JP2001242136A - Capillary dielectric phoresis method - Google Patents
Capillary dielectric phoresis methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、四重極電極を用い
た新規な誘電泳動法に関する。より詳細には、本発明
は、絶縁線と導電線を組み合わせてなる四重極電極によ
り形成される中空キャピラリーに試料を含有する液体を
流し、当該四重極電極による交流電場を印加することに
よる誘電泳動力と、キャピラリー内の流速分布の複合効
果により、液体中の試料を選別、計測又は分離する方
法、及びそのための装置、並びにそのための中空キャピ
ラリー、及びその製造方法に関する。本発明の方法によ
れば、媒体中に複数の物質が入り混じった混合体から特
定の物質を検出、選別、計測又は分離することができ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel dielectrophoresis method using a quadrupole electrode. More specifically, the present invention is based on flowing a liquid containing a sample through a hollow capillary formed by a quadrupole electrode formed by combining an insulated wire and a conductive wire, and applying an AC electric field by the quadrupole electrode. The present invention relates to a method for selecting, measuring or separating a sample in a liquid by a combined effect of a dielectrophoretic force and a flow velocity distribution in a capillary, an apparatus therefor, a hollow capillary therefor, and a method for manufacturing the same. According to the method of the present invention, a specific substance can be detected, sorted, measured, or separated from a mixture in which a plurality of substances are mixed in a medium.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＤＮＡ等の生体物質や環境物質の分離に
はキャピラリー電気泳動が主に利用されている。しか
し、大きさが４０ｋｂｐを超えるＤＮＡに対しては有効
な分離法が確立されていない。また、キャピラリー電気
泳動法では、表面電荷が同じである場合には、大きさの
異なる粒子を分離することが出来なかった。2. Description of the Related Art Capillary electrophoresis is mainly used for separating biological substances such as DNA and environmental substances. However, no effective separation method has been established for DNA having a size exceeding 40 kbp. Further, in the capillary electrophoresis method, when the surface charges are the same, particles having different sizes cannot be separated.
【０００３】キャピラリー電気泳動法と共に、誘電泳動
法が開発されてきている。誘電泳動は、電気泳動が直流
電圧を印加するのに対し、不均一交流電場を印加するこ
とで無電荷の粒子でも泳動する現象である。誘電泳動を
用いた複合試料の分析に関しても報告されている（例え
ば、特表平１１‐５０１２１０号）。本発明者等は、平
面で四重極電極を作成し、交流電場中での粒子の挙動を
報告してきた（H.Watarai, et al., Langmuir, Vol.13,
2417,1997）。しかしながら、平面の四重極電極による
誘電泳動では、その場に存在する粒子の誘電率や粒径に
よる挙動を観察することはできたが、粒子を実質的に分
離するには不十分であった。[0003] Along with capillary electrophoresis, dielectrophoresis has been developed. Dielectrophoresis is a phenomenon in which non-charged particles migrate by applying a non-uniform alternating electric field, while electrophoresis applies a DC voltage. Analysis of a composite sample using dielectrophoresis has also been reported (for example, Japanese Patent Publication No. Hei 11-501210). The present inventors have created a quadrupole electrode in a plane and reported the behavior of particles in an alternating electric field (H. Watarai, et al., Langmuir, Vol. 13,
2417, 1997). However, in dielectrophoresis using a planar quadrupole electrode, the behavior due to the dielectric constant and particle size of the particles present at the site could be observed, but it was insufficient to substantially separate the particles. .
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、４０ｋｂｐ
を超えるような大きな物質であっても分離可能な新規な
誘電泳動法を提供するものである。また、本発明は電荷
が無い物質や、表面電荷が同じ物質を検出、計測、選別
又は分離するため四重極電極を用いた誘電泳動法を提供
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a 40 kbp
It is intended to provide a novel dielectrophoresis method capable of separating even a substance as large as the above. Further, the present invention provides a dielectrophoresis method using a quadrupole electrode for detecting, measuring, selecting or separating a substance having no charge or a substance having the same surface charge.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、平面の四
重極電極による誘電泳動について検討し、これをキャピ
ラリーに発展させたところ、平面の四重極電極による誘
電泳動では得られなかった、層流によるキャピラリー内
の流速分布との複合効果により、液体中の試料をより効
率的に選別、計測又は分離することができることを見出
した。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors have studied dielectrophoresis using planar quadrupole electrodes and developed this into a capillary. In addition, it has been found that the sample in the liquid can be more efficiently selected, measured or separated by the combined effect of the laminar flow and the flow velocity distribution in the capillary.
【０００６】即ち、本発明は、絶縁線と導電線を組み合
わせてなる四重極電極により形成される中空キャピラリ
ーに試料を含有する液体を流し、当該四重極電極による
交流電場を印加することによる誘電泳動力と、キャピラ
リー内の流速分布の複合効果により、液体中の試料を検
出、選別、計測又は分離する方法に関する。また、本発
明は、絶縁線と導電線を組み合わせてなる四重極電極に
より形成される中空キャピラリー、及びその製造方法に
関する。さらに、本発明は、前記中空キャピラリーの途
中又は出口に、試料を検出、計測又は選別若しくは分離
するための装置を有している、四重極電極による交流電
場を印加することによる誘電泳動力と、キャピラリー内
の流速分布の複合効果により、液体中の試料を選別、計
測又は分離するための装置に関する。That is, the present invention is based on a method in which a liquid containing a sample is caused to flow through a hollow capillary formed by a quadrupole electrode formed by combining an insulated wire and a conductive wire, and an AC electric field is applied by the quadrupole electrode. The present invention relates to a method for detecting, sorting, measuring or separating a sample in a liquid by a combined effect of a dielectrophoretic force and a flow velocity distribution in a capillary. The present invention also relates to a hollow capillary formed by a quadrupole electrode formed by combining an insulated wire and a conductive wire, and a method for manufacturing the same. Furthermore, the present invention has a device for detecting, measuring or selecting or separating a sample in the middle or at the outlet of the hollow capillary, and has a dielectrophoretic force by applying an AC electric field by a quadrupole electrode. And a device for selecting, measuring or separating a sample in a liquid by a combined effect of a flow velocity distribution in a capillary.
【０００７】すでに報告されている平面の四重極電極に
よる誘電泳動では、キャピラリーに交流電圧を印加する
と内部に電場勾配が生じる。高周波条件では粒子が電場
強度の小さい所へ泳動する力（負の誘電泳動力)が加わ
り、粒子はキャビラリ-の中央部に集まる。低周波条件
では電場強度の大きい所へ泳動する力(正の誘電泳動）
が加わり、粒子の位置が変化し、キャピラリーの壁際に
移動することが観察されている。[0007] In dielectrophoresis using a planar quadrupole electrode which has already been reported, when an AC voltage is applied to a capillary, an electric field gradient is generated inside. Under high-frequency conditions, a force (negative dielectrophoretic force) that causes the particles to migrate to a place where the electric field intensity is small is applied, and the particles gather in the center of the cavities. Under low frequency conditions, the force to migrate to a place where the electric field strength is large (positive dielectrophoresis)
Have been observed to change the position of the particles and move toward the walls of the capillary.
【０００８】本発明はこれをさらにキャピラリーに発展
させ、キャピラリー中の液体の流れによる力、例えば層
流分布と前記平面の四重極電極による誘電泳動を組み合
わせたものである。キャピラリー内は流速が法線方向で
は異なり、この層流分布と誘電泳動との複合効果で分離
が可能になる。この際の誘電泳動力が正になるか負にな
るかは周波数、粒子の誘電率に依存する。そして、四重
極電極にかけられる電圧は誘電力の大きさを変える。The present invention further develops this into a capillary, which combines the force of a liquid flow in a capillary, for example, a laminar flow distribution with dielectrophoresis by means of a quadrupole electrode in the plane. The flow velocity in the capillary is different in the normal direction, and separation is possible by the combined effect of this laminar flow distribution and dielectrophoresis. Whether the dielectrophoretic force at this time becomes positive or negative depends on the frequency and the dielectric constant of the particles. The voltage applied to the quadrupole electrode changes the magnitude of the dielectric force.
【０００９】まず、本発明のキャピラリーの製造例を説
明する。図１は本発明のャピラリーの製造例を示す。図
１の丸印は導電線１であり、二重丸印は絶縁線２であ
り、横に長い四角は弱い接着性を有するやわらかい薄い
もの３を示す、例えばグラシン紙や表面に弱い接着性を
付したフィルムなどであり、以下の説明においては、グ
ラシン紙３として説明する。実施例１の斜線入りの丸印
は芯線４を示す。まず図１の上段の左側にあるように絶
縁線２の両側に導電線１を配し、これをグラシン紙３に
弱く接着させ、その上に芯線４及び絶縁線２を配置す
る。次に図１の中段の左側にあるように、さらにグラシ
ン紙３を置き、この上に絶縁線２の両側に導電線１を配
置させ、この全体を全体が丸くなるように紐、紙又フィ
ルムなどで固定化する。固定化できたら、導電線１と絶
縁線２の間にある２枚のグラシン紙３を抜き取る。そう
すると図１の下段の左側のようになり、この周囲をエポ
キシ系などの接着剤で固着し、次いで芯線４を抜き取る
と中空のキャピラリーを得ることができる。First, an example of manufacturing the capillary of the present invention will be described. FIG. 1 shows a production example of the capillary of the present invention. The circle in FIG. 1 is a conductive wire 1, the double circle is an insulated wire 2, and the long square is a soft thin material 3 having a weak adhesive property, for example, a weak adhesive property to glassine paper or a surface. And the like, and will be described as glassine paper 3 in the following description. A hatched circle in the first embodiment indicates the core wire 4. First, as shown on the left side of the upper part of FIG. 1, conductive wires 1 are arranged on both sides of an insulating wire 2, this is weakly adhered to glassine paper 3, and a core wire 4 and an insulating wire 2 are arranged thereon. Next, as shown on the left side of the middle part of FIG. 1, a glassine paper 3 is further placed, on which conductive wires 1 are arranged on both sides of an insulated wire 2, and a string, paper or film is formed so that the whole becomes round. Immobilize with etc. After fixing, two glassine papers 3 between the conductive wire 1 and the insulating wire 2 are removed. Then, it becomes as shown on the left side in the lower part of FIG. 1, and the periphery is fixed with an adhesive such as an epoxy-based material, and then the core wire 4 is removed to obtain a hollow capillary.
【００１０】図２は図面に変わる写真であり、完成間近
の中空キャピラリーの断面を撮影したものである。写真
で黒く写っているのが導電線として使用されている白金
線であり、それの隣接して灰色の丸いのが絶縁線として
使用されているガラス管であり、中心部の灰色のものが
芯線として使用されているフロロカーボン線である。使
用されているガラス管の内径は１３０μｍ、長さが３０
ｍｍであり、白金線は外径が約１００μｍ、長さ５０ｍ
ｍで電気化学測定用の白金線であり、フ口口カーボン線
は外径が１５０μｍ、長さが５０ｍｍ以上のものであ
る。このフロロカーボン線の太さが完成する中空キャピ
ラリーの径を決める。FIG. 2 is a photograph instead of a drawing, in which a cross section of a hollow capillary near completion is photographed. The black wire in the photo is the platinum wire used as the conductive wire, the gray circle next to it is the glass tube used as the insulated wire, and the gray one in the center is the core wire. It is a fluorocarbon wire used as. The inner diameter of the glass tube used is 130 μm and the length is 30
mm, and the platinum wire has an outer diameter of about 100 μm and a length of 50 m.
m is a platinum wire for electrochemical measurement, and the lip opening carbon wire has an outer diameter of 150 μm and a length of 50 mm or more. The thickness of the fluorocarbon wire determines the diameter of the completed hollow capillary.
【００１１】得られた中空キャピラリーを用いた本発明
の装置の例を図３に示す。図３において、ファンクショ
ンジェネレーターとオシロスコープ３１より中空キャピ
ラリー３４の四重極電極に交流電圧を供給し、試料を含
む液体をマクロシリンジポンプ３２より台３３の上に設
置された中空キャピラリー３４に供給する。図３の右上
に中空キャピラリー部分の拡大図を示す。図４は中空キ
ャピラリー４４へ試料を供給する装置を拡大したもので
ある。試料を含む溶液が試料溶液供給ポンプ４１より供
給され、溶液が溶液ポンプ４２より供給され、バルブ４
３で両者を混合し濃度を調整する。試料濃度が調整され
た試料溶液は中空キャピラリー４４の入口４５より中空
キャピラリー４４の内部に供給され、出口４６より排出
される。顕微鏡３５（図３）により観察は入口４５から
出口４６の間の任意の場所で行うことができる。FIG. 3 shows an example of the apparatus of the present invention using the obtained hollow capillary. In FIG. 3, an AC voltage is supplied to the quadrupole electrode of the hollow capillary 34 from the function generator and the oscilloscope 31, and the liquid containing the sample is supplied from the macro syringe pump 32 to the hollow capillary 34 installed on the table 33. An enlarged view of the hollow capillary portion is shown in the upper right of FIG. FIG. 4 is an enlarged view of an apparatus for supplying a sample to the hollow capillary 44. A solution containing a sample is supplied from a sample solution supply pump 41, a solution is supplied from a solution pump 42, and a valve 4
In step 3, both are mixed to adjust the concentration. The sample solution whose sample concentration has been adjusted is supplied from the inlet 45 of the hollow capillary 44 to the inside of the hollow capillary 44, and discharged from the outlet 46. Observation by the microscope 35 (FIG. 3) can be performed anywhere between the entrance 45 and the exit 46.
【００１２】中空キャピラリー中の試料の挙動は図３に
おける顕微鏡３５で観察され、観察された画像はＣＣＤ
カメラ３６で撮影され、ＣＣＤカメラ３６からの画像は
ビデオシステム３７で記録され、またモニターすること
ができる。さらにパソコン３８を連結して画像を処理す
ることもできる。The behavior of the sample in the hollow capillary is observed by the microscope 35 in FIG.
The images taken by the camera 36 and the images from the CCD camera 36 are recorded by the video system 37 and can be monitored. Further, an image can be processed by connecting a personal computer 38.
【００１３】本発明の四重極電極による誘電泳動法の原
理を図５により説明する。図５の右側は本発明の中空キ
ャピラリーの断面における試料粒子の挙動を示したもの
であり、四重極電極による交流電場を印加することによ
る同心円状に作用する誘電泳動力を示している。負の誘
電泳動を受ける場合には試料粒子は四重極中心５１に向
かう力（図５中では黒矢印で示されている。）を受け、
正の誘電泳動を受ける場合には試料粒子は四重極中心５
１と反対の方向への力（図５中では白矢印で示されてい
る。）を受ける。この断面においては先に報告した平面
の四重極電極による挙動と同じである。なお、正の誘電
泳動を受けるか、負の誘電泳動を受けるかは交流電場の
周波数により決められ、低周波領域では正の誘電泳動を
受け、高周波領域では負の誘電泳動を受ける。図５の左
側は本発明の中空キャピラリーの縦断面における試料粒
子の受ける力を示したものであり、上下方向に前記した
誘電泳動による力を受け、流速方向（図５では左側への
方向）に層流による力を受ける。この層流による力は中
心部ほど大きく、周辺部では小さくなる。The principle of the dielectrophoresis method using the quadrupole electrode of the present invention will be described with reference to FIG. The right side of FIG. 5 shows the behavior of the sample particles in the cross section of the hollow capillary of the present invention, and shows the concentric dielectrophoretic force acting by applying an AC electric field by the quadrupole electrode. When receiving negative dielectrophoresis, the sample particles receive a force toward the quadrupole center 51 (indicated by a black arrow in FIG. 5), and
When subjected to positive dielectrophoresis, the sample particles have a quadrupole center of 5
1 (indicated by white arrows in FIG. 5). In this cross section, the behavior is the same as the previously reported behavior of the planar quadrupole electrode. Whether to receive positive dielectrophoresis or negative dielectrophoresis is determined by the frequency of the AC electric field. Positive dielectrophoresis occurs in a low-frequency region and negative dielectrophoresis occurs in a high-frequency region. The left side of FIG. 5 shows the force received by the sample particles in the vertical cross section of the hollow capillary of the present invention, which receives the force by the above-described dielectrophoresis in the vertical direction, and in the flow direction (the left direction in FIG. 5). Subject to laminar force. The force due to the laminar flow is larger at the center and smaller at the periphery.
【００１４】次に試料として、粒径１５μｍ、密度１．
０５ｇ／ｃｍ３のポリスチレンラテックス粒子を用い、
溶液として１８．７５％の尿素水溶液を使用して実験し
た。水溶液を１８．７５％の尿素水溶液としたのは、試
料のポリスチレンラテックスリュウシと同じ密度に調整
するためであり、これにより重力による影響を少なくす
ることができるからである。調製された１８．７５％の
尿素水溶液は、ｐＨが７．７２で電気伝導度（σｍ）が
５４．４ｍＳ／ｍであった。この試料溶液を流速１５μ
ｌ／時間で中空キャピラリーに供給した。顕微鏡の対物
レンズは５倍で観察した。３０．５ｍｍの長さの中空キ
ャピラリーを通過する時間を測定すると、正の誘電泳動
では４００秒以上を要したのに対して、負の誘電泳動で
は７０〜１７０秒であった。Next, as a sample, a particle size of 15 μm and a density of 1.
Using polystyrene latex particles of 05 g / cm 3 ,
The experiment was performed using an 18.75% aqueous urea solution. The reason why the aqueous solution was an aqueous urea solution of 18.75% was to adjust the density to the same as that of the polystyrene latex ruche of the sample, thereby reducing the influence of gravity. The prepared 18.75% aqueous urea solution had a pH of 7.72 and an electric conductivity (σm) of 54.4 mS / m. This sample solution is flowed at 15 μ
1 / hour was fed into the hollow capillary. The microscope objective lens was observed at 5x. When the time required to pass through a hollow capillary having a length of 30.5 mm was measured, the time required for positive dielectrophoresis was 400 seconds or more, while the time required for negative dielectrophoresis was 70 to 170 seconds.
【００１５】交流周波数を１ＭＨｚとして、負の誘電泳
動における電圧の影響を調べた。電圧を２〜２０Ｖに変
化させたときの粒子の出口における中心からの変位を測
定した結果を図６に示す。電圧が低い場合には誘電泳動
による影響が少なく、粒子は層流により中心部に集まる
が、電圧を上げるにしたがって粒子は周辺部に泳動され
て来ることがわかる。次に、同様に交流周波数を１ＭＨ
ｚとして、負の誘電泳動における粒子の速度に与える電
圧の影響を調べた。電圧を２〜２０Ｖに変化させたとき
の粒子の速度を調べた結果を図７に示す。電圧が低いと
きは約３８０μｍ／ｓであった粒子の速度が電圧を上げ
ると共に遅くなり、２０Ｖでは約半分の約２００μｍ／
ｓとなった。このように電圧を調整することにより試料
の速度を制御することができることがわかった。The influence of voltage on negative dielectrophoresis was examined with the AC frequency set to 1 MHz. FIG. 6 shows the results of measuring the displacement of the particle from the center at the outlet when the voltage was changed from 2 to 20 V. When the voltage is low, the effect of dielectrophoresis is small, and the particles gather at the center due to laminar flow. However, it can be seen that the particles migrate to the periphery as the voltage is increased. Next, similarly, the AC frequency is set to 1 MHz.
As z, the effect of voltage on particle velocity in negative dielectrophoresis was examined. FIG. 7 shows the result of examining the speed of the particles when the voltage was changed to 2 to 20 V. When the voltage is low, the speed of the particles, which was about 380 μm / s, decreases as the voltage is increased.
s. It has been found that the speed of the sample can be controlled by adjusting the voltage in this manner.
【００１６】以上の結果から、負の誘電泳動を受ける場
合（周波数が１ＭＨｚ）の、ポリスチレンラテックス粒
子の出口の位置とその速度との関係を各電圧においてプ
ロットしたものを図８に示す。図８の白丸印は２Ｖのと
き、白三角印は４Ｖのとき、白四角印は８Ｖのとき、黒
丸印は１２Ｖのとき、黒三角印は１６Ｖのとき、黒四角
印は２０Ｖのときをそれぞれ示す。電圧が上がるにした
がってポリスチレンラテックス粒子の速度は遅くなり、
出口中心部からの位置が変位してくることがわかる。From the above results, FIG. 8 shows a plot of the relationship between the position of the exit of polystyrene latex particles and the speed at each voltage when negative dielectrophoresis is performed (frequency is 1 MHz). In FIG. 8, the white circles are 2V, the white triangles are 4V, the white squares are 8V, the black circles are 12V, the black triangles are 16V, and the black squares are 20V. Show. As the voltage increases, the speed of the polystyrene latex particles decreases,
It can be seen that the position from the exit center is displaced.
【００１７】本発明の中空キャピラリーの内径は０．０
１ｍｍから１ｍｍで好ましくは０．０５ｍｍから０．３
ｍｍであり、この内径は製造時に使用する芯線の太さに
よって決定されるので、芯線の外径を選定することによ
り必要な内径を有する本発明の中空キャピラリーを得る
ことができる。本発明の中空キャピラリーにおける絶縁
線と導電線は任意にくみあわせることができるが、四重
極電極を形成できるように導電線を配置することが必要
である。前記した例では４本の絶縁線と４本の導電線の
組み合わせであったが、８本の絶縁線と４本の導電線の
組み合わせであってもよい。The inner diameter of the hollow capillary of the present invention is 0.0
1 mm to 1 mm, preferably 0.05 mm to 0.3
mm, and the inner diameter is determined by the thickness of the core wire used at the time of manufacturing. Therefore, by selecting the outer diameter of the core wire, the hollow capillary of the present invention having the required inner diameter can be obtained. Although the insulating wire and the conductive wire in the hollow capillary of the present invention can be arbitrarily combined, it is necessary to arrange the conductive wire so that a quadrupole electrode can be formed. In the above-described example, a combination of four insulated wires and four conductive wires is used, but a combination of eight insulated wires and four conductive wires may be used.
【００１８】絶縁線の材質としては、絶縁体であればよ
いが、試料の観察を容易にするために透明なものが好ま
しい。例えば、石英、ガラス、透明プラスチックなどを
使用することができる。絶縁線は通常の線状のものであ
ればよいが、中空のものであってもよい。その外径とし
ては、前記した中空キャピラリーの内径を形成すること
ができる程度であればよく、例えば５〜５００μｍ、好
ましくは１０〜２００μｍ程度である。導電線として
は、導電性の材料であればよく、銅、銀、白金などを使
用することができる。電気化学の分野で使用される白金
線が好ましい。その外径としては、前記した中空キャピ
ラリーの内径を形成することができる程度であればよ
く、例えば５〜５００μｍ、好ましくは１０〜２００μ
ｍ程度である。As the material of the insulated wire, any material may be used as long as it is an insulator, but a transparent material is preferable for facilitating observation of the sample. For example, quartz, glass, transparent plastic, or the like can be used. The insulated wire may be a normal wire, but may be a hollow wire. The outer diameter may be of an extent that can form the inner diameter of the above-mentioned hollow capillary, and is, for example, about 5 to 500 μm, and preferably about 10 to 200 μm. As the conductive wire, any conductive material may be used, such as copper, silver, and platinum. Platinum wires used in the field of electrochemistry are preferred. The outer diameter of the hollow capillary may be such that the inner diameter of the hollow capillary can be formed, for example, 5 to 500 μm, preferably 10 to 200 μm.
m.
【００１９】芯線は、本発明の中空キャピラリーの製造
時に使用されるものであるから、特に材質に制限はない
が、引き抜いた後に絶縁線や導電線に傷を付けたり、ま
た引き抜き時に微粉を発生しないものが好ましい。本発
明の中空キャピラリーを製造するときに使用される接着
剤としては、エポキシ系などの通常の市販のものを使用
することができる。また、接着剤に代えて金属やプラス
チックなどで固定化することもできるが、絶縁線と導電
線との間に隙間ができないように留意する必要がある。Since the core wire is used in the production of the hollow capillary of the present invention, the material is not particularly limited. However, the core wire may damage the insulated wire or the conductive wire after being drawn, or may generate fine powder at the time of drawing. Those that do not are preferred. As the adhesive used when producing the hollow capillary of the present invention, a usual commercially available adhesive such as an epoxy-based adhesive can be used. In addition, instead of the adhesive, it can be fixed with metal, plastic, or the like, but care must be taken so that no gap is formed between the insulated wire and the conductive wire.
【００２０】本発明の中空キャピラリーは、径の中心が
四重極電極による電場の中心と一致するように製造する
ことが重要である。四重極電極にかける交流電圧は２か
ら９０Ｖ、好ましくは２〜４０Ｖ、周波数は１ｋＨｚか
ら１０ＭＨｚ、好ましくは１ｋＨｚ〜１ＭＨｚである。
試料溶液の媒体としては、水が好ましいが、これに限定
されるものではなく、各種の有機、無機の溶媒を使用す
ることができる。媒体は、そのまま使用してもよいが、
試料との関係において、密度、浸透圧、ｐＨなどを調整
して使用するのが好ましいが、交流電場に支障がある物
質の添加は好ましくない。It is important that the hollow capillary of the present invention is manufactured such that the center of the diameter coincides with the center of the electric field generated by the quadrupole electrode. The AC voltage applied to the quadrupole electrode is 2 to 90 V, preferably 2 to 40 V, and the frequency is 1 kHz to 10 MHz, preferably 1 kHz to 1 MHz.
The medium of the sample solution is preferably water, but is not limited thereto, and various organic and inorganic solvents can be used. The medium may be used as it is,
It is preferable to adjust the density, osmotic pressure, pH and the like in relation to the sample before use, but it is not preferable to add a substance that interferes with the AC electric field.
【００２１】以上のように、本発明は、四重極電極によ
る誘電泳動と流体の層流との効果を複合させて、媒体中
の試料粒子を粒子の電荷とは関係無く、その粒径、誘電
率などに応じて検出し、計測し、選別し、また分離する
ことができる新規な誘電泳動法を提供するものである。
本発明の試料粒子としては、前記したプラスチック粒子
に限定されるものではなく、誘電泳動を受けるものであ
ればどのようなものであってもよい。例えば、有機化合
物からなる粒子、ＤＮＡやＲＮＡ、白血球、細胞のよう
な生体物質、無機粒子など広範囲のものに本発明の方法
に適用することができる。前記した実験で使用された１
５μｍのポリスチレンラテックスは、約５０ｋｂｐのＤ
ＮＡに相当する大きさのものであり、前記の実験により
この程度のＤＮＡであっても本発明の方法により充分分
離できることが示された。As described above, the present invention combines the effects of dielectrophoresis with a quadrupole electrode and the laminar flow of a fluid to convert sample particles in a medium into particles having the same particle size regardless of the charge of the particles. An object of the present invention is to provide a novel dielectrophoresis method capable of detecting, measuring, selecting, and separating according to a dielectric constant or the like.
The sample particles of the present invention are not limited to the above-described plastic particles, and may be any particles that undergo dielectrophoresis. For example, the method of the present invention can be applied to a wide range of particles such as particles made of organic compounds, biological substances such as DNA and RNA, leukocytes and cells, and inorganic particles. 1 used in the above experiment
5 μm polystyrene latex is approximately 50 kbp D
It has a size corresponding to NA, and the above experiment showed that even this level of DNA can be sufficiently separated by the method of the present invention.
【００２２】[0022]
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定さ
れるものではない。EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which should not be construed as limiting the present invention.
【００２３】実施例１ 中空キャピラリーの作成 絶縁線として径１３０μｍ、長さ３０ｍｍのガラス管、
導電線として径が１００μｍ、長さ５０ｍｍで電気化学
測定用の白金線、芯線として外径１５０μｍ、長さ５０
ｍｍ以上のフ口口カーボン線を使用した。接着性の弱い
グラシン紙を間に挟み、図１の様に三層に重ね、紐で円
状に結わえて、グラシン紙を引き扱いた。次に、市販の
エポキシ系接着剤で周囲を固めた。このときの断面の写
真を図２に示す。このとき、充分にセンタリングができ
ていることを確認する。最後に、フロロカーボン線を引
き抜いて中空キャピラリーを製造した。Example 1 Preparation of hollow capillary A glass tube having a diameter of 130 μm and a length of 30 mm was used as an insulated wire.
A platinum wire for electrochemical measurement having a diameter of 100 μm and a length of 50 mm as a conductive wire, and an outer diameter of 150 μm and a length of 50 as a core wire.
A carbon wire having a mouth opening of not less than mm was used. Glassine paper with weak adhesiveness was sandwiched between the layers, layered in three layers as shown in FIG. 1, tied in a circle with a string, and the glassine paper was handled. Next, the periphery was hardened with a commercially available epoxy adhesive. FIG. 2 shows a photograph of the cross section at this time. At this time, confirm that the centering is sufficiently performed. Finally, the fluorocarbon wire was pulled out to produce a hollow capillary.
【００２４】実施例２ 装置の組立 図３に示す装置を組み立てた。試料溶液の供給は図４に
示す装置を用いた。キャピラリー出口で粒子の通過時間
を観測した。顕微鏡下で観測し、同時にＣＣＤカメラで
撮像しこれをビデオシステムで記録し、モニターした。Example 2 Device assembly The device shown in FIG. 3 was assembled. The device shown in FIG. 4 was used to supply the sample solution. The passage time of the particles was observed at the capillary outlet. Observation was performed under a microscope, and at the same time, images were taken with a CCD camera, which was recorded with a video system and monitored.
【００２５】実施例３ 試料の調製 粒径１５μｍのポリスチレンの完全球を、尿素が１８．
７５％になる水溶液に分散させた。１８．７５％の尿素
水溶液としたのは、密度をポリスチレンに合わすためで
あり、この水溶液の密度は１．０５ｇ／ｃｍ３であっ
た。Example 3 Preparation of Sample A complete polystyrene sphere having a particle size of 15 μm was prepared by mixing urea with 18.
Dispersed in 75% aqueous solution. The reason why the 18.75% urea aqueous solution was used was to adjust the density to that of polystyrene, and the density of this aqueous solution was 1.05 g / cm 3 .
【００２６】実施例４ ポリスチレンラテックスのフロ
ー試験 実施例３で調製した試料溶液を流速１５μｌ／ｈで中空
キャピラリーに流し、交流周波数は１ＭＨｚで、交流電
圧が２０Ｖまでで実験を行った。交流電圧は高いほど泳
動が大きくなる。交流電圧に依存する測定結果を図６〜
８に示す。負の誘電泳動の場合には中央に寄せられ、キ
ャピラリーのフローに乗り、７０から１７０秒で出口に
達したことが観察され、正の誘電泳動の時は壁際に押さ
れ４００秒以上かかつている。負の時に粒子がキャピラ
リーの壁際に押し寄せられ、粒子の速度が遅くなり、こ
のように粒子を他の粒子と区別して分離できることがわ
かった。これらの結果をまとめものが図８である。実質
的な中心は＋４２．６μｍの所にある。これはキャピラ
リー作成のセンタリングによる。Example 4 Flow test of polystyrene latex The sample solution prepared in Example 3 was flowed through a hollow capillary at a flow rate of 15 μl / h, and an experiment was performed at an AC frequency of 1 MHz and an AC voltage of up to 20 V. The higher the AC voltage, the larger the migration. The measurement results depending on the AC voltage are shown in Figs.
FIG. In the case of negative dielectrophoresis, it was moved to the center in the center of the capillary flow, and it was observed that it reached the outlet in 70 to 170 seconds. In the case of positive dielectrophoresis, it was pushed by the wall and it took more than 400 seconds. . It was found that when negative, the particles were pushed against the walls of the capillary, slowing the speed of the particles, thus allowing the particles to be separated and separated from other particles. FIG. 8 summarizes these results. The substantial center is at +42.6 μm. This is due to the centering of the capillary creation.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明は、四重極電極による誘電泳動と
キャピラリー中の流れによる層流とを組み合わせた新規
な誘電泳動法を提供するものである。本発明の方法によ
り、誘電率と粒径などのパラメーターにより、電荷を持
たない粒子や表面電荷が同じである粒子を効率よく、か
つ簡便な手段で検出、計測、選別又は分離することがで
きる。本発明の方法により、従来の方法では分離が困難
であった比較的大きな粒子をも分離することが可能とな
った。また、本発明の方法は、生体細胞を分離すること
もでき、白血球、細胞、ＤＮＡ等の生物・医学のみなら
ず、マイクロカプセルや微粒子の工学分野での応用する
ことができる。The present invention provides a novel dielectrophoresis method that combines dielectrophoresis with a quadrupole electrode and laminar flow with a flow in a capillary. According to the method of the present invention, particles having no charge or particles having the same surface charge can be detected, measured, sorted or separated by a simple and efficient means according to parameters such as a dielectric constant and a particle size. According to the method of the present invention, it is possible to separate even relatively large particles, which were difficult to separate by the conventional method. In addition, the method of the present invention can also separate living cells, and can be applied not only to biology and medicine such as leukocytes, cells, and DNA, but also to engineering fields of microcapsules and fine particles.
【図１】図１は、本発明の中空キャピラリーの製造方法
を例示するものである。FIG. 1 illustrates a method for producing a hollow capillary of the present invention.
【図２】図２は、本発明の中空キャピラリーの断面を示
す、図面に変わる写真である。FIG. 2 is a photograph instead of a drawing, showing a cross section of the hollow capillary of the present invention.
【図３】図３は、本発明のキャピラリー誘電泳動法の装
置の例を示すものである。FIG. 3 shows an example of a capillary dielectrophoresis apparatus of the present invention.
【図４】図４は、本発明の装置における試料溶液の供給
装置の例を示すものである。FIG. 4 shows an example of a sample solution supply device in the device of the present invention.
【図５】図５は、本発明のキャピラリー誘電泳動法の原
理を説明するためのものである。FIG. 5 is for explaining the principle of the capillary dielectrophoresis method of the present invention.
【図６】図６は、負の誘電泳動条件下（交流周波数が１
ＭＨｚ）での粒子の出口位置の電圧依存性の実験結果を
示したグラフである。横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は出口位
置の変位（μｍ）である。FIG. 6 shows the results obtained under negative dielectrophoresis conditions (AC frequency is 1).
9 is a graph showing an experimental result of the voltage dependence of the exit position of the particles at (MHz). The horizontal axis is the voltage (V), and the vertical axis is the displacement (μm) of the outlet position.
【図７】図７は、負の誘電泳動条件下（交流周波数が１
ＭＨｚ）での粒子の速度の電圧依存性の実験結果を示し
たグラフである。横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は速度（μｍ
／ｓ）である。FIG. 7 shows the results obtained under negative dielectrophoresis conditions (AC frequency is 1).
9 is a graph showing an experimental result of the voltage dependence of the velocity of the particles at (MHz). The horizontal axis is voltage (V), and the vertical axis is speed (μm).
/ S).
【図８】図８は、負の誘電泳動条件下（交流周波数が１
ＭＨｚ）の、ポリスチレンラテックス粒子の出口の位置
とその速度との関係を各電圧においてプロットしたグラ
フである。図８の白丸印は２Ｖのとき、白三角印は４Ｖ
のとき、白四角印は８Ｖのとき、黒丸印は１２Ｖのと
き、黒三角印は１６Ｖのとき、黒四角印は２０Ｖのとき
をそれぞれ示す。FIG. 8 shows the results obtained under negative dielectrophoresis conditions (AC frequency is 1).
2 is a graph in which the relationship between the position of the outlet of polystyrene latex particles and the speed thereof is plotted at each voltage. In FIG. 8, the white circle mark is 2V, and the white triangle mark is 4V.
, The white square indicates 8V, the black circle indicates 12V, the black triangle indicates 16V, and the black square indicates 20V.
Claims (13)
極電極により形成される中空キャピラリーに試料を含有
する液体を流し、当該四重極電極による交流電場を印加
することによる誘電泳動力と、キャピラリー内の流速分
布の複合効果により、液体中の試料を検出、選別、計測
又は分離する方法。1. A dielectrophoretic force caused by flowing a liquid containing a sample through a hollow capillary formed by a quadrupole electrode formed by combining an insulating wire and a conductive wire, and applying an AC electric field by the quadrupole electrode. A method of detecting, sorting, measuring or separating a sample in a liquid by a combined effect of a flow velocity distribution in a capillary.
金からなる請求項１に記載の方法。2. The method of claim 1, wherein the insulated wire is a transparent material and the conductive wire is made of platinum.
極電極により形成される中空キャピラリーの外側が、他
の物質で覆われている請求項１又は２に記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the outside of the hollow capillary formed by the quadrupole electrode formed by combining the insulated wire and the conductive wire is covered with another substance.
ぼ同じ密度である請求項１〜３のいずれかに記載の方
法。4. The method according to claim 1, wherein the liquid medium containing the sample has approximately the same density as the sample.
極電極により形成される中空キャピラリー。5. A hollow capillary formed by a quadrupole electrode formed by combining an insulated wire and a conductive wire.
キャピラリー。6. The hollow capillary according to claim 5, which is used for dielectrophoresis.
金からなる請求項５又は６に記載の中空キャピラリー。7. The hollow capillary according to claim 5, wherein the insulating wire is made of a transparent material, and the conductive wire is made of platinum.
覆われている請求項５〜７のいずれかに記載の中空キャ
ピラリー。8. The hollow capillary according to claim 5, wherein the outside of the hollow capillary is covered with another substance.
絶縁線と導電線とを密着させた後、前記芯線を引き抜く
ことからなる、絶縁線と導電線を組み合わせてなる中空
キャピラリーの製造方法。9. An insulating wire and a conductive wire are arranged around a core wire,
A method for manufacturing a hollow capillary comprising a combination of an insulated wire and a conductive wire, comprising: bringing the insulated wire and the conductive wire into close contact with each other, and then extracting the core wire.
る請求項９に記載の製造方法。10. The method according to claim 9, wherein the hollow capillary is for dielectrophoresis.
キャピラリーの途中又は出口に、試料を検出、計測又は
選別若しくは分離するための装置を有している、四重極
電極による交流電場を印加することによる誘電泳動力
と、キャピラリー内の流速分布の複合効果により、液体
中の試料を選別、計測又は分離するための装置。11. An alternating electric field generated by a quadrupole electrode, comprising a device for detecting, measuring, sorting or separating a sample in the middle or at the exit of the hollow capillary according to any one of claims 5 to 8. An apparatus for selecting, measuring, or separating a sample in a liquid by a combined effect of a dielectrophoretic force caused by applying a pressure and a flow velocity distribution in a capillary.
請求項１１に記載の装置。12. The device according to claim 11, wherein the device for detecting or measuring is a microscope.
システムによるモニター装置を有する請求項１２に記載
の装置。13. The apparatus according to claim 12, wherein the microscope has a CCD camera and has a monitor device by a video system.
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