The vapor jet is partially received in the inlet port of the mass spectrometer 1000. For example, the mass spectrometer 1000 has an inlet cone 1030 that is configured to receive a portion of the vapor jet formed by the electric spray needle assembly 1010. Extending through the interior of the inlet cone 1030 is an inlet opening for receiving a steam jet.

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。   In electrospray ionization, the analyte solution is passed through a capillary at atmospheric pressure into a small diameter tip 1012 held at a high voltage (eg, several KV). The effect of the electric field as the solution exits the tip 1012 is to generate a spray of strongly charged droplets, which are potential (and pressure) gradients, in this case an analyzer that is a mass spectrometer unit 1000 Go down towards. The tip 1012 is typically spaced from the inlet cone 1030 and is positioned such that the opening formed through the tip 1012 is not axially aligned with the opening formed through the inlet cone 1030. Instead, the tip 1012 is positioned so that its longitudinal axis is perpendicular to the axis through the opening of the inlet cone 1030. Further, when the electrospray needle assembly 1010 is fixed in position relative to the mass spectrometer unit 1000, the opening formed through the tip 1012 and the opening formed through the inlet cone 1030 are typically In the same plane.

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。   Electrospray ionization is very inefficient. This is because the electrospray ionization feature allows the analyte solution flow rate to be relatively high so that a sufficient amount of sample is received in the inlet cone 1030 so that the mass spectrometer unit 1000 can function properly. That is why. For example, it is common for only about 4% of the sprayed analyte solution to be trapped within the inlet cone 1030, which results in a significant amount of sample due to the high sample flow rate of the analyte solution in electrospray ionization applications. It will be wasted.

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。   Because of the aforementioned and other imperfections, nanospray is an attractive alternative to electrospray ionization and is increasingly becoming so. Nanospray is a technique used in mass spectrometry to convert a liquid sample into a vapor jet using substantially less sample compared to conventional electrospray ionization. As mentioned above, the sample flow rate through the nanospray nozzle is typically well below 1 microliter / minute. However, there are many disadvantages that must be overcome to realize the benefits of nanospray. For example, one of the problems encountered when a user attempts to use the mass spectrometer unit 1000 for both nanospray and electrical spray applications is to use an existing apparatus with a nanospray device. In some cases, the user needs to remove the conventional ESI fixture and insert the selected nanospray device in place. In other words, the conventional electrospray needle assembly 1010 must be removed from the mass spectrometer unit 1000 so that the nanospray device can be secured to the same framework that supports the electrospray needle assembly 1010. This is a very time consuming task. This is because each assembly is typically bolted to the frame that secures the mass spectrometer unit, so to remove one assembly, the user unscrews the assembly and puts the other in place. This is because it must be bolted. The time required to set up and run the analysis must account for the time required to verify that the correct instrument is in place, including the aforementioned Multiple bolting / rebolting steps may be required. Furthermore, such an arrangement cannot use a “universal” nanospray device that can be used with various types of mass spectrometer units. This is because the nanospray device must be bolted onto the mass spectrometer unit framework.

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。   As best shown in FIGS. 24, 25, 29, and 30, the universal problem is solved so that the change from ESI to nanospray application can be made easier and less time consuming. A simple holder device 1100 is provided. The holder device 1100 is for use with a predetermined size nozzle array device, such as the nozzle array device 100, and includes a frame 1110 that receives the device 100. As already detailed, device 100 is in the form of a small plastic tip and includes a nozzle array therein. The frame 1110 is preferably made of a plastic material and has an opening 1112 formed therein. The opening 1112 complements the outer periphery of the device 100 in shape and size so that the device 100 has no or little space in the opening 1112 between the device 100 and the frame 1110. Are arranged as follows. Preferably, the dimensions of device 100 and opening 1112 are such that a close friction fit occurs between device 100 and frame 1110. In addition, the use of a bonding support agent such as a pressure-sensitive adhesive (adhesive) can ensure that the device 100 continues to be held in a predetermined position within the opening 1112 of the frame 1110. In one embodiment, each device 100 and frame 1110 is square or rectangular.

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。   It is also understood that the device 100 and the frame 1110 can be formed as a single integral part by a common injection molding process. This eliminates the steps of placing the device 100 in the frame 1110 and ensuring that the two are coupled together.

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。   As illustrated in FIGS. 23, 24, and 30, the holder device 1100 also has a holder 1120 for securely holding the frame 1110 in place, so that the device 100 can be connected to the mass spectrometer unit 1000 and more. Specifically, it can be properly aligned with the inlet cone 1030. The holder 1120 can be any number of different shapes as long as it includes a flat platform 1130. According to one exemplary embodiment, the holder 1120 is generally L-shaped in that it includes a support portion 1132 that intersects and is integral with one end of the flat platform 1130. That is, the support portion 1132 and the flat platform 1130 are disposed at right angles to each other, giving the holder 1120 a substantially L-shaped configuration. In one exemplary embodiment, the holder 1120 is formed of a single piece of plastic, such as plexiglass material.

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。   The flat platform 1130 is connected to the support portion 1132 at its first end 1134, and at the second end 1136, the device / frame combination is held fixed in place. More specifically, at or near the second end 1136, the first and second retaining members 1140, 1142 are spaced apart from each other, with a space 1144 for receiving the frame 1110 therebetween. Is formed. The first and second holding members 1140, 1142 can comprise any number of different types of members that are configured to fit and hold members therebetween. By way of example and according to one exemplary embodiment, the first and second retaining members 1140, 1142 are simply long rails that are formed as part of or secured to the top surface of the flat platform 1130. is there. The rails 1140 and 1142 are arranged parallel to each other such that a parallel slot or space 1144 is formed therebetween. The dimensions of the space 1144 supplement the dimensions of the frame 1100 so that the frame 1100 can be received and retained within the space 1144. For example, the width of the space 1144 can be approximately equal to the width of the frame 1100 so that when the frame 1100 is placed in the space 1144, a positive friction fit is formed between these components, Or it can even be very slightly smaller than the width of the frame 1100. Because the holder 1120 is intended to be reused with other frames 1100, the frame 1100 can be removed from the holder 1120 so that the user can insert and secure the other frame 1100 into the rails 1140, 1142. It must be.

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。   When the device 100 is securely held in place between the rails 1140, 1142, the device 100 is oriented perpendicular to the flat platform 1130. In other words, the device 100 stands up between the rails 1140, 1142. The height of the rails 1140, 1422 is a height that does not interfere with spraying the sample through a nozzle formed as part of the device 100. That is, the rails 1140 and 1142 typically do not extend above the bottom end of the frame 1100 and therefore do not hide the bottom nozzle. The lengths of the illustrated rails 1140 and 1142 are such that they do not extend above the end of the frame. However, this is not important and the opposite configuration is equally applicable.

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。   As best shown in FIGS. 24, 25, and 30, the frame 1100 also preferably has positioning and retention features formed as part of one or more faces of the frame 1100. In one exemplary embodiment, one face of frame 1100 includes four posts 1160 spaced at each corner of frame 1100. The illustrated frame 1100 has a generally square shape, so the distance between any two posts 1160 is substantially the same. Two of the posts 1160 function as positioning and retention features by mating with one of the rails 1140, 1142. More specifically, two lowest-order posts 1160 are formed on the frame 1100 and are spaced apart from each other, so that one of the rails 1140 and 1142 can be rubbed between the lowest-order posts 1160. The frame 1100 is positioned on the holder 1120, and the frame 1100 is positioned and locked by being locked in place. Each post 1160 is sufficiently high to fit in one of the rails 1140, 1422 in a manner that limits the lateral movement of the frame 1100. In other words, the post 1160 prevents the frame 1100 from moving laterally, whether the user attempts to apply a lateral force to the frame 1100 or is accidentally applied. Thus, in order to place or remove the frame 1100 in the holder 1120, the user must push or lift the frame 1100 downward while the individual rails 1140, 1422 are located between the posts 1160. . The post 1160 also serves to protect the nozzle 150 when the device 100 is turned upside down and the surface with the outwardly extending nozzle 150 becomes the ground contact surface. In the absence of the post 1160, the tip of the nozzle 150 corresponds to the lowest point of the device 100, so that the tip may hit the surface and be damaged and / or destroyed. In the state with the post 1160, the post 1160 corresponds to the lowest point of the device 100, so the post 1160 first hits the ground instead of the nozzle tip hitting the ground. Thus, the post 1160 serves to protect the nozzle 150. Therefore, the length of the post 1160 must be greater than the height of the nozzle 150.

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。   As shown in FIGS. 24 and 25, the frame 1100 includes tabs 1101 for handling the frame 1100. For example, the tab 1101 extends outward from one end of the frame 1100 so that the user can easily grasp the user member when the user is inserting the frame 1100 into or out of the holder 1120. ing. That is, when the frame 1100 is inserted into the holder 1120, the tab 1101 is positioned on the upper end of the frame 1100 so that the user can easily access the tab 1101. Accordingly, when the user lowers the frame 1100 into the holder 1120, the user grasps the frame 1100 with the tab 1101, and conversely, the user grasps the tab 1101 and removes the frame 1100 from the holder 1120. The illustrated tab 1101 is square, but the tab 1101 can be any other number of shapes, such as an ellipse, a triangle, a variant, and the like.

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。   The remaining portion of the flat platform 1130 can be used as a support surface to hold other components that can be used in various nanospray applications. As an example and as detailed below, a capillary device 1300 (shown in the embodiment illustrated in FIG. 30) that can be used to ionize and inject the sample into the reservoir 160 of the various nozzles 150 of the device 100. Can be supported by a flat platform 1130.

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。   If the holder 1120 is to be securely connected to the framework that supports the other components of the mass spectrometer unit 1000, the configuration and positioning of the holder 1120 ensures that the frame 1100 is held between the rails 1140 and 1142. Occasionally, at least one nozzle 150 of the nozzle array is designated as a targate nozzle positioned proximate the inlet cone 1030 of the mass spectrometer unit 1000 to inject a sample into the inlet cone 1030. If a sufficient amount of sample injected into the nozzle 150 is carried into the inlet cone 1030, the exact position of the device 100 is changed. For example, in the embodiment shown in FIG. 23, the axis through the tip opening formed in the nozzle 150 is perpendicular to the axis through the inlet cone 1030, similar to the manner in which a conventional electric spray device is placed. However, the nozzle tip opening need not be in the same plane as the opening formed in the inlet cone 1030. In contrast, the device 100 can be locked in the holder 1120 such that the nozzle 150 is positioned slightly above the inlet cone 1030 (the axis of the nozzle tip opening is perpendicular to the axis of the inlet cone 1030). In other words, FIG. 23 is an example of an arrangement of nanospray devices in the source region of the mass spectrometer unit. The nanospray device is positioned so that the nozzle 150 points toward the inlet cone 1030. Because the amount of sample sprayed by the nanospray nozzle 150 is substantially less than that of the ESI, the spray can be directed to the inlet cone 1030 without applying a large amount of vapor to the mass spectrometer unit 1000. FIG. 29 shows an alternative arrangement in which the axis through the nozzle opening is parallel to the axis through the opening of the inlet cone 1030 and possibly axially aligned with this axis.

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。   The nanospray apparatus includes a holder 1120 and accesses the source region of the mass spectrometer unit 1000 through a cutout portion of a transparent cover surrounding the source region. For different types of mass spectrometer units 1000, different covers with appropriate cutouts must be made and replaced with the original cover. However, it is possible to operate the mass spectrometer without enclosing the source region with a cover, but it is generally preferable to have a cover due to the presence of high pressure and relatively high temperature in the source region. Understood.

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。   As shown in FIG. 30, the nanospray device may be coupled to an automatic positioning system 1400 so that the nanospray device can be easily taken to an appropriate position relative to the mass spectrometer unit 1000. preferable. More specifically, the system 1400 preferably includes an automated robotic robot that is movable in x, y, and z directions so that at least selected nozzles 150 of the nozzle array can be adjusted relative to the position of the inlet cone 1030. System.

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。   There are many commercially available robotic systems 1400 suitable for use with the present invention. Typically, the robot system 1400 has at least an x, y, z coordinate drive system to adjust the device 100 until the appropriate x, y, z coordinates are determined and stored in the programmable system. It has become. Because the device 100 has a number of nozzles 150 that can be used for a given experiment or application, the system 1400 maps the x, y, z coordinates of the nozzles 150. This can be based on user input information such as nozzle array size. For example, if a device 100 with 96 nozzles 150 arranged in an 8 × 12 grid is selected, the user selects the grid array size (8 × 12) as the robot system 1400 user interface ( For example, a coordinate map is generated and the relative coordinate positions of all the nozzles 150 are indicated. The robotic system 1400 can receive other information regarding other parameters or features of the overall system, such as the type of mass spectrometer unit 1000, and the optimality of the spray nozzle 150 (one of the nozzles in the array). The x, y, z coordinates are determined and the robotic device 1400 moves the device 100 to set the spray nozzle 150 to the optimal coordinates.

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。   As soon as the spray nozzle 150 completes the spray operation, the robot system 1400 moves the device 100 to place the other one of the nozzles 150 in the optimal x, y, z coordinates. Thus, when the spray operation is complete, each nozzle 150 is set to the optimal x, y, z coordinate so that a sufficient amount of sample is injected into the inlet cone 1030 for each spray operation. In one exemplary embodiment, the robot system 1400 has a base that is movable in at least two directions. The movement is performed by being guided along, for example, a guide rail. In addition, a robot arm or the like is connected to the base, and is similarly movable in one or more directions. Preferably, the robot arm is movable in many directions, and one end of the support portion 1132 is connected to the robot arm so that the holder 1120 is supported by the robot arm, and thus the movement of the robot arm is controlled by the holder. It changes directly to the movement of 1120.

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。   Determining the optimal x, y, z coordinates depends on many different parameters, so that the goal of having a sufficient jet can be realized. Some of these parameters include electrical spray characteristics and nozzle tip opening diameter, and the user preferably observes the mass spectrometer unit 1000 when injecting a liquid sample. By changing the applied voltage, the jet profile of the sample liquid can be changed. Thus, changing any of the above parameters in addition to others can change the jet of the liquid sample and ensure that a sufficient amount of liquid sample is injected into the inlet cone 1030. The device 100 can be positioned above the inlet cone 1030 such that individual nozzles 150 point downward toward the inlet cone 1030 (see FIG. 23), but the axis through the nozzle opening is the inlet The device 100 can also be positioned so that it is axially aligned with the axis through the cone 1030 (see FIG. 29). In this embodiment, the nozzle tip is spaced from the opening in the inlet cone 1030 such that a sufficient amount of ionized sample is injected into the opening extending through the inlet cone 1030. It has become.

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。   As best illustrated in FIGS. 26-28 and 31-32, according to one aspect of the invention, the frame 1100 is metallized in a selected region and the inner surface of at least one of the rails 1140, 1422 is metallized. Thus, an appropriate voltage potential (eg, ground potential in one example) is applied to the frame 1100 of the device 100 when the frame 1100 is placed in the space 1144 between the rails 1140 and 1142. The high voltage required for spraying may also be applied to the liquid in the nozzle 150 through a metallized path from the reservoir 160 behind the nozzle 150 to the inner surface on the other side of the space 1144. Alternatively, a high voltage can be applied through a separate electrode located in the reservoir 160 behind the nozzle 150.

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。   For example, in the embodiment shown in FIGS. 26-28 and 31-32, the inner surface of one of the rails 1140, 1142 is metallized to form a conductive metallized path on the frame 1100, and the device 100 By functioning as a means for grounding or as a means for applying a high voltage to device 100, nanospray applications can be implemented. A first conductive path (electrical path) 1143 is formed on the flat platform 1130. The first conductive path 1143 includes a first end 1145 and a second end 1147. Second end 1147 terminates at rail 1140 and is in electrical contact with the conductive material on the inner surface. The second conductive path (electrical path) 1151 is also formed on the flat platform 1130. Second conductive path 1151 includes a first end 1153 and a second second end 1155. Second end 1155 terminates in rail 1142 and is in electrical contact with the conductive material on the inner surface. Preferably, the first conductive path 1143 is formed along one side edge of the flat platform 1130 and the second conductive path 1151 is on the opposite side edge of the flat platform 1130. Is formed. Each of the first ends 1145, 1153 can terminate in a contact pad or enlarged region adapted to connect to either a high voltage source or ground. The first and second conductive paths 1143, 1151 can be formed using any number of conventional techniques. For example, using a printing process to place the conductive material according to a defined path. Since one of the paths 1143 and 1151 functions as a high-voltage path and the other paths 1143 and 1151 function as ground paths, the two paths cannot intersect.

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。   In one embodiment, a conductive metallized path extends from the edge of the frame 1100 and traverses the device 100 to the reservoir behind the nozzle 150, thus causing the high voltage to flow to the liquid behind the nozzle 150. Applied to ionize the sample as it passes through the nozzle 150. Each nozzle reservoir 160 has an associated unique metallized path to the edge of the frame 1100 so that when the frame 1100 is placed in the space 1144, the metallized formed at the edge of the frame 1100. A path can be placed in electrical contact with one of the metallized inner surfaces of rails 1140, 1142. Alternatively, branching the metallized path into several branches a single metallized line at the edge of the frame 1100 into two or more metallized lines to reach two or more reservoirs 160 can do. This type of arrangement is advantageous when there is a need to simultaneously apply voltages to a particular group of nozzles or when there are a significant number of nozzles 150 and each reservoir 160 associated with each reservoir is a frame This is the case when the metallized lines are quite dense at the edges of the frame 1100 when they have their own unique metallized lines that extend to the edges of 1100. The metallized surfaces of individual rails 1140, 1142 are then operatively connected to a high voltage source, and the other rail 1140, 1422 is grounded by any number of conventional techniques. This includes, for example, forming a metallized surface on the other rail 1140, 1142 and connecting the metallized surface to ground. It is also understood that the other rails 1140, 1142 need not be grounded by including a metallized inner surface. This is because there are many other ways to obtain ground. For example, by bringing the device 100 and the entrance cone 1030 in close proximity, the entrance cone 1030 can function as a ground without contacting the frame 1100.

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。   The amount of conductive material disposed on one or more inner surfaces of the rails 1140, 1422 and its exact pattern can vary from application to application. For example, the exact pattern of conductive material on each rail 1140, 1422 depends on the pattern of conductive paths formed on the frame 1100. In other words, the two conductive surfaces must fit together to form an electrical path between them. 26 to 27 illustrate a state in which the device 100 is not disposed in the holder 1120, and FIG. 28 illustrates a state in which the holder 1120 securely holds the device 100 between the rails 1140 and 1142. Illustrate. FIG. 28 also illustrates a state where the lateral movement of the device 100 is prevented by the posts 1160 located on both sides of the front rail 1140.

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。   Alternatively, neither the frame 1000 nor the inner surfaces of the rails 1140, 1142 are provided with a conductive metallized coating, but rather a wire or the like can be inserted directly into the liquid sample placed in the reservoir 160. Multiple ends of the wire are connected to a high voltage source to expose the liquid sample to a high voltage state through the wire in operation. This serves to ionize the liquid sample when it moves from the reservoir 160 through the nozzle 150 to the tip opening. The frame 1100 can be grounded using any number of techniques, including, for example, an entrance cone 1030 that functions as a ground for the device 100 to be proximate to the device 100.

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。   FIG. 29 illustrates a nanospray device interface 1660 in combination with the mass spectrometer unit 1000. A mounting mechanism 1610, such as a positioning system 1400, is provided that translates x, y, z, and a holder 1120 is securely attached thereto. In this embodiment, electrical contacts such as conductive paths 1143 and 1151 are formed on the holder 1120. Since the holder 1120 is supported at least in part by the mounting mechanism 1610, the translational movement of the mounting mechanism 1610 translates into movement of the holder 1120.

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。
A cover 1620 of the mass spectrometer unit 1000 is disposed around the inlet cone 1030 and the frame 1100 and functions in the manner described above. In this embodiment, the device 100 is vertically oriented and positioned directly opposite the inlet cone 1030 and the target nozzle 150 delivers a sufficient amount of ionized spray into the opening formed through the inlet cone 1030. In addition, in another embodiment illustrated in FIGS. 24, 25, 30, a metallized capillary 1300 is used and its metallized tip portion is positioned in or proximate to reservoir 160. Has been. The capillary 1300 serves to inject a liquid sample into the reservoir 160. A high voltage is applied to the conductive portion through a metal or other conductive coating on the capillary 1300 so that the injected sample is charged. As the liquid sample flows out of the capillary into the microfluidic channel and into the nozzle 150, the liquid sample 150 becomes charged when it comes into contact with a conductive coating held at a high voltage at the opening of the capillary. When using a metallized or conductive capillary 1300, the capillary 1300 can be supported by a capillary holder 1310 (parallel to the microfluidic device 100) connected to the flat platform 1130 of the holder 1120, and the liquid sample can be Injecting into the capillary 1300 in a conventional manner, the metallized portion of the capillary 1300 is operably connected to a high voltage source. When using the metallized capillary 1300, there is no need to form a metallized path inside the device 100. This is because the high voltage source is connected to the capillary 1300 and not to the device 100.

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。   31 to 32 illustrate an embodiment in which an electrical path (electrode arrangement) is formed on the nozzle device 100 and the frame 1100. FIG. 31 is a plan view of the reservoir side of one exemplary embodiment, where the frame 1100 in which the device 100 is disposed includes tabs 1101 to facilitate handling of the frame 1100. In the exemplary embodiment, device 100 includes four nozzles 150, along with their corresponding reservoirs. A pair of external conductive paths 1181 are formed across the device 100 and the frame 1100. More specifically, an external conductive path 1181 extends along the two edges 1183, 1185 of the device 100. One end of the external conductive path 1181 ends at or near the entrance to the microfluidic channel connecting the reservoir 160 to the nozzle 150. The other end of each path 1181 extends from edge 1187 across frame 1100 to conductive tab 1191 formed at the edge of frame 1100. The conductive tab 1191 is preferably larger in size than the path 1181. As a result, the conductive tab 1191 is configured with an increased area of conductive material for making electrical contact with one or more electrodes formed as part of the device holder 1120. The conductive path 1181 and the conductive tab 1191 can be formed of any number of conductive materials if suitable. This is, for example, a noble metal coating or other material that can be printed according to a desired pattern on the surface of the device 100 and the frame 1100.

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。   A pair of internal conductive paths 1193 are formed across the device 100 and the frame 1100. The formation is performed at a location similar to, but different from, the external conductive path 1181. More specifically, the external conductive path 1181 extends from the remaining two reservoirs 160 to the edge 1187 and is formed between the two external conductive paths 1181. Like the external conductive path 118, each internal conductive path 1193 terminates at or near the entrance to the microfluidic channel formed through one reservoir 160. The other end of each path 1193 extends from edge 1187 across frame 1100 to conductive tab 1191 formed at the edge of frame 1100. Since the reservoir 160 associated with the internal conductive path 1193 is closer to the edge 1187, the length of the internal conductive path 1193 is shorter than the length of the external conductive path 1181. Each external conductive path 1181 is formed such that a relatively long straight portion does not interfere with the other reservoir 160 along one of the edges. In this embodiment, four conductive tabs 1191 are formed along the edges of the frame 1100, one for each of the conductive paths associated with one reservoir 160. Tabs 1191 are spaced apart from one another. However, the exact spacing and placement of the tabs 1191 is not important, rather it is a matter of design choice.

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。   FIG. 32 is a cross-sectional view through one nozzle of the device 100 according to another embodiment. As shown, the device 100 includes a nozzle 150 and a reservoir 160. According to one embodiment, a capillary 1195 is provided for pumping a liquid sample into the nozzle 150. The capillary 1195 is connected at one end to a liquid sample source. On the other hand, the other end is disposed through the microfluidic channel 30 formed through the nozzle 150. A conductive coating 1196 is disposed on a part of the capillary 1195. Preferably, the conductive coating 1196 is formed along the outer surface of the capillary 1195 from the point inside the end 1197 where the capillary 1195 enters the microfluidic channel behind the nozzle 150 to the end 1197 itself. In other words, the conductive coating 1196 is formed along the end portion of the capillary 1195. Capillary 1195 also includes an electrical contact 1198 that is electrically connected to a high voltage source. An electrical contact 1198 is connected to the capillary 1195 at a point along the conductive coating 1196 so that an electrical connection can be established between the high voltage source and the capillary 1195. Preferably, the diameter of the microfluidic channel 30 is approximately or equal to the outer diameter of the conductor coated capillary 1195 so that the capillary 1195 passes through the back of the reservoir 160 into the nozzle 150 and through the nozzle 150. A liquid-tight seal is assured when placed at the nozzle tip. By flowing a liquid sample through capillary 1195 and simultaneously applying a high voltage to conductive coating 1196 through electrical contact 1198, the liquid sample can be vaporized and ionized for use in nanospray applications.

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。   FIG. 33 illustrates a microfluidic device 1800 according to yet another aspect of the present invention. Microfluidic device 1800 is very similar to device 100. Therefore, only the differences between the two devices are described below. That is, the microfluidic device 1800 is a microfluidic device formed of a plastic material that is injection molded to form a structure in which an array of nozzles is formed as part thereof. In contrast to device 100, device 1800 is configured to be able to supply more than one nozzle 1810 from one reservoir 160. More specifically, each reservoir 160 has a base floor 1820 that is actually the interface between the reservoir 160 and two or more nozzles 1810. Base floor 1820 is preferably a flat floor. Many openings are formed in the base floor 1820, each opening corresponding to an inlet to one of the nozzles 1810. The microfluidic channel portion 1812 that forms each nozzle 1810 tapers inwardly at the distal end to define a nozzle tip 1814 that terminates in the nozzle opening 1816. Thus, nozzle opening 1816 is an opening formed along one side of device 1800 and the other side includes a much larger opening corresponding to the inlet to reservoir 160.

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。   Preferably, each nozzle opening 1816 has a diameter of about 20 to about 50 μm. The nozzle openings 1816 can be arranged in a regular or irregular configuration, wherein the spacing between the nozzle openings 1816 is preferably greater than 50 μm and up to about several hundred μm or more. In the cross-sectional view of FIG. 32, a large number of nozzles 1810 are arranged linearly, for example, along a row. Device 100 can be configured to include only one reservoir 160 such that a plurality of nozzles 1810 are in fluid communication with one reservoir 160 and one reservoir supplies a plurality of nozzles 1810 with a liquid sample.

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。   In yet another aspect of the present invention, an improved process for spraying liquid from droplets into a vapor jet using a polymer nozzle array device, such as device 100, is provided. Spraying liquid with the help of an electric field through a narrowed opening is a well-known process for generating a vapor jet for various applications. In mass spectrometer applications, a vapor jet carrying ions of a molecule of interest is sent into the mass spectrometer unit 1000 where the molecular ion mass is obtained. From the molecular mass, the chemical properties of each molecule are obtained. In the prior art, an electric field large enough to generate a vapor jet is obtained by a narrow opening or nozzle with a small radius. This is because the electric field at the nozzle is inversely proportional to the nozzle radius. Some examples of such nozzle devices include glass capillaries with one end tapered to a diameter of less than 30 μm and the outer surface at the tapered end as an electrode and micromachined silicon nozzle. It is intended to function. When the silicon nozzle is fabricated on a flat substrate, the liquid sample coming through the nozzle is charged with a high voltage while the outer surface of the nozzle 150 is held at a ground potential. The wall of the nozzle 150 can be approximately 12.5 μm thick, and the electric field generated by the distance between the charged liquid and the ground potential of the outer wall of the silicon nozzle (ie a distance of approximately 12.5 μm) causes the nozzle An additional electric field is generated that is comparable in strength and intensity to that generated by the diameter. In both of these cases, the physical dimension of the nozzle radius is important in determining whether the electric field strength generated by a given applied voltage is sufficient to evaporate the liquid into a jet.

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。   The disadvantages of the above process are as follows. (1) The outer diameter of the nozzle 150 must be very small, i.e. less than 35 μm, so that expensive manufacturing processes such as microfabrication techniques including photolithography and reactive ion etching, or one nozzle 150 A laser pulling that can be formed by each pull is required. (2) When the outer diameter of the nozzle 150 is limited to less than 35 μm, the inner diameter of the nozzle 150 inevitably decreases to 10 μm. These inner diameters lead to clogging of the nozzle with a liquid sample in which a large number of large molecules are suspended. (3) Since the outer diameter of the nozzle is small, the nozzle is easily broken and easily damaged during daily handling.

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。   The process is suitable for using the polymer nozzle device 100 to apply a voltage to the liquid to spray the liquid through the nozzle 150 in the form of droplets, vapor jets, or multiple vapor jets. While the liquid placed behind the nozzle 150 is pumped through the nozzle 150 by liquid or gas pressure means, a sufficiently high voltage, usually in the range of about ± 1 to 3.5 KV, is located behind the nozzle 150. The liquid to be applied is applied through electrodes. The electrode may be inserted into a space behind the nozzle 150 (eg, reservoir 160) or a precious metal coating such as gold in the area behind the nozzle 150 that contacts the electrode before the liquid sample exits the nozzle opening. It may be a built-in electrode formed by deposition. As the liquid exits the nozzle opening, the entire tip of the liquid, known as the tailor cone due to the effect of the electric field formed at the liquid tip, is sprayed out of the nozzle opening. When the applied voltage is increased, the spray shape changes from a large droplet having a diameter of several hundred μm to a fine droplet of mist or vapor. For mass spectrometry, a spray with fine droplets or vapor is preferred. When the liquid in a droplet evaporates with or without the aid of a desolvent gas (usually nitrogen gas flowing into the jet droplet from the opposite direction), the ions confined in each droplet are fine Released from the droplet. The ions are then analyzed by entering the mass selector of the mass spectrometer.

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。   There are alternative processes for operating the nozzle device to obtain ions from a liquid sample for mass analysis. In the process described above, the liquid sample is continuously pumped through the nozzle opening while a high voltage is applied to the liquid sample to obtain a fine droplet spray. In an alternative process, a liquid sample placed in a microfluidic channel behind the nozzle is not pumped through the nozzle. That is, the liquid flow rate through the nozzle is zero. A high voltage is applied to the liquid sample through the conductive end of the capillary as shown in FIG. The electric field acting on the droplets in the microfluidic channel causes evaporation and ionization of the liquid sample. The ions formed during this process do so without being constrained by the large number of sprayed droplets. These ions thus formed leave the microfluidic channel through the nozzle opening 150 and travel to a lower potential on the reference electrode at the entrance of the mass spectrometer for analysis. In this way, with less than 200 nl of sample initially contained within the microfluidic channel, a sufficient amount of ions for mass analysis can be generated continuously for over 20 minutes. This mode of operation is particularly beneficial when only nano-scale quantities of samples that require high-precision analysis during long-term measurements are available for measurement.

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。   In the prior art, there is a similar mode of nanospray for liquid samples in capillary tubes that are tapered at the end of the spray and have very small openings (usually a few μm in diameter). This is realized without using any external pumping means. Using small capillary tubes with such tapered ends creates a number of problems because these tapered ends are very fragile and susceptible to destruction and damage. . Therefore, filling such a tube with a liquid sample is very troublesome. In addition, the small tapered opening at its tip tends to clog. In the disclosed process, the liquid sample contained within the microfluidic channel is placed there, with the help of a robust method such as a robotic liquid distributor, or the end portion of a standard capillary tube. This may be done by dipping in a liquid sample container and taking out the droplets. If a standard capillary tube is used, the capillary tube does not have a tapered configuration at one end, but preferably is substantially the same width along its entire length. For example, a tubular capillary member is suitable for use. It is possible to use structures other than capillary tubes, as long as the ends of the structure are electrically charged and the shape and size of the ends are such that a liquid sample droplet can be formed there. I understand that.

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。   A drop of liquid sample, preferably less than 200 nl, is initially held at the flat open end of the capillary tube in the microfluidic channel of the nozzle device and extends beyond this end. The relative surface tension and other properties of the liquid sample and the hydrophobicity of the polymer microfluidic channel favor the formation of small droplets (liquid tip) at the end of the capillary tube. On the outer surface of the capillary tube, a conductive layer is formed at least at an end portion where a droplet is formed. After the capillary tube is inserted through the reservoir portion into the channel and into the nozzle so that the droplet is contained within the nozzle, the capillary tube conductive layer is coupled to a high voltage source and the voltage source Is activated to generate an electric field, thereby generating an electric field at this end. When a high voltage is applied to the capillary tube, the droplet (liquid sample) extends to form a conical shape, the tip of which evaporates, and ions of the sample molecules and very fine nanoscale or picoscale liquid Drops are formed and charge is carried. In contrast to vapor jets generated in conventional nanospray applications, the present invention does not have a liquid spray component defined in much the same way as in conventional nanospray applications. Instead, the release consists of ions and very small droplets (eg, nanoscale or smaller dimensions). Advantageously, this results in eliminating or substantially reducing the need for a drying mechanism to dry the droplets and release the ions. In the case of conventional nanospray applications, a solvent removal gas is very often required to dry the droplets by flowing dry nitrogen gas into the vapor jet. That is, the method reduces the time and cost associated with pumping the sample through the capillary and also drying the droplets, and provides a less complex mechanism that consumes very little sample material. The The detailed mechanism of this ion generation method is not surely known. Another possibility is that a corona discharge occurs at the electrode in the partially filled microfluidic channel.

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。   One of the other differences between this technology (whether pumped or not) using polymer nozzle devices and conventional nanospray technology is that the electric field to evaporate and ionize the liquid sample Instead of the actual tapered structure of the tube, it is formed by the liquid tip (liquid sample droplet) due to its shape and position. Formation of the liquid tip is facilitated by the material properties of the microfluidic channel that contains droplets that are preferably materials that are not wetted by the liquid water-soluble sample. A polymer material or a material covered with a polymer layer is a suitable material. Materials with good thermal conductivity are also suitable, as are polymeric materials with impregnated electrical and thermal conductive additives such as carbon and metal particles. In the process disclosed above, the diameter of the polymer nozzle opening affects the voltage required to produce a given liquid spray. When the nozzle opening has a diameter of 20 to 30 μm, a fine spray of 40% methanol / 60% water can be formed by setting the applied voltage between ± 2 to 2.5 KV. When spraying at a diameter of about 50 μm, the applied voltage can be larger and can be about ± 3 to 3.5 KV. As soon as spraying begins, the voltage can be lowered to about 1.3 KV to maintain the spray. The nozzle outer diameter can vary between 50 and 150 μm. The outer diameter of the polymer nozzle can be greater than 150 μm.

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。   The reference electrode or the counter electrode can be arranged 0.5 mm to several mm from the nozzle opening. The closer the counter electrode is to the nozzle opening, the smaller the voltage applied to the liquid in order to start spraying. If the counter electrode is about 0.5 mm away from the nozzle opening by more than 1 mm, the required voltage difference is in the range of several hundred volts.

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。   The advantages of this process are as follows. (1) It is possible to produce nozzles with various inner diameters so as to meet the requirements of the flow velocity range and the contents of the liquid sample without greatly affecting the applied voltage. (2) A sufficiently fine structure can be formed in nozzles made from various polymer materials by micro injection molding technology for polymers, and injection molding is a low cost manufacturing technology. (3) Using a nozzle having a relatively large outer diameter, it is possible to generate a fine jet whose characteristics are comparable to those of a jet generated by a small nozzle, and the possibility of physical damage to the nozzle due to the large outer diameter Minimize.

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。   The inner diameter of the nozzle can be made large enough to spray droplets of viscous liquids such as polymer solutions and can be applied to array spotting and polymer nanospray particle production. Organic arrays used in inductive LED displays, conventional dies used in conventional ink jet printing, and other materials that require fine or nanoscale droplets can be sprayed using these array devices. By doing so, it is possible to realize high speed together with high resolution droplets. This design configuration thus overcomes the aforementioned disadvantages associated with the prior art.

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。   34-35, as described above, spraying liquid through a narrowed opening with the aid of an electric field is a well-known process for generating a vapor jet for various applications. . In mass spectrometry applications, a vapor jet carrying ions of a molecule of interest is sent into a mass spectrometer where the mass of molecular ions is obtained. From the molecular mass, the chemical properties of each molecule are identified.

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。   Each of the aforementioned polymer nozzle array devices (e.g., device 100) has a relatively large surface area proximate to a spray containing multiple ionic species. These charged species can strike the polymer surface of the nozzle array device and generate an electrostatic field. The electrostatic field changes in an unpredictable manner as the number of charged species impinging on the polymer surface during spraying increases. If the charge is not drained from the insulating polymer surface in any way, stray electric fields accumulate on the insulating surface, thus preventing the ions being sprayed from entering the entrance cone 103 of the mass spectrometer 1000. If the build-up of the stray electric field is sufficiently large, the electric field sensed by the droplet at the nozzle tip becomes small, and the spray is completely stopped.

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。   There are many different techniques or means for preventing or controlling the formation of an electric field on a polymer nozzle array device. The following are some typical means of suppressing or controlling the build-up of the electric field on the polymer nozzle array surface. It is understood that one or more of the following methods of discharging stray field build-up can be incorporated into a nozzle array device. First, the surface of the polymer nozzle array device can be coated with a layer of high resistivity (eg, about 1 GΩ) conductive material. The material can be a thin layer coating of a noble metal, or a salt layer coating. Suitable salts for use can be selected from sodium iodide, rubidium iodide, silver halide, barium sulfate and the like. Second, an appropriate value capacitor can be electrically connected between the polymer nozzle array device surface and electrical ground. The capacitor is charged by stray ions and charges from the electrons and discharges the charges to electrical ground at controlled intervals. Third, a salt solution containing sodium iodide and rubidium iodide can be added to the sample liquid for spraying to allow the salt layer to coat the device surface and remove stray charges during spraying. can do. Fourth, an antistatic agent can be added to the polymer resin during the injection molding process so that the resulting polymer nozzle device has antistatic properties. The antistatic agent can be a highly conjugated polymer, such as polyaniline. Similarly, a pre-mixed commercially available antistatic polymer resin, such as that supplied by HiTech (Hebron, KY), is used to form a polymer nozzle array with suitable antistatic properties. The device may be injection molded. The preferred antistatic polypropylene is particularly suitable.

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。   Fifth, and as illustrated in FIGS. 34-35, a conductive shield 1900 made of a metal sheet or metal-coated insulator is connected to the nozzle tip and mass spectrometer inlet (eg, inlet cone 1030 in FIG. 23). Can act as a physical barrier to catch the sprayed droplets (the droplets could otherwise fall onto the surface of the nozzle array device 100) . The shield 1900 must have an aperture 1910 and be positioned approximately 1 mm from the nozzle tip. The aperture 1910 must be large enough to allow the start of the spray to pass. Figures 34-35 illustrate one exemplary arrangement of the shield 1900. In this configuration, shield 1900 is held at a distance defined by the height of post 1160 on frame 1100 of device 100. Although the distance between the shield 1900 and the nozzle tip varies depending on the length of the post 1160, this distance is preferably less than 1 mm. In other words, the shield 1900 can be attached to the post 1160 and spread across the device 100 to form an aperture 1910 associated with each nozzle 150 in the shield 1900. In one exemplary configuration, the dimensions of the shield 1900 can vary, but the thickness of the shield 1900 is about 0.005 inches to 0.010 inches.

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。   There are many different ways to attach the shield 1900 to the post 1160. For example, a sticky or adhesive material can be applied to the location of post 1160 and / or selected shield 1900. In addition, the shield 1900 can include a number of hubs equal to the number of posts 1160. Each post 1160 mates with a hub to removably couple shield 1900 to post 1160, thereby coupling shield 1900 to frame 1100 and microfluidic nozzle array device 100. In one exemplary embodiment, each hub is in the form of a hollow protrusion (eg, a tube-like structure) that extends outward from the inner surface of the shield 1900 toward the frame 1100. The shield 1900 is attachably coupled to the frame 1100 by inserting a post 1160 into the hollow interior of the hub to ensure that the two portions are coupled together. If it is desired to remove the shield 1900, the shield 1900 can simply be pulled from the post 1160. Having a shield removable from the microfluidic device 100 and holder 1120 allows for compatibility of individual components. For example, the configuration of shield 1900 depends on the configuration of device 100, and more specifically on the number and placement of nozzles 150. This is because one aperture 1910 is required for one nozzle 150. That is, if the device 100 has the first array arrangement, the first shield 1900 is required. If the device 100 has a second array arrangement that is different from the first arrangement, a second shield 1900 may be required. Further, since the shield 1900 is not rigidly connected to the holder 1120 or formed integrally with the holder 1120, the holder 1120 can be used with many different shields 1900 and the microfluidic device 100. Can do.

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。   In an alternative embodiment, shield 1900 is removably coupled to holder 1120 using a mechanical fastener. For example, the shield 1900 can have a fastening tab extending outwardly therefrom to receive a fastener fixedly attached to the holder 1120 itself, so that the shield 1900 is secured to the holder 1120 but Can be removably attached. In other words, the shield is removably attached to the holder 1120 using a fastener such as a screw. In this embodiment, the shield 1900 is preferably in a position such that the inner surface of the shield 1900 fits the post 1160 after the shield 1900 is securely secured to the holder 1120. This is desirable because the post 1160 can then be used to place the shield 1900 at an appropriate distance from the nozzle tip. Thus, regardless of the actual configuration of the shield 1900, evenly placing the shield 1900 at a predetermined distance from the nozzle tip ensures that the shield 1900 fits the post 1160 after the shield 1900 is secured to the holder 1120. By doing so, it becomes possible. In this embodiment, the shield 1900 can be placed above the rail 1140 or on a flat platform 1130. The shield 1900 can also be fabricated as an integral part of the post 1160 in that the frame 100, post 1160, and shield 1900 can be integrally attached thereto using a molding process.

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。   In yet another embodiment, the rail 1140 can be configured with a longitudinal groove extending therein. The longitudinal groove is sized so that the shield 1900 can be snugly received therein to securely couple the shield 1900 to the holder 1120. In other words, the friction fit between the shield 1900 and the rail 1140 ensures that the shield 1900 is held in a vertical position and parallel to the microfluidic device 100. Again, when the shield 1900 is securely held in the groove of the rail 1140, the shield 1900 preferably fits the post 1160 for the reasons described above. In this embodiment, the shield 1900 is removable because it can be easily pulled out of the groove in the rail 1140.

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。   Sixth, and as illustrated in FIG. 36, the nozzle array device 100 reduces the amount of plastic perpendicular to the spray direction by placing through holes 1930 in the surface of the array device 100. it can. In this embodiment, the body of the nozzle cone (nozzle 150) is made longer so that the distance between the nozzle tip and the flat surface of the nozzle array device 100 perpendicular to the spray direction is maximized. can do.

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。   It is understood that the above-described means for suppressing or controlling the build-up of the electric field on the surface of the polymer nozzle array can be used in combination with any of the microfluidic nozzle array devices disclosed herein. The

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。   Although the invention has been particularly shown, described, shown and described with reference to preferred embodiments, it is to be understood that various changes in form and details may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Understood by the vendor.

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。FIG. 1 is a top perspective view showing a microfluidic device having an array of nozzles incorporated therein according to a first exemplary embodiment. 図2は、図1の線2−2に沿って見た断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 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。FIG. 3 is a plan view showing the microfluidic device according to FIG. 1, illustrating the arrangement of the electrodes around the nozzle and the connection between the electrodes and the electrical contacts formed on one edge of the microfluidic device. Yes. 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。FIG. 4 is a top perspective view showing a microfluidic device having an array of nozzles incorporated therein according to a second exemplary embodiment. 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。FIG. 5 is a cross-sectional view of the microfluidic device according to FIG. 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。FIG. 6 is a perspective view showing a typical mold used for manufacturing the microfluidic device of FIG. 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。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the first and second dies in the closed position used for manufacturing the microfluidic device of FIG. 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。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the first and second dies of the mold, illustrating another embodiment in which a gap is formed between the pins of the first mold and the nozzle forming features of the second mold. ing. 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。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a mold arrangement for producing micron sized nozzle openings. 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。FIG. 10 is a top view showing a tile arrangement in which each strip is formed from a number of interconnected strips including an array of nozzles, one of the strips being removed and placed in proximity to the mass spectrometer. . 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。FIG. 11 is a cross-sectional view of one microfluidic channel / nozzle arrangement, with a member having a polymer cover sheet that can be inserted into and moved within the reservoir to release the sample through the nozzle opening. The sample reservoir is sealed. 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。FIG. 12 is a cross-sectional view of one microfluidic channel / nozzle arrangement, with a member having a resilient seal base that can be inserted into and moved within the reservoir to release the sample through the nozzle opening. The sample reservoir is sealed. 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。FIG. 13 is a cross-sectional view showing one microfluidic channel / nozzle arrangement, in which the sample is drawn by a piston device with a hole extending through it to inject fluid into the sample reservoir and release the sample through the nozzle opening. The reservoir is sealed. 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。FIG. 14 is a plan view showing a typical microfluidic nozzle array device. 図15は、線14−14に沿って見た断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line 14-14. 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。16 is a cross-sectional side view showing the microfluidic device of FIG. 5 used in UV spectrophotometry. 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。FIG. 17 is a plan view showing a holding base for releasably holding a number of microfluidic nozzle / subunit structures. 図18は、図17の線18−18に沿って見た断面図である。18 is a cross-sectional view taken along line 18-18 in FIG. 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。FIG. 19 is a plan view showing a holding base according to another embodiment for detachably holding a number of microfluidic nozzle subunit structures. 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。FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating an interface plate that can be used to assemble at least one microfluidic device having an array of nozzles. 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。FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a microfluidic device having an array of nozzles with open end piping attached to a reservoir. 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。FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating an interface plate according to another embodiment that can be used to assemble at least one microfluidic device having an array of nozzles. 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。FIG. 23 is a plan view showing a mass spectrometer unit and an apparatus for arranging a microfluidic device having an array of nozzles in the mass spectrometer unit regardless of its structure. 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。FIG. 24 is a front view showing the microfluidic device of FIG. 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。FIG. 25 is a side view showing the microfluidic device of FIG. 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。FIG. 26 is a plan view showing a holder for securely holding the microfluidic device of FIG. 図27は、図26のホルダを示す側面図である。FIG. 27 is a side view showing the holder of FIG. 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。FIG. 28 is a plan view showing a state in which the microfluidic device is securely held in the holder of FIG. 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。FIG. 29 is a side view showing the nanospray device interface of the unit in the mass spectrometer. 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。FIG. 30 is a perspective view showing a holder for securely holding a microfluidic device and coupled to an apparatus that moves the microfluidic device to an extent that it can be positioned with respect to the mass spectrometer unit. 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。FIG. 31 is a front view showing a microfluidic device having an array of nozzles and a plurality of electrodes formed thereon. 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。FIG. 32 is a cross-sectional view through one nozzle and its associated reservoir of a microfluidic device according to another embodiment provided with a conductive capillary. 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。FIG. 33 is a cross-sectional view through a microfluidic device to show a plurality of nozzle openings delivered from a single reservoir. 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。FIG. 34 is a front view illustrating a microfluidic device having a frame according to another exemplary embodiment. 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。35 is a side view showing the microfluidic device and frame of FIG. 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。FIG. 36 is a front view showing a microfluidic device having a frame according to still another embodiment.

Claims (21)

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し、該デバイスは射出成形可能なポリマー物品から形成される、ノズルと、を備える射出成形物品を備え、
ここで、該ノズルの外径は約150μm以下である、使い捨てのマイクロ流体デバイス。
A body having a first surface and an opposing second surface, wherein at least one channel is formed therein and extends through the body from the first surface to the second surface; A body having a reservoir portion that opens at a surface;
At least one nozzle disposed along a second surface, wherein the nozzle is in fluid communication with the channel, wherein one end of the channel terminates in a nozzle opening formed as part of the nozzle; Comprises an injection molded article comprising a nozzle formed from an injection moldable polymer article;
Here, the outer diameter of the nozzle is Ru der about 150μm or less, disposable microfluidic devices.
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。  The microfluidic device of claim 1, wherein the channel is cylindrically shaped along at least a substantial length thereof, and the channel is defined by a seamless cylindrical surface. 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。  The microfluidic device of claim 1, wherein the channel is internally tapered such that the channel dimension is maximum within the reservoir portion and minimum at the nozzle opening. 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、リザーバ部分において形成される請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。  The microfluidic device of claim 1, wherein the channel is formed in the reservoir portion such that the channel is substantially perpendicular to both the first and second surfaces. 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。  The microfluidic device of claim 1, wherein the at least one nozzle extends beyond the second surface and is substantially conical. 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。  The microfluidic device according to claim 5, wherein an outer diameter of the nozzle is about 50 μm or less. 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。  The microfluidic device according to claim 1, wherein an outer diameter of the nozzle opening is about 50 μm or less. 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。  The microfluidic device of claim 1, wherein a portion of the channel formed in the nozzle and ending in the nozzle opening is tapered inwardly toward the nozzle opening. 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。
The microfluidic device of claim 1, wherein the at least one channel and the at least one nozzle are arranged in a geometric array.
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。  The microfluidic device of claim 1, further comprising a conductive region formed around an outer periphery of at least one nozzle on the second surface. 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10に記載のマイクロ流体デバイス。  The microfluidic device of claim 10, wherein the conductive region is formed of a metal and is electrically connected to the electrical contact. 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。  The channel has a first portion whose inner channel surface is parallel, the first portion at least partially defining a reservoir portion and extending to the first surface, the channel further comprising a non-inner channel surface. The microfluidic device of claim 1, having a second portion in a parallel relationship, the second portion extending from the first portion to the nozzle opening. 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、該ノズルは事実上平行でない外面によって規定され、ノズルの数はチャネルの数に等しく、各ノズルはその中を通って形成されるチャネルの一部を有し、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であり、該ノズル中に形成されるチャネル部分は該ノズル開口部の形成と共にある一端で終了する、平行でない表面によって規定される、ノズルと、を備える使い捨てのマイクロ流体デバイスであって、ここで、該デバイスがポリマー材料により形成される、デバイス。
A body having a first surface and an opposing second surface, wherein at least one channel is formed therein and extends from the first surface to the second surface through the body, the channel receiving the sample A body having a reservoir portion opening at a first surface for
At least one nozzle integrally formed with the body and disposed along and extending beyond the second surface, the nozzle being defined by a substantially non-parallel outer surface, the number of nozzles being the number of channels Each nozzle has a portion of a channel formed therethrough, each channel ending within the nozzle opening of the nozzle, the diameter of the nozzle opening being about 100 μm or less and the outer diameter of the nozzle being A disposable microfluidic device comprising: a nozzle portion defined by a non-parallel surface that is approximately 150 μm and the channel portion formed in the nozzle terminates at one end with the formation of the nozzle opening; Wherein the device is formed of a polymeric material.
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13に記載のマイクロ流体デバイス。  14. The microfluidic device of claim 13, wherein the diameter of the nozzle opening is about 150 [mu] m or less and the outer diameter of the nozzle is about 100 [mu] m or less. 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13に記載のマイクロ流体デバイス。  14. The microfluidic device of claim 13, further comprising a device for sealing the reservoir portion and for transporting the sample from the reservoir portion through the channel to a nozzle opening from which the sample is discharged. 最初に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・シートの形のシールであって、該シールは前記第1の表面に、かつ該第1の表面に沿って取
り付けられる、シールと、ポリマー・カバー・シートをはめ込むための機械的プランジャとをさらに含み、
該機械的プランジャが延長位置へ駆動されると、ポリマー・カバー・シートは変形され、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13に記載のマイクロ流体デバイス。
A seal in the form of a deformable elastic polymer cover sheet initially disposed over the open end of the reservoir portion, the seal being attached to the first surface and along the first surface Further comprising a seal and a mechanical plunger for engaging the polymer cover sheet;
When the mechanical plunger is driven to the extended position, the polymer cover sheet is deformed to form a seal with the inner surface of the reservoir portion to force the sample to flow toward the nozzle opening and release the sample there The microfluidic device according to claim 13.
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機械的プランジャが接続され、
機械的プランジャ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15に記載のマイクロ流体デバイス。
The transport device includes a displaceable member, the displaceable member including a base around which a deformable seal extends, the base initially disposed over the open end of the reservoir portion with a mechanical plunger on the base. Connected,
When the mechanical plunger is driven to the extended position, the base is received into the reservoir portion and the flange forms a seal with the inner surface of the reservoir portion to force the sample to flow toward the nozzle opening. The microfluidic device according to claim 15, which discharges a sample.
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15に記載のマイクロ流体デバイス。
The transport device comprises a member through which a hole is formed, a gasket disposed at the end of the member, the gasket forming a seal between the member and the reservoir portion;
16. The microfluidic device of claim 15, wherein the member is introduced into the reservoir portion to communicate with a source of fluid that forces the sample to flow toward the nozzle opening and releases the sample there.
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、該ノズルは事実上平行でない外面によって規定され、ノズルの数はチャネルの数に等しく、各ノズルはその中を通って形成された該チャネルの一部を有し、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以下であり、該ノズルで形成されたチャネル部分は該ノズル開口部の形成と共に一端で終了するテーパ状の内面によって規定されるノズル、を備える射出成形可能なポリマー材料から形成される使い捨ての射出成形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。
A detection system for detecting one or more characteristics of a sample, comprising:
A body having a first surface and an opposing second surface, wherein at least one channel is formed therein and extends through the body from the first surface to the second surface; A body having a reservoir portion that opens at a surface and at least one nozzle formed integrally with the body and extending along and extending along the second surface, the nozzle being a non-parallel outer surface The number of nozzles is equal to the number of channels, each nozzle having a portion of the channel formed therethrough, and each channel is within a nozzle opening formed as part of the nozzle. The diameter of the nozzle opening is about 100 μm or less and the outer diameter of the nozzle is about 150 μm or less, and the channel portion formed by the nozzle ends at one end together with the formation of the nozzle opening. And injection molding the microfluidic devices of the disposable formed nozzle, an injection moldable polymeric material with defined by the tapered inner surface that,
A detector for receiving a sample emitted from the microfluidic device through its nozzle opening, the detector analyzing the emitted sample and providing information regarding one or more characteristics of the sample; Including detection system.
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使い捨ての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し、ここで、該デバイスは、ポリマー材料から形成される、マイクロ流体デバイスと、
マイクロ流体デバイスがその中に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
ここで、該ノズルの外径は約150μm以下である、装置。
A device that interfaces with a mass spectrometer to perform nanospray applications,
A disposable microfluidic device including a body having a first surface and an opposing second surface, wherein at least one channel is formed within the body and passes through the body from the first surface to the second surface. And the channel has a reservoir portion that opens at the first surface and at least one nozzle disposed along the second surface, the nozzle in fluid communication with the channel, with one end of the channel at the nozzle Ending in a nozzle opening formed as part of the tip of the device, wherein the device comprises a microfluidic device formed from a polymer material;
A frame disposed around the outer periphery of the microfluidic device to ensure that the microfluidic device is held therein;
A holder having first and second holding members, wherein the first and second holding members are disposed at a sufficient interval, and a frame is disposed between these members, and a predetermined position is set by these members. A holder in which at least one nozzle for spraying the sample into the inlet of the mass spectrometer is positioned in the holding position ;
Here, the outer diameter of the nozzle is about 150 μm or less .
第1の表面と対向する第2の表面とを有する本体であって、該本体はそこで形成された少なくとも1つのチャネルを有し、かつ、該第1の表面から該第2の表面まで、該本体を通って延び、該チャネルは該第1の表面で開口してい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、その中を通って形成される該チャネル長を有する少なくとも1つのノズルであって、それにより、該チャネルの一端が該ノズルの遠位端として形成されるノズル開口部で終了し、該デバイスは射出成形可能な材料から形成され、該ノズルで形成される該チャネル長が可変の直径を有する、少なくとも1つのノズルと
を含む射出成形ポリマー物品を備え
ここで、該ノズルの外径は約150μm以下である、使い捨てのマイクロ流体デバイス。
A body having a first surface and an opposing second surface, the body having at least one channel formed therein, and from the first surface to the second surface, A body extending through the body, the channel having a reservoir portion that is open at the first surface;
At least one nozzle disposed along a second surface and having the channel length formed therethrough, whereby one end of the channel is formed as the distal end of the nozzle Ending at the opening, the device comprises an injection molded polymer article comprising: at least one nozzle formed from an injection moldable material, and wherein the channel length formed by the nozzle has a variable diameter ;
Here, the outer diameter of the nozzle is Ru der about 150μm or less, disposable microfluidic devices.
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