液体クロマトグラフィ用の微細加工されたフリットおよび流れ分配デバイス

【課題】液体クロマトグラフィ用の微細加工されたフリットおよび流れ分配デバイスの性能向上を図ること。
【解決手段】厚さを有する基板と、厚さを貫通して基板を流体連通させる穴とを有し、クロマトグラフィカラムで使用するための微細加工されたフリットを提供する。基板と、基板を貫通する穴と、穴と流体連通するチャネルとを有し、クロマトグラフィカラムで使用するための微細加工された流れ分配器を提供する。管と、その中に収容される抽出媒体と、管の端部付近に位置付けられている微細加工されたフリットとを有するクロマトグラフィカラムを提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、液体クロマトグラフィ用のフリットおよび流れ分配デバイス、ならびにクロマトグラフィカラムおよびそれを組み込んだシステムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフィは、広く使用されている分離技術である。液体クロマトグラフィでは、液体試料がクロマトグラフィ系のカラムを通過し、より具体的には、カラム内に収容されたパッキングまたは抽出媒体を通過する。例えば、溶媒等の液体がカラムを通過し、分析される試料がカラムの中に注入される。試料が液体とともにカラムを通過するにつれて、それぞれが抽出媒体に対する固有の親和性を有する、試料の中の異なる化合物が、異なる速度でカラムを通って移動する。抽出媒体に対してより大きい親和性を有する化合物は、より小さい親和性を有するものよりもゆっくりとカラム中を移動し、その結果、化合物は、カラムを通過するにつれて互いに分離する。従来、抽出媒体を収容する一方で、液体および試料がカラムを通過することが出来る間は、フリットがカラム内に位置付けられている。そのようなフリットは、従来、焼結金属で形成され、様々な不定サイズの細孔を有する多孔質フリットをもたらす。最近の技術開発により、より小さい粒子が抽出媒体で使用されるようになった。
【０００３】
標準的な焼結フリットには、２つの問題がある。第１に、フリットの多孔性質のため、分析される試料は、フリット内の増加した表面積に露出され、試料とフリットとの間に増加した相互作用がもたらされる可能性があり、これは望ましくない。加えて、抽出媒体の中の粒子のサイズが減少するにつれて、フリットのより大きい孔の中に詰まるか、包埋される場合があり、フリットを通る流体流れに影響を及ぼす可能性がある。
【０００４】
クロマトグラフィ系では、クロマトグラフィカラムを通る試料の流れの制御を助けるために、流れ分配チャンバがしばしば使用される。従来、これらは、入口毛細管と入口側フリットとの間、および出口側フリットと出口毛細管との間に位置付けられる、円錐形のチャンバであった。そのようなチャンバは、フリットにいかなる機械的な強度または支持も提供せず、したがって、フリットが流体流れの全ての力を受ける。これらのチャンバは、概して、流れ分配に効果的であるかもしれないが、フリット全体にわたって（例えば、入口端での）流体流れを均一に分配すること、または分析のために出口端で流体流れを均一に集中させることに関して、改善の余地があり得る。クロマトグラフィカラムを出る流体流れは、均一に集中していなければ、試料の溶出ピークが乱されて、精度の低い液体試料の分析をもたらす。
【０００５】
したがって、減少したサイズの媒体粒子の抽出を効果的に阻止することができる、クロマトグラフィカラムで使用するための、フリットおよび／または流れ分配デバイスのための技術が必要である。また、カラムを通る流体流れの圧力に耐え得る、フリットおよび／または流れ分配デバイスのための技術も必要である。加えて、試料がフリットおよび／または流れ分配器を通過する時に晒される表面積を低減する、フリットおよび／または流れ分配デバイスも必要である。最後に、カラムを通る流体のより均一な流れを維持し、したがって、分析物がクロマトグラフィカラムを出る時にその溶出ピークの乱れを最小限に抑える、フリットおよび／または流れ分配デバイスのための技術が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
種々の実施形態によれば、クロマトグラフィカラムで使用するための、微細加工されたフリットが提供される。フリットは、第１の面と、対向して配置される第２の面と、厚さとを有する基板を備えることができる。基板は、厚さを通って延在する、複数の孔を画定することができ、孔のそれぞれは、第１の面上に位置付けられる第１の端部と、第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部とを有する。孔のそれぞれについて、第１の端部は、第２の端部と整合させることができる。孔は、基板を通る流体連通を提供することができる。
【０００７】
種々の他の実施形態では、クロマトグラフィカラムで使用するための微細加工された流れ分配器が提供される。流れ分配器は、第１の面と、対向して配置される第２の面とを有する、それぞれの基板を備えることができる。流れ分配器は、基板の中に位置付けられ、かつそれを通って延在する、複数の孔をさらに備え、各孔は、第１の端部と、対向する第２の端部とを有する。各孔の第２の端部は、第２の面上に位置付けることができる。流れ分配器はまた、第１の面の中に画定される複数のチャネルを備え、チャネルのそれぞれは、少なくとも１つの孔の第１の端部と流体連通している。さらなる実施形態によれば、流れ分配器は、第１の面の中に位置付けられる空洞を有することができ、各チャネルは、空洞と、少なくとも１つの孔のそれぞれの第１の端部との間に延在して、それらの間で流体連通を提供することができる。
【０００８】
さらに他の実施形態では、クロマトグラフィカラムで使用するための微細加工された一体型フリットおよび流れ分配器デバイスが提供される。デバイスは、第１の面と、第１の面に対向して配置される第２の面と、第２の面から離間される第３の面とを有する、基板を備えることができる。基板は、第１および第２の面の間に厚さを有することができ、かつ厚さを通って延在する複数の孔を画定することができる。各孔は、第１の面上に位置付けられる第１の端部と、第２の面上に位置付けられる第２の端部とを有することができる。一実施形態では、各孔について、第１の端部は、第２の端部と整合される。孔は、基板を通る流体連通を提供することができる。デバイスはまた、第３の面の中に画定される複数のチャネルを備えることができ、各チャネルは、複数の孔のうちの少なくとも１つと流体連通している。
【０００９】
さらに他の実施形態によれば、管と、抽出媒体と、少なくとも１つの微細加工されたフリットとを備える、クロマトグラフィカラムが提供される。管は、入口端と、対向する出口端とを有する。抽出媒体は、管内に収容され、かつ平均寸法を有する粒子を備える。少なくとも１つのフリットは、管の入口端および出口端のうちの１つに近接して位置付けることができる。種々の実施形態によれば、フリットは、第１の基板と、対向して配置される第２の面と、厚さとを有する、第１の面を備えることができる。第１の基板は、厚さを通って延在する、複数の第１の孔を画定することができる。第１の孔のそれぞれは、第１の面上に位置付けられる第１の端部と、第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部とを有することができる。各孔について、第１の端部は、第２の端部と整合させることができる。孔は、基板を通る流体連通を提供することができる。
【００１０】
さらなる実施形態によれば、クロマトグラフィカラムは、管のフリットとそれぞれの入口端または出口端との間に位置付けられる、少なくとも１つの微細加工された流れ分配器をさらに備えることができる。流れ分配器は、第１の面と、対向して配置される第２の面とを有する、第２の基板を備えることができる。流れ分配器は、第２の基板の中に位置付けられ、かつそれを通って延在する、複数の第２の孔を備えることができ、第２の孔のそれぞれは、第１の端部と、第２の基板の第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部とを有する。流れ分配器はまた、第２の基板の第１の面の中に画定される、複数のチャネルを備えることができ、各チャネルは、第２の孔のうちの少なくとも１つの第１の端部と流体連通している。一実施形態では、少なくとも１つのフリットの第１の孔のそれぞれは、少なくとも１つの流れ分配器の第２の孔のうちの少なくとも１つと流体連通している。
【００１１】
本発明のさらなる利点は、以下の説明に部分的記載され、その説明から部分的に明らかになり、または本発明の実践によって学習することができる。利点は、添付の特許請求の範囲に特に示される要素および組み合わせによって実現され、そして達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、どちらも例示および説明だけのものであり、特許請求されている本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【００１２】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の複数の実施形態を例証し、記述とともに本発明の原理を説明する役目をする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】一実施形態による、例示的なフリットの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿った、図１Ａのフリットの断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの円１Ｃで示される拡大尺の図１Ａのフリットの部分平面図である。
【図２Ａ】別の実施形態による、例示的なフリットの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのフリットの底部平面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの線２Ｃ−２Ｃに沿った、図２Ａのフリットの断面図である。
【図３Ａ】さらに別の実施形態による、例示的なフリットの平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿った、図３Ａのフリットの断面図である。
【図４Ａ】一実施形態による、例示的な流れ分配器の平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの線４Ｂ−４Ｂに沿った、図４Ａの流れ分配器の断面図である。
【図５】図４Ａの流れ分配器を通る例示的な流体流れ経路を例証する図である。
【図６Ａ】一実施形態による、例示的な層状流れ分配デバイスの隠線平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの流れ分配器の第１の層の平面図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの線６Ｃ−６Ｃに沿った、図６Ｂの第１の層の断面図である。
【図６Ｄ】図６Ａの流れ分配器の第２の層の平面図である。
【図６Ｅ】図６Ｄの第２の層の底部平面図である。
【図６Ｆ】図６Ｄおよび６Ｅの線６Ｆ−６Ｆに沿った、図６Ｄ〜６Ｅの第２の層の断面図である。
【図６Ｇ】図６Ａの流れ分配器の第３の層の平面図である。
【図６Ｈ】図６Ｇの第３の層の底部平面図である。
【図６Ｉ】図６Ｇおよび６Ｈの線６Ｉ−６Ｉに沿った、図６Ｇ−６Ｈの第３の層の断面図である。
【図７Ａ】一実施形態による、例示的なフリットおよび流れ分配器一体型デバイスの平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線７Ｂ−７Ｂに沿った、図７Ａのデバイスの断面図である。
【図８Ａ】別の実施形態による、例示的なフリットおよび流れ分配器一体型デバイスの平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線８Ｂ−８Ｂに沿った、図８Ａのデバイスの断面図である。
【図９Ａ】一実施形態による、クロマトグラフィカラムの断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの円９Ｂで示される拡大尺の図９Ａのクロマトグラフィカラムの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、以下の詳細な説明、実施例、図面、および請求項、ならびにそれらの前後の説明を参照することによって、より容易に理解することができる。しかしながら、本デバイス、システム、および／または方法が開示され、説明される前に、本発明は、当然ながら、開示される特定のデバイス、システム、および／または方法が様々であり得るので、特に明記されていない限り、それらに限定されないことが理解される。また、本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することは意図していないことが理解される。
【００１５】
本明細書および添付の特許請求において使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「孔（ａｈｏｌｅ）」に対する参照は、文脈が指示しない限り、そのような２つ以上の孔を含むことができる。
範囲は、本明細書において、「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして表現することができる。そのような範囲が表現されている場合、別の実施形態は、ある特定の値から、および／または他の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を使用することによって、値が近似値として表現される時に、その特定の値は、別の実施形態を形成することが理解されるであろう。範囲のそれぞれの端点は、他方の端点に関する場合、および他方の端点とは無関係な場合、の双方において有意であることがさらに理解されるであろう。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「随意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「随意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」という用語は、続いて記載される事象または状況が、生じても生じなくてもよいこと、およびその説明が、該事象または状況が生じる場合、および生じない場合を含むことを意味する。
以下、本発明の好適な実施形態を詳細に参照して、それらの実施例を添付図面で例証する。可能な限り、図面全体を通して、同じまたは類似の部品を指すように同じ参照番号が使用される。
【００１７】
種々の実施形態によれば、本明細書には、クロマトグラフィカラムで使用するための微細加工されたフリットが開示される。例示的なフリット１２０を図１Ａ〜１Ｂに示す。他の例示的なフリット（２２０および３２０）は、それぞれ、図２Ａ〜２Ｃおよび３Ａ〜３Ｂに示される。例示的なフリットは、図１Ｂ等に示されるように、第１の面１２４と、対向して配置される第２の面１２６とを有する、基板１２２を備えることができる。図１Ｂおよび２Ｃに示されるように、第１の面１２４は、（ページ上で見た時に）基板の最上面とすることができ、第２の面１２６は、基板の最下面とすることができる。随意に、第１および第２の面の一方または両方は、基板の最上位または最下面からある距離で位置する面とすることができる。例えば、図３Ｂに示されるように、第１の面３２４は、基板１２２の最上面と第２の面１２６との間に位置付けられる。本明細書で使用される場合、頂部、底部、上部、下部という用語は、そのように説明されない限り、説明されている特定の構成要素の配向、または当該の構成要素が使用されるべき配向に限定することを意図していない。したがって、図１Ｂに示される基板１２２の最上面は、基板を逆に反転させた場合、同様に最下面を表すことができる。
【００１８】
基板１２２は、少なくとも１つの厚さ１２８を有する。厚さは、図１Ｂおよび２Ｃに示されるように、基板の総厚さとすることができ、第１の面１２４と第２の面１２６との間に延在することができる。随意に、厚さ３２８は、図３Ｂに示されるように、基板の総厚さの一部を表すことができ、陥凹状の第１の面３２４と第２の面１２６との間に延在することができる。基板は、それぞれの厚さを通って延在する、複数の孔１３０をさらに画定することができる。孔のそれぞれは、第１の面上に位置付けられる第１の端部と、第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部とを有することができる。例えば、図１Ｂおよび２Ｃに示されるように、各孔１３０は、第１の面１２４上に位置付けられる第１の端部１３２と、第２の面１２６上に位置付けられる対向する第２の端部１３４とを有する。同様に、図３Ｂに示されるように、各孔１３０は、第１の面３２４上に位置付けられる第１の端部１３２と、第２の面１２６上に位置付けられる対向する第２の端部１３４とを有する。各孔の第１および第２の端部は、一実施形態では、互いに整合される。孔は、基板を通る流体連通を提供する。さらなる一実施態様では、孔１３０は、アレイ状に配置することができる。アレイは、図１Ａ、２Ａ、および３Ａ等に示されるように、列のアレイとすることができる。随意に、アレイは、列のアレイ、行および列のアレイ、同心円のアレイ、または任意の他の規則的な規定のパターンとすることができる。さらに別の実施形態では、孔は、ランダムな位置に、またはランダムなパターンで配置することができる。
【００１９】
１つの例示的なフリット２３０では、図２Ａ〜２Ｃに示されるように、フリットは、第１の面１２４の中に形成される、複数の第１のスロット１３６を備えることができる。第１のスロットは、互いに実質的に平行にすることができる。フリットはまた、第２の面１２６の中に形成される、複数の第２のスロット１３８を備えることができる。第２のスロットは、互いに実質的に平行にすることができ、複数の第１のスロットに対して直角に配向することができる。例えば、図２Ａに示されるように、第２の溝は、第１の溝に対して角度αで配向することができる。角度αは、一実施形態では、約９０°とすることができる。随意に、角度αは、約７５°、約８０°、約８５°、またはいくつかの他の角度等の、９０°以外の角度とすることができるが、これらに限定されない。図２Ａ〜２Ｃで分かるように、第１の溝は、第２の溝と交差し、それによって、複数の孔１３０を形成する。図２Ｃに示されるように、第１の溝１３６および第２の溝１３８は、それぞれ、基板のほぼ中間まで延在することができ、したがって、第１の溝および第２の溝は、それぞれ、基板の厚さのほぼ半分の深さを有する。随意に、第１および／または第２の溝は、基板の厚さの半分を超える、またはそれ未満の深さを有することができ、したがって、基板の中間以外の位置で交差させることができる。他の実施形態では、溝は、約１μｍから約２０μｍの幅とすることができる。随意に、溝は、約１μｍから約１０μｍの幅、または約１μｍから約５μｍの幅とすることができる。さらに他の実施形態では、溝は、約１μｍから約２．５μｍの幅とすることができる。
【００２０】
別の例示的なフリット３２０を図３Ａ〜３Ｂに示す。この実施形態では、基板１２２は、第１の面３２４上に位置付けられる、支持格子１４０をさらに備える。前述のように、この実施形態では、第１の面３２４は、基板１２２の最上面からある距離で位置付けられ、複数の孔１３０は、第１の面３２４上に位置付けられる第１の端部１３２と、第２の面１２６上に位置付けられる第２の端部１３４とを有する。支持格子１４０は、複数の開口部１４２を画定する。図３Ａおよび３Ｂで分かるように、各開口部は、孔１３０のうちの少なくとも１つと流体連通する。図３Ｂに示される開口部１４２は、ほぼ六角形状であるように示されているが、他の実施形態の支持格子で画定される例示的な開口部は、これらに限定されないが、円形、楕円形、長方形、正方形、他の形状、または形状の組み合わせ等の任意の形状とすることができることが想定される。特定の実施形態によれば、開口部は、支持格子１４０で覆われる領域を最小限に抑え、それによって、可能な限り多くの孔１３０との流体流れを可能にする、任意の形状で形成できることが想定される。さらに、図３Ｂでは、開口部１４２は、基板３２２のほぼ中間まで延在しているように示され、孔１３０は、同様に、基板のほぼ中間まで延在しているように示されている。しかしながら、孔が画定される厚さ３２８が、それぞれ、基板の総厚さの半分未満、またはそれを超える等の場合に、開口部は、基板の中間を超えて、または超えずに延在させることができることが想定される。
【００２１】
種々の実施形態によれば、各孔１３０は、本明細書で説明するように、フリットが使用されるクロマトグラフィカラム内に収容される抽出媒体の粒子のサイズに応じて選択される、それぞれの横断寸法を有することができる（本明細書で以下にさらに説明する）。一実施例では、各孔は、約１μｍから約１０μｍのそれぞれの横断寸法を有することができる。随意に、各孔は、約１μｍから約５μｍのそれぞれの横断寸法を有することができる。さらに別の実施形態では、各孔は、約１μｍから約２．５μｍのそれぞれの横断寸法を有することができる。さらに他の実施形態によれば、各孔は、１μｍ未満の、または１０μｍを超えるそれぞれの横断寸法を有することができる。例えば、図１Ａおよび３Ａに示される各孔１３０は、実質的に円形の断面形状を有し、前述の例示的な横断寸法の直径を有することができる。随意に、図２Ａに示されるように、各孔は、正方形または長方形の断面形状を有することができ、それぞれ、前述の例示的な横断寸法の幅および／または長さを有することができる。したがって、前述した寸法は、あらゆる形状の孔に適用されることが意図される。いくつかの実施形態によれば、各孔のサイズおよび／または形状は、予め画定することができ、フリットが作製される方法によって制御することができる（本明細書で以下にさらに説明する）。
【００２２】
本明細書で説明するように、例示的なフリットは、それらが使用されるクロマトグラフィカラムに応じて、種々の寸法を有することができる。特定の実施形態によれば、フリットの直径は、フリットが使用されるクロマトグラフィカラムの管の内径に実質的に等しいか、それよりもわずかに小さい。同様に、フリットの厚さ（例えば、図１Ｂおよび２Ｃで示される第１の面１２４と第２の面１２６との間の厚さ、または図３Ｂで示される第１の面３２４と第２の面１２６と間の厚さ）は、フリットがカラム内に抽出媒体を収容するのに十分であり（下記でさらに説明する）、かつフリットを通る流体流れの圧力に耐えるのに十分である、任意の選択された厚さとすることができ、下記で論じられる寸法に限定されない。特定の実施形態では、そこを通って孔が延在するフリットの厚さに対する孔１３０の横断寸法の比は、約１：５から約１：２０とすることができる。他の実施形態によれば、フリットの厚さは、約５μｍから約５００μｍとすることができる。さらに他の実施形態では、フリットの厚さは、約１０μｍから約１００μｍとすることができる。随意に、フリットの厚さは、約１０〜９０μｍ、または約１０〜８０μｍ、または約１０〜７０μｍ、または約１０〜６０μｍ、または約１０〜５０μｍ、または約１０〜４０μｍ、または約１０〜３０μｍ、または約１０〜２０μｍ、または約１５μｍとすることができる。前述のように、この厚さは、フリットの総厚さ、または部分厚さであってもよい。
【００２３】
種々の実施形態によれば、クロマトグラフィカラム用の流れ分配器が開示される。例示的な流れ分配器４５０を図４Ａおよび４Ｂに示す。流れ分配器４５０は、第１の面４５４と、対向して配置される第２の面４５６とを有する、基板４５２を備える。流れ分配器はまた、基板４５２の中に位置付けられ、かつそれを通って延在する、複数の孔４６０を有する。各孔４６０は、第１の端部４６２と、第２の面４５６上に位置付けられる第２の端部４６４とを有する。流れ分配器はまた、第１の面４５４の中に画定される、複数のチャネル４６６を有する。各チャネルは、孔のうちの少なくとも１つの第１の端部と流体連通することができる。さらなる実施形態では、流れ分配器４５０は、第１の面４５４の中に位置付けられる、空洞４５８を有することができる。この実施形態では、各チャネル４６６は、空洞４５８と孔４６０のうちの少なくとも１つの第１の端部４６２との間に延在することができ、空洞と少なくとも１つの孔との間の流体連通を提供することができる。例えば、図４Ａに示されるように、チャネルのうちのいくつかは、遠位端でサブチャネルに分岐することができ、したがって、１つを超える孔４６０と流体連通することができる。
【００２４】
図５は、図４Ａに示されるもの等の流れ分配器を通る流体の例示的な流れを例証する。見て分かるように、流体は、空洞の中に流れ（流体４６８ａによって表される）、各チャネルを通って（流体４６８ｂによって表される）、そして各孔を通って（流体４６８ｃによって表される）流れることができる。各チャネル４６６は、所定の長さを有する。いくつかの実施形態によれば、図４Ａに示されるように、チャネルの所定の長さは異なっていてもよい。
【００２５】
特定の一実施形態では、複数のチャネルの所定の長さは、互いに実質的に等しい。したがって、理解できるように、任意の経路を通る流れ分配器による流体の流れは、実質的に等しい。「実質的に等しい」という用語は、互いに全く等しい経路を指すことを意味するものではなく、互いの長さが最高で１０％異なる経路を包含することができる。そのような例示的実施形態は、例示的な流れ分配器５５０の隠れ線図を示す、図６Ａで確認することができる。この特定の流れ分配器５５０は、３つの層で作製され、各層は、空洞、チャネル、および孔（流れ分配器４５０に関して前述したもの等）のうちの少なくとも１つを有する。層は、流れ分配器５５０を通る流体流れ経路を画定するように、互いの頂部に積み重ねられて、および／または互いに接合もしくは接着される。第１の層は、図６Ｂに示され、第１の基板５５２ａを備え、図６Ｃに示されるように第１の基板５５２ａを通って延在する空洞５５８ａを画定する（したがって、第１の基板の底面図は、図６Ｂに示される上面図と同じように見える）。
【００２６】
第２の（または中央）層は、図６Ｄ〜６Ｆに示され、第２の基板５５２ｂを備える。第２の層は、空洞５５８ｂを有し、流れ分配器５５０を形成するために層を積み重ねた、または接合した時に、第１の層の空洞５５８ａと流体連通している。複数の孔５６０ａは、図６Ｆに示されるように、基板５５２ｂの中に位置付けられ、かつそれを通って延在する。複数のチャネル５６６ａは、図６Ｄおよび６Ｆに示されるように、第２の層の頂面の中に画定され、かつ第２の層の空洞５５８ｂとそれぞれの孔５６０ａとの間に延在して流体連通を提供する。複数のチャネル５６６ｂは、図６Ｅおよび６Ｆに示されるように、第２の層の底面に形成され、孔５６０ａの底端部間の流体連通を提供する。
【００２７】
第３の層は、図６Ｇ〜６Ｉに示され、第３の基板５５２ｃを備える。第３の層は、図６Ｇおよび６Ｉに示されるように、第３の層の頂面に形成される、複数のチャネル５６６ｃを有する。第３の層の中のチャネル５６６ｃの少なくとも一部分は、流れ分配器５５０を形成するために層を積み重ねた、または接合した時に、第２の層の底面に形成されるチャネル５６６ｂと流体連通している。複数の孔５６０ｂは、図６Ｉに示されるように、基板５５２ｃの中に位置付けられ、かつそれを通って延在する。第３の層の底面には、図６Ｈに示されるように、それぞれの複数の孔５６０ｂとそれぞれ流体連通している、複数のチャネル５６６ｄが形成される。したがって、流体は、第１の層から第３の層、またはその逆のいずれかで、流れ分配器５５０を通して流れるので、流体内の各粒子は、流体内の任意の他の粒子と実質的に等しい距離（すなわち、１０％以内）進行することが想定される。
【００２８】
本明細書で説明される種々の流れ分配器に関して、種々の構成要素の寸法（例えば、空洞の直径、チャネルの幅および／または深さ、孔の直径および深さ、および／または基板の総厚さ）は、流れ分配器が使用されるクロマトグラフィカラムの直径、どのくらいの流体がカラムを通過するのか、および考慮している流れ分配器全体にわたる流体の許容可能な圧力降下に応じて変化させることができる。特定の一実施形態では、標準的な直径４．６ｍｍのクロマトグラフィカラムについて、流れ分配器の総直径は、約７．３２ｍｍの直径とすることができ、約１００μｍの総厚さを有することができる。チャネルは、約２０〜２４μｍの幅、および約１０〜１５μｍの深さとすることができる。したがって、孔の長さまたは深さは、約８５〜９０μｍとすることができる。孔は、約５０〜６０μｍの直径とすることができる。これらの寸法は、例示的なものに過ぎず、限定することは意図していない。
【００２９】
さらに他の実施形態によれば、図７Ａおよび７Ｂに示されるような、クロマトグラフィカラムで使用するためのフリットおよび流れ分配器一体型デバイス６８０が提供される。別の例示的なフリットおよび流れ分配器一体型デバイス７８０を図８Ａおよび８Ｂに示す。フリットおよび流れ分配器一体型デバイス（６８０または７８０）は、第１の面６８４と、第１の面６８４に対向して配置される第２の面６８５と、第２の面６８５から離間される第３の面６８６とを有する、基板６８２を備える。図７Ｂで分かるように、基板６８２は、第１の面６８４と第２の面６８５との間に厚さ６８８を有する。明らかなように、厚さ６８８は、基板の総厚さ未満である。一実施形態では、厚さは、デバイスがカラム内に抽出媒体を収容するのに十分であり（下記でさらに説明する）、かつデバイスを通る流体流れの圧力に耐えるのに十分である、任意の選択された厚さとすることができる。特定の実施形態によれば、厚さは、約５μｍから約５００μｍとすることができる。随意に、厚さは、約１０μｍから約１００μｍとすることができる。他の実施形態では、厚さは、約１０〜９０μｍ、または約１０〜８０μｍ、または約１０〜７０μｍ、または約１０〜６０μｍ、または約１０〜５０μｍ、または約１０〜４０μｍ、または約１０〜３０μｍ、または約１０〜２０μｍ、または約１５μｍとすることができる。
【００３０】
基板６８２は、厚さ６８８を通って延在する複数の孔６３０を画定する。各孔６３０は、第１の面６８４上に位置付けられる第１の端部６３２と、第２の面６８５上に位置付けられる第２の端部６３４とを有する。一実施形態では、各孔について、第１の端部は、第２の端部と整合され、孔６３０は、基板６８２を通る流体連通を提供する。フリットおよび流れ分配器一体型デバイスはまた、図７Ａのチャネル６６６または図８Ａのチャネル７６６等の、第３の面の中に画定される複数のチャネルを備える。各チャネルは、複数の孔６３０のうちの少なくとも１つと流体連通している。さらなる実施形態では、デバイスは、第３の面６８６の中に位置付けられる空洞６５８を備えることができ、各チャネルは、空洞６５８および複数の孔６３０のうちの少なくとも１つと流体連通することができる。
【００３１】
種々の実施形態では、デバイスは、第２の面６８５と第３の面６８６との間に延在する、支持格子（図７Ａの６４０、図８Ａの７４０）を備える。支持格子は、図７Ａ〜８Ｂに示されるような、複数の開口部（６４２または７４２）を画定する。図７Ａおよび７Ｂを参照すると、例えば、各開口部６４２は、各チャネル６６６と少なくとも１つの孔６３０との間の流体連通を提供する。したがって、図７Ａおよび７Ｂに示されるように、各開口部６４２は、チャネル６６６と複数の孔６３０との間の流体連通を提供する。同様に、図８Ａおよび８Ｂを参照すると、各開口部７４２は、各チャネル７６６と少なくとも１つの孔６３０との間の流体連通を提供する。
【００３２】
一実施形態では、各チャネル６６６は、所定の長さを有する。さらなる実施形態では、図７Ａおよび７Ｂに示されるチャネル６６６または図８Ａおよび８Ｂに示されるチャネル７６６等の、複数のチャネルの所定の長さは、互いに実質的に等しい。一実施形態では、チャネルの全てが実質的に等しい長さを有する場合、流れ分配器を通って進行する各流体粒子が実質的に同じ距離を進行しなければならないので、流れ分配器を通る流体流れを比較的一定に保つことができる。
【００３３】
種々の実施形態によれば、フリットおよび流れ分配器一体型デバイスは、個々のフリット（図１Ａ〜３Ｂに関して説明したもの）を、個々の流れ分配器（図４Ａ〜６Ｉに関して説明したもの）と互いに積み重ねる、および／または接着もしくは接合することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、フリットおよび／または流れ分配器の中の孔の配置等の、フリットおよび流れ分配器の個々の構成要素または特徴は、協働するように設計されなければならない。
【００３４】
本明細書で以下にさらに説明するように、例示的なフリット、例示的な流れ分配器、例示的なフリットおよび流れ分配器一体型デバイスは、流体を任意の方向に通すように構成できることが想定される。したがって、「流れ分配器」という用語は、流れを集中させる実施形態も包含することを意図している。したがって、図８Ａおよび８Ｂを参照すると、例えば、デバイス７８０を通る流体の流れは、空洞６５８に入り、各チャネル７６６を通り、各開口部７４２に入り、そして各孔６３０を通る経路に従うことができる。随意に、デバイス７８０を通る流体の流れは、逆の経路に従うことができ、流体は、各孔６３０に入り、開口部７４２に入り、チャネル７６６を通り、そして空洞６５８に入るように流れ、次いで、デバイス７８０を出る。
【００３５】
種々の実施形態によれば、本明細書で説明される例示的なフリット、流れ分配器、および／またはフリットおよび流れ分配器一体型デバイスのうちのいずれかは、種々の技術に従って微細加工することができる。例えば、フリット１２０または３２０の中に孔１３０を形成し（それぞれ、図１Ａ〜１Ｂおよび３Ａ〜３Ｂ）、フリット２２０の中にスロット１３６および１３８を形成し（図２Ａ〜２Ｃ）、および／または図３Ａおよび３Ｂに示される支持格子１４０の中に形成される開口部１４２を形成するために、微細加工を使用することができる。同様に、空洞４５８、チャネル４６６、および／または孔４６０を図４Ａに示される流れ分配器４５０の中に形成するために、微細加工を使用することができる。
【００３６】
例えば、エッチングまたはレーザミリング等の微細加工技術を使用することができる。エッチング技術には、深堀り反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ドライエッチング、ウェットエッチング、プラズマエッチング、電気化学エッチング、気相エッチング等が挙げられる。加えて、例示的なフリット、流れ分配器、および／または一体型デバイスの構成要素（例えば、孔、空洞、チャネル等）を画定するために、当技術分野で知られているリソグラフィ技術をマスキングステップとして使用することができる。次いで、構成要素を形成するために、エッチング技術を使用することができる。図１を参照すると、例えば、孔１３０が形成される基板１２２の部分を露出させるために、リソグラフィをマスキングステップとして使用することができる。次いで、基板を通る孔１３０を形成するために、深堀りＲＩＥを使用することができる。種々の実施形態によれば、本明細書で説明されるフリット、流れ分配器、および／または一体型デバイスを微細加工することによって、液体試料が接触する表面積を最小限に抑えることができ、それによって、分析される液体試料との不要な相互作用を最小限に抑える。
【００３７】
加えて、例示的なフリット、流れ分配器、および／またはフリットおよび流れ分配器一体型デバイスに関して前述したもの等の、例示的な基板のうちのいずれかは、金属（例えば、これに限定されないが、ステンレス鋼またはチタン）、ガラス、シリカ、ポリマー（これに限定的されないが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等）、セラミック（これに限定されないが、酸化アルミニウム等）を含む、種々の材料から製造できることが想定される。
【００３８】
種々の他の実施形態によれば、図９Ａに示されるような、例示的なクロマトグラフィカラム８００が開示される。クロマトグラフィカラム８００は、入口端８０４と、対向する出口端８０６とを有する、管８０２を備える。抽出媒体８０８は、管内に収容され、平均寸法を有する粒子８０９を備える。例えば、粒子が実質的に球状である場合、各粒子はそれぞれの直径を有する。各粒子は、他の粒子とはサイズが若干異なり得るが、粒子は、全体として平均寸法を有し、この特定の実施形態では平均直径となる。一実施形態によれば、粒子は、約５μｍを超える平均寸法を有することができる。随意に、粒子は、約３．５μｍから約５μｍの平均寸法を有することができる。別の実施形態では、粒子は、約２μｍから約３．５μｍの平均寸法を有することができる。さらに別の実施形態では、粒子は、約２μｍ未満の平均寸法を有することができる。図９Ａには、抽出媒体の一部の粒子だけしか示されていないが、以下で説明するように、実質的に管８０２全体が抽出媒体８０８で充填されていることが想定される。
【００３９】
クロマトグラフィカラム８００は、管の入口端８０４および出口端８０６のうちの１つに近接して位置付けられる、少なくとも１つのフリットをさらに備える。フリットは、本明細書で開示される前述のフリットのうちのいずれかとすることができ、したがって、第１の面と、対向して配置される第２の面と、厚さとを有する、第１の基板を備えることができる。第１の基板は、厚さを通って延在する複数の孔を画定し、各孔は、第１の面上に位置付けられる第１の端部と、第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部とを有する。孔は、第１の基板を通る流体連通を提供する。特定の一実施形態では、第１の端部は、第２の端部と整合される。前述のように、いくつかの実施形態では、孔は、列のアレイで配置することができる。同様に、図３Ａ〜３Ｂに関して前述したように、第１の基板は、第１の面上に位置付けられる、支持格子をさらに備えることができる。支持格子は、複数の開口部を画定することができ、各開口部は、孔のうちの少なくとも１つと流体連通している。
【００４０】
さらなる実施態様では、各孔は、抽出媒体を構成する粒子の平均寸法未満である、それぞれの断面寸法を有する。したがって、例えば、粒子が約２μｍの平均寸法を有する場合、各孔は、約２μｍ未満である、それぞれの断面寸法を有することができる。
種々の実施形態によれば、クロマトグラフィカラムは、フリットと管のそれぞれの入口端または出口端との間に位置付けられる、少なくとも１つの流れ分配器をさらに含むことができる。流れ分配器は、本明細書で上記に開示される流れ分配器のうちのいずれかとすることができる。例えば、流れ分配器は、第１の面と、対向して配置される第２の面とを有する、第２の基板を備えることができる。さらなる実施形態では、第２の基板は、第２の基板の第１の面の中に位置付けられる、空洞を有することができる。流れ分配器はまた、第２の基板の中に位置付けられ、かつそれを通って延在する、複数の第２の孔を含むことができる。前述のように、第２の孔のそれぞれは、第１の端部と、第２の基板の第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部とを有する。流れ分配器はまた、第２の基板の第１の面の中に画定される、複数のチャネルを備える。各チャネルは、第２の孔のうちの少なくとも１つの第１の端部と流体連通することができる。随意に、各チャネルは、空洞と、第２の孔のうちの少なくとも１つの第１の端部との間に延在することができ、それらの間の流体連通を提供する。フリットの第１の孔のそれぞれは、流れ分配器の第２の孔のうちの少なくとも１つと流体連通する。
【００４１】
図９Ａに示される特定の実施形態では、クロマトグラフィカラムは、２つのフリット、すなわち、入口端８０４に近接して位置付けられる第１のフリット８２０ａと、出口端８０６に近接して位置付けられる第２のフリット８２０ｂとを備える。抽出媒体８０８は、第１のフリット８２０ａと第２のフリット８２０ｂとの間に収容される。第１の流れ分配器８５０ａは、第１のフリットと入口端との間に位置付けられ、第２の流れ分配器８５０ｂは、第２のフリットと出口端との間に位置付けられる。さらなる実施形態によれば、フリットおよび管のいずれかの端部上の流れ分配器の配向は、互いに鏡映状に対向する。したがって、第１のフリットおよび第２のフリット双方の第２の面は、抽出媒体と接触する。同様に、流れ分配器の空洞およびチャネルは、フリットの反対側に面する。
【００４２】
使用に際し、図９Ａおよび９Ｂを参照すると、例示的なクロマトグラフィカラム８００は、入口毛細管８１０（図９Ａの大きい矢印によって示されている流れ方向）を通して流体（分析のための液体試料等）を受容する。流体は、入口毛細管から、第１の流れ分配器８５０ａの空洞８５８の中に入り、チャネル８６６を通過し、そして第２の孔８６０を通過する。流体は、次いで、第１のフリット８２０ａの孔８３０を通過する。随意に、開口部を画定する支持格子を備えるフリット（図３Ａ〜３Ｂに示されるフリット等）を使用することができる。この実施形態では、流体は、第１の流れ分配器８５０ａの第２の孔８６０から、支持格子の中の開口部に移動し、次いで、第１のフリットの孔８３０を通過する。
【００４３】
流体は、次いで、標準的な液体クロマトグラフィで知られているように、抽出媒体を通過する。管の出口端では、流体は、前述したものと反対の様態で、第２のフリット８２０ｂおよび第２の流れ分配器８５０ｂを通過する。したがって、流体は、第２のフリットの孔を通過し（および、随意に、第２のフリットの支持格子の開口部の中に入り）、第２の流れ分配器の孔を通過し、第２の流れ分配器のチャネルを通過し、そして、第２の流れ分配器の空洞の中に入る。流体は、空洞から、出口毛細管８１２に移り、そこでは、さらなる分析のために、流体をクロマトグラフィ系の他の構成要素に渡すことができる。
【００４４】
別々のフリットおよび流れ分配器に関して前述したが、本明細書で説明するフリットおよび流れ分配器一体型デバイスは、クロマトグラフィカラムで使用できることが想定される。そのような実施例では、直前に説明したものと同様に、一体型デバイスの第３の面の中に位置付けられる空洞は、入口毛細管および／または出口毛細管と直接的に流体連通する。基板の第１の面は、管内に収容される抽出媒体と接触する。
【００４５】
当業者には、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、種々の修正および変更を本発明に行うことができることが明らかになるであろう。当業者には、本明細書を考慮し、本明細書で開示される本発明を実行することによって、他の実施形態が明らかになるであろう。仕様および実施例は、例示的なものに過ぎず、本発明の真の範囲および精神は、以下の特許請求の範囲によって示されることを意図している。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィカラム（８００）で使用するための微細加工されたフリット（１２０、２２０、３２０、６８０、７８０、８２０ａ、８２０ｂ）であって、
第１の面（１２４、３２４、６８４）と、対向して配置される第２の面（１２６、６８５）と、厚さ（１２８、３２８、６８８）とを有し、前記厚さを通って延在する複数の第１の孔（１３０、６３０、８３０）を画定する、第１の基板（１２２、６８２）であって、前記第１の孔のそれぞれが、前記第１の面上に位置付けられる第１の端部（１３２、６３２）と、前記第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部（１３４、６３４）とを有する、第１の基板（１２２、６８２）を備え、
前記第１の孔のそれぞれに対して、前記第１の端部は、前記第２の端部と整合され、前記孔は、前記第１の基板を通る流体連通を提供する、微細加工されたフリット。
【請求項２】
前記第１の面（１２４、３２４）の中に形成され、かつ互いに実質的に平行である、複数の第１のスロット（１３６）と、
前記第２の面（１２６）の中に形成され、かつ互いに実質的に平行であり、前記複数の第１のスロットに対して直角に配向される、複数の第２のスロット（１３８）と、をさらに備え、前記複数の第１のスロットは、前記複数の第２のスロットと交差し、それによって、前記複数の孔（１３０）を形成する、
請求項１に記載のフリット。
【請求項３】
前記第１の基板は、前記第１の面（３２４）上に位置付けられる支持格子（１４０）を備え、前記支持格子は、複数の開口部（１４２）を画定し、前記開口部のそれぞれが、前記孔（１３０）のうちの少なくとも１つと流体連通している、請求項１に記載のフリット。
【請求項４】
前記第１の孔（１３０）のそれぞれが、１μｍから２．５μｍの断面寸法を有するか、または、前記厚さ（１２８、３２８）は、１０μｍから約４０μｍである、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のフリット。
【請求項５】
前記フリットは、それとともに一体的に形成される、流れ分配器をさらに備え、前記第１の基板（６８２）の前記厚さ（６８８）は、前記第１の面（６８４）と前記第２の面（６８５）との間に延在し、前記第１の基板は、前記第２の面から離間される第３の面（６８６）をさらに備え、
前記フリットは、
前記第３の面の中に画定され、それぞれが、前記複数の孔のうちの少なくとも１つの孔（６３０）と流体連通している複数のチャネル（６６６、７６６）をさらに備える、
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のフリット。
【請求項６】
各チャネル（６６６、７６６）は、所定の長さを有し、前記複数のチャネルの前記所定の長さは、互いに実質的に等しい、請求項５に記載のフリット。
【請求項７】
前記第１の基板（６８２）は、前記第２の面（６８５）と前記第３の面（６８６）との間に延在する支持格子（６４０、７４０）を備え、前記支持格子は、複数の開口部（６４２、７４２）を画定し、前記開口部のそれぞれが、少なくとも１つのチャネル（６６６、７６６）と前記複数の孔のうちの少なくとも１つの孔（６３０）との間に流体連通を提供する、請求項５または６に記載のフリット。
【請求項８】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のフリットと組み合わせてクロマトグラフィカラムで使用するための、微細加工された流れ分配器（４５０、５５０、８５０ａ、８５０ｂ）であって、
第１の面（４５４）と、対向して配置される第２の面（４５６）とを有する、第２の基板（４５２）と、
前記第２の基板の中に位置付けられ、かつそれを通って延在し、それぞれが、第１の端部（４６２）と、前記第２の基板の前記第２の面上に位置付けられる対向する第２の端部（４６４）とを有する、複数の第２の孔（４６０、８６０）と、
前記第２の基板の前記第１の面の中に画定され、それぞれが、前記第２の孔のうちの少なくとも１つの第１の端部と流体連通している複数のチャネル（４６６）と、
を備える、微細加工された流れ分配器。
【請求項９】
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の少なくとも１つのフリットを有する、クロマトグラフィカラム（８００）であって、
入口端（８０４）と、対向する出口端（８０６）とを有する管（８０２）と、
前記管内に収容され、平均寸法を有する粒子（８０９）を備える抽出媒体（８０８）と、を備え、前記第１の孔（８３０）のそれぞれの断面寸法は、前記粒子の前記平均寸法未満であり、前記少なくとも１つの前記フリットは、前記管の前記入口端および前記出口端のうちの１つに近接して位置付けられる、
クロマトグラフィカラム。
【請求項１０】
請求項８に記載の少なくとも１つの流れ分配器（８５０ａ、８５０ｂ）をさらに備え、前記少なくとも１つの流れ分配器は、前記少なくとも１つのフリットと、前記管（８０２）の前記それぞれの入口端（８０４）または出口端（８０６）との間に位置付けられ、前記第１の孔（８３０）のそれぞれが、前記第２の孔（８６０）のうちの少なくとも１つと流体連通している、請求項９に記載のクロマトグラフィカラム。

【図１Ａ】