CN111551614B - 微芯片电泳方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微芯片电泳装置和微芯片电泳方法。微芯片电泳装置有微芯片、分注部、抽吸部和控制部。控制部执行缓冲溶液填充工序和液面一致化工序。在缓冲溶液填充工序中，向微芯片的流路内填充缓冲溶液，并使第1贮液部内的缓冲溶液的液面高度和设于流路的另一端的第2贮液部内的缓冲溶液的液面高度为预定高度以上。液面一致化工序在缓冲溶液填充工序后实施。在该液面一致化工序中，在使第1抽吸嘴和第2抽吸嘴进行抽吸动作的同时使第1抽吸嘴和第2抽吸嘴的顶端自第1贮液部和第2贮液部的上方下降至预定高度，从而对第1贮液部内和第2贮液部内的缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸，使第1贮液部内的液面高度和第2贮液部内的液面高度一致。

Description

微芯片电泳方法
技术领域
本发明涉及一种微芯片电泳装置和一种微芯片电泳方法。
背景技术
微芯片电泳法具有如下的特征：能够通过将设于微芯片内的分离流路的长度和样品塞长度的尺寸减小至所需最小限度并且使用粘度比较低的溶液进行电泳来高速地进行分离检测。
在微芯片的与流路端部相对应的位置处设有上方开口的贮液部。在进行电泳分析时，向分离流路内填充电泳用的缓冲溶液，然后再向流路端部的贮液部分注预定量的缓冲溶液。但是，在因流路长度较短而导致流路阻力较小、因缓冲溶液的粘度较低而导致各贮液部内的缓冲溶液的液面高度不同的情况下，会在虹吸现象的作用下在流路内产生水力学的流动，如果是在电泳分析过程中则会对试样成分的迁移率、分离性能造成影响。因此，需要在电泳分析之前事先使各贮液部内的缓冲溶液的液面高度一致。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-161233号公报
发明内容
发明要解决的问题
在以往的微芯片电泳的情况下，通常是自微芯片的特定的贮液部向流路内加压注入缓冲溶液从而进行缓冲溶液向流路的填充，之后，利用抽吸嘴对在各贮液部内残留的缓冲溶液进行抽吸而使各贮液部变空，再向各贮液部分注预定量的缓冲溶液，由此，使各贮液部内的缓冲溶液的液面高度一致(例如参照专利文献1。)。
然而，在向流路填充缓冲溶液之后对各贮液部的缓冲溶液进行抽吸时，存在贮液部内的缓冲溶液在被抽吸后残留的担忧。贮液部内的缓冲溶液的抽吸残留会成为贮液部内的液面高度的误差的原因。作为贮液部内的缓冲溶液的抽吸残留的原因，能够列举出抽吸用嘴和贮液部的位置关系(抽吸嘴顶端与贮液部底面接触的相对位置以及抽吸嘴端面与接触面的角度)、与抽吸嘴连接的抽吸泵的不良情况等。另外，自各贮液部抽吸缓冲溶液之后的缓冲溶液向贮液部分注的分注量的精度也会对各贮液部的液面高度造成影响。
在此，本发明的目的在于提高向微芯片内的流路填充缓冲溶液之后的对各贮液部内的液面高度进行控制的精度。
用于解决问题的方案
本发明的微芯片电泳装置包括微芯片、分注部、抽吸部以及控制部。所述微芯片在其内部设有流路并且在所述流路的一端和另一端分别设有上方开口的第1贮液部和第2贮液部。所述分注部具有与所述第1贮液部保持液密地连接的分注探针，自所述分注探针的顶端喷出缓冲溶液。所述抽吸部具有第1抽吸嘴和第2抽吸嘴并且具有使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴移动的移动机构，自所述第1抽吸嘴和所述第2引抽吸嘴的顶端分别抽吸所述第1贮液部内的液体和所述第2贮液部内的液体。所述控制部进行所述分注部和所述抽吸部的动作控制，该控制部构成为执行缓冲溶液填充工序和液面一致化工序，在该缓冲溶液填充工序中，向所述流路内填充所述缓冲溶液并且使所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的液面高度成为预定高度以上，该液面一致化工序在所述缓冲溶液填充工序之后，在该液面一致化工序中，在使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴进行抽吸动作的同时使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端自所述第1贮液部和所述第2贮液部的上方下降至所述预定高度，从而对所述第1贮液部内和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸，使所述第1贮液部内的液面高度和所述第2贮液部内的液面高度一致。
本发明的微芯片电泳方法包括以下的步骤。
缓冲溶液填充步骤，在该缓冲溶液填充步骤中，向所述流路内填充所述缓冲溶液并且使所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的液面高度成为预定高度以上；以及
液面一致化步骤，该液面一致化步骤在所述缓冲溶液填充步骤完成之后，在该液面一致化步骤中，在使分别用于抽吸所述第1贮液部和所述第2贮液部的缓冲溶液的第1抽吸嘴和第2抽吸嘴进行抽吸动作的同时使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端自所述第1贮液部和所述第2贮液部的上方下降至所述预定高度，从而对所述第1贮液部内和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸，使所述第1贮液部内的液面高度和所述第2贮液部内的液面高度一致。
即，在本发明中，在向微芯片的流路内填充缓冲溶液时，使第1贮液部内和第2贮液部内的缓冲溶液的液面高度成为预定高度以上，之后，利用第1抽吸嘴和第2抽吸嘴对第1贮液部内和第2贮液部内的缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸，使各自的液面高度与预定高度一致。由此，各贮液部内的缓冲溶液的液面高度的精度仅依赖于使第1抽吸嘴和第2抽吸嘴的顶端下降的高度的精度，因此不需要考虑各贮液部内的缓冲溶液的抽吸残留、分注精度。
在本发明中，“对缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸”是指，使抽吸嘴在进行抽吸动作的同时下降，在预定的高度抽吸空气。这是由于存在如下的担忧：如果在液面在表面张力的作用下与抽吸嘴截面接触的期间进行抽吸，或者在使抽吸嘴下降至预定高度而使抽吸嘴顶端插入缓冲溶液内之后进行抽吸，则缓冲溶液会被抽吸所需程度以上，抽吸后的缓冲溶液的液面会低于预定高度。本发明的目的在于使各贮液部内的液面高度仅依赖于抽吸嘴的下降高度，因此，重要的是不受缓冲溶液的粘度和抽吸嘴的表面张力的影响地仅对抽吸嘴的顶端所接触的表层部的缓冲溶液进行抽吸，期望同时使用对空气抽吸进行辅助那样的抽吸嘴的动作。
在本发明的微芯片电泳装置中，也可以是，所述控制部构成为，在所述缓冲溶液填充工序中，在所述流路内不存在液体的状态下，使所述分注探针与所述第1贮液部液密地连接并自所述分注探针的顶端喷出缓冲溶液。
在本发明的微芯片电泳方法中，也可以是，在所述缓冲溶液填充步骤中，在所述微芯片的所述流路内不存在液体的状态下，使用于喷出缓冲溶液的分注探针与所述第1贮液部液密地连接并向所述流路内填充所述缓冲溶液。
在本发明的微芯片电泳装置的一个技术方案中，所述控制部构成为，在所述液面一致化工序中，在所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端刚刚对所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的表层部进行了抽吸时，使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的下降暂时停止。由此，能够防止抽吸嘴在各贮液部内的缓冲溶液的表层部被抽吸嘴抽吸之前下降，能够利用抽吸嘴仅对抽吸嘴的顶端接触的表层部的缓冲溶液进行抽吸。
在本发明的微芯片电泳方法的一个技术方案中，在所述液面一致化步骤中，在所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端刚刚对所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的表层部进行了抽吸时，使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的下降暂时停止。由此，能够防止抽吸嘴在各贮液部内的缓冲溶液的表层部被抽吸嘴抽吸之前下降，能够利用抽吸嘴仅对抽吸嘴的顶端接触的表层部的缓冲溶液进行抽吸。
在本发明的微芯片电泳装置的上述的技术方案中，也可以是，所述控制部构成为，在所述液面一致化工序中，在所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端刚刚对所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的表层部进行了抽吸时，使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴暂时上升。由此，能够可靠地防止在各贮液部内的缓冲溶液的表层部被抽吸嘴抽吸之后被抽吸嘴抽吸所需程度以上的缓冲溶液的情况。
在本发明的微芯片电泳方法的上述的技术方案中，也可以是，在所述液面一致化步骤中，在所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端刚刚对所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的表层部进行了抽吸时，使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴暂时上升。由此，能够可靠地防止在各贮液部内的缓冲溶液的表层部被抽吸嘴抽吸之后被抽吸嘴抽吸所需程度以上的缓冲溶液的情况。
发明的效果
针对本发明的微芯片电泳装置和微芯片电泳方法而言，在向微芯片的流路内填充缓冲溶液时，使第1贮液部内和第2贮液部内的缓冲溶液的液面高度为预定高度以上，之后，利用第1抽吸嘴和第2抽吸嘴对第1贮液部内和第2贮液部内的缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸，使各自的液面高度与预定高度一致，因此各贮液部内的缓冲溶液的液面高度的精度仅依赖于第1抽吸嘴和第2抽吸嘴的顶端的下降精度，对各贮液部内的液面高度进行控制的精度得到提高。
附图说明
图1为概略地表示微芯片电泳装置的一个实施方式的立体图。
图2为概略地表示该实施例的控制系统的框图。
图3为表示微芯片的一个例子的俯视图。
图4为表示安装有贮液部扩展件的微芯片的剖面结构的图。
图5为表示该实施例的动作的一个例子的流程图。
图6为表示该实施例的液面一致化工序中的动作的一个例子的流程图。
图7为表示该实施例中的进行缓冲溶液填充工序时的状态的剖视图。
图8为表示该实施例中的缓冲溶液填充工序之后的状态的剖视图。
图9为表示该实施例中的液面一致化工序中的抽吸嘴下降时的状态的剖视图。
图10为表示该实施例的液面一致化工序中的对缓冲溶液的表层部进行抽吸时的状态的剖视图。
图11为表示该实施例的液面一致化工序中的刚刚对缓冲溶液的表层部进行了抽吸时的状态的剖视图。
图12为表示该实施例的液面一致化工序后的状态的剖视图。
附图标记说明
1、微芯片电泳装置；5、微芯片；6、分注部；7、芯片保持部；8、分注探针；19、抽吸部；22-1～22-4、抽吸嘴；26、贮液部扩展件；38、控制部；54、55、流路；53-1～53-4、贮液部；64-1～64-4、贯通孔；67、弹性构件。
具体实施方式
以下，使用附图对微芯片电泳装置和微芯片电泳方法的一个实施方式进行说明。
如图1和图2所示，微芯片电泳装置1主要包括：微芯片5、分注部6、芯片保持部7、抽吸部19、电压施加部24、检测部31以及控制部38。微芯片5配置于芯片保持部7上。在该实施例中，在芯片保持部7上配置有4个微芯片5，但是微芯片5的个数可以任意。在图1中，在微芯片5上配置有贮液部扩展件26，但是贮液部扩展件26并不是必须的构成要素。
分注部6除了包括计量泵4和分注探针8之外，还包括使分注探针8在水平方向(XY方向)和铅垂方向(Z方向)上三维移动的移动机构(图示省略)。分注探针8经由开闭阀9a连接于计量泵4。计量泵4经由开闭阀9b连接于清洗液容器10。
抽吸部19包括与微芯片5的各贮液部相对应地设置的抽吸嘴22-1～22-4、保持抽吸嘴22-1～22-4的抽吸嘴保持部17、以及具有经由管分别与各抽吸嘴22-1～22-4连接的抽吸泵在内的抽吸泵部18，除此之外，还包括使抽吸嘴保持部17在水平面方向和铅垂方向上移动的移动机构。将抽吸嘴22-2～22-4保持为使彼此的顶端的高度成为大致相同的高度，将抽吸嘴22-1保持为其顶端的高度低于抽吸嘴22-2～22-4的顶端的高度。(设计为使两者的差为贮液部53-1的高度以上。)
电压施加部24针对每个微芯片5向微芯片5的流路端分别施加独立的电泳用电压。
检测部31用于对在微芯片5内的分离流路中分离出的试样成分进行例如荧光检测。检测部31例如针对每个微芯片5设有：LED(发光二极管)30，其用于向分离流路的局部照射激励光；以及光纤32，其用于接收在分离流路内移动的试样成分被来自LED 30的激励光激励而产生的荧光。检测部31包括借助过滤器34而接收荧光的光电倍增管36，该过滤器34从来自光纤32的荧光中去除激励光成分，仅使荧光成分透过。
除此之外，微芯片电泳装置1包括用于清洗分注探针8的探针清洗部14，以及用于清洗抽吸嘴22-1～22-4的抽吸嘴清洗部28。附图标记12为具有多个用于收纳试样、试剂、分离聚合物等的孔的孔板，配置于分注探针8的移动范围内。此外，也可以将试剂、分离聚合物收纳于孔板12之外的容器中并配置于分注探针8的移动范围内。
控制部38控制分注部6，抽吸部19，电压施加部24及检测部31的动作。利用例如搭载有CPU(中央处理器)、存储装置等的电子回路来实现控制部38。控制部38与设于微芯片电泳装置1的外部的计算机40连接。
利用例如个人计算机(PC)、专用的计算机来实现计算机40。计算机40是用于指示微芯片电泳装置1的动作、获取检测部31得到的数据并进行处理的外部控制装置。
如图3所示，微芯片5在其内部具有流路54、55。在流路54的一端和另一端分别设有上方开口的贮液部53-1、53-2，在流路55的一端和另一端分别设有上方开口的贮液部53-3、53-4。在微芯片5设有用于使向各贮液部53-1～53-4内的溶液通电变容易的电极端子56-1～56-4。电极端子56-1～56-4与电压施加部24(参照图1。)电连接。
在图4中示出了在芯片保持部7上安装有贮液部扩展件26的微芯片的截面构造。在图4中，为了示出沿着流路55的截面构造而仅图示了贮液部53-3和53-4的位置处的截面构造，但是贮液部53-1和53-2的位置处的截面构造与贮液部53-3的位置处的截面构造相同。
配置于微芯片5上的贮液部扩展件26在与微芯片5的贮液部53-1～53-4相对应的位置处具备贯通孔64-1～64-4。各贯通孔64-1～64-4均借助O型密封圈等密封构件67液密地连通于贮液部53-1～53-4。由此，借助贯通孔64-1～64-4来扩展各贮液部53-1～53-4的容量，从而实现大容量的贮液部。
在贮液部扩展件26的贯通孔64-4的内表面设有越向下方去则内径越小的锥形部分，能够使分注喷嘴8与贮液部53-4液密地连接(参照图7。)。即，将贮液部53-4设为设于微芯片5的内部的流路55的一端并且与分注喷嘴8液密地连接的第1贮液部，将贮液部53-3设为设于流路55的另一端的第2贮液部。
在贮液部扩展件26的下表面设有与微芯片5的电极端子56-1～56-4电连接的电极接触件66-1～66-4。电极接触件66-1～66-4借助电配线连接于电压施加部24(参照图1。)。
使用图5、图6的流程图和图7～图10对微芯片电泳装置1的动作的一个例子进行说明。
在微芯片电泳装置1中，微芯片5在不能移动地被固定于芯片保持部7的状态下被重复使用，直到电泳分析为止的动作的流程如图5所示那样。
首先，在电泳分析之前，进行微芯片5的各贮液部53-1～53-4、流路54、55内的清洗(步骤S1)。省略清洗的详细说明。这之后，实施将缓冲溶液向微芯片5的流路54、55填充的填充工序(步骤S2)。在缓冲溶液填充工序中，如图7所示，使分注探针8与贮液部53-4液密地连接，自分注探针8喷出缓冲溶液从而向流路54、55内填充缓冲溶液。此时，自分注探针8供给超过流路54、55的内部容量的过量的缓冲溶液，如图8所示，使各贮液部53-1～53-4内的缓冲溶液的液面的高度高于预定的高度。
在上述的缓冲溶液填充工序结束后，实施将贮液部53-2～53-4内的液面高度对齐为大致相同的高度的液面一致化工序(步骤S3)。在液面一致化工序中，在使抽吸嘴22-1～22-4进行抽吸动作的同时使抽吸嘴22-2～22-4的顶端自各贮液部53-1～53-4的上方下降至预定的高度，对抽吸嘴22-2～22-4内的缓冲溶液自表层部起依次进行抽吸。由于抽吸嘴22-2～22-4的顶端的高度大致相同，因此能通过在使抽吸嘴22-2～22-4进行抽吸动作的同时使抽吸嘴22-2～22-4的顶端下降至预定的高度从而使贮液部53-2～53-4的液面高度与预定的高度一致。
此外，设置为，在抽吸嘴22-2～22-4的顶端到达预定的高度之前使抽吸嘴22-1的顶端到达贮液部53-1的底面，通过上述的液面一致化工序，使贮液部53-1内的全部缓冲溶液被抽吸嘴22-1抽吸。为了避免因缓冲溶液的粘度导致抽吸嘴22-1也自贮液部53-2～53-4进行抽吸的风险，也可以以如下方式进行操作，即，首先使抽吸嘴22-2～22-4在进行抽吸的同时下降，进行贮液部53-2～53-4的液面一致化，接着使抽吸嘴22-1在即将进行试样分注之前仅对贮液部53-1内的缓冲溶液进行抽吸。
在上述的液面一致化工序之后，向变空的贮液部53-1分注预定量的试样(步骤S4)，实施电泳分析(步骤S5)。
此外，如图6所示，在上述的液面一致化工序中，重复执行如下的动作直到各贮液部53-2～53-4内的缓冲溶液的液面高度成为预定高度为止(步骤S14，参照图12。)，即，在使抽吸嘴22-2～22-4进行抽吸动作的同时使抽吸嘴22-2～22-4的顶端下降(步骤S11，参照图9。)，利用抽吸嘴22-2～22-4仅对贮液部53-2～53-4内的缓冲溶液的表层部进行抽吸(步骤S12，参照图10。)，紧接这之后使抽吸嘴22-2～22-4上升一定距离(步骤S13，参照图11。)。通过这样的动作，能够防止各贮液部53-2～53-4内的缓冲溶液被抽吸嘴22-2～22-4抽吸所需程度以上，能够高精度地使各贮液部53-2～53-4内的缓冲溶液的液面高度与预定的高度一致。
像以上那样，在该实施例的微芯片电泳装置1中，设于微芯片5的流路55的两端的贮液部53-3、53-4(第1贮液部和第2贮液部)内的缓冲溶液的液面高度仅由抽吸嘴22-3、22-4的顶端的高度位置的精度决定，因此不需要考虑贮液部53-3、53-4内的缓冲溶液的抽吸残留、缓冲溶液的分注精度。因此，与以往相比，能够提高至少电泳用流路即流路55的阳极端和阴极端的贮液部53-3、53-4的液面高度的一致化精度，能提高电泳分析的再现性。

Claims (4)

1.一种微芯片电泳方法，其使用一种微芯片，该微芯片在其内部设有流路并且在所述流路的一端和另一端分别设有上方开口的第1贮液部和第2贮液部，其中，
该微芯片电泳方法包括：
缓冲溶液填充步骤，在该缓冲溶液填充步骤中，向所述流路内填充所述缓冲溶液并且使所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的液面高度成为预定高度以上；以及
液面一致化步骤，该液面一致化步骤在所述缓冲溶液填充步骤完成之后，在该液面一致化步骤中，在使分别用于抽吸所述第1贮液部和所述第2贮液部的缓冲溶液的第1抽吸嘴和第2抽吸嘴进行抽吸动作的同时使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端自所述第1贮液部和所述第2贮液部的上方下降至所述预定高度，从而对所述第1贮液部内和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液自表层侧起依次进行抽吸，使所述第1贮液部内的液面高度和所述第2贮液部内的液面高度成为所述预定高度，
在所述第2贮液部的贯通孔的内表面设有越向下方去则内径越小的锥形部分。
2.根据权利要求1所述的微芯片电泳方法，其中，
在所述缓冲溶液填充步骤中，在所述微芯片的所述流路内不存在液体的状态下，使用于喷出缓冲溶液的分注探针与所述第1贮液部液密地连接并向所述流路内填充所述缓冲溶液。
3.根据权利要求1或2所述的微芯片电泳方法，其中，
在所述液面一致化步骤中，在所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端刚刚对所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的表层部进行了抽吸时，使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的下降暂时停止。
4.根据权利要求3所述的微芯片电泳方法，其中，
在所述液面一致化步骤中，在所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴的顶端刚刚对所述第1贮液部和所述第2贮液部内的所述缓冲溶液的表层部进行了抽吸时，使所述第1抽吸嘴和所述第2抽吸嘴暂时上升。
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