(57)【要約】本発明は、開口部（９Ａないし９Ｃ）が設けられた少なくとも１つのマイクロチャンネル（７）を含む本体部（１）を有するマイクロチャンネル装置のための静電噴霧インターフェイス（１３）に関し、開口部には複数の流体分散手段（１５Ａ、１５Ｂ）が設けられている。
2004515755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部（９Ａないし９Ｃ）が設けられた少なくとも１つのマイクロチャンネル（７）を含む本体部（１）を有するマイクロチャンネル装置のための静電噴霧インターフェイス（１３）であって、
開口部には複数の流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）が設けられ、
複数の流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）のうち、少なくとも１つの流体分散手段（１５Ａ、１５Ｂ）が突起部であることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項２】
請求項１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
複数の流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）のうち、少なくとも１つの流体分散手段（１５Ａ、１５Ｂ）は、中身が詰まっていることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項３】
請求項１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
複数の流体分散手段のうち、少なくとも１つの流体分散手段（１５Ｃ、１５Ｄ）は、中空であることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
複数の流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）のうち、少なくとも１つの流体分散手段（１５Ｅ）は、中身の詰まったビーズであることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
流体分散ストランド（１５Ａないし１５Ｄ）の最小幅、または流体分散ビーズ（１５Ｅ）の最小直径が０．１μｍであり、
流体分散ストランドの最大幅、または流体分散ビーズの最小直径が１μｍであることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
流体分散ストランド（１５Ａないし１５Ｄ）の最小長さが０．１μｍであり、
流体分散ストランドの最大長さが１μｍであることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）は、本体部（１）と同じ材料で形成されていることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）は、本体部（１）とは異なる材料で形成されていることを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
流体分散手段（１５Ａないし１５Ｅ）は、化学物質を吸着し、粒子を捕獲するための適当なコーティングまたは構成を有することを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１に記載の静電噴霧インターフェイスであって、
超音波源を備えたことを特徴とする静電噴霧インターフェイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、静電噴霧（エレクトロスプレー）に用いられ、独立クレームのプリアンブルに記載したタイプの装置に関する。
【０００２】
（先行技術）
液体クロマトグラフ装置などの分析装置で得られた液体サンプルの質量成分を分析するために、質量分析計がしばしば用いられる。この質量分析計によれば、分析すべきサンプル成分を自由イオンの状態にする必要があり、通常、イオン蒸気を生成するために液体サンプルを蒸発させなければならない。これは、一般に、静電噴霧イオン化法を用いて実現される。静電噴霧イオン化法（ＥＳＩ）において、液体サンプルが内部を自由に流れることができる中空ニードルに（２ないし６ｋＶのオーダの）電圧を印加すると、噴霧が形成される。質量分析計への入口オリフィスには、例えば０Ｖの低い電圧を印加し、ニードル先端部から質量分析計のオリフィスへ電界が形成される。流体中の正の電荷を帯びた物体は、電界により引き寄せられ、ニードル先端部における液体メニスカス（液体表面の凹凸）として蓄積される。流体中の負の電荷を帯びた物体は中和される。このメニスカスは、反対の電荷を帯びたオリフィスに向かって延伸し、「テイラ・コーン」を形成する。電荷を帯びた物体とオリフィスの間の引力が、テイラ・コーンの先端部の表面張力を越えたとき、液滴がテイラ・コーンから分離し、物体を分析する質量分析計のオリフィスへ電気力線の方向に飛び散る。
【０００３】
極めて微量のサンプルを高い処理能力で分析できる微小流体チップ装置が開発されてきた。これらの装置は、幅が数ミクロンしかない１本またはそれ以上のチャンネルを有するが、こうしたチャンネルの出口を静電噴霧インターフェイスの先端部として利用する試みがこれまでなされてきた。その一例として、米国特許第５，９６９，３５３号において、微小流体チップの出口ポートに取り付けられた、あるいはその上に形成されたインターフェイス先端部が開示されている。しかしながら、この先端部は、その取り付けおよび生成が困難であり、しかも壊れやすい。
【０００４】
（発明の要約）
本発明によれば、先行技術が有する少なくともいくつかの問題が、クレーム１の特徴項に記載された特徴を有する装置を用いて解決される。また従属クレームに記載された特徴を有する装置を用いて、さらなる利点および改良が得られる。
【０００５】
（発明の実施形態の詳細な説明）
図１は、一定比率で縮小されたものではないが、上側表面３Ａ、下側表面３Ｂ、および周縁壁５を有するマイクロチャンネル装置の本体部１の斜視図である。この装置１は、装置１の中心から、上側表面３Ａの開口部９Ａ、下側表面３Ｂの開口部９Ｂ、および周縁壁５の開口部９Ｃに至る複数のマイクロチャンネル７を有する。開口部９Ａないし９Ｃは、マイクロチャンネル内の流体がマイクロチャンネルから抽出できるように設計されている。開口部の幅または直径（開口部が丸い場合）は、開口部を介した設計流速に依存し、この流速は、約１μｌ／時以上であってもよいし、約０．１μｌ／時以上で変化しても良い。本発明によれば、開口部１３Ａないし１３Ｃにインターフェイスが設けられる。図２から明らかなように、本発明に係る第１の実施形態のインターフェイス１３は、開口部９Ａから突出するストランド１５Ａ、１５Ｂの形態を有する複数の流体分散手段として形成される。ストランド１５Ａ、１５Ｂは、中身の詰まったブラシのような構造体を形成する。ストランド１５Ａが実質的な円筒形状を有する一方、ストランド１５Ｂは先細っている。一般に、ストランド１５Ａ、１５Ｂは、約０．１μｍないし５０μｍの幅を有し、開口部から約０．１μｍないし２ｍｍ突出している。開口部の幅が２ｍｍであるとき、最長のストランド１５Ａ、１５Ｂは開口部から約２ｍｍ突出していてもよい。開口部の幅が０．１μｍであるとき、最長ストランド１５Ａ、１５Ｂの好適な長さを０．１ｍｍとしてもよい。ストランドの長さを決める上で、ストランド間の、あるいはストランド内の空間の容積を考慮することが重要である。この容積を小さくすると、検出されるピークの幅が小さくなり、好ましい。しかし、ストランド間の容積があまりにも小さいと、流体フローに対する抵抗が大きくなり、分析時間が増大する。したがって、ピーク幅と流体フローの関係において、妥協点を見出す必要がある。ストランド間の流体容積を維持するとともに、安定したテイラ・コーンおよび滴液の安定した噴霧ジェットを実現できるように、用いられるストランドの長さを変えることができる。ストランド１５Ａ、１５Ｂの長さは異なっていてもよいが、その場合、ストランドの先端部が仮想的なコーンまたはピラミッドの表面上の点を構成するように、開口部９Ａの中央部にはより長いストランドを配置して、開口部９Ａの周縁部に向かうほどに徐々により短いストランドを配置することが好ましい。最長ストランドの長さが１０μｍで、開口部の直径が１０μｍならば、１０μｍの高さを有する一般的なコーンの容積は、ほぼ０．５ｐｌとなる。複数のストランドを接着または形成して、開口部９Ａの周縁部に接着または固定されるストランドの束を形成する。択一的には、開口部９Ａには、ストランド１５Ａ、１５Ｂを支持する分散手段支持表面１７を設けることが好ましい。流体をマイクロチャンネル７から排出できるようにするためには、ストランド支持表面１７に１つまたはそれ以上の出口オリフィス１９Ａが設けられ、この出口オリフィスは、マイクロチャンネル７内の流体をマイクロチャンネルから排出できる程度に十分に大きい。この流体により、ストランド１５Ａ、１５Ｂを覆うメニスカスが形成される。静電噴霧装置に用いられたとき、この流体が静電噴霧の電場の影響を受けてテイラ・コーンを形成する。任意ではあるが、ストランド１５Ａ、１５Ｂの先端部が好適にはテイラ・コーンの表面を反映した円錐形状を模るように、ストランド１５Ａ、１５Ｂの長さを調整することができる。流体分散手段が損傷しないように保護するために、（点線で図示した）保護壁２１で流体分散手段を包囲してもよい。この壁は、本体部１またはストランド１５Ａ、１５Ｂと同じ材料で構成してもよく、例えば、ストランドの周囲に塗布した後、乾燥させることができる液体ワニスで構成してもよい。ワニスがストランドの間を流れないように、そして流体がストランド１５Ａ、１５Ｂの間の空間で孔１９Ａから自由に出られるように、液体ワニスの粘性、および表面張力を選択する必要がある。
【０００６】
図３は、本発明に係る第２の実施形態を示す。この実施形態において、流体分散ストランド１５Ｃ、１５Ｄは、中空であって、本体部１から最も離れた端部において、流体出口オリフィス１９Ｂを有する。流体は、ストランド１５Ｃ、１５Ｄを介して流れ出ることにより、マイクロチャンネル７から排出させることができる。
【０００７】
図４は、本発明に係る第３の実施形態を示す。この実施形態において、流体分散ストランドは、互いの上に積み重ねられた複数のビーズ１５Ｅの形態を有する。図４に示す例において、複数のビーズ１５Ｅを積み重ねてコーンを形成し、最下層のビーズ１５Ｅが支持表面１７に接合される。流体は、出口１９を介して流れ出すことにより、マイクロチャンネル７から排出させることができ、ビーズの外側表面上を伝うことができる。複数のビーズ１５Ｅは、その大きさが異なっていてもよいし、球形である必要はなく、卵型であってもよいし、いびつな形状を有していてもよい。
【０００８】
マイクロチャンネル装置１は、シリコン、ガラス、プラスティックなどの任意の適当な材料で形成することができる。分散手段１５Ａないし１５Ｅは、シリコン、ガラス、プラスティック、金属などの任意の適当な材料で形成することができる。分散手段１５Ａないし１５Ｅは、好適な構造物を構成するための任意の適当なマイクロ・マシン技術またはマイクロ・マニュファクチュアリング技術を用いて、その位置において形成することができる。こうした技術として、例えば、鋳造技術、エッチング技術、レーザ加工技術、メッキによる材料積層技術、析出または噴霧／印刷技術、マイクロ・ミル技術、加熱および延伸によるチューブまたはシリンダの直径を小さくする技術が挙げられる。
【０００９】
分散手段１５Ａないし１５Ｅは、個別に形成して、同時に本体部１に取り付けてもよいし、ストランド束またはビーズ・コーンをアセンブリしてから本体部１に取り付けてもよい。分散手段１５Ａないし１５Ｅは、接着剤、溶接、介在する取り付け部品などの任意の適当な手段を用いて、互いに対して、さらに本体部に対して固定してもよい。
【００１０】
ストランド１５Ａないし１５Ｄの遠位端の直径は、必要な流速が得られるように構成することができ、より小さい端部により流速の遅い均一フローが得られる。より大きい端部によりより流速の速い均一フローが得られ、これにより、より小さい端部を飽和させ、一定でない大きさを有する液滴に流体を合体させる。ストランドは、０．１μｍ以上の長さ、１μｍ以上の外径、および０．５μｍ以上の内径（もしあれば）を有していてもよい。ビーズ１５Ｅは、０．１μｍ以上の直径を有していてもよい。このインターフェイスをできるだけ小型化し、利用できない容積をできるだけ小さくするために、ストランドの長さとビーズの直径は、好適には、１ｍｍ以下である。
【００１１】
分散手段を通って、または伝って流れる流体に作用するように、分散手段をコーティングするか、構成することができる。すなわち、流体内の不要な破片または粒子を除去して、流体の質を改善するように、上記のように分散手段をコーティングし、構成することができる。例えば、流体から塩または蛋白質を吸収するための試薬をストランドおよびビーズにコーティングしたり、多孔性を有するようにストランドおよびビーズを形成し、孔（ｐｏｒｅ）の寸法より大きい流体中の粒子を捕獲するフィルタとして機能させることができる。
【００１２】
本発明によれば、少なくとも１つの中空の流体分散ストランド、少なくとも１つの中身の詰まった分散ストランド、および／または少なくとも１つの流体分散ビーズからなるインターフェイスを有するマイクロチャンネル装置を提供することも想到される。
【００１３】
さらに、分散手段を揺動または振動させて、流体の霧化を促進する超音波源などの霧化手段を備えたマイクロチャンネル装置を提供することも想定される。
【００１４】
上記の実施形態は、本発明を説明するために意図されたものであって、添付クレームで保護される権利範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るインターフェイスに設けられたマイクロチャンネル装置の斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る第１の態様によるインターフェイスの拡大図である。
【図３】図３は、本発明に係る第２の態様によるインターフェイスの拡大図である。
【図４】図４は、本発明に係る第３の態様によるインターフェイスの拡大図である。
【符号の説明】
１…本体部、３Ａ…上側表面、３Ｂ…下側表面、５…周縁壁、７…マイクロチャンネル、９Ａないし９Ｃ…開口部、１５Ａないし１５Ｄ…流体分散ストランド、１５Ｅ…流体分散ビーズ、１７…分散手段支持表面、１９Ａ，１９Ｂ…出口オリフィス、２１…保護壁。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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