(57)【要約】      （修正有）【課題】バックグランドシグナルを減少させることにより装置内に暴露された蛍光色素分子の消光を抑制する装置を提供する。【解決手段】第１基板及び第２基板からなり、第１及び第２基板は前記基板の間に配置されたチャネルを規定し、第１または第２基板の少なくとも一つは、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を少なくとも一つ有することを特徴とする電磁放射の通過を少なくとも部分的に可能とする。第１薄膜は第１基板、第２基板、またはその両方の少なくとも一部の上にあり、第１薄膜の少なくとも一部は、少なくとも第１及び第２基板の間に配置されたチャネルの少なくとも一部を規定し、及び、第１薄膜は、装置が約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射によって照射されると、前記第１薄膜のない同一の装置と比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを減らすことができる。【選択図】図２
2015096854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析装置であって、
第１の基板と、
第２の基板と、
当該分析装置の外側の環境と流体連通する第１の相互接続チャネルを配置するための、前記第１の基板、前記第２の基板、又はその両方の少なくとも一部を介して伸長した第１の入口ポートと、
約１０，０００ｎｍ未満の範囲の断面寸法を有することを特徴とする少なくとも１つの第１のチャネルと、少なくとも２つの第２のチャネルとを含み、前記第１の相互接続チャネルをナノチャネル分析領域と流体連通させる第１のフロントエンド分岐チャネル領域と、
前記第１のチャネルの断面寸法より小さい断面寸法を有することを特徴とする少なくとも１つのナノチャネルを含むナノチャネル分析領域であって、前記少なくとも１つのナノチャネルの長さは０．１ミクロン〜５０ｃｍであり、前記第１のチャネルの断面寸法の、前記ナノチャネルの断面寸法に対する比は、約１００〜約１０，０００であり、および、前記第１のチャネルおよび前記ナノチャネルの断面寸法は、前記第１のチャネルおよび前記ナノチャネルの幅、直径、深さ、または斜めの測定値である、前記ナノチャネル分析領域と
を有する分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分析装置において、前記第１の基板、前記第２の基板、又はその両方は、シリコン、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ストレインド・シリコン（ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｓｉｌｉｃｏ
ｎ）、ＧｅＳｂＴｅ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＳｂ、ＧａＩｎＡｌＡｓ、ＧａＩｎＡＩＮ、ＧａＩｎＡｓＮ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、ＨｇＣｄＴｅ、ＺｎＯ、ＺｎＴｅ、硫化亜鉛（ＺｎＳ)、アルミニウム、酸化アルミニウム、ステンレススチール、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）、金属セラミック、プラスチック、ポリマー、サファイア、炭化ケイ素、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、ａｓｔｒｏｓｉｔａｌ、ホウ酸バリウム、フッ化バリウム、シレナイト（ｓｉｌｌｅｎｉｔｅ）結晶ＢＧＯ／ＢＳＯ／ＢＴＯ、ゲルマン酸ビスマス、方解石、フッ化カルシウム、ヨウ化セシウム、ＦｅＩＬｉＮｂＯ３、石英ガラス（ｆｕｓｅｄ  ｑｕａｒｔｚ）、石英、溶融石英（ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ）、ガラス、ＳｉＯ２、ガリウム、ガドニウムガーネット、リン酸二水素カリウム（ＫＤＰ）、ＫＲＳ−５、チタンリン酸カリウム、モリブデン酸鉛、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、フッ化マグネシウム、臭化カリウム、二酸化チタニウム、塩化ナトリウム、二酸化テルリウム、セレン化亜鉛、スピンオンガラス、紫外線硬化材料、ソーダ石灰ガラス、上記化合物の水素化形態、上記化合物の化学両論的変形物（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）又はそれらのあらゆる組み合わせである、分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の分析装置において、前記第１の相互接続チャネルは、約１００ｎｍ〜約１００ミクロンの範囲の深さ、約５００ｎｍ〜約１０００ミクロンの範囲の幅、又はその両方のいずれかを有するものである、分析装置。
【請求項４】
請求項１記載の分析装置において、前記第１のチャネルは、約１０ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲の幅、又は約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の深さのいずれかを有するものである、分析装置。
【請求項５】
請求項１記載の分析装置において、前記スプリッター構造は、前記第１のチャネルの中心線に対して約０〜約９０°の範囲の角度の少なくとも１つの面を有するものである、分析装置。
【請求項６】
請求項１記載の分析装置において、前記第２のチャネルのそれぞれは、当該第２のチャネルの中心線に対して約０〜約９０°の範囲の角度の少なくとも１つの面を有するスプリッターによって、２つの第３のチャネルに分かれるものである、分析装置。
【請求項７】
請求項１記載の分析装置において、前記スプリッター構造は、勾配によって前記第１のチャネルを通って進む、流体で運ばれる本体が、前記スプリッター構造から第２のチャネルの下流のいずれかに入るように実質的に等分されているものである、分析装置。
【請求項８】
請求項１記載の分析装置において、前記少なくとも１つのナノチャネルは、少なくとも約３０°の少なくとも１つの屈曲部を有するものである、分析装置。
【請求項９】
請求項１記載の分析装置において、前記少なくとも１つのナノチャネルは、一定の幅、一定の深さ、又はその両方、或いは種々の幅、種々の深さ、又はその両方を有するものである、分析装置。
【請求項１０】
請求項１記載の分析装置において、前記ナノチャネル分析領域は、第１のバックエンド分岐チャネル領域と流体連通するものであり、前記第１のバックエンド分岐チャネル領域は、２つの第２のチャネルに分けられた少なくとも１つの第１のチャネルを有し、前記第２のチャネルのそれぞれは、前記第１のチャネルよりも小さな断面積を有するものである、分析装置。
【請求項１１】
請求項１記載の分析装置において、前記第１のフロントエンド分岐チャネル領域及び前記ナノチャネル分析領域は、同じ基板に配置されるものであり、又は２つの分離した基板に配置されるものであり、前記２つの分離した基板は共に結合し、且つ前記基板の間に配置された密閉管路をもたらすものである、分析装置。
【請求項１２】
分析装置を製造する方法であって、
第１の基板と第２の基板を結合する工程であって、
前記基板の少なくとも１つは、約１０ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲の幅を有する少なくとも１つのチャネルを有し、
前記結合は前記基板の間に配置された密閉管路をもたらすものであり、
前記密閉管路は、
流体を輸送することが可能であり、及び、
当該分析装置の外側の環境と流体連通する第１の相互接続チャネルを配置するための、前記第１の基板、前記第２の基板、又はその両方の少なくとも一部を伸長した第１の入口ポートと、
約１０，０００ｎｍ未満の範囲の断面寸法を有することを特徴とする少なくとも１つの第１のチャネルと、少なくとも２つの第２のチャネルとを含み、前記第１の相互接続チャネルをナノチャネル分析領域と流体連通させる第１のフロントエンド分岐チャネル領域と、
前記第１のチャネルの断面寸法より小さい断面寸法を有することを特徴とする少なくとも１つのナノチャネルを含むナノチャネル分析領域であって、前記少なくとも１つのナノチャネルの長さは０．１ミクロン〜５０ｃｍであり、前記第１のチャネルの断面寸法の、前記ナノチャネルの断面寸法に対する比は、約１００〜約１０，０００であり、および、前記第１のチャネルおよび前記ナノチャネルの断面寸法は、前記第１のチャネルおよび前記ナノチャネルの幅、直径、深さ、または斜めの測定値である、前記ナノチャネル分析領域とを有するものである、
前記結合する工程を有する
方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、この方法は、更に、前記第１の基板、第２の基板、又はその両方の少なくとも一部の上部に薄膜を配置する工程であって、前記薄膜は前記基板間の結合を強化するものである、前記配置する工程を有するものである、方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記薄膜は、前記密閉管路内部の少なくとも一部を前記基板の少なくとも１つから電気的に隔離するものである、方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法において、前記薄膜は、前記閉塞管路の断面積を一定値に減少させるように配置されるものである、方法。
【請求項１６】
請求項１記載の分析装置において、前記スプリッター構造は、当該スプリッター構造内に配置された少なくとも１つの構造を有し、前記少なくとも１つの構造は、ピラー、ポスト、バンプまたはそれらの任意の組み合わせから選択されるものである、分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年６月６日に提出された米国特許出願番号第６１／０５７、９１７号の利益を主張するものであり、その全体はこの参照により本明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
本発明は、ナノ流体工学分野及び固体光学分析装置分野に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在の生物医学的分析の課題の一つは、かなりの多様性があり、且つ完全に同じものが二つとないという特徴を有する生体試料の複雑さを十分に考慮することにある。任意の試料に含まれる細胞または分子の少数集団が、多くの場合、患者の病態生理学的状態に臨床的に最も関連する部分である。
【０００４】
従来のバルク溶液の分析では、不均一なサンプルにおいて見られるわずかであるが顕著な特徴を平均化し、見えにくくするため、病気の原因となる分子、機能又は事象を早期発見することが阻止される。分子生物学の技術の進化と共に、更に高い解像度及び精度を用いて微小検体を分析することへの関心がますます高まっている。
【０００５】
単一分子レベルの生物学の世界は、本質的にミクロスケール及びミクロスケール以下である。本分野の一つの課題は、既存の製造プロセスと互換性のある固体材料の高品質のマイクロ及びナノ流体構造の作製である。光学的にバックグラウンドが汚染されると流体装置の有効性を低減する過剰な自己蛍光ノイズが生成されるため、装置の内面の光学純度は、単一分子レベルの蛍光画像化用に設計されたナノ流体において最も重要である。しかしながら、光学純度は、従来の半導体製造において重要な要素とはみなされていない。
【０００６】
本分野における更なる課題は、分子またはその他の目的物をマクロ環境（例えば、ピペット）からミクロまたはナノ領域へと移動させると同時に、更に下流分析を行うため、そのうな分子及び関連媒体を、ミクロまたはナノスケール領域からマクロスケールの廃棄物出口またはサンプル収集チャンバーへと移動させることである。
【０００７】
このような装置はセンチメートルから１桁のナノメートル（７桁の大きさの差）の範囲のサイズを有する特徴に対応しなければならない。これは非常に広い範囲の長さのスケールを示しており、制御可能且つ漏れのない輸送が可能な方法を統合したものである。
【０００８】
生物学的及びその他の目的物を輸送によって示された問題とともに、そのような目的物（例えば、目的の分子または細胞成分）の発光標識を検出するという課題があり、そのような検出は密閉されたチャネル内に目的物が配置されている間に、当該目的物上で検出が実行される。このような検出は、ナノ流体工学分野を中心に多くの実用的な応用を有する。
【０００９】
このような検出において特に重要なのは、標識を含む装置のバックグラウンドシグナルに対する標識の電磁シグナルである、シグナル対バックグラウンド比（ＳＢＲ）（また、シグナル対ノイズ比、ＳＩＮと呼ばれている）である。バックグラウンドを減らすことによるＳＢＲ最大化は、システムのダイナミックレンジが増大し、特定のシステムの値を高める。この値は、装置のバックグラウンドシグナルを構成する電磁放射が可能な限り広範なスペクトル範囲にわたって低減されている装置によって、さらに増大される。
【００１０】
シリコンなどの特定の基板は、平面状であって開放系にあるシリコン基板上において蛍光発光分子を画像化する場合、従来どおりマイクロ配列を基本とした用途に用いられると、蛍光色素分子の発光の消光がもたらされる。この消光を防止するために、消光を抑制または排除する基板コーティングが通常使用されている。しかし、密閉チャネルと結合した流体装置内に組み込む際に、コーティング材料は、多くの場合、装置のバックグラウンドシグナルを増大させ、それにより装置のパフォーマンス機能が低下し、実際には一つの課題（消光）と引き換えに他の問題（バックグラウンドの増大）を引き起こす。
【００１１】
したがって、装置中に存在する蛍光発光分子または他の標識の消光を制限すると同時に、比較的低レベルのバックグラウンドシグナルを示す装置の技術が必要とされている。このような特徴を有する装置の製造方法に関連する技術もまた必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
説明した課題を満たすために、本願発明は、分析装置であって、第１基板；第２基板；外部環境と前記分析装置をつなぐ相互接続チャネルを流体内に配置するよう、第１基板、第２基板、または両方の少なくとも一部を貫通する入り口；及び、チャネル領域で最初に分岐したフロントエンドであって、少なくとも約１０，０００ｎｍ未満からの範囲の断面寸法を有することを特徴とする第１のチャネル、及び、少なくとも二つの第２のチャネル、ナノチャネル分析領域とつながった流体内の最初の相互接続チャネルを配し、ナノチャネル分析領域であって、第１のチャネル未満の断面寸法を有することを特徴とするナノチャネルを少なくとも一つを含み、及び、前記ナノチャネルと前記第１のチャネルの断面寸法の比は約１００〜約１０，０００の範囲内である。
【００１３】
また、提供される分析装置の製造方法は、第１基板及び第２基板の結合を含み、前記基板の少なくとも一つは約１０ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲の幅を有するチャネル少なくとも一つからなり、前記結合は前記基板の間に配置された密閉された導管を生み出し、前記密閉された導管は流体を介しての輸送を可能にする。
【００１４】
さらに、提供される分析方法は、少なくとも高分子の一部が前記チャネルの最小内に配置されながら伸長されるように、連続して幅を減少させる少なくとも二つのチャネルを介して前記高分子の位置を変えさせることからなる。最大幅のチャネルと最小のチャネルの幅の比は約１〜約１０６の範囲内であり、１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの幅を有するチャネルの最初の領域に存在する前記高分子からのシグナルを検知し、及び、前記高分子の特性をシグナルから相互に関連付けることができる。
【００１５】
さらに、提供される分析装置は、第１基板及び第２基板からなり、第１及び第２基板は前記基板の間に配置されたチャネルを規定し、第１または第２基板の少なくとも一つは、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を少なくとも一つ有することを特徴とする電磁放射の通過を少なくとも部分的に可能とする。第１薄膜は第１基板、第２基板、またはその両方の少なくとも一部の上にあり、第１薄膜の少なくとも一部は、少なくとも第１及び第２基板の間に配置されたチャネルの少なくとも一部を規定し、及び、第１薄膜は、装置が約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射によって照射されると、前記第１薄膜のない同一の装置と比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを減らすことができる。
【００１６】
また、提供される分析装置は、前記基板で囲まれたチャネルを規定するよう構成される基板からなり、前記基板は約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の周波数成分を少なくとも一つを有する電磁放射により透明となる。
【００１７】
さらに提供される分析装置の製造方法は、第１基板、第２基板及び第１薄膜を、前記第１及び第２基板の間に配置されたチャネルを規定するように配置する工程、前期第１薄膜層を、前記層が、装置が約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射によって照射されると、第１薄膜のない同一の装置と比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを減らすよう選択する工程、及び、第１薄膜を第１基板、第２基板、またはその両方と結合する工程からなる。
【００１８】
また、提供される分析装置の製造方法は、約１０ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射で透明となる材料からなるワークピース内に犠牲テンプレートを配置する工程、前記ワークピース内に配置されたチャネル、約５ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲内の断面寸法を有するチャネルの少なくとも一部を得るよう前記犠牲テンプレートの少なくとも一部を除去する工程からなる。
【００１９】
さらに、蛍光標識した分子の少なくとも一部を分析装置内のチャネル内部に配置する工程を含む、蛍光標識した分子を分析する方法が提供され、前記分析装置は、少なくとも第１基板、第２基板、及び前記第１及び第２基板の間に配置されるチャネルを生じるよう構成された第１薄膜を有する。第１薄膜は、第１基板、第２基板、またはその両方と結合しており、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の励起波長の電磁放射を試料に照射すると、蛍光標識した分子は、発光波長の電磁放射を発することができるものである。前記第１薄膜は、励起波長の電磁放射を前記装置に照射すると、第１薄膜なしの同一装置と比較して、装置のバックグラウンドシグナルを減らし、蛍光標識から放出された発光波長の電磁放射を集める。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
前記発明の概要は、以下に記す発明の詳細な説明と同様、添付した図面と合わせて読むとより理解しやすい。本発明を図示するために発明の実施例の図面を示しているが、本発明は開示された特例の方法、組成物、及び装置に限られたものではない。加えて、図は必ずしも縮尺で描かれていない。
【図１】図１は、本願発明に係る装置の概略図を示す。
【図２】図２は、本願発明に係る典型的な装置を示す。
【図３】図３は、本願発明に係る典型的な製造スキームを示す。
【図４】図４は、二つの基板内の表面に刻まれたチャネル要素を有する二つの基板（基板ＡおよびＢ；前記基板の一つは好適には透明である）の製造スキームの実施例を示す。
【図５】図５は、２〜４のポートを有する典型的なナノ装置を示す。
【図６】図６は、マルチポート装置の設計の実施例を示す。
【図７】図７は、本願発明に係るチャネル配列の分岐マルチステージを示す。
【図８】図８は、分岐され、相互接続されたチャネル配列のマルチレベルを示す。
【図９】図９は、分岐チャネルと配列ポストの結合を有する装置設計を示す。
【図１０】図１０は、蛇行構成の並列ナノチャネルの連続的なセットに連続的に接続された単一の長いナノチャネルを有する設計を示す。
【図１１】図１１は、並列ナノチャネルの連続的なセットに接続された複数の長いナノチャネルを示す。
【図１２】図１２は、本願発明に係るチャネル装置の特に制限されない様々な実施形態を示す。
【図１３】図１３は、本願発明に係る装置の断面図を示す。（ａ）は基板下部に形成されたチャネル、（ｂ）は基板下部及び上部の両方に形成されたチャネル、及び（ｃ）は基板上部のみに形成されたチャネルである。これら三つの実施形態の夫々は、薄膜上部及び下部を示す。
【図１４】図１４は、本願発明に係る装置の断面図を示す。（ａ）は、基板下部に形成されたチャネル、（ｂ）は、基板上部及び下部に形成されたチャネル、（ｃ）は基板上部のみに形成されたチャネルである。これら三つの実施形態は、基板下部に主に適合する単一の薄膜のみを示す。
【図１５】図１５は、本願発明に係る断面図を示す。（ａ）は、基板下部に形成されたチャネル、（ｂ）は、基板上部及び下部に形成されたチャネル、（ｃ）は基板上部のみに形成されたチャネルである。これら三つの実施形態は、基板上部に主に適合する単一の薄膜のみを示す。
【図１６】図１６は、本願発明に係る断面図を示す。（ａ）は、二つの薄膜下部に形成されるチャネル、（ｂ）は薄膜の上部及び下部に形成されたチャネル、（ｃ）は薄膜上部のみに形成されたチャネルである。
【図１７】図１７は、本願発明に係る装置の操作を示す。（ａ）本願発明に基づいて作られた装置内に配置された蛍光標識された試料の励起及び励起放射が透過した同一基板及び同一薄膜を渡って転写された励起試料による放射の収集、及び、（ｂ）本願発明に基づいて作られた装置内に配置された蛍光標識された試料の励起及び励起放射が透過したのとは異なる基板及び薄膜層を渡って転写された励起試料による放射の収集、が示されている。
【図１８】図１８は、チャネル底部に配置されたＳｉＯｘ薄膜を有する制限されたチャネルの約０ｎｍ〜約２１７ｎｍの波長で撮影されたバックグラウンド測定を示す。
【図１９】図１９は、チャネル底部に配置されたＳｉＮｘ薄膜を有する制限されたチャネルの約０ｎｍ〜約２１７ｎｍの波長で撮影されたバックグラウンド測定を示す。
【図２０】図２０は、配列底部に配置されたＳｉＯｘ薄膜を有するナノチャネル配列の約６５３ｎｍの励起放射波長で撮影された画像及び前記配列内に存在するＴＯＴＯ−３標識されたＤＮＡである。
【図２１】図２１は、配列底部に配置されたＳｉＮｘ薄膜を有するナノチャネル配列の約６５３ｎｍの励起放射波長で撮影された画像及び前記配列内に存在するＴＯＴＯ−３（蛍光）標識されたＤＮＡである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、本開示の一部をなす添付図面及び実施例を以下の詳細な説明と合わせて参照することにより、より容易に理解することができる。本発明が特定の装置、方法、適用、条件またはここに記載された及び／または示された限定要素に限定されないと理解されるべきであり、及び、ここで用いられる用語は実施例のみで特定の実施形態を説明する目的のためであり、及び本願発明を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。また、添付の特許請求の範囲を含む明細書で使用される、単数形は「ａ」、「ａｎ」であり、及び「ｔｈｅ」は複数を含み、及び、前後関係がそれ以外の場合を明確に示さない限り、少なくともその特定の値を含む特定の数値の参照を含む。本明細書中で使用される用語「ｐｌｕｒａｌｉｔｙ」（複数）とは複数のことを意味する。値の範囲が表現されるとき、別の実施形態は、一つの特定の値から及び／または他の特定の値を含む。同様に、近似として値が表現されるとき、先立って「ａｂｏｕｔ」（約）を使用することで、その特定の値が別の実施形態を形成することが理解されるようになる。全ての範囲は包括的であり、及び、組み合わせ可能である。
【００２２】
別の実施形態の前後関係を明確にするために記された本発明の特定の機能もまた、単一の実施形態の組み合わせで提供することができると理解される。逆に、単一の実施形態の前後関係を簡潔にするために記された本発明の様々な機能もまた、個別または任意のサブコンビネーションで提供することができると理解される。また、範囲に記載されている値への参照は、その範囲内のそれぞれ及び全ての値が含まれている。
【００２３】
用語：
ここで使用される「流体要素」とは、チャネル、溝、トレンチ、絞り、ポータル、ホール、ビアなどのような流体を含むまたは認めることができる機能を意味する。
【００２４】
ここで使用される「断面寸法」は、幅、直径、深さ、または他の斜めの測定値を意味する。
【００２５】
本願発明は、第１に、分析装置を提供する。これらの装置は、特に、第１基板及び第２基板を適切に含む。適切な基板材料は、こことは別の場所で説明されており、例えば、シリコン、ガラス、石英などである。
【００２６】
前記装置はまた、外部環境と分析装置を流体内の第１相互接続チャネルをつなぐ配置をするよう、第１基板、第２基板、またはその両方の少なくとも一部を貫通する第１入り口ポートを含む。
【００２７】
また、装置内には、最初のフロントエンド分岐チャネル領域が存在する。この領域は、約１０，０００ｎｍ未満の範囲の断面寸法を有することを特徴とする少なくとも第１のチャネル及びナノチャネル分析領域との流体連通内の内部接続チャネルを配置する、少なくとも二つの第２のチャネルを含む。分岐チャネル配置は、例えば図５（ｂ）、図７（ｃ）及び図８（ｃ）に示されており、これらはより小さな第２のチャネルに分けられた第１のチャネルを示している。
【００２８】
ナノチャネル分析領域は、第１のチャネルより小さな断面寸法を有することを特徴とする、少なくとも一つのナノチャネルを適切に含む。第１のチャネルとナノチャネルの断面寸法の割合は、約１００〜約１０，０００、または約１０００〜約５０００の範囲内または約２０００である。
【００２９】
基板はいくつもの異なった材料により作られることがある。第１基板、第２基板、またはその両方は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ストレインド・シリコン、ゲルマニウムアンチモンテルル、アルミニウムガリウムヒ素、アルミニウムインジウムガリウムリン、アルミニウムガリウム窒素、アルミニウムガリウムリン、ガリウムヒ素リン、ガリウムヒ素、ガリウム窒素、ガリウムリン、インジウムアルミニウムヒ素、インジウムアルミニウムリン、インジウムアンチモン、ガリウムインジウムアルミニウムヒ素、ガリウムインジウムアルミニウム窒素、ガリウムインジウムヒ素窒素、ガリウムインジウムヒ素リン、ガリウムインジウムヒ素、ガリウムインジウム窒素、ガリウムインジウムリン、ガリウムアンチモン、インジウム窒素、インジウムリン、セレン化カドミウムまたはカドミウムテルル、セレン化亜鉛、水銀カドミウムテルル、酸化亜鉛、テルル化亜鉛及び硫化亜鉛のような亜鉛化合物、これらは全て有用である。
【００３０】
基板材料の一覧表にはまた、アルミニウム、酸化アルミニウム、ステンレススチール、カプトン（商標）、金属、セラミック、プラスチック、ポリマー、サファイア、炭化シリコン、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）、アストロシタル、バリウムホウ酸、フッ化バリウム、サイレナイトクリスタルＢＧＯ／ＢＳＯ／ＢＴＯ、ビスマスゲルマニウム、方解石、フッ化カルシウム、ヨウ化セシウム、Ｆｅ：ＬｉＮｂ０３、石英ガラス、石英、溶融石英、ガラス、酸化ケイ素、ガリウム、ガドリニウムガーネット、第１リン酸カリウム（ＫＤＰ）、臭沃化タリウム（ＫＲＳ−５）、チタンリン酸カリウム、リードモリブデート、フッ化リチウム、ヨウ素酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、フッ化マグネシウム、臭化カリウム、二酸化チタン、塩化ナトリウム、二酸化テルル、セレン化亜鉛、スピングラス、紫外線硬化性材料、ソーダ石灰ガラス、水素化された上記の任意の化合物、上記の化合物の化学量論的変形したもの、またはそれらを任意に組み合わせたものがある。実施形態によっては、基板は光学的に不透明であり、他の場合では、基板は可視光に対してまたは電磁放射波長の少なくとも一つに対して透過的である。
【００３１】
前記第１基板は、約１０ｎｍ〜約１０，０００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内の厚さを適切に有する。第２基板は、前記同じ範囲の厚さを有するものであっても良い。前記二つの基板は同じ厚さ、または異なった厚さを有するものであっても良い。
【００３２】
入り口ポートは、望ましくは円形断面であり（例えば図１）、但し、他の外形が使用されることもある。入り口ポートは約５ミクロン〜約５０００ミクロン、または約１０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲内、または約５０ミクロンの直径またはその他の断面寸法を適宜有する。前記入り口ポートは、基板の前記厚さまたは前記基板の一部を通して広がることがある。前記ポートは塞がれまたはキャップされ、及び弁膜または他のシールを含むこともできる。
【００３３】
出口ポートは入り口ポートの寸法と似た寸法を適宜有するが、入り口及び出口ポートは指定された装置上で同じ寸法である必要はない。ポートは基板の全体の厚さを貫いて適宜拡張するが、入り口（及び出口）が基板の一部のみを貫通することが用いられることもある。
【００３４】
本願発明の内部接続チャネルは、約１００ｎｍ〜約１００ミクロン、または約５００ｎｍ〜約５０ミクロン、または約１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲内の深さを適宜有する。前記内部接続は、約５００ｎｍ〜約１０００ミクロン、または約１ミクロン〜約５０ミクロン、または約１０ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内の幅を適宜有する。インターコネクト領域は、例えば図５に示されている。
【００３５】
内部接続は構成によっては、２またはそれ以上の入り口内にあることがあり、及び、図５に示すように、分岐領域の一つ、二つ、三つ、またはそれ以上の第１のチャネルとの流体連通している可能性がある。実施形態によっては、分岐領域は、内部接続領域を介在することなく、入り口ポートと直接に流体連通している。
【００３６】
本願発明に係る装置の分岐（またはフォーク状）領域では、前記第１のチャネルは約１０ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲内、または約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内、または約７５ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内の幅を適宜有する。第１のチャネルの最適は、ユーザーのニーズに依存する。
【００３７】
第１のチャネルは、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または同様に約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内の深さを有することがある。
【００３８】
前記フロントエンド分岐チャネル領域は、例えば図７に示されているように、少なくとも二つの第２のチャネルに前記第１のチャネルを分割する分割構造が含まれている。実施形態によっては（図７参照）、前記分割構造は、第１のチャネルの中心線に対して約０〜約９０度の角度がついた少なくとも一つの面を含む。図７で示された実施形態に限定されることなく、前記スプリッターは、図７（ｃ）の上部に示された第１のチャネルの中心線に対して約０〜約９０度の間の角度がついた面を含む。
【００３９】
このような実施形態においては、第２のチャネルの幅は、第１のチャネルの幅の約３０％〜約７０％、または、第１のチャネルの約４５％〜５５％の範囲内が適当である。実施形態によっては、第２のチャネルの断面積は、第１のチャネルの断面積の約５０％である。他の実施形態では、前記第２のチャネルの一つは、他の第２のチャネルと、断面積、幅、深さ、またはそれらの組み合わせが異なる。他の実施形態では、第２のチャネルは互いに似たような、または同一の寸法である。
【００４０】
第２のチャネルは、約１ミクロン〜約５００ミクロン、または約１０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲内の長さを持つことがある。第２のチャンネルは、それぞれ同じまたは異なった長さを持つことがある。
【００４１】
実施形態によっては（例えば図７、図８）、第２のチャネルは、第２のチャネルの中心線に対して約０〜約９０度の角度がついた少なくとも一つの面を有するスプリッターによって、二つの第三チャネルに分かれている。これは、図７の非限定的な実施形態により示されている。
【００４２】
本願発明の構成によっては、前記分割構造は、図８に示されているような凹凸部分が含まれている。このような分割構造は、図８（ｃ）に示されているように、第１のチャネルを介して、いずれかの第２のチャネルダウンストリームを分割構造から入力するのと基本的に同じ傾斜によって推進されるよう適宜構成されている。その図に示すように、前記スプリッターは、標的（例えば、ＤＮＡまたは他の生体高分子）となる前記装置全体に適用される電界の磁力線が、図の下部に示した四つの第三チャネルの間に均等に分散された領域を通過するよう形成及び構成されている。
【００４３】
前記スプリッターは、図８に示すように、前記第２のチャネルの少なくとも一部を前記第１のチャネルから遮断するオーバーハングを定義するよう構成されることがある。前記オーバーハングは前記第２のチャネルの幅の約５％〜約５０パーセントの範囲内となるよう構成されることがある。
【００４４】
第２のチャネルの幅は、前記第１のチャネルの幅の約３０％〜約７０％の範囲内または前記第１のチャネルの５０％となっていることがある。他の場所で説明したように、第２のチャネルは前記第１のチャネルの断面積の約３０％〜約７０％の範囲内または前記第１のチャネルの断面積の約５０％を有することがある。
【００４５】
本願発明に係る装置のナノチャネル分析領域におけるナノチャネルは、約１ｎｍ〜約１０００ｎｍまたは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約８０ｎｍの範囲内の幅を適宜有する。前記ナノチャネルは、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲内の深さを有することがある。
【００４６】
構成によっては、前記ナノチャネルは約０．１ミクロン〜約５０ミクロンの範囲内の長さを有する少なくとも一つのリニアセグメントを有する。リニアセグメントは図１０、図１１、及び図１２に示されている。前記ナノチャネルは少なくとも約３０度、少なくとも９０度、さらには１８０度またはそれ以上の曲がりまたはカーブを含む。実施形態によっては、ナノチャネルは円形またはらせん状構成である。
【００４７】
ナノチャネルは、一定の幅と深さを有することもあるが、様々な幅、様々な深さまたはその両方を有することもある。チャネルはジグザグ状であることもあり（図１２）、またはチャネルの長さに沿って様々な深さを与える起伏のある床を有することもある。
【００４８】
実施形態によっては、図５で示されるように、前記ナノチャネル分析領域は、第１バックエンド分岐領域と流体連通する。バックエンド分岐領域は、前述のフロントエンド分岐領域と適宜類似しており、及び、前記フロントエンド分岐チャネル領域からダウンストリームとして特徴づけることができる。指定された装置上の前記フロントエンド及びバックエンド領域は互いに同じであるか異なることがある。前記装置は、ポート（入り口または出口）と、分岐領域（図５（ｂ））と、またはその両方と流体連通する第２内部接続チャネル（図５（ｂ））を含むことがある。第１のチャネルは、第２内部接続チャネル、または第２（例えば、出口）ポートと流体連通することがある。
【００４９】
実施形態によっては、ポートの断面寸法と、少なくとも一つのナノチャネルの断面寸法の割合が、約１〜約１０７の範囲内である。場合によっては、前記割合は、１００、１０００、または１０，０００ですらある。前記割合は、本願発明に係る装置が、ミクロスケール環境からナノスケール環境へ輸送される標的として、輸送（及び分析にも）適していることを示している。
【００５０】
マクロスケール環境からミクロまたはナノスケール環境へと標的を制御可能な輸送を行うこの機能は非常に価値がある。ユーザーが大容量の試料（典型的には高分子または他の流体内に分散された標的）を使って始めることができ、及び、本願発明の装置を、その大容量の試料から単一の標的を分離させるのに使用することができるからである。また、本願発明は、チャネルなどのようなナノスケール環境で、単一の標的をユーザーが特定することができる。従って、本願発明は、以前は媒体の大容量中で多くの他の分子と分散されていた個々の分子の単一分子分析を実行することをユーザーに可能にしたのだ。
【００５１】
実施形態によっては、前記ナノチャネル分析領域及び分岐チャネル領域は同一平面上に配置される。他の場合では、それらは異なる平面上にある。前記ナノチャネル分析領域は第２ナノチャネル分析領域と流体連通することがあり、前記第２ナノチャネル分析領域は第１ナノチャネル分析領域とは異なる基板上にある。このような実施形態では、積み上げまたは三次元マルチ分析領域が構築されることがあり、及び、複数のナノチャネル分析領域を含むメタ装置が構築されることがある。
【００５２】
また、分析装置の製造方法も提供されている。これらの方法は、とりわけ、第１基板及び第２基板の接合である。前記基板の少なくとも一つは、約１０ｎｍ〜約１０，０００ｎｍの範囲内の幅を有する少なくとも一つのチャネルを含む。前記接合は、前記基板の間に配置された密閉導管を生じさせ、この密閉導管が流体貫通を輸送することを可能にする。
【００５３】
接合は、陽極接合、熱接着、またはそれらいずれかの組み合わせによって達成することができる。化学結合を使用することもできる。Ｓｉ−ガラス装置の陽極接合するための試料プロセス条件は、他の場所に記載されている。
【００５４】
前記方法は、第１基板、第２基板、またはその両方の少なくとも一部の上に薄膜を配置することを含むことがある。その薄膜は、前記基板内に配置されたいずれかのチャネルの少なくとも一部の内部に配置されることもある。前記膜は、基板環の接合を強化するために使用することができる。
【００５５】
一つの非限定的な実施例として、二酸化シリコン（または窒化シリコン）膜はシリコン基板及びガラスまたはその他の基板間の接合を強化（あるいは可能に）するのに使用される。前記薄膜は、前記基板の少なくとも一つから密閉導管の内部の少なくとも一部を電気的に絶縁するよう選択することができる。詳細に関して他の場所で説明したように、薄膜は基板から前記導管の少なくとも一部を遮断するのに使用されることがある。それにより、導管内に配置された蛍光が消光することから前記基板を保護することができる。
【００５６】
前記薄膜は、密閉導管の断面積を所定の値に減らすよう配置することができ、その減少は、導管内を流体が流れられる断面積を減らすよう、チャネルの床及び側面を構築させることで達成される。前記薄膜は断面積を少なくとも約１％、少なくとも約５％、または少なくとも約１０％も、または２５％も減らすよう配置されることがある。前記薄膜は、完全にチャネルを埋めるよう配置することもできる。例えば図４及び図１６に示すように、チャネルは前記膜内でエッチングすることができる。
【００５７】
基板は、二つまたはそれ以上のチャネルを含むことができる。前記基板の二つは互いに、前記接合が二つまたはそれ以上の前記基板間に配置された密閉導管を生じさせるように、少なくとも一つのチャネルを含むことがある。両方の基板がチャネルを含む実施形態では、前記基板は、前記チャネルが互いに少なくとも部分的に位置決めするよう接合することがある（例えば図１３）。
【００５８】
実施形態によっては、得られた装置の二つの導管の幅の割合は、約１〜約１０７の範囲内、または約１００〜約１０，０００の範囲内、または約１０００である。
【００５９】
実施形態によっては、前記第１基板、前記第２基板、またはその両方は絶縁体を含む。前記第１基板、前記第２基板、またはその両方は、半導体材料または導電性材料を含むことがある。前記基板の一つまたは両方は、少なくとも一つの電磁放射または可視光の波長に対して適宜透過的である。
【００６０】
分析の方法も提供されている。前記方法は、チャネルの狭い所に配置される際に高分子の少なくとも一部が伸長されるように、連続して幅が減少される少なくとも二つのチャネルを介して高分子を移行することを適宜含む。最も広い幅と最も狭い幅の割合は、約１〜約１０７、約１００〜約１０５の範囲内である。実施形態によっては、前記高分子は、幅または断面積を減少させる単一のチャネルを介して移行される。前記チャネルに沿った様々な幅は、前記の比率に応じて一致している。
【００６１】
実施形態によっては、ユーザーは、標的がナノメートル範囲内の断面寸法を有するチャネルに最終的に到達すると、センチメートルの範囲内の断面寸法を有する入口を介して標的を移行することがある。
【００６２】
前記方法は、１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの幅を有するチャネルの第１領域内に存在する分子からのシグナルを検知することも含まれる。
【００６３】
前記ユーザーは、それによって前記シグナルと前記高分子の性質を相互に関連付けることができる。例えば、試料上の固有のＤＮＡ配列に結合する蛍光標識に試料が曝された後、ユーザーは、前記試料上に蛍光標識が存在するか（または存在しない）どうかを決定するために試料を調べることができる。ユーザーはシグナルの持続時間と高分子の長さまたは他の性質、または高分子の装置を介した速度も関連付けることができる。
【００６４】
前記シグナルは、蛍光分子によって発されたものである必要はない；前記シグナルは、磁器性または放射性であることがある。実施形態によっては、ユーザーは、チャネル（または導管）内に配置された標的を検査することができる。前記シグナルは、標識の励起により発したシグナルであることがあり、または、前記試料の照射により生じるシグナルまたは反射であることがある。前記試料の光学検査が実行されることのある、または前記シグナルが電磁放射を含む実施形態では、必要であるわけではないが、前記基板（及び任意の介在薄膜）の少なくとも一つが透明であることが望ましい。
【００６５】
移行は、電気的勾配、圧力的勾配、磁場、温度勾配、またはそれらの組み合わせを適用することによって達成される。前記移行は、一定の勾配、または様々な勾配の適用を含むことがある。
【００６６】
また、前記の方法は、連続的に幅が増加する少なくとも二つのチャネルを介する高分子の移行を含む。実施形態によっては、勾配の方向は、高分子の少なくとも一部が再び前記チャネルの前記第１領域に再び入るように、高分子の方向を逆にするように、逆にされることがある。このように、ユーザーは指定された装置内で、高分子標的を前後に動かすことができる。
【００６７】
この前後制御は、テーププレーヤーのテープの巻き戻しと同じであり、高分子または他の標的の分析において有用である。ユーザーは、前記ナノチャネル分析領域を介して標的を渡し、その後で前記勾配を反転することで高分子を「巻き戻し」、その後で同じ高分子を再び分析することができるからである。これにより、ユーザーが指定された標的の測定を繰り返すことを容易にすることができ、測定の大量な（例えば統計的に有用な）セットを迅速に集めることを可能にする。勾配を調整する前記機能は、ユーザーが前記分析装置の少なくとも一部を介して標的を迅速に進めること（または「早送り」）、及び分析のために標的をゆっくり進めることも可能にする。
【００６８】
検知は、光学的、電気的、磁性的、電磁的、またはそれらの組み合わせによって適宜達成される。光子カウンタ及び顕微鏡は、本願発明に係る方法による検知の実行に適している。
【００６９】
他の面では、本発明は分析装置も提供する。これらの装置は、第１基板及び第２基板、基板間に配置されたチャネルを定義する前記第１及び前記第２基板、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の少なくとも一つの波長を有するとして特徴づけられた電磁放射の部分的な透過を可能にする第１または第２基板の少なくとも一つ；前記第１基板、前記第２基板、またはその両方の少なくとも一部の上に配置された第１薄膜を含む。
【００７０】
前記薄膜は、材料の単一層となることがある。基板は、複数の膜が上に乗せられ、及び、薄膜はそれ自体が単一の材料または複数の材料の組み合わせで構成されることがある。基板は一つ、二つ、三つ、またはそれ以上の別々の薄膜が上に乗せられていることがある。実施形態によっては、前記基板または薄膜は、前記装置内に配置された標的の観測を強化するように、導波管または光源として作用することがある。
【００７１】
第１薄膜の少なくとも一部は、前記第１及び第２基板の間に配置されたチャネルの少なくとも一部を適宜定義し、前記第１薄膜は、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射で装置を照射すると、前記第１薄膜なしの同一の装置に比べてバックグラウンドシグナルを減らすことができる。
【００７２】
前記薄膜は、第１基板、第２基板、またはその両方に適宜接合されている。前記基板は、互いに適宜接合され、及び前記接合は、前記薄膜または薄膜を介して行われる。実施形態によっては、薄膜は基板に接合される。薄膜は、実施形態によっては、互いに接合される。
【００７３】
前記第１薄膜は、窒化ケイ素を適宜含む。前記第１薄膜は、例えば、酸窒化ケイ素、ＳｉＯｘＮｙ、水素化二酸化ケイ素、水素化窒化ケイ素、水素化酸窒化ケイ素、高Ｋ誘電体、チタンを含む化合物：ＴｉＳｉＯ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、酸化チタン、水素化酸化チタン、窒化チタン、水素化窒化チタン、ＴａＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯｘＮｙ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＣＮ、酸化タンタル、水素化酸化タンタル、窒化タンタル、水素化窒化タンタルが含まれる。
【００７４】
ハフニウムを含む化合物は、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ２、ＨｆＺｒＯｘ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＮ、ＨｆＳｉＯＮ、酸化ハフニウム、水素化酸化ハフニウム、窒化ハフニウム、水素化窒化ハフニウム、ＺｒＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＺｒＮ、ＺｒＳｉＮ、ＺｒＯＮ、ＺｒＳｉＯＮ、酸化ジルコニウム、水素化酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、水素化窒化ジルコニウム、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＷＡｌＮ、酸化アルミニウム、水素化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、水素化窒化アルミニウムも含まれる。
【００７５】
適当な材料には、ワイアード、低Ｋ誘電体、フッ素ドープされた二酸化シリコン、炭素ドープされた二酸化シリコン、多孔質の二酸化シリコン、多孔質の炭素ドープされた二酸化シリコン、スピン有機高分子絶縁膜、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、プラスチック、高分子、有機分子、自己組織化単層膜、自己組織化複層膜、脂質二重膜、水素化、前述のいずれかの化学量論的変化、及びそれらの組み合わせでの前記化合物のいずれかも含まれる。
【００７６】
前記第１基板、前記第２基板、またはその両方は、ガラス、シリコン、またはそれら二つの組み合わせを含む。実施形態によっては、前記基板の一つまたは両方が、石英、有用石英、サファイア、シリコンカーバイド、ソーダ石灰、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ガリウム、インジウム、カドミウム、亜鉛、アルミニウム、ステンレス鋼、カプトン（商標）高分子材料、高分子、半導体材料、金属、セラミックなどを含む。前記基板は、これらの材料の組み合わせも含む。
【００７７】
基板の少なくとも一つは、電磁放射の少なくとも一つの周波数に対して適宜透過的である。実施形態によっては、前記基板の一つまたは両方は、可視光に対しても本質的に透過的である。この透過性は、前記装置内に配置されることもある標的（例えば、蛍光標識された高分子）の観察を容易にする。
【００７８】
適切なガラスとしては、ショットボロフロート（商標）３３ガラス、パイレックス７７４０（商標）ガラス、ホヤＳＤ２（商標）ガラス、それらの組み合わせなどが含まれる。
【００７９】
適切な基板は、約０．０１ｍｍ〜５ｍｍ、または約０．１ｍｍ〜約１ｍｍ、または約０．５ｍｍの範囲内の厚さを有する。
【００８０】
前記第１基板は約１ｎｍ〜約５０００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲内の厚さを有することがある。
【００８１】
本願発明に係る装置の前記導管は、約５ｎｍ〜約５ｍｍ、または約１０ｎｍ〜約１ｍｍ、または約５０ｎｍ〜約１ミクロン、または約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内の幅を適宜有する。前記チャネルは、約５ｎｍ〜約１ｍｍ、または約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲内の深さを適宜有する。
【００８２】
前記装置は、第２薄膜を含むこともある。前記第２薄膜は、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射に前記装置が照射されると、第２薄膜なしの同一の装置と比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを減らすよう適宜選択される。窒化シリコンは、薄膜として使用するのに本質的に適しているとみなされている。
【００８３】
他の材料も前記第２薄膜に使用されることがある。これらの材料は、とりわけ、酸窒化ケイ素、ＳｉＯxＮｙ、水素化二酸化ケイ素、水素化窒化ケイ素、水素化酸窒化ケイ素、高Ｋ誘電体、チタンを含む化合物：ＴｉＳｉＯ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、酸化チタン、水素化酸化チタン、窒化チタン、水素化窒化チタン、ＴａＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯｘＮｙ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＣＮ、酸化タンタル、水素化酸化タンタル、窒化タンタル、水素化窒化タンタル、ハフニウムを含む化合物：ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ２、ＨｆＺｒＯｘ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＮ、ＨｆＳｉＯＮ、酸化ハフニウム、水素化酸化ハフニウム、窒化ハフニウム、水素化窒化ハフニウム、ＺｒＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＺｒＮ、ＺｒＳｉＮ、ＺｒＯＮ，ＺｒＳｉＯＮ、酸化ジルコニウム、水素化酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、水素化窒化ジルコニウム、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＷＡｌＮ、酸化アルミニウム、水素化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、水素化窒化アルミニウム、ＳｉＮ、ワイアード、低Ｋ誘電体、フッ素ドープされた二酸化シリコン、炭素ドープされた二酸化シリコン、多孔質の二酸化シリコン、多孔質の炭素ドープされた二酸化シリコン、スピン有機高分子絶縁膜、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、プラスチック、高分子、有機分子、自己組織化単層膜、自己組織化複層膜、脂質二重膜、水素化、前述のいずれかの化学量論的変化、及びそれらの組み合わせでの前記化合物のいずれかも含まれる。
【００８４】
前記第２薄膜は、約１ｎｍ〜約５０００ｎｍ、または約１００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内の厚さを適宜有する。薄膜は、前記第１基板、第２基板、またはその両方に曝されることによる、前記装置内に配置された蛍光分子の消光を防ぐまたは減らすよう選択されることがある。薄膜は、前記装置によって生じるバックグランドシグナルを減らすよう選択されることがある。
【００８５】
本発明は分析装置も提供する。これらの装置は、基板内に囲まれたチャネルを定義するよう構成された基板を含み、及び、前記基板は、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の少なくとも一つの周波数構成を有する電磁放射に対して透過的である。
【００８６】
前記チャネルは、導管として適宜特徴づけられるが、他の構成も本発明の範囲内である。前記チャネルは約５ｎｍ〜約５ｍｍの範囲内、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内、または約７５〜約１００ｎｍの範囲内の少なくとも一つの断面寸法（例えば、幅、直径）を適宜有する。前記チャネルは、窒化シリコンによって適宜形成されるが、少なくとも一つの電磁放射の波長に対して本質的に透過性のある他の材料も使用される。
【００８７】
窒化シリコンは、本質的に適切であるとみなされている。他の場所で説明されているように、窒化シリコンは、可視光（及び他の波長）に対して十分に透過性があり、内部に配置された試料の観察が容易であるからである。さらに、窒化シリコンは、図１９に示したように、近くに配置された蛍光を消光する効果がなく、前記装置内に配置された標識された標的の分析を容易にする。
【００８８】
分析装置の製造方法も提供されている。これらの方法は、とりわけ、第１基板、第２基板、及び第１薄膜層を、前記第１及び第２基板の間に配置されたチャネルを定義するよう配置することを含む。
【００８９】
前記第１層は、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射によって前記装置が照射された際に、前記薄膜なしの同一の装置と比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを減らすよう適宜選択される。前記第１薄膜層は、前記第１基板、前記第２基板、またはその両方に適宜接合される。
【００９０】
基板によっては（例えば石英から石英）互いに直接接合されることもある。実施形態によっては、前記基板は、互いに薄膜を介して接合される；薄膜は一つまたはそれ以上の基板と接合されることがあり、及び、他の薄膜に結合されることもある。他の場所で説明されているように、薄膜（例えば、酸化物）は二つの基板間の結合を強める（または可能にする）ことができる。
【００９１】
第２薄膜層は、前記第１基板、前記第２基板、前記第１薄膜層、またはそれらの組み合わせに接合することがある。接合は、陽極、熱的、化学的、または当業者に知られている他の方法によってなされる。
【００９２】
前記第１薄膜層（または他の薄膜層）は、前記薄膜が前記装置内に配置された蛍光の消光を減らすよう適宜選択される。いかなる特定の理論に拘束されることなく、前記薄膜は、前記蛍光及び一つまたはそれ以上の前記装置の基板との間の遮蔽として作用することもある。
【００９３】
実施形態によっては、前記薄膜は、前記蛍光及び前記基板の間の物理的分離を提供するのに役立つ。前記薄膜なしでは、前記基板材料の比較的知覚に存在する蛍光及び、前記蛍光が、チャネル内に存在する蛍光を「暗くする」作用のある前記基板材料により低減または他の場合では消光されることもある。窒化シリコンは、消光を低減するのに適切な材料とみなされている。
【００９４】
分析装置製造方法も提供されている。これらの方法は、約１０ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲内の波長を有する電磁放射に対して透過的である材料を含むワークピース内に、犠牲材料またはテンプレートを配置することが含まれる。ユーザーは、それによって、ワークピース内に配置されたチャネルを生じるよう前記犠牲テンプレートの少なくとも一部、及び、約５ｎｍ〜約５０００ｎｍの範囲内の断面寸法を有する前記チャネルの少なくとも一部を削除することができる。
【００９５】
ある実施形態では、チューブ、コード、または他の犠牲材料は、前記放射線透過性材料内に埋め込まれている。これは、リソグラフィプロセス、放射線透過性材料の軟化、または他の方法によって達成されることがある。前記犠牲材料は、加熱、エッチング、気化、または他の方法によって、前記放射線透過基板内のチャネルを残すようにして、削除される。前記犠牲材料の寸法及び配向の制御は、ユーザーに様々なサイズ及び形状のチャネルを達成することを可能にする。
【００９６】
前記チャネルは、約５ｎｍ〜約５０００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲内の少なくとも一つの断面寸法（例えば、直径、幅、または同様に深さ）を適宜有する。前記チャネルは、一定の断面または様々な断面を有することがある。指定された装置は、二つまたはそれ以上のチャネルを含むことがあり、チャネルは互いに流体連通することがある。
【００９７】
蛍光標識された分子の分析方法も提供する。前記方法は、分析装置内のチャネル内に蛍光標識された分子の少なくとも一部を置くことを含み、前記装置は、少なくとも第１基板、第２基板、及び前記第１及び前記第２基板の間に配置されるチャネルを生じるよう構成された第１薄膜を有する。
【００９８】
前記装置は、前記第１基板、前記第２基板、またはその両方に接合された第１薄膜を含む。前記蛍光標識された分子は、約１０ｎｍ〜約２５００ｎｍの範囲内の励起波長の電磁放射によって試料が照射されると、発光波長の電磁放射を発することが適宜可能であり、及び、前記第１薄膜は、前記装置が、前記励起波長の電磁放射によって照射されると、第１薄膜なしの同一の装置と比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを適宜減らす。それによりユーザーは、蛍光標識された分子から発された発光波長の電磁放射を収集する。
【００９９】
前記装置のバックグラウンドシグナルは、前記第１基板、前記第２基板、またはその両方に起因している。薄膜を加えることにより、実施形態によっては、絶気装置のバックグラウンドシグナルを増加させる（例えば、二酸化シリコン）。
【０１００】
本願発明による装置は、非限定的な例として図１３に示すように、二つの基板とベース基板内にエッチングされた一つまたはそれ以上のチャネル、前記透明基板、またはその両方を含むことがある。その図に示されているように、前記ベース基板は、前記バックグラウンドを減らすよう接合する前に、「下部薄膜」を与え、及び、前記透明基板が（実施形態によっては）「上部薄膜」と指定されることもある。
【０１０１】
下部及び上部薄膜は、図１３（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示されているように、前記透明及びベース基板に適宜準拠している。前記薄膜の一つまたはそれ以上は、前記基板の一つまたはそれ以上に適宜接合されている。実施形態によっては、薄膜は、互いに接合されることがあり、及び、基板も互いに接合されることがある。実施形態によっては、チャネルは、基板の上塗り、コーティング、またはその両方の内部に形成され、及び、前記チャネルは、互いに位置決めに置かれた二つのチャネル（例えば、図１３（ｂ）、図１４（
ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ））で定義される「結合」チャネルを生じさせるようお互いに位置決めにより配置されることもある。
【０１０２】
基板、または薄膜は、チャネル、ピラー、ランプ、バンプ、またがそれらの上に形成されたノッチを有することがある。実施形態によっては、互いに接合した基板は、その前記基板と別の基板との接合が、前記基板の機能の組み合わせを有する装置内に生じるように、それらの基板上にパターン化され、及びエッチングされた異なる機能をそれぞれ有する。一つの非限定的な例として、上部基板は、比較的幅の広いチャネルをエッチングされることがあり、下部基板は、マイクロピラー配列とパターン化されることがある。前記基板が共に接合されるとき、前記下部基板のピラーが前記上部基板のチャネル内に配置されるようマイクロピラー配列は配置される。このような装置は、図９に示された装置と似ている。
【０１０３】
実施形態によっては、一つまたはそれ以上のバルブは、装置内を流れる変調流体に使用されることがある。一つの例として、バルブは装置の入り口または出口に配置されることがある。
【０１０４】
図１４及び図１５は、二つの基板及び単一薄膜層のみを描写している。前記単一薄膜層は、図１４（ベース／下部基板上の下部薄膜）及び図１５（上部、透明性基板上の上部薄膜）に示されるように、前記基板の少なくとも一つに適宜準拠している。これらは、（示されてはいないが）単一基板及び単一薄膜、単一基板及び単一薄膜によってのみ定義されるチャネルを有する実施形態ともなることがある。
【０１０５】
図１６及び図１７は追加的な実施形態を示す。これらの図に示されているように、チャネルは薄膜（図１３、図１４及び図１５に示されているように、基板とは対照的に）内に形成されることもある。これらの構成では、平面基板が使用されることもあり、及び、前記薄膜は、トレンチ、スロット、または他のチャネルを生じるように配置される（例えば、堆積、積み上げ）こともある。また、前記薄膜が配置され、続いて、所望の直径及び配向のチャネルを生じるよう前記薄膜の一部を除去（例えば、エッチング、剥離、または他の技術によって）することがある。
【０１０６】
他の実施形態では（図１４）、ユーザーのニーズによって、チャネルは両方の基板及び薄膜層内に形成されることもある。前記チャネルまたはチャネルは、前記上部及び下部基板上の薄膜内に形成されることもある。
【０１０７】
前記密閉チャネルは、動作中において、対象となる対象物が標識される媒体を適宜含む（例えば、図１７）。好適には、標識体は、透明基板（及び、実施形態によっては薄膜）を介した電磁放射の透過による前記チャネル内で励起される蛍光を含み、前記励起ラベルは、発光が検知される透明基板を介して電磁放射シグナルを発する（図１７（ａ））。
【０１０８】
他の潜在的な実施形態は、前記透明基板を介して前記限られたチャネルから前記電磁放射シグナルが放出される前に、（蛍光共鳴エネルギー転送、「ＦＲＥＴ」のような）複数のエネルギー転送工程を使用する構成を含む。図１７はあくまでも例示であり、及び、他の検出方式は、本願発明との接続において使用されることがある；図１７（ｂ）は、前記ベース基板がシグナルの電磁放射の波長に対して当科的である実施形態を示している。ユーザーは、磁性、放射性、または電気的シグナルも検知することができる。
【０１０９】
透明層
前記透明基板（例えば図１３の上部基板）は、前記ベース基板に恒久的に接合される材料であり、対象となる周波数の電磁放射に対して透過的であり、または適宜その両方である。
【０１１０】
適切な基板材料は、ガラスまたは他の材料である。他の材料は、約０℃〜約Ｔｂ℃の範囲内の温度でベース基板と同様の熱膨張特性を有するとき、可視光に対して少なくとも部分的に透過させることができる。Ｔｂは、接合温度のことを指す。前記ガラスは、ショットボロフロート３３（商標）、パイレックス７７４０（商標）、またはホヤＳＤ２（商標）及びベース基板シリコンであることがある。
【０１１１】
他の適切な基板は、石英、溶融石英、ガラス、溶融ガラス、サファイア、シリコンカーバイド、及びソーダ石灰ガラスを含む。前記基板の厚さは０．０１ｍｍ〜５ｍｍの間、または０．０１〜０．３ｍｍの間に適宜なっている。前記基板は、均一な厚さまたは不均一な厚さであることがある。
【０１１２】
前記装置は、チップ、スライド、または他の挿入可能な形態をとることがある。前記装置は、読み込み／検知装置内に挿入されることがあり、または、前記装置は、読み取り／検知装置内に組み込まれることもある。前記装置は、分析の実行のため、一つまたはそれ以上のチャンバーまたはチャネルを含むことがある。これにより、分析は複数の試料を並行して実行されることがある。
【０１１３】
前記接合プロセスは、適宜、陽極接合のように前記透明及びベース基板を恒久的に接合するプロセスである。他の接合プロセスは、これに限定されるわけではないが：融合、熱、直接、プラズマ活性化、化学的活性化、誘電性ポリマー、及び接着性の接合方式を含む。
【０１１４】
下部薄膜
前記下部薄膜（例えば、図１３に示されている）は、適宜、前記ベース基板とは異なった構成であり、及び、下部薄膜は、チャネル及びその周辺領域のバックグラウンドシグナルを減らすよう作用する。この薄膜材料は、積み上げ、蒸着、スパッタリング、スピン薄膜、積層、または前記基板上への表面被覆が適用される。前記材料は、チャネルまたは他の流体要素のエッチング後、または、チャネルまたは他の構造がエッチングされた後に適用される。後者の場合は、前記チャネルまたは他の構造（例えば流体要素）は前記薄膜内に図１６に示されたように、エッチングされる。
【０１１５】
前記材料は、材料が二酸化シリコンである場合は熱的に積み上げられ、または、材料が窒化シリコンである場合は、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）または原子層堆積法（ＡＬＤ）によって堆積されることがある。
【０１１６】
前記下部薄膜に使用される様々な堆積／適用方法は、以下を含む：物理蒸着（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、大気圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ）、超高真空ＣＶＤ（ＵＨＶＣＶＤ）、エアロゾルアシストＣＶＤ（ＳＳＣＶＤ）、直接液体注入ＣＶＤ（ＤＬＩＣＶＤ）、マイクロ波プラズマアシストＣＶＤ（ＭＰＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、原子層ＣＶＤ、エピタキシー、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、金属−有機気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）、有機金属気相エピタキシー（ＯＭＶＰＥ）、金属−有機化学気相蒸着（ＭＯＶＣＤ）、有機金属化学気相蒸着（ＯＭＣＶＤ）、気相エピタキシー（ＶＰＥ）、メッキ、蒸着、熱蒸着、電子ビーム蒸着、パルスレーザー蒸着、陰極アーク蒸着、スパッタリング、化学溶液堆積、スピン薄膜、ラングミュアブロジェット膜、スプレー薄膜など。
【０１１７】
前記下部薄膜材料の厚さは、約１ｎｍ〜約５０００ｎｍ、または約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍで異なることがある。前記厚さは均一である必要がなく、及び、適宜、約２０ｎｍ〜約５００ｎｍである。添付した図に示すように、前記薄膜は、前記薄膜がつながっている前記基板の表面形状に適合していることがある。
【０１１８】
前記薄膜材料は、好適には少なくとも部分的に電気絶縁体である。前記材料は、窒化シリコン（ＳｉＮｘまたはＳｈＮ４）が選択されることがある。他の可能性としては、これに限定されるわけではないが、誘電体、セラミック、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化シリコン、ガラス、石英、溶融シリカ、ＳｉＯｘ、酸窒化シリコン、ＳｉＮｘＯｙ、水素化二酸化シリコン、水素化窒化シリコン、水素化酸窒化シリコンが含まれる。
【０１１９】
高Ｋ誘電体及びチタンを含む化合物（ＴｉＳｉＯ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、酸化チタン、水素化酸化チタン、窒化チタン、水素化窒化チタン）は好適である。道央に、タンタルを含む化合物：ＴａＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯｘＮｙ、Ｔａ２Ｏ５、ＴａＣＮ、酸化タンタル、水素化酸化タンタル、窒化タンタル、水素化窒化タンタルは好適である。
【０１２０】
ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ２、ＨｆＺｒＯｘ、ＨｆＮ、ＨｆＯＮ、ＨｆＳｉＮ、ＨｆＳｉＯＮ、酸化ハフニウム、水素化酸化ハフニウム、窒化ハフニウム、水素化窒化ハフニウムのようなハフニウム化合物、ジルコニウム化合物（ＺｒＯ２、ＺｒＳｉＯ２、ＺｒＮ、ＺｒＳｉＮ、ＺｒＯＮ、ＺｒＳｉＯＮ、酸化ジルコニウム、水素化酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、水素化地位かジルコニウム）も好適である。Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、ＷＡｌＮ、酸化アルミニウム、水素化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムを含むアルミニウム化合物が有用である。
【０１２１】
ＳｉＮ、ワイアード、低カリウム誘電体、フッ素ドープされた二酸化シリコン、炭素ドープされた二酸化シリコン、多孔質二酸化シリコン、及び多孔質炭素ドープされた二酸化シリコンも好適である。いくつかの実施形態では、スピン有機高分子絶縁体、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、プラスチック、高分子、有機分子、自己組織化単層膜、自己組織化複層膜、または前記化合物を水素化したもの、前記化合物の化学量論的変化（例えば、ＳｉＯｘよりもＳｉＯ２、ＴａｘＯｙの代わりにＴａ２Ｏ５）、それらの組み合わせなどを含むことがある。
【０１２２】
前記下部薄膜材料、適用、形態及びトポロジーは、前記チャネル内に配置された対象物から発されるシグナルと比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルを減らすよう、または、分析される試料の観察に用いられる蛍光（または他の）ラベルの消光を減らすまたは最小にするよう適宜選択される。このガイドラインを念頭に置くと、対象物を評価する（例えば励起する）及び、実施形態によってはバックグラウンドシグナルのレベルを最適化するのに用いられる一つまたはそれ以上の波長におけるチャネルから発されるシグナルを考慮して、当業者が最適な薄膜を選択するのは困難であろう。
【０１２３】
最上部薄膜
前記最上部薄膜材料の組み合わせ、適用手順、トポロジー、形態及び厚さは、好適には前記下部薄膜と同様である。ただし、前記最上部薄膜が、下部基板の代わりに上部透明基板に適用されている場合を除き、それは必ずしも特定のチップ形態で存在するとは限らないこともある。
【０１２４】
前記最上部または上部薄膜材料、適用、形態及びトポロジーは、チャネル内に配置された対象物から発するシグナルと比較して、前記装置のバックグラウンドシグナルの効果を減らすよう、及び、分析される試料の観察において用いられる蛍光（またはその他）ラベルの消光を減らすまたは最小にするよう適宜選択される。このガイドラインを念頭に置くと、対象物を評価する（例えば励起する）及び、実施形態によってはバックグラウンドシグナルのレベルを最適化するのに用いられる、一つまたはそれ以上の波長におけるチャネルから発されるシグナルを考慮して、当業者が最適な薄膜を選択するのは困難であろう。
【０１２５】
密閉チャネル
前記密閉チャネルの幅は、前記チャネル内で約５ｎｍ〜約５ｍｍの間で変化することができる。密閉チャネルの深さは、前記チャネル内で約５ｎｍ〜約１ｍｍの間で適宜変化する。前記密閉チャネルの幅は、前記チャネル内で約５ｎｍ〜約５０ミクロンの間で変化することがあり、及び前記密閉チャネルの深さは、前記チャネル内で約５ｎｍ〜約５０ミクロンの間で変化することがある。実施形態によっては、前記チャネルは、一定の深さ及び断面のチャネルを定義するが、チャネルは、ユーザーのニーズによって様々な深さまたは断面をもつことがある。一つの例として、チャネルは、比較的広い入口から、狭い通路やチャネルに向けて狭くなる、または、狭い入り口から広がることがある。前記チャネルは、添付された図に示されるように、様々な障害または他の構造をもつことがある。図２０及び図２１に示されるように、それらはチャネルの床部から天井部に伸び、またはチャネルの高さの少なくとも一部に沿って伸びる。図２０及び図２１には（下を参照すると）障害物の最上部は、出力チャネルまたは断面内の長方形である。障害物はピラー、カーブなどであることがある。
【０１２６】
前記密閉チャネルは媒体内の対象物を適宜含む。媒体は、例えば液体などの流体であることがある。適切な媒体は、気体、液体、固体、プラズマ、真空、蒸気、コロイド、それらの組み合わせなどを含む。前記媒体は、バッファー、防腐剤などになることがある。
【０１２７】
チャネルは単一または複数であり、二つまたはそれ以上のチャネルは互いに接続されることがあり、及び、実施形態によっては、共有の容器に接続されることがある。前記チャネルは複数の検体の同時分析を可能にするよう配列され、または多重化されることがある。このようなチャネルの製造方法は、ナノインプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、干渉リソグラフィ、シャドウマスキング、ホログラフィックリソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、及び当業者に知られている他の方法が含まれる。
【０１２８】
チャネルは好適には、（例えば図１３に示されるように）正方形または長方形の断面であるが、ユーザーのニーズまたはプロセスの制限によっては、円、卵型、または不規則な断面となる。チャネルの断面は一つまたはそれ以上の寸法によって変化することがある。
【０１２９】
ナノ粒子、蛍光体なども前記チャネル内に配置されることもある。ナノチャネル内に配置された（またはナノチャネルを介して移行された）高分子と相互作用できる部分は、装置が、チャネル内に配置されたアイテムと高分子の一部の相互作用に基づいたシグナルを生じることができるように、前記チャネル内に配置されることがある。
【０１３０】
チャネルは一つまたはそれ以上の入り口または出口を含むものであっても良い。このような機能により、前記チャネルが、横、上、下、または本質的に任意の方向にアクセスすることを可能にするものである。チャネルを有し、二次元または三次元で配置された流体要素を有する装置は本願発明の範囲内であり、更にチャネルは、好しくは、一つまたはそれ以上の入り口、出口またはその両方と流体連通している。
【０１３１】
ベース基板
前記ベース基板は、半導電性、絶縁性、または導電性であって、下部薄膜、上部薄膜、またはその両方を介して透明基板と結合可能な任意の基板材料により構成されている。
【０１３２】
前記ベース基板は、目的物の電磁周波数に対して透過的である必要はない。シリコンが本質的に好適であるが、他の材料の選択肢としては、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ストレインド・シリコン、ゲルマニウムアンチモンテルル、アルミニウムガリウムヒ素、アルミニウムインジウムガリウムリン、アルミニウムガリウム窒素、アルミニウムガリウムリン、ガリウムヒ素リン、ガリウムヒ素、ガリウム窒素、ガリウムリン、インジウムアルミニウムヒ素、インジウムアルミニウムリン、インジウムアンチモン、ガリウムインジウムアルミニウムヒ素、ガリウムインジウムアルミニウム窒素、ガリウムインジウムヒ素窒素、ガリウムインジウムヒ素リン、ガリウムインジウムヒ素、ガリウムインジウム窒素、ガリウムインジウムリン、ガリウムアンチモン、インジウム窒素、インジウムリン、セレン化カドミウム、カドミウムテルル、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、水銀カドミウムテルル、酸化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、アルミニウム、酸化アルミニウム、ステンレススチール、カプトン（商標）、金属、セラミック、プラスチック、高分子、サファイア、シリコンカーバイド、絶縁性シリコン（ＳＯＩ）、アストロシタル、ホウ酸バリウム、フッ化バリウム、サイレナイトクリスタルＢＧＯ／ＢＳＯ／ＢＴＯ、ビスマスゲルマニウム、方解石、フッ化カルシウム、ヨウ化セシウム、Ｆｅ：ＬｉＮｂＯ３、溶融石英、溶融シリカ、ガラス、ＳｉＯ２、ガリウム、ガドリニウムガーネット、カリウムリン酸（ＫＤＰ）、ＫＲＳ−５、チタンリン酸カリウム、モリブデート鉛、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、フッカ化マグネシウム、臭化カリウム、二酸化チタン、塩化ナトリウム、二酸化テルル、セレン化亜鉛、スピングラス、紫外線硬化性材料、ソーダ石灰ガラス、上記の任意の化合物の水素化したもの、上記の化合物の化学量論的変化など、及びそれらの任意の組み合わせを含む。
【０１３３】
基板の厚さは、好ましくは約０．０１ｍｍ〜約１ｍｍである。前記厚さは、約０．１ｎｍ〜約１ｍｍであっても良い。
【０１３４】
様々な標識が目的物の分析に使用可能であるが、本願発明の使用に対しては、当業者に周知の発光標識が特に適している。対象物に使用される発光標識は、典型的には、蛍光、発光、化学的発光、燐光などによって励起される。蛍光は一般的に用いられる方法である。適切な標識は、有機蛍光体、量子ドット、金属ドット、ポリマービーズ、ランタニドキレート、ナノ粒子、蛍光ビーズ、蓄光ビーズ、半導体ナノ粒子、デンドリマー、分子アンテナなどおよびそれらの任意の組み合わせが含まれている。ＴＯＴＯ−３は、典型的な蛍光体である。他の蛍光体が使用されることもある。
【０１３５】
分析標的は、分子、高分子、一本鎖ＤＮＡ、二本鎖ＤＮＡ、一本鎖核酸ポリマー、二本鎖核酸ポリマー、ＲＮＡ、ポリマー、モノマー、酵素、タンパク質、ペプチド、共役高分子、自己組織化分子、細胞成分断片、細胞内小器官、ウイルスなど、及び、それらの任意の組み合わせを含む。本発明は特にＤＮＡ解析の使用に適していると考えられる。
【０１３６】
本発明は、分析装置のバックグラウンドシグナルを減らす方法、ベース基板、透明基板、またはその両方に下部薄膜を配置する方法を含み、さらに、ベース基板は、チャネルの少なくとも一つの境界を定義する。前記下部薄膜は電磁放射の特定の波長で発光するチャネルのシグナルを減らすことができる。
【０１３７】
前記発光波長は、約１０００ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲内である。ユーザーによって、蛍光標識、前記励起波長は、標識の最適励起となるよう選択される。例えば、ＴＯＴＯ−３標識は、好ましくは赤い光（例えば６３５ｎｍ）の範囲内で励起され、及び、標識が励起されたことにより検知されるシグナルは、帯域通過フィルター（６６５−７０５ｎｍ）を介して反射励起光が削除され、送信される。
【０１３８】
接合
接合プロセスは、前記透明及びベース基板を接合するあらゆる好ましい工程であっても良い。実施形態によっては、接合プロセスは、陽極接合である。他の接合工程は、これに制限されるわけではないが、溶融接合、熱接着、直接接合、プラズマ活性化接合、直接酸化結合、ポリマー結合、金属−金属結合、熱圧着、共晶接合、化学活性接合、超音波接合、直接ポリマー接合、粘着性接着、ファンデルワールス結合、及びそれらの任意の組み合わせを含む。
【０１３９】
実施例及び非限定的実施形態
【実施例１】
【０１４０】
図１８は、密閉チャネルの端の一連の蛍光画像を示したものであり、チャネルと結合領域の両方を示す。励起波長は赤光（６３５ｎｍ）であり、検出シグナルは帯域通過フィルター（６６５〜７０５ｎｍ）を通過し、あらゆる反射励起光が取り除かれる。酸化ケイ素の厚みが増加するに従って、透明基板とベース基板が薄膜を介して結合した領域におけるバックグラウンドが６３５ｎｍ以上の波長領域において上昇がみられたのに対して、チャネル領域のバックグラウンドは低いままであった。緑光（５３２ｎｍ）及び青光（４７３ｎｍ）を用いて測定した場合のバックグラウンド値は酸化ケイ素の厚みによる変化は見られなかったことについては、注目すべきである。この実施例では、酸化ケイ素はＰＥＣＶＤを用いて蒸着させ、チャネルは空気を充填した。画像はＥＭＣＣＤカメラで撮影した。
【０１４１】
図１８は、特定の標識からの発光を誘導するために用いる照射に暴露した場合にバックグラウンドシグナルをもたらす薄膜を使用することによる課題を示している。図１８に示したように、ＳｉＯｘ薄膜を用いた装置は、様々な波長にわたって比較的高いバックグラウンド値をもたらし、これは、当該装置のバックグラウンドシグナルと同じ波長で発光する（励起放射に暴露した場合）標識サンプルからのシグナルを分析したいユーザーに対してもたらす。言い換えれば、本図面に示したＳｉＯｘ装置は比較的低いシグナル／ノイズ比を有しており、これは、本装置の比較的高いバックグラウンドシグナルに対応した標識サンプルを選択し、分析することを模索しなければならないという課題をユーザーにもたらすものである。
【０１４２】
このような高いバックグラウンド値は、チャネルの端の近辺にある目的物本体のからの検出困難或いは検出不可能な弱小シグナルの検出を可能にする。これは、特に非常に幅の狭いチャネルの場合に問題となるものであり（チャネルがナノチャネルの場合のように、励起放射の波長に近似したものであるか、或いはそれ以下）、その場合、標識目的物本体は、バックグラウンドを上回る十分なシグナル強度を有する。しかしながら前述したように、バックグラウンドを減少させるために二酸化ケイ素薄膜を除いた場合には標識本体の消光がもたらされる。
【実施例２】
【０１４３】
図１９は、酸化ケイ素薄膜が窒化ケイ素薄膜に置き換えたこと以外は図１８と同じとした実験を示す。窒化ケイ素は、半導体産業にて一般に使用されている電気的物質、つまり、ほとんどの半導体製造工場で幅広く利用されているであるものが選択される。この実施例では、窒化物を用いたバックグラウンドの増加とは関連がないものである。
【０１４４】
図１９は、チャネルと境界領域の両方を示した密閉チャネルの端の一連の蛍光画像を示したものである。励起波長は赤光（６３５ｎｍ）であり、検出シグナルは帯域通過フィルター（６６５〜７０５ｎｍ）を通過し、あらゆる反射励起光が取り除かれる。窒化ケイ素の厚みが増した場合であっても、透明基板とベース基板が薄膜によって結合した領域のバックグランドは明らかな増加又は減少を示していない。緑光（５３２ｎｍ）と青光（４７３ｎｍ）で測定したバックグラウンド値は窒化ケイ素の厚みによる変化は見られなかった。この例では、ＰＥＣＶＤにより窒化ケイ素が蒸着されておりと、密閉チャネルは空気で充填した。画像は、ＥＭＣＣＤカメラを用いて撮影した。
【実施例３】
【０１４５】
図８で示した実施例では、挿入染色（ＴＯＴＯ−３）にて標識した二本鎖ヒト遺伝子ＤＮＡを、５８ｎｍのＳｉＯｘ薄膜を有する様々な幅の密閉チャネルに流した。チャネルの幅が小さくなると、ベース基板と透明基板が前記ＳｉＯｘ薄膜によって結合した領域からの高いバックグラウンド値のために、前記ＤＮＡはより見えなくなった。
【０１４６】
図２０は、様々な幅の密閉チャネル中のＤＮＡの蛍光画像（ａ）を示す。チャネルと結合領域との間の境界が、結合領域にて発生する高いバックグラウンドと、１００ｎｍの幅のチャネル中のＤＮＡの蛍光画像（ｂ）のためにより明確に見える。結合領域（すなわち、ある基板が別の基板に結合している領域）から生じるバックグラウンドのために、この幅ではＤＮＡはほとんど見えなくなる。前記バックグラウンドは、ナノチャネルの非常に狭い幅によって、全体的に高く見える。当該図面における項目（ｃ）は、画像（ａ）及び（ｂ）によって得られた液体チップの概略図を示す。ＳｉＯｘは、ＰＥＣＶＤを用いてエッチングされたケイ素基板の上に５８ｎｍの厚みで蒸着し、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（登録商標）から成る透明ガラス基板は、シリコンで被覆したＳｉＯｘに陽極接合させた。ＴＯＴＯ−３標識ＤＮＡは、赤光（６３５ｎｍ）で励起し、検出シグナルは帯域通過フィルター（６６５〜７０５ｎｍ）を通過し、反射励起光を除去した。
【０１４７】
図に示したように（例えば図２０（ｂ））、ＳｉＯｘ薄膜により、（適切な波長で）比較的高いバックグラウンドシグナルを有する装置が得られた。この比較的高いバックグラウンドにより、チャネルの端に近くに位置する目的物（例えば標識ＤＮＡ）の境界からの弱いシグナルの検出が困難になる。この現象は、例えば、幅が励起放射の波長又はそれ以下に近くなった場合、チャネルがナノスケールの幅になった場合など、チャネルの幅が非常に狭くなる場合に特に急激となる。これらの例では、標識目的物本体は、バックグラウンドを超える十分なシグナル強度を有するが、目的物本体に配置される標識の明るさ、又はその数によって限定され、また、標識物本体を励起するために使用される放射強度によっても限定される。さらに、本明細書において説明したように、酸化ケイ素薄膜を取り除くことにより、標識本体が消光し、分析がより困難となる。
【実施例４】
【０１４８】
図２１に示した本実施例において、挿入染色（ＴＯＴＯ−３）を用いて標識したＤＮＡを液体中、５８ｎｍのＳｉＮｘ薄膜で密閉した様々な幅のチャネルに流した。チャネルの幅が小さくなってもＤＮＡは可視のままにとどまり、図２０のＳｉＯｘ薄膜と比較した場合、ＳｉＮｘ薄膜によってベース基板が透明基板に結合した領域のバックグラウンド値は増加しない。
【０１４９】
図２１の項目（ａ）は、様々な幅の密閉チャネル中のＤＮＡ蛍光画像を示す。図２０（ａ）と異なり、チャネルの境界線は低いバックグラウンドのために目に見えない。図２１（ｂ）は、幅１００ｎｍのチャネル中のＤＮＡの蛍光画像を示す。標識ＤＮＡのＳＢＲは、図２０（ｂ）に示したものより高い。図２１（ｃ）は、チップ画像（ａ）及び（ｂ）から得られる密閉チャネルチップの概略図である。
【０１５０】
非限定的実施形態において、ＳｉＮｘは、ＰＥＣＶＤを用いてエッチングしたケイ素基板の上に、５８ｎｍの厚さで蒸着させた。Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（登録商標）から成る透明ガラス基板は、ケイ素基板で覆われたＳｉＯｘに陽極接合させた。ＴＯＴＯ−３標識ＤＮＡは、赤光（６３５ｎｍ）で励起し、検出シグナルは帯域通過フィルター（６６５〜７０５ｎｍ）を通過させて、あらゆる反射励起光を除去した。
【０１５１】
ＳｉＮｘ薄膜（図２１）とＳｉＯｘ薄膜（図２０）とを比較することにより、請求発明の別の側面が明らかになる。図２０及び図２１に示したように、ＳｉＮｘ薄膜（ＳｉＯｘ薄膜と比較して）は、蛍光で標識された分子が、実験下において、その分子が消光し、少なくとも部分的に発光波長を放射する能力を失うというよりもむしろ、励起放射を照射した場合に蛍光を発することを可能とするものである。
【０１５２】
従って、一部の実施形態において、1若しくはそれ以上の薄膜は、分析装置のバックグラウンドシグナルを減少させるために選択される（図１８はＳｉＯｘを薄膜として使用したサンプル装置のバックグラウンドの痕跡を示したものであり、図１９はＳｉＮｘを薄膜として使用したサンプル装置のバックグラウンドの痕跡を示したものである）。薄膜は、更に、蛍光標識目的物が、標識の蛍光を消光することなく励起した場合、蛍光を発光する能力をもたらすために選択される（図２０（ｂ）は基板が蛍光標識したサンプルに影響を及ぼす消光効果を図示したのに対して、図２１（ｂ）はＳｉＮｘ薄膜を用いた場合には消光が起きないことを示したものである）。
【０１５３】
理論に縛られることはないが、特定の薄膜物質は、蛍光分子が励起放射に暴露されている間、蛍光分子を基板から反射した放射を遮断することが可能である。また、特定の理論に縛られることはないが、薄膜物質は、蛍光分子が励起放射に曝されている間、基板から反射した特定の波長の放射を遮断又は吸収することにより、装置からのバックグラウンドシグナルを減少させることを達成することが可能である。
【０１５４】
開示した非限定的実施形態は、ＳｉＮｘ薄膜、Ｓｉ、及びＢｏｒｏｆｌｏａｔ３３（登録商標）基板を有する装置内において、赤光（６３５ｎｍ）にて励起したＴＯＴＯ−３標識ＤＮＡを分析の間にもたらされる請求発明の利点に着目するものでありが、本発明はこのような実験的実施形態に限定されるものでではない。本願明細書の別の箇所で記載したように、請求発明の基板及び薄膜は、様々な物質を含むものであっても良く、当業者であれば、特定の分析方法に対する薄膜、標識／蛍光、及び基板の適切な組み合わせが容易に見いだせる。一部の実施形態において、本願発明は、ユーザーが適切な薄膜を選択した場合、装置のバックグラウンドシグナルを減少させることにより、当該装置が装置内にて処理された蛍光色素分子に与える消光の影響を抑制することが可能となる。
【０１５５】
本願明細書において説明したように、消光、或いは蛍光色素分子や発光を反射又は放射する他の標識の能力を限定することは好ましくなく、これは、そのような消光はユーザーがバックグラウンドに対する目的物の問題を解決するのを限定してしまうからである。そのような消光を避けるため（少なくとも抑制する）、本願発明は、ユーザーがそのような標識物のバックグラウンドに対する存在又は位置を解決する機能を促進するものである。ＳｉＮｘは蛍光色素分子の蛍光能力を失わせるものではない（図７及び図２１に示すように分析装置のバックグラウンドを抑制する）。当業者であれば、消光を最小限にしながらバックグラウンドを抑制する他の物質の同定は容易であろう。
【０１５６】
一部の実施形態において、当該装置は、チャンバー内に配置されている間、励起放射に曝された発光色素分子の消光を最小に抑える比較的低いバックグラウンド物質である、チャンバー物質（例えばＳｉＮｘ)内に配置されたチャネル又はチャンバーを含む。そのようなチャンバーは、例えば、除去された犠牲材料に実質的に適合するチャネルの痕跡を残すために、チャンバー物質内の犠牲物質を処理し、選択的に犠牲材料を除去することなどによって、物質内に形成される。
【０１５７】
実施形態
図１は、請求発明に従った装置の概略図を示す。本図面における装置は、互いに結合したＡ及びＢの２つの基板を含む。基板Ａは、ＤＡの厚さを有し、基板Ｂ（２つ基板の上部）は、ＤＢの厚さを有する。
【０１５８】
図に示したように、ポート（入口又は出口）は、装置の外にある環境と液体流通した状態でナノスケール構造が装置上に配置されるように、基板Ａ及びＢにわたって広がっている。
【０１５９】
相互接続、すなわちマイクロスケールのチャネル又は管路は、装置上に位置するフロントエンド（ＦＥ）構造と液体流通したポートに配置される。ポートは、基板全体の厚みにわたって広がっているか、或いは、基板の厚みで部分的に広がっている。
【０１６０】
ＦＥ構造は、装置で分析される高分子（例えばＤＮＡ)を部分的に拡張させるか、或いは伸長させるために作動する。高分子の伸長は、更に、米国特許出願１０／４８４，２９３において説明されており、これは本参照により完全に本願明細書に組み込まれるものである。好ましいＦＥ構造は、本願明細書の他の箇所に記載されており、カラス型（ｃｒｏｗ−ｆｏｒｍ）チャネル、ワシ型（ｅａｇｌｅ−ｆｏｒｍ）チャネル、ピラー、ポスト、及び絡まったり折りたたまれた本体を伸長するために作用する他の構造を含むものであっても良い。そのような構造は、一方又は両方の基板上にある好ましいパターンである。
【０１６１】
図１に示したナノチャネル配列装置のように、装置は基板Ａ、基板Ｂ、又はそれらの組み合わせの上に作られる（例えば、配列の幾つかの部分は基板Ａの上に作られ、他の部分は基板Ｂの上に作られる）。好ましいナノチャネル及びナノチャネルで処理された高分子の分析方法はすべて、米国特許出願１０／４８４，２９３号に記載されており、この全体は本参照により本願明細書に完全に組み込まれるものである。
【０１６２】
幾つかの実施形態において、本願の分析方法は、ＤＮＡ目的物を１若しくはそれ以上の標識に暴露する工程と、ＤＮＡ目的物を本用途に従った装置を経て移動する工程と、更に標識が存在するか（又は存在しないか）についてＤＮＡ目的物を（光度的に）調べる工程と、を有する。蛍光染色、及び関連した機器は、そのような分析に適しているかどうかについて考慮される。
【０１６３】
ナノチャネル配列は、添付図面に示したように、１若しくはそれ以上のナノチャネルを含むものであっても良く、並行した、曲がりくねった、集束した、ジグザグ型の、湾曲した、或いはその他のパターンであっても良い。
【０１６４】
一部の非限定的実施形態において、ナノチャネル配列は、図１０に示したように、折り畳まれる１つのナノチャネルを含むものであっても良い。ナノチャネルは、断面が一定であるか或いは変化するものであり、同じ装置にある複数のナノチャネルが異なる大きさであってもよい。
【０１６５】
図１に示した装置はまた、他の実施形態において、ナノチャネル配列と、ポート、入口又は他の導管の間に配置されるバックエンド（ＢＥ)構造を有する。ＢＥ構造は、ＦＥ構造（本願明細書の別の箇所で記載）に対して好ましい構造であり、１若しくはそれ以上のチャネル、ピラー、障害物、及び同様のものを含むものであっても良い。そのようなＢＥ構造は、目的物質（例えば高分子）をナノチャネル分析領域から、相互接続部又は他の導管に移動させるのを助けるものである。ＢＥは、目的物質をナノスケール（ナノチャネル）環境から、より大きな（マイクロサイズ又はそれ以上）の構造を含む環境に移動させるのを助けるものである。
【０１６６】
図１の装置は寸法が異なるものであっても良い。この装置は、約０．１ｍｍ〜約１００ｎｍの長さ（Ｌ）、約０．１ｍｍ〜約１００ｍｍの幅（Ｗ）、及び約１０ｎｍ〜約１０ｍｍの範囲の好ましい厚みを有する基板（Ａ及びＢとして示した）を有するものである。特定の装置は、約１〜約１０００の独立したナノチャネル配列デバイスを有するもの、約２〜５００の個別ポートを有するものであっても良い。好ましい配列数及びポート数は、ユーザーの必要性に応じて変わる。
【０１６７】
図２（ａ）は、図２〜図５に示した装置の断面図の方向を示す赤色矢印を用いて、ナノデバイスチップの例を示したものである。図２（ｂ）は、請求発明による非限定的製造図の例を示したものである。本実施形態において、液体素子は、最も低い基板の上に形成されており、最も低い基板は上部基板と結合（例えば陽極接合）しており、上部基板はガラス又は好ましい透明物質である。
【０１６８】
図３（ａ）は、製造図の例をしめし、ここで、その上にエッチングされたチャネル素子を含む１つの基板（基板Ａ又はＢ）は、熱酸化物成長又原子層蒸着（ＡＬＤ)などの共形蒸着法のいずれかにより被覆され、その後、融合又は陽極接合によって第２の基板と結合される。図３（ｂ）は、上部基板にエッチングさ走査型電子顕微鏡れたチャネル素子を有する基板の限定された製造図を示すものであり、上部基板は、表面全体又は結合表面のみにわたって成長或いは蒸着されたフイルム（例えば酸化ケイ素）を有する下部基板（例えばシリコン）と陽極接合された透明ガラスが好ましい。チャネルは、両方の基板にエッチングされていても良く、基板が互いに結合している場合には複数のチャネルがもたらされることになり、或いは基板上にあるチャネルが互いに登録されている場合には、１つのチャネルが形成される（図１３）。
【０１６９】
図４（ａ）は、両方の基板にエッチングされたチャネル素子を有する２つの基板（基板Ａ又はＢ）の製造図と、次の下部基板を熱酸化成長又はＡＬＤなどの共形蒸着法により被覆工程を示すものである。基板はその後、覆いかぶさった反対基板の表面上にあるチャネルの少なくとも部分的に融合或いは陽極接合によって互いに結合される。図４（ｂ）は、別の非限定的製造図を示すものであり、被覆層を基板の両方の表面上に蒸着し、その後チャネル素子が被覆層及び下部基板にエッチングされ、前記基板はその後、相対する結合表面が少なくとも部分的に重なるように融合又は陽極接合によって結合される。
【０１７０】
図５（ａ）は、図５〜図１１で示した装置のチャネルパターンを上から見た図を矢印で示したナノチップの例である。
【０１７１】
図５（ｂ）は、４ポートの実施形態と、２ポートの実施形態の構造の非限定的配置を示したものである。矢印はサンプル（例えばＤＮＡ）の流れの方向を示したものである。サンプルは、示した方向に流れる必要性はなく、前記流れの方向は制止しても良く、必要であれば逆になっても良い。
【０１７２】
本実施形態は、ポート、相互接続領域、ＦＥ及びＢＥ領域、及びナノチャネル配列の間の望ましい関係を示したものである。そのような方法によってこれらの構成要素を配置することにより、当該装置は、目的物（例えばＤＮＡ或いは他の高分子）が、入口ポートのセンチメートルスケール（１０−２ｍ）から、相互接続及びＦＥ／ＢＥ領域のミリメートルスケール（１０−３ｍ）まで、さらにナノチャネル分析領域におけるナノチャネルのナノメートル領域（１０−９ｍ）まで、幅広い長さのスケールにて操作することが可能である。図５においては、分析領域を「ナノチャネル配列領域」と示してるが、分析領域は単一のナノチャネル或いは配列の様な構造で配置されてないナノチャネルを含む。
【０１７３】
図６（ａ）はマルチポート装置デザインの実施形態を示す。図６（ａ）のデザインでは、独立した２ポート装置を８個含む１６ポートを有する。これらの実施形態においては、ユーザーが異なる多数の目的物を同時に分析することを可能にする。
【０１７４】
図７（ａ）は、多段階分岐チャネル配列を示す。本実施例では、５個のチャネル配列が重なっており、このチャネルは徐々に断面積が小さくなっており、更に図７（ａ）の下部に位置するマイクロ流体の入口チャネルとナノチャネル分析領域との橋渡しをする５つの分岐点により結合している。分岐点間の距離は、好ましくは約５０ミクロンであり、２つのより小さなチャネルは、好ましくは、各枝分かれ地点にて元のチャネルの半分の断面積を有する。
【０１７５】
図示したように、各分岐点において、チャネルは２つの小さなチャネルに分裂している。分岐角は、約０〜約９０°までの範囲であっても良いが、好ましくは約３０°〜約６０°であり、Ｍは好ましくは約０．４〜約０．６Ｖである。命名の問題であるが、例えば図７に示す装置では、鋭くとがった或いは参画の分岐点構造によってチャネルが分裂しており、これは「カラス（ｃｒｏｗ）」チャネルとして知られており、本願明細書の他の部分で詳細に説明している。
【０１７６】
目的物（例えば液体耐性高分子）は、分析している間、１〜１５、或いはそれ以上に分かれたチャネルを通り、各分岐チャネルの長さ（Ｌ）は約５〜約８０マイクロメートルの間で変化する。ユーザーは、本願請求装置の目的物質が比較的大きな入口ポートから、ナノスケールのナノチャネル分析領域に侵入する動きを制御できるように、分岐点の数及び第１チャネルに対する第２チャネルの相対的な大きさを変えることが可能である。多段階分岐チャネル構造（図７）を使用しても良い。
【０１７７】
図７（ｂ）は、枝分かれした分岐点にて相互接続した異なる大きさのチャネルの２つの配列の走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＥＭ）画像を示す。図７（ｃ）は、分岐点における角度は、約０〜約９０°であり得るが、分岐点において比較的鋭く分裂した枝分かれした分岐点デザインを漫画図で示したものである。
【０１７８】
図７（ｄ）はチャネル内部で移動する蛍光標識分子の映像から撮った画像を示しており、チャネルと相互接続分岐点をハイライトした。図７（ｅ）は、１つの比較的長い遺伝子ＤＮＡ分子が、大きなチャネルから分岐したより小さなチャネルに移動して伸長する蛍光画像である。１つのＤＮＡ分子によって輪郭が示されているように、分岐点における鋭い分裂がみられる。
【０１７９】
図７では、例えば高分子又は他の目的分子が図の上部に示した相互接続領域に侵入し、図の下部に示したナノチャネル配列領域に侵入する前に、５（若しくはそれ以上）の分岐（分裂）点を通過するように、多数の「カラス（ｃｒｏｗ）」構造が使用されている。
【０１８０】
議論したように、分岐点間の距離は約５０ミクロンであっても良く（この距離は５０ミクロンより大きいか又は小さい可能性があるが）、各分岐点から発生するより小さなチャネルは、各枝分かれの地点にて元のチャネルの約半分の大きさである。従って、第２（又は「分岐」）チャネル内に含まれる液体が利用できる全断面積は、第１（或いは「幹」）チャネルの断面積におおよそ等しいものである。分岐チャネルの長さに沿って、流体が利用可能な実質的に一定な断面積を維持することにより、本願開示装置は、断面積が狭くなった或いは広くなったチャネルにより得られる流動場の変化或いは混乱を最小限に抑えるものである。
【０１８１】
図８（ａ）は、別の多段階で分岐した相互接続チャネル配列の第２のデザイン図を示す。図８（ｂ）は、異なる大きさのチャネルが相互接続した２つの分岐配列の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【０１８２】
図８（ｃ）は、分岐点に付近においてより円形或いは起伏のある屈曲部を有する枝分かれした分岐点デザインを示す。図８（ｄ）は、標識分子がチャネル内部を移動する映像から得られる画像を示したものであり、チャネル及び相互接続分岐点をハイライトしており、図８（ｅ）は、１つの長い遺伝子ＤＮＡ分子が大きなチャネルからより狭いチャネルに移動して伸長する蛍光画像を示す。分岐点において起伏のある屈曲部の２つの異なる段階が単一ＤＮＡ分子によって輪郭が描かれている。
【０１８３】
蛍光画像において、ＤＮＡサンプルは、１つの分子に対して５塩基対の比で、内部挿入染色（ＹＯＹＯ−１）ヒト男性遺伝子ＤＮＡを用いて染色した。ＤＮＡは、５ｎｇ／μＬの濃度の０．５倍ＴＢＡ緩衝液中に懸濁した。ＤＮＡをキャピラリー流或いは０〜５０Ｖの範囲の電圧を適用させた電場のいずれかを用いてナノチャネルに流した。サンプルの励起はダイオードを放出する光を用いて行い、蛍光発光は６０倍目的物を介して収集し、電子倍率（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ）ＣＣＤカメラを用いて検出した。
【０１８４】
図８は、「ワシ（ｅａｇｌｅ）」構造のチャネルを示す。図示したように、第１チャネルから分岐チャネルに分裂した分岐点は、円形ピラーなどの円形構造であることが好ましい。分岐点の半径或いは効果的な断面積は、例えば分岐点の角が、分岐点より前意にあるチャネル内に伸びていることが好ましい。
【０１８５】
特定の理論に縛られることはないが、本構造における高分子（或いは他の目的物）は、チャネル内において、図に示したように、（例えば勾配を適用させた）電場路を通過した後、その後に続くチャネルの角というよりはむしろ中心に侵入する。従って、目的分子は、分岐ネットワークにおける他のチャネルよりも特定のチャネルに侵入する傾向が高いということはなく、従って当該ナノチャネル配列では均一にナノチャネルが充填されている。
【０１８６】
１つの実施形態において、ＭはＷの０．３〜０．７倍であり、ＸはＷの０．３〜０．５倍である、目的物質がナノチャネル配列に到達する前に通過する分岐点の数は、２〜１５であり、各分岐チャネルの長さ（Ｌ）は５〜８０ミクロンで変化し得る。
【０１８７】
特定の実施形態において、複数の「ワシ（ｅａｇｌｅ）」構造が使用されており、目的物がナノチャネル配列領域に侵入する前の各ワシ（ｅａｇｌｅ）構造における分岐点の数は５である。非限定的実施形態における分岐点間の距離は、５０ミクロンであり（この距離は５０ミクロンより大きいか或いは小さいものであっても良いが）、流体が利用可能な全断面積が装置の長さに沿ったいかなる面においても同じであるように、２つの小さな（分岐）チャネルは、元のチャネルの半分の大きさである。
【０１８８】
図９（ａ）は、分岐チャネルとポスト配列の組み合わせを示した別のデザインの図を示す。位置実施形態において、分岐チャネル配列は互いに相互接続しており、チャネル内においてはポスト配列に相互接続している。図９（ｂ）は、チャネル内に埋め込まれた高密度円形ポスト配列の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【０１８９】
図９（ｃ）は、分岐チャネルとポスト配列とを有するデザインの図を示す。互いに接合した多段階分岐チャネルを有する一実施形態では、次第に大きさが減少し密度が増加するダイヤモンド型ポストを有する。図９（ｄ）は、より小さな大きさの下流チャネルと相互接続したチャネル内に埋め込まれた高密度ポスト配列の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。図９（ｃ）は、チャネルを有するポスト配列内を移動する比較的長い遺伝子ＤＮＡ分子の蛍光画像を示す。
【０１９０】
図１０（ａ）は、連続的に接続していると共に、蛇行した構造において並行したナノチャネルが連続して配置された１つの長いナノチャネルを有するデザインを示しており、本構造の配列から得られるある部分を示したものである。図１０（ｂ）は、シリコン基板にエッチングを施した蛇行構造のナノチャネルの囲んだ領域の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示しており、チャネルの曲がった部分を示す。図１０（ｃ）は、ナノチャネル内を移動し、１８０°で曲がった遺伝子ＤＮＡ分子の恵子画像を示す。
【０１９１】
本構造は、とりわけ、ある１つの視野における伸長した或いは伸長する高分子の可視化への課題に対応している。これは、高分子は非常に長いため、高分子が伸長するのに十分な長さのチャネルは、高倍率顕微鏡の視野の幅よりも長い可能性があるからであり、これは、ユーザーがある１つの視野にて高分子を完全に可視化することを不可能にするものである。
【０１９２】
図１０に示したように、蛇行した或いはジグザグ型のナノチャネルを有する装置は、１つの視野に収まるチャネルの長さを伸ばし、ユーザーが１つの視野にて伸長した高分子を見通すことができるようにするものである。或いは、そのような装置は、１つの視野における視界を伸長した高分子の実質的な部分を網羅するようにすることも可能である。蛇行、ジグザグチャネルはまた、単一視野における移動高分子の滞留時間を増加させるものでもある。
【０１９３】
図１１（ａ）は、一連の並行なナノチャネルが接続した複数の長いナノチャネルを示しており、前の図との違いは、各チャネル段階が、１０００ｎｍ〜１００ｎｍへとチャネル幅が漸進的に減っていることである。図１１（ｂ）は、四角く囲んだ部分の、シリコン基板にエッチングを施した蛇行構造ナノチャネルの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示しており、下部から上部に向けてチャネル幅が徐々に減少し、その後、比較的広いチャネル出口へとつながっている。
【０１９４】
図１１（ｃ）は、図１１に示したチャネル内を移動し、より小さな領域のより小さな大きさのナノチャネルに侵入し、徐々に引き延ばされた１つの遺伝子ＤＮＡ分子の蛍光画像を追跡した低速度撮影映像フレーム（各パネルは異なる時点を示す）を示したものである。対照或いは参照標準として作用するために、固定分子の画像を示し、固定分子の長さを、集めた画像フレームのパネル全体にわたって２つの破線で示した。種々の画像パネルを参照すると、最も上にあるパネルは、実際のチップパターンの明視野光学画像を示しており、５つ目のパネルは、ＤＮＡ分子が角を曲がるところの蛍光画像を示したものである。
【０１９５】
図１２（ａ）は、別の非限定的設計の査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示したものであり、この設計では並行であり、直線ではないジグザグパターンで配置した配列を含む。図１２（ｂ）は、ジグザグ型チャネル内で伸長した蛍光標識ＤＮＡ分子の画像を示す。図１２（ｃ）は、不規則なナノチャネルパターン（「ＢＮＭ」の文字）の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示しており、このパターンのチャネルはすべて、実質的に同じ幅を有する。図１２（ｄ）は、互いに垂直に交差したナノチャネルの２つのセットを示しており、重なった領域は、高密度であって円形ポスト配列のように見える。
【０１９６】
製造
製造工程は、基板表面に流体的特徴を生成する工程と、さらに、前記基板表面を第２の基板と結合させて、ポストにより利用可能な密閉流体装置をもたらす工程とを含む。或いは、当該製造工程は、基板表面に流体特徴を製造する工程、第２基板表面状に流体特徴を製造する工程、及び前記２つの基板表面を結合させて、ポストにより利用可能な密閉流体装置を形成する工程を含むものであっても良い。
【０１９７】
基板物質は、これらに限らないが、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、石英、ガラス、溶融水晶、金属、酸化アルミニウム、金属、セラミック、ポリマー、プラスチック、誘電材料、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩＴＯ、及びそれらの類似体を含む。一実施形態において、少なくとも１つの基板は、ＵＶ、可視、及び赤外線電磁場放射透過性である。
【０１９８】
一実施形態において、ナノチャネル配列、フロントエンド／バックエンド、及び相互接続の模様が、基板上（例えばシリコン）に形成され、（例えばフォトリソグラフィーによって）、その後これらのパターンはエッチングによってシリコン上に転写される。種々のパターン及びエッチングの選択が可能である
パターンは、例えばフォトリソグラフィー、ナノインプリントリソグラフィー、エンボス加工、干渉リソグラフィ―、近視野ホログラフィー、密着焼き付け、極紫外線リソグラフィ―、電子線リソグラフィ―、或いはそれらの組み合わせによって達成される。
【０１９９】
これらのパターン選択肢は、硬質或いは軟質マスクを使用することにより、パターンの基板への転写を補助する。これらのマスクは、これらに限定されるものではないが、反射防止コーティング、酸化ケイ素、窒化ケイ素、誘電体、金属、有機フイルム、それらの組み合わせ、及び類似体を含む。これらのパターンの選択肢としては、これらに限定されるものではないが、リフトオフ工程、シャドウ蒸着（ｓｈａｄｏｗ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、成長、蒸着、それらの組み合わせ、及び類似の方法など、種々の中間パターン転写法を使用しても良い、
エッチングの選択肢としては、これらに限られるものではないが、化学エッチング、ウェットエッチング、ＫＯＨを用いたエッチング、ＴＭＡＨを用いたエッチング、ＨＦを用いたエッチング、ＢＯＥを用いたエッチング、イオンエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、プラズマ支援エッチング、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング、ボッシュエッチング、シリコンにおけるパターン化酸化成長（例えばＬＯＣＯＳ）、及びウェットエッチングを用いた除去、それらの組み合わせ、及び類似の方法を含む。
【０２００】
パターンの順序
一実施形態において、ナノチャネル配列及びフロントエンド／バックエンド（ＦＥ／ＢＥ）は、パターン化とエッチングが同時に行われ、相互接続はその後に行われる。しかしながら、そのように行われる必要はなく、このような流体構成要素のパターン化の順序は変化してもよい。
【０２０１】
ナノチャネル配列は干渉リソグラフィ―によってパターン化され、その後フロントエンド／バックエンドのパターン化は、フォトリソグラフィ―によって別の工程で行われる。別の実施形態において、ナノチャネル配列、フロントエンド／バックエンド、及び相互接続はフォトリソグラフィ―或いはナノインプリントリソグラフィ―を用いた１つの工程で適切にパターン化されても良い。別の実施形態において、相互接続、フロントエンド／バックエンド、及びナノチャネル配列が異なる深さとなるように、１つのパターン化工程において、例えばナノインプリント、エンボス加工など、種々の深さを基板に転写可能なパターン化技術が使用される。
【０２０２】
ポート
ポートは、フォトリトグラフィー、及び、その後続いて、例えば深部シリコンエッチング（「Ｂｏｓｃｈ  Ｅｔｃｈ」）などのエッチングプロセスによってエッチングすることにより適切にパターンが形成される。しかしながら、ポストの製造には、様々な製造方法の選択が使用可能である。そのような選択肢としては、非限定的ではあるが、ＲＩＥ、ＩＣＰエッチング、プラズマエッチング、レーザー掘削、サンドブラスティング、掘削、ウェットエッチング、化学エッチング、水掘削、超音波掘削、及びそれらの組み合わせが含まれる。
【０２０３】
ポートは５〜５０００ミクロンの幅（半径）であることが好ましく、深さはそこにある基板の厚みとなる。一実施形態において、ポートは、５０〜２０００ミクロンの範囲の深さ（半径）を有する。
【０２０４】
結合
一実施形態において、当該装置の流体構成要素は、パターン化されたシリコン基板をパターン化されていないガラスウエハーと陽極接合することにより完成する。
【０２０５】
一実施形態において、陽極接合されるガラスウエハーは、Ｐｙｒｅｘ７７４０、Ｓｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ３３（登録商標）、或いは同様の熱拡張特性を有する任意のガラスであっても良い。他の選択肢としては、好ましくは、これらに限定されるものではないが、融合結合、熱結合、化学結合、石英−石英結合（ｑｕａｒｔｚ−ｑｕａｒｔｚ  ｂｏｎｄｉｎｇ）、ガラス−ガラス結合、ポリマー結合、溶媒結合、接着結合、それらの組み合わせ及び類似のものを含む。
【０２０６】
陽極及びその他の結合条件は、当業者のユーザーによって容易に最適化される。非限定的な例として、ケイ素及びＢｏｒｏｆｌｏａｔ（登録商標）ガラスは、４００Ｖの電圧、約３５０℃の温度を５分間適用させることにより陽極接合される。陽極接合電圧は、例えば約２００Ｖ〜約８００Ｖであり、温度は好ましくは約２００℃〜約４００℃であり、約１〜約１００分間適用される。
【０２０７】
流体構成要素表面
様々な物質が流体構成要素の表面を構成しており、それらは、これらに限定されるものではないが、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、石英、ガラス、溶融水晶、金属、酸化アルミニウム、セラミック、ポリマー、プラスチック、誘電体、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩＴＯ、有機分子、自己集合単層、自己集合多層、それらの組み合わせ及び類似のものを含む。一実施形態において、流体構成要素は、酸化ケイ素及び／又はガラス表面である誘電体表面を有する。
【０２０８】
製造実施例
一つの非限定的実施形態において、結合後の流体構成要素（ナノチャネル配列、フロントエンド／バックエンド、相互接続、及びポスト）は、例えば装置内に暴露された流体が酸化ケイ素又は／及びガラスのみと接触するようになった、酸化ケイ素又は／及びガラス表面を有する。これらの表面は、酸化ケイ素薄膜を、ナノチャネルのパターン化及びエッチング後のエッチングシリコン表面、フロントエンド／バックエンド、相互接続、及びポストに暴露することにより形成される。
【０２０９】
原子層蒸着（ＡＬＤ）によりパターン化及びエッチングされたシリコン基板上に、約１ｎｍ〜約５０００ｎｍの厚さで酸化物を蒸着する。このシリコンウエハーは、その後ガラス基板と陽極接合される。
【０２１０】
酸化ケイ素表面は、幾つかの有用な目的を果たす。まず第１に、酸化ケイ素は、流体中のＤＮＡを移動させるために必要な電場が使用された場合に有用な絶縁フィルムを提供し、その場合の基板はケイ素である。
【０２１１】
酸化ケイ素は、更に、当該用途に必要な場合には機能化或いは不動化される。前記層により、更に、すでに存在しエッチングされたナノチャネル上に酸化物を成長或いは蒸着させた場合、ナノチャネルの半径を所望の大きさに変化（調製される）することが可能である。
【０２１２】
一実施例において、幅２００ｎｍ及び深さ１５０ｎｍのナノチャネルは、５０ｎｍの共形酸化物がナノチャネル全体に蒸着された場合には、幅１００ｎｍ及び深さ１００ｎｍに減少する。このように、コーティングをすでに形成された流体構成要素（例えば溝或いはトレンチ）に適用させることにより、液体流動が可能である構成要素の半径を小さくするために、ユーザーが操作可能な方法で構成要素の境界を構築することを可能にするものである。
【０２１３】
酸化ケイ素はまた、ＵＶ、可視、及び赤外光を含む電場放射の幅広いスペクトラムに対して透明である。
【０２１４】
酸化ケイ素及び／又はガラス表面を用いて流体チャネルを形成するための製造方法は幅広く様々な方法がある。
【０２１５】
ケイ素上における熱酸化成長
ケイ素が基板に使用される場合、酸化ケイ素表面は、ケイ素表面をケイ源として使用することにより酸化物を成長させることによりもたらされる。例としては、これらに限定されるものではないが、乾燥熱酸化成長、湿潤熱酸化成長を含む。これは、流体構成要素のすべて或いは幾つかをケイ素にパターン化及びエッチングするか、或いは構成要素のいずれもケイ素にパターン化及びエッチングしない場合かに関係なく適用される。限定されないが、ケイ素に基づく実施形態は、添付の図面で説明される。
【０２１６】
ケイ素、ガラス、或いは石英上に蒸着した酸化物
酸化物は、両方或いは一方の基板に蒸着される。この例は、これらに限定されるものではないが、ＰＥＣＶＤ，ＣＶＤ，ＬＰＣＶＦ，熱蒸発、スピンオンガラス、ｅビーム蒸発、スパッタリング、ＡＬＤ，及びそれらの組み合わせを含む。代表的な例は、例えば図２〜５に示す。
【０２１７】
酸化ケイ素、石英或いはガラス上への直接エッチンング
更に、酸化ケイ素或いはガラス表面は、流体構成要素を直接酸化ケイ素或いはガラスにエッチングすることにより得られる。これは、酸化ケイ素／石英／ガラス基板に直接エッチングをするか、或いはケイ素基板上において酸化ケイ素のフイルムにエッチングを施す
ことにより得られる。図２〜５を参照。
【０２１８】
装置構造
図５において、第１の入口及び出口のポートは、電場が適用された場合に、ナノチャネル配列におけるナノチャネル全体に大凡平な電界となるように、およそ互いに向かい合っている。一実施形態において、本願装置の３つの流体構成要素すなわちナノチャネル配列、フロントエンド／バックエンド、及び相互接続すべてが含まれる。
【０２１９】
別の実施形態において、フロントエンド及び／又はバックエンドは削除されても良く、この場合、相互接続は、ナノチャネル配列に直接接続する。別の実施形態において、相互接続は削除されても良く、この場合、フロントエンド及び／又はバックエンドはポートに直接接続している。
【０２２０】
別の実施形態において、フロントエンド及びバックエンドの両方、並びに相互接続は削除されても良く、従ってこの場合、ナノチャネル配列は直接ポートに接続している。一実施形態において、当該装置は、入口及び出口ポートの間に電場が適用された場合ナノチャネル配列内における均一な電界強度がナノチャネル全体に渡って最大となるように左右対称となっている。
【０２２１】
別の実施形態において、ナノチャネル配列の入口は、逆フロントエンド構造（バックエンド（ＢＥ）と称する）さらに図５（ｂ）に示した内部接続チャネルへと繋がっている。別の実施形態において、ナノチャネル配列の入口は、直接出口ポートにつながっている（バックエンド及び内部接続が削除されている）。
【０２２２】
別の実施形態において、ナノチャネル配列は、出口ポートに繋がっている内部接続に直接繋がっている（バックエンドが削除されている）。別の実施形態において、バックエンドは出口ポートに直接繋がっている（内部接続が削除されている）。
【０２２３】
２ポート装置
２ポートチップは、サンプルが充填される入口に１つ、サンプルが取り除かれる出口に１つある。サンプルの移動は、電気浸透流、動電的、電気泳動圧力、キャピラリー、或いはそれらの組み合わせなどの力を利用して、これらの２つのポートを介して直接制御されている。これらのデザインは、単純にキャピラリーサンプル充填を直接操作するという容易さを有しており、これは顕著に有利な効果である。このようなデザインは、ポート数を最小限に減らし、チップ１つあたりに収容可能な独立した装置の数を最大限に増やすものである。
【０２２４】
４ポート装置
４ポート装置は、２つの入口（第１／第２）ポートと、２つの出口（第１／第２）ポートを有する。２ポートチップに対して、本デザインの主な利点は、ナノチップ配列全体に渡ってサンプルの移動をより自由にチップ操作することをもたらす点である。サンプルの移動は、例えば、電気浸透流、動電的、電気泳動圧力、キャピラリー、或いはそれらの組み合わせなどの力を利用して、４つのポートを介して直接制御可能である。この用途において、サンプルは第１〜第２の入口ポートを制御された方法によって流れ、入口が認識さると直ちに、サンプルの流れを調節することにより、ナノ流体ＦＥ領域に移動する。
【０２２５】
勾配フロントエンド及びバックエンド
フロントエンド及びバックエンドは、マイクロ流体及びナノ流体領域の間の境界面として特徴づけられる。フロントエンド（ＦＥ）は好ましくはＤＮＡをほどき、伸長させ、マイクロ流体スケール相互接続領域から、より小さなスケールのナノチャネル配列へとの移動を促進する。これは、好ましくは、ＤＮＡがナノチャネル又はナノチャネルに近づき更に侵入した場合、ＤＮＡが伸長する効果を有する高密度でパターン化され漸進的に小さくなった（より狭い空間になった）構造のネットワーク／配列を通って流れることにより達成される。ＦＥデザインは、好ましくは、様々な属性を有する「枝分かれしたチャネルネットワーク」構造の改良型である。
【０２２６】
まず第１に、枝分かれしたチャネルはそれぞれ、２つ若しくはそれ以上のチャネルに分裂する。一実施形態において、枝分かれチャネルの全体の幅は、およそ元の幅と同じであり、全体の断面積はおよそ同じままである。このような方法において、枝分かれしたネットワーク内における流速は、ほぼ一定のままである。
【０２２７】
第２に、枝分かれしたネットワークは斬新的に分裂しているため、ＤＮＡをナノチャネル配列に均一に充填することを促し、例えば特定のナノチャネル或いはナノチャネル配列内の一連のナノチャネルにバイアスをかけることはない。
【０２２８】
更に、枝分かれしたチャネルネットワークは、非常に長いＤＮＡ断片のもつれを効果的に解く、斬新的により小さくなった流体チャネルを示す。
【０２２９】
任意の分岐点において、枝分かれしたチャネルは同じ幅、長さ、或いは深さである必要はない。それらのチャネルは互いに並行である必要はなく、或いは均一に分布している必要もない。枝分かれしたチャネルはその構造において真っすぐ或いは直線状である必要もない。一部の実施形態において（例えば図９）、ＤＮＡをほどくことを更に促進するために枝分かれチャネルがピラー構造を含むものであっても良い。
【０２３０】
ＦＥ流体構造はおよそ１０〜１０００ｎｍの深さ及び１００００ｎｍ以下の幅である。ＦＥ構造におけるチャネル（或いはピラー又は他の障害物）は約１００〜約５００ｎｍ、又は約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの深さを有するものであっても良い。構造（例えばチャネル、ピラー、及び類似物）はまた、約１〜約１０，０００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０００ｎｍ、又は約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、又は約１００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【０２３１】
これらの構造物の目的は、マイクロ流体環境からナノ流体環境へと徐々にＤＮＡサンプルを狭い領域に閉じ込めることであるため、一実施形態において、これらの流体構造は１０００ｎｍから最終的なナノチャネルまでに及ぶ深さを有し、１００００ｎｍから最終的なナノチャネルまでに及幅を有する。しかしながら、このようにＦＥ構造における形状の減少は単一的な減少である必要はなく、形状が連続的に変化する必要もない。例えば、ＦＥの形状（深さ及び幅）の変化は段階的であっても良い。
【０２３２】
「カラス型（ｃｒｏｗ）」構造
図７の「カラス（ｃｒｏｗ）」構造において、枝分かれしたチャネルＦＥデザインは、チャネルが２つの新たなチャネルに分裂する比較的鋭い分岐点（分裂）を含む。新しいチャネルは同じ大きさであるか、又は元のチャネルよりも小さい大きさである。分岐角度は、０〜９０°の範囲で変化し得る。分岐チャネルの長さは、５〜６００ミクロンの間で変化し得る。各分岐段階は同じ長さである必要はない。
【０２３３】
「ワシ型（ｅａｇｌｅ）構造」
「ワシ型（ｅａｇｌｅ）」のデザインは「カラス（ｃｒｏｗ）型」のデザインとは異なる。まず、分岐点が丸みのあるピラーの形となっている。第２点目として、分岐点のピラーの寸法は、ピラーの角が前にあるチャネルに突き出ている。このようなデザインとなっている目的は電場経路（又は他の勾配）にある高分子（又はその他の目的物質）が、その後に続くチャネルの（端というよりはむしろ）中心に入りやすいようにするためである。このように、目的物は分岐チャネル内の他のチャネルではなく特定のチャネルに偏ることがないようになっており、ナノチャネル配列内のナノチャンネルにより均一に充填される。「ワシ型（ｅａｇｌｅ）」構造（「カラス型（ｃｒｏｗ）」構造のように）は、チャネルの上流、チャネル内、或いはチャネルの下流に配置されたピラーを含む。
【０２３４】
更なる実施例
ナノチャネル配列は、当該装置の機能領域を形成しており、ここでＤＮＡが分析される。配列のパターン、幅、深さ、ピッチ、密度、長さ、及び面積は大きく変化する。ナノチャネルは約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの深さ、及び約１０〜約１０００ｎｍの幅であっても良い。ナノチャネルの幅及び深さは、当該装置全体に渡って一定であっても良く、或いは各チャネルの幅及び深さが変化、又はそれぞれのチャネル間で幅及び深さが変化、或いはその両方であっても良い。ナノチャネルは１０ｎｍ〜１０ｃｍの距離で離れており、０．１ミクロン〜５０ｃｍの長さであり、更に当該配列は０．１ミクロン〜５０ｃｍの全長であっても良い。チャネルは並行或いは非並行であっても良い。これらのチャネルは均一に分布していなくても良い。これらのチャネルは同一の長さであるか、或いは異なる長さであっても良い。これらのチャネルは真っすぐであるか、或いは方向を変えて屈曲していても良い。これらのチャネルは、互いに独立しているか、或いは交差していても良い。
【０２３５】
分岐構造における最初のチャネルは約１ミクロン〜５０ミクロン、１００ミクロン、１０００ミクロン、又は１０ｃｍの範囲の距離で離れていても良い。チャネル間の最適なピッチ（空間）はユーザーに必要性によるものであり、当業者にとっては困難なく特定することが可能である。
【０２３６】
一実施形態において、ナノチャネルは、２０〜５００ｎｍの深さ及び２０〜８００ｎｍの深さの並行な配列でパターン化される。特定の装置において、ナノチャネルの幅及び深さは一定である。ナノチャネルは、１００〜２０００ｎｍの空間で離れており、直線である。ナノチャネルの長さは５０ミクロンから５０００ミクロンで変化する。しかしながら、ナノチャネルの幅、深さ又はその両方がナノチャネルの長さに沿って変化するような実施形態を含む種々の異なるナノチャネル配列の実施形態が実現可能である。
【０２３７】
相互接続
相互接続流体は、１００ｎｍ〜１００ミクロンの深さ及び０．５ミクロン〜１０００ミクロンの幅を有する。一実施形態において、深さの範囲は２００ｎｍ〜２０ミクロンであり、幅の範囲は１ミクロンから５０ミクロンである。
【０２３８】
更なる説明
幾つかの実施形態において、本発明は、いずれかの或いは両方の基板がパターン化された、第２の基板（Ｂ）に結合した基板（Ａ）を含む流体装置をとして記載されている。製造工程は、陽極接合などの結合工程によって、ケイ素基板をガラス基板に結合させた密閉されたマクロ及びナノ流体構成要素を記載している。
【０２３９】
チップの機能領域は好ましくは２つの基板の接点に位置しており、１つの或いは多数の独立したナノチャネル配列装置が１つ或いは両方の基板表面に作られる。このような装置は好ましくは流体が１若しくは両方の基板に渡って広がった導管ポートを介してチップ外部環境と流通している。
【０２４０】
開示されている装置は、好ましくは以下のものを含む。
【０２４１】
ナノチャネル領域−中心装置領域：ここで目的物である高分子（例えばＤＮＡ）が伸長し、直線化し、画像化され、分析される。
【０２４２】
勾配フロントエンド（ＦＥ）及びバックエンド（ＢＥ）−ミクロン、サブミクロン、或いはナノメートル範囲の断面半径を有する相互接続配列し枝分かれしたチャネル。ＦＥ又はＢＥはポスト、ピラー、井戸、溝、及びそれらの組合わせなどのマクロ〜ナノスケールの大きさの構造が繰り返されており、そのような構造は当該装置のマクロ流体及びナノ流体領域と交差している。
【０２４３】
相互接合−マイクロ流体領域：目的物サンプルを入口ポートからＦＥ領域、更にＢＥ領域から出口ポートまで移動させる導管へと移動させるマクロ流体チャネルのネットワーク。
【０２４４】
ポート：基板全体に渡って好ましくはエッチングによって作られた穴であり、３次元の流体連結を介して、チップ内において当該装置外部環境からナノ流体領域（好ましくは基板Ａ及びＢとの間に配置される）に液体流通することを可能にするものであり
これらに限定されるものではないが、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ハフニウム、石英、ガラス、溶融石英、金属、酸化アルミニウム、金属、セラミック、ポリマー、プラスチック、誘電体、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩＴＯ、有機分子、自己集合単層、自己集合多層、或いはそれらの組み合わせなどを含む、様々な物質が流体構成要素の表面を構成する。
【０２４５】
本願発明は、原子層蒸着（ＡＬＤ）、圧力促進化学蒸気蒸着（ＰＥＣＶＤ）、熱成長、或いは他のエントロピー或いは異方性物質の蒸着法による誘電性表面を有する流体構成要素を有する装置を開示するものである。このステップによると、流体構成要素における生物的分子の電場操作並びを操作して絶縁すること、並びに従来の製造方法によって製造された流体チャネルを更に抑制すること提供するものである。
【０２４６】
本願発明は、機能化され更に必要であれば不動態化することが可能なナノチャネル構成要素表面に関する開示を含み、前記表面はＵＶ、可視、及び赤外光を含む電場放射の幅広いスペクトルに対して透明である。
【０２４７】
ナノ流体装置は、図で示したように、多数のポートを有し、種々の使用及び角度を有する、干渉して斬新的に枝分かれしたチャネルパターンのデザインを有する。
【０２４８】
当該装置は、干渉し合いながら、斬新的に枝分かれしたチャネルを有し、枝分かれした分岐仕様及び角度を有する。分岐チャネル及びポスト或いはピラーの配列の様々な組合せが、開示した装置の異なる領域間で相互作用するために使用されてもよく、異なる幅のチャネル間で相互作用するために使用されても良い。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【外国語明細書】
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