DE60130052T2 - Elektroden-Bau für dielektrophoretische Anordnung und dielektrophoretische Trennung - Google Patents

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Masao Washizu
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C5/00Separating dispersed particles from liquids by electrostatic effect
    • B03C5/02Separators
    • B03C5/022Non-uniform field separators
    • B03C5/026Non-uniform field separators using open-gradient differential dielectric separation, i.e. using electrodes of special shapes for non-uniform field creation, e.g. Fluid Integrated Circuit [FIC]

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft eine Elektrode für eine dielektrophoretische Vorrichtung, in welcher ein Hintergrund reduziert werden kann, um ein S/N (Signal/Rauschen)-Verhältnis beim Detektieren einer zu messenden Substanz (zu messende Moleküle) durch eine Fluoreszenzstärke oder dergleichen zu verbessern, ein Verfahren zur Herstellung derselben, eine Elektrodenanordnung, ausgerüstet mit der Elektrode und ein Verfahren zum Trennen von Substanzen unter Verwendung der Elektrode.
  • Verarbeitungstechnologien von Materialien im Bereich von Nanometern bis Mikrometern mittels Feinstzerspanungstechnologien, wie beispielsweise Fotolithografie, wurden kürzlich durch die Entwicklung von Halbleiter-Technologien eingeführt, wobei sich dieser Fortschritt gegenwärtig fortsetzt.
  • Auf den Gebieten der Chemie und der Biochemie wächst eine neue Technologie, welche „Micrototalanalysesystem" (μ-TAS), Labor auf einem Chip, genannt wird, bei welcher solche Feinstzerspanungstechnologien eingesetzt werden, um ganze Serien von chemischen/biochemischen analytischen Schritten der Extraktion von Komponenten, welche von biologischen Proben analysiert werden sollen (Extraktionsschritt), der Analyse von Komponenten mit chemischen/biochemischen Reaktion(en) (Analyseschritt) und der nachfolgenden Trennung (Trennungsschritt) und Detektion (Detektionsschritt) unter Verwendung einer äußerst kleinen Analysevorrichtung, welche auf einem Chip integriert ist, bei dem jede Seite nur wenige Zentimeter bis wenige 10 Zentimeter in der Länge beträgt, auszuführen,
  • Von den Verfahren der μ-TAS wird erwartet, dass sie einen großen Beitrag zur Einsparung der Analysezeit, zur Reduzierung der Menge an Proben, welche verwendet werden, und an Reagenzien für chemische/biochemische Reaktionen, und zur Reduzierung der Größe der analytischen Instrumente und des Platzes für die Analyse im Verlauf aller chemischen/biochemischen Analyseschritten leisten.
  • Insbesondere für den Trennungsschritt bei μ-TAS wurden kapillarelektrophoretische Verfahren entwickelt, bei denen eine Kapillare (Feinröhrchen) mit einem Innendurchmesser von weniger als einem Millimeter, welche aus Teflon, Siliziumdioxid oder ähnlichem als Material gemacht ist, als Trennungssäule verwendet wird, um eine Trennung mit Ladungsunterschieden der Substanzen unter einem hochelektrischen Feld zu erreichen, und Kapillarsäulen-Chromatografieverfahren, bei denen eine ähnliche Kapillare verwendet wird, um eine Trennung unter Ausnutzung des Unterschiedes der Interaktion zwischen dem Carrier im Säulenmedium und den Substanzen zu erreichen.
  • Allerdings benötigen kapillarelektrophoretische Verfahren eine hohe Spannung zur Trennung und bergen das Problem einer niedrigen Sensitivität der Detektion wegen eines limitierten Kapillarvolumens in der Detektionszone, wobei dies solch ein Problem darstellt, dass sie nicht zur Trennung von Substanzen mit hohem Molekulargewicht geeignet sind, jedoch für die Trennung von Substanzen mit niedrigem Molekulargewicht geeignet sind, da die Länge der Kapillare zur Trennung limitiert ist auf die Kapillarsäule auf einem Chip, wodurch eine Kapillare nicht in einer Länge herstellbar ist, welche für die Trennung von Substanzen mit hohem Molekulargewicht ausreicht. Ferner besteht bei Kapillarsäulen-Chromatografiemethoden eine Grenze im Steigern des Durchsatzes der Trennungsverarbeitung und es existiert ferner ein Problem, dass das Reduzieren der Verarbeitungszeit schwierig ist.
  • Daher wurde kürzlich einem Verfahren zur Lösung der Probleme, wie oben beschrieben, Aufmerksamkeit geschenkt, welches das Ausnutzen solch eines Phänomens, genannt dielektrophoretische Kraft, umfasst, dass eine positive und negative Polarisation in Substanzen auftritt, welche unter einem ungleichförmigen elektrischen Feld platziert werden, wodurch eine Antriebskraft zur Bewegung der Substanzen zur Verfügung gestellt wird [H.A. Pohl, „Dielectrophoresis", Cambridge Univ. Press (1978); T. B. Jones, „Electromechanics of Particles", Cambridge Univ. Press (1995) und dergl.].
  • Von diesen Trennungsmethoden wird derzeit angenommen, dass sie geeignete Trennungsverfahren in μ-TAS wegen den folgenden Punkten sind:
    • (1) Eine schnelle Trennung kann bei einer niederen Spannung ohne das Erfordernis einer hohen Spannung wie bei der Kapillarelektrophorese erwartet werden, da ein elektrisches Feld und dessen Gradient bis zu einem extremen Ausmaß erhöht werden kann, wenn mikrobearbeitete (engl: „micromachined") Elektroden eingesetzt werden, weil das Ausmaß an dielektrophoretischen Kräften von der Größe und den dielektrischen Eigenschaften der Substanzen (Partikeln) abhängt und proportional zum elektrischen Feldgradienten (engl. „electric field gradient") ist;
    • (2) ein Anstieg der Temperatur aufgrund des Anlegens des elektrischen Feldes kann minimiert werden, da eine Zone eines starken elektrischen Feldes an einem signifikant kleinen Bereich lokalisiert ist und ein starkes elektrisches Feld gebildet werden kann;
    • (3) da die dielektrophoretische Kraft eine Kraft ist, welche proportinonal zum elektrischen Feldgradienten ist, wird die Kraft als unabhängig von der Polarität der angelegten Spannung verstanden und funktioniert daher unter einem Wechselstromfeld ähnlich einem Gleichstromfeld, wodurch eine Elektrodenreaktion (elektrolytische Reaktion) in einer wässrigen Lösung unterdrückt werden kann, wenn ein hochfrequenter Wechselstrom angewandt wird, so dass die Elektroden selbst in dem Kanal integriert werden können (Sample-Flußweg, engl.: „sample flow path");
    • (4) eine Verbesserung in einer Detektionssensivität kann erwartet werden, da keine Einschränkung hinsichtlich des Kammervolumens der Detektionskomponente im Unterschied zur Kapillarelektrophorese und dergleichen besteht. Die Dielektrophorese, welche hierin genannt wird, ist ein Phänomen, bei dem neutrale Partikel innerhalb eines ungleichförmigen elektrischen Feldes wandern und die Kraft, welche auf die Moleküle ausgeübt wird, wird dielektrophoretische Kraft genannt. Die dielektrophoretische Kraft wird in zwei Kräfte unterteilt, d.h. in eine positive dielektrophoretische Kraft, bei der Substanzen gegen ein starkes elektrisches Feld wandern, und eine negative dielektrophoretische Kraft, in welcher die Substanzen gegen ein schwaches elektrisches Feld wandern.
  • (Allgemeine Gleichung der dielektrophoretischen Kräfte)
  • Das äquivalente Dipolmomentverfahren ist ein Verfahren zur Analyse von dielektrophoretischen Kräften durch ein Ersetzen von induzierten Ladungen durch einen äquivalenten elektrischen Dipol. Gemäß diesem Verfahren wird die dielektrophoretische Kraft Fd, ausgeübt auf einen sphärischen Partikel mit einem Radius a, welcher in einem elektrischen Feld E platziert wird, wiedergegeben durch: Fd = 2πa3εmRe[K·(w)] ∇ (E2) (1)wobei K** (ω) unter Verwendung einer Kreisfrequenz der angelegten Spannung ω und der imaginären Einheit j folgendes bedeutet: K*(w) = εp* – εm*/εp* + 2εm* (2) εp* = εp – jσp/ω, εm* = jσm/w (3)wobei εp, εm, σp, und σm die dielektrische Leitfähigkeit und die Leitfähigkeit des Partikels und der Lösung bedeuten und die zusammengesetzten Mengen durch * bezeichnet werden.
  • Die Gleichung (1) zeigt, dass die Kraft im Falle von Re[K·(ω)] > 0. in einer solchen Art und Weise wirkt, dass der Partikel gegen eine Seite eines starken elektrischen Feldes (positiv dielektrophoretische, positive DEP) gezogen wird, und dass in dem Fall von Re[K·(ω)] < 0, die Kraft in einer solchen Art und Weise wirkt, dass der Partikel gegen eine Seite eines schwachen elektrischen Feldes gedrückt wird (negativ dielektrophoretisch, negative DEP).
  • Wie aus den oben beschriebenen Gleichungen ersichtlich ist, wird durch die Interaktion von drei Parametern entschieden, ob eine positive Elektrophorese in einer bestimmten Substanz oder eine negative Elektrophorese darin auftritt, nämlich
    • 1. die Frequenz eines angelegten elektrischen Feldes,
    • 2. die Leitfähigkeit und die dielektrische Leitfähigkeit (dielektrische Konstante) des Mediums und
    • 3. die Leitfähigkeit und die dielektrische Leitfähigkeit (dielektrische Konstante) der Substanz.
  • Wenn diese Parameter geändert werden, zeigt sogar die selbe Substanz eine positive Dielektrophorese oder eine negative Dielektrophorese. Die negative Dielektrophorese ist ein Phänomen, bei dem die Substanz gegen ein schwaches eleketrisches Feld wandert, welches schwach in der Dichte der elektrischen Feldlinie ist, während die positive Dielektrophorese gegen ein starkes, elektrisches Feld wandert, welches hoch in der Dichte der elektrischen Feldlinie ist. 1 ist eine Ansicht zur Erklärung der negativen Dielektrophorese. Die negative dielektrophoretische Kraft ist eine Kraft zum Tragen von Substanzen zu solch einem Feld, um erniedrigt zu werden, wo die Dichte der elektrischen Feldlinie durch die Substanz aufgenommen wird.
  • Manchmal werden die Substanzen durch Konzentration derselben in einer Zone, wo ein elektrisches Feld an einer Elektrode unter Verwendung der negativen Dielektrophorese, wie beschrieben, schwach ist und anschließendes Messen derselben durch Fluoreszenzstärke oder dergleichen gemessen. Die Detektion der Fluoreszenzstärke wird durch Strahlung eines Anregungslichtes auf die zu messende Substanz durchgeführt, um fluoreszierendes Licht von der oberen Oberfläche der Elektrode zu beobachten.
  • Wenn eine konventionelle Elektrode verwendet wird, tritt das Problem auf, dass das Anregungslicht sogar an der Elektrode, welche unter der zu messenden Substanz zugegen ist, reflektiert wird und dadurch reflektiertes Licht als großes Rauschen detektiert wird. Dies führt zu einem Problem des Reduzierens der Messsensitivität. Daneben können die auf der Elektrode konzentrierten (gesammelten) Substanzen nicht durch Absorbtion detektiert werden, wenn eine konventionelle Elektrode verwendet wird, da Licht nicht durch die Elektrode dringt. Darüber hinaus wird die Dielektrophorese als ein Trennungsverfahren betrachtet, welches geeignet für μ-TAS ist. Jedoch ist es in Erwägung eines Falles der Anwendung der Dielektrophorese auf μ-TAS extrem wichtig, die Sammelfähigkeit zu verbessern. Im Hinblick darauf sollte die konventielle dielektrophoretische Vorrichtung noch nicht zufriedenstellend sein.
  • Das heißt, dass eine Trennung in dem Elektrodenabschnitt ermöglicht wird und die Substanzen effizient gehalten werden, wobei eine Trennung mit einem hohen S/N (Signal/Rauschen)-Verhältnis realisiert wird, wenn die Sammeleigenschaft der Substanzen verbessert wird. Ferner kann zum Beispiel insbesondere bei der Feld-Fluss-Fraktionierung (engl. „Field-Flow fractionation") zum Ausführen der Trennung durch die Interaktion der dielektrophoretischen Kraft und dem Flüssigkeitswiderstand, welche auf die Substanzen ausgeübt werden, eine Trennung in einem kurzen Elektrodenabschnitt sogar bei der selben Fließgeschwindigkeit erreicht werden.
  • Aus dem Dokument WO 98/28405 ist eine Elektrodenanordnung für Feldkäfige, insbesondere in Mikrosystemen, bekannt, umfassend mehrere Elektroden, bei denen jede Endzone über eine Versorgungsleitungszone einem elektrischen Potential unterworfen werden kann. Die Endzone ist geschaffen, um einen entsprechenden Feldkäfig und inhomogene Abschirmfelder außerhalb des Feldkäfigs zu bilden.
  • Aus der Veröffentlichung „The dielectrophoretic levitation of latest beads, with reference to field-flow fractionation", J. Phys. D: Appl. Phys. 30 (1997) 2470-2477 sind ineinander greifende Mikroelektroden bekannt, welche benutzt worden sind, um die passive dielektrophoretische Levitation von Latexkugeln als Funktion der Frequenz und Spannung des angelegten elektrischen Signals, die elektrische Leitfähigkeit des Suspensionsmediums, die Kugelgröße und die charakteristischen Ausmaße der Elektrode zu untersuchen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode für eine dielektrophoretische Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche einen Hintergrund reduziert, in welchem ein Anregungslicht auf einer Elektrode, welche unter einer Substanz (einem Molekül) anwesend ist, reflektiert wird und detektiert wird, um ein S/N-Verhältnis zu verbessern.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode für eine dielektrophoretische Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche sogar durch Absorbtion (engl. „absorbance") detektiert werden kann.
  • Die Elektrode gemäß der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Trennung von Substanzen und ein Detektionsverfahren unter Verwendung der oben genannten Elektrode zur Verfügung zu stellen.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgaben haben sich die Erfinder ernsthaft Gedanken gemacht, und als Ergebnis davon haben die Erfinder herausgefunden, dass eine Elektrode in einer Zone, in der zu messende Substanzen konzentriert (gesammelt) werden, abgebaut wird, um dadurch eine Reduktion im Background zu erreichen, welcher durch eine Reflektion eines Anregungslichts von der Elektrode hervorgerufen wird.
  • In der Vergangenheit erschienen viele Patente und Artikel im Zusammenhang mit Vorrichtungen und Verfahren in einer dielektrophoretischen Chromatographievorrichtung (Feldflussfraktionierung, engl.: „Field-Flow fractionation"), jedoch eine dielektrophoretische Vorrichtung und ein Verfahren, welche einen Background durch Entfernen einer Elektrode, enthaltend einen Bereich, an dem zu messende Substanzen konzentriert werden, um ein S/N-Verhältnis zu verbessern, reduzieren, sind überhaupt nicht bekannt, und eine solche Idee ist überhaupt nicht bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Bildung eines freien Raumes in einer Elektrode Substanzen, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, welche durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode generiert wird, in dem freien Raum der Elektrode oder oberhalb oder unterhalb des Raumes konzentriert werden.
  • Der freie Raum wird von einem Hohlraum gebildet oder aus einem Material, welches im Wesentlichen Anregungslicht nicht reflektiert oder Licht in einem solchen Ausmaß durchdringt, um im Stande zu sein, die Absorbtion zu messen. Jedoch ist der freie Raum vorzugsweise ein Hohlraum.
  • Der Raum, an welchem die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, konzentriert werden, ist ein Raum in welchem die Dichte der elektrischen Feldlinie für die Substanzen niedrig ist.
  • Ferner, bis all die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, vorzugsweise in dem freien Raum konzentriert werden, können die konzentrierten Substanzen in dem freien Raum ein Teil von all den Substanzen sein.
  • Die Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung ist charakterisiert durch ein Umfassen einer Elektrode und einen Deckel, welcher oberhalb davon vorgesehen ist, um eine Lücke zwischen dem Deckel und der genannten Elektrodenoberfläche zu bilden, wobei die Elektrode, welche als Elektrode der vorliegenden Erfindung gebildet ist, mit dem freien Raum ausgestattet ist.
  • Die Elektrodenanordnung der vorliegenden Erfindung enthält eine Elektrode der vorliegenden Erfindung, ein Substrat (eine Elektrodenbasisplatte) und einen Deckel. In der dielektrophoretischen Vorrichtung sind eine Vorrichtung zum Anlegen einer Spannung an die Elektrode und eine Detektionssektion der Elektrode oder Elektrodenanordnung beigefügt.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der genannte freie Raum durch physikalische oder chemische Mittel gebildet ist.
  • Das Separationsverfahren und das Detektionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung der Elektrode der vorliegenden Erfindung, ausgestattet mit dem freien Raum, eine Flüssigkeit, enthaltend Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft, generiert durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrode, in der Elektrode oder dem freien Raum oder in der Nähe davon positioniert wird, oder dazu gebracht wird, um darüber oder darunter zu fließen, wodurch die Substanzen, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, im freien Raum oder oberhalb oder unterhalb des Raumes konzentriert (gesammelt) werden.
  • Das Separationsverfahren der vorliegenden Erfindung kann für Flüssigkeiten verwendet werden, in welchen zwei oder mehrere Arten von Substanzen gelöst oder suspendiert sind, wobei jedoch die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, welche in dem freien Raum oder in einer vertikalen Richtung davon konzentriert sind, granulöse Substanzen sind. Denn in den granulösen Substanzen tendiert ein Bereich, in welchem die Dichte der elektrischen Flusslinie niedrig ist und die granularen Substanzen konzentriert werden, der freie Raum oder in einer vertikalen Richtung davon zu sein.
  • Der freie Raum der vorliegenden Erfindung sollte auf eine solche Art und Weise gebildet werden, dass ein Bereich, in wel chem die Dichte einer elektrischen Feldlinie niedrig ist und die granulösen Substanzen konzentriert werden, in dem freien Raum oder in einer vertikalen Richtung davon durch Wechseln der Größe der Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, und der Breite und Tiefe einer verwendeten Elektrode (die Höhe der Elektrodenoberfläche zu dem Deckelteil und/oder der Höhe von dem Gefäßboden der Elektrodenoberfläche) gebildet und häufig angewandt werden kann.
  • Wo jedoch insbesondere die zu messenden Substanzen gelöst sind, zum Beispiel in Flüssigkeiten wie Wasser, werden die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, an die zu messenden Substanzen in einer Probe durch „Substanzen, welche an die zu messenden Substanzen binden", gebunden, um einen Komplex zu bilden und eine Reaktionssubstanz, welche den Komplex enthält, wird der Dielektrophorese unterworfen.
  • Es wird betont, dass die zu messenden Substanzen, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, Substanzen (Moleküle) bedeuten, welche in einem Bereich, in welchem die Dichte der elektrischen Feldlinie niedrig ist, konzentriert werden, und brauchen nichtzwangsläufig ein zu messender Gegenstand sein.
  • Es wird eine Vorrichtung zur Verbesserung der Sammelfähigkeit von Substanzen beschrieben, in welcher eine Flüssigkeit, enthaltend zu trennende Substanzen, anwesend ist innerhalb eines ungleichmäßigen elektrischen Feldes, welches durch eine dielektrophoretische Elektrode gebildet ist, um die Substanzen durch die dielektrophoretische Kraft, welche auf das Substrat wirkt, zu trennen.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgaben haben die vorliegenden Erfinder ernsthafte Studien durchgeführt und als ein Ergebnis von diesen Studien haben die Erfinder herausgefunden, dass eine Basisplatte (Substrat) von Elektroden freigelegt ist, um einen Teil zu bilden, welcher niedriger als das Elektrodenlevel ist, wodurch die ungleichförmige elektrische Feldregion erhöht wird und der Widerstand der Flüssigkeit reduziert wird, um die Sammelfähigkeit zu erhöhen.
  • In der Vergangenheit tauchten viele Patente und Artikel im Zusammenhang mit Trennungsvorrichtungen und -verfahren auf, welche Verwendung einer dielektrophoretischen Kraft machten, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren in der Feldflussfraktionierung (engl. „Field-Flow fractionation"), jedoch sind eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche die Sammelfähigkeit durch Bildung „eines Platzes eines niedrigeren Levels als ein Elektrodenlevel" verbessert, überhaupt nicht bekannt, und eine derartige Idee ist überhaupt nicht bekannt.
  • Es wird eine dielektrophoretische Vorrichtung beschrieben, welche eine Elektrode aufweist, welche an einem Substrat vorgesehen ist, wobei Mittel zum Erreichen einer Erhöhung einer ungleichförmigen elektrischen Feldregion unter den Elektroden gebildet werden.
  • Die Mittel zum Verwirklichen eines Anstiegs einer ungleichförmigen elektrischen Feldregion ist dadurch gekennzeichnet, dass ein niedrigeres Level als das Elektrodenlevel unter den Elektroden gebildet wird. Der Ort niedrigeren Levels als das „E lektrodenlevel" wird gebildet, wobei elektrische Felder nicht nur oberhalb zwischen den Elektroden gebildet werden, sondern darunter, wodurch eine ungleichförmige elektrische Feldregion erhöht wird und ferner, wo zum Beispiel eine Feldflussfraktionierung verwendet wird, weil die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit in diesen Plätzen sinkt, wird der Widerstand der Flüssigkeit reduziert, um die Sammeleigenschaften der Substanzen zu verbessern.
  • Zur Bildung „von Orten mit einem niedrigeren Level als das Elektrodenlevel" kann eine Basisplatte (Substrat) zwischen den Elektroden durch physikalische und/oder chemische Mittel freigelegt werden, um den Platz eines niedrigeren Levels als das Elektrodenlevel unter den Elektroden zu bilden. Die physikalischen Mittel, welche hierin angesprochen sind, sind zum Beispiel ein Verfahren zum Freilegen unter Verwendung eines geeigneten Messers oder dergleichen, zum Beispiel von LIGA (Lithographile Galvanoformung Abformung)-Verfahren unter Verwendung eines Synchrotron-Strahlungslichtes. Ferner ist das chemische Mittel Ätzen zum Freilegen einer Basisplatte unter Verwendung einer Ätzflüssigkeit für eine Basisplatte. Ferner kann zum Beispiel eine Basisplatte freigelegt werden durch Ätzen unter Verwendung eines Plasmas eines Reaktionsgases [reaktives Eisenätzen (RIE)], gebildet durch eine hochfrequente Energiequelle, in welchen eine physikalische Freilegung und chemische Freilegung gleichzeitig durchgeführt werden. Es wird betont, dass die Mittel, die oben beschrieben sind, in geeigneter Art und Weise kombiniert werden können, um die Freilegung einer Basisplatte durchzuführen. Darüber hinaus ist ein Trennungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Trennungsverfahren für Substanzen, in welchen eine Flüssigkeit, enthaltend zu trennende Substanzen, anwesend ist innerhalb ei nes ungleichförmigen elektrischen Feldes, gebildet durch die dielektrophoretische Elektrode, und eine Trennung wird durchgeführt aufgrund eines Unterschiedes in einer dielektrophoretischen Kraft, welche auf die Substanzen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anstieg einer ungleichförmigen elektrischen Feldregion realisiert wird durch Orte eines niedrigern Levels als das Elektrodenlevels, gebildet zwischen (oder dazwischen) Elektroden, um dadurch die Sammeleigenschaft zu verbessern.
  • Eine Dielektrophorese (DEP), wie sie hierin genannt wird, ist ein Phänomen, bei dem ein neutraler Partikel innerhalb eines ungleichförmigen elektrischen. Feldes durch Interaktion der Leitfähigkeit und der dielektrischen Konstanten von Substanzen, der Leitfähigkeit und der dielektrischen Konstanten von Medien und der angelegten Frequenz wandern, und eine Kraft, welche auf den Partikel wirkt, wird eine dielektrophoretische Kraft genannt. Die dielektrophoretische Kraft wird in zwei Arten unterteilt, nämlich eine positive dielektrophoretische Kraft, in welcher Substanzen gegen ein starkes elektrisches Feld wandern, und eine negative dielektrophoretische Kraft, bei der Substanzen gegen ein schwaches elektrisches Feld wandern. Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, bei dem eine positive dielektrophoretische Kraft auf ein Molekül wirkt.
  • Und zwar hat, wie in 2 gezeigt, ein neutrales Molekül, welches in ein elektrisches Feld gebracht wird, eine positiv induzierte Polarisationsladung +q stromabwärts im elektrischen Feld und eine negativ induzierte Polarisationsladung –q stromaufwärts im elektrischen Feld, wodurch +q eine Kraft von +qE von dem elektrischen Feld E erhält und dieser Teil wird stromaufwärts in dem elektrischen Feld gezogen. Wenn das Molekül neutral ist, weisen +q und –q gleiche absolute Werte auf, und wenn das elektrische Feld gleichmäßig ist, befinden sich beide empfangenen Kräfte ungeachtet der Positionen in einer Balance, wodurch sich die Moleküle nicht bewegen. Jedoch in dem Fall, bei dem das elektrische Feld ungleichförmig ist, wird eine Anziehungskraft gegen ein starkes elektrisches Feld größer, wodurch das Molekül gegen die starke Seite des elektrischen Feldes getrieben wird. Wie oben beschrieben, wandert das Molekül in einer Lösung innerhalb eines elektrischen Feldes verschiedenartig, gemäß der dielektrophoretischen Kraft, welche in dem Molekül erzeugt wird. Jedoch wird die Bewegung von Molekülen zum Beispiel bei der Feldflussfraktionierung durch drei Faktoren bestimmt:
    Die dielektrophoretische Kraft Fd, die Kraft Fv, generiert den Widerstand aufgrund des Flusses im Fließweg, und die Kraft Fth aufgrund der thermischen Bewegung.
  • (1) Im Falle von Fd ≫ Fv + Fth, werden die Moleküle gefangen (eingefangen) auf der Elektrode, (2) im Fall von Fd ≪ Fv + Fth, werden die Moleküle mit dem Fluss im Fließweg hinaus eluiert, ungeachtet des elektrischen Feldes. (3) Im Fall von Fd ÷ Fv + Fth, werden die Moleküle abwärts getragen mit wiederholter Absorption und Desorption auf der Elektrode, so dass die Moleküle an einem Auslass mit Verzögerung ankommen, relativ zum gesetzten Fluss im Fließweg.
  • Da ein Teil zwischen den Elektroden tief freigelegt wird, wodurch ein ungleichförmiges elektrisches Feld unterhalb zwischen den Elektroden gebildet wird, wird die ungleichförmige elektrische Feldregion in der vorliegenden Erfindung erhöht und die Flüssigkeit in diesem Teil wird langsam, um den Widerstand der Kraft Fv der Flüssigkeit zu reduzieren, wodurch Fd weiter groß wird unter den Bedingungen (1) wie oben beschrie ben und Fv weiter klein wird, wodurch die Sammelrate verbessert wird. Ferner können die Partikel, welche in dem elektrischen Feld, gebildet unten zwischen den Elektroden, gefangen sind, nur schwer hinaus fließen, da die Partikel an Orten eines niedrigeren Levels als das „Elektrodenlevel" positioniert sind.
  • Die oben genannten und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden klarer aus der folgenden Beschreibung:
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine erklärende Darstellung der negativen Dielektrophorese.
  • 2 ist eine Ansicht, welche das Prinzip der positiven Dielektrophorese zeigt.
  • 3 ist eine Draufsicht, welche eine Ausführungsform einer Elektrode der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine Draufsicht, welche eine weitere Ausführungsform einer Elektrode der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine Draufsicht, welche eine andere Ausführungsform einer Elektrode der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel einer konventionellen Elektrode zeigt.
  • 7 ist eine Draufsicht, welche ein weiteres Beispiel einer konventionellen Elektrode zeigt.
  • 8 ist eine Draufsicht, welche ein anderes Beispiel einer konventionellen Elektrode zeigt.
  • 9 ist eine Draufsicht, welche noch ein anderes Beispiel einer konventionellen Elektrode zeigt.
  • 10 ist eine Draufsicht, welche ein anderen Beispiel einer konventionellen Elektrode zeigt.
  • 11 ist eine Draufsicht, welche noch ein anderes Beispiel einer konventionellen Elektrode zeigt.
  • 12 ist eine erklärende Darstellung des Falles, bei dem eine Fluoreszenzmessung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, (A), darstellend den Fall, bei dem eine Fluoreszenzmessungseinheit darüber vorgesehen ist (B), darstellend den Fall, bei dem eine Fluoreszenzmessungseinheit darunter angeordnet ist.
  • 13 ist eine Draufsicht, welche eine Elektrode der vorliegenden Erfindung zeigt, hergestellt im Beispiel 1.
  • 14 sind jeweils eine Draufsicht (A) und eine Schnittdarstellung (B), darstellend eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 ist eine Schnittdarstellung, welche ein Beispiel von „Orten niedrigerer Level als das Elektrodenlevel" der vorliegenden Erfindung zeigt, gebildet durch isotropes Ätzen (A), anisotropes Ätzen (B) und RIE oder LIGA (C).
  • 16 ist eine Draufsicht, welche eine Elektrode zeigt, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • 17 ist eine Schnittdarstellung einer dielektrophoretischen Chromatografievorrichtung.
  • 18 ist eine Schnittdarstellung, welche ein Beispiel des Bildens „eines Platzes mit niedrigerem Level als dem Elektrodenlevel" auf der Basisplatte (Substrat) gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen der Ätzzeit und der Tiefe einer Rille, gemessen in Beispiel 3, zeigt.
  • 20 ist ein Graph, welcher die Sammelrate im Hinblick auf Rinderserum Albumin (BSA) – Protein unter Verwendung der dielektrophoretischen Chromatografievorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und der konventionellen dielektrophoretischen Chromatografievorrichtung maß.
  • 21 ist ein Graph, welcher die Sammelrate im Hinblick auf 500bp DNA unter Verwendung der dielektrophoretischen Chromatografievorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und der konventionellen dielektrophoretischen Chromatografievorrichtung maß.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden beschrieben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • 3 ist eine Draufsicht, welche eine Ausführungsform einer Elektrode für die dielektrophoretische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt, darstellend ein Beispiel, in welchem ein Hohlraum (freier Raum) 12 in einem Abschnitt 13 gebildet wird, an welchem konzentrierte Substanzen (zu messende Substanzen) dem Einfluss der negativen dielektrophoretischen Kraft, generiert durch eine Elektrode 11, welche viele hexagonale Teile angegliedert hat, unterworfen werden.
  • Der Hohlraum 12 ist gebildet, um eine Zone zu bilden, welche niedrig in der Dichte einer elektrischen Feldlinie ist, in welcher die zu messenden Substanzen in dem Hohlraum 12 oder in einer vertikalen Richtung davon konzentriert werden können. Die Zone, welche niedrig in der Dichte der elektrischen Feldlinie ist, ist eine Zone, welche niedriger in der Dichte der elektrischen Flusslinie ist als die einer Elektrode in der Peripherie, und im Allgemeinen eine Zone, welche am niedrigsten in der Dichte der elektrischen Feldlinie ist. Die Größe des Hohlraums 12 ist unterschiedlich, abhängig von der Art und Größe der zu messenden Substanzen, der Distanz zwischen einer Elektroden-Basisplatte und einem Deckglas (Tiefe) oder dergleichen, jedoch ist sie generell so gebildet, um größer zu sein als ein Raum 13, auf welchem die zu messenden Substanzen konzentriert werden, wenn der Hohlraum nicht gebildet wird. Der Hohlraum 12 kann, wie in 3 gezeigt, zusammenhängend sein oder kann als unabhängige hexagonale Teile ausgebildet sein, wie in 4 gezeigt.
  • Im Hohlraum 12 kann die Peripherie durch die Elektrode umgeben sein oder es kann eine Unterbrechung 14 in einem Abschnitt, wie in 3 gezeigt, anwesend sein, aber vorzugsweise kann die ganze Peripherie durch die Elektrode umgeben sein.
  • Wenn die gesamte Peripherie des freien Raumes durch die Elektrode umgeben ist, werden elektrische Feldlinien von der Peripherie des freien Raumes generiert und daher ist der freie Raum durch eine hohe elektrische Feldregion zu umgeben, so dass die Substanzen dazu tendieren, an einem spezifischen Teil konzentriert zu werden und einfach gesammelt werden können.
  • Wo auf der anderen Seite ein Raum des freien Raumes nicht durch die Elektrode umgeben wird, wird keine Linie von elektrischer Energie von diesem Abschnitt generiert und daher wird ein Abschnitt generiert, welcher nicht eine hochelektrische Feldregion ist, und die Substanzen können in einfacher Art und Weise durch diesen Abschnitt bewegt werden. Daher existiert ein Fall, bei dem die gewünschte Substanz schwierig zu sammeln ist.
  • Da die Größe der Substanzen (Partikel, Moleküle), welche auf dem Hohlraum zu konzentrieren sind, klein ist, sollte die Aufmerksamkeit auf die Breite einer Elektrode gelegt werden. Weil eine Zone oberhalb der Elektrode ein Abschnitt sein wird, welcher niedrig in der Dichte einer elektrischen Feldlinie für die Substanz ist, als der Hohlraum. Der Grund hierfür ist, dass ein Maß an Einfluss, hervorgerufen durch die elektrische Feldlinie, generiert von einem Rand einer Elektrode in Kontakt mit dem Hohlraum, unterschiedlich ist, abhängig von der Größe der Substanz, weil eine elektrische Feldlinie auch von einem Ende einer Elektrode in Kontakt mit dem Hohlraum generiert wird. Wo die zu konzentrierenden Substanzen an dem Hohlraum klein sind, kann dieses Problem durch Verschmälern der Breite einer Elektrode mit dem Hohlraum gelöst werden.
  • Die Form der Elektrode und des Hohlraums kann ein Kreis sein, oval oder ein Polygon, wobei die Form nicht speziell beschränkt ist. Auch die Breite der Elektrode selbst kann breiter sein oder schmal wie ein Draht. Kurz gesagt kann die Konstruktion einer Elektrode so gestaltet sein, dass eine Elektrode nicht in einer Zone präsent ist, in welcher detektierte Objekte, welche der negativen dielektrophoretischen Kraft unterzogen werden, konzentriert werden und in einer vertikalen Richtung davon.
  • Selbst bei der selben Elektrodenkonstruktion erscheint ein Unterschied in einer Region, wo die gemessenen Objekte konzentriert werden wegen der Änderung der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes und der Leitfähigkeit und dielektrischen Konstanten des gemessenen Objekts und des Mediums, wobei die Elektrodenkonstruktion gemäß der Frequenz des angelegten elektrischen Feldes gemäß dem verwendeten Objekt bestimmt werden kann. Umgekehrt können die zu messenden Substanzen an der gewünschten Position durch Variieren der Frequenz oder dergleichen, angepasst an die Elektrodenkonstruktion, konzentriert werden.
  • Vorzugsweise kann der Hohlraum 12 in der Elektrode zum Beispiel durch physikalische Mittel, wie beispielsweise einem Schneideerfahren unter Verwendung beispielsweise eines geeigneten Messers oder dergleichen, und einem Prägeverfahren, chemischen Mitteln, wie beispielsweise Ätzen zum Entfernen einer Elektrode, beispielsweise unter Verwendung einer Ätzflüssigkeit oder zum Beispiel durch physikalische und chemische Mittel, wie beispielsweise Reaktiv-Ionen-Ätzen (RIE) unter Verwendung eines reaktiven Gases, geformt in Plasma durch eine Hochfrequenz-Energiequelle, usw., gebildet werden.
  • Die gebildete Elektrode mit dem freien Raum 12 der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise zum Beispiel durch die Feinverarbeitungstechnik (Biochim, Bophys.Acta. 964, 231-230) wie unten beschrieben, hergestellt:
    (A) Zum Beispiel wird ein Fotolack auf eine Basisplatte, auf welcher Kupfer, Gold, Aluminium oder dergleichen laminiert ist, aufgetragen und eine Elektroden-Fotomaske wird auf den Fotolack laminiert. Dann wird Licht ausgestrahlt, um den Fotolack freizulegen und zu entwickeln, um einen Fotolack, korrespondierend zu einem freien Raum und einem anderen Abschnitt als der Elektrode zu lösen, welche dann in eine Ätzflüssigkeit getaucht wird, um ein Ätzen der Elektrodenoberfläche (Aluminiumoberfläche) durchzuführen, und der verbleibende Fotolack auf der Elektrodenoberfläche wird entfernt. Es wird betont, dass der Fotolack ein positiver Fotolack zum Entfernen eines Abschnitts, welcher Licht ausgesetzt ist, oder ein negativer Fotolack zum Entfernen eines nicht exponierten Abschnitts sein kann.
  • (B) Abheb-Verfahren (engl.: „Lift off methold")
  • Nachdem ein Fotolack auf eine Basisplatte aufgetragen wurde, wird eine Elektroden-Fotomaske auf den Fotolack laminiert, welche belichtet wird. Dann wird eine Entwicklung ausgeführt, um einen Fotolack, korrespondierend zu einem Elektrodenabschnitt, zu entfernen, und ein Elektrodenmaterial wird auf der gesamten oberen Oberfläche durch Aufdampfen oder Zerstäuben (engl. „sputtering") laminiert. Dann wird ein Fotolack, korrespondierend zu einem anderen Abschnitt als der Elektrode und einem freien Raum (eine Elektrode wird auf der oberen Oberfläche laminiert), entfernt.
  • C) Metallmasken-Verfahren
  • Eine Metallmaske mit lediglich dem Elektrodenabschnitt, angelegt mit Aushöhlung, wird auf einer Basisplatte laminiert, auf welcher die obere Oberfläche mit einem Elektrodenmaterial durch Bedampfen oder Zerstäuben beschichtet ist. Anschließend wird die Metallmaske (ein Elektrodenmaterial ist auf der oberen Oberfläche laminiert) entfernt.
  • In der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrode eine solche, welche aus leitfähigem Material, wie beispielsweise Aluminium, Gold, Kupfer und dergleichen, gefertigt ist. Ihre Struktur kann jegliche Struktur sein, welche geeignet ist, dielektrophoretische Kräfte zu verursachen, das heißt, Bilden eines horizontalen und vertikalen ungleichförmigen elektrischen Feldes, einschließlich beispielsweise einer interdigitalen (engl. „interdigital") Form [J. Phys. D: Appl. Phys. 258, 81-89 (1992); Biochim. Biophys.Acta., 964, 221-230 (1988), und dergleichen].
  • Die Elektrode der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise an der oberen Oberfläche und/oder der unteren Oberfläche der Basisplatte (Substrat) gebildet. Normalerweise wird eine Elektrode, gebildet an der oberen Oberfläche der Basisplatte verwendet, weil die Flüssigkeit, welche die zu messende Substanz enthält, dazu gebracht wird, über die Elektrode zu fließen.
  • Eine Elektrode wird jedoch in einen Zustand gebracht, um in einen Hohlraum zu floaten (engl. „that floated in hollow") und die Flüssigkeit, welche die zu messende Substanz enthält, kann unterhalb der Elektrode fließen. In diesem Fall wird eine Elektrode verwendet, welche auf der unteren Oberfläche einer Basisplatte oder sowohl auf der unteren als auch auf der oberen Oberfläche einer Basisplatte gebildet ist. Die Elektroden, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, enthalten zum Beispiel eine Elektrode in der Form mit vielen Elektroden derselben Form (Hexagon), wie in den 3 und 4 gezeigt und eine Elektrode, welche so gebildet ist, dass eine Kathode bzw. eine Anode intern oderextern vorgesehen sind, und längslaufende und laterale Abschnitte sind ebenso gemacht oder etwas anders, wie in 5 gezeigt.
  • Da in der Elektrode, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, negative dielektrophoretische Regionen an nicht nur einem Ort sondern mehreren Orten gebildet werden können, können verschiedene Hohlräume mit einer Zone, welche niedrig in der Dichte derselben elektrischen Feldlinie ist, hergestellt werden, wobei die Fluoreszenzstärke von verschiedenen Orten gemessen wird und gemittelt wird, um dadurch Daten mit Sicherheit zu erhalten.
  • Ferner ist in einer Elektrode, welche mit einer Kathode und einer Anode intern bzw. extern ausgestattet ist, wie in 5 gezeigt, ein Messplatz vorhanden, da aber ein erforderlicher Platz klein ist, kann er zur Integration der Messung von vielen untersuchten Objekten beitragen.
  • Andere konkrete Beispiele von Elektroden, wie in den 3 und 4 gezeigt, enthalten eine Form, bei der viele dreieckige, nach außen ragende Teile in einem regelmäßigen Abstand gegenüber einem oberen und einem unteren Teil eines linearen Netzes verbunden sind, wie in 6 gezeigt, eine Form, bei der viele trapezförmige, nach außen ragende Teile in einem regelmäßigen Abstand gegenüber einem oberen und unteren Teil eines linearen Netzes verbunden sind, wie in 7 gezeigt, eine Form, bei der viele Hexagone linear verbunden sind, wie in 8 gezeigt, eine Form, bei der viele viereckige, nach außen ragende Teile in einem regelmäßigen Abstand gegenüber einem oberen und unteren Teil eines linearen Netzes verbunden sind, wie in 9 gezeigt und eine Form, bei der viele halbkreisförmige, nach außen ragende Teile in einem regelmäßigen Abstand gegenüber einem oberen und unteren Teil eines linearen Netzes verbunden sind, wie in 10 gezeigt. Während in (A) und (B) in den 6 bis 10 die Form der Enden unterschiedlich ist, reicht jedoch eines von beiden aus.
  • Ferner enthalten andere konkrete Beispiele von Elektroden, wie in 5 gezeigt ist, zum Beispiel, wie in den 11(A) bis (G) gezeigt ist, Elektroden, bei denen eine externe Anode als Polygon, wie beispielsweise viereckig und achteckig, kreisförmig, halbkreisförmig und oval ausgebildet ist; und als eine interne Kathode ist ein Kathodenkopf, lokalisiert in einem zentralen Teil der Kathode, als Polygon, wie beispielsweise quadratisch, viereckig und achteckig, kreisförmig und dergleichen, ausgebildet. In der vorliegenden Erfindung kann jede Elektrode verwendet werden, solange die Elektrode selbst zur Dielektrophorese zur Ausbildung eines Hohlraums verwendet werden kann, wobei die Art der Elektroden nicht beschränkt ist.
  • Eine Basisplatte (Substrat), welche verwendet wird, wenn eine Elektrode hergestellt wird, ist nicht besonders beschränkt, wenn diese auf diesem Gebiet verwendet werden kann, und eine Basisplatte, ausgebildet aus einem nicht leitenden Material, wie beispielsweise Glas, Plastik, Quarz, Silikon oder dergleichen, ist bevorzugt.
  • Die Basisplatte kann aus einem transparenten Material gebildet sein, wobei das Material nicht immer transparent sein muss, wenn Anregungslicht nicht wesentlich reflektiert wird oder Licht in einem derartigen Ausmaß eingezogen wird, um das Absorptionsvermögen messen zu können.
  • Die Elektrode kann ähnlich einer solchen aus dem Stand der Technik sein, außer der Bildung eines freien Raumes, und eine organische Schicht kann auf der Elektrode gebildet sein, um Absorption von verschiedenen Materialien auf der Elektrode zu verhindern.
  • Zur Herstellung der elektrophoretischen Vorrichtung unter Verwendung der Elektrode der vorliegenden Erfindung mit dem freien Ort, wie oben beschrieben, können solche anders als die Elektrode in einer ähnlichen Art und Weise wie im Stand der Technik gebildet werden.
  • Zur Ausführung des Separationsverfahrens der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Elektrode und der dielektrophoretischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, gebildet mit dem freien Raum, wie oben beschrieben, kann das Separationsverfahren selbst in einer Art und Weise, ähnlich zum Stand der Technik, durchgeführt werden.
  • Nämlich wird eine Flüssigkeit, enthaltend zu trennende Substanzen, eine Flüssigkeit, in welcher zum Beispiel zwei oder mehrere Arten von Substanzen (Moleküle oder Partikel) gelöst oder suspendiert sind, in Gegenwart mit einem ungleichförmigen elektrischen Feld, gebildet unter Verwendung der oben beschriebenen Elektrode, gebracht und eine Trennung kann durchgeführt werden aufgrund eines Unterschiedes in der dielektrophoretischen Kraft, welche auf die Substanzen ausgeübt wird. Es wird betont, dass ein elektrisches Feld, angelegt in der vorliegenden Erfindung, entweder ein elektrisches Gleichstromfeld oder ein elektrisches Wechselstromfeld sein kann, wobei ein elektrisches Wechselstromfeld bevorzugt wird.
  • Beim Separationsverfahren der vorliegenden Erfindung werden granulöse Substanzen in einer Größe von 100 nm bis 100 μm in einfacher Art und Weise in einem Bereich konzentriert, welcher niedriger in der Dichte der elektrischen Feldlinie ist. Weil die granulösen Substanzen mit der Größe teilweise einfach konzentriert werden können an der Elektrode mit einer Zone, welche niedrig in der Dichte der elektrischen Feldlinie ist, in welcher die zu messenden Substanzen konzentriert werden in dem freien Raum und oberhalb und unterhalb des Raumes. Es ist jedoch möglich, selbst wenn zu trennende oder zu messende Substanzen kleine Partikel oder Moleküle sind, eine Elektrode aufzubauen, welche fähig ist, eine Zone zu bilden, welche niedrig in der Dichte der elektrischen Feldlinie in oberen und unteren Richtungen des freien Raumes ist durch Verschmälern der Breite einer Elektrode oder durch Vertiefen der Tiefe (die Distanz zwischen der Elektroden-Basisplatte und dem Deckglas und/oder der Distanz vom Gefäßboden zur Elektrode). Kurz gesagt kann eine Elektrode, in welcher die Partikel in dem freien Raum oder in darüber liegenden oder darunter liegenden Richtungen davon konzentriert werden, in einfacher Weise gebildet werden, wenn der Partikel, welcher teilweise die Größe aufweist, dem Separationsverfahren der vorliegenden Erfindung unterzogen wird, da der Einfluss der elektrischen Feldlinie, welche durch die Partikel empfangen wird, unterschiedlich ist, gemäß der Größe der Partikel.
  • Dementsprechend wird zum Trennen von Molekülen oder kleinen Partikeln, welche gemessene Materialien sind, in einer Lösung von Molekülen oder einer Suspension von kleinen Partikeln, ein Komplex, in welchem zu messende Substanzen (durch „Substanzen, welche an zu messenden Substanzen binden", falls nötig) an Substanzen gebunden sind, welche dem Einfluss der negativen dielektrophoretischen Kraft unterworfen sind, vorzugsweise granulöse Substanzen mit einer Größe von 100 nm bis 100 μm, dem Separationsverfahren unter Verwendung einer Dielektrophorese unterworfen. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass die Breite der Elektrode extrem geschmälert werden muss, wenn die Größe der Partikel zu klein ist.
  • Die granulösen Substanzen werden wie oben beschrieben gebunden, wobei die Substanzen vergrößert sind, wodurch eine Trennung der zu messenden Substanzen begünstigt wird. Dementsprechend fungieren die granulösen Substanzen als Substanzen zum Verbessern der Trennung. Die granulare Substanz, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält anorganische Metalloxide, wie beispielsweise Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, Metalle, wie beispielsweise Gold, Titan, Eisen und Nickel, anorganische Metalloxide und dergleichen mit funktionellen Gruppen, eingefügt durch ein Silankupplungsverfahren und dergleichen, lebende Organismen, wie beispielsweise verschiedene Mikroorganismen und eukaryotische Zellen, Polysaccharide, wie beispielsweise Agarose, Cellulose, unlösliches Dextran, synthetische makromolekulare Verbindungen, wie beispielsweise Polystyrol, Latex, Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Methacrylat-Copolymer, Acrolein-Ethylen-Glykoldimethacrylat-Copolymer, Styrol-Styrolsulfonatlatex, Polyacrylamid, Polyglycidylmethacrylat, polyacrolein-beschichtete Partikel, vernetztes Polyacrylnitril, Acryl- oder Acrylestermischpolymer, Acrylnitril-Butadien, Vinylchloridacrylester und Polyvinylacetatacrylat, relativ große biologische Moleküle, wie beispielsweise Erythrocyten, Zucker, Nucleinsäuren, Proteine und Lipide und dergleichen.
  • Die „granulösen Substanzen" sind zur Verwendung normalerweise an Substanzen, welche an „Substanzen, welche an zu messende Substanzen binden", gebunden. Durch eine derartige Vorgehensweise können sie an eine „zu messende Substanz" in einer Probe gebunden werden. Allerdings kann die granulöse Substanz direkt an die zu messende Substanz durch ein chemisches Bindungsverfahren gebunden werden, wie zum Beispiel durch ein Verfahren zum Einführen einer funktionellen Gruppe in die Oberfläche der granulösen Substanz und anschließendes Binden durch die funktionelle Gruppe, oder ein Bindungsverfahren, bei dem die granulöse Substanz durch einen Linker an die zu messende Substanz gebunden wird.
  • Ferner kann ein Verfahren, welches ähnlich dem Verfahren zum Markieren der gemessenen Substanz durch eine Markierungssubstanz ist, das später beschrieben wird, angewandt werden, um die granulöse Substanz an die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" zu binden.
  • Wenn eine Substanz mit Eigenschaften, welche geeignet sind, spezifisch an die zu messende Substanz zu binden, direkt als die granulöse Substanz verwendet wird, ist die oben beschrie bene Vorgehensweise unnötig. Das granulöse Material, wie es beschrieben ist, enthält zum Beispiel Nucleinsäure, Protein, Lipid usw.
  • Die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird an die granulöse Substanz zur Verwendung gebunden, um einen Komplex der zu messenden Substanz, der „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" und der granulösen Substanz von der zu messenden Substanz in der Probe zu bilden, und ein Komplex eines anderen Moleküls als der zu messenden Substanz, der „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" und der granulösen Substanz kann nicht im Wesentlichen gebildet werden, was nicht besonders beschränkt ist. Kurz gesagt reicht es aus, wenn die oben genannte Drei-Komplex-Substanz nicht gebildet wird, sogar wenn sie an andere als die zu messende Substanz gebunden wird. Allerdings ist es nach wie vor bevorzugt, dass die „Substanz, welche spezifisch an die zu messende Substanz bindet" verwendet wird.
  • Eine „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" bezieht sich auf eine Substanz, welche an die „zu messende Substanz" durch Interaktionen bindet, wie beispielsweise einer „Antigen"-„Antikörper"-Reaktion, eine „Zuckerketten”-„Lecithin"-Raktion, einer „Enzym"-„Inhibitor"-Reaktion, einer „Protein"-„Peptidketten"-Reaktion und einer „Chromosom" -oder „Nucleotidketten"-„Nucleotidketten"-Reaktion. Falls ein Partner die zu messende Substanz in jeder oben beschriebenen Kombination ist, ist der andere eine „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet", wie oben beschrieben.
  • Zur Bildung eines Komplexes durch Binden der zu messenden Substanz in einer Probe mit der granulösen Substanz direkt oder durch die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" werden eine Probe, welche die zu messende Substanz enthält, die granulöse Substanz und, falls nötig, die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" zum Beispiel jeweils gelöst, dispergiert oder suspendiert in Wasser oder einer Pufferflüssigkeit, wie zum Beispiel Tris-(hydroxymethylaminomethan)-Puffer, Good's Puffer, Phosphatpuffer, Boratpuffer in einem flüssigen Material, und diese flüssigen Materialien können gemischt und miteinander in Kontakt gebracht werden.
  • Das Separationsverfahren der vorliegenden Erfindung wird grob in zwei Verfahren, wie nachfolgend dargestellt, getrennt:
  • [Separationsverfahren 1]
  • Zuerst, wo die zu messende Substanz oder der Komplex der Substanz, welche dem Einfluss der negativen dielektrophoretischen Kraft (Substanz zum Verbessern der Trennung) und die zu messende Substanz (durch „die Substanz, welche an der zu messenden Substanz bindet", falls nötig) dieselbe negative dielektrophoretische Kraft zeigt wie die der Substanz, welche anders ist, als die zu messende Substanz, in dem Fall, bei der die zu messenden Substanz oder der Komplex die größere dielektrophoretische Kraft als die Substanz, welche anders ist als die zu messende Substanz zeigt, empfangen die zu messende Substanz oder die Substanz zum Verbessern der Trennung und der Komplex der Substanz zum Verbessern der Trennung und die zu messende Substanz nur im Wesentlichen die große dielektrophoretische Kraft und werden getrennt.
  • Es wird nämlich zum Beispiel durch geeignetes Wählen der elektrischen Feldstärke und der Mediumbedingungen auf eine solche Art und Weise, dass die zu messende Substanz oder die Komplexsubstanz der Substanz, welche einer negativen dielektrophoretischen Kraft ausgesetzt wird, und der zu messenden Substanz (durch „die Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet", falls nötig) in dem freien Raum oberhalb der dielektrophoretischen Elektrode oder in der nach oben gerichteten oder nach unten gerichteten Richtung davon konzentriert; aber damit die anderen als die zu messenden Substanzen nicht konzentriert werden, können diese zu messenden Substanzen und die Substanz, anders als die zu messende Substanz, getrennt werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist geeignet zum Trennen in dem Stadium frei vom Fluss (engl.: „free from flow"). Jedoch kann die sogenannte dielektrophoretische Chromotografievorrichtung (Feldfluss-Fraktionierungsvorrichtung), welche die Trennung durch die Interaktion der dielektrophoretischen Kraft, generiert in den Molekülen durch das elektrische Feld und der Bewegung der Moleküle, ausführt, verwendet werden, um Trennung durchzuführen. In diesem Fall können diese zu messenden Substanzen und die anderen als die zu messenden Substanzen getrennt werden durch geeignetes Setzen der Fließgeschwindigkeit (die Geschwindigkeit ist niedrig gewählt) auf eine solche Art und Weise, dass nur die zu messende Substanz oder der Komplex der Substanz, welche dem Einfluss der negativen dielektrophoretischen Kraft unterworfen ist, und der zu messenden Substanz (durch „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet", falls nötig) in dem freien Raum der Elektrode oder in einer nach oben oder nach unten gerichteten Richtung durch dielektrophoretische Kraft gesammelt wird. In dem Fall, dass die Substanz, welche in dem Hohlraum der Elektrode oder in einer nach oben oder nach unten gerichteten Richtung davon gefangen ist, durch den Fluss nicht bewegt wird, können viele Proben auf den Hohlraum der Elektrode durch Messung im Fluss aufgebracht werden, wodurch die Messsensivität verbessert wird.
  • [Separationsverfahren 2]
  • Zweitens: Wo die zu messende Substanz oder der Komplex der Substanz, welche dem Einfluss durch die negative dielektrophoretische Kraft unterworfen wird, und die zu messende Substanz (durch die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" falls nötig) eine(r) ist, welche(r) dem Einfluss durch die negative dielektrophoretische Kraft unterworfen wird, anders als die zu messende Substanz, nämlich wo die zu messende Substanz oder der Komplex der Substanz zum Verbessern der Trennung (Substanz, welche dem Einfluss durch negative dielektrophoretische Kraft unterworfen wird) und die zu messende Substanz die negative dielektrophoretische Kraft und die anderen als die zu messenden Substanzen die positive dielektrophoretische Kraft zeigen, bewegt sich entweder 1. die zu messende Substanz oder der Komplex der zu messenden Substanz und der Substanz, welche dem Einfluss durch die negative dielektrophoretische Kraft unterworfen wird oder 2. die Substanzen, anders als die zu messende Substanz, zu dem Hohlraum oder in die nach oben oder nach unten gerichtete Richtung davon, während die anderen sich zu einer anderen Elektrodenregion bewegen, wobei die zu messende Substanz von den Substanzen, anders als die zu messende Substanz, getrennt werden kann.
  • Wenn die zu messende Substanz, getrennt durch das Separationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, durch ein Verfahren gemäß den eigenen Eigenschaften der Substanz detektiert werden kann, kann die Anwesenheit oder Abwesenheit der zu messenden Substanz, enthaltend in einer Probe, gemessen werden (detektiert werden).
  • Unter Verwendung der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung, des Elektrodenaufbaus und der dielektrophoretischen Vorrichtung, wird nämlich ein flüssiges Material (Probe), welche die Substanz enthält, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft, generiert durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode, beeinflusst wird [oder die zu messende Substanz oder der Komplex der Substanz zum Verbessern der Trennung und der zu messenden Substanz (durch „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet", falls nötig)] an der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung oder dem freien Raum oder in der Nähe davon lokalisiert oder dazu gebracht, darüber oder darunter zu fließen, wodurch die Substanzen, welche dem Einfluss durch die negative dielektrophoretische Kraft unterworfen sind, an dem freien Raum oder darüber oder darunter konzentriert werden, und danach kann die zu messende Substanz in einer Probe durch optisches Detektieren der Substanz detektiert werden.
  • Die im oben beschriebenen Verfahren genannte zu messende Substanz kann durch jede optische Methode gemessen werden oder kann durch eine optischdetektierbare Markierungssubstanz markiert werden oder an die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" gebunden werden, welche gemessen werden kann (detektiert werden kann), oder kann durch eine optisch detektierbare Markierungssubstanz markiert werden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die zu messende Substanz oder die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" durch die optisch detektierbare Markierungssubstanz markiert werden und das Markieren selbst kann durchgeführt werden durch eine bekannte Markierungsmethode, welche generell in einem konventionellen Verfahren ausgeführt wird, welches generell auf dem Feld der Stand der Technik bekannt ist, zum Beispiel EIA, RIA, FIA oder einem Hybridisierungsverfahren.
  • Die optisch detektierbaren Markierungssubstanzen, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind alle Substanzen, welche gewöhnlich im Stand der Technik bei Enzym-Immunoassay (EIA), Fluoro-Immunoassay (FIA) Hybridisierungsverfahren und dergleichen verwendet werden und sind nicht besonders beschränkt. Jedoch ist die Markierungssubstanz, welche geeignet ist, durch die Fluoreszenzstärke, die Lichtemissionsstärke oder die Absorption detektiert zu werden, insbesondere bevorzugt.
  • Im oben beschriebenen Verfahren wird als die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet", im allgemeinen die „Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet" verwendet, welche durch jede optisch detektierbare Methode gemessen (detektiert) werden kann oder welche durch eine optisch detektierbare Markierungssubstanz markiert werden kann.
  • Genauer gesagt kann das Detektionsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine solche Art und Weise durchgeführt werden, wie unten beschrieben.
  • Die zu messende Substanz oder der Komplex der zu messenden Substanz und der Substanz, welche die Trennung verbessert (falls nötig durch die Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet, und/oder die Substanz, welche an die zu mes sende Substanz bindet, markiert durch die optisch detektierbare Markierungssubstanz), erhalten durch eine Reaktion der zu messenden Substanz und der die Trennung verbessernden Substanz (falls nötig und die Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet und/oder die Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet, markiert durch die optisch detektierbare Markierungssubstanz) und der Substanzen, anders als die zu messende Substanz (zum Beispiel die freie Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet, oder die freie markierte Substanz, um die zu messende Substanz zu binden), werden gemäß dem Separationsverfahren der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, getrennt. Als nächstes wird die getrennte zu messende Substanz oder der getrennte Komplex optisch auf Basis von Eigenschaften der zu messenden Substanz oder der Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet (oder die Markierungssubstanz, welche an die Substanz, welche an die zu messende Substanz in dem Komplex bindet) in dem zu messenden Komplex in Anwesenheit oder Abwesenheit der zu messenden Substanz in der Probe detektiert.
  • Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Anwesenheit der zu messenden Substanz in der Probe detektiert werden, sondern auch die Menge der zu messenden Substanz in der Probe kann quantitativ gemessen werden. Die quantitative Messung der zu messenden Substanz kann ähnlich dem Stand der Technik durchgeführt werden, wo der Komplex nicht gebildet werden wird, und im Fall, wo die Komplexsubstanz gebildet wird, kann das folgende Verfahren angewandt werden.
  • Nämlich werden die zu messende Substanz oder der Komplex der zu messenden Substanz und der die Trennung verbessernden Substanz (wenn nötig durch die Substanz, welche an die zu messen de Substanz bindet und/oder die Markierungssubstanz, welche an die zu messende Substanz bindet) und die Substanzen, anders als die zu messende Substanz [z.B. die freie Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet (oder die freie markierte Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet)] gemäß dem Separationsverfahren der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, getrennt. Als nächstes wird die Menge der getrennten zu messenden Substanz oder der Substanz, welche an der zu messenden Substanz in dem Komplex bindet (oder die optisch detektierbare Markierungssubstanz, welche an die Substanz bindet, welche an die zu messende Substanz in dem Komplex bindet), oder die Menge der freien Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet (oder die optisch detektierbare Markierungssubstanz, welche an die freie markierte Substanz bindet, welche an die zu messende Substanz bindet) durch das optische Messverfahren gemäß dieser Eigenschaften erhalten und die Menge der zu messenden Substanz in der Probe kann auf der Basis der erhaltenen Menge erhalten werden.
  • Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann zum Beispiel die Menge an spezifischem Molekül in der Probe durch Verwendung einer Kalibrierungskurve berechnet werden, welche die Beziehung zwischen der Menge der zu messenden Substanz und der Menge der Substanz, welche an die zu messende Substanz in dem Komplex bindet (oder die markierte Substanz, welche an der zu messenden Substanz bindet) oder der Menge der freien Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet (oder die optisch detektierbare Markierungssubstanz in der markierten Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet), erhalten durch das Durchführen der selben Messmethode, wie oben beschrieben, mit der Ausnahme der Verwendung einer Probe, dessen Konzentration der zu messenden Substanz bekannt ist, zeigt, um die Menge der zu messenden Substanz in der Probe auf der Basis der erhaltenen Mengen der zu messenden Substanz, der Substanz, welche an die zu messende Substanz bindet, oder der Markierungssubstanz zu erhalten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die zu messende Substanz (zu messende Moleküle) in dem Hohlraum der Elektrode oder in der nach oben oder nach unten gerichteten Richtung davon konzentriert werden. Wenn das Anregungslicht auf die konzentrierten gemessenen Moleküle gestrahlt wird, wird der Background, welcher durch Reflektierung verursacht wird, selbst auf der Elektrode nicht detektiert, da die Elektrode unter den Molekülen nicht anwesend ist, im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine konventionelle Elektrode verwendet wird, wie in 12(A) gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird das S/N-Verhältnis im Vergleich mit dem Stand der Technik verbessert und die Messsensivität wird verbessert.
  • Wenn darüber hinaus die Elektrode der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein Fluoreszenzdetektor auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen sein, weil die Elektrode nicht unter der zu messenden Substanz vorhanden ist, wie in 12(B) gezeigt ist. Ferner wird das S/N-Verhältnis (Blendeneffekt, engl.: „slit effect") verbessert, wo sie auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, weil die Teile, anders als die Region, wo die zu messende Substanz konzentriert wird, mit der Elektrode bedeckt werden, wodurch in den genannten Teilen das Anregungslicht, welches von der oberen Fläche gestrahlt wird, die untere Fläche nicht erreicht, wodurch der Background reduziert werden kann.
  • Da die Messung von der niedrigeren Oberfläche durchgeführt werden kann, wird ferner, gemäß der vorliegenden Erfindung, das Absorptionsvermögen der zu messenden Substanz gemessen, was vor dem unmöglich gewesen ist, um eine qualitative (Detektion) und quantitative Messung der zu messenden Substanzen zu ermöglichen.
  • In diesem Fall wird das S/N-Verhältnis weiter verbessert (Blendeneffekt), weil die anderen Teile als die Region, wo die zu messenden Substanzen konzentriert werden, mit der Elektrode bedeckt werden, wodurch in den genannten Teilen das Licht nicht durch die Elektrode von der oberen Oberfläche zu der niedrigeren Oberfläche dringt und daher kann der Background weiter reduziert werden.
  • 14 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche ein Beispiel zeigt, in welchem eine Elektrode 3 in einer längsgerichtet beabstandeten Relation durch ein konvexes Glied 2 (eine Abstützsäule) auf einem Substrat (ein Glassubstrat) 1 gestützt wird.
  • Ein „Platz niedrigeren Levels als das Elektrodenlevel" (eine Kommunikationsrille) 4, welcher im Querschnitt halbkreisförmig ist, wird zwischen den Elektroden 3, 3 gebildet, wie in 14(B) gezeigt ist, und Kommunikationsrillen 4, 4, jeweils aneinander angrenzend, stehen in Verbindung zueinander an Teilen, anders als das konvexe Glied 2, wie in 14(A) gezeigt ist. Alternativ wird jedoch die Elektrode 3 durch eine Wand (ein konvexes Glied) 2' gestützt und Rillen 4, 4, welche einander benachbart angeordnet sind, werden durch die Wand 2' isoliert, um nicht miteinander zu kommunizieren, wie in 15(B) gezeigt ist.
  • In den Ausführungsformen, welche in den 14 und 15 gezeigt sind, sind andere Abschnitte als die konvexen Glieder 2 und 2' auf „dem Platz niedrigeren Levels als das Elektroden 3-Level" (4 und 4') gebildet.
  • Jedoch kann ein konkaver Abschnitt (Loch) einzeln oder zu mehreren in einer beabstandeten Relation in einem Teil zwischen den Elektroden 3, 3 vorgesehen sein; jedoch ist der ganze öder ein Großteil des Abschnittes zwischen oder unter den Elektroden in einem Platz niedrigeren Levels als das Elektrodenlevel (4 oder 4') gebildet, um die Sammelfähigkeit zu verbessern.
  • Wo der konkave Abschnitt (Loch) in einem Teil zwischen den Elektroden 3,3 gebildet ist, kann er vorzugsweise in einer minimalen Lücke 5 zwischen den Elektroden gebildet werden. Da dieser Abschnitt hoch in der elektrischen Feldstärke ist, wird die Sammelfähigkeit weiter verbessert, wenn der konkave Abschnitt (Loch) in diesem Abschnitt gebildet wird. Wenn dieser jedoch in dem Loch gebildet wird, welches diesen Abschnitt enthält, kann die Sammelfähigkeit weiter verbessert werden, weil ein Abschnitt zum Fangen von Molekülen erhöht wird.
  • Die Breite der Rille 4 (dieselbe, wie die Distanz zwischen den Elektroden 3, 3 in dem Fall, welcher in den 14 und 15 gezeigt ist) wird vorteilhafterweise gemäß der Größe der Substanzen als getrennte Substanzen durch die Elektrophorese gewählt und wird absolut genannt, obgleich sie einen großen Effekt auf die elektrische Feldstärke gibt. In der Substanz der Größe, welche in Mikrometern angegeben ist, ist die Breite vorzugsweise 1 mal bis 100 mal so groß wie der Durchmesser der Substanz, insbesondere 1 mal bis 10 mal.
  • Ferner ist in einem Falle eines Biomoleküls, wie beispielsweise eines Proteins, eines Gens oder dergleichen, zum Beispiel ein Peptid, ein Protein oder dergleichen, die Breite normalerweise ein l nm bis 10 μm, vorzugsweise 1 nm bis 5 μm. Im Falle einer Nucleotidkette (Polynucleotid, Oligonucleotid) ist die Breite normalerweise 1 nm bis 100 μm, vorzugsweise 1 nm bis 50 μm.
  • Generell vergrößert sich ein Abschnitt zum Fangen eines Moleküls, wenn die Tiefe tiefer wird. Ferner, insbesondere im Falle der Feldfluss-Fraktionierung, wird die Fließgeschwindigkeit an dem Rillenabschnitt unterdrückt, um die Sammelfähigkeit zu verbessern (Sammelrate). Allerdings ist es manchmal schwierig, das gefangene Molekül von dem Rillenabschnitt zu entlassen oder wird überhaupt nicht entlassen, wenn die Rille zu tief ist, wo es nötig ist, um ein gefangenes Molekül auf der Elektrode durch die Dielektrophorese zu messen. Dementsprechend ist die Tiefe der Rille vorzugsweise 1/1000 mal bis 10 mal die Breite der Rille, bevorzugter 1/1000 mal bis 1 mal.
  • Im Hinblick auf die Tiefe der Rille wird das konvexe Glied, welches die Elektrode hält, völlig weggegraben, wodurch die Elektrode 3 abblättert, wenn isotropes Ätzen zur Bildung verwendet wird, wie in den 14 und 15 gezeigt ist, wenn die Rille mehr als die Breite der Elektrode einnimmt. Dementsprechend wird die Tiefe der Rille ½ oder weniger der maximalen Elektrodenbreite gewählt, wenn die Rille durch dieses Verfahren gebildet wird.
  • Wo ein anisotropes Ätzen eines Silikonwafers zur Bildung verwendet wird, wie in 15(B) gezeigt ist, verläuft das Ätzen nur in eine Richtung der Tiefe bei einem Winkel von ca. 55°. Dementsprechend resultiert die maximale Distanz (die Distanz zwischen Elektroden ÷ 2) × 1,42 (tan 55°), wo das Ätzen durch dieses Verfahren durchgeführt wird.
  • Wie in 15(C) gezeigt ist, sind die Ätzprozesse im Wesentlichen vertikal, wo die Bildung durch RIE oder LIGA durchgeführt wird. Dementsprechend ist die Tiefe der Rille in dem Bereich, wie er oben beschrieben ist, nämlich vorzugsweise 1/1000 mal bis 10 mal, bevorzugter 1/1000 Mal bis 1 Mal, wo das Ätzen durch diese Verfahren durchgeführt wird.
  • Die Verteilung der Rille (= Breite der Elektrode selbst) wird nicht durch das separierte Objekt beeinflusst, falls diese limitierend auf die Trennung durch die positive Dielektrophores ist. Es ist normalerweise von der Prozessgenauigkeit bei Feinprozesstechniken 1 nm bis 50 μm, bevorzugter 1 nm bis 10 μm.
  • Die Rille durch das isotrope Ätzen, gezeigt in 15(A), wird gebildet durch Ätzen einer Glas-Basisplatte oder einer Plastikbasisplatte. Beim isotropen Ätzen werden verschiedene Formen gemäß dem Ausmaß des Ätzens gebildet, wie beispielsweise in dem Fall, wo die Elektrode 3 durch die Wand 2 auf der Basisplatte gestützt ist und die Rillen 4, 4, welche zueinander benachbart angeordnet sind, werden gebildet, um durch die Wand 2 isoliert zu sein, oder der Fall, wo die Elektrode 3 durch das konvexe Glied 2 auf der Basisplatte gestützt wird und die Rillen (Kommunikationsrillen) 4, 4, welche benachbart zueinander angeordnet sind, werden kommuniziert.
  • Die Rille durch das anisotrope Ätzen, welche in 15(B) gezeigt ist, wird durch Ätzen einer Silikonbasisplatte gebildet. In diesem Fall wird die Elektrode 3 auf der Wand 2' auf der Basisplatte gestützt und die Rillen 4, 4', welche benachbart zueinander angeordnet sind, werden durch die Wand 2' isoliert.
  • Die Rille durch RIE, gezeigt in 15(C), wird durch Ätzen einer Silikon- oder SiO2-Basisplatte gebildet und die Rille durch LIGA wird durch Ätzen einer Polymer-Keramik-Plastikbasisplatte etc. gebildet. In diesen Fällen wird die Elektrode 3 auf der Wand 2'' auf der Basisplatte gestützt und die Rillen 4'', 4'', welche benachbart zueinander angeordnet sind, werden durch die Wand 2'' isoliert.
  • Bei dem isotropen Ätzen, gezeigt in den 14 und 15(A), wird generell die Rille oder die Kommunikationsrille 4 gebildet, um eine Form aufzuweisen, dessen Querschnitt halbkreisförmig oder semioval ist. Wenn eine Rille durch das anisotrope Ätzen gebildet wird, wie in 15(B) gezeigt, wird die Rille 4' generell einem Ätzen in eine im Wesentlichen V-Form via einer im Ausschnitt im Wesentlichen trapezoiden Form unterworfen. Wenn eine Rille durch RIE oder LIGA gebildet wird, gezeigt in 15(C), wird das Ätzen im Allgemeinen zu einem im Wesentlichen viereckigen Querschnitt durchgeführt. Dementsprechend werden verschiedene sektionale Formen gemäß der Art und Weise des Ätzens und der Art und Weise des Bildens eines „Ortes eines niedrigeren Levels als dem Elektrodelevel" gebildet, aber in der vorliegenden Erfindung ist die Form eines „Ortes niedrigeren Levels als dem Elektrodenlevel" (wie beispielsweise einer Kommunikationsrille, einer Rille, einem konkaven Teil, etc.) nicht besonders limitiert. Eine Wand oder ein konvexes Glied 2 in 15(A) wird in einer Form gebildet, in welcher ein zentraler Teil gebunden wird; eine Wand 2' in 15 wird gebildet in eine trapezoidale Form; und ei ne Wand 2'' in 15(C) wird gebildet in eine viereckige Form, aber die Wand, das konvexe Glied 2, die Wand 2'' und die Wand 2'' können von jeglicher Form sein, solange sie die Elektrode 3 stützen können und sind nicht besonders limitiert.
  • Die Elektrode 3, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird aus einem leitfähigen Material gebildet, zum Beispiel aus Aluminium, Gold oder dergleichen und die Konstruktion davon reicht aus, um eine zu sein, welche die dielektrophoretische Kraft produziert, das heißt ein ungleichförmiges elektrisches Feld in horizontaler und vertikaler Richtung, zum Beispiel eine interdigitale Form [J. Phys. D: Appl. Phys. 258, 81-88, (1992), Biochim. Biophys. Acta. 964, 221-230, (1988), etc.].
  • Genauer gesagt sind Formen bevorzugt, wie dies in 16(A) dargestellt ist, in welchen viele dreieckig nach außen ragende Teile 7a in einer voneinander beabstandeten Relation gegenüber oberen und unteren Teilen eines linearen netzartigen Teils 6 gebildet sind; (B) eine Form, in welcher viele quadratisch nach außen ragende Teile 7b in einer voneinander beabstandeten Relation gegenüber oberen und unteren Teilen eines linearen netzartigen Teils 6 gebildet sind; (C) eine Form, in welcher viele trapezförmig nach außen ragende Teile 7c in einer voneinander beabstandeten Relation zueinander gegenüber oberen und unteren Teilen eines lineraren netzartigen Teils 6 gebildet sind; (D) einer Sinuswellenform bei oberen und unteren Abschnitten, eine Form, bei welcher sinuswellenförmige konvexe Teile 8 und konkave Teile 9 (konkaver Teil 9 und konvexer Teil 8) linear gegenüber oberen und unteren Abschnitten gebildet sind; und (E) eine Sägezahnform bei oberen und unteren Abschnitten, eine Form, bei welcher viele konvexe Teile 8' eines sägezahnförmigen und konkaven Teils 9' (konkaver Teil 9' und konvexer Teil 8') linear gegenüber oberen und unteren Abschnitten gebildet sind. Jedoch kann jegliche Form verwendet werden, wenn die Elektrode zur Dielektrophorese verwendet werden kann und die Formen sind nicht speziell limitiert.
  • Solch eine Elektrode, wie sie beschrieben ist, wird normalerweise hergestellt durch Bereitstellen eines Paares oder mehrerer Elektroden mit Formen, wie sie oben beschrieben sind, in einer Art von Kammzähnen auf einer Basisplatte, welche aus einem nichtleitenden Material gebildet ist, zum Beispiel aus Glas, Plastik, Quarz, Silikon etc. unter Verwendung von bekannten Feinprozesstechniken [Bichim. Bioophys.Acta., 964, 221-230, etc.]. Ferner ist der Abstand zwischen den Elektroden 3, welche einander gegenüber liegend (benachbart) angeordnet sind nicht speziell limitiert, solange ein ungleichförmiges elektrisches Wechselstromfeld mit einer starken elektrischen Feldstärke gebildet werden kann, und sollte in geeigneter Art und Weise gewählt werden, gemäß der Art der gewünschten Moleküle.
  • Die Dicke der Elektrode 3 kann ähnlich der Dicke von Elektroden aus dem Stand der Technik sein und genauer gesagt ist die Dicke normalerweise 0,5 nm oder mehr, vorzugsweise 0,5 nm bis 1000 nm, bevorzugter 1 nm bis 1000 nm.
  • Die Elektrode 3 kann ähnlich einer Elektrode aus dem Stand der Technik sein, abgesehen von der Dicke, und eine organische Schicht kann auf der Elektrode gebildet werden, um eine Absorption von verschiedenen Materialien auf der Elektrode zu verhindern.
  • Die dielektrophoretische Vorrichtung kann auf eine ähnliche Weise, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, hergestellt werden, abgesehen von „einem Ort niedrigeren Levels als dem Elektrodenlevel" (wie beispielsweise eine Kommunikationsrille 4, eine Rille 4', ein konkaver Abschnitt etc.), wie beispielsweise ein Fließpfad und eine dielektrophoretische Elektrode.
  • Der „Platz niedrigeren Levels als dem Elektrodenlevel" kann beispielsweise gebildet werden durch Freilegen einer Basisplatte zwischen Elektroden mittels physikalischer Mittel, wie beispielsweise einem Freilegungsverfahren unter Verwendung eines geeigneten Messers oder dergleichen, eines LIGA (litographile Galvanoformung Abformung)-Verfahrens unter Verwendung eines synchrotronen strahlenförmigen Lichtes und eines Prägeverfahrens unter Verwendung eines geeigneten Prägestempels mittels physikalischer Mittel zum Freilegen einer Basisplatte, zum Beispiel unter Verwendung einer Ätzflüssigkeit für eine Basisplatte oder mittels physikalischer und chemischer Mittel, wie beispielsweise einem Ätzen unter Verwendung eines reaktiven Gases, gebildet in Plasma durch einen Hochfrequenzpowersupply [reaktives Ionenätzen (RIE)].
  • Es wird betont, dass die oben beschriebenen Mittel in geeigneter Weise kombiniert werden können, um eine Freilegung des Substrats durchzuführen.
  • Als Ätzflüssigkeit kann eine bekannte Ätzflüssigkeit ausgewählt werden, gemäß dem Material eines Substrats. Wo ein Ort niedrigeren Levels als dem Elektrodenlevel in einem Teil eines Substrats gebildet wird, kann ein Ätzen mit einer Maske durch geführt werden, welche in geeigneter Weise auf einen Abschnitt aufgebracht wird, welcher nicht freigelegt werden soll.
  • Zur Durchführung des Separationsverfahrens der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer dielektrophoretischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Separationsverfahren das selbe wie eines aus dem Stand der Technik.
  • Das heißt, dass eine Flüssigkeit, welche eine zu trennende Substanz enthält, zum Beispiel eine Flüssigkeit in welcher mehrere als zwei Arten von Substanzen (Moleküle oder Partikel) gelöst oder suspendiert sind, in einem ungleichförmigen elektrischen Feld anwesend ist, welches unter Verwendung der Elektrode (Elektroden-Basisplatte), wie oben beschrieben ist, gebildet ist, wobei die Trennung durch einen Unterschied der dielektrophoretischen Kraft, welche auf die Substanzen wirkt, durchgeführt werden kann.
  • Im Allgemeinen wird ein ungleichförmiges elektrisches Feld horizontal und vertikal innerhalb eines Flusspfades auf dem Substrat gebildet, um zu bewirken, dass eine Flüssigkeit, enthaltend eine zu trennende Substanz, von einem Einlass fließt, und eine Trennung kann durchgeführt werden durch einen Unterschied der dielektrophoretischen Kraft, welche auf die Substanzen wirkt. Jedoch kann die Substanz selbstverständlich in eine Komponente getrennt werden, welche in einem bestimmten Abschnitt der Elektrode gehalten wird, und in eine Komponente, welche nicht gehalten wird, zum Durchführen der Trennung ohne dem Generieren eines Flusses.
  • Zum Trennen durch einen Unterschied der dielektrophoretischen Kraft, welche auf die Substanzen (Moleküle, Partikel) wirkt, kann die Substanz in ein Molekül etc. getrennt werden, welches an einem spezifischen Abschnitt einer Elektrode gehalten wird, und ein Molekül etc., welches nicht gehalten wird. Oder die Trennung kann durchgeführt werden unter Verwendung der Tatsache, dass ein Unterschied in der Bewegungsgeschwindigkeit hergestellt wird, weil die Moleküle, welche einer stärkeren dielektrophoretischen Kraft unterzogen werden, später wandern als Moleküle, welche einer schwachen dielektrophoretischen Kraft ausgesetzt sind.
  • Die Fließgeschwindigkeit in einer Kommunikationspassage (Rille) 4 wird geringer als die des Fließpfadabschnitts, so dass der Widerstand Fv der Flüssigkeit, aufgebracht auf die Moleküle, welche die Kommunikationsrille 4 erreicht haben, kann reduziert werden kann, wenn, wie durch einen Pfeil in 17 gezeigt, eine Flüssigkeit, enthaltend eine zu trennende Substanz, in einer Richtung, welche eine Elektrode der Länge nach kreuzt, dazu gebracht wird, um in einen Fließpfad der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu fließen. Ferner kann der Bereich, welcher durch das elektrische Feld beeinflusst wird, durch das Vorsehen der Kommunikationsrille 4 zwischen den Elektroden 3, 3, verbreitert werden und der Raum, wo die gefangenen Moleküle gesammelt werden, wird breiter, wodurch die Sammelrate (Fähigkeit) verbessert wird.
  • Das Messverfahren der vorliegenden Erfindung kann in Übereinstimmung mit den bekannten Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, anders als unter Verwendung des Separationsverfahrens der vorliegenden Erfindung, durchgeführt werden, und die Reagentien, welche verwendet werden, können in geeigneter Art und Weise aus den bekannten Reagentien ausgewählt werden.
  • Während die vorliegende Erfindung im Folgenden konkret unter Bezugnahme auf die Beispiele und Referenzbeispiele beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • [Beispiele]
  • Beispiel 1: Herstellung einer Elektrode nach der vorliegenden Erfindung, hergestellt mit einem freien Raum durch Ätzen
  • Die Elektrode nach der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt durch Aufbringen eines Fotolacks auf einer Glasbasisplatte, aufgebracht durch Aluminium-Dampfablagerung, anschließendes Belichten durch das Laminieren einer Fotomaske mit einem Muster aus einer Elektrode und einem freien Raum, durch eine Elektronenstrahlvorrichtung auf dem Fotolack und Entwickeln des Fotolacks, Lösen eines Fotolackfilms entsprechend dem freien Raum und den anderen Abschnitten außer der Elektrode, und danach Tauchen desselben in eine Ätzflüssigkeit, um ein Ätzen an der Aluminiumoberfläche auszuführen, und Entfernen des Fotolacks, welcher auf der Aluminiumoberfläche verblieben ist, um eine Elektrode mit einem freien Raum, wie in 13 gezeigt, zu bilden.
  • Das Muster des freien Raums wurde geändert, um die Elektroden 1 bis 4 herzustellen, welche unterschiedlich in der Länge (μm) von a) bis e) in 13 sind.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Länge in (μm) von a) bis e) der Elektroden 1 bis 4, welche hergestellt wurden. Tabelle 1
    Elektrode 1 Elektrode 2 Elektrode 3 Elektrode 4
    (μm) (μm) (μm) (μm)
    a 14 8 8 8
    b 8 2 2 2
    c 5 5 10 15
    d 2 2 2 2
    e 3.5 3.5 3.5 3.5
  • Beispiel 2: Dielektrophoretischer Test von Kügelchen an einer Hohlelektrode
  • Wo Kügelchen mit einem Durchmesser von 1 μm einer Dilektrophorese unter Verwendung einer konventionellen Elektrode unterzogen wurden, wurden die Kügelchen an einer Position auf der Elektrode konzentriert (gefangen), dessen Feldstärke schwach war. Im Design der Elektrode, welche in Beispiel 1 hergestellt wurde, ist der Aluminiumelektrodenabschnitt in einer Region, wo die Kügelchen gefangen sind, ausgeschlossen.
  • Der dielektrophoretische Test wurde unter dem elektrischen Feld durchgeführt, dass die Kügelchen die negative Dielektrophorese auf der Elektrode (Elektrode 2 in Tabelle 1), hergestellt in Beispiel 1, unter Verwendung der Kügelchen mit einem Durchmesser von 1 μm mit der fuoreszenzmarkierten Oberfläche davon, zeigen.
  • Eine Probenlösung mit den suspendierten Kügelchen wurde oberhalb des Elektrodensubstrats (Hohlraum) getropft und danach wurde ein Deckglas aufgelegt und die Beobachtung wurde durch ein optisches Mikroskop gemacht.
  • Als ein Ergebnis der Beobachtung des dielektrophoretischen Tests wurde bestätigt, dass die Kügelchen in dem Hohlraum (freier Raum) der Elektrode durch die negative dielektrophoretische Kraft konzentriert wurden. Die Kügelchen wurden während des Fließens in der Lösung oberhalb des Hohlraums (in der Nähe des Deckglases) konzentriert.
  • Referenzbeispiel 1:
  • Herstellung eines dielektrophoretischen Elektrodensubstrats
  • Eine Multielektrodenanordnung mit einem minimalen Abstand von 7 μm, einer Elektrodenhöhe von 20 μm und einer Anzahl von Elektroden von 2016 (1008 Paare) wurde hergestellt und eine Fotomaske gemäß dieses Designs wurde hergestellt zum Herstellen der Elektrode, wie folgt hergestellt.
  • Auf einem Glassubstrat, auf welchem Aluminium abgelagert wurde, und auf welches ein Fotolack aufgebracht wurde, wurde ein Elektrodenmuster, wie es designed war, auf eine Elektrodenstrahl-Auftragungsmaschine aufgetragen und anschließend wurde der Fotolack entwickelt und das Aluminium wurde geätzt, um die Fotomaske herzustellen.
  • Das Elektrodensubstrat wurde gemäß des Verfahrens, beschrieben in T. Hashimoto, „Illustrative Photofabrication", Sogo-denshi Publication (1985) wie folgt hergestellt.
  • Die Fotomaske, welche auf diese Art und Weise hergestellt wurde, wurde mit dem aluminiumbeaufschlagten Glassubstrat fest in Kontakt gebracht, auf welches ein Fotolack aufgebracht wurde, und dann dem Elektrodenmuster mit einer Quecksilberlampe ausgesetzt. Das Elektrodesubstrat wurde hergestellt durch Entwickeln des belichteten Glassubstrats für die Elektrode und Ätzen der Aluminiumoberfläche, gefolgt von einem Entfernen des Fotolacks, welcher auf der Aluminiumoberfläche verblieben ist.
  • Beispiel 3:
  • Bildung eines „Ortes niedrigeren Levels als dem Elektrodenlevel" auf einem Substrat durch Ätzen.
  • Wie in 18 gezeigt ist, wurde ein Ätzen auf dem Glassubstrat 1 der dielektrophoretischen Elektrode, hergestellt auf eine solche Art und Weise wie in Referenzbeispiel 1 beschrieben ist, durchgeführt, um eine Kommunikationsrille 4 in einem Abschnitt zwischen den Elektroden 3 auf dem Glassubstrat 1 zu bilden.
  • Als Ätzflüssigkeit wurde Natriumfluoridschwefelsäure (NH4F 3%, H2SO4, H2O) verwendet. Natriumfluoridschwefelsäure hat die Eigenschaften, sowohl Glas als auch Aluminium zu lösen; da aber die Geschwindigkeit des Ätzens von Glas sehr hoch ist im Vergleich mit der des Ätzens von Aluminium kann ein anderer Glasabschnitt als die Aluminiumelektrode einem Ätzen mit einer Aluminiumelektrode als Maske unterzogen werden.
  • Es wurde beobachtet, dass in dem Fall, in welchem die Dicke des Aluminiums einer Elektrode 40 nm ist, eine Elektrode durch einen Wasserfluss gebogen wird, wenn die Ätzflüssigkeit mit reinem Wasser gewaschen wird, wenn ein Ätzen bis zu einer Tiefe von 3 μm oder mehr durchgeführt wird. Jedoch wird das Phänomen, dass die Elektrode gebogen wird, in dem Falle einer Dicke von 250 nm nicht be-obachtet.
  • Eine Beziehung zwischen einer Ätzzeit (Sek.) und der Tiefe (μm) einer Kommunikationsrille, welche zwischen den Elektroden gebildet wurde, wurde nach dem Ätzen gemessen. Das Ergebnis zeigte, dass die Ätzzeit und die Tiefe einer zu bildenden Rille in einer proportionalen Relation zueinander stehen, wie in 19 gezeigt ist. Die Tiefe einer Rille wurde durch Schneiden einer Elektrode mit einem Glasschneider und Beobachten des Schnittes mit einem Mikroskop gemessen.
  • Referenzbeispiel 2:
  • Herstellung eines Elektrodensubstrats mit einem Fließpfad
  • Um Moleküle durch die Bewegung der Moleküle unter einem ungleichförmigen elektrischen Feld zu trennen, wurde ein Fließpfad auf dem Elektrodensubstrat, hergestellt in Beispiel 3, unter Verwendung eines Silikongummis gebildet.
  • Der Silikongummi-Fließpfad zum Senden einer Lösung, enthaltend gelöste Moleküle auf der Elektrode, hatte eine Tiefe von 25 μm und eine Breite von 400 μm und wurde so designed, dass der Fließpfad durch eine Region verläuft, in welcher die Elektrode auf dem Elektrodensubstrat platziert war.
  • Seine Herstellung wurde gemäß dem Verfahren, beschrieben in T. Hashimoto, „Illustrative Photofabrication", Sogo-denshi Publication (1985) durchgeführt. Zuerst wurde ein blattartiger negativer Fotolack mit einer Dicke von 25 μm auf das Glassub strat aufgebracht, durch eine Fotomaske, hergestellt zum Herstellen des Fließpfades, belichtet und der negative Fotolack wurde entwickelt. Ungehärteter Silikongummi wurde unter Verwendung des negativen Foto-Lack-Subtrats als ein Templat gegossen und wurde dann gehärtet, um eine Silikongummioberfläche mit der konkaven Oberfläche mit einer Höhe von 25 μm in dem Bereich, in welchem die Elektrode platziert war, herzustellen.
  • Das Elektrodensubstrat und der Silikongummi-Fließpfad wurden mit einem Zwei-Flüssigkeits-Härtungs-Silikongummi festgeklebt, so dass die konkave Oberfläche des Silikongummis an der Region, an der die Elektrode auf dem Elektrodesubstrat platziert war, befestigt wurde. Eine Spritze zum Injizieren einer Lösung wurde stromaufwärts auf dem Fließpfad platziert und eine Vorrichtung, welche einer Lösung, in welcher die Moleküle gelöst waren, erlaubte, auf der Elektrode zu fließen, wurde zu dem Elektrodensubstrat gefügt.
  • Beispiel 4:
  • Messung der Sammelrate im Hinblick auf Rinderserumalbumin (BSA)-Protein
  • Eine Elektrode, gebildet mit einer Kommunikationsrille mit einer Tiefe von 2 μm oder 4 μm, wurde hergestellt, wie in Beispiel 3 beschrieben, ein Fließpfad wurde hergestellt wie in Beispiel 2 beschrieben, eine dielektrophoretische Chromotografievorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde hergestellt und die Sammelrate der Vorrichtung wurde auf folgende Art und Weise gemessen. Zum Zwecke des Vergleichs im Hinblick auf die dielektrophoretische Chromotografievorrichtung, welche ähnlich hergestellt wurde, außer dass eine Kommunikationsrille nicht gebildet war, wurde die Sammelrate auch gemessen.
  • (Probe)
  • Als eine Probe wurde eine Lösung verwendet, welche FITCmarkiertes BSA enthielt (Molekulargewicht: annähernd 65 kD) (60 μg/ml).
  • (Vorgehensweise)
  • Zum Verhindern der Adsorption von Proteinmolekülen auf dem Elektrodensubstrat oder dem Fließpfad wurde ein Block A (hergestellt von Snow Brand Milk Products CO., Ltd.) verwendet, um die Oberfläche des Fließpfades zu blockieren, worauf FITCmarkiertes BSA auf die dielektrophoretische Chromotografievorrichtung aufgebracht wurde.
  • Die Durchschnittsgeschwindigkeit der verwendeten Probe betrug 556 μm/Sek. und das elektrische Feld wurde für 30 bis 120 Sekunden vom Start der Messung an angelegt. Die Sammelrate wurde im Hinblick auf die elektrische Feldstärke gemessen, angelegt bei der Zeit von 2,14 Mv/m, 2,5 Mv/m und 2,86 Mv/m.
  • Die Messung der Sammelrate wurde durch die folgende Gleichung erhalten. Sammelrate (%) = [(Io – Imin) × 100]/(Io – Iback)wobei Io den fixen Wert der Fluoreszenzstärke vor dem Anlegen des elektrischen Feldes repräsentiert, Imin den minimalen Wert der Fluoreszenzstärke während des Anlegens des elektrischen Feldes repräsentiert, und Iback den Background repräsentiert.
  • (Resultate)
  • 20 zeigt die Resultate. In 20 werden die Ergebnisse gezeigt, welche durch die Verwendung der dielektrophoretischen Chromotografievorrichtung von
    -Δ- (Tiefe 4 μm), -☐- (Tiefe 2 μm) und -♢- (Tiefe 0 μm) erhalten wurden.
  • Wie es aus den Ergebnissen, gezeigt in 20, offensichtlich ist, verbessert sich die Sammelrate (%) je tiefer die Tiefe der Rille ist. Bei 2,86 MV/m beträgt die Sammelrate der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit der Kommunikationsrille von 4 μm 40 % im Vergleich mit der Sammelrate von 28 % der konventionellen Vorrichtung ohne Kommunikationsrille und die Sammelrate wurde um ca. 43 % verbessert; in anderen Worten wird die Sammelfähigkeit der gewünschten Substanzen durch die Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung merklich verbessert.
  • Beispiel 5: Messung der Sammelrate bis 500 bpDNA
  • 500 bpDNA, markiert durch den Fluoreszenzfarbstoff YOYO-1 (Molecular Probe Ltdt.) wurde als eine Probe verwendet. Die Sammelrate (%) wurde durch die dielektrophoretische Chromotografievorrichtung mit einer Tiefe der Rille von 0 μm, 2 μm und 4 μm gemessen. 21 zeigt die Ergebnisse.
  • In 21 werden die Ergebnisse gezeigt, welche unter Verwendung der dielektrophoretischen Chromotografievorrichtung mit der Kommunikationsrille von -Δ- (Tiefe 4 μm), -☐- (Tiefe 2 μm) und -♢- (Tiefe 0 μm) erhalten wurden.
  • Wie es aus den Ergebnissen, gezeigt in 21, offensichtlich ist, wurde die Sammelrate der Vorrichtung der vorliegen den Erfindung mit der Kommunikationsrille mit einer Tiefe von 4 μm auch in diesem Fall in der elektrischen Feldstärke von 1,5 Mv/m oder mehr um ca. 20 % im Vergleich mit der konventionellen Vorrichtung ohne Kommunikationsrille verbessert.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung ist die Elektrode unter den zu messenden Substanzen nicht vorhanden, weil die zu messenden Substanzen in dem Hohlraum der Elektrode oder in der oberen oder unteren Richtung davon konzentriert werden können, und daher wird die Reflektion des Anregungslichtes durch die Elektrode unter dem gemessenen Substanzen vermieden, wo die Fluoreszenzstärke detektiert wird. Als ein Resultat wird der Background reduziert, das S/N-Verhältnis wird verbessert und die Messsensitivität wird verbessert. Ferner kann die Messung von der niedrigeren Oberfläche der Elektrode gemacht werden. Ferner ist es möglich, gemäß der vorliegenden Erfindung die zu messenden Substanzen durch die Absorption zu messen, was im Stand der Technik unmöglich gewesen ist, weil die Messung von der niedrigeren Oberfläche gemacht werden kann.
  • Wenn die Messung von der niedrigeren Oberfläche der Elektrode durchgeführt wird, wird der Background reduziert, das S/N-Verhältnis verbessert und die Messsensivität verbessert (Slit-Effekt), weil die anderen Abschnitte als die Region, wo die zu messenden Substanzen konzentiert werden, mit der Elektrode bedeckt werden, wobei in den genannten Abschnitten das Anregungslicht, abgestrahlt von der oberen Oberfläche, die niedrigere Oberfläche nicht erreicht.
  • Das ist ein extrem großer Vorteil.
  • Das Vorsehen des Ortes niedrigeren Levels als dem Elektrodenlevel zwischen oder unter den Elektroden, welcher im Stand der Technik noch nicht vorgesehen war, führt zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Sammelfähigkeit (Rate), was eine sehr wichtige Rolle beim Trennen der Substanzen durch die Dielektrophorese führt, was ein enormer Effekt ist. Dies ist daher eine extrem bahnbrechende Erfindung.

Claims (16)

  1. Elektrode für eine dielektrophoretische Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen freien Hohlraum, welcher in der Elektrode ausgebildet ist und welcher einen Bereich schafft, in welchem die Dichte einer elektrischen Feldlinie niedrig ist, so dass Substanzen, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, in dem freien Raum oder oberhalb oder unterhalb des freien Raums in einer vertikalen Richtung davon konzentriert werden.
  2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei der gesamte Umfang des freien Raumes (12) durch die Elektrode (11) umgeben ist.
  3. Elektrode nach Anspruch 1, wobei ein Bereich, in welchem Substanzen konzentriert werden, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, ein Bereich ist, in welchem die Dichte einer elektrischen Feldlinie niedrig ist.
  4. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (11) eine kreisförmige, ovale oder mehreckige Form aufweist, und ein kreisförmiger, ovaler oder mehreckiger freier Raum (12) im zentralen Teil davon ausgebildet ist.
  5. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (11) an einem Substrat vorgesehen ist.
  6. Elektrode nach Anspruch 5, wobei das Substrat, welches mit der Elektrode ausgestattet ist, aus einem Material hergestellt ist, welches Anregungslicht im Wesentlichen nicht reflektiert oder Licht in einem solchen Ausmaß durchdringt, um geeignet zu sein, das Absorbtionsvermögen zu messen.
  7. Elektrode nach Anspruch 6, wobei das Substrat, welches mit der Elektrode ausgestattet ist, aus einem transparenten Material hergestellt ist.
  8. Verwendung der Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, granulare Substanzen sind.
  9. Elektrodenkonstruktion für eine dielektrophoretische Vorrichtung, umfassend eine Elektrode (11) nach Anspruch 1 und einen Deckel, welcher oberhalb davon vorgesehen ist, um eine Lücke zwischen dem Deckel und der Elektrodenoberfläche zu bilden, wobei der freie Hohlraum (12) in der Elektrode (11) oberhalb oder unterhalb eines Abschnittes ausgebildet ist, in welchem Mess-Zielsubstanzen durch eine negative dielektrophoretische Kraft, generiert durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrode, konzentriert werden.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Raum durch physikalische oder chemische Mittel ausgebildet wird.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Elektrode und der freie Raum durch die Feinverarbeitungstechnik hergestellt werden, umfassend mindestens folgende Schritte: (A) Auftragen eines Fotolacks auf eine Basisplatte; Laminieren einer Elektroden-Fotomaske auf den Fotolack; Strahlen von Licht, um zu belichten und den Fotolack zu entwickeln, um einen Fotolack, entsprechend einem freien Raum, aufzulösen; oder (B) Auftragen eines Fotolacks auf eine Basisplatte; Laminieren einer Elektroden-Fotomaske auf den Fotolack, welcher Belichtung ausgesetzt wird; Entwickeln, um einen Fotolack, entsprechend einem Elektrodenabschnitt, zu entfernen; Laminieren eines Elektrodenmaterials auf die gesamte obere Oberfläche; und Entfernen eines Fotolacks, entsprechend einem anderen Abschnitt als der Elektrode und einem freien Raum.
  12. Separationsverfahren von Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit, welche Substanzen enthält, welche dem Einfluß einer negativen dielektrophoretischen Kraft, generiert durch das Anlegen einer Spannung an einer Elektrode gemäß Anspruch 1, unterworfen sind, an der Elektrode, welche den freien Raum darin aufweist, oder oberhalb des freien Raums oder in der Nähe davon positioniert wird, oder dazu gebracht wird, um darüber oder darunter zu fließen, um die Substanzen, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden im genannten freien Raum oder oberhalb oder unterhalb des Raumes in einer vertikalen Richtung davon zu konzentrieren.
  13. Separationsverfahren nach Anspruch 12, wobei die Elektrode eine Elektrodenkonstruktion mit einem Substrat, an welchem die Elektrode vorgesehen ist, und einem Deckel in einer solchen Weise bildet, um eine Lücke zwischen der Elektrode und dem Deckel zu schaffen, und eine Flüssigkeit, welche Substanzen enthält, welche dem Einfluß der negativen dielektrophoretischen Kraft unterliegen, wird durch die Lücke eingespeist, um den Substanzen zu ermöglichen, in Kontakt mit der Elektrode zu kommen oder zur Elektrode zu kommunizieren.
  14. Separationsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, an eine Substanz gebunden werden, um in einer Probe durch Substanzen gemessen zu werden, welche an die Substanz, welche gemessen werden soll, binden, um einen Komplex zu bilden.
  15. Detektionsverfahren von Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit, welche die Substanzen enthält, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft, generiert durch ein Anlegen einer Spannung an eine Elektrode nach Anspruch 1, beeinflusst werden, an der Elektrode, welche einen freien Raum darin aufweist, oder oberhalb dem freien Raum oder in der Nähe davon positioniert wird, oder dazu gebracht wird, um oberhalb oder unterhalb davon zu fließen, um die Substanzen, welche durch eine negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, im freien Raum oder oberhalb oder unterhalb des Raumes in einer vertikalen Richtung davon zu konzentrieren, wobei die Substanz anschließend optisch detektiert wird.
  16. Detektionsverfahren nach Anspruch 15, wobei die Substanzen, welche durch die negative dielektrophoretische Kraft beeinflusst werden, an eine zu messende Substanz in einer Probe durch Substanzen gebunden werden, welche an der zu messenden Substanz binden, um einen Komplex zu bilden.
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