接触加熱アレンジメント
コンタクト面（Ｓｄｅｖ）（１０８）がその中にある、マイクロデバイス（１０１）上に存在する、１又はそれ以上の液体を含む微小空洞（１０２）を加熱するための加熱アレンジメント。アレンジメントは、ａ）マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４、２０４）の上に配置された場合に、Ｓｄｅｖ（１０８）に対向するサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と、ｂ）加熱要素（１２０、２２０）に微小空洞（１０２）を合わせて、（ａ）に従ってマイクロデバイス（１０１）が配置された場合に、それぞれがＳｓｕｐ（１１０）と熱接触し、および少なくとも微小空洞（１０２）の少なくとも１つと熱接触する、１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）と、を有する加熱サポート（１０４、２０４）を含む。アレンジメントの特徴は、マイクロデバイス（１０１）がサポート（１０４、２０４）上に配置された場合に、アレンジメントが、サポートを介してサポート（１０４、２０４）とマイクロデバイス（１０１）との間でサブ加圧を可能とするサブ加圧システム（１１３−１１９）を含むことである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロデバイスの１、２、３、又はそれ以上の微小空洞中にある局所加熱液のアレンジメント及び／又はその方法に関する。本発明は、また、高温の微小空洞中で液体のアリコートが行われる工程、あるいは、その工程に続く、温度が下げられ、または更に上げられる工程を含むプロセスプロトコルを行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスの微小空洞に存在する、液体アリコートの加熱に使用できる加熱要素は、マイクロデバイス中に、微小空洞に非常に接近して配置されるべきだと言われてきた。そのような加熱要素は、有用な電気加熱、放射線吸収、又は他の手段を有する。例えば、WO 9322058（Univ. of Penn）、WO 0146465(Gyros AB)、WO 0241997(Gyros AB)、WO 0241998(Gyros AB)参照。分離されたデバイス（加熱サポート）上に加熱要素を配置するために、加熱中はマイクロデバイスと熱的に接触し、微小空洞が加熱されるべきだと提案されている。例えば、WO 0078455(Gamera/Tecan)参照。加熱状態で行われた反応工程（高温工程）後の液体アリコートの冷却は、デバイス中で及び／又は周囲の環境で内部に放出することにより達成される。周囲の環境への熱伝導は、例えば、デバイスを回転させる、デバイスの表面に圧縮空気を向ける等、冷却気流をデバイスの表面上を通すことにより行われる。
【０００３】
マイクロデバイス中で、加熱される物体に非常に近くにある加熱要素は、高い効果があると知られているが、もし使用されるマイクロデバイスが使い捨てとして使用されるのであれば、製造コストは容認できない。位置の代替え品は、加熱中にデバイスと直接接触するように配置される分離された加熱サポートである。例えば、WO 0078455(Gamera/Tecan)参照。この解決は、熱伝導が非効率となる危険性を増加させる。例えば、多くに例における分離された加熱サポートは、加熱要素が微小空洞と同じデバイス上にある場合に比較して、より大きな質量や体積を必要とする。換言すれば、分離得された加熱サポートは、暖かい液体を急冷するとの要求には反することとなる。熱サイクル工程を含むプロセスプロトコルは、疑わしくなる。マイクロデバイス中で、液体の微細な体積を加熱するために、改良が望まれる。
【０００４】
マイクロデバイス中で、微小空洞の効果的な部分加熱を行うために、以下のことが重要である。
ａ）微小空洞中にある液体アリコートを横切る十分な温度勾配による均一加熱および／または均一冷却、
ｂ）加熱中の低い空洞間のばらつき、
ｃ）隣り合った微小空洞の間の、低い望まない熱輸送、
ｄ）マイクロデバイスのバルク材料（一般には微小空洞の間）の最小加熱、
ｅ）周囲の環境温度の上昇防止等。
プロセスプロトコルが、例えば２又はそれ以上の加熱、冷却サイクルを有するような熱サイクルを含む場合に、これらの原則の多くが特に重要である。それらの原則に関係する問題は、体積がより小さくなった場合に、しばしばより目立つ。例えば、ナノリットル（ｎｌ）フォーマットに入るように、マイクロリットル（μｌ）フォーマット中で小さくなる場合である。マイクロデバイス上で微小空洞が高密度で集積された場合、問題は容易により重要になる。
【目的】
【０００５】
本発明の目的は、本発明の多くの態様の改良に関する。特に、改良は、上述の問題を小さくする、および／または上述の原則の実行を容易にすることに関する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様は、１又はそれ以上の液体アリコートを加熱するための配置である。それらのそれぞれは、１、２、３、又はそれ以上の微小空洞（１０２）を含むマイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）に存在する。マイクロデバイス（１０１）は、所定の具体例で、加熱アレンジメントの一部でも良い。
【０００７】
最も広義には、アレンジメントの特徴は、
ａ）コンタクト面（Ｓｓｕｐ）（１１０、サポートコンタクト面）を含む１面（コンタクトサイド）を有する分離された加熱サポート（１０４）と、
ｂ）加熱される液体アリコートが存在しうる微小空洞（１０２）と、マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）に準備状態で配置された場合に、Ｓｓｕｐ（１１０）と対向するコンタクト面（Ｓｄｅｖ）（１０８、デバイスコンタクト面）と、を含むマイクロデバイス（１０１）と、
ｃ）好ましくはＳｓｕｂ（１１０）を備えたコンタクトサイド（１１１）に減圧を与え、Ｓｄｅｖ（１０８）を介してＳｓｕｐ（１１０）にマイクロデバイス（１０１）を保持するための加熱サポートサブ加圧システム（１１３−１１９）と、
を含む。
【０００８】
加熱サポート（１０４）は、例えば、加熱サポート上に適当に配置されたマイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）と調和する、１又はそれ以上の加熱要素（１２０ａ、ｂ..）を含む加熱システム（１２０−１２４）を一般には含む。このテキスト中の「調和」、「適当に配置された」の用語は、マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）上に保持され、加熱要素（１２０ａ、ｂ..）が加熱された場合に、熱が加熱サポート（１０４）からマイクロデバイス（１０１）と、マイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）に存在しうる液体アリコートに伝えられることを意味する。熱伝導は、主にＳｓｕｐ（１１０）からＳｄｅｖ（１０８）に伝わる。これは、液体アリコートが微小空洞に配置される前に、微小空洞（１０２）を加熱することを含む。
【０００９】
サブ加熱システム（１１３−１１９）は、加熱サポート（１０４）とマイクロデバイス（１０１）との間の、好ましくは、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）とデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間の、サブ加熱空間（１１８、１１９）で減圧を形成する。
【００１０】
本発明の他の主な形態は、この種類のアレンジメントを使用し、加熱方法、加熱工程を含むプロトコルを実行する方法に関する。
【００１１】
マイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）は、コンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）を横切ってマイクロデバイス中で分配される。１又はそれ以上で、全部までの微小空洞（１０２）は、好適には、デバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）から等距離にある。所定の変形では、マイクロデバイスは、微小空洞とデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間の距離が、同じグループの微小空洞に対しては同じであるが、異なるグループの微小空洞に対しては異なる。微小空洞の１のグループは、１、２、又はそれ以上の微小空洞を含む。
【００１２】
サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と、デバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）とは、一般に同じ大きさと形であり、マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）上に配置された場合に、互いに熱接触する。
【００１３】
Ｓｓｕｐ（１１０）は、一般に、サポートの実際のコンタクトサイド（１１１）の一部を占める。Ｓｄｅｖ（１０８）は、一般に、マイクロデバイス（１０１）の実際のコンタクトサイド（１０９）と同軸である。
【００１４】
それぞれの微小空洞（１０２）は、加熱要素（１２０）と加熱サポート（１０４）の上に適当に配置された微小空洞（１０２）との間の塊である熱コンタクト領域（１２５プラス１２６）と結合する。図１ｂ参照。好ましい配置は、微小空洞が、１又はそれ以上の加熱要素の少なくとも一部を覆う場合（互いの関係で、微小空洞と加熱要素との近接配置）を含む。マイクロデバイス（１０１）の上に存在する熱コンタクト領域に部分（１２５）は、微小空洞（１０２）により覆われ、微小空洞からデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に延びるマイクロデバイス（１０１）の部分（塊）として定義される。熱コンタクト領域の残りの部分がもしあれば、熱サポート（１０４）上に存在し、微小空洞（１０２）により覆われ、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）から加熱要素（１２０）に延びる熱サポート（１０４）の部分（塊）として定義される。微小空洞（１０２）は、Ｓｓｕｐ（１１０）から異なった距離にある加熱要素を覆っても良く、加熱要素（１２０）を覆わない微小空洞／熱コンタクト領域の一部（１２７）（図１ｂ）があっても良い。これらの場合、熱コンタクト領域（１２６）は、Ｓｓｕｐ（１１０）から遠くに離れた加熱要素（１２０）のレベルまで下方に延びる。下部は比較パターン加熱である。
【００１５】
微小空洞の大きさ、形状、および分布が異なったマイクロデバイス用を意図する所定の加熱サポートに対して、熱コンタクト領域は、その瞬間に使用される特別なマイクロデバイスに応じて変化する。
【発明の詳細な記載】
【００１６】
サブ加圧システム
サブ加圧システムは、一般には３つのメイン部分を含む。
ａ）浅い構造（１１８、１１９）と、通常加熱サポート（１０４）の外側にあるサブ加熱システムの部分（１１３−１１６）との間でサブ加熱結合する、加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）の浅い構造（凹んだ部分：リセス）（１１８、１１９）と加熱サポート（１０４）中のチャネルシステム（１１７）。浅い構造は、好適には、Ｓｓｕｐ（１１０）中に存在する。それらは、代わりに、デバイスコンタクトサイド（１０９）中にあり、特にデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に存在しても良い。
ｂ）一般には加熱サポート（１０４）まで外方に延びるサブ加圧源（１１３）。
ｃ）サブ加圧源（１１３）と加熱サポート（１０４）上に存在するサブ加圧システムの一部との間の接続（１１４−１１６）。これらの接続は、加圧サポート（１０４）のためにキャリア（１０３）中に存在し、サブ加熱を加熱サポート（１０４）に関連づけるために使用される導管システム（１１６）を含む。この導管システム（１１６）は、次に、チューブや囲まれたチャネル等のような、１又はそれ以上の外部サブ加圧導管（１１４）を介して、サブ加圧源（１１３）に接続されても良い。
【００１７】
マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）に配置された場合、サブ加圧システムの凹んだ部分（１１８、１１９）は、囲まれたサブ加圧空間（１１８、１１９）を形成する。凹んだ部分（１１８、１１９）は、それぞれの微小空洞（１０２）が加熱された状態で、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）とデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間の、均一接着および／または熱接触を本質的に支持するように設計される。
【００１８】
サブ加圧システムの凹んだ部分（１１８、１１９）は、ウエル、および／または窪み、および／または覆われない溝を含んでも良い。ウエル形状の凹んだ部分は、円、楕円、覆いのない、豆状、多角形等の形状を有しても良い。一般的な多角形は、三角形、矩形、五角形、六角形等である。溝状の凹んだ部分や、そうでなければ他の囲まれた窪みやへこみは、直線、湾曲、弧型、円形、角のある形状等でよい。
【００１９】
凹んだ部分は、一般的にはＳｄｅｖ（１０８）とＳｓｕｐ（１１０）のそれぞれの、コンタクトサイド（１０９、１１１）の１又は双方の中の、組織された、又は無作為のパターンに分散させても良い。凹んだ部分のシステムは、このように、多数の同心円の円形溝（１１９）、および／または、互いに平行であったり角度を有したりする、多数のまっすぐな溝（１１８）であっても良い。まっすぐな溝を含む、一般的なアレンジメントは、スパイクアレンジメントである。これは一般に、１、２、又はそれ以上のスパイク（１１８）（半径方向の溝）を含む。スパイクアレンジメントでは、スパイクは、中心点又は中心から所定の距離離れた点から始まる。円形溝（１１９）の場合、溝の数は、一般に、１、２、３、４、又はそれ以上である。直線（１１８）と円形（１１９）の双方の溝が存在する場合、それらは互いに横切り、例えばスパイクアレンジメントでは、それらは１、２、又はそれ以上の、スパイクの中心と同軸の中心を有する同心円の円形溝（１１９）でも良い。スパイクと円形アレンジメントは、アレンジメントが円全体の一部のみ、即ち、扇型のスパイクアレンジメントを覆うアレンジメントを含む。スパイクアレンジメントは、図２に示される。
【００２０】
スパイクアレンジメントは、またいわゆる開いたスパイク、即ち、本質的に平行で、アレンジメントの中心に対して内部位置から外部位置に向かう（本質的に半径方向）、円弧状スパイクを含む。
【００２１】
窪みの他の種類は、削り、ブラスト等により得られる表面おりあわせを含む。このテキストにおけるブラストは、例えば、ガラスブラストやサンドブラストを含む。
【００２２】
好ましい具体例では、マイクロデバイス（１０１）のＳｄｅｖ（１０８）の平坦な部分（１３０）、および／または加熱サポート（１０４）のＳｓｕｐ（１１０）が、サブ加圧窪みとして欠け、サブ加圧システムの全ての窪み（１１８、１１９）やそのような窪みの部分を完全に囲む。このような平坦な部分の存在は、マイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）と、加熱サポート（１０４）のコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）との間の気密シール接触を確実にするのを助ける。
【００２３】
このような締め付け部分は、所定の好ましい変形では、サブ加圧システム又はそのような部分の集合部分の凹んだ部分を囲む締め付け弾性シール要素と、平行に配置されるか又はこれを含む。そのようなシール要素は、一般には、サブ加圧システムの凹んだ部分を囲む分離された凹部（シール要素凹部）に配置される。シール要素凹部の深さと幅と、シール要素の寸法は互いに一致し、サポート表面Ｓｓｕｐ（１１０）の非凹部部分と、マイクロデバイスのコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）とのの間で、固い接触が得られる。シール要素とシール要素凹部は、図示されていない。
【００２４】
サブ加圧システムの窪み部分（１１８、１１９）の深さは、一般に加熱サポートの厚みの半分より小さい。殆どの場合、これは、例えば５０００μｍ以下、１０００μｍ以下、５００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下のようなμｍレンジの深さを意味する。単体の溝やウエルの深さを実際に形成するため配慮は、一般に１０μｍ以上である。深さは、凹部の間および／または凹部の内部で変化する。
【００２５】
窪み部分の適当な分布や設計は、WO 03025549(Gyro AB)やWO 03024596(Gyro AB)に記載されている。
【００２６】
マイクロデバイスの加熱中に、マイクロデバイスをサポート面Ｓｓｕｐに保持できる十分なサブ加圧をサブ加圧システム中に形成できる限り、従来のサブ加圧源を使用することができる。これは、一般には、０．５バール以下、または０．１バール以下、または０．０１バール以下、または０．０５バール以下のような０．９バール以下、即ち０．００１バールから０．９５０バールを意味する。圧力の数字は、絶対圧力である。
【００２７】
加熱サポート中に囲まれたチャネルシステムは、比較的短い。
【００２８】
加熱システム
加熱サポート（１０４）は、１又は複数の加熱要素（１２０）と、サポート（１０４）の上に配置されるマイクロデバイス（１０１）上の各微小空洞（１０２）のための一般には１つの熱コンタクト領域（１２６）とを含む。他の部分は、加熱要素（１２０）および／または外部電源の間の電気接続（２３７）である。
【００２９】
加熱要素（１２０）は、マイクロデバイス（１０１）の、加圧される全ての微小空洞（１０２）が、１又はそれ以上の加熱要素（１２０）の少なくとの一部に近い位置となるように配置される。
加熱要素は、以下のようにその温度を上昇させるタイプである。
ａ）例えば、可視光、ＵＶ、ＩＲ、ラジオ波、マイクロ波、電子、γ輻射等を用いた輻射、
ｂ）要素を通る電流の移動、
ｃ）例えば、温水や、温風のような流れる加熱流体を介するような、外部加熱源と要素との物理的な接触、および、
ｄ）発熱反応の実行。
【００３０】
マイクロデバイス中に存在する液体アリコートの加圧に予め使用された原則的な加熱要素を用いても良い。例えば、WO 9322058(Univ. of Penn)、WO 0146465(Gyro AB)、WO 9853311(Gamera Biosciences/Tecan)、WO 0078455(Gamera Biosciences/Tecan)、WO 0241997(Gyro AB)、WO 0241998(Gyro AB)参照。
【００３１】
出願時における好ましい加熱要素は、例えば、i)通過電流、又はii)輻射の吸着のように、要素中の熱がその中で形成されるものから選択される。
【００３２】
加熱要素のタイプは、ｉ）高い抵抗の導電性材料を一般に含む。加熱要素は、互いに、および／または電源に、例えば、低抵抗の導電性材料を含む、加熱要素に比較してほんの僅かの熱放出ができる１又はそれ以上の接続部で接続される。電気加熱要素（１２０）の間の接続は、加熱要素の設計および／または位置に依存して、加熱サポート（１０４）の外部又は内部に配置される。一般的な加熱要素やその接続部は、導電性材料からなるワイヤ（１２０ａ、ｂ、...、１２２、２３７）を含む。加熱要素および／またはその接続部は、例えば、適当な寸法、導電性、および抵抗の分離形成されたワイヤのように、加熱サポートのバルクから分離して形成されても良い。代わりに、電気加熱要素が、その製造中にサポートの上に形成されてもよい。例えば、加熱要素のために高抵抗の導電性インクや粉が適用され、電気接続／ワイヤのために低抵抗の導電性インクや粉が適用される。インク／粉の適用は、一般に、スプレー、ペイント、プリント、スタンプ等により行われる。インク／粉タイプの電気加熱要素は、予め形成されたワイヤタイプに組み合わされても良く、また逆でも良い。上記およびこの明細書の他の場所における「インク又は粉」の用語は、ペイント、および既存の技術により適用できる他の材料の形態を含む。
【００３３】
電気加熱要素は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）中に存在し、加熱サポート（１０４）の本体に囲まれても良く、および／またはより好適にはサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向する加熱サポート（１０４）のサイドに配置される。
【００３４】
加熱要素が、加熱サポートの表面上に配置される場合、例えば、コンタクト面Ｓｓｕｐの上や加熱サポートの対向面の上のような、サポートの面上に直接配置されても良い。加熱サポートの表面に配置された加熱要素は、一般には、加熱要素および／またはその接続を完全にまたは部分的に含む面内の凹部（１２１ａ、ｂ..）中に配置される。
【００３５】
他の好適な加熱原理によれば、加熱要素は、加熱サポート中で加熱するための輻射の流入を変形させることができる、材料の混合により定義される。一般には、この材料と影響するように用いられる輻射は、例えば光のような、輻射の吸着である。輻射としての潜在的な候補は、異なったタイプの光である。例えば、赤外（ＩＲ）、紫外（ＵＶ）、可視光等、マイクロ波、ラジオ波、ガンマ線、電子線等である。光は、レーザ光や広帯域光のような、単色光でも良い。この種類の加熱要素を決めるのに、２つの主なサブグループがある。
１）定められた部分領域（加熱要素）内で輻射と影響しあう材料を含む加熱サポート。それらの領域外では、そのような材料および／または影響は本質的に存在しない。部分領域は、選択的な輻射により加熱される。
２）例えば、材料から形成されたような、広くない領域で輻射と影響する材料を含む加熱サポート。限定された領域にのみ直接輻射することにより、その部分領域のみ加熱され、本発明の加熱要素として機能する。部分領域への輻射は、穴の空いた適当なマスクを用い、輻射源と加熱サポートとの間にマスクを配置することにより、又は、輻射源の光学系中または加熱サポートと輻射源との間の適当な他の限定手段を含むことにより、達成される。例えば、WO 0241997(Gyros AB)およびWO 0241998(Gyros AB)を参照。
【００３６】
意図する輻射と影響しあう材料は、製造中に加熱サポートに混入されても良い。これは、１又はそれ以上の明瞭な層、および／または部分領域中の表面層として適用しても良い。表面層を適用する有用な技術は、部分的に限定された領域、またはサポート面Ｓｓｕｐの全面にインクまたは粉として材料をプリント、ペイント、スプレー、又はスタンプする方法、または同じ方法を加熱サポートの対向面に行う方法を含む。例えば、WO 0241997(Gyros AB)およびWO 0241998(Gyros AB)を参照。
【００３７】
輻射のビーム経路は、一般に、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサイドから加熱サポート（１０４）に向かう方向である。輻射は、代わりに側面を通って加熱サポートに入射しても良い。例えば、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向する面に対して角度を有する側面（例えば９０°（エッジ側））を通って、又はサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）を含む側面を通って、である。
【００３８】
ある変形では、加熱要素に到達する前に、輻射が、加熱サポートおよび／またはマイクロデバイスを通過しなければならないように、加熱要素が配置される。この変形では、加熱要素中、および／またはマイクロデバイス中のバルク材料を、輻射にさらし、加熱要素中より他の部分の熱放出が殆どないようにすることが重要である。
【００３９】
加熱は、通常、液体で満たされた微小空洞（１０２）を横切って十分な温度勾配を有するようになる。これは、微小空洞（１０２）の異なった部分で、反応速度が十分に異なることを意味する。それ故に、ＸＹ面（即ち、コンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）とＳｓｕｐ（１１０）に平行な面）および／または液体で満たされた微小空洞（１０２）のＹ面（深さ）で、実質的にゼロ又は非常に平坦な温度勾配を有するように配置できる特徴がある。「実質的にゼロ」、「非常に平坦な温度勾配」の用語は、温度上昇の時間、微小空洞で起きるプロセスや反応のための温度変化にとって許容しうる温度分布を意味する。多くのプロセスや反応にとって、微小空洞の許容できる温度分布は、微小空洞に関する微小流体装置の厚みを横切る温度分布において、最大２５％、または最大１０％、または最大５％のように、大きくとも５０％の温度分布と信じられている。多くのプロセスや反応にとって好ましい微小空洞を横切る温度分布は、５℃以内または１℃以内のように、１０℃以内である。（℃と同じようにパーセントによる）分布は、ＸＹ面および／またはＺ方向（深さ）に適用される。
【００４０】
ゼロに近いか非常に平坦な温度分布は、いわゆる個々の微小空洞（１０２）のパターン加熱により達成される。例えば、WO 0241997(Gyros AB)およびWO 0241998(Gyros AB)を参照。本発明の文中におけるパターン加熱は、加熱サポートの特別な熱接触領域と関係する加熱要素が、低い昇温の所定位置と、熱接触領域の加熱要素のレベルのより高い昇温の所定位置とを形成するように配置されることにより行われる。熱接触領域の加熱要素および／または材料を適当に配置することにより、より高い温度との接触がより低い温度のリスクのある微小空洞の部分を手当し、より低い温度との接触がより高い温度のリスクのある微小空洞の部分を手当する。電気加熱と輻射による加熱は、微小空洞のパターン加熱に特に良く用いられる。
【００４１】
パターン加熱を行うために、各熱接触領域／微小空洞（１２５、１２６／１０２）と組み合わされた少なくとも１つの加熱要素が必要であり、好ましくは、２またはそれ以上の、各熱接触領域と組み合わされた分離された加熱要素が必要である。
【００４２】
１の変形では、パターン加熱が、少なくとも加熱要素の一部を覆う１又はそれ以上の部分と、加熱要素を覆わない１又はそれ以上の部分を含むＸＹ面中の熱接触領域／微小空洞を備える。微小空洞（１０２）により熱接触領域が定義される比較図１ｂは、加熱要素（１２０ｃ）の直上に配置された部分（１２８）と、隣り合う２つの加熱要素（１２０ｃおよびｄ）に間の領域の直上の配置された部分（１２７）とを有する。
【００４３】
パターン加熱は、このように、同じ又は異なった幅の、複数の同心円状の加熱要素、または微小空洞に対して、円周上の点や多角形の形状の加熱要素を用いて行われる。円周上の点は円形である。一般的な多角形は、三角、矩形等である。WO 0241998(Gyros AB)の図３、４、５、５、７、および８を参照。加熱要素が熱接触領域（ＸＹ面）の一部のみを覆う場合、または、例えば、コイルまたは蛇状のようなジグザグに熱接触領域に入ったり出たりする不規則である場合、１つの加熱要素が、パターン加熱に有用である。
【００４４】
パターン加熱は、また熱接触領域（即ちＸＹ面）で異なった熱伝導の材料を加えることによっても達成される。この変形では、加熱要素を全く覆わない熱接触領域の部分を避ける必要はない。
【００４５】
パターン加熱の他の変形では、加熱サポートが、チャネル、および／または加熱サポートの熱接触領域を横切るおよび／またはその一部である空洞を含む。これらのチャネルと空洞は、設接触領域中の熱輸送の分布を減らし、パターン加熱を支持する。チャネルまたは空洞がサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）中に配置された場合、これらは、マイクロデバイスがサポート上に加熱のために配置された時に覆われる、覆われていない凹部の形態を有する。それらのチャネルまたは凹部は、サブ加圧システムの一部であってもなくても良い。
【００４６】
加熱サポートの全体設計
加熱サポート（１０４）は一般にはプレートであり、以下の、
１）上述の加熱機能（１２０）、
２）好適には上述のサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）を備えた加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）にある浅い構成／凹部（１１８、１１９）、および
３）浅い構成（１１８、１１９）の少なくとも一部にサブ加圧を与えるサブ加圧源（１１３）に接続された覆われたチャネルシステム（１１７）を含む。
代わりに、浅い構造／凹部は、マイクロデバイス（１０１）のコンタクトサイド（１０９）、特にデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に存在しても良い。
【００４７】
サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）は、一般に、上述の凹部（１１８、１１９）を除いて実質的に平坦である。サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が、例えば凸状または凹状に湾曲し、反転した湾曲がマイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に存在し、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）の上に配置されるような変形は、考えられるであろう。また、マイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）が載る平坦な上面を有する突起部をサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が提供する構成も考えられるであろう。後者の変形例では、突起部の間に空間が、サブ加圧システムの浅い構成に対応する。代わりに、サブ加圧システムに接続される浅い構成は、突起部の上面に配置される。双方の変形例において、突起部の間の空間は、マイクロデバイスの個々の微小空洞の局所的な加熱を助け、加熱後の速くて効率のよい冷却を確実にする。
【００４８】
サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が突起部を含む変形において、各加熱要素は少なくとも１つの突起部と結合する。マイクロデバイスが、そのような加熱サポート上に適当に配置された場合、加熱される各空間は、加熱要素と結合した突起部と結合する。そのような突起部は、加熱サポートの熱接触領域の一部である。突起部は、加熱要素を含んでも良い。
【００４９】
プレート状の加熱サポートは、一般に、熱容量を低くするために比較的薄い。低い熱容量は、例えば熱サイクルのような、急冷に続く加熱を含むプロセスプロトコルをマイクロデバイスに行う場合に重要になる。それ故に、プレートの厚みは、１０ｄ以上、または５０ｄ以上のように２ｄ以上であり、かつ１０００ｄ以下、または５００ｄ以下のように２０００ｄ以下である。ここでｄはプレートの凹部の最も深い深さである。一般に、加熱サポートは、加熱サポートのバルク材料の物理的特性のような要素に依存して、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲から選択される。
【００５０】
加熱サポートは、特にプレート形状の場合は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）を含むコンタクトサイド（１１１）に垂直な対称軸（Ｃｎ）（１０６）を含む。ｎは、例えば３または４または５または６または、８以上、１０以上のような、それより大きい整数である、２以上の整数であり、円形（ｎが無限大の場合）を含む。
【００５１】
好適な変形では、加熱サポートは加熱サポートを回転させるスピナアレンジメントの回転部材（１０３）の上に保持される。好適な変形では、スピナアレンジメントの回転軸（１０５）は、加熱サポート（１０４）の対称軸（１０６）と一致する。加熱サポート（１０４）の回転は、加熱サポート（１０４）と、サポート上に配置されたマイクロでバイス（１０１）の急冷を助ける。回転は、加熱速度を制御し、マイクロデバイスの加熱される全ての微小空洞を実質的に同じ温度にし、過熱を起こりにくくする等の助けとなる。過熱サポートの対称軸（１０６）と一致するスピン軸（１０５）の周囲での回転に基づく変形では、ｎは、好適には６以上で、最適には円形状（ｎが無限大）である。
【００５２】
適当なスピナの変形では、サブ加圧システムの回転部分（１０３）が、接触なし、またはサブ加圧システムのジャーナル部分に対して回転するように接触して配置される。サブ加圧システムは、シールされた、およびシールされない、回転の表面とスピナアレンジメントの静止部分との間で、サブ加圧接続（１１５）を介して接続されても良い。これは、多様なスイベル設計（１１５）を含む。
【００５３】
サブ加圧をスピナの回転部分に接続させる所定のアレンジメントは、WO 03024596(Gyros AB)およびWO 03025549(Gyros AB)に記載されている。また、本明細書の実験部分も参照。
【００５４】
加熱サポートのバルク材料で最も有用なのはプラスチックである。なぜならば、低い熱容量と低い熱伝導を有し、部分加熱要素の周囲での部分加熱および冷却を支持するからである。電気加熱要素が従来のプラスチックに混合されることは、電気的に実質的に非導電性となる利点を有する。
【００５５】
加熱サポートは、一般に、プレート（１０４）（加熱サポート）のチャネルシステム（１１７）と、サブ加圧システム（１１３）との間をサブ加圧接続するための導管（１１６、導管システム）を含むキャリア（１０３）に保持される。好適な変形では、キャリア（１０３）は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサイド上の加熱サポート（１０４）に取り付けられる。キャリア（１０３）と加熱サポート（１０４）との間の接触領域は、加熱サポートの断面積（サポート面Ｓｓｕｐ（ＸＹ面）に平行な面）に比較して小さくすべきである。一般に、この接触領域は、Ｓｓｕｐ（１１０）および／またはコンタクトサイド（１１１）の面積の、例えば２５％以下、又は１０％以下のように、５０％以下である。この比が小さくなるほど、加熱された部分、即ち加熱サポート（１０４）およびマイクロデバイス（１０１）の冷却が、より単純になる。急加熱および急冷、即ち、速い温度サイクルを含むプロトコルがマイクロデバイス中で行われる場合、これは特に重要である。加熱サポートが上述のように回転することを意図する場合、キャリア（１０３）は一般にはスピナの回転部材の一部である。
【００５６】
マイクロデバイス（１０１）
マイクロデバイスは、一般にはプレート（ディスク）状であり、反応物とともに液体アリコート又は小滴がその中で処理される、複数の微小空洞を取り囲む。反応物は、検出される不明な物質（検体）である。デバイス当たりの微小空洞の数は、一般には、２、３、またはそれ以上で、例えば１０以上、または２５以上または９０以上または１８０以上または２７０以上である。上限は、２０００又は３０００であろう。
【００５７】
好適なディスク状の変形は、ディスクに対して垂直な対称軸（Ｃｎ）（１０７）を有し、ここで、ｎは、２、３、４、５、６、またはそれ以上の整数であり、好ましくは１０以上の整数である。円形の変形（ｎが無限大の場合）も含む。円形の変形例は、扇形や、ディスク面に垂直な対称軸を有する他の変形を含む。
【００５８】
静的なマイクロデバイスは、マイクロチャネル内での移動無しに、微小空洞内で、液体アリコートが加えられ、処理される変形である。静的な変形における微小空洞は、一般に開いたウエル形状であり、即ち、例えばデバイスが、マイクロ滴定プレートを有する。本発明で静的なマイクロデバイスが使用された場合、蒸発による損失は重要ではないことが保証されるべきである。例えば、高温で行われる処理工程中では、適当なカバーが使用される。
【００５９】
微小流体デバイスは、プロトコルで使用される液体アリコートが使用されるマイクロチャネルの１又はそれ以上の導入ポートに出され、マイクロチャネル中の所定の位置の存在するサブ構造中に移動して処理される変形に属する。一般的なサブ構造は、導入ポート、反応微小空洞、混合微小空洞、検出微小空洞（しばしば、透明または周囲の環境に開いている）、放出ポート等である。導入ポートと放出ポートは、液体の導入又は排出のために、および／または周囲の環境の導入または排出（通気孔）のために使用される。
【００６０】
加熱される微小空洞（１０２）は、この分野で知られたように設計される。回転可能な微小流体デバイスにとって、内方に向かう加熱されない微小導管を有する微小空洞を備えることが好ましい。内方に向かう微小導管は、一般に、周囲の環境に、直接または間接に接続されている。微小空洞中で液体を加熱する間、この微小導管中で、部分的な蒸発や凝縮が起きる。回転は、凝縮物を、加熱された微小空洞中に再移動される。例えば、WO 0146465(Gyros AB)、WO 0241997(Gyros AB)、およびWO 0241998(Gyros AB)参照。
【００６１】
微小流体デバイスは、この分野で知られている。例えば、背景技術での議論／WO 02074438(Gyros AB)での開示参照。
【００６２】
回転可能なマイクロデバイスは、特に興味深い。主な理由は、加熱されたマイクロデバイスの冷却として回転は非常に有効な方法であるとともに、回転軸から同じ半径距離にある加熱された微小空洞の間で、非常に低い温度分布を得ることができるためである。回転される加熱サポートとついて、上ではどのように言われてきたかと比較すべきである。微小流体デバイスについては、追加の利点がある。例えば、内側の上流から外側の下流に延びる構造を有するマイクロチャネル構造を含むデバイスでは、回転軸の周りでデバイスを回転することにより部分の間で液体流が移動する。この文脈において、「内部」、「外部」は、内部部分が、外部部分より回転軸により近いことを意味する。回転軸が対称軸と同軸である変形は、WO 9721090(Gamera Bioscience)、WO 9807019(Gamera Bioscience)、WO 9853311(Gamera Bioscience)、WO 9955827(Gyros AB)、WO 9958245(Gyros AB)、WO 0025921(Gyros AB)、WO 0040750(Gyros AB)、WO 0056808(Gyros AB)、WO 0062042(Gyros AB)、WO 0102737(Gyros AB)、WO 0146465(Gyros AB)、WO 0147637(Gyros AB)、WO 0154810(Gyros AB)、WO 0147638(Gyros AB)、WO 02074438(Gyros AB)、WO 02075312(Gyros AB)、WO 02075775(Gyros AB)、およびWO 02075776(Gyros AB)に記載され、これらは参照されることによりここに含まれる。ここには、回転軸が、対称軸に対して同軸になる必要のない変形もある。
【００６３】
マイクロチャネル構造や微小空洞の数は、一般には１０以上である、例えば２５以上、または９０以上、または１８０以上、または２７０以上である。上限は、２０００または３０００である。
【００６４】
円形デバイスと本発明で使用される他のマイクロデバイスは、従来のＣＤの大きさの１％から５０００％までの範囲の大きさを有する。好適には、従来のＣＤの大きさおよび／または形状である。
【００６５】
微小空洞および加熱される液体アリコートは、一般にはμｌの大きさであり、好ましくはｎｌの大きさである。μｌの大きさは、１０００μｌ以下であり、例えば１００μｌ以下、または１０μｌ以下である。また、ｎｌの大きさは、５０００ｎｌ以下であり、好ましくは１０００ｎｌ以下であり、例えば１００ｎｌ以下、または１０ｎｌ以下である。もし、マイクロデバイスがマイクロ流体デバイスの場合、マイクロチャネル構造は、少なくとも１つの断面寸法が１０３μｍ以下、又は１０２μｍ以下、または１０１μｍ以下であることを意味するマイクロフォーマットの大きさである。
【００６６】
マイクロデバイスのバルク材料は、有機物または無機物である。適当な有機材料は、多くのタイプのプラスチックを含む。適当な無機材料は、シリコン、水晶等を含む。好ましい材料は、プラスチックの形態の有機プラスチックのような有機物である。マイクロデバイスのバルク材料は、熱伝導度が、０．０５−５０００ジュール／ｋｇｘ°Ｋであり、例えば０．５−４０００ジュール／ｋｇｘ°Ｋである。一般には加熱される微小空洞中では９５℃より低い温度で、マイクロデバイスのコンタクト面Ｓｄｅｖでは、それよりやや高い温度より低い温度（１２０℃以下で、例えば１１０℃以下または１００℃以下）である所望の温度に加熱された場合、変形しない材料を選択することが重要である。
好適なプラスチック材料は、この限界より少なくとも５℃、１０℃、２０℃又はそれ以上高い軟化温度を有するべきである。それらの一般的なガイドラインに適合した、フッ化モノマーをベースにするプラスチック、特にアルケン型は、良い候補である。好適な温度特性は、例えば１０３ｋｇ／ｍ３以上のような０．９ｘ１０３ｋｇ／ｍ３以上の範囲、および／または例えば１．４ｘ１０３ｋｇ／ｍ３以下のような２．５ｘ１０３ｋｇ／ｍ３以下の範囲の選択された密度を有するバルク材料中に多く見られる。
【００６７】
好適なマイクロ流体デバイスは、まず、複数の覆われていないマイクロチャネル構造を備えた面を１つのサイドに有する基板を提供し、続いて第２の構造（トップ又は蓋）でそれらの構造を覆うその後の工程で、形成される。WO 9116966(Pharmacia Biotech AB)およびWO 0154810(Gyro AB)、およびこれらの２つの刊行物で引用された刊行物を参照。基板の少なくとも１つは、例えば、重合した材料のようなプラスチック材料を含む。第１基板の覆われていない構造は、好ましくは、覆われていないマイクロチャネル構造の反転を含むマスター母材から、プラスチック材料の複製として形成される。
【００６８】
冷却手段
好適な変形では、革新的なアレンジメントは、また、加熱された微小空洞、マイクロデバイスの他の加熱された部分、および加熱サポートの加熱された部分を冷却するための手段を含む。好適な冷却手段は、加熱サポートの自由面、および／またはマイクロデバイスの自由面上を流れる空気流を形成するために、ジェネレータの組み込みを含む。原則的にこれは、Ｓｓｕｐ（１１０）を含むサイドに対向するサイド上の加熱サポート（１０４）上、および／またはＳｄｅｖ（１０９）を含むサイドに対向するサイド上の加熱サポート上に、空気流を流すことを意味する。冷却手段は、コンタクトサイド（１１１）、特にサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が、加熱サポートと突起部の上に配置されるマイクロデバイスの間を空冷できるように、マイクロデバイスがその上に保持される突起部を含む。
【００６９】
好適な空気流を形成するジェネレータ、一般には、加熱サポート、および／または上記パラグラフで説明したマイクロデバイスの表面上を通る圧縮された冷却空気または吸われた冷却空気である。この種類の流れは、アレンジメントの適当な面にファンを向けること等により、冷却される微小空洞を含むマイクロデバイスを搭載する加熱サポートを回転することにより形成される。より複雑な手段としては、加熱サポート中に、例えば、液体または気体のような冷却流体のための導管の形で、冷却手段を組み込むことである、
【００７０】
本発明の方法の範囲
本発明の範囲は、温度サイクルを含む加熱工程および／または（もし存在するのであれば）冷却工程のための発明のアレンジメントを用いることとをも沿い他、先になされた加熱とプロセスプロトコルを含む。
【００７１】
プロセスプロトコル
関連するプロセスプロトコルは、一般に、分析的、準備的、または人工的な目的を有する。第１は、一般に、生物学や化学のような自然科学であり、医学、診断学、動物学、化学、生化学、有機化学、無機化学、分析化学、分子生物学、微生物学、職業上の健康、環境の研究等を有する。
【００７２】
革新的なアレンジメントで使用されるプロセスプロトコルは、高い温度において行わる少なくとも１つの工程を含む。この少なくとも１つの工程は、２又はそれ以上の液体の混合、１、２、又はそれ以上の反応物の間の反応、バルク液体から所望の又は望まない１又はそれ以上の化合物を分離するための分離、プロトコル、反応、混合、分離等の結果ｎお検出、から選択された少なくとも１つの工程である。
【００７３】
特別な工程に対する「高い温度」の用語は環境温度より高い温度、即ち、マイクロデバイスの周囲の温度より高いような温度で、工程が行われることを意味する。マイクロデバイスの特別な微小空洞の温度は、特別なプロトコルの異なった工程により変化する。温度の変化は、プロセスプロトコルが熱サイクルである場合のサイクルであっても良い。最も簡単な温度サイクルプロトコルは、１つだけのサイクル、即ち、１又はそれ以上の工程（高温工程）で、最初に温度が上げられ、続いて、１又はそれ以上の続く工程（低温工程）で、温度が下げられるサイクルを含む。一般的な温度サイクルプロトコルは、２又はそれ以上のサイクルを含み、これは、通常は同じ反応や処置を２回、３回等繰り返すことを意味し、処理サイクル生成物が、続くサイクルの出発基板になったり、異なったサイクルの対応する反応物が同じおよび／または類似しているといった主な違いを有する。
【００７４】
マイクロデバイスの微小空洞中で行われる一般的な反応は、酸素の反応、親和的な反応等から選択される。反応は、微小空洞中に含まれる固相への親和滴な吸着、または酸素によるシステムの１又はそれ以上の固相結合部材と、同じシステムの１又はそれ以上の溶解する部材との反応を含む同質または異種反応である。多くの反応が、分離、線上、および／または検出工程のような、他の中間の工程とともに、連続して行われても良い。プロトコルは、例えば酸素とその基板との間の、１またはそれ以上の酸素関連工程のような連続した工程や、吸着相対物等の間の１またはそれ以上の吸着反応を含む。プロトコルは、同種の反応を含む１又はそれ以上の工程、および／または固相結合反応物と溶解反応との間の異種反応を含む１またはそれ以上の工程、および／または同種反応と異種反応の双方を含む１又はそれ以上の工程、を含む。異なった工程は、例えば、少なくとも１つの微小空洞が本発明によって加熱される、異なった微小空洞中でマイクロチャネル構造の異なった部分で行われる。
【００７５】
実験部分
加熱実験が、マイクロデバイス（１０１）が、示された微小空洞（１０２）を有さないダミーであることを除き、図１−３に記載のアレンジメントを用いてシミュレートされた。スピナ（単に回転部材としてのみ表示）の回転部分（キャリア）（１０３）は、マイクロ流体デバイス（１０１）がサブ加圧により保持された円形の加熱サポート（１０４、２０４）を運んだ。スピナにより規定される回転軸（１０５）は、加熱サポート（１０４、２０４）およびマイクロデバイス（１０１）双方の対称軸（１０６、２０６、および１０７）と同軸である。マイクロデバイス（１０１）は、加熱サポート（１０４、２０４）のコンタクトサイド（１１１）上のサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と接触配置されるように取り付けられる、デバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）を提供する１つのサイド（１０９、コンタクトサイド）を有する。加熱される微小空洞（１０２）は、マイクロデバイス（１０１）中に記載されている。微小空洞（１０２）は、蓋（１１２）により覆われている。サブ加圧源（１１３）から、外部チューブ（１１４）、回転部材（１０３）上のサブ加圧スイベル（１１５）、回転部材（１０３）中の導管システム、および加熱サポート（１０４、２０４）中のチャネルシステム（１１７、２１７）を介して、加熱サポート（１０４、２０４）のコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）の、放射状および環状の溝（１１８、２１８、および１１９、２１９）に至るように、サブ加圧は回転部材（１０３）に接続される。溝（１１８、２１８、および１１９、２１９）は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）上に配置されたマイクロデバイス（１０１）により覆われる。加熱サポート（１０３）は、環状の窪み（１２１ａ−ｅ）の中に配置された５つの環状の加熱要素（１２０ａ−ｅ、２２０ａ−ｅ）を含む。ビアワイヤ（１２２）および回転部材（１０３）上の環状コンタクト（１２３）は、電気スイベル（１２４）に接続されている。このスイベルは、続いて、電源（図示せず）に接続されている。
【００７６】
マイクロデバイス（１０１）は、加熱されるそれぞれの微小空洞（１０２）に対して、１の熱接触領域（１２５）を含む。この熱接触領域（１２５）は、微小空洞（１０２）に覆われた塊として定義され、微小空洞（２０２）とマイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間に配置される。同様に、加熱サポート（１０４）は、マイクロデバイス（１０１）の加熱される各微小空洞（１０２）に対する、１つの熱接触領域（１２６）を含む。この熱接触領域（１２６）は、加熱サポート（１０４）中の部分的な塊として定義され、加熱サポート（１０４）は、適当に位置合わせされたマイクロデバイス（１０１）により、加熱要素（１２０）の上に並置された微小空洞（１０２）により覆われる。加熱サポートの熱接触領域（１２６）は、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）から加熱要素（１２０）まで延びる。加熱サポート（１０４）は、パターン加熱に適応される。これは、微小空洞（１０２）が、２つの加熱要素も間の加熱サポートの一部（１２７）と加熱要素の上部の部分（１２８）とを覆うという事実から明らかである。
【００７７】
図１は、また、微小導管（１０２）が、好適には直接的または間接的に周囲の環境と接続された、内方に向かうマイクロ導管（１３８）に接続されることを示す。マイクロデバイス（１０１）を有する加熱サポート（１０４）の回転と加熱の間、マイクロ導管（１３８）は、蒸発による液体の爆発および／または損失のリスクを伴う過圧を効果的に防止うるコンデンサとして働く。
【００７８】
加熱サポート（１０４）とマイクロデバイス（１０１）の双方は、プラスチックから形成され、６０ｍｍの直径、および１．２ｍｍの厚さを有する。加熱要素（１１７）は、中心から４０−５０ｍｍの間に配置される。
【００７９】
図２は、円形の加熱サポート（２０４）を下方から見たものあり、この変形ではコンタクトサイド（２１１）と同軸であるサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（２１０）の上に、放射状および環状のサブ加圧溝（２１８、２１９）を有する。周辺（２２９）の近くで、サブ加圧溝（２１８、２１９）を載せる表面部分の外部に、マイクロデバイス（１０１）のサポート面Ｓｓｕｐ（２１０）とコンタクトサイドＳｄｅｖ（２０９）との間の気密性のあるシールを得るのを助けるために、平坦な環状ゾーン（２３０）が設けられている。環状ゾーン（２３０、即ち、図１の１３０）は、好適には弾力があり、サブ加圧システムの一部では無い、環状溝（図示せず）中に配置される、環状のシール要素（図示せず）を含んでも良い。サポート面Ｓｓｕｐに対向するサイドの上には、図１ａに示す回転部分（１０３）上のｅｌスイベル（１２４）に接続されるワイヤを備えた、電気円形加熱要素（２２０）がある。図２は、キャリア（１０３、＝回転部材）中の導管システム（１１６）と、加熱サポート（２０４）中のサブ加圧溝（２１８、２１９）との間のサブ加圧結合用の、チャネルシステム（２１７）の存在が記載されている。対称軸（２０６）や好適なスピン軸（２０５）は、サポート（２０４）の中心を通る。
【００８０】
図３は、円形の加熱サポート上に配置された円形のマイクロデバイスの上層の、環状ゾーンで得られる均一な温度を示す。加熱サポートの半分（その中心から周囲）が、線（３３２）と線（３３３）との間にある。マイクロデバイスの半分（その中心から周囲）が、線（３３２）と線（３３４）との間にある。線（３３２）は、ＳｓｕｐとＳｄｅｖとが相互に接触していることを示す。ｙ軸は、加熱サポートの低いサイドからのメータで表された距離であり、ｘ軸は、マイクロデバイス／加熱サポートの中心からのメータで表された距離である。垂直の線（３３５）はマイクロデバイス／加熱サポートの中心に対応する。図１−２に示された加熱サポートのように、５つの円形加熱要素（３２０ａ、ｂ..）が存在する。不規則な線（３３６ａ、ｂ、ｃ..）は等温線であり、一番外側の等温線が＋７０℃を示し、最も内側の等温線が＋１３０℃またはそれ以上を示す。等温線は、マイクロデバイスには加熱された局所領域を有するとともに、通常、微細空洞が配置される位置で、即ち、加熱要素の位置にまっすぐ対向するマイクロデバイスの面で、十分な温度勾配を有することを示す。
【００８１】
本発明の所定の革新的な範囲は、添付される請求項によりより詳細に規定される。本発明およびその長所については詳細に述べてきたが、多くの変形、代用、および改変は、添付の請求項により規定されるような本発明の精神や範囲から離れることなく、行うことができる。更に、本発明の範囲は、明細書に記載されたプロセス、機械、製造、物質の混合、手段、方法、および工程の特別な具体例に限定されることを意図するものではない。この分野における当業者は、本発明の記載から、ここに存在するまたはのちに開発されたここの記載された具体例に対応するのと実質的に同じ機能を有し実質的に同じ結果が得られるプロセス、機械、製造、物質の混合、手段、方法、または工程が本発明に従って用いられることを正しき認識すべきである。従って、添付された請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、物質の混合、手段、方法、または工程を、その範囲内に含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１ａ】図２に示される型の円形加熱サポートと円形マイクロデバイスがスピナーの回転部材（キャリア）上に載置された革新的な配置の変形を示す。マイクロデバイスと加熱サポートの対称軸と共通の回転軸を通る面を通るものである。面は、図２のＡ−Ａ線で示される。
【図１ｂ】図１ａの取り囲み部の拡張された断面図である。
【図２】対称軸と円形加熱要素を有する円形で透明な加熱サポートを示す。
【図３】シミュレーション実験で得られた温度勾配を示す。図は、図１ａと同じ面を通る側面である。 ３桁の参照番号のうち、最初の番号は、関連する図に関する。他の２桁は、特別な項目に関する。異なった図面における対応する項目は、末尾２桁が同じ参照番号となっている。
【符号の説明】
【００８３】
１０１ マイクロデバイス、１０２ 微小空洞、１０４ 加熱サポート、１０８ デバイスコンタクト面（Ｓｄｅｖ）、１１０ サポートコンタクト面（Ｓｓｕｐ）、１１３〜１１９ サブ加熱システム、１２０ 加熱要素．
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロデバイスの１、２、３、又はそれ以上の微小空洞中にある局所加熱液のアレンジメント及び／又はその方法に関する。本発明は、また、高温の微小空洞中で液体のアリコートが行われる工程、あるいは、その工程に続く、温度が下げられ、または更に上げられる工程を含むプロセスプロトコルを行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスの微小空洞に存在する、液体アリコートの加熱に使用できる加熱要素は、マイクロデバイス中に、微小空洞に非常に接近して配置されるべきだと言われてきた。そのような加熱要素は、有用な電気加熱、放射線吸収、又は他の手段を有する。例えば、WO 9322058（Univ. of Penn）、WO 0146465(Gyros AB)、WO 0241997(Gyros AB)、WO 0241998(Gyros AB)参照。分離されたデバイス（加熱サポート）上に加熱要素を配置するために、加熱中はマイクロデバイスと熱的に接触し、微小空洞が加熱されるべきだと提案されている。例えば、WO 0078455(Gamera/Tecan)参照。加熱状態で行われた反応工程（高温工程）後の液体アリコートの冷却は、デバイス中で及び／又は周囲の環境で内部に放出することにより達成される。周囲の環境への熱伝導は、例えば、デバイスを回転させる、デバイスの表面に圧縮空気を向ける等、冷却気流をデバイスの表面上を通すことにより行われる。
【０００３】
マイクロデバイス中で、加熱される物体に非常に近くにある加熱要素は、高い効果があると知られているが、もし使用されるマイクロデバイスが使い捨てとして使用されるのであれば、製造コストは容認できない。位置の代替え品は、加熱中にデバイスと直接接触するように配置される分離された加熱サポートである。例えば、WO 0078455(Gamera/Tecan)参照。この解決は、熱伝導が非効率となる危険性を増加させる。例えば、多くに例における分離された加熱サポートは、加熱要素が微小空洞と同じデバイス上にある場合に比較して、より大きな質量や体積を必要とする。換言すれば、分離得された加熱サポートは、暖かい液体を急冷するとの要求には反することとなる。熱サイクル工程を含むプロセスプロトコルは、疑わしくなる。マイクロデバイス中で、液体の微細な体積を加熱するために、改良が望まれる。
【０００４】
マイクロデバイス中で、微小空洞の効果的な部分加熱を行うために、以下のことが重要である。
ａ）微小空洞中にある液体アリコートを横切る十分な温度勾配による均一加熱および／または均一冷却、
ｂ）加熱中の低い空洞間のばらつき、
ｃ）隣り合った微小空洞の間の、低い望まない熱輸送、
ｄ）マイクロデバイスのバルク材料（一般には微小空洞の間）の最小加熱、
ｅ）周囲の環境温度の上昇防止等。
プロセスプロトコルが、例えば２又はそれ以上の加熱、冷却サイクルを有するような熱サイクルを含む場合に、これらの原則の多くが特に重要である。それらの原則に関係する問題は、体積がより小さくなった場合に、しばしばより目立つ。例えば、ナノリットル（ｎｌ）フォーマットに入るように、マイクロリットル（μｌ）フォーマット中で小さくなる場合である。マイクロデバイス上で微小空洞が高密度で集積された場合、問題は容易により重要になる。
【目的】
【０００５】
本発明の目的は、本発明の多くの態様の改良に関する。特に、改良は、上述の問題を小さくする、および／または上述の原則の実行を容易にすることに関する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様は、１又はそれ以上の液体アリコートを加熱するための配置である。それらのそれぞれは、１、２、３、又はそれ以上の微小空洞（１０２）を含むマイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）に存在する。マイクロデバイス（１０１）は、所定の具体例で、加熱アレンジメントの一部でも良い。
【０００７】
最も広義には、アレンジメントの特徴は、
ａ）コンタクト面（Ｓｓｕｐ）（１１０、サポートコンタクト面）を含む１面（コンタクトサイド）を有する分離された加熱サポート（１０４）と、
ｂ）加熱される液体アリコートが存在しうる微小空洞（１０２）と、マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）に準備状態で配置された場合に、Ｓｓｕｐ（１１０）と対向するコンタクト面（Ｓｄｅｖ）（１０８、デバイスコンタクト面）と、を含むマイクロデバイス（１０１）と、
ｃ）好ましくはＳｓｕｂ（１１０）を備えたコンタクトサイド（１１１）に減圧を与え、Ｓｄｅｖ（１０８）を介してＳｓｕｐ（１１０）にマイクロデバイス（１０１）を保持するための加熱サポートサブ加圧システム（１１３−１１９）と、
を含む。
【０００８】
加熱サポート（１０４）は、例えば、加熱サポート上に適当に配置されたマイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）と調和する、１又はそれ以上の加熱要素（１２０ａ、ｂ..）を含む加熱システム（１２０−１２４）を一般には含む。このテキスト中の「調和」、「適当に配置された」の用語は、マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）上に保持され、加熱要素（１２０ａ、ｂ..）が加熱された場合に、熱が加熱サポート（１０４）からマイクロデバイス（１０１）と、マイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）に存在しうる液体アリコートに伝えられることを意味する。熱伝導は、主にＳｓｕｐ（１１０）からＳｄｅｖ（１０８）に伝わる。これは、液体アリコートが微小空洞に配置される前に、微小空洞（１０２）を加熱することを含む。
【０００９】
サブ加熱システム（１１３−１１９）は、加熱サポート（１０４）とマイクロデバイス（１０１）との間の、好ましくは、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）とデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間の、サブ加熱空間（１１８、１１９）で減圧を形成する。
【００１０】
本発明の他の主な形態は、この種類のアレンジメントを使用し、加熱方法、加熱工程を含むプロトコルを実行する方法に関する。
【００１１】
マイクロデバイス（１０１）の微小空洞（１０２）は、コンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）を横切ってマイクロデバイス中で分配される。１又はそれ以上で、全部までの微小空洞（１０２）は、好適には、デバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）から等距離にある。所定の変形では、マイクロデバイスは、微小空洞とデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間の距離が、同じグループの微小空洞に対しては同じであるが、異なるグループの微小空洞に対しては異なる。微小空洞の１のグループは、１、２、又はそれ以上の微小空洞を含む。
【００１２】
サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と、デバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）とは、一般に同じ大きさと形であり、マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）上に配置された場合に、互いに熱接触する。
【００１３】
Ｓｓｕｐ（１１０）は、一般に、サポートの実際のコンタクトサイド（１１１）の一部を占める。Ｓｄｅｖ（１０８）は、一般に、マイクロデバイス（１０１）の実際のコンタクトサイド（１０９）と同軸である。
【００１４】
それぞれの微小空洞（１０２）は、加熱要素（１２０）と加熱サポート（１０４）の上に適当に配置された微小空洞（１０２）との間の塊である熱コンタクト領域（１２５プラス１２６）と結合する。図１ｂ参照。好ましい配置は、微小空洞が、１又はそれ以上の加熱要素の少なくとも一部を覆う場合（互いの関係で、微小空洞と加熱要素との近接配置）を含む。マイクロデバイス（１０１）の上に存在する熱コンタクト領域に部分（１２５）は、微小空洞（１０２）により覆われ、微小空洞からデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に延びるマイクロデバイス（１０１）の部分（塊）として定義される。熱コンタクト領域の残りの部分がもしあれば、熱サポート（１０４）上に存在し、微小空洞（１０２）により覆われ、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）から加熱要素（１２０）に延びる熱サポート（１０４）の部分（塊）として定義される。微小空洞（１０２）は、Ｓｓｕｐ（１１０）から異なった距離にある加熱要素を覆っても良く、加熱要素（１２０）を覆わない微小空洞／熱コンタクト領域の一部（１２７）（図１ｂ）があっても良い。これらの場合、熱コンタクト領域（１２６）は、Ｓｓｕｐ（１１０）から遠くに離れた加熱要素（１２０）のレベルまで下方に延びる。下部は比較パターン加熱である。
【００１５】
微小空洞の大きさ、形状、および分布が異なったマイクロデバイス用を意図する所定の加熱サポートに対して、熱コンタクト領域は、その瞬間に使用される特別なマイクロデバイスに応じて変化する。
【発明の詳細な記載】
【００１６】
サブ加圧システム
サブ加圧システムは、一般には３つのメイン部分を含む。
ａ）浅い構造（１１８、１１９）と、通常加熱サポート（１０４）の外側にあるサブ加熱システムの部分（１１３−１１６）との間でサブ加熱結合する、加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）の浅い構造（凹んだ部分：リセス）（１１８、１１９）と加熱サポート（１０４）中のチャネルシステム（１１７）。浅い構造は、好適には、Ｓｓｕｐ（１１０）中に存在する。それらは、代わりに、デバイスコンタクトサイド（１０９）中にあり、特にデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に存在しても良い。
ｂ）一般には加熱サポート（１０４）まで外方に延びるサブ加圧源（１１３）。
ｃ）サブ加圧源（１１３）と加熱サポート（１０４）上に存在するサブ加圧システムの一部との間の接続（１１４−１１６）。これらの接続は、加圧サポート（１０４）のためにキャリア（１０３）中に存在し、サブ加熱を加熱サポート（１０４）に関連づけるために使用される導管システム（１１６）を含む。この導管システム（１１６）は、次に、チューブや囲まれたチャネル等のような、１又はそれ以上の外部サブ加圧導管（１１４）を介して、サブ加圧源（１１３）に接続されても良い。
【００１７】
マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）に配置された場合、サブ加圧システムの凹んだ部分（１１８、１１９）は、囲まれたサブ加圧空間（１１８、１１９）を形成する。凹んだ部分（１１８、１１９）は、それぞれの微小空洞（１０２）が加熱された状態で、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）とデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間の、均一接着および／または熱接触を本質的に支持するように設計される。
【００１８】
サブ加圧システムの凹んだ部分（１１８、１１９）は、ウエル、および／または窪み、および／または覆われない溝を含んでも良い。ウエル形状の凹んだ部分は、円、楕円、覆いのない、豆状、多角形等の形状を有しても良い。一般的な多角形は、三角形、矩形、五角形、六角形等である。溝状の凹んだ部分や、そうでなければ他の囲まれた窪みやへこみは、直線、湾曲、弧型、円形、角のある形状等でよい。
【００１９】
凹んだ部分は、一般的にはＳｄｅｖ（１０８）とＳｓｕｐ（１１０）のそれぞれの、コンタクトサイド（１０９、１１１）の１又は双方の中の、組織された、又は無作為のパターンに分散させても良い。凹んだ部分のシステムは、このように、多数の同心円の円形溝（１１９）、および／または、互いに平行であったり角度を有したりする、多数のまっすぐな溝（１１８）であっても良い。まっすぐな溝を含む、一般的なアレンジメントは、スパイクアレンジメントである。これは一般に、１、２、又はそれ以上のスパイク（１１８）（半径方向の溝）を含む。スパイクアレンジメントでは、スパイクは、中心点又は中心から所定の距離離れた点から始まる。円形溝（１１９）の場合、溝の数は、一般に、１、２、３、４、又はそれ以上である。直線（１１８）と円形（１１９）の双方の溝が存在する場合、それらは互いに横切り、例えばスパイクアレンジメントでは、それらは１、２、又はそれ以上の、スパイクの中心と同軸の中心を有する同心円の円形溝（１１９）でも良い。スパイクと円形アレンジメントは、アレンジメントが円全体の一部のみ、即ち、扇型のスパイクアレンジメントを覆うアレンジメントを含む。スパイクアレンジメントは、図２に示される。
【００２０】
スパイクアレンジメントは、またいわゆる開いたスパイク、即ち、本質的に平行で、アレンジメントの中心に対して内部位置から外部位置に向かう（本質的に半径方向）、円弧状スパイクを含む。
【００２１】
窪みの他の種類は、削り、ブラスト等により得られる表面おりあわせを含む。このテキストにおけるブラストは、例えば、ガラスブラストやサンドブラストを含む。
【００２２】
好ましい具体例では、マイクロデバイス（１０１）のＳｄｅｖ（１０８）の平坦な部分（１３０）、および／または加熱サポート（１０４）のＳｓｕｐ（１１０）が、サブ加圧窪みとして欠け、サブ加圧システムの全ての窪み（１１８、１１９）やそのような窪みの部分を完全に囲む。このような平坦な部分の存在は、マイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）と、加熱サポート（１０４）のコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）との間の気密シール接触を確実にするのを助ける。
【００２３】
このような締め付け部分は、所定の好ましい変形では、サブ加圧システム又はそのような部分の集合部分の凹んだ部分を囲む締め付け弾性シール要素と、平行に配置されるか又はこれを含む。そのようなシール要素は、一般には、サブ加圧システムの凹んだ部分を囲む分離された凹部（シール要素凹部）に配置される。シール要素凹部の深さと幅と、シール要素の寸法は互いに一致し、サポート表面Ｓｓｕｐ（１１０）の非凹部部分と、マイクロデバイスのコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）とのの間で、固い接触が得られる。シール要素とシール要素凹部は、図示されていない。
【００２４】
サブ加圧システムの窪み部分（１１８、１１９）の深さは、一般に加熱サポートの厚みの半分より小さい。殆どの場合、これは、例えば５０００μｍ以下、１０００μｍ以下、５００μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下のようなμｍレンジの深さを意味する。単体の溝やウエルの深さを実際に形成するため配慮は、一般に１０μｍ以上である。深さは、凹部の間および／または凹部の内部で変化する。
【００２５】
窪み部分の適当な分布や設計は、WO 03025549(Gyro AB)やWO 03024596(Gyro AB)に記載されている。
【００２６】
マイクロデバイスの加熱中に、マイクロデバイスをサポート面Ｓｓｕｐに保持できる十分なサブ加圧をサブ加圧システム中に形成できる限り、従来のサブ加圧源を使用することができる。これは、一般には、０．５バール以下、または０．１バール以下、または０．０１バール以下、または０．０５バール以下のような０．９バール以下、即ち０．００１バールから０．９５０バールを意味する。圧力の数字は、絶対圧力である。
【００２７】
加熱サポート中に囲まれたチャネルシステムは、比較的短い。
【００２８】
加熱システム
加熱サポート（１０４）は、１又は複数の加熱要素（１２０）と、サポート（１０４）の上に配置されるマイクロデバイス（１０１）上の各微小空洞（１０２）のための一般には１つの熱コンタクト領域（１２６）とを含む。他の部分は、加熱要素（１２０）および／または外部電源の間の電気接続（２３７）である。
【００２９】
加熱要素（１２０）は、マイクロデバイス（１０１）の、加圧される全ての微小空洞（１０２）が、１又はそれ以上の加熱要素（１２０）の少なくとの一部に近い位置となるように配置される。
加熱要素は、以下のようにその温度を上昇させるタイプである。
ａ）例えば、可視光、ＵＶ、ＩＲ、ラジオ波、マイクロ波、電子、γ輻射等を用いた輻射、
ｂ）要素を通る電流の移動、
ｃ）例えば、温水や、温風のような流れる加熱流体を介するような、外部加熱源と要素との物理的な接触、および、
ｄ）発熱反応の実行。
【００３０】
マイクロデバイス中に存在する液体アリコートの加圧に予め使用された原則的な加熱要素を用いても良い。例えば、WO 9322058(Univ. of Penn)、WO 0146465(Gyro AB)、WO 9853311(Gamera Biosciences/Tecan)、WO 0078455(Gamera Biosciences/Tecan)、WO 0241997(Gyro AB)、WO 0241998(Gyro AB)参照。
【００３１】
出願時における好ましい加熱要素は、例えば、i)通過電流、又はii)輻射の吸着のように、要素中の熱がその中で形成されるものから選択される。
【００３２】
加熱要素のタイプは、ｉ）高い抵抗の導電性材料を一般に含む。加熱要素は、互いに、および／または電源に、例えば、低抵抗の導電性材料を含む、加熱要素に比較してほんの僅かの熱放出ができる１又はそれ以上の接続部で接続される。電気加熱要素（１２０）の間の接続は、加熱要素の設計および／または位置に依存して、加熱サポート（１０４）の外部又は内部に配置される。一般的な加熱要素やその接続部は、導電性材料からなるワイヤ（１２０ａ、ｂ、...、１２２、２３７）を含む。加熱要素および／またはその接続部は、例えば、適当な寸法、導電性、および抵抗の分離形成されたワイヤのように、加熱サポートのバルクから分離して形成されても良い。代わりに、電気加熱要素が、その製造中にサポートの上に形成されてもよい。例えば、加熱要素のために高抵抗の導電性インクや粉が適用され、電気接続／ワイヤのために低抵抗の導電性インクや粉が適用される。インク／粉の適用は、一般に、スプレー、ペイント、プリント、スタンプ等により行われる。インク／粉タイプの電気加熱要素は、予め形成されたワイヤタイプに組み合わされても良く、また逆でも良い。上記およびこの明細書の他の場所における「インク又は粉」の用語は、ペイント、および既存の技術により適用できる他の材料の形態を含む。
【００３３】
電気加熱要素は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）中に存在し、加熱サポート（１０４）の本体に囲まれても良く、および／またはより好適にはサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向する加熱サポート（１０４）のサイドに配置される。
【００３４】
加熱要素が、加熱サポートの表面上に配置される場合、例えば、コンタクト面Ｓｓｕｐの上や加熱サポートの対向面の上のような、サポートの面上に直接配置されても良い。加熱サポートの表面に配置された加熱要素は、一般には、加熱要素および／またはその接続を完全にまたは部分的に含む面内の凹部（１２１ａ、ｂ..）中に配置される。
【００３５】
他の好適な加熱原理によれば、加熱要素は、加熱サポート中で加熱するための輻射の流入を変形させることができる、材料の混合により定義される。一般には、この材料と影響するように用いられる輻射は、例えば光のような、輻射の吸着である。輻射としての潜在的な候補は、異なったタイプの光である。例えば、赤外（ＩＲ）、紫外（ＵＶ）、可視光等、マイクロ波、ラジオ波、ガンマ線、電子線等である。光は、レーザ光や広帯域光のような、単色光でも良い。この種類の加熱要素を決めるのに、２つの主なサブグループがある。
１）定められた部分領域（加熱要素）内で輻射と影響しあう材料を含む加熱サポート。それらの領域外では、そのような材料および／または影響は本質的に存在しない。部分領域は、選択的な輻射により加熱される。
２）例えば、材料から形成されたような、広くない領域で輻射と影響する材料を含む加熱サポート。限定された領域にのみ直接輻射することにより、その部分領域のみ加熱され、本発明の加熱要素として機能する。部分領域への輻射は、穴の空いた適当なマスクを用い、輻射源と加熱サポートとの間にマスクを配置することにより、又は、輻射源の光学系中または加熱サポートと輻射源との間の適当な他の限定手段を含むことにより、達成される。例えば、WO 0241997(Gyros AB)およびWO 0241998(Gyros AB)を参照。
【００３６】
意図する輻射と影響しあう材料は、製造中に加熱サポートに混入されても良い。これは、１又はそれ以上の明瞭な層、および／または部分領域中の表面層として適用しても良い。表面層を適用する有用な技術は、部分的に限定された領域、またはサポート面Ｓｓｕｐの全面にインクまたは粉として材料をプリント、ペイント、スプレー、又はスタンプする方法、または同じ方法を加熱サポートの対向面に行う方法を含む。例えば、WO 0241997(Gyros AB)およびWO 0241998(Gyros AB)を参照。
【００３７】
輻射のビーム経路は、一般に、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサイドから加熱サポート（１０４）に向かう方向である。輻射は、代わりに側面を通って加熱サポートに入射しても良い。例えば、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向する面に対して角度を有する側面（例えば９０°（エッジ側））を通って、又はサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）を含む側面を通って、である。
【００３８】
ある変形では、加熱要素に到達する前に、輻射が、加熱サポートおよび／またはマイクロデバイスを通過しなければならないように、加熱要素が配置される。この変形では、加熱要素中、および／またはマイクロデバイス中のバルク材料を、輻射にさらし、加熱要素中より他の部分の熱放出が殆どないようにすることが重要である。
【００３９】
加熱は、通常、液体で満たされた微小空洞（１０２）を横切って十分な温度勾配を有するようになる。これは、微小空洞（１０２）の異なった部分で、反応速度が十分に異なることを意味する。それ故に、ＸＹ面（即ち、コンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）とＳｓｕｐ（１１０）に平行な面）および／または液体で満たされた微小空洞（１０２）のＹ面（深さ）で、実質的にゼロ又は非常に平坦な温度勾配を有するように配置できる特徴がある。「実質的にゼロ」、「非常に平坦な温度勾配」の用語は、温度上昇の時間、微小空洞で起きるプロセスや反応のための温度変化にとって許容しうる温度分布を意味する。多くのプロセスや反応にとって、微小空洞の許容できる温度分布は、微小空洞に関する微小流体装置の厚みを横切る温度分布において、最大２５％、または最大１０％、または最大５％のように、大きくとも５０％の温度分布と信じられている。多くのプロセスや反応にとって好ましい微小空洞を横切る温度分布は、５℃以内または１℃以内のように、１０℃以内である。（℃と同じようにパーセントによる）分布は、ＸＹ面および／またはＺ方向（深さ）に適用される。
【００４０】
ゼロに近いか非常に平坦な温度分布は、いわゆる個々の微小空洞（１０２）のパターン加熱により達成される。例えば、WO 0241997(Gyros AB)およびWO 0241998(Gyros AB)を参照。本発明の文中におけるパターン加熱は、加熱サポートの特別な熱接触領域と関係する加熱要素が、低い昇温の所定位置と、熱接触領域の加熱要素のレベルのより高い昇温の所定位置とを形成するように配置されることにより行われる。熱接触領域の加熱要素および／または材料を適当に配置することにより、より高い温度との接触がより低い温度のリスクのある微小空洞の部分を手当し、より低い温度との接触がより高い温度のリスクのある微小空洞の部分を手当する。電気加熱と輻射による加熱は、微小空洞のパターン加熱に特に良く用いられる。
【００４１】
パターン加熱を行うために、各熱接触領域／微小空洞（１２５、１２６／１０２）と組み合わされた少なくとも１つの加熱要素が必要であり、好ましくは、２またはそれ以上の、各熱接触領域と組み合わされた分離された加熱要素が必要である。
【００４２】
１の変形では、パターン加熱が、少なくとも加熱要素の一部を覆う１又はそれ以上の部分と、加熱要素を覆わない１又はそれ以上の部分を含むＸＹ面中の熱接触領域／微小空洞を備える。微小空洞（１０２）により熱接触領域が定義される比較図１ｂは、加熱要素（１２０ｃ）の直上に配置された部分（１２８）と、隣り合う２つの加熱要素（１２０ｃおよびｄ）に間の領域の直上の配置された部分（１２７）とを有する。
【００４３】
パターン加熱は、このように、同じ又は異なった幅の、複数の同心円状の加熱要素、または微小空洞に対して、円周上の点や多角形の形状の加熱要素を用いて行われる。円周上の点は円形である。一般的な多角形は、三角、矩形等である。WO 0241998(Gyros AB)の図３、４、５、５、７、および８を参照。加熱要素が熱接触領域（ＸＹ面）の一部のみを覆う場合、または、例えば、コイルまたは蛇状のようなジグザグに熱接触領域に入ったり出たりする不規則である場合、１つの加熱要素が、パターン加熱に有用である。
【００４４】
パターン加熱は、また熱接触領域（即ちＸＹ面）で異なった熱伝導の材料を加えることによっても達成される。この変形では、加熱要素を全く覆わない熱接触領域の部分を避ける必要はない。
【００４５】
パターン加熱の他の変形では、加熱サポートが、チャネル、および／または加熱サポートの熱接触領域を横切るおよび／またはその一部である空洞を含む。これらのチャネルと空洞は、設接触領域中の熱輸送の分布を減らし、パターン加熱を支持する。チャネルまたは空洞がサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）中に配置された場合、これらは、マイクロデバイスがサポート上に加熱のために配置された時に覆われる、覆われていない凹部の形態を有する。それらのチャネルまたは凹部は、サブ加圧システムの一部であってもなくても良い。
【００４６】
加熱サポートの全体設計
加熱サポート（１０４）は一般にはプレートであり、以下の、
１）上述の加熱機能（１２０）、
２）好適には上述のサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）を備えた加熱サポート（１０４）のコンタクトサイド（１１１）にある浅い構成／凹部（１１８、１１９）、および
３）浅い構成（１１８、１１９）の少なくとも一部にサブ加圧を与えるサブ加圧源（１１３）に接続された覆われたチャネルシステム（１１７）を含む。
代わりに、浅い構造／凹部は、マイクロデバイス（１０１）のコンタクトサイド（１０９）、特にデバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に存在しても良い。
【００４７】
サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）は、一般に、上述の凹部（１１８、１１９）を除いて実質的に平坦である。サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が、例えば凸状または凹状に湾曲し、反転した湾曲がマイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）に存在し、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）の上に配置されるような変形は、考えられるであろう。また、マイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）が載る平坦な上面を有する突起部をサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が提供する構成も考えられるであろう。後者の変形例では、突起部の間に空間が、サブ加圧システムの浅い構成に対応する。代わりに、サブ加圧システムに接続される浅い構成は、突起部の上面に配置される。双方の変形例において、突起部の間の空間は、マイクロデバイスの個々の微小空洞の局所的な加熱を助け、加熱後の速くて効率のよい冷却を確実にする。
【００４８】
サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が突起部を含む変形において、各加熱要素は少なくとも１つの突起部と結合する。マイクロデバイスが、そのような加熱サポート上に適当に配置された場合、加熱される各空間は、加熱要素と結合した突起部と結合する。そのような突起部は、加熱サポートの熱接触領域の一部である。突起部は、加熱要素を含んでも良い。
【００４９】
プレート状の加熱サポートは、一般に、熱容量を低くするために比較的薄い。低い熱容量は、例えば熱サイクルのような、急冷に続く加熱を含むプロセスプロトコルをマイクロデバイスに行う場合に重要になる。それ故に、プレートの厚みは、１０ｄ以上、または５０ｄ以上のように２ｄ以上であり、かつ１０００ｄ以下、または５００ｄ以下のように２０００ｄ以下である。ここでｄはプレートの凹部の最も深い深さである。一般に、加熱サポートは、加熱サポートのバルク材料の物理的特性のような要素に依存して、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲から選択される。
【００５０】
加熱サポートは、特にプレート形状の場合は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）を含むコンタクトサイド（１１１）に垂直な対称軸（Ｃｎ）（１０６）を含む。ｎは、例えば３または４または５または６または、８以上、１０以上のような、それより大きい整数である、２以上の整数であり、円形（ｎが無限大の場合）を含む。
【００５１】
好適な変形では、加熱サポートは加熱サポートを回転させるスピナアレンジメントの回転部材（１０３）の上に保持される。好適な変形では、スピナアレンジメントの回転軸（１０５）は、加熱サポート（１０４）の対称軸（１０６）と一致する。加熱サポート（１０４）の回転は、加熱サポート（１０４）と、サポート上に配置されたマイクロでバイス（１０１）の急冷を助ける。回転は、加熱速度を制御し、マイクロデバイスの加熱される全ての微小空洞を実質的に同じ温度にし、過熱を起こりにくくする等の助けとなる。過熱サポートの対称軸（１０６）と一致するスピン軸（１０５）の周囲での回転に基づく変形では、ｎは、好適には６以上で、最適には円形状（ｎが無限大）である。
【００５２】
適当なスピナの変形では、サブ加圧システムの回転部分（１０３）が、接触なし、またはサブ加圧システムのジャーナル部分に対して回転するように接触して配置される。サブ加圧システムは、シールされた、およびシールされない、回転の表面とスピナアレンジメントの静止部分との間で、サブ加圧接続（１１５）を介して接続されても良い。これは、多様なスイベル設計（１１５）を含む。
【００５３】
サブ加圧をスピナの回転部分に接続させる所定のアレンジメントは、WO 03024596(Gyros AB)およびWO 03025549(Gyros AB)に記載されている。また、本明細書の実験部分も参照。
【００５４】
加熱サポートのバルク材料で最も有用なのはプラスチックである。なぜならば、低い熱容量と低い熱伝導を有し、部分加熱要素の周囲での部分加熱および冷却を支持するからである。電気加熱要素が従来のプラスチックに混合されることは、電気的に実質的に非導電性となる利点を有する。
【００５５】
加熱サポートは、一般に、プレート（１０４）（加熱サポート）のチャネルシステム（１１７）と、サブ加圧システム（１１３）との間をサブ加圧接続するための導管（１１６、導管システム）を含むキャリア（１０３）に保持される。好適な変形では、キャリア（１０３）は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサイド上の加熱サポート（１０４）に取り付けられる。キャリア（１０３）と加熱サポート（１０４）との間の接触領域は、加熱サポートの断面積（サポート面Ｓｓｕｐ（ＸＹ面）に平行な面）に比較して小さくすべきである。一般に、この接触領域は、Ｓｓｕｐ（１１０）および／またはコンタクトサイド（１１１）の面積の、例えば２５％以下、又は１０％以下のように、５０％以下である。この比が小さくなるほど、加熱された部分、即ち加熱サポート（１０４）およびマイクロデバイス（１０１）の冷却が、より単純になる。急加熱および急冷、即ち、速い温度サイクルを含むプロトコルがマイクロデバイス中で行われる場合、これは特に重要である。加熱サポートが上述のように回転することを意図する場合、キャリア（１０３）は一般にはスピナの回転部材の一部である。
【００５６】
マイクロデバイス（１０１）
マイクロデバイスは、一般にはプレート（ディスク）状であり、反応物とともに液体アリコート又は小滴がその中で処理される、複数の微小空洞を取り囲む。反応物は、検出される不明な物質（検体）である。デバイス当たりの微小空洞の数は、一般には、２、３、またはそれ以上で、例えば１０以上、または２５以上または９０以上または１８０以上または２７０以上である。上限は、２０００又は３０００であろう。
【００５７】
好適なディスク状の変形は、ディスクに対して垂直な対称軸（Ｃｎ）（１０７）を有し、ここで、ｎは、２、３、４、５、６、またはそれ以上の整数であり、好ましくは１０以上の整数である。円形の変形（ｎが無限大の場合）も含む。円形の変形例は、扇形や、ディスク面に垂直な対称軸を有する他の変形を含む。
【００５８】
静的なマイクロデバイスは、マイクロチャネル内での移動無しに、微小空洞内で、液体アリコートが加えられ、処理される変形である。静的な変形における微小空洞は、一般に開いたウエル形状であり、即ち、例えばデバイスが、マイクロ滴定プレートを有する。本発明で静的なマイクロデバイスが使用された場合、蒸発による損失は重要ではないことが保証されるべきである。例えば、高温で行われる処理工程中では、適当なカバーが使用される。
【００５９】
微小流体デバイスは、プロトコルで使用される液体アリコートが使用されるマイクロチャネルの１又はそれ以上の導入ポートに出され、マイクロチャネル中の所定の位置の存在するサブ構造中に移動して処理される変形に属する。一般的なサブ構造は、導入ポート、反応微小空洞、混合微小空洞、検出微小空洞（しばしば、透明または周囲の環境に開いている）、放出ポート等である。導入ポートと放出ポートは、液体の導入又は排出のために、および／または周囲の環境の導入または排出（通気孔）のために使用される。
【００６０】
加熱される微小空洞（１０２）は、この分野で知られたように設計される。回転可能な微小流体デバイスにとって、内方に向かう加熱されない微小導管を有する微小空洞を備えることが好ましい。内方に向かう微小導管は、一般に、周囲の環境に、直接または間接に接続されている。微小空洞中で液体を加熱する間、この微小導管中で、部分的な蒸発や凝縮が起きる。回転は、凝縮物を、加熱された微小空洞中に再移動される。例えば、WO 0146465(Gyros AB)、WO 0241997(Gyros AB)、およびWO 0241998(Gyros AB)参照。
【００６１】
微小流体デバイスは、この分野で知られている。例えば、背景技術での議論／WO 02074438(Gyros AB)での開示参照。
【００６２】
回転可能なマイクロデバイスは、特に興味深い。主な理由は、加熱されたマイクロデバイスの冷却として回転は非常に有効な方法であるとともに、回転軸から同じ半径距離にある加熱された微小空洞の間で、非常に低い温度分布を得ることができるためである。回転される加熱サポートとついて、上ではどのように言われてきたかと比較すべきである。微小流体デバイスについては、追加の利点がある。例えば、内側の上流から外側の下流に延びる構造を有するマイクロチャネル構造を含むデバイスでは、回転軸の周りでデバイスを回転することにより部分の間で液体流が移動する。この文脈において、「内部」、「外部」は、内部部分が、外部部分より回転軸により近いことを意味する。回転軸が対称軸と同軸である変形は、WO 9721090(Gamera Bioscience)、WO 9807019(Gamera Bioscience)、WO 9853311(Gamera Bioscience)、WO 9955827(Gyros AB)、WO 9958245(Gyros AB)、WO 0025921(Gyros AB)、WO 0040750(Gyros AB)、WO 0056808(Gyros AB)、WO 0062042(Gyros AB)、WO 0102737(Gyros AB)、WO 0146465(Gyros AB)、WO 0147637(Gyros AB)、WO 0154810(Gyros AB)、WO 0147638(Gyros AB)、WO 02074438(Gyros AB)、WO 02075312(Gyros AB)、WO 02075775(Gyros AB)、およびWO 02075776(Gyros AB)に記載され、これらは参照されることによりここに含まれる。ここには、回転軸が、対称軸に対して同軸になる必要のない変形もある。
【００６３】
マイクロチャネル構造や微小空洞の数は、一般には１０以上である、例えば２５以上、または９０以上、または１８０以上、または２７０以上である。上限は、２０００または３０００である。
【００６４】
円形デバイスと本発明で使用される他のマイクロデバイスは、従来のＣＤの大きさの１％から５０００％までの範囲の大きさを有する。好適には、従来のＣＤの大きさおよび／または形状である。
【００６５】
微小空洞および加熱される液体アリコートは、一般にはμｌの大きさであり、好ましくはｎｌの大きさである。μｌの大きさは、１０００μｌ以下であり、例えば１００μｌ以下、または１０μｌ以下である。また、ｎｌの大きさは、５０００ｎｌ以下であり、好ましくは１０００ｎｌ以下であり、例えば１００ｎｌ以下、または１０ｎｌ以下である。もし、マイクロデバイスがマイクロ流体デバイスの場合、マイクロチャネル構造は、少なくとも１つの断面寸法が１０３μｍ以下、又は１０２μｍ以下、または１０１μｍ以下であることを意味するマイクロフォーマットの大きさである。
【００６６】
マイクロデバイスのバルク材料は、有機物または無機物である。適当な有機材料は、多くのタイプのプラスチックを含む。適当な無機材料は、シリコン、水晶等を含む。好ましい材料は、プラスチックの形態の有機プラスチックのような有機物である。マイクロデバイスのバルク材料は、熱伝導度が、０．０５−５０００ジュール／ｋｇｘ°Ｋであり、例えば０．５−４０００ジュール／ｋｇｘ°Ｋである。一般には加熱される微小空洞中では９５℃より低い温度で、マイクロデバイスのコンタクト面Ｓｄｅｖでは、それよりやや高い温度より低い温度（１２０℃以下で、例えば１１０℃以下または１００℃以下）である所望の温度に加熱された場合、変形しない材料を選択することが重要である。
好適なプラスチック材料は、この限界より少なくとも５℃、１０℃、２０℃又はそれ以上高い軟化温度を有するべきである。それらの一般的なガイドラインに適合した、フッ化モノマーをベースにするプラスチック、特にアルケン型は、良い候補である。好適な温度特性は、例えば１０３ｋｇ／ｍ３以上のような０．９ｘ１０３ｋｇ／ｍ３以上の範囲、および／または例えば１．４ｘ１０３ｋｇ／ｍ３以下のような２．５ｘ１０３ｋｇ／ｍ３以下の範囲の選択された密度を有するバルク材料中に多く見られる。
【００６７】
好適なマイクロ流体デバイスは、まず、複数の覆われていないマイクロチャネル構造を備えた面を１つのサイドに有する基板を提供し、続いて第２の構造（トップ又は蓋）でそれらの構造を覆うその後の工程で、形成される。WO 9116966(Pharmacia Biotech AB)およびWO 0154810(Gyro AB)、およびこれらの２つの刊行物で引用された刊行物を参照。基板の少なくとも１つは、例えば、重合した材料のようなプラスチック材料を含む。第１基板の覆われていない構造は、好ましくは、覆われていないマイクロチャネル構造の反転を含むマスター母材から、プラスチック材料の複製として形成される。
【００６８】
冷却手段
好適な変形では、革新的なアレンジメントは、また、加熱された微小空洞、マイクロデバイスの他の加熱された部分、および加熱サポートの加熱された部分を冷却するための手段を含む。好適な冷却手段は、加熱サポートの自由面、および／またはマイクロデバイスの自由面上を流れる空気流を形成するために、ジェネレータの組み込みを含む。原則的にこれは、Ｓｓｕｐ（１１０）を含むサイドに対向するサイド上の加熱サポート（１０４）上、および／またはＳｄｅｖ（１０９）を含むサイドに対向するサイド上の加熱サポート上に、空気流を流すことを意味する。冷却手段は、コンタクトサイド（１１１）、特にサポート面Ｓｓｕｐ（１１０）が、加熱サポートと突起部の上に配置されるマイクロデバイスの間を空冷できるように、マイクロデバイスがその上に保持される突起部を含む。
【００６９】
好適な空気流を形成するジェネレータ、一般には、加熱サポート、および／または上記パラグラフで説明したマイクロデバイスの表面上を通る圧縮された冷却空気または吸われた冷却空気である。この種類の流れは、アレンジメントの適当な面にファンを向けること等により、冷却される微小空洞を含むマイクロデバイスを搭載する加熱サポートを回転することにより形成される。より複雑な手段としては、加熱サポート中に、例えば、液体または気体のような冷却流体のための導管の形で、冷却手段を組み込むことである、
【００７０】
本発明の方法の範囲
本発明の範囲は、温度サイクルを含む加熱工程および／または（もし存在するのであれば）冷却工程のための発明のアレンジメントを用いることとをも沿い他、先になされた加熱とプロセスプロトコルを含む。
【００７１】
プロセスプロトコル
関連するプロセスプロトコルは、一般に、分析的、準備的、または人工的な目的を有する。第１は、一般に、生物学や化学のような自然科学であり、医学、診断学、動物学、化学、生化学、有機化学、無機化学、分析化学、分子生物学、微生物学、職業上の健康、環境の研究等を有する。
【００７２】
革新的なアレンジメントで使用されるプロセスプロトコルは、高い温度において行わる少なくとも１つの工程を含む。この少なくとも１つの工程は、２又はそれ以上の液体の混合、１、２、又はそれ以上の反応物の間の反応、バルク液体から所望の又は望まない１又はそれ以上の化合物を分離するための分離、プロトコル、反応、混合、分離等の結果ｎお検出、から選択された少なくとも１つの工程である。
【００７３】
特別な工程に対する「高い温度」の用語は環境温度より高い温度、即ち、マイクロデバイスの周囲の温度より高いような温度で、工程が行われることを意味する。マイクロデバイスの特別な微小空洞の温度は、特別なプロトコルの異なった工程により変化する。温度の変化は、プロセスプロトコルが熱サイクルである場合のサイクルであっても良い。最も簡単な温度サイクルプロトコルは、１つだけのサイクル、即ち、１又はそれ以上の工程（高温工程）で、最初に温度が上げられ、続いて、１又はそれ以上の続く工程（低温工程）で、温度が下げられるサイクルを含む。一般的な温度サイクルプロトコルは、２又はそれ以上のサイクルを含み、これは、通常は同じ反応や処置を２回、３回等繰り返すことを意味し、処理サイクル生成物が、続くサイクルの出発基板になったり、異なったサイクルの対応する反応物が同じおよび／または類似しているといった主な違いを有する。
【００７４】
マイクロデバイスの微小空洞中で行われる一般的な反応は、酸素の反応、親和的な反応等から選択される。反応は、微小空洞中に含まれる固相への親和滴な吸着、または酸素によるシステムの１又はそれ以上の固相結合部材と、同じシステムの１又はそれ以上の溶解する部材との反応を含む同質または異種反応である。多くの反応が、分離、線上、および／または検出工程のような、他の中間の工程とともに、連続して行われても良い。プロトコルは、例えば酸素とその基板との間の、１またはそれ以上の酸素関連工程のような連続した工程や、吸着相対物等の間の１またはそれ以上の吸着反応を含む。プロトコルは、同種の反応を含む１又はそれ以上の工程、および／または固相結合反応物と溶解反応との間の異種反応を含む１またはそれ以上の工程、および／または同種反応と異種反応の双方を含む１又はそれ以上の工程、を含む。異なった工程は、例えば、少なくとも１つの微小空洞が本発明によって加熱される、異なった微小空洞中でマイクロチャネル構造の異なった部分で行われる。
【００７５】
実験部分
加熱実験が、マイクロデバイス（１０１）が、示された微小空洞（１０２）を有さないダミーであることを除き、図１−３に記載のアレンジメントを用いてシミュレートされた。スピナ（単に回転部材としてのみ表示）の回転部分（キャリア）（１０３）は、マイクロ流体デバイス（１０１）がサブ加圧により保持された円形の加熱サポート（１０４、２０４）を運んだ。スピナにより規定される回転軸（１０５）は、加熱サポート（１０４、２０４）およびマイクロデバイス（１０１）双方の対称軸（１０６、２０６、および１０７）と同軸である。マイクロデバイス（１０１）は、加熱サポート（１０４、２０４）のコンタクトサイド（１１１）上のサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と接触配置されるように取り付けられる、デバイスコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）を提供する１つのサイド（１０９、コンタクトサイド）を有する。加熱される微小空洞（１０２）は、マイクロデバイス（１０１）中に記載されている。微小空洞（１０２）は、蓋（１１２）により覆われている。サブ加圧源（１１３）から、外部チューブ（１１４）、回転部材（１０３）上のサブ加圧スイベル（１１５）、回転部材（１０３）中の導管システム、および加熱サポート（１０４、２０４）中のチャネルシステム（１１７、２１７）を介して、加熱サポート（１０４、２０４）のコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）の、放射状および環状の溝（１１８、２１８、および１１９、２１９）に至るように、サブ加圧は回転部材（１０３）に接続される。溝（１１８、２１８、および１１９、２１９）は、サポート面Ｓｓｕｐ（１１０）上に配置されたマイクロデバイス（１０１）により覆われる。加熱サポート（１０３）は、環状の窪み（１２１ａ−ｅ）の中に配置された５つの環状の加熱要素（１２０ａ−ｅ、２２０ａ−ｅ）を含む。ビアワイヤ（１２２）および回転部材（１０３）上の環状コンタクト（１２３）は、電気スイベル（１２４）に接続されている。このスイベルは、続いて、電源（図示せず）に接続されている。
【００７６】
マイクロデバイス（１０１）は、加熱されるそれぞれの微小空洞（１０２）に対して、１の熱接触領域（１２５）を含む。この熱接触領域（１２５）は、微小空洞（１０２）に覆われた塊として定義され、微小空洞（２０２）とマイクロデバイス（１０１）のコンタクト面Ｓｄｅｖ（１０８）との間に配置される。同様に、加熱サポート（１０４）は、マイクロデバイス（１０１）の加熱される各微小空洞（１０２）に対する、１つの熱接触領域（１２６）を含む。この熱接触領域（１２６）は、加熱サポート（１０４）中の部分的な塊として定義され、加熱サポート（１０４）は、適当に位置合わせされたマイクロデバイス（１０１）により、加熱要素（１２０）の上に並置された微小空洞（１０２）により覆われる。加熱サポートの熱接触領域（１２６）は、サポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）から加熱要素（１２０）まで延びる。加熱サポート（１０４）は、パターン加熱に適応される。これは、微小空洞（１０２）が、２つの加熱要素も間の加熱サポートの一部（１２７）と加熱要素の上部の部分（１２８）とを覆うという事実から明らかである。
【００７７】
図１は、また、微小導管（１０２）が、好適には直接的または間接的に周囲の環境と接続された、内方に向かうマイクロ導管（１３８）に接続されることを示す。マイクロデバイス（１０１）を有する加熱サポート（１０４）の回転と加熱の間、マイクロ導管（１３８）は、蒸発による液体の爆発および／または損失のリスクを伴う過圧を効果的に防止うるコンデンサとして働く。
【００７８】
加熱サポート（１０４）とマイクロデバイス（１０１）の双方は、プラスチックから形成され、６０ｍｍの直径、および１．２ｍｍの厚さを有する。加熱要素（１１７）は、中心から４０−５０ｍｍの間に配置される。
【００７９】
図２は、円形の加熱サポート（２０４）を下方から見たものあり、この変形ではコンタクトサイド（２１１）と同軸であるサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（２１０）の上に、放射状および環状のサブ加圧溝（２１８、２１９）を有する。周辺（２２９）の近くで、サブ加圧溝（２１８、２１９）を載せる表面部分の外部に、マイクロデバイス（１０１）のサポート面Ｓｓｕｐ（２１０）とコンタクトサイドＳｄｅｖ（２０９）との間の気密性のあるシールを得るのを助けるために、平坦な環状ゾーン（２３０）が設けられている。環状ゾーン（２３０、即ち、図１の１３０）は、好適には弾力があり、サブ加圧システムの一部では無い、環状溝（図示せず）中に配置される、環状のシール要素（図示せず）を含んでも良い。サポート面Ｓｓｕｐに対向するサイドの上には、図１ａに示す回転部分（１０３）上のｅｌスイベル（１２４）に接続されるワイヤを備えた、電気円形加熱要素（２２０）がある。図２は、キャリア（１０３、＝回転部材）中の導管システム（１１６）と、加熱サポート（２０４）中のサブ加圧溝（２１８、２１９）との間のサブ加圧結合用の、チャネルシステム（２１７）の存在が記載されている。対称軸（２０６）や好適なスピン軸（２０５）は、サポート（２０４）の中心を通る。
【００８０】
図３は、円形の加熱サポート上に配置された円形のマイクロデバイスの上層の、環状ゾーンで得られる均一な温度を示す。加熱サポートの半分（その中心から周囲）が、線（３３２）と線（３３３）との間にある。マイクロデバイスの半分（その中心から周囲）が、線（３３２）と線（３３４）との間にある。線（３３２）は、ＳｓｕｐとＳｄｅｖとが相互に接触していることを示す。ｙ軸は、加熱サポートの低いサイドからのメータで表された距離であり、ｘ軸は、マイクロデバイス／加熱サポートの中心からのメータで表された距離である。垂直の線（３３５）はマイクロデバイス／加熱サポートの中心に対応する。図１−２に示された加熱サポートのように、５つの円形加熱要素（３２０ａ、ｂ..）が存在する。不規則な線（３３６ａ、ｂ、ｃ..）は等温線であり、一番外側の等温線が＋７０℃を示し、最も内側の等温線が＋１３０℃またはそれ以上を示す。等温線は、マイクロデバイスには加熱された局所領域を有するとともに、通常、微細空洞が配置される位置で、即ち、加熱要素の位置にまっすぐ対向するマイクロデバイスの面で、十分な温度勾配を有することを示す。
【００８１】
本発明の所定の革新的な範囲は、添付される請求項によりより詳細に規定される。本発明およびその長所については詳細に述べてきたが、多くの変形、代用、および改変は、添付の請求項により規定されるような本発明の精神や範囲から離れることなく、行うことができる。更に、本発明の範囲は、明細書に記載されたプロセス、機械、製造、物質の混合、手段、方法、および工程の特別な具体例に限定されることを意図するものではない。この分野における当業者は、本発明の記載から、ここに存在するまたはのちに開発されたここの記載された具体例に対応するのと実質的に同じ機能を有し実質的に同じ結果が得られるプロセス、機械、製造、物質の混合、手段、方法、または工程が本発明に従って用いられることを正しき認識すべきである。従って、添付された請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、物質の混合、手段、方法、または工程を、その範囲内に含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１ａ】図２に示される型の円形加熱サポートと円形マイクロデバイスがスピナーの回転部材（キャリア）上に載置された革新的な配置の変形を示す。マイクロデバイスと加熱サポートの対称軸と共通の回転軸を通る面を通るものである。面は、図２のＡ−Ａ線で示される。
【図１ｂ】図１ａの取り囲み部の拡張された断面図である。
【図２】対称軸と円形加熱要素を有する円形で透明な加熱サポートを示す。
【図３】シミュレーション実験で得られた温度勾配を示す。図は、図１ａと同じ面を通る側面である。 ３桁の参照番号のうち、最初の番号は、関連する図に関する。他の２桁は、特別な項目に関する。異なった図面における対応する項目は、末尾２桁が同じ参照番号となっている。
【符号の説明】
【００８３】
１０１ マイクロデバイス、１０２ 微小空洞、１０４ 加熱サポート、１０８ デバイスコンタクト面（Ｓｄｅｖ）、１１０ サポートコンタクト面（Ｓｓｕｐ）、１１３〜１１９ サブ加熱システム、１２０ 加熱要素．
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスコンタクト面（Ｓｄｅｖ）を含むマイクロデバイス（１０１）上に存在する、１又はそれ以上の液体を含む微小空洞（１０２）を加熱するための加熱アレンジメントであって、アレンジメントが、
ａ）マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４、２０４）の上に配置された場合に、Ｓｄｅｖ（１０８）に対向するサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と、
ｂ）加熱要素（１２０、２２０）に微小空洞（１０２）を合わせて、（ａ）に従ってマイクロデバイス（１０１）が配置された場合に、それぞれがＳｓｕｐ（１１０）と熱接触し、および少なくとも微小空洞（１０２）の少なくとも１つと熱接触する、１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）と、を有する加熱サポート（１０４、２０４）を含み、
マイクロデバイス（１０１）がサポート（１０４、２０４）上に配置された場合に、アレンジメントが、サポートを介してサポート（１０４、２０４）とマイクロデバイス（１０１）との間でサブ加圧を可能とするサブ加圧システム（１１３−１１９）を含むことを特徴とする加熱アレンジメント。
【請求項２】
上記サブ加圧システムが、Ｓｓｕｐ（１１０）に、１又はそれ以上の凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２０９）を含むことを特徴とする請求項１の加熱アレンジメント。
【請求項３】
上記凹んだ部分が、直線状の溝（１１８、２１８）、および／または弓状の溝（１１９、２１９）を含むことを特徴とする請求項２の加熱アレンジメント。
【請求項４】
上記凹んだ部分が、スパイク状のアレンジメントを形成することを特徴とする請求項２〜３のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項５】
上記マイクロデバイス（１０１）が、ａ）およびｂ）に従って、上記サポート（１０４、２０４）上に配置された場合に、上記凹んだ部分と上記サブ加熱システムが、それぞれの上記微小空洞（１０２）のＳｄｅｖ（１０８）とＳｓｕｐ（１１０）との間に、本質的に等しい保持力を与えることができることを特徴とする請求項２〜４のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項６】
上記サブ加圧システムが、上記１又はそれ以上の微小空洞（１０２）を加熱する間、サポート（１０４、２０４）とマイクロデバイス（１０１）との間に、マイクロデバイスをサポートに保持できるサブ加圧を形成できるサブ加圧源（１１３）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項７】
上記Ｓｓｕｐ（１１０）が、上記サブ加圧システムの凹んだ部分を囲むシール要素を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項８】
上記マイクロデバイス（１０１）が、Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するＳｄｅｖ（１０８）を備え、そして加熱要素の上に並置された微小空洞（１０２）を備えたアレンジメントの一部であり、これにより加熱されるそれぞれの微小空洞に、
ａ）微小空洞（１０２）とＳｄｅｖ（１０８）に覆われ、これらの間にある、マイクロデバイス（１０１）の塊であるデバイス熱接触領域（１２５）と、
ｂ）デバイス熱接触領域／微小空洞（１２５／１０２）により覆われ、Ｓｓｕｐ（１１０）から加熱要素（１２０、２２０）のレベルまでの間にある、加熱サポート（１０４、２０４）の塊であるサポート熱接触領域（１２６）とを形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項９】
上記マイクロデバイス（１０１）が、マイクロ流体デバイスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１０】
上記サブ加圧システムの１又はそれ以上の凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２１９）が、本質的に、サポート熱接触領域（１２６）の外側にあることを特徴とする請求項８〜９のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１１】
上記マイクロデバイス（１０１）のバルクが、０．０５〜５０００ジュール／ｋｇｘＫの範囲から選択される熱伝導率を有する材料から選択される材料からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１２】
上記材料が、１０３〜２．５ｘ１０３ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有する材料から選択されることを特徴とする請求項１１の加熱アレンジメント。
【請求項１３】
上記１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）がＳｓｕｐ（１１０）中、または加熱サポート（１０４、２０４）中、好適には、もし存在するならば、凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２１９）の深さより大きなＳｓｕｐ（１１０）からの距離にあることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１４】
上記１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）が、Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサイドの面の上に存在することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１５】
上記サポート（１０４、２０４）が、０．１〜１０ｍｍの範囲から選択される、Ｓｓｕｐ（１１０）からの厚さを有するプレート形状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１６】
上記サポートが、Ｓｓｕｐ（１１０）からの厚さ（ｔ）を有し、凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２１９）の最も深い部分の深さをｄとした場合に、２ｘｄ＜ｔ＜１０００ｘｄの範囲に最大値があるプレート形状であることを特徴とする請求項２〜１５のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１７】
上記それぞれの加熱要素（１２０、２２０）が、
ａ）要素の輻射、
ｂ）要素中での発熱化学反応の実施、
ｃ）要素を通る電流の移動、
ｄ）外部熱源と要素との接触、
ｅ）サーモスタットで調温した、水のような液体の流通、
ｆ）その他、
に基づいて昇温されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１８】
上記それぞれの加熱要素（１２０、２２０）が、低抵抗の導電性材料で、サポート内またはサポート上で外部電源に接続された、高抵抗の導電材料を含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１９】
ａ）Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサポートのサイドの面、および／または、
ｂ）Ｓｄｅｖ（１０８）に対向するマイクロデバイスのサイドの面、を横切る空気流を形成するジェネレータを含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項２０】
上記ジェネレータが、加熱サポート（１０４、２０４）と、加熱サポート（１０４、２０４）の上に配置されたマイクロデバイス（１０１）を回転させるスピナを含み、および／またはファンを含むことを特徴とする請求項１９の加熱アレンジメント。
【請求項２１】
上記アレンジメントが、加熱サポート（１０４、２０４）上に保持されたマイクロデバイス（１０１）とともに、加熱要素（１０４、２０４）を回転させるスピナを含むことを特徴とする請求項１〜２０のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項２２】
上記マイクロデバイス（１０１）と上記加熱サポート（１０４、２０４）が、スピン軸（１０５）の周りで回転するように配置され、加熱されるそれぞれの微小空洞（１０２）がマイクロ導管（２３８）に直接接続され、その始点において、微小空洞（１０２）は微小空洞（１０２）の半径距離より短い半径距離の方向に向かうことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１】
デバイスコンタクト面（Ｓｄｅｖ）を含むマイクロデバイス（１０１）上に存在する、１又はそれ以上の液体を含む微小空洞（１０２）を加熱するための加熱アレンジメントであって、アレンジメントが、
ａ）マイクロデバイス（１０１）が加熱サポート（１０４、２０４）の上に配置された場合に、Ｓｄｅｖ（１０８）に対向するサポートコンタクト面Ｓｓｕｐ（１１０）と、
ｂ）加熱要素（１２０、２２０）に微小空洞（１０２）を合わせて、（ａ）に従ってマイクロデバイス（１０１）が配置された場合に、それぞれがＳｓｕｐ（１１０）と熱接触し、および少なくとも微小空洞（１０２）の少なくとも１つと熱接触する、１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）と、を有する加熱サポート（１０４、２０４）を含み、
マイクロデバイス（１０１）がサポート（１０４、２０４）上に配置された場合に、アレンジメントが、サポートを介してサポート（１０４、２０４）とマイクロデバイス（１０１）との間でサブ加圧を可能とするサブ加圧システム（１１３−１１９）を含むことを特徴とする加熱アレンジメント。
【請求項２】
上記サブ加圧システムが、Ｓｓｕｐ（１１０）に、１又はそれ以上の凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２０９）を含むことを特徴とする請求項１の加熱アレンジメント。
【請求項３】
上記凹んだ部分が、直線状の溝（１１８、２１８）、および／または弓状の溝（１１９、２１９）を含むことを特徴とする請求項２の加熱アレンジメント。
【請求項４】
上記凹んだ部分が、スパイク状のアレンジメントを形成することを特徴とする請求項２〜３のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項５】
上記マイクロデバイス（１０１）が、ａ）およびｂ）に従って、上記サポート（１０４、２０４）上に配置された場合に、上記凹んだ部分と上記サブ加熱システムが、それぞれの上記微小空洞（１０２）のＳｄｅｖ（１０８）とＳｓｕｐ（１１０）との間に、本質的に等しい保持力を与えることができることを特徴とする請求項２〜４のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項６】
上記サブ加圧システムが、上記１又はそれ以上の微小空洞（１０２）を加熱する間、サポート（１０４、２０４）とマイクロデバイス（１０１）との間に、マイクロデバイスをサポートに保持できるサブ加圧を形成できるサブ加圧源（１１３）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項７】
上記Ｓｓｕｐ（１１０）が、上記サブ加圧システムの凹んだ部分を囲むシール要素を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項８】
上記マイクロデバイス（１０１）が、Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するＳｄｅｖ（１０８）を備え、そして加熱要素の上に並置された微小空洞（１０２）を備えたアレンジメントの一部であり、これにより加熱されるそれぞれの微小空洞に、
ａ）微小空洞（１０２）とＳｄｅｖ（１０８）に覆われ、これらの間にある、マイクロデバイス（１０１）の塊であるデバイス熱接触領域（１２５）と、
ｂ）デバイス熱接触領域／微小空洞（１２５／１０２）により覆われ、Ｓｓｕｐ（１１０）から加熱要素（１２０、２２０）のレベルまでの間にある、加熱サポート（１０４、２０４）の塊であるサポート熱接触領域（１２６）とを形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項９】
上記マイクロデバイス（１０１）が、マイクロ流体デバイスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１０】
上記サブ加圧システムの１又はそれ以上の凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２１９）が、本質的に、サポート熱接触領域（１２６）の外側にあることを特徴とする請求項８〜９のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１１】
上記マイクロデバイス（１０１）のバルクが、０．０５〜５０００ジュール／ｋｇｘＫの範囲から選択される熱伝導率を有する材料から選択される材料からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１２】
上記材料が、１０３〜２．５ｘ１０３ｋｇ／ｍ３の範囲の密度を有する材料から選択されることを特徴とする請求項１１の加熱アレンジメント。
【請求項１３】
上記１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）がＳｓｕｐ（１１０）中、または加熱サポート（１０４、２０４）中、好適には、もし存在するならば、凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２１９）の深さより大きなＳｓｕｐ（１１０）からの距離にあることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１４】
上記１又はそれ以上の加熱要素（１２０、２２０）が、Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサイドの面の上に存在することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１５】
上記サポート（１０４、２０４）が、０．１〜１０ｍｍの範囲から選択される、Ｓｓｕｐ（１１０）からの厚さを有するプレート形状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１６】
上記サポートが、Ｓｓｕｐ（１１０）からの厚さ（ｔ）を有し、凹んだ部分（１１８、１１９、２１８、２１９）の最も深い部分の深さをｄとした場合に、２ｘｄ＜ｔ＜１０００ｘｄの範囲に最大値があるプレート形状であることを特徴とする請求項２〜１５のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１７】
上記それぞれの加熱要素（１２０、２２０）が、
ａ）要素の輻射、
ｂ）要素中での発熱化学反応の実施、
ｃ）要素を通る電流の移動、
ｄ）外部熱源と要素との接触、
ｅ）サーモスタットで調温した、水のような液体の流通、
ｆ）その他、
に基づいて昇温されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１８】
上記それぞれの加熱要素（１２０、２２０）が、低抵抗の導電性材料で、サポート内またはサポート上で外部電源に接続された、高抵抗の導電材料を含むことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項１９】
ａ）Ｓｓｕｐ（１１０）に対向するサポートのサイドの面、および／または、
ｂ）Ｓｄｅｖ（１０８）に対向するマイクロデバイスのサイドの面、を横切る空気流を形成するジェネレータを含むことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項２０】
上記ジェネレータが、加熱サポート（１０４、２０４）と、加熱サポート（１０４、２０４）の上に配置されたマイクロデバイス（１０１）を回転させるスピナを含み、および／またはファンを含むことを特徴とする請求項１９の加熱アレンジメント。
【請求項２１】
上記アレンジメントが、加熱サポート（１０４、２０４）上に保持されたマイクロデバイス（１０１）とともに、加熱要素（１０４、２０４）を回転させるスピナを含むことを特徴とする請求項１〜２０のいずれかの加熱アレンジメント。
【請求項２２】
上記マイクロデバイス（１０１）と上記加熱サポート（１０４、２０４）が、スピン軸（１０５）の周りで回転するように配置され、加熱されるそれぞれの微小空洞（１０２）がマイクロ導管（２３８）に直接接続され、その始点において、微小空洞（１０２）は微小空洞（１０２）の半径距離より短い半径距離の方向に向かうことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかの加熱アレンジメント。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００７−５２４８４９（Ｐ２００７−５２４８４９Ａ）
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４９１８５（Ｐ２００６−５４９１８５）
【出願日】平成１７年１月５日（２００５．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００５／０００００５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６５８２７
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５０５３５８００４）ユィロス・パテント・アクチボラグ (22)
【氏名又は名称原語表記】Ｇｙｒｏｓ Ｐａｔｅｎｔ ＡＢ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月５日（２００５．１．５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＳＥ２００５／０００００５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６５８２７
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５０５３５８００４）ユィロス・パテント・アクチボラグ (22)
【氏名又は名称原語表記】Ｇｙｒｏｓ Ｐａｔｅｎｔ ＡＢ
【Ｆターム（参考）】
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