JP4704653B2

JP4704653B2 - ダイヤモンド様フィルムを有する流体処理装置

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Publication number: JP4704653B2
Application number: JP2001566009A
Authority: JP
Inventors: エム．デイビッド，モーゼズ; シー．ハダッド，ルイス; エー．リー，ニコラス; ジェイ．ゲーツ，ブライアン
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-03-05
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: CA2401975C; WO2001067087A2; EP1261864B1; JP2003526781A; EP1261864A2; DE60045347D1; AU2000277079A1; ATE491153T1; WO2001067087A3; AU2000277079A8; CA2401975A1; US6749813B1

Description

【０００１】
この発明は、ダイヤモンド様フィルムをその上に有する表面を含む流体処理装置、例えば微小流体製品に関する。
【０００２】
シリカ毛細管は、電気泳動法、ガスクロマトグラフィー、電気クロマトグラフィー、小口径液体クロマトグラフィー、およびその他の化学分析技術において広く用いられている。ＵＶ吸光度および蛍光のような光学的検出方法が、電気泳動法、電気クロマトグラフィー、および液体クロマトグラフィーに用いられることが多い。シリカの光学的特性は一般に、これらの検出方法には理想的である。しかしながら純粋な非被覆シリカ毛細管の使用は不可能であり、その理由は、保護的コーティングを欠くことがこれらの毛細管を極端に脆くするからである。かかるものなので、非被覆シリカ毛細管は、標準処理条件下において頻繁に壊れる。
【０００３】
このため、保護コーティングが、製造中にこれらの毛細管に被せられなければならない。通常はポリイミドコーティングが用いられる。このコーティングは優れた熱特性を有し、毛細管に優れた強度を与えるので、これを容易に処理することができる。しかしながらこれは不透明であり、高度に蛍光性があり、したがって光学検出器の中にある毛細管の部分からこのコーティングを除去する必要がある。除去はいくぶん難しく、この除去は、毛細管のその部分を非常に繊細なものにし、壊れやすくする。
【０００４】
同様に流体サンプル、例えば生物液サンプルを分析するか、あるいは操作するために用いられる器具類のサイズを縮小させる傾向もあった。縮小されたサイズは、非常に小さいサンプルを分析することができること、分析速度を高めること、減少量の試薬を用いることができること、および全体のコストの削減を含めて、いくつかの利点を与える。
【０００５】
微小流体用途のために様々な装置が提案されてきた。これらの装置は一般的には、微小流体処理構造を形成する１つ以上の構造が備えられた、リトグラフパターン化され、エッチングされた表面を有するガラスまたはケイ素支持体を含んでいる。プラスチック支持体、例えばポリイミド、ポリエステル、およびポリカーボネートも同様に提案された。しかしながらかかるプラスチック材料は一般的には、十分に湿らず、この微小流体処理構造のマイクロチャネルを通る液体の流れに必要な電気浸透流を欠いている。
【０００６】
本発明は、毛細管およびその他の流体処理装置、例えば微小流体製品であって、ダイヤモンド様フィルム、好ましくは光透過性および／または親水性のダイヤモンド様フィルムを含む装置を提供する。本発明の製品は、いくつかの利点を与える。例えば毛細管の場合、光透過性ダイヤモンド様フィルムは、検出のために必ずしも除去されなければならないわけではない。親水性ダイヤモンド様フィルムは、良好な湿潤特性および流れ特性を与える。いくつかの実施態様については、特にいくつかの微小流体製品については、通常のガラス系に用いられている接着化学の使用が利点を与える。
【０００７】
本発明は、支持体と、この支持体の少なくとも一部分上に配置されたダイヤモンド様フィルム（好ましくは光学的に透明および／または親水性であるフィルム）とを含む流体処理装置を提供する。ここで用いられている「配置されている」とは、フィルムがこの支持体と直接接触しているか、結合していることを意味するか、あるいはまたフィルムが１つ以上の間に挟まっている層と接触しているか、結合している等であることを意味する。ここにおいて、コーティングよりもむしろフィルムが、支持体上に配置されている。本明細書において、「コーティング」とは、一般に、液体状態にある固体支持体にまず塗布され、ついでＵＶ輻射（光重合性）、熱（熱硬化）によって、あるいは溶剤分子をコーティング溶液から除去することによって固化される物質のことをいう。
【０００８】
好ましくは流体処理装置は、内側表面（これは一般的には流体処理表面である）と外側表面（これは一般的には非流体処理表面である）とを有する毛細管であり、ここにおいて内側表面または外側表面のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分は、光透過性のダイヤモンド様フィルムがその上に配置されている。好ましくはこの毛細管の外側表面は、光透過性のダイヤモンド様フィルムがその少なくとも一部分上に配置されている。
【０００９】
もう１つの好ましい実施態様において、流体処理装置は、その少なくとも一部分上に配置された光透過性および／または親水性ダイヤモンド様フィルムを備えた液体処理表面を含む微小流体処理構造を有する微小流体製品であってもよい。「微小流体処理構造」は、非限定的に、開放マイクロチャネルおよび閉鎖またはカバーされたマイクロチャネル、貯臓器、サンプル処理区域、およびこれらの組合せを含んでいる。この構造は同様に、あるいはそれに代わって、光透過性および／または親水性ダイヤモンド様フィルムがその少なくとも一部分上に配置された非流体処理表面を含んでいてもよい。好ましくはこの流体処理表面の少なくとも一部分は、その上に配置された親水性ダイヤモンド様フィルムを含んでいる。
【００１０】
好ましい実施態様において、微小流体製品は、複数の微小流体処理構造を含む第一主面と第二主面とを有する第一ポリマー支持体を含んでおり、この製品は１つのロールの形態にある。
【００１１】
もう１つの実施態様において、本発明は、支持体と、この支持体の少なくとも一部分上に配置された、水素フリー基準で少なくとも約２５原子パーセントの炭素、０〜約５０原子パーセントのケイ素、および０〜約５０原子パーセントの酸素を含む光透過性および／または親水性フィルムとを含む流体処理装置を提供する。「水素フリー基準で」とは、たとえ薄膜中に多量存在していても水素を検出しない、ＥｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｆｏｒＣｈｅｍｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ（ＥＳＣＡ）のような方法によって確立された物質の原子組成のことをいう。
【００１２】
さらにもう１つの実施態様において、本発明は、支持体と、この支持体の少なくとも一部分上に配置された、水素フリー基準で少なくとも約３０原子パーセントの炭素、少なくとも約２５原子パーセントのケイ素、および約４５原子パーセント未満の酸素を含むフィルムとを含む流体処理装置を提供する。好ましくはこのフィルムは、光学的に透明であり、より好ましくは親水性である。
【００１３】
さらにもう１つの実施態様において、非流体処理表面を含む微小流体処理構造を含む微小流体製品を含む流体処理装置であって、少なくともその一部分が、光透過性であるか、親水性であるか、あるいはこれらの両方であるダイヤモンド様フィルムがその上に配置されている流体処理装置が提供される。
【００１４】
本発明は、親水性ダイヤモンド様フィルムの製造方法を提供する。この方法は、酸素含有プラズマ中においてダイヤモンド様フィルムを処理することを含む。
【００１５】
本発明の様々なその他の特徴および利点は、下記の詳細な説明、実施例、特許請求の範囲、および添付図面を参照すれば容易に明らかになるであろう。
【００１６】
本発明は、毛細管および微小流体製品、ならびにその他の流体処理装置、およびこれの製造方法を提供する。この発明の目的のためには、下記の定義は、説明されている意味を有するものとする。
【００１７】
「１つの（ａまたはａｎ）」とは、列挙されている要素の１つ以上のことをいうものとする。
【００１８】
「固着する」とは、ダイヤモンド様フィルムに反応体を接着させるあらゆる方法を含むものとする。かかる方法は、非限定的に、共有結合およびイオン結合、例えば接着剤での接着、物理的エントラップメント、および吸着を含むものとする。これは、連結剤の使用を必要としてもよく、必要としなくてもよい。
【００１９】
「被検体」とは、該サンプルにおいて検出または測定されるか、あるいはこれから分離されることになる、自然発生の、あるいは合成された分子、化合物、組成物、または錯体を意味するものとする。被検体には、非限定的に、タンパク質、ペプチド、脂肪酸、核酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、脂質、ビタミン、細菌、ウイルス、医薬、および代謝生成物が含まれる。
【００２０】
「ダイヤモンド様フィルム」とは、炭素を含み、かつ任意に水素、窒素、酸素、フッ素、ケイ素、硫黄、チタン、および銅の群から選ばれる１つ以上の追加成分を含む、実質的にまたは完全に非晶質なフィルムのことをいう。あるいくつかの実施態様においては、その他の元素が存在することもある。これらのフィルムは、ランダム系または相互浸透系において、例えば米国特許第５，４６６，４３１号に記載されているような相互浸透ダイヤモンド様ナノ複合材料（ＤＹＬＹＮと呼ばれるもの）におけるように共有結合されていてもよい。この発明の非晶質ダイヤモンド様フィルムは、短距離秩序をこれに与えるが、１８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する化学線を有害にも散乱させることがある微小結晶度または巨大結晶度を生じる中および長距離秩序を本質的に含まない原子のクラスターを含んでいてもよい。「非晶質」という用語は、Ｘ線回折ピークも、適度のＸ線回折ピークも有していない、実質的にランダム秩序の非結晶性物質を意味する。原子クラスターが存在する時、これは一般的には、放射線の波長に比べて小さい寸法において発生する。
【００２１】
ダイヤモンド様フィルムに関連する場合の「親水性」とは、約５０°以下、好ましくは約３０°以下の水接触角を有するダイヤモンド様フィルムを意味するものとする。
【００２２】
「連結剤」は、「反応体」をダイヤモンド様フィルムに固着しうるあらゆる化学種を意味するものとする。連結剤は、ダイヤモンド様フィルムに共有結合されてもよく、あるいはその上にポリマーコーティングによって供給されてもよい。
【００２３】
フィルムに関連する場合の「光透過性」とは、５００ナノメーター（ｎｍ）において０．３以下の吸光係数を有するフィルムのことをいう。好ましくは吸光係数は、２５０ｎｍにおいて０．０１０以下である。
【００２４】
「反応体」は、単独で、あるいは被検体をダイヤモンド様フィルムに結合するのを助ける分子または化合物、例えばコエンザイムと共に、該サンプルにおいて被検体を結合することができる、自然発生であるか、あるいは合成されたあらゆる化学分子、化合物、組成物、または錯体を意味するものとする。本発明の反応体は、化学的または生化学的測定、検出、または分離に有用である。したがって「反応体」という用語は特に、前記のように被検体を結合しない分子、化合物、組成物、または錯体、例えばインクを除外する。反応体の例には、非限定的に、ポリペプチド（例えば、酵素および抗体などのタンパク質）、ポリヌクレオチド（例えばオリゴヌクレオチドおよびｃＤＮＡ）、および炭水化物が含まれる。
【００２５】
本発明は、その少なくとも一部分上にダイヤモンド様フィルム、好ましくは光透過性および／または親水性であるフィルムが配置されている毛細管およびその他の流体処理装置、例えば微小流体製品を提供する。光透過性フィルムの場合、かかるフィルムは一般的にはこの装置に強度を与え、好ましくは非常に低い蛍光を示す。これらのフィルムは強度を与えるが、同様に柔軟度も維持することができる。液体処理表面の場合、親水性ダイヤモンド様フィルムは、液体輸送を増強する親水性表面を提供しうる。さらには必要ならば、かかるフィルムは、反応体を固着するために、あるいは別のやり方で表面化学を変えるために連結剤を含んでいてもよい。これらのフィルムはまた、支持体（これからこの装置ができている）を通る液体蒸発および透過へのバリヤーとしても機能しうる。
【００２６】
図１を参照すると、本発明は、内側表面１３および外側表面１４（これらのうちの１つが、その上に配置された光透過性ダイヤモンド様フィルム１５を有する）を備えた支持体１２を含む毛細管例１０を提供している。この毛細管は、ガラスまたはプラスチックからできていてもよい。一般的にはこれはガラス製である。本発明によれば、内側表面もしくは外側表面のどちらかまたは両方の少なくとも一部分が、その上に光透過性ダイヤモンド様フィルムを有する。ガラス毛細管の外側表面１４上に光透過性ダイヤモンド様フィルムを配置することによって、強度を与えるためのポリマーコーティング、例えばポリイミドの必要がなくなる。プラスチック毛細管の外側表面１４上にダイヤモンド様フィルムを配置することによって、プラスチック支持体を通る液体例えば水の蒸発および透過が減少するか、あるいは妨げられる。ガラスまたはプラスチック毛細管の内側表面１３上にダイヤモンド様フィルムを配置することによって、表面化学を様々に変える能力が与えられ、好ましくは親水性ダイヤモンド様フィルムが用いられているならば、親水性表面が与えられる。
【００２７】
図２を参照すると、微小液体装置の一例が示されており、これは、複数の微小流体処理構造２４を有するポリマー支持体（例えばプラスチック支持体）２３を特徴付ける一枚のシートの形態にある単一層製品２０である。この微小流体処理構造は、流体処理表面２５を含んでいる。この流体処理表面の少なくとも一部分は、毛細管について前記されているのと同様な理由で、その上に配置された、光透過性であるか、親水性であるか、あるいはその両方であるダイヤモンド様フィルムを含んでいてもよい。有意には、かかるポリマー支持体の流体処理表面には、親水性ダイヤモンド様フィルムが好ましい。かかる親水性ダイヤモンド様フィルム、特にダイヤモンド様ガラスフィルムは、より容易に湿潤性になり、かつ流体輸送を増強する電気浸透流を可能にする表面電荷を有する表面を提供しうる。引き続き図２を参照すると、この製品は任意に、非流体処理表面２６を含んでいてもよく、これの少なくとも一部分は、その上に配置されたダイヤモンド様フィルムを含んでいてもよい。
【００２８】
図３を参照すると、微小流体製品３０のもう１つの実施態様例が示されており、これは、微小流体処理構造２４を含む第一主面と第二主面とを有する第一非弾性の（すなわち支持体の平面に垂直な方向において周期的に変動する力を受けた時にポンプまたはバルブとして作用するには、この方向において不十分な弾性を有する）ポリマー支持体２８と、第一支持体の第二主面に一体的に接着された（すなわち中間物質、例えば接着剤を通じて接着されるのではなく、互いに直接接着されている）第二ポリマー支持体３２とを含んでいる。第二支持体は、第一支持体の不存在下で自立形の支持体を形成しうる。これは第一支持体へ機械的支持を与え、同様にこの製品の中に追加の特徴を組込む手段、例えばマイクロ電子工学要素、マイクロ光学要素、および／またはマイクロ機械要素も与え、これによって設計の柔軟性を与える。微小流体処理構造２４の表面の少なくとも１つ、好ましくは流体処理表面の少なくとも一部分は、親水性ダイヤモンド様フィルムがその上に配置されている。好ましくはこの親水性ダイヤモンド様フィルムはまた、光透過性でもある。この製品は好ましくは、微小流体処理構造の上にあるカバー層を含んでいる。第一支持体の第一表面に接着されていてもよいこのカバー層は、好ましくはポリマー層である。
【００２９】
好ましい実施態様において、ダイヤモンド様フィルムは、下記にさらに十分に記載されているように、その上に連結剤と反応体とを含んでいてもよい。これらの連結剤は、フィルムに固着されることになる反応体、およびこの流体処理装置が用いられる用途に基づいて選ばれる。
【００３０】
毛細管
毛細管は一般的には、標準状態での反復使用が行なわれてもずっとその物理的一体性を維持しうるように、強くて耐久性のある物質から構成されている。これは一般的には、非導電性物質から構成されている。このことは、例えば、過度の熱を発生させずに高電圧を毛細管に加えることができるように、毛細管電気泳動法には重要である。無機物質、例えば石英、ガラス、溶融シリカ、および有機物質、例えばポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレン／プロピレンポリマー、ポリフルオロエチレン、アラミド、ナイロン（すなわちポリアミド）、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレン等を、毛細管を製造するために有利に用いることができる。
【００３１】
毛細管の内径（すなわち内腔サイズ）は、広い範囲の毛細管サイズにわたっている。一般に毛細管は、内径において好ましくは約５マイクロメーター〜約３００マイクロメーターの範囲にあってもよい。毛細管の長さは、好ましくは約５０ｍｍ〜約３０ｍの範囲にあってもよい。
【００３２】
個々の毛細管の代わりに機械加工されたチャネル（例えば毛細管配列）の使用も知られており、ここに記載されている流体処理装置の範囲内にある。しかしながら通常の技術を用いた場合、多数の個々の毛細管は、さらに発展したフォーマットである。しかしながらここに記載されているフィルムはまた、機械加工されたチャネルを有するかかる毛細管配列に適用されてもよい。
【００３３】
励起および／または検出が、毛細管壁を通して実施される場合、特に有利な毛細管は、透明な材料から構成されている毛細管である。標的種を照射するために用いられる光に暴露された時、実質的に蛍光を示さない、例えばバックグラウンドレベルよりも低い蛍光を示す透明な毛細管は、励起が毛細管壁を通って実施される場合に特に有用である。かかる毛細管は知られているが、大部分は、不透明であってかつ高度に蛍光性のある有機ポリマー（例えばポリイミド）のコーティングを有し、したがって光学検出器の中にある毛細管の部分から除去されなければならない。有意には、本発明の光透過性ダイヤモンド様フィルムは、実質的に蛍光を有していない。したがってこれらのフィルムは、毛細管に含まれているサンプルの光学的検出のために、必ずしも除去される必要はない。
【００３４】
微小流体製品
微小流体製品の例は、どちらも１９９９年１２月２３日に公開された国際特許出願公開第ＷＯ９９／６５５４２号および第ＷＯ９９／６５６６４号、ならびにＷｉｌｄｉｎｇらの米国特許第５，６３７，４６９号、およびＫｏｐｆ−Ｓｉｌｌらの第５，８４２，７８７号に記載されている。一般的には微小流体製品は、ポリマーベースである。好ましくはこれらは、商業的規模の量で、例えばロール製品の形態で効率的に生産することができ、分析機能を含む多様な機能を果たすように選択的にテーラーメードすることができる。
【００３５】
好ましい微小流体製品は、１９９９年１２月２３日に公告された国際特許出願公告第ＷＯ９９／６５６６４号に記載されているように、成形適性材料と開放成形用具（すなわち射出成形に用いられる種類の、密閉金型に見られる密閉空洞を欠く成形用具）の表面とを互いに線接触（すなわちこの用具が、この用具と成形適性材料との両方に対して移動するラインによって画定されているような成形適性材料と接触する地点）させ、例えば微小流体処理構造をこの成形適性材料上に圧痕することによって、製造することができる。ついで、結果として生じた成形品を、この用具の成形表面から分離させる。
【００３６】
この成形適性材料は、エンボス可能なポリマー支持体、成形品を成形表面から分離する前に熱輻射または化学線への暴露の際に硬化されうる流動性樹脂組成物、あるいは成形表面と接触している間に冷却されて固化する溶融熱可塑性組成物であってもよい。
【００３７】
一般的には、流動性樹脂組成物がポリマー支持体の主面上に導入され、この支持体および成形用具は互いに対して動かされ、この用具と流動性樹脂組成物とは互いに線接触させられる。最終結果は、微小流体処理構造を有する層が、ポリマー支持体に一体的に接着されている二層構造である。
【００３８】
適切な成形適性材料の例には、ポリ（メチルメタクリレート）ポリカーボネート、ポリエステル、およびポリイミドが含まれる。適切な光硬化性樹脂組成物の例には、アルキルアクリレートおよびメタクリレート（例えばポリメチルメタクリレート）が含まれる。この組成物中に組込まれてもよいその他の成分には、光開始剤、チキソトロピー剤、可塑剤、強化剤、顔料、充填剤、研磨細粒、安定剤、光安定剤、酸化防止剤、流動剤、増粘剤、艶消し剤、着色料、バインダー、発泡剤、殺カビ剤、殺菌剤、界面活性剤、ガラスおよびセラミックビーズ、ならびに補強材料、例えば有機および無機繊維の織布ウエブおよび不織布ウエブが含まれる。
【００３９】
支持体が成形品に接着されて、微小流体処理構造の上にあるカバー層を形成してもよい。好ましくはこの支持体は、ガラスまたはポリマー支持体である。ただし剛性カバー層、例えばガラスカバー層も同様に用いることができる。適切なポリマー支持体の例には、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリエチレン、およびポリプロピレンが含まれる。接着は、接着剤を用いて、あるいはカバー層を微小流体処理構造を有する支持体に直接積層するか、または溶剤接着することによって実施されてもよい。さらにはこのカバー層は、この製品が用いられる予定の分析器具類の一部であってもよい。
【００４０】
有意には、ここに記載されているダイヤモンド様フィルムは、微小流体処理構造のいくつかの部分上で選択的にパターン化され、これによって不連続フィルムが形成されてもよい。ダイヤモンド様フィルムの蒸着は、製造中にインラインで、あるいはその後の操作において行なわれてもよい。ダイヤモンド様フィルムは、多様な機能を果たしうる。例えばこれらのフィルムは、微小流体処理構造の親水性を増すために用いられてもよい。これらは、サンプル液体の蒸発を減少させるかまたは防ぐことができる。ダイヤモンド様フィルム、特に親水性ダイヤモンド様ガラスフィルムはまた、表面の湿潤を促進し、微小流体処理構造のチャネルを通るサンプルの流れを増強することもできる。これらはまた、サイジングゲルの電気泳動装置のマイクロチャネルの中への吸上げを促進することもできる。
【００４１】
その他の無機物質の層は同様に、例えば真空スパッター、電子ビーム蒸着、溶液沈積、または化学蒸着を用いて、微小流体処理構造のいくつかの部分上に選択的に沈積させてもよい。かかる物質は、ダイヤモンド様フィルムの機能と同じ機能のいくつかを果たすために用いられてもよく、導電性のかかる物質はまた、ピエゾ電気または蠕動ポンプ用の電極またはダイヤフラムを形成するために用いられてもよい。
【００４２】
同様に、物質例えば反応体を、微小流体処理構造の様々な部分上に選択的に沈積させることも可能である。あるいはまたこれらの物質は、微小流体処理構造と接触するように設計されたカバー層の表面上に予め決定されたパターンで沈積させてもよい。
【００４３】
微小流体製品は任意に、１つ以上のマイクロ電子工学要素、マイクロ光学要素、および／またはマイクロ機械要素を同様に含んでいてもよい。マイクロ電子工学要素には、導電性トレース、電極、電極パッド、マイクロ加熱要素、静電駆動ポンプおよびバルブ、マイクロ電気機械系（ＭＥＭＳ）等が含まれる。マイクロ光学要素の例には、光学導波管、導波管検出器、反射要素（例えばプリズム）、ビームスプリッター、レンズ要素、ソリッドステート光源および検出器等が含まれる。マイクロ機械要素の例には、フィルター、バルブ、ポンプ、空気および油圧ルーチング等が含まれる。これらのマイクロ要素は、カバー層、微小流体処理構造を有する支持体の両面、微小流体処理構造を有する支持体に接着された追加のポリマー支持体、またはこれらの組合せの中に組込まれてもよい。
【００４４】
かかる製品は、多数の異なる微小流体処理構造の設計を含んでいてもよい。したがってこれらは、数多くの機能を果たすために用いることができる。これらの機能には例えば、毛細管配列電気泳動法、運動阻害アッセイ、競合イムノアッセイ、酵素アッセイ、核酸ハイブリッド形成アッセイ、細胞選別、組合せ化学、および電気クロマトグラフィーが含まれる。
【００４５】
マイクロチャネルの深さは、一定のマイクロチャネル幅を維持しつつ様々に変えることができる。マイクロチャネルは、ピエゾ電気バルブレスディフューザーマイクロポンプ用の垂直方向に先細りになる流入および流出ディフューザーを構成するために用いることができ、あるいは動電学的ゾーン制御または動電学的集束を与えるために用いることができる。同様に、高いアスペクト比のマイクロチャネルの幅は、一定の深さにおいて先細りになっていてもよい。結果として生じる構造はまた、動電学的ゾーン制御を与えるためにも有用である。
【００４６】
同様に、一定の断面積、あるいはまた一定の横断面周長を与えるために、マイクロチャネルの深さと幅との両方を先細りにすることも可能である。一定の横断面積または周長の結果、これから生じる構造によって、優勢な電気泳動流または電気浸透流用のチャネルの長さ全体にわたって一定の電圧勾配を得ることができ、これによって、分解能の損失を伴なわずに単一分子検出のための光学的コンファインメントが与えられる。この構造はまた、動電学的分解能の損失を伴なわずに、低いアスペクト比構造と高いアスペクト比構造（例えば高いアスペクト比の注入ティー、低いアスペクト比のプローブ捕獲ゾーン、マイクロウエル反応器、またはピエゾ電気駆動要素）との間の転移を与えるためにも有用である。同様に、異なる深さを有する２つの交差マイクロチャネルを調製することも可能である。この特徴自体は、疎水性支持体において微小流体スイッチをつくるために活用することができる。深さの差のために、比較的浅いマイクロチャネルの１つのアーム中の流体は、交点に架橋するために緩衝剤が比較的深いマイクロチャネルの中に導入されなければ、この交点を横断しないであろう。可変性の深さという特徴も、イムノアッセイまたは核酸アッセイにおけるプローブ捕獲ビーズを閉じ込める一方、同時にリポーター試薬および流体サンプルが自由に流れるようにするためのポストアレー（ｐｏｓｔａｒｒａｙ）を調製するためにも有用である。
【００４７】
ダイヤモンド様フィルム
様々なダイヤモンド様フィルムが本発明に適している。フィルムには一般的には、ケイ素原子を含むプラズマおよび／または蒸着物質、例えば酸化ケイ素フィルム、窒化ケイ素フィルム、オキシ窒化ケイ素、プラズマ重合ポリシロキサンフィルム、水素添加および非水素添加非晶質ケイ素含有フィルム、ケイ素ドーピングされたダイヤモンド様炭素フィルム等が含まれる。例えば２０００年３月５日に出願された、本出願人の譲受人の同時係属出願である、米国特許出願番号第０９／５１９４４９号、および２０００年３月５日に出願された、米国特許出願番号第０９／５１９４４７号；およびＰｌａｓｍａＤｅｐｏｓｉｔｅｄＴｈｉｎＦｉｌｍｓ，Ｊ．Ｆｏｒｔ＆Ｆ．Ｊａｎｓｅｎ，Ｅｄｓ．；ＣＲＣＰｒｅｓｓ，ＢｏｃａＲａｔｏｎ，ＦＬ（１９８６）参照。
【００４８】
ここで用いられている「ダイヤモンド様フィルム」という用語は、炭素を含み、かつ任意に水素、窒素、酸素、フッ素、ケイ素、硫黄、チタン、および銅の群から選ばれる１つ以上の追加成分を含む、実質的または完全に非晶質なフィルムのことをいう。あるいくつかの実施態様において、その他の元素が存在していてもよい。
【００４９】
前記のようにおよび下記のように、ダイヤモンド様フィルムは、約２５〜約１００原子パーセントの炭素を含んでおり、任意の追加成分が残りを構成する（ここでの組成割合への言及は、原子パーセントのことをいう）。これらのフィルムは共有結合されていてもよく、あるいは相互浸透的であってもよい。この発明の非晶質のダイヤモンド様フィルムは、短距離秩序を与えるが、１８０ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する化学線を有害にも散乱させることがある微小結晶度または巨大結晶度を生じる中および長距離秩序を本質的に含まない原子のクラスターを含んでいてもよい。
【００５０】
いくつかの特別な種類の共有結合ダイヤモンド様フィルムは、これらが光学的に透過性および／または親水性であるかぎり、この発明において有用である。炭素、および約７０％までの、好ましくは約１０％〜約７０％の水素を含むダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）フィルムは、ここに規定されているように一般的には光透過性ではない。
【００５１】
もう１つの種類の適切なダイヤモンド様フィルムは、ダイヤモンド様ネットワーク（ＤＬＮ）を含んでいる。ＤＬＮにおいて、非晶質炭素ベース系は、水素に加えてその他の原子がドーピングされている。これらは、フッ素、窒素、酸素、ケイ素、銅、ヨウ素、ホウ素等を含んでいてもよい。ＤＬＮは、少なくとも約２５％の炭素を含んでいる。一般的にはこれらの１つ以上の追加元素の総濃度は、これらのフィルムのダイヤモンド様の性質を保持するために低い（約３０％未満）。
【００５２】
特に好ましい種類のダイヤモンド様フィルム材料は、ダイヤモンド様ガラス（ＤＬＧ）である。ここにおいて非晶質炭素系は、ガラスにおけるようにかなりの量のケイ素および酸素を含んでいるが、依然としてダイヤモンド様特性を保持している。これらのフィルムにおいて、水素フリー基準で少なくとも約３０％の炭素、かなりの量のケイ素（少なくとも約２５％）、および約４５％以下の酸素が存在する。かなり高い量のケイ素と、有意量の酸素およびかなりの量の炭素の独特な組合せは、これらのフィルムを高度に透明かつ柔軟性にする（ガラスとは異なって）。さらにはＤＬＧフィルムは、酸素含有プラズマ中において表面変性されて、経時的に安定なままの親水性表面を生じうる。これは、本発明の流体処理装置に使用するのに好ましいフィルムである。
【００５３】
ダイヤモンド様フィルムは一般的には、水素フリー基準で少なくとも約２５原子パーセントの炭素、０〜約５０原子パーセントのケイ素、および０〜約５０原子パーセントの酸素を含む。いくつかの実施において、このフィルムは、約２５〜約７０原子パーセントの炭素、約２０〜約４０原子パーセントのケイ素、および約２０〜約４０原子パーセントの酸素を含む。もう１つの実施において、このフィルムは、水素フリー基準で約３０〜約３６原子パーセントの炭素、約２６〜約３２原子パーセントのケイ素、および約３５〜約４１原子パーセントの酸素を含む。
【００５４】
さらには、ある種類の相互浸透ダイヤモンド様フィルムは、この発明において有用である。これらのダイヤモンド様薄膜は、ＤＹＬＹＮと呼ばれ、２つの物質の相互浸透系である。これらの相互浸透ダイヤモンド様薄膜は、米国特許第５，４６６，４３１号に開示されている。
【００５５】
特別な物質における炭素原子の配列および分子間結合による本発明の非晶質ダイヤモンド様フィルムとは有意に異なる特性を有するダイヤモンド薄膜が、以前には支持体上に沈積されていた。分子間結合の種類および量は、赤外線（ＩＲ）および核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルによって測定される。炭素析出物は、実質的に２つの種類の炭素−炭素結合を含んでいる。すなわち、三角形黒鉛結合（ｓｐ²）と四面体ダイヤモンド結合（ｓｐ³）である。ダイヤモンドは事実上すべて四面体結合から成っており、一方非晶質ダイヤモンド様フィルムは、約５０％〜約９０％の四面体結合から成っており、黒鉛は事実上すべて三角形結合から成っている。
【００５６】
炭素質フィルムの結合の結晶度および性質は、この析出物の物理的および化学的性質を決定する。ダイヤモンドは結晶性であるが、一方、本発明の非晶質ダイヤモンド様フィルムは、Ｘ線回折で決定されるように、非結晶性の非晶質物質である。ダイヤモンドは本質的に純炭素であり、一方、ダイヤモンド様フィルムはかなりの量の追加成分を含んでいてもよい（単一の非炭素成分については約５０原子パーセントまで、すべての追加非炭素成分の組合せについては約７５原子パーセントまで）。これらの原子パーセントは、燃焼分析によって測定することができる。
【００５７】
ダイヤモンドは、周囲圧力においてあらゆる物質のうちで最高の充填密度、またはグラム原子密度（ＧＡＤ）を有する。そのＧＡＤは、０．２８グラム原子／ｃｃである。非晶質ダイヤモンド様フィルムは、約０．２０〜０．２８グラム原子／ｃｃの範囲のＧＡＤを有する。これに対して黒鉛は、０．１８グラム原子／ｃｃのＧＡＤを有する。非晶質ダイヤモンド様フィルムの高い充填密度は、液体または気体物質の拡散に対して優れた抵抗性を与える。グラム原子密度は、物質の重量および厚さの測定から計算される。「グラム原子」とは、グラムで表示された物質の原子量のことをいう。
【００５８】
非晶質ダイヤモンド様フィルムはダイヤモンド様であるが、その理由は、ダイヤモンドに類似した前記物理的特性に加えて、これらがダイヤモンドの望ましい性能特性の多く、例えば極端な硬度（１０００〜２０００ｋｇ／ｍｍ²）、高い電気抵抗率（１０⁹〜１０¹³オーム−ｃｍ）、低い摩擦係数（０．１）、および広い範囲の波長における光学的透明性（４００〜８００ナノメーター範囲において０．１未満の吸光係数）を有するからである。
【００５９】
ダイヤモンド様フィルムに対して、ダイヤモンドフィルムはまたいくつかの特性を有しており、これらの特性によって、これらは多くの用途において、非晶質ダイヤモンド様フィルムよりも保護層として有利でなくなる。ダイヤモンドフィルムは、電子顕微鏡によって決定されるような粒構造を有する。これらの粒界は、支持体の化学的攻撃および崩壊への経路であり、同様に化学線の散乱も引起す。非晶質ダイヤモンド様フィルムは、電子顕微鏡によって決定されるような粒構造を有しておらず、したがって化学線がこのフィルムを通過するような用途によく適している。
【００６０】
ダイヤモンドフィルムの多結晶質構造は、粒界からの光の散乱を引起す。驚くべきことに、本発明によるダイヤモンド様フィルムによって、優れた光透過が可能になる。さらには炭素ベース、または炭素および水素ベースのフィルムの可視光透過は、沈積プロセス中に非晶質ダイヤモンド様構造中にケイ素原子と酸素原子とを組込むことによってさらに改良される。このことは結晶性ダイヤモンド薄膜の場合可能ではなく、その理由は、追加成分がその結晶性格子構造を破壊するであろうからである。
【００６１】
ダイヤモンド様フィルムをつくる場合、様々な追加成分を、基本的非晶質炭素または炭素および水素の構造中に組込んでもよい。これらの追加成分は、このダイヤモンド様フィルムが支持体に与える特性を変え、増強するために用いることができる。例えばバリヤーおよび表面特性をさらに増強することは望ましいであろう。
【００６２】
追加成分には、１つ以上の水素（既に組込まれていなければ）、窒素、酸素、フッ素、ケイ素、硫黄、チタン、または銅が含まれてもよい。その他の追加成分も良好に作用しうる。水素の添加は、四面体結合の形成を促進する。フッ素の添加は、不適合性マトリックス中に分散される能力を含む、ダイヤモンド様フィルムのバリヤーおよび表面特性を増強するのに特に有用である。ケイ素および酸素の添加は、ダイヤモンド様フィルムの光学透明性および熱安定性を改良する傾向がある。窒素の添加は、酸化への抵抗性を増強するため、および導電性を増すために用いられてもよい。硫黄の添加は、接着を増強しうる。チタンの添加は、接着、ならびに拡散およびバリヤー特性を増強する傾向がある。
【００６３】
ダイヤモンド様フィルムは、沈積条件および出発原料に応じて、多様な厚さにおいて沈積させることができる。例えばこれらは、必要ならば約１０Åのような薄さであってもよく、約１０マイクロメーター（すなわちミクロン）のような厚さであってもよい。好ましくはこれらは約２００Åの厚さ〜約１ミクロンの厚さである。より好ましくは、これらは約５００Åの厚さ〜約１０００Åの薄さである。
【００６４】
支持体へのダイヤモンド様フィルムの接着は、必要ならば当業者に知られている方法のどれによって改良されてもよい。これらの方法には一般的に、様々な予備処理、たとえばコロナまたはプラズマ処理が含まれる。
【００６５】
いくつかの実施態様において、ダイヤモンド様フィルム、特に親水性ダイヤモンド様フィルムは、流体処理装置の表面の化学を変性するために、連結剤、および任意に反応体を含んでいてもよい。連結剤は実質的に支持体の表面の区域全体、例えば過半表面にあってもよく、あるいはかかる表面上に規則的または不規則的パターンとしてあってもよい斑点として存在してもよい。必要ならば、１つ以上の種類の連結剤が支持体上にあってもよい。
【００６６】
反応体が、任意に連結剤を通じてダイヤモンド様フィルム上に配置されて、結合部位を生じてもよい。下記により詳細に記載されるように、本発明の方法に関して、反応体を導入するために、この技術で知られているプロセスをいくつ用いてもよい。固着方法は、用いられる１つまたは複数の反応体にしたがって様々であってもよい。
【００６７】
本発明に用いられる反応体の種類は、用途および該被検体にしたがって様々であろう。例えばＤＮＡの特徴決定をする時、オリゴヌクレオチドが好ましい。抗原の存在を決定するための診断テストを実施する時は、抗体が好ましい。ほかの用途においては、酵素が好ましいこともある。したがって適切な反応体には、非限定的に、ポリペプチド（例えば酵素および抗体などのタンパク質）、ポリヌクレオチド（例えば核酸、オリゴヌクレオチド、ｃＤＮＡ）、および炭水化物が含まれる。好ましい反応体には、タンパク質、核酸、および炭水化物が含まれる。
【００６８】
ダイヤモンド様フィルムの形成方法
ダイヤモンド様フィルムは、２０００年３月５日に出願された、本出願人の譲受人の同時出願米国特許出願番号第０９／５１９４４９号、および２０００年３月５日に出願された米国特許出願番号第０９／５１９４４７号に開示されている方法および装置を用いて、気体から支持体上へのプラズマ沈積によって沈積される。
【００６９】
典型的な系は、電極を含んでおり、これら電極のうちの１つまたは両方が、ＲＦおよび接地反応室によって電力供給されている。支持体は電極の近くに配置され、イオンさやが、この電力供給された電極の周りに形成されて、このイオンさやにおいて大きい電場を確立する。プラズマが、電力供給（約０．００１Ｈｚ〜約１００ＭＨｚの範囲の周波数で運転されているＲＦ発生器）によって発生され、維持されている。効率的な電力結合を得るために（すなわちここにおいて反射能は、入射能の小さい部分である）、プラズマ負荷のインピーダンスは、ＲＦＰｏｗｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｋｒｅｓｓｏｎ，ＮＪからＭｏｄｅｌ＃ＡＭＮ３０００として入手しうる、２つの可変コンデンサおよび誘導子を含むマッチングネットワークによって、この電力供給にマッチングさせることができる。
【００７０】
簡単にいえば、接地反応室は、一部排気され、高周波電力が２つの電極のうちの１つに加えられる。炭素含有源が、電極間に導入され、電極の近くで反応種を含むプラズマを形成し、同様に少なくとも１つの電極の近くでイオンさやも形成する。支持体は、１つの電極の近くにあるイオンさや内で反応種に暴露され、支持体上にダイヤモンド様薄膜を形成する。これらの条件の結果として、水素フリー基準で少なくとも３０原子パーセントの炭素、０〜５０原子パーセントのケイ素、および０〜５０原子パーセントの酸素を含んでいる、ダイヤモンド様共有結合系を含む薄膜を生じうる。
【００７１】
沈積は、減圧で（大気圧に対して）、制御された環境において発生する。炭素含有ガスに電場を加えることによって、炭素リッチなプラズマが反応室において生じる。フィルムが沈積されることになる支持体は通常、反応器中の容器またはコンテナの中に保持されている。ダイヤモンド様フィルムの沈積は一般的に、圧力、電力、ガス濃度、ガスの種類、電極の相対サイズ等を含む条件に応じて、約１ナノメーター毎秒（ｎｍ／秒）〜約１００ｎｍ毎秒（約１０Å毎秒〜約１０００Å毎秒）の範囲の速度で生じる。一般に沈積速度は、電力、圧力、およびガス濃度の増加と共に増加するが、これらの速度は上限に近づく。
【００７２】
プラズマ内部の種が支持体表面に作用して共有結合を生じ、その結果として支持体表面上に非晶質ダイヤモンド様フィルムを生じる。多数の支持体は、この発明のプロセスの間、これらの上に沈積されたフィルムを同時に有していてもよい。これらの支持体は、ダイヤモンド様フィルム沈積を生じる条件を維持しうる、排気可能な室内で容器またはコンテナの中に保持されてもよい。すなわちこの室は、中でも特に、圧力、様々な不活性ガスおよび反応性ガス流、電力供給された電極に供給される電圧、イオンさやにおける電場の強さ、反応種を含むプラズマの形成、イオン衝撃の強さ、および反応種からのダイヤモンド様フィルムの沈積速度の制御を可能にする環境を提供する。
【００７３】
沈積プロセスに先立って、この室は、空気およびあらゆる不純物を除去するのに必要な程度まで排気される。圧力を変えるために、不活性ガス（例えばアルゴン）が、この室の中に入れられてもよい。ひとたび支持体がこの室の中に入れられ、これが排気されたら、炭素（通常は水素も）を含む物質、および任意にこれから追加成分が沈積されうる物質が、この室の中に導入され、電場を加えた時にプラズマを形成し、これから非晶質ダイヤモンド様フィルムが沈積される。ダイヤモンド様フィルム沈積の圧力および温度（一般的には約０．１３パスカル（Ｐａ）〜約１３３Ｐａ（０．００１〜１．０トル）（ここに記載されている圧力はすべてゲージ圧である）、および５０℃未満）において、炭素含有物質およびこれから任意の追加成分が得られる物質は、蒸気形態にあるであろう。
【００７４】
ダイヤモンド様フィルムにおける炭素および水素の沈積には、炭化水素が特に好ましい。これには、アセチレン、メタン、ブタジエン、ベンゼン、メチルシクロペンタジエン、ペンタジエン、スチレン、ナフタレン、およびアズレンが含まれる。これらの炭化水素の混合物も用いることができる。任意の追加成分を含むガスもまた、反応室の中に導入されてもよい。低イオン化電位の、すなわち１０ｅＶ以下のガスが、一般的にはダイヤモンド様フィルムの効率的沈積に用いられる。
【００７５】
１つ以上の水素、窒素、酸素、フッ素、ケイ素、硫黄、チタン、または銅を含む追加任意ダイヤモンド様フィルム成分が、沈積プロセス中に反応室の中に蒸気形態で導入されてもよい。一般的には追加成分源が固体または流体である場合でさえ、沈積室中の減圧は、この源を揮発させるであろう。あるいはまた追加成分は、不活性ガス流中に同伴されてもよい。これらの追加成分は、炭素または炭化水素含有ガスがプラズマを維持している間にこの室に加えられてもよく、および／または炭素または炭化水素含有ガス流が停止された後で、この室に加えられてもよい。
【００７６】
水素源には、炭化水素ガスおよび分子状水素（Ｈ₂）が含まれる。フッ素源には、四フッ化炭素（ＣＦ₄）、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）、パーフルオロブタン（Ｃ₄Ｆ₁₀）、Ｃ₂Ｆ₆、およびＣ₃Ｆ₈などの化合物が含まれる。ケイ素源には、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、テトラメチルシラン、およびヘキサメチルジシロキサンなどのシランが含まれる。酸素源には、酸素ガス（Ｏ₂）、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）、およびオゾン（Ｏ₃）が含まれる。窒素源には、窒素ガス（Ｎ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、およびヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₆）が含まれる。硫黄源には、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、および硫化水素（Ｈ₂Ｓ）が含まれる。銅源には、銅アセチルアセトネートが含まれる。チタン源には、、四塩化チタンなどのチタンハロゲン化物が含まれる。
【００７７】
これらの電極は、同じサイズであってもよく、あるいは異なるサイズであってもよい。電極が異なるサイズである場合、小さい方の電極が比較的大きいイオンさやを有するであろう（これが接地されている電極であるか、電力供給されている電極であるかには無関係に）。この種類の形状配置は、「非対称」平行プレート反応器と呼ばれる。非対称形状位置は、小さい方の電極を取囲んでいるイオンさやにおいてより高い電圧の電位を生じる。これらの電極の１つに大きいイオンさやを確立することがこの発明には好ましい。その理由は、この支持体が、好ましくはこのさやの中で発生するイオン衝撃作用から利益を得るように、イオンさやの中に位置しているからである。
【００７８】
好ましい電極表面積比は、２：１〜４：１、より好ましくは３：１〜４：１である。小さい方の電極上のイオンさやは、この比が高くなるにつれて増加するが、４：１の比を超えると、追加の利益はほとんど得られない。反応室それ自体が電極として作用しうる。この発明に好ましい形状配置は、電力供給された電極の表面積の２〜３倍を有する接地反応室内に、電力供給された電極を含んでいる。
【００７９】
ＲＦ発生プラズマにおいて、エネルギーは、電子を通じてプラズマ中に結合される。プラズマは、電極間で電荷キャリヤーとして作用する。プラズマは、反応室全体を満たしてもよく、一般的には着色された雲状のものとして見える。イオンさやは、１つまたは両方の電極の周りで比較的暗い区域として現われる。ＲＦエネルギーを用いた平行プレート反応器において、加えられた周波数は好ましくは、約０．００１メガヘルツ（ＭＨｚ）〜約１００ＭＨｚ、好ましくは約１３．５６ＭＨｚ、またはこれらのあらゆる自然数の倍数である。このＲＦ電力は、この室内のガス（あるいは複数のガス）からプラズマを生じる。ＲＦ電力源は、電力供給のインピーダンスと伝送線路およびプラズマ負荷（これはＲＦ電力と効果的に結合するように、通常約５０オームである）のインピーダンスとをマッチングさせるために作用するネットワークを介して、電力供給された電極に連結された１３．５６ＭＨｚオシレータのようなＲＦ発生器であってもよい。したがってこれは、マッチングネットワークと呼ばれる。
【００８０】
これらの電極の周りのイオンさやは、プラズマに対する電極のマイナスの自己バイアスを引起す。非対称形状配置において、マイナスの自己バイアス電圧は、大きい方の電極上では無視しうるものであり、小さい方の電極上のマイナスのバイアスは一般的に、１００〜２０００ボルトの範囲内にある。ＲＦ電力源からの許容しうる周波数範囲は、小さい方の電極上に大きいマイナスの直流（ＤＣ）自己バイアスを形成するのに十分なほど高くてもよいが、これは、結果として生じるプラズマにおいて定在波を生じるのに十分なほど高くない方がよい。これは、ダイヤモンド様フィルムの沈積には非効率的である。
【００８１】
平面支持体の場合、ダイヤモンド様フィルムの沈積は、この支持体を、接地電極よりも小さくされている電力供給された電極と直接接触させることによって、平行プレート反応器において達成することができる。これによって支持体は、電力供給された電極と支持体との間の容量結合によって１つの電極として作用しうる。これは、Ｍ．Ｍ．Ｄａｖｉｄら、ＡＩＣｈＥＪｏｕｒｎａｌ，３７，Ｎｏ．３，ｐ．３６７（１９９１）に記載されている。細長い支持体の場合、この支持体は任意に、連続して真空室を通って引っ張られ、一方、連続ＲＦ場は電極上に置かれ、十分な炭素含有ガスが、この室内に存在する。この室の入口および出口において、真空が維持される。その結果、細長い支持体上に、実質的にこの支持体上にのみ、連続炭素リッチフィルムが生じる。
【００８２】
任意の官能化方法
ダイヤモンド様フィルムは、これに反応体を固着するために、官能化される必要はない。しかしながら固着方法によっては、ケイ素含有層を官能化して連結剤を生み出すことが望ましいであろう。
【００８３】
官能化の種類は反応体の種類による。好ましくはシリカ（例えばガラス）材料の表面を化学反応性にするための多様な通常の方法は知られており、これらの使用が、反応体のその後の固着のために支持体上に連結剤を生み出す程度まで、本発明において用いられてもよい。これらにはシラン結合剤の使用が含まれる。例えば、アミノ官能性を与えるためのアミノシラン、カルボキシ官能性を供給するためのカルボキシシラン、エポキシ官能性を与えるためのエポキシシラン、メルカプト官能性を与えるためのメルカプトシラン（例えば式ＨＳ−Ｌ−Ｓｉ（Ｘ）（Ｙ）（Ｚ）（ここにおいてＬは二価の有機結合基であり、Ｘは加水分解性基、例えばアルコキシ、アシルオキシ、アミン、または塩素であり、ＹおよびＺは加水分解性基、または非加水分解性基である）のメルカプトシラン）、ヒドロキシ官能性を与える得るためのヒドロキシシラン、例えばグリシドキシプロピルシラン等である。かかるシリル化反応（すなわちシラン化反応）の条件は、当業者に一般に知られている。その他のシリル化反応の例は、ＶａｎＤｅｒＶｏｏｒｔら、Ｊ．Ｌｉｑ．Ｃｈｒｏｍ．＆ＲｅｌＲｅｃｈｎｏｌ．，１９、２７２３−２７５２（１９９６）；ＳｕｄｈａｋａｒＲａｏら、Ｔｅｔ．Ｌｅｔｔ．２８、４８９７−４９００（１９８７）；Ｊｏｏｓら、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，２４７，９６−１０１（１９９７）；Ａｅｂｅｒｓｏｌｄら、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，１８７，５６−６５（１９９０）；および１９９８年９月１１日に公開された国際公開第ＷＯ９８／３９４８１号に記載されている。
【００８４】
結合部位を生み出すために、好ましくは連結剤への固着のために反応体が導入される。固着方法には、非限定的に、物理的手段、例えばダイヤモンド様フィルム内の反応体の物理的取込みが含まれてもよい。本発明の好ましい実施態様において、反応体が導入され、ダイヤモンド様フィルムに固着された連結剤を用いて、ダイヤモンド様フィルムに固着される。
【００８５】
好ましくは固着された反応体を有する本発明の装置は、生物的、環境的、または化学的なものに関するサンプル中に存在する種の分離、検出、および測定のために用いられてもよい。巨大分子、例えばタンパク質、ペプチド、糖類、および多糖類、遺伝物質、例えば核酸、炭水化物、細胞物質、例えば細菌、ウイルス、オルガネラ、細胞断片、代謝生成物、薬品等、およびこれらの組合せが特に重要である。生体系の遺伝物質と関連した巨大分子群が特に重要である。これらには、核酸およびオリゴヌクレオチド、例えばＲＮＡ、ＤＮＡ、これらの断片および組合せ、染色体、遺伝子、ならびにこれらの断片および組合せが含まれる。
【００８６】
下記実施例は、単に本発明の特徴、利点、およびその他の詳細をさらに例証するためにのみ選ばれている。しかしながらこれらの実施例はこの目的に役立つが、用いられている特定の成分および量、ならびにその他の条件および詳細は、この発明の範囲を不当に制限するものとして解釈されるべきではないことは、明白に理解すべきである。
【００８７】
プラズマ反応器の説明
反応器１：ダイヤモンド様ガラス（ＤＬＧ）フィルムを、図４に示されているように、特に繊維上に沈積するように設計されている自家製のプラズマ反応器において沈積させた。この反応器は、２つの直線アルミニウム電極を有する垂直アルミニウム室を含んでおり、これらの電極は、呼称長さ６１０ｍｍ（２４+）、幅３８ｍｍ（１．５インチ）であり、この室の直線軸に沿って、１つがもう１つの上に少しずらした配列で配置されている。電極の側面および裏面は絶縁されており、電極の前側のみがプラズマに対して活性的に暴露されるように基底平面でキャップが取除かれている。これらの電極は、１３．５６ＭＨｚ（ＲＦＰｏｗｅｒＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｋｒｅｓｓｏｎ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙからのＭｏｄｅｌＲＦ１０Ｓ）の周波数で運転される１．０ｋＷＲＦ電力供給、およびマッチングネットワーク（ＣｏｍｄｅｌＩｎｃ．，Ｂｅｖｅｒｌｙ，ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓからのＭｏｄｅｌＣＰＭ−１０００）、および制御器（ＣｏｍｄｅｌＩｎｃ．からのＭｏｄｅｌＭａｔｃｈＰｒｏＣＰＭ）によって電力供給されている。原料ガスまたはガス混合物を、質量流れ制御器（ＭＫＳＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ａｎｄｏｖｅｒ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓからのもの）を通って沈積室の中に導入し、機械的ポンプ（ＥｄｗａｒｄｓＨｉｇｈＶａｃｕｕｍからのＭｏｄｅｌＥ２Ｍ８０）によって支持されているルーツブロアー（ＥｄｗａｒｄｓＨｉｇｈＶａｃｕｕｍ，Ｓｕｓｓｅｘ，ＥｎｇｌａｎｄからのＭｏｄｅｌＥＨ１２００）によってポンピングした。この室内の圧力は、キャパシタンスマノメーターによって測定し、スロットルバルブおよび制御器（それぞれＭＫＳＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＭｏｄｅｌ６５３および６００シリーズ）によって測定した。
【００８８】
反応器２：商業用の平行プレート容量結合プラズマ反応器（Ｓｔ．Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，ＦｌｏｒｉｄａのＰｌａｓｍａＴｈｅｒｍ，からＭｏｄｅｌ２４８０として入手しうるもの）を修正し、毛細管へのＤＬＧの沈積に用いた。この反応器が図５に示されている。この反応器は、電力供給された電極を含む接地室電極を含んでいる。この室は、内径２６インチ、高さ１２インチの円筒形状にある。直径５５．９ｃｍ（２２インチ）を有する円形電極を内部に取り付け、マッチングネットワークおよび１３．５６ＭＨｚの周波数で運転されている３ｋＷＲＦ電力供給器に接着した。この室を、機械ポンプによって支持されているルーツブロアーによってポンピングした。ほかに記載されていなければ、この室のベース圧力は０．６７Ｐａ（５ｍトル）であった。プロセスガスを、質量流れ制御器か、あるいはニードル弁を通してこの室の中に計量導入した。すべてのプラズマ沈積および処理は、プラズマ反応器の電力供給された電極上に配置された支持体を用いて実施した。
【００８９】
実施例１
この実施例では、ガラス毛細管上にＤＬＧ薄膜の低い蛍光特性と機械的強度特性とを与える、支持体の少なくとも一部分上に配置されたダイヤモンド様フィルムの使用法を証明する。実験ガラス毛細管は、シリカ管から２００ミクロンのＯＤおよび５０ミクロンのＩＤを有する毛細管まで延伸された純粋シリカガラスから成っている。この延伸プロセスの一部として、このシリカ毛細管を、３００ミクロンの直径までアクリル化ウレタン（ＤＳＭＤｅｓｏｔｅｃｈＩｎｃ．，Ｅｌｇｉｎ，ＩＬから入手しうるもの）で被覆する。このアクリレートコーティングを、２つの別々のビーカーに注ぎ込まれた発煙硫酸（１８５℃）および水中に毛細管の１９ｃｍ切片を順次浸すことによって酸ストリッピングした。毛細管の切片を各々の液体中に約３０秒間浸した。これらの切片毎にストリッピングされたガラス毛細管は、このストリッピングされた切片が自由空間に配置し、したがってその他の表面と機械的接触をさせないようにサンプルホルダーに取り付けた。このサンプルホルダーを、前記プラズマ反応器１の電力供給された電極に対して取り付けた。この電極から離れている方に向いている毛細管の表面を、１３．３Ｐａ（１００ｍトル）および４００ワットで１５秒間酸素プラズマを用いて予め洗浄した。第一側面を洗浄した後、この室を開き、ホルダーの向きを変え、この室を閉じ、毛細管のもう一方の側面を同様に予め洗浄した。酸素プラズマ洗浄後、１０分間この繊維の両側を第二プラズマに暴露することによって、ＤＬＧフィルムをこれらの繊維の表面に沈積させた。第二プラズマを、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）と酸素との混合物から形成した。ＴＭＳおよび酸素の流量は、それぞれ１５０標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）および１００ｓｃｃｍであった。圧力およびＲＦ電力を、それぞれ４０Ｐａ（３００ｍトル）および２００ワットに維持した。ＲＦ電力を、１０Ｈｚパルス周波数において９０％の装荷率でパルスした。ＤＬＧフィルムを、毛細管の両側に５分間沈積させた。毛細管の機械的強度は、Ｖｙｔｒａｎ耐力試験機（ＶｙｔｒａｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｏｒｇａｎｖｉｌｌｅ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙから入手しうるＭｏｄｅｌＰＴＲ−１００）を用いてテストした。機械的操作を模すために、酸ストリッピングされた切片を、一回指で拭った。毛細管をＶｙｔｒａｎ試験機に取り付け、極限強さを記録した。最大負荷が、毛細管を壊すのに不適切である場合、最大負荷を記録したが、毛細管の実際の強度は、記録された値よりも高い。機械的強度の結果を図６にまとめる。コーティングがない場合、ガラス毛細管は、破断を受けやすいのに、１つのサンプル以外（強度は、酸ストリッピングの間にビーカーとの接触のような特別な原因によって低下したのであろう）、すべての毛細管サンプルは、耐力試験機の試験限度において破壊されなかった。
【００９０】
毛細管電気泳動法用のＤＬＧ封入ガラス毛細管の効力は、蛍光顕微鏡において映像化された時に蛍光がないことによって証明される。コーティングは、針プロフィロメーター、すなわちＴｅｎｃｏｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＭｏｄｅｌＮｏ．ＡＳ５００，Ｍｏｕｎｔａｉｎｖｉｅｗ，ＣＡを用いてガラススライド上で実施された成長速度測定に基づいて、呼称２ミクロンの厚さであると確認された。蛍光強度に劇的な差を見ることができる。ＤＬＧ封入繊維は、蛍光があるにしてもそれをほとんど示さなかった。
【００９１】
ＤＬＧ封入毛細管の利点を、ラマンスペクトロメーターで蛍光測定を実施することによってさらに定量化した。これらのサンプルを、Ｒｅｎｉｓｈａｗ系１０００（ＲｅｎｉｓｈａｗＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｍｏｄｅｌ１０００、Ｇｌｕｏｃｅｓｔｅｒｓｈｉｒｅ，ＵＫ）を用いてさらに分析した。レーザー励起は、４８８ｎｍで運転されるアルゴンイオンレーザーを用いて実施した。２０×対物レンズを用いて、各サンプルに対して単一走査を行なった。ＤＬＧ封入毛細管に加えて、露出した石英支持体およびアクリレート封入毛細管も、比較のために評価した。これらの結果を図７に要約する。この測定は、３０００ｃｍ^-1以上では、蛍光の規模は、ＤＬＧ封入および露出石英の両方の場合に２００計数未満であるのに、これはアクリレート被覆毛細管の場合には３００００計数よりも高いことを示している。
【００９２】
この実施例の結果は、ほとんどまたはまったく蛍光を有していない良好な機械的強度の耐久性を有するガラス毛細管を実証している。
【００９３】
実施例２
この実施例は、マイクロチャネルポリマープレートを含む微小流体装置における親水性ＤＬＧフィルムの有用性を例証する。微小流体装置の用途には、生物液、伝熱液、低摩擦／抵抗表面等の輸送が含まれる。この実施例において、支持体は、水を含む液体を輸送するためのマイクロチャネルを有する実験ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）プレートであった。このマイクロチャネルポリマープレートは、このポリマープレートにおけるチャネルおよび貯蔵器に対応するリブおよび貯蔵器を含むニッケル成形用具に対して、ポリ（メチルメタクリレート）シート（ＲｏｈｍａｎｄＨａａｓＣｏ，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡからのプレキシグラス（商標）ＤＲ１０１）を成形することによって調製した。この成形用具は、２６．５ｃｍ×２６．５ｃｍであった。ＤＲ１０１（呼称２５０μｍの厚さ）のシートと成形用具とを、１８７℃の温度で、６．３×１０⁵パスカルの圧力で２分間互いに接触させた。この後、圧力を２．５分間３．２×１０⁶パスカルまで高めた。その後、温度を呼称５０℃まで低下させ、ついで型とシートとを分離した。
【００９４】
前記プラズマ反応器２を用いて、マイクロチャネルＰＭＭＡプレート表面を最初に、それぞれ５０ｍトルおよび５００ワットの圧力およびＲＦ電力で、６０秒間酸素プラズマで下塗りした。サンプルＡに対するＴＭＳおよび酸素の流量は、それぞれ２４ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル毎分）および７５０ｓｃｃｍであった。これらのチャネルを有するＰＭＭＡ表面の片側を５分間処理すると、結果としてＴｅｎｃｏｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ針プロフィロメーターで測定された場合、６００ナノメーターのＤＬＧ薄膜厚さを生じた。サンプルＡの表面層をさらに処理し、ＤＬＧ表面をそれぞれ約５０ｍトルおよび約５００ワットの圧力および電力において２分間酸素プラズマに暴露することによって、これを親水性表面に転化した。この表面は１０°未満の接触角で、水に対して完全に湿潤性であった。
【００９５】
実施例３
この実施例は、ポリマー毛細管に付与されたＤＬＧフィルムの湿分バリヤー特性を例証する。
【００９６】
約３６０ミクロンのＯ．Ｄ．および５０ミクロンのＩ．Ｄ．を有する毛細管を、自家製プラズマ反応器（反応器１）においてポリマーＺｅｏｎｅｘ４８０Ｒ（ＺｅｏｎＣｈｅｍｉｃａｌｓＬ．Ｐ．，４１００ＢｅｌｌｓＬａｎｅ，Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ４０２１１、Ｕ．Ｓ．Ａ．）から調製した。これらの毛細管の外側表面に、それぞれ１００ｍトルおよび４００ワットの圧力およびＲＦで、両側に２分間酸素プラズマで下塗りした。ＴＭＳおよび酸素の流量は、それぞれ１５０ｓｃｃｍおよび１００ｓｃｃｍであり、その結果としてＴＭＳ対酸素比１．５が生じた。圧力および電力を、それぞれ４０Ｐａ（３００ｍトル）および２００ワットに維持した。プラズマを、パルスモードで操作し、パルス周波数および装荷率を、それぞれ１０Ｈｚおよび９０％に維持した。毛細管の両側を５分間プラズマに暴露し、その結果として約３ミクロンのＤＬＧ薄膜厚さを生じた。結果として生じたＤＬＧフィルムは光学的に透明であり、毛細管が曲げられ、屈曲された時、亀裂も離層もしなかった。
【００９７】
ＤＬＧ薄膜は毛細管の中に貯蔵された水の蒸発を防いだ。処理済み毛細管および未処理毛細管の５０ｃｍ片を、シリンジポンプを用いて少なくとも１日水をこれらに通してポンピングすることによって、水で予め浸した。ついでこれらに、２０ｍＭＡＭＰＳＯ（３−［（１，１−ジメチル−２−ヒドロキシエチル）アミノ］−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸、Ｃ．Ａ．Ｓ．登録番号６８３９９−７９−１、ＳｉｇｍａＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ６３１７８、ｐＨ９．０に緩衝済み）中のフルオレセインの１０μｇ／ｍＬ溶液で満たし、ついで両端をエポキシグルー（Ｎｏ．０４００１、ＥｌｅｍｅｎｔｉｓＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＰｏｌｙｍｅｒｓ，Ｂｅｌｌｅｖｕｅ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ０７１０９）で密封した。ついで蛍光顕微鏡を用いて、毛細管内部の液体の容積の収縮を監視することによって、水の蒸発を観察することができた。未処理毛細管内における液体が、処理済み毛細管（ＤＬＧフィルムがその上にあるもの）の速度のほぼ３０倍の速度で毛細管壁を通る蒸発によって収縮するのが観察された。
【００９８】
ＤＬＧフィルムがない場合、水は、毛細管壁を通る輸送によって蒸発する。この結果は、ＤＬＧ薄膜の優れたバリヤー特性を実証している。
【図面の簡単な説明】
【図１】毛細管の外側表面上のダイヤモンド様フィルムを示す毛細管の横断面図である。
【図２】この製品の非流体処理表面上のダイヤモンド様フィルムを示す微小流体製品の斜視図である。
【図３】この製品の流体処理表面上のダイヤモンド様フィルムを示すもう１つの微小流体製品の斜視図である。
【図４】実施例にさらに詳しく記載されているように、サンプルを調製するために用いられるプラズマ反応器の概略平面図である。
【図５】実施例にさらに詳しく記載されているように、サンプルを調製するために用いられるプラズマ反応器の概略平面図である。
【図６】実施例５にさらに詳しく記載されているように、ダイヤモンド様ガラス薄膜を含むガラス毛細管のＷｅｉｂｕｌｌ図である。Ｗｅｉｂｕｌｌ図の説明は、３ＭＯｐｔｉｃａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔＳｙｓｔｅｍｓ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから入手しうる３Ｍの技術出版物である、ＦｒｅｄｅｒｉｃｋＢａｃｏｎ，“ＳｉｌｉｃａＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒｓ−ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅ”に見ることができる。
【図７】図１に参照されている蛍光測定のラマンスペクトルを示している。

Claims

支持体と、前記支持体の少なくとも一部分上に配置された光透過性かつ親水性ダイヤモンド様フィルムとを備え、前記フィルムが酸素含有プラズマ中で処理された、水素フリー基準で少なくとも３０原子パーセントの炭素、少なくとも２５原子パーセントのケイ素、および４５原子パーセント以下の酸素を含む非晶質炭素系を含むダイヤモンド様ガラスを含む、流体処理装置。
内側表面と外側表面とを有する毛細管を備えており、前記内側表面または外側表面のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分が、その上に配置された光透過性ダイヤモンド様フィルムを含んでいる、請求項１に記載の流体処理装置。
前記毛細管の外側表面が、その少なくとも一部分上に配置された光透過性ダイヤモンド様フィルムを含む、請求項２に記載の流体処理装置。
前記フィルムが、２５０ｎｍにおいて０．０１０以下の吸光係数を有する、請求項１に記載の流体処理装置。
請求項１記載の流体処理装置の製造方法であって、支持体の少なくとも一部分上に光透過性ダイヤモンド様フィルムを配置することを含み、前記光透過性ダイヤモンド様フィルムが酸素含有プラズマ中でダイヤモンド様フィルムを処理することにより得られ、前記フィルムが水素フリー基準で少なくとも３０原子パーセントの炭素、少なくとも２５原子パーセントのケイ素、および４５原子パーセント以下の酸素を含む非晶質炭素系を含むダイヤモンド様ガラスを含む方法。