マイクロ流体デバイス、マイクロ流体デバイスを製造する方法及びマイクロ流体デバイスを含むセンサ
本発明は、例えば試料流体中の目標物質を検出するための又は分子篩いのためのマイクロ流体デバイスを提供するものである。該デバイスは、第１凹部１２４が設けられた実質的に平らな第１表面を持つ第１基板１２０と、第２凹部１３０が設けられた実質的に平らな第２表面を持つ第２基板１２８とを有する。第１凹部の少なくとも幾つかは、多孔質材料１１４で満たされている。交互の第１凹部及び第２凹部は、試料流体のための蛇行チャンネルを形成する。第２凹部は他の多孔質材料により満たすことができる。一実施例において、目標物質を結合するための捕捉物質が、上記多孔質材料内に又は該多孔質材料上に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスに関する。該デバイスは、バイオセンサ若しくは試料流体中の目標物質を検出するデバイスであるか又はこれらの一部であり得る。
【０００２】
応用例は、分子診断バイオセンサ、ＤＮＡアレイ、薬品、環境及び食品品質センサを含む。開示されたデバイスは、例えばＤＮＡ配列決定、試料からのＤＮＡ又はタンパク質の抽出及び分子篩い等のための、物質の分離（クロマトグラフィ）に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
分子診断等の分野では、血液又は他の体液等の試料流体を1以上の目標物質の存在について検査又は分析するためにバイオセンサが使用される。このような目標物質は、例えば抗原、微生物及び／又は分子等を含む。この目的のために、或るタイプのバイオセンサでは、目標物質は、マイクロ流体デバイス内の表面に固定化された捕捉物質により結合又は捕捉される。当該固定化領域はスポットと呼ぶことができる。マイクロ流体デバイスは、典型的には、時には殆ど利用可能でない少量の試料流体を扱うことができるという能力のために使用される。目標物質の存在は、蛍光分子等のラベル又は検出することが可能な物理的効果を生じる何らかの他のラベルの被着を介して目に見えるようにされる。光学的ラベルが最も一般的に使用される。多重感知、即ち１つのバイオセンサにより試料流体で複数の目標物質を順次又は同時に感知することを可能にするために、マイクロ流体デバイスは、当該デバイスの表面のうちの１つに、アレイに編成され又は編成されていない1以上のスポット内に固定化された複数の捕捉物質を有することができる。
【０００４】
２つの構成のバイオセンサデバイスが提案されており、実際に使用されている。即ち、所謂、表面流（フローオーバー：flow-over）コンセプトのものと、所謂、貫流（フロースルー：flow-through）コンセプトのものである。
【０００５】
貫流コンセプトによるバイオセンサは、１マイクロメータ未満の平均孔寸法を持つ多孔質膜を使用する。捕捉物質を有するスポットは、該膜上に存在する。試料流体を該膜を介して強制的に送ることにより、該試料流体に含まれる生体分子にとり拡散距離が非常に小さくなり、従って、拡散的移送が吸着力学を制限することがなく、目標物質の効率的な捕捉が達成される。
【０００６】
国際特許出願公開第WO2007/060580号は、２つのハウジング部品により囲まれた多孔質膜を有するマイクロ流体デバイスを開示している。該膜には、目標物質を捕捉するための固定化された捕捉物質のスポットが設けられている。上記２つのハウジング部品は、複数の凹部を有している。該２つのハウジング部品の上記凹部は、一緒になって、試料流体を案内するためのチャンネルを形成する。上記スポットは、斯かるチャンネルが当該膜と交差する箇所の1以上に設けられる。特定のチャンネルを介して案内される試料流体は、該チャンネルの各膜を通過する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、改善されたマイクロ流体デバイス及び斯かるマイクロ流体デバイスを組み込んだセンサデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、独立請求項に記載されている。従属請求項は有利な実施例を記載している。
【０００９】
本発明のマイクロ流体デバイスは、多数のフィーチャを、小さな試料体積しか必要としない一方、或る凹部内の多孔質材料から他の凹部内の多孔質材料へのチャンネルの一部ではない経路を介しての試料流体の漏れを低減又は軽減するように組み合わせる。例えば、国際特許出願公開第WO2007/060580号のデバイスにおいては、試料流体は膜自体を介して斯様にして漏れ得る。即ち、試料流体は、前記２つのハウジング部品の間に介挿された多孔質膜を介して当該チャンネルの方向以外の方向に、即ち該多孔質膜の面内で移送され得る。従って、該デバイス内の膜の平均孔寸法は、試料流体の漏れが許容可能なレベルに限定されるような寸法に制限される。
【００１０】
本発明のマイクロ流体デバイスの設計は、チャンネル方向において連続する膜の間には膜材料が存在しないことによって、膜が相互接続されないようになっている。従って、上記従来技術のデバイスの漏れは全て防止され、本発明のデバイスは広範囲の適用可能性を提供する。
【００１１】
更に、本発明のマイクロ流体デバイスの設計は、多孔質材料を凹部（の一部）内に、これら凹部の壁が当該多孔質材料を支持すると共に使用の間における破壊から保護するように、組み込む。これにより、該デバイスは一層強固及び高信頼性となり、一層確実な信頼性のある機能を提供する。
【００１２】
好ましくは、上記凹部は実質的に完全に充填される。かくして、凹部は、例えば該凹部内に多孔質材料を配置するために使用される各技術の精度に応じて充填される。実質的に完全に充填されるとは、例えば、当該チャンネルの少なくとも或る断面が、即ち上記凹部の断面が、８０％より多く、好ましくは９０％より多く、最も好ましくは９５％より多く、上記多孔質材料により充填されることを示す。全ての凹部が多孔質材料により満たされる必要はない。当該チャンネルに沿って、少なくとも１つの又は複数の凹部が満たされる。好ましくは、凹部は、多孔質材料が該凹部におけるチャンネル内の主流れ方向とは平行ではない少なくとも１つの表面に接触するように、即ち該凹部の角部に位置されるように当該チャンネルの角部と当接するように、満たされる。この場合における当接及び接触とは、付着される又は単に物理的に接触することを意味する。その場合、上記多孔質材料は、当該チャンネル内の流れ方向において該チャンネルの壁により支持される。代わりに、又は付加的に、上記多孔質材料は、当該チャンネル内での該チャンネルの長さ方向（主流れ方向と平行な）に沿う寸法が、該チャンネルの断面方向における寸法の少なくとも１つより大きくなるように配設することができる。当該チャンネル内での該多孔質材料の幾何学構造及び／又は角部における位置は、該多孔質材料に増加された強固さを提供し、かくして、該多孔質材料は一層大きな圧力及び流速に耐えることができ、当該マイクロ流体デバイス及び／又は該マイクロ流体デバイスを利用するセンサの動作速度の増加を可能にする。更に、一層粘性の高い試料を当該チャンネルを介してポンプ送りすることができる。他の例として、当該多孔質材料の（後に定義する）多孔率（open porosity）を、当該膜の強靱さを減少させないで増加させることができる。これは、例えば、流れを誘起させるために当該デバイス内で使用される圧力の低減を可能にし、及び／又は流れを生じさせるために増加された圧力を使用する必要性なしに一層粘性の高い試料の使用を可能にする。
【００１３】
このように、当該多孔質材料の各区画は固体材料の空洞内に閉じ込まれるので、該多孔質材料の機械的負荷は減少され、該多孔質材料は脆弱で非常に隙間の多いものとすることができる。ここで、脆弱及び非常に隙間が多いとは、当該多孔質材料が相対的に小さな固体割合を有することを示す。本発明は、脆弱な多孔質材料の非常に薄い膜の使用を可能にする。
【００１４】
米国特許出願公開第2004/0053422-A1号は、被分析流体の分子篩い、測定及び分離のための多孔質膜を有するマイクロ流体デバイスを開示している。一態様において、該デバイスは、当該基板に一体に形成された多孔質膜により分離された入力区域及び出力区域を有する基板を含んでいる。他の態様において、該デバイスは、上側及び下側チャンネルの縦続接続系列を含み、各上側／下側チャンネルの境界は、対応する多孔質膜により分離されている。
【００１５】
米国特許出願公開第2004/0053422-A1号のデバイスに含まれる多孔質膜は、当該チャンネル内に試料流体の流れの方向に垂直に配置されている。本発明のものとは対照的に、この従来技術の構成は、上述したように或る範囲を超えて試料流体の流れの力に耐えるための増加された抵抗力に欠けている。
【００１６】
更に、米国特許出願公開第2004/0053422-A1号のもののような幾つかの自立している多孔性膜を有するデバイスを製造するのは相対的に困難であり、１００マイクロメートル〜数ミリメートルの範囲の厚みを持つ各膜は製造の間において脆弱であろう。ここで、自立しているとは、膜がチャンネル内に試料流体の流れに対して垂直に配設され、膜の縁が当該チャンネルの壁に固定されていることを示す。本発明によるデバイスは、斯様な自立している膜を必要とせず、当該デバイスの脆弱性を低減し、これにより、製造歩留まりを上昇させる。
【００１７】
好ましい実施例によれば、前記多孔質材料は２５％より大きく８０％より小さな、好ましくは３５％と７０％との間の、最も好ましくは４５％と６０％との間の多孔率を有する。"Ｘ％の多孔率"なる用語は、ここでは、当該多孔質材料の体積のＸ％が空であることを意味する。当該材料の細孔は、互いに及び該材料の外側表面につながっている。"多孔率"なる用語は、当該多孔質材料の全体積のうちの流体の流れが有効に生じる割合を示す。
【００１８】
他の実施例において、当該多孔質材料の平均孔寸法は、例えば、１０ｎｍと１０μｍとの間、好ましくは２０ｎｍと２μｍとの間、より好ましくは２５ｎｍと１μｍとの間、最も好ましくは５０ｎｍと５００ｎｍとの間である。該孔寸法の分布は、好ましくは非常に小さいものとする。ＦＷＨＭは、例えば、平均孔寸法のファクタ２より小さい。
【００１９】
一実施例において、当該多孔質材料は等方性高分子材料を含む。
【００２０】
開示された基板技術は、広範囲の材料並びに一層細かい多孔質構造の、改善された機械的強度及び耐久性との組み合わせでの使用を可能にする。後者は、例えば生分子捕捉プローブのスポットの配設の間における容易な取扱を可能にする。本発明のデバイスは、使用の間における試料流体の一層高い圧力及び流速を可能にする。
【００２１】
一実施例において、前記第１及び第２凹部は異なる基板に配置される。この構成は、当該マイクロ流体デバイスの製造に関して複雑さの点で有利である。両基板は、独立に処理することができ、製造工程のステップの間の干渉は低減されるか又は存在さえもしない。例えば、前記第１凹部が第２凹部とは異なる捕捉プローブを有さなければならない場合である。従って、コストの低減とは別に、この構成は、使い捨て型のマイクロ流体デバイスを提供するための簡単な大量生産を可能にする。
【００２２】
一実施例において、前記第２凹部のうちの少なくとも幾つかは、他の多孔質材料により満たされる。好ましくは、目標物質を結合するための他の捕捉物質が、該２凹部のうちの少なくとも幾つかの上記他の多孔質材料内に又は該他の多孔質材料上に配設される。該他の多孔質材料は、前記第１の多孔質材料と同一の材料、及び／又は他の多孔質材料を含むことができる。本発明のデバイスの構成は、多孔質材料の如何なる組み合わせもあり得るものとさせる。
【００２３】
一実施例において、目標物質を結合する捕捉物質は第１凹部の１以上の多孔質材料内に又は該多孔質材料上に配設され、目標物質を結合する他の捕捉物質は第２凹部の１以上の他の多孔質材料内に又は該他の多孔質材料上に配設される。捕捉物質を有する各スポットは、好ましくは、対向する基板の表面に接触する。上記捕捉物質と基板表面との間の接触は、結合を改善すると共に、例えば光出力検出の場合に信号対雑音比を改善する。捕捉物質は、例えば、蛍光又は燐光物質等の発光物質の類に含まれる。
【００２４】
当該デバイスは、共に多孔質材料及び固体材料の交互の領域を有するような、２つの基板を組み合わせる。蛇行チャンネルは、交互に、第１凹部の１つを辿り、第２凹部の１つに続く等々となる。交互に固体及び多孔質領域を有することは、多孔質材料の壁を備える真っ直ぐなチャンネルを超える利点を有している。捕捉プローブ又はスポットは、別々の捕捉プローブの混合が防止されるので、一層互いに近接して印刷することができる。更に、試料流体の流れは、各捕捉プローブの位置、即ちスポットに向けられる。この結果、当該溶液の一層良好なスクリーニング及び目標物質の結合速度の増加が得られる。
【００２５】
他の実施例においては、捕捉物質の第１測定信号を第１方向に案内し、及び／又は他の捕捉物質の第２測定信号を第２方向に案内するために、前記第１基板と第２基板との境界に壁が設けられる。好ましくは、上記第２方向は上記第１方向とは実質的に反対とする。測定信号の反対に向けられた方向は、光の出力結合（出射）を改善すると共に、信号対雑音比を減少させる。多孔質材料及びスポットを両基板に統合することにより、同一のフローチャンネル設計で、スポット密度を倍にすることができる。
【００２６】
一実施例において、第１多孔質材料は、第２基板の第２表面と接触する。他の実施例において、第２多孔質材料は第１基板の第１表面と接触する。このように、多孔質材料は当該チャンネルの高さを完全に満たし、試料流体が該多孔質材料を介して進む代わりに該多孔質材料をパスするのを防止する。
【００２７】
開示された設計は、当該デバイスの改善された光学的性能を可能にする。というのは、蛍光捕捉物質を有する前記スポットが、基板の構造により、良好に画定される（即ち、高信頼度で且つ再現性がある）からである。本発明のデバイスは、多孔性構造内の捕捉プローブを持つ印刷された流体の定まらない縁に依存することを回避する。
【００２８】
他の実施例において、当該多孔質材料は試料流体と接触すると膨張することができる。基板表面と多孔質材料に埋め込まれたスポットとの間に幾らかの空間が存在すると、該試料流体の一部が上記スポットを相互作用し合わないで通過し得、結果として感知信号が低くなる。膨張することが可能な多孔質材料は、斯様な空間を閉じ、試料流体がスポットを、相互作用を行わないで通過するのを防止する。使用の間において、試料流体は多孔質材料を膨張させるであろう。当該材料は、該材料中に埋め込まれたスポットを対向する基板の表面に対して押圧し、かくして、該対向する基板の表面と、対応するスポットとの接触を改善する。
【００２９】
一実施例において、消光物質（quencher substances）が上記多孔質材料に含まれる。他の例として、第１凹部及び／又は第２凹部の底部に、吸収層又は反射層が設けられる。上記消光物質及び吸収又は反射層は、例えば背景蛍光から生じるもののような、発光背景ノイズを低減する。
【００３０】
一実施例において、第１凹部及び／又は第２凹部は、勾配の付けられた又は傾斜された壁を有する。斯かる勾配付き又は傾斜された壁は、前記スポットの捕捉物質により出力される光を平行化する。
【００３１】
他の実施例において、第１凹部及び／又は第２凹部の側壁には、反射層が設けられる。斯かる反射層は、光出力及び信号対雑音比を改善するために、上記スポットの捕捉物質により出力される光を案内する。
【００３２】
一実施例において、前記第１基板及び／又は第２基板は、実質的に透明である。該透明な第１又は第２基板は、好ましくは、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の波長を持つ放射に対して透過的である。該範囲は、可視光のものを含むことができる。上記透明な基板は、例えば蛍光及び／又は燐光等の発光を用いた目標物質の検出を可能にする。
【００３３】
他の態様によれば、前記マイクロ流体デバイス及び検出器を組み込んだセンサデバイスが提供される。上記検出器は、上記マイクロ流体デバイス上に固定化された捕捉物質により捕捉された目標分子により発生される信号を検出又は感知するよう作用する。一実施例において、多孔質材料は、他のサイトにおける検出の前にフィルタリング機能を果たすためにのみ使用することができる。他の実施例においては、上記マイクロ流体デバイスのチャンネルの多孔質材料に、捕捉プローブを設けることができる。
【００３４】
当該センサデバイスは、チャンネル内の増加された流速又は得られ得る圧力に関するマイクロ流体デバイスの利点の利益を受け、これら利点は、なかでも、使用及び／又は製造の間における増加された感知速度、感知感度、増加された強度及び／又は増加され信頼性となる。上記マイクロ流体デバイスは、永久的な構成において当該センサデバイスの一部となり得る。即ち、該マイクロ流体デバイスは当該センサデバイスの一体部分を形成し得る。この場合、該センサデバイスは、マイクロ流体デバイスの製造により得られる利点の利益も受ける。他の例として、マイクロ流体デバイスは当該センサデバイスから取り外し可能とすることもできる。後者の場合、試料流体をマイクロ流体デバイスに対して、処理された該試料流体の分析を実施すべく、センサデバイスに挿入される前に該マイクロ流体デバイスが目標物質をフィルタリング及び／又は捕捉する機能を果たすように、供給することができる。
【００３５】
当該センサデバイスは、バイオセンサデバイスとすることができる。本発明のデバイスは、生分子の技術分野において特に有用であろう。というのは、体液又は斯かる液体の前処理物等の、この分野において分析されるべき流体は、かろうじて利用可能なものであり、通常は少量であるからである。更に、本発明によるデバイスの、医学的診断及び環境汚染又は食中毒を含む斯かる技術分野への応用は、関連する目標物質が、時には当該流体内での非常に低い濃度において可能な限り高い信頼性及び再現性で決定されることを要する。更に、多数の異なる目標物質又は分子を、このような方法で同時に決定しなければならないこともある。
【００３６】
感度は、目標物質を固定化する効率により、及びセンサ方式の感度により決定される。目標物質を固定化する効率は、目標物質の濃度、目標物質の拡散及び反応速度、捕捉物質の表面積及びこれらの接近容易性に依存する。センサ方式の感度は、信号背景（全ての種類の雑音を含む）及び光子の収集効率（光学的検出の場合）により主に決定される。
【００３７】
試料流体内での非常に低い濃度における目標物質又は分子の結合速度は、当該センサ基板への拡散により制限される。結合速度は、一層大きな分子量の分子の場合は、更に一層制限される。本発明は、増加された感度及び信頼性につながる改善された流れ特性を提供する。
【００３８】
他の態様によれば、本発明はマイクロ流体デバイスを製造する方法を提供する。
【００３９】
例えばＣＤ及びＤＶＤ製造に相当するような、低コストの連続的（roll-to-roll）製造方法を、本発明の基板を製造するために使用することができる。かくして、製造コストは、使い捨て型のデバイスの採算の合う製造を可能にするほど低くなり得る。
【００４０】
本発明のマイクロ流体デバイスは、横方向のフローオーバー又は複数の並列に配置されたフロースルー（flow-through）膜を有する従来のデバイスよりも有利である。これは、斯様な従来のデバイスの上記膜又は複数の膜を介して試料流体をポンプ送りすることにより、捕捉物質を有する全てのスポットが同時に曝されるという事実によるものである。しかしながら、各スポットは当該試料流体の極限られた一部（典型的には、１％未満又はそれより少ない）のみしかスクリーニングしないので、当該溶液の欠乏が、達成可能な測定感度を制限することになる。上記フロースルーシステムに対する流体的構成も、発光検出にとり必要とされる光学部品にとってのプローブ領域のアクセス可能性を制限する。更に、前記膜の透過度の不均等性は、スポット当たりの有効にスクリーニングされる試料流体体積の大きな変動につながり得る。このような場合、均等性は、試料流体を巡回させるか又は各膜の通過後に流れを反転させることにより改善され得るが、これは稼働時間を要し、高コストとなる。更に、均一且つ効率的な混合を保証するためには、試料流体体積の増加及び追加の混合設備が必要とされる。試料流体の流れは低レイノルズ数により実質的に層状となるので、マイクロ流体チャンネル内での混合は特に困難である。目標物質のスクリーニングを大幅に改善するためには、試料流体を繰り返し巡回させねばならない。しかしながら、試料流体の繰り返しの巡回は、全目標物質の実質的に１００％をスクリーニングするには余りにも非現実的である。これら全ての欠点は、本発明のマイクロ流体デバイスにより低減又は防止され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明によるマイクロ流体デバイスの一実施例の平面図を示す。
【図２】図２は、図１の実施例の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明のデバイスの他の実施例の断面図を示す。
【図４】図４は、本発明によるデバイスの一実施例の詳細な断面図を示す。
【図５】図５は、本発明のデバイスの基板の一実施例の詳細な断面図を示し、該基板は勾配付き壁を備える凹部を有している。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明のデバイスの基板を作製するための例示的作製ステップを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明のデバイスの基板を作製するための他の作製ステップを示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明のデバイスの基板を作製するための他の作製ステップを示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明のデバイスの基板を作製するための他の作製ステップを示す。
【図７】図７は、第１基板を作製するためのマスクの平面図を示す。
【図８】図８は、第２基板を作製するためのマスクの平面図を示す。
【図９】図９は、図７のマスクの詳細を示す。
【図１０】図１０は、本発明のデバイスの側断面図を示す。
【図１１】図１１は、第２基板の平断面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明のデバイスの側断面図を示す。
【図１３】図１３は、本発明のデバイスに適した多孔質材料の概要を示す。
【図１４】図１４は、本発明のデバイスに適した多孔質材料の概要を示す。
【図１５】図１５は、本発明のデバイスに適した多孔質材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図１６】図１６は、本発明のデバイスに適した多孔質材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図１７】図１７は、本発明のセンサデバイスの概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の他のフィーチャ及び利点は、添付図面から明らかとなるであろう。
【００４３】
図１は、本発明の一実施例によるマイクロ流体デバイス１００を示す。該デバイスは、試料流体を入口１０６から出口１０８へ案内するためのチャンネル１０４を囲む２層積層体を有している。入口１０６及び出口１０８は、外部流体容器（図示略）との容易な接続を可能にするために上記チャンネルより大きな断面を有している。チャンネル１０４は、入口チャンネル部１１０、出口チャンネル部１１２、多孔質材料領域１１４及び斯かる多孔質材料１１４の間の空領域１１８を有している。入口チャンネル部１１０及び出口チャンネル部１１２並びに空領域１１８は、当該チャンネルを経る気体又は液体試料に対して開放通路を提供する。
【００４４】
該マイクロ流体デバイス１００の２層積層体構造が図２の断面図に更に示されるが、該図では、マイクロ流体デバイス１００が、実質的に平らな第１表面１２２及び第１凹部１２４を持つ第１基板１２０と、実質的に平らな第２表面１２６を持つと共に第２凹部１３０を持つ第２基板１２８とを有していることが示されている。第２表面１２６は第１表面１２２に、上記第１及び第２基板が２層積層体を形成するように接触している。該積層体において、第１及び第２接触表面の間には境界（interface）が形成され、該境界に第１及び第２凹部が配置される。かくして、上記基板の凹部は、断面において蛇行するチャンネル１０４を形成する。上記第１及び第２凹部は、好ましくは、長尺の溝、即ち相対的に浅く、狭く且つ長い溝として形成される。これら凹部の詳細及び例は、図７〜９に関連して後述する。
【００４５】
図２に示された実施例のチャンネル１０４は、上記２つの基板の接触表面を横切って蛇行する。何故なら、第１凹部は第１基板内にあり、第２凹部は第２基板内にあるからである。他の実施例においては、チャンネル全体が上記基板のうちの一方に配置される。この他の実施例では、第１凹部及び第２凹部は、共に、第１基板内に配置される。この場合、第１及び第２凹部は、これら凹部が一緒に当該デバイスの面内で（即ち、断面に垂直な方向に）蛇行するチャンネルを形成するように、相互に配置される。この実施例において、第２基板は、当該デバイス内にチャンネルを画定するために、該第２基板内に形成された凹部を有する必要はない。該第２基板は、第１基板の第１表面と接触した場合にカバー又は蓋として機能するように、実質的に平らな第２表面を有することができる。
【００４６】
本発明によれば、第１凹部１２４のうちの少なくとも幾つかは、多孔質材料１１４により充填される。斯かる多孔質材料の存在は、当該マイクロ流体デバイスが、或る凹部内の多孔質材料が１つのマイクロフィルタを形成するようなマイクロフィルタデバイスとして使用されるのを可能にする。他の例として、上記多孔質材料は、チャンネルを介して流れる気体又は液体試料に接触する実効表面積の拡大を可能にし得る。両目的は、１つのデバイス内で同時に又は順次に果たすこともできる。
【００４７】
全ての種類のフィルタ機能又は実効表面積の増加を可能にするために、デバイス内における多孔質材料の組み合わせの多数の変形例が可能である。このように、一実施例においては、連続した中断されない蛇行チャンネル１０４が交互の多孔性及び空の部分を有するように、第１凹部のみが多孔質材料を有する。代わりに、他の実施例では、図３及び４に示されるように、多孔質材料１１４は第１凹部１２４及び第２凹部１３０の両方に組み込まれ、かくして、多孔質材料の蛇行する連続的なチャンネルが形成される。
【００４８】
本発明によるデバイスにおいて、図２、３及び４の実施例により例示されるように、第１及び第２基板は、第１基板１２０及び第２基板１２８が互いに直接接触するように、例えば一緒に接着され、局部的に融解され又はクランプされる。上記多孔質材料は、従来技術のデバイスの場合におけるように流体の漏れが生じるような、基板の接触表面の間に介挿された多孔質材料の膜層が存在しないように、配置される。代わりに、多孔質区画は、斯かる多孔質区画が構造化された基板の一体部分を形成するように、基板内に埋め込まれる。該多孔質構造体は別体であり、固体材料の"空洞"内に閉じ込まれるので、これら多孔質構造体は、大きな機械的負荷に曝されることはなく、従って、脆弱且つ非常に隙間のあるもの（低固相率）とすることができる。該多孔質材料は、当該チャンネルの角部に接触するように配置することができ、チャンネル壁による該多孔質材料の改善された支持を行う。このように、当該マイクロ流体デバイスは、改善された機能を提供すると共に、一層頑丈である。
【００４９】
好ましい実施例によれば、当該多孔質材料は２５％より大きく８０％より小さな、好ましくは３５％と７０％との間の、最も好ましくは４５％と６０％との間の多孔率（open porosity）を有する。"Ｘ％の多孔率"なる用語は、ここでは、当該多孔質材料の体積のＸ％が空であることを意味する。当該材料の孔は互いに接続されると共に該材料の外側表面に接続され、かくして、該多孔質材料を介して或る凹部から隣の凹部へのチャンネルが可能となる。"多孔率"なる用語は、当該多孔質材料の全体積の、流体の流れが有効に生じる割合を示す。
【００５０】
他の実施例において、当該多孔質材料の平均孔寸法は、例えば、１０ｎｍと１０μｍとの間、好ましくは２０ｎｍと２μｍとの間、より好ましくは２５ｎｍと１μｍとの間、最も好ましくは５０ｎｍと５００ｎｍとの間である。孔寸法の分布は、好ましくは、非常に小さいものとする。ＦＷＨＭは、例えば、平均孔寸法のファクタ２より小さい。
【００５１】
一実施例において、本発明のデバイス内の全ての多孔質材料は同一の多孔質材料を有することができる。例えば、当該多孔質材料は、当該デバイス内のチャンネルを介して流れる気体又は液体試料と接触する実効表面積を増加させる機能を果たすことができる。他の実施例では、異なる凹部は、チャンネルの流れ方向において孔寸法が減少するように異なる多孔質材料及び／又は異なる多孔性を有することができる。このことは、当該マイクロ流体デバイスが粒子をフィルタリングするマイクロフィルタとして使用される場合に、より大きな粒子が非常に細かい多孔性を有する非常に細かいフィルタ（多孔質材料）を詰まらせそうにないという利点を有している。多孔質材料を介して特定の試料の流れを生じさせるために要する圧力を調整するために、多孔率を調整することができる。このようにして、例えば多孔質材料の平均孔寸法が或る凹部から次の凹部へと減少する場合、減少する孔寸法により生じる流速の減少を補償するために多孔率を増加させることができる。孔寸法の増加は、しばしば、単位体積当たりに一層少ない材料しか利用可能でなくなるので当該多孔質材料の強度の減少を伴う。従って、このような構成の場合、本発明のデバイスは有利な強度の増加をもたらす。
【００５２】
図１に例示されたような実施例において、第１凹部１２４の少なくとも幾つかにおける多孔質材料１１４には、１以上の捕捉物質を有するスポット１１６が設けられる。この構成は、目標物質が上記捕捉物質により捕捉され得る場合、当該チャンネルを介して流れる気体又は液体試料からの斯かる目標物質のフィルタリングを可能にする。図３及び４に示す他の実施例においては、第２凹部にも捕捉物質のスポットを担持する多孔質材料が設けられる。これによれば、同じフローチャンネル設計を持つ図１に示すデバイスに対して、スポット密度が倍になる。
【００５３】
上記捕捉物質は凹部の一部にのみ存在するようにすることができるか、又は捕捉物質は凹部の全体積にわたり分散されるようにすることができる。また、捕捉物質は、例えば図５に示されるように、対応する凹部の底部に配置することができる。
【００５４】
上記フィーチャによれば、本発明によるマイクロ流体デバイスはセンサデバイス内で使用することができ、該センサにフィルタリング機能を備えさせる。しかしながら、付加的に又は代替的に、該センサデバイスに本発明を用いて感知機能を付与することもできる。この目的のためには、上記スポットは、多孔質材料を備える凹部の何処に配置されるかとは無関係に、これらスポット内の捕捉物質により目標分子が捕捉された場合に測定信号を供給することができなければならない。測定信号とは、捕捉前の開始状態と捕捉後の結果的状態との間の当該センサデバイスにより感知することが可能な如何なる差をも意味する。このように、上記開始状態は、捕捉後に減少されるような強い信号が測定される、又はその逆であるような状態であり得る。例えば、スポット１１６内の捕捉物質は、１以上の目標物質により接触された場合に、光放射等の無線周波放射を放出する。斯かる放射は、当該スポット内での化学反応、即ち化学発光から生じ得る。他の例として、上記放射は、発光種の励起に際して放出される蛍光又は燐光等の発光であり得、斯かる発光は当該スポットの励起放射による照射の間又は後に放出される。上記発光は、捕捉及び目標物質の、ラベル若しくはマーカ種との関連での又は関連無しでの、化学的又は物理的錯体により放射され得、後者のラベル若しくはマーカ種は例えば発光特性を付与するものである。外部刺激を伴い又は伴わずに、目標物質が捕捉物質に接触した後に信号を供給するような如何なるプロセスも、当該プロセスにおいて使用することができる。この信号は、吸収又は放射の変化を含むこともできる。即ち、捕捉後に、特定の照射の吸収が減少又は増加する。このような変化も従来から良く知られている。上記接触は、物理的及び／又は化学的結合を含み得る。
【００５５】
一実施例において、上記多孔質材料の領域は、例えば当該多孔質材料１１４に固定された粒子の形態の消光物質を有する。可能性のある感知作用の間において、該消光物質は、スポット内で捕捉物質による目標物質の捕捉が生じたかを決定するために使用されるラベルから発生するものではない光学的背景信号を減少させる。
【００５６】
図４に示す実施例において、デバイス３００は、第１基板１２０及び第２基板１２８を含む。これら基板は、第１凹部１２４及び第２凹部１３０を各々有し、これら凹部は一緒になって蛇行チャンネル１０４を形成する。両凹部は多孔質材料１１４により充填される。第１基板１２０の凹部１２４における多孔質材料領域１１４の中間において、当該デバイスは、捕捉分子が固定化されたスポット１１６を有する。２つの基板１２０及び１２８は一緒に封止され、従って、試料流体は第１凹部１２４及び第２凹部１３０が交互となる経路１３２を辿るように強いられる。連続する凹部は壁又はスタンプ１３４、１３５により分離されるが、これら壁は当該基板の固体材料領域である。必要ではないが、この実施例では、壁１３４は上記凹部及び／又はスポット１１６の捕捉物質に接触している。スポット１１６内に含まれる光学ラベル又はマーカが励起されると、信号１４０が、透明な第２基板１２８のスタンプ１３４を介して出力される。この様にして、壁１３４は、捕捉物質が目標物質を捕捉した場合に上記スポットから発する信号１４０を収集及び案内するように作用する。このことは、感知する間における感度及び特異性を向上させる。
【００５７】
一実施例においては、追加の吸収又は反射層１３６が設けられる。この反射層は、不所望な光学的背景信号を低減する目的を果たし得る。更に、スポット１１６により放出された信号１４０を案内するために、凹部１３０の側壁に反射層１３８が被着される。該反射層は、例えば全内部反射が生じるように上記基板の材料とは異なる屈折率を有することができる。これら反射層は、前記多孔質材料が設けられる前に当該凹部内に蒸着されるアルミニウム又は金等の金属から形成することができる。信号１４０を案内することは、測定信号を増加させ、信号対雑音比を減少させ、光の出射を改善する。
【００５８】
スポット１１６と、所謂スタンプ１３４との間の接触は、好ましくは、信号１４０の結合及び案内を改善するために、可能な限り良好なものとする。
【００５９】
他の反射層（図４には図示されていない）を、多孔質材料内にスポットを有する凹部の底部に設けることができる。この反射層は、放射を信号１４０が当該基板を離れる方向に再指向させることができ、これにより、感知されるべき信号を増加させる。
【００６０】
一実施例において、図４に示された実施例の基板１２８の凹部も、例えば図４の実施例に示されたように既に存在するものに加えて、スポットを有することができる。この場合、壁１３５は基板１２８の凹部の上記追加のスポットと接触することができる。図４に関連して説明したように、反射層を、上記更なるスポットから生じ、基板１２０を信号１４０とは反対方向に離脱する信号に対して有利に働くように使用することができる。これら反射層は、基板１２８のスポットにより発生される信号及び／又は励起放射と、基板１２０のものとを分離する好適な手段を提供する。
【００６１】
一実施例において、多孔質材料１１４は、試料流体により接触された場合に膨張することができる。スポット１１６と壁１３４との間に小さな空間が存在したなら、試料流体の一部が対応するスポットを該スポットの捕捉物質と作用し合うことなく通過し得、その結果測定信号の強度が低下し得る。多孔質材料１１４が膨張することができるなら、該多孔質材料はスポット１１６と壁１３４との間の如何なる開口も閉塞し、かくして、試料流体が捕捉物質と相互作用しないで通過することを防止する。試料流体は、当該多孔質材料が膨張させるであろう。拡張された該多孔質材料は、対向する基板の表面に当接し、かくして、該対向する基板と、対応するスポットとの良好な接触をもたらす。
【００６２】
図５に示されるように、前記第１及び／又は第２凹部の側壁１５０、１５２は、勾配が付けられ（tapered）又は傾斜され得る。即ち、これら側壁は、当該凹部の底部に対して９０度より小さな角度で配設することができる。凹部の底部に対する又は基板の表面に対する該角度は、例えば、約７５度又は７０度より小さい。図５に示す側壁１５０、１５２は、凹部１２４の長さ方向に及び／又は幅の方向に勾配を付けることができる。底部１５４及び／又は上記の勾配が付けられた側壁は、当該スポットにより放出された（蛍光）放射信号１４０を反射及び平行化（collimate）する。
【００６３】
上記第１及び／又は第２基板は、捕捉事象の検出のために使用される信号１４０の波長に対して透明とすることができる。
【００６４】
本発明によるマイクロ流体デバイスにおいては、固体材料１３４、１３５と多孔質材料１１４との交互の領域を１つの基板内に持つことが、利点を有する。第１に、異なる捕捉プローブを互いに近接して印刷することができる。何故なら、異なる捕捉プローブの混合が上記固体の境界により防止されるからである。第２に、前記信号の当該基板への結合を、なかでも上述した反射層及び／又は凹状の構造若しくは形状を用いて改善することができる。これは、信号対雑音比を改善する。しかしながら、最も重要なことに、試料流体の流れが捕捉プローブに向けられ、かくして、さもなければ多孔性の部分１３４及び／又は１３５を介しての漏れが防止され、試料流体のスクリーニングの改善、従って捕捉物質に対する目標物質の結合速度の増加をもたらす。
【００６５】
他の実施例において、前記第１及び第２多孔質材料の屈折率は、光の散乱を防止するために試料流体の屈折率と整合される。光の散乱の防止は、目標物質の検出の感度を改善する。
【００６６】
実用的実施例において、前記基板は、例えば約１２０の凹部のアレイを有する。必要性及び設計に応じて、他の数の凹部を使用することもできる。これら基板は約１２０のスポットを有するであろう。各スポットは約２００μｍの直径を有する。斯かるスポット及び／又は凹部は、約４００μｍのピッチで配列される。入口及び出口チャンネル１１０及び１１２は、フローチャンネル１０４と実質的に同様の態様で画定される。
【００６７】
入口及び出口チャンネル部１１０及び１１２は、一例として、本発明のデバイスを試験するための便利な相互接続を意図するものである。実用的応用例において、上記入口及び出口チャンネル部は、例えば、カートリッジ（図示略）に統合することができる。斯かるカートリッジは、例えば試料準備、ＤＮＡ抽出及び増幅に関する他の機能を提供することができる。
【００６８】
以上に述べたデバイスは、本発明による方法を用いて製造することができる。図６Ａ〜６Ｄは、該方法の連続するステップの各結果を図示している。
【００６９】
先ず、凹部１２４が固体基板１２０の表面１２２に配設される（図６Ａ）。これら凹部は、例えば、型から変形可能な（及び／又は反応性の）材料への構造の複製又はエンボス加工により微細構造化される。このような工程は、例えば、射出成形及び熱エンボス加工を含む。該工程は、薄い可撓性基板、及びＣＤ又はＤＶＤ媒体等の一層厚く、一層剛性な基板を加工することができる。他の例として、エッチング技術が使用される。特に、直径が小さすぎて上記エンボス加工又は複製技術が、最早、有利でない場合である。
【００７０】
次いで、凹部１２４を有する該構造化された基板１２０は、第２材料１５６（図６Ｂ）、例えばポリマ溶液、又は基板１２２の材料を溶解しない溶媒であるような、所謂、非溶媒を有する混合物により覆われる。凹状の領域１２４のみが上記材料により満たされるように余分な材料１５６は除去される。
【００７１】
後続のステップにおいて、上記材料１５６は相分離させられる。相分離は、例えば、熱重合又は光重合等の化学反応を誘起させることにより開始される。相分離の後、或る相が除去され（例えば、抽出により）、その結果、多孔構造１１４が残存する（図６Ｃ）。多孔質材料１１４の孔寸法は、製造条件（濃度、温度、溶媒等）により広い範囲で変化させることができる。図１５及び１６は、多孔性微細構造の典型的な例、即ち紫外線硬化されたアクリル酸塩及び熱硬化されたエポキシを各々示している。図１５及び１６に示された材料は、当該用途に適している。
【００７２】
上記多孔相が乾燥された後、当該マイクロ流体デバイス内に必要とされるなら、捕捉プローブ１１６を設けることができる（図６Ｄ）。固定化された捕捉物質を伴う斯かるスポットは、例えば、上記多孔質材料上に印刷される。スポット１１６の配設法は、例えば、インクジェット、転写及び／又は接触印刷を含む。他の例として、上記多孔質材料は捕捉物質を含む溶液に浸され、かくして、該多孔質材料が捕捉物質を伴う該溶液を吸収するようにし、その後、余分な溶液は当該基板の非多孔性部分から除去される。配設の後、適切な後処理を施して、当該多孔質材料１１４の開放多孔構造内に分散された安定し且つ反応性の捕捉プローブ１１６とする。
【００７３】
第２基板は、凹部を有さないか若しくは空の凹部を有するようにするか、又は前記第１凹部に関して説明したようにして設けられる捕捉プローブスポットを備える又は備えない多孔質材料を有する凹部を設けるために前記第１基板と実質的に同一の方法で処理することができる。異なるスポットを、インクジェット印刷を用いて都合良く設けることができる。異なる基板に第１及び第２凹部を有することは、当該多孔質材料及び／又は捕捉プローブ材料が、これら第１及び第２凹部に対して異ならなければならない場合に有利である。この場合、第１及び第２基板は独立に処理することができるので、配設工程は干渉しないであろう。
【００７４】
選択に従い、例えば凹部の壁等の当該基板の特定の部分に、反射層を被着することができる。これは、電気メッキ、蒸着印刷（evaporation printing）等の、薄い金属（Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及び他のもの）を堆積させる適切な技術により実施することができる。従来知られている適切なパターニング技術を使用することができる。代替的に又は付加的に、当該基板上に、全内部反射を行うほど十分に異なる屈折率を持つような層を堆積させることによりミラーリング層を形成することができる。従来既知の技術を用いて、吸収層を堆積させることもできる。
【００７５】
上記第１基板及び第２基板は、例えば図２又は３に示された閉じたマイクロ流体系を形成するように組み立てることができる。これら基板は、基板の機械的特性、全体の設計及び他の要件に応じて、一緒に接着し又はクランプすることができる。
【００７６】
前述したように、本発明のデバイスの基板は、マスタ／モールド技術を用いた複製又は型形成技術により作製することができる。作製は、ガラス又はシリコン基板上のレジストのリソグラフィック露光及び現像により開始される。当該基板上の現像されたレジストは、電気メッキによりＮｉ等の型形成材料に転写される。
【００７７】
後続のステップにおいて、当該構造は射出成形又はエンボス加工によりポリマに複製される。該作製技術は、ＣＤ等の光記憶媒体を製造するために使用される技術に実質的に類似している。
【００７８】
図７及び８は、上記第１基板及び第２基板を作製するためのマスクデザイン４２０及び４２８を各々示している。図９は、図７の微細構造の詳細を示している。
【００７９】
上記マスクの部分４３４、４３５は、対応する基板の隆起領域を形成するためのものであり、部分４２４、４３０は凹部を形成するためのものである。次いで、これら凹部内に多孔質材料の構造が配設される。部分４１０、４１２は入口及び出口チャンネル部４１０、４１２を形成し、部分４０６、４０８は入口及び出口４０６、４０８を形成する。
【００８０】
当該構造体は、例えば、ＳＵ−８レジストによるフォトリソグラフィを用い、且つ、図７及び８のマスクを用いて作製される。図７及び８のマスクは、安価な印刷箔マスクとすることができる。
【００８１】
上記第1及び第2マスク、及び／又は第１及び第２基板は、第１基板の第２基板上への正しい位置合わせを可能にするために位置合わせマーカ４６０及び４６２を有している。他の異なる基板設計も、上述した技術により実現することができる。前記（生物学的）スポットの数及び寸法は、フォトリソグラフィの限界内において広い範囲で変化させることができる。
【００８２】
前記試料流体の流れは、上記凹部及び微細チャンネルの幾何学構造を調整することにより最適化することができる。例えば、前記チャンネルの高さを減少させれば、フロー抵抗は増加するであろう。
【００８３】
図１０〜１２は、前記凹部の寸法、及びそれらの比に関する例を示す。
【００８４】
Ａ及びＣは、前記壁又はスタンプの長さを示す。Ｂ及びＤは、第１及び第２凹部の長さを各々示す。比Ａ：Ｂ（図１０）は、例えば、１：２と１：５との間である。より好ましくは、該比Ａ：Ｂは１：２.５と１：４との間とする。最も好ましくは、該比Ａ：Ｂは約１：３とする。比Ｃ：Ｄ、Ｃ：Ｂ及びＡ：Ｄは、同様の範囲内とすることができる。ここで、ＡはＤに面する一方、ＣはＢに面する。１：１なる比は機能しないことに注意されたい。
【００８５】
実用的実施例において、Ａ及び／又はＣは、例えば１０μｍと５００μｍとの間であり、より好ましくは３０μｍと２００μｍとの間とする。Ｂ及び／又はＤは、例えば１０μｍと５００μｍとの間であり、より好ましくは３０μｍと２００μｍとの間とする。
【００８６】
Ｔ１及びＴ２は、第１及び第２凹部の深さ又は高さを各々示す。比Ｔ１：Ｔ２（図１０）は、好ましくは１：３と３：１との間とし、より好ましくは１：２と２：１との間とし、最も好ましくは約１：１とする。
【００８７】
Ｔ１及び／又はＴ２は、１０μｍと１０００μｍとの間であり、好ましくは５０μｍと２００μｍとの間とする。
【００８８】
Ｗ１及び／又はＷ２は、３０μｍと１０００μｍとの間であり、好ましくは１００μｍと５００μｍとの間とする。
【００８９】
一実施例において、前記チャンネルを形成する凹部の高さは、２０〜２００μｍの範囲内である。これら凹部は、例えば、約２５０μｍ幅であり（図１１に示す第２凹部の幅Ｗ２）、約４５０μｍ長である。他の実施例において、これら凹部は、試料流体の流れを改善するために、実質的に長方形である。
【００９０】
図１２は、前記チャンネルを横切る幾つかの点線ｌ１、ｌ２及びｌ３を示している。好ましい実施例において、該チャンネルの断面積（即ち、該チャンネルが長方形断面を有すると仮定して、断面積Ｆ＝Ｔ＊Ｗ）は、上記線ｌ１、ｌ２及びｌ３により示される位置において実質的に同一である。即ち、斯かる断面積の差は、ファクタ２より小さい。他の実施例において、多孔率を（要因として）考慮にいれた実効チャンネル断面積の差が、ファクタ２より小さい。
【００９１】
改善された実施例において、前記第１及び第２基板は、平面方向に互いにずらすことができる。平面方向は、ｘが当該チャンネルの長さ方向であり、ｙが幅方向である場合に、ｘ軸及びｙ軸により示される。そのようにすることにより、当該（第１）チャンネルは、例えばＡがＣの上に来ると共にＢがＤの上に来るまでｘ軸方向にずらすことにより（図１０）、中断され得る。次いで、当該基板がｙ方向にずらされて、他の（第２）チャンネルを開き得るか、又は第２チャンネルに対する接触が開放され得る。上記１以上の他のチャンネルは、上述した第１チャンネルと平行に延在し得るか、又は例えばｙ方向に延在し得る。
【００９２】
当該基板をずらすことは、例えば、より速い洗浄又は清掃ステップを可能にする。即ち、基板は、試料流体が第１チャンネルを完全に通過した後に、ずらすことができる。基板をずらすことは、第１チャンネル内の空気／気泡の除去を可能にもする。
【００９３】
図１３及び１４は、膜のタイプの概略的に表されたＳＥＭ写真を示す。図１５及び１６は、異なる膜のタイプの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
【００９４】
図１３は、等方性ナイロン膜を示す。
【００９５】
図１４は、異方性のエッチングされたアルミナ５１４を示し、１マイクロメータ以下のオーダの平均直径を持つ長尺チャンネルを形成する細孔５１６を有している。
【００９６】
図１５は、光重合により誘起された相分離によって形成された多孔膜のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９７】
図１６は、エポキシ樹脂及びＰＭＭＡの混合物の熱硬化によって得られた多孔性エポキシ網状組織のＳＥＭ写真を示す。ＰＭＭＡ相は、反応誘起された相分離の後に除去される。
【００９８】
図１３、１５及び１６に示した材料の細孔は、ランダムな構造を有している。他の例として、本発明によるデバイス内の多孔質材料は、化学触媒法の分野で知られた規則的細孔構造を有することもできる。
【００９９】
当該マイクロ流体デバイスは、感知デバイス又は分析デバイスの一部とすることができる。当該マイクロ流体デバイスは、斯様なデバイス内に、感知デバイスの一体部分を形成するように永久的に固定することができる。他の例として、当該マイクロ流体デバイスは、感知デバイスに対して取り外し可能／挿入可能とすることもできる。後者の場合、当該マイクロ流体デバイスは、より複雑及び／又は安価な感知ユニット内で使用されるべき使い捨て型デバイスとすることができる。
【０１００】
センサデバイスの一例が、図１７に示されている。一実施例において、該センサデバイスは、図３又は図４に示したマイクロ流体デバイス３００（ここでは、これ以上説明しない）を有することができる。該センサデバイスは、入力放射２をレンズ等の屈折又は収束エレメント３を介して１以上のスポット１１６に供給するための放射源１を更に有している。目標種の捕捉が生じた場合に上記スポットにより放射される出力放射は、エレメント３を介して検出され、ビームスプリッタ５（上記入力放射は該出力放射とは異なる波長領域を有するので、この場合はダイクロイックミラーである）を介して検出器４に送られる。当該デバイスは、当業者により既知の全ての種類の光学エレメントを装備することができる。
【０１０１】
図示されていないが、より密な多重化の検出を可能にするようなマイクロ流体デバイスを使用することもできる。この場合、例えば図３のマイクロ流体デバイスを使用することができる。該デバイスは、第１及び第２凹部の多孔質材料に捕捉スポットを有している。これらスポットは、前述したようにして測定することができる。有利な実施例では、第１凹部のスポットは第１方向から測定することができる一方、第２凹部のスポットは、第１方向とは反対の第２方向から測定することができる。上記第１方向は第１基板の側とすることができる。しかしながら、代わりに及び有利にも、該第１方向を第２基板の側とすることもできる。これは、例えば図１７の例の構成を可能にし、該構成において信号案内壁及び／又は壁の向きは、図４において部分１３８に対するものであったように、部分１３５に対して配設される。かくして、隣り合う近接した隔てられたスポット（第１及び第２凹部）から発する信号の間のクロストークの低減及び効率的な信号分離が達成される。この構成は、マイクロ流体デバイス上の面積当たりのスポットの量を増加させると共に、当該マイクロ流体デバイス及び／又はセンサ若しくは検出器デバイスの更なる小型化を可能にする。
【０１０２】
本発明のデバイスは、実行されるべき分析方法に応じて、複数の目的のために使用することができる。かくして、該デバイスは前記チャンネルを介して特定の試料流体をポンプ送りすることによりフィルタとして使用することができる。代わりに、又は追加として、当該デバイスは前述したように目標物質捕捉能力を発揮し、従って目標固有のフィルタリングを実行することができる。更に、又は代わりに、当該デバイスは感知機能を有し、検出デバイスの一部を形成することができる。
【０１０３】
本発明のデバイスは、例えば、生体試料内のタンパク質の存在を検出するために適用可能である。また、当該デバイスは、タンパク質、ホルモン、ペプチド、及び／又は単鎖及び二重鎖オリゴヌクレオチ等の生分子の選択的捕捉及び／又は釈放のために使用することもできる。
【０１０４】
１以上の試薬を、前記第１又は第２凹部の何れかにおける多孔質材料内に又は上に配設することができる。試薬は、例えば、試料流体内に溶解し得る。該溶解された試薬は、例えば、特定の反応を向上、支援若しくは誘起し、又は触媒として機能することができる。生物学的分析手順において、ユーザは、試料流体の前又は後にチャンネル１０４を介して、例えば、緩衝液又は空気をポンプ送りして、一層正確な測定を達成することができる。
【０１０５】
尚、上述した実施例は、本発明を限定するというよりは解説するものであり、当業者であれば、添付請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することができるであろう。また、請求項において、括弧内に記載された符号は当該請求項を限定するものと見なしてはならない。また、"有する"なる文言は、請求項に記載されたもの以外の構成要素又はステップの存在を排除するものでない。また、単数形の構成要素は、複数の斯かる構成要素の存在を排除するものではない。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これら手段の幾つかは、１つの同一のハードウェア品目により具現化することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスに関する。該デバイスは、バイオセンサ若しくは試料流体中の目標物質を検出するデバイスであるか又はこれらの一部であり得る。
【０００２】
応用例は、分子診断バイオセンサ、ＤＮＡアレイ、薬品、環境及び食品品質センサを含む。開示されたデバイスは、例えばＤＮＡ配列決定、試料からのＤＮＡ又はタンパク質の抽出及び分子篩い等のための、物質の分離（クロマトグラフィ）に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
分子診断等の分野では、血液又は他の体液等の試料流体を1以上の目標物質の存在について検査又は分析するためにバイオセンサが使用される。このような目標物質は、例えば抗原、微生物及び／又は分子等を含む。この目的のために、或るタイプのバイオセンサでは、目標物質は、マイクロ流体デバイス内の表面に固定化された捕捉物質により結合又は捕捉される。当該固定化領域はスポットと呼ぶことができる。マイクロ流体デバイスは、典型的には、時には殆ど利用可能でない少量の試料流体を扱うことができるという能力のために使用される。目標物質の存在は、蛍光分子等のラベル又は検出することが可能な物理的効果を生じる何らかの他のラベルの被着を介して目に見えるようにされる。光学的ラベルが最も一般的に使用される。多重感知、即ち１つのバイオセンサにより試料流体で複数の目標物質を順次又は同時に感知することを可能にするために、マイクロ流体デバイスは、当該デバイスの表面のうちの１つに、アレイに編成され又は編成されていない1以上のスポット内に固定化された複数の捕捉物質を有することができる。
【０００４】
２つの構成のバイオセンサデバイスが提案されており、実際に使用されている。即ち、所謂、表面流（フローオーバー：flow-over）コンセプトのものと、所謂、貫流（フロースルー：flow-through）コンセプトのものである。
【０００５】
貫流コンセプトによるバイオセンサは、１マイクロメータ未満の平均孔寸法を持つ多孔質膜を使用する。捕捉物質を有するスポットは、該膜上に存在する。試料流体を該膜を介して強制的に送ることにより、該試料流体に含まれる生体分子にとり拡散距離が非常に小さくなり、従って、拡散的移送が吸着力学を制限することがなく、目標物質の効率的な捕捉が達成される。
【０００６】
国際特許出願公開第WO2007/060580号は、２つのハウジング部品により囲まれた多孔質膜を有するマイクロ流体デバイスを開示している。該膜には、目標物質を捕捉するための固定化された捕捉物質のスポットが設けられている。上記２つのハウジング部品は、複数の凹部を有している。該２つのハウジング部品の上記凹部は、一緒になって、試料流体を案内するためのチャンネルを形成する。上記スポットは、斯かるチャンネルが当該膜と交差する箇所の1以上に設けられる。特定のチャンネルを介して案内される試料流体は、該チャンネルの各膜を通過する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、改善されたマイクロ流体デバイス及び斯かるマイクロ流体デバイスを組み込んだセンサデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、独立請求項に記載されている。従属請求項は有利な実施例を記載している。
【０００９】
本発明のマイクロ流体デバイスは、多数のフィーチャを、小さな試料体積しか必要としない一方、或る凹部内の多孔質材料から他の凹部内の多孔質材料へのチャンネルの一部ではない経路を介しての試料流体の漏れを低減又は軽減するように組み合わせる。例えば、国際特許出願公開第WO2007/060580号のデバイスにおいては、試料流体は膜自体を介して斯様にして漏れ得る。即ち、試料流体は、前記２つのハウジング部品の間に介挿された多孔質膜を介して当該チャンネルの方向以外の方向に、即ち該多孔質膜の面内で移送され得る。従って、該デバイス内の膜の平均孔寸法は、試料流体の漏れが許容可能なレベルに限定されるような寸法に制限される。
【００１０】
本発明のマイクロ流体デバイスの設計は、チャンネル方向において連続する膜の間には膜材料が存在しないことによって、膜が相互接続されないようになっている。従って、上記従来技術のデバイスの漏れは全て防止され、本発明のデバイスは広範囲の適用可能性を提供する。
【００１１】
更に、本発明のマイクロ流体デバイスの設計は、多孔質材料を凹部（の一部）内に、これら凹部の壁が当該多孔質材料を支持すると共に使用の間における破壊から保護するように、組み込む。これにより、該デバイスは一層強固及び高信頼性となり、一層確実な信頼性のある機能を提供する。
【００１２】
好ましくは、上記凹部は実質的に完全に充填される。かくして、凹部は、例えば該凹部内に多孔質材料を配置するために使用される各技術の精度に応じて充填される。実質的に完全に充填されるとは、例えば、当該チャンネルの少なくとも或る断面が、即ち上記凹部の断面が、８０％より多く、好ましくは９０％より多く、最も好ましくは９５％より多く、上記多孔質材料により充填されることを示す。全ての凹部が多孔質材料により満たされる必要はない。当該チャンネルに沿って、少なくとも１つの又は複数の凹部が満たされる。好ましくは、凹部は、多孔質材料が該凹部におけるチャンネル内の主流れ方向とは平行ではない少なくとも１つの表面に接触するように、即ち該凹部の角部に位置されるように当該チャンネルの角部と当接するように、満たされる。この場合における当接及び接触とは、付着される又は単に物理的に接触することを意味する。その場合、上記多孔質材料は、当該チャンネル内の流れ方向において該チャンネルの壁により支持される。代わりに、又は付加的に、上記多孔質材料は、当該チャンネル内での該チャンネルの長さ方向（主流れ方向と平行な）に沿う寸法が、該チャンネルの断面方向における寸法の少なくとも１つより大きくなるように配設することができる。当該チャンネル内での該多孔質材料の幾何学構造及び／又は角部における位置は、該多孔質材料に増加された強固さを提供し、かくして、該多孔質材料は一層大きな圧力及び流速に耐えることができ、当該マイクロ流体デバイス及び／又は該マイクロ流体デバイスを利用するセンサの動作速度の増加を可能にする。更に、一層粘性の高い試料を当該チャンネルを介してポンプ送りすることができる。他の例として、当該多孔質材料の（後に定義する）多孔率（open porosity）を、当該膜の強靱さを減少させないで増加させることができる。これは、例えば、流れを誘起させるために当該デバイス内で使用される圧力の低減を可能にし、及び／又は流れを生じさせるために増加された圧力を使用する必要性なしに一層粘性の高い試料の使用を可能にする。
【００１３】
このように、当該多孔質材料の各区画は固体材料の空洞内に閉じ込まれるので、該多孔質材料の機械的負荷は減少され、該多孔質材料は脆弱で非常に隙間の多いものとすることができる。ここで、脆弱及び非常に隙間が多いとは、当該多孔質材料が相対的に小さな固体割合を有することを示す。本発明は、脆弱な多孔質材料の非常に薄い膜の使用を可能にする。
【００１４】
米国特許出願公開第2004/0053422-A1号は、被分析流体の分子篩い、測定及び分離のための多孔質膜を有するマイクロ流体デバイスを開示している。一態様において、該デバイスは、当該基板に一体に形成された多孔質膜により分離された入力区域及び出力区域を有する基板を含んでいる。他の態様において、該デバイスは、上側及び下側チャンネルの縦続接続系列を含み、各上側／下側チャンネルの境界は、対応する多孔質膜により分離されている。
【００１５】
米国特許出願公開第2004/0053422-A1号のデバイスに含まれる多孔質膜は、当該チャンネル内に試料流体の流れの方向に垂直に配置されている。本発明のものとは対照的に、この従来技術の構成は、上述したように或る範囲を超えて試料流体の流れの力に耐えるための増加された抵抗力に欠けている。
【００１６】
更に、米国特許出願公開第2004/0053422-A1号のもののような幾つかの自立している多孔性膜を有するデバイスを製造するのは相対的に困難であり、１００マイクロメートル〜数ミリメートルの範囲の厚みを持つ各膜は製造の間において脆弱であろう。ここで、自立しているとは、膜がチャンネル内に試料流体の流れに対して垂直に配設され、膜の縁が当該チャンネルの壁に固定されていることを示す。本発明によるデバイスは、斯様な自立している膜を必要とせず、当該デバイスの脆弱性を低減し、これにより、製造歩留まりを上昇させる。
【００１７】
好ましい実施例によれば、前記多孔質材料は２５％より大きく８０％より小さな、好ましくは３５％と７０％との間の、最も好ましくは４５％と６０％との間の多孔率を有する。"Ｘ％の多孔率"なる用語は、ここでは、当該多孔質材料の体積のＸ％が空であることを意味する。当該材料の細孔は、互いに及び該材料の外側表面につながっている。"多孔率"なる用語は、当該多孔質材料の全体積のうちの流体の流れが有効に生じる割合を示す。
【００１８】
他の実施例において、当該多孔質材料の平均孔寸法は、例えば、１０ｎｍと１０μｍとの間、好ましくは２０ｎｍと２μｍとの間、より好ましくは２５ｎｍと１μｍとの間、最も好ましくは５０ｎｍと５００ｎｍとの間である。該孔寸法の分布は、好ましくは非常に小さいものとする。ＦＷＨＭは、例えば、平均孔寸法のファクタ２より小さい。
【００１９】
一実施例において、当該多孔質材料は等方性高分子材料を含む。
【００２０】
開示された基板技術は、広範囲の材料並びに一層細かい多孔質構造の、改善された機械的強度及び耐久性との組み合わせでの使用を可能にする。後者は、例えば生分子捕捉プローブのスポットの配設の間における容易な取扱を可能にする。本発明のデバイスは、使用の間における試料流体の一層高い圧力及び流速を可能にする。
【００２１】
一実施例において、前記第１及び第２凹部は異なる基板に配置される。この構成は、当該マイクロ流体デバイスの製造に関して複雑さの点で有利である。両基板は、独立に処理することができ、製造工程のステップの間の干渉は低減されるか又は存在さえもしない。例えば、前記第１凹部が第２凹部とは異なる捕捉プローブを有さなければならない場合である。従って、コストの低減とは別に、この構成は、使い捨て型のマイクロ流体デバイスを提供するための簡単な大量生産を可能にする。
【００２２】
一実施例において、前記第２凹部のうちの少なくとも幾つかは、他の多孔質材料により満たされる。好ましくは、目標物質を結合するための他の捕捉物質が、該２凹部のうちの少なくとも幾つかの上記他の多孔質材料内に又は該他の多孔質材料上に配設される。該他の多孔質材料は、前記第１の多孔質材料と同一の材料、及び／又は他の多孔質材料を含むことができる。本発明のデバイスの構成は、多孔質材料の如何なる組み合わせもあり得るものとさせる。
【００２３】
一実施例において、目標物質を結合する捕捉物質は第１凹部の１以上の多孔質材料内に又は該多孔質材料上に配設され、目標物質を結合する他の捕捉物質は第２凹部の１以上の他の多孔質材料内に又は該他の多孔質材料上に配設される。捕捉物質を有する各スポットは、好ましくは、対向する基板の表面に接触する。上記捕捉物質と基板表面との間の接触は、結合を改善すると共に、例えば光出力検出の場合に信号対雑音比を改善する。捕捉物質は、例えば、蛍光又は燐光物質等の発光物質の類に含まれる。
【００２４】
当該デバイスは、共に多孔質材料及び固体材料の交互の領域を有するような、２つの基板を組み合わせる。蛇行チャンネルは、交互に、第１凹部の１つを辿り、第２凹部の１つに続く等々となる。交互に固体及び多孔質領域を有することは、多孔質材料の壁を備える真っ直ぐなチャンネルを超える利点を有している。捕捉プローブ又はスポットは、別々の捕捉プローブの混合が防止されるので、一層互いに近接して印刷することができる。更に、試料流体の流れは、各捕捉プローブの位置、即ちスポットに向けられる。この結果、当該溶液の一層良好なスクリーニング及び目標物質の結合速度の増加が得られる。
【００２５】
他の実施例においては、捕捉物質の第１測定信号を第１方向に案内し、及び／又は他の捕捉物質の第２測定信号を第２方向に案内するために、前記第１基板と第２基板との境界に壁が設けられる。好ましくは、上記第２方向は上記第１方向とは実質的に反対とする。測定信号の反対に向けられた方向は、光の出力結合（出射）を改善すると共に、信号対雑音比を減少させる。多孔質材料及びスポットを両基板に統合することにより、同一のフローチャンネル設計で、スポット密度を倍にすることができる。
【００２６】
一実施例において、第１多孔質材料は、第２基板の第２表面と接触する。他の実施例において、第２多孔質材料は第１基板の第１表面と接触する。このように、多孔質材料は当該チャンネルの高さを完全に満たし、試料流体が該多孔質材料を介して進む代わりに該多孔質材料をパスするのを防止する。
【００２７】
開示された設計は、当該デバイスの改善された光学的性能を可能にする。というのは、蛍光捕捉物質を有する前記スポットが、基板の構造により、良好に画定される（即ち、高信頼度で且つ再現性がある）からである。本発明のデバイスは、多孔性構造内の捕捉プローブを持つ印刷された流体の定まらない縁に依存することを回避する。
【００２８】
他の実施例において、当該多孔質材料は試料流体と接触すると膨張することができる。基板表面と多孔質材料に埋め込まれたスポットとの間に幾らかの空間が存在すると、該試料流体の一部が上記スポットを相互作用し合わないで通過し得、結果として感知信号が低くなる。膨張することが可能な多孔質材料は、斯様な空間を閉じ、試料流体がスポットを、相互作用を行わないで通過するのを防止する。使用の間において、試料流体は多孔質材料を膨張させるであろう。当該材料は、該材料中に埋め込まれたスポットを対向する基板の表面に対して押圧し、かくして、該対向する基板の表面と、対応するスポットとの接触を改善する。
【００２９】
一実施例において、消光物質（quencher substances）が上記多孔質材料に含まれる。他の例として、第１凹部及び／又は第２凹部の底部に、吸収層又は反射層が設けられる。上記消光物質及び吸収又は反射層は、例えば背景蛍光から生じるもののような、発光背景ノイズを低減する。
【００３０】
一実施例において、第１凹部及び／又は第２凹部は、勾配の付けられた又は傾斜された壁を有する。斯かる勾配付き又は傾斜された壁は、前記スポットの捕捉物質により出力される光を平行化する。
【００３１】
他の実施例において、第１凹部及び／又は第２凹部の側壁には、反射層が設けられる。斯かる反射層は、光出力及び信号対雑音比を改善するために、上記スポットの捕捉物質により出力される光を案内する。
【００３２】
一実施例において、前記第１基板及び／又は第２基板は、実質的に透明である。該透明な第１又は第２基板は、好ましくは、３５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の波長を持つ放射に対して透過的である。該範囲は、可視光のものを含むことができる。上記透明な基板は、例えば蛍光及び／又は燐光等の発光を用いた目標物質の検出を可能にする。
【００３３】
他の態様によれば、前記マイクロ流体デバイス及び検出器を組み込んだセンサデバイスが提供される。上記検出器は、上記マイクロ流体デバイス上に固定化された捕捉物質により捕捉された目標分子により発生される信号を検出又は感知するよう作用する。一実施例において、多孔質材料は、他のサイトにおける検出の前にフィルタリング機能を果たすためにのみ使用することができる。他の実施例においては、上記マイクロ流体デバイスのチャンネルの多孔質材料に、捕捉プローブを設けることができる。
【００３４】
当該センサデバイスは、チャンネル内の増加された流速又は得られ得る圧力に関するマイクロ流体デバイスの利点の利益を受け、これら利点は、なかでも、使用及び／又は製造の間における増加された感知速度、感知感度、増加された強度及び／又は増加され信頼性となる。上記マイクロ流体デバイスは、永久的な構成において当該センサデバイスの一部となり得る。即ち、該マイクロ流体デバイスは当該センサデバイスの一体部分を形成し得る。この場合、該センサデバイスは、マイクロ流体デバイスの製造により得られる利点の利益も受ける。他の例として、マイクロ流体デバイスは当該センサデバイスから取り外し可能とすることもできる。後者の場合、試料流体をマイクロ流体デバイスに対して、処理された該試料流体の分析を実施すべく、センサデバイスに挿入される前に該マイクロ流体デバイスが目標物質をフィルタリング及び／又は捕捉する機能を果たすように、供給することができる。
【００３５】
当該センサデバイスは、バイオセンサデバイスとすることができる。本発明のデバイスは、生分子の技術分野において特に有用であろう。というのは、体液又は斯かる液体の前処理物等の、この分野において分析されるべき流体は、かろうじて利用可能なものであり、通常は少量であるからである。更に、本発明によるデバイスの、医学的診断及び環境汚染又は食中毒を含む斯かる技術分野への応用は、関連する目標物質が、時には当該流体内での非常に低い濃度において可能な限り高い信頼性及び再現性で決定されることを要する。更に、多数の異なる目標物質又は分子を、このような方法で同時に決定しなければならないこともある。
【００３６】
感度は、目標物質を固定化する効率により、及びセンサ方式の感度により決定される。目標物質を固定化する効率は、目標物質の濃度、目標物質の拡散及び反応速度、捕捉物質の表面積及びこれらの接近容易性に依存する。センサ方式の感度は、信号背景（全ての種類の雑音を含む）及び光子の収集効率（光学的検出の場合）により主に決定される。
【００３７】
試料流体内での非常に低い濃度における目標物質又は分子の結合速度は、当該センサ基板への拡散により制限される。結合速度は、一層大きな分子量の分子の場合は、更に一層制限される。本発明は、増加された感度及び信頼性につながる改善された流れ特性を提供する。
【００３８】
他の態様によれば、本発明はマイクロ流体デバイスを製造する方法を提供する。
【００３９】
例えばＣＤ及びＤＶＤ製造に相当するような、低コストの連続的（roll-to-roll）製造方法を、本発明の基板を製造するために使用することができる。かくして、製造コストは、使い捨て型のデバイスの採算の合う製造を可能にするほど低くなり得る。
【００４０】
本発明のマイクロ流体デバイスは、横方向のフローオーバー又は複数の並列に配置されたフロースルー（flow-through）膜を有する従来のデバイスよりも有利である。これは、斯様な従来のデバイスの上記膜又は複数の膜を介して試料流体をポンプ送りすることにより、捕捉物質を有する全てのスポットが同時に曝されるという事実によるものである。しかしながら、各スポットは当該試料流体の極限られた一部（典型的には、１％未満又はそれより少ない）のみしかスクリーニングしないので、当該溶液の欠乏が、達成可能な測定感度を制限することになる。上記フロースルーシステムに対する流体的構成も、発光検出にとり必要とされる光学部品にとってのプローブ領域のアクセス可能性を制限する。更に、前記膜の透過度の不均等性は、スポット当たりの有効にスクリーニングされる試料流体体積の大きな変動につながり得る。このような場合、均等性は、試料流体を巡回させるか又は各膜の通過後に流れを反転させることにより改善され得るが、これは稼働時間を要し、高コストとなる。更に、均一且つ効率的な混合を保証するためには、試料流体体積の増加及び追加の混合設備が必要とされる。試料流体の流れは低レイノルズ数により実質的に層状となるので、マイクロ流体チャンネル内での混合は特に困難である。目標物質のスクリーニングを大幅に改善するためには、試料流体を繰り返し巡回させねばならない。しかしながら、試料流体の繰り返しの巡回は、全目標物質の実質的に１００％をスクリーニングするには余りにも非現実的である。これら全ての欠点は、本発明のマイクロ流体デバイスにより低減又は防止され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明によるマイクロ流体デバイスの一実施例の平面図を示す。
【図２】図２は、図１の実施例の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明のデバイスの他の実施例の断面図を示す。
【図４】図４は、本発明によるデバイスの一実施例の詳細な断面図を示す。
【図５】図５は、本発明のデバイスの基板の一実施例の詳細な断面図を示し、該基板は勾配付き壁を備える凹部を有している。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明のデバイスの基板を作製するための例示的作製ステップを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明のデバイスの基板を作製するための他の作製ステップを示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明のデバイスの基板を作製するための他の作製ステップを示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明のデバイスの基板を作製するための他の作製ステップを示す。
【図７】図７は、第１基板を作製するためのマスクの平面図を示す。
【図８】図８は、第２基板を作製するためのマスクの平面図を示す。
【図９】図９は、図７のマスクの詳細を示す。
【図１０】図１０は、本発明のデバイスの側断面図を示す。
【図１１】図１１は、第２基板の平断面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明のデバイスの側断面図を示す。
【図１３】図１３は、本発明のデバイスに適した多孔質材料の概要を示す。
【図１４】図１４は、本発明のデバイスに適した多孔質材料の概要を示す。
【図１５】図１５は、本発明のデバイスに適した多孔質材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図１６】図１６は、本発明のデバイスに適した多孔質材料のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【図１７】図１７は、本発明のセンサデバイスの概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の他のフィーチャ及び利点は、添付図面から明らかとなるであろう。
【００４３】
図１は、本発明の一実施例によるマイクロ流体デバイス１００を示す。該デバイスは、試料流体を入口１０６から出口１０８へ案内するためのチャンネル１０４を囲む２層積層体を有している。入口１０６及び出口１０８は、外部流体容器（図示略）との容易な接続を可能にするために上記チャンネルより大きな断面を有している。チャンネル１０４は、入口チャンネル部１１０、出口チャンネル部１１２、多孔質材料領域１１４及び斯かる多孔質材料１１４の間の空領域１１８を有している。入口チャンネル部１１０及び出口チャンネル部１１２並びに空領域１１８は、当該チャンネルを経る気体又は液体試料に対して開放通路を提供する。
【００４４】
該マイクロ流体デバイス１００の２層積層体構造が図２の断面図に更に示されるが、該図では、マイクロ流体デバイス１００が、実質的に平らな第１表面１２２及び第１凹部１２４を持つ第１基板１２０と、実質的に平らな第２表面１２６を持つと共に第２凹部１３０を持つ第２基板１２８とを有していることが示されている。第２表面１２６は第１表面１２２に、上記第１及び第２基板が２層積層体を形成するように接触している。該積層体において、第１及び第２接触表面の間には境界（interface）が形成され、該境界に第１及び第２凹部が配置される。かくして、上記基板の凹部は、断面において蛇行するチャンネル１０４を形成する。上記第１及び第２凹部は、好ましくは、長尺の溝、即ち相対的に浅く、狭く且つ長い溝として形成される。これら凹部の詳細及び例は、図７〜９に関連して後述する。
【００４５】
図２に示された実施例のチャンネル１０４は、上記２つの基板の接触表面を横切って蛇行する。何故なら、第１凹部は第１基板内にあり、第２凹部は第２基板内にあるからである。他の実施例においては、チャンネル全体が上記基板のうちの一方に配置される。この他の実施例では、第１凹部及び第２凹部は、共に、第１基板内に配置される。この場合、第１及び第２凹部は、これら凹部が一緒に当該デバイスの面内で（即ち、断面に垂直な方向に）蛇行するチャンネルを形成するように、相互に配置される。この実施例において、第２基板は、当該デバイス内にチャンネルを画定するために、該第２基板内に形成された凹部を有する必要はない。該第２基板は、第１基板の第１表面と接触した場合にカバー又は蓋として機能するように、実質的に平らな第２表面を有することができる。
【００４６】
本発明によれば、第１凹部１２４のうちの少なくとも幾つかは、多孔質材料１１４により充填される。斯かる多孔質材料の存在は、当該マイクロ流体デバイスが、或る凹部内の多孔質材料が１つのマイクロフィルタを形成するようなマイクロフィルタデバイスとして使用されるのを可能にする。他の例として、上記多孔質材料は、チャンネルを介して流れる気体又は液体試料に接触する実効表面積の拡大を可能にし得る。両目的は、１つのデバイス内で同時に又は順次に果たすこともできる。
【００４７】
全ての種類のフィルタ機能又は実効表面積の増加を可能にするために、デバイス内における多孔質材料の組み合わせの多数の変形例が可能である。このように、一実施例においては、連続した中断されない蛇行チャンネル１０４が交互の多孔性及び空の部分を有するように、第１凹部のみが多孔質材料を有する。代わりに、他の実施例では、図３及び４に示されるように、多孔質材料１１４は第１凹部１２４及び第２凹部１３０の両方に組み込まれ、かくして、多孔質材料の蛇行する連続的なチャンネルが形成される。
【００４８】
本発明によるデバイスにおいて、図２、３及び４の実施例により例示されるように、第１及び第２基板は、第１基板１２０及び第２基板１２８が互いに直接接触するように、例えば一緒に接着され、局部的に融解され又はクランプされる。上記多孔質材料は、従来技術のデバイスの場合におけるように流体の漏れが生じるような、基板の接触表面の間に介挿された多孔質材料の膜層が存在しないように、配置される。代わりに、多孔質区画は、斯かる多孔質区画が構造化された基板の一体部分を形成するように、基板内に埋め込まれる。該多孔質構造体は別体であり、固体材料の"空洞"内に閉じ込まれるので、これら多孔質構造体は、大きな機械的負荷に曝されることはなく、従って、脆弱且つ非常に隙間のあるもの（低固相率）とすることができる。該多孔質材料は、当該チャンネルの角部に接触するように配置することができ、チャンネル壁による該多孔質材料の改善された支持を行う。このように、当該マイクロ流体デバイスは、改善された機能を提供すると共に、一層頑丈である。
【００４９】
好ましい実施例によれば、当該多孔質材料は２５％より大きく８０％より小さな、好ましくは３５％と７０％との間の、最も好ましくは４５％と６０％との間の多孔率（open porosity）を有する。"Ｘ％の多孔率"なる用語は、ここでは、当該多孔質材料の体積のＸ％が空であることを意味する。当該材料の孔は互いに接続されると共に該材料の外側表面に接続され、かくして、該多孔質材料を介して或る凹部から隣の凹部へのチャンネルが可能となる。"多孔率"なる用語は、当該多孔質材料の全体積の、流体の流れが有効に生じる割合を示す。
【００５０】
他の実施例において、当該多孔質材料の平均孔寸法は、例えば、１０ｎｍと１０μｍとの間、好ましくは２０ｎｍと２μｍとの間、より好ましくは２５ｎｍと１μｍとの間、最も好ましくは５０ｎｍと５００ｎｍとの間である。孔寸法の分布は、好ましくは、非常に小さいものとする。ＦＷＨＭは、例えば、平均孔寸法のファクタ２より小さい。
【００５１】
一実施例において、本発明のデバイス内の全ての多孔質材料は同一の多孔質材料を有することができる。例えば、当該多孔質材料は、当該デバイス内のチャンネルを介して流れる気体又は液体試料と接触する実効表面積を増加させる機能を果たすことができる。他の実施例では、異なる凹部は、チャンネルの流れ方向において孔寸法が減少するように異なる多孔質材料及び／又は異なる多孔性を有することができる。このことは、当該マイクロ流体デバイスが粒子をフィルタリングするマイクロフィルタとして使用される場合に、より大きな粒子が非常に細かい多孔性を有する非常に細かいフィルタ（多孔質材料）を詰まらせそうにないという利点を有している。多孔質材料を介して特定の試料の流れを生じさせるために要する圧力を調整するために、多孔率を調整することができる。このようにして、例えば多孔質材料の平均孔寸法が或る凹部から次の凹部へと減少する場合、減少する孔寸法により生じる流速の減少を補償するために多孔率を増加させることができる。孔寸法の増加は、しばしば、単位体積当たりに一層少ない材料しか利用可能でなくなるので当該多孔質材料の強度の減少を伴う。従って、このような構成の場合、本発明のデバイスは有利な強度の増加をもたらす。
【００５２】
図１に例示されたような実施例において、第１凹部１２４の少なくとも幾つかにおける多孔質材料１１４には、１以上の捕捉物質を有するスポット１１６が設けられる。この構成は、目標物質が上記捕捉物質により捕捉され得る場合、当該チャンネルを介して流れる気体又は液体試料からの斯かる目標物質のフィルタリングを可能にする。図３及び４に示す他の実施例においては、第２凹部にも捕捉物質のスポットを担持する多孔質材料が設けられる。これによれば、同じフローチャンネル設計を持つ図１に示すデバイスに対して、スポット密度が倍になる。
【００５３】
上記捕捉物質は凹部の一部にのみ存在するようにすることができるか、又は捕捉物質は凹部の全体積にわたり分散されるようにすることができる。また、捕捉物質は、例えば図５に示されるように、対応する凹部の底部に配置することができる。
【００５４】
上記フィーチャによれば、本発明によるマイクロ流体デバイスはセンサデバイス内で使用することができ、該センサにフィルタリング機能を備えさせる。しかしながら、付加的に又は代替的に、該センサデバイスに本発明を用いて感知機能を付与することもできる。この目的のためには、上記スポットは、多孔質材料を備える凹部の何処に配置されるかとは無関係に、これらスポット内の捕捉物質により目標分子が捕捉された場合に測定信号を供給することができなければならない。測定信号とは、捕捉前の開始状態と捕捉後の結果的状態との間の当該センサデバイスにより感知することが可能な如何なる差をも意味する。このように、上記開始状態は、捕捉後に減少されるような強い信号が測定される、又はその逆であるような状態であり得る。例えば、スポット１１６内の捕捉物質は、１以上の目標物質により接触された場合に、光放射等の無線周波放射を放出する。斯かる放射は、当該スポット内での化学反応、即ち化学発光から生じ得る。他の例として、上記放射は、発光種の励起に際して放出される蛍光又は燐光等の発光であり得、斯かる発光は当該スポットの励起放射による照射の間又は後に放出される。上記発光は、捕捉及び目標物質の、ラベル若しくはマーカ種との関連での又は関連無しでの、化学的又は物理的錯体により放射され得、後者のラベル若しくはマーカ種は例えば発光特性を付与するものである。外部刺激を伴い又は伴わずに、目標物質が捕捉物質に接触した後に信号を供給するような如何なるプロセスも、当該プロセスにおいて使用することができる。この信号は、吸収又は放射の変化を含むこともできる。即ち、捕捉後に、特定の照射の吸収が減少又は増加する。このような変化も従来から良く知られている。上記接触は、物理的及び／又は化学的結合を含み得る。
【００５５】
一実施例において、上記多孔質材料の領域は、例えば当該多孔質材料１１４に固定された粒子の形態の消光物質を有する。可能性のある感知作用の間において、該消光物質は、スポット内で捕捉物質による目標物質の捕捉が生じたかを決定するために使用されるラベルから発生するものではない光学的背景信号を減少させる。
【００５６】
図４に示す実施例において、デバイス３００は、第１基板１２０及び第２基板１２８を含む。これら基板は、第１凹部１２４及び第２凹部１３０を各々有し、これら凹部は一緒になって蛇行チャンネル１０４を形成する。両凹部は多孔質材料１１４により充填される。第１基板１２０の凹部１２４における多孔質材料領域１１４の中間において、当該デバイスは、捕捉分子が固定化されたスポット１１６を有する。２つの基板１２０及び１２８は一緒に封止され、従って、試料流体は第１凹部１２４及び第２凹部１３０が交互となる経路１３２を辿るように強いられる。連続する凹部は壁又はスタンプ１３４、１３５により分離されるが、これら壁は当該基板の固体材料領域である。必要ではないが、この実施例では、壁１３４は上記凹部及び／又はスポット１１６の捕捉物質に接触している。スポット１１６内に含まれる光学ラベル又はマーカが励起されると、信号１４０が、透明な第２基板１２８のスタンプ１３４を介して出力される。この様にして、壁１３４は、捕捉物質が目標物質を捕捉した場合に上記スポットから発する信号１４０を収集及び案内するように作用する。このことは、感知する間における感度及び特異性を向上させる。
【００５７】
一実施例においては、追加の吸収又は反射層１３６が設けられる。この反射層は、不所望な光学的背景信号を低減する目的を果たし得る。更に、スポット１１６により放出された信号１４０を案内するために、凹部１３０の側壁に反射層１３８が被着される。該反射層は、例えば全内部反射が生じるように上記基板の材料とは異なる屈折率を有することができる。これら反射層は、前記多孔質材料が設けられる前に当該凹部内に蒸着されるアルミニウム又は金等の金属から形成することができる。信号１４０を案内することは、測定信号を増加させ、信号対雑音比を減少させ、光の出射を改善する。
【００５８】
スポット１１６と、所謂スタンプ１３４との間の接触は、好ましくは、信号１４０の結合及び案内を改善するために、可能な限り良好なものとする。
【００５９】
他の反射層（図４には図示されていない）を、多孔質材料内にスポットを有する凹部の底部に設けることができる。この反射層は、放射を信号１４０が当該基板を離れる方向に再指向させることができ、これにより、感知されるべき信号を増加させる。
【００６０】
一実施例において、図４に示された実施例の基板１２８の凹部も、例えば図４の実施例に示されたように既に存在するものに加えて、スポットを有することができる。この場合、壁１３５は基板１２８の凹部の上記追加のスポットと接触することができる。図４に関連して説明したように、反射層を、上記更なるスポットから生じ、基板１２０を信号１４０とは反対方向に離脱する信号に対して有利に働くように使用することができる。これら反射層は、基板１２８のスポットにより発生される信号及び／又は励起放射と、基板１２０のものとを分離する好適な手段を提供する。
【００６１】
一実施例において、多孔質材料１１４は、試料流体により接触された場合に膨張することができる。スポット１１６と壁１３４との間に小さな空間が存在したなら、試料流体の一部が対応するスポットを該スポットの捕捉物質と作用し合うことなく通過し得、その結果測定信号の強度が低下し得る。多孔質材料１１４が膨張することができるなら、該多孔質材料はスポット１１６と壁１３４との間の如何なる開口も閉塞し、かくして、試料流体が捕捉物質と相互作用しないで通過することを防止する。試料流体は、当該多孔質材料が膨張させるであろう。拡張された該多孔質材料は、対向する基板の表面に当接し、かくして、該対向する基板と、対応するスポットとの良好な接触をもたらす。
【００６２】
図５に示されるように、前記第１及び／又は第２凹部の側壁１５０、１５２は、勾配が付けられ（tapered）又は傾斜され得る。即ち、これら側壁は、当該凹部の底部に対して９０度より小さな角度で配設することができる。凹部の底部に対する又は基板の表面に対する該角度は、例えば、約７５度又は７０度より小さい。図５に示す側壁１５０、１５２は、凹部１２４の長さ方向に及び／又は幅の方向に勾配を付けることができる。底部１５４及び／又は上記の勾配が付けられた側壁は、当該スポットにより放出された（蛍光）放射信号１４０を反射及び平行化（collimate）する。
【００６３】
上記第１及び／又は第２基板は、捕捉事象の検出のために使用される信号１４０の波長に対して透明とすることができる。
【００６４】
本発明によるマイクロ流体デバイスにおいては、固体材料１３４、１３５と多孔質材料１１４との交互の領域を１つの基板内に持つことが、利点を有する。第１に、異なる捕捉プローブを互いに近接して印刷することができる。何故なら、異なる捕捉プローブの混合が上記固体の境界により防止されるからである。第２に、前記信号の当該基板への結合を、なかでも上述した反射層及び／又は凹状の構造若しくは形状を用いて改善することができる。これは、信号対雑音比を改善する。しかしながら、最も重要なことに、試料流体の流れが捕捉プローブに向けられ、かくして、さもなければ多孔性の部分１３４及び／又は１３５を介しての漏れが防止され、試料流体のスクリーニングの改善、従って捕捉物質に対する目標物質の結合速度の増加をもたらす。
【００６５】
他の実施例において、前記第１及び第２多孔質材料の屈折率は、光の散乱を防止するために試料流体の屈折率と整合される。光の散乱の防止は、目標物質の検出の感度を改善する。
【００６６】
実用的実施例において、前記基板は、例えば約１２０の凹部のアレイを有する。必要性及び設計に応じて、他の数の凹部を使用することもできる。これら基板は約１２０のスポットを有するであろう。各スポットは約２００μｍの直径を有する。斯かるスポット及び／又は凹部は、約４００μｍのピッチで配列される。入口及び出口チャンネル１１０及び１１２は、フローチャンネル１０４と実質的に同様の態様で画定される。
【００６７】
入口及び出口チャンネル部１１０及び１１２は、一例として、本発明のデバイスを試験するための便利な相互接続を意図するものである。実用的応用例において、上記入口及び出口チャンネル部は、例えば、カートリッジ（図示略）に統合することができる。斯かるカートリッジは、例えば試料準備、ＤＮＡ抽出及び増幅に関する他の機能を提供することができる。
【００６８】
以上に述べたデバイスは、本発明による方法を用いて製造することができる。図６Ａ〜６Ｄは、該方法の連続するステップの各結果を図示している。
【００６９】
先ず、凹部１２４が固体基板１２０の表面１２２に配設される（図６Ａ）。これら凹部は、例えば、型から変形可能な（及び／又は反応性の）材料への構造の複製又はエンボス加工により微細構造化される。このような工程は、例えば、射出成形及び熱エンボス加工を含む。該工程は、薄い可撓性基板、及びＣＤ又はＤＶＤ媒体等の一層厚く、一層剛性な基板を加工することができる。他の例として、エッチング技術が使用される。特に、直径が小さすぎて上記エンボス加工又は複製技術が、最早、有利でない場合である。
【００７０】
次いで、凹部１２４を有する該構造化された基板１２０は、第２材料１５６（図６Ｂ）、例えばポリマ溶液、又は基板１２２の材料を溶解しない溶媒であるような、所謂、非溶媒を有する混合物により覆われる。凹状の領域１２４のみが上記材料により満たされるように余分な材料１５６は除去される。
【００７１】
後続のステップにおいて、上記材料１５６は相分離させられる。相分離は、例えば、熱重合又は光重合等の化学反応を誘起させることにより開始される。相分離の後、或る相が除去され（例えば、抽出により）、その結果、多孔構造１１４が残存する（図６Ｃ）。多孔質材料１１４の孔寸法は、製造条件（濃度、温度、溶媒等）により広い範囲で変化させることができる。図１５及び１６は、多孔性微細構造の典型的な例、即ち紫外線硬化されたアクリル酸塩及び熱硬化されたエポキシを各々示している。図１５及び１６に示された材料は、当該用途に適している。
【００７２】
上記多孔相が乾燥された後、当該マイクロ流体デバイス内に必要とされるなら、捕捉プローブ１１６を設けることができる（図６Ｄ）。固定化された捕捉物質を伴う斯かるスポットは、例えば、上記多孔質材料上に印刷される。スポット１１６の配設法は、例えば、インクジェット、転写及び／又は接触印刷を含む。他の例として、上記多孔質材料は捕捉物質を含む溶液に浸され、かくして、該多孔質材料が捕捉物質を伴う該溶液を吸収するようにし、その後、余分な溶液は当該基板の非多孔性部分から除去される。配設の後、適切な後処理を施して、当該多孔質材料１１４の開放多孔構造内に分散された安定し且つ反応性の捕捉プローブ１１６とする。
【００７３】
第２基板は、凹部を有さないか若しくは空の凹部を有するようにするか、又は前記第１凹部に関して説明したようにして設けられる捕捉プローブスポットを備える又は備えない多孔質材料を有する凹部を設けるために前記第１基板と実質的に同一の方法で処理することができる。異なるスポットを、インクジェット印刷を用いて都合良く設けることができる。異なる基板に第１及び第２凹部を有することは、当該多孔質材料及び／又は捕捉プローブ材料が、これら第１及び第２凹部に対して異ならなければならない場合に有利である。この場合、第１及び第２基板は独立に処理することができるので、配設工程は干渉しないであろう。
【００７４】
選択に従い、例えば凹部の壁等の当該基板の特定の部分に、反射層を被着することができる。これは、電気メッキ、蒸着印刷（evaporation printing）等の、薄い金属（Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ及び他のもの）を堆積させる適切な技術により実施することができる。従来知られている適切なパターニング技術を使用することができる。代替的に又は付加的に、当該基板上に、全内部反射を行うほど十分に異なる屈折率を持つような層を堆積させることによりミラーリング層を形成することができる。従来既知の技術を用いて、吸収層を堆積させることもできる。
【００７５】
上記第１基板及び第２基板は、例えば図２又は３に示された閉じたマイクロ流体系を形成するように組み立てることができる。これら基板は、基板の機械的特性、全体の設計及び他の要件に応じて、一緒に接着し又はクランプすることができる。
【００７６】
前述したように、本発明のデバイスの基板は、マスタ／モールド技術を用いた複製又は型形成技術により作製することができる。作製は、ガラス又はシリコン基板上のレジストのリソグラフィック露光及び現像により開始される。当該基板上の現像されたレジストは、電気メッキによりＮｉ等の型形成材料に転写される。
【００７７】
後続のステップにおいて、当該構造は射出成形又はエンボス加工によりポリマに複製される。該作製技術は、ＣＤ等の光記憶媒体を製造するために使用される技術に実質的に類似している。
【００７８】
図７及び８は、上記第１基板及び第２基板を作製するためのマスクデザイン４２０及び４２８を各々示している。図９は、図７の微細構造の詳細を示している。
【００７９】
上記マスクの部分４３４、４３５は、対応する基板の隆起領域を形成するためのものであり、部分４２４、４３０は凹部を形成するためのものである。次いで、これら凹部内に多孔質材料の構造が配設される。部分４１０、４１２は入口及び出口チャンネル部４１０、４１２を形成し、部分４０６、４０８は入口及び出口４０６、４０８を形成する。
【００８０】
当該構造体は、例えば、ＳＵ−８レジストによるフォトリソグラフィを用い、且つ、図７及び８のマスクを用いて作製される。図７及び８のマスクは、安価な印刷箔マスクとすることができる。
【００８１】
上記第1及び第2マスク、及び／又は第１及び第２基板は、第１基板の第２基板上への正しい位置合わせを可能にするために位置合わせマーカ４６０及び４６２を有している。他の異なる基板設計も、上述した技術により実現することができる。前記（生物学的）スポットの数及び寸法は、フォトリソグラフィの限界内において広い範囲で変化させることができる。
【００８２】
前記試料流体の流れは、上記凹部及び微細チャンネルの幾何学構造を調整することにより最適化することができる。例えば、前記チャンネルの高さを減少させれば、フロー抵抗は増加するであろう。
【００８３】
図１０〜１２は、前記凹部の寸法、及びそれらの比に関する例を示す。
【００８４】
Ａ及びＣは、前記壁又はスタンプの長さを示す。Ｂ及びＤは、第１及び第２凹部の長さを各々示す。比Ａ：Ｂ（図１０）は、例えば、１：２と１：５との間である。より好ましくは、該比Ａ：Ｂは１：２.５と１：４との間とする。最も好ましくは、該比Ａ：Ｂは約１：３とする。比Ｃ：Ｄ、Ｃ：Ｂ及びＡ：Ｄは、同様の範囲内とすることができる。ここで、ＡはＤに面する一方、ＣはＢに面する。１：１なる比は機能しないことに注意されたい。
【００８５】
実用的実施例において、Ａ及び／又はＣは、例えば１０μｍと５００μｍとの間であり、より好ましくは３０μｍと２００μｍとの間とする。Ｂ及び／又はＤは、例えば１０μｍと５００μｍとの間であり、より好ましくは３０μｍと２００μｍとの間とする。
【００８６】
Ｔ１及びＴ２は、第１及び第２凹部の深さ又は高さを各々示す。比Ｔ１：Ｔ２（図１０）は、好ましくは１：３と３：１との間とし、より好ましくは１：２と２：１との間とし、最も好ましくは約１：１とする。
【００８７】
Ｔ１及び／又はＴ２は、１０μｍと１０００μｍとの間であり、好ましくは５０μｍと２００μｍとの間とする。
【００８８】
Ｗ１及び／又はＷ２は、３０μｍと１０００μｍとの間であり、好ましくは１００μｍと５００μｍとの間とする。
【００８９】
一実施例において、前記チャンネルを形成する凹部の高さは、２０〜２００μｍの範囲内である。これら凹部は、例えば、約２５０μｍ幅であり（図１１に示す第２凹部の幅Ｗ２）、約４５０μｍ長である。他の実施例において、これら凹部は、試料流体の流れを改善するために、実質的に長方形である。
【００９０】
図１２は、前記チャンネルを横切る幾つかの点線ｌ１、ｌ２及びｌ３を示している。好ましい実施例において、該チャンネルの断面積（即ち、該チャンネルが長方形断面を有すると仮定して、断面積Ｆ＝Ｔ＊Ｗ）は、上記線ｌ１、ｌ２及びｌ３により示される位置において実質的に同一である。即ち、斯かる断面積の差は、ファクタ２より小さい。他の実施例において、多孔率を（要因として）考慮にいれた実効チャンネル断面積の差が、ファクタ２より小さい。
【００９１】
改善された実施例において、前記第１及び第２基板は、平面方向に互いにずらすことができる。平面方向は、ｘが当該チャンネルの長さ方向であり、ｙが幅方向である場合に、ｘ軸及びｙ軸により示される。そのようにすることにより、当該（第１）チャンネルは、例えばＡがＣの上に来ると共にＢがＤの上に来るまでｘ軸方向にずらすことにより（図１０）、中断され得る。次いで、当該基板がｙ方向にずらされて、他の（第２）チャンネルを開き得るか、又は第２チャンネルに対する接触が開放され得る。上記１以上の他のチャンネルは、上述した第１チャンネルと平行に延在し得るか、又は例えばｙ方向に延在し得る。
【００９２】
当該基板をずらすことは、例えば、より速い洗浄又は清掃ステップを可能にする。即ち、基板は、試料流体が第１チャンネルを完全に通過した後に、ずらすことができる。基板をずらすことは、第１チャンネル内の空気／気泡の除去を可能にもする。
【００９３】
図１３及び１４は、膜のタイプの概略的に表されたＳＥＭ写真を示す。図１５及び１６は、異なる膜のタイプの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
【００９４】
図１３は、等方性ナイロン膜を示す。
【００９５】
図１４は、異方性のエッチングされたアルミナ５１４を示し、１マイクロメータ以下のオーダの平均直径を持つ長尺チャンネルを形成する細孔５１６を有している。
【００９６】
図１５は、光重合により誘起された相分離によって形成された多孔膜のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。
【００９７】
図１６は、エポキシ樹脂及びＰＭＭＡの混合物の熱硬化によって得られた多孔性エポキシ網状組織のＳＥＭ写真を示す。ＰＭＭＡ相は、反応誘起された相分離の後に除去される。
【００９８】
図１３、１５及び１６に示した材料の細孔は、ランダムな構造を有している。他の例として、本発明によるデバイス内の多孔質材料は、化学触媒法の分野で知られた規則的細孔構造を有することもできる。
【００９９】
当該マイクロ流体デバイスは、感知デバイス又は分析デバイスの一部とすることができる。当該マイクロ流体デバイスは、斯様なデバイス内に、感知デバイスの一体部分を形成するように永久的に固定することができる。他の例として、当該マイクロ流体デバイスは、感知デバイスに対して取り外し可能／挿入可能とすることもできる。後者の場合、当該マイクロ流体デバイスは、より複雑及び／又は安価な感知ユニット内で使用されるべき使い捨て型デバイスとすることができる。
【０１００】
センサデバイスの一例が、図１７に示されている。一実施例において、該センサデバイスは、図３又は図４に示したマイクロ流体デバイス３００（ここでは、これ以上説明しない）を有することができる。該センサデバイスは、入力放射２をレンズ等の屈折又は収束エレメント３を介して１以上のスポット１１６に供給するための放射源１を更に有している。目標種の捕捉が生じた場合に上記スポットにより放射される出力放射は、エレメント３を介して検出され、ビームスプリッタ５（上記入力放射は該出力放射とは異なる波長領域を有するので、この場合はダイクロイックミラーである）を介して検出器４に送られる。当該デバイスは、当業者により既知の全ての種類の光学エレメントを装備することができる。
【０１０１】
図示されていないが、より密な多重化の検出を可能にするようなマイクロ流体デバイスを使用することもできる。この場合、例えば図３のマイクロ流体デバイスを使用することができる。該デバイスは、第１及び第２凹部の多孔質材料に捕捉スポットを有している。これらスポットは、前述したようにして測定することができる。有利な実施例では、第１凹部のスポットは第１方向から測定することができる一方、第２凹部のスポットは、第１方向とは反対の第２方向から測定することができる。上記第１方向は第１基板の側とすることができる。しかしながら、代わりに及び有利にも、該第１方向を第２基板の側とすることもできる。これは、例えば図１７の例の構成を可能にし、該構成において信号案内壁及び／又は壁の向きは、図４において部分１３８に対するものであったように、部分１３５に対して配設される。かくして、隣り合う近接した隔てられたスポット（第１及び第２凹部）から発する信号の間のクロストークの低減及び効率的な信号分離が達成される。この構成は、マイクロ流体デバイス上の面積当たりのスポットの量を増加させると共に、当該マイクロ流体デバイス及び／又はセンサ若しくは検出器デバイスの更なる小型化を可能にする。
【０１０２】
本発明のデバイスは、実行されるべき分析方法に応じて、複数の目的のために使用することができる。かくして、該デバイスは前記チャンネルを介して特定の試料流体をポンプ送りすることによりフィルタとして使用することができる。代わりに、又は追加として、当該デバイスは前述したように目標物質捕捉能力を発揮し、従って目標固有のフィルタリングを実行することができる。更に、又は代わりに、当該デバイスは感知機能を有し、検出デバイスの一部を形成することができる。
【０１０３】
本発明のデバイスは、例えば、生体試料内のタンパク質の存在を検出するために適用可能である。また、当該デバイスは、タンパク質、ホルモン、ペプチド、及び／又は単鎖及び二重鎖オリゴヌクレオチ等の生分子の選択的捕捉及び／又は釈放のために使用することもできる。
【０１０４】
１以上の試薬を、前記第１又は第２凹部の何れかにおける多孔質材料内に又は上に配設することができる。試薬は、例えば、試料流体内に溶解し得る。該溶解された試薬は、例えば、特定の反応を向上、支援若しくは誘起し、又は触媒として機能することができる。生物学的分析手順において、ユーザは、試料流体の前又は後にチャンネル１０４を介して、例えば、緩衝液又は空気をポンプ送りして、一層正確な測定を達成することができる。
【０１０５】
尚、上述した実施例は、本発明を限定するというよりは解説するものであり、当業者であれば、添付請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することができるであろう。また、請求項において、括弧内に記載された符号は当該請求項を限定するものと見なしてはならない。また、"有する"なる文言は、請求項に記載されたもの以外の構成要素又はステップの存在を排除するものでない。また、単数形の構成要素は、複数の斯かる構成要素の存在を排除するものではない。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これら手段の幾つかは、１つの同一のハードウェア品目により具現化することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面を持つ第１基板と、
第２表面を持つ第２基板と、
を有するマイクロ流体デバイスであって、前記第２表面は前記第１表面に接触し、これにより前記第１基板と第２基板との間に境界を形成し、当該マイクロ流体デバイスは、
前記境界に設けられた第１凹部及び第２凹部、
を有し、前記第１凹部及び第２凹部は前記境界に対して直角な面内で蛇行するチャンネルを形成し、
前記凹部のうちの少なくとも幾つかが多孔質材料を有するマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第１凹部が前記第１表面に配設され、前記第２凹部が前記第２表面に配設される請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記凹部のうちの少なくとも幾つかが他の多孔質材料で満たされた請求項１又は請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記多孔質材料が前記凹部の角部に当接する請求項１ないし３の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
使用時において第１凹部内の前記多孔質材料が前記第２表面に接触し、及び／又は、
使用時において第２凹部内の前記多孔質材料が前記第１表面と接触する、
請求項１ないし４の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
目標物質を結合する捕捉物質が、前記凹部の１以上における前記多孔質材料内に又は該多孔質材料上に配設される請求項１ないし５の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
使用時において第１凹部内の前記捕捉物質が前記第２表面に接触し、及び／又は、
使用時において第２凹部内の前記捕捉物質が前記第１表面と接触する、
請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記多孔質材料が、試料流体と接触すると膨張することができる請求項１ないし７の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記捕捉物質の第１測定信号を第１方向に案内し、及び／又は他の捕捉物質の第２測定信号を第２方向に案内するために、前記第１基板と前記第２基板との前記境界に壁が設けられる請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記第２方向が前記第１方向とは実質的に反対である請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記第１凹部及び／又は前記第２凹部が勾配を付けられた壁を有している請求項１ないし１０の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記第１凹部及び／又は前記第２凹部の底部に、吸収及び／又は反射層が設けられた請求項１ないし１１の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記第１凹部及び／又は前記第２凹部の側壁に、反射層が設けられた請求項１ないし１２の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記多孔質材料が、試料流体に溶解する少なくとも１つの試薬を有している請求項１ないし１３の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイスを有するセンサデバイスであって、該センサデバイスが前記マイクロ流体デバイス内で発生された応答信号を測定する検出器を更に有しているセンサデバイス。
【請求項１６】
第１基板の第１表面及び／又は第２基板の第２表面内に第１凹部及び第２凹部を設けるステップと、
前記第１凹部のうちの少なくとも幾つかに多孔質材料を配設すると共に、オプションとして前記第２凹部のうちの少なくとも幾つかに他の多孔質材料を配設するステップと、
前記第１表面を前記第２表面に接触させて、前記第１基板と前記第２基板との間に境界を形成し、これにより、前記第１凹部及び前記第２凹部が前記境界に対して直角な面内で蛇行するチャンネルを形成するステップと、
を有するマイクロ流体デバイスを製造する方法。
【請求項１】
第１表面を持つ第１基板と、
第２表面を持つ第２基板と、
を有するマイクロ流体デバイスであって、前記第２表面は前記第１表面に接触し、これにより前記第１基板と第２基板との間に境界を形成し、当該マイクロ流体デバイスは、
前記境界に設けられた第１凹部及び第２凹部、
を有し、前記第１凹部及び第２凹部は前記境界に対して直角な面内で蛇行するチャンネルを形成し、
前記凹部のうちの少なくとも幾つかが多孔質材料を有するマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第１凹部が前記第１表面に配設され、前記第２凹部が前記第２表面に配設される請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記凹部のうちの少なくとも幾つかが他の多孔質材料で満たされた請求項１又は請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記多孔質材料が前記凹部の角部に当接する請求項１ないし３の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
使用時において第１凹部内の前記多孔質材料が前記第２表面に接触し、及び／又は、
使用時において第２凹部内の前記多孔質材料が前記第１表面と接触する、
請求項１ないし４の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
目標物質を結合する捕捉物質が、前記凹部の１以上における前記多孔質材料内に又は該多孔質材料上に配設される請求項１ないし５の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
使用時において第１凹部内の前記捕捉物質が前記第２表面に接触し、及び／又は、
使用時において第２凹部内の前記捕捉物質が前記第１表面と接触する、
請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記多孔質材料が、試料流体と接触すると膨張することができる請求項１ないし７の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記捕捉物質の第１測定信号を第１方向に案内し、及び／又は他の捕捉物質の第２測定信号を第２方向に案内するために、前記第１基板と前記第２基板との前記境界に壁が設けられる請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記第２方向が前記第１方向とは実質的に反対である請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記第１凹部及び／又は前記第２凹部が勾配を付けられた壁を有している請求項１ないし１０の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記第１凹部及び／又は前記第２凹部の底部に、吸収及び／又は反射層が設けられた請求項１ないし１１の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記第１凹部及び／又は前記第２凹部の側壁に、反射層が設けられた請求項１ないし１２の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記多孔質材料が、試料流体に溶解する少なくとも１つの試薬を有している請求項１ないし１３の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイスを有するセンサデバイスであって、該センサデバイスが前記マイクロ流体デバイス内で発生された応答信号を測定する検出器を更に有しているセンサデバイス。
【請求項１６】
第１基板の第１表面及び／又は第２基板の第２表面内に第１凹部及び第２凹部を設けるステップと、
前記第１凹部のうちの少なくとも幾つかに多孔質材料を配設すると共に、オプションとして前記第２凹部のうちの少なくとも幾つかに他の多孔質材料を配設するステップと、
前記第１表面を前記第２表面に接触させて、前記第１基板と前記第２基板との間に境界を形成し、これにより、前記第１凹部及び前記第２凹部が前記境界に対して直角な面内で蛇行するチャンネルを形成するステップと、
を有するマイクロ流体デバイスを製造する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７−９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７−９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公表番号】特表２０１１−５０６９５７（Ｐ２０１１−５０６９５７Ａ）
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３７５６９（Ｐ２０１０−５３７５６９）
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００８／０５５１４２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７７９１３
【国際公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月８日（２００８．１２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００８／０５５１４２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０７７９１３
【国際公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]