(57)【要約】本発明は、光学検出方法のための集積光学ポリマー光導波路を有する、微細構造を有する小型ポリマー製分析システムと、その製造方法に関する。
2004501372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積光学ポリマー光導波路を含む、プレーナ型微細構造を有する小型ポリマー製分析ユニット。
【請求項２】
分析ユニットの基板（２）およびカバー（４）が、ＰＭＭＡからなることを特徴とする、請求項１に記載のプレーナ型微細構造を有する小型分析ユニット。
【請求項３】
基板が微細構造を有し、カバーが薄膜電極を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のプレーナ型微細構造を有する小型分析ユニット。
【請求項４】
集積光学ポリマー光導波路を含む、微細構造を有する小型ポリマー製分析ユニットの製造方法であって、
ａ）少なくとも２つの適当なポリマー製構成要素を備え、
ｂ）光学ポリマー光導波路を、少なくとも１つの構成要素に集積化し、
ｃ）構成要素を組み立てて、分析ユニットを形成することを特徴とする前記方法。
【請求項５】
ステップｂ）のポリマー光導波路の集積化を、多成分射出成形で実施することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ステップｃ）の構成要素の組立を、
ｉ）少なくとも１つの構成要素を、その構成要素の組立後に、微細構造加工によって製造されるチャネルシステムの内部が、接着剤で覆われることのないように、接着剤を塗布し、
ｉｉ）構成要素を調整し、
ｉｉｉ）構成要素どうしを合わせてプレスし、
ｉｉｉｉ）接着剤を硬化させることによって実施することを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
サンプルの光学分析用の、請求項１〜３のいずれかに対応する微細構造を有するポリマー製分析ユニットの使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光学検出方法用の集積光学ポリマー光導波路を含み、微細構造を有する小型ポリマー製分析システム、およびその製造方法に関する。
【０００２】
ミクロ流体分析は、特に毛細管電気泳動（ＣＥ）の分野で周知である。また、石英毛細管を使用する「古典的」ＣＥ、特にいわゆる「チップテクノロジ」（プレーナ（平面）型、微細構造を有する分析ユニットを使用する）は、特に多数の調査および開発の対象であった。
【０００３】
ＣＥにおいて非常によく用いられる検出方法は、例えば、光学吸収または蛍光検出である。ＵＶ領域の吸収測定は、短い光路長（毛細管の内径）による制約のために、感度に関して蛍光測定、特にレーザー誘導蛍光測定（ＬＩＦ）に大幅に劣っている。石英毛細管内における蛍光測定および吸収測定のための適当な装置については多数の記載がある。一般にこれらの装置に共通する特徴は、それらが光ファイバを経由して、光パワーを毛細管に、あるいは毛細管から直接的に導くことにある。欧州特許第０６１６２１１Ａ１では、例えば励起光が、比較的高い光屈折率を有する材料を通過して毛細管に供給される。蛍光光は、この毛細管に直接接続された光ファイバを介して、毛細管から検出器に供給される。
【０００４】
ハシモトら（Ｍ． Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ， Ｋ． Ｔｓｕｋａｇｏｓｈｉ， Ｒ． Ｎａｋａｊｉｍａ， Ｋ． Ｋｏｎｄｏ， “Ｃｏｍｐａｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｅｌｌ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｔｉｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ−ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”， Ｊ． ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ Ａ， ８３２， １９９９， １９１−２０２）は、同様に光ファイバーを用いて化学発光検出装置を製造しているが、しかしこれは、毛細管出力以前に直接取り付けたものである。代替手法として、光学エミッターおよびレシーバーを、毛管の前後にそれぞれ配置する方法がある。
【０００５】
プレーナ型微細構造を有する小型分析ユニットに使用するためには、上記の手法の両方とも、その適正は限られたものであり、それは光ファイバまたは、エミッターおよびレシーバーユニットを、チャネルの直近まで移動させるのは困難であるためである。
したがってチップＣＥ検出方法は、レーザー誘起蛍光測定を用いて実施される。この目的で、レーザー光は、自由空間光学システムを介して流体チャネルに焦点が当てられ、同様に自由空間光学システムを用いて発光が測定される。しかし、これはプレーナ型微細構造を有する分析装置にとって分析方法に対する大きな制約であることを意味する。
【０００６】
したがって本発明の目的は、例えば吸収測定などのその他の検出方法を、プレーナ型面微細構造を有する小型分析ユニットで利用可能にすることである。
光パワーは、製造工程中に光導波路を分析ユニット中に直接集積化することによって、光ファイバを介して分析装置のチャネルに直接供給するか、またはそこから取り出すことが可能であることがわかっている。システムから、またはシステムへの光パワーの供給または出力は、したがって簡単な方法で確保することができる。ここでのミクロ流体構造は、光学構造と直接または間接に接触させることができる。微細構造を有するポリマー製システムの、その後の製造方法は、光学構造の製造と組み合わせることが可能であり、そうしない場合でも後者を阻害することがない。
【０００７】
本発明はしたがって、集積光学ポリマー光導波路を含む、プレーナ型微細構造を有する小型ポリマー製分析ユニットに関する。
好ましい一実施態様においては、分析装置の基板（２）およびカバー（４）はＰＭＭＡからなる。
好ましい一実施態様においては、基板が微細構造を有し、カバーが薄膜電極を有する。
【０００８】
本発明はまた、微細構造を有する、集積光学ポリマー光導波路を含む、小型ポリマー製分析ユニットの製造方法に関し、この方法においては、
ａ）適当なポリマー製構成要素を備え、
ｂ）光学ポリマー光導波路を、少なくとも１つの構成要素に集積化し、
ｃ）構成要素を組み立てて、分析装置を形成する。
好ましい一実施態様においては、ステップｂ）における、ポリマー光導波路の集積化は、多成分射出成形によって実施する。
【０００９】
好ましい一実施態様においては、ステップｃ）における構成要素の組立は、
ｉ）少なくとも１つの構成要素を、その構成要素の組立後に、微細構造加工によって製造されるチャネルシステムの内部が、接着剤で覆われることのないように、接着剤を塗布し、
ｉｉ）構成要素を調整し、
ｉｉｉ）構成要素どうしを合わせてプレスし、
ｉｉｉｉ）接着剤を硬化させることによって、実施する。
本発明はまた、サンプルの光学分析用の集積光学ポリマー光導波路を含む、微細構造を有するポリマー製分析ユニットの使用に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
すべての図において、分析ユニットの構成要素は、以下の番号で示してある。  分析ユニットは、基板（２）およびカバー（４）とからなる。基板（２）は、チャネル構造（３）を有する。光学導波路は番号１で示す。電極を構成要素に付加する場合には、これらを７で示す。穴例えば流体接続用は５で表わす。図１、３、４、５、６および７において、図の部分Ａは基板を、部分Ｂはカバーを、部分Ｃは２つの構成要素である基板とカバーとを組み立てた分析ユニットを示す。さらに、図１、３、４、５および６は、それぞれ図の部分ＡまたはＣに示す軸Ｆに沿った側面図を示す。
その他の番号については、それぞれの図の説明において説明してある。
【００１１】
集積光学導波路と微細構造を有する流体分析ユニットの新規な組合せを、図１および２に略図で示してある。本発明の目的のためには、一般にプレーナ型微細構造を有する分析ユニットは、例えば基板およびカバーの少なくとも２つの構成要素からなる。すべての構成要素が微細構造、電極またはその他の付加的機能を有してもよい。しかし、分析システムは、少なくとも１つの構成要素の微細構造化によって形成される、少なくとも１つのチャネルシステムを含む。さらに、構成要素にはさらに、例えばバルブ、ポンプ、反応容器、検出器などの機能の集積化または接続のためのリセス、リザーバ、反応チャンバ、混合チャンバ、検出器などの構成要素に組み込んだ微細構造を含めることもできる。本発明による分析システムには、分析を実施するために必要な全ての機能を備えることができる。また本分析システムには、本発明によるチャネル構造、集積光導波路と、さらなる機能のための接続だけを含めることも可能である。この場合には、分析システムには、使用前にすべての必要な機能を提供する必要がある。本発明による微細構造を有する分析システムは、例えば小型マイクロ波または直流プラズマの場合には、ミクロ流体システム、すなわち液体システムおよび／またはプラズマプロセスの分析用としても役立つ。
【００１２】
図１に示すように、構成要素である基板２のみが、後で使用するチャネル（図の部分Ａ）用の微細構造リセスを含むことが好ましい。基板のオープン構造は、液密または気密方式で、第２の構成要素であるカバー４（図の部分Ｂ）によって密封される。電極がある場合には、通常それはカバーに付加する。微細構造チャネルは、通常は同様の方法で基板に集積される穴またはカットアウトを介して充填する。
【００１３】
分析ユニットの構成要素は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリスチレンもしくはＰＭＰ（ポリメチルペンテン）、シクロオレフィン系共重合体などの市販の熱可塑性プラスチック、または例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性プラスチックからなる。より好ましくは、システムのすべての構成要素、すなわち基板およびカバーを同一の材料で構成する。
【００１４】
光導波路１は、基板中に集積化するか（図１、５、６および７）、またはカバーに集積化することができる（図３および４）。導波路の形状は、広範囲に変更可能であり、チャネル構造の断面および結合条件（光源、検出器）に合致させることができる。例えば減衰および開口数などの導波路の光学的性質は、基板および／またはカバーの材料、ならびに導波路によって決まる。
図１に示す導波路の配設は、蛍光および吸収測定に特に好適であり、図３に示す配設は、例えば蛍光測定に特に好適である。
【００１５】
図２は、図１に対応する分析ユニット使用する吸収測定のレイパス（光線経路）を示す。光源１０から出発して、光パワーが導波路に導入される。導波路端面と光源との距離に応じて、また光源の発散に応じて、光の導入にレンズの追加が必要となる可能性がある。特に、ＬＥＤおよびＳＬＥＤの場合には、その発散が大きいために通常、レンズの使用が必要である。導波路から出る光パワーは、チャネル３内に位置する流体を通過した後に、検出器１１、通常は光電子倍増管を用いて検出される。
利用可能な導波路距離は、導波路および基板材料の吸収特性によって決まる。
【００１６】
蛍光計測については、導波路をチャネルの両側に配置してはならない。光の９０°反射または焦点絞りを可能にする鏡面またはレンズ表面を、注入成型技術を利用して導波路に同等に集積化することができる。これによって、様々な用途別に最適化すべき流体チャネルへの、またそれからの光パワーの供給と出力が可能となる。
【００１７】
チャネル３の蛍光は、導波路を介して励起に必要な光パワーを供給することによって励起することができる。しかし、励起光の大幅に少ない散乱光効果を、次いで検出用の光フィルタによってマスキング除去しなくてはならないために、埋め込まれた導波路の延びる方向に対して９０°の角度で供給するのがより好適である。
【００１８】
ポリマー製光導波路構成要素については、多数が公知である。これらには、光スプリッター、熱／光スイッチ、波長マルチプレクサーなどの単一モードおよび多重モードの集積光学構成要素に加えて、特にいわゆるＰＯＦ（ポリマー光ファイバ）が含まれる。集積光学構成要素の製造は、以下の多数の技術分野に分けることができる。
それは、フォトブリーチング（ｐｈｏｔｏｂｌｅａｃｈｉｎｇ）（Ｍ．Ｂ．Ｊ． Ｄｉｅｍｅｒ， Ｆ．Ｍ．Ｍ． Ｓｕｙｔｅｎ， Ｅ．Ｓ． Ｔｒｏｍｍｅｌ， Ａ． ＭｃＤｏｎａｃｈ， Ｊ．Ｍ． Ｃｏｐｅｌａｎｄ， Ｌ．Ｗ． Ｊｅｎｎｅｓｋｅｎｓ， Ｗ．Ｈ．Ｇ． Ｈｏｒｓｔｈｕｉｓ， “Ｐｈｏｔｏｉｎｄｕｃｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｌｙｍｅｒｓ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ２６， ３７９−３８０， １９９０． ／ ｖａｎ ｄｅｒ Ｖｏｒｓｔ ｅｔ ａｌ． ｉｎ “Ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｆｏｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃｓ”， （Ｅｄ． Ｌ．Ａ． Ｈｏｒｎａｋ）， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ Ｉｎｃ．， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， ３６５−３９５， １９９２）、
フォトロッキング（ｐｈｏｔｏｌｏｃｋｉｎｇ）（Ｅ．Ａ． Ｃｈａｎｄｒｏｓｓ， Ｃ．Ａ． Ｐｒｙｄｅ， Ｗ．Ｊ． Ｔｏｍｌｉｎｓｏｎ， Ｈ．Ｐ． Ｗｅｂｅｒ， “Ｐｈｏｔｏｌｏｃｋｉｎｇ ？ Ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ”， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ２４， ７２−７４， １９７４． ／ Ｂ．Ｌ． Ｂｏｏｔｈ， “Ｌｏｗ ｌｏｓｓ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒｓ，” Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎ． ７， １４４５−１４５３， １９８９）、
選択光重合（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ） （Ｒ．Ｒ． Ｋｒｃｈｎａｖｅｋ， Ｇ．Ｒ． Ｌａｌｋ， Ｄ．Ｈ． Ｈａｒｔｍａｎｎ， “Ｌａｓｅｒ ｄｉｒｅｃｔ ｗｒｉｔｉｎｇ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｐｉｎ−ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒｓ”， Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ６６ （１１）， ５１５６−５１６０， １９８９）、
反応イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）（Ｒ． Ｙｏｓｈｉｍｕｒａ， Ｍ． Ｈｉｋｉｔａ， Ｓ． Ｔｏｍａｒｕ， Ｓ． Ｉｍａｍｕａｒ， “Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｅｕｔｅｒａｔｅｄ ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ”， Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗ． Ｔｅｃｈｎ． １６ （６）， １０３０−１０３７， １９９８）、
複製技術（ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） （Ａ． Ｎｅｙｅｒ， Ｔ． Ｋｎｏｃｈｅ， Ｌ． Ｍｕｌｌｅｒ， “Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ−ｌｏｓｓ ｐｏｌｙｍｅｒ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｕｓｉｎｇ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｕｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ２９， ３９９−４０１， １９９３）、
その他の方法（Ｙ．Ｙ． Ｍａｒｕｏ， Ｓ． Ｓａｓａｋｉ， Ｔ． Ｔａｍａｍｕｒａ， “Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｗｒｉｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，” Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． １３， １７１８−１７２３， １９９５． ／ Ｒ． Ｍｏｏｓｂｕｒｇｅｒ， Ｋ． Ｐｅｔｅｒｍａｎｎ， “４ ｘ ４ ｄｉｇｉｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｍａｔｒｉｘ ｓｗｉｔｃｈ ｕｓｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｏｖｅｒｓｉｚｅｄ ｒｉｂ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，” ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔ． １０， ６８４−６８６， １９９８）である。
【００１９】
複製技術には、安価な光導波路構造の製造のための注入成型技術（例えば射出成形、熱間エンボス加工、反応注入成型）と接着方法との組合せが含まれる。したがって導波路は、ポリマー中のトレンチに、熱的（例えば反応注入成型によって）および光化学的（ＵＶ放射）方法の両方で重合させることのできる接着剤を充填して製造する。この方法で形成されるポリマーは、基板またはカバー材料よりも高い屈折率を有し、したがって光導波路が形成される。
【００２０】
別の方法として光導波路構成要素を製造するための２成分射出成型もあり、これまでは多重モード導波路を製造するための唯一好適な方法であった。この方法は、グロー（欧州特許第０４５１５４９Ａ２号）とフィッシャー（Ｄ． Ｆｉｓｃｈｅｒ， “Ｍｅｈｒｍｏｄｉｇｅ ｉｎｔｅｇｒｉｅｒｔｏｐｔｉｓｃｈｅ Ｗｅｌｌｅｎｌｅｉｔｅｒｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ ａｕｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｅｎ” ［Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｗｉｔｃｈｅｓ ｍａｄｅ ｆｒｏｍ ｐｏｌｙｍｅｒｓ］， Ｆｏｒｔｓｃｈｒｉｔｔ−Ｂｅｒｉｃｈｔｅ， ＶＤＩ Ｖｅｒｌａｇ， Ｓｅｒｉｅｓ １０， Ｎｏ． ４７７）に記載されている。この技術を用いることによって、導波路をカバーおよび基板の両方に組み入れることが可能である。
【００２１】
集積光学ポリマー光導波路を備える、本発明による分析ユニットの製造には、第１に適切な設計の構成要素を準備し、この構成要素の内の少なくとも１つは、微細構造とする。導波路を導入するために使用する方法に応じて、構成要素は、微細構造加工またはその他の予備処理によって、さらに光学構造の集積化に備えることもできる。この後に、光学ポリマー光導波路が集積化される。一般に、ポリマー光導波路は、構成要素の１つだけに集積化される。これらの構成養素は、続いて適当な方法、好ましくは接着方法によって組み立てられる。
【００２２】
光学ポリマー製構造を、微細構造を有するポリマー製分析ユニットの構成要素中に集積化することは、様々な方法で実行することができる。
１．）図５および６に示す製造
これらの図はさらに、検出用または流体移送（動電流（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ ｆｌｏｗ））用のパワー電極として、薄膜電極７との組合せを示している。射出成型、熱間エンボス加工または反応注型方法において、流体構造と光学構造（例えばＰＭＭＡ内のチャネル）の両方が、注入成型ステップにおいて、以下で基板と呼ぶポリマーサポート中に組み込まれる。次いで光学構造が、光導波路を導くために設けられたトレンチを、より高い光屈折率を有する材料で充填することによって、製作される。導波路構造を充填する際に、成型したニッケル板または類似の適当なデバイス６によって、通常は低粘度の接着剤から流体構造を保護する必要がある。
【００２３】
ニッケル板は、流体／光学構造をエンボス加工するための予備成型製作に応じて製作される。ここで、ＰＭＭＡ流体／光学構造の注入成型工程における収縮を確実に考慮する必要がある。この工法は、当業者には周知である。流体構造を保護するためのニッケル板が、光学接着剤に粘着しないようにするために、約０．１重量％のパルミチン酸を、剥離剤として接着剤に添加する。接着剤は、ニッケル板の充填穴および通風穴のいずれかを介して導入しなくてはならないが、基板内の開口も、適当であることがわかっている。接着剤は、通常は光化学的、または熱的に硬化させる。充填開口（ニッケル板内の開口）から突出する接着剤は、硬化後に簡単な研磨によって除去する必要がある。充填開口が基板内に配置されている場合には、再加工は不要であるが、その場合には導波路壁には、開口の直径の大きさのカットアウトがあるために、導波路の損失はわずかに増加する。
【００２４】
図５において、導波路は流体媒体と直接接触しており、より簡単にチップ外の光源および検出器と接続することができる。流体構造の保護のために成形ニッケル板が、接着剤が導波路トレンチ（図５の部分Ａ）から流出するのを防止するために外側縁を有する必要があることは不利である。図６に示す導波路トレンチは、流体チャネルの手前、約２０〜５０μｍ、かつ同様にチップ外側端の手前２０〜５０μｍで、終端している。この種の導波路トレンチの充填は、実質的に問題がない。この配設において、追加の導波路／基板インタフェースが、追加のフレネル損失のために光学特性に悪影響を及ぼすことは不利である。
【００２５】
別法としては、比較的高屈折率ポリマーで充填されるトレンチを、注入成型工程において、カバーにエンボス加工する。流体構造は、別の工程ステップで、基板中に注入成型する。カバーにエンボス加工されたトレンチの充填は、基板にエンボス加工した導波路トレンチの充填よりは、はるかに簡単であるが、これは光学接着剤に対して流体構造を保護する必要がないためである。したがってこの設計態様が好ましい。
【００２６】
注入成型法のための型インサートを、断面および導波路断面に応じて、リソグラフおよび／または微小構造製造技術と、例えばシリコンのエッチングとを使用して製作する。その他の微細構造化技術を使用することも可能である。構造、特に光学構造の主な要件は、表面の粗さが小さいことである。
【００２７】
リソグラフ法（例えば多重暴露（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｉｎ ＡＲ ３２２０， Ａｌｌｒｅｓｉｓｔ Ｂｅｒｌｉｎ））を使用する際には、構造をニッケル（ニッケルスルファミン酸電極）に複写し、ＰＭＭＡに注入成型（熱間エンボス加工方法（ｈｏｔ−ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ＰＭＭＡ ＸＴ， Ｒｏｅｈｍ））した後に、導波路側壁粗さ値Ｒａ＝５０ｎｍ、導波路底面粗さ値Ｒａ＝２０ｎｍが達成される。精密機械手法（ダイアモンドミリングカッター（ｄｉａｍｏｎｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ ｉｎ Ｍｓ ５８ ｂｒａｓｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｓｐｉｎｄｌｅ）
）によって製造した構造は、少なくともＲａ＝５０ｎｍ、通常は約Ｒａ＝１３０ｎｍの粗さ値である。
【００２８】
使用する導波路材料は、例えばＮｏｒｌａｎｄ （Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ， ＵＳＡ）接着剤（ＮＯＡ ６１）である。この材料の屈折率は、１．５５９（５８９ｎｍ、２０℃）である。ＰＭＭＡ（ｎＤ２０＝１．４９１）をカバーまたは基板材料として使用時の導波路の開口数（ＮＡ）は、０．４６であり、これは開口角度約５４°に相当する。可視波長範囲での減衰が＜０．２ｄＢ／ｃｍであるこの接着剤を、ＵＶ源（Ｏｓｒａｍ ＨＱＬ １２５ Ｗ 水銀蒸気ランプ）を用いて光化学的に硬化させる。この目的のためには、使用する基板材料またはカバー材料は、波長＞３５０ｎｍにおいて透明でなくてはならない。製造される導波路の光学的損失は、通常６３３ｎｍにおいて０．２から０．６ｄＢの間である。
【００２９】
分析ユニットの構成要素、通常は基板とカバーとは、後で互いに接合される。１つの実行可能な方法はドイツ特許第１９８４６９５８号に開示されている方法である。しかし、この方法は、カバーおよび基板の材料と、導波路材料の両方をこの方法で接着可能な場合にのみ、使用することができる。欧州特許第０７３８３０６号は、溶解した熱可塑性樹脂を成型したポリマー基板上に回転塗布する接着方法を記載している。この熱可塑性樹脂は、接着しようとする部品よりも低い溶融点を有する。カバーと基板の熱接着は、１４０℃で実施する。この方法で製造する分析ユニットに導波路を実装する場合には、この「接着」熱可塑性樹脂の屈折率は、導波路の屈折率よりも低くなくてはならない。導波路材料の温度安定性も、やはり「接着」熱可塑性樹脂の安定性よりも高くなくてはならない。このことは、材料特性を互いに合致させなくてはならない点で、この技術が不利であることを意味する。
【００３０】
国際公開ＷＯ９７／３８３００には、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を被覆したカバーを、ポリアクリラート系のチャネル構造に接着する方法が記載されている。ＰＤＭＳ（ｎＤ２０＝１．４１）の屈折率が低いために、この方法は、高屈折率を有する材料を用いた導波路を含む構造を、導波路特性を阻害することなく密封するのに適している。次いですべての機能内容、すなわち導波路、オープン微細構造および電極を、例えば基板内で結合しなくてはならないが、これは、そうしなければ例えばＰＤＭＳの回転塗布によって電極が電気的に絶縁されるためである。
【００３１】
構成要素は、好ましくはドイツ特許第１９９２７５３３号および国際公開ＷＯ００／７７５０９に記載された接着方法によって、互いに接合する。この方法によると、チャネルシステムの全側面を同一の材料で構成することが可能であり、接着剤がチャネルに入り干渉したり、または集積化された電極（例えば薄膜電極、電極を応用する手段が、ドイツ特許第１９９２７５３３号および国際公開ＷＯ００／７７５０９に開示されている）または光学導波路の端面を被覆したりすることがないのが利点である。これによって特に感度が高く、かつ容易に再現可能な分離および分析が実行可能となる。この方法においては、接着剤は、好ましくは微細構造構成要素の構造化がされていない位置に最初に塗布する。層厚は、０．５〜１０μｍの間であり、好ましくは３〜８μｍである。この塗布は通常、印刷技術から公知である、全面積ローラー塗布によって実施する。使用する接着剤は、存在する電極が外れたり、または接着工程中に遮断されることがないように、構成要素の表面を溶解させてはならず、溶解させたとしても非常に軽度な程度でなくてはならない。したがって使用する接着剤は、好ましくは製品ＮＯＡ７２、米国ニュージャージー州ニューバーンスウィック市、ノーランドのチオアクリラート（ｐｒｏｄｕｃｔ ＮＯＡ ７２， ｔｈｉｏｌ ａｃｒｙｌａｔｅ， ｆｒｏｍ Ｎｏｒｌａｎｄ， Ｎｅｗ Ｂｒｕｎｓｗｉｃｋ ＮＪ， ＵＳＡ）である。この接着剤は、光化学的に硬化する。しかし、他の種類の接着剤、例えば上記の要件を満たす熱硬化性接着剤を、この目的に使用することも可能である。
【００３２】
接着剤を塗布した後に、薄膜電極に適当な、第２の構成要素を、例えば露出機械上で基板に対して適当な方法で配置し、２つの構成要素を適当な圧力で接触させる。プレス表面としては強度のあるガラス板を使用するのが好ましく、これによってＨｇランプ（放射波長３６６ｎｍ）を用いる放射によって、接着剤の光化学硬化を直接的に実施することが可能となる。
【００３３】
接着接合作業のための、基板上へのカバーの位置決めは通常、目視によるマニュアル検査で、またはスナップ止め装置を利用して受動的かつ機械的に、または光学調整マークを利用して光学的かつ機械的に、または電気マーク（接点）を利用して電気的かつ機械的に実施することができる。
【００３４】
別の好ましい実施態様においては、好ましくは電極を設けた構成要素は、２つの構成要素を互いに配置したときに、チャネルの上方ではない領域、または電気接点を設けなくてはならない領域内に、接着剤を塗る。例えば、印刷技術（パッド印刷）において公知の方法を、この目的に使用する。チャネル構造を備える構成要素は、その後に適当な方法でその相手材に対して位置決めして、プレスする。硬化処理は、前述のように実施する。
【００３５】
接着剤の硬化工程を、カバーと基板の位置決め用に使用する調整装置の外側で実施する場合には、金属化されたカバーおよび基板を、互いに調整した後に、レーザー溶接を用いて最初に仮付けする。次いで調整装置から組立体を取り外して、使用した接着剤を別の暴露装置またはオーブン内で硬化させる。この工法は、硬化処理を調整装置内で実施する必要がなくなることから、工程速度の増大と簡略化を意味するものである。
【００３６】
使用に好適な熱可塑性材料が、可視および近赤外波長域でレーザー光に透明であるために、この波長領域でのレーザー溶接には、カバー／基板の界面での光パワーを吸収するための吸収層が必要となる。この吸収層は、パワー電極または検出器電極を付加するのと同時に付加する。例えば、電極を貴金属でスッパターリングする間に、電極カバーを、貴金属層を吸収層として、それ以上の位置に追加でスパッタリングすることができる。
【００３７】
２００ｎｍの厚さの白金電極が設けられ、レーザ−出力の吸収のための追加の白金領域も含む電極カバーを、基板（両者ともＰＭＭＡ製）に溶接するのは、ダイオードレーザー放射（８０８、９４０および９８０ｎｍの波長混合）を用いて電力４０ワット、焦点直径１．６ｍｍで実施する。白金層は、溶接中に破壊される。
【００３８】
２．）多成分射出成型による製造
多成分射出成形を用いる光学構造の、流体構造に対する位置決めは、潜在的に非常に安価な生産変更形態である。
多重部品射出成型によって、ミクロ流体の構造と、分析ユニットの外部の光学ユニットに接続するための光学導波路の両方を、単一の工程ステップで製造することが可能になる。この目的で、最初に流体構造を、標準の射出成型材料（例えばＰＭＭＡ  ＶＱ  １０１Ｓ、ｎＤ２０＝１．４９１）から射出成型する。ベース材料よりも高い屈折率を有するプラスチック（例えば、ＳＡＮ、ｎＤ２０＝１．５６８、ＬＵＲＡＮ　３５８Ｎ、ＢＡＳＦ）からなる光導波路構造は、同一工程において、この流体構造の上に射出成型する。
【００３９】
この技術において大幅に製造が容易なのは、カバーに集積化された導波路構造である。この場合には、プレーナ型カバーは、第１のサイクルにおいて注入成型する。比較的高屈折率のポリマー（図３）で充填しようとするチャネルは、導波路の寸法を有するコアプーラーを引っ張った後に充填する。このスプルーは鋸引きによって除去し、必要であれば簡単に研磨する。
【００４０】
第２の変更形態（図４）においては、不連続の導波路構造を、プレーナ型カバーの上に射出成型する。この導波路構造は、基板にエンボス加工した導波路構造と相補関係にある。
同様に薄膜電極を含む構成要素を、上記の工程を用いて組み立てた後に、導波路を、図１および４に示す流体構造に配設する。
【００４１】
３．）エンボス技術および積層化技術の組合せ
プレーナ型プラスチック表面上（図４に対応するカバー）に配置される導波路を製造するための別の製造技術は、エンボス加工技術と積層化技術の組合せで構成させる。
この目的で、第１の工程ステップで、比較的高屈折率のポリマーを、導波路構造に対応する金属化型インサート（例えばニッケル製）内のトレンチに押し込む。第２の工程ステップにおいて、より低い屈折率を有するポリマー膜を、トレンチの中に配置された導波路ポリマー上に積層する。この組合せ体を、トレンチから引き出すことによって、図４に示す導波路付きのカバーが生成され、これに追加で薄膜電極を設ける。この技術の、射出成型技術に対する利点は、その後の導波路端面の（スプルーを除去して円滑な導波路端面を得る）加工が不要なことにある。
【００４２】
別の製造技術は、導波路構造を備えるトレンチを、高光屈折率の接着剤で充填することからなり、この接着剤を熱的または光化学的に重合化させる。硬化が完了すると、トレンチに位置するポリマーよりも低い屈折率を有するポリマー膜が同様に、トレンチに位置するポリマー上に積層される。この組合せ体をトレンチから引き出すことによって、同様に図４に示す導波路を備えるカバーが得られる。
全てのカバー製造工程において、カバーは後に、前記の工程にしたがって、基板に液密に接着される。
【００４３】
４．）放射線照射による導波路の生成
基板（図７）内またはカバー内の指定された領域への放射線照射によって、導波路を生成する。この目的で、基板またはカバーを、製造しようとする光導波路（図の部分Ａ’）の寸法を有するカットアウト９を含む金属穴マスク８を通過する、強いＵＶ放射に暴露する。
この技術の理論的および実験的な基礎は、例えばフランクらの「ポリマー中の導波路」（Ｗ．Ｆ．Ｘ． Ｆｒａｎｋ， Ｂ． Ｋｎｏｄｌｅｒ， Ａ． Ｓｃｈｏｓｓｅｒ， Ｔ．Ｋ． Ｓｔｒｅｍｐｅｌ， Ｔ． Ｔｓｃｈｕｄｉ， Ｆ． Ｌｉｎｋｅ， Ｄ． Ｍｕｓｃｈｅｒｔ， Ａ． Ｓｔｅｌｍａｓｚｙｋ， Ｈ． Ｓｔｒａｃｋ， “Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒｓ，” ＳＰＩＥ ２２９０， １２５−１３２， １９９４）またシェザーらの「ポリマー中の光学構成要素」（Ａ． Ｓｃｈｏｓｓｅｒ， Ｂ． Ｋｎｏｄｌｅｒ， Ｔ． Ｔｓｃｈｕｄｉ， Ｗ．Ｆ．Ｘ． Ｆｒａｎｋ， Ａ． Ｓｔｅｌｍａｓｚｙｋ， Ｄ． Ｍｕｓｃｈｅｒｔ， Ｄ． Ｒｕｃｋ， Ｓ． Ｂｒｕｎｎｅｒ， Ｆ． Ｐｏｚｚｉ， Ｓ． Ｍｏｒａｓｃａ， Ｃ． ｄｅ Ｂｅｒｎａｒｄｉ， “Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒｓ，” ＳＰＩＥ ２５４０， １１０−１１７， １９９５）にまとめられている。
【００４４】
この技術の利点は、実行が簡単であることであるが、導波路の品質は、前記のプロセスにおけるよりも大幅に悪化する。導波路の深さは、例えば低圧水銀ランプ（ＴＭＮ１５、Ｈｅｒａｅｕｓ Ｎｏｂｌｅｌｉｇｈｔ）による照射時間から決めることができるが、通常は数ミクロにすぎない。
導波路の幅は、マスクのスロット幅によって決まる。製造される屈折率が＜０．０１と小さいにことによって、製造される導波路の開口数は、小さなものにすぎない。さらに、導波路減衰は６３３ｎｍで約１．５ｄＢ／ｃｍと非常に大きい。
【００４５】
５．）
例えばポリカーボネートの寸法の合ったフィルム片を、好ましくはＰＭＭＡ基板またはＰＭＭＡカバーにエンボス加工されて、この目的で設けられたトレンチの中に挿入することで、光学導波路を形成する。ｎＤ２０＝１．５０のＰＣフィルムと、ＰＭＭＡを基板またはカバーとして使用することで、ＮＡが０．５５となる。ウエハーソーによる切断、またはポリカーボネートのエンボス加工によって、十分に低い粗さ値、Ｒａ＞＞１２０ｎｍが得られる。
フィルム片をＰＭＭＡ内に、ＮＯＡ７２（Ｎｏｒｌａｎｄ， ｎＤ２０ ＝ １．５６）などの高光屈折率の接着剤を使用して埋めることによって、光学的な見地からの粗さ値がさらに低下する。フィルムをトレンチの中に正確に位置決めすることは、トレンチの構造それ自体と、＜８μｍの精度での横方向停止とによって確保される。このようにして製造される導波路の光学挿入損失は、波長６３３ｎｍにおいて約０．５ｄＢである。
【００４６】
これらの導波路製造技術を、ミクロ流体分析ユニットのための製造技術と結合させることによって、吸収、散乱、屈折および例えばルミネセンスまたは蛍光などの光放射に基づく全ての共通の光検出方法が、これらの分析ユニット上で達成できるようになる。
したがって一般に高価な光学システムは、プレーナ型分析ユニットから分離して、このプレーナ型分析ユニットは例えば使い捨ての物品（プラスチックチップ）として設計する。流体構造の指定領域への光パワーの供給および出力は、安価な方法で達成することができる。
【００４７】
通常、プレーナ型ミクロ流体構成要素は、化学および生物化学分析において好適に使用される。光導波路の集積化も、例えばプラズマプロセスに基づく小型ポリマー製分析構成要素における、光学放射または吸収を検出するのに適している。
これ以上の説明がなくても、当業者であれば、上記の記載をその最も広い範囲で利用することができるものと想定される。好ましい実施態様は、単に説明のための開示であるとみなすべきであり、いかなる方法においても本願を制限するものではない。
【００４８】
上記および下記のすべての出願、特許および公開の全開示内容、特に２０００年６月１７日申請の対応するドイツ特許第１００２９９４６号を、参照として本出願に組み入れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】集積光導波路を備える微細構造の分析ユニットを示す図である。
【図２】図１に対応する分析ユニットを使用しての吸収測定のレイパスを示す図である。
【図３】代替的な集積光導波路を備える微細構造分析ユニットを示す図である。
【図４】集積光導波路を備える本発明による微細構造分析ユニットの製造方法を説明する図である。
【図５】集積光導波路を備える本発明による微細構造分析ユニットの製造方法を説明する図である。
【図６】集積光導波路を備える本発明による微細構造分析ユニットの製造方法を説明する図である。
【図７】集積光導波路を備える本発明による微細構造分析ユニットの製造方法を説明する図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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