(57)【要約】【課題】流路閉塞またはフィルタ閉塞が生じにくく、また使用容積の少ないフィルタを提供する。【解決手段】試料分離装置（１０）の流体が流れる部材（２０４）内を流体の流動方向（２０２）に沿って流動する流体を濾過してデブリを除去するフィルタ（２００）において、前記フィルタ（２００）は、前記流体の流動方向（２０２）に沿って積層されており規定の孔サイズを持つ孔（６００，６２０，６４０）をそれぞれ有する複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）を備えており、前記積層フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の前記規定の孔サイズは前記流体の流動方向（２０２）に沿って減少する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分離装置（１０）の流体が流れる部材（fluidic member, ２０４）内を流体の流動方向（２０２）に沿って流動する流体を濾過してデブリを除去するフィルタ（２００）において、
前記流体の流動方向（２０２）に沿って積層されており、規定の孔サイズを持つ孔（６００，６２０，６４０）をそれぞれ有する複数のフィルタ構造、好ましくはフィルタ構造層（２０６，２０８，２１０）を備えており、
積層された前記フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の前記規定の孔サイズは前記流体の流動方向（２０２）に沿って減少するように構成されている、フィルタ（２００）。
【請求項２】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）は近接するシート（６０２，６２２，６４２）の主面において互いに接合されているシートである、請求項１に記載のフィルタ（２００）。
【請求項３】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）は一体形成された積層体として互いに接合されている、請求項１または請求項２に記載のフィルタ（２００）。
【請求項４】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の少なくとも一部は均一な規定の孔サイズを持つ孔（pores, ６００，６２０，６４０）を前記層全体に有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項５】
前記積層フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の前記規定の孔サイズは前記流体の流動方向（２０２）に沿って単調に減少する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項６】
前記積層フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の前記規定の孔サイズは０．５μｍから１００μｍの範囲内にあり、好ましくは２μｍから３０μｍの範囲内にある、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項７】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の少なくとも一部は基板（５００）から成り、または基板（５００）を備えており、
前記基板（５００）の第１主面（５０２）には第１方向（５０６）に沿って延びている複数の長方形第１溝（５０４）が設けられており、
前記第１主面（５０２）に対向する前記基板（５００）の第２主面（５０８）には第２方向（５１２）に沿って延びている複数の長方形第２溝（５１０）が設けられており、
前記第１溝（５０４）および前記第２溝（５１０）は、前記第１溝（５０４）と前記第２溝（５１０）との交点において前記基板（５００）の貫通孔の配列を形成するような深さ（ｄ１、ｄ２）を前記基板（５００）内部に有しており、前記貫通孔は前記規定の孔サイズを持つ前記孔（６００，６２０，６４０）を構成する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項８】
前記第１方向（５０６）は前記第２方向（５１２）に対して本質的に垂直であるという構成、
前記第１溝（５０４）および／または前記第２溝（５１０）は直線状溝であるという構成、
前記第１溝（５０４）は互いに平行である、および／または前記第２溝（５１０）は互いに平行であるという構成、および
同じ基板（５００）の前記第１溝（５０４）および前記第２溝（５１０）はすべて同じ形状および寸法を有するという構成、
のうち少なくとも一つの構成を備える、請求項７に記載のフィルタ（２００）。
【請求項９】
前記第１溝（５０４）および／または前記第２溝（５１０）は凹溝である、請求項７または請求項８に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１０】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）のうち相異なるフィルタ構造の溝（５０４，５１０）は少なくとも一つの幾何学パラメータに関して異なっているため、相異なるフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）内には相異なる前記規定の孔サイズを持つ前記孔（６００，６２０，６４０）が構成されている、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１１】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）はメッシュワイヤ（８００，８２０，８４０）から成り、またはメッシュワイヤ（８００，８２０，８４０）を備えており、
相異なるメッシュワイヤ（８００，８２０，８４０）は、前記孔を形成する相異なるメッシュ開口（ａ１，ａ２，ａ３）を有する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１２】
前記複数のフィルタ構造（３０６，３０８，３１０）は、相異なるサイズの前記カップ形状フィルタ構造（３０６，３０８，３１０）を互いに交互配置することにより前記積層配置が形成されるように相異なるサイズを持つカップ形状である、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１３】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）は円板形状であり、詳細にはすべて同じ円板直径を有しており、同心円状に積層されて円筒状フィルタを形成している、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１４】
環状支持構造（２２０）を備えており、
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）は前記環状支持構造（２２０）の凹部（２２２）内部に固定されている、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１５】
６００バールより高い圧力、好ましくは１０００バールより高い圧力に対して耐性を持つべく構成されている、請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１６】
前記積層フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の前記孔サイズは、前記流体を濾過して前記デブリを除去する漏斗様濾過を提供すべく前記流体の流動方向（２０２）に沿って減少している、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１７】
前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の数は２から２０の範囲内、好ましくは２から８の範囲内、より好ましくは３から５の範囲内にある、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）。
【請求項１８】
試料分離装置（１０）内を流体の流動方向（２０２）に沿って流動する流体を処理する流体が流れる部材（fluidic member，２０，３０，４０）において、
処理すべき前記流体が供給される流体流入口（９１）と、
供給された前記流体を処理すべく構成された処理ユニットと、
前記処理ユニット（２０，３０，４０）による処理の後に前記流体が供給される流体流出口（９３）と、
前記流体流入口（９１）と前記流体流出口（９３）との間に配置されており前記流体を濾過してデブリを除去する、請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の少なくとも一つのフィルタ（２００）と、
を備える流体が流れる部材（２０，３０，４０）。
【請求項１９】
前記流体の化合物を分離すべく構成されている分離ユニット、好ましくはクロマトグラフィカラムとして構成されており、
前記フィルタ（２００）は前記分離ユニットの流体流入口（９１）および／または流体流出口（９３）に配置されている、請求項１８に記載の流体が流れる部材（３０）。
【請求項２０】
前記流体を駆動すべく構成された移動相駆動部、好ましくはポンピングシステムとして構成されており、
前記フィルタ（２００）は前記移動相駆動部の流体流出口に配置されている、請求項１８に記載の流体が流れる部材（２０）。
【請求項２１】
前記流体を試料分離経路内に注入する試料注入器として構成されており、
前記試料注入器は注入針および台座を備えており、
前記注入針は前記流体を前記針と前記台座との間に案内すべく前記台座内に選択的に挿入可能であり、
前記注入針は前記台座の外へ選択的に移動可能であり、
前記フィルタ（２００）は前記試料注入器の流体流出口に配置されている、請求項１８に記載の流体が流れる部材（４０）。
【請求項２２】
前記流体を試料分離経路内に注入する試料注入器（４０）用の流量調節ポンプと、
前記流体の分離された化合物を検出すべく構成された検出器（５０）と、
前記流体の分離された化合物を回収すべく構成された回収ユニット（６０）と、
前記流体の脱気を行う脱気装置（２５）と、
ピストン室、および前記ピストン室内部で往復運動を行うべく構成されているピストンを有するピストンポンプ（２０）と、
のうち少なくとも一つとして構成されている、請求項１８に記載の流体が流れる部材。
【請求項２３】
前記フィルタ（２００）がデブリにより目詰まりした場合に前記フィルタ（２００）に対してバックフラッシュを行うべく構成されているバックフラッシュユニット（９５）を備えており、
前記バックフラッシュユニット（９５）は前記流体の流動方向（２０２）に比して反対方向に流動するフラッシュ流体を用いて目詰まりした前記フィルタ（２００）に対してフラッシングを行うべく構成されている、請求項１８〜請求項２２のいずれか１項に記載の流体が流れる部材（２０，３０，４０）。
【請求項２４】
移動相内の試料流体の化合物を分離する試料分離装置（１０）において、
前記移動相を駆動して前記試料分離装置（１０）を通過させるべく構成されている移動相駆動部（２０）、好ましくはポンピングシステムと、
前記移動相内の前記試料流体の化合物を分離すべく構成されている分離ユニット（３０）、好ましくはクロマトグラフィカラムと、
前記試料流体および前記移動相のうち少なくとも一つを濾過してデブリを除去する、請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載のフィルタ（２００）と、
を備える試料分離装置（１０）。
【請求項２５】
前記試料流体を前記移動相内に注入する試料注入器（４０）用の流量調節ポンプと、
注入針および台座を備えており、前記注入針は前記針と前記台座との間に前記試料流体を案内するために前記台座内に選択的に挿入可能であり、前記注入針は前記台座の外へ選択的に移動可能である、前記試料流体を前記移動相内に注入する試料注入器（４０）と、
前記試料流体の分離された化合物を検出すべく構成されている検出器（５０）と、
前記試料流体の分離された化合物を回収すべく構成されている回収ユニット（６０）と、
前記移動相の脱気を行う脱気装置（２５）と、
ピストン室、および前記ピストン室内部で往復運動を行うべく構成されているピストンを有するピストンポンプと、
のうち少なくとも一つをさらに備える、請求項２４に記載の試料分離装置（１０）。
【請求項２６】
試料分離装置（１０）の流体が流れる部材（２０４）内を流体の流動方向（２０２）に沿って流動する流体を濾過してデブリを除去するフィルタ（２００）を製造する方法において、
（Ａ）複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）のそれぞれにおいて規定の孔サイズを持つ孔（６００，６２０，６４０）を形成する工程と、
（Ｂ）前記積層フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）の前記規定の孔サイズが前記流体の流動方向（２０２）に沿って減少するように前記流体の流動方向（２０２）に沿って前記複数のフィルタ構造、好ましくはフィルタ構造層（２０６，２０８，２１０）を積層する工程と、
を備える方法。
【請求項２７】
前記孔（６００，６２０，６４０）を形成する工程は、複数の基板（５００）に対して
各基板（５００）の第１主面（５０２）において第１方向（５０６）に沿って延びている複数の長方形第１溝（５０４）を形成する工程と、
前記第１主面（５０２）に対向する各基板（５００）の第２主面（５０８）において第２方向（５１２）に沿って延びている複数の長方形第２溝（５１０）を形成する工程と、
前記第１溝（５０４）と前記第２溝（５１０）との交点において、規定の孔サイズを持つ前記孔（６００，６２０，６４０）を構成する、各基板（５００）の貫通孔の配列を形成するような深さ（ｄ１、ｄ２）を各基板（５００）内部に持つ前記第１溝（５０４）および前記第２溝（５１０）を形成する工程と、
を備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記溝（５０４，５１０）を形成する工程は、マスク、好ましくはエッチングマスクを使用して前記基板（５００）のパターン形成を行う工程を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記溝（５０４，５１０）を形成する工程は、前記基板（５００）を前記エッチングマスクに暴露した後に、好ましくは等方性エッチング法により前記基板（５００）のエッチングを行う工程を備える、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
好ましくは拡散接合により、前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）を互いに一体接合する工程をさらに備える、請求項２６〜請求項２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）をその融解温度近く、または融解温度辺りに加熱し、加熱された前記フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）を互いに取り付け、取り付けられた前記フィルタ構造（２０６，２０８，２１０）を冷却することにより前記複数のフィルタ構造（２０６，２０８，２１０）を互いに接合する工程をさらに備える、請求項２６〜請求項３０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ、流体が流れる部材、試料分離装置、およびフィルタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフィにおいて、流体試料および溶離剤（液体移動相）をピストンポンプによりポンピングして、試料成分の分離が起こるカラムと導管とを通過させている。サンプルループにおいて、機械的に駆動可能な針により試料を流体経路内に注入する。前記駆動可能な針は前記サンプルループの台座からバイアル内に移動して流体を受け入れ、またバイアルから台座内へ戻るように制御可能である。
【０００３】
前記カラムは、流体分析物の相異なる成分を分離することが可能な材料を備えている。このような材料、所謂ビーズを導管によりカラム管内に詰めてもよく、前記ビーズはシリカゲルを備えていてもよく、前記カラム管は検出器、分留器、廃棄物等のその他の部品と下流で結合されていてもよい。
【０００４】
このような流体測定装置およびその他の流体測定装置において、例えばポンプのピストン室内における密封体の摩耗、切換え時における回転可能流体弁の摩耗、試料の母材内の固形物等のせいで、意図せずにデブリ（破片、残骸）が処理済み流体内に導入されてしまうことがある。したがって、流路内部のある位置にフィルタが導入される。フリットと称される特定のフィルタは、流体を通過させるがデブリ粒子を通過させない孔または内部間隙を有する焼結材料を用いて作成される。
【０００５】
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５は様々なフィルタ概念を開示している。
【０００６】
特許文献６は、未濾過流体用の流入口と、濾過済み流体用の流出口と、台板から突出しており前記台板の一体部品でありフィルタを跨いで互いに並置関係となるように少なくとも一列に形成されている複数の突出部と、前記突出部間に位置する複数の通路と、前記突出部および前記通路を覆うべく台板に固定可能な蓋板とを有する微細構造フィルタを開示している。前記通路は流入口から流出口まで複数の貫通路を形成している。前記流入口は、フィルタの略全幅にわたって延びておりフィルタの流出口側に位置する突出部と略同じ高さである未濾過流体用の細長い流入スロットを含む。
【０００７】
特許文献７は、細胞または細胞片等の温浸された天然由来物の試料を濾過することにより前記天然由来物から核酸等の細胞成分を単離する方法を開示している。前記方法は、フィルタを通過する試料の流動方向に沿って孔サイズが減少するフィルタに試料を通過させることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第０，２３１，４３２号明細書
【特許文献２】国際公開第９３／１１８６２号
【特許文献３】米国特許第５，３０４，４８７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，９８５，１６４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００７／１９９８７７号明細書
【特許文献６】米国特許第７，６４５，３８３号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００１／０４７９６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のフィルタでは、ある量のデブリがフィルタ上に溜まった場合に流路閉塞またはフィルタ閉塞に見舞われることがある。これにより、流体流動に望ましくない閉塞が生じる。部分的な閉塞の場合、機械的な力でこのようなフィルタが破損する程度まで圧力低下が増大することがある。
【００１０】
本発明の目的は、流路閉塞またはフィルタ閉塞が生じにくく、また使用容積の少ないフィルタを提供することにある。本発明の別の目的は、ある流路閉塞を許容可能な、強固または強力な構造を提供することにある。また別の目的は、容易な洗浄を援助すべく構築されたフィルタを提供することにある。
【００１１】
前記目的は本願の独立クレームにより解決される。また本願従属クレームにより更なる実施形態が示されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、試料分離装置の流体が流れる部材(fluidic member)内を流体の流動方向に沿って流動する流体を濾過してデブリを除去するフィルタが提供される。前記フィルタは、前記流体の流動方向に沿って積層されており、規定の孔サイズ（すなわち、任意のフィルタ構造層等の孔は同一であってもよいし、製作公差以内の違いを有していてもよく、特に平均値から５〜１０％以内の違いを有していてもよく、さらに特に平均値から２％以内の違いを有していてもよい）を持つ孔をそれぞれ有する複数のフィルタ構造（カップ形状要素等の非平面構造または層等）を備える。積層フィルタ構造の規定の孔サイズは前記流体の流動方向に沿って減少する。
【００１３】
別の実施形態によれば、試料分離装置内を流体の流動方向に沿って流動する流体を処理する流体が流れる部材が提供される。前記流体が流れる部材は、処理すべき流体が供給される流体流入口と、前記流体流入口に供給される流体を処理すべく構成された処理ユニットと、前記処理ユニットによる処理の後に流体が供給される流体流出口と、流体を濾過してデブリを除去するために上述の特徴を有しており前記流体流入口および前記流体流出口の間に配置されているフィルタとを備える。
【００１４】
また別の実施形態によれば、移動相内の試料流体の化合物を分離する試料分離装置が提供される。前記試料分離装置は、試料分離装置を通過するように前記移動相を駆動すべく構成された移動相駆動部、特にポンピングシステムと、前記移動相内の試料流体の化合物を分離すべく構成された分離ユニット、特にクロマトグラフィカラムと、前記試料流体および前記移動相のうち少なくとも一方を濾過してデブリを除去するために上述の特徴を有するフィルタとを備える。
【００１５】
さらに別の実施形態によれば、試料分離装置の流体が流れる部材内を流体の流動方向に沿って流動する流体を濾過してデブリを除去するフィルタの製造方法が提供される。前記方法は、複数のフィルタ構造（フィルタ構造層等）のそれぞれに規定の孔サイズを持つ孔を形成する工程と、積層フィルタ構造の規定の孔サイズが前記流体の流動方向に沿って減少するように流体の流動方向に沿って複数のフィルタ構造を積層する工程とを備える。
【００１６】
本願明細書において、「フィルタ」という言葉は、あるサイズより大きな粒子のフィルタ通過を防止することができるのに対して、このサイズより小さな粒子はフィルタを通過して流動することができる物理的構造を特に表していてもよい。フィルタを通過できる粒子であるか否かの分離限界粒径は孔サイズにより規定される。
【００１７】
本願明細書において、「フィルタ構造」、詳細には「フィルタ構造層」という言葉は、フィルタの一部を形成する、すなわちフィルタの全機能に機能的に寄与する物理的構成要素を特に表していてもよい。各フィルタ構造、詳細にはフィルタ構造層は規定の孔サイズを特徴としており、前記フィルタ構造、詳細にはフィルタ構造層は基本的に同じサイズを有する複数の、詳細には少なくとも１００個の孔を備える。そのため、フィルタ構造内に広いサイズ分布は存在しないが、これと対照的に、一つのフィルタ構造層および同じフィルタ構造層の相異なる孔の孔サイズは各フィルタ構造の製作公差およびその他の公差内で同一であるべきである。
【００１８】
本願明細書において、「孔」という言葉は、流動の軸内で案内しており各孔サイズより小さなサイズを有するデブリ粒子には孔を通過させる各フィルタ構造、詳細にはフィルタ構造層の固体母材内部の空所または凹部を特に表していてもよいのに対して、各孔サイズより大きなサイズを有するデブリ粒子は孔に補足されてもよい。近接するフィルタ構造の孔の少なくとも一部は互いに流体連通していることが望ましく、フィルタに、流体を通過させるフィルタを通して連続した流体経路を形成する。孔のサイズとは、流体の流動方向における孔の面積または直径を特に表していてもよく、各フィルタ構造における流体の流動方向に沿って一定であってもよい（または変化してもよい）。孔のサイズは、孔を通過して流動するデブリ粒子の分離限界粒径を規定する、フィルタ積層体の孔の寸法であってもよい。孔は直線構造であってもよく、またはより複雑な構造（湾曲または円弧状軌道等）を有していてもよいが、孔を通過するデブリと孔内に固着しているデブリとを区別する分離限界粒径を用いた規定サイズを常に有する。孔サイズの測定は例えば規定サイズのデブリを含有する流体を誘導して孔を通過させ、あるサイズの孔を通過することが可能なデブリ粒子の最大サイズを測定することにより現象学的に行ってもよいし、電子顕微鏡像を検査することにより行ってもよい。
【００１９】
本願明細書において、「積層される」という言葉は、様々なフィルタ構造、詳細にはフィルタ構造層が互いに接合され、流体の流動方向に沿って孔サイズが連続的または段階的に減少するようにある順序で配置されていることを特に表していてもよい。剛性または強度を向上させるため、そのような積層された層は、フィルタを横切る流路の実質的な部分がデブリにより流路閉塞された場合でもいくらかの圧力低下に対抗して保たれるように互いに固定または装着される。
【００２０】
本願明細書において、「デブリ」という言葉は、分析中の流体試料等の流体内の固体不純物を形成する任意の粒子を特に表していてもよい。デブリ粒子の寸法はその生成原因によって、また本発明の相異なる実施形態によって異なっていてもよいが、本発明の好適な一実施形態は、切換え可能な流体弁、高圧ポンプのピストン室内で往復運動を行うピストン、試料の母材における固形物等の摩耗からデブリが生じる液体クロマトグラフィシステムにおける流体の濾過に関する。このような技術的不純物は意図せずに流体内に導入されることがあり、続いてポンピングされた流体からフィルタにより除去することができる。
【００２１】
本願明細書において、「流体」という言葉は、デブリ等の固体粒子を適宜備えた任意の液体、気体、または液体と気体との混合物を特に表していてもよい。また特に、液体クロマトグラフィにおける分析物は液体である必要はなく、溶解固体、非溶解固体または溶解気体であってもよい。
【００２２】
本願明細書において、「流体の流動方向」という言葉は、動作中に流体経路に沿って搬送されるデブリを、詳細には駆動ポンプ等の駆動ユニットにより駆動されて流体が運ぶ実際の方向または目標の方向を特に表していてもよい。そのため、流体の流動方向という言葉は装置の通常ポンピング方向に関する。バックフラッシュ状態の場合、実際の流体は名目上の「流体の流動方向」に逆らって流動してもよい。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、流動流体を濾過してデブリを高性能かつ確定的に除去するフィルタ機能を提供することが可能なフィルタが提供される。
【００２４】
まず、積層フィルタ構造のそれぞれの孔サイズを精密に規定することにより、流体を濾過する際に高い再現性が見込まれる。そのため、フィルタ内での規定の孔サイズ配置およびその結果として生じる確定的なフィルタ特性を考慮して、相異なるフィルタにおけるフィルタ性能の統計的なばらつきを排除することができる。また、孔サイズが小さくなるにつれて流体はフィルタを通過して下流のより遠いところまで流動することから、デブリの分留的濾過（すなわち、デブリ粒子のサイズに関する選別）が得られるという利点がある。デブリの最大粒子はフィルタ構造の積層経路内の比較的早いフィルタ構造においてすでに除去されている。より小さなデブリ粒子は一連の積層フィルタ構造のより下流側に位置するフィルタ構造においてのみ流体から除去されることになる。この選別特性により、フィルタの上流部において基本的に全サイズの全デブリがフィルタに捕捉されるため孔の閉塞が生じるという従来フィルタによる望ましくない結果を防止することができる。
【００２５】
本発明の一実施形態に係るフィルタの別の利点は、上述の濾過処理時に蓄積したデブリによる負荷を取り除くためにフィルタに対して適宜バックフラッシュを行うことができることにある。簡易なバックフラッシュフロー・パルスにより、デブリの最大粒子は流体の流動方向の上流端においてすでにフィルタに捕獲されているためフィルタの孔網目から容易に抜き出されることになる。より小さなデブリ粒子に対しては、それぞれのデブリが捕捉されたより狭いフィルタ構造から離れた後にフィルタの近接するフィルタ構造層またはその他のフィルタ構造層の順次接合されたより大きな孔を通してデブリが容易に抜き出されることになるため、バックフラッシュによる除去も容易な作業である。このように、一方で規定孔寸法を組み合わせて、また流体の流動方向に沿って相異なるフィルタ構造の孔のサイズを段階的または略連続的に減少させることにより、上述の技術的利点を得ることが可能になる。バックフラッシュ時の移動粒子の経路または方向では、漏斗の外へ逆方向に移動する、といったものになる。
【００２６】
以下、フィルタの実施形態についてさらに説明する。しかしながら以下の実施形態は流体が流れる部材、試料分離装置、およびフィルタの製造方法にも適用する。
【００２７】
一実施形態において、前記複数のフィルタ構造層はシートの近接する主面において互いに接合されている。このようなシートは金属または高分子材料を用いて作成してもよい。このようなシートは例えば円板形状、ストライプ形状または四角形の薄板であってもよい。シートの各二つの主面は最大表面積を有するシートの対向面である。このようなシートを一時的または恒久的に互いに接合することにより、精密に規定された特性を有している一方で容易に製造することができ、またさらに特に流動方向において固く強固な構造であるフィルタが得られる。恒久的な接合は例えば焼結もしくは熱接合により、または適切な接着剤を用いて個々のシートを互いに付着させることにより達成してもよい。一時的な接合はシートを互いに固定する固定要素内部にシート積層体を配置することにより達成してもよい。これを、表面上に構築された要素（面ファスナー等）により支持することができる。
【００２８】
一実施形態において、前記複数のフィルタ構造層は一体形成された積層体として互いに接合されている。一体の積層体、すなわち多数フィルタ構造層の分離不可能な部品の形成により、フィルタは例えば圧力値１２００バールが生じることもある液体クロマトグラフィ用途に必要とされるような高圧用途に特に適したものになる。一体形成のおかげで、フィルタは非常に頑強となり、そうした高圧およびそれに関連する力に耐えるだろう。
【００２９】
一実施形態において、前記複数のフィルタ構造層の少なくとも一部は一つの均一な規定の孔サイズを持つ孔を有する。「均一な規定の孔サイズ」という言葉は、一つのフィルタ構造層の孔に単一の孔サイズのみが割り当てられていることを特に表していてもよい。そのため、このフィルタ構造層のすべての孔は技術的公差等（算術平均孔サイズに比して孔サイズの５％の製作公差等）に関してのみ異なる均一な規定の孔サイズを有することになる。この方法により、最終的なフィルタ積層体の高精度なフィルタ特性を得ることができるようになる。
【００３０】
一実施形態において、前記積層フィルタ構造の規定の孔サイズは流体の流動方向に沿って厳密かつ単調に減少する。このような実施形態において、各フィルタ構造は、このフィルタ構造の下流に設置されたすべてのフィルタ構造の孔より大きく、またこのフィルタ構造の上流に配置されたすべての孔より小さいという孔サイズ設計規則を満たす。
【００３１】
一実施形態において、前記積層フィルタ構造の規定の孔サイズは約０．５μｍから約１００μｍの範囲内にあり、詳細には２μｍから３０μｍの範囲内にある。各フィルタ構造層はある専用の孔サイズを有していてもよいが、この孔サイズはこの孔サイズのために定められたこれらの範囲、すなわち、ある孔サイズを選択可能な範囲内にあることになる。確かに、孔の正確な寸法または設計目標はフィルタの用途に依存する。
【００３２】
しかしながら高圧下で動作する流体分離システム、詳細には液体クロマトグラフィ分離用のフィルタに対しては、定められた範囲は特に有利であることがわかっている。高圧ポンプは、例えば、ある最小サイズの高分子ブロックまたはブリックである磨滅粒子を生成してもよく、この場合フィルタ孔は前記問題に適合するか、または任意の種類の不純物を除去するために比較的小さい最小孔を有するフィルタを退避側に留まるように具備していてもよい。
【００３３】
これと対照的に、クロマトグラフィ分離カラムの流出口において従来フリットの代替品としてフィルタを使用した場合、このようなカラム内のビーズがフィルタを通してカラムから流出することを確実に防ぐ必要がある。そのため、孔サイズをビーズのサイズより小さく、例えば最新の高速分離カラムにおいては１．８μｍより小さくするか、またはより大きなビーズがカラムに詰め込まれている場合には５μｍより小さくしてもよい。
【００３４】
３フィルタ構造から成るフィルタの一実施形態において、第１フィルタ構造の孔サイズは第２フィルタ構造の孔サイズより大きく、また後者は同様に第３フィルタ構造の孔サイズより大きいという境界条件のもと、第１フィルタ構造の孔サイズは５μｍから３０μｍの範囲内にあってもよく、第２フィルタ構造の孔サイズは３μｍから１０μｍの範囲内にあってもよく、第３フィルタ構造の孔サイズは０．５μｍから５μｍの範囲内にあってもよい。
【００３５】
一実施形態において、前記複数のフィルタ構造の少なくとも一部は基板を備える。前記基板の第１主面には第１方向に沿って延びている複数の長方形第１溝が設けられていてもよい。前記第１主面に対向する基板の第２主面には第２方向に沿って延びている複数の長方形第２溝が設けられていてもよい。前記第１溝および前記第２溝は、基板の貫通孔の配列を形成するような深さを基板内部に有していてもよい。一つの第１溝と一つの第２溝との各交点において、対応する貫通孔が後者を横切って基板に形成されて二つの対向する主面を接合している。前記貫通孔は規定の孔サイズを持つ孔を構成する。
【００３６】
本実施形態は各シートまたは各基板に対して再現可能な規定の孔サイズを保証するという点で特に有利である。同時に、基板の二つの対向する主面に対してパターン形成を行うことにより同一サイズの孔の２次元配置を形成するために基本的に一つのマスクのみを必要とすることから、無理なく製造することができる。このようなパターン形成は当業者に公知のようにリソグラフィとエッチングとの組み合わせにより行ってもよい。適切に選択された深さ（エッチング剤、エッチング時間等を調整することにより調整することができる）を持つ基板の二つの対向する面に直線状の溝（相異なる空間方向に沿って延びている、すなわち互いに対して角度を有する）に対してエッチングを行うだけで、規定寸法だけではなく、例えばマトリックス状の孔の規定順序配置も得ることができる。
【００３７】
一実施形態において、前記第１方向は前記第２方向に対して垂直である。この二方向のこのような垂直配置は、対応する構造を無理なくかつ高精度に形成することができ、また孔の整然としたマトリックス状のパターンをもたらすという利点を有する。
【００３８】
一実施形態において、前記第１溝および／または前記第２溝は基板において凹形状を有する。このような凹形状は等方性エッチング法を使用して達成してもよい。溝の凹形底部が互いに接合されて貫通孔を形成する場合、長方形断面を有するトレンチを生成する非等方性エッチングに比して比較的小さい寸法を有する孔を製造することもできる。これにより、特に小さなサイズのデブリを除去する用途に有利になり、結果として生じるフィルタをミクロ流体またはナノ流体の用途にも適したものにすることができる。
【００３９】
一実施形態において、複数のフィルタ構造層のうち相異なるフィルタの溝は少なくとも一つの幾何学パラメータに関して異なっているため、相異なるフィルタ構造層において相異なる規定の孔サイズを持つ孔を構成する。溝深さ、溝幅、溝同士の距離、隣接かつ対向する溝同士の角度関係、溝および基板に属するトレンチの形状等の幾何学溝パラメータを生成する際の設計または工程パラメータを調整するだけで、所望の孔サイズ分布を精密に予測し規定することができる。
【００４０】
一実施形態において、前記複数のフィルタ構造はメッシュワイヤを備えており、相異なるメッシュワイヤは相異なる値のメッシュ開口（孔を形成する）を有する。例えば、第１メッシュワイヤは第１方向に沿って延びていてもよく、第２メッシュワイヤは、前記第１方向とは異なっていてもよく詳細には第１方向に対して垂直であってもよい第２方向に沿って延びていてもよい。メッシュワイヤは、例えばメッシュワイヤの織網目を形成することにより、交点にて摩擦により互いに接合されていてもよい。しかしながら、付着、熱接合、または焼結等によりメッシュワイヤを交点で互いに恒久的に結合することも可能である。この方法では、近接するワイヤ間の異なる距離を選択することにより、および／または相異なるフィルタ構造に対する相異なるワイヤ厚さを使用することにより、相異なる開口の様々な平面状メッシュを形成してもよい。その後、相異なる開口を有するメッシュ配置を互いに積層してもよく、互いに接合することによりフィルタを形成してもよい。このようなメッシュ配置は寸法が小さいので非常に小型であってもよく、同時に各メッシュまたはフィルタ構造において精密に規定された孔サイズを提供してもよい。
【００４１】
さらに別の実施形態において、単一のパターン形成法により前記孔を基板に形成することが可能である。例えば対応するパターン形成マスクは、リソグラフィおよびエッチングにより除去されるドットの配置を備えていてもよく、これによりエッチングを行うべき基板の貫通孔を生成し、続いて孔を形成する。孔はレーザアブレーションのようなマイクロミリング動作により生成することができる。また別の実施形態において、規定寸法の犠牲構造を基板と一体化し、後に犠牲構造のみを除去し基板材料を除去しない選択的なエッチング法により除去してもよい。一実施例として、このような犠牲構造はカーボンナノワイヤ等のナノワイヤであってもよい。マイクロ技術およびナノ技術によるその他の用途は同様に整列された孔構造の形成に適用してもよい。
【００４２】
一実施形態において、複数のフィルタ構造は、相異なるサイズのカップ形状フィルタ構造を互いに交互配置することにより積層配置が形成されるように相異なるサイズを持つカップ形状である。様々なカップは、互いに接合されたときに間隙のない大きなカップ構造を形成するような寸法にしてあってもよい。カップ形状フィルタ構造の配置は、フィルタ構造が円筒状板等の底壁を有する幾何学構造に関する。この底板はカップ形状構造の側壁を形成する中空円筒状構造に接合されるか、または一体形成されている。フィルタ構造をカップ形状として設けることにより、複数のカップがともに塞がれてもよく、内部カップのサイズは外部カップのサイズよりも小さいという利点を有する。そのため、特に圧力の安定したフィルタ配置が提供されるであろう。このような配置では、より大きなサイズの孔はより小さな寸法を持つカップ形状構造に配置される。流体は続いてカップの内部からカップの外部へ流動する。
【００４３】
一実施形態において、前記複数のフィルタ構造は円板形状であり、同心円状に積層されて円筒状フィルタを形成する。円板形状フィルタ構造はその主面で互いに接合してもよい。
【００４４】
一実施形態において、前記フィルタは環状支持構造を備えており、前記複数のフィルタ構造は環状支持構造の凹部内部に固定されている。このような環状支持構造により、管理可能な方法でフィルタを提供することが可能になり、周囲の環状構造はフィルタ構造を機械的に支持するだけでなく流体分離システム等の装置にフィルタ部材を装着する装着設備としても機能する。
【００４５】
一実施形態において、前記フィルタは約６００バールより高い圧力、詳細には約１０００バールより高い圧力に対して耐性を持つべく構成されている。詳細には、前記フィルタは４００バールから１２００バールの圧力範囲、より詳細には８００バールから１２００バールの圧力範囲において動作可能である。そのため、フィルタは最新のクロマトグラフィに関する用途に適している。
【００４６】
以下、流体が流れる部材の更なる実施形態を説明する。しかしながら以下の実施形態はフィルタ、試料分離装置、およびフィルタの製造方法にも適用する。
【００４７】
一実施形態において、前記流体が流れる部材は流体の化合物を分離すべく構成された分離ユニット、詳細にはクロマトグラフィカラムとして構成されており、前記フィルタは分離ユニットの流入口および／または流出口に配置されている。クロマトグラフィ分離カラムの流入口にはデブリを含まない純粋な流体を供給する必要がある。そのため、分離カラムの流入口には従来のフリットに代えて本発明の実施形態に係るフィルタを設けることができる。それに加えて、またはその代わりに、前記カラムの流出口には本発明の実施形態に係るフィルタを設けることによりカラム内部の分離ビーズがクロマトグラフィカラムから流出することを抑制することができる。そのため、このような流出口フィルタは、フィルタを通してビーズが流動して使用可能な孔サイズに影響を与えることを抑制する機能を有していてもよい。ビーズは、例えば寸法１．８μｍを有して、前記分離カラムの流出口におけるフィルタの孔がこの値よりも小さくなるようにしてもよい。
【００４８】
一実施形態において、前記流体が流れる部材は流体を駆動すべく構成された移動相駆動部、詳細にはポンピングシステムとして構成されており、前記フィルタは移動相駆動部の流出口に配置されている。このような高圧ポンプでは、ピストン室に設置された密閉部内部でピストンが往復運動を行うことによりポンピング室において小さな粒子の摩耗を引き起こし、この粒子は続いて意図せずに流体内に導入される。このようなポンピングユニットの流出口に実施形態に係るフィルタを設けることにより、連結された流体流路にデブリが入ることを防止することができる。
【００４９】
一実施形態において、前記流体が流れる部材は試料分離経路内に流体を注入する試料注入器として構成され、試料注入器は注入針および台座を備えており、注入針は流体を針と台座との間で案内するために台座内に選択的に挿入可能であり、注入針は台座の外へ選択的に移動可能であり、前記フィルタは試料注入器の流出口に配置されている。試料注入器内部では、分離カラムと移動相駆動部との間の経路により試料注入器を流体連結すべく配置することができる流体弁が回転することによりデブリを流体内に導入することができる。前記試料流体自身は、試料母材の一部であってもよく、それまでの処理工程から生じる固体粒子またはマクロ種を含有することがある。そのため、このような位置に本発明の実施形態に係るフィルタを設けることは同様の利点を有する。
【００５０】
一実施形態において、前記流体が流れる部材は、試料分離経路内に流体を注入する試料注入器用の流量調整ポンプ、流体の分離された化合物を検出すべく構成された検出器、流体の分離された化合物を回収すべく構成された回収ユニット、流体の脱気を行う脱気部、および／またはピストン室と前記ピストン室内部で往復運動を行うべく構成されたピストンとを有するピストンポンプとして構成されている。流量調整ポンプにおいても高圧が発生することがあり、摩耗法または摩擦法によりデブリが形成されることがある。そのため、このような流量調整ポンプまたは注射器に本発明の実施形態に係るフィルタを設けることは利点を有する。
【００５１】
一実施形態において、前記流体が流れる部材は、デブリにより目詰まりした場合に例えば周期的に、または時々フィルタに対してバックフラッシュを行うべく構成されたバックフラッシュユニットを備える。前記バックフラッシュユニットは流体の流動方向とは逆に流動するフラッシュ流体を用いて目詰まりしたフィルタに対してフラッシュを行うべく構成されていてもよい。バックフラッシュを行うことにより、すなわち流体パルスを流体の流動方向とは逆方向にポンピングしてフィルタを通過させることによりフィルタを効率よく洗浄することができることは本発明の実施形態の特に大きな利点である。流体の流動方向に沿って孔サイズが減少する積層フィルタ構造層の配置のおかげで、バックフラッシュは、連続的に大きくなる孔にデブリが達する方向に捕捉されたデブリのフラッシングを行うことにより、例えばフリット構造から作られた従来のフィルタに比して効率よくフィルタ洗浄を行うことができる。
【００５２】
以下、試料分離装置の更なる実施形態を説明する。しかしながら、以下の実施形態はフィルタ、流体が流れる部材、およびフィルタの製造方法にも適用する。
【００５３】
一実施形態において、前記流体分離装置はオートサンプラ装置、分留装置、連結されている測定環境において測定を行う測定装置、少なくとも一つの物理的、化学的または生物学的パラメータを測定する測定装置、流体試料の測定を行う測定装置、センサ装置、化学的、生物学的および／または薬学的分析用装置、およびクロマトグラフィ装置（液体クロマトグラフィ装置またはガスクロマトグラフィ装置等）から成る群のうち少なくとも一つとして構成される。
【００５４】
前記流体分離装置は流体をポンピングして前記システムを通過させるポンプを備えていてもよい。流体をバイアルから針内に、さらに細管に吸い込んでもよい。ポンプとしてはピストンポンプ、蠕動ポンプ、渦巻ポンプ、膜ポンプ等を実装してもよい。
【００５５】
前記流体分離装置は流体試料を操作するサンプルループを備えていてもよい。このようなサンプルループは液体クロマトグラフィ装置の一部であってもよく、サンプルループの台座から旋回して流体容器内に浸漬することが可能な細管の端部において針を介してサンプルループ内に試料を注入することを可能にしてもよい。流体を取り込んだ後に針を台座内に戻して、注入された流体をサンプルループを介して流体分離用クロマトグラフィカラム上に導入することができる。このような液体分離は続いて、勾配を流れることによりクロマトグラフィカラム上に捕捉される試料の相異なる留分を別々に遊離させて行ってもよく、このとき変動する組成を持つ溶媒をクロマトグラフィカラムを通して案内してもよい。
【００５６】
したがって、実施形態は液体クロマトグラフィ装置の試料注入モジュールにおいて実施してもよく、前記試料注入モジュールは流体容器から試料を取り込んでもよく、このような試料を導管内に注入して分離カラムに供給してもよい。このとき、試料は例えば常圧から例えば数百バールまたは１０００バール以上もの高圧に圧縮してもよい。オートサンプラは試料をバイアルからサンプルループ内に自動注入してもよい。前記オートサンプラの先端または針は流体容器内に浸漬してもよく、流体を細管内に吸い込んでもよく、続いてサンプルループの台座内に戻って例えば切換え可能な流体弁を介して液体クロマトグラフィ装置の試料分離部に向けて流体を注入してもよい。
【００５７】
一実施形態において、前記流体分離装置は細管と流体連通している装置内に流体試料を注入するオートサンプラとして構成されるか、または備えていてもよい。このようなオートサンプラは、例えば相異なるバイアルを制御する専用機構に従って特定の方法で流体を自動操作することを可能にして特定の試料組成を調整してもよい装置またはモジュールであってもよい。
【００５８】
一実施形態において、オートサンプラにより実現される上述の装置はクロマトグラフィカラムであってもよい。そのため、オートサンプラは試料を取り込んでもよく、前記試料を試料分離用クロマトグラフィカラムに向けて注入してもよい。
【００５９】
前記流体分離装置は分離材料を充填した処理要素（クロマトグラフィカラム等）と協働するか、または含んでいてもよい。固定相と呼ばれてもよいこのような分離材料は、試料との相互作用の度合いを調整することを可能にしてこのような試料の相異なる成分を分離することができる任意の材料であってもよい。分離材料はポリスチレン、ゼオライト、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、高分子粉体、二酸化ケイ素およびシリカゲル、またはこれらの表面に化学修飾（被覆、キャッピング等）を行ったものから成る群のうち少なくとも一つを備えた液体クロマトグラフィカラム充填材料または詰め込み材料であってもよい。しかしながら、例えば分析物の留分と詰め込み材料との間の異種の相互作用または親和力によって、この材料を通過する分析物を相異なる成分に分離することを可能にする材料特性を有する任意の詰め込み材料を使用することもできる。
【００６０】
前記処理要素の少なくとも一部には流体分離材料が充填されていてもよく、前記流体分離材料は本質的に１μｍから本質的に５０μｍの範囲内のサイズを有するビーズを備えていてもよい。このように前記ビーズは小粒子であってもよく、マイクロ流体装置の分離部内部に充填されていてもよい。前記ビーズは本質的に０．０１μｍから本質的に０．２μｍの範囲内のサイズを有する孔を有していてもよい。前記流体試料は孔を通過してもよく、前記流体試料と孔との間に相互作用が生じてもよい。
【００６１】
前記流体分離装置は試料の成分を分離すべく構成されていてもよい。流体試料を含んだ移動相が例えば高圧で前記流体装置を通過するとき、カラムの充填物と流体試料との間の相互作用は、液体クロマトグラフィ装置において行われるように試料の相異なる成分の分離を可能にする。
【００６２】
しかしながら、前記分析システムは流体試料を精製する流体精製システムとして構成されていてもよい。流体試料の相異なる留分の空間分離を行うことにより多成分試料、例えばタンパク質溶液を精製してもよい。タンパク質溶液を生化学研究室で作製した場合、前記溶液は未だ複数の成分を備えている。この多成分液体のうち例えば単一のタンパク質のみが研究対象である場合、この試料を前記カラムを通して送ってもよい。相異なるタンパク質留分がカラムの充填物と相異なる相互作用を行うことによって、相異なる試料を区別し、一つの試料または試料群を精製試料として選択的に単離してもよい。
【００６３】
液体移動相の代わりに、気体移動相または固体粒子を含む移動相を前記流体分離装置を使用して処理してもよい。また、相異なる層（固体、液体、気体）の混合物である材料を実施形態を使用して処理してもよい。前記流体分離装置は高圧下で、詳細には６００バール以上で、より詳細には１２００バール以上で前記システムを通して前記移動相を案内すべく構成されていてもよい。
【００６４】
前記分析システムはマイクロ流体装置として構成してもよい。「マイクロ流体装置」という言葉は、５００μｍより小さい、詳細には２００μｍより小さい、より詳細には１００μｍより小さい、または５０μｍ以下の規模の寸法を有するマイクロチャネルを通して流体を搬送することを可能にする、本書記載の流体装置を特に表していてもよい。前記分析システムはナノ流体装置として構成されていてもよい。「ナノ流体装置」という言葉は、１００ｎｌ／分より遅い、詳細には１０ｎｌ／分より遅い流速を持つナノチャネルを通して流体を搬送することを可能とする、本書記載の流体装置を特に表していてもよい。
【００６５】
弁への流体入力流動を弁からの複数の交互の出力流動のうち一つに選択的に送り出す多方向切換弁を設けていてもよい。このような回転弁は弁回転子を固定弁固定子に対して個々の角度位置まで回転することにより流体の流動方向を決定してもよい。二重回転弁は一つの弁体に二つの弁を設け、この二つの弁はともに弁回転子の位置決めにより同時に操作される。このような回転切換弁は例えばＨＰＬＣおよびその他の分析方法に使用されて一または複数の流体の流れ方向を交互の経路に沿って分析装置または格納容器に決定する。
【００６６】
本発明の実施形態に伴う多くの利点や上述以外の目的は、添付図面に関連する実施形態の以下のより詳細な説明を参照することによりまもなく明らかにされ、よりよく理解されるであろう。実質的にまたは機能的に同一または同様の特徴には同じ参照符号を付すこととする。図面における図示は模式的である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）に使用される本発明の実施形態に係る液体分離装置を示す図である。
【図２】支持リングの凹部に装着された円筒状フィルタが液体を濾過してデブリを除去するために設けられている、流体が流れる部材を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るカップ形状フィルタを有する流体が流れる部材を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るペレット形状フィルタが実装されている流体経路を示す図である。
【図５Ａ】規定の孔サイズの孔の規則性パターンを持つ本発明の実施形態に係るフィルタ用フィルタ構造の断面図を示す。
【図５Ｂ】前記フィルタ構造の平面図を示す。
【図５Ｃ】前記フィルタ構造の底面図を示す。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係るフィルタ用土台として金属材料を用いて作成され相異なる孔サイズを提供する第１マイクロパターン形成シートを示す図である。
【図６Ｂ】同様の第２マイクロパターン形成シートを示す図である。
【図６Ｃ】同様の第３マイクロパターン形成シートを示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る漏斗様のフィルタ特性をもたらす相異なる孔サイズを持つ３フィルタ構造を有するフィルタを示す図である。
【図８Ａ】大きなメッシュ開口を持つメッシュを示す図である。
【図８Ｂ】中程度のメッシュ開口を持つメッシュを示す図である。
【図８Ｃ】小さなメッシュ開口を持つメッシュを示す図であり、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃのメッシュは本発明の実施形態に係るフィルタを形成すべく互いに接合可能である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
本発明の実施形態は、３次元構造における液体の濾過、詳細には設計されたフィルタにおいて徐々に縮小する孔サイズを実装する工程に関する。本発明の実施形態を詳述する前に、本発明の実施形態が発展する基となった本発明者の基本的な考えを要約する。
【００６９】
勾配液体クロマトグラフィ（ＬＣ）システムにおいてはしばしば、圧力に逆らってポンピングしながら洗浄液を分配するとともに可能な限り低遅延量を有するよう求められる。近年、最新のＵＨＰＬＣシステムではこのような要求が絶えず増大している。ピーク容量（時間間隔あたりのピーク総数）を増加させるためには、より小サイズの詰め込み材料、より小さなカラム、分離時の溶質のより速い線速度、より速い組成勾配、より長い分離台等のようにいくつかのパラメータを最適化してもよい。一方ではより高い圧力に対する必要性が増加し、他方では全流量をさらに減らすことが求められている。
【００７０】
流量が非常に低減された体系では流れにおける任意の残留物の量がより有意なものとなり、しばしばＬＣシステムの性能を制限してしまう。圧力に逆らって流体を駆動するためにピストンポンプを使用するため密封体の摩耗を生じることが多く、ついには分離カラムを傷めることがある。高価な部品を保護するためにある種の保護フリットをカラムの上流で使用したとしても、すぐに流路閉塞が起きてしまう。分析での使用の中断と頑強性の制限のせいで、所有コストが増加する。流動液体から汚れおよびデブリを取り除くために濾紙を使用することも可能ではあるが、高圧により容易に破損が生じることがある。長い間、ポンピングシステムの流出口のどこかにフィルタフリットを追加するのが一般的だったが、このようなフィルタにはしばしば強力に結合した圧縮粒の塊が生成される。フィルタフリットは任意の構造であるが、あらゆるサイズを持つ。
【００７１】
さて、容積の低減を図るため、直径および／または厚さを低減してもよいが、どちらも重大な欠点を有する。直径を低減すると、汚れ粒子の回収を行うことが可能な面積も低減する。フリット構造の厚さを低減すると、より大きなデブリまたは粒子を通過させるより大きな孔開口を有することになるという様々な危険性を増加させる。
【００７２】
濾し器または布メッシュ構造の共通の問題は、容量が限定されている点にある。フィルタ領域に汚れが堆積し、まもなく圧力下で崩れて直ちに流れの妨げとなる。このような場合、急速に力が強まり続いてメッシュの破断を引き起こす。このような場合、回収された汚れは流路の突然の漏出を引き起こし、ひいては下流の部品に重大な損失を引き起こす。
【００７３】
本発明の一実施形態では、以下の両方の寸法で作動する設計された３次元構造において孔サイズを徐々に減少させることができる：Ａ）一方では、規定均質孔サイズを有することができ、厚さが連続して孔をランダム化する必要の無いように最小孔サイズを最大許容粒子に正確に一致させることができる。Ｂ）他方では、デブリを格納する空間が豊富にある（上面が作動空間であるだけでなく、３次元構造のおかげで、圧力が上昇する前により多くの汚れをフィルタ内に留めることができる）。
【００７４】
また、本発明の実施形態は、汚れおよびデブリが充分な量の濾し層に衝突する前に選別され、個々の層の間に汚れまたはデブリ粒子周辺の流動を迂回させるであろう放射状流路があり、フィルタ内で汚れが溜まるにつれて圧力低下が徐々に増加し汚れの堆積物が崩れることを避けるかまたは少なくとも大きく減少させ（圧力増加を監視することによりフィルタが完全に目詰まりする前にユーザにバックフラッシュを促す）、積層構造の、ある種の漏斗様挙動によりバックフラッシュが援助されるという更なる利点を有する。
【００７５】
さて、図面をより詳細に参照して、図１は液体分離装置１０の全体模式図を描いている。
【００７６】
ポンプ２０は、脱気することにより移動相に溶解している気体の量を減少させる脱気部２７を介して溶媒供給部２５から移動相を受け入れる。前記ポンプ２０は移動相駆動部として移動相を駆動して、固定相を備えた分離装置３０（クロマトグラフィカラム等）を通過させる。
【００７７】
試料採取ユニット４０（図１に模式的に描かれている針／台座配置を有する）は、試料流体を前記移動相に委ね(subject)または添加する（しばしば試料導入と呼ばれる）ために前記ポンプ２０と前記分離装置３０との間に設けられている。
【００７８】
分離装置３０の固定相は試料液体の化合物を分離すべく構成されている。試料流体の分離された化合物を検出するために検出器５０を設けてある。試料流体の分離された化合物を排出すべく分留ユニット６０を設けることができる。
【００７９】
前記移動相は１種類の溶媒のみを備えることもできるし、また複数種類の溶媒から混合してもよい。このような混合は低圧混合でありポンプ２０の上流に設けられてもよく、ポンプ２０は混合された溶媒をすでに移動相として受け入れてポンピングしてもよい。
【００８０】
あるいは、ポンプ２０は複数の個別のポンプユニットを備えていてもよく、複数のポンプユニットがそれぞれ相異なる溶媒または混合物を受け入れてポンピングを行い移動相の混合（分離装置３０により受け入れられる）がポンプ２０（またはその一部）の下流において高圧下で生じてもよい。移動相の組成物（混合物）は経時的に一定に保たれる所謂アイソクラティック(isocratic)モードに保たれてもよいし、経時的に変動する所謂グラジエント(gradient)モードに保たれてもよい。
【００８１】
データ処理ユニット７０は、従来のＰＣまたはワークステーションを用いて構成されていてもよく、情報を受信するため、および／または動作を制御するために液体分離システム１０の一または複数の装置と連結（点線矢符により表されている）されていてもよい。データ処理ユニット７０は例えばポンプ２０（例えば設定制御パラメータ）の動作を制御し、そこから実際の動作状態（例えばポンプの流出口における排出圧力、流速等）に関する情報を受信する。データ処理ユニット７０はまた溶媒供給部２５（例えば供給すべき溶媒または溶媒混合物を設定）および／または脱気部２７（例えば真空準位等の制御パラメータを設定）の動作を制御してもよく、そこから実際の動作状態（経時的に供給される溶媒組成物、流速、真空準位等）に関する情報を受信してもよい。データ処理ユニット７０はさらに試料採取ユニット４０の動作を制御（例えばポンプ２０の状態を操作して試料注入または同期試料注入を制御）してもよい。
【００８２】
分離装置３０はまたデータ処理ユニット７０により制御（例えば特定の流路またはカラムを選択、動作温度を設定等）され、次に情報（例えば動作状態）をデータ処理ユニット７０に送信してもよい。したがって、検出器５０はデータ処理ユニット７０により（例えばスペクトルまたは波長設定、設定時定数、開始／停止データ取得に関して）制御され、情報（例えば検出された試料化合物について）をデータ処理ユニット７０に送信してもよい。データ処理ユニット７０はまた分留ユニット６０の動作を（例えば検出器５０から受信したデータと併せて）制御し、データを戻してもよい。
【００８３】
図１は液体クロマトグラフィシステム１０の流体経路内部の様々な位置におけるフィルタ２００を模式的に示している。詳細には、図１に模式的に示されているように、実施形態に係るフィルタ２００は分離カラム３０の流入口および流出口、ポンプ２０の流出口、および試料注入器４０に設けられていてもよい。しかしながら、他の位置にフィルタ２００を配することも同様に可能である。
【００８４】
図１はさらに、分離カラム３０に割り当てられたフィルタ２００がデブリにより目詰まりした場合にこのフィルタ２００に対してバックフラッシュを行うべく構成されたバックフラッシュポンプ９５を示している。バックフラッシュ法を作動させるためには、流体が液体クロマトグラフィシステム１０の通常動作（すなわち試料分離モード）時にポンピングされる通常流体の流動方向２０２とは逆方向にバックフラッシュポンプ９５により流体をポンピングして分離カラム３０に対してバックフラッシュを行うようにスイッチ３３，３５の切換えを行う。すなわち、ポンプ２０は流体の成分分離時には通常流体の流動方向２０２に沿って（すなわち流入口９１から流出口９３へ）流体をポンピングし、バックフラッシュポンプ９５は本発明の実施形態に係るそれぞれのフィルタ２００を洗浄するバックフラッシュモード時には通常流体の流動方向２０２と逆方向かつ後方に（すなわち流出口９３から流入口９１へ）流体をポンピングする。
【００８５】
図２は、デブリを有する液体試料が流体流出口２５６に向けて流動する際に通過する流体流入口２５４を有する流体が流れる部材２０４を示している。流動方向は参照符号２０２により示されている。流体流入チャネル２５４は第１ハウジング部２５０内部に形成されているのに対して、流体流出チャネル２５６は第２ハウジング部２５２内部に形成されている。第１ハウジング部２５０と第２ハウジング部２５２との間には、本発明の実施形態に係るフィルタ２００を収容する間隙が設けられている。
【００８６】
フィルタ２００は流体が流れる部材２０４内部を流体の流動方向２０２に沿って流動する液体を濾過して磨滅もしくは摩耗粒子またはその他の工業不純物等のデブリを除去すべく構成されている。フィルタは流体の流動方向２０２に沿って積層され一体形成された第１フィルタ構造２０６、第２フィルタ構造２０８および第３フィルタ構造２１０を備える。各フィルタ構造２０６，２０８，２１０は割り当てられた規定の孔サイズを有する。
【００８７】
すなわち、第１フィルタ部２０６の母材材料２７３により囲まれた孔２７１は第１サイズｄ１を有し、近接する第２フィルタ構造２０８の母材材料２７７により囲まれた孔２７５は第２孔サイズｄ２を有し、第３フィルタ構造２１０の母材材料２８１により囲まれた孔２７９は第３サイズｄ３（図２の詳細図２５５参照）を有する。前記第１サイズｄ１は第２サイズｄ２より大きく、また第２サイズｄ２は第３サイズｄ３より大きい。そのため、積層フィルタ構造２０６，２０８，２１０の規定の孔サイズｄ１、ｄ２、ｄ３は流体の流動方向２０２に沿って減少する。
【００８８】
その結果、流体の流動方向２０２に沿って流動する液体はまず最大孔２７１を有する第１フィルタ構造２０６において濾過されて、デブリのうち最大粒子のみがここで捕捉される。より小さな残留デブリを含む残りの液体はさらに、残留デブリ粒子のうちより大きいものが除去される中間フィルタ構造２０８に向けて移動することになる。続いて最小孔２７９を持つ第３フィルタ構造２１０において、最小デブリ粒子が除去されてデブリ寸法に関するデブリの選択的選別および除去がフィルタ２００により行われる。
【００８９】
フィルタ構造２０６，２０８，２１０は、焼結処理で互いに接合され一体構造を形成している孔２７１，２７５，２７９のパターンを持つ金属層である。各フィルタ構造２０６，２０８，２１０は円板形状または円筒状板として実現することができる。続いてフィルタ構造２０６，２０８，２１０のペレット様配置を角度支持構造２２０内に（例えば付着）挿入することができる。そのため、部品２０６，２０８，２１０，２２０から有形部材が形成される。
【００９０】
図２の実施形態において、第１フィルタ構造２０６の孔２７１は寸法３０μｍを有し、第２フィルタ構造２０８の孔２７５は寸法１０μｍを有し、第３層構造２１０の孔２７９は寸法２μｍを有する。
【００９１】
図２の配置は、例えば液体クロマトグラフィ装置の試料注入器の流出口におけるフィルタとして、または液体クロマトグラフィ装置の分離カラムの流入口におけるフィルタとして実装してもよい。
【００９２】
図３は本発明の別の実施形態に係る流体が流れる部材３００を示している。第１ハウジング部３２２内に形成された流体流入チャネル３２０を介して流体を部材３００内に導入する。第２ハウジング部３２４は第１ハウジング部３２２に取り付けられており、流体が案内されて通過する流体流出チャネル３２６を有する。ハウジング部３２２，３２４は、本発明の別の実施形態に係るフィルタ２００が充填される中空空間を取り囲む。
【００９３】
図３の実施形態において、ここでも３（任意の数が可能である）フィルタ構造３０６，３０８，３１０を互いに接合して、孔サイズ列が流体の流動方向に沿って、すなわち流体流入チャネル３２０からフィルタ２００を介して流体流出チャネル３２６に流動する流体の方向に沿って単調に減少する一体構造を形成する。３層構造３０６，３０８，３１０はいずれも、同心円軸を持って互いに積層されたカップ形状要素として形成されている。そのため、流体流入チャネル３２０の端部に存在する流体はカップ形状フィルタ２００を通して移動し、そのため効率よく濾過されることになる。
【００９４】
図３の配置は例えば、液体クロマトグラフィ装置の移動相駆動部（すなわち高圧ポンプ）の流出口におけるフィルタとして実装されてもよい。
【００９５】
図４は本発明のさらに別の実施形態に係るフィルタ２００を示している。ここで、板４００は、互いに平行に配置された凹板４０２とともに流体経路を画定する。板４００，４０２間に形成されている間隙は流体流入チャネル４０４を構成する。流体流出チャネルは凹板４０２内部で凹部４０６により画定される。流体流入チャネル４０４と流体流出チャネル４０６との間にはフィルタ２００が挟まれている。このフィルタ２００は二つの層構造のみ、すなわち第１層構造４１０および第２層構造４０８から形成されており、第１層構造４１０は第２フィルタ構造４０８の孔より大きな孔を有する。ここで、流動方向は第１層構造４１０から第２層構造４０８に向かう方向である。
【００９６】
一般的に、本発明の相異なる実施形態は、大幅に異なる数の、接合されてフィルタを形成する層構造を使用して実施されてもよい。この数は例えば２から２０までの範囲内、より詳細には２から８までの範囲内であってもよい。いくつかの実施形態では、３層、４層または５層構造が接合されてフィルタを形成する。
【００９７】
図５Ａないし図５Ｃは、層構造内部に正確に規定された一つだけのサイズの孔を有する、フィルタ用土台としての層構造が形成される様子を図示している。
【００９８】
図５Ａは、対応する孔が形成されている金属板等の基板５００の断面図を示している。また、電気絶縁体または半導体基板を使用してもよい。
【００９９】
図５Ｂは、基板５００の下主面５０８の底面図を示している。
【０１００】
図５Ｃは、基板５００の上主面５０２の上面図を示している。
【０１０１】
図５Ａから明らかなように、基板５００の上主面５０２には、図５Ｃにおいても示されているように水平第１方向５０６に沿って延びている複数の長方形第１溝５０４が設けられている。上主面５０２に対向する基板５００の下主面５０８には、図５Ｂ参照のように、これも水平である第２方向５１２に沿って延びている複数の長方形第２溝５１０が設けられている。第１方向５０６および第２方向５１２は本質的に互いに垂直である。
【０１０２】
第１溝５０４および第２溝５１０は、第１溝５０４と第２溝５１０との交点に基板５００の貫通孔５５０の配列を形成するように基板５００内部にそれぞれ深さｂ１，ｂ２を有する。したがって、貫通孔５５０は規定の孔サイズを持つ孔を構成する。特に図５Ａから明らかなように、溝５０４，５１０は凹形状を有しており、凹形状溝５０４，５１０のみの底部の交点により孔が画定されている。
【０１０３】
溝５０４，５１０は従来のマスクを使用してパターン形成およびエッチング法を行うことにより形成することができる。溝５０４，５１０の深さｂ１，ｂ２は１０μｍ代の値であり、非常に簡易なリソグラフィ法を実施することができる。
【０１０４】
しかしながら、図５Ａないし図５Ｃに示されているタイプの多数シートを相異なる孔サイズを用いて製造した後、これらの相異なるシートは例えば接着、溶着、熱接合または焼結により互いに接合される。例えば金属基板５００を融点近くまたは融点以上に加熱し、それぞれの基板５００の表面の溶融を開始させてもよい。この状態において、パターン形成された基板５００をともに圧着し、続いて冷却することにより、本発明の実施形態に係る一体フィルタを形成してもよい。
【０１０５】
図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは孔６００，６２０および６４０を持つ、上述のようにそれぞれ処理された３枚の板６０２，６２２および６４２を示している。３枚の板６０２，６２２および６４２を互いに接合することにより長方形の外形を持つフィルタ部が形成される。
【０１０６】
図７は、３フィルタ構造２０６，２０８，２１０が孔サイズｐ１＞ｐ２＞ｐ３を持って液圧流動方向に沿って連続的に積層されており、各層構造２０６，２０８，２１０がそれぞれただ一つの均一な規定の孔サイズｐ１，ｐ２およびｐ３を有する本発明の別の実施形態のフィルタを示している。そのため、濾過性能に関して一種の漏斗構造７００を得ることができる。
【０１０７】
図８Ａないし図８Ｃはそれぞれ垂直に交わるメッシュワイヤ８０２，８０４，８２２，８２４および８４２，８４４により画定されたメッシュ８００，８２０，８４０を示している。図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃから明らかなように、メッシュ８００，８２０，８４０のメッシュ開口ａ１＞ａ２＞ａ３は、近接するワイヤ８０２／８０４、８２２／８２４および８４２／８４４間の異なる距離を考慮して互いに異なるように選択される。メッシュ８００，８２０，８４０を例えば熱接合で接合することにより、メッシュ８００を流動流体に関してフィルタの上流端に配置しメッシュ８４０を下流端に配置しメッシュ８２０をメッシュ８００と８４０との間に挟むように配置した場合に規定の孔サイズが単調に減少する本発明の別の実施形態に係るフィルタが生成されることになる。
【０１０８】
なお、本明細書で「備える」という言葉は、他の要素または特徴を除外するものではなく、また「一つの」という言葉は複数性を除外するものではない。また相異なる実施形態に関連して説明した要素を組み合わせてもよい。また、特許請求の範囲における参照符号は特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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