JP5940081B2 - 平面状ハイブリッドオプトフルイディック集積物 - Google Patents

平面状ハイブリッドオプトフルイディック集積物 Download PDF

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Description

関連出願に対する相互参照
本出願は、米国特許法第119条(e)に基づいて、2010年11月19日に出願された「Hybrid, Planar Optofluidic Integration」と題する米国仮特許出願第61/415,467号(代理人整理番号UCSC−0014 (SC2011−261))の利益を主張し、その内容は参照することによって本明細書にその全体が組み込まれる。
技術分野
本発明は、集積光学の分野に、より具体的には、改良した顕微鏡装置を必要としない光学粒子検出のためのオプトフルイディックプラットフォームに、一般的に関する。オプトフルイディックプラットフォームは、1の光学層及び複数の流体層の鉛直方向の集積物を含む。光学層は、ARROWs又はARROW導波路として知られている、反共振反射光学導波路(antiresonant reflecting optical waveguide)を採用することができる。さらに、流体層は、オプトフルイディックプラットフォーム中へ導入した液体に対して流体学的機能を実施するように構成されていることができる。オプトフルイディックプラットフォームは、保護層を含むこともできる。
背景技術
オプトフルイディックスは、マイクロスケールでの光学及び流体学、典型的には液体の相互作用を取り扱う、急速に成長する分野である。最近では、主要な研究トレンドは、特に生物学及びバイオ医薬における、流体によって定義される光学デバイス、液体中の光学粒子操作、及び、光学粒子検出及び分析を含む。
オプトフルイディックアプローチの主要な利点の1つは、異なる機能を有する複数の層を単一のデバイスへと鉛直方向に組み合わせることができることであると指摘されている。原理実証は、流体によって同調可能な導波路伝送[1]及び電気層及び流体層の組み合わせ[2]を含む。
要約
ここで、我々は、液体コア導波路をベースとするオプトフルイディック集積物に対する新規アプローチを説明する。その新規特徴は、次のとおりである:
・鉛直方向の集積のための完全に平面状の光学ビームパスを特徴とする液体コア導波路層の使用、
・個々の層中で所望の機能を達成するための異種材料、例えばシリコン、PDMS、ガラスの使用、
・鉛直方向に集積されたオプトフルイディックシステムの再構成可能なアセンブリー。
現在好ましい本発明の一実施態様において、オプトフルイディックプラットフォームは、光学層及び流体層の鉛直方向の集積物を含むように構築されている。オプトフルイディックプラットフォームは、保護層を含むこともできる。鉛直方向の集積によって、層が永続的に又は一時的に相互に取り付けられることが可能になる。一時的取付は、異なる流体層を有する同じ光学層の再使用の利点を提供する。
一実施態様において、光学層は、極めて高い感受性を有するが、しかし、改良した顕微鏡装置を必要としない光学粒子検出のための、自蔵式の、平面状オプトフルイディックプラットフォームを含むことができる。更なる一実施態様において、光学層は、中空コア反共振反射光学導波路(ARROWs)、充実コアARROWs及び流体貯蔵所を含むことができる。光学層内の種々の要素の構成によって、液体が中空コアARROWsへと導入されること、そして、そのピコリットル未満の体積が単一粒子検出のために光学的に励起されること、を可能にできる。
一実施態様において、流体層は、光学層に取り付けられることができ、かつ、保護層と光学層との間に液体のためのシールを提供するガスケットとして作用することができる。更なる一実施態様において、前記光学層へと取り付けた流体層は、光学層の光学導波路特性を回復するように構成されることができ、かつ、光学層とそれに取り付けた他の流体層との間の中間層として作用できる。さらに、流体層は、流体学的機能、例えばフィルタリング、及び、保護層で導入された光学層液体への分配、を実施するように構成されていることができる。
一実施態様において、保護層は流体層に取り付けられることができる。保護層は、シリンジ及びシリンジポンプを用いてオプトフルイディックプラットフォームへ液体を導入するように構成されることができる。
一実施態様において、光学層は、シリコン基材上への誘電層の堆積、所望の中空形状をパターニングするための犠牲材料の使用、更なる誘電層を用いての前記犠牲材料の被覆、及び、前記犠牲材料を除去するための化学的エッチングの使用、によって製作されることができる。さらに、流体層は、ポリジメチルシロキサン、ポリマー又はガラス材料から作成されることができる。保護層は、アクリルガラスから作成されることができる。これら層は、標準的酸素プラズマ結合によって永続的に連結されることができ、又は、加圧下で一時的な固定手段を用いてアセンブリー化されることができる。
本発明の例示的実施態様の他の観点は、以下に説明される。
図1は、平面状オプトフルイディックプラットフォームを示す。(a)は、概略図で示した配置図、導波路断面及び完成したチップのイメージを示す。(b)は、液体コア導波路の作出のための鍵となるマイクロ素子製造工程を示す。 図2は、流体層の集積物を示す。(a)は、オプトフルイディック層列の概略側面図を示す。(b)は、ルアーコネクションを有する完成したアセンブリーの平面図を示す。(c)は、1のPDMS開口部へとピペッティング導入され、かつ、液体コア導波路を介して反対側の開口部へと真空引きされた量子ドットの蛍光イメージを示す。 図3は、鉛直方向のオプトフルイディック集積物を示す。(a)は、専用の(dedicated)機能的光学層及び流体層を有する多層ハイブリッドオプトフルイディック集積物の概略側面図を示す(破線:チャネル;粒子流れは示した通り)。(b)は、光学的導波を維持するためのPDMS層1中の空気ギャップを示す構造の断面図を示す。 図4は、鉛直方向のオプトフルイディック集積物:試料流れを示す。(a)は、混合し、かつ3つの光学的導波路中へと分配した試料を示す(白色:PDMS層中のマイクロ流体チャネル)。(b)は、3つの光学導波路チャネル中へと分配した3つの試料を示す。PDMS1は明確化のため示されていないことに留意されたい。 図5は、鉛直方向のオプトフルイディック集積物:試料フィルタリングを示す。(a)は、流体層中のフィルター位置の概要(破線で示した平行四辺形)を示す。(b)は、大きい検体成分のための機械的バリアーを提供する、複数のPDMS柱(PDMS posts)を有するフィルターセクションの拡大図を示す。
例示的実施態様の詳細な説明
我々は、光と試料検体の間の相互作用を最大にする液体コア光学導波路を基礎とする、平面状オプトフルイディックアプローチを発明した。中空コア反共振反射光学導波路(ARROWs)の作出に基づいて、我々は、極めて高い感受性を有するが、しかし、改良した顕微鏡装置を必要としない光学粒子検出のための、自蔵式の、平面状オプトフルイディックプラットフォームを開発した[3]。中空コア導波路の形成のための製造工程と一緒に、プラットフォームの基礎的なレイアウトが、図1に示されている。
図1の中央下の走査電子イメージは、5×12μmの中空コア寸法を有するかかる導波路の断面図を示す。さらに、充実コアARROW導波路(図1aの右下のSEM参照)は、液体コアの種々の点に連結されている。これは、メインチャネル中への液体及び光のための別個のアクセスパスを作出し、かつ、ピコリットル未満の体積で光学励起領域を定義して、単一分子感受性を達成するためにも使用できる。図1aは、励起光(緑色:オプトフルイディックプラットフォーム中を指し示す矢印)が、液体コアへと、直交して交差する充実コアARROWを介して入る典型的実験レイアウトを描写する。発生した光(赤色:オプトフルイディックプラットフォームから出るものを示す矢印)は、チップ面中で垂直に回収され、かつ、検出のためチップ縁へと案内されている。チャネル末端の流体貯蔵所によって、容易なチャネル充填及び電極挿入が動電学的粒子運動を誘発することが可能になる。図1aの左下中の写真は、コンパクトなサイズの完成したオプトフルイディックチップを描写する。
図1bに示した製造プロセスは、(i)シリコン基材上へ正確な厚さの誘電層(例えばSiO2及びSiN)を堆積すること、(ii)犠牲材料(例えばSU−8)を所望の中空コア形状へパターンニングすること、(iii)更なるARROW案内層を用いて前記犠牲層を被覆すること、及び、(iv)プラズマエッチングによって末端を暴露した後に化学的エッチングで犠牲コアを除去すること、を含む。これは、マイクロスケールの正確性でもって、種々の光学的及び流体学的レイアウトを定義するために柔軟に使用することができる。
図1に示したプラットフォームは、種々の分子の検出及び分析、例えば、単一染料分子の蛍光検出、リポソーム及びリボソームの蛍光相関分析及びローダミン6G分子の表面増強ラマン検出、のために成功して使用されている[3]。
我々は、オプトフルイディック層のハイブリッド垂直アラインメントに対する原理実証研究も実施した。鍵となる意図は、シリコンベースのARROWチップが、マイクロフルイディックデバイスのために典型的に使用されている材料、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリマー又はガラスと組み合わされることができることを確立することであった。図2aは、この試験アプローチの概略側面図を示す。PDMS層は、ARROWチップの頂部に取り付けられ、その後、アクリルプラスチックのカバーが続く。このPDMS層は、チップ上の高められている導波路構造に一致させて、アクリル層とシリコン層の間の液体のためのシールを提供するガスケットとして作用する(図1参照)。
この機能を達成するために、PDMSを標準的ソフトリソグラフィ法に一致して調製し、かつ、ARROWチップ上に直接的に注いだ。一時的隔離シリンダーを、PDMS中へ貫通孔を作出するために液体コアARROWに対する開口部上に配置し、かつ、PDMSが熱硬化した後に除去した。チャネルをアクリル片中に孔あけし、かつ、シリンジ及びシリンジポンプを用いた液体コア導波路中への液体の導入のためにルアーコネクションで終端化させた(図2b)。図2cは、頂部アクリル片なしのチップのトップダウンイメージを示す。蛍光染色を、1つのPDMS孔中に導入し、かつ、導波路を介して真空引きして反対側の開口部へと導いた。2つの貯蔵所中のみでの明るい赤色蛍光の観察は、基本的なマイクロフルイディック機能性が、PDMS及びARROWチップの間のいかなる漏れもなく成功して実現されることができたことを実証する。
オプトフルイディック集積物に対する多層アプローチは、各層がその所望の機能性に関して最適化されることができるという利点を有する。我々のシリコンベースデバイスが、優れた光学的特性を示す一方で、これらはパッケージングの観点からは理想的でない。ハイブリッド集積物への1つの可能性のある好ましいアプローチは、図3aに示したように流体層と光学層とを単一デバイスに組み合わせることである。好ましい具現化は、シリコンベースの光学層と、流体連結(シリンジ、ポンプ)取り付けのために硬質アクセス層(例えばアクリルプラスチック)によって覆われた軟質ポリジメチルシロキサン(PDMS)の2つの流体層とを組み合わせることである。これら層は、標準的酸素プラズマ結合を介して一時的に連結されてもよいし、又は、加圧下で一時的固定手段を用いてアセンブリー化されてもよい。後者のアプローチは、層が交換可能である、例えば種々の流体チャネル設計が単一光学的チップと一緒に使用可能である、という利点を有する。
ARROWチップ上のPDMSの直接的キャスティングは、ARROW導波路の頂部への高屈折率PDMSの配置及び光学的導波特性の破壊、という欠点を有する。多層アプローチは前記問題を克服し、それというのも、第1のPDMS層は、光学的案内のために重要である領域において導波路幾何学の形態に従う空気チャネルを含むものであるからである。このことは、図3bに説明したような、要求される指数プロファイルを回復する導波路の周囲の空気ギャップを生じる。
第2の工程は、第2のPDMS層(PDMS2)を付加でき、かつ、試料分配及び機械的濾過といった、この層中の本質的な流体学的デバイス機能を実証する。図4は、試料分配レイアウトの2つの好ましい例の具現化を示す(PDMS1層は明確化のために示していないことに留意されたい)。図4aでは、PDMS2層は、同じ試料混合物で3つのARROW導波路を負荷するための1−in−3分配器として設計されている。他方で、図4bは、3−in−3のインプット構成を示し、ここでは3つの異なる試料混合物が同時に3つの導波路チャネル中で検査されることができる。両方の具現化は、たとえ異なるやり方であったとしても、検出プラットフォームの能力の多重可を可能にする。より多くの構成が考えられ、特に液体コア導波路の数が増えるにつれより多くの構成が考えられる。再度、極めて様々な機能性が、同じ基礎となる光学的ARROW層で達成されることに留意されたい。このデバイスが永続的結合なしにアセンブリー化されている場合には、このことは前記プラットフォームを高度にカスタマイズ可能にかつ再構成可能にする。
マイクロフルイディックシステムにおいては試料調製は不変の関心事である。かかる機能性に関する一例は、オフチップ溶解プロセス後に大きい細胞成分を分子レベルターゲットから分離する機械的流体フィルタリング工程である。我々のケースにおける制約事項は、典型的には5×12μmのオーダーにある光学層中の液体コア導波路寸法によって設定される。3μmよりも大きい全ての検体内容物を除去するために、杭(pillar)ベースのフィルター構造が、図5に示されるようにPDMS2層中のインプットマニホルドに付加されることができる。数ミクロンの必要な解像度は、SU−8モールドリソグラフィを使用して容易に達成できる。
[態様1]
複数の導波路を含む光学層と、
複数の流体層とを含み、
前記複数の流体層のうち1つの流体層が前記光学層に取り付けられている、
試料を分析するためのオプトフルイディック装置。
[態様2]
さらに、前記複数の流体層のうち1つの流体層に取り付けられた1つの保護層を含む態様1記載の装置。
[態様3]
前記複数の導波路が、複数の中空コア導波路及び複数の中実コア導波路を含む態様1記載の装置。
[態様4]
前記複数の導波路が、複数の中空コア反共振反射光学導波路(ARROWs)を含む態様1記載の装置。
[態様5]
さらに、前記複数のARROWsと交差する複数の中実コアARROWsを含む態様4記載の装置。
[態様6]
前記複数の中実コアARROWs及び前記複数のARROWsが、垂直に交差する態様5記載の装置。
[態様7]
前記複数のARROWs及び前記複数の中実コアARROWsが、液体及び光に対する別個のアクセスパスを提供し、かつ、ピコリットル未満の体積で光学励起領域を定義して、単一分子感受性を達成するように構成されている態様5記載の装置。
[態様8]
中空コアARROWが、5×12μmの断面積寸法を有する実質的に長方形の中空コアを有する態様4記載の装置。
[態様9]
中空コアARROWが、1のシリコン基材及び複数の誘電層を含み、中空コア形態を形成すべく構成されている態様4記載の装置。
[態様10]
流体貯蔵所が、中空コアARROWの末端に配置されている態様4記載の装置。
[態様11]
前記光学層が、前記複数の流体層とは異なる基材材料から作成されている態様1記載の装置。
[態様12]
前記流体層が、光学的案内のために使用される領域中で複数の導波路の幾何学に従う形態を有する空気チャネルを含む態様1記載の装置。
[態様13]
前記流体層が、導波路と前記流体層の間に光学的案内のために使用される領域中で空気ギャップを提供すべく構成されている態様1記載の装置。
[態様14]
前記複数の流体層が、ポリジメチルシロキサン、ポリマー又はガラス材料から作成されている態様1記載の装置。
[態様15]
前記複数の流体層が、前記複数の導波路内及び前記複数の導波路外へ液体を導くように構成されている複数の開口部を含む態様1記載の装置。
[態様16]
前記流体層が、光学層と保護層の間に液体のためのシールを提供するガスケットとして作用するように構成されている態様1記載の装置。
[態様17]
前記複数の流体層のうち少なくとも1の流体層が、流体学的機能を提供すべく構成されている態様1記載の装置。
[態様18]
前記流体学的機能が、前記複数の導波路へと試料を分配することを含む態様17記載の装置。
[態様19]
前記少なくとも1の流体層が、前記複数の導波路に試料を負荷するための分配点を含む態様18記載の装置。
[態様20]
前記流体学的機能が、試料の機械的濾過を含む態様17記載の装置。
[態様21]
前記少なくとも1の流体層が、試料内容物をフィルタリングするための杭ベースのフィルター構造を含む態様20記載の装置。
[態様22]
前記流体層及び前記光学層が、永続的に取り付けられている態様1記載の装置。
[態様23]
前記永続的取付が、酸素プラズマ結合を含む態様22記載の装置。
[態様24]
前記流体層及び前記光学層が、一時的に取り付けられている態様1記載の装置。
[態様25]
前記一時的取付が、圧力結合を含む態様24記載の装置。
[態様26]
別の流体層への流体層取付が、永続的又は一時的取付を含む態様1記載の装置。
[態様27]
前記保護層が、アクリルプラスチックから作成されている態様2記載の装置。
[態様28]
前記保護層が、液体を導入するための複数のチャネルを含む態様2記載の装置。
[態様29]
前記チャネルが、シリンジ及びシリンジポンプを用いた使用のために構成されているルアーコネクションで終端している態様28記載の装置。
[態様30]
前記保護層及び前記流体層の取付が、永続的又は一時的な取付を含む態様1記載の装置。
[態様31]
さらに、光学的粒子検出のために、コンパクトサイズの自蔵式平面状オプトフルイディックプラットフォームを提供すべく構成されている態様1記載の装置。
[態様32]
導波路を含む1の光学層の作出、
複数の流体層の作出、
1の保護層の作出、
前記複数の流体層のうちの1の流体層への前記光学層の取付、及び
前記保護層への前記複数の流体層のうちの1の流体層の取付
を含むオプトフルイディックデバイスを製造するための方法。
[態様33]
前記光学層の作出が、
シリコン基材上への誘電層の堆積、
導波路中空コア形態への材料のパターニング、
更なる誘電層での前記材料の被覆、及び
前記材料の除去
を含む態様32記載の方法。
[態様34]
前記材料の除去が、プラズマエッチングへの前記材料末端の暴露及び化学的エッチングによる前記材料の除去を含む態様33記載の方法。
[態様35]
複数の流体層の作出が、
一時的隔離シリンダーでの前記導波路の開口部の被覆、
ソフトリソグラフィ法を用いた材料の調製、
前記光学層上への前記調製された材料の注ぎ込み、
前記注ぎ込まれた材料の硬化、及び
前記一時的隔離シリンダーの除去
を含む態様32記載の方法。
[態様36]
前記材料の作出が、ポリジメチルシロキサン、ポリマー、又はガラス材料を含む態様35記載の方法。
[態様37]
前記複数の流体層の作出が、前記光学層に取り付けられるように構成された少なくとも1の流体層の作出を含み、前記少なくとも1の流体層が、光学的案内のために使用される領域における導波路の幾何学に従う形態を有する空気チャネルを含む態様32記載の方法。
[態様38]
前記複数の流体層の作出が、前記光学層に取り付けられるように構成された少なくとも1の流体層の作出を含み、前記少なくとも1の流体層が、前記導波路と前記少なくとも1の流体層との間の空気ギャップを提供するように構成されている態様32記載の方法。
[態様39]
前記複数の流体層の作出が、前記保護層に取り付けられるように構成された少なくとも1の流体層の作出を含み、前記少なくとも1の流体層が、前記導波路への試料の分配、前記試料内容物のフィルタリング、又はその組み合わせを含む流体学的機能を実施するように構成されている態様32記載の方法。
[態様40]
前記複数の流体層の作出が、前記保護層及び前記光学層の間の液体のためのシールを提供するガスケットとして作用するための少なくとも1の流体層を構成することを含む態様32記載の方法。
[態様41]
前記保護層の作出が、前記保護層のためのアクリルプラスチックの使用を含む態様32記載の方法。
[態様42]
前記保護層の作出が、前記保護層へのチャネルの孔あけ及びルアーコネクションでの前記チャネルの終端化を含み、前記チャネル及び前記ルアーコネクションが、シリンジ及びシリンジポンプを使用して前記導波路中へと液体を導入するように構成されている態様32記載の方法。
[態様43]
前記流体層への前記光学層の取付が、永続的又は一時的取付を含む態様32記載の方法。
[態様44]
前記永続的取付が、酸素プラズマ結合を含む態様43記載の方法。
[態様45]
前記一時的取付が、圧力結合を含む態様43記載の方法。
[態様46]
前記保護層への前記流体層の取付が、永続的又は一時的取付を含む態様32記載の方法。
[態様47]
前記複数の流体層の作出が、各流体層を別の流体層へと永続的又は一時的に取り付けることを含む態様32記載の方法。
[態様48]
垂直に交差するように構成されている中空コア導波路と中実コア導波路とを含む光学導波路を含む、1の光学層
流体学的機能を提供するように構成されている複数の流体層、
1の保護層、
前記流体層に前記光学層を取り付けるための手段、
前記光学導波路の光学的指数を回復するための手段、
前記保護層に前記流体層を取り付けるための手段、
前記保護層を通して前記中空コア導波路中へと試料液体を注入するための手段、
前記流体層を通して注入された試料液体へと流体学的機能を適用するための手段、
前記中実コア導波路中へと光を注入する手段
を含み、注入された光は、前記中実コア導波路内で、かつ、前記中空コア導波路中へと注入された前記試料液体を通して案内される、オプトフルイディックデバイス。
[態様49]
前記光学導波路がARROWsを含む態様48記載のデバイス。
[態様50]
前記流体学的機能が、試料液体の分配及び試料液体内有物のフィルタリングを含む態様48記載のデバイス。
[態様51]
前記保護層が、シリンジ及びシリンジポンプを使用した液体試料の導入のための手段を含む態様48記載のデバイス。
[態様52]
前記流体層に前記光学層を取り付けるための前記手段が、永続的又は一時的取付手段を含む態様48記載のデバイス。
[態様53]
前記光学的指数を回復するための前記手段が、前記光学導波路及び前記複数の流体層のうちの1つの取付流体層の間の空気ギャップを含む態様48記載のデバイス。
[態様54]
前記保護層へと前記流体層を取り付けるための前記手段が、永続的又は一時的取付手段を含む態様48記載のデバイス。

Claims (24)

  1. 複数の導波路を含む光学層と、
    複数の流体層とを含み、
    前記複数の流体層のうち第1の流体層が、前記光学層に取り付けられ、かつ、中間層として構成され、前記複数の流体層のうち第2の流体層が、前記第1の流体層に取り付けられ、かつ、機能的流体層として構成されており、
    前記第2の流体層の第一の機能が、前記複数の導波路へと試料を分配することを含み、前記第2の流体層の第二の機能が、試料の機械的濾過を含み、
    保護層が前記複数の流体層のうち1の流体層に取り付けられており、
    前記光学層が、前記複数の流体層とは異なる基材材料から作製されており、かつ、
    前記光学層、前記複数の流体層及び前記保護層が、鉛直方向に集積されている
    試料を分析するための及び個々の粒子の検出のためのオプトフルイディック装置。
  2. 前記複数の導波路が、複数の中空コア導波路及び複数の中実コア導波路を含む請求項1記載の装置。
  3. 前記複数の導波路が、複数の中空コア反共振反射光学導波路(ARROWs)を含む請求項1記載の装置。
  4. 前記複数の導波路が、前記複数の中空コアARROWsと交差する複数の中実コアARROWsをさらに含む請求項3記載の装置。
  5. 前記複数の中実コアARROWs及び前記複数の中空コアARROWsが、垂直に交差し、又は、液体及び光に対する別個のアクセスパスを提供し、かつ、ピコリットル未満の体積で光学励起領域を定義して、単一分子感受性を達成するように構成されている請求項4記載の装置。
  6. 中空コアARROWが、5×12μmの断面積寸法を有する実質的に長方形の中空コアを有し、又は、1のシリコン基材及び複数の誘電層を含み、中空コア形態を形成すべく構成されている請求項3記載の装置。
  7. 流体貯蔵器が、中空コアARROWの末端に配置されている請求項3記載の装置。
  8. 前記第1の流体層が、少なくとも1の導波路と前記第1の流体層の間に光学的案内のために使用される領域中で空気ギャップを提供すべく構成されている請求項1記載の装置。
  9. 前記複数の流体層が、ポリジメチルシロキサン、ポリマー又はガラス材料から作製されている、及び/又は、前記複数の導波路内及び前記複数の導波路外へ液体を導くように構成されている複数の開口部を含む請求項1記載の装置。
  10. 前記複数の流体層が、光学層と保護層の間に液体のためのシールを提供するガスケットとして作用するように構成されている請求項1記載の装置。
  11. さらに、前記複数の導波路に試料を負荷するための分配点を含む請求項1記載の装置。
  12. 前記第2の流体層が、試料内容物をフィルタリングするための杭ベースのフィルター構造を含む請求項1記載の装置。
  13. 前記第1の流体層及び前記光学層、又は、前記第1の流体層及び前記第2の流体層が、永続的に又は一時的に取り付けられている請求項1記載の装置。
  14. 前記第1の流体層及び前記光学層が、酸素プラズマ結合によって永続的に取り付けられ、又は、圧力結合によって一時的に取り付けられている請求項13記載の装置。
  15. 前記保護層が、アクリルプラスチックから作製され、及び/又は、液体を導入するための複数のチャネルを含み、前記チャネルが、シリンジ及びシリンジポンプを用いた使用のために構成されているルアーコネクションで終端している請求項1記載の装置。
  16. 前記複数の流体層のうちの1の流体層への前記保護層の取付が、永続的又は一時的な取付を含む請求項1記載の装置。
  17. さらに、光学的粒子検出のために、コンパクトサイズの自蔵式平面状オプトフルイディックプラットフォームを提供すべく構成されている請求項1記載の装置。
  18. 導波路を含む1の光学層の作出、
    複数の流体層の作出、
    1の保護層の作出、
    前記複数の流体層のうちの第1の流体層への前記光学層の取付、及び
    前記保護層への前記複数の流体層のうちの1の流体層の取付
    を含み、
    前記光学層、前記複数の流体層及び前記保護層が、鉛直方向に集積されており
    前記光学層が、前記複数の流体層とは異なる基材材料から作製されており、
    前記複数の流体層のうち第1の流体層が、前記光学層に取り付けられ、かつ、中間層として構成され、前記複数の流体層のうち第2の流体層が、前記第1の流体層に取り付けられ、かつ、機能的流体層として構成されており、
    前記第2の流体層の第一の機能が、前記複数の導波路へと試料を分配することを含み、前記第2の流体層の第二の機能が、試料の機械的濾過を含み、
    個々の粒子の検出のために構成されているオプトフルイディックデバイスを製造するための方法。
  19. 前記光学層の作出が、
    シリコン基材上への誘電層の堆積、
    導波路中空コア形態への材料のパターニング、
    更なる誘電層での前記材料の被覆、及び
    前記材料の除去
    を含み、前記材料の除去が、プラズマエッチングへの前記材料末端の暴露及び化学的エッチングによる前記材料の除去を含む請求項18記載の方法。
  20. 複数の流体層の作出が、
    一時的隔離シリンダーでの前記導波路の開口部の被覆、
    ソフトリソグラフィ法を用いた材料の調製、
    前記光学層上への前記調製された材料の注ぎ込み、
    前記注ぎ込まれた材料の硬化、及び
    前記一時的隔離シリンダーの除去
    を含み、前記材料の作出が、ポリジメチルシロキサン、ポリマー、又はガラス材料を含む請求項18記載の方法。
  21. 前記複数の流体層の作出が、前記光学層に取り付けられるように構成された少なくとも1の流体層の作出を含み、前記少なくとも1の流体層が、前記導波路と前記少なくとも1の流体層との間の空気ギャップを提供するように構成されている、又は
    前記複数の流体層の作出が、前記保護層に取り付けられるように構成された少なくとも1の流体層の作出を含み、前記少なくとも1の流体層が、前記導波路への試料の分配、前記試料内容物のフィルタリング、又はその組み合わせを含む流体学的機能を実施するように構成されている、又は
    前記複数の流体層の作出が、前記保護層及び前記光学層の間の液体のためのシールを提供するガスケットとして作用する少なくとも1の流体層を構成することを含む、又は
    前記複数の流体層の作出が、各流体層を別の流体層へと永続的又は一時的に取り付けることを含む
    請求項18記載の方法。
  22. 前記保護層の作出が、前記保護層のためのアクリルプラスチックの使用を含み、及び/又は、前記保護層へのチャネルの孔あけ及びルアーコネクションでの前記チャネルの終端化を含み、前記チャネル及び前記ルアーコネクションが、シリンジ及びシリンジポンプを使用して前記導波路中へと液体を導入するように構成されている、請求項18記載の方法。
  23. 前記流体層への前記光学層の取付又は前記保護層への前記流体層の取付が、永続的又は一時的取付を含む請求項18記載の方法。
  24. 前記流体層への前記光学層の永続的取付が、酸素プラズマ結合を含み、又は、前記流体層への前記光学層の一時的取付が、圧力結合を含む請求項23記載の方法。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9528939B2 (en) 2006-03-10 2016-12-27 Indx Lifecare, Inc. Waveguide-based optical scanning systems
US9976192B2 (en) 2006-03-10 2018-05-22 Ldip, Llc Waveguide-based detection system with scanning light source
WO2012068499A2 (en) 2010-11-19 2012-05-24 The Regents Of The University Of California Hybrid, planar optofluidic integration
US8794050B2 (en) 2011-01-27 2014-08-05 Nanoscopia (Cayman), Inc. Fluid sample analysis systems
US9469871B2 (en) 2011-04-14 2016-10-18 Corporos Inc. Methods and apparatus for point-of-care nucleic acid amplification and detection
US9354159B2 (en) 2012-05-02 2016-05-31 Nanoscopia (Cayman), Inc. Opto-fluidic system with coated fluid channels
WO2014003743A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-03 Aptina Imaging Corporation Fluid sample analysis systems
CN103792665A (zh) * 2014-01-26 2014-05-14 浙江工业大学 基于微流控光学技术的光束整形装置
EP3175222B1 (en) * 2014-07-29 2019-08-21 Ldip, Llc Device for detecting a level of an analyte in a sample
WO2016138427A1 (en) 2015-02-27 2016-09-01 Indx Lifecare, Inc. Waveguide-based detection system with scanning light source
WO2018160595A2 (en) 2017-02-28 2018-09-07 The Regents Of The University Of California Optofluidic analyte detection systems using multi-mode interference waveguides
EP3396356A1 (en) * 2017-04-28 2018-10-31 Indigo Diabetes N.V. Photonic embedded reference sensor
CN107764778A (zh) * 2017-08-25 2018-03-06 复拓科学仪器(苏州)有限公司 零群速度共振生物分子相互作用检测方法和检测装置
US11747283B2 (en) * 2020-03-22 2023-09-05 Strike Photonics, Inc. Docking station with waveguide enhanced analyte detection strip
US11808569B2 (en) * 2020-03-22 2023-11-07 Strike Photonics, Inc. Waveguide enhanced analyte detection apparatus
CN113067572B (zh) * 2021-03-19 2024-04-16 东北大学 一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2601519B2 (ja) * 1988-06-15 1997-04-16 出光石油化学 株式会社 分子量分布測定方法と紫外および可視分光検出器およびポリマ−の分子量分布測定装置
JP3748571B2 (ja) * 1996-11-18 2006-02-22 ノバルティス アクチエンゲゼルシャフト 測定装置及びその使用方法
US6192168B1 (en) * 1999-04-09 2001-02-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Reflectively coated optical waveguide and fluidics cell integration
US7306672B2 (en) * 2001-04-06 2007-12-11 California Institute Of Technology Microfluidic free interface diffusion techniques
EP1285290A1 (en) * 2000-04-28 2003-02-26 Edgelight Biosciences, Inc. Micro-array evanescent wave fluorescence detection device
JP2004077305A (ja) * 2002-08-19 2004-03-11 Nec Corp 検出装置
CA3171720C (en) * 2002-12-26 2024-01-09 Meso Scale Technologies, Llc. Methods for conducting electrochemiluminescence measurements
US7444053B2 (en) * 2003-06-16 2008-10-28 The Regents Of The University Of California Integrated electrical and optical sensor for biomolecule analysis with single molecule sensitivity
US7149396B2 (en) 2003-06-16 2006-12-12 The Regents Of The University Of California Apparatus for optical measurements on low-index non-solid materials based on arrow waveguides
CN1950506A (zh) * 2003-12-30 2007-04-18 新加坡科技研究局 核酸纯化芯片
US20060171654A1 (en) 2004-06-15 2006-08-03 Hawkins Aaron R Integrated planar microfluidic bioanalytical systems
JP5885901B2 (ja) * 2004-09-09 2016-03-16 アンスティテュート キュリー マイクロチャネルまたは他のマイクロ容器中でパケットを操作するためのデバイス
US7385460B1 (en) * 2004-11-17 2008-06-10 California Institute Of Technology Combined electrostatic and optical waveguide based microfluidic chip systems and methods
US8859267B2 (en) * 2006-06-12 2014-10-14 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Chip for optical analysis
US7995890B2 (en) * 2008-01-07 2011-08-09 The Regents Of The University Of California Device for light-based particle manipulation on waveguides
CN101271070B (zh) * 2008-05-09 2010-04-14 东北大学 微流控毛细管电泳液芯波导荧光检测装置
JP2009063601A (ja) * 2008-12-26 2009-03-26 Nec Corp マイクロチップ、マイクロチップの製造方法および成分検出方法
DE102009016712A1 (de) * 2009-04-09 2010-10-14 Bayer Technology Services Gmbh Einweg-Mikrofluidik-Testkassette zur Bioassay von Analyten
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