(57)【要約】  突出する細長構成部材（３０３）を備える第一の微小溶液基板（１２）と、細長構成部材に対応する導管（２６１）を有する第二の微小溶液基板（２２）との間に、接合部が形成される。各基板は一対の位置合わせ機構を有し、例えば基板の対向する側に、平面状の直交する表面（１３、１５；２３、２５）又は溝（１４１、１５１；２４１、２５１）を有する。基板は、位置合わせ機構に対応する位置決め機構（６３、６５）を有する位置合わせジグ６上に配置される。細長構成部材は圧縮可能なガスケット（４０）で取り囲むことができる。基板を互いの方向へ押し込むことにより、細長構成部材が導管に進入し、ガスケットがある場合はガスケットが圧縮される。基板が必要な位置に維持される限り、永久的手段により、又は分解可能な接合部が必要な場合は基板間に圧力を維持することにより、流体が漏れない接合部が得られる。側方に溝を有する微小溶液チップを含む、新規の装置及び新規の微小溶液アセンブリが開示される。
2007531635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板アセンブリ、第２基板アセンブリ、接合部を通る細長構成部材、及び密封ガスケットを備える液密な接合部であって、
第１基板アセンブリが、
（１）（ａ）第１端部（ＦＥＰ）合わせ平面内にある第１端部（ＦＥＰ）合わせ面、及び（ｂ）（ｉ）ＦＥＰ合わせ面に延び、且つ（ｉｉ）ＦＥＰ合わせ面に隣接する端部を有するＦＥＰ導管であって、端部の軸が真直ぐで且つＦＥＰ合わせ面に垂直であるＦＥＰ導管
を備える第１端部（ＦＥＰ）を含む第１基板
（２）第１基板（ＦＳ）の上面、
（３）ＦＳの底面、
（４）ＦＳの２つの側面、
（５）（ｉ）ＦＥＰの導管軸に平行な一次ＦＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＦＳの上面、底面及び側面から選択される一次ＦＳ位置合わせ面に沿って延びる一次ＦＳ位置合わせ機構、並びに
（６）（ｉ）ＦＥＰの導管軸に平行な二次ＦＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＦＥＰの二次位置合わせ面に沿って延びる二次ＦＳ位置合わせ機構であって、二次ＦＥＰ位置合わせ面が、（ｉ）ＦＳの上面、底面、及び側面から選択され、且つ（ｉｉ）一次ＦＳ位置合わせ面とは異なる、二次ＦＳ位置合わせ機構
を備えており、
第２基板アセンブリが、
（１）（ａ）第２端部（ＳＥＰ）合わせ平面内にある第２端部（ＳＥＰ）合わせ面、及び（ｂ）（ｉ）ＳＥＰ合わせ面に延び、且つ（ｉｉ）ＳＥＰ合わせ面に隣接する端部を有するＳＥＰ導管であって、端部の軸が真直ぐで且つＳＥＰ合わせ面に垂直であるＳＥＰ導管
を備える第２基板、
（２）第２基板（ＳＳ）の上面、
（３）ＳＳの底面、
（４）ＳＳの２つの側面、
（５）（ｉ）ＳＥＰの導管軸に平行で、一次ＦＥＰ位置合わせ軸に実質的に一致する一次ＳＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＳＳの上面、底面及び側面から選択される一次ＳＳ位置合わせ面に沿って延びる一次ＳＳ位置合わせ機構、並びに
（６）（ｉ）ＳＥＰの導管軸に平行で、二次ＦＥＰ位置合わせ軸に実質的に一致する二次ＳＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＦＥＰの二次位置合わせ面に沿って延びる二次ＦＳ位置合わせ機構であって、二次ＦＥＰ位置合わせ面が、（ｉ）ＳＳの上面、底面、及び側面から選択され、且つ（ｉｉ）一次ＳＳ位置合わせ面とは異なる、二次ＳＳ位置合わせ機構
を備えており、
細長構成部材が、
（ａ）ＦＥＰ及びＳＥＰの導管軸に実質的に一致する構成部材軸を有し、且つ
（ｂ）（ｉ）ＦＥＰ導管内部に取り付けられる固定部分、（ｉｉ）ＦＥＰ合わせ面とＳＥＰ合わせ面との間に位置する中間部分及び第２導管内部に位置するテーパ部分を含む自由部分を備えており、
密封ガスケットが、
（ａ）細長構成部材の中間部分を取り囲み、且つ
（ｂ）ＦＥＰ合わせ面とＳＥＰ合わせ面との間で圧縮が起こることにより生じ、細長構成部材とＦＥＰ及びＳＥＰ合わせ面との間に液密な密封状態を構成する変形形状を有する
接合部。
【請求項２】
密封ガスケットを変形密封形状に維持するような相対的位置に基板を保持する解除可能な機械的保持器を含む、請求項１に記載の接合部。
【請求項３】
細長構成部材が、毛細管、光ファイバ、又は電気導線である、請求項１又は２に記載の接合部。
【請求項４】
一次ＦＳ位置合わせ機構がＦＳの側面の１つであり、二次ＦＳ位置合わせ機構がＦＳの底面であり、一次ＳＳ次位置合わせ機構がＳＳの側面の１つであって一次ＦＳ位置合わせ機構と同じ平面内にあり、二次ＳＳ位置合わせ機構がＳＳの底面であって二次ＦＳ位置合わせ機構と同じ平面内にある、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の接合部。
【請求項５】
一次ＦＳ位置合わせ機構及び二次ＦＳ位置合わせ機構が、第１端部の対向する側面に設けられた溝であり、一次ＳＳ位置合わせ機構及び二次ＳＳ位置合わせ機構が、第２端部の対向する側面に設けられた溝であり、一次ＦＳ次位置合わせ機構の中心線と一次ＳＳ位置合わせ機構の中心線とが実質的に一致し、二次ＦＳ位置合わせ機構の中心線と二次ＳＳ位置合わせ機構の中心線とが実質的に一致する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の接合部。
【請求項６】
第１基板及び第２基板の各々が、微細加工された複合体を複数の微細加工チップに分割することを含む方法によって形成される微細加工チップであり、第１基板及び第２基板が、同一の微細加工複合体を分割することにより又は実質的に同一の手順により形成された微細加工複合体を分割することにより得られたものである、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の接合部。
【請求項７】
密封ガスケットを実質的に取り囲み、密封ガスケットの変形を制限するガスケット保持器を更に備える、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の接合部。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の接合部を作製する方法であって、
（Ｉ）（Ａ）第１基板であって、
（１）（ａ）第１端部（ＦＥＰ）合わせ平面内にある第１端部（ＦＥＰ）合わせ面、及び（ｂ）（ｉ）ＦＥＰ合わせ面に延び、且つ（ｉｉ）ＦＥＰ合わせ面に隣接する端部を有するＦＥＰ導管であって、端部の軸が真直ぐで且つＦＥＰ合わせ面に垂直であるＦＥＰ導管、を備える第１端部
（２）第１基板（ＦＳ）の上面、
（３）ＦＳの底面、
（４）ＦＳの２つの側面、
（５）（ｉ）ＦＥＰの導管軸に平行な一次ＦＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＦＳの上面、底面及び側面から選択される一次ＦＥＰ位置合わせ面に沿って延びる一次ＦＳ位置合わせ機構、並びに
（６）（ｉ）ＦＥＰの導管軸に平行な二次ＦＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＦＥＰの二次位置合わせ面に沿って延びる二次ＦＳ位置合わせ機構であって、二次ＦＥＰ位置合わせ面が、（ｉ）ＦＳの上面、底面、及び側面から選択され、且つ（ｉｉ）一次ＦＥＰ位置合わせ面とは異なる、二次ＦＳ位置合わせ機構
を含む第１基板、
（Ｂ）（ａ）ＦＥＰ導管内部に取り付けられた固定部分、及び（ｂ）ＦＥＰ位置合わせ面から延び、ＦＥＰ位置合わせ面に隣接する中間部分を含む自由部分を備える細長構成部材、並びに
（Ｃ）細長構成部材の中間部分の周囲の密封ガスケット
を備えた第１基板アセンブリを提供するステップ、
（ＩＩ）第２基板であって、
（１）（ａ）第２端部（ＳＥＰ）合わせ平面内にある第２端部（ＳＥＰ）合わせ面、及び（ｂ）（ｉ）ＳＥＰ合わせ面に延び、且つ（ｉｉ）ＳＥＰ合わせ面に隣接する端部を有するＳＥＰ導管であって、端部の軸が真直ぐで且つＳＥＰ合わせ面に垂直であるＳＥＰ導管
を備える第２端部、
（２）第２基板（ＳＳ）の上面、
（３）ＳＳの底面、
（４）ＳＳの２つの側面、
（５）（ｉ）ＳＥＰの導管軸に平行な一次ＳＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）ＦＳの上面、底面及び側面から選択される一次ＳＳ位置合わせ面に沿って延びる一次ＳＳ位置合わせ機構、並びに
（６）（ｉ）ＳＥＰの導管軸に平行な二次ＳＳ位置合わせ軸を有し、且つ（ｉｉ）二次ＳＥＰ位置合わせ面に沿って延びる二次ＳＳ位置合わせ機構であって、二次ＳＥＰ位置合わせ面が、（ｉ）ＦＳの上面、底面、及び側面から選択され、且つ（ｉｉ）一次ＳＥＰ位置合わせ面とは異なる、二次ＳＳ位置合わせ機構
を含む第２基板
を備える第２基板アセンブリを提供するステップ、
（ＩＩＩ）平行なジグ位置決め軸を有する一次及び二次ジグ位置決め機構を含む位置合わせジグを供給するステップ、
（ＩＶ）第１及び第２基板アセンブリを位置合わせジグに接触させることにより、一次及び二次ＦＳ及びＳＳ位置合わせ機構を一次及び二次ジグの位置決め機構に接触させ、ＳＥＰ合わせ面をＦＥＰ合わせ面と平行に対向させるステップ、
（Ｖ）第１基板アセンブリと第２基板アセンブリをそれぞれ互いに向かってスライドさせながら、位置合わせ機構とジグ位置決め機構との接触を維持することにより、細長構成要素の自由部分をＳＥＰ導管に挿入し、密封ガスケットをＦＥＰ合わせ面とＳＥＰ合わせ面との間で圧縮するステップ、並びに
（ＶＩ）ステップ（Ｖ）において形成した第１基板端部と第２基板端部の結合状態を維持するステップ
を含む方法。
【請求項９】
（ａ）一次及び二次ＦＳ及びＳＳ位置合わせ機構が、請求項５に記載の溝であり、
（ｂ）ジグ位置決め機構が、
（ｉ）溝に嵌合し、
（ｉｉ）同じ平面内にあり、且つ
（ｉｉｉ）ステップ（ＶＩ）で第１端部と第２端部をそれぞれ互いに向かってスライドさせることができるように一定の距離で相互に隔てられている
フランジである、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
フランジが、基部と上部との間に挟まれた概してＵ字形の平面状物品の一部である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の方法に使用するのに適したアセンブリであって、
（ａ）各々が１つの溝を有する２つの平行な平面状側面であって、溝が一定の距離をおいて互いに隔てられており、且つ同じ面内にある２つの平行な平面状側面、
（ｂ）合わせ面、
（ｃ）合わせ面と直角な上面、
（ｄ）上面に平行な底面、及び
（ｅ）（ｉ）上面と底面の間にあり、（ｉｉ）合わせ面に延び、且つ（ｉｉｉ）合わせ面に隣接して合わせ面に垂直な軸を有する微小溶液導管
を備えるアセンブリ。
【請求項１２】
請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の方法に使用するのに適した微小溶液基板の作製方法であって、
（Ａ）（ｉ）複数の微小溶液導管、及び（ｉｉ）同じ導管平面内にあり互いに平行な複数の付加的導管を有する微細加工複合体を提供するステップ、及び
（Ｂ）複合体を、（ａ）互いに平行な複数の溝形成平面であって、各々が（ｉ）導管平面に直角であり、且つ（ｉｉ）付加的導管を通るが微小溶液導管を通らない複数の溝形成平面、及び（ｂ）互いに平行な複数の合わせ面であって、各々が導管平面と溝形成平面に直角である複数の合わせ面、に沿って分割することにより、複数の前記微小溶液基板を生成するステップ
を含む方法。
【請求項１３】
請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の方法に使用するのに適したアセンブリであって、
（１）請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の第１基板アセンブリ、及び
（２）密封ガスケットを実質的に取り囲み、ガスケットの変形を制限するガスケット保持器
を備えるアセンブリ。
【請求項１４】
（１）請求項８に記載の第１基板アセンブリ、
（２）細長構成部材の中間部分を取り囲む変形可能な密封ガスケット
を備えるアセンブリ。
【請求項１５】
２つの基板の間のインタフェースを通る細長構成部材を備える接合部であって、基板の少なくとも１つが微小溶液基板であり、細長構成部材がインタフェースにおいてガスケットにより取り囲まれている、接合部。
【請求項１６】
接合部、好ましくは液密な接合部の作成方法であって、各々が１対の位置合わせ機構を有し、一方が突出する細長構成部材を、他方が内部に導管を有する２つの基板、好ましくは微小溶液基板を供給するステップであって、位置合わせジグと接触する位置合わせ機構により、位置合わせジグ上に基板を配置するステップ、及び基板の一方又は両方を位置合わせジグに沿ってスライドさせることにより、細長構成部材を導管に入れるステップを含む方法。
【請求項１７】
微小溶液基板を備えたアセンブリであって、基板はそれぞれが１つの溝を含む２つの平行な側面を有し、溝は一定の距離をおいて互いに隔てられており、且つ好ましくは同じ平面内にあるアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のアセンブリを作製する方法であって、
（Ａ）好ましくは同一導管平面内にある、互いに平行な複数の溝形成導管を有する微細加工複合体を提供するステップ、及び
（Ｂ）複合体を、（ａ）互いに平行な複数の溝形成平面であって、各々が（ｉ）導管平面に直角であり、且つ（ｉｉ）導管の１つを通る複数の溝形成平面に沿って分割することにより、複数の前記微小溶液チップを生成し、（ｂ）互いに平行な複数の合わせ面であって、各々が導管平面と溝形成平面に直角である複数の合わせ面に沿って分割することにより、複数の前記アセンブリを生成するステップ
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
合衆国政府を出資者とする研究又は開発に関する説明
本発明は、ＮＩＳＴ（米国標準技術局）によって授与された７０ＮＡＮＢ３Ｈ３０４８の下に、合衆国政府の支援によりなされたものである。合衆国政府は本発明に特定の権利を有する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２００４年４月２日にArnold等を発明者とする米国仮特許出願第６０／５５９１４０号（表題「Microfluidic Connector」（事件番号１４９８６））の優先権を主張し、ここにあらゆる目的のために参照することにより、その開示内容全体を本発明に包含する。
本出願は、（１）２００３年４月７日出願の本出願人による同時係属中の米国特許出願第１０／４１０３１３号（事件番号１４１３５）、（２）米国特許出願第１０／４１０３１３号（事件番号１４１３５−１ＰＣＴ）の優先権を主張する、２００４年４月２日出願の、本出願人によるＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０４／１０２３４号、（３）Arnoldを発明者として２００４年４月２日に出願された、本出願人による同時係属中の米国仮特許出願第６０／５５９３８３号（表題「Microconnector」、（事件番号１４９８６））、及び（４）本出願と同時にArnoldを発明者として出願された、本出願人による同時係属中の米国特許出願（表題「Improved Microfluidic Device」、（事件番号１５０３４−１  ＰＣＴ））に関連する。ここに参照することにより、上記特許出願の各々の開示内容を本明細書に包含する。
【０００３】
発明の背景
本発明は、微小溶液デバイスの接合部に関する。
微小溶液導管から成る接合部（例えば、微小溶液導管と従来の細長構成部材、例えば毛細管、光ファイバ、又は電気導線との間の接合部）の作製には多くの問題がある。これらの問題は、間隔の密な接合部を複数作製する必要のある場合、及び/又は、例えば破片を除去するため、或いは使い捨て又はモジュール式構成部材又は部品を交換するために、分解可能な接合部を作製することが望ましい場合に増加する。このような接合部を作製する既知の方法は、例えば米国特許第６６０５４７２号、同第６３１９４７６号、同第６６２０６２５号及び同第６８３２７８７号、米国特許公開ＵＳ２００２／００４３８０５号及び同第２００３／０１７３７８１号、国際公報第ＷＯ９８／２５０６５、同ＷＯ／９８／３３００１、同００／５２３７６、同ＷＯ０１／８６１５５、及び同ＷＯ０２／０７０９４２、Sensors and Actuators B49, 40-45 （1998）（Gonzales等）、Anal. Methods Instrum. 2 (1995) 74 (Ockvirk等)、Anal. Chem. 71, 3292 (1999) (Bings等)、Lab-on-a−Chip 1, 148-152 （2001） （Nittis等）, J. Micromech. Microeng. 11, 577 （2001） （Tsai等）, J. Micromech. Microeng. 13, 337 （2003） （Pattekar等）、及びLab-on-a-Chip 2, 42-47 （2003） （Kopf-Sill）に開示されており、ここにあらゆる目的のために参照することにより、開示内容全体を本明細書に包含する。
【０００４】
発明の概要
本発明に従って、（ｉ）突出する細長構成部材（例えば、光ファイバ、毛細管、又は電気導線）を備える第１基板、好ましくは微小溶液基板と、（ｉｉ）細長構成部材に対応する導管、好ましくは微小溶液導管を有し、導管内に上記細長構成部材が配置されるような第２基板との間に接合部を形成することができる、簡単で有効な方法が見出された。更に、本発明を使用して、同じ又は異なる基板から切断可能で、且つそれらに再接続可能な接合部を作製することができ、そのような接合部を本明細書では「再現可能な接合部」と呼ぶ。
各基板は、互いに間隔を置いた１対の位置合わせ機構を有する。位置合わせ機構の例として、（ａ）互いに直角をなして隣接する面、（ｂ）基板のそれぞれ反対側に位置する２つの面の各々に位置する２つの溝、及び（ｃ）基板の一方の面上の溝とそれに隣接する面上の溝が挙げられる。
【０００５】
基板の一方又は両方は、例えば、（ａ）位置合わせ機構を含む単一の微小溶液チップ、（ｂ）上下に重ねて互いに接着された複数の微小溶液チップから成るチップアセンブリであって、位置合わせ機構が同じチップ上又は別々のチップ上にあるチップアセンブリ、（ｃ）横及び／又は縦に並べて互いに接着された２つ以上の微小溶液チップから成るチップアセンブリであって、位置合わせ機構がチップアセンブリの露出表面上にあるチップアセンブリ、（ｄ）（ｉ）単一の微小溶液チップ、或いは（ｉｉ）（ｂ）又は（ｃ）において定義されるチップアセンブリを保持するチップホルダを備え、位置合わせ機構がチップホルダ及び／又はチップ又はチップアセンブリの露出表面上にあるアセンブリ、又は（ｅ）（ｉ）（ａ）、（ｂ）、（ｃ）又は（ｄ）に定義される接続チップ又はアセンブリ、及び（ｉｉ）何らかの理由で本発明の接合部に直接接続できないか、又は直接接続することが好ましくない微小溶液基板から成るチップアセンブリとすることができる。
基板は、基板上の位置合わせ機構に対応する位置決め機構を有する位置合わせジグ上に配置される（例えば、位置決め機構は、互いに直角をなす２つの平坦な表面、又は基板内の溝に嵌合する２つの対向するフランジとすることができる）。そこで、基板の一方又は両方を、位置合わせ機構が位置決め機構と接触する状態を維持しながら互いの方向へ移動させることにより、細長構成部材が微小溶液導管に入り、それら基板が細長構成部材を中心とした密封可能な関係を有するに至る。
【０００６】
好ましくは、変形可能なガスケットが、（ｉ）第１基板がジグ上に配置される前に、又はジグ上に配置される間に、突出する細長構成部材のまわりに配置され、（ｉｉ）基板の相対的移動により圧縮されて、細長構成部材と基板との間に液密な密封状態が形成される。このようにして、接合部は、基板が相互に押し合っている限り液密状態とすることができ、しかし圧力を除去して基板を分離することにより分解可能であるので、再現可能な接合部が作製される。接合部を液密にする別の方法では、基板を恒久的に固定する。例えば接着剤を用いて直接的又は間接的に（例えば変形可能な又はほぼ変形不能なガスケットを用いて）一体に固定する。
本発明は、上述した本発明の方法及び他の方法により作製できる新規の接合部；本発明の方法を実行するための新規の装置及び手段；本発明の方法、及び他の目的に使用するのに適した新規の微小溶液チップを含む新規の基板；及びこのような新規の基板の新規作製方法を含む。
【０００７】
第１の好ましい態様において、本発明は、２つの基板の間のインタフェースを通る細長構成部材を備えた接合部、好ましくは液密な接合部であって、基板の少なくとも一方が微小溶液基板であり、細長構成部材がインタフェースにおいてガスケットにより取り囲まれる接合部を提供する。好ましい実施形態による接合部は、請求項１に定義される接合部である。
第２の好ましい態様において、本発明は、接合部、好ましくは液密な接合部の作製方法を提供する。本方法は、各々がその上に１対の位置合わせ機構を有し、一方が突出する細長構成部材を有し、他方が内部に導管を有する２つの基板、好ましくは微小溶液基板を供給するステップ；位置合わせ機構を位置合わせジグに接触させて基板を位置合わせジグ上に配置するステップ；及び基板の一方又は両方を位置合わせジグに沿ってスライドさせることにより、細長構成部材を導管に入れるステップ；を含む。好ましい一実施形態では、本方法を使用して、請求項８に定義される方法により請求項１に定義される接合部を作製する。
【０００８】
第３の好ましい態様において、本発明は、微小溶液基板を備え、各々が１つの溝を含む２つの平行な側面を有するアセンブリであって、これらの溝が一定の距離で相互に隔てられ、且つ好ましくは同じ平面内にあるアセンブリを提供する。本発明の本態様の最も単純な実施形態では、溝は微小溶液基板の平行な側面に設けられ、この実施形態のアセンブリは原則的に微小溶液基板から構成される。更に複雑なアセンブリについて後述する。
本発明の第３の好ましい態様のアセンブリが、溝に直交する合わせ面まで延びる導管を含む場合、これらのアセンブリは、本発明の第２の好ましい態様による方法に特に有用である（他の方法にも使用可能である）。しかしながら、これらのアセンブリは（このような導管を含むかどうかに拘らず）他の場合においても有用である。これらの溝により、例えば、溝に嵌合するフランジを有するチップホルダ、ピンセット等を用いることにより、基板の取扱いが容易になり、したがって、このような溝の存在は、微小溶液アセンブリを他の装置に対して正確に位置決めする様々な状況に広く役立つ。
【０００９】
第４の好ましい態様において、本発明は、第３の好ましい態様に基づくアセンブリ、すなわち微小溶液基板の側面に溝を有するアセンブリの作製方法を提供する。本方法は、
（Ａ）互いに平行で、好ましくは同じ導管平面内に位置する複数の溝形成導管を有する微細加工複合体を供給するステップ；及び
（Ｂ）微細加工複合体を、（ａ）各々が（ｉ）導管平面に直角であり、且つ（ｉｉ）溝形成導管を通る互いに平行な複数の溝形成平面に沿って、及び（ｂ）互いに平行で、各々が導管平面及び溝形成平面と直角をなす複数の合わせ面に沿って分割することにより、複数の前記微小溶液チップを生成するステップ
を含む。
一実施形態において、微細加工複合体はまた、複数の付加的導管を含み；溝形成平面は付加的導管のいずれをも通らず；合わせ面の少なくとも一部は少なくとも１つの付加的導管を通る。この実施形態により生成される微小溶液チップは、本発明の第２の好ましい態様による方法に使用するのに適する。
【００１０】
第５の好ましい態様において、本発明は、
（１）請求項８に定義される第１基板アセンブリ；及び
（２）細長構成部材の中間部分を取り囲む変形可能な密封ガスケット
を備えたアセンブリを提供する。
好ましくは、このアセンブリはまた、
（３）密封ガスケットをほぼ取り囲み、ガスケットの変形を制限するガスケット保持器を備える。
【００１１】
第６の好ましい態様において、本発明は、装置、例えば位置合わせジグ又はチップ運搬具を提供する。本装置は、本発明の第２の好ましい態様による方法に使用するのに適しており、フレーム、及び同じ平面内に位置して本発明の第３の好ましい態様によるアセンブリの溝とスライド自在に係合可能な２つの対向するフランジを備える。
【００１２】
本発明を添付図面に図示する。これらの図面は、概略的で縮尺不統一である。図中、同じ参照番号を同じ又は類似の構成要素に用いている。
【実施例】
【００１３】
発明の詳細な説明
上述の本発明の概要、後述の本発明の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面は本発明の特定の特徴を説明しており、これらの特徴には、例示的態様、構成要素、構成成分、デバイス、装置、システム、ステップ及び実施形態が含まれる。本明細書における本発明の開示には、このような特定の特徴の可能な組合せの全てが含まれることを理解されたい。例えば、特定の特徴が特定の態様、特定の実施形態、特定の図面、又は特定の請求項に関連して開示される場合、その特徴はまた、可能な範囲で、他の態様、実施形態、図面、及び請求項に関連して、及び本発明において全般的に、使用可能である。ここに特許請求される本発明には、ここに具体的に述べられない特徴であっても、ここに具体的に述べられている特徴と同じ、同等、又は類似の機能を提供するような特徴の使用が含まれる。
本明細書で使用される用語「を備える」、「を含む」、「から構成される（から成る）」、及びこれらの文法上の同義語は、場合によっては他の要素が存在することを意味する。例えば、構成要素Ａ、Ｂ及びＣ「から構成される」（又は「を備える」）アセンブリは、構成要素Ａ、Ｂ及びＣのみを含むことができるか、又は構成要素Ａ、Ｂ及びＣの他に１つ以上の他の構成要素を含むことができる。２つ以上の定義されたステップを含む方法を説明している場合、これら定義されたステップは、文脈上矛盾しない限り、どのような順序でも又は同時に行うことが可能であり、この方法は、これら定義されたステップの前、それらステップのうちの２つの間、又はそれらステップ全ての後に実施される１つ以上の別のステップを含むことが可能である。本明細書で使用される、数の前に位置する用語「少なくとも」は、この数で始まる一定の範囲（定義される変数に応じて、上限を有する範囲でも、有さない範囲でもよい）の始点を示す。例えば、「少なくとも４」は「４又は４より大きい数」を意味し、「少なくとも８０％」は「８０％又は８０％より大きい％」を意味する。本明細書で使用される、「数」の前に位置する用語「最大で」は、この数で終る一定の範囲（定義される変数に応じて、１又は０である下限を有する範囲でも、下限を有さない範囲でもよい）の終点を示す。例えば、「最大で４」は「４又は４より少ない数」を意味し、「最大で４０％」は「４０％又は４０％より小さい％」を意味する。本明細書において、「（第１の数）から（第２の数）」、又は「（第１の数）〜（第２の数）」と表記される範囲が定義される場合、下限が（第１の数）であり、上限が（第２の数）である範囲を意味する。例えば、「６から５００」又は「６〜５００」は、下限が６であり上限が５００である範囲を意味する。本明細書で示される数は、文脈及び表現に適切な許容範囲で解釈すべきである。本明細書で使用する用語「複数の」又は「複数」は、２以上を意味するのに用いられる。本明細書において、「平面状の面」及び「平面状の表面」という用語は、当該表面上のいずれか２点を結ぶ直線全体が当該表面内に位置することを意味する。
【００１４】
本明細書において、特徴について説明する場合、文脈上矛盾しない限り、当該特徴は１つ又は複数の特徴であり得ることを理解されたい。例えば、本明細書において、特徴の一覧表から選択される１つの特徴について説明する場合、文脈上矛盾しない限り、その特徴は、その一覧表に表示される特徴のうちの１つ又は複数の特徴であり得ることを理解されたい。
本明細書において、第１の特徴及び／又は第２の特徴について説明する場合、文脈上矛盾しない限り、本明細書中のこのような用語は便宜上このような特徴を特定するために用いられおり、一方又は両方の特徴が存在し得ることを意味し、両方の特徴が存在する場合、それらは同じでも異なってもよいことを理解されたい。
【００１５】
本明細書で２つ以上の構成要素（又は部品又は部分等）について言及している場合、文脈上矛盾しない限り、これらの構成要素は、相互に分離しているか、又は単一構造を一体的に構成する部品、又は２以上の特定の構成要素として作用する単一の構成要素であることを理解されたい。
本明細書で使用する用語「微小溶液導管」は、最大で１．０ｍｍの相当直径を有する円形又は非円形断面の細長導管を意味するのに用いられる。この用語は、規定の寸法を有するあらゆる導管を含み、使用時に流体が流れる導管に限定されない。本明細書において、用語「相当直径」は、導管の断面積と同じ断面積を有する円の直径を意味するのに用いられる。用語「細長」は、一次元の寸法（長さ）が、他の次元の寸法のそれぞれより有意に大きく、好ましくは他の次元の寸法のそれぞれの少なくとも４倍、例えば少なくとも６倍である導管を意味するのに用いられる。本明細書で導管の直径に言及する場合、特に断らない限り、当該導管の内部相当直径を意味する。
【００１６】
本明細書で使用する用語「微小溶液基板」は、微小溶液導管を含む基板を意味する。本明細書において、用語「微小溶液チップ」は、ウエハ上に三次元パターンを形成するステップ、及びウエハのパターンを有する面を別のウエハに結合させるステップを有する方法により作製された微小溶液基板を意味するのに用いられる。
本明細書において、平面状の表面である位置合わせ機構に関連して使用される用語「位置合わせ軸」は、表面内に位置する（且つ基板内に存在する第１端部（ＦＥＰ）又は第２端部（ＳＥＰ）導管の導管軸に平行である）線を意味する。
【００１７】
導管及び細長構成部材の断面
一部の実施形態において、各微小溶液導管及び各細長構成部材（使用される場合）はほぼ円形であり、したがって、ほぼ一定の幅を有するほぼ円形又は環状の流路を画定している。したがって、多くの場合、このような導管、細長構成部材、及び流路に関連させて本発明を説明する。しかしながら、本発明には、他の導管、細長構成部材、及び流路の使用が含まれることを理解されたい。例えば、１つ以上の導管及び／又は１つ以上の細長構成部材は非円形断面を有してもよく、例えば、矩形（正方形を含む）、ダイヤモンド形、及び三角形を含む多角形の断面を有してもよい。例えば、細長構成部材は、非円形断面を有する市販の光ファイバの１つとすることができ、及び／又は細長構成部材は導管内において中心からずれていてもよい。このような場合、システムは、断面が非円形、及び／又は幅の不規則な環状の流路を含む。接合部の領域における導管及び細長構成部材は一般に同じ形状である。微小溶液デバイスの他の部分の導管は、接続部の領域の導管とは異なる断面及び／又は断面積を有することができ、また異なる断面及び／又は断面積を有することが多い。
【００１８】
基板
本発明において用いられる基板は、あらゆる方法で形成可能である。しかしながら、本発明は、基板の各々が本発明の好ましい第４の態様の方法により作製される場合に特に有用である。その方法において用いられる微細加工複合体は、好ましくは、次の方法により形成される。
（１）第１ウエハの面上に第１の三次元パターンをエッチングする（又は他の方法で生成する）ステップ；
（２）第２ウエハを供給し、任意でこの第２ウエハの面上に第２の三次元パターンをエッチングする（又は他の方法で生成する）ステップであって、この第２パターンが、任意で第１パターンの少なくとも一部分のほぼ鏡像である部分を含むステップ；
（３）第１ウエハのエッチングされた面と第２ウエハの面とを合わせて固定することにより微細加工複合体を形成するステップであって、この複合体が、溝を形成する導管、必要であればＦＥＰ及びＳＥＰ導管を含み、好ましくは複合体がほぼモノリシックとなるようにウエハを結合するステップ。
【００１９】
ウエハは、エッチング又は他の処理により所望のパターンを生成できるあらゆるセラミック材料から作製することができ、このセラミック材料には例えば、シリカ、シリコン、ガラス、石英、及びアルミナが含まれる。ウエハはまた、他の技術、例えば微細加工したエンボス型を用いた高分子材料の成形、マイクロインジェクション成型、又はソフトリソグラフィー法により作製することができる。
複合体は、上下に合わせて互いに結合させた２つ以上のウエハから構成することができる。３つ以上のウエハを使用する場合、ウエハの各対の間の接合部は、同じ又は異なる導管システムを提供できる。例えば、複数の対をなすウエハの間の導管システムは、ＦＥＰ及び／又はＳＥＰに対応する導管を提供することができる。ウエハの厚さは、同じでも異なってもよい。複合体は、異なるウエハ対の間でパターンを結合するビアを備えることができる。パターンは、隣接するパターンとすることができるが、そうする必要はない。代替的に又は付加的に、異なるパターンの間の１つ以上の接続部を、合わせ面に延びる導管と、この合わせ面に接続（好ましくは本発明の第１の好ましい態様による接続部により）される１つ以上の補助基板内の補助導管とにより形成できる。
【００２０】
複合体及び複合体から得られるチップは、例えば、０．５〜５ｍｍ、例えば０．５〜２ｍｍの厚さを有する。複数のこのようなチップを、上下に重ねて及び／又は横に並べて互いに一体に結合させることができる。本発明による１つ以上の接合部を、１又は複数のチップに作成することができる。１つ以上のこのようなチップを、側面に溝を有さない１つ以上のチップと一体に結合させることができる。
一方又は両方のウエハ上にエッチングされる形状は、あらゆる横断面を有することができ、例えば半円形、Ｖ字形、又は矩形（正方形を含む）でよく、結果として同じ断面を有する導管を得ることができる（他方のウエハの接触表面がエッチングされない場合）か、又は他方のウエハの接触表面も（鏡像又は別の形として）エッチングされる場合には、２つのエッチング形状を組み合わせた断面が得られる。ＦＥＰ及び／又はＳＥＰ導管への入口となる区域は、細長構成部材の進入を容易にするために、拡張してテーパを付けることができる。
【００２１】
一部の実施形態では、エッチングされたパターンは、第１基板及びそれに隣接する第２基板に対応するパターンの繰り返しであり、よって、合わせ平面に沿って微細加工複合体を分割することにより、ＦＥＰ及びＳＥＰの両合わせ面が生成される。理論的な理想として、複合体において互いに隣接していた第１及び第２基板が接合部において再組立される。しかし実際には、このような理想を達成するのは困難である。この方法の他の実施形態では、第１基板の全てが第１複合体から生成され、第２基板の全てが第２複合体から生成される。
各複合体から生成される基板の数は複合体及び基板の大きさに応じて、例えば６〜５００、場合によってはそれよりも大きい数となり得る。この方法により生成される基板を、本明細書では「微小溶液チップ」と称し、この用語は、基板を使用する際に、エッチングされた導管を通って流体が流れることのない基板、例えば内部の各導管が細長要素を受け入れる基板を含む。
【００２２】
溝形成導管は例えば、７０〜５００μｍ、好ましくは１２０〜３００μｍの相当直径を有し、好ましくは分割方法によって選択された、例えば複合体をダイシングするのに用いられる刃の厚さ、一般に１００から２５０μｍの厚さによって選択された、左右対称な形状と大きさを有する。例えば、溝形成導管は、２００〜５００μｍの幅、及び５０〜４００μｍの高さを有する。溝形成導管の好ましい形状は、複合体の平面内に主軸を有する角部を丸めた矩形である。
溝の内部境界間の距離は、複合体内にエッチングされたパターンによって固定され、非常に精密に制御され、分割線が溝形成導管の中心から外れる場合も、同じに維持される。これにより、基板の面の凹凸及び／又は基板の面が接触する平面状の表面の凹凸によって位置合わせにずれが生じる可能性、及び／又は複合体にエッチングされた形状と正確に同じ関係にない線に沿って複合体を分割することによって位置合わせにずれが生じる可能性が減少する。
細長構成部材が、それを通って液体がＳＥＰ導管に流入するような毛細管であり、その液体が意図的に分散させた粒子を含まない場合、第２導管の毛細管の終端の近くに堰を設けることにより、偶然液体に含まれた粒子がこの堰で留められるようにすることができる。この堰は、エッチングしたパターンの一部とすることができる。
【００２３】
細長構成部材
細長構成部材は、単一のＦＥＰ導管内に固定されて単一のＳＥＰ導管に進入する単一の細長構成部材、又は対応する複数のＦＥＰ導管内に固定されて対応する複数のＳＥＰ導管（但しその全てを微小溶液導管とする必要はない）に進入する複数（例えば３ないし７）の細長構成部材とすることができる。細長構成部材が複数ある場合、合わせ面において、例えば０．２５ｍｍ以上の距離を置いて互いに離間させることができる。細長構成部材が複数ある場合、細長構成部材は、リボンケーブルとして一体に組み合わせることができる。この場合、個々の細長構成部材を互いに分離させた後で個々のＦＥＰ導管内に固定するか、又はケーブル全体がＦＥＰ導管内に位置するようにＦＥＰ導管を形成することができる。後者の場合、ＦＥＰ合わせ面から延びる細長構成部材は、リボンケーブルの残りの部分から分離され、個々のＳＥＰ導管に挿入される。
概して、能動部材である細長構成部材が少なくとも１つ存在する。本明細書で使用される用語「能動部材」とは、デバイスの後段の（すなわち能動部材を含む接合部が生成された後の）動作において一定の役割を果たす構成部材を意味する。複数の細長構成部材が存在するとき、それらのうちの１つ以上（全ての場合を含む）が能動部材であり得る。このような能動部材は例えば、それを通して液体がデバイス内へ導入される毛細管；デバイスの動作中に第２導管に入り、第２導管を通る液体の流れを改変するアーム；デバイスを通って流れる液体を照明し、及び／又は観測するのに使用される（液体の流れも改変する）光ファイバ；及び電気導線を含む。或いは、細長構成部材の一部（例えば１つを除く全て）は受動部材、すなわち能動部材ではないが、他の何らかの機能を有する部材とすることができ、例えば、基板を押し合わせて接合部を形成するときの位置決め部材として機能できる。このような受動部材は微小溶液導管に進入させる必要がなく、密封ガスケットにより取り囲まれなくともよい。しかしながら、これらの受動部材は、例えば基板の合わせ面同士の間にほぼ均一な圧力を確保するために、微小溶液導管に進入させる、及び／又は密封ガスケットにより取り囲むことができる。
【００２４】
細長構成部材は例えば、２５〜９００μｍ、例えば１００〜４００μｍの相当直径を有することができる。ＦＥＰ導管内に固定される固定部分の長さは、例えば０．１〜１０ｍｍとすることができ、これより、接合部から第１基板内及び／又は第１基板を超えて延びる遠隔部分をかなり長くすることができる。この遠隔部分は、別の微小溶液デバイス又は従来の装置に接続できる。遠隔部分は、例えば１８０度の角度を超えて湾曲してもよく、別のＳＥＰ導管に進入する反対側端部を有することにより、異なる微小溶液システム間又は同じ微小溶液システムの異なる部品間の連絡を可能にすることができる。ガスケットに取り囲まれる中間部分の長さは例えば、密封された接合部において０．０５〜０．２ｍｍ（すなわち、変形した密封形態におけるガスケットの厚さ）に、ガスケットの圧縮前において０．０７５〜０．３ｍｍ（すなわち、圧縮されていないガスケットの厚さ）とすることができる。自由部分の長さは、ガスケットの圧縮前には例えば０．１〜２ｍｍである。自由部分の長さは、必要であれば、所望の深さの計測導管を有する計測基板に対して第１合わせ面を配置し、細長構成部材が計測導管の底部に接触するまで第１導管に細長構成部材を押し込み、次いで細長構成部材を第１端部導管内に、例えば接着剤及び／又は締め具で固定することにより、正確に且つ再現可能に設定できる。
各々が第２合わせ面までに亘り、且つ第２合わせ面から延びて第１基板の対応する導管に進入する細長構成部材が内部に固定されている、１つ以上の付加的導管を第２基板に含めることも可能である。
細長構成部材が光ファイバである場合、ＳＥＰ導管は、第２光ファイバを内蔵することができ、これにより、２つの光ファイバの端部が接合部で互いに近接して位置するか又は互いに接触して位置する。
【００２５】
位置合わせ機構としての底面及び側面
本発明の一実施形態において、位置合わせ機構は各基板の底面及び側面の１つであり、ジグ位置決め機構は直交する平面状の表面で、これらの平面状の表面は、接合部の形成中に底面及び側面とそれぞれ接触する。この実施形態の潜在的な不都合は、たとえ合わせ面が互いの正確な鏡像であっても、接触表面のあらゆる凹凸（例えば汚染）の悪影響により接合部の作製が困難になる可能性があることである。同様に、底面及び側面からのＦＥＰ及びＳＥＰ導管の距離に差異がある場合も作製が困難になる。２つの基板を生成するために分割された微細加工複合体内でこれら２つの基板が隣接していた場合には、この分割により２つの合わせ面が生成されるので、このような距離の変動は生じない。また、両基板が単一の微細加工複合体を分割して得られる場合、このような距離の変動は生じにくい。しかしながら、基板が別個の微細加工複合体の分割から得られる場合、たとえこれら別個の微細加工複合体が、同一とされる手順により形成され分割されたとしても、このような距離の変動が生じ得る。複合体のエッチングに同じパターンを用いて多数の微細加工複合体を作製する場合、本発明の目的のためにエッチングされたパターンを確実に同一にすることは困難ではない。しかしながら、そのパターンと正確に同じ関係にある線に沿って別個の微細加工複合体を分割すると不具合が生じ得る。このような不具合により、導管が基板の面と正確に同じ関係に配置されない基板が生じる。
【００２６】
平面状のジグ位置決め機構を有する位置合わせジグ
ジグ位置決め機構として直交する平面状の表面を有する位置合わせジグは、便利なあらゆる方法で作製することが可能である。ジグは好ましくはストッパを含み、接合部を形成するために他の基板を当該基板に向かってスライドさせた時、このストッパに基板の１つが接触して停止する。ジグは、位置合わせ機構として機能する面の一方又は両方を、位置決め機構として機能するジグの対応する表面に対して押し付ける手段、例えば弾性により変形可能な手段を含むことができる。
【００２７】
位置合わせ機構としての溝
本発明の別の実施形態は、基板の面が位置合わせ機構として用いられるときに生じ得る問題点を軽減する。この実施形態において、位置合わせ機構は各基板アセンブリの側面の溝である。便利なことに、このような溝は、上述のように、基板の微小溶液機構も生成するプロセスの一部として生成することができる。
【００２８】
フランジを有する位置合わせジグ
位置合わせ機構が基板側面の溝である場合、ジグ位置決め機構は、溝内にスライド自在に嵌合する薄い縁部を有し、概して同じ平面内に位置する互いに一定の距離で隔てられたフランジである。この縁部の厚さは、溝の高さよりもいくらか小さく、例えば１０〜３０μｍ小さくする必要がある。フランジ間の距離は、溝間の距離よりもわずかに大きく、例えば２０〜４０μｍ大きくする必要がある。フランジは、均一の厚さにすることができるか、又はフランジの剛性を増すために縁部を比較的薄くして胴体部を比較的厚くすることができる。特にフランジが均一な厚さを有する場合、使用中に縁部の平面性を失わせる原因となる可撓性を最小にするために、フランジは、剛性の基部、例えば２つの剛性の基部部材の間に取り付けるのが好ましい。基板がフランジ間の隙間に入るのを補助するために、フランジの一方又は両方の端部にテーパを付ける、例えば角を丸めることができる。フランジの一方又は両方を他方よりも有意に短くすることにより、基板がフランジ間に押し込まれるときに、基板の１つの溝の少なくとも一部、例えば５０〜１００％が、長い方のフランジに嵌合し、その後他方の溝が、短い方のフランジに嵌合するようにできる。
基板を互いに相対的にスライドさせる必要を妨げない限り、位置合わせジグは、フランジの一方又は両方を基板の中心に向けて押し付ける手段を含むことにより、確実にフランジを溝に入れることができる。例えば、フランジの一方又は両方の縁部は、フランジの平面内で弾性変形可能な区域を備えることができる。この弾性変形可能な区域は、例えば、フランジの軸に対して一定の角度、好ましくは鋭角を形成するように設定された、端部を丸めた複数のフィンガを含むことができ、この角度は基板がフランジの間の所定の位置に押し込まれるにつれて減少する。
【００２９】
一実施形態においては、２つの別個のフランジが剛性の基部に取り付けられる。この実施形態は、フランジ間の距離を変更できる（基部上でフランジの相対的取り付け位置を変更することにより）という利点があるが、フランジ間の距離が使用中に偶発的に変化するという不都合がある。
別の実施形態においては、２つのフランジは、概してＵ字形の平面状モノリシックフランジ部材の脚部である。これにより、フランジ間の距離が使用中に偶発的に変化することは絶対にない。
フランジは、好ましくは金属、特に合金、又は高度の寸法精度で加工できる他の剛性材料から作製する。適切な加工方法は、従来の機械加工、レーザ加工、及び化学的エッチングを含む。光化学エッチングは、非常に良好な寸法公差が得られ、従来の機械加工やレーザ加工で生じ得る機械的及び／又は熱的応力が生じないため、特に好ましい。
【００３０】
チップ運搬具
基板は、特に微小溶液チップである場合、多くの場合小さいために非常に取り扱いにくい。したがって、接合部を形成又は分解する際、基板の一方又は両方を、容易に取り扱うことができ且つ所望の作業を妨害しない運搬具に保持することが望ましい。このような運搬具を本明細書ではチップ運搬具と称する。特に有用なチップ運搬具は、脚部を有する概してＵ字形の本体を有する。これらの脚部は、側面に溝を有する基板の溝に嵌合し、基板が運搬具と完全に係合したときに（すなわち、合わせ面に対向する基板の面がＵ字形の基部に押し付けられているとき）各溝の殆どの部分が露出するような長さを有する。このようなチップ運搬具は、上述のように概してＵ字形のフランジ部材を有する位置合わせジグと共に用いることができ、好ましくは、運搬具により運搬される基板の溝の露出部分がフランジの間に押し込まれる際にチップ運搬具を受け入れるような形状の端部を有する脚部を備えた位置合わせジグと共に用いることができる。運搬具は、場合によっては、接合部の形成後もその場に残すことができる。
【００３１】
ガスケット及びガスケット保持器
接合部が再現可能な接合部であるとき、場合によっては恒久的な接合部であるとき、細長構成部材の中間部分はガスケットに囲まれており、このガスケットは第１及び第２合わせ面の間で圧縮されるので強制的に変形され、細長構成部材と第１及び第２合わせ面との間に液密な密封状態が形成される。一部の実施形態では、ガスケットは、ガスケットの変形を制限するガスケット保持器により少なくとも部分的に取り囲まれている。
ガスケットは、所望の密封状態を提供するあらゆる材料から構成できる。接合部の使用中、第２導管を通る液体にガスケットが曝される場合、ガスケットは、そのような液体により損傷を受けない材料から構成する必要がある。特に、ガスケットが再使用される場合、ショアＡジュロメーター硬さ４０〜１００、好ましくは６０〜８０の弾性を有することが好ましい。この種の適切な材料には、フルオロエラストマ（例えばVitons製）、シリコン、及びフルオロシリコンのようなエラストマから成る高分子組成が含まれる。高圧作業用のガスケット材料は、好ましくは、高い抗張力強度、例えば少なくとも５ＭＰａ、例えば１０〜５０ＭＰａの抗張力強度を有する。この種の適切な材料は、弾性を殆ど又は全く有さず、ポリオレフィン（例えばポリエチレン及びポリプロピレン）、部分的に又は完全にフッ素化したポリオレフィン（例えばポリテトラフルオロエチレン）、テトラフルオロエチレンと少なくとも１つの他のモノマー（例えば、ペルフルオロビニルエーテル）との共重合体、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリアセタール（例えばデルリン）などのポリマーを主成分とする重合体組成を含む。これらのガスケットは、ショアＡの尺度で７０〜１００、又はショアＤの尺度で３０〜８０の硬さを有することができる。黒鉛及び軟金属（例えば銅、鉛、又はインジウム）をガスケット材料に使用することもできる。ガスケットは、再使用可能なものであれ、使い捨て可能なものであれ、射出成型、圧縮成型、打ち抜き、レーザ加工、従来式の機械加工、及び微細加工を含むあらゆる方法で作製できる。ガスケットはまた、適切な前駆物質（例えば、室温で加硫処理可能なシリコン、又は光重合開始剤を含むペルフルオロポリエーテルアクリレートモノマーと適切な溶媒との混合体）を型、例えば次にガスケット保持器を供給する型に入れて養生することにより（例えば、光重合及び／又は熱により）形成することもできる。ガスケットは、印加された圧縮力を集中させることにより密封状態を最適化する形状にするか、又はガスケットにそのような機能を持たせることができる。細長構成部材が複数ある場合、各構成部材を単一のガスケットで取り囲むことができるか、又は２つ以上の細長構成部材を、複数の口を有するガスケットで取り囲むことができる。
【００３２】
ガスケット保持器を用いる場合、ガスケット保持器は、接合部の生成中、及びその後の接合部の使用中、特に高圧下でガスケットを機械的に支持する。単一のガスケット保持器が複数のガスケットを取り囲むことができる。ガスケット保持器は、このような支持を行うことができるあらゆる材料、例えば、金属、ポリマー、又はセラミックから作製できる。ガスケット保持器は、機械加工、化学的エッチング、微細加工、打ち抜き、レーザ加工、水噴射加工、ビードブラスチング、射出成型、又は圧縮成型を含むあらゆる方法で作製できる。ガスケット保持器及びそのガスケット保持器に囲まれた１つ以上のガスケットは、単品を形成できる。ガスケットを予備成型してから保持器に固定することができるか、又は２つの材料を同時に圧縮成型することにより組合せ品を作製することができるか、又は保持器の片側又は両側のくぼみ内でガスケットをその場で形成することができる。ガスケットの現場での形成は、例えば、ガスケット材料用の前駆物質の光重合、射出成型、又は加硫により行われる。ガスケットの現場での形成は、基板及び細長構成部材の不在下で実施することができるか、又は、細長構成部材が第１合わせ面を通るようにガスケット保持器を第１合わせ面上に配置して、ガスケットの材料を細長構成部材とガスケット保持器とに密着させた後で実施できる。
【００３３】
基板間の密封状態の維持
本発明の接合部を含む微小溶液デバイスの使用中、基板は通常、基板間に液密な密封状態が維持されるような相対的位置に維持される。これはあらゆる方法で達成できる。このような密封状態の維持は、実質的に恒久的なものにすることができるか、又は解除可能、即ち、例えば清掃及び／又は基板の１つの取替えのために、基板を互いから分離可能とすることができる。
解除可能な密封状態の維持はあらゆる方法で達成することができ、例えば解除可能な機械的保持器を用いることにより可能である。一部の実施形態においては、保持器が両方の基板と係合する。一部の実施形態においては、基板の少なくとも１つが拘束体（後述するように、位置合わせジグ又はチップ運搬具でよい）により拘束され、保持は拘束体自体及び／又は拘束体に係合する１つ以上の保持器と、一方又は両方の基板とにより行われ、これらの全てが、第１及び第２基板をそれぞれ拘束する第１及び第２拘束体に係合する。保持器は、基板の境界部及び／又は拘束体と協働することができる、及び／又はこの目的のために一方又は両方の基板及び／又は拘束体に形成された形状、例えば溝又は穴と協働することができる。保持器は、接合部が形成される際に基板に接触しないように弾性変形可能であるが、液密な密封状態が達成されると保持構造にパチンと嵌る。代替的に又は付加的に、保持器をねじ又は他の形状の解除可能な締め具により所定の位置に固定できる。一部の実施形態では、位置合わせジグは、液密な接合部が形成された後で所定の位置に固定される１つ以上の解除可能な機械的保持器を有する。
【００３４】
恒久的な保持は、例えば、機械的保持器により、及び／又は接着剤の使用により達成できる。接着剤は例えば、（ｉ）合わせ面を互いに直接に結合する接着剤であって、密封ガスケットが用いられる場合には隙間充填接着剤；（ｉｉ）密封ガスケットを取り囲むガスケット保持器の各側、又は密封ガスケット（及び使用される場合はガスケット保持器）を取り囲む、圧縮可能又は不可能な補助ガスケットの各側に適用される接着剤、又は（ｉｉｉ）細長構成部材に適用される接着剤である。（ｉｉｉ）の接着剤の場合、接着剤は、好ましくは、デバイスの機能に参画しない細長構成部材に適用され、これにより、細長構成部材を受ける導管内での接着剤の分布に関係なく問題が生じない。
【００３５】
細長構成部材と微小溶液導管の間の環状容積
細長構成部材とＳＥＰ導管の間の間隙は、細長構成部材が導管に入るのに十分でなければならない。その結果、液密な密封部と細長構成部材の端部との間に一定の環状容積（細長構成部材の外径とＳＥＰ導管の内径とにより定義される）が存在する。特定の条件下では、この環状容積は、悪影響を及ぼす死容積になり得る。参照により本明細書に包含する事件番号１５０３４及び１５０３４−１の出願には、死容積からの排流導管を設けることによってこれらの悪影響を軽減する方法が記載されている。
【００３６】
デバイス
本発明による接合部は、多種多様な微小溶液デバイスに広く使用可能である。微小溶液デバイスを通って流れる流体は、あらゆる種類の流体とすることができ、例えば気体又は液体（用語「液体」は、乳濁液及びゲルを含むように用いられる）、特に分析対象物質が内部に溶解している液体又は分析対象物質を含む粒子が内部に分散している液体とすることができる。特に重要なデバイスは、参照により本明細書に包含される事件番号１５０３４及び１５０３４−１の国際出願に開示されている液体試料を検査するためのデバイスである。
一実施形態では、本発明は、何らかの理由で本発明の接合部に直接接続することができないか、又は直接接続することが好ましくない微小溶液基板への接合部を作製するために使用される。このような基板を本明細書では「非連結基板」と呼ぶ。非連結基板の例として、位置合わせ機構を欠く基板、及び／又は直接的接続を作製すると、及び／又は接合部を保持するために基板に圧力をかけると損傷又は変形する基板が挙げられる。この実施形態では、第１及び第２基板の一方又は両方は、
（ａ）非連結基板、
（ｂ）本発明の接合部に直接接続させることができる微小溶液基板、及び
（ｃ）基板（ａ）と（ｂ）の間に１以上の接続を作製する１以上の微小溶液導管
を備える。多くの場合、アセンブリは、２つの基板（ｂ）、及び基板（ａ）の各端部に接続される２組の微小溶液導管（ｃ）を備える。複数の基板（ａ）は、単一の基板（ｂ）に接続することができる。複数の基板（ｂ）は、単一の基板（ａ）に接続することができる。微小溶液導管（ｃ）は例えば毛細管とすることができ、その一部又は全体は基板（ｂ）内に位置できる。それら導管が部分的に基板（ｂ）内に位置する場合、導管は、柔軟性を有する真直ぐな又は湾曲した中間部分を含む。導管全体が基板（ｂ）内に位置する場合、基板（ａ）及び（ｂ）の端部は、例えば境界面の接着及び／又はその他物理的手段、例えば適切な高分子材料を用いた封止により、互いに直接結合させることができる。
【００３７】
別の実施形態では、３以上の基板、例えば３〜６の基板を直列接続し、１以上の接合部を本発明の接合部、好ましくは再現可能な接続部とすることにより、１以上の基板を容易に除去及び交換可能にすることができる。これは、例えば直列接続された基板の列が再現可能な接合部によって接続されたフィルタチップを含み、そのようなチップが後に接続部内で分析チップとなる場合、特に有用である。この場合のフィルタチップは容易に除去、洗浄及び交換可能（又は除去及び新規フィルタチップに交換可能）である。
【００３８】
図面
図１ないし３の各々において、第１基板１は、矩形の平行六面体で、平面状の第１合わせ面１１、平面状の第１上面１２、平面状の第１底面１３、平面状の側面１４及び１５、基板を通過し合わせ面１１で終端する第１導管１６１を有し、第２基板２は、矩形の平行六面体で、平面状の第２合わせ面２１、平面状の第２上面２２、平面状の第２底面２３、平面状の側面２４及び２５、合わせ面２１まで延びて微小溶液システム（図示しない）の一部である第２導管２６１を有する。第１及び第２導管は同じ直径を有し、底面１３及び２３から同じ距離だけ離れており、且つ側面１５及び２５から同じ距離だけ離れている。２つの基板は、例えば、１つの微細加工チップを、合わせ面を生成する平面に沿って分割して得られる生成物である。細長構成部材３０は、第１導管１６１を通っており、接着剤３０９により第１導管１６１に固定された固定部分３０１と、第１合わせ面１１に隣接する中間部分３０２と、合わせ面１１及び中間部分３０２から突出する自由部分３０３とを有する。密封用のガスケット４０が細長構成部材の中間部分３０２を取り囲み、ガスケット自体はガスケット保持器５０に取り囲まれる。図１において、第１及び第２基板は、位置合わせジグ６上に配置されており、位置合わせジグ６は、一端にストッパ６４を有する平面状の水平面６３と平面状の垂直面６５とを有する。水平面６３は、ジグ位置決め機構の一方を提供し、垂直面６５は、他方のジグ位置決め機構を提供する。第１基板は位置合わせジグ６上に配置されており、その底面１３が水平面６３に、その側面１５が垂直面６５に接触し、合わせ面とは反対側の端部がストッパ６４に接触している。図１に示すように、第２基板は位置合わせジグ上に配置されており、その底面２３は水平面６３に、側面２５は垂直面６５にそれぞれ接触し、合わせ面２１は第１合わせ面１１から離間して、第１合わせ面１１に対向している。このとき、面１３及び２３を水平面６３に接触させたまま、及び面１５及び２５を垂直面６５に接触させたまま、第２基板を第１基板に向けて位置合わせジグに沿って押すと、細長構成部材３０の自由部分３０３が導管２６１に入り、ガスケット４０が圧縮されて合わせ面１１と２１との間に密封状態が得られる。その際、図２の平面図及び図３の側方断面図に示すように、ガスケット４０の半径方向の変形の範囲がガスケット保持器５０によって制限される。同じく図１ないし３に、解除可能な保持器７を示す。保持器７は、基板を一体に押し付けた後、所定の位置に（図示しないロック手段により）ロックすることができ、これにより基板は、変形した密封形態にガスケットを維持する相対的位置に保持される。
【００３９】
図４ないし６の各々において、第１基板１は矩形の平行六面体で、平面状の第１合わせ面１１、平面状の第１上面１２、平面状の第１底面１３、平面状の側面１４及び１５を有する。第１側面１４及び１５は、内部にそれぞれ平行な長手方向の溝１４１及び１５１を有し、６つの平行な第１導管が基板を長手方向に通っており、これらの溝及び導管は上面及び底面に平行な水平面内にあり、導管は位置合わせ面１１で終端する。第２基板２は矩形の平行六面体で、平面状の第２合わせ面２１、平面状の第２上面２２、平面状の第２底面２３、平面状の側面２４及び２５を有する。第２側面２４及び２５は、内部にそれぞれ平行な長手方向の溝２４１及び２５１を有し、６つの平行な第２導管２６１が基板を長手方向に通っており、これらの溝及び導管は上面及び底面に平行な水平面内にあり、導管は位置合わせ面２１で終端する。第１導管及び第２導管は同じ直径を有し、側面１５及び２５内の溝から同じ距離だけ離れている。２つの基板は例えば、合わせ面を形成する平面に沿って１つの微細加工チップを分割して得られる生成物である。細長構成部材３０は第１導管１６１を通っており、接着剤により第１導管に固定された固定部分と、第１合わせ面１１に隣接する中間部分と、合わせ面１１及び中間部分から突出している自由部分とを有する。密封用のガスケット４０が細長構成部材の中間部分を取り囲んでいる。第１及び第２基板は位置合わせジグ６上に配置されており、位置合わせジグ６には、溝及び導管と同じ平面内に位置し、基板の側面内の溝に的確に且つスライド自在に嵌合できるように互いに離間した平行フランジ６３及び６５が設けられている。このようにして、フランジはジグ位置決め機構を構成している。ここでこれらの基板を互いに押し合わせることにより、細長構成部材の自由部分が第２導管２６１に入り、ガスケット４０が圧縮されて合わせ面１１と２１との間に密封状態が得られる。
【００４０】
図７は、一端が本発明の接合部を通して基板１に接続し、他端が本発明の接合部を通して基板３に接続する基板２を備えたデバイスを示す。光ファイバである要素３０が基板１内に固定されており、基板２の微小溶液導管２６１の一端に進入し、２つの基板間の接合部においてガスケット４０１により取り囲まれている。要素３１及び３２は、基板２の行き止まりになった導管２６２及び２６３に入る受動的位置決め要素である。要素３２は要素３１よりも長く、接合部を形成するとき、他方の要素より先に導管２６３に入り、したがって接合部の確実な形成を助ける。基板３、細長構成部材３７、３８及び３９、並びにガスケット４０２は、同様に、基板２の他端と基板３との間に本発明の接合部を構成している。導管２６１の各端部において、光ファイバの自由部分と導管２６１は環状容積を形成する。入口２８１及び出口２８２は、この環状容積の各内端部と連絡し、これにより入口２８１を通って入る分析試料又はその他の液体は、環状入口通路、閉塞部のない導管２６１中央部分、及び環状出口通路を連続的に通過して、出口２８２から出ることができる。光ファイバ３０及び３８を使用して、導管２６１内の液体に光を供給し、及び／又はその液体を検査することができる。排出導管２７１が導管２６１の入口端部で環状容積の出口端部区域に接続されており、これにより環状容積部が、デバイスを通る分析試料の分析に悪影響を及ぼすことになり得る死容積として作用することが防止される。これについては、本出願人による同時係属中の米国仮特許出願第６０／５５９３８３号、（事件番号１５０３４）、及び本出願と同時に出願された、Arnoldを発明者とする本出願人による同時係属中の米国特許出願（表題「Improved Microfluidic Device」（事件番号１５０３４−１）に更に詳しく開示されており、両特許文献を参照により本明細書に包含する。排出導管２７１は出口２８２に接続されている。
【００４１】
図８は、図７に示すデバイスに類似であるが、要素３１及び３９が付加的微小溶液導管２８３及び２８４に入る毛細管であって、入口２８１及び出口２８２の代わりとなっている点で異なるデバイスを示す。ガスケットは、毛細管３１及び３９を密封しており、また受動的要素３２及び３７のまわりにも配置されている。
図９は、第１基板１と第２基板２の間の接合部を示す。光ファイバ３０３は基板１内に固定されており、基板１から基板２内の導管２６１内に延びる。導管２６１内には第２光ファイバが固定されており、その端部は、完成した接合部内で光ファイバ３０３の端部に接触するか、又は隣接する。受動的細長要素３７及び３９は基板２内に固定されており、基板２から基板１の行き止まりになった導管３６１及び３６２内に延びている。ガスケット４０、４１及び４２は光ファイバ及び受動要素を取り囲んでいる。各導管への入口は、細長要素が入りやすいようにテーパを付けてある。受動要素は第２基板から、光ファイバが第１基板から延びるよりも少し長く突出する。したがって、それら受動要素は、光ファイバが導管２６１に入る前に導管３６１及び３６２に入り、よって光ファイバは導管２６１に対して確実に正確に位置決めされ、接合部を形成する際に光ファイバが損傷する危険が減少する。
【００４２】
図１０は、概してＵ字型のフランジ部材６を示す。フランジ部材の基部６４は、Ｕ字型部材の脚部により形成されるフランジ６３及び６５の間に挿入される第１基板１用のストッパとして作用する。フランジ６３及び６５の各々は、基板１の溝１４１及び１５１のフランジ６３及び６５への嵌合を助けるために、面取りした角６３１及び６５２を有する。
図１１は、フランジ６３がフランジ６５よりも短いことを除いて図１０と同様である。
【００４３】
図１２は、フランジ６３が、フランジの面内で弾性により変形可能な内側に向かって傾斜する複数のフィンガ６３２を備える点を除き、図１１と同様である。フィンガは、変形していないときは内側に延び、よってフィンガ先端とフランジ６５との間の距離が、基板上の溝間の距離とほぼ同じになる。フランジ６３の固定部分とフランジ６５との間の距離は、参照番号６３３で示すように、基板上の溝間の距離に比べてやや大きく、例えば１０〜１５μｍ大きい。まず、第１基板をフランジ６５に嵌合させ、次いで基部６４に係合するまでＵ字型部材に沿って押し入れる。フィンガ６３２が外側に向かって僅かに変形し、これによってフランジは確実に溝に入り、基板をスライドさせる必要に合致する。同じ手順が第２基板についても行われ、よって接合部が形成される。
図１３は、一番目に搭載される基板１が既に搭載されているＵ字型フランジ部材６に、二番目に搭載される基板２２を挿入するための、チップ運搬具９の使用法を示す。フランジ部材の脚部の端部は、チップ運搬具を受け入れるような形状で、二番目に搭載される基板を一番目に搭載される基板に対して押し込むことにより接合部を形成することができる。
【００４４】
図１４及び１５は、各端部が柔軟な微小溶液導管１６ａ、１６ｂを介して接続チップ１２ａ、１２ｂに接続する非連結基板１５を備えたアセンブリを示す（図１４はアセンブリの一端のみを示す）。接続チップの各々は位置合わせジグ６ａ、６ｂ上に配置され、位置合わせジグは、接続チップの側面１４ａ、１４ｂの溝１４１ａ、１４１ｂに嵌合するフランジ６３ａ、６３ｂ及び６５ａ、６５ｂを有する。ガスケット４０ａ、４０ｂは、接続チップの自由端から突出する細長要素１１ａ、１１ｂの端部を取り囲んでいる。基板２２ａ、２２ｂは側面に溝２４１ａ、２４１ｂ及び２５１ａ、２５１ｂを有し、位置合わせジグに搭載されており、チップ１２ａ、１２ｂ及び２２ａ、２２ｂを互いに押し合わせることにより、細長要素の自由端が基板内の対応する導管に入り、ガスケットが圧縮されて液密な接合部を形成する。
図１６及び１７は、液体試料を分析するか、分析しない場合は導管２６１に送る能動性微小溶液チップ１７、及びチップ１７の各端部に恒久的に結合された接続チップ１２ａ及び１２ｂを備えるチップアセンブリの平面図及び側面図を示す。接続チップの側面は、溝１４１ａ、１５１ａ及び１４１ｂ、１５１ｂを含み、他の基板（図示しない）とそれぞれ接合部を形成する。光ファイバ、電気導線又はその他の細長の能動性構成部材３０ａ及び３０ｂ、毛細管３１ａ及び３１ｂ及び受動的細長構成部材３２ａ及び３２ｂが、接続チップを通って延びており、一方の端部からチップ１７に入り、他方の端部から突出している。ガスケット４０ａ及び４０ｂは突出する端部を取り囲んでいる。この種のチップアセンブリは、能動性微小溶液チップが非連結基板であるときに特に有用である。チップ１７の更なる物理的保護は、例えばチップと接続チップの端部を適切な高分子材料に封止することにより、提供できる。
図１８は、図１４及び１５に示すチップアセンブリの平面図であり、接続チップ１２ａ及び１２ｂの各々が位置合わせジグ６ａ、６ｂに取り付けられている。これらの位置合わせジグはフランジ６３ａ、６５ａ及び６３ｂ及び６５ｂを有し、フランジは接続チップの溝に嵌合する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】接続前の２つの基板の斜視図である。
【図２】図１の基板により形成される接続部の平面図である。
【図３】図１の基板により形成される接続部の断面図である。
【図４】接続前の基板の斜視図である。
【図５】接続前の基板の平面図である。
【図６】図５の線Ｖに沿った断面図である。
【図７】本発明の接続部を組み込んだデバイスの断面図である。
【図８】本発明の接続部を組み込んだデバイスの断面図である。
【図９】接続前の２つの基板の断面図である。
【図１０】接続部を形成する際に用いられるフランジ部材の平面図である。
【図１１】接続部を形成する際に用いられるフランジ部材の平面図である。
【図１２】接続部を形成する際に用いられるフランジ部材の平面図である。
【図１３】接続部を形成するためのチップ運搬具の使用方法を示す平面図である。
【図１４】本発明の方法による接続に必要な機能を有さないか、又は本発明の方法で接続すると損傷する可能性のある微小溶液チップに対する接続部を形成するための、本発明の使用法を示す斜視図である。
【図１５】本発明の方法による接続に必要な機能を有さないか、又は本発明の方法で接続すると損傷する可能性のある微小溶液チップに対する接続部を形成するための、本発明の使用法を示す平面図である。
【図１６】本発明の方法による接続に必要な機能を有さないか、又は本発明の方法で接続すると損傷する可能性のある微小溶液チップに対する接続部を形成するための、本発明の使用を可能にするチップアセンブリの平面図である。
【図１７】本発明の方法による接続に必要な機能を有さないか、又は本発明の方法で接続すると損傷する可能性のある微小溶液チップに対する接続部を形成するための、本発明の使用を可能にするチップアセンブリの側面図である。
【図１８】位置合わせジグも含む、図１６及び１７に示すチップアセンブリの平面図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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2007531635.tif 000022
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