JP2004163163A

JP2004163163A - マイクロ流体デバイスとそれを用いた分析方法

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Publication number: JP2004163163A
Application number: JP2002327065A
Authority: JP
Inventors: Shin Nakamura; 伸中村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-11
Also published as: JP3835396B2; US6994778B2; US20040089547A1

Abstract

【課題】試料を無駄に注入することを防ぐ。
【解決手段】基板１０の内部に分離流路Ｃｓと、分離流路Ｃｓから分岐した試料導入量規定流路Ｃｄが形成されている。分離流路Ｃｓは一端側で基板１０の下面側に開口をもち、その開口に通じる筒部材１２が接合され、筒部材１２の先端が試料導入部Ｉｎｊとなっている。分離流路Ｃｓの他端と試料導入量規定流路Ｃｄの先端は接合基板１０の上面側に開口をもち、それぞれの開口にバルブＶｓ，Ｖｉが設けられている。泳動バッフアを分離流路Ｃｓに注入終了後、バルブＶｓを閉じ、試料導入部Ｉｎｊを試料２０中に浸し、バルブＶｉを開けると、流路Ｃｄに分離流路Ｃｓ中の泳動バッフアが体積変化により導入され、試料導入部Ｉｎｊから分離流路Ｃｓに試料２０が体積変化分導入される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量の試料を高速かつ高分離で分析する電気泳動装置におけるマイクロ流体デバイスと、それを用いた電気泳動分析方法に関する。マイクロ流体デバイスを用いた電気泳動分析は、生化学、分子生物学、臨床、例えばＤＮＡ（デオキシリボ核酸）や蛋白質の解析分野などで利用されている。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のＤＮＡや蛋白質などを分析する場合には、従来から電気泳動法が用いられており、その装置化技術の例としてキャピラリー電気泳動装置がある。キャピラリー電気泳動装置は、内径が１００μｍ以下のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一端側に試料を導入した後、両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キャピラリー内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などの極微量試料を高速、かつ高分解能にて分析することができる。
【０００３】
近年、取扱いが煩雑なガラスキャピラリーに代わって、分析の高速化、装置の小型化が期待できる形態として、２枚の基板を接合して形成されたマイクロ流体デバイス（電気泳動チップデバイス）が提案されている（非特許文献１，２参照。）。
【０００４】
そのマイクロ流体デバイスの例を図４に示す。一対の透明基板（一般にはガラス、石英ガラス、樹脂など）１，２からなり、一方の基板２の表面には、（Ｂ）に示すように互いに交差するサンプリング用のローディング流路４と分離流路５を形成し、他方の基板１には、（Ａ）に示すようにローディング流路４及び分離流路５の両端に対応する位置にリザーバ３を貫通穴として設け、それらの基板１，２を（Ｃ）に示すように重ねて接合したものである。このような従来のマイクロ流体デバイスは、試料導入は互いに交差するローディング流路４と分離流路５とからなるクロスインジェクターデザインの流路を用いることを基本としている。
【０００５】
このマイクロ流体デバイスを使用するときは、いずれかのリザーバ３から泳動バッファをローディング流路４及び分離流路５中に注入する。その後、ローディング流路４の一方の端のリザーバ３に試料を約１〜２μｌ（マイクロリットル）注入した後、各リザーバ３にそれぞれ電極を差し込むか、又は予め各リザーバ３に形成された電極を用いて、電気泳動的にローディング流路４に試料を均一にかつ交差部６で分離流路５側に広がらないようにピンチングなど電圧を複数箇所印加しながら所定の電圧を印加し、試料をローディング流路４と分離流路５の交差部６に導く。
【０００６】
次に、印加電圧を分離流路５に切り替え、かつローディング流路４にも交差部６から逆方向に試料が移動するよう電圧を印加して、交差部６の試料のみを分離流路５に導入し、電気泳動分離を行なう。分離流路５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、分離成分の検出を行なう。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｄ．Ｊ．Ｈａｒｒｉｓｏｎｅｔａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ２６１（１９９３）ｐｐ．８９５−８９７
【非特許文献２】
Ａｎａｌ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ２８３（１９９３）ｐｐ．３６１−３６６
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、実際に分離流路５に導入され分離される試料は交差部６の試料のみであるので、その体積は数ｐｌ〜数１００ｐｌ（ピコリットル）であるにも拘わらず、マイクロ流体デバイスに注入する試料量は数μｌは必要である。そのため、分析に寄与しない無駄な試料量が多いという問題がある。このようなマイクロ流体デバイスで分析する試料は高価であることが多く、分析に必要な試料量を低減することは、ランニングコストの大幅な低減に直結するものであることから、試料量の低減に対する要請が強い。
本発明は、試料を無駄に注入することを防ぐ構造をもったマイクロ流体デバイスを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ流体デバイスは、基板内部に分離流路と、その分離流路から分岐した試料導入量規定流路を備え、分離流路の一端が基板面から突出する方向に延びてその先端の開口が試料導入部となり、分離流路の他端と試料導入量規定流路の先端にそれぞれ開閉機構を備え、試料導入量規定流路の容積が導入される試料量となっていることを特徴とするものである。
【００１０】
分離流路に導入すべきｐｌレベルの試料量を、試料導入量規定流路の容積により規定することにより、その規定された量の試料のみを試料導入部から分離流路に導入することができる。
【００１１】
試料導入部は基板の下面に設けられ、分離流路の他端と試料導入量規定流路の先端は基板の上面に開口をもち、それぞれの開口に開閉機構を備えているようにすることが好ましい。
開閉機構の一例としてバルブを使用することができる。
【００１２】
本発明の分析方法は、上記のマイクロ流体デバイスを使用し、そのマイクロ流体デバイスに泳動バッファを注入し、開閉機構を作動させて試料導入部から試料導入量規定流路の容積に相当する量の試料を導入した後、試料導入部と分離流路の他端との間に電圧を印加して、導入した試料の電気泳動による分離分析を行なうことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に一実施例のマイクロ流体デバイスを示す。
ガラス、石英ガラス、樹脂などからなる一対の透明基板の一方に流路が形成され、両基板が接合されることによって、得られた接合基板１０の内部に、分離流路Ｃｓと、分離流路Ｃｓから分岐した試料導入量規定流路Ｃｄが形成されている。分離流路Ｃｓは一端側（図では左側）で、接合基板１０の下面側に開口をもち、その開口に通じる筒部材１２が接合されることによって、分離流路Ｃｓは接合基板１０の下面側に延びている。筒部材１２の先端が試料導入部Ｉｎｊとなっている。
【００１４】
分離流路Ｃｓの他端は接合基板１０の上面側に開口をもち、その開口に開閉機構としてバルブＶｓが設けられている。分離流路Ｃｓの他端側が検出部Ｄとなり、試料導入量規定流路Ｃｄはその検出部ＤとバルブＶｓの間の分離流路Ｃｓから分岐して形成されている。試料導入量規定流路Ｃｄの先端も接合基板１０の上面側に開口をもち、その開口にも開閉機構としてバルブＶｉが設けられている。
【００１５】
接合基板１０内の分離流路Ｃｓのサイズは、幅が１０〜２００μｍ、深さが２〜９０μｍ、長さが１０〜１００ｍｍである。筒部材１２は円筒状で、その穴の径は５００〜５０００μｍである。試料導入量規定流路Ｃｄの容積は、実際に分離流路Ｃｓに導入する試料量になるよう寸法デザインを設定してある。
バルブＶｉ，Ｖｓはダイヤフラムの構造をもっている。
【００１６】
以下に、図２と図３により、この実施例のマイクロ流体デバイスを用いた分析方法を説明する。ただし、図２と図３ではマイクロ流体デバイスを簡略化して示している。
【００１７】
まず、図２（Ａ）に示されるように、バルブＶｉを閉じた状態でバルブ∨ｓを開け、泳動バッファをバルブＶｓのポートから注入する。この時、バルブＶｓ側から加圧送液してもよいし、試料導入部Ｉｎｊから引圧で注入してもよい。バルブＶｉは閉じられた状態なので、流路Ｃｄには泳動バッフアは導入されない。
【００１８】
泳動バッフアを分離流路Ｃｓに注入終了後、図２（Ｂ）に示されるように、バルブＶｓを閉じ、試料導入部Ｉｎｊを試料２０中に浸し、バルブＶｉを開ける。この時、流路Ｃｄに分離流路Ｃｓ中の泳動バッフアが毛管現象により導入され、その結果、試料導入部Ｉｎｊから分離流路Ｃｓに試料２０が体積変化分導入される。もし、バルブＶｉが密なる構造であれば、バルブＶｉを開けたときの体積変化によっても分離流路Ｃｓ中の泳動バッフアが流路Ｃｄに導入されうる。２２は分離流路Ｃｓに導入された試料である。
【００１９】
試料導入後、図３に示されるように、バルブＶｉを再び閉じて、分離流路Ｃｓの両端部を泳動バッファに浸すために、試料導入部Ｉｎｊを泳動バッファ３０のリザーバに浸し、バルブＶｓを開ける。分離流路Ｃｓには泳動バッファが注入されているので、この状態で分離流路Ｃｓの両端部が泳動バッファに浸された状態になる。次に、分離流路Ｃｓの両端部の泳動バッファに電極を挿入し、高圧電源３２から分離流路Ｃｓの両端間に電圧を印加することにより、電気泳動分離を行なう。
【００２０】
分離ピークの検出は種々の方法で行なうことができる。例えば、検出位置Ｄにおける光学的な蛍光検出、ＵＶ（紫外線）吸収検出、化学発光検出、作用電極と検出電極を設けた電気化学検出、あるいは分離流路Ｃｓ末端から工レクトロスプレイ法によりイオン化して質量分析計で検出するなどの方法がある。
【００２１】
分析終了後、バルブＶｉ，Ｖｓを開け、流路Ｃｄ端部から加圧により泳動バッファのフラッシュによる除去を行なう。洗浄が必要な場合は、泳動バッファ注入と同じ手順で行い、同じくすべての流路のフラッシュを行なう。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のマイクロ流体デバイスは、分離流路から分岐した試料導入量規定流路を備え、試料導入量規定流路の容積が導入される試料量となっているので、分離に必要な極微量の試料を試料導入量規定流路の容積により規定して分離流路末端部位に直接導入できる。この際、複雑な電圧の印加や、吸引あるいは加圧ポンプを必要としない。試料導入方法は、密閉空間の体積変化を利用するため、非常に簡単である。
また、電気泳動を用いないため、試料のイオン強度やイオン性夾雑物の影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例のマイクロ流体デバイスを示す概略斜視図である。
【図２】同実施例のマイクロ流体デバイスにおける試料導入方法を示す概略平面図であり、（Ａ）は泳動バッファ注入工程、（Ｂ）は試料導入工程をそれぞれ示している。
【図３】同実施例のマイクロ流体デバイスにおける電気泳動分離工程を示す概略平面図である。
【図４】従来のマイクロ流体デバイスを示す図であり、（Ａ）は一方の基板の平面図、（Ｂ）は他方の基板の平面図、（Ｃ）は両基板を重ねて接合した状態での側面図である。
【符号の説明】
１０接合基板
１２筒部材
２０試料
２２導入された試料
３０泳動バッファ
３２高圧電源
Ｃｓ分離流路
Ｃｄ試料導入量規定流路
Ｉｎｊ試料導入部
Ｖｓ，Ｖｉバルブ
Ｄ検出部

Claims

基板内部に分離流路と、その分離流路から分岐した試料導入量規定流路を備え、前記分離流路の一端が前記基板面から突出する方向に延びてその先端の開口が試料導入部となり、前記分離流路の他端と前記試料導入量規定流路の先端にそれぞれ開閉機構を備え、前記試料導入量規定流路の容積が導入される試料量となっていることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
前記試料導入部は前記基板の下面に設けられ、前記分離流路の他端と前記試料導入量規定流路の先端は前記基板の上面に開口をもち、それぞれの開口に前記開閉機構を備えている請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
前記開閉機構はバルブである請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ流体デバイスに泳動バッファを注入し、前記開閉機構を作動させて前記試料導入部から前記試料導入量規定流路の容積に相当する量の試料を導入した後、前記試料導入部と前記分離流路の他端との間に電圧を印加して、導入した試料の電気泳動による分離分析を行なうことを特徴とする分析方法。