JP2001523001A - 自己修正ベンドをもつ蛇行電気泳動チャネル - Google Patents
自己修正ベンドをもつ蛇行電気泳動チャネルInfo
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Abstract
(57)【要約】
蛇行電気泳動チャネルが明らかとなり、例えばこれは、マイクロチップフォーマットに用いられる。チャネルは、例えば平行あるいは直角をなす区間のような、直線区間の組み合わせを含み、それぞれ角度αf＞αに対する第１曲線状チャネル部位、そして角度αs＝αf−αに対する第２曲線状チャネル部位を有する、ある角度をなすチャネル領域によって連結される。ここでαは一対の間の角度である。２つのチャネル区間の角度と断面は、それぞれ、第１曲線状部位における内側と外側の軌道での検体移動の時間の差δｔfと、第２曲線状部位における外側と内側の軌道での検体移動の時間の差δｔsが等しいようにする。
Description
【０００１】 （発明の分野） 本発明は電気泳動分離装置に関し、特に、例えばマイクロ組み立て装置におけ
る蛇行分離チャネルを備える装置に関するものである。
る蛇行分離チャネルを備える装置に関するものである。
【０００２】 （発明の背景） 電気泳動は、電界の影響のもと、電荷種を分離すること、および／または、電
荷種の物理的特性を特徴付ける目的のために、分離媒体を介する電荷種の移動速
度差を利用する。典型的に、分離される電荷種を含む試料は分離チャネル（直線
のチャネルまたは、二次元スラブのレーンであってもよい）の一端に置かれ、望
ましい移動到達点が得られるまで、電位差が対向するチャネル両端の間に印加さ
れる。そして、分離された検体分子は、例えば光学検出器、エックス線撮影ある
いは、帯域溶離、によって検出され得る。
荷種の物理的特性を特徴付ける目的のために、分離媒体を介する電荷種の移動速
度差を利用する。典型的に、分離される電荷種を含む試料は分離チャネル（直線
のチャネルまたは、二次元スラブのレーンであってもよい）の一端に置かれ、望
ましい移動到達点が得られるまで、電位差が対向するチャネル両端の間に印加さ
れる。そして、分離された検体分子は、例えば光学検出器、エックス線撮影ある
いは、帯域溶離、によって検出され得る。
【０００３】 例えば、ドデシル硫酸塩のような荷電した界面活性剤の存在下におけるゲル電
気泳動は、タンパク質の分離やタンパク質の分子量決定に広く使われている。ゲ
ル中の電気泳動あるいは液体媒体中の電気泳動は、例えばＤＮＡ塩基配列決定に
おいて、異なる数の塩基を持つオリゴヌクレオチドを分離するために一般に使わ
れている。
気泳動は、タンパク質の分離やタンパク質の分子量決定に広く使われている。ゲ
ル中の電気泳動あるいは液体媒体中の電気泳動は、例えばＤＮＡ塩基配列決定に
おいて、異なる数の塩基を持つオリゴヌクレオチドを分離するために一般に使わ
れている。
【０００４】 提案されたマイクロ組み立て技術の可能な適用例の一つは、電気泳動装置を備
える、カラム分離装置の分野にある。Ｊａｃｏｂｓｅｎら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ
．６６：２３６９（１９９４）；Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ１６：４８１
（１９９５）はオープン電気泳動チャネルをエッチングすることによって形成さ
れる「マイクロチップ」電気泳動装置と、スライドガラス上で適切に接触してい
るレザバについて記述している。小さなチップの大きさ（典型的には側面が１０
〜１５ｃｍ未満）のために、蛇行路の形で分離カラムを形成し、ほとんどすべて
の使用で適切な全カラムの分離距離を得ることが必要である。
える、カラム分離装置の分野にある。Ｊａｃｏｂｓｅｎら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ
．６６：２３６９（１９９４）；Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ１６：４８１
（１９９５）はオープン電気泳動チャネルをエッチングすることによって形成さ
れる「マイクロチップ」電気泳動装置と、スライドガラス上で適切に接触してい
るレザバについて記述している。小さなチップの大きさ（典型的には側面が１０
〜１５ｃｍ未満）のために、蛇行路の形で分離カラムを形成し、ほとんどすべて
の使用で適切な全カラムの分離距離を得ることが必要である。
【０００５】 蛇行カラムはマイクロチップ上の適切なカラム距離の問題を解決するが、カラ
ム分解能の点で潜在的に深刻な限界をもたらす。電気泳動バンドが直線状のチャ
ネルを移動しているとき、バンドを形成している分子は、すべて大体同じ速度で
移動しており、しっかりしたバンドとして移動する傾向がある。しかし、蛇行路
の湾曲部分を移動している同じ分子はチャネルのより短い内側を通るほうが、チ
ャネルのより長い外側を通るよりも速く移動し、バンドの分離そしてチャネル幅
方向に不均一性を生じる。蛇行路の各湾曲部分では、より多くのバンド分解能が
失われる。これまで、この問題のために、実際の電気泳動の使用範囲はマイクロ
チップフォーマットに厳しく限られていた。
ム分解能の点で潜在的に深刻な限界をもたらす。電気泳動バンドが直線状のチャ
ネルを移動しているとき、バンドを形成している分子は、すべて大体同じ速度で
移動しており、しっかりしたバンドとして移動する傾向がある。しかし、蛇行路
の湾曲部分を移動している同じ分子はチャネルのより短い内側を通るほうが、チ
ャネルのより長い外側を通るよりも速く移動し、バンドの分離そしてチャネル幅
方向に不均一性を生じる。蛇行路の各湾曲部分では、より多くのバンド分解能が
失われる。これまで、この問題のために、実際の電気泳動の使用範囲はマイクロ
チップフォーマットに厳しく限られていた。
【０００６】 （発明の要旨） 本発明の適用は、一つの局面において、電気泳動チャネルを含み、それを通っ
て一つ以上の電荷種が、対向するチャネル両端に印加された電位差の影響を受け
て移動しようとする。このチャネルは、（ｉ）互いに角度αになるように配置さ
れた一対のチャネル断片、および（ｉｉ）これら二つのチャネル断片を接続する
、角度をつけたチャネル領域を含む。
て一つ以上の電荷種が、対向するチャネル両端に印加された電位差の影響を受け
て移動しようとする。このチャネルは、（ｉ）互いに角度αになるように配置さ
れた一対のチャネル断片、および（ｉｉ）これら二つのチャネル断片を接続する
、角度をつけたチャネル領域を含む。
【０００７】 この角度をつけたチャネル領域は、角度αf（αf>αであり、ここでαは二つ のチャネルの断片間の角度である）に対する第１のチャネルの湾曲部分、および
角度αs（＝αf−α）に対する第２のチャネルの湾曲部分を有する。第１の湾曲
部分は内部進路、外部進路あるいはチャネルの両側面を規定する。その結果、そ
のような電位差の影響を受けて第１のチャネル部分を移動している検体は、外側
の進路を横切っている同じ検体の移動よりも速く、時間間隔δｔfで内側の進路 を横切る。第２の湾曲部分は第２の内部進路および外部進路を規定する。その結
果、同じ電位差の影響を受けて第２のチャネル部分を移動している検体は、外側
の進路を横切る同じ検体の移動よりも速く、外側の進路を時間間隔δｔsで横切 る。二つのチャネル部分の角度および断面は、δｔfがおよそδｔsに等しいよう
になっている。
角度αs（＝αf−α）に対する第２のチャネルの湾曲部分を有する。第１の湾曲
部分は内部進路、外部進路あるいはチャネルの両側面を規定する。その結果、そ
のような電位差の影響を受けて第１のチャネル部分を移動している検体は、外側
の進路を横切っている同じ検体の移動よりも速く、時間間隔δｔfで内側の進路 を横切る。第２の湾曲部分は第２の内部進路および外部進路を規定する。その結
果、同じ電位差の影響を受けて第２のチャネル部分を移動している検体は、外側
の進路を横切る同じ検体の移動よりも速く、外側の進路を時間間隔δｔsで横切 る。二つのチャネル部分の角度および断面は、δｔfがおよそδｔsに等しいよう
になっている。
【０００８】 チャネルは複数の上記のような断片を含む蛇行路の典型的な部分であるが、隣
接するチャネル断片の各対が、角度をつけた関連するチャネル領域によって接続
されている。
接するチャネル断片の各対が、角度をつけた関連するチャネル領域によって接続
されている。
【０００９】 二つのチャネルの断片が互いに直角に配置されている所では、好ましくはそれ
ぞれ、αfは約１１０°〜１６０°であり、αsは約２０°〜７０°である。二つ
のチャネルの断片が実質的に互いに平行に配置されているところでは、好ましく
はそれぞれ、αfは約２００°〜２５０°であり、αsは約２０°〜７０°である
。
ぞれ、αfは約１１０°〜１６０°であり、αsは約２０°〜７０°である。二つ
のチャネルの断片が実質的に互いに平行に配置されているところでは、好ましく
はそれぞれ、αfは約２００°〜２５０°であり、αsは約２０°〜７０°である
。
【００１０】 マイクロ組み立てチップのフォーマットにおいて、チャネルは、約２５〜２５
０ミクロンの大きさの好ましい幅を有し、約５〜１００ミクロンの大きさの好ま
しい深さを有する。
０ミクロンの大きさの好ましい幅を有し、約５〜１００ミクロンの大きさの好ま
しい深さを有する。
【００１１】 一つの一般的な実施態様では、第１の湾曲部分および第２の湾曲部分がそれぞ
れ、実質的に一定のチャネル幅ＷfおよびＷsを有する。ここでＷf＜Ｗsである。
この実施態様において、角度をつけたチャネル領域は更に、第２のチャネルの湾
曲部分を第１のチャネル部分と、二つのチャネル断片の一つに接続している、幅
が漸減している断片を含む。ＷfおよびＷsのおおよその関係は、関係式 Ｗs＝ （αfＷf 2Ｒf／αsＲs）1/2 によって与えられる。ここでＲfおよびＲsはそれぞ
れ、第１および第２の湾曲部分の曲率半径である。
れ、実質的に一定のチャネル幅ＷfおよびＷsを有する。ここでＷf＜Ｗsである。
この実施態様において、角度をつけたチャネル領域は更に、第２のチャネルの湾
曲部分を第１のチャネル部分と、二つのチャネル断片の一つに接続している、幅
が漸減している断片を含む。ＷfおよびＷsのおおよその関係は、関係式 Ｗs＝ （αfＷf 2Ｒf／αsＲs）1/2 によって与えられる。ここでＲfおよびＲsはそれぞ
れ、第１および第２の湾曲部分の曲率半径である。
【００１２】 別の一般的な実施態様において、第１のチャネルの湾曲部分は好ましくは一定
のチャネル幅を有し、第２のチャネル部分は各端から内部に進んだときに、増大
する可変の幅を有する。
のチャネル幅を有し、第２のチャネル部分は各端から内部に進んだときに、増大
する可変の幅を有する。
【００１３】 更に別の実施態様において、第１のチャネルの湾曲部分は、第２のチャネル部
分のほうに進むと増加するチャネル深さを有し、第２のチャネルの湾曲部分は、
第１のチャネルの湾曲部分から遠ざかると減少するチャネル深さを有する。チャ
ネル幅は実質的には、チャネルの断片やその間のチャネル接続領域において、一
定にされ得る。
分のほうに進むと増加するチャネル深さを有し、第２のチャネルの湾曲部分は、
第１のチャネルの湾曲部分から遠ざかると減少するチャネル深さを有する。チャ
ネル幅は実質的には、チャネルの断片やその間のチャネル接続領域において、一
定にされ得る。
【００１４】 さらに一般的には、本発明はチャネルの対向する端部に加えられた原動力の影
響を受けて、一つ以上の検体が移動しようとする検体分離チャネルを含む。本装
置は、（ｉ）互いに角αで配置している一対のチャネル断片、と（ii）これら二
つのチャネル断片を接続している、前述のタイプの角度をつけたチャネル領域、
を含む。その原動力は対向するチャネル両端に印加された電位差、またはそのチ
ャネルに流動性の動きを生じさせる力、あるいはそれら二つの組み合わせであり
得る。
響を受けて、一つ以上の検体が移動しようとする検体分離チャネルを含む。本装
置は、（ｉ）互いに角αで配置している一対のチャネル断片、と（ii）これら二
つのチャネル断片を接続している、前述のタイプの角度をつけたチャネル領域、
を含む。その原動力は対向するチャネル両端に印加された電位差、またはそのチ
ャネルに流動性の動きを生じさせる力、あるいはそれら二つの組み合わせであり
得る。
【００１５】 関連のある一つの局面として、本発明は混合物中の検体の電気泳動による分離
のためのマイクロ組み立て装置を含む。この装置は、その上に形成された実質的
に平坦な表面の基板、第１のレザバと第２のレザバ、およびそこの間に伸長して
いる蛇行電気泳動チャネルを含む。そのチャネルは複数の直線状の断片を有し、
隣接する各断片対の隣接する両端、前述のタイプの角度をつけたチャネル領域と
接続している。そのチャネルは直線状の断片と角度を付けたチャネル領域を含み
、約２５〜２５０ミクロンの大きさの好ましいチャネル幅と約５〜１００ミクロ
ンの大きさの好ましいチャネル深さを有する。
のためのマイクロ組み立て装置を含む。この装置は、その上に形成された実質的
に平坦な表面の基板、第１のレザバと第２のレザバ、およびそこの間に伸長して
いる蛇行電気泳動チャネルを含む。そのチャネルは複数の直線状の断片を有し、
隣接する各断片対の隣接する両端、前述のタイプの角度をつけたチャネル領域と
接続している。そのチャネルは直線状の断片と角度を付けたチャネル領域を含み
、約２５〜２５０ミクロンの大きさの好ましいチャネル幅と約５〜１００ミクロ
ンの大きさの好ましいチャネル深さを有する。
【００１６】 本発明のこれらの目的および特徴、他の目的および特徴は、以下の発明の詳細
な説明を添付図面と合わせて読めば、より十分に明らかになる。
な説明を添付図面と合わせて読めば、より十分に明らかになる。
【００１７】 （詳細な説明） 図１は、試料混合物中における１つ以上の検体の電気泳動分離および／または
特徴付けのため、本発明に従って構成された微細製造（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃ
ａｔｅｄ）デバイス１０を示す。デバイスは一般に平面基板１２を含み、平面基
板１２は、その上面１４、開放レザバ１６、１８、１９、および２０、そしてこ
れらのレザバを連結する蛇行電気泳動チャネル２２を形成する。レザバ１６およ
び１８は、電気泳動緩衝液と試料流体をそれぞれ収容することを目的とし、お互
い流体連絡して連結し、フォーク状のコネクター２４を通ってチャネル２２と連
結する。レザバ１９、２０は、廃液レザバであることを目的とする。４つのレザ
バは図示されるように、電極２６、２８、２１、および３０と連結され、（ｉ）
電極２６、２８を通して電圧を印加することにより、レザバ１６からチャネル２
２へ試料を送り込み、（ｉｉ）（ｉｉ）チャネルの両端、つまり電極２１と３０
を通して異なる電圧を印加することによって、電気泳動的に荷電試料成分を分離
するために、デバイス動作中に、適切な電圧リード線に順番に接続される。
特徴付けのため、本発明に従って構成された微細製造（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃ
ａｔｅｄ）デバイス１０を示す。デバイスは一般に平面基板１２を含み、平面基
板１２は、その上面１４、開放レザバ１６、１８、１９、および２０、そしてこ
れらのレザバを連結する蛇行電気泳動チャネル２２を形成する。レザバ１６およ
び１８は、電気泳動緩衝液と試料流体をそれぞれ収容することを目的とし、お互
い流体連絡して連結し、フォーク状のコネクター２４を通ってチャネル２２と連
結する。レザバ１９、２０は、廃液レザバであることを目的とする。４つのレザ
バは図示されるように、電極２６、２８、２１、および３０と連結され、（ｉ）
電極２６、２８を通して電圧を印加することにより、レザバ１６からチャネル２
２へ試料を送り込み、（ｉｉ）（ｉｉ）チャネルの両端、つまり電極２１と３０
を通して異なる電圧を印加することによって、電気泳動的に荷電試料成分を分離
するために、デバイス動作中に、適切な電圧リード線に順番に接続される。
【００１８】 続けて図１に関して、チャネル２２は、区間３２、３４、および３６のような
複数の平行直線チャネル区間、および区間３２、３４の隣り合う端を連結する曲
線状チャネル領域３８のように、隣り合う直線区間の隣り合う端同士を連結する
曲線状のチャネル部領域を含む。典型的な実施態様において、基板もしくはチッ
プは、横の寸法が約１から１５ｃｍの間で、そして直線区間は各約０．５から１
０ｃｍの長さである。従って、例えば、各々が約８ｍｍの長さである３０個の直
線区間をもつチャネルは、連結領域を無視すると約２５０ｍｍのカラム長を有す
る。横の寸法が１ｃｍぐらいに小さくなり得るチップ上で、連結領域の寸法を加
えると、合計の寸法は３０ｃｍの範囲になり得る。開蛇行チャネルもさらに考慮
しているけれども、基板の蛇行チャネルをもつ部位上に置かれたカバーグラス２
３は、チャネルを囲む役目を果たす。
複数の平行直線チャネル区間、および区間３２、３４の隣り合う端を連結する曲
線状チャネル領域３８のように、隣り合う直線区間の隣り合う端同士を連結する
曲線状のチャネル部領域を含む。典型的な実施態様において、基板もしくはチッ
プは、横の寸法が約１から１５ｃｍの間で、そして直線区間は各約０．５から１
０ｃｍの長さである。従って、例えば、各々が約８ｍｍの長さである３０個の直
線区間をもつチャネルは、連結領域を無視すると約２５０ｍｍのカラム長を有す
る。横の寸法が１ｃｍぐらいに小さくなり得るチップ上で、連結領域の寸法を加
えると、合計の寸法は３０ｃｍの範囲になり得る。開蛇行チャネルもさらに考慮
しているけれども、基板の蛇行チャネルをもつ部位上に置かれたカバーグラス２
３は、チャネルを囲む役目を果たす。
【００１９】 曲線状の連結領域−この場合、領域３８−の構成を図２の拡大平面図に示し、
ここには曲線領域によって連結された直線区間３２、３４の部分も示されている
。この領域は、２つの区間を連結するために必要な最小角度αよりも大きな角度
αfに対した第１曲線状チャネル部位４０を含む。ここにおいて、直線区間は平 行で、αは１８０°、αfは典型的に約２００°から２５０°の間で、すなわち 、最小角度より約２０°から７０°大きい。図示されるように、部位４０は、そ
の寸法に沿って実質的に一定なチャネル幅Ｗfをもち、連結される直線区間のチ ャネル幅と等しい。
ここには曲線領域によって連結された直線区間３２、３４の部分も示されている
。この領域は、２つの区間を連結するために必要な最小角度αよりも大きな角度
αfに対した第１曲線状チャネル部位４０を含む。ここにおいて、直線区間は平 行で、αは１８０°、αfは典型的に約２００°から２５０°の間で、すなわち 、最小角度より約２０°から７０°大きい。図示されるように、部位４０は、そ
の寸法に沿って実質的に一定なチャネル幅Ｗfをもち、連結される直線区間のチ ャネル幅と等しい。
【００２０】 図３Ａにおいて、図２におけるライン３Ａ−３Ａに沿った断面を示し、チャネ
ルは、実質的に幅の寸法Ｗfと深さ寸法ｄfの矩形の断面である。Ｗfは、典型的 に約２５から２００ミクロンの間、好ましくは５０から１００ミクロンであり、
そしてｄfは典型的に約５から１００ミクロン、好ましくは２５から７５ミクロ ンである。
ルは、実質的に幅の寸法Ｗfと深さ寸法ｄfの矩形の断面である。Ｗfは、典型的 に約２５から２００ミクロンの間、好ましくは５０から１００ミクロンであり、
そしてｄfは典型的に約５から１００ミクロン、好ましくは２５から７５ミクロ ンである。
【００２１】 引き続き図２に関して、部位３８は、角度αsに対している第２曲線状チャネ ル部位４２を含み、αsは、この曲線部位において要求される合計の角度が１８ ０°、つまり、αs＝αf−αという条件を満たすように過度の角度αfを修正す る。従って、例えばここでは、それぞれαが１８０°、そしてαfが約２１０° から２５０°の間で、αsが約２０°から７０°の間である。第２曲線状部位の 幅Ｗsは、Ｗfよりも広く、そして２つの角度αfとαsに関して、本発明に従って
、以下に示され得るように、バンドが部位４０を進む際に生成されるバンドの歪
曲を修正するよう選択される。記述される実施態様において、そして図３Ｃに示
されるように、Ｗsは、Ｗfよりも広く、基本的に部位４０に相対して、この部位
を通って移動する検体分子の電界強度を弱くする機能を果たす。図３Ｃに示され
るように、部位４２におけるチャネルの深さ寸法ｄsは、部位４０における深さ 寸法と同じ、つまり、ｄs＝ｄfである。
、以下に示され得るように、バンドが部位４０を進む際に生成されるバンドの歪
曲を修正するよう選択される。記述される実施態様において、そして図３Ｃに示
されるように、Ｗsは、Ｗfよりも広く、基本的に部位４０に相対して、この部位
を通って移動する検体分子の電界強度を弱くする機能を果たす。図３Ｃに示され
るように、部位４２におけるチャネルの深さ寸法ｄsは、部位４０における深さ 寸法と同じ、つまり、ｄs＝ｄfである。
【００２２】 チャネル領域３８はさらに二つの漸減幅区間４４、４６を含み、（ｉ）より小
さい幅をもつ部位４０とより大きな幅をもつ部位４２（区間４４）の間、そして
（ｉｉ）より大きな幅をもつ部位４２とより小さい幅をもつ直線区間３４（区間
４６）の間、のインターフェイスとしての機能を果たす。区間４４の断面の図を
図３Ｂに示し、部位４０と４２の中間であるチャネル幅と、部位４０、４２と同
じチャネル深さを表す。
さい幅をもつ部位４０とより大きな幅をもつ部位４２（区間４４）の間、そして
（ｉｉ）より大きな幅をもつ部位４２とより小さい幅をもつ直線区間３４（区間
４６）の間、のインターフェイスとしての機能を果たす。区間４４の断面の図を
図３Ｂに示し、部位４０と４２の中間であるチャネル幅と、部位４０、４２と同
じチャネル深さを表す。
【００２３】 第１チャネル部位においてもたらされる曲線状チャネル効果を調節する場合に
おける第２チャネル部位の働きについて、図２も参照してこれから議論する。こ
の図において、チャネルを通ってバンドとして移動する荷電化学種は、４８ａか
ら４８ｇの数字による曲線状チャネル領域を通る種々の段階で表示される。バン
ド４８ａは、ちょうど曲線状チャネル部位に差しかかる部位で、実質的にひずみ
がなく、これは、このバンドは狭く、また実質的にチャネル軸と直角な軸に沿っ
て配置されることを表す。バンドがチャネル部位４０に差しかかるにつれて、４
８ｂで示されるように、内側の軌道４０ａに沿ったより短い分子の移動距離と、
外側の軌道４０ｂに沿ったより長い分子の移動距離のために歪曲しはじめる。こ
の歪曲は、バンド４８ｃと４８ｄで図示されるように、バンドが部位４０を通っ
て移動するにつれて次第に強まっていく。
おける第２チャネル部位の働きについて、図２も参照してこれから議論する。こ
の図において、チャネルを通ってバンドとして移動する荷電化学種は、４８ａか
ら４８ｇの数字による曲線状チャネル領域を通る種々の段階で表示される。バン
ド４８ａは、ちょうど曲線状チャネル部位に差しかかる部位で、実質的にひずみ
がなく、これは、このバンドは狭く、また実質的にチャネル軸と直角な軸に沿っ
て配置されることを表す。バンドがチャネル部位４０に差しかかるにつれて、４
８ｂで示されるように、内側の軌道４０ａに沿ったより短い分子の移動距離と、
外側の軌道４０ｂに沿ったより長い分子の移動距離のために歪曲しはじめる。こ
の歪曲は、バンド４８ｃと４８ｄで図示されるように、バンドが部位４０を通っ
て移動するにつれて次第に強まっていく。
【００２４】 内側の軌道のバンドはおよそαf（２ＷfＲf）／μＥf-centerと等しい時間δf で、外側の軌道のバンドを先行することが示され得る。ここで、Ｒfは曲線部位 ４０の曲率半径で、Ｗfはチャネル幅、μはｍ2／Ｖ秒で表される移動化学種の移
動度、そしてＥf-centerは軌道の中央での部位４０における電界であり、チャネ
ルの両端に印加される電位差により生じる。
動度、そしてＥf-centerは軌道の中央での部位４０における電界であり、チャネ
ルの両端に印加される電位差により生じる。
【００２５】 第２曲線部位の目的は、第１曲線部位で生成されたバンドの歪曲に反対のチャ
ネル側で修正を提供することである。要するに、外側の軌道４２ｂ（ここでは２
つの軌道のうちより短い軌道）のバンドは、内側の軌道４２ａのバンドを実質的
にδfと等しい時間δsで先行するように、この第２曲線部位は設計される。上述
の計算に類似して、δsは、およそαs（２ＷsＲs）／μＥf-centerと等しいこと
が示され得る。ここで、Ｒsは曲線部位４２の曲率半径で、Ｗfはチャネル幅、μ
はｍ2／Ｖ秒で表される移動化学種の移動度、そしてＥf-centerは軌道の中央で の部位４２における電界であり、これもまたチャネルの両端に印加される同じ電
位差により生じる。チャネル４２におけるより広いチャネル幅のために、Ｅs＝ Ｅf（Ｗf／Ｗs）の関係に基いてＥs-centerはＥf-centerよりも小さいことが注 目される。条件δf＝δsはαf（２ＷfＲf）／μＥf-center＝αs（２ＷsＲs）／
μＥf-centerのとき、つまり、αf／αs＝Ｗs 2Ｒs／Ｗf 2Ｒfのとき満たされる。
例として、Ｗsが５０μｍ、αsが２１０°、αfが３０°、そしてＲf＝Ｒs＝１ ｍｍを仮定する。Ｗsはそのとき（（５０μｍ）2（２１０／３０））1/2、つま り約１３２μｍである。
ネル側で修正を提供することである。要するに、外側の軌道４２ｂ（ここでは２
つの軌道のうちより短い軌道）のバンドは、内側の軌道４２ａのバンドを実質的
にδfと等しい時間δsで先行するように、この第２曲線部位は設計される。上述
の計算に類似して、δsは、およそαs（２ＷsＲs）／μＥf-centerと等しいこと
が示され得る。ここで、Ｒsは曲線部位４２の曲率半径で、Ｗfはチャネル幅、μ
はｍ2／Ｖ秒で表される移動化学種の移動度、そしてＥf-centerは軌道の中央で の部位４２における電界であり、これもまたチャネルの両端に印加される同じ電
位差により生じる。チャネル４２におけるより広いチャネル幅のために、Ｅs＝ Ｅf（Ｗf／Ｗs）の関係に基いてＥs-centerはＥf-centerよりも小さいことが注 目される。条件δf＝δsはαf（２ＷfＲf）／μＥf-center＝αs（２ＷsＲs）／
μＥf-centerのとき、つまり、αf／αs＝Ｗs 2Ｒs／Ｗf 2Ｒfのとき満たされる。
例として、Ｗsが５０μｍ、αsが２１０°、αfが３０°、そしてＲf＝Ｒs＝１ ｍｍを仮定する。Ｗsはそのとき（（５０μｍ）2（２１０／３０））1/2、つま り約１３２μｍである。
【００２６】 再び図２に関して、バンド４８ｄは実質的に修正なしに、漸減区間４４を通っ
て移動し、部位４２中で十分に修正され、そしてそれから修正された形で、つま
りバンドの軸が実質的に区間の軸と直角となって、区間４６を通って区間３４に
移動することが認識され得る。
て移動し、部位４２中で十分に修正され、そしてそれから修正された形で、つま
りバンドの軸が実質的に区間の軸と直角となって、区間４６を通って区間３４に
移動することが認識され得る。
【００２７】 図４は、本発明に従って構成された、９０°に湾曲したチャネル領域５０の実
施態様を示し、例えば、上述のタイプの蛇行チャネルにおいて用いられるが、各
１８０°ターンは、２つの９０°ターンを隣接することによって生成される。チ
ャネル領域５０は、２つの直線チャネル区間５２、５４を連結し、この実施態様
においては、互いに対し直角に配置される。
施態様を示し、例えば、上述のタイプの蛇行チャネルにおいて用いられるが、各
１８０°ターンは、２つの９０°ターンを隣接することによって生成される。チ
ャネル領域５０は、２つの直線チャネル区間５２、５４を連結し、この実施態様
においては、互いに対し直角に配置される。
【００２８】 チャネル領域５０は、９０°よりも大きい角度αfに対する第１曲線状チャネ ル部位５６、そして曲線状部位において所望の合計角度９０°を提供するために
、つまり、αs＝αf−αとなるように、過度の角度αfを修正する角度αsに対す
る第２チャネル部位５８を含む。α＝９０°の実施様態において、典型的にそれ
ぞれαfは約１１０°から１６０°の間、そしてαsは約２０°と７０°の間であ
る。１８０°の実施態様において示されるように、第２曲線状部位の幅Ｗsは、 Ｗfよりも広く、そして本発明に従って、２つの角度αfおよびαsに対して、以 下に記述されるように、バンドが部位５６を進む際に生成されるバンドの歪曲を
修正するように選択される。記述される実施様態において、チャネル領域全体に
おいて、ＷsがＷfよりも広く、そしてαf（２ＷfＲf）／μＥf-center＝αs（２
ＷsＲs）／μＥf-center、同等にαf／αs＝Ｗs 2Ｒs／Ｗf 2Ｒfの関係が述べられ
、チャネルの深さは均一である。ここで、Ｒf、Ｒs、μ、Ｅf-center、Ｅf-cent er' は上述の通りである。例として、Ｗsが５０μｍ、αsが１２０°、αfが３０
°、そしてＲf＝Ｒs＝１ｍｍを仮定する。Ｗsはそのとき（（５０μｍ）2（１２
０／３０））1/2、つまり約１００μｍである。
、つまり、αs＝αf−αとなるように、過度の角度αfを修正する角度αsに対す
る第２チャネル部位５８を含む。α＝９０°の実施様態において、典型的にそれ
ぞれαfは約１１０°から１６０°の間、そしてαsは約２０°と７０°の間であ
る。１８０°の実施態様において示されるように、第２曲線状部位の幅Ｗsは、 Ｗfよりも広く、そして本発明に従って、２つの角度αfおよびαsに対して、以 下に記述されるように、バンドが部位５６を進む際に生成されるバンドの歪曲を
修正するように選択される。記述される実施様態において、チャネル領域全体に
おいて、ＷsがＷfよりも広く、そしてαf（２ＷfＲf）／μＥf-center＝αs（２
ＷsＲs）／μＥf-center、同等にαf／αs＝Ｗs 2Ｒs／Ｗf 2Ｒfの関係が述べられ
、チャネルの深さは均一である。ここで、Ｒf、Ｒs、μ、Ｅf-center、Ｅf-cent er' は上述の通りである。例として、Ｗsが５０μｍ、αsが１２０°、αfが３０
°、そしてＲf＝Ｒs＝１ｍｍを仮定する。Ｗsはそのとき（（５０μｍ）2（１２
０／３０））1/2、つまり約１００μｍである。
【００２９】 領域５０はさらに、漸減区間６０、６２を含み、（ｉ）より小さい幅をもつ部
位５６とより大きな幅をもつ部位５８の間、そして（ｉｉ）より大きな幅をもつ
部位４２とより小さい幅をもつ直線区間５４の間のインターフェイスとしての機
能を果たす。
位５６とより大きな幅をもつ部位５８の間、そして（ｉｉ）より大きな幅をもつ
部位４２とより小さい幅をもつ直線区間５４の間のインターフェイスとしての機
能を果たす。
【００３０】 １８０°ターン領域３８におけるバンドの振る舞いに類似して、実質的に区間
５２の軸と直角である、部位５６へ移動する検体バンドは、部位５６を通る移動
によってバンドの内側を引っ張っるバンドの外側をもち、歪曲され得る。検体は
、実質的に修正なしに漸減区間６０を通って移動し、部位５８中で十分に修正さ
れ、そしてそれから修正された形で、つまりバンドの軸が実質的に区間の軸と直
角となって、区間６２を通って区間５４に移動する。
５２の軸と直角である、部位５６へ移動する検体バンドは、部位５６を通る移動
によってバンドの内側を引っ張っるバンドの外側をもち、歪曲され得る。検体は
、実質的に修正なしに漸減区間６０を通って移動し、部位５８中で十分に修正さ
れ、そしてそれから修正された形で、つまりバンドの軸が実質的に区間の軸と直
角となって、区間６２を通って区間５４に移動する。
【００３１】 図５は、本発明に従って構成され、例えば上述のタイプの蛇行チャネル６６で
用いられる、他の９０°に湾曲したチャネル領域６４の実施態様を示す。チャネ
ル領域６４は、２つの直線区間６８、７０を連結し、この実施態様においては、
もう一方に対し直角に配置される。チャネル領域５０は、９０°よりも大きい角
度αfに対する第１曲線状チャネル部位７２、および曲線状部位において所望の 合計角度９０°を提供するために、過度の角度αfを修正する角度αsに対する第
２チャネル部位７４を含む。
用いられる、他の９０°に湾曲したチャネル領域６４の実施態様を示す。チャネ
ル領域６４は、２つの直線区間６８、７０を連結し、この実施態様においては、
もう一方に対し直角に配置される。チャネル領域５０は、９０°よりも大きい角
度αfに対する第１曲線状チャネル部位７２、および曲線状部位において所望の 合計角度９０°を提供するために、過度の角度αfを修正する角度αsに対する第
２チャネル部位７４を含む。
【００３２】 本実施態様は、図４に示される実施様態と、部位５０における部位５８と２つ
の漸減区間６０、６２を置き換えて連続的な曲線部位となった曲線状部位７４が
異なる。つまり、Ｗsは部位７４を通して最小幅Ｗsから最大幅Ｗs-maxまで連続 的に変化する。例示の角度αs、αfは、上述の通りであり、部位７４の曲率半径
Ｒsは、図４の実施態様におけるＲsの約３から４倍である。しかし、曲線状部位
に対するαsは、両方の実施態様においてほぼ同じである。ＷsとＷfの関係は、 上述の場合よりもさらに複雑になるが、上述に所与の関係からαsについて積分 することにより、決定され得る。ここで、Ｗsの値は既知の角度依存関係に従っ て、部位７４にそって連続的に変化する。
の漸減区間６０、６２を置き換えて連続的な曲線部位となった曲線状部位７４が
異なる。つまり、Ｗsは部位７４を通して最小幅Ｗsから最大幅Ｗs-maxまで連続 的に変化する。例示の角度αs、αfは、上述の通りであり、部位７４の曲率半径
Ｒsは、図４の実施態様におけるＲsの約３から４倍である。しかし、曲線状部位
に対するαsは、両方の実施態様においてほぼ同じである。ＷsとＷfの関係は、 上述の場合よりもさらに複雑になるが、上述に所与の関係からαsについて積分 することにより、決定され得る。ここで、Ｗsの値は既知の角度依存関係に従っ て、部位７４にそって連続的に変化する。
【００３３】 部位７２で生成されるバンドの歪曲を修正する、部位７４の動作は、実質的に
上述の通りであるが、バンド修正は部位７２と区間７０の間の全ての領域にわた
って起こる。
上述の通りであるが、バンド修正は部位７２と区間７０の間の全ての領域にわた
って起こる。
【００３４】 ９０°ターンについて、さらに本発明の他の実施態様が、図６の角度チャネル
領域７６によって示される。このチャネル領域は、直角をなすチャネル区間７８
、８０を連結し、角度αf＞９０°に対する第１曲線状チャネル部位８２、およ び曲線状部位において所望の合計角度９０°を提供するために、過度の角度αf を修正する角度αsに対する第２チャネル部位８４を含む。また、一部のチャネ ル領域の形成部位は、インターフェイス区間８６、８８であり、それぞれ部位８
２と部位８４、そして部位８４と部位８０を連結する。実質的に、αfとαsは、
上述の通りである。
領域７６によって示される。このチャネル領域は、直角をなすチャネル区間７８
、８０を連結し、角度αf＞９０°に対する第１曲線状チャネル部位８２、およ び曲線状部位において所望の合計角度９０°を提供するために、過度の角度αf を修正する角度αsに対する第２チャネル部位８４を含む。また、一部のチャネ ル領域の形成部位は、インターフェイス区間８６、８８であり、それぞれ部位８
２と部位８４、そして部位８４と部位８０を連結する。実質的に、αfとαsは、
上述の通りである。
【００３５】 本実施態様は、図７に図示されるように、部位８４の幅Ｗfは部位８２の幅Ｗs と同じであるが、部位８４の深さｄsがｄfよりも大きい点で上述の実施態様と異
なる。図７は表示される領域７６の部位に沿って、区画化された断面（Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、およびＥで表示される区間を通して）を示す。さらに図示されるように
、インターフェイス区間８６、８８の漸減チャネル深さは、前記載の実施態様に
おけるインターフェイス区間の漸減チャネル幅よりもむしろ大きい。
なる。図７は表示される領域７６の部位に沿って、区画化された断面（Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、およびＥで表示される区間を通して）を示す。さらに図示されるように
、インターフェイス区間８６、８８の漸減チャネル深さは、前記載の実施態様に
おけるインターフェイス区間の漸減チャネル幅よりもむしろ大きい。
【００３６】 部位８４における電界Ｅsは、Ｅf（ｄs／ｄf）と等しく、αf（２ＷfＲf）／ μＥf-center＝αs（２ＷsＲs）／μＥs-center、つまり、αf／αs＝ＷsｄsＲs ／ＷfｄfＲf＝ｄsＲs／ｄfＲfの場合、バンド修正（δｔf＝δｔs）が起こる。 例として、ｄsが５０μｍ、αsが１２０°、そしてαfが３０°、そしてＲf＝Ｒ s ＝１ｍｍと仮定する。Ｗsはそのとき、５０μｍ（１２０／３０）、つまり約２
００μｍである。
００μｍである。
【００３７】 バンド歪曲を修正する領域７６の動作は、例えば図４に図示される実施態様に
関して、上述の動作と類似している。要するに、バンドはバンドの内側を引っ張
っるバンドの外側をもち、部位８２を通る移動によって、歪曲する。バンドは実
質的に修正なしに、漸減区間８６を通って移動し、部位８４中で十分に修正され
、そしてそれから修正された形で、つまりバンドの軸が実質的に区間の軸と直角
となって、区間８８を通って区間８０に移動する。
関して、上述の動作と類似している。要するに、バンドはバンドの内側を引っ張
っるバンドの外側をもち、部位８２を通る移動によって、歪曲する。バンドは実
質的に修正なしに、漸減区間８６を通って移動し、部位８４中で十分に修正され
、そしてそれから修正された形で、つまりバンドの軸が実質的に区間の軸と直角
となって、区間８８を通って区間８０に移動する。
【００３８】 前記から、どのくらい本発明の様々な特徴と目的が満たされるか認識され得る
。本発明は、密接に巻回された蛇行電気泳動、あるいは例えば通常の微細製造技
術を用いて狭い面積のマイクロチップにおいて形成される他のクロマトグラフチ
ャネル構成と両用し得る。微細製造方法は、同じ深さ、可変の幅のエッチング、
または同じ幅、可変の深さのエッチング、あるいは２つの併用のいずれも包含し
得る。
。本発明は、密接に巻回された蛇行電気泳動、あるいは例えば通常の微細製造技
術を用いて狭い面積のマイクロチップにおいて形成される他のクロマトグラフチ
ャネル構成と両用し得る。微細製造方法は、同じ深さ、可変の幅のエッチング、
または同じ幅、可変の深さのエッチング、あるいは２つの併用のいずれも包含し
得る。
【００３９】 この本発明の自己修正ベンドの特徴は、チャネル寸法全体に沿ってバンド分解
を持続しながら、ターンの外側でのより遅い移動のためにターン周辺のバンド移
動によって生成される歪曲を修正する役目を務める。チャネル寸法は多数のター
ン、典型的に９０°もしくは１８０°のターンを含み得る。
を持続しながら、ターンの外側でのより遅い移動のためにターン周辺のバンド移
動によって生成される歪曲を修正する役目を務める。チャネル寸法は多数のター
ン、典型的に９０°もしくは１８０°のターンを含み得る。
【００４０】 本発明は、詳細な実施態様に関して記述されるが、種々の変更が、請求項に記
載された本発明の範囲内で行われ得ることが認識され得る。例えば蛇行（ｓｅｒ
ｐｅｎｔｉｎｅ）チャンネルは、化学もしくはレーザーエッチング技術で、比較
的大きな規模のプレート上、例えば予備の電気泳動もしくはクロマトグラフィの
ために設計された１０ｃｍ×１０ｃｍのプレート上に形成され得る。蛇行チャン
ネルはキャピラリ電気泳動チューブのような閉チューブで形成され得る。そして
、チューブにおける各ターンは拡張直径、自己修正逆回転を包含する。さらに他
の局面において、自己修正回転は、分離媒体を通して検体分子が動くための原動
力としては、電位差よりむしろ加圧流体流れや重力に依存した、他のタイプのク
ロマトグラフィチャンネルやチューブに適用され得る。
載された本発明の範囲内で行われ得ることが認識され得る。例えば蛇行（ｓｅｒ
ｐｅｎｔｉｎｅ）チャンネルは、化学もしくはレーザーエッチング技術で、比較
的大きな規模のプレート上、例えば予備の電気泳動もしくはクロマトグラフィの
ために設計された１０ｃｍ×１０ｃｍのプレート上に形成され得る。蛇行チャン
ネルはキャピラリ電気泳動チューブのような閉チューブで形成され得る。そして
、チューブにおける各ターンは拡張直径、自己修正逆回転を包含する。さらに他
の局面において、自己修正回転は、分離媒体を通して検体分子が動くための原動
力としては、電位差よりむしろ加圧流体流れや重力に依存した、他のタイプのク
ロマトグラフィチャンネルやチューブに適用され得る。
【図１】 図１は、本発明により組み立てられたマイクロ組み立て装置の斜視図である。
その装置は基板上に形成された、オープン電気泳動チャネルと液体レザバを有す
る。
その装置は基板上に形成された、オープン電気泳動チャネルと液体レザバを有す
る。
【図２】 図２は、本発明により形成される蛇行チャネルの１８０°カーブの拡大図であ
り、バンド歪曲中の自己補正するカーブの効果を例示している。
り、バンド歪曲中の自己補正するカーブの効果を例示している。
【図３Ａ】 図３Ａは、図２における直線３Ａ−３Ａに沿った断面図である。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、図２における直線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。
【図３Ｃ】 図３Ｃは、図２における直線３Ｃ−３Ｃに沿った断面図である。
【図４】 図４は、本発明の一つの実施態様をもとに形成された蛇行チャネルの９０°カ
ーブの拡大図である。
ーブの拡大図である。
【図５】 図５は、本発明の別の実施態様をもとに形成された蛇行チャネルの９０°カー
ブの拡大図である。
ブの拡大図である。
【図６】 図６は、本発明のさらに別の実施態様をもとに形成された蛇行チャネルの９０
°カーブの拡大図である。
°カーブの拡大図である。
【図７】 図７は、図６におけるチャネル路７−７に沿った、図６におけるチャネル領域
の断面図である。
の断面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Claims (12)
- 【請求項１】 チャネルを形成された基板を有する検体分離デバイスであっ
て、該チャネルを通って一つ以上の検体が原動力の影響のもとで、チャネルに渡
って移動することを意図して、該チャネルが、 （ｉ）相互に関連した角度αで配置された一対のチャネル区間と、 （ｉｉ）該２つのチャネル区間を連結する角をなすチャネル領域と、 を含み、該チャネル領域が、 （ａ）角度αf＞αに対応し、そして第１の内側と外側の軌道を規定し、それ によって検体が該力の影響のもとで該第１チャネル部分を通って移動し、同じ検
体が該外側の軌道を動く時間よりも、時間間隔δｔf早く該内側の軌道を動くよ うにする、第１曲線状チャネル部分と、 （ｂ）角度αs＝αf−αに対応し、そして第２の内側と外側の軌道を規定し、
それによって検体が該力の影響のもとで該第２チャネル部分を通って移動し、同
じ検体が該外側の軌道を動く時間よりも時間間隔δｔs早く、該外側の軌道を動 くようにする、第２曲線状チャネル部分を有し、ここで該曲線状チャネル部分が
、δｔfがδｔsにほぼ等しくなるような断面を有する、検体分離デバイス。 - 【請求項２】 前記２つのチャネル区間が、他方と直角に配置され、それぞ
れαfが約１１０°から１６０°の間、αsが約２０°から７０°の間である、請
求項１に記載のデバイス。 - 【請求項３】 前記チャネル区間が、実質的に他方と平行に配置され、それ
ぞれαfが約２００°から２５０°の間、αsが約２０°から７０°の間である、
請求項１に記載のデバイス。 - 【請求項４】 微細製造チップにおいて形成され、チャネル幅が約２５から
２５０ミクロンの間、そして深さ寸法が約５から１００ミクロンの間である、請
求項１から３のうちいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項５】 前記区間を複数含む蛇行経路の一部であり、各区間の組み合
わせは前記角度をなすチャネル領域によって連結される、請求項１から４のうち
いずれかに記載のデバイス。 - 【請求項６】 前記第１および前記第２曲線状部分が、実質的にそれぞれ一
定の幅ＷfとＷsを有し、Ｗf＜Ｗsであり、そしてさらに前記角度をなすチャネル
領域が、該第２曲線状チャネル部分を該第１チャネル部分と、前記２つの関連し
たチャネル区間のうちの１つとを連結する漸減幅区間を含む、請求項１から５の
うちいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項７】 Ｗs＝（αfＷf 2Ｒf／αsＲs）1/2であり、ここでＲfとＲsは
それぞれ前記第１および前記第２曲線状部分の曲率半径である、請求項６に記載
のデバイス。 - 【請求項８】 前記第１曲線状チャネル部分が固定のチャネル幅を有し、前
記第２チャネル部分が各端から内向きに進むにつれて拡大する可変の幅を有する
、請求項１から５のうちいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項９】 前記第１曲線状チャネル部分が、前記第２曲線状チャネル部
分へ向かって進むにつれて増大するチャネル深さを有し、そして該第２曲線状チ
ャネル部分が該第１曲線状チャネル部分から離れて進むにつれて減少するチャネ
ル深さを有する、請求項１から５のうちいずれかに記載のデバイス。 - 【請求項１０】 前記チャネル区間および前記チャネル連結領域において、
その間、前記チャネル幅が実質的に一定である、請求項９に記載のデバイス。 - 【請求項１１】 混合物中の検体の電気泳動分離に用いられ、前記原動力が
、前記チャネルの両端に印加された電位差である、請求項１から１０のうちいず
れかに記載のデバイス。 - 【請求項１２】 （ｉ）第１および第２レザバと、 （ｉｉ）請求項１〜１１のいずれか１項に規定されるような、該第１および該第
２レザバの間に広がるチャネルと、その上に形成する、実質的に平面な基板を含
む、混合物中の検体の電気泳動分離で用いられる微細製造デバイス。
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