DE60118781T2

DE60118781T2 - Verfahren zur herstellung einer vorrichtung mit gezogenen mikrokanalreihen

Info

Publication number: DE60118781T2
Application number: DE60118781T
Authority: DE
Inventors: c/o Polymicro Technologies LLC James P. Phoenix CLARKIN; c/o Polymicro Technologies LLC Gary W. Phoenix NELSON; c/o Polymicro Tech. LLC Robert J. Phoenix MACOMBER
Original assignee: Polymicro Technologies LLC
Current assignee: Polymicro Technologies LLC
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: WO2002048677A2; DK1344039T3; JP4494715B2; US8216980B2; EP1344039A2; US20050287047A1; DE60118781D1; US20020072111A1; EP1344039B1; JP2004526944A; ATE323279T1; AU2002235186A1; WO2002048677A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Mikrokanalanordnungsstrukturen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung durch Ziehen einer massiven Vorform, um die Mikrokanalanordnung zu erzeugen, und ein Analyseverfahren, welches solche Strukturen verwendet.
Hintergrund der Erfindung
Da die Nachfrage nach schnellen, genauen und kostengünstigen Analysetechniken gestiegen ist, gab es einen Antrieb, kleinere Analysevorrichtungen zu entwickeln. Solche kleinen Vorrichtungen können die Fähigkeit bereitstellen, hunderte oder tausende von gleichzeitigen Experimenten in einem einzigen Labor durchzuführen, und ermöglichen es, vordem unmögliche oder undurchführbare Ergebnisse zu erzielen. Zum Beispiel können kombinatorische Chemiker nun tausende von gleichzeitigen Synthesen unter Verwendung eines Bruchteils der Zeit und der Materialien durchführen, die notwendig sind, um selbst eine herkömmliche Synthese durchzuführen. Arzneimittelforscher, DNA-Analytiker und eine große Vielzahl von anderen Biologen und Chemikern profitierten von der Revolution beim Labor auf einer Chiptechnologie.
Um dies möglich zu machen, besteht ein Labor auf einer Chipvorrichtung im Allgemeinen aus Mikrofluidiksystemen, die auf einem ebenen Substrat hergestellt sind. Das Substrat wird im Allgemeinen gemäß der gewünschten Verwendung ausgewählt und kann so gewählt werden, dass es gegen Säuren, Basen, Salze, extreme Temperaturen, Temperaturänderungen und/oder angelegte elektromagnetische Felder beständig ist. Außerdem sollte das Substrat verhältnismäßig reaktionsunfähig mit allen Chemikalien sein, die als Teil der durchzuführenden Experimente verwendet werden könnten. Beispiele für solche Substrate sind Glas, Hartglas, Quarzkristalle, Silicium, Diamant und eine Vielfalt von Polymeren. Das Substrat kann gemäß der Anwendung opak oder transparent sein. Wenn zum Beispiel eine optische Erfassung verwendet wird, um den Prozess zu überwachen, können transparente Substrate wünschenswert sein, um eine Signalübertragung zu ermöglichen.
In vielen Fällen besteht das Labor auf einem Chip im Wesentlichen aus mehreren Kanälen in einer Oberfläche oder im Inneren des Substrats. Ein typischer Kanal kann eine Tiefe von etwa 10 μm und eine Breite von etwa 60 μm aufweisen.
Herkömmlicherweise wurden Labors auf einer Chipvorrichtung unter Verwendung von Techniken ähnlich jenen hergestellt, die verwendet werden, um Mikroprozessoren und andere kleinformatige elektronische Vorrichtungen zu erzeugen. Zum Beispiel ist es üblich, Fotolithografie, chemisches Ätzen, Plasmaabscheidung, Ionenstrahlabscheidung, Sputtern, chemisches Aufdampfen und andere Techniken zu verwenden, die in der Halbleiterindustrie allgemein verwendet werden. Solche Techniken neigen dazu, teuer und kapitalintensiv zu sein. Ein einziges Fotolithografiesystem kann bis zu $ 20 Millionen kosten, nicht inbegriffen die zugehörigen Einrichtungen, wie beispielsweise Reinigungsräume, Strukturen zur Isolation gegen die Übertragung von Erschütterungen und dergleichen.
Darüber hinaus war die Fotolithografie nicht imstande, Kanäle mit hohen Aspektverhältnissen oder geraden Wänden erfolgreich herzustellen, weist eine von Natur aus niedrige Produktionsrate auf und verwendet im Allgemeinen Materialien, welche eine niedrige Qualität aufweisen, wie beispielsweise Borosilicatglas oder Kunststoffe.
In Anbetracht der zuvor erwähnten Herstellungsverfahren können Mikromaterialbearbeitungstechniken, wie beispielsweise Laserbohren, Mikrofräsen und dergleichen, oder Spritzgießen, Mikrogießen oder andere Gusstechniken verwendet werden. Diese Techniken sind im Allgemeinen langsam und bringen extrem genaue Materialbearbeitungsvorgänge am Limit der heutigen Technologien mit sich.
Bei der Herstellung von Lichtleitfasern weist ein reines Quarzrohr eine dotierte Quarzschicht auf, die durch einen Prozess, der als chemisches Aufdampfen bekannt ist, auf seine Innenfläche aufgetragen ist. Das Rohr wird erwärmt, um zu bewirken, dass es zu einer soliden Stange zusammensinkt. Die Stange wird erwärmt und gezogen, um ihre Länge stark zu verlängern und ihren Querschnitt stark zu verkleinern, wodurch eine flexible Lichtleitfaser erzeugt wird.
Für bestimmte Anwendungen kann eine Glasstange mit Poren darin vor dem Ziehen gebildet werden, um zum Beispiel als Pipette zu dienen. Die gezogene Faser weist Rohre auf, die durch die gestreckten Poren gebildet werden. Die Rohre erstrecken sich entlang der Länge der Faser.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung behandelt die zuvor identifizierten Bedürfnisse durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert.
Die Vorrichtung kann in einem Labor auf einer Chipvorrichtung verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, welche in die Spezifikation integriert sind und einen Teil davon bilden, veranschauli chen Ausführungsformen der Erfindung und erläutern zusammen mit der Beschreibung die Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung.
1 stellt ein Beispiel eines gezogenen Substrats dar, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
2 stellt ein Beispiel eines anderen gezogenen Substrats dar, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
3a stellt ein Beispiel eines gezogenen Substrats dar, das eine Vielfalt von gezogenen Kanalformen umfasst und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
3b stellt ein Beispiel einer Mikrokanalanordnung mit verjüngten Kanälen dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
4a bis 4j stellen Beispiele von mehreren gezogenen Kanalquerschnitten dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
5a bis 5e stellen Beispiele von verschiedenen Endkappensubstrat- und Endkappenkanalkonfigurationen dar, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
6a und 6b stellen Beispiele von gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtungen dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
7 stellt ein Beispiel von gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtungen dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
8 stellt eine Teilseitenansicht einer gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung und einer Endkappe von 7 dar.
9 stellt eine alternative Teilseitenansicht einer gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung von 7 dar.
10 stellt ein Beispiel einer mehrteiligen gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung in einem Labor auf einer Chipstruktur dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
11 stellt eine andere Teilseitenansicht einer gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung dar, die eine integrierte Lichtleitfaser aufweist und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
12 stellt ein Beispiel einer anderen gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung dar, die eine integrierte Lichtleitfaser aufweist und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
13a bis 13c stellen Beispiele der Mittel dar, durch welche das Licht von der Achse der Faser in die oder aus der Mikrokanalanordnungsvorrichtung umgeleitet werden kann.
14 stellt ein Beispiel einer gezogenen Mikrokanalanordnungsstruktur dar, die integrierte Lichtwellenleiter aufweist und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
15a und 15b stellen eine Seiteansicht von Beispielen einer gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung, die integrierte Lichtleistfasern aufweist und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
16 stellt ein Beispiel einer gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung dar, die ein Diagnosevorrichtung bildet und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
17 stellt ein Beispiel einer Kapillarelektrochromatografievorrichtung dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
18 ist eine schematische Darstellung einer Mikrokapillaranordnungsvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
19a und 19b sind schematische Querschnitte von gezogenen Anordnungsvorrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung werden zum Zwecke der Erläuterung und ohne Einschränkung spezifische Einzelheiten dargelegt, wie beispielsweise bestimmte Komponenten, Techniken usw., um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Die Erfindung kann jedoch auch in anderen Ausführungsformen, die sich von diesen spezifischen Einzelheiten entfernen, ausgeführt wird. In manchen Fällen können ausführliche Beschreibungen von allgemein bekannten Vorrichtungen weggelassen sein, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten zu komplizieren.
Die folgenden Definitionen werden hierin verwendet:

Gezogene Mikrokanalanordnungsvorrichtungen:: eine komplette Struktur bestehend aus jeglichen von gezogenen Kanälen, Endkappen, Lichtwellenleitern, Lichtleitfasern, Linsen, Reflektoren und Portalen.
Ziehprozess:: der Prozess, durch den ein Substrat in der Form eines Blocks oder einer Stange gezogen wird, während es für gewöhnlich erwärmt wird, wobei es entlang seines Abschnitts gestreckt wird und der Querschnittsbereich auf eine gewünschte Größe verkleinert wird.
Vorgeformter Körper:: das Ausgangssubstrat mit maschinell herausgearbeiteten oder anderweitig gebildeten Kanälen, bevor sein Querschnittsbereich durch den Ziehprozess verkleinert wird. Der vorgeformte Körper kann einen Lichtwellenleiter darin eingebettet aufweisen.
Kanäle:: die Kanäle im Substrat vor dem Ziehen.
Gezogenes Substrat:: ein Materialkörper, der aus dem vorgeformten Körper gezogen wird.
Gezogene Kanäle:: die Kanäle innerhalb des gezogenen Substrats.
Endkappensubstrat:: der Materialkörper, der entweder an gezogenen Substraten oder anderen Endkappen angebracht wird, um die Funktion der gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtungen zu verbessern. Die Endkappensubstrate enthalten Portale, Mischkammern, Fluidleitungen und andere Strukturen, die in der Analysetechnik verwendet werden.
Endkappenkanäle:: die Kanäle innerhalb des Endkappensubstrats.
Anschlüsse, Ausgänge und Portale:: zusätzliche Öffnungen neben den Kanälen, die in jedem eines Kanalsubstrats oder Endkappensubstrats maschinell herausgearbeitet oder anderweitig gebildet sind. Diese Anschlüsse bringen die gezogenen Kanäle und die Endkappenkanäle in Fluidverbindung mit Schnittstellen außerhalb des gezogenen Substrats und des Endkappensubstrats. Die Anschlüsse verbinden die Kanäle im Allgemeinen in einem Winkel zwischen 1 und 90 Grad vom Kanal selbst.
Fluidverbindung:: Zustand, bei dem Leitungen ausreichend verbunden sind, um zu ermöglichen, dass Fluid dadurch strömt.
Leitung:: jeglicher eines gezogenen Kanals, Endkappenkanals oder Portals.
Querschnittsgeometrie:: eine Form eines vorgeformten Körpers, gezogenen Substrats oder Endkappensubstrats, wenn entlang seines Abschnitts gesehen. Umfasst ähnliche geometrische Figuren, das heißt Figuren mit derselben Form, aber einem unterschiedlichen Maßstab.
Lichtwellenleitervorform:: ein Ausgangslichtwellenleiter in seiner massiven Form, bevor sein Querschnittsbereich durch den Ziehprozess verkleinert wird. Dieser wird in den zuvor erwähnten vorgeformten Körper eingebettet und gleichzeitig mit den Kanälen gezogen.
Reflektor:: eine Form auf einer Außenfläche des gezogenen Substrats oder Endkappensubstrats oder auf einer Innenfläche eines Kanals, die so ausgelegt ist, dass sie Licht in das Substrat oder den Kanal innerhalb des Substrats zurück reflektiert. Der Reflektor wird normalerweise mit einer reflektierenden Beschichtung aufgetragen, die Silber umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein.
Außenwand:: die Außenfläche von jedem eines gezogenen Substrats oder Endkappensubstrats.
Innenwand:: die Innenfläche von jedem eines gezogenen Substrats oder Endkappensubstrats, welche die definierende Kante des gezogenen Kanals beziehungsweise Endkappenkanals bildet.
Kanalabstand:: die Distanz zwischen Kanälen im gezogenen Substrat oder Endkappensubstrat.
Rotationsausrichtung:: die Ausrichtung von Kanälen in Bezug auf andere Kanäle, wenn auf der Achse des Abschnitts gedreht. Dies kann auf jeden von gezogenen Kanälen oder Endkappenkanälen zutreffen.
Winkelausrichtung:: die Ausrichtung von Kanälen in Bezug auf andere Kanäle, wenn radial zum Abschnitt gedreht. Dies kann auf jeden von gezogenen Kanälen oder Endkappenkanälen zutreffen.
Ausrichtungsnut:: eine Nut oder ein Vorsprung von der Oberfläche des gezogenen Substrats oder Endkappensubstrats, welche die mechanische Ausrichtung von Elektroden, Lichtleitfasern, Linsen, Detektoren, Sendern, Drähten oder anderen elektromechanischen Mikrovorrichtungen mit den gezogenen Kanälen ermöglicht.
Optischer Isolator:: eine Materialregion, welche gewünschte Wellenlängen von Licht ausfiltert, derart dass ausgewählte gezogene Kanäle oder andere Regionen des gezogenen Substrats oder der gezogenen Endkappen optisch von anderen Kanälen, Regionen oder Außenbereichen isoliert sind.
Lichtleitfaser:: eine getrennt gezogene Lichtleitfaser, welche in die gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtungen eingefügt oder daran angebracht wird.
Erfassung:: die Quantifizierung der Menge von Analyt in einem gezogenen Kanal oder Endkappenkanal an einer bestimmten Stelle innerhalb eines dieser Kanäle.

Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 ist ein gezogenes Substrat 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Eine Reihe von gezogenen Kanälen 12 ist über eine Fläche 14 des gezogenen Substrats 10 angeordnet. In diesem Beispiel ist das gezogene Substrat etwa 10 cm lang (L), etwa 1000 μm hoch (H) und etwa 1500 μm breit (W). Jeder einzelne Kanal 12 ist etwa 50 μm breit und etwa 150 μm hoch.
Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, Anordnungen von Kanälen mit einem Querschnittsbereich im Bereich von 0,0001 mm² bis 1 mm², vorzugsweise 0,0025 mm² bis 0,25 mm² und am besten 0,005 mm² bis 0,025 mm² zu bilden.
Um diese Anordnung zu bilden, wird ein vorgeformter Körper hergestellt, der ähnliche Proportionen aufweist, aber größer ist. Der vorgeformte Körper enthält Kanäle, welche den gezogenen Kanälen entsprechen. Der vorgeformte Körper wird in einem Ofen erwärmt und gezogen, wobei er entlang seines Abschnitts gestreckt wird und der Querschnittsbereich auf die gewünschte Größe verkleinert wird, während seine Geometrie beibehalten wird, das heißt der Endquerschnitt des gezogenen Substrats ist geometrisch ähnlich wie der Querschnitt des vorgeformten Originalkörpers und unterscheidet sich im Wesentlichen nur in der Größe. Durch Regeln der Geschwindigkeit des Ziehens kann der resultierende Querschnittsbereich gesteuert werden und ermöglicht die Bildung von Strukturen, wie beispielsweise Verjüngungen. Vorzugsweise wird ein Dickenüberwachungsgerät bereitgestellt. Das Dickenüberwachungsgerät liefert ein Kontrollsignal an den Ziehprozess, derart ein konstanter oder in geeigneter Weise variierender Querschnitt erzeugt werden kann.
Obwohl die gezogene Anordnung keinerlei Beschichtung benötigt, kann eine Schutzbeschichtung über die gezogene Anordnung aufgetragen werden, wie dies für Lichtleitfasern geschieht. Es können verschiedene Beschichtungen gemäß der beabsichtigten Verwendung aufgetragen werden. Materialien für eine Beschichtung können zum Beispiel aus Polyimid, Acrylat, Fluoracrylat, Silikon, Metall oder einer optischen Umhüllung ausgewählt werden. Es ist möglicherweise wünschenswert, von mehreren Beschichtungen oder mehreren Schichten einer einzigen Beschichtung Gebrauch zu machen. Nötigenfalls kann die Beschichtung dann in einem Härtungsofen ausgehärtet werden. Wenn die Beschichtung so gewählt wird, dass sie eine niedrigere Brechzahl als das gezogene Substrat aufweist, kann das gezogene Substrat als Lichtleiter fungieren. Falls die gezogene Anordnung flexibel ist, kann sie auf eine Aufwickelrolle gewickelt werden.
Der vorgeformte Körper, aus welchem das gezogene Substrat zu bilden ist, kann aus einer Vielfalt von Materialien hergestellt ein, welche zum Beispiel Glas, thermoplastische Polymere und Keramik umfassen. In vielen Fällen sind die bevorzugten Materialien Hartglas oder Quarz. Diese Materialien stellen eine hohe Festigkeit, gute Lichtdurchlässigkeit, einschließlich UV-Wellenlängen, einen hohen Grad an Homogenität und eine niedrige Fluoreszenz bereit. Da solche Materialien üblicherweise zur Herstellung von gezogenen optischen Komponenten verwendet werden, ist ihr Verhalten, wenn erwärmt und gezogen, außerdem einigermaßen gut verständlich.
Ein alternatives gezogenes Substrat 10' ist in 2 dargestellt. Das gezogene Substrat 10' von 2 weist eine ringförmige Anordnung von gezogenen Kanälen 12' mit ähnlichen Abmessungen wie die gezogenen Kanäle 12 von 1 auf. Zusätzlich ist ein mittiges Durchgangsloch 16 vorgesehen. Das mittige Durchgangsloch 16 kann verwendet werden, um mechanische Verbinder unterzubringen, um zu ermöglichen, dass ein Lichtsignal in das Loch injiziert wird, um zu ermöglichen, dass ein Lichtsignal aus dem Loch übertragen wird, oder um einen Durchgang für ein Material von einem Ende des gezogenen Substrats zum anderen zu ermöglichen.
In 3a ist ein gezogenes Substrat 20 dargestellt, wobei verschiedene mögliche gezogene Kanalformen veranschaulicht sind. Es sind ein runder Kanal 22, ein rechteckiger Kanal 24, ein dreieckiger Kanal 26 und ein ovaler Kanal 28 dargestellt. 3b stellt ein Beispiel eines gezogenen Substrats 20' mit gezogenen Kanälen mit verjüngten Abschnitten 32 dar. Die verjüngten Abschnitte können durch verschiedene Ziehparameter, welche die Zugrate, die Zugspannung, die Zugtemperatur und den Zugdruck umfassen, während der Erzeugung des gezogenen Substrats gebildet werden. Es ist möglicherweise notwendig, das gezogene Substrat nach dem Ziehprozess maschinell zu bearbeiten, um einen gewünschten Außenquerschnitt zu erzeugen, während variierende gezogene Kanalquerschnitte bereitgestellt werden. 4a bis 4j veranschaulichen ebenso beispielhafte Querschnitte von gezogenen Kanälen und gezogenen Substraten. Ein bestimmtes gezogenes Substrat kann gezogene Kanäle mit identischen Querschnitten einsetzen, wie in 1 dargestellt, oder eine Vielfalt von Querschnitten, wie in 3 dargestellt.
Eine Innen- und eine Außenwand können so ausgelegt werden, dass sie als eine Linse fungieren. Das heißt die Querschnittsform eines gezogenen Kanals oder gezogenen Substrats kann so ausgewählt werden, dass mindestens eine Wand eine Linse bildet. Zum Beispiel stellt 4f einen Kanal mit einer konvexen Linse auf einer Seite und einer konkaven Linse auf der anderen dar. Dies kann insbesondere nützlich sein, falls ein optischer Detektor eingesetzt wird. Die Krümmung der Wand wird so ausgewählt, dass die den geeigneten Fokus oder Defokus von Licht bereitstellt, das durch die Wand durchtritt. Im Gegensatz dazu erzeugt eine gerade Wand eine minimale Linsenwirkung, wenn überhaupt eine. Die Form des gezogenen Kanals kann auch so ausgewählt werden, dass sie zum Beispiel das Probenvolumen maximiert oder die Geschwindigkeit ändert, mit welcher Flüssigkeiten durch den gezogenen Kanal durchfließen. Gleichermaßen kann ein Abschnitt der Innen- oder Außenwand als ein Reflektor fungie ren. Es kann eine bestimmte Form ausgewählt werden, um das Reflexionsvermögen der Wand zu erhöhen. Um den Reflexionsgrad der Wand über den, der durch eine Änderung der Brechzahl bewirkt wird, zu erhöhen, wird die Wand vorzugsweise mit einer reflektierenden Beschichtung beschichtet, welche Silber umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein.
5a bis 5e stellen eine Reihe von Endkappensubstraten zur Verwendung mit dem gezogenen Substrat dar. Die Endkappensubstrate können Endkappenkanäle umfassen, Portale, die so ausgelegt sind, dass sie eine Fluidikverbindung mit den gezogenen Kanälen bereitstellen. Die Endkappensubstrate können Mikrostrukturen umfassen, wie beispielsweise Ventile, Schalter, Portale, Mischkammern oder irgendwelche anderen Strukturen, die zu einem Labor auf einer Chipvorrichtung führen. Außerdem können die Endkappensubstrate Endstrukturen sein, oder sie können als eine Schnittstelle zwischen einer gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung und dem Analysengerät verwendet werden, wie in den nicht einschränkenden Beispiel dargestellt, die in 7 bis 10, 17 und 18 veranschaulicht sind und im Folgenden beschrieben werden.
5a stellt ein Endkappensubstrat 50 dar, welches einfach acht gerade, runde Endkappenkanäle 52 umfasst. Eine Endkappe dieser Art kann auf dieselbe Weise, wie das gezogene Substrat selbst, hergestellt und auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden. 5b stellt ein Endkappensubstrat 54 mit drei Endkappenkanälen 56 dar. Jeder Kanal 56 umfasst ferner Seitenanschlüsse 58. Während die Endkappensubstrate 54 und die Kanäle 56 durch den Ziehprozess hergestellt werden können, benötigen die Seitenanschlüsse 58 einen zusätzlichen Materialbearbeitungsschritt, da sie zum Beispiel senkrecht zur Zugrichtung sind. Ähnlich stellt 5c ein Endkappensubstrat 60 mit drei Endkappenkanälen 62 und Seitenanschlüssen oder -kanälen 64 dar, welche maschinell in das Endkappensubstrat 60 eingearbeitet sein können. Im Gegensatz zu den Seitenanschlüssen 58, wie in 5b dargestellt, sind die Kanäle 64 von 5c an der Oberfläche des Endkappensubstrats 60, und demnach bildet jeder Kanal 64 einen halbkreisförmigen Durchgang. 5d stellt ein Endkappensubstrat 70 mit drei Endkappenkanälen 72 dar. Jeder Kanal 72 ist verjüngt, derart dass ein Ende 74 einen größeren Durchmesser aufweist als das andere Ende 76. Um einen verjüngten Anschluss 72 zu erzeugen, kann der verjüngte oder anderweitig geformte Anschluss durch Verwenden einer variierten Zugrate, mechanische Materialbearbeitung, Laserbearbeitung oder chemisches Ätzen gebildet werden. Um das Endkappensubstrat 70, wie dargestellt, mit verjüngten Anschlüssen, aber mit einem gleichförmigen Außendurchmesser zu erzeugen, ist möglicherweise die Außenseite maschinell zu bearbeiten. 5e stellt eine ähnliche Endkappe mit einer Verjüngung 78 größeren Volumens dar, welche als Kapillarrohr, Pipette oder ein Behälter dienen kann. Die Endkappe von 5e kann zum Beispiel als zwei konstante Querschnitte gebildet werden, die durch eine Verjüngung verbunden sind.
6a und 6b zeigen, wie ein Endkappensubstrat in Verbindung mit einem gezogenen Substrat verwendet werden kann, um eine komplette Mikrokanalanordnungsvorrichtung zu bilden. In 6a enthält ein gezogenes Substrat 80 drei gezogene Kanäle 82, in diesem Fall mit einer rechteckigen Querschnittgeometrie. Ein Teilstück 83 eines der Kanäle 82 ist zu Veranschaulichungszwecken dargestellt. Am Ende jedes gezogenen Kanals 82 ist ein maschinell herausgearbeiteter quer verlaufender Kanal 84 vorgesehen. In einer bestimmten Anwendung kann ein Ende 86 jedes quer verlaufenden Kanals als ein Abfallanschluss verwendet werden, während das andere Ende 88 als ein Analytanschluss fungiert. Ein Endkappensubstrat 90 umfasst drei Kanäle 92, welche mit einem mittleren Abschnitt der gezogenen Kanäle 82 des gezogenen Substrats 80 ausgerichtet sind. Die drei Kanäle 92 des Endkappensubstrats 90 fungieren als Pufferanschlüsse und sind in Fluidverbindung mit dem Pufferanschluss 88, dem Abfallanschluss 86 und dem gezogenen Kanal 83 des gezogenen Substrats 80. Das Endkappensubstrat 90 und das gezogene Substrat 80 werden durch jedes geeignete Verfahren, einschließlich Schmelzung und Klebebindung, verbunden. Da das Endkappensubstrat 90 und das gezogene Substrat 80 ein ähnliches Material und eine ähnliche Struktur wie Lichtleitfasern aufweisen, können viele der Spleißtechniken, die auf diesem Gebiet verwendet werden, in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Endkappensubstrate und Endkappenkanäle können auch verwendet werden, um dem gezogenen Kanalwegabschnitt Flexibilität zu verleihen, wie in 6b dargestellt. Ein gezogenes Substrat 96 mit mehreren gezogenen Kanälen 98 kann zum Beispiel ungefähr 20 cm lang sein. In einigen Anwendungen, wie beispielsweise der Kapillarelektrophorese, ist es möglicherweise wünschenswert, ein Kapillarrohr mit einer Länge von 100 cm zu verwenden. Durch die Verwendung eines Endkappensubstrats 100 an jedem Ende, welches den Fluss entlang benachbarter gezogener Kanäle 92 umleitet, können fünf 20 cm lange gezogene Kanäle die gewünschte Länge von 100 cm bereitstellen. Außerdem kann dasselbe gezogene Substrat 96 verwendet werden, um zum Beispiel zwei 40 cm lange gezogene Kanäle oder einen 40 cm langen und einen 60 cm langen Kanal durch Bereitstellen verschiedener Endkappensubstrate 100 zu erzeugen.
7 stellt eine zweite Kombination aus Endkappen- und gezogenem Substrat dar. Das gezogene Substrat 100 umfasst vier gezogene Kanäle 102, die radial um eine zentrale Achse herum angeordnet sind. Jeder gezogene Kanal 102 weist eine verbundene Leitung 104 auf, welche im Ende 106 des gezogenen Substrats 100 maschinell herausgearbeitet oder anderweitig gebildet werden kann. Zu Veranschaulichungszwecken ist ein Teilstück 105 eines der Kanäle dargestellt. Ein Endkappensubstrat 110 weist vier Gruppen von drei Endkap penkanälen 112 auf, welche in einer gezogenen Endkappe, wie zuvor erörtert, maschinell herausgearbeitet oder anderweitig gebildet werden können. In einer Anwendung fungieren die Endkappenkanäle 112 als Anschlüsse und ermöglichen die Beförderung von Material in die Kanäle 102.
8 und 9 stellen zwei alternative Teilseitenansichten der gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtung von 7 dar. In 8 ist das gezogene Substrat 100 mit einem der gezogenen Kanäle 102 und einer der Leitungen 104 dargestellt. An einem Ende ist ein Endkappensubstrat 110 mit drei Endkappenkanälen 112a bis 112c. Der erste Kanal 112a kann zum Beispiel ein Pufferanschluss sein, der zweite Kanal 112b kann ein Analytanschluss sein, während der dritte Kanal 112c ein Abfallanschluss sein kann. Am anderen Ende ist ein zweites Endkappensubstrat 116 mit einem Durchgangsloch 118 vorgesehen, das jedem gezogenen Kanal 102 entspricht. In einer alternativen Anordnung, die in 9 dargestellt ist, enthält das gezogene Substrat 100' nur einen Abschnitt der Leitung 104'. Der andere Abschnitt 106 ist stattdessen im Endkappensubstrat 110' ausgebildet. Dies soll zeigen, dass die Leitung in jedem des Endkappensubstrats oder gezogenen Substrats maschinell herausgearbeitet oder anderweitig gebildet werden kann.
Wie in 10 dargestellt, kann eine kompliziertere gezogene Mikrokanalanordnungsvorrichtung aus den Basisteilen zusammengesetzt werden. In der Beschreibung von 10 werden die Komponenten ohne Bezugnahme auf die Teilsysteme, wie beispielsweise die eigentlichen Kanäle, Anschlüsse, Schlitze und dergleichen, beschrieben. Benachbarte Komponenten werden durch Schmelzen oder Bonden befestigt, wie angebracht.
Ein Endkappensubstrat 140 fungiert als eine Schnittstelle mit dem Analysengerätestück und enthält Anschlüsse und Ventile oder Ventilregionen. Als Nächstes kommt ein Segment eines gezogenen Substrats 144, welches gezogene Kanäle enthält, welche als Mischkammern fungieren. Die Mischkammern führen in eine andere Endkappeneinheit 148, welche weitere Ventile enthält. Das Ventilstück 148 regelt Fluida, wenn sie in das Kapillarelektrophoresestück (CE für engl. capillary elctrophoresis) 152 eintreten. Das Kapillarelektrophoresestück umfasst gezogene Kanäle, welche als Kapillarrohre für den CE-Prozess fungieren. Die Ergebnisse des CE-Prozesses werden durch das Detektorstück 156 ausgelesen, welches vorzugsweise ein Endkappensubstrat ist, welches mit dem Analysengerät optisch gekoppelt ist. Schließlich enthält ein anderes Endkappensubstrat 160 Ausgangs- oder Abfallauslassstrukturen und ist wiederum an das Analysengerät gekoppelt. Wie aus 10 ersichtlich ist, kann eine Vielfalt von Strukturen auf ähnliche Art und Weise mit verschiedenen Kombinationen von Endkappensubstraten und eines gezogenen Substrats eingebaut werden.
Lichtleitfasern können in einer Vielfalt von Arten und Weisen in die gezogenen Mikrokanalanordnungsvorrichtungen eingebunden werden. Wie in 11 dargestellt, ist eine gezogene Mikrokanalanordnungsvorrichtung 170 mit einem mittigen gezogenen Kanal 172 geeignet, eine Lichtleitfaser 174 innerhalb des Kanals 172 aufzunehmen. Um die Lichtleitfaser 174 herum sind vier gezogene Kanäle 176 angeordnet, welche jeweils mit einer Lichtleitfaser 178 optisch verbunden sind. Die Lichtleitfasern 178 sind an einen oder mehr Detektoren, nicht dargestellt, angeschlossen. Bei den Detektoren kann es sich um jeden geeigneten Lichtdetektor handeln, wie beispielsweise eine Fotodiode, einen Szintillator, einen Thermodetektor, einen fotoelektrischen Detektor, einen pyroelektrischen Detektor, einen Fotovervielfacher, einen Leuchtschirm, einen fotoleitenden Detektor usw. Wie dargestellt, umfasst die Lichtleitfaser 174 eine radial emittierende Spitze 182. Photonen 184, die von der Spitze 182 emittiert werden, trete durch die Kanäle 176 durch. In einer Anwendung übertragen die Detektorfasern 178 das fluoreszierende Licht zu den Detektoren, wenn die Kanäle eine Substanz enthalten, die fluoresziert. In einer alternativen Anwendung können die Kanäle auf eine Substanz geprüft werden, welche die Photonen von der Spitze 182 blockiert. Bei Vorhandensein eines Signals von den Detektorfasern 178 ist die Substanz nicht vorhanden. Andere Verwendungen für diese Vorrichtung können für die Fachleute zu erkennen sein.
Bei der Herstellung der Vorrichtung von 11 wird zuerst die gezogene Mikrokanalanordnungsvorrichtung 170 gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt. Der mittige Kanal 172 kann entweder integral mit der Vorrichtung 170 ausgebildet werden, oder er kann später maschinell in die Vorrichtung 170 eingearbeitet werden. Die Detektorlichtleitfasern 178 werden später hinzugefügt und verbinden durch Schmelzspleißen, mechanisches Koppeln oder Klebstoffe, wie angebracht.
Eine ähnliche Anordnung wie jene von 11 ist in 12 dargestellt. In dieser Vorrichtung weist eine Vorrichtung 190 mehrere gezogene oder maschinell herausgearbeitete Kanäle 192 an ihrer Oberfläche auf. Ein mittiger Kanal 194 stellt wiederum einen Zugang für eine Quelllichtleitfaser 196 mit einer emittierenden Spitze 198 bereit. Um die Lichtleitfaser 196 herum sind vier gezogene Kanäle 199 angeordnet, welche jeweils mit einer Lichtleitfaser 200 verbunden sind. Mehrere Detektorlichtleitfasern 200 sind innerhalb der Kanäle 192 angeordnet, um Signale von der Vorrichtung zu Detektoren, nicht dargestellt, zu übertragen. Die Kanäle an der Oberfläche fungieren als ein mechanischer Ausrichtungs- und Verbindungsmechanismus der Lichtleitfasern 200 mit der Vorrichtung 190.
13a bis 13c stellen drei Beispiele dafür dar, wie die Photonen 184 von 11 umgeleitet werden können. In 13a fungiert ein abgewinkeltes Ende 300 an der Lichtleitfa ser 301 als eine Seitenfeuervorrichtung und leitet die Photonen 302 in einem Winkel zur Faserachse (normalerweise 90 Grad). Die Lichtleitfaser oder die Vorrichtung 303 können in Bezug aufeinander gedreht werden, um dadurch die gezogenen Kanäle 304 einzeln zur Analyse auszuwählen.
13b stellt eine andere Vorrichtung ähnlich 13a dar, nur dass in diesem Fall ein Reflektor 305 getrennt von der Lichtleitfaser 301 zum Umleiten des Lichts vorgesehen ist. Der Reflektor ist in Bezug auf die Lichtleitfaser 306 und die Vorrichtung 307 drehbar. Die Drehung ermöglicht die Auswahl von zu analysierenden gezogenen Kanälen 308.
13c stellt eine andere Vorrichtung ähnlich 13a dar, welche als eine Struktur zum Umleiten von Licht ein Streumedium 308 aufweist, das in das mittige Loch eingefügt ist. Das Licht wird der Vorrichtung über die Lichtleitfaser 310 zugeführt, und der Photonenstrahl wird zum Streumedium 309 geleitet, welches die Photonen zu den gezogenen Kanälen 312 streut. Obwohl das Streumedium 309 so dargestellt ist, dass es in alle Richtung streut, könnte es auch so ausgelegt sein, dass es vorzugsweise in eine Richtung streut und drehbar ist, um einen bestimmten Ausgangskanal wie bei den Reflektoren zu wählen. Gleichermaßen könnten die Reflektoren und das Streumedium durch irgendeine Struktur zum Umleiten von Licht ersetzt werden, wie beispielsweise ein optisches Beugungselement.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 14 ist ein gezogenes Substrat 202 mit gezogenen Kanälen 204 entlang gezogener Lichtwellenleiter 206, die in das gezogene Substrat eingebettet sind, dargestellt. Dieses gezogene Substrat 202 kann durch anfängliches Erzeugen eines vorgeformten Körpers, nicht dargestellt, gebildet werden. Der vorgeformte Körper enthält beide Kanäle 204, wobei ein eingebetteter Lichtwellenleiter aus einem ähnlichen Material hergestellt ist. Der Lichtwellenleiter wird entweder durch eine Stange mit einer niedrigeren Brechzahl als der umgebende vorgeformte Körper oder eine Stange, welche selbst einen mittleren Bereich mit einer niedrigeren Brechzahl als ein äußerer Bereich auf der Stange umfasst, gebildet. Der Unterschied in der Brechzahl ist notwendig, um den Zustand einer inneren Totalreflexion zum Wellenleiten des Lichts zu erreichen. Durch Ziehen des vorgeformten Körpers werden die Lichtwellenleiter verlängert und bilden die gezogenen Lichtwellenleiter 206, und die Kanäle werden verlängert und bilden die gezogenen Kanäle 204.
15a stellt eine Seitenansicht eines Endkappensubstrats 210 bereit, welches als eine Detektorvorrichtung verwendet werden kann. Ein Paar von Lichtleitfasern 212, 214 ist innerhalb des Endkappensubstrats 210 angeordnet und weist Endflächen 216 auf, welche maschinell bearbeitet sind, um einen Winkel von 45° darzustellen. Licht 211 tritt in die erste Faser 212 ein, wird von der Oberfläche 216 reflektiert und durch einen Fensterabschnitt eines Endkappenkanals 218 geleitet. Licht, das vom Endkappenkanal austritt oder emittiert wird, wird von der Endfläche 216 reflektiert und dann die Faser 214 entlang geleitet und verlässt die Faser 214 zum Analysengerät, nicht dargestellt. Der Endkappenkanal 218 befördert den Analyten hinter das Fenster zwischen den Lichtleitfasern 212 und 214, wo er optisch analysiert wird. 15a kann so angewendet werden, wie in 13a bis 13c und 15b dargestellt, wobei die Vorrichtung in 15a an einem gezogenen Substrat 219 angebracht ist. Das gezogene Substrat enthält gezogene Kanäle, in welchen der Analyt zum Beispiel einem CE-Prozess unterzogen wird und anschließend in die Vorrichtung 217 wandert, wo er einer optischen Analyse unterzogen wird, wie dies bei einer CE-Trennung geschieht.
16 stellt ein gezogenes Substrat 220 mit zwei gezogenen Kanälen 222 dar. Am Ende des gezogenen Substrats 220 ist ein Endkappensubstrat 230 angebracht. Die Endkappe enthält Verlängerungen der beiden Kanäle 222 und ein mittiges Loch 232 und kann an das gezogene Substrat 220 geschmolzen werden oder anderweitig daran anhaften. Zwei Detektorfasern 234 sind auf jeder Seite der Endkappe 230 angeordnet, um Lichtsignale von den Seiten der Endkappe 230 anzunehmen. Eine Quellfaser 236 mit einer Emitterspitze 238 wird verwendet, um Lichtsignale durch das mittige Loch 232 in die Endkappe 230 einzugeben. Die Kanäle 222, wie dargestellt, sind hauptsächlich entlang einer Richtung parallel zur Anordnung 220 angeordnet. Die Abschnitte der Kanäle 222 in der Endkappe 230 verlängern sich jedoch in einer Richtung senkrecht zur Hauptrichtung. Diese Abschnitte können zum Beispiel dazu dienen, die Gesamtlänge der Kanäle zu verlängern oder die optische Weglänge zu verlängern, durch welche Licht, das von der Emitterspitze 238 emittiert wird, hindurch treten muss, bevor es durch die Detektorfasern 234 angenommen wird. Dies kann nützlich sein, wenn der Analyt, der erfasst wird, infolge einer niedrigen Reaktionsfähigkeit, niedrigen Dichte, niedrigen Konzentration niedrigen Absorptionsfähigkeit oder anderer Faktoren mit den Lichtsignalen nur schwach in Wechselwirkung tritt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 17 besteht eine Mikrokanalanordnungsvorrichtung 240 zur Kapillarelektrochromatografie aus vier Endkappensubstraten 250, 260, 265, 275 und einem gezogenen Substrat 270. Das erste Endkappensubstrat 265 ist eine Injektorkappe ähnlich der, die in 5a bis 5e dargestellt ist, welche die Vorrichtung mit einem Analysengerät koppelt. Das zweite Endkappesubstrat 260 ist eine Filterstückendkappe, umfasst auch drei Endkappenkanäle 262 und kann durch Ziehen hergestellt sein. Außerdem ist ein Filtermaterial innerhalb der Endkappenkanäle 262 angeordnet. Das dritte Endkappensubstrat 250 ist ein Detektorstück. Das Detektorstück 250 umfasst drei Endkappenkanäle 252 und ist vorzugsweise durch Ziehen hergestellt, wie zuvor beschrieben. Das vierte Endkappensubstrat 275 ist eine Auslassschnittstelle ähnlich der, die in 5a bis 5e dargestellt ist, welche die Vorrichtung mit dem Analysengerät koppelt. Die Mikrokanalanordnung 270 weist drei gezogene Kanäle 272 auf, welche an einem Ende mit den Filteranschlüssen 262 und am anderen Ende mit den Detektoranschlüssen 252 ausgerichtet sind, derart dass sie in Fluidikverbindung sein können. Die gezogenen Kanäle 272 bilden die Elektrochromatografiesäulen, durch welche ein Analyt während der Analyse durchtritt. Wie in 17 dargestellt, sind die gezogenen Kanäle mit einem chromatografischen Medium gefüllt, das den Fachleuten bekannt ist. Wie veranschaulicht, können die Kanäle 272 auch verjüngte Enden 274 aufweisen, die zum Detektorstück 250 führen. Diese verjüngten Enden können durch Variieren der Zuggeschwindigkeit des vorgeformten Körpers während der Herstellung oder durch Mikromaterialbearbeitungstechniken gebildet werden, wie zuvor beschrieben. Die verjüngten Enden 274 dienen dazu, die zuvor erwähnten chromatografischen Medien im gezogenen Substrat zu halten. Die verjüngten Enden 274 können in der dritten Endkappe 250 angeordnet werden, um demselben Zweck zu dienen.
18 stellt eine fertig gestellte Mikrokapillaranordnungsvorrichtung 200 dar, wie sie in einem Labor auf einer Chipanwendung verwendet werden könnte. Die Vorrichtung 300 umfasst ein Einführendkappensubstrat 310, ein gezogenes Substrat 320 und ein Auslassendkappensubstrat 330. Das Einführendkappensubstrat 310 dient als eine Schnittstelle mit dem Gerät, welches den Analyt und Puffer abfüllt, Behälter 302 für den Analyten, Puffer 308 und Analytabfall 306 enthält und das Ventil 312 zum Abfüllen des Analyten in die gezogenen Kanäle 314 enthält. Einlasselektroden 303 sind an Eingängen zu den Einlässen angeordnet, und die Einlassanschlüsse 305 sind konisch erweitert. Das gezogene Substrat 320 dient in diesem Beispiel zu zwei Funktionen: Analyttrennung und -erfassung. Das Auslassendkappensubstrat 330 dient dazu, den Puffer und den Analyten in eine Schnittstelle mit dem Analysengerät zu leiten.
Ein Beispiel eines Prozesses zum Analysieren des Analyten unter Verwendung der Vorrichtung 300, welche in 18 dargestellt ist, kann folgendermaßen beschrieben werden: Der Puffer und der Analyt werden zum Beispiel über eine Fluidabfüllvorrichtung 316 mit einer 96iger oder 384iger Lochplatte, wie in der Industrie üblich, in die Behälter 302, 308 des Einführendkappensubstrats abgefüllt. Diese Fluidabfülltechnologie mit einer 96iger Lochplatte kann modifiziert werden, um die Einlasselektroden 303 einzubinden, die zum Anlegen der hierin erörterten elektrischen Felder erforderlich sind. Anfänglich werden alle Vorrichtungsleitungen durch einen Differenzdruck über die Vorrichtung 300 mit dem Puffer gefüllt. Dann wird der Analyt in den Analytbehälter 302 des Einführendkappensubstrats 310 in Vorbereitung für die Injektion abgefüllt. Ein elektrisches Feld über den Analytbehälter und den Analytabfallbehälter zieht einen Teil des Analyten in die Ventilregion 312. Dies sorgt für eine Injektion von Analyt in den Trennungsweg 314. Dann wird ein elektrisches Feld zwischen den Pufferbehälter 308 und den Pufferabfallbehälter 352 angelegt, was eine elektrophoretische Trennung des Analyten im gezogenen Kanal 314 einleitet. Wenn der Analyt den gezogenen Kanal 314 entlang wandert, tritt er durch das Erfassungsstück 322 durch und ermöglicht eine Quantifizierung durch Spektrofotometrietechniken. Eine Schnittstelle zwischen dem Erfassungsstück 322 des gezogenen Substrats und dem Spektrofotometriegerät 332 wird in diesem Beispiel durch eine Anregungslichtleitfaser 338 (welche Licht von einer Lichtquelle 336 in den gezogenen Kanal 314 leitet) und eine Emissionsleichtleitfaser 340 (welche eine Lichtausgabe vom gezogenen Kanal zum Detektor 334 leitet) erreicht. Die analysierten Materialien und der Puffer wandern dann weiter in das Auslassendkappensubstrat 330, welches mit dem Analysengerät 350 gekoppelt ist. Diese Schnittstelle umfasst einen Pufferabfallbehälter 352, eine Auslasselektrode 354, eine Differenzdruckvorrichtung 356 (wie beispielsweise ein Vakuum) als Mittel zum anfänglichen Füllen oder anschließenden Reinigen aller Leitungen und einen Mechanismus 358, welcher eine abgedichtete Verbindung in das Auslassendkappensubstrat 330 bereitstellt. Komponenten dieser Schnittstelle können mit dem Auslassendkappensubstrat 330 selbst integral sein.
19a und 19b stellen jeweils Teilquerschnitte von gezogenen Anordnungsvorrichtungen dar, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind. 19a veranschaulicht eine gezogene Anordnung 400, welche eine Mehrzahl von gezogenen Kanälen 402 und eine entsprechende Mehrzahl von Linsen 404, die in der Anordnung ausgebildet sind, aufweist. Die Linsen 404 können zum Beispiel verwendet werden, um Abfragelicht auf die gezogenen Kanäle zu fokussieren, um sie zu beleuchten, um Fluoreszenz zu erzeugen, oder zu anderen Zwecken, die den Fachleuten verwandter Techniken bekannt sind. Die gezogene Anordnung 400 kann wie die zuvor erörterten Anordnungen durch Ziehen einer Vorform in der Form der Endanordnung gebildet werden.
19b stellt eine gezogene Anordnung 410 ähnlich der gezogenen Anordnung 400 dar. Statt Linsen zu umfassen, ist jedoch ein gekrümmter Abschnitt, der eine reflektierende Oberfläche 412 aufweist, in der gezogenen Anordnung 410 ausgebildet. Der gekrümmte reflektierende Abschnitt 412 kann zum Beispiel verwendet werden, um Licht auf den Kanal zu fokussieren. Obwohl der gekrümmte Abschnitt so dargestellt ist, dass er halbkreisförmig ist, kann er ebenso hyperbolisch sein, um das Licht besser auf den Brennpunkt zu fokussieren. Zur weiteren Verbesserung können die beiden Konzepte zusammen verwendet werden, derart dass Linsen (zum Beispiel) auf oberen Flächen ausgebildet sind, während Reflektoren auf unteren Flächen ausgebildet sind. Auf diese Weise kann das Licht mit großer Wirksamkeit verwendet werden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben wurde, die gegenwärtig als die praktischsten und am meisten bevorzugten angesehen werden, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Analysieren einer Mehrzahl von Probenkomponenten, welches beinhaltet: Erwärmen eines vorgeformten Körpers mit mindestens zwei darin integral vorgeformten Kanälen, die sich entlang eines Abschnitts des vorgeformten Körpers erstrecken; und Ziehen des vorgeformten Körpers entlang des Abschnitts, um einen Abschnitt der mindestens zwei vorgeformten Kanälen zu verlängern, während eine Querschnittsgeometrie der mindestens zwei vorgeformten Kanäle im Wesentlichen beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Querschnittsbereich mindestens eines der mindestens zwei verlängerten Kanäle im Bereich zwischen 0,0001 mm² und 1 mm² liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Länge mindestens eines der mindestens zwei verlängerten Kanäle nach dem Ziehen im Bereich zwischen 1 mm und 1 km liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen in einem elektromechanischen Mikrosystem verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen in einem Labor auf einem Chipsystem verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Einstellen der Zugrate und/oder Zugspannung und/oder Zugtemperatur und/oder Zugdruck beinhaltet, um einen Querschnittsbereich der mindestens zwei verlängerten Kanäle entlang des Abschnitts der Vorform zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen einen Lichtwellenleiter beinhaltet, der in den Körper gebildet ist und sich in die Richtung parallel zum Abschnitt der Vorform erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen ferner einen elektrischen Leiter aufweist, der sich in die Richtung parallel zum Abschnitt der Vorform erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen ferner mindestens einen optischen Isolator aufweist, der sich in die Richtung parallel zum Abschnitt der Vorform erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsgeometrie eines ersten der mindestens zwei verlängerten Kanäle sich von der Querschnittsgeometrie eines zweiten der mindestens zwei verlängerten Kanäle unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Glas, Keramik und thermoplastische Polymere.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Hartglas, Quarzglas und PMMA.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Ziehen ferner aufweist: Bereitstellen einer äußeren Umhüllung um den vorgeformten Körper, die ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Polyimid, Acrylat, Fluoracrylat, Silikon, Metall, optische Umhüllung.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Ziehen ferner aufweist: Bereitstellen einer äußeren Beschichtung auf dem vorgeformten Körper, die ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe von magnetischem, röntgendichtem, optisch filterndem, leitendem, dielektrischem Material.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Ziehen ferner aufweist: Bereitstellen einer inneren Beschichtung auf dem vorgeformten Körper, die ein Material aufweist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: hydrophob verbundene Phasen, hydrophil verbundene Phasen, Polyacrylamide, Silber, Silberhalogenid, Gold und Polytetrafluorethylen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest ein gewählter Kanal der mindestens zwei verlängerten Kanäle mindestens einen Wandabschnitt mit einer Linse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest ein gewählter Kanal der mindestens zwei verlängerten Kanäle mindestens einen Wandabschnitt mit einem Reflektor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen mindestens eine Ausrichtungsnut an seiner Außenfläche entlang seinem Abschnitt hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen ferner eine Lichtleitfaser beinhaltet, die in einen der verlängerten Kanäle gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der vorgeformte Körper nach dem Ziehen ferner eine Struktur beinhaltet, um Licht in dem verlängerten Kanal, der mit der Lichtleitfaser gekoppelt ist, umzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Struktur zum Umleiten von Licht eine reflektierende Fläche aufweist, die an dem Ende der Lichtleitfaser angeordnet ist, die in den verlängerten Kanal gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei nach dem Ziehen zwischen den mindestens zwei verlängerten Kanälen ein im Wesentlichen konstanter Abstand, eine im Wesentlichen konstante relative Rotationsausrichtung und eine im Wesentlichen konstante relative Winkelausrichtung entlang des Abschnitts des Substrats besteht.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei zwei der verlängerten Kanäle einen Wandabschnitt mit einer Linse haben und zwischen den zwei Linsen ein im Wesentlichen konstanter Abstand, eine im Wesentlichen konstante relative Rotationsausrichtung und eine im Wesentlichen konstante relative Winkelausrichtung entlang des Abschnitts des Substrats besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Ziehen ferner das Schneiden des vorgeformten Körpers auf die gewünschte Länge beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Ziehen ferner das Befestigen mindestens eines Endkappensubstrats mit mindestens einem Endkappenkanal an dem vorgeformten Körper beinhaltet, wobei der mindestens eine Endkappenkanal in Fluidverbindung mit mindestens einem verlängerten Kanal ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Endkappenkanal in Fluidverbindung mit den mindestens zwei verlängerten Kanälen ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Befestigen umfasst: Erwärmen des Endkappensubstrats und Ziehen des Endkappensubstrats, so dass es um einen Abschnitt des mindestens einen Endkappenkanals verlängert wird, während es im Wesentlichen eine Querschnittsgeometrie des mindestens einen Endkappenkanals beibehält.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Endkappensubstrat einen Endkappenkanal aufweist, dessen Querschnittsgeometrie sich von der Querschnittsgeometrie des mindestens einen Endkappenkanals unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der mindestens eine Endkappenkanal mindestens einen Wandabschnitt mit einer Linse aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der mindestens eine Endkappenkanal mindestens einen Wandabschnitt mit einem Reflektor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das mindestens eine Endkappensubstrat mindestens eine Ausrichtungsnut an seiner Außenfläche hat.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei zwischen einem weiteren Endkappenkanal und dem mindestens einen Endkappenkanal ein im Wesentlichen konstanter Abstand, eine im Wesentlichen konstante relative Rotationsausrichtung und eine im Wesentlichen konstante relative Winkelausrichtung entlang des Abschnitts des Endkappensubstrats besteht.