マイクロ流体基板へのエレクトロスプレイインターフェイス
化学的分離のための装置が、サンプルの溶離液を出力するための出口開口を有しているマイクロ流体基板、溶離液を受け取るための入り口と、溶離液のスプレイを放射するための出口とを有しているスプレイユニット、および力印加ユニットを備えている。スプレイユニットが、入り口を定める変形可能部を有しており、変形可能部の弾性率がマイクロ流体基板の弾性率よりも低い。ばねなどの力印加ユニットが、変形可能部を実質的に流体を漏らさないシールを形成すべく基板に押し付けるように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年３月６日付の「Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」という名称の米国特許仮出願第６１／１５８，２３０号の優先権を主張し、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、広くには、液体クロマトグラフィ−質量分析の装置に関する。より具体的には、本発明は、そのような分析装置によって使用されるマイクロ流体基板へのエレクトロスプレイインターフェイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）装置は、化合物の分離、同定、および定量化のための分析ツールである。伝統的なＨＰＬＣ装置は、ステンレス鋼管から作られた分析カラムを使用する。典型的には、管の内腔の直径が４．７ｍｍであり、管の長さが約５ｃｍ〜約２５ｃｍの範囲である。
【０００４】
さらに、ＨＰＬＣ装置の分析カラムは、典型的には、管へと取り付けられたフリット付きの端部取付具を有している。種々の官能基で官能化された粒子（典型的には、シリカをベースとする）が、管に詰め込まれる。
【０００５】
完成したカラムを使用して最適な分離効率を達成するために、移動相の適切な流量が重要である。直径５μｍの粒子が詰め込まれた直径４．７ｍｍのカラムにおいては、所望の流量が、典型的には約１ｍＬ／ｍｉｎ〜約２ｍＬ／ｍｉｎの間である。分離の効率を維持するために、ＨＰＬＣ装置の配管内の掃引されないデッドボリュームの存在を最小限にすることが所望される。
【０００６】
ＨＰＬＣ装置において、インジェクタが、サンプルを別個の流体プラグとして流れている移動相へと注入するために典型的に使用される。カラムへと移動および／またはカラムから移動するときのプラグのバンド（ｂａｎｄ）の分散が、クロマトグラフシステムの最終的な効率を低下させる。例えば、４．７ｍｍのカラム管および１〜２ｍＬ／ｍｉｎで流れる移動相を使用するクロマトグラフシステムにおいては、１／１６インチの外径および約０．０１０インチの内径を有する管が、ＨＰＬＣの種々の構成部品（例えば、ポンプ、インジェクタ、カラム、および検出器）の間の接続を配管するために、典型的に使用される。これらの流量および管の寸法においては、管のインターフェイスにおけるバンドの広がりを最小限に保証する公差へとポートの細部を加工することが、比較的容易である。
【０００７】
１つには、移動相の溶媒の消費を少なくするという要望が、カラムの内径の縮小へと向かう傾向を動機付けている。それ故に、典型的には表１に示されるとおりに定義されるいくつかの規模のクロマトグラフィが、今や一般的に実施されている（表において、ＩＤは内径である）。
【表１】
【０００８】
マイクロボアＨＰＬＣは、多くの場合に、わずかな変更にて分析規模のＨＰＬＣに使用される設備と同様の設備によって実行されている。取付具の製作においてわずかな追加の注意を払う必要がある点を除き、マイクロボアＨＰＬＣは、典型的には、分析規模のＨＰＬＣと同様の操作熟練レベルしか必要としない。
【０００９】
対照的に、毛管規模およびナノ規模のＨＰＬＣは、分析規模のＨＰＬＣと比べて、ＨＰＬＣの構成部品に比較的大きな変更を必要とする。分析およびマイクロボアのＨＰＬＣシステムにおいて一般的に見られるポンプなどの標準的な開ループの復動ＨＰＬＣポンプを使用して約５０μＬ／ｍｉｎよりも少ない安定な移動相の流れを生成することは、比較的困難である。
【００１０】
毛管規模のクロマトグラフィにおいては、ステンレス鋼管を構成部品の相互接続に使用することができるが、内径が、典型的には０．００５インチ未満（約１２５μｍ未満）でなければならない。わずかな量のデッドボリュームの発生さえも回避するために、取付具の末端の製造において、広く注意が必要とされる。
【００１１】
ナノ規模のクロマトグラフィにおいては、装置の構成部品を互いに接続する（例えば、ポンプを分離カラムへと接続する）ために、約２５〜５０μｍの内径を有する管が、典型的に必要とされる。ステンレス鋼管は、典型的にはこのような寸法では入手できないため、ポリイミドでコートされた石英ガラス管が、典型的に使用される。石英ガラス管は、優秀な寸法公差を有し、きわめて清浄な非反応性の内壁を有するが、壊れやすく、取り扱いが難しくなりうる。さらに、掃引されない数ナノリットルのデッドボリュームでさえも防止するために、相互接続のポートを厳格な公差へと加工しなければならない。
【００１２】
分析規模のＨＰＬＣをマイクロボア規模のＨＰＬＣで置き換える主な動機が、溶媒の消費を少なくするという要望であってもよい一方で、毛管規模およびナノ規模のクロマトグラフィへの移行は、例えば約１０μＬ／ｍｉｎ未満の流量が使用される場合に、溶媒の消費のさらなる削減に加えて、質量分析計の検出感度の向上を後押しすることができる。さらに、毛管規模またはナノ規模のシステムは、多くの場合に、利用可能なサンプルが少量である用途において典型的に求められる高感度な検出のための唯一の選択肢である（例えば、新生児の血液スクリーニング検査）。
【００１３】
毛管規模およびナノ規模のクロマトグラフィの利点にもかかわらず、ＨＰＬＣのユーザは、マイクロボア規模および分析規模のクロマトグラフィシステムを採用する傾向にある。上述のように、これらのシステムは、典型的には良好な信頼性を提供し、比較的使用が容易である。対照的に、毛管規模またはナノ規模のクロマトグラフシステムの運転時に良好なクロマトグラフィ効率を維持することは、システムの配管接続（例えば、管を使用してポンプ、インジェクタ、カラム、および検出器を接続する）の際に多大な注意を必要とする。
【００１４】
実務において、分析規模またはマイクロボア規模のシステムから毛管規模またはナノ規模のシステムへと移行する作業者が、より大流量の（すなわち、分析規模またはマイクロボア規模の）システムほどより良好な分離効率が達成されることを発見することも多い。これは、典型的には、バンドの拡散が少ない管の相互接続を実現するために必要な作業者の知識および経験が、不充分であることに起因して生じる。さらに、より小さな内径の管が使用されることで、管の頻繁な詰まりにつながることも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２１３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
毛管規模のＨＰＬＣシステムにおいて典型的に直面され、ナノ規模のＨＰＬＣシステムにおいてさらに直面される相対的な困難性ゆえに、そのようなシステムは、主として、サンプルのサイズが小さいなどの必要な場合に限り、比較的熟練した作業者が存在する場合に限って、使用されている。このように、分析実験室は、毛管規模およびナノ規模のシステムよりも分析規模およびマイクロボア規模のシステムを多く保有する傾向にあり、毛管規模およびナノ規模のＨＰＬＣから得られるすべての利点を実現してはいない。
【００１７】
ＨＰＬＣなどの分離技法は、サンプルについて多次元的な情報をもたらすために、１つ以上のさらなる分析技法と組み合わせて利用されることが多い。例えば、質量分析計（ＭＳ）が、分子量および構造についての情報をもたらすことができる。別個の技法を組み合わせるうえでの１つの問題は、サンプルのインターフェイスを設けることにある。
【００１８】
例えば、ＬＣおよびＭＳの組み合わせは、典型的には、ＭＳによる分析のために、ＬＣによって生成されたサンプル溶離液の搬送およびイオン化を必要とする。電界脱離、サーモスプレイ、およびエレクトロスプレイなどのソフトイオン化技法が、たんぱく質およびペプチドなどの高分子量の分子から由来する完全の分子イオンの生成において有益である。精密な生物学的用途が、好ましいソフトイオン化技法を決定することが多い。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態は、マイクロ流体クロマトグラフィの構成部品およびスプレイエミッタのためのサンプル−溶離液のインターフェイスを、導管の弾性変形可能部と比較的剛性のあるマイクロ流体基板との間の可逆な機械的接触によって実現できるという認識から生まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、一態様において、化学的分離のための装置に関する。装置は、サンプルの溶離液を出力するための出口開口を有しているマイクロ流体基板、溶離液を受け取るための入り口と、溶離液のスプレイを放射するための出口とを有しているスプレイユニット、ならびに力印加ユニットを備える。スプレイユニットが、入り口を定める変形可能部を有しており、変形可能部の弾性率がマイクロ流体基板の弾性率よりも低い。ばねなどの力印加ユニットが、変形可能部を実質的に流体を漏らさないシールを形成すべく基板に押し付けるように配置されている。本発明の他の態様は、マイクロ流体ベースの装置を製作する方法、分析方法、および他のマイクロ流体ベースの装置に関する。
【００２１】
本発明の上述の利点およびさらなる利点が、以下の説明を添付の図面と併せて参照することによって、よりよく理解される。添付の図面においては、種々の図において、類似の番号が類似の構造要素および要素（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を指し示している。図面は必ずしも比例尺でなく、本発明の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】マイクロ流体カートリッジが取り付けられた状態にある液体クロマトグラフィモジュールを備えている液体クロマトグラフィ−質量分析計システムの実施形態の正面図である。
【図２】液体クロマトグラフィモジュールの実施形態の正面図である。
【図３】液体クロマトグラフィモジュールの図であり、内部に収容されたクランプアセンブリを見せるためにカバーが開かれた状態にある。
【図４】液体クロマトグラフィモジュールに収容されるクランプアセンブリの実施形態の斜視図である。
【図５】クランプアセンブリの側面図である。
【図６】クランプアセンブリの正面図である。
【図７】クランプアセンブリの端部ハウジングの実施形態の図である。
【図８】端部ハウジングの分解斜視図である。
【図９】端部ハウジングの後壁の別の実施形態の外面図である。
【図１０】端部ハウジングの後壁の別の実施形態の内面図である。
【図１１】マイクロ流体カートリッジの一実施形態の右側の図である。
【図１２】マイクロ流体カートリッジの左側の図である。
【図１３】マイクロ流体カートリッジの分解図である。
【図１４】右側を取り除いたマイクロ流体カートリッジの側面図である。
【図１５】右側を取り除いたマイクロ流体カートリッジの別の側面図であり、マイクロ流体カートリッジ内のマイクロ流体基板に重ねられた押しブロックを示している。
【図１６】左側を取り除いたマイクロ流体カートリッジの側面図である。
【図１７】マイクロ流体カートリッジ内のマイクロ流体基板の一実施形態の側面図である。
【図１８】自動調心の取付具を備えるマイクロ流体基板の別の実施形態の図である。
【図１９】図１８のマイクロ流体基板の断面図である。
【図２０】マイクロ流体カートリッジが取り付けられていない状態のクランプアセンブリの正面断面図である。
【図２１】マイクロ流体カートリッジが取り付けられた状態のクランプアセンブリの正面断面図であるが、クランプアセンブリはまだクランプ位置にない。
【図２２】マイクロ流体カートリッジが挿入された状態のクランプアセンブリの正面断面図であるが、クランプアセンブリがクランプ位置にある。
【図２３】マイクロ流体カートリッジのエミッタ端の図であり、高電圧のケーブルおよびガスノズルがマイクロ流体カートリッジの側面に接続されている。
【図２４】図１４のカートリッジのエミッタ端の図である。
【図２５Ａ】エミッタと基板との間のインターフェイスを示している図２４のカートリッジの一部分の３Ｄ図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａのインターフェイスの詳細図である。
【図２５Ｃ】エミッタを位置決めするための保持具の使用を説明する側面図である。
【図２６】カートリッジのスプレイユニットの実施形態の３Ｄ図である。
【図２７Ａ】保持具−基板の組み立てツールの実施形態の３Ｄ図（上方からの）である。
【図２７Ｂ】保持具−基板の組み立てツールの実施形態の３Ｄ図（下方からの）である。
【図２８Ａ】マイクロ流体カートリッジの実施形態の３Ｄ図である。
【図２８Ｂ】マイクロ流体カートリッジの実施形態の３Ｄ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書に記載の高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）装置は、エレクトロスプレイエミッタを有するマイクロ流体カートリッジを受け入れ、エミッタの先端をＨＰＬＣ装置の質量分析計の構成部品に動作可能に連通させるための取付チャンバを有している。マイクロ流体カートリッジは、例えば参照により本明細書に組み込まれるＧｅｒｈａｒｄｔらの米国特許出願公開第２００９／０３２１３５号明細書に記載されているような実質的に剛性のあるセラミックベースの多層マイクロ流体基板（本明細書において、セラミックタイルとも称される）を収容している。たんぱく質サンプルにおいては、セラミックが、好ましくは、基板の導管の壁へのサンプルの付着に起因するサンプルの損失のレベルが適切に低くなる高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）である。
【００２４】
基板の層に形成されたチャネルが、分離カラムとして機能する。例えばレーザエッチングによって形成される基板の側面の開口が、流体をカラムへと導入することができるチャネルへの開口を提供する。流体が、高い圧力のもとで開口を通過し、チャネルの出口端に接続されたエレクトロスプレイエミッタに向かって流れる。マイクロ流体カートリッジの側面の穴が、基板へと流体を届けるための流体導入ポートを提供する。１つ以上の流体導入ポートの各々が、流体開口のうちの１つに位置合わせして、これを囲む。
【００２５】
クランプ機構が、マイクロ流体カートリッジの片側へと機械的な力を加え、基板を取付チャンバに結合された流体ノズルに押し付ける。ノズルが、カートリッジの流体導入ポートを介して基板へと流体を届ける。
【００２６】
１つには、ＨＰＬＣ装置および他の装置の種々の実施形態は、ポートおよびノズルなどの種々の構成部品がポリマーなどの変形可能材料から望ましく形成され、充分な強さの機械的な力を、開口を囲んで各々のノズルと基板の表面との間に緊密な漏れのないシールが生み出されるように実質的に剛性のある基板へと加えることができるという認識からもたらされる。好ましくは、加えられる圧力が、基板と管との間の接触面において、管を基板へと通過する流体の圧力よりも大きい。適切なポリマーは、例えばＰＥＥＫ（ＴＭ）ポリマー（Ｖｉｃｔｒｅｘ ＰＬＣ、Ｌａｎｃａｓｈｉｒｅ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍから入手可能）などのポリエーテルエーテルケトンである。
【００２７】
セラミックベースの基板は、ただ１つの小さい点に集中した機械力および／またはせん断応力を導入しがちな方法（基板を曲げ、さらには／あるいはねじるような傾向、など）で加えられる機械力にさらされた場合に、割れを生じやすい可能性があるため、クランプ機構は、好ましくは多表面のプローブを使用し、さらには／あるいは基板の片面に（垂直に）加えられる力に、好ましくは実質的にせん断力の存在しない圧縮力を導入するような方法で基板の反対側に加えられる等しい実質的に同一方向の力によって対抗する。
【００２８】
多表面のプローブが、例えば同時に多数の接触点において基板を押す。したがって、プローブは、好ましくは力を分散してせん断応力の可能性を軽減または排除する傾向の方法で、基板に接するように構成される。好ましくは、プローブに関する多数の接触箇所が、基板の反対側に接触する造作に位置合わせさせられることで、クランプ機構によるせん断応力の導入が軽減または排除される。
【００２９】
各側から基板に接触する造作のいずれかまたはすべては、随意により、ガスおよび／または液体のための導管を備え、および随意により電気導体、さらには／あるいは、光導体、および／または他の通信経路を備える。
【００３０】
同時接触の多数の点は、随意により、機械的な力をただ１つの接触点の場合よりも広い面積へと分布させる。好ましくは、接触点が、円上の実質的に等間隔な点に組み合わせられ、および／または力の分布の円形パターンを定める。好ましくは、多点にて基板に接触する部品が、加えられる力をただ１つの場所にて受け取ることで、したがって基板へと加えられるねじり力の可能性および程度が潜在的に軽減される。さらに、基板が、好ましくはマイクロ流体カートリッジの内部である程度の移動の自由を有し、クランプ機構が係合するまで自由に浮動し、圧縮以外の応力が基板に作用することがなく、カートリッジのハウジング部が基板へと実質的な力（そのような力が存在しても）を加えることがないように、クランプのプロセスにおいて基板の位置の「自動調節」を可能にする。
【００３１】
マイクロ流体カートリッジは、基板に加えて、内部回路と、基板の加熱および冷却のための温度制御ユニットとを収容する。マイクロ流体カートリッジの開口が、ポゴピン（ｐｏｇｏ ｐｉｎ）によって内部回路へと低電圧および他の電気信号を供給するための窓をもたらす。エレクトロスプレイエミッタの先端付近に位置するマイクロ流体カートリッジの別の開口が、ガスノズルへとつながるガス導入ポートとして機能する。エミッタ端の付近に配置されるさらに別の開口が、高電圧の入力ポートとして機能する。高電圧のケーブルが、例えば約３ｋｅＶの電圧など、エミッタの先端領域に高い電圧を届けるために、この高電圧の入力ポートにつながる。
【００３２】
管を基板へと押し付けるために使用される機械力は、高電圧のケーブルと高電圧の入力ポートとの間、導電性のポゴピンと電気コネクタとの間、およびガスノズルとガス導入ポートとの間の接続を確立するようにも機能する。このように、マイクロ流体カートリッジを取付チャンバ内にクランプするというただ１つの行為で、分離カラムの動作に必要な種々の流体および電気の接続が同時に確立される。
【００３３】
図１が、本発明を具現することができる液体クロマトグラフィ−質量分析（ＬＣ−ＭＳ）システム１０の一実施形態の正面図を示している。ＬＣ−ＭＳシステム１０が、スロット１４を有する液体クロマトグラフィモジュール１２を備えており、スロット１４に、完全に組み立てられたマイクロ流体カートリッジ１６が位置する。図示のとおり、マイクロ流体カートリッジ１６のハンドルが、スロット１４から突き出している。液体クロマトグラフィモジュール１２が、質量分析（ＭＳ）ユニット１８に組み合わせられている。一実施形態においては、ＬＣ−ＭＳシステム１０が、Ｗａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｆｏｒｄ、Ｍａによって製造されるｎａｎｏＡＣＱＵＩＴＹ ＵＰＬＣ（Ｒ）システムの改良型である。
【００３４】
図２が、ハウジング２０を有する液体クロマトグラフィモジュール１２の一実施形態の正面図である。ハウジング２０が、上部２２、中央部２６、および下部３０を有しており、上部２２が、オン−オフスイッチ２３ならびに状態および圧力の表示器２４を備えており、中央部２６が、マイクロ流体カートリッジを受け入れるためのスロット１４およびアーム部２８を有しており、下部３０が、ハウジングの開口から延びている調節ノブ３２を有している。調節ノブ３２は、マイクロ流体カートリッジ１６をｘ軸に沿って移動させるための内部のｘ移動ステージ（一部分だけが見えている）に接続されている。さらに、ｙ移動ステージおよびｚ移動ステージ（図示せず）のための調節ノブが、ＭＳユニット１８（図１）に対するマイクロ流体カートリッジの位置のｙ軸調節およびｚ軸調節を可能にする。そのような調節は、例えば、エミッタ端出口のＭＳ入り口オリフィスに対する位置決めを提供する。
【００３５】
アーム部２８に、枢支点３６を中心にしてクランプ位置と非クランプ位置との間を回転できるレバー３４が接続されている。図２においては、レバーが非クランプ位置にある。枢支点を中心にしてレバーを約１８０度ほど反時計方向に回転させることで、レバーがクランプ位置へと移動する。ハウジングの一端において、電気ケーブル３８および電気信号導体４０が、ハウジングの前部の開口４２を通ってハウジングに進入している。本明細書において述べられるとおり、マイクロ流体カートリッジへと電気ケーブル３８が高電圧を供給し、電気信号導体４０が低電圧を供給する。マイクロ流体配管およびガス配管（図示せず）が、マイクロ流体カートリッジへと流体およびガスをそれぞれもたらすために、やはり開口４２を通ってハウジングに進入している。
【００３６】
図３が、前部カバー５０が開かれ、内部のクランプアセンブリ６０が露出された状態のハウジング２０を示している。ハウジングの下辺に沿ったヒンジが、前部カバー５０を移動ステージ支持部５２へと取り付けている。移動ステージおよび調節ノブは、図解を簡単にするために図からは省略されている。ハウジング内に位置する他の構成部品として、回路基板６２が挙げられる。移動ステージ支持部５２、クランプアセンブリ６０、および回路基板６２は、ハウジングの後部パネル６４に結合されている。
【００３７】
電気ケーブル３８および電線用導管６６が、クランプアセンブリ６０の片側へとつながっている。電気ケーブルが、高電圧（例えば、３０００ボルト）を運び、電線用導管６６が、複数の低電圧の電気導体を束ねる。図示はされていないが、マイクロ流体配管およびガス配管も、クランプアセンブリ６０の電気ケーブル３８および電線用導管６６と同じ側に接続されている。
【００３８】
クランプアセンブリ６０は、マイクロ流体カートリッジを受け入れるためのスロット６８と、レバー３４（図２）が取り付けられるポスト７０とを有している。前部カバー５０が閉じられたとき、前部カバー５０のスロット１４が、クランプアセンブリ６０のスロット６８に位置合わせし、図２の調節ノブ３２（図３には示されていない）が、前部カバー５０の開口７２を通って突き出し、ポスト７０が、別の開口（アーム部２８の側壁で遮られて見えていない）を通って突き出す。
【００３９】
図４が、本体８０を端部ハウジング８２に組み合わせて有しているクランプアセンブリ６０の実施形態を示している。ポスト７０が、レバー３４を本体８０の片側（本明細書においては、前側と呼ばれる）に接合している。端部ハウジング８２は、後壁８６によって空間的に隔てられた反対向きの側壁８４−１、８４−２（全体として、８４）を有している。側壁８４−２は、見て取ることができないが、参照符号が、側壁８４−２の領域を大まかに指している。側壁８４−１が、マイクロ流体カートリッジ１６（図１）を受け入れるように構成されたスロット８６（図３）を有している。側壁８４−２が、側壁８４−１のスロット６８に位置合わせした対応するスロット（図示せず）を有しており、マイクロ流体カートリッジ１６が、クランプアセンブリ６０へと設置されるときに両方のスロットを通過する。
【００４０】
端部ハウジング８２の後壁８６が、ポゴピンブロック８８および流体ブロック９０を有している。ポゴピンブロック８８は、間に電線用導管６６（図示せず）を保持するように固定具９４によって接合される２部品からなるブラケット９２を備えている。ポゴピンブロック８８（図４においては、２部品からなるブラケット９２によって遮られてほとんど見えない）は、流体ブロック９０の上方に隣接して配置される。流体ブロック９０のこの実施形態は、流体をもたらす管の端部を受け入れるための３つの開口９６を有している。スペーサブロック９８が、ポゴピンブロック８８および流体ブロック９０を後壁のスロット（図８に示されている）に固定している。
【００４１】
３つの開口１０４、１０６、１０８を備える主表面１０２を有しているＬ字形の保持具１００が、後壁８６の表面から突き出している。開口１０４は、クランプアセンブリ６０へと接続されるガス配管（図示せず）を保持するためのものであり、開口１０６は、高電圧の電気ケーブル３８（図３）を保持するためのものであり、開口１０８は、保持具１００を後壁８６へと接合する固定具を受け入れるためのものである。スロット６８を通って挿入されるマイクロ流体カートリッジ１６について、その挿入の程度を規制するために使用されるアーム１１０が、クランプアセンブリ６０の後ろ側（すなわち、図１のＭＳユニット１８へと提示される側）から延びている。
【００４２】
図５が、マイクロ流体カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０の側壁８４の両方のスロットを貫いている状態のクランプアセンブリ６０の側面図を示している。アーム１１０が、マイクロ流体カートリッジ１６の上縁の隅を捕まえ、マイクロ流体カートリッジがスロット６８を通ってさらに滑ることを防止している。高電圧の電気ケーブル３８が、開口１０６へとつながり、電線用導管６６が、ポゴピンブロックの２部品からなるブラケット９２につながっている。さらに、カプラ１１２が、Ｌ字形の保持具１００の開口１０４に接続している。
【００４３】
図６が、クランプアセンブリ６０およびスロット６８を通して視認することができるチャンバ１２０の正面図を示している。チャンバ１２０内に、マイクロ流体カートリッジ１６を受け入れるためのキャリッジ１２２が位置している。上部ばね１２４−１および下部ばね１２４−２ならびにプランジャ１２６の先端が、キャリッジ１２２の片側（すなわち、図６においては右側）からチャンバ１２０へと内向きに延びている。案内ピン１２８および複数のマイクロ流体ノズル端１３０−１、１３０−２が、反対側から（すなわち、端部ハウジング８２の後壁８６の方向から）チャンバ１２０へと内向きに延びている。この実施形態において、マイクロ流体ノズル端１３０−２に水平方向に一致させられた第３のマイクロ流体ノズル端１３０−３（図７）が、マイクロ流体ノズル端１３０−２に遮られて見えていない。
【００４４】
図７が、後壁８６によって隔てられた反対向きの側壁８４−１、８４−２を備えている端部ハウジング８２の一実施形態の内部の図を示している。側壁８４−１が、スロット６８−１を有しており、側壁８４−２が、スロット６８−２を有している。後壁８６に、ポゴピンブロック８８および流体ブロック９０が設置されている。
【００４５】
ポゴピンブロック８８の内面の凹んだ領域１４０が、この表面から内側へと突き出しているポゴピン電気コネクタ１４２を備えている。この例では、電気コネクタ１４２が、電気信号を導くための１０個の導電ポゴピン１４４を有している。各々のポゴピン１４４は、電気信号を伝えるための個別の円ポスト形の電気導体であり、ばねによって付勢されている。
【００４６】
流体ブロック９０の内面は、この内面から突き出している図６の複数のマイクロ流体ノズル１３０−１、１３０−２、１３０−３（全体として、１３０）を有している。一実施形態においては、ノズル１３０の数が３つであり、三角形のパターンにて配置されている。３つのノズル１３０の位置は、互いに対して固定されている。マイクロ流体配管によって流体ブロック９０の外面の開口９６（図４）へともたらされる流体が、これらのノズル１３０を通って出る。ノズル１３０の三角形パターンの下方に、案内ピン１２８が、三角形の頂点のノズルに位置合わせして位置している。
【００４７】
図８が、後壁８６の組み立てプロセスを説明するために、端部ハウジング８２の分解図を示している。後壁８６が、流体ブロック９０、ポゴピンブロック８８、およびスペーサ９８が順に滑り込まされるスロット１５０を有している。スロット１５０は、下部の矩形の領域１５２および段になった上部領域１５４を有している。下部領域１５２が、流体ブロック９０およびポゴピンブロック８８を受け入れるように構成されている。上部領域１５４の形状は、スペーサ９８を受け入れるように構成されている。スペーサ９８は、穴１５６を備える段部１５５を有しており、固定具が穴１５６を通ってスペーサを後壁８６のそれぞれの穴１５７へと接合し、ブロック８８、９０、９８をスロット１５０内に固定することができる。
【００４８】
図９および図１０が、端部ハウジング８２の後壁８６’の別の実施形態を示しており、図９が、後壁８６’の外面を示しており、図１０が内面を示している。この実施形態においては、後壁８６’が、図７に示した流体ブロック１９０の３つのノズル１３０ではなく、マイクロ流体基板に接するための４つのノズルを有している。後壁８６’が、菱形パターンに配置された４つの流体入り口ポート１７０−１、１７０−２、１７０−３、１７０−４（全体として、１７０）を備えている。各々の流体入り口ポート１７０が、後壁８６’からおおむね直角に突き出す円形の取付具（４つのポートのうちのポート１７０−２において最もよく見て取ることができる）を備えている。各々の流体入り口ポート１７０は、他のポート１７０に対して浮動であり、すなわち流体入り口ポート１７０それ自体は、各々の流体入り口ポート１７０が他のポート１７０とは無関係にわずかに移動できるよう、後壁８６’に固定されていない。
【００４９】
流体の配管の例として、マイクロ流体配管１７２の先端が、流体入り口ポート１７０−１および１７０−３へと圧入される一方で、流体入り口ポート１７０−４は、栓１７４で塞がれ（すなわち、使用されず）、流体入り口ポート１７０−２は開かれている。さらに後壁８６’は、ただ１列の電気コネクタ１７６（ここでは、例えば１０個である）を有しているポゴピンブロック８８’の別の実施形態を備えている。
【００５０】
図１０が、図９に示した後壁８６’の別の実施形態の内面を示している。ポゴピンブロック８８’の内面が、凹んだ領域１８０を有しており、この領域１８０から、一列の導電ポゴピン１７６が突き出している。ポゴピンの列の下方に、第２の凹んだ領域１８２が位置している。この凹んだ領域１８２から、後壁８６’の外面のポート１７０の各々にそれぞれ対応する４つのマイクロ流体ノズル１８４が突き出している。マイクロ流体配管１７２によって後壁８６’の外面のポート１７０へともたらされる流体が、これらのノズル１８４を通って出る。ノズル１８４の菱形パターンの下方に、案内ピン１２８と同様の機能の位置合わせピン１８６が位置している。
【００５１】
図１１が、図７に示した形式のノズル配置と協働するマイクロ流体カートリッジ１６の実施形態の右側面図を示している。さらに後述されるとおり、マイクロ流体カートリッジ１６は、エミッタと、マイクロ流体基板と、ヒータと、回路とを収容し、マイクロ流体カートリッジ１６内に収容された種々の構成要素へと電圧、電気信号、および流体（ガスおよび液体）をもたらすための電気機械インターフェイスとして機能する。
【００５２】
マイクロ流体カートリッジ１６のこの実施形態は、２つのケーシング部分２００−１、２００−２を、例えば半型同士をスナップ止め、接着剤もしくは機械式の固定具の使用、またはこれらの任意の組み合わせによって接合して形成される。２つのケーシング部分は、本明細書において、マイクロ流体カートリッジ１６の左側および右側とも称されるが、左および右という用語は、クランプアセンブリ６０へと挿入されるときのマイクロ流体カートリッジ１６の向きによって決定される。左、右、上、下、前、および後などの用語は、マイクロ流体カートリッジの説明を簡単にする目的のためのものであり、マイクロ流体カートリッジそれ自体の構造についていかなる制約も課すものではないことを、理解すべきである。
【００５３】
右側ケーシング部分２００−１は、把持端２０２およびエミッタ端２０４を有している。把持端２０２の湾曲した領域２０６は、ユーザが液体クロマトグラフィモジュール１２への出し入れの際にマイクロ流体カートリッジ１６を把持することができる指保持部をもたらしている。
【００５４】
ケーシング部分２００−１の側面に、押しブロック２１０が位置する矩形の窓２０８が存在している。押しブロック２１０の表面は、右側ケーシング部分２００−１の表面と同一面に位置している。さらに後述されるように、押しブロック２１０は、右側ケーシング部分２００−１に堅固に取り付けられているのではなく、内側、外側、上方、下方、左方、または右方にわずかに動くことができ、すなわち押しブロック２１０は、窓２０８において浮動している。一実施形態においては、押しブロック２１０が金属製である。
【００５５】
押しブロック２１０の下方には、両方のケーシング部分２００−１、２００−２を完全に貫いて延びる開口２１２が配置されている。開口２１２は、以下では貫通穴２１２と称される。エミッタ端２０４において、マイクロ流体カートリッジ１６の上辺に隅２１４が存在している。隅２１４において、可動フィン２１６がケーシング部分２００−１、２００−２の間の上辺を貫いて突き出している。
【００５６】
図１２が、マイクロ流体カートリッジ１６の左側ケーシング部分２００−２を示している。右側ケーシング部分２００−１と同様に、左側ケーシング部分２００−２は、湾曲した領域２０６を備える把持端２０２と、エミッタ端２０４とを有している。左側ケーシング部分２００−２の全長のほぼ真ん中に、３つのノズル開口２２０が、流体ブロック９０（図７）のノズル１３０の三角形配置に一致する三角形のパターンにて位置している。三角形のパターンは、円形の荷重パターンを定めるために望ましい。円の中心が、押しブロック２１０の金属プレートボス２６０への荷重のバランスをもたらすために、好ましくはクランプアセンブリ６０（図６）のプランジャ１２６（図２０）の運動の軸に合わせられる。第３の流体ポートが、例えば較正ポートとして使用され、作業者が較正用の流体を流すことができる。他の２つのポートは、例えば分析カラムおよびトラップカラムへのアクセスを提供する。
【００５７】
各々のノズル開口２２０の背後に同心に、マイクロ流体カートリッジ内に収容されたマイクロ流体基板の側の微視的な流体開口が位置している。流体ブロック９０のマイクロ流体ノズル１３０の流体の導管は、基板の微視的な開口のサイズよりもはるかに大きい内径を有しており、両者の間の位置合わせを容易にしている。一実施形態においては、微視的な流体開口の各々が、０．００３平方インチの断面を有しており、マイクロ流体ノズル１３０の各々が、０．００３インチのビア（正方形の断面を有する開口）などの基板上の微視的な流体開口に位置合わせしてこれを囲む０．０１３インチのオリフィス（円形の断面を有する管腔）を有する。
【００５８】
マイクロ流体ノズル１３０は、流体のシールをもたらすためにクランプアセンブリ６０（図６）によってもたらされる圧縮応力のみに依存するポリマー−セラミックのインターフェイスを利用し、すなわちクランプアセンブリ６０が、ポリマー−セラミックのインターフェイスに動作流体圧力よりも大きな圧力をもたらす。例えば、５，０００ｐｓｉの動作流体圧力または他の圧力（１５，０００ｐｓｉなど）が、ノズル−基板のインターフェイスの全表面積にわたる１３０ポンドのクランプ荷重にて実現され、選択された動作圧力について効果的な流体のシールを生み出す。
【００５９】
三角形に配置されたノズル開口２２０の頂点の直上において、矩形のくぼみ２２２が左側ケーシング部分２００−２に位置している。くぼみの領域２２２が、電気接点２２６のアレイへのアクセスのための矩形の窓２２４を囲んでいる。電気接点２２６は、ポゴピンブロック８８（図７）のポゴピン１４４に電気的に接触する導電パッドである。電気接点２２６のアレイは、図１３に関してさらに後述されるように、マイクロ流体基板に重なる可撓回路の一部である。
【００６０】
左側ケーシング部分２００−２は、エミッタ端２０４に、ガスノズルを受け入れるためのガス入り口ポート２２５と、高電圧の電気ケーブル３８（図５）の先端（ポゴピン）を受け入れるための高電圧導入ポート２２８とを有している。複数の穴２３４が、ケーシング部分２００−１、２００−１を半型を接合させるときに位置合わせさせて使用される位置合わせピン２３６を保持する。
【００６１】
左側ケーシング部分２００−２は、矩形の溝２３０を自身の下辺に沿ってさらに有している。溝２３０は、エミッタ端２０４に開放端２３２を有し、そこから横方向に延び、ノズル開口２２０の下方に位置する貫通穴２１２を終端としている。さらに、溝２３０は、マイクロ流体カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０のスロット６８（図４）へと挿入されるときに案内ピン１２８（図７）を受け入れる。案内ピン１２８が貫通穴２１２に達すると、マイクロ流体カートリッジ１６は、チャンバ１２０に完全に取り付けられ、クランプされる位置に固定される。
【００６２】
図１３が、マイクロ流体カートリッジ１６およびマイクロ流体カートリッジ１６に収容される種々の構成部品の分解図を示している。右側ケーシング部分２００−１および左側ケーシング部分２００−２の間に、マイクロ流体基板２５０、マイクロ流体基板に組み合わせられるエミッタアセンブリ２５２（本明細書において、「スプレイユニット」とも称される）、およびシャッタ２５４が配置されている。右側ケーシング部分２００−１の内面に、押しブロック２１０をぴったりと受け入れるように較正された矩形の凹所２５６が位置している（すなわち、押しブロック２１０が凹所２５６にスナップ止めされて浮動する）。押しブロック２１０がこの凹所２５６に着座している状態で、押しブロックの高い部分（見えていない向こう側に着座する）が、右側ケーシング部分２００−１の側面の窓２０８に進入している。
【００６３】
さらに、押しブロック２１０のこの実施形態は、それぞれが平らな面を備える３つの隆起したボス２６０を有している。３つのボスの平らな面が、第１のケーシング部分２００−１の外側から押しブロック２１０へと押圧力が加えられたときにマイクロ流体基板の側面を同時に圧迫し、単一の集中した接触点が生じないように力を分散させる。各々の隆起ボス２６０が、マイクロ流体基板２５０の流体開口のうちの対向する１つに直接位置合わせし、それにより（押しブロックが押されたときに）左側ケーシング部分２００−２のノズル開口２２０のうちの対向する１つに直接的に圧力を加え、例えばマイクロ流体基板２５０のねじりまたは曲げによるせん断応力の発生を防止する。
【００６４】
他の実施形態は、３つよりも多数または少数のボスを有することができる。一般に、ボスの数は、マイクロ流体基板２５０の流体開口の数（ダミーの開口を含んでもよい）に一致し、したがって各々の流体開口について１つのボスが、その流体開口に直接向かい合うように位置合わせさせられて存在する。一般に、ボスの数は、基板２５０に接触する流体ノズルおよびダミーノズルの数に一致し、したがってすべてのボスが対応するノズルに位置合わせする。ボスおよびノズルの数および配置は、マイクロ流体基板２５０への望ましくない応力の印加を抑えるように、随意により選択される。
【００６５】
アセンブリ２５２は、エミッタ２６６、エミッタ２６６を基板２５０に配置および／または位置合わせさせるエミッタ保持具２４１Ａ、およびシースガス部品２７９を備えている。部品２７９は、ハウジング部分２００−１、２００−２に配置された配管２７８を介してシースガスを受け取る。保持具２４１Ａが、エミッタ２６６の管腔を基板２５０の出口ポートに位置合わせさせる。好ましくは、さらなる部品が、出口ポートを通ってエミッタ２６６の管腔へと流れる溶離液の圧力よりも大きい界面の圧力をもたらすための充分な力で、エミッタ２６６を基板２０５に接触するように押し付ける。
【００６６】
電気接点２２６のアレイを備える可撓回路アセンブリ２５８が、マイクロ流体基板２５０の上辺を越えて折り重ねられている。図１２において説明したように、これらの電気接点２２６に、左側ケーシング部分２００−２の窓２２４を通ってアクセスすることができる。さらに、シャッタ２５４が、マイクロ流体基板２５０の表面の微視的な流体開口が露出されるように、左側ケーシング部分２００−２の側面のノズル開口２２０に位置合わせする穴２６２を有している。さらに、シャッタ２５４は、フィン２１６（図１１）と、エレクトロスプレイエミッタ２６６を部分的に包むエミッタ管２６４とを有している。
【００６７】
基板２５０は、随意により、以下の方法で形成される。複数の基板２５０のための５枚の原料シート層が、所望のパターン加工の後で一体にプレスされる。流体開口のためのビアが、プレスされたサンドイッチの片側または両側にレーザエッチングされる。エッジ部分が、レーザエッチングによって画定される。焼成後に、個々の基板２５０がバラされる。エッジまたはエッジの一部分が、随意により研磨される。
【００６８】
図１４が、マイクロ流体カートリッジ１６の右側面図を示しており、右側ケーシング部分は、内部に収容された種々の構成部品を見えるようにし、左側ケーシング部分２００−２の内面の種々の造作を見せるために、取り除かれている。種々の構成部品として、いずれも図示のとおりに左側ケーシング部分２００−２へと組み合わせられるマイクロ流体基板２５０およびシャッタ２５４が挙げられる。
【００６９】
マイクロ流体基板２５０の表面に、制御回路部２５７とヒータ部（以下では、ヒータ２７０）とで構成される可撓回路アセンブリ２５８が位置している。可撓回路アセンブリ２５８は、マイクロ流体基板２５０の上辺を越えて折り重ねられ、マイクロ流体基板２５０の反対側の面の一部分を覆っている。集積回路（ＩＣ）デバイス２７２が、可撓回路アセンブリ２５８の制御回路部に取り付けられている。一実施形態においては、ＩＣデバイス２７２が、プログラムコードおよびデータを保存するためのメモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ）である。ヒータ２７０が、マイクロ流体基板２５０内の分離カラムを覆っている。ヒータ２７０には、温度センサ２７４が取り付かられている。
【００７０】
可撓回路アセンブリ２５８は、複数（例えば、３つ、４つ、または５つ）の積層で構成される。各層のポリマー基板が、種々の相互接続または回路を保持する。層のうちの１つが、ヒータ２７０の抵抗線を含んでいる。抵抗線の両端の電気接点が、制御回路部２５７の２つのパッド２５９に接続している。可撓回路アセンブリ２５８の別の層は、抵抗線の端部に電気的に接触するビアを有しており、他の層は、電気部品２７２、２７４へと電気的に接続する接点を有しており、さらに別の層は、ポゴピン接点パッド２６６（図１３）を有している。可撓回路アセンブリ２５８を介し、電気部品２７２、２７４および抵抗線の各々が、接点パッド２２６へと電気的に接続される。ガス入り口ポート２２５が、注入されたガスをエミッタ端２０４へと届けるガス配管２７８へと導くウエル２７６へと開いている。
【００７１】
図１５が、図１４のマイクロ流体カートリッジ１６の右側面図を示しており、やはり右側ケーシング部分は取り除かれており、押しブロック２１０（図１３）のさらなる造作が、押しブロック２１０がマイクロ流体基板２５０に当接する大まかな位置に取り付けられているのが示されている。この位置は、可撓回路アセンブリ２５８の直下かつヒータ２７０の後方（マイクロ流体カートリッジ１６の前方に位置するエミッタ端２０４に対して）のマイクロ流体基板２５０の南西の４分の１の近くである。押しブロック２１０は、より大きな矩形のブロック２８０上に配置され、またはそのような矩形のブロック２８０の一体の延長部であるより小さな矩形のブロック２８２を備えている。より小さな矩形のブロック２８２は、右側ケーシング部分２００−１の窓２０８（図１３）にぴったりとはまるように寸法付けられている。
【００７２】
図１６は、マイクロ流体カートリッジ１６の左側面図を示しており、左側ケーシング部分は、内部に収容された種々の構成部品を見えるようにし、右側ケーシング部分２００−１の内面の造作を見せるために、取り除かれている。可撓回路アセンブリ２５８が、マイクロ流体基板２５０のこの面へと巻き付いており、図１２の電気接点２２６のアレイを備えている。さらに、マイクロ流体基板２５０は、高電圧の電気ケーブル３８（図５）の導電端子を受け入れるための高電圧入力ポート２９０を有している。高電圧入力ポート２９０は、図１７に関して後述されるように、マイクロ流体基板２５０内の分離カラムの出口端の付近に配置されている。
【００７３】
右側ケーシング部分２００−１の内側は、ケーシングの素材からなる畝２９２を備えており、そのような畝２９２が、エミッタ端２０４から延びて貫通穴２１２を終端としている。ケーシング部分２００−１、２００−２が接合されるとき、畝２９２が、左側ケーシング部分２００−２の外側の溝２３０（図１２）のすぐ背後を延びる。畝２９２は、マイクロ流体カートリッジ１６に構造的な支持をもたらす。さらに畝２９２は、溝２３０に直接向かい合って位置することによって、万が一にユーザが時期尚早にもマイクロ流体カートリッジ１６が適正な位置に完全に達するよりも前にマイクロ流体カートリッジ１６をクランプしようと試みたときに、案内ピン１２８（図７）によるカートリッジ１６の曲げに抵抗する。さらに、時期尚早なクランプの試みの場合に案内ピン１２８によってマイクロ流体基板２５０が曲げられることを防止する予防的な手段として、マイクロ流体基板２５０のいかなる部位も、溝２３０の直接的な後方には位置していない。
【００７４】
右側ケーシング部分２００−１の内面が、ガスウエル２７６の残りの半分をもたらし、左側ケーシング部分２００−２のウエル２７６を定めている壁に位置合わせして当接する壁を有している。ガスをガスウエル２７６に閉じ込める密なシールを向上させるために、固定具またはピン２９６（図１４）が、ウエル２７６に隣接する開口２９８においてケーシング部分の間の接続をきつくする。
【００７５】
図１７が、マイクロ流体基板２５０の実施形態の左側面図を示している。概説すると、マイクロ流体基板２５０は、おおむね矩形であり、平たくて薄く（約０．０５０インチ）、多層からなる構成である。マイクロ流体基板２５０の層内に、液体を運ぶための曲がりくねったチャネル３００が形成されている。マイクロ流体基板２５０は、トラップ領域３０２およびカラム領域３０４を含んでいる。図示の実施形態においては、マイクロ流体基板２５０が、３つの微視的な流体開口３０６−１、３０６−２、３０６−３（全体として、３０６）を有している。１つの流体開口３０６−１が、トラップ領域３０２の一端においてチャネル３００に交わっており、別の流体開口３０６−２が、トラップ領域３０２の他端においてチャネル３００に交わっている。この実施形態においては、第３の流体開口３０６−３は使用されていない。あるいは、第３の流体開口３０６−３を、例えば較正ポートとして使用することができ、作業者が較正用の流体を流すことができる。チャネル３００は、マイクロ流体基板２５０の出口端を終端としている。トラップ領域３０２の「下流」端に位置する流体開口３０６−２は、随意により、例えばトラップ領域３０２の充てんの際に流体排出開口として使用され、随意により、例えば充てんされたサンプルをトラップ領域３０２からチャネル３００へと注入する際に流体の流れに対して閉じられる。
【００７６】
さらに、マイクロ流体基板２５０は、高電圧入力ポート２９０（図１６）と、左側ケーシング部分２００−２の内面から突き出すペグをそれぞれ受け入れる１対の位置合わせ開口３１０−１、３１０−２（全体として、３１０）とを有している。位置合わせ開口３１０は、マイクロ流体カートリッジ１６内でのマイクロ流体基板２５０の位置決めを助ける。ペグのサイズに対する位置合わせ開口３１０のサイズが、マイクロ流体基板２５０のマイクロ流体カートリッジ１６内でのある程度の遊びを許容する。
【００７７】
マイクロ流体カートリッジ１６は、ただ１つのマイクロ流体基板２５０ではなく、互いに接続された複数のマイクロ流体基板を収容することができる。図１８が、取付具によって接合された複数のマイクロ流体基板２５０−１、２５０−２を有する一実施形態を示している。マイクロ流体基板２５０−１、２５０−２が、トラップタイル２５０−１をカラムタイル２５０−２に組み合わせて備えている。トラップタイル２５０−１が、流体案内チャネル３００−１を有しており、カラムタイル２５０−２が、流体案内チャネル３００−２を有している。
【００７８】
トラップタイル２５０−１のこの実施形態は、３つの流体開口を有している（タイル２５０−１の空いている場所３１８が、４つの流体開口を有する実施形態も考えられることを表わしている）。それぞれの流体開口の周囲に、取付具３２０−１、３２０−２、３２０−３（全体として、３２０）が組み合わせられている。取付具３２０は、さらに詳しく後述されるように、マイクロ流体カートリッジ１６がチャンバ内に設置されるときに、流体ブロック９０のノズル（例えば、それぞれ図７のノズル１３０または図１０のノズル１８４）の先端を自動的に調心させるように機能する。これらの取付具３１０を、金属、プラスチック、セラミック、またはこれらの材料の任意の組み合わせで製作することができる。取付具３２０を基板２５０−１に接続するために、接着、締め付け、溶着、ろう付け、またはこれらの組み合わせが可能である。
【００７９】
図１９が、取付具３２０−１および３２０−２を切断するトラップタイル２５０−１およびカラムタイル２５０−２の断面図を示している。トラップタイル２５０−１のチャネル３００−１が、取付具３２０−１から取付具３２０−２へと延びている。カプラ３２２−１、３２２−２（全体として、３２２）が、トラップタイル２５０−１をカラムタイル２５０−２へと接続している。各々のカプラ３２２は、１対の位置合わせした取付具で構成され、一方の取付具がトラップタイル２５０−１の下面に位置し、他方の取付具がカラムタイル２５０−２の上面に位置している。カプラ３２２−１が、トラップタイル２５０−１のチャネル３００−１を通過する流体を、カラムタイル２５０−２のチャネル３００−２に到達させるためのチャネル３２４をもたらしている。取付具３２０と同様に、カプラ３２２を、金属、プラスチック、セラミック、またはこれらの材料の任意の組み合わせで製作することができ、接着、締め付け、溶着、およびろう付け、またはこれらの任意の組み合わせによって、タイル２５０−１、２５０−２へと取り付けることができる。
【００８０】
好ましくは、カプラ３２２は、例えばノズル１３０の材料と同様または同一の変形可能な物質で形成され、機械的な圧力だけで、トラップタイル２５０−１とカプラ３２２との間に流体を漏らさないシールをもたらすことができる。カプラ３２２などの位置合わせを助ける造作は、随意により、図１７に示した実施形態および他の実施形態にも含まれる。
【００８１】
図２０、図２１、および図２２が、クランプアセンブリ６０へのマイクロ流体カートリッジ１６の取り付けを示している。図２０が、チャンバ１２０が空の状態のクランプアセンブリ６０の断面を示しており、図２１が、マイクロ流体カートリッジ１６がチャンバ１２０に挿入された後（ただし、クランプはまだである）の断面を示しており、図２２が、クランプ後の断面を示している。図２０、図２１、および図２２の各々において、クランプアセンブリ６０の本体８０が、カム３５０およびカム従動子３５２を収容している。カム従動子３５２は、キャリア３５４の内部にあり、カム従動子３５２の一部分が、キャリア３５４を越えて延びてカム３５０に当接している。プランジャ１２６の一端が、キャリア３５４内でカム従動子３５４に接続されている。付勢ばね３５６が、プランジャ１２６の後部の周囲に巻き付けられ、戻しばね３５８が、プランジャ１２６の前部の周囲に巻き付けられている。随意により、いくつかの実施形態においては、カムがばねで付勢されたプランジャを閉鎖位置へと移動させるように回転させられ、ばね３５８などの第２のばねが、１３０ポンドの力など、所望の力のより一貫的かつ正確な導入のための荷重のバランスを提供する。
【００８２】
図２０において、付勢ばね３５６および戻しばね３５８は圧縮されておらず、カム３５０に接続されたレバー３４（図６）は、開位置、すなわち非圧縮の位置にある。さらに、後壁８６とキャリッジ１２２との間のばね３６０−１、３６０−２（全体として、３６０）も、同様に圧縮されていない。端部ハウジング８２の後壁から空のチャンバ１２０へと、ポゴピン電気コネクタ１４４、ガスノズル１３０−１、１３０−２（第３のノズルは遮られていて見えない）、および案内ピン１２８が突き出している。
【００８３】
図２１においては、マイクロ流体カートリッジ１６が、最初にカートリッジのエミッタ端をチャンバ１２０に進入させて、チャンバ１２０に位置している。マイクロ流体カートリッジ１６がチャンバ１２０に進入するとき、案内ピン１２８が、左側ケーシング部分２００−２の溝２３０に沿ってスライドする。マイクロ流体カートリッジ１６のチャンバ１２０への挿入が限界に達すると、プランジャ１２６が、マイクロ流体カートリッジ１６の右側の押しブロック２１０に当接し、案内ピン１２８が、溝２３０の端部の貫通穴２１２（図１２）に達する。案内ピン１２８がこの穴に位置合わせしていない場合、マイクロ流体カートリッジ１６をクランプすることができない。一実施形態においては、アーム１１０（図５）がマイクロ流体カートリッジ１６の上辺の隅（図１１）に係合することで、マイクロ流体カートリッジ１６をどこまでチャンバへと進入させることができるのかが決定される。さらに、ばね１２４−１、１２４−２が、マイクロ流体カートリッジ１６の右側に当接する。図２０と同様に、図２１においても、付勢ばね３５６、戻しばね３５８、およびばね３６０は、レバー３４が開位置にあるため、圧縮されていない。
【００８４】
図２２においては、レバーが閉じられ、カム３５０が付勢ばね３５６および戻しばね３５８を圧縮し、プランジャ１２６を押しブロック２１０に押し付けている。押しブロック２１０の他方の面に間隔を空けて位置しているボス２６０（図１３）が、この力をマイクロ流体基板２５０へと分散する。押しブロック２１０への力が、キャリッジ１２２およびマイクロ流体カートリッジ１６をまとめて端部ハウジング８２の後壁８６に向かって移動させる。さらに、ばね１２４−１が、マイクロ流体カートリッジ１６を下方へと後壁８６に向かって押すように機能する一方で、ばね３６０−１、３６０−２（図２１）が縮み、左方への移動に抵抗する。
【００８５】
キャリッジがカートリッジ１６と一緒に移動する結果として、案内ピン１２８が、マイクロ流体カートリッジ１６の貫通穴２１２に進入する。後壁８６から内向きに突き出しているノズル１３０が、マイクロ流体カートリッジ１６の左側ケーシング部分のそれぞれのノズル開口２２０（図１２）に進入し、マイクロ流体基板２５０の表面に押し付けられる。押圧力は、各々のノズルと流体開口との間に密封された流体の通路を生み出すために充分である。さらに、クランプにより、ポゴピン１４４も左側ケーシング部分の窓２２４に進入し、電気接点２２６のアレイに電気的に接続する。
【００８６】
流体ブロックのノズルとマイクロ流体基板との間の流体のインターフェイス、およびポゴピン１４４と電気接点２２６のアレイとの間の電気的なインターフェイスの確立に加えて、このクランプ作用は、（１）高電圧のポゴピンとマイクロ流体基板との間の電気的なインターフェイス、および（２）ガスノズルとマイクロ流体カートリッジ１６との間の流体のインターフェイスも確立する。図２３が、マイクロ流体カートリッジ１６の左側ケーシング部分に進入するポゴピン３８０を備える高電圧の電気ケーブル３８、および左側ケーシング部分のガス入り口ポートに進入するガスノズル端部３８２を示している。
【００８７】
本発明のいくつかの好ましい実施形態は、ＬＣ−ＭＳにもとづく既存の分析設備などの既存の装置と比べて、低いコストおよび小さいサイズの装置をもたらす。小型化は、サイズの縮小に加えて、例えば信頼性の向上、試薬の量およびコストの削減、使用後の試薬の廃棄コストの削減、ならびにＬＣ関連の構成要素における分散を少なくする性能の向上などの多数の潜在的利益をもたらす。本明細書に記載の好ましい実施形態は、液体クロマトグラフィに関係しているが、本発明を他の分離技法にも適用できることを、当業者であれば理解する。
【００８８】
次に、装置のスプレイユニットの特徴に目を向ける。
【００８９】
図２４が、マイクロ流体カートリッジ１６（図１４を参照）のエミッタ端２０４の図である。エミッタ端２０４は、管２６４（この実施形態においては、長さに沿って開いている）によって機械的な損傷から保護されたエレクトロスプレイエミッタ２６６を備えている。管２６４は、カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０へと挿入されることによってシャッタ２５４が変位させられるときに、エミッタ２６６を露出させるように移動する（挿入時に、アセンブリ６０が可動フィン２６１およびシャッタ２５４をカートリッジ１６のエミッタ端２０４から遠ざかるように押す）。ばね２６５は、カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０から取り出されたときにシャッタ２５４およびシールド管２６４が保護位置に戻るように、シャッタ２５４を付勢している。
【００９０】
エミッタ２６６に加えて、図２４の実施形態のスプレイユニットは、保持具２４０（本明細書において、位置合わせユニットとも称される）と、力印加ユニット（この例では、ばね２４１）と、力受け止め部品（この例では、エミッタ２６６に取り付けられた取付具２４２）とを備えている。保持具２４０は、エミッタ２６６を受け止め、基板２５０に位置合わせさせる。保持具２４０は、好ましくは基板２５０に固定的に取り付けられている。ばね２４１は、保持具２４０内に囲まれ、保持具がばね２４１を取付具２４２に押し付けており、取付具２４２がばね力をエミッタ２６６へと伝え、エミッタ２６６を基板２５０との接触へと押し付けている。取付具２４２は、随意により、例えば管腔Ｌの入り口端から約１／８インチに位置するクリンプ（ｃｒｉｍｐ）されたスリーブである。
【００９１】
図２５Ａが、エミッタ２６６と基板２５０との間のインターフェイスＡを説明する３Ｄ図である。上述のように、エミッタ２６６が基板２５０へと押し付けられ、エミッタ２６６のうちの基板２５０と接触する部位は、好ましくは、より剛性のある基板２５０へと押し付けられたときに流体を漏らさないシールを形成するために充分な程度の変形性（好ましくは、弾性的な）を有する材料で好ましくは形成される。エミッタ２６６の管腔Ｌが、基板の導管の出口オリフィスＥに位置合わせして配置される（基板２５０の出口オリフィスＥに対する管腔Ｌの入り口端の位置ＬＥを示しているインターフェイス領域Ａの詳細図である図２５Ｂを参照）。
【００９２】
この典型的な実施形態において、管腔Ｌは、円形の断面を有しており、出口オリフィスＥは、ほぼ矩形である。管腔Ｌの直径は、オリフィスの対角線よりも短い。インターフェイスは、望ましくは、多くの既存のＬＣ−スプレイインターフェイスと比べて、デッドボリュームがより小さく、または皆無であり、分散効果が少ない。これらの寸法は、好ましくは、いくつかの対象の用途にとって小さく、管腔Ｌの入り口を基板２５０の出口オリフィスＥに対して正しい関係に配置し、エミッタ２６６と基板２５０との間に良好な機械的インターフェイスを達成するための適切な位置合わせに、ある程度の困難を強いる。エミッタ管２６６は、随意により、管２６６の中心軸の位置に対する管腔Ｌの位置の公差に関して選択される。
【００９３】
例えば少量のサンプルに適する一実施形態においては、エミッタ２６６が、０．０３０インチの外径および０．００１インチの内径を有し、オリフィス出口が、０．００３９インチ×０．００３６の寸法を有する。図２５Ｃは、エミッタ２６６を位置決めするための保持具３４５の使用を説明する側面図である。この例では、保持具３４５が、０．０３２インチの内径を有している。したがって、エミッタ２６６が保持具３４５内に配置されるとき、保持具３４５におけるエミッタ２６６の横方向の公差ゆえに、出口オリフィスＥに対する管腔Ｌの位置決めにおいて約０．００２インチの横方向のばらつきが存在する。保持具３４５、出口オリフィスＥに対する保持具の位置、出口オリフィスＥのサイズ、エミッタ２６６、管腔Ｌのサイズ、およびエミッタ２６６における管腔Ｌの位置が、出口オリフィスＥの境界の完全に内側への管腔Ｌの入り口の位置合わせを達成するために協働する。一般に、基板に対する保持具３４５の位置決めが、保持具３４５が位置合わせプロセスにおいて自身の役割を果たすための充分な精度を有さなければならない。そのような充分な精度を達成するように基板２５０および保持具３４５の組み合わせを組み立てる１つの方法を、図２７Ａおよび図２７Ｂを参照して後述する。
【００９４】
この例では、ばね２４１が、例えば約７ポンドの力を加える。いくつかのＬＣ−ＭＣの実施形態においては、基板の出口において必要とされる封止の圧力が、出口の近傍における液体の圧力が入り口における圧力と比べて低いため、入り口において必要とされる封止の圧力よりも小さい。好ましくは、加えられる力が、インターフェイスにインターフェイスを通過する溶離液の圧力よりも大きい圧力をもたらすために充分に大きい。
【００９５】
図２６は、図２５Ａに示した特徴を備えるスプレイユニット３４０の実施形態の３Ｄ図である。スプレイユニット３４０が、保持具３４５と、エミッタ２６６と、ばね３４１と、エミッタ２６６に取り付けられた取付具３４２と、保持具キャップ３４２Ａとを備えている。キャップ３４２Ａは、例えばスナップ止めまたはねじ山によって保持具３４５へと固定的に取り付けられ、または着脱可能に取り付けられる。ばね３４１および取付具３４２は、スプレイユニット３４０が動作のために組み立てられたとき、キャップ３４２Ａおよび保持具３４５の内側に配置される。
【００９６】
図２７Ａおよび図２７Ｂが、保持具−基板の組み立てツール４００の実施形態の（それぞれ、上方および下方からの）３Ｄ図である。ツール４００は、基板クランプ部４１０と、保持具クランプ部４２０と、保持具ｘ位置制御部４３０と、保持具ｘ位置制御部４４０とを備えている。ツール４００は、作業者がクランプされた基板の出口オリフィスをクランプされた保持具を通して観察できるように、顕微鏡に隣接して配置される。保持具３４５は、上述のように保持具の内径が基板２５０の出口オリフィスに対して充分な公差の範囲内に位置するまで、平行移動させられる。次いで、好ましくは保持具３４５が、例えば接着剤の塗布によって基板へと固定される。保持具３４５および／または基板２５０の構成は、随意により、滲出性の接着剤が出口オリフィスへと引き寄せられることがないように選択され、この場合、エミッタと基板２５０との間のインターフェイスが硬化した接着剤によって妨げられる可能性がある。
【００９７】
基板および保持具の組み立て方法の一実施形態においては、保持具３４５が、最初に基板に触れた後で、基板とこすれ合うことなく保持具を移動させるために充分なだけ、（ｙ方向に）わずかに、例えば、０．０１０インチ未満後退させられる。保持具３４５の位置のｘ−ｚ調節の際に、オリフィスが、隣接する通路の端部の円の範囲内に観察される。ひとたび保持具３４５が、エミッタの管腔をオリフィスに対して正しく位置合わせさせることができるようにオリフィスに対して正しい位置にくると、ガイド３４５が基板へと取り付けられる。恒久的な取り付けは、随意である。
【００９８】
例えば、接着剤が、位置合わせの調節に対応するように意図的に導入された保持具と基板との間の空間（スペーサとして機能する）を調節する。上述のように、保持具および／または基板は、接着剤がオリフィスの近傍へと滲出することがないように、保持具の表面とオリフィスとの間に随意により間隔を提供する。
【００９９】
例えば、加熱された接着剤の滴が、保持具３４５および基板２５０に配置され、毛管作用によって接着剤が保持具３４５と基板２５０との間のすき間へと引き込まれる。毛管作用は、接着剤が保持具３４５と基板２５０との間の好ましくは狭いすき間を過ぎて滲出することがないように好ましく利用される。
【０１００】
いくつかの別の実施形態は、例えばマシンビジョンを使用して基板および保持具の組み立てを自動化する。いくつかの別の実施形態は、光学的な位置合わせを必要としない機械的公差を有する基板および保持具を利用する。例えば、基板が、随意により、人間の視覚やマシンビジョンによる位置合わせを必要とせずに保持具を受け入れるスロットを備える。随意により、エミッタ２６６および／またはエミッタ２６６の接触端に接する基板のエッジの部分が、改善された接触のインターフェイスをもたらすために滑らかにされ、例えば機械的に研磨される。
【０１０１】
エミッタを保持具へと取り付けるために、多数の適切な手段のうちの任意の１つが、随意により使用される。例えば、保持具／ハウジングが、随意によりエミッタを覆うように配置され、ガイドへと取り付けられる。基板とのシールを形成するためにエミッタへと機械的な力を加えるために、一例においては、金属リングがエミッタへとかしめられ、ばねが保持具／ハウジングに配置され、次いでハウジングがガイドへと取り付けられる（図を参照）。
【０１０２】
図２６に戻ると、保持具３４５は、組み立て時および組み立て後に基板のオリフィスの領域の観察を可能にする切り欠きを有している。この典型的な実施形態においては、基板２５０が、保持具３４５との噛み合わせのための凹んだエッジ部を有している。凹んだエッジは、例えばオリフィスの近傍に望ましく滑らかなエッジを生み出し、および／またはエッジのオリフィス部を保護するために、随意により使用される。随意により、接着剤が、保持具３４５を基板２５０に接合するために、エッジが凹まされていない場所に塗布され、オリフィスが接着剤からさらに保護される。図示の実施形態においては、保持具３４５が、凹まされた部位を画定している基板２５０のエッジ面の外周のいずれにも接していない。
【０１０３】
基板のエッジ（本明細書において、サイドとも称される）は、例えばエッチング、クリービング、および／または研磨など、いくつかの適切な方法のいずれかにて形成される。例えば、一実施形態においては、エッジが、基板の材料の焼結後に割り裂きによって形成され、別の実施形態においては、焼結に先立って基板の材料にパターンを加工することによって形成される。エッジは、随意により、焼結の前および／または後にさらに成形および／または平滑化される。
【０１０４】
次に、図２８Ａおよび図２８Ｂを参照すると、いくつかの実施形態は、スプレイユニットを保持する交換可能および／または取り外し可能な部位を有しているカートリッジを提供する。これらの実施形態において、スプレイユニットは、随意により上述した実施形態と同様である。
【０１０５】
図２８Ａおよび図２８Ｂは、主たるカートリッジ部分３１６と取り外し可能なカートリッジ部分３１７とを有している１つの代案のマイクロ流体カートリッジの３Ｄ図（それぞれ、外側および内部の図）である。カートリッジは、１つには、例えばエレクトロスプレイエミッタなどのカートリッジのエミッタをカートリッジの他のマイクロ流体部品の大部分またはすべてを保持しつつ取り替えおよび／または交換する際の相対的な容易さを提供する。
【０１０６】
主たる部分３１６が、左側および右側ハウジング部分３００−１、３００２を有しており、保持具３４５（随意により、上述した保持具３４５と同様であるものとして図示されている）を保持している。取り外し可能部分３１７は、スプレイ端保護造作３１１を定める左側および右側ハウジング部分３１０−１、３１０−２を有している。左側および右側ハウジング部分３１０−１、３１０−２が、エミッタ２６６、ばね３４１、および取付具３４２を保持しており、スプレイ端を囲むようにガスを届けるためのガス通路３７６を定めている。左側ハウジング部分３１０−２が、ばね３４１を固定するばね保持用の造作を定めており、取り外し可能部分３１７が主たる部分３１６へと取り付けられるときにばね３４１へと力を加える。さらに、左側および右側ハウジング部分３１０−１、３１０−２は、取り外し可能部分３１７を主たる部分３１６へと接続するためのラッチの造作３１２を定めている。別の実施形態は、随意により、ねじ、クリップ、および磁石などの知られている造作など、任意の適切な取り付け用の造作を利用する。
【０１０７】
本明細書において使用されるとき、「スプレイユニット」という言葉が、説明を便利にするためのものであって、スプレイユニットを特定の構成部品一式へと限定するものでも、そのような構成部品の位置を限定するものでもないことを、当業者であれば理解できる。例えば、図２８Ａおよび図２８Ｂのスプレイユニットのある部分（すなわち、保持具３４５）が、主たるカートリッジ部分３１６に位置する一方で、スプレイユニットの他の部分が、取り外し可能部分３１７に位置する。あるいは、図２８Ａおよび図２８Ｂの目的において、スプレイユニットを、取り外し可能部分３１７に組み合わせられた部品のみを含むものとして定義することができる。
【０１０８】
本発明を、特定の好ましい実施形態に関して図示および説明したが、形態および詳細において、以下の特許請求の範囲によって定められるとおりの本発明の技術的範囲から離れることなく種々の変更が可能であることを、当業者であれば理解すべきである。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年３月６日付の「Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」という名称の米国特許仮出願第６１／１５８，２３０号の優先権を主張し、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、広くには、液体クロマトグラフィ−質量分析の装置に関する。より具体的には、本発明は、そのような分析装置によって使用されるマイクロ流体基板へのエレクトロスプレイインターフェイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）装置は、化合物の分離、同定、および定量化のための分析ツールである。伝統的なＨＰＬＣ装置は、ステンレス鋼管から作られた分析カラムを使用する。典型的には、管の内腔の直径が４．７ｍｍであり、管の長さが約５ｃｍ〜約２５ｃｍの範囲である。
【０００４】
さらに、ＨＰＬＣ装置の分析カラムは、典型的には、管へと取り付けられたフリット付きの端部取付具を有している。種々の官能基で官能化された粒子（典型的には、シリカをベースとする）が、管に詰め込まれる。
【０００５】
完成したカラムを使用して最適な分離効率を達成するために、移動相の適切な流量が重要である。直径５μｍの粒子が詰め込まれた直径４．７ｍｍのカラムにおいては、所望の流量が、典型的には約１ｍＬ／ｍｉｎ〜約２ｍＬ／ｍｉｎの間である。分離の効率を維持するために、ＨＰＬＣ装置の配管内の掃引されないデッドボリュームの存在を最小限にすることが所望される。
【０００６】
ＨＰＬＣ装置において、インジェクタが、サンプルを別個の流体プラグとして流れている移動相へと注入するために典型的に使用される。カラムへと移動および／またはカラムから移動するときのプラグのバンド（ｂａｎｄ）の分散が、クロマトグラフシステムの最終的な効率を低下させる。例えば、４．７ｍｍのカラム管および１〜２ｍＬ／ｍｉｎで流れる移動相を使用するクロマトグラフシステムにおいては、１／１６インチの外径および約０．０１０インチの内径を有する管が、ＨＰＬＣの種々の構成部品（例えば、ポンプ、インジェクタ、カラム、および検出器）の間の接続を配管するために、典型的に使用される。これらの流量および管の寸法においては、管のインターフェイスにおけるバンドの広がりを最小限に保証する公差へとポートの細部を加工することが、比較的容易である。
【０００７】
１つには、移動相の溶媒の消費を少なくするという要望が、カラムの内径の縮小へと向かう傾向を動機付けている。それ故に、典型的には表１に示されるとおりに定義されるいくつかの規模のクロマトグラフィが、今や一般的に実施されている（表において、ＩＤは内径である）。
【表１】
【０００８】
マイクロボアＨＰＬＣは、多くの場合に、わずかな変更にて分析規模のＨＰＬＣに使用される設備と同様の設備によって実行されている。取付具の製作においてわずかな追加の注意を払う必要がある点を除き、マイクロボアＨＰＬＣは、典型的には、分析規模のＨＰＬＣと同様の操作熟練レベルしか必要としない。
【０００９】
対照的に、毛管規模およびナノ規模のＨＰＬＣは、分析規模のＨＰＬＣと比べて、ＨＰＬＣの構成部品に比較的大きな変更を必要とする。分析およびマイクロボアのＨＰＬＣシステムにおいて一般的に見られるポンプなどの標準的な開ループの復動ＨＰＬＣポンプを使用して約５０μＬ／ｍｉｎよりも少ない安定な移動相の流れを生成することは、比較的困難である。
【００１０】
毛管規模のクロマトグラフィにおいては、ステンレス鋼管を構成部品の相互接続に使用することができるが、内径が、典型的には０．００５インチ未満（約１２５μｍ未満）でなければならない。わずかな量のデッドボリュームの発生さえも回避するために、取付具の末端の製造において、広く注意が必要とされる。
【００１１】
ナノ規模のクロマトグラフィにおいては、装置の構成部品を互いに接続する（例えば、ポンプを分離カラムへと接続する）ために、約２５〜５０μｍの内径を有する管が、典型的に必要とされる。ステンレス鋼管は、典型的にはこのような寸法では入手できないため、ポリイミドでコートされた石英ガラス管が、典型的に使用される。石英ガラス管は、優秀な寸法公差を有し、きわめて清浄な非反応性の内壁を有するが、壊れやすく、取り扱いが難しくなりうる。さらに、掃引されない数ナノリットルのデッドボリュームでさえも防止するために、相互接続のポートを厳格な公差へと加工しなければならない。
【００１２】
分析規模のＨＰＬＣをマイクロボア規模のＨＰＬＣで置き換える主な動機が、溶媒の消費を少なくするという要望であってもよい一方で、毛管規模およびナノ規模のクロマトグラフィへの移行は、例えば約１０μＬ／ｍｉｎ未満の流量が使用される場合に、溶媒の消費のさらなる削減に加えて、質量分析計の検出感度の向上を後押しすることができる。さらに、毛管規模またはナノ規模のシステムは、多くの場合に、利用可能なサンプルが少量である用途において典型的に求められる高感度な検出のための唯一の選択肢である（例えば、新生児の血液スクリーニング検査）。
【００１３】
毛管規模およびナノ規模のクロマトグラフィの利点にもかかわらず、ＨＰＬＣのユーザは、マイクロボア規模および分析規模のクロマトグラフィシステムを採用する傾向にある。上述のように、これらのシステムは、典型的には良好な信頼性を提供し、比較的使用が容易である。対照的に、毛管規模またはナノ規模のクロマトグラフシステムの運転時に良好なクロマトグラフィ効率を維持することは、システムの配管接続（例えば、管を使用してポンプ、インジェクタ、カラム、および検出器を接続する）の際に多大な注意を必要とする。
【００１４】
実務において、分析規模またはマイクロボア規模のシステムから毛管規模またはナノ規模のシステムへと移行する作業者が、より大流量の（すなわち、分析規模またはマイクロボア規模の）システムほどより良好な分離効率が達成されることを発見することも多い。これは、典型的には、バンドの拡散が少ない管の相互接続を実現するために必要な作業者の知識および経験が、不充分であることに起因して生じる。さらに、より小さな内径の管が使用されることで、管の頻繁な詰まりにつながることも多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２１３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
毛管規模のＨＰＬＣシステムにおいて典型的に直面され、ナノ規模のＨＰＬＣシステムにおいてさらに直面される相対的な困難性ゆえに、そのようなシステムは、主として、サンプルのサイズが小さいなどの必要な場合に限り、比較的熟練した作業者が存在する場合に限って、使用されている。このように、分析実験室は、毛管規模およびナノ規模のシステムよりも分析規模およびマイクロボア規模のシステムを多く保有する傾向にあり、毛管規模およびナノ規模のＨＰＬＣから得られるすべての利点を実現してはいない。
【００１７】
ＨＰＬＣなどの分離技法は、サンプルについて多次元的な情報をもたらすために、１つ以上のさらなる分析技法と組み合わせて利用されることが多い。例えば、質量分析計（ＭＳ）が、分子量および構造についての情報をもたらすことができる。別個の技法を組み合わせるうえでの１つの問題は、サンプルのインターフェイスを設けることにある。
【００１８】
例えば、ＬＣおよびＭＳの組み合わせは、典型的には、ＭＳによる分析のために、ＬＣによって生成されたサンプル溶離液の搬送およびイオン化を必要とする。電界脱離、サーモスプレイ、およびエレクトロスプレイなどのソフトイオン化技法が、たんぱく質およびペプチドなどの高分子量の分子から由来する完全の分子イオンの生成において有益である。精密な生物学的用途が、好ましいソフトイオン化技法を決定することが多い。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態は、マイクロ流体クロマトグラフィの構成部品およびスプレイエミッタのためのサンプル−溶離液のインターフェイスを、導管の弾性変形可能部と比較的剛性のあるマイクロ流体基板との間の可逆な機械的接触によって実現できるという認識から生まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、一態様において、化学的分離のための装置に関する。装置は、サンプルの溶離液を出力するための出口開口を有しているマイクロ流体基板、溶離液を受け取るための入り口と、溶離液のスプレイを放射するための出口とを有しているスプレイユニット、ならびに力印加ユニットを備える。スプレイユニットが、入り口を定める変形可能部を有しており、変形可能部の弾性率がマイクロ流体基板の弾性率よりも低い。ばねなどの力印加ユニットが、変形可能部を実質的に流体を漏らさないシールを形成すべく基板に押し付けるように配置されている。本発明の他の態様は、マイクロ流体ベースの装置を製作する方法、分析方法、および他のマイクロ流体ベースの装置に関する。
【００２１】
本発明の上述の利点およびさらなる利点が、以下の説明を添付の図面と併せて参照することによって、よりよく理解される。添付の図面においては、種々の図において、類似の番号が類似の構造要素および要素（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を指し示している。図面は必ずしも比例尺でなく、本発明の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】マイクロ流体カートリッジが取り付けられた状態にある液体クロマトグラフィモジュールを備えている液体クロマトグラフィ−質量分析計システムの実施形態の正面図である。
【図２】液体クロマトグラフィモジュールの実施形態の正面図である。
【図３】液体クロマトグラフィモジュールの図であり、内部に収容されたクランプアセンブリを見せるためにカバーが開かれた状態にある。
【図４】液体クロマトグラフィモジュールに収容されるクランプアセンブリの実施形態の斜視図である。
【図５】クランプアセンブリの側面図である。
【図６】クランプアセンブリの正面図である。
【図７】クランプアセンブリの端部ハウジングの実施形態の図である。
【図８】端部ハウジングの分解斜視図である。
【図９】端部ハウジングの後壁の別の実施形態の外面図である。
【図１０】端部ハウジングの後壁の別の実施形態の内面図である。
【図１１】マイクロ流体カートリッジの一実施形態の右側の図である。
【図１２】マイクロ流体カートリッジの左側の図である。
【図１３】マイクロ流体カートリッジの分解図である。
【図１４】右側を取り除いたマイクロ流体カートリッジの側面図である。
【図１５】右側を取り除いたマイクロ流体カートリッジの別の側面図であり、マイクロ流体カートリッジ内のマイクロ流体基板に重ねられた押しブロックを示している。
【図１６】左側を取り除いたマイクロ流体カートリッジの側面図である。
【図１７】マイクロ流体カートリッジ内のマイクロ流体基板の一実施形態の側面図である。
【図１８】自動調心の取付具を備えるマイクロ流体基板の別の実施形態の図である。
【図１９】図１８のマイクロ流体基板の断面図である。
【図２０】マイクロ流体カートリッジが取り付けられていない状態のクランプアセンブリの正面断面図である。
【図２１】マイクロ流体カートリッジが取り付けられた状態のクランプアセンブリの正面断面図であるが、クランプアセンブリはまだクランプ位置にない。
【図２２】マイクロ流体カートリッジが挿入された状態のクランプアセンブリの正面断面図であるが、クランプアセンブリがクランプ位置にある。
【図２３】マイクロ流体カートリッジのエミッタ端の図であり、高電圧のケーブルおよびガスノズルがマイクロ流体カートリッジの側面に接続されている。
【図２４】図１４のカートリッジのエミッタ端の図である。
【図２５Ａ】エミッタと基板との間のインターフェイスを示している図２４のカートリッジの一部分の３Ｄ図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａのインターフェイスの詳細図である。
【図２５Ｃ】エミッタを位置決めするための保持具の使用を説明する側面図である。
【図２６】カートリッジのスプレイユニットの実施形態の３Ｄ図である。
【図２７Ａ】保持具−基板の組み立てツールの実施形態の３Ｄ図（上方からの）である。
【図２７Ｂ】保持具−基板の組み立てツールの実施形態の３Ｄ図（下方からの）である。
【図２８Ａ】マイクロ流体カートリッジの実施形態の３Ｄ図である。
【図２８Ｂ】マイクロ流体カートリッジの実施形態の３Ｄ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書に記載の高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）装置は、エレクトロスプレイエミッタを有するマイクロ流体カートリッジを受け入れ、エミッタの先端をＨＰＬＣ装置の質量分析計の構成部品に動作可能に連通させるための取付チャンバを有している。マイクロ流体カートリッジは、例えば参照により本明細書に組み込まれるＧｅｒｈａｒｄｔらの米国特許出願公開第２００９／０３２１３５号明細書に記載されているような実質的に剛性のあるセラミックベースの多層マイクロ流体基板（本明細書において、セラミックタイルとも称される）を収容している。たんぱく質サンプルにおいては、セラミックが、好ましくは、基板の導管の壁へのサンプルの付着に起因するサンプルの損失のレベルが適切に低くなる高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）である。
【００２４】
基板の層に形成されたチャネルが、分離カラムとして機能する。例えばレーザエッチングによって形成される基板の側面の開口が、流体をカラムへと導入することができるチャネルへの開口を提供する。流体が、高い圧力のもとで開口を通過し、チャネルの出口端に接続されたエレクトロスプレイエミッタに向かって流れる。マイクロ流体カートリッジの側面の穴が、基板へと流体を届けるための流体導入ポートを提供する。１つ以上の流体導入ポートの各々が、流体開口のうちの１つに位置合わせして、これを囲む。
【００２５】
クランプ機構が、マイクロ流体カートリッジの片側へと機械的な力を加え、基板を取付チャンバに結合された流体ノズルに押し付ける。ノズルが、カートリッジの流体導入ポートを介して基板へと流体を届ける。
【００２６】
１つには、ＨＰＬＣ装置および他の装置の種々の実施形態は、ポートおよびノズルなどの種々の構成部品がポリマーなどの変形可能材料から望ましく形成され、充分な強さの機械的な力を、開口を囲んで各々のノズルと基板の表面との間に緊密な漏れのないシールが生み出されるように実質的に剛性のある基板へと加えることができるという認識からもたらされる。好ましくは、加えられる圧力が、基板と管との間の接触面において、管を基板へと通過する流体の圧力よりも大きい。適切なポリマーは、例えばＰＥＥＫ（ＴＭ）ポリマー（Ｖｉｃｔｒｅｘ ＰＬＣ、Ｌａｎｃａｓｈｉｒｅ、Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍから入手可能）などのポリエーテルエーテルケトンである。
【００２７】
セラミックベースの基板は、ただ１つの小さい点に集中した機械力および／またはせん断応力を導入しがちな方法（基板を曲げ、さらには／あるいはねじるような傾向、など）で加えられる機械力にさらされた場合に、割れを生じやすい可能性があるため、クランプ機構は、好ましくは多表面のプローブを使用し、さらには／あるいは基板の片面に（垂直に）加えられる力に、好ましくは実質的にせん断力の存在しない圧縮力を導入するような方法で基板の反対側に加えられる等しい実質的に同一方向の力によって対抗する。
【００２８】
多表面のプローブが、例えば同時に多数の接触点において基板を押す。したがって、プローブは、好ましくは力を分散してせん断応力の可能性を軽減または排除する傾向の方法で、基板に接するように構成される。好ましくは、プローブに関する多数の接触箇所が、基板の反対側に接触する造作に位置合わせさせられることで、クランプ機構によるせん断応力の導入が軽減または排除される。
【００２９】
各側から基板に接触する造作のいずれかまたはすべては、随意により、ガスおよび／または液体のための導管を備え、および随意により電気導体、さらには／あるいは、光導体、および／または他の通信経路を備える。
【００３０】
同時接触の多数の点は、随意により、機械的な力をただ１つの接触点の場合よりも広い面積へと分布させる。好ましくは、接触点が、円上の実質的に等間隔な点に組み合わせられ、および／または力の分布の円形パターンを定める。好ましくは、多点にて基板に接触する部品が、加えられる力をただ１つの場所にて受け取ることで、したがって基板へと加えられるねじり力の可能性および程度が潜在的に軽減される。さらに、基板が、好ましくはマイクロ流体カートリッジの内部である程度の移動の自由を有し、クランプ機構が係合するまで自由に浮動し、圧縮以外の応力が基板に作用することがなく、カートリッジのハウジング部が基板へと実質的な力（そのような力が存在しても）を加えることがないように、クランプのプロセスにおいて基板の位置の「自動調節」を可能にする。
【００３１】
マイクロ流体カートリッジは、基板に加えて、内部回路と、基板の加熱および冷却のための温度制御ユニットとを収容する。マイクロ流体カートリッジの開口が、ポゴピン（ｐｏｇｏ ｐｉｎ）によって内部回路へと低電圧および他の電気信号を供給するための窓をもたらす。エレクトロスプレイエミッタの先端付近に位置するマイクロ流体カートリッジの別の開口が、ガスノズルへとつながるガス導入ポートとして機能する。エミッタ端の付近に配置されるさらに別の開口が、高電圧の入力ポートとして機能する。高電圧のケーブルが、例えば約３ｋｅＶの電圧など、エミッタの先端領域に高い電圧を届けるために、この高電圧の入力ポートにつながる。
【００３２】
管を基板へと押し付けるために使用される機械力は、高電圧のケーブルと高電圧の入力ポートとの間、導電性のポゴピンと電気コネクタとの間、およびガスノズルとガス導入ポートとの間の接続を確立するようにも機能する。このように、マイクロ流体カートリッジを取付チャンバ内にクランプするというただ１つの行為で、分離カラムの動作に必要な種々の流体および電気の接続が同時に確立される。
【００３３】
図１が、本発明を具現することができる液体クロマトグラフィ−質量分析（ＬＣ−ＭＳ）システム１０の一実施形態の正面図を示している。ＬＣ−ＭＳシステム１０が、スロット１４を有する液体クロマトグラフィモジュール１２を備えており、スロット１４に、完全に組み立てられたマイクロ流体カートリッジ１６が位置する。図示のとおり、マイクロ流体カートリッジ１６のハンドルが、スロット１４から突き出している。液体クロマトグラフィモジュール１２が、質量分析（ＭＳ）ユニット１８に組み合わせられている。一実施形態においては、ＬＣ−ＭＳシステム１０が、Ｗａｔｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｌｆｏｒｄ、Ｍａによって製造されるｎａｎｏＡＣＱＵＩＴＹ ＵＰＬＣ（Ｒ）システムの改良型である。
【００３４】
図２が、ハウジング２０を有する液体クロマトグラフィモジュール１２の一実施形態の正面図である。ハウジング２０が、上部２２、中央部２６、および下部３０を有しており、上部２２が、オン−オフスイッチ２３ならびに状態および圧力の表示器２４を備えており、中央部２６が、マイクロ流体カートリッジを受け入れるためのスロット１４およびアーム部２８を有しており、下部３０が、ハウジングの開口から延びている調節ノブ３２を有している。調節ノブ３２は、マイクロ流体カートリッジ１６をｘ軸に沿って移動させるための内部のｘ移動ステージ（一部分だけが見えている）に接続されている。さらに、ｙ移動ステージおよびｚ移動ステージ（図示せず）のための調節ノブが、ＭＳユニット１８（図１）に対するマイクロ流体カートリッジの位置のｙ軸調節およびｚ軸調節を可能にする。そのような調節は、例えば、エミッタ端出口のＭＳ入り口オリフィスに対する位置決めを提供する。
【００３５】
アーム部２８に、枢支点３６を中心にしてクランプ位置と非クランプ位置との間を回転できるレバー３４が接続されている。図２においては、レバーが非クランプ位置にある。枢支点を中心にしてレバーを約１８０度ほど反時計方向に回転させることで、レバーがクランプ位置へと移動する。ハウジングの一端において、電気ケーブル３８および電気信号導体４０が、ハウジングの前部の開口４２を通ってハウジングに進入している。本明細書において述べられるとおり、マイクロ流体カートリッジへと電気ケーブル３８が高電圧を供給し、電気信号導体４０が低電圧を供給する。マイクロ流体配管およびガス配管（図示せず）が、マイクロ流体カートリッジへと流体およびガスをそれぞれもたらすために、やはり開口４２を通ってハウジングに進入している。
【００３６】
図３が、前部カバー５０が開かれ、内部のクランプアセンブリ６０が露出された状態のハウジング２０を示している。ハウジングの下辺に沿ったヒンジが、前部カバー５０を移動ステージ支持部５２へと取り付けている。移動ステージおよび調節ノブは、図解を簡単にするために図からは省略されている。ハウジング内に位置する他の構成部品として、回路基板６２が挙げられる。移動ステージ支持部５２、クランプアセンブリ６０、および回路基板６２は、ハウジングの後部パネル６４に結合されている。
【００３７】
電気ケーブル３８および電線用導管６６が、クランプアセンブリ６０の片側へとつながっている。電気ケーブルが、高電圧（例えば、３０００ボルト）を運び、電線用導管６６が、複数の低電圧の電気導体を束ねる。図示はされていないが、マイクロ流体配管およびガス配管も、クランプアセンブリ６０の電気ケーブル３８および電線用導管６６と同じ側に接続されている。
【００３８】
クランプアセンブリ６０は、マイクロ流体カートリッジを受け入れるためのスロット６８と、レバー３４（図２）が取り付けられるポスト７０とを有している。前部カバー５０が閉じられたとき、前部カバー５０のスロット１４が、クランプアセンブリ６０のスロット６８に位置合わせし、図２の調節ノブ３２（図３には示されていない）が、前部カバー５０の開口７２を通って突き出し、ポスト７０が、別の開口（アーム部２８の側壁で遮られて見えていない）を通って突き出す。
【００３９】
図４が、本体８０を端部ハウジング８２に組み合わせて有しているクランプアセンブリ６０の実施形態を示している。ポスト７０が、レバー３４を本体８０の片側（本明細書においては、前側と呼ばれる）に接合している。端部ハウジング８２は、後壁８６によって空間的に隔てられた反対向きの側壁８４−１、８４−２（全体として、８４）を有している。側壁８４−２は、見て取ることができないが、参照符号が、側壁８４−２の領域を大まかに指している。側壁８４−１が、マイクロ流体カートリッジ１６（図１）を受け入れるように構成されたスロット８６（図３）を有している。側壁８４−２が、側壁８４−１のスロット６８に位置合わせした対応するスロット（図示せず）を有しており、マイクロ流体カートリッジ１６が、クランプアセンブリ６０へと設置されるときに両方のスロットを通過する。
【００４０】
端部ハウジング８２の後壁８６が、ポゴピンブロック８８および流体ブロック９０を有している。ポゴピンブロック８８は、間に電線用導管６６（図示せず）を保持するように固定具９４によって接合される２部品からなるブラケット９２を備えている。ポゴピンブロック８８（図４においては、２部品からなるブラケット９２によって遮られてほとんど見えない）は、流体ブロック９０の上方に隣接して配置される。流体ブロック９０のこの実施形態は、流体をもたらす管の端部を受け入れるための３つの開口９６を有している。スペーサブロック９８が、ポゴピンブロック８８および流体ブロック９０を後壁のスロット（図８に示されている）に固定している。
【００４１】
３つの開口１０４、１０６、１０８を備える主表面１０２を有しているＬ字形の保持具１００が、後壁８６の表面から突き出している。開口１０４は、クランプアセンブリ６０へと接続されるガス配管（図示せず）を保持するためのものであり、開口１０６は、高電圧の電気ケーブル３８（図３）を保持するためのものであり、開口１０８は、保持具１００を後壁８６へと接合する固定具を受け入れるためのものである。スロット６８を通って挿入されるマイクロ流体カートリッジ１６について、その挿入の程度を規制するために使用されるアーム１１０が、クランプアセンブリ６０の後ろ側（すなわち、図１のＭＳユニット１８へと提示される側）から延びている。
【００４２】
図５が、マイクロ流体カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０の側壁８４の両方のスロットを貫いている状態のクランプアセンブリ６０の側面図を示している。アーム１１０が、マイクロ流体カートリッジ１６の上縁の隅を捕まえ、マイクロ流体カートリッジがスロット６８を通ってさらに滑ることを防止している。高電圧の電気ケーブル３８が、開口１０６へとつながり、電線用導管６６が、ポゴピンブロックの２部品からなるブラケット９２につながっている。さらに、カプラ１１２が、Ｌ字形の保持具１００の開口１０４に接続している。
【００４３】
図６が、クランプアセンブリ６０およびスロット６８を通して視認することができるチャンバ１２０の正面図を示している。チャンバ１２０内に、マイクロ流体カートリッジ１６を受け入れるためのキャリッジ１２２が位置している。上部ばね１２４−１および下部ばね１２４−２ならびにプランジャ１２６の先端が、キャリッジ１２２の片側（すなわち、図６においては右側）からチャンバ１２０へと内向きに延びている。案内ピン１２８および複数のマイクロ流体ノズル端１３０−１、１３０−２が、反対側から（すなわち、端部ハウジング８２の後壁８６の方向から）チャンバ１２０へと内向きに延びている。この実施形態において、マイクロ流体ノズル端１３０−２に水平方向に一致させられた第３のマイクロ流体ノズル端１３０−３（図７）が、マイクロ流体ノズル端１３０−２に遮られて見えていない。
【００４４】
図７が、後壁８６によって隔てられた反対向きの側壁８４−１、８４−２を備えている端部ハウジング８２の一実施形態の内部の図を示している。側壁８４−１が、スロット６８−１を有しており、側壁８４−２が、スロット６８−２を有している。後壁８６に、ポゴピンブロック８８および流体ブロック９０が設置されている。
【００４５】
ポゴピンブロック８８の内面の凹んだ領域１４０が、この表面から内側へと突き出しているポゴピン電気コネクタ１４２を備えている。この例では、電気コネクタ１４２が、電気信号を導くための１０個の導電ポゴピン１４４を有している。各々のポゴピン１４４は、電気信号を伝えるための個別の円ポスト形の電気導体であり、ばねによって付勢されている。
【００４６】
流体ブロック９０の内面は、この内面から突き出している図６の複数のマイクロ流体ノズル１３０−１、１３０−２、１３０−３（全体として、１３０）を有している。一実施形態においては、ノズル１３０の数が３つであり、三角形のパターンにて配置されている。３つのノズル１３０の位置は、互いに対して固定されている。マイクロ流体配管によって流体ブロック９０の外面の開口９６（図４）へともたらされる流体が、これらのノズル１３０を通って出る。ノズル１３０の三角形パターンの下方に、案内ピン１２８が、三角形の頂点のノズルに位置合わせして位置している。
【００４７】
図８が、後壁８６の組み立てプロセスを説明するために、端部ハウジング８２の分解図を示している。後壁８６が、流体ブロック９０、ポゴピンブロック８８、およびスペーサ９８が順に滑り込まされるスロット１５０を有している。スロット１５０は、下部の矩形の領域１５２および段になった上部領域１５４を有している。下部領域１５２が、流体ブロック９０およびポゴピンブロック８８を受け入れるように構成されている。上部領域１５４の形状は、スペーサ９８を受け入れるように構成されている。スペーサ９８は、穴１５６を備える段部１５５を有しており、固定具が穴１５６を通ってスペーサを後壁８６のそれぞれの穴１５７へと接合し、ブロック８８、９０、９８をスロット１５０内に固定することができる。
【００４８】
図９および図１０が、端部ハウジング８２の後壁８６’の別の実施形態を示しており、図９が、後壁８６’の外面を示しており、図１０が内面を示している。この実施形態においては、後壁８６’が、図７に示した流体ブロック１９０の３つのノズル１３０ではなく、マイクロ流体基板に接するための４つのノズルを有している。後壁８６’が、菱形パターンに配置された４つの流体入り口ポート１７０−１、１７０−２、１７０−３、１７０−４（全体として、１７０）を備えている。各々の流体入り口ポート１７０が、後壁８６’からおおむね直角に突き出す円形の取付具（４つのポートのうちのポート１７０−２において最もよく見て取ることができる）を備えている。各々の流体入り口ポート１７０は、他のポート１７０に対して浮動であり、すなわち流体入り口ポート１７０それ自体は、各々の流体入り口ポート１７０が他のポート１７０とは無関係にわずかに移動できるよう、後壁８６’に固定されていない。
【００４９】
流体の配管の例として、マイクロ流体配管１７２の先端が、流体入り口ポート１７０−１および１７０−３へと圧入される一方で、流体入り口ポート１７０−４は、栓１７４で塞がれ（すなわち、使用されず）、流体入り口ポート１７０−２は開かれている。さらに後壁８６’は、ただ１列の電気コネクタ１７６（ここでは、例えば１０個である）を有しているポゴピンブロック８８’の別の実施形態を備えている。
【００５０】
図１０が、図９に示した後壁８６’の別の実施形態の内面を示している。ポゴピンブロック８８’の内面が、凹んだ領域１８０を有しており、この領域１８０から、一列の導電ポゴピン１７６が突き出している。ポゴピンの列の下方に、第２の凹んだ領域１８２が位置している。この凹んだ領域１８２から、後壁８６’の外面のポート１７０の各々にそれぞれ対応する４つのマイクロ流体ノズル１８４が突き出している。マイクロ流体配管１７２によって後壁８６’の外面のポート１７０へともたらされる流体が、これらのノズル１８４を通って出る。ノズル１８４の菱形パターンの下方に、案内ピン１２８と同様の機能の位置合わせピン１８６が位置している。
【００５１】
図１１が、図７に示した形式のノズル配置と協働するマイクロ流体カートリッジ１６の実施形態の右側面図を示している。さらに後述されるとおり、マイクロ流体カートリッジ１６は、エミッタと、マイクロ流体基板と、ヒータと、回路とを収容し、マイクロ流体カートリッジ１６内に収容された種々の構成要素へと電圧、電気信号、および流体（ガスおよび液体）をもたらすための電気機械インターフェイスとして機能する。
【００５２】
マイクロ流体カートリッジ１６のこの実施形態は、２つのケーシング部分２００−１、２００−２を、例えば半型同士をスナップ止め、接着剤もしくは機械式の固定具の使用、またはこれらの任意の組み合わせによって接合して形成される。２つのケーシング部分は、本明細書において、マイクロ流体カートリッジ１６の左側および右側とも称されるが、左および右という用語は、クランプアセンブリ６０へと挿入されるときのマイクロ流体カートリッジ１６の向きによって決定される。左、右、上、下、前、および後などの用語は、マイクロ流体カートリッジの説明を簡単にする目的のためのものであり、マイクロ流体カートリッジそれ自体の構造についていかなる制約も課すものではないことを、理解すべきである。
【００５３】
右側ケーシング部分２００−１は、把持端２０２およびエミッタ端２０４を有している。把持端２０２の湾曲した領域２０６は、ユーザが液体クロマトグラフィモジュール１２への出し入れの際にマイクロ流体カートリッジ１６を把持することができる指保持部をもたらしている。
【００５４】
ケーシング部分２００−１の側面に、押しブロック２１０が位置する矩形の窓２０８が存在している。押しブロック２１０の表面は、右側ケーシング部分２００−１の表面と同一面に位置している。さらに後述されるように、押しブロック２１０は、右側ケーシング部分２００−１に堅固に取り付けられているのではなく、内側、外側、上方、下方、左方、または右方にわずかに動くことができ、すなわち押しブロック２１０は、窓２０８において浮動している。一実施形態においては、押しブロック２１０が金属製である。
【００５５】
押しブロック２１０の下方には、両方のケーシング部分２００−１、２００−２を完全に貫いて延びる開口２１２が配置されている。開口２１２は、以下では貫通穴２１２と称される。エミッタ端２０４において、マイクロ流体カートリッジ１６の上辺に隅２１４が存在している。隅２１４において、可動フィン２１６がケーシング部分２００−１、２００−２の間の上辺を貫いて突き出している。
【００５６】
図１２が、マイクロ流体カートリッジ１６の左側ケーシング部分２００−２を示している。右側ケーシング部分２００−１と同様に、左側ケーシング部分２００−２は、湾曲した領域２０６を備える把持端２０２と、エミッタ端２０４とを有している。左側ケーシング部分２００−２の全長のほぼ真ん中に、３つのノズル開口２２０が、流体ブロック９０（図７）のノズル１３０の三角形配置に一致する三角形のパターンにて位置している。三角形のパターンは、円形の荷重パターンを定めるために望ましい。円の中心が、押しブロック２１０の金属プレートボス２６０への荷重のバランスをもたらすために、好ましくはクランプアセンブリ６０（図６）のプランジャ１２６（図２０）の運動の軸に合わせられる。第３の流体ポートが、例えば較正ポートとして使用され、作業者が較正用の流体を流すことができる。他の２つのポートは、例えば分析カラムおよびトラップカラムへのアクセスを提供する。
【００５７】
各々のノズル開口２２０の背後に同心に、マイクロ流体カートリッジ内に収容されたマイクロ流体基板の側の微視的な流体開口が位置している。流体ブロック９０のマイクロ流体ノズル１３０の流体の導管は、基板の微視的な開口のサイズよりもはるかに大きい内径を有しており、両者の間の位置合わせを容易にしている。一実施形態においては、微視的な流体開口の各々が、０．００３平方インチの断面を有しており、マイクロ流体ノズル１３０の各々が、０．００３インチのビア（正方形の断面を有する開口）などの基板上の微視的な流体開口に位置合わせしてこれを囲む０．０１３インチのオリフィス（円形の断面を有する管腔）を有する。
【００５８】
マイクロ流体ノズル１３０は、流体のシールをもたらすためにクランプアセンブリ６０（図６）によってもたらされる圧縮応力のみに依存するポリマー−セラミックのインターフェイスを利用し、すなわちクランプアセンブリ６０が、ポリマー−セラミックのインターフェイスに動作流体圧力よりも大きな圧力をもたらす。例えば、５，０００ｐｓｉの動作流体圧力または他の圧力（１５，０００ｐｓｉなど）が、ノズル−基板のインターフェイスの全表面積にわたる１３０ポンドのクランプ荷重にて実現され、選択された動作圧力について効果的な流体のシールを生み出す。
【００５９】
三角形に配置されたノズル開口２２０の頂点の直上において、矩形のくぼみ２２２が左側ケーシング部分２００−２に位置している。くぼみの領域２２２が、電気接点２２６のアレイへのアクセスのための矩形の窓２２４を囲んでいる。電気接点２２６は、ポゴピンブロック８８（図７）のポゴピン１４４に電気的に接触する導電パッドである。電気接点２２６のアレイは、図１３に関してさらに後述されるように、マイクロ流体基板に重なる可撓回路の一部である。
【００６０】
左側ケーシング部分２００−２は、エミッタ端２０４に、ガスノズルを受け入れるためのガス入り口ポート２２５と、高電圧の電気ケーブル３８（図５）の先端（ポゴピン）を受け入れるための高電圧導入ポート２２８とを有している。複数の穴２３４が、ケーシング部分２００−１、２００−１を半型を接合させるときに位置合わせさせて使用される位置合わせピン２３６を保持する。
【００６１】
左側ケーシング部分２００−２は、矩形の溝２３０を自身の下辺に沿ってさらに有している。溝２３０は、エミッタ端２０４に開放端２３２を有し、そこから横方向に延び、ノズル開口２２０の下方に位置する貫通穴２１２を終端としている。さらに、溝２３０は、マイクロ流体カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０のスロット６８（図４）へと挿入されるときに案内ピン１２８（図７）を受け入れる。案内ピン１２８が貫通穴２１２に達すると、マイクロ流体カートリッジ１６は、チャンバ１２０に完全に取り付けられ、クランプされる位置に固定される。
【００６２】
図１３が、マイクロ流体カートリッジ１６およびマイクロ流体カートリッジ１６に収容される種々の構成部品の分解図を示している。右側ケーシング部分２００−１および左側ケーシング部分２００−２の間に、マイクロ流体基板２５０、マイクロ流体基板に組み合わせられるエミッタアセンブリ２５２（本明細書において、「スプレイユニット」とも称される）、およびシャッタ２５４が配置されている。右側ケーシング部分２００−１の内面に、押しブロック２１０をぴったりと受け入れるように較正された矩形の凹所２５６が位置している（すなわち、押しブロック２１０が凹所２５６にスナップ止めされて浮動する）。押しブロック２１０がこの凹所２５６に着座している状態で、押しブロックの高い部分（見えていない向こう側に着座する）が、右側ケーシング部分２００−１の側面の窓２０８に進入している。
【００６３】
さらに、押しブロック２１０のこの実施形態は、それぞれが平らな面を備える３つの隆起したボス２６０を有している。３つのボスの平らな面が、第１のケーシング部分２００−１の外側から押しブロック２１０へと押圧力が加えられたときにマイクロ流体基板の側面を同時に圧迫し、単一の集中した接触点が生じないように力を分散させる。各々の隆起ボス２６０が、マイクロ流体基板２５０の流体開口のうちの対向する１つに直接位置合わせし、それにより（押しブロックが押されたときに）左側ケーシング部分２００−２のノズル開口２２０のうちの対向する１つに直接的に圧力を加え、例えばマイクロ流体基板２５０のねじりまたは曲げによるせん断応力の発生を防止する。
【００６４】
他の実施形態は、３つよりも多数または少数のボスを有することができる。一般に、ボスの数は、マイクロ流体基板２５０の流体開口の数（ダミーの開口を含んでもよい）に一致し、したがって各々の流体開口について１つのボスが、その流体開口に直接向かい合うように位置合わせさせられて存在する。一般に、ボスの数は、基板２５０に接触する流体ノズルおよびダミーノズルの数に一致し、したがってすべてのボスが対応するノズルに位置合わせする。ボスおよびノズルの数および配置は、マイクロ流体基板２５０への望ましくない応力の印加を抑えるように、随意により選択される。
【００６５】
アセンブリ２５２は、エミッタ２６６、エミッタ２６６を基板２５０に配置および／または位置合わせさせるエミッタ保持具２４１Ａ、およびシースガス部品２７９を備えている。部品２７９は、ハウジング部分２００−１、２００−２に配置された配管２７８を介してシースガスを受け取る。保持具２４１Ａが、エミッタ２６６の管腔を基板２５０の出口ポートに位置合わせさせる。好ましくは、さらなる部品が、出口ポートを通ってエミッタ２６６の管腔へと流れる溶離液の圧力よりも大きい界面の圧力をもたらすための充分な力で、エミッタ２６６を基板２０５に接触するように押し付ける。
【００６６】
電気接点２２６のアレイを備える可撓回路アセンブリ２５８が、マイクロ流体基板２５０の上辺を越えて折り重ねられている。図１２において説明したように、これらの電気接点２２６に、左側ケーシング部分２００−２の窓２２４を通ってアクセスすることができる。さらに、シャッタ２５４が、マイクロ流体基板２５０の表面の微視的な流体開口が露出されるように、左側ケーシング部分２００−２の側面のノズル開口２２０に位置合わせする穴２６２を有している。さらに、シャッタ２５４は、フィン２１６（図１１）と、エレクトロスプレイエミッタ２６６を部分的に包むエミッタ管２６４とを有している。
【００６７】
基板２５０は、随意により、以下の方法で形成される。複数の基板２５０のための５枚の原料シート層が、所望のパターン加工の後で一体にプレスされる。流体開口のためのビアが、プレスされたサンドイッチの片側または両側にレーザエッチングされる。エッジ部分が、レーザエッチングによって画定される。焼成後に、個々の基板２５０がバラされる。エッジまたはエッジの一部分が、随意により研磨される。
【００６８】
図１４が、マイクロ流体カートリッジ１６の右側面図を示しており、右側ケーシング部分は、内部に収容された種々の構成部品を見えるようにし、左側ケーシング部分２００−２の内面の種々の造作を見せるために、取り除かれている。種々の構成部品として、いずれも図示のとおりに左側ケーシング部分２００−２へと組み合わせられるマイクロ流体基板２５０およびシャッタ２５４が挙げられる。
【００６９】
マイクロ流体基板２５０の表面に、制御回路部２５７とヒータ部（以下では、ヒータ２７０）とで構成される可撓回路アセンブリ２５８が位置している。可撓回路アセンブリ２５８は、マイクロ流体基板２５０の上辺を越えて折り重ねられ、マイクロ流体基板２５０の反対側の面の一部分を覆っている。集積回路（ＩＣ）デバイス２７２が、可撓回路アセンブリ２５８の制御回路部に取り付けられている。一実施形態においては、ＩＣデバイス２７２が、プログラムコードおよびデータを保存するためのメモリデバイス（例えば、ＥＰＲＯＭ）である。ヒータ２７０が、マイクロ流体基板２５０内の分離カラムを覆っている。ヒータ２７０には、温度センサ２７４が取り付かられている。
【００７０】
可撓回路アセンブリ２５８は、複数（例えば、３つ、４つ、または５つ）の積層で構成される。各層のポリマー基板が、種々の相互接続または回路を保持する。層のうちの１つが、ヒータ２７０の抵抗線を含んでいる。抵抗線の両端の電気接点が、制御回路部２５７の２つのパッド２５９に接続している。可撓回路アセンブリ２５８の別の層は、抵抗線の端部に電気的に接触するビアを有しており、他の層は、電気部品２７２、２７４へと電気的に接続する接点を有しており、さらに別の層は、ポゴピン接点パッド２６６（図１３）を有している。可撓回路アセンブリ２５８を介し、電気部品２７２、２７４および抵抗線の各々が、接点パッド２２６へと電気的に接続される。ガス入り口ポート２２５が、注入されたガスをエミッタ端２０４へと届けるガス配管２７８へと導くウエル２７６へと開いている。
【００７１】
図１５が、図１４のマイクロ流体カートリッジ１６の右側面図を示しており、やはり右側ケーシング部分は取り除かれており、押しブロック２１０（図１３）のさらなる造作が、押しブロック２１０がマイクロ流体基板２５０に当接する大まかな位置に取り付けられているのが示されている。この位置は、可撓回路アセンブリ２５８の直下かつヒータ２７０の後方（マイクロ流体カートリッジ１６の前方に位置するエミッタ端２０４に対して）のマイクロ流体基板２５０の南西の４分の１の近くである。押しブロック２１０は、より大きな矩形のブロック２８０上に配置され、またはそのような矩形のブロック２８０の一体の延長部であるより小さな矩形のブロック２８２を備えている。より小さな矩形のブロック２８２は、右側ケーシング部分２００−１の窓２０８（図１３）にぴったりとはまるように寸法付けられている。
【００７２】
図１６は、マイクロ流体カートリッジ１６の左側面図を示しており、左側ケーシング部分は、内部に収容された種々の構成部品を見えるようにし、右側ケーシング部分２００−１の内面の造作を見せるために、取り除かれている。可撓回路アセンブリ２５８が、マイクロ流体基板２５０のこの面へと巻き付いており、図１２の電気接点２２６のアレイを備えている。さらに、マイクロ流体基板２５０は、高電圧の電気ケーブル３８（図５）の導電端子を受け入れるための高電圧入力ポート２９０を有している。高電圧入力ポート２９０は、図１７に関して後述されるように、マイクロ流体基板２５０内の分離カラムの出口端の付近に配置されている。
【００７３】
右側ケーシング部分２００−１の内側は、ケーシングの素材からなる畝２９２を備えており、そのような畝２９２が、エミッタ端２０４から延びて貫通穴２１２を終端としている。ケーシング部分２００−１、２００−２が接合されるとき、畝２９２が、左側ケーシング部分２００−２の外側の溝２３０（図１２）のすぐ背後を延びる。畝２９２は、マイクロ流体カートリッジ１６に構造的な支持をもたらす。さらに畝２９２は、溝２３０に直接向かい合って位置することによって、万が一にユーザが時期尚早にもマイクロ流体カートリッジ１６が適正な位置に完全に達するよりも前にマイクロ流体カートリッジ１６をクランプしようと試みたときに、案内ピン１２８（図７）によるカートリッジ１６の曲げに抵抗する。さらに、時期尚早なクランプの試みの場合に案内ピン１２８によってマイクロ流体基板２５０が曲げられることを防止する予防的な手段として、マイクロ流体基板２５０のいかなる部位も、溝２３０の直接的な後方には位置していない。
【００７４】
右側ケーシング部分２００−１の内面が、ガスウエル２７６の残りの半分をもたらし、左側ケーシング部分２００−２のウエル２７６を定めている壁に位置合わせして当接する壁を有している。ガスをガスウエル２７６に閉じ込める密なシールを向上させるために、固定具またはピン２９６（図１４）が、ウエル２７６に隣接する開口２９８においてケーシング部分の間の接続をきつくする。
【００７５】
図１７が、マイクロ流体基板２５０の実施形態の左側面図を示している。概説すると、マイクロ流体基板２５０は、おおむね矩形であり、平たくて薄く（約０．０５０インチ）、多層からなる構成である。マイクロ流体基板２５０の層内に、液体を運ぶための曲がりくねったチャネル３００が形成されている。マイクロ流体基板２５０は、トラップ領域３０２およびカラム領域３０４を含んでいる。図示の実施形態においては、マイクロ流体基板２５０が、３つの微視的な流体開口３０６−１、３０６−２、３０６−３（全体として、３０６）を有している。１つの流体開口３０６−１が、トラップ領域３０２の一端においてチャネル３００に交わっており、別の流体開口３０６−２が、トラップ領域３０２の他端においてチャネル３００に交わっている。この実施形態においては、第３の流体開口３０６−３は使用されていない。あるいは、第３の流体開口３０６−３を、例えば較正ポートとして使用することができ、作業者が較正用の流体を流すことができる。チャネル３００は、マイクロ流体基板２５０の出口端を終端としている。トラップ領域３０２の「下流」端に位置する流体開口３０６−２は、随意により、例えばトラップ領域３０２の充てんの際に流体排出開口として使用され、随意により、例えば充てんされたサンプルをトラップ領域３０２からチャネル３００へと注入する際に流体の流れに対して閉じられる。
【００７６】
さらに、マイクロ流体基板２５０は、高電圧入力ポート２９０（図１６）と、左側ケーシング部分２００−２の内面から突き出すペグをそれぞれ受け入れる１対の位置合わせ開口３１０−１、３１０−２（全体として、３１０）とを有している。位置合わせ開口３１０は、マイクロ流体カートリッジ１６内でのマイクロ流体基板２５０の位置決めを助ける。ペグのサイズに対する位置合わせ開口３１０のサイズが、マイクロ流体基板２５０のマイクロ流体カートリッジ１６内でのある程度の遊びを許容する。
【００７７】
マイクロ流体カートリッジ１６は、ただ１つのマイクロ流体基板２５０ではなく、互いに接続された複数のマイクロ流体基板を収容することができる。図１８が、取付具によって接合された複数のマイクロ流体基板２５０−１、２５０−２を有する一実施形態を示している。マイクロ流体基板２５０−１、２５０−２が、トラップタイル２５０−１をカラムタイル２５０−２に組み合わせて備えている。トラップタイル２５０−１が、流体案内チャネル３００−１を有しており、カラムタイル２５０−２が、流体案内チャネル３００−２を有している。
【００７８】
トラップタイル２５０−１のこの実施形態は、３つの流体開口を有している（タイル２５０−１の空いている場所３１８が、４つの流体開口を有する実施形態も考えられることを表わしている）。それぞれの流体開口の周囲に、取付具３２０−１、３２０−２、３２０−３（全体として、３２０）が組み合わせられている。取付具３２０は、さらに詳しく後述されるように、マイクロ流体カートリッジ１６がチャンバ内に設置されるときに、流体ブロック９０のノズル（例えば、それぞれ図７のノズル１３０または図１０のノズル１８４）の先端を自動的に調心させるように機能する。これらの取付具３１０を、金属、プラスチック、セラミック、またはこれらの材料の任意の組み合わせで製作することができる。取付具３２０を基板２５０−１に接続するために、接着、締め付け、溶着、ろう付け、またはこれらの組み合わせが可能である。
【００７９】
図１９が、取付具３２０−１および３２０−２を切断するトラップタイル２５０−１およびカラムタイル２５０−２の断面図を示している。トラップタイル２５０−１のチャネル３００−１が、取付具３２０−１から取付具３２０−２へと延びている。カプラ３２２−１、３２２−２（全体として、３２２）が、トラップタイル２５０−１をカラムタイル２５０−２へと接続している。各々のカプラ３２２は、１対の位置合わせした取付具で構成され、一方の取付具がトラップタイル２５０−１の下面に位置し、他方の取付具がカラムタイル２５０−２の上面に位置している。カプラ３２２−１が、トラップタイル２５０−１のチャネル３００−１を通過する流体を、カラムタイル２５０−２のチャネル３００−２に到達させるためのチャネル３２４をもたらしている。取付具３２０と同様に、カプラ３２２を、金属、プラスチック、セラミック、またはこれらの材料の任意の組み合わせで製作することができ、接着、締め付け、溶着、およびろう付け、またはこれらの任意の組み合わせによって、タイル２５０−１、２５０−２へと取り付けることができる。
【００８０】
好ましくは、カプラ３２２は、例えばノズル１３０の材料と同様または同一の変形可能な物質で形成され、機械的な圧力だけで、トラップタイル２５０−１とカプラ３２２との間に流体を漏らさないシールをもたらすことができる。カプラ３２２などの位置合わせを助ける造作は、随意により、図１７に示した実施形態および他の実施形態にも含まれる。
【００８１】
図２０、図２１、および図２２が、クランプアセンブリ６０へのマイクロ流体カートリッジ１６の取り付けを示している。図２０が、チャンバ１２０が空の状態のクランプアセンブリ６０の断面を示しており、図２１が、マイクロ流体カートリッジ１６がチャンバ１２０に挿入された後（ただし、クランプはまだである）の断面を示しており、図２２が、クランプ後の断面を示している。図２０、図２１、および図２２の各々において、クランプアセンブリ６０の本体８０が、カム３５０およびカム従動子３５２を収容している。カム従動子３５２は、キャリア３５４の内部にあり、カム従動子３５２の一部分が、キャリア３５４を越えて延びてカム３５０に当接している。プランジャ１２６の一端が、キャリア３５４内でカム従動子３５４に接続されている。付勢ばね３５６が、プランジャ１２６の後部の周囲に巻き付けられ、戻しばね３５８が、プランジャ１２６の前部の周囲に巻き付けられている。随意により、いくつかの実施形態においては、カムがばねで付勢されたプランジャを閉鎖位置へと移動させるように回転させられ、ばね３５８などの第２のばねが、１３０ポンドの力など、所望の力のより一貫的かつ正確な導入のための荷重のバランスを提供する。
【００８２】
図２０において、付勢ばね３５６および戻しばね３５８は圧縮されておらず、カム３５０に接続されたレバー３４（図６）は、開位置、すなわち非圧縮の位置にある。さらに、後壁８６とキャリッジ１２２との間のばね３６０−１、３６０−２（全体として、３６０）も、同様に圧縮されていない。端部ハウジング８２の後壁から空のチャンバ１２０へと、ポゴピン電気コネクタ１４４、ガスノズル１３０−１、１３０−２（第３のノズルは遮られていて見えない）、および案内ピン１２８が突き出している。
【００８３】
図２１においては、マイクロ流体カートリッジ１６が、最初にカートリッジのエミッタ端をチャンバ１２０に進入させて、チャンバ１２０に位置している。マイクロ流体カートリッジ１６がチャンバ１２０に進入するとき、案内ピン１２８が、左側ケーシング部分２００−２の溝２３０に沿ってスライドする。マイクロ流体カートリッジ１６のチャンバ１２０への挿入が限界に達すると、プランジャ１２６が、マイクロ流体カートリッジ１６の右側の押しブロック２１０に当接し、案内ピン１２８が、溝２３０の端部の貫通穴２１２（図１２）に達する。案内ピン１２８がこの穴に位置合わせしていない場合、マイクロ流体カートリッジ１６をクランプすることができない。一実施形態においては、アーム１１０（図５）がマイクロ流体カートリッジ１６の上辺の隅（図１１）に係合することで、マイクロ流体カートリッジ１６をどこまでチャンバへと進入させることができるのかが決定される。さらに、ばね１２４−１、１２４−２が、マイクロ流体カートリッジ１６の右側に当接する。図２０と同様に、図２１においても、付勢ばね３５６、戻しばね３５８、およびばね３６０は、レバー３４が開位置にあるため、圧縮されていない。
【００８４】
図２２においては、レバーが閉じられ、カム３５０が付勢ばね３５６および戻しばね３５８を圧縮し、プランジャ１２６を押しブロック２１０に押し付けている。押しブロック２１０の他方の面に間隔を空けて位置しているボス２６０（図１３）が、この力をマイクロ流体基板２５０へと分散する。押しブロック２１０への力が、キャリッジ１２２およびマイクロ流体カートリッジ１６をまとめて端部ハウジング８２の後壁８６に向かって移動させる。さらに、ばね１２４−１が、マイクロ流体カートリッジ１６を下方へと後壁８６に向かって押すように機能する一方で、ばね３６０−１、３６０−２（図２１）が縮み、左方への移動に抵抗する。
【００８５】
キャリッジがカートリッジ１６と一緒に移動する結果として、案内ピン１２８が、マイクロ流体カートリッジ１６の貫通穴２１２に進入する。後壁８６から内向きに突き出しているノズル１３０が、マイクロ流体カートリッジ１６の左側ケーシング部分のそれぞれのノズル開口２２０（図１２）に進入し、マイクロ流体基板２５０の表面に押し付けられる。押圧力は、各々のノズルと流体開口との間に密封された流体の通路を生み出すために充分である。さらに、クランプにより、ポゴピン１４４も左側ケーシング部分の窓２２４に進入し、電気接点２２６のアレイに電気的に接続する。
【００８６】
流体ブロックのノズルとマイクロ流体基板との間の流体のインターフェイス、およびポゴピン１４４と電気接点２２６のアレイとの間の電気的なインターフェイスの確立に加えて、このクランプ作用は、（１）高電圧のポゴピンとマイクロ流体基板との間の電気的なインターフェイス、および（２）ガスノズルとマイクロ流体カートリッジ１６との間の流体のインターフェイスも確立する。図２３が、マイクロ流体カートリッジ１６の左側ケーシング部分に進入するポゴピン３８０を備える高電圧の電気ケーブル３８、および左側ケーシング部分のガス入り口ポートに進入するガスノズル端部３８２を示している。
【００８７】
本発明のいくつかの好ましい実施形態は、ＬＣ−ＭＳにもとづく既存の分析設備などの既存の装置と比べて、低いコストおよび小さいサイズの装置をもたらす。小型化は、サイズの縮小に加えて、例えば信頼性の向上、試薬の量およびコストの削減、使用後の試薬の廃棄コストの削減、ならびにＬＣ関連の構成要素における分散を少なくする性能の向上などの多数の潜在的利益をもたらす。本明細書に記載の好ましい実施形態は、液体クロマトグラフィに関係しているが、本発明を他の分離技法にも適用できることを、当業者であれば理解する。
【００８８】
次に、装置のスプレイユニットの特徴に目を向ける。
【００８９】
図２４が、マイクロ流体カートリッジ１６（図１４を参照）のエミッタ端２０４の図である。エミッタ端２０４は、管２６４（この実施形態においては、長さに沿って開いている）によって機械的な損傷から保護されたエレクトロスプレイエミッタ２６６を備えている。管２６４は、カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０へと挿入されることによってシャッタ２５４が変位させられるときに、エミッタ２６６を露出させるように移動する（挿入時に、アセンブリ６０が可動フィン２６１およびシャッタ２５４をカートリッジ１６のエミッタ端２０４から遠ざかるように押す）。ばね２６５は、カートリッジ１６がクランプアセンブリ６０から取り出されたときにシャッタ２５４およびシールド管２６４が保護位置に戻るように、シャッタ２５４を付勢している。
【００９０】
エミッタ２６６に加えて、図２４の実施形態のスプレイユニットは、保持具２４０（本明細書において、位置合わせユニットとも称される）と、力印加ユニット（この例では、ばね２４１）と、力受け止め部品（この例では、エミッタ２６６に取り付けられた取付具２４２）とを備えている。保持具２４０は、エミッタ２６６を受け止め、基板２５０に位置合わせさせる。保持具２４０は、好ましくは基板２５０に固定的に取り付けられている。ばね２４１は、保持具２４０内に囲まれ、保持具がばね２４１を取付具２４２に押し付けており、取付具２４２がばね力をエミッタ２６６へと伝え、エミッタ２６６を基板２５０との接触へと押し付けている。取付具２４２は、随意により、例えば管腔Ｌの入り口端から約１／８インチに位置するクリンプ（ｃｒｉｍｐ）されたスリーブである。
【００９１】
図２５Ａが、エミッタ２６６と基板２５０との間のインターフェイスＡを説明する３Ｄ図である。上述のように、エミッタ２６６が基板２５０へと押し付けられ、エミッタ２６６のうちの基板２５０と接触する部位は、好ましくは、より剛性のある基板２５０へと押し付けられたときに流体を漏らさないシールを形成するために充分な程度の変形性（好ましくは、弾性的な）を有する材料で好ましくは形成される。エミッタ２６６の管腔Ｌが、基板の導管の出口オリフィスＥに位置合わせして配置される（基板２５０の出口オリフィスＥに対する管腔Ｌの入り口端の位置ＬＥを示しているインターフェイス領域Ａの詳細図である図２５Ｂを参照）。
【００９２】
この典型的な実施形態において、管腔Ｌは、円形の断面を有しており、出口オリフィスＥは、ほぼ矩形である。管腔Ｌの直径は、オリフィスの対角線よりも短い。インターフェイスは、望ましくは、多くの既存のＬＣ−スプレイインターフェイスと比べて、デッドボリュームがより小さく、または皆無であり、分散効果が少ない。これらの寸法は、好ましくは、いくつかの対象の用途にとって小さく、管腔Ｌの入り口を基板２５０の出口オリフィスＥに対して正しい関係に配置し、エミッタ２６６と基板２５０との間に良好な機械的インターフェイスを達成するための適切な位置合わせに、ある程度の困難を強いる。エミッタ管２６６は、随意により、管２６６の中心軸の位置に対する管腔Ｌの位置の公差に関して選択される。
【００９３】
例えば少量のサンプルに適する一実施形態においては、エミッタ２６６が、０．０３０インチの外径および０．００１インチの内径を有し、オリフィス出口が、０．００３９インチ×０．００３６の寸法を有する。図２５Ｃは、エミッタ２６６を位置決めするための保持具３４５の使用を説明する側面図である。この例では、保持具３４５が、０．０３２インチの内径を有している。したがって、エミッタ２６６が保持具３４５内に配置されるとき、保持具３４５におけるエミッタ２６６の横方向の公差ゆえに、出口オリフィスＥに対する管腔Ｌの位置決めにおいて約０．００２インチの横方向のばらつきが存在する。保持具３４５、出口オリフィスＥに対する保持具の位置、出口オリフィスＥのサイズ、エミッタ２６６、管腔Ｌのサイズ、およびエミッタ２６６における管腔Ｌの位置が、出口オリフィスＥの境界の完全に内側への管腔Ｌの入り口の位置合わせを達成するために協働する。一般に、基板に対する保持具３４５の位置決めが、保持具３４５が位置合わせプロセスにおいて自身の役割を果たすための充分な精度を有さなければならない。そのような充分な精度を達成するように基板２５０および保持具３４５の組み合わせを組み立てる１つの方法を、図２７Ａおよび図２７Ｂを参照して後述する。
【００９４】
この例では、ばね２４１が、例えば約７ポンドの力を加える。いくつかのＬＣ−ＭＣの実施形態においては、基板の出口において必要とされる封止の圧力が、出口の近傍における液体の圧力が入り口における圧力と比べて低いため、入り口において必要とされる封止の圧力よりも小さい。好ましくは、加えられる力が、インターフェイスにインターフェイスを通過する溶離液の圧力よりも大きい圧力をもたらすために充分に大きい。
【００９５】
図２６は、図２５Ａに示した特徴を備えるスプレイユニット３４０の実施形態の３Ｄ図である。スプレイユニット３４０が、保持具３４５と、エミッタ２６６と、ばね３４１と、エミッタ２６６に取り付けられた取付具３４２と、保持具キャップ３４２Ａとを備えている。キャップ３４２Ａは、例えばスナップ止めまたはねじ山によって保持具３４５へと固定的に取り付けられ、または着脱可能に取り付けられる。ばね３４１および取付具３４２は、スプレイユニット３４０が動作のために組み立てられたとき、キャップ３４２Ａおよび保持具３４５の内側に配置される。
【００９６】
図２７Ａおよび図２７Ｂが、保持具−基板の組み立てツール４００の実施形態の（それぞれ、上方および下方からの）３Ｄ図である。ツール４００は、基板クランプ部４１０と、保持具クランプ部４２０と、保持具ｘ位置制御部４３０と、保持具ｘ位置制御部４４０とを備えている。ツール４００は、作業者がクランプされた基板の出口オリフィスをクランプされた保持具を通して観察できるように、顕微鏡に隣接して配置される。保持具３４５は、上述のように保持具の内径が基板２５０の出口オリフィスに対して充分な公差の範囲内に位置するまで、平行移動させられる。次いで、好ましくは保持具３４５が、例えば接着剤の塗布によって基板へと固定される。保持具３４５および／または基板２５０の構成は、随意により、滲出性の接着剤が出口オリフィスへと引き寄せられることがないように選択され、この場合、エミッタと基板２５０との間のインターフェイスが硬化した接着剤によって妨げられる可能性がある。
【００９７】
基板および保持具の組み立て方法の一実施形態においては、保持具３４５が、最初に基板に触れた後で、基板とこすれ合うことなく保持具を移動させるために充分なだけ、（ｙ方向に）わずかに、例えば、０．０１０インチ未満後退させられる。保持具３４５の位置のｘ−ｚ調節の際に、オリフィスが、隣接する通路の端部の円の範囲内に観察される。ひとたび保持具３４５が、エミッタの管腔をオリフィスに対して正しく位置合わせさせることができるようにオリフィスに対して正しい位置にくると、ガイド３４５が基板へと取り付けられる。恒久的な取り付けは、随意である。
【００９８】
例えば、接着剤が、位置合わせの調節に対応するように意図的に導入された保持具と基板との間の空間（スペーサとして機能する）を調節する。上述のように、保持具および／または基板は、接着剤がオリフィスの近傍へと滲出することがないように、保持具の表面とオリフィスとの間に随意により間隔を提供する。
【００９９】
例えば、加熱された接着剤の滴が、保持具３４５および基板２５０に配置され、毛管作用によって接着剤が保持具３４５と基板２５０との間のすき間へと引き込まれる。毛管作用は、接着剤が保持具３４５と基板２５０との間の好ましくは狭いすき間を過ぎて滲出することがないように好ましく利用される。
【０１００】
いくつかの別の実施形態は、例えばマシンビジョンを使用して基板および保持具の組み立てを自動化する。いくつかの別の実施形態は、光学的な位置合わせを必要としない機械的公差を有する基板および保持具を利用する。例えば、基板が、随意により、人間の視覚やマシンビジョンによる位置合わせを必要とせずに保持具を受け入れるスロットを備える。随意により、エミッタ２６６および／またはエミッタ２６６の接触端に接する基板のエッジの部分が、改善された接触のインターフェイスをもたらすために滑らかにされ、例えば機械的に研磨される。
【０１０１】
エミッタを保持具へと取り付けるために、多数の適切な手段のうちの任意の１つが、随意により使用される。例えば、保持具／ハウジングが、随意によりエミッタを覆うように配置され、ガイドへと取り付けられる。基板とのシールを形成するためにエミッタへと機械的な力を加えるために、一例においては、金属リングがエミッタへとかしめられ、ばねが保持具／ハウジングに配置され、次いでハウジングがガイドへと取り付けられる（図を参照）。
【０１０２】
図２６に戻ると、保持具３４５は、組み立て時および組み立て後に基板のオリフィスの領域の観察を可能にする切り欠きを有している。この典型的な実施形態においては、基板２５０が、保持具３４５との噛み合わせのための凹んだエッジ部を有している。凹んだエッジは、例えばオリフィスの近傍に望ましく滑らかなエッジを生み出し、および／またはエッジのオリフィス部を保護するために、随意により使用される。随意により、接着剤が、保持具３４５を基板２５０に接合するために、エッジが凹まされていない場所に塗布され、オリフィスが接着剤からさらに保護される。図示の実施形態においては、保持具３４５が、凹まされた部位を画定している基板２５０のエッジ面の外周のいずれにも接していない。
【０１０３】
基板のエッジ（本明細書において、サイドとも称される）は、例えばエッチング、クリービング、および／または研磨など、いくつかの適切な方法のいずれかにて形成される。例えば、一実施形態においては、エッジが、基板の材料の焼結後に割り裂きによって形成され、別の実施形態においては、焼結に先立って基板の材料にパターンを加工することによって形成される。エッジは、随意により、焼結の前および／または後にさらに成形および／または平滑化される。
【０１０４】
次に、図２８Ａおよび図２８Ｂを参照すると、いくつかの実施形態は、スプレイユニットを保持する交換可能および／または取り外し可能な部位を有しているカートリッジを提供する。これらの実施形態において、スプレイユニットは、随意により上述した実施形態と同様である。
【０１０５】
図２８Ａおよび図２８Ｂは、主たるカートリッジ部分３１６と取り外し可能なカートリッジ部分３１７とを有している１つの代案のマイクロ流体カートリッジの３Ｄ図（それぞれ、外側および内部の図）である。カートリッジは、１つには、例えばエレクトロスプレイエミッタなどのカートリッジのエミッタをカートリッジの他のマイクロ流体部品の大部分またはすべてを保持しつつ取り替えおよび／または交換する際の相対的な容易さを提供する。
【０１０６】
主たる部分３１６が、左側および右側ハウジング部分３００−１、３００２を有しており、保持具３４５（随意により、上述した保持具３４５と同様であるものとして図示されている）を保持している。取り外し可能部分３１７は、スプレイ端保護造作３１１を定める左側および右側ハウジング部分３１０−１、３１０−２を有している。左側および右側ハウジング部分３１０−１、３１０−２が、エミッタ２６６、ばね３４１、および取付具３４２を保持しており、スプレイ端を囲むようにガスを届けるためのガス通路３７６を定めている。左側ハウジング部分３１０−２が、ばね３４１を固定するばね保持用の造作を定めており、取り外し可能部分３１７が主たる部分３１６へと取り付けられるときにばね３４１へと力を加える。さらに、左側および右側ハウジング部分３１０−１、３１０−２は、取り外し可能部分３１７を主たる部分３１６へと接続するためのラッチの造作３１２を定めている。別の実施形態は、随意により、ねじ、クリップ、および磁石などの知られている造作など、任意の適切な取り付け用の造作を利用する。
【０１０７】
本明細書において使用されるとき、「スプレイユニット」という言葉が、説明を便利にするためのものであって、スプレイユニットを特定の構成部品一式へと限定するものでも、そのような構成部品の位置を限定するものでもないことを、当業者であれば理解できる。例えば、図２８Ａおよび図２８Ｂのスプレイユニットのある部分（すなわち、保持具３４５）が、主たるカートリッジ部分３１６に位置する一方で、スプレイユニットの他の部分が、取り外し可能部分３１７に位置する。あるいは、図２８Ａおよび図２８Ｂの目的において、スプレイユニットを、取り外し可能部分３１７に組み合わせられた部品のみを含むものとして定義することができる。
【０１０８】
本発明を、特定の好ましい実施形態に関して図示および説明したが、形態および詳細において、以下の特許請求の範囲によって定められるとおりの本発明の技術的範囲から離れることなく種々の変更が可能であることを、当業者であれば理解すべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的分離のための装置であって、
サンプルの溶離液を出力するための出口開口を有しているマイクロ流体基板と、
溶離液を受け取るための入り口と、溶離液のスプレイを放射するための出口とを有するとともに、入り口を定めている変形可能部を備えており、変形可能部の弾性率がマイクロ流体基板の弾性率よりも低いスプレイユニットと、
変形可能部を実質的に流体を漏らさないシールを形成すべく基板に押し付けるように配置された力印加ユニットとを備えている、装置。
【請求項２】
力印加ユニットが、ばねを備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
開口に隣接して配置され、スプレイユニットの変形可能部を受け入れて、基板の出口開口に位置合わせするように配置させる位置合わせ用取付具をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
出口開口が、基板のエッジ面に配置されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
出口開口が、エッジ面の凹部にさらに配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
位置合わせ用取付具と基板との間のすき間に配置されたスペーサ接着剤をさらに備えている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
位置合わせ用取付具に取り付けられたコネクタ取付具をさらに備えており、
コネクタ取付具および力印加ユニットが協働して、スプレイユニットを基板に対する位置に固定する、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
スプレイユニットが、力印加ユニットからの力を受けるための取付具をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
スプレイユニットの管腔が、出口開口の最大の寸法よりも小さい直径を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
基板を自由に浮動する形式で支持する主ハウジングをさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
スプレイユニットおよび力印加ユニットを支持し、変形可能部をマイクロ流体基板に接触させて配置させるべく主ハウジングへと取り外し可能に取り付けられる取り外し可能なハウジングをさらに備えている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ハウジングが、ハウジングのオリフィスを介してガスを受け取るための入り口と、ガスをスプレイユニットへと届けるための出口とを有するガス通路を定めている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
マイクロ流体基板が、焼結された無機粒子を含んでおり、スプレイユニットの変形可能部が、ポリマーを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
無機粒子が、イットリア安定化酸化ジルコニウムを含んでおり、マイクロ流体基板に定められた分離カラムが、焼結イットリア安定化酸化ジルコニウムで形成されて被膜を有していない壁を有している、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
基板が、基板の表面に隣接して配置された接点パッドと、エレクトロスプレイ電圧をスプレイユニットへともたらすための遠位端とを有している電路をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１】
化学的分離のための装置であって、
サンプルの溶離液を出力するための出口開口を有しているマイクロ流体基板と、
溶離液を受け取るための入り口と、溶離液のスプレイを放射するための出口とを有するとともに、入り口を定めている変形可能部を備えており、変形可能部の弾性率がマイクロ流体基板の弾性率よりも低いスプレイユニットと、
変形可能部を実質的に流体を漏らさないシールを形成すべく基板に押し付けるように配置された力印加ユニットとを備えている、装置。
【請求項２】
力印加ユニットが、ばねを備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
開口に隣接して配置され、スプレイユニットの変形可能部を受け入れて、基板の出口開口に位置合わせするように配置させる位置合わせ用取付具をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
出口開口が、基板のエッジ面に配置されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
出口開口が、エッジ面の凹部にさらに配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
位置合わせ用取付具と基板との間のすき間に配置されたスペーサ接着剤をさらに備えている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
位置合わせ用取付具に取り付けられたコネクタ取付具をさらに備えており、
コネクタ取付具および力印加ユニットが協働して、スプレイユニットを基板に対する位置に固定する、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
スプレイユニットが、力印加ユニットからの力を受けるための取付具をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
スプレイユニットの管腔が、出口開口の最大の寸法よりも小さい直径を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
基板を自由に浮動する形式で支持する主ハウジングをさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
スプレイユニットおよび力印加ユニットを支持し、変形可能部をマイクロ流体基板に接触させて配置させるべく主ハウジングへと取り外し可能に取り付けられる取り外し可能なハウジングをさらに備えている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ハウジングが、ハウジングのオリフィスを介してガスを受け取るための入り口と、ガスをスプレイユニットへと届けるための出口とを有するガス通路を定めている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
マイクロ流体基板が、焼結された無機粒子を含んでおり、スプレイユニットの変形可能部が、ポリマーを含んでいる、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
無機粒子が、イットリア安定化酸化ジルコニウムを含んでおり、マイクロ流体基板に定められた分離カラムが、焼結イットリア安定化酸化ジルコニウムで形成されて被膜を有していない壁を有している、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
基板が、基板の表面に隣接して配置された接点パッドと、エレクトロスプレイ電圧をスプレイユニットへともたらすための遠位端とを有している電路をさらに備えている、請求項１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２６】
【図２７Ａ】
【図２７Ｂ】
【図２８Ａ】
【図２８Ｂ】
【公表番号】特表２０１２−５１９８５７（Ｐ２０１２−５１９８５７Ａ）
【公表日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５３１３３（Ｐ２０１１−５５３１３３）
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２６３４２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０２１９４
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５０９１３１７６４）ウオーターズ・テクノロジーズ・コーポレイシヨン (46)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２６３４２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０２１９４
【国際公開日】平成２２年９月１０日（２０１０．９．１０）
【出願人】（５０９１３１７６４）ウオーターズ・テクノロジーズ・コーポレイシヨン (46)
【Ｆターム（参考）】
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