(57)【要約】【課題】本発明は、液体を収容する及び／又は流し通す少なくとも１つのコンパートメント（１０）と、複数の電極（２１乃至２８）を有しかつ相互作用領域（１１）が形成されてなる電極アセンブリ（２０）とを具備する流体状のマイクロシステムに関する。【解決手段】少なくとも１つの電極（２１乃至２８）には冷却手段（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ）が設けられている。
2004514556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する及び／又は流し通すコンパートメント（１０）と、少なくとも１つの電極（２１−２８）からなりかつ相互作用領域（１１）が形成されてなる電極アセンブリ（２０）とを有し、前記コンパートメント（１０）は、電磁放射線が所定の照射方向（Ｂ）に従って入射可能であるときに通過する少なくとも１つの壁部（１２乃至１４）を有する、流体状のマイクロシステムにおいて、
前記少なくとも１つの電極（２１乃至２８）には冷却手段（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ，５０，２１ｃ）が設けられていることを特徴とするマイクロシステム。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記各々の電極（２１乃至２８）が照射方向（Ｂ）に対し少なくとも部分的に遮蔽されているために用いる少なくとも１つの反射層（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ）、前記各々の電極（２１乃至２８）が前記コンパートメント（１０）の壁部に結合されているときに仲立ちをする少なくとも１つの熱伝導層（５０）、及び／又は前記各々の電極（２１乃至２８）と熱的に接触して設けられている能動冷却素子（２１ｃ）を有する、請求項１のマイクロシステム。
【請求項３】
前記反射層（３０）は複数の電極自体、該電極の、前記コンパートメント（１０）に向いた側に設けられた少なくとも１つの上層（２６ｂ，２６ｃ）、前記電極の、前記コンパートメント（１０）の壁部に向いた側に設けられた少なくとも１つの基層（２１ｂ）、又は前記コンパートメント（１０）の壁部に設けられた少なくとも１つの内層（２５ｂ）及び／又は外層（２２ｂ）によって形成される請求項２に記載のマイクロシステム。
【請求項４】
前記上層又は基層は、投射方向において、照射方向（Ｂ）に対し平行に、前記電極と同一の形状を有する、請求項３に記載のマイクロシステム。
【請求項５】
前記内層又は外層は、投射方向において照射方向（Ｂ）に対し平行に少なくとも前記電極と同一の大きさであるマスクを形成する、請求項３に記載のマイクロシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの反射層は、赤外線のスペクトル範囲の反射係数を有する金属又は合金から形成され、この反射係数は銅、アルミニウム又は金の赤外線反射係数と少なくとも同じ大きさである、請求項１乃至５のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの反射層は、銅、アルミニウム又は金の赤外線反射係数と少なくとも同じ大きさである反射係数を赤外線のスペクトル範囲に有する少なくとも１つの誘電層又は勾配層によって形成される、請求項１乃至５のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項８】
前記電極は、赤外線のスペクトル範囲で透過性のある材料からなる、請求項１乃至７のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項９】
前記電極はインジウム・スズ・二酸化炭素（ＩＴＯ）からなる、請求項６に記載のマイクロシステム。
【請求項１０】
前記コンパートメント（１０）の外側には、前記相互作用領域（１１）に対ししっかりと調整された照射方向（Ｂ）を有する光源が設けられている，請求項１乃至９のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項１１】
前記光源は赤外線のスペクトル範囲で作動されるレーザである、請求項１０に記載のマイクロシステム。
【請求項１２】
液体を収容する及び／又は流し通すコンパートメント（１０）と、少なくとも１つの電極（２１乃至２８）からなりかつ相互作用領域（１１）が形成されてなる電極アセンブリ（２０）とを有し、前記コンパートメント（１０）は、電磁放射線が所定の照射方向（Ｂ）に従って入射可能であるときに通過する少なくとも１つの壁部（１２乃至１４）を有する、流体状のマイクロシステム内で、電気力を用いてサンプルを操作する及び／又は分析する方法において、
前記少なくとも１つの電極（２１乃至２８）を、冷却手段（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ，５０，２１ｃ）によって冷却することを特徴とする方法。
【請求項１３】
材料研究において、コンビナトリアル・ケミストリーにおいてＤＮＡ又はタンパク質を分析するための、あるいは、生物学細胞を同定するための及び／又は操作するための、方法又は請求項１乃至１１のいずれか１に記載のマイクロシステムの使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、懸濁された粒子を誘電的に及び光学的に操作するためのマイクロシステム、例えば、生物学的又は合成の粒子を測定しかつ処理するためのマイクロシステム、及び起電力及び光起電力を懸濁された粒子に及ぼすために設けられているマイクロシステムにおいての、反射減少材料の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体状の及び液体が充填されたマイクロシステムは、特に、溶けた物質又は懸濁された粒子を分析及び操作するための、生化学、医学及び生物学における多数の使用を有する。マイクロシステム（又はマイクロチップ）でなされるプロセスを小型化しかつ強力に平行処理することによって、コンビナトリアルな高い多様性で存在する生物的な高分子を分析及び合成するための特別な利点が生じる（Ｇ・Ｈ・Ｗ・サンダース等、『Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ』、巻１９／６、２０００年、３６４頁以下を参照せよ；Ｗ・エーアフェルト、『Ｔｒｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ』、編者Ａ・マンツ等、巻１９４、シュプリンガー・フェアラーク、１９９８年、２３３頁以下を参照せよ）。流体状のマイクロシステムの使用は、特に、例えばＤＮＡ又はタンパク質を分析するための基礎研究に、あるいは、材料研究（コンビナトリアル・ケミストリー）にある。他の使用は、個々の生物学細胞又は細胞群の分析及び操作の際に、生じる（Ｇ・フーア等、『Ｔｒｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ』、編者Ａ・マンツ等、巻１９４、シュプリンガー・フェアラーク、１９９８年、８３頁以下を参照せよ）。
【０００３】
流体状のマイクロシステムの多数の使用は、細胞生物学、医学、薬学及び生物工学において、懸濁された粒子を起電力の作用下で操作し（例えば評価し、測定し、分離し、移動させ又は処理する）ことに向けられている。起電力は、電極アセンブリによって、使用及び課題の提示に従って特別に設けられておりかつ形成されている微小電極から生起される。微小電極はマイクロメートルの範囲の典型的な寸法を有する。マイクロシステムの他の使用は、微小電極に直接接触している生物学細胞の、その特性を検知することに向けられている（例えば、Ｉ・ギアファー等、『Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａｄ． Ｓｃｉ．』、巻８８、１９９１年、７８９６頁、Ｐ・フロムヘルツ等、『Ｓｃｉｅｎｃｅ』、巻２５２、１９９１年、１２９０頁を参照せよ）。
【０００４】
顕微鏡的に小さい粒子を操作する際に、起電力に出来る限り依存しない追加の力を用いる望みがある。このことを、例えば、Ｇ・フーア等が、『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ａ．』（巻６７、１９９８年、８３５頁）に及びＴｈ・シュネレ等が、『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｂ．』（巻７０、２０００年、２６７頁）に記述している。細胞生物学及び分子生物学に、いわゆる光学ピンセット（レーザ・ピンセット）を用いて又は紫外線レーザビーム顕微外科によって、集束された照射によって発生される力（光起電力）が粒子に益々投入される。光学ピンセット（Ａ・アッシュキン等、『Ｎａｔｕｒｅ』、巻３３０、１９８７年、７６９頁を参照せよ）は、以下の原理に基づいている。高度に集束されたレーザビームは、高い開口数（＞１）を有する対物レンズを通って、例えばマイクロシステム又は他のリザーバに与えられている相互作用領域に入射される。数１０ｎｍ乃至数１０μｍの寸法範囲にある微小粒子及び特に生物学細胞を、焦点で捕らえ、レーザビームの調節によって動かすことができる。特に生物学的材料のビーム負荷を小さく保つために、光学ピンセットは、典型的には７００ｎｍ乃至１０６４ｎｍの範囲の波長で作動される。光学ピンセットは、粒子における吸着検査（Ｇ・フーア等、『Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ』、巻１９／６、２０００年、４０２頁を参照せよ）のために、生物学細胞における融合又は穿孔方法のための位置決め（Ｋ・シュッツェ等、『Ｃｅｌｌ． Ｍｏｌ． Ｂｉｏｌ．』、巻４４／５、１９９８年、７３５頁を参照せよ）のために及び誘電的粒子操作、例えば誘電場のかごを有する流体状のマイクロシステム（Ｇ・フーア等、Ｔｈ・シュネレ等、上記参照をせよ）又は回転箱（デ・ガスペリス等、『Ｍｅａｓ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．』、巻９、１９９８年、５１８頁）において用いられる。
【０００５】
光の照射は、マイクロシステムにおいては、操作の目的のみならず、分析の目的にもなされる。例えばレーザ光の入射は、蛍光マーカーを励起するために、あるいは、粒子における分光測定を実行するためになされる。
【０００６】
電極アセンブリを有するマイクロシステムへの光の照射の際の、一般的な問題は、複数の電極が照明によって加熱されることがあることにある。例えば、集束された赤外線レーザビームが電極の付近（マイクロメートルの範囲）又はその表面に達すると、電極の材料（特に吸収特性又は反射特性）に応じて、電極の加熱等が生じ、場合によっては、気泡の局所的な形成が生じる（Ａ・エルスハビニ等、『Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｎｄｂｏｏｋ』、マグローヒル・カンパニー、１９９８年、ＩＳＢＮ００７０１９０２５９を参照せよ）。特に強力な吸収は、例えばチタン、タンタル及び白金のような物質に生じる。複数の電極によって、それに接している媒体、例えば懸濁液又は吸着細胞が熱せられる。このことは、各々のマイクロシステムの機能の甚だしい障害をもたらすことがある。
【０００７】
例えば、流体状のマイクロシステムで、場の高い勾配（例えば１ｋＶ／ｍ，１ｋＨｚ乃至１０ＭＨｚ）を発生させるために高周波電圧が加えられる電極の、その加熱は、懸濁液中に、電気流体力学的な流れを引き起こす。このような流れは起電力又は光起電力による望ましい粒子操作を阻止し、あるいは不可能にさえする。更に、気泡の形成は電極の材料の負荷及び破壊をもたらす。細胞を圧力及び流れの望ましくない影響に晒す衝撃波が誘導されることがある。
【０００８】
このような問題は、粒子が電極と直接接触しているマイクロシステムにおいても、生じる。局所的な加熱が生じることがある。この加熱の作用下で、例えば、吸着細胞が死ぬ。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、起電力及び光起電力の作用下で粒子を操作するための改善されたマイクロシステム、しかも、従来のマイクロシステムの欠点を解消することができ、特に、外からの照射による電極の望ましくない加熱が回避され又は減少されてなるマイクロシステムを製造することである。本発明に係わるマイクロシステムは、特に、妨害的な流れを形成することなく、懸濁された粒子への、起電力及び光起電力の確実な相互作用を可能にする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有するマイクロシステム及び請求項１２に記載の特徴を有する方法によって解決される。本発明の好都合な実施の形態は及び使用は従属請求項から明らかである。
【００１１】
本発明の基本思想は、電気力及び光の力を顕微鏡的に小さな粒子に共に及ぼすために設けられているマイクロシステムの中では、１つ又は複数の電極に、特に、電気力を及ぼすために、場合によっては入射された電磁放射線（特に光）が差し込む、電極の端部に、少なくとも１つの冷却手段を設けることである。冷却手段は以下の１つ又は複数の措置によって形成されている。第１に、マイクロシステムに入射された少なくとも１つの光ビームに対し電極面を少なくとも部分的に遮蔽するために少なくとも１つの反射層を製造することが提案されている。少なくとも１つの反射層は、少なくとも１つの放射線透過性の（特に透明な）壁部を通して入射される放射線によって、電極の過熱が回避され、あるいは、マイクロシステムの各機能の妨害が除外されている程に強く減少される、という好都合な効果を有する。第２に、冷却手段として、熱伝導層が設けられていてよい。この熱伝導層を介して、電極面は冷却用放熱器、例えばマイクロシステムの壁部に結合されている。第３に、冷却手段を、マイクロシステムにおいて好ましくは電極の付近に設けられている能動素子（例えばパルチエ素子）によって形成することができる。
【００１２】
マイクロシステムは、電極面の本発明に係わる遮蔽が電気流体力学的流れの形成を妨げてなる、流体状の又は液体が充填されたマイクロシステムであってよい。マイクロシステムは、懸濁された又は吸着された粒子を操作するためにも、設けられていてよい。後者の場合に、本発明に係わる遮蔽は、例えば、電極に吸着されている細胞の、その望ましくない加熱を減少させる。
【００１３】
少なくとも１つの反射層は、マイクロシステムの壁部に設けられた電極及び／又は遮蔽層に、電極の材料自体によって、追加の上層及び／又は基層によって形成される。反射層の材料は、高い反射係数が、その時々に入射される光の望ましい波長領域で、与えられているように、用途に応じて選択される。入射された放射線、特にレーザ光は、マイクロシステムにおいて少なくとも１つの光学トラップ（光学ピンセット）を形成するために、あるいは観察目的及び／又は測定目的で照射するために用いられる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態では、特に光の入射の際に加熱を回避するための措置が、複数の電極に講じられる。これらの措置には、入射された光に対し通し易くすなわち透過性がある材料から電極を少なくとも部分的に形成すること、及び、熱を電極から周囲に、特に、マイクロシステムの壁部に及び場合によっては懸濁液に導き出す熱伝導層を製造することも含まれる。
【００１５】
マイクロシステムの少なくとも１つの電極には、相互作用領域が形成される。相互作用領域では、少なくとも１つの粒子は起電力及び光起電力に晒されることが意図されている。集束されたレーザビームも最終的なビーム横断面を有するので、電極の部分的な放射は、焦点が相互作用領域において電極同士の（特に電極の端部同士の）間隔をもって調整されているときに、生じる。本発明の主題は、一方では部分ビームの作用を減少させ、他方では電気力の効果的な行使を相互作用領域で保証する、電極の所定の形の、その提供である。
【００１６】
本発明の他の主題は、マイクロシステムにおいて電極を少なくとも一側に遮蔽するための、赤外線のスペクトル範囲で反射する材料（特に、金属、半導体、誘電性組成物）の使用である。
【００１７】
本発明の他の主題は、少なくとも１つの冷却手段をもって形成されており、かつ操作光又は測定光をマイクロシステムに入射する光源を有するマイクロシステムである。
【００１８】
本発明の他の主題は、本発明に係わる流体状のマイクロシステムにおいて、電気力を用いてサンプルを操作及び／又は分析する方法である。
【００１９】
本発明の本質的な利点はマイクロシステムの壊れ難さの向上にある。マイクロシステムにおける粒子及び／又は懸濁液への望ましくない影響は回避される。マイクロシステムでは、複数の電極における上記の気泡形成を除外することができる。電極の寿命は高められる。例えば、光学ピンセットを電極に誤って集束することによっての、その動作誤差に対するマイクロシステムの感度は減少される。
【００２０】
本発明の他の利点及び詳細は、添付された図面の以下の記述から明らかである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、流体が流れ通るマイクロシステムを参照して、本発明を、例を挙げて説明する。しかし、本発明はこの適用には限定されず、液体が充填されており複数の微小電極アレーを有する他のマイクロシステムにも、例えば、ＩＳＦＥＴを有し、神経細胞又は癌細胞を分析するマイクロシステム（上記を参照、Ｐ・フロムヘルツ等）にも又は細胞の軌跡（Ｚｅｌｌｓｐｕｒｅｎ）又は細胞吸着剤（Ｚｅｌｌａｄｓｏｒｂａｔｅｎ）を試験するためのマイクロシステムに転用可能である。マイクロシステムの製造は知られているので、ここでは詳述しない。電極に設けられている本発明に係わる冷却手段が少なくとも１つの遮蔽する反射層によって形成されることは好ましい。反射層は、個々にマスキングされる表面領域又はすべてのマスキングされる表面領域の、閉じられた又は構造的に中断された覆いであってよい。
【００２２】
図１は、斜視略図で、本発明に係わるマイクロシステム１００のコンパートメント１０を示している。コンパートメント１０はマイクロシステムに形成されたチャネル及びリザーバ構造体の一部であり、例えば、懸濁された粒子の入った懸濁液が矢印方向Ａに流れ通ることができるチャネルに設けられている。側方では、コンパートメント１０が壁構造体によって区画されている。壁構造体は、ここでは、上面１２、底面１３及び側面１４を有する。上面及び底面１２，１３には電極２１乃至２８が設けられている。電極アセンブリ２０は、誘電場のかご（ｄｉｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅｒ Ｆｅｌｄｋａｅｆｉｇ）を形成するために設けられている八極子を形成する。この目的のために、電極２１乃至２８は、接続ライン（図示せず）を介して、制御手段に接続されている。この制御手段は、特に、電極間に高周波電圧を形成する高周波発生器を有する。
【００２３】
互いに向かい合っている複数の電極によって、コンパートメント１０には、相互作用領域１１が形成される。そこでは、起電力によって、同時に、光の力（ｏｐｔｉｓｃｈｅ Ｋｒａｅｆｔｅ）を及ぼすことができる。一般には、ここでは、マイクロシステムの部分領域を、粒子が電気力及び光の力に晒されてなる相互作用領域と呼ぶ。マイクロシステムにおける、周囲に対する区画は、照射される光に従って複数の電極間の電場（場のバリヤ）と、光のかご（ｏｐｔｉｓｃｈｅ Ｋａｅｆｉｇ）とを形成することによって、与えられている。
【００２４】
図示した実施の形態では、コンパートメント１０の上面１２は透明である。それ故に、照射の方向Ｂに従って、レーザビームを相互作用領域１１に集束させることができる。粒子３０は焦点４１に保たれる。
【００２５】
図１に示したマイクロシステムは、例えば、Ｇ・フーア等が『Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｓｃｓ Ａ』（６７巻、１９９８年）の３８５頁に記述したマイクロシステムのような寸法を有する。チャネルの幅（底面及び上面の幅）は、例えば４００μｍである。チャネルの高さ（側面の高さ）は例えば４０μｍである。上面及び底面１２，１３はガラスからなり、夫々１７０μｍ及び５００μｍの厚さを有する。電極２１乃至２８は、夫々９０°ずれて上面及び底面１２，１３に設けられている、フォトリソグラフィ技術で塗布された帯状電極である。レーザ（λ＝７００．．．１０６４ｎｍ）を用いて、ビームを上面１２を通して相互作用領域１１に照射する。この目的のためには、例えば、市場で購入可能な光学ピンセット（例えばダイオードレーザ又はＮｄ−ＹＡＧレーザ、メーカーＰ．Ａ．Ｌ．Ｍ．社　ドイツのベルンリート）を、顕微鏡オリンパスＩＸ７０と共に用いる。この顕微鏡は液浸対物レンズ（１００倍の倍率、Ｎ．Ａ．＝１．３）を有する。レーザ出力は対物レンズの出口で約３０ｍＷである。
【００２６】
マイクロシステム１００には、すべての電極２１乃至２８には、夫々少なくとも１つの反射層が設けられている。各電極は、相互作用領域１１に向いている端部で、反射層によって、入射するレーザビームＢに対して遮蔽される。電極に向けられている、部分ビーム又はレーザビームＢの放射電磁界の部分は、各々の反射層によって反射される。本発明では、少なくとも、電極の、照射方向に位置している面に、反射層が設けられている。しかし、特別な構造的な形に関しては、電極の２面又は全面に反射層が取着されていることを提案することができる。このことは、例えば、コンパートメント１０の上面又は底面１２，１３を通して選択的に照射するために、マイクロシステムが設計されており、あるいは、マイクロシステムの内部での照り返し（Ｒｕｅｃｋｒｅｆｌｅｘｉｏｎｅｎ）の作用、例えば、下方の電極２１乃至２４から上方の電極２５乃至２８の下面への作用を除外せねばならないときに、必要である。
【００２７】
図１に示した実施の形態では、電極２１乃至２８自体は、赤外線のスペクトル範囲で反射する材料、例えば金、銅又はアルミニウムからなる。約１０００ｎｍ乃至１μｍの厚さを有する電極の帯は、ガラスからなる上面及び底面に取着されている。
【００２８】
マイクロシステム１００の試験は、ラテックス・ビーズ（直径１μｍ、メーカー：ポリサイエンス）を流れマーカーとして用い、イースト細胞（直径約５μｍ、グルタルアルデヒドで固定）を、懸濁液である蒸留水が入った、捕らえられた対象（Ｆａｎｇｏｂｊｅｋｔｅ）として用いて、なされる。回転モードで誘電場のかごを発生させるために電極２１乃至２８を制御するとき、顕微鏡による観察では、ラテックス・ビーズがコンパートメント１０の中をスムーズに貫通した（乱流は生じない）が、これに対し、イースト細胞は誘電場のかごにしっかり保たれ、光学ピンセットの焦点４１でずれされることができることが示された。電極の直接的な照射の場合でも、気泡の形成はなされなかった。
【００２９】
本発明に係わる冷却手段の他の実施の形態は、マイクロシステム１００の側面略図の図２に示されている。種々の変更の実施の形態は、同時に又は個々に提案されることができる。
【００３０】
側面図では、チャネルの長手方向（ｙ方向）に、コンパートメントの上面又は底面１２，１３のみが示されている。電極２１，２２及び２５，２６の層状の取着が略示されている。図２に示した実施の形態では、レーザビームＢの入射（Ｅｉｎｋｏｐｐｌｕｎｇ）は底面１３を通して考慮されている。参照符号４０は、レーザビームを入射するための、顕微鏡用の対物レンズを表わしている。
【００３１】
図２に示した電極は多層構造を有する。例えば、電極２１は電極層２１ａ及び基本層２１ｂ（いわゆる「メッキベース」）からなる。電極層及び基本層２１ａ，２１ｂの厚さは、例えば、１３０ｎｍ及び２０ｎｍである。本発明の実施の形態では、基本層２１ｂは反射層として形成される。基本層の材料としては、例えば金、アルミニウムあるいは適切な屈折率を有する誘電組成物が用いられる。
【００３２】
電極２６において、反射層の他の変更の実施の形態が示されている。電極層２６ａは、コンパートメントに向いた側に、上面２６ｂを有する。上面が上記の基礎層２１ｂのように形成されていることは好ましい。反射する上層及び／又は基層の製造の際に、電極層は非反射材料で製造されていてもよい。このことは、場合によっては高価な又は加工し難い層材料の使用に関して、好都合である。何故ならば、上層及び基層は電極層よりも薄く形成することができるからである。
【００３３】
本発明に係わる反射層は、電極に独立したマスキングとしても形成されていることができる。このことは、電極２２及び２５において示されている。相互作用領域１１への照射が可能である側に、外層２２ｂ又は内層２５ｂがマスキングとして設けられている。上面又は底面１２，１３に設けられている、マスキングする内層及び外層は、照射方向Ｂに、好ましくは、夫々遮蔽された電極よりも大きな面を有する。マスキングは、レーザビームを入射するための入射窓４２のみを開放する関連の層としても形成されていてよい。内層及び外層は例えば５０．．．１００ｎｍの厚さを有し、高い反射係数を有する材料からなる。
【００３４】
図２は、電極２２において、電極の熱負荷を減じるための、本発明に係わる他の構成要素（Ｍａｓｓｎａｈｍｅ）を示している。冷却手段としては、電極層２２ａと熱伝導性良好に接続されている熱伝導層５０が設けられている。この接続は電極層及び熱伝導層２２ａ，５０の側方の境界を介して、あるいは、熱伝導層５０と同一の材料（例えば金）からなる薄い中間層５１を通して平面状になされる。熱伝導層５０及び場合によっては中間層５１は、誘電層（図示せず）によって、電極層２２ａから電気的に絶縁されている。
【００３５】
精密な適用のために、あるいは、斜めの照射（矢印Ｃ）の際には、電極に側方の反射層も取着されていることは必要であり得る。このことは、実質的に上層又は基層２１ｂ，２６ｂのように形成されている側層２６ｃを有する電極２６において、示されている。
【００３６】
電極２１では、本発明に係わる他の冷却手段としては、底面１３に設けられた冷却素子２１ｃが例示されている。冷却素子２１ｃは電極２１と熱的に接触されており、この電極の下方に又は側方にずれて位置している。冷却素子２１ｃは例えばペルチエ素子である。底面１３への組入れの他に、冷却素子２１を（冷却用フィンガ（Ｋｕｅｈｌｆｉｎｇｅｒ）のように）外からもコンパートメントの壁部に載置することができる。
【００３７】
図１及び２示した実施の形態とは異なり、本発明に係わるマイクロシステムに、電極アセンブリがコンパートメント１０の壁部の一側に位置決めされていることができ、これに対し、向かい側には、非金属の薄いガラスのみが設けられている。
【００３８】
電極の熱負荷を減じるために、本発明により、電極アセンブリの幾何学的特性の最適化が考慮されていることができる。このことは、特に、四極子及び八極子の電極アセンブリの場合に、望ましい。複数の電極が益々小さく、電極と相互作用領域１１との間隔、あるいは、電極の相互の間隔が益々大きなるに連れて、複数の電極の、又は電極に対応する反射層の部分的な照射が一層僅かとなる。しかし乍ら、間隔が余りに大きくなってはならないのは、起電力が相互作用領域に効果的に及ぼされるべき場合である。電極の間隔が大きくなれば、一定限度でのみ、電圧を大きくすることによって補償することができる。発明者は、生物学粒子を誘電的に及び同時に光学ピンセットを用いて操作する場合、典型的な使用のためには、電極の幾何学的パラメータ（大きさ及び形）を上記の条件下で最適化することができることを確認した。
【００３９】
図３には、四極子の帯形、又は八極子の電極面の帯形が示されている。最適な電極パラメータは、電極の幅ｂに関しては、２０．．．２５μｍであり、向かい合う電極端部の間隔ａに関しては、３５乃至４５μｍ、好ましくは４０μｍであり、隣り合った電極の間隔ｃに関しては、２０乃至２５μｍである。これらの幾何学的条件下では、僅かな光誘導された流れの際に、誘電場のかごに粒子を確実に誘電的に保持することが可能である。
【００４０】
電極が矩形の帯形を有さず、電極２１及び２３において破線で示されておりかつ電極の端部が拡大している形を有するとき、以下のパラメータ範囲は最適である。電極端部の幅ｄ：３０乃至３５μｍ、隣り合った電極の間隔ｆ：１５乃至２０μｍ、電極の向かい合った端部の間隔（ａに対応）：３５乃至４５μｍ、好ましくは４０μｍ。従って、誘電場のかごの機能は、帯状の電極に比較して一層改善される。
【００４１】
電極の最適化された形は図４に示されている。電極２１乃至２４の、相互作用領域１１に向いている端面は、電極の帯からなるフレームとして、穴あき状態で形成されている。それ故に、照射方向の投射において形成された電極面は減少されている。以下のパラメータ範囲は、場のかごの中で粒子を効果的に誘電的に操作するために最適であることが明らかになった。すなわち、端面の長さｇ：約２０μｍ、電極の帯の幅ｈ：約５乃至１０μｍ、電極の帯の側長ｉ：約２０μｍ、フレーム同士の垂直の間隔ｋ：約１５μｍ、向かい合ったフレームの間隔ｌ：約４０μｍ。電極の端部を穴あきフレームとして形成することは、電場の作用が同じで、効果的に吸収する電極面が減少されているという利点を有する。フレームの示した形状の代わりに、電極の端部は矢尻の形状でも形成されていてよい。
【００４２】
図５は、マスキングする外層２２ｂ（図２を参照）の配列を、平面略図で示している。外層２２ｂは、対物レンズに向いた側に、例えばコンパートメントの底面に設けられている。外層２２ｂが全体の電極（例えば２１）を遮蔽する必要はない。むしろ、ここでは円４２で略示されておりかつ電極の電界及び光学ピンセットの作業領域が効果的に作用する相互作用領域１１において遮蔽が与えられていれば十分である。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態では、電極自体は、その時々に用いられるスペクトル範囲で透過する材料から製造される。誘電場のかごを光学ピンセットと組み合わせるとき、インジウム・スズ・二酸化炭素（ＩＴＯ）が用いられる。ＩＴＯは、４００ｎｍより上の波長に関して及び特に赤外線のスペクトル範囲で、ガラスの透過曲線にほぼ対応する高い透過率を有する。このことは図６に示した概略的な曲線で示されている。
【００４４】
前記の明細書、図面及び請求の範囲に開示された特徴は、単独で及び任意の組合せで、本発明の種々の実施の形態における本発明の実現化のために、重要であり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係わるマイクロシステムの斜視略図を示している。
【図２】
電極の加熱を減少させるための種々の措置を図解している、本発明に係わるマイクロシステムの側面略図を示している。
【図３】
本発明に係わるマイクロシステムにおける電極アセンブリの平面略図を示している。
【図４】
本発明に係わるマイクロシステムにおける電極アセンブリの他の平面略図を示している。
【図５】
本発明に係わるマイクロシステムにおける電極アセンブリの更に他の平面略図を示している。
【図６】
ＩＴＯの透過を図解するための曲線の図を示している。
【図１】
2004514556.tif 000003
【図２】
2004514556.tif 000004
【図３】
2004514556.tif 000005
【図４】
2004514556.tif 000006
【図５】
2004514556.tif 000007
【図６】
2004514556.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004514556.tif 000009
2004514556.tif 000010
2004514556.tif 000011
2004514556.tif 000012
2004514556.tif 000013
2004514556.tif 000014
2004514556.tif 000015
2004514556.tif 000016
2004514556.tif 000017
2004514556.tif 000018
2004514556.tif 000019
2004514556.tif 000020
2004514556.tif 000021
2004514556.tif 000022
2004514556.tif 000023
2004514556.tif 000024
2004514556.tif 000025
2004514556.tif 000026
2004514556.tif 000027
2004514556.tif 000028
2004514556.tif 000029
2004514556.tif 000030
2004514556.tif 000031
2004514556.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月13日(2002.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する及び／又は流し通す少なくとも１つのコンパートメント（１０）と、少なくとも１つの電極（２１乃至２８）を含みかつ相互作用領域（１１）が形成されてなる電極アセンブリ（２０）とを有し、前記コンパートメント（１０）は、電磁放射線が所定の照射方向（Ｂ）に従って入射可能であるときに通過する少なくとも１つの壁部（１２乃至１４）を有し、前記少なくとも１つの電極（２１乃至２８）には冷却手段（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ，５０，２１ｃ）が設けられている、流体状のマイクロシステムにおいて、
前記冷却手段は、以下の構成要素、すなわち、前記各々の電極（２１乃至２８）が照射方向（Ｂ）に対し少なくとも部分的に遮蔽されているときに用いる少なくとも１つの反射層（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ）と、前記各々の電極（２１乃至２８）が前記コンパートメント（１０）の壁部に結合されているときに仲立ちをする少なくとも１つの熱伝導層（５０）と、前記各々の電極（２１乃至２８）と熱的に接触して設けられている能動冷却素子（２１ｃ）とのうちの１つ又は複数によって、形成されていることを特徴とするマイクロシステム。
【請求項２】
前記反射層（３０）は複数の電極自体、該電極の、前記コンパートメント（１０）に向いた側に設けられた少なくとも１つの上層（２６ｂ，２６ｃ）、前記電極の、前記コンパートメント（１０）の壁部に向いた側に設けられた少なくとも１つの基層（２１ｂ）、又は前記コンパートメント（１０）の壁部に設けられた少なくとも１つの内層（２５ｂ）及び／又は外層（２２ｂ）によって形成される請求項１に記載のマイクロシステム。
【請求項３】
前記上層又は基層は、投射方向において、照射方向（Ｂ）に対し平行に、前記電極と同一の形状を有する、請求項２に記載のマイクロシステム。
【請求項４】
前記内層又は外層は、投射方向において照射方向（Ｂ）に対し平行に少なくとも前記電極と同一の大きさであるマスクを形成する、請求項２に記載のマイクロシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの反射層は、赤外線のスペクトル範囲の反射係数を有する金属又は合金から形成され、この反射係数は銅、アルミニウム又は金の赤外線反射係数と少なくとも同じ大きさである、請求項１乃至４のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの反射層は、銅、アルミニウム又は金の赤外線反射係数と少なくとも同じ大きさである反射係数を赤外線のスペクトル範囲に有する少なくとも１つの誘電層又は勾配層によって形成される、請求項１乃至４のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項７】
前記電極は、赤外線のスペクトル範囲で透過性のある材料からなる、請求項１乃至６のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項８】
前記電極はインジウム・スズ・二酸化炭素（ＩＴＯ）からなる、請求項５に記載のマイクロシステム。
【請求項９】
前記コンパートメント（１０）の外側には、前記相互作用領域（１１）に対ししっかりと調整された照射方向（Ｂ）を有する光源が設けられている，請求項１乃至８のいずれか１に記載のマイクロシステム。
【請求項１０】
前記光源は赤外線のスペクトル範囲で作動されるレーザである、請求項９に記載のマイクロシステム。
【請求項１１】
液体を収容する及び／又は流し通すコンパートメント（１０）と、少なくとも１つの電極（２１乃至２８）からなりかつ相互作用領域（１１）が形成されてなる電極アセンブリ（２０）とを有し、前記コンパ乃至トメント（１０）は、電磁放射線が所定の照射方向（Ｂ）に従って入射可能であるときに通過する少なくとも１つの壁部（１２乃至１４）を有する、流体状のマイクロシステム内で、電気力を用いてサンプルを操作する及び／又は分析する方法において、
前記少なくとも１つの電極（２１乃至２８）を冷却するために、該各々の電極（２１乃至２８）を、以下の措置のうちの１又は複数によって、すなわち、前記照射方向（Ｂ）に対し少なくとも１つの反射層（２１ｂ，２２ｂ，２５ｂ，２６ｂ，２６ｃ）によって少なくとも部分的に遮蔽し、前記各々の電極（２１乃至２８）が前記コンパートメント（１０）の壁部に結合されているときに仲立ちをする少なくとも１つの熱伝導層（５０）によって冷却し、及び前記各々の電極（２１乃至２８）と熱的に接触して設けられている能動冷却素子（２１ｃ）によって冷却することを特徴とする方法。
【請求項１２】
材料研究において、コンビナトリアル・ケミストリーにおいてＤＮＡ又はタンパク質を分析するための、あるいは、生物学細胞を同定するための及び／又は操作するための、方法又は請求項１乃至１０のいずれか１に記載のマイクロシステムの使用。
【国際調査報告】
2004514556.tif 000033
2004514556.tif 000034
2004514556.tif 000035
2004514556.tif 000036