(57)【要約】標的とする生物学的および化学的な分子および化合物の検出に使用できる、内蔵の多孔質基材／センサを含む微量流体装置。1つの局面において、上部および下部の微量流体チャネルはそれぞれ基材の半分に設けられ、組立時に多孔質膜を挟み込む。別の局面において、上部チャネルおよび下部チャネルは下部チャネルの一部が上部チャネルの一部の下を通ってチャネル交差領域を形成するように形成され、このチャネル交差領域内で2つのチャネルの間に膜が配置される。種々の態様において、1つまたは複数の多孔質膜が、1つまたは複数の上部および下部チャネルにより規定される対応するチャネル交差領域に隣接して配置される。多孔質膜は、光学特性および／または電気特性の変化を生じるように、検出特性も有していてよい。したがって本発明の装置は、光学ベースの検出器および電子機器など、変化を測定するための機器または検出装置をさらに含んでいてもよい。
2005539222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む装置：
第一の方向に沿って基材を貫通する上部微量流体チャネル、および、第二の方向に沿って基材を貫通する下部微量流体チャネルであって、その一部が上部微量流体チャネルの一部の下を通ってチャネル交差領域を形成する下部微量流体チャネルを中に設けている基材；ならびに
チャネル交差領域に隣接し上部微量流体チャネルと下部微量流体チャネルとの間に配置されて、上部微量流体チャネルと下部微量流体チャネルとの間に半透性バリアを形成する多孔質膜。
【請求項２】
多孔質膜が、多孔質ナノ結晶性シリコンを含む、請求項1記載の装置。
【請求項３】
多孔質膜が、多孔質ポリシリコンを含む、請求項1記載の装置。
【請求項４】
基材の中に設けられ、かつ、上部微量流体チャネルおよび下部微量流体チャネルのうち1つと流体連通して接続される第一のリザーバをさらに含む、請求項1記載の装置。
【請求項５】
基材の中に設けられ、かつ、上部微量流体チャネルおよび下部微量流体チャネルのうち第一のリザーバと流体連通して接続されていないもう1つと流体連通して接続される第二のリザーバをさらに含む、請求項4記載の装置。
【請求項６】
基材の中で上部微量流体チャネルおよび下部微量流体チャネルのうち少なくとも1つの対向する両端に設けられるそれぞれのリザーバをさらに含む、請求項1記載の装置。
【請求項７】
多孔質膜が、1つまたは複数の特定の溶質および／または検体への曝露に反応して光学特性および電気特性のうち少なくとも1つの変化を生じる検出特性を示す、請求項1記載の装置。
【請求項８】
検出特性が光学特性の変化を含み、かつ以下をさらに含む、請求項7記載の装置：
多孔質膜に光を発する光源；ならびに
多孔質シリコン膜で反射されたおよび／または多孔質シリコン膜から放出された光の一部を受け取り、多孔質膜の光学特性の変化を検出するための検出器。
【請求項９】
多孔質膜の光学特性の変化に関係するデータを収集するため、検出器と通信可能状態で接続されたデータ収集装置をさらに含む、請求項8記載の装置。
【請求項１０】
検出特性が電気特性を含み、かつ、基材が多孔質膜に操作可能な状態で接続された超小型電子トレースをさらに含む、請求項7記載の装置。
【請求項１１】
多孔質シリコン膜が1つまたは複数の特定の流体に曝露された際の多孔質シリコン膜の電気特性の変化を測定するため、超小型電子トレースを介して多孔質膜に接続された電子計測装置をさらに含む、請求項10記載の装置。
【請求項１２】
電子計測装置と通信可能状態で接続されたデータ収集装置をさらに含む、請求項11記載の装置。
【請求項１３】
多孔質膜の厚さの平均が、約10ナノメートル〜約50マイクロメートルである、請求項1記載の装置。
【請求項１４】
多孔質膜が、孔径の平均が約50オングストローム〜約10マイクロメートルである複数の細孔を有する、請求項1記載の装置。
【請求項１５】
基材が、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、シリコン、石英、ポリマー、またはポリメタクリル酸メチル（PMMA）基材のうち1つを含む、請求項1記載の装置。
【請求項１６】
基材が、上部微量流体チャネルが中に形成される上部基材部品および下部微量流体チャネルが中に形成される下部基材部品であって組立時に多孔質基材を挟み込む上部基材部品および下部基材部品を含む、請求項1記載の装置。
【請求項１７】
以下を含む装置：
第一の方向に沿って基材を貫通する複数の上部微量流体チャネル、および、第二の方向に沿って基材を貫通する少なくとも1つの下部微量流体チャネルであって、少なくとも１つの下部微量流体チャネルのそれぞれの一部が上部微量流体チャネルのそれぞれの一部の下を通って複数のチャネル交差領域を形成する下部微量流体チャネルを中に設けている基材；ならびに
チャネル交差領域に隣接し上部チャネルと下部チャネルとの間に配置されて、複数のチャネル交差領域に隣接したそれぞれの領域において上部チャネルと下部チャネルとの間に半透性バリアを形成する少なくとも１つの多孔質膜。
【請求項１８】
少なくとも1つの下部微量流体チャネルが複数のチャネルを含み、かつ、複数のチャネル交差領域が実質的にアレイに構成される、請求項17記載の装置。
【請求項１９】
少なくとも1つの多孔質膜が複数の多孔質膜を含み、それぞれが各チャネル交差領域に隣接して配置される、請求項17記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも1つの多孔質膜が、多孔質ナノ結晶性シリコンを含む、請求項17記載の装置。
【請求項２１】
少なくとも1つの多孔質膜が、多孔質ポリシリコンを含む、請求項17記載の装置。
【請求項２２】
基材が、複数の上部微量流体チャネルが中に形成される上部基材部品および少なくとも1つの下部微量流体チャネルが中に形成される下部基材部品であって組立時に少なくとも1つの多孔質シリコン基材を挟み込む上部基材部品および下部基材部品を含む、請求項17記載の装置。
【請求項２３】
多孔質シリコン膜が、1つまたは複数の特定の溶質および／または検体への曝露に反応して光学特性および電気特性のうち少なくとも1つの変化を生じる検出特性を示す、請求項17記載の装置。
【請求項２４】
検出特性が光学特性の変化を含み、かつ以下をさらに含む、請求項17記載の装置：
多孔質膜に光を発する光源；ならびに
多孔質シリコン膜で反射されたおよび／または多孔質シリコン膜から放出された光の一部を受け取り、多孔質膜の光学特性の変化を検出するための検出器。
【請求項２５】
検出特性が電気特性を含み、かつ、基材が多孔質膜に操作可能な状態で接続された超小型電子トレースをさらに含む、請求項17記載の装置。
【請求項２６】
以下を含む装置：
基材の中に形成された複数の上部微量流体チャネルであって、各上部微量流体チャネルが第一の端部および第二の端部を有し、第二の端部が交点で合流する複数の上部微量流体チャネル、および、基材の中に形成され、交点の下に位置する第一の端部を有する下部微量流体チャネルを中に設けている基材；ならびに
交点に隣接し上部微量流体チャネルと下部微量流体チャネルとの間に配置されて上部微量流体チャネルと下部微量流体チャネルとの間に半透性バリアを形成する多孔質膜。
【請求項２７】
基質の中に配置された複数のリザーバであって、それぞれが各上部微量流体チャネルの第一の端部に配置された複数のリザーバをさらに含む、請求項26記載の装置。
【請求項２８】
基材が、複数の上部微量流体チャネルが中に形成される上部基材部品および下部微量流体チャネルが中に形成される下部基材部品であって組立時に多孔質シリコン基材を挟み込む上部基材部品および下部基材部品を含む、請求項26記載の装置。
【請求項２９】
少なくとも1つの多孔質膜が、多孔質ナノ結晶性シリコンまたは多孔質ポリシリコンのうち1つを含む、請求項26記載の装置。
【請求項３０】
多孔質膜が、1つまたは複数の特定の溶質および／または検体への曝露に反応して光学特性および電気特性のうち少なくとも1つの変化を生じる検出特性を示す、請求項26記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示は広く微量流体装置に関し、より具体的かつ非排他的には、生体分子および／または化学分子の濾過および検出のための内蔵センサを備えた多孔質膜を有する微量流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景情報
マイクロチップ製造技術の幅が広がるのに伴い、微量流体装置として知られる微小装置に関連する新技術が生まれている。微量流体装置は、小型化されたリザーバ、ポンプ、バルブ、フィルタ、ミキサ、反応チャンバ、およびこれら微小部品を相互連絡する毛細管のネットワークで構成されることが多く、さまざまな開発計画で役立つように開発が行われている。例えば、微量流体装置は、手作業による介入なしで数百の操作（例えば混合、加熱、分離など）を行う能力をもたせることにより、1つの微小器具で複数の反応および分析技術を行えるように設計することも可能である。場合によっては、微量流体装置は、浮遊毒素の検出器、犯罪捜査用の迅速DNA分析器、および／または薬剤開発を促進するための薬学的テスタとしても機能し得る。
【０００３】
最近では、ナノ結晶性シリコンなどの多孔質基材を製造して特定の化学構造および生体分子構造を検出できることが研究者により示されている。例えばこうした研究者の1人は、TNTおよびジニトロトルエンを10億分の1（ppb）レベルで検出できる多孔質基材を開発した（参照：http://chem-faculty.ucsd.edu/sailor）。
【０００４】
このような微量流体装置および検出用基材の用途は事実上無限である可能性があるが、その一方で、微小部品によっては微量流体装置への組み込みが技術的に困難なものもあり、このため単一の装置または複数装置の組み合わせにより実現され得る機能の範囲には制限がある。特に、現在の微量流体システムでは、サイズ分離（またはサイズ排除）フィルタの微量流体チップへの組み込みが十分に行われていない。そのため分離は、外部に設けられたパック化した多孔質媒質またはポリマーベースのナノ細孔膜で行われるのが一般的であり、したがって、汚染リスクが上昇するとともに、分析またはその他の手技の実施において複雑性および手作業が余分に発生する。さらに、検出用基材もチップなどへの組み込みが行われていない。
【発明の開示】
【０００５】
図に示した態様の詳細な説明
以下に、分子のふるい分け、計測、および分離を行うための多孔質シリコン膜を組み込んだ微量流体装置の態様、ならびにこれを作製するための方法を詳しく説明する。以下の説明では、本発明の各態様が十分に理解されるよう、種々のシステム構成要素の素性など具体的な詳細を多数提供する。しかし当業者には、これら具体的詳細のうち1つまたは複数がなくても、または他の方法、構成要素、材料などを用いても、本発明の態様が実現可能であることが認識されると思われる。また別の場合においては、本発明の種々の態様の各局面が不明瞭になることを避けるため、周知の構造、材料、または操作について詳細を記載または説明していない。
【０００６】
本明細書において「1つの態様（one embodiment）」または「態様（an embodiment）」を参照する場合、それは、その態様に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも1つの態様に含まれることを意味する。したがって、本明細書の種々の箇所で使用される「1つの態様において（in one embodiment）」または「態様において（in an embodiment）」という文言は、必ずしもすべて同じ態様を参照しない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、1つまたは複数の態様において任意の適切な様式で組み合わされていてもよい。
【０００７】
全体として、本発明の各態様は、微量流体装置に導入された流入流から分子化合物をふるい分け、計測、および／または分離するための多孔質シリコン膜が少なくとも1つ組み込まれた微量流体装置を提供する。図に示した各態様のその他の特徴は、以下の説明および添付の特許請求の範囲から、ならびに添付の図面を参照しながら詳細な記述および説明を読むことによって、明らかになると思われる。
【０００８】
図1a〜fに、本発明の1つの態様による微量流体装置100を示す。微量流体装置100はプラットフォーム基材102を含み、プラットフォーム基材102には上部および下部の微量流体チャネル104および106が形成される。上部および下部の微量流体チャネルは、「チャネル交差」領域108で下部チャネルの上に上部チャネルが交差するように配置される。このチャネル交差領域に隣接し、上部チャネルと下部チャネルとの間に多孔質基材110が配置される。詳しく後述するように、多孔質基材110は、液体および気体を含むいくつかの流体の分子化合物を通過させ、かつ他の分子の通過を制限する、複数の細孔を有する。
【０００９】
種々の態様において、上部チャネルおよび／または下部チャネルの一端または両端にリザーバを接続してもよい。例えば、図の態様においては、入力用および出力用のリザーバ112および114が上部チャネル104のそれぞれ対応する入力端および出力端に接続され、入力用および出力用のリザーバ116および118が下部チャネル106のそれぞれ対応する入力端および出力端に接続されている。一般的に、上部チャネルおよび下部チャネルのそれぞれにおいて、液流が特定の方向で起こることが望ましいと考えられる。これを考慮すると、1つの態様において、出力用リザーバの深さはチャネルの深さより深く設けられる。その結果、入力用リザーバに流体が加えられると、流体はチャネルを通って出力用リザーバへと流れる。出力用リザーバに代えて、または出力用リザーバに加えて、上部チャネルおよび下部チャネルにそれぞれ出口経路を設けてもよい（図には示していない）。
【００１０】
一般的に、プラットフォーム基材は、1つまたは複数の多孔質膜／センサを挟み込む上半分および下半分を含む。例えば、図1Eおよび図1Fに示すように、プラットフォーム基材は上部基材部品120および下部基材部品122を含む。図1eに示すように、上部基材部品には上部微量流体チャネル104が形成され、下部基材部品には下部微量流体チャネル106が形成される。1つの態様において、入力用リザーバ116、出力用リザーバ118、および出力用リザーバ114のそれぞれの下部116B、118B、および114Bは下部基材部品に形成され、これらに対応する貫通孔112A、114A、116A、および118Aは上部基材部品に形成される。一般的に、上部基材部品および下部基材部品は、組立時に多孔質膜110を挟み込む。したがって、組立時に多孔質膜がはまり込む凹みを上部基材部品または下部基材部品のいずれかに形成してもよい。例えば、図の態様では、上部基材部品120に凹み124が設けられている。
【００１１】
図2a〜eに、単一「フロースルー」微量流体装置200の態様を示す。1つの実施例において、第一の反応流体は入力用リザーバ212に入り、上部チャネル204に流入する。同時に、第二の反応流体は入出力用リザーバ214に入り、下部チャネル206に流入する。次に、第一および第二の反応体の一部が多孔質膜210の細孔を通過して混合し、反応を起こす。上述と同様の様式で、特定の化学反応により多孔質膜の光学特性または電気特性が変化してもよく、これにより化学反応の検出が可能となる。
【００１２】
図2a〜eの態様の別の実施例においては、単一の流体が入力用リザーバ212に入力され、上部チャネル204へと流入する。次にこの流体の一部が多孔質膜210を通過し下部チャネル206へと流入する。次に、多孔質膜を通過した流体の一部を入出力用リザーバ214に回収してもよい。この態様において、上述と同様の様式で、流体により多孔質膜の光学特性および／または電気特性に変化が生じてもよい。
【００１３】
1つの態様において、微量流体装置200は、多孔質膜210、ならびにこれを挟み込む上部基材部品220および下部基材部品222の3部品アセンブリを含む。上述と同様、上部基材部品220に形成された凹み224のように、多孔質膜を収容するための凹みを上部基材部品または下部基材部品のいずれかに形成してもよい。
【００１４】
図3a〜eに、微量流体装置200と実質的に同様の構成を有する微量流体装置200Aを示す。これら2つの装置の主な違いは、微量流体装置200Aが入出力用リザーバ214ではなく出口ポート230を有する点である。この違いをもたらすための改変は、上部基材部品220Aおよび下部基材部品222Aに示されている。
【００１５】
図4a〜eに、本発明の別の態様による微量流体装置300を示す。微量流体装置300は、上部基材部品320に形成された複数の上部チャネル304A、304B、および304C、ならびに下部基材部品322に形成された複数の下部微量流体チャネル306A、306B、および306Cを含む。選択的に、複数の入力用リザーバ312n（a〜c）および316n、ならびに出力用リザーバ314nおよび318nを設けてもよい。1つの態様においては、複数の多孔質膜310が、上部基材部品320に設けられた対応する凹み（図には示していない）に上述と同様の様式で配置される。別の態様においては、図5a〜eの微量流体装置500Aに示すように、単一の多孔質膜310Aを使用してもよい。また別の選択肢として、正方形または長方形の多孔質部分をアレイ状に配置するなど、複数の多孔質部分を有する単一の多孔質膜を作製してもよい（図には示していない）。
【００１６】
図6a〜eに、本発明の別の態様による微量流体装置600を示す。この装置は、3つの上部チャネル604A、604B、および604Cが形成された下部基材部品622を含む。各チャネル604A〜Cの入力端には入力用リザーバ612が任意で設けられ、各チャネルの出力端は交点611で合流する。この装置はさらに、単一の下部微量流体チャネル606が形成された下部基材部品622を含み、この下部基材の構成は微量流体装置150の下部基材部品164と同様である。下部微量流体チャネルから出てくる流体を回収するため、出力用リザーバ616を設けてもよい。この装置はさらに、上部基材部品620に形成された凹み624の中に配置される多孔質膜610を含み、凹みは交点611の近くに設けられる。
【００１７】
微量流体装置600は典型的に以下の様式で使用される。それぞれの流体反応体が、上部微量流体チャネル604の各入力端で（例えば入力用リザーバ612A〜Cを介して）受け取られる。流体反応体は次に交点611で混合し、化学反応を起こす。このようにして生成された反応化学物質の一部が多孔質膜610の細孔へと流入し、これにより多孔質膜の光学特性および／または電気特性に変化が生じる。このような特性変化を後述の様式で測定してもよい。
【００１８】
多孔質膜の作製および特性
本発明の1つの局面において、多孔質膜は、化学分子および／または生体分子の濾過、計測、および／または分離に使用できる多孔質構造を含む。一般的に、多孔質膜は、選択した方向に沿って空隙率が最大となるように作製してもよい。さらに、後述の作成過程において孔径を数ナノメートルからマイクロメートル単位まで調整できるため、標的とする化学分子および生体分子の濾過、計測、および分離が可能である。
【００１９】
一般的に、多孔質膜および多孔質膜／センサは、ナノ細孔およびミクロ細孔を形成できる多様な材料で形成してよい。例えばこのような材料としては、単結晶多孔質シリコン（PSi）、多孔質ポリシリコン（PPSi）、多孔質シリカ、ゼオライト、フォトレジスト、多孔質結晶／凝集体などがあるが、これらに限定されることはない。典型的に、多孔質膜は、プロセス、分子、流体、反応状態などのリアルタイム検出／モニタリング機能を備えた、分子の分離および／または分子の（バイオ）反応の媒質に利用される。
【００２０】
1つの態様においては、多孔質膜に多孔質シリコンが使用される。1つの態様においては、多孔質膜に多孔質シリコンが使用される。多孔質シリコンは、HF（フッ化水素酸）の存在下でガルバノスタットエッチング、化学エッチング、または光化学エッチング処理により作られる、特性がよく解明されている材料である（A.G. Cullis et al., J. Appl. Phys. 1997, 82,909.）。多孔質シリコンは一般的に、電気化学エッチングまたはステインエッチングにより、複雑な異方性ナノ結晶構造としてシリコン層に形成される（参考：http://chem-faculty.ucsd.edu/sailor）。細孔のサイズおよび向きは、エッチング条件（例えば電流密度など）、ならびに基材の種類およびその電気学特性により制御できる（R.L. Smith, et al. "Porous silicon formation mechanisms", J. Appl. Phys., 1992, 71, R1; P.M. Fauchet, "Pits and Pores: Formation, Properties, and Significance for Advanced Luminescent Materials", P. Schmuki, et al., eds, Pennington, NJ: Electrochem. Soc., 1997, 27）。典型的な孔径は、距離数ミリメートルにわたって高アスペクト比（〜250）の細孔をシリコンに形成する場合、〜50オングストロームから〜10μmである。
【００２１】
別の種類の多孔質シリコンも放電加工（R.E. Hummel, et. al., "On the origin of photoluminescence in spark-eroded (porous) silicon," Appl. Phys. Lett., 1993, 63, 2771）により形成でき、これにより、マイクロメートルからナノメートルまで種々のサイズの凹凸を有するSi表面が得られる。Siナノ構造は、異方性エッチングの後に酸化処理することによっても得られる（A.G. Nassiopoulos, et al., "Light emission form silicon nanostructures produced by conventional lithographic and reactive ion etching techniques." Phys. Stat. Sol. (B), 1995, 1990, 91; S.H. Zaidi, et al., "Scalable fabrication and optical characterization of nm Si structures", In Proc. Symp. Mater. Res. Soc., 1995, 358, 957.）。化学蒸着で蒸着したマイクロ結晶フィルムを酸化すると、SiOによりSiクリスタライトが不動態化してナノ結晶構造が形成される（H. Tamura, et al., "Origin of the green/blue luminescence from nanocrystalline silicon," Appl. Phys. Lett., 1994, 65, 92）。
【００２２】
図7aのフローチャートにおいて、本発明の1つの態様による多孔質膜N10（例えば110、310など）の作製過程は以下のように進行する。まず、ブロック700において、典型的に厚さ〜0.01μmから50μmのシリコン層に電気化学エッチングまたはステインエッチングを施すことにより、多孔質シリコンを形成する。別の態様においては、ブロック702に従い、低圧化学蒸着法（LPCVD）により多孔質ポリシリコン（PPSi）を蒸着する。細孔のサイズおよび向き、空隙率、結晶粒度、厚さなどは、適切なエッチング条件（例えば電流密度、電流持続時間など）、蒸着条件（例えば温度、圧力など）、ならびに基材の種類およびその電気化学特性などにより制御してもよい。
【００２３】
次に、ブロック704において、PSiエッチングまたはPPSi蒸着を施したシリコンから「リフトオフ」を電解研磨することによりPSiフィルム（またはPPSiフィルム）を物理的に分離し、溶液内に浮遊させる。または、基材（例えばシリコン、石英など）に直接蒸着する際にPPSiフィルムを形成してもよく、これを種々の標準的なエッチング技術または微細加工技術により物理的に分離してもよい。次に、ブロック706において、基材の半分のチャネル交差領域に隣接して設けられた対応する凹みに、PSiフィルムまたはPPSiフィルムを固定する。
【００２４】
7bに示す別の過程では、ブロック708において、LPCVDを用いて基材の空隙にPPSiを直接蒸着することにより多孔質膜を形成する。続いて、ブロック710において、蒸着したPPSiの下を通る基材の部分にチャネルをエッチングする。一般的に、基材は、微量流体チャネルを形成できるような任意の適切な材料を含んでいてよい（例えば、シリコン、石英、ポリジメチルシロキサン（PDMS）、SU-8フォトレジスト、およびポリメタクリル酸メチル（PMMA）などのポリマーなど）。
【００２５】
生物学的および化学的な分子／化合物のリアルタイム検出
上述のように、種々の態様において、多孔質膜は、濾過／ふるい分け／分子分離の能力に加えてセンサとしても使用できるように作製してもよい。例えば多孔質膜は、ベースとなる基材材料（例えばPSiまたはPPSi）を使用することにより、またはセンサ層を追加するもしくは化学ドーピングなどを施すことにより、標的とする流体または反応に曝露された際に光学特性および／または電気特性が変化するように作製してもよい。一般的に、そのようなPSiまたはPPSiのセンサ機構は、光干渉性の反射能、キャパシタンス変調、光ルミネセンス、光学的な複屈折性、音響特性などを含んでいてもよいが、これらに限定されることはない。
【００２６】
図8a〜cおよび図9a〜cに示すように、1つの態様において、光源800および光検出器802により光学変化を観察してもよい。（これらの図においては、わかりやすさを期すため、反応流体（一般的に溶質または検体とも呼ばれる）が占める領域のみを示している。さらに、わかりやすさを期すため、種々の部品のサイズは縮尺が統一されていない。さらに、マイナス記号およびプラス記号はそれぞれ反応に用いられる異なる化学化合物または生物学的化合物を示し、密度およびパターンが異なる網掛けも異なる化合物を示す）。一般的に光源800は、対応する光学検出設備または装置との組み合わせにより多孔質膜／センサの光学特性の変化を検出するのに適した光を発する、任意の装置を含んでいてよい。例えば1つの態様において、光源800は、特定の波長の光を発するレーザー光源を含む。
【００２７】
多孔質膜／センサがもつ特定の光学特性に応じて、可視光または不可視光を用いてもよい。可視光波長を用いる場合、1つの態様において上部基材および下部基材のうち少なくとも1つは視覚的に透明であり、これはすなわちその基材により生じる可視光の減衰がごくわずかであることを意味する。いくつかの場合においては、不可視領域の波長を有する光（赤外線）の使用が望ましい可能性もある。多くの基材材料はこれらの波長に対して「光学的に透明」であり、これはすなわち、これらの材料が、特定の不可視波長を有する光をごくわずかの減衰で通過させることを意味する。選択的に、多孔質膜の光学特性変化の検出に用いられる波長の光に対して基材が不透明である場合、基材に種々の覗き穴構造を設けてもよい（図には示していない）。
【００２８】
一般的に、観察対象とする特定の光学特性に応じて、種々の光検出器が利用可能である。1つの態様において、光検出器はレーザー干渉に適した検出器を含む。その他の典型的な光検出器としては、アバランシェフォトダイオード、種々の光センサ、ならびに波長、位相シフト、および／または光学的エネルギー／パワーの測定に用いられるその他の装置などがあるが、これらに限定されることはない。
【００２９】
典型的に、光検出器は内蔵型のデータロギング機構を有していてもよく、または、データロガー804として図示されているものなどの外部データロギング装置を光検出器に接続してもよい。別の選択肢として、データロギングカードまたはGPIB（General Purpose Instrumentation Bus）インターフェースなどの電子機器インターフェースを備えたコンピュータ806を使用してもよい。データロガーはデータをローカルに保存してもよく、または、データベースもしくはデータシステムによりホストされたデータ保存領域または記憶領域ネットワーク（SAN）装置などコンピュータネットワーク上に保存してもよい。
【００３０】
電気特性の変化については、変化状態を検出するため、種々の電子機器および／または電子回路を多孔質膜に電気的に接続してもよい。上述のように、これには図10に示す超小型電子トレース1000など、基材に配置された超小型電子トレースを利用してもよい。選択的に、ワイヤ結合などを介して、基材を外部の回路および／または電気装置に直接結線してもよい。1つの態様において、集積回路1002として図示しているように、半導体製造技術で一般的に行われているのと同様に、信号調整および／またはテスト測定用の回路をプラットフォーム基材の中に直接作製してもよい。選択的に、そのような信号調整およびテスト測定用の回路を、電子測定装置1006および／またはコンピュータ1006の中に設けてもよい。
【００３１】
一般的に、多孔質膜により占められるチャネルおよびチャネル交差部の反応領域のサイズは、試験に用いられる種々の反応体に合わせて調整してもよい。流体および分子の流れは、静水圧、流体力学、動電学、電気浸透、電磁流体力学、音響および超音波による方法、機械的な方法、電場による方法、熱による方法、その他既知の方法など、標準的な微量流体方法により生成してもよい。フロースルー・マイクロチャネル構成（図1a〜f、図4a〜e、および図5a〜eに示すようなもの）により、流速の制御、流体の希釈、チャネルの効果的な洗浄、逆流を最小限にすることなどが可能になる。選択的に、インキュベーション、拡散、希釈などを行うため、標準的な微量流体用の部品および装置を用いて、流れを阻止してもよい。図2a〜e、図3a〜e、および図6a〜eに示すような非フロースルー・マイクロチャネル構成については、機能的要件、反応体の挙動などに応じて、入口および出口の数ならびにチャネル交差領域のサイズが異なっていてもよい。さらに、図4a〜eおよび図5a〜eの態様に示した原理に基づいて高度な並列構成を作製し、試験に使用してもよい。このような場合、各チャネル交差部の多孔質膜は、センサ／検出器、分子の分離もしくはふるい分けフィルタ、バイオリアクタ（表面改質ナノ細孔、生体分子を固定したナノ細孔、表面コート処理ナノ細孔などを有するもの）としての機能性（光学的、生化学的、電気的、音響的などの機能性）が互いに同じであってもまたは異なっていてもよい。
【００３２】
本明細書では、限られた数の態様に基づいて本発明を説明および図示しているが、本発明はその本質的特性の精神から逸脱することなく多数の形態で具現化することが可能である。したがって、図示および説明した各態様は、本開示の要約で説明されたものも含めて、すべての面において説明を目的としたものであり限定するものではないとみなされるべきである。本発明の範囲は以上の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と同等の意味および範囲内に入る変更はすべて本発明の範囲に含まれるものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
添付の図面の種々の投影図の簡単な説明
添付の図面は本発明の非限定的かつ非網羅的な態様の種々の投影図を示したものであり、これら投影図において同様の参照番号は同様の部品を参照している。
【図１】図1ａ〜ｆは、本発明の1つの態様による微量流体装置の種々の投影図である。図1aおよび1bは分解等角図、図1cは断面線1c-1cに対応する断面図、図1dは等角隠れ線図、図1eは部分切取を含む等角図、図1fは断面線1c-1cを含む平面図である。
【図２】図2ａ〜ｅは、本発明の1つの態様による微量流体装置の種々の投影図である。図2aおよび2bは分解等角図、図2cは等角隠れ線図、図2dは断面線2e-2eを含む平面図、図2eは断面線2e-2eに対応する断面図である。
【図３】図3ａ〜ｅは、図2a〜eの態様を変更した本発明の1つの態様による微量流体装置の種々の投影図である。図3aおよび3bは分解等角図、図3cは等角隠れ線図、図3dは断面線3e-3eを含む平面図、図3eは断面線3e-3eに対応する断面図である。
【図４】図4ａ〜ｅは、多孔質基材／センサのアレイを使用した、本発明の1つの態様による微量流体装置の種々の投影図である。図4aは分解等角図、図4bは組立等角図、図4cは断面線4d-4dおよび4e-4eを含む平面図、図4dは断面線4d-4dに対応する断面図、図4eは断面線4e-4eに対応する断面図である。
【図５】図5ａ〜ｅは、図4a〜eの態様の変形であって、単一の多孔質基材／センサを使用した、本発明の1つの態様による微量流体装置の種々の投影図である。図5aは分解等角図、図5bは組立等角図、図5cは断面線5d-5dおよび5e-5eを含む平面図、図5dは断面線5d-5dに対応する断面図、図5eは断面線5e-5eに対応する断面図である。
【図６】図6ａ〜ｅは、複数の上部チャネルが交点で合流する、本発明の1つの態様による微量流体装置の種々の投影図である。図6aおよび6bは分解等角図、図6cは等角隠れ線図、図6dは断面線6e-6eを含む平面図、図6eは断面線6e-6eに対応する断面図である。
【図７】図７ａは、本発明の1つの態様の多孔質膜の作製に使用できる操作を示したフローチャートである。図７ｂは、本発明の別の態様の多孔質膜の作製に使用できる操作を示したフローチャートである。
【図８】図８ａ〜ｃは、図1a〜fの態様に対応する多孔質膜／センサの光学特性の変化を検出するための光学検出装置の種々の投影図である。基材内部の領域が示されている。
【図９】図９ａ〜ｃは、図4a〜eの態様に対応する多孔質膜／センサの光学特性の変化を検出するための光学検出装置の種々の投影図である。基材内部の領域が示されている。
【図１０】多孔質膜／基材の電気特性の変化を検出するための、本発明の1つの態様を示した略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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