JP2002310858A - マイクロチップ電気泳動におけるサンプル導入方法 - Google Patents

マイクロチップ電気泳動におけるサンプル導入方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロチップのリザーバにそれを満たすサ
ンプルを収容することなく流路にサンプルを導入する。 【解決手段】 内部にサンプルを収容したキャピラリ２
３の一端２３ａを、サンプルリザーバ７ｓ内に挿入し、
サンプルリザーバ７ｓに接続されている流路３の入口３
ａの近傍に配置する。キャピラリ２３の他端２３ｂ内に
電極２５を配置する。電極２１ｗ及び電極２５に所定の
電圧を印加して、キャピラリ２３の他端２３ｂとウエイ
ストリザーバ７ｗの間に電圧をかけることにより、キャ
ピラリ２３内のサンプルを流路３に収容された分離媒体
１７に電気泳動的に導入する。所定時間が経過し、サン
プルが流路３内に導入された後、電極２１ｗ及び電極２
５への電圧の印加を停止し、キャピラリ２３をサンプル
リザーバ７ｓから抜き取る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、板状基材の内部に
形成された流路の両端に対応する位置にリザーバが形成
されたマイクロチップを流路及びリザーバに泳動媒体を
充填した状態で用い、流路内でサンプルを電気泳動させ
るマイクロチップ電気泳動におけるサンプル導入方法に
関するものである。マイクロチップ電気泳動は、例えば
極微量のタンパクや核酸、薬物などを含むサンプルを高
速かつ高分解能に分析するのに使用される。
【０００２】
【従来の技術】極微量のタンパクや核酸などを分析する
場合、従来から電気泳動が用いられており、その代表的
なものとしてキャピラリ電気泳動がある。キャピラリ電
気泳動は、内径が１００μｍ（マイクロメートル）以下
のガラスキャピラリ（以下、単にキャピラリともいう）
内に分離媒体を充填し、一端側にサンプルを導入し、両
端をランニングバッファに接液させ、ランニングバッフ
ァを介して両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャ
ピラリ内で展開させるものである。キャピラリは容積に
対して表面積が大きい、すなわち冷却効率が高いことか
ら、高電圧の印加が可能となり、ＤＮＡ（デオキシリボ
核酸）などの極微量サンプルを高速かつ高分解能にて分
析することができる。
【０００３】キャピラリはその外径が１００〜５００μ
ｍ程度と細く破損しやすいため、ユーザが行なうべきキ
ャピラリ交換時の取扱いが容易でないという問題を有す
る。また、放熱が十分でない場合が生じ、分離状態に悪
影響を及ぼすという問題もあった。さらに、ランニング
バッファを介してキャピラリの両端に電圧を印加するの
で、少なくともランニングバッファとの接液に必要な長
さ寸法が必要であり、ある長さ以下には設計できないと
いう問題もあった。
【０００４】そこで、キャピラリに代わって、分析の高
速化、装置の小型化が期待できる形態として、D. J. Ha
rrison et al./ Anal. Chem. 1993, 283, 361-366 に示
されているように、２枚の基材を接合して形成されたマ
イクロチップ（電気泳動用チップ）が提案されている。
そのマイクロチップの例を図２に示す。
【０００５】マイクロチップ１は、一対の透明板状の無
機材料（例えばガラス、石英、シリコンなど）又はプラ
スチックからなる基材１ａ，１ｂからなり、例えば半導
体製造プロセスに用いられる写真製版技術やマイクロマ
シニング技術などにより、一方の基材１ｂの表面に互い
に交差する泳動用キャピラリ溝（流路）３，５を形成
し、他方の基材１ａにはその流路３，５の端に対応する
位置に貫通孔をアノードリザーバ７ａ、カソードリザー
バ７ｃ、サンプルリザーバ７ｓ、ウエイストリザーバ７
ｗとして設けたものである。マイクロチップ１は、両基
材１ａ，１ｂを（Ｃ）に示すように重ねて接合した状態
で使用される。
【０００６】このマイクロチップ１を用いて電気泳動を
行なう場合には、分析に先立って、例えばシリンジを使
った圧送により、いずれかのリザーバ、例えばアノード
リザーバ７ａから流路３，５内及びリザーバ７ａ，７
ｃ，７ｓ，７ｗ内に分離媒体を充填する。次いで、リザ
ーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ内に充填された分離媒体を
除去し、短い方の流路（サンプル注入用流路）３の一方
の端に対応するサンプルリザーバ７ｓにサンプルを注入
し、他のリザーバ７ａ、７ｃ，７ｗにランニングバッフ
ァを注入する。
【０００７】泳動媒体、サンプル及びランニングバッフ
ァを注入したマイクロチップ１を電気泳動装置に装着す
る。各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに所定の電圧を
印加し、サンプルを流路３中に泳動させて両流路３，５
の交差部９に導く。各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗ
に印加する電圧を切り換えて、長い方の流路（分離用流
路）５の両端のリザーバ７ａ，７ｃ間の電圧により、交
差部９に存在するサンプルを流路５内に電気泳動的に導
入する。
【０００８】流路５内にサンプルを導入した後、リザー
バ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに収容された溶液の電解電導
度の差による電気泳動の不安定要素を除くため、リザー
バ７ｓ内に収容されているサンプルをリザーバ７ａ，７
ｃ，７ｗに収容されているのと同じランニングバッファ
で置換する。その後、各リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７
ｗに電気泳動用の電圧を印加して、流路５内に注入した
サンプルを流路５内で分離させる。流路５の適当な位置
に検出器を配置しておくことにより、電気泳動により分
離されたサンプルを検出する。検出は、吸光光度法や蛍
光光度法、電気化学的又は電気伝導度法などの手段によ
り行なわれる。このようなサンプル導入方法は、クロス
インジェクション法と呼ばれる。上記のクロスインジェ
クション法の説明では、リザーバ７ａ，７ｃ，７ｗ及び
サンプル導入後のサンプルリザーバ７ｓにランニングバ
ッファが収容されているが、分離媒体が収容されること
もある。
【０００９】マイクロチップの例として、図２に示すも
のの他に、図３に示すものがある。マイクロチップ１１
は、一対の透明板状の無機材料（例えばガラス、石英、
シリコンなど）又はプラスチックからなる基材１１ａ，
１１ｂからなり、例えば半導体製造プロセスに用いられ
る写真製版技術、又はマイクロマシニング技術などによ
り、一方の基材１ｂの表面に泳動用キャピラリ溝（流
路）１３を形成し、他方の基材１ａには流路１３の端に
対応する位置に貫通孔をサンプルリザーバ１５ａ、ウエ
イストリザーバ１５ｗとして設けたものである。マイク
ロチップ１１は両基材１１ａ，１１ｂを（Ｃ）に示すよ
うに重ねて接合した状態で使用される。
【００１０】このマイクロチップ１１を用いて電気泳動
を行なう場合、分析に先立って、例えばシリンジを使っ
た圧送により、いずれかのリザーバ、例えばサンプルリ
ザーバ１５ｓから流路１３内及びリザーバ１５ｗ内に分
離媒体を充填する。次いで、リザーバ１５ｓ，１５ｗ内
に充填された分離媒体を除去し、サンプルリザーバ１５
ｓにサンプルを注入し、ウエイストリザーバ１５ｗにラ
ンニングバッファを注入する。
【００１１】泳動媒体、サンプル及びランニングバッフ
ァを注入したマイクロチップ１１を電気泳動装置に装着
する。両リザーバ１５ｓ，１５ｗに所定の電圧を印加
し、サンプルを流路１３内に導入する。サンプルを流路
１３内に導入した後、リザーバ１５ｓ，１５ｗに収容さ
れた溶液の電解電導度の差による電気泳動の不安定要素
を除くため、リザーバ１５ｓ内に収容されているサンプ
ルをリザーバ１５ｗに収容されているのと同じランニン
グバッファで置換する。
【００１２】その後、両リザーバ１５ｓ，１５ｗに電気
泳動用の電圧を印加して、流路１３内に注入したサンプ
ルを流路１３内で分離させる。流路１３の適当な位置に
検出器を配置しておくことにより、電気泳動により分離
されたサンプルを検出する。このようなサンプル導入方
法はエレクトロカイネティック法と呼ばれる。上記のエ
レクトロカイネティック法の説明では、ウエイストリザ
ーバ１５ｗ及びサンプル導入後のサンプルリザーバ１５
ｓにランニングバッファが収容されているが、分離媒体
が収容されることもある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】マイクロチップ電気泳
動における従来のサンプル導入方法においては、エレク
トロカイネティック法にせよ、クロスインジェクション
法にせよ、サンプルリザーバに一旦収容したサンプルを
他のリザーバと同じ溶液（分離媒体又はランニングバッ
ファ）に置換する必要がある。このようなリザーバ内の
溶液の置換は手間がかかるという問題があった。さら
に、リザーバ内の溶液の置換作業中に気泡の発生する虞
があるという問題があった。
【００１４】また、マイクロチップでは、リザーバ内の
溶液の乾燥による電気泳動の中断を防ぐため、リザーバ
容量をある程度大きくする必要がある。従来のサンプル
導入方法では、サンプルリザーバ容量に見合ったサンプ
ル量が必要になるので、サンプル量を少量化するのに限
界があった。
【００１５】本発明は、マイクロチップ電気泳動におけ
るサンプル導入方法において、マイクロチップのリザー
バにそれを満たすサンプルを収容することなく流路にサ
ンプルを導入できるサンプル導入方法を提供することを
目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、板状基材の内
部に形成された流路の両端に対応する位置にリザーバが
形成されたマイクロチップを流路及びリザーバに泳動媒
体を充填した状態で用い、流路内でサンプルを電気泳動
させるマイクロチップ電気泳動におけるサンプル導入方
法であって、サンプルを収容したキャピラリの一端を、
流路及びリザーバに泳動媒体が充填されたマイクロチッ
プのいずれかのリザーバ内に挿入し、上記キャピラリの
他端と、上記キャピラリが挿入されたリザーバとは流路
を介して連通するリザーバの間に電圧をかけることによ
り、上記キャピラリ内に収容されたサンプルを流路内に
電気泳動的に導入する。ここで、泳動媒体の語は、分離
用媒体及びランニングバッファ、その他サンプルが泳動
される媒体を含む。
【００１７】流路及びリザーバに泳動媒体が充填された
マイクロチップのいずれかのリザーバ内に、サンプルを
収容したキャピラリの一端を挿入する。上記キャピラリ
の他端と、上記キャピラリが挿入されたリザーバとは流
路を介して連通するリザーバの間に電圧をかけ、上記キ
ャピラリ内に収容されたサンプルを流路内に電気泳動的
に導入する。このように、マイクロチップのリザーバに
それを満たすサンプルを収容することなく、流路にサン
プルを導入する。ここで、マイクロチップのリザーバに
それを満たすサンプルを収容する、とは、リザーバ容量
一杯にサンプルを満たすことに限定されるのではなく、
必要量のサンプルをリザーバ内に収容する意味を含む。
上記キャピラリをリザーバから抜き取った後、導入した
サンプルの分離泳動を行なう。
【００１８】
【発明の実施の形態】キャピラリの一端をリザーバ内で
流路の入口近傍に配置することが好ましい。その結果、
キャピラリの一端から流路に向かって泳動するサンプル
のリザーバ内での拡散を抑制することができる。
【００１９】
【実施例】図１はマイクロチップの断面図である。図１
は図２のＸ−Ｘ位置での断面を示す。図１及び図２を用
いてサンプル導入方法の一実施例の操作を説明する。マ
イクロチップ１の流路３，５に分離媒体１７を充填した
後、リザーバ７ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗにランニングバッ
ファ１９を収容する。電極２１ｓ，２１ｗをリザーバ７
ａ，７ｃ，７ｓ，７ｗに収容されたランニングバッファ
１９に接液するように配置する。図１ではリザーバ７
ａ，７ｃに配置する電極の図示は省略する。
【００２０】例えばガラスや樹脂などの非導電材料から
なり、外径が２５０〜３６５μｍ、例えば３６５μｍ、
内径が５０〜１００μｍ、例えば１００μｍ、長さが５
０〜７０ｍｍ、例えば５０ｍｍのキャピラリ２３の内部
にサンプルを収容する。キャピラリ２３の一端２３ａを
サンプルリザーバ７ｓ内に挿入し、サンプルリザーバ７
ｓに接続されている流路３の入口３ａの近傍に配置す
る。キャピラリ２３の他端２３ｂ内に電極２５を配置す
る。
【００２１】電極２１ｗ及び電極２５、並びにリザーバ
７ａ，７ｃに配置された電極に所定の電圧を印加して、
キャピラリ２３の他端２３ｂとウエイストリザーバ７ｗ
の間に電圧をかけることにより、キャピラリ２３内のサ
ンプルを、サンプルリザーバ７ｓに収容されたランニン
グバッファ１９を介して、流路３に収容された分離媒体
１７に電気泳動的に導入する。所定時間が経過し、サン
プルが流路３内に導入された後、電極２１ｗ及び電極２
５、並びにリザーバ７ａ，７ｃに配置された電極への電
圧の印加を停止し、キャピラリ２３をサンプルリザーバ
７ｓから抜き取る。その後、従来通りの分離泳動を行な
う。
【００２２】このように、上記の実施例によればサンプ
ルをサンプルリザーバ７ｓ内にサンプルリザーバ７ｓを
満たすように収容することなく、流路３内に導入するこ
とができる。これにより、サンプルリザーバ７ｓ内の溶
液の置換が不要となり、溶液の置換作業にかかる時間の
節約を実現でき、さらに溶液の置換作業に伴うサンプル
リザーバ７ｓ内への気泡の混入の危険を回避することが
できる。さらに、従来のサンプル導入方法ではリザーバ
容量に見合ったサンプル量が必要なのでサンプル量を少
量化するのに限界があったが、上記の実施例によれば、
容量が小さいキャピラリを使用することにより必要サン
プル量を少なくできる。
【００２３】上記の実施例では、リザーバ７ａ，７ｃ，
７ｓ，７ｗにランニングバッファを収容しているが、本
発明はこれに限定されるものではなく、流路３，５に収
容したのと同じ分離媒体など、他の泳動媒体を使用して
もよい。また、上記の実施例では、キャピラリ２３の一
端２３ａを流路３の入口３ａの近傍に配置しているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、リザーバに収
容された泳動媒体中であればどの位置に配置してもよ
い。ただし、マイクロチップの一端を流路の入口近傍に
配置することが好ましい。本発明で使用するマイクロチ
ップは図２のものに限定されるものではなく、例えば図
３に示すマイクロチップ１１など、板状基材の内部に形
成された流路の両端に対応する位置にリザーバが形成さ
れたマイクロチップであれば使用できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明にかかるサンプル導入方法では、
サンプルを収容したキャピラリの一端を流路及びリザー
バに泳動媒体が充填されたマイクロチップのいずれかの
リザーバ内に挿入し、上記キャピラリの他端と、上記キ
ャピラリが挿入されたリザーバとは流路を介して連通す
るリザーバの間に電圧をかけることにより、上記キャピ
ラリ内に収容されたサンプルを流路内に電気泳動的に導
入するようにしたので、サンプルをリザーバ内に収容す
ることなく、流路内に導入することができる。これによ
り、サンプルを流路内に導入した後に従来法では行なっ
ていたリザーバ内の溶液の置換が不要となり、溶液の置
換作業にかかる時間の節約を実現でき、さらに溶液の置
換作業に伴うリザーバ内への気泡の混入の危険を回避す
ることができる。さらに、従来法ではリザーバ容量に見
合ったサンプル量が必要なのでサンプル量を少量化する
のに限界があったが、容量が小さいキャピラリを使用す
ることにより必要サンプル量を少なくできる。
【００２５】本発明において、キャピラリの一端をリザ
ーバ内で流路の入口近傍に配置するようにすれば、キャ
ピラリの一端から流路に向かって泳動するサンプルのリ
ザーバ内での拡散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロチップの断面図であり、図２のＸ−Ｘ
位置での断面を示す。
【図２】マイクロチップの一例を表す図であり、（Ａ）
は一方の基材の上面図、（Ｂ）は他方の基材の上面図、
（Ｃ）は両基材を重ね合わせた状態での側面図である。
【図３】マイクロチップの他の例を表す図であり、
（Ａ）は一方の基材の上面図、（Ｂ）は他方の基材の上
面図、（Ｃ）は両基材を重ね合わせた状態での側面図で
ある。
【符号の説明】
１ マイクロチップ １ａ，１ｂ 基材 ３，５ 流路 ７ａ アノードリザーバ ７ｃ カソードリザーバ ７ｓ サンプルリザーバ ７ｗ ウエイストリザーバ ９ 交差部 １７ 分離媒体 １９ ランニングバッファ ２１ｓ，２１ｗ，２５ 電極 ２３ キャピラリ ２３ａ キャピラリの一端 ２３ｂ キャピラリの他端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G052 AA26 AB20 AD26 AD46 CA03 CA04 CA07 CA39 DA09 ED14 GA11 GA12 GA21 JA00 JA04 JA09

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 板状基材の内部に形成された流路の両端
    に対応する位置にリザーバが形成されたマイクロチップ
    を流路及びリザーバに泳動媒体を充填した状態で用い、
    流路内でサンプルを電気泳動させるマイクロチップ電気
    泳動におけるサンプル導入方法において、 サンプルを収容したキャピラリの一端を、流路及びリザ
    ーバに泳動媒体が充填されたマイクロチップのいずれか
    のリザーバ内に挿入し、前記キャピラリの他端と、前記
    キャピラリが挿入されたリザーバとは流路を介して連通
    するリザーバの間に電圧をかけることにより、前記キャ
    ピラリ内に収容されたサンプルを流路内に電気泳動的に
    導入することを特徴とするサンプル導入方法。
  2. 【請求項２】 前記キャピラリの一端をリザーバ内で前
    記流路の入口近傍に配置する請求項１に記載のサンプル
    導入方法。
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