JP2004279168A - Electrophoretic device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タンパク質、ポリヌクレオチド等の生体関連物質を分離及び分析するための電気泳動装置に関し、特に取扱いが容易であり、しかも高解像度での試料の分離及び分析が可能な電気泳動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
微細加工技術の進展に伴って、例えば、数センチ角のいわゆるチップサイズのガラス基板等からなるチップに、化学分析系を集積化して生体分子の分析を行う技術が進展している。
【0003】
まず初めに実用化されたのは、DNAチップ又はDNAマイクロアレイと呼ばれるデバイスである。このようなデバイスは、従来の化学分析系と比較して実施スケールを小さくすることで、より多くの試料を、より短時間で、より高感度に分析することを目的としている。
【0004】
今後は、タンパク質が、中心的な分析対象となっていくことが予見されている。従来、タンパク質の分析には、ポリアクリルアミドゲル等の大判の多孔質ゲル中で、電場により電荷を帯びたタンパク質分子を泳動させて、電荷により分離することで分析を行っていた。
【0005】
このような従来の分析系では、ポリアクリルアミドゲルの組成の均一性を保持することは困難であり、また、分析結果の再現性に難点があった。
【0006】
このようなゲル組成の均一性及び分析結果の再現性の問題を解決するために、シリコン基板上に多孔質シリコン層を形成して、その上部にシール材を配置し、多孔質シリコン層に試料を浸透させて、電界を印加することにより電気泳動を行ってタンパク質の分析を行う電気泳動装置が知られている。(例えば、特許文献1、特許請求の範囲参照。)
【0007】
【特許文献1】
特開平9−304340号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した文献に開示されている電気泳動装置による分析では、多数の試料を同時に、分析することは困難である。また、泳動長が十分にとれないため、分解能を上げて精度の高い分析を行うことが困難である。
【0009】
そこで、この発明の目的は、同時に多数の試料を、互いに分離された状態で、短時間で、しかもより高い分解能で分析することが可能であるいわゆるチップサイズの電気泳動装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この目的の達成を図るため、この発明の電気泳動装置は、下記のような構成上の特徴を有している。すなわち、第1の主表面と、第1の主表面に対向する第2の主表面を有する基板と、第1の主表面に形成されている複数の溝部と、溝部を埋め込むように形成されている多孔質体からなる泳動チャネルと、泳動チャネルの両端部に形成されている第1の端縁部及び第2の端縁部と、第1及び第2の端縁部が露出するように形成されている泳動チャネル保護膜とを具えている。
【0011】
この発明の電気泳動装置の構成によれば、チップサイズのスケールで、しかも複数の泳動チャネルが互いに分離された状態で、電気泳動を行うことができるので、同時に多数の試料を、短時間で、より高い分解能で分析することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この発明が理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されているに過ぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。また、以下の説明において、特定の材料、条件及び数値条件等を用いることがあるが、これらは好適例の一つに過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。また、以下の説明に用いる各図において同様の構成成分については、同一の符号を付して示し、その重複する説明を省略する場合もあることを理解されたい。
【0013】
(第1の実施の形態)
図1(A)、(B)及び(C)を参照して、この発明の第1の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。図1(A)は第1の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図1(B)は、図1(A)のI−I’破線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図であり、及び図1(C)は、図1(A)のII−II’破線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【0014】
第1の実施の形態の電気泳動装置10は、基板20を具えている。この基板20は、第1の主表面20aと、この第1の主表面20aに対向する第2の主表面20bを有している。
【0015】
基板20は、例えばシリコン基板、石英ガラスや無蛍光ガラスといったガラス基板又はポリイミド等により形成されているプラスチック基板といった従来から半導体デバイスに適用されているフィルム状体又は板状体を適宜選択することができる。
【0016】
好ましくは、シリコン基板とするのがよい。シリコン基板とすれば、基板20中に、例えば電気泳動のための電圧を印加するための電気回路、電気泳動の開始や終了等の電気泳動チャネル30各々の制御を行うコントロール回路、温度や基板の傾きを検出するためのセンサ素子、さらには演算回路や通信回路を、半導体製造プロセスを用いて作り込むことで、さらなる高機能化を図ることができる。
【0017】
ここで、この発明の電気泳動装置10を構成する基板20は、例えば、第1の主表面20aと第2の主表面20bが互いに同一形状かつ同一サイズの矩形状である板状体としてある。好ましくは、例えば第1及び第2の主表面20a及び20bのサイズは、短手方向の長さを10mm程度とし、長手方向の長さを30mm程度に設定するのがよい。
【0018】
基板20の第1の主表面20aには、複数の溝部22が形成されている。溝部22は、この構成例ではその断面形状は矩形状としてあるが、これに限定されず、例えば半円形状その他の任意好適な形状に形成することもできる。これら溝部22は、設定された第1の主表面20aの長手方向に沿って、直線状の形状でかつ互いに平行に、離間して形成されている。
【0019】
この溝部22の大きさは、この発明の目的を損なわない範囲で、分解能、適用される試料を考慮して、適宜設定することができる。全長については、泳動距離が長いほど分解能が向上するので可能な限り長くとるようにするのがよい。
【0020】
このとき全長を、好ましくは、第1の主表面20aの長手方向の長さと等しくするのがよい。例えば上述のように基板20の長手方向の長さを30mmとした場合には、溝部22の全長も30mmとするのがよい。
【0021】
溝部22の断面の大きさ、すなわち第1の主表面20a上での溝幅は、泳動される試料、例えば生体分子であるタンパク質又は核酸の注入量や測定方法を考慮して適宜設定すればよい。例えば試料としてタンパク質が想定される場合には、その幅を、0.5μm〜1000μmの範囲に設定するのがよい。好ましくは、この幅を例えば10μm程度とするのがよい。
【0022】
同様に溝部22の深さ(高さ)は、試料としてタンパク質が想定される場合には、0.1μm〜1000μmの範囲に設定するのがよい。この深さを、好ましくは、例えば3μm程度とするのがよい。
【0023】
隣接する泳動チャネル30同士の間隔は、この発明の目的を損なわない範囲で、形成される泳動チャネルの数を考慮して、決定すればよいが、泳動チャネルの製造には、半導体装置の製造プロセスを使用することができるので、この間隔を、例えば0.1μm〜10μmの範囲とすることができる。または、10μmよりも大きい任意好適な間隔としてもよい。好ましくは、試料の注入、分析のしやすさを考慮して、この間隔を例えば100μm程度とするのがよい。
【0024】
複数の溝部22それぞれには、泳動チャネル30が形成されている。泳動チャネル30は、溝部22を多孔質体により埋め込むことで形成されている。この多孔質体は、好ましくは、例えば多孔質シリカとするのがよい。
【0025】
これら泳動チャネル30は、第1の主表面20aの長手方向に沿って、直線状の形状を有していて、互いに平行に、かつ互いに離間するように形成されている。すなわち直線状の第1の泳動チャネル30−1、第2の泳動チャネル30−2、第3の泳動チャネル30−3、・・・、及び第nの泳動チャネル30−n(nは4以上の正数である。)の複数の泳動チャネル30が、互いに平行に、かつ互いに離間するように形成されている。
【0026】
泳動チャネル30が形成されている基板20の第1の主表面20a上には、泳動チャネル30の両端部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a及び32bが露出されている。すなわち、第1及び第2の端縁部32a及び32bが露出するように泳動チャネル保護膜40が形成されている。
【0027】
この第1の実施の形態の電気泳動デバイスによれば、複数の泳動チャネル毎に分離された状態で電気泳動を行うことができるので、同時に多数の試料を、互いに分離された状態で、短時間で、かつより高い分解能で分析することができる。特に泳動チャネル各々が互いに離間するように独立して形成されているので、例えば、複数の互いに無関係の試料を、同時に複数の泳動チャネルが干渉して、試料の混合するといった悪影響を及ぼすことなく電気泳動を行うことができる。
【0028】
次に図2(A)〜図3(B)を参照して、第1の実施の形態の電気泳動装置の製造方法につき説明する。
【0029】
図2(A)〜図3(B)は、図1(A)のII−II’線に沿って切断した切断面の一部分を示す概略的な断面図である。
【0030】
なお、この発明の電気泳動装置10の製造方法を説明するにあたり、各図では1つの電気泳動装置10のみを図示して説明するが、実際には、例えば1枚の大判のシリコン基板上に多数の半導体デバイスを格子状に形成する場合と同様に、大型の基板20に同時に複数の電気泳動装置10が製造される。
【0031】
まず、大判の基板20上に、複数の電気泳動装置10を形成するための領域を予め設定しておく(図示しない。)。そして、この領域内で、後に個片化することを想定して、半導体装置10同士の間隔、泳動チャネル30の形状、幅及び隣接する泳動チャネル30同士の間隔、すなわち泳動チャネル30の個数を設定する。
【0032】
次に、図2(A)に示したように、基板20の第1の主表面20a上に、泳動チャネルが形成される領域が露出するように、従来公知の半導体デバイス製造工程で適用されるのと同様の条件でのフォトリソグラフィ工程により、レジスト層70をパターニングしたレジストパターン(以下、単にレジスト層と称する場合もある。)をマスクとして基板20の第1の主表面20aを覆う。このレジスト層70の材料として、好ましくはシリコン含有ポジ型レジストを使用するのがよい。そして、このレジスト層70をスピンコート塗布、プリベーク処理、フォトマスク形成、露光及び現像工程を行って形成する。
【0033】
具体的には、まず、レジスト材料をスピンコート法により基板全面に塗布して成膜し、必要に応じてプリベーク処理する。次いで泳動チャネル30に対応するパターンを形成したフォトマスクを用いて、このレジストを露光し、さらに現像することにより、レジスト層70を形成する。然る後、純水により洗浄し、スピンドライヤにより乾燥させる。
【0034】
次いで、図2(B)に示したように、レジスト層70をマスクとして用いて、露出している基板20にエッチング処理を行って、第1の主表面20a側に複数の溝部22を所定の間隔で形成する。このエッチング工程は、好ましくは、例えば酸素プラズマによる反応性イオンエッチング(以下、単にRIEとも称する。)により行うのがよい。反応条件は、従来公知の反応条件を適用することができるが、溝部22の幅、深さ及び断面形状を考慮して、反応条件を適宜調節することで、所定の形状を有する溝部22を形成することができる。
【0035】
この実施の形態の製造方法例では、溝部22の形成を反応性イオンエッチングを行うことにより形成する例につき説明したが、例えばいわゆるスライシング装置(ダイシング装置)により機械的に行うこともできる。
【0036】
次いで、図2(C)に示したように、パターニングされたレジスト層70をマスクとして用いて、溝部22を埋め込むように、泳動チャネル30を形成する。この泳動チャネル30は、電気泳動が可能な程度の大きさの細孔径及び気孔率を有する多孔質体により形成される。材料としては、好ましくは、例えば多孔質シリカにより構成するのがよい。
【0037】
ここで、泳動チャネル30の形成工程につき説明する。以下に説明する▲1▼〜▲4▼は、この発明の電気泳動デバイス10に適用して好適な泳動チャネル30の形成工程である。
【0038】
▲1▼ 第1の方法
第1の方法は、いわゆるゾル−ゲル法による形成工程である。まず、アルコキシドと、溶媒としてのアルコール類、触媒としての酸又は塩基、及び加水分解のための水を含む混合溶液を出発溶液として、この混合溶液を所定の温度に加熱して、加水分解及び重縮合反応により、ゾル状の溶液とする。このゾル状の溶液を、例えば従来公知のスピンコート法により、レジスト層70を介して溝部22を埋め込むように塗布する。然る後、所定の温度及び時間で加熱することで水及び溶媒を蒸発させて、多孔質体として形成する。好ましくは、例えばアルコキシドとして、ケイ酸メトキシドを使用して、モル比にして、ケイ酸メトキシド:水:メタノール:塩化水素=1:4:2:0.4の出発溶液を用いて、スピンコート法により、溝部22を埋め込むように、レジスト層70上に塗布する。然る後、所定の温度及び時間で加熱することで水及び溶媒を蒸発させて、泳動チャネル30を形成するのがよい。
【0039】
例えば具体的な反応条件としては、150℃で1時間の焼成を行う例が挙げられる。このようにして平均細孔径3nm及び気孔率0.6%の泳動チャネルが得られる。ここでいう「平均細孔径」及び「気孔率」は、透過型電子顕微鏡による泳動チャネルの断面の画像より見積もった概算値として求めることができる。
【0040】
一般に、タンパク質の電気泳動に好適な細孔径の範囲は、細孔径が1nm〜10μmであり、好ましくは2nm〜50nmとするのがよい。気孔率は、好ましくは0.5%〜50%の範囲とするのがよい。
【0041】
また、このゾル−ゲル法において、例えばAl2O3、MgO、SiO2、ZrO2及びTiO2のいずれかから無機物を選択する。また、例えばアルキル基、アシル基又はフェニル基を有する有機化合物のいずれかから有機物を選択する。そして、これらを化学結合させることにより得られる有機無機複合体を使用することができる。
【0042】
例えばメチルトリエトキシシラン及びジメチルジエトキシシランを含む群から選択されるアルキルアルコキシシランのいずれかと、テトラエトキシシランを含む群から選択されるアルコキシシランとの混合物、又はポリジフェニルシロキサンオリゴマーとテトラエトキシシランとの混合物の膜を基板20上に形成した後、加熱により有機成分を除去することで多孔質体を形成することができる。
【0043】
具体的には、メチルジエトキシシランとテトラエトキシシランとを用いて、ゾル−ゲル膜を形成することができる。この場合には、メチル基が残存する有機無機複合体膜が形成できる。また、ポリジフェニルシロキサンオリゴマーとテトラエトキシシランとを用いて、ゾル−ゲル膜を形成することもできる。この場合には、フェニル基が残存する有機無機複合体膜が形成できる。
【0044】
▲2▼ 第2の方法
第2の方法は、スピンオングラス溶液(例えば、東京応化株式会社製のSiO2被膜形成用の塗布液であるOCD−T10等)又はシリカ超微粒子分散溶液を用いて、泳動チャネル30を形成する工程である。
【0045】
例えば、上述のスピンオングラス溶液にヨウ素を添加し、このヨウ素含有溶液をスピンコート法によりレジスト層70のパターンを用いて、溝部22を埋め込む。ヨウ素を徐々に脱離させた後に、例えば450℃で1時間、窒素雰囲気下で加熱処理を行うことで、細孔径約60nmの泳動チャネル30を形成することができる。
【0046】
▲3▼ 第3の方法
第3の方法は、従来技術の項で説明した特開平9−304340号公報と同様のシリコン基板の陽極酸化処理を行うことにより、細孔径10nm程度の多孔質シリコン層を形成する方法である。
【0047】
▲4▼ その他の方法
その他の方法としては、適用可能な、例えばゼオライト又はAl2O3、MgO、SiO2、ZrO2又はTiO2等の酸化物を従来公知のスパッタリング工程により、基板上に堆積させることで多孔質膜の形成が可能である。このとき、細孔径はスパッタリングの条件を調節することで制御することができる。
【0048】
さらに、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、及びポリアクリルアミド等の高分子材料を用いて、従来公知の発泡剤分解法や、溶媒気散法、化学反応法、又は焼成法により多孔質膜を形成することが可能である。
【0049】
好ましくは、実施の容易さを考慮して、上述▲1▼のゾル−ゲル法により、泳動チャネル30を形成するのがよい。
【0050】
次いで、図3(A)に示したように、レジスト層70を、適切なレジスト剥離用の剥離液により、除去する。
【0051】
然る後、図3(B)に示したように、露出した泳動チャネル30の上面を、例えばCMP(化学的機械的研磨)法により研磨して平坦化する。このとき、好ましくは泳動チャネルの上面のレベル(すなわち高さ、以下同じ。)と、基板20の第1の主表面20aのレベルが実質的に同一のレベルとなるように平坦化するのがよい。しかしながら、泳動チャネル30の上面が、第1の主表面20aよりも高いレベルで突出していてもよい。また、泳動チャネル30の上面を均一に、すなわち泳動チャネル30の横断面及び縦断面の形状を泳動チャネル30の全長にわたって、電気泳動に支障がない程度に均一に形成することができる場合には、必ずしもこの研磨工程は必要ない。この場合には、製造プロセスをより簡略にすることができる。
【0052】
次いで、形成された複数の泳動チャネル30を保護するために、チャネル保護膜40を、泳動チャネル30を覆うように、基板20の第1の主表面上に形成する。
【0053】
この実施の形態の電気泳動装置10は、基板20の第1の主表面20a側から分析結果を得ること、すなわち試料の泳動パターンを分析することが想定されている。従ってチャネル保護膜40は、分析における分解能を損なわない範囲で適宜の材料を選択して形成するのがよい。好ましくは、この保護膜40をSiO2膜とするのがよい。この保護膜40をSiO2で形成した場合には、例えば1μm〜3μm程度の薄膜として形成するのがよい。
【0054】
このようなチャネル保護膜40の形成は、例えば、SiO2膜の場合には、従来公知の一般的な条件を適用して、ケイ酸エチル(TEOS)ガスを用いるプラズマCVD法により、例えばSiO2を所望の厚さで堆積させることができる。
【0055】
ここで、図4(A)〜図4(C)を参照して、泳動チャネル30の露出している第1及び第2の端縁部32a及び32bの形成工程につき説明する。
【0056】
図4(A)〜図4(C)は、図1(A)のI−I’線に沿って切断した切断面の一部分を示す概略的な断面図である。この断面図は、泳動チャネル30の延在方向に沿った、縦断面図である。端縁部32の近傍のみを拡大して示し、他の部分は省略してある。
【0057】
図4(A)に示したように、基板20の第1の主表面20a側に、既に説明した工程により、泳動チャネル30を形成する。
【0058】
然る後、図4(B)に示したように、電気泳動チャネルの端縁部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a及び32bとなる領域を端縁部露出用保護膜80により覆っておく。この端縁部露出用保護膜80は、例えばステンレス合金によるメタルマスクを接触配置するか、又は例えば光重合性ポリイミド等の耐熱性樹脂の膜を厚膜印刷法により形成するのがよい。
【0059】
そして、チャネル保護膜40を形成した後に、図4(C)に示したように、端縁部露出用保護膜80を、必要ならば、適切な剥離液等の剥離手段により、剥離して除去する。このようにして、第1及び第2の端縁部32a及び32bが露出されて形成される。
【0060】
然る後、基板20上に、格子状に形成されている複数の構造体(電気泳動装置)を、互いに隣接する構造体同士の間を切削して切断することで個片化する。このようにして、1枚の大判の基板から複数の電気泳動装置10を得る。この個片化工程は、好ましくは例えば高速回転するブレードを用いたダイシング装置により、行うのがよい。
【0061】
この第1の実施の形態の電気泳動装置の製造方法によれば、簡易な工程で、効率的に多数の第1の実施の形態の電気泳動装置を同時に製造することができる。
【0062】
(第2の実施の形態)
図5(A)、(B)及び(C)を参照して、この発明の第2の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。なお、第1の実施の形態で既に説明した構成要素については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。また、適用される材料、及び各工程の実施条件等は第1の実施の形態で説明したものを同様に適用できるので、その詳細な説明は省略する場合もある。
【0063】
図5(A)は第2の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図5(B)は、図5(A)のI−I’線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図であり、及び図5(C)は、図5(A)のII−II’破線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【0064】
第2の実施の形態の電気泳動装置10は、基板20を具えている。この基板20は、第1の主表面20aと、この第1の主表面20aに対向する第2の主表面20bとを有している。
【0065】
基板20は、第1の主表面20aと第2の主表面20bとが互いに同一形状かつ同一サイズの矩形状である板状体としてある。
【0066】
基板20の第1の主表面20a上には、その断面形状が矩形状である筒状の複数の泳動チャネル30が直線状に形成されている。これら泳動チャネル30は、第1の主表面20aの長手方向に沿って、互いに平行に、かつ互いに離間するように形成されている。これら泳動チャネル30を、直線状の第1の泳動チャネル30−1、第2の泳動チャネル30−2、第3の泳動チャネル30−3、・・・、及び第nの泳動チャネル30−n(nは4以上の正数である。)として図に示してある。
【0067】
この泳動チャネル30は、多孔質体により形成されている。
【0068】
第1及び第2の端縁部32a及び32b、すなわち泳動チャネル30の両端部32は、露出されている。
【0069】
泳動チャネル30の表面は、保護膜34により覆われている。
【0070】
泳動チャネル及び保護膜34が設けられている基板20上には、第1の主表面20aの長手方向の両端部側を覆わないようにして、泳動チャネル保護膜40を形成してある。従って、泳動チャネル30の第1及び第2の端縁部32a及び32bは露出している。
【0071】
第2の実施の形態の電気泳動装置の構成によっても、第1の実施の形態の電気泳動装置と同様の作用効果を得ることができる。
【0072】
次に図6(A)〜(D)を参照して、第2の実施の形態の電気泳動装置の製造方法につき説明する。
【0073】
図6(A)〜(D)は、図5(A)のII−II’線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【0074】
大判の基板20上に、複数の電気泳動装置10を形成するための領域を予め設定しておく(図示しない。)。そして、この領域内で、後に個片化することを想定して、半導体装置10同士の間隔、泳動チャネル30の形状、幅及び隣接する泳動チャネル30同士の間隔を設定する。
【0075】
次に、図6(A)に示したように、基板20の第1の主表面20a上の全面に、泳動チャネル30を構成するための多孔質体の膜、すなわち泳動チャネル形成用の膜30’を、予め設定されている、泳動チャネル30の所定の厚さと等しい厚さで形成する。この泳動チャネル形成用の膜30’の形成工程は、第1の実施の形態で既に説明した▲1▼〜▲4▼の形成工程のうちいずれかの方法により行うのがよい。
【0076】
そして、図6(B)に示したように、例えば、従来公知の一般的な条件を適用して、ケイ酸エチル(TEOS)ガスを用いるプラズマCVD法により、泳動チャネル形成用の膜30’を保護するためのSiO2の膜である保護膜34を、膜30’上の全面に形成する。この保護膜34は、泳動チャネル形成用の膜30’を、後に形成されるレジスト層70から保護できる程度の厚さとすればよい。この保護膜34の膜厚を、好ましくは、例えば0.2μm程度とするのがよい。
【0077】
次に図6(B)に示したように、従来公知の半導体デバイス製造工程で適用されるのと同様の条件でのフォトリソグラフィ工程により、レジスト層70を形成する。レジスト層70の材料として、好ましくはシリコン含有ポジ型レジストを使用して、スピンコート塗布、プリベーク処理、フォトマスク形成、露光及び現像工程を行ってレジスト層70を形成する。このレジスト層70は、形成される泳動チャネル30となるチャネル形成用の膜30’上を覆うようにパターニングされている。
【0078】
次いで、図6(C)に示したように、パターニングされたレジスト層、すなわちレジストパターン70をマスクとして、これらレジストパターン70が形成されていない領域に、露出しているチャネル形成用の膜30’に対してエッチング処理を行うことで、パターニングすることにより泳動チャネル30を形成する。このエッチング工程は、好ましくは、例えば酸素プラズマによる反応性イオンエッチング(RIE)により行うのがよい。反応条件は、従来公知の反応条件を適用することができるが、特に所定の泳動チャネル30の幅、深さ及び断面形状を考慮して反応条件を適宜調節することにより、所定の形状を有する泳動チャネル30を形成することができる。この泳動チャネル30は、上述したような電気泳動が可能な程度の大きさの細孔径及び気孔率を有する多孔質体、例えば多孔質シリカで構成するのがよい。
【0079】
次いで、レジスト層70を、適切なレジスト剥離用の剥離液により、除去する。
【0080】
次いで、図6(D)に示したように、形成された複数の泳動チャネル30を保護するために、チャネル保護膜40を、泳動チャネル30を覆うように、基板20の第1の主表面上に形成する。
【0081】
この第2の実施の形態の製造方法では、チャネル保護膜40として、泳動結果の分析精度等を考慮して、例えばフッ素化ポリイミドとする構成例を説明する。このようにチャネル保護膜40をフッ素化ポリイミドにより形成した場合には、可視光領域における光の吸収を抑えることができるのでより好適である。また、例えばコーティング法といったより簡易な工程により、この保護膜40を所望の厚さの薄膜として形成することができる。また、好ましくはその膜厚を例えばチャネル保護膜40は、10μm程度の薄膜として形成するのがよい。
【0082】
このようなチャネル保護膜40としてのフッ素化ポリイミド層の形成は、例えば、従来公知のコーティング法等を適用して一般的な条件により、所望の厚さで形成することができる。
【0083】
ここで、図7(A)及び(B)を参照して、泳動チャネル30の露出している第1及び第2の端縁部32a及び32bの形成工程につき説明する。
【0084】
図7(A)及び(B)は、図5(A)のI−I’線に沿って、切断した切断面を示す概略的な断面図である。端縁部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a又は32bの近傍を拡大して示し、他の部分は省略してある。
【0085】
図7(A)に示したように、基板20の第1の主表面20a側に、既に説明した工程により、泳動チャネル30を形成する。
【0086】
そして、図7(B)に示したように、フッ素化ポリイミド樹脂層であるチャネル保護膜40とその下側の保護膜34とを部分的に除去して、泳動チャネル30の端縁部32を露出させる。これらチャネル保護膜40及び保護膜34の部分的な除去には、例えばスライシング装置を用いて、所望の端縁部領域のみを削り取ることによって行う。
【0087】
然る後、基板20上に、格子状に形成されている複数の構造体を、互いに隣接する構造体同士の間を切削して切断することにより個片化する。このようにして、1枚の大判の基板20から複数の電気泳動装置10を得る。
【0088】
このように第2の実施の形態の電気泳動装置の製造方法によれば、簡易な工程で、効率的に多数の第2の実施の形態の電気泳動装置を製造することができる。
【0089】
特に泳動チャネルの形成において、材料を膜として基板上全面に形成した後にパターニングを行うことができるので、複数の泳動チャネルをより均質に製造することができる。
【0090】
(第3の実施の形態)
図8(A)、(B)及び(C)を参照して、この発明の第3の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。なお、第1及び第2の実施の形態で既に説明した構成要素については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。また、適用される材料、工程の実施条件等は第1及び第2の実施の形態で説明したものを同様に適用できるので、その詳細な説明は省略する。
【0091】
図8(A)は第3の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図8(B)は、図8(A)のI−I’破線に沿って切断した縦断面を示す概略的な断面図であり、及び図8(C)は、図8(A)のII−II’破線に沿って切断した横断面を示す概略的な断面図である。
【0092】
第3の実施の形態の電気泳動装置10は、基板20を具えている。この基板20は、第1の主表面20aと、この第1の主表面20aに対向する第2の主表面20bとを有している。
【0093】
基板20は、第1の主表面20aと第2の主表面20bが互いに同一形状かつ同一サイズの矩形状である板状体としてある。
【0094】
基板20の第1の主表面20aには、複数の溝部22が形成されている。溝部22は、この構成例ではその断面形状も矩形状としてある。これら溝部22は、第1の主表面20aの長手方向に沿って、直線状の形状で、互いに平行に、かつ互いに離間するように形成されている。
【0095】
複数の溝部22それぞれには、泳動チャネル30が形成されている。泳動チャネル30は、多孔質体により溝部22を埋め込むことで形成されている。
【0096】
従って、これら直線状の形状の泳動チャネル30は、第1の主表面20aの長手方向に沿って、互いに平行に、かつ互いに離間するように形成されている。
【0097】
泳動チャネル30が形成されている基板20の第1の主表面20a上には、泳動チャネル30の両端部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a及び32bが露出するように、泳動チャネル保護膜40が形成されている。
【0098】
泳動チャネル30の第1の端縁部32aには、導電性の材料により第1の電極50が形成されている。また、第2の端縁部32bには、導電性の材料により第2の電極52が形成されている。第1及び第2の電極50及び52は、それぞれ第1の泳動チャネル30−1〜第nの泳動チャネル30−nの各々に形成されている。第1及び第2の電極50及び52は好ましくは例えばクロム(Cr)の薄膜を形成した後、このクロムの薄膜上に金(Au)の薄膜を形成して構成するのがよい。
【0099】
なお、この第3の実施の形態の電気泳動装置10の泳動チャネル30に形成される第1及び第2の電極50及び52は、それぞれが第1の泳動チャネル30−1〜第nの泳動チャネル30−n各々に形成されている構成例を説明したが、第1及び第2の電極50及び52は、複数の泳動チャネル30にまたがるように、形成することもできる。例えば、第1の電極50を、泳動チャネル30の第1の端縁部32aの側で、すべての泳動チャネル30にまたがるように、1つの電極として形成することもできる。
【0100】
さらに、この第3の実施の形態の電気泳動装置10には、この構成例では開口部42が形成されていることを特徴としている。この開口部42は、各泳動チャネル30に電気泳動に供される試料を供給するために、チャネル保護膜40の表面から泳動チャネル30の表面に至るように開口されている。この例では、各泳動チャネル30につき1つずつ開口部42を形成してある。
【0101】
この開口部42は、試料の供給に支障を来さない範囲でその形状及び大きさを決定することができる。
【0102】
開口部42は、複数の泳動チャネル30にまたがるように、すなわち、泳動チャネル30の延在方向に対して垂直方向に、1又は2以上の開口部42として、例えば複数の泳動チャネル30が1つの開口部42により露出される構成とすることもできる。
【0103】
また、開口部42は、各泳動チャネル30の第1の電極50と第2の電極52との間の泳動チャネル30上であれば、任意好適な位置に形成することができる。
【0104】
特に図8(A)に示したように、開口部42を第1の電極50と第2の電極552の間の、より中央部側に設けた場合には、試料の有する電荷に従って、試料を開口部42から第1の電極50側へ、及び開口部42から第2の電極52側へ、すなわち泳動チャネル30の延在方向の両方向へ電気泳動できる。単一方向への泳動が所望の場合には、第1の電極50又は第2の電極52の近傍に開口部42を形成すればよい。
【0105】
この実施の形態の電気泳動装置10において、第1及び第2の電極50及び52と、開口部42の双方を具える構成例につき説明したが、いずれか一方のみを具える構成とすることもできる。
【0106】
なお、この実施の形態の電気泳動装置10には、第1及び第2の泳動用緩衝液供給手段60及び62が付加された構成例を図示してある。この第1及び第2の泳動用緩衝液供給手段60及び62は、泳動チャネル30に電気泳動のための緩衝液を供給し、また泳動チャネル30から泳動用緩衝液を導出するための構成である。これらは、好ましくは、例えば同一素材かつ同一形状のファイバ繊維により構成するのがよい。具体的な電気泳動プロセスについては後述する。
【0107】
この第3の実施の形態の電気泳動装置の構成によれば、上述した第1の実施の形態の電気泳動装置と同様の作用効果に加えて、第1及び第2の電極50及び52は、それぞれが第1の泳動チャネル30−1〜第nの泳動チャネル30−nの各々に形成されている場合には、それぞれの泳動チャネル30に個別に電界を印加することで互いに独立して泳動することができるので、電気泳動装置10を柔軟に運用することができる。また、開口部42を形成してあるので、泳動チャネル30に対して、より正確な試料の供給を行うことができる。
【0108】
次に図9(A)〜図9(C)を参照して、第3の実施の形態の電気泳動装置の製造方法につき説明する。
【0109】
図9(A)〜図9(C)は、図8(A)のII−II’線に沿って、切断した横断面を示す概略的な断面図である。
【0110】
まず、基板20上に、複数の電気泳動装置10を形成するための領域を予め設定しておく(図示しない。)。そして、この領域内で、後に個片化することを想定して、半導体装置10同士の間隔、泳動チャネル30の形状、幅及び隣接する泳動チャネル30同士の間隔を設定する。
【0111】
図9(A)に示したように、第1の実施の形態で既に説明したのと同様の工程により泳動チャネル30を形成する。泳動チャネル30は、上述の▲1▼〜▲4▼のいずれかの方法により形成すればよい。
【0112】
然る後、図9(B)に示したように、露出した泳動チャネル30の上面を、例えばCMP(化学的機械的研磨)法により研磨して平坦化する。
【0113】
次いで、形成された複数の泳動チャネル30を保護するために、チャネル保護膜40を、泳動チャネル30を覆うように、基板20の第1の主表面20a上に形成する。
【0114】
次いで、図9(C)に示したように、開口部42が形成される領域が露出するパターンを有するレジスト層70を、従来公知のフォトリソグラフィ法により形成する。次いで、レジスト層70をマスクとして、上述したような例えば酸素プラズマによる反応性イオンエッチングにより、複数の泳動チャネル30各々の一部分が露出するように開口部42を形成する。
【0115】
ここで、図10(A)〜図10(D)を参照して、泳動チャネル30の露出している第1及び第2の端縁部32a及び32b及び第1及び第2の電極50及び52の形成工程につき説明する。これらの工程は、上述の図9(A)〜図9(C)を用いて説明した工程と並行して行われる。
【0116】
図10(A)〜図10(D)は、図8(A)のI−I’線に沿って切断した縦断面を示す概略的な断面図である。端縁部32の近傍のみを拡大して示し、他の部分は省略してある。
【0117】
図10(A)に示したように、基板20の第1の主表面20a側に、既に説明した工程により、泳動チャネル30を形成する。
【0118】
さらに、図10(B)に示したように、泳動チャネル保護膜40を形成する。次いで、電気泳動チャネルの端縁部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a及び32bとなる領域及び開口部42となる領域が露出するパターンを有するレジスト層(すなわちレジストパターン)70を、従来公知のフォトリソグラフィ法により形成する。
【0119】
次いで、図10(C)に示したように、レジスト層70をマスクとして、泳動チャネル30の表面の一部分が露出するように、上述したような例えば酸素プラズマによる反応性イオンエッチングを行う。このようにして、第1及び第2の端縁部32a及び32bと、開口部42とを形成する。
【0120】
然る後、図10(D)に示したように、露出した端縁部32に、導電性の材料を用いて、第1及び第2の電極50及び52を形成する。好ましくは、例えば電極50及び52の形成される予定領域のみが露出する構成のマスクを用いて、ステンレス合金等のメタルマスク等を用いて、従来公知の電子線蒸着法により、まずクロム(Cr)の薄膜を10nm程度に形成し、このクロムの薄膜上に金(Au)の薄膜を500nm程度の厚さで形成することにより、これら第1及び第2の電極50及び52をそれぞれ形成できる。
【0121】
然る後、基板20上に、格子状に形成されている複数の構造体(電気泳動装置)を、互いに隣接する構造体同士の間を切削して切断することによって個片化する。このようにして、1枚の大判の基板から複数の電気泳動装置10を得る。
【0122】
このように第3の実施の形態の電気泳動装置の製造方法によれば、簡易な工程で、効率的に多数のこの実施の形態の電気泳動装置を製造することができる。
【0123】
(第4の実施の形態)
図11(A)、(B)及び(C)を参照して、この発明の第4の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。なお、第1〜第3の実施の形態で既に説明した構成要素については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する場合もある。また、適用される材料、及び各工程の実施条件等は、原則として第1〜第3の実施の形態で説明した例を同様に適用できるので、その詳細な説明は省略する。
【0124】
図11(A)は第4の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図11(B)は、図11(A)のI−I’破線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図であり、及び図11(C)は、図11(A)のII−II’破線に沿って切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【0125】
第4の実施の形態の電気泳動装置10は、基板20を具えている。この基板20は、第1の主表面20aと、この第1の主表面20aに対向する第2の主表面20bとを有している。
【0126】
基板20は、第1の主表面20aと第2の主表面20bが互いに同一形状かつ同一サイズの矩形状である板状体としてある。
【0127】
基板20の第1の主表面20a上には、その断面形状が矩形状である筒状の複数の泳動チャネル30が直線状に形成されている。
【0128】
この泳動チャネル30は、多孔質体により形成されている。泳動チャネル30の両端部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a及び32bは、露出されている。
【0129】
泳動チャネル30の第1の端縁部32aには、導電性の材料により第1の電極50が形成されている。また、第2の端縁部32bには、導電性の材料により第2の電極52が形成されている。第1及び第2の電極50及び52は、それぞれ第1の泳動チャネル30−1〜第nの泳動チャネル30−nの各々に形成されている。
【0130】
泳動チャネル30の表面は、保護膜34により覆われている。
【0131】
泳動チャネル及び保護膜34が設けられている基板20上には、第1及び第2の端縁部32a及び32bが露出するように、泳動チャネル保護膜40が形成されている。
【0132】
さらに、この第4の実施の形態の電気泳動装置10の構成例には、開口部42が形成されていることを特徴としている。この開口部42は、各泳動チャネル30に電気泳動に供される試料を供給するために、チャネル保護膜40の表面から泳動チャネル30の表面に至るように開口されている。この例では、各泳動チャネル30につき1つずつ開口部42を形成してある。
【0133】
この開口部42は、試料の供給に支障を来さない範囲でその形状及び大きさを決定することができる。
【0134】
開口部42は、第3の実施の形態で既に説明したとおり、複数の泳動チャネル30にまたがるように形成することができる。
【0135】
また、開口部42は、各泳動チャネル30の第1の電極50と第2の電極52との間の泳動チャネル30上であれば、任意好適な位置に形成することができる。
【0136】
特に図11(A)に示したように、開口部42を第1の電極50と第2の電極52との間のより中央部側に設けた場合には、試料の有する電荷に従って、試料を開口部42から第1の電極50側へ、及び開口部42から第2の電極52側へと泳動チャネル30の延在方向の両方向へ電気泳動を行うことができる。単一方向への泳動が所望の場合には、第1の電極50又は第2の電極52の近傍に開口部42を形成すればよい。
【0137】
この実施の形態の電気泳動装置10において、第1及び第2の電極50及び52と、開口部42の双方を具える構成例につき説明したが、いずれか一方のみを具える構成とすることもできる。
【0138】
この第4の実施の形態の電気泳動装置の構成によれば、特に第1及び第2の電極50及び52は、それぞれが第1の泳動チャネル30−1〜第nの泳動チャネル30−n各々に形成されている場合には、それぞれの泳動チャネル30に対して個別に電界を印加して、互いに独立して電気泳動を行うことができるので、電気泳動装置10を柔軟に運用することができる。また、開口部42を形成してあるので、泳動チャネル30に対して、より正確な試料の供給を行うことができる。
【0139】
次に図12(A)〜図12(D)を参照して、第4の実施の形態の電気泳動装置の製造方法につき説明する。
【0140】
図12(A)〜図12(D)は、図11(A)のI−I’線に沿って切断した縦断面を示す概略的な断面図である。端縁部32の近傍のみを拡大して示し、他の部分は省略してある。
【0141】
まず、基板20上に、複数の電気泳動装置10を形成するための領域を予め設定しておく(図示しない。)。そして、この領域内で、後に個片化することを想定して、半導体装置10同士の間隔、泳動チャネル30の形状、幅及び隣接する泳動チャネル30同士の間隔を設定する。
【0142】
図12(A)に示したように、第2の実施の形態で既に説明した工程により泳動チャネル30を形成する。泳動チャネル30(パターニング前の膜状体も含む。)の形成は、上述の第1の実施の形態で説明した▲1▼〜▲4▼のいずれかの方法により形成すればよい。次いで、形成された複数の泳動チャネル30を保護するために、チャネル保護膜40を、泳動チャネル30を覆うように、基板20の第1の主表面20a上に形成する。
【0143】
次いで、図12(B)に示したように、電気泳動チャネルの端縁部32、すなわち第1及び第2の端縁部32a及び32bとなる領域及び開口部42となる領域が露出するパターンを有するレジスト層70を、従来公知のフォトリソグラフィ法により形成する。
【0144】
図12(C)に示したように、レジスト層70をマスクとして、上述したような例えば酸素プラズマによる反応性イオンエッチングにより、泳動チャネル保護膜40と、その下側の保護膜34とのエッチングを行う。このエッチングによって泳動チャネル30の表面の一部分をそれぞれ露出する、第1及び第2の端縁部32a及び32bと、開口部42とが形成される。
【0145】
次いで、露出した端縁部32に、導電性の材料を用いて、第1及び第2の電極50及び52を形成する。好ましくは、例えば電極50及び52を形成する領域のみが露出する構成とされた、ステンレス合金等のメタルマスクを形成し、然る後このメタルマスクを用いて、従来公知の電子線蒸着法により、まずクロム(Cr)の薄膜を10nm程度で形成する。その後このクロムの薄膜上に金(Au)の薄膜を500nm程度の厚さで形成すればよい。
【0146】
然る後、基板20上に、格子状に形成されている複数の構造体(電気泳動装置)を、互いに隣接する構造体同士の間を切削して切断することで個片化する。このようにして、1枚の大判の基板から複数の電気泳動装置10を得る。
【0147】
この第4の実施の形態の電気泳動装置の製造方法によれば、簡易な工程で、効率的に多数の第4の実施の形態の電気泳動装置を製造することができる。
【0148】
(第5の実施の形態)
図13(A)及び(B)を参照して、この発明の第5の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。なお、第1〜第4の実施の形態で既に説明した構成要素については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。また、適用される材料、及び各工程の実施条件は、原則として第1〜第4の実施の形態で説明した例を同様に適用できるので、その詳細な説明は省略する。
【0149】
図13(A)及び(B)は、第5の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図である。図13(A)は、第1の構成例を示している。図13(B)は、第2の構成例を示している。
【0150】
第5の実施の形態の電気泳動装置10は、泳動チャネル30の形状に特徴を有している。そして、この第5の実施の形態の電気泳動装置10の泳動チャネル30の構成例は、上述の第1〜第4の実施の形態で説明した電気泳動装置のいずれにも適用することができる。従って、泳動チャネル30以外の構成については、その詳細な説明を省略する。
【0151】
電気泳動装置10は、基板20を具えている。基板20には、複数の泳動チャネル30が形成されている。これら泳動チャネル30は、互いに離間して形成されている。この泳動チャネル30は、多孔質体により形成されている。
【0152】
図13(A)に示したように、第1の構成例では、複数の泳動チャネル30が、複数の曲線部30bが、泳動装置10の長手方向に順次に連結して延在している。すなわち、この泳動チャネル30は、平坦な基板上面上に曲線部30bを組み合わせた波形状に形成されている。この曲線部30bは、例えば円弧又は楕円の弧の一部として構成される。弧の一部分は、任意好適な範囲及び大きさを選択して組み合わせることができる。
【0153】
図13(B)に示したように、第2の構成例では、複数の泳動チャネル30は、互いに平行に形成されている複数の直線部30aを具えている。この直線部30aを所定の数、この構成例では3本を1組として、この組内で同側で隣接する直線状の泳動チャネルの末端同士が、曲線部30cにより接続されている。従って、この構成例の泳動チャネル30は、複数の直線状のチャネルを互いに接続する折り返し構造を有している。
【0154】
これら第1及び第2の構成例において、特に第1及び第2の端縁部32a及び32bの近傍の泳動チャネル30は、開口部42並びに第1及び第2の電極50及び52の配置を考慮して、直線状としてある。
【0155】
泳動チャネル30が形成されている基板20の第1の主表面20上には、泳動チャネル保護膜40が形成されている。
【0156】
チャネル保護膜40には、開口部42が形成されている。この開口部42は、チャネル保護膜40の表面から泳動チャネル30の表面に至るように開口されている。この実施の形態では、各泳動チャネル30につき1つずつ開口部42を形成してある。
【0157】
開口部42は、各泳動チャネル30の第1の電極50と第2の電極52との間の泳動チャネル30上であれば、任意好適な位置に形成することができる。
【0158】
露出した第1及び第2の端縁部32a及び32bには、第1及び第2の電極50及び52が形成されている。
【0159】
この実施の形態の電気泳動装置10において、開口部42及び第1及び第2の電極50及び52は、泳動チャネル30の直線状の部分に形成した例を説明したが、これに限定されず、例えば曲線部30b上に形成することもできる。
【0160】
また、この実施の形態の泳動チャネル30は、電気泳動装置10の長手方向に延在する例を説明したが、この発明の目的を損なわない範囲内で、任意好適な形状とすることもできる。この泳動チャネル30を例えば螺旋形としてもよい。例えば、一旦、円の中心に向かって特定の方向に徐々に小さな円を描くように螺旋を描き、中心部近傍で折り返して今度は、既に描かれた螺旋に沿うようにして、逆方向に徐々に大きな円を描くように螺旋を描くようなチャネル形状としてもよい。
【0161】
さらに、泳動チャネル30は、第1の端縁部32aから、第2の端縁部32b側に抜けるように構成する例を説明したが、例えば上述したように曲線部により曲線状に形成される場合には、泳動チャネル30の末端が、同側に抜ける形状とすることもできる。すなわち、第1の端縁部32a側から始まる泳動チャネル30の終端を、第1の端縁部32a側とすることもできる。
【0162】
この第5の実施の形態の電気泳動装置の構成によれば、泳動チャネル30の長さをより長くとることができるので、分析における分解能を向上させることができる。
【0163】
第5の実施の形態の電気泳動装置の製造については、上述の第1から第4の実施の形態で既に説明したとおりに、実施することができるのでその詳細な説明を省略し、この発明の電気泳動装置の好適な使用形態、特にタンパク質の電気泳動法について説明する。
【0164】
まず、2次元電気泳動法につき説明する。いわゆる2次元電気泳動法は、タンパク質の有する異なる特性に着目した2段階の電気泳動法を含んでいる。例えば1次元目の電気泳動法として、タンパク質の等電点を指標とした等電点電気泳動法を行い、2次元目の電気泳動として、タンパク質の分子量を指標としたSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(以下、単にSDS−PAGEとも称する。)を行う。
【0165】
等電点電気泳動は、一般に長手方向にpHの勾配を有するように形成されている固定化pH勾配ゲルを使用する。このようなpH勾配ゲルを用いて電気泳動を行うと、タンパク質分子が本来有している電荷に対応するpHの位置で、ゲルのpHとタンパク質の電位とが等しくなるためにタンパク質分子が留まる。このようにして、タンパク質が有する電荷を指標として、複数種類のタンパク質の混合物から特定の電荷を有するタンパク質を分離することができる。
【0166】
また、SDS−PAGEとは、タンパク質をドデシル硫酸ナトリウム(以下、単にSDSとも称する。)を含む処理溶液でタンパク質を鎖状に変性させた試料を用いて、ポリアクリルアミドゲル中で、電気泳動を行う電気泳動法である。このような処理溶液及び泳動用緩衝液の組成、並びに電気泳動条件については、例えば、刊行物及び標準的学術書(例えば実験化学講座、丸善など)により、当業者に周知の任意好適な組成及び条件を選択することができる。
【0167】
ゲル中では、分子が大きいほど動きにくいので、変性されたタンパク質の鎖長が長いほど移動度が小さい。このようにして、タンパク質が有する分子量(鎖長)を指標として、複数種類のタンパク質の混合物から特定の分子量を有するタンパク質を分離することができる。
【0168】
2次元電気泳動法では、一般に、まず等電点電気泳動を行った後に、SDS−PAGEが連続的に行われる。
【0169】
次に、この発明の半導体装置を用いた電気泳動プロセスにつき、概略的に説明する。
【0170】
まず、上述した実施の形態の電気泳動装置10の泳動チャネル30内に泳動用緩衝液を導入する。泳動用緩衝液としては、上述したような刊行物及び標準的学術書等により、当業者に周知の任意好適な組成の(例えば、SDS−PAGE用の)緩衝液を使用することができる。
【0171】
この緩衝液の導入には、2つの方法が適用できる。第1に、泳動チャネル30の端縁部32、すなわち第1の端縁部32a又は第2の端縁部32bのいずれか一方を、泳動用緩衝液を入れた容器に直接的に浸すことで、毛細管現象により泳動チャネル30内に泳動用緩衝液を注入する方法である。第2に、ファイバ状繊維を用いて、このファイバ状繊維の一方の端部を、泳動用緩衝液を入れた容器に浸し、他方の端部を第1の端縁部32a又は第2の端縁部32bのいずれか一方に接続することで、毛細管現象により泳動チャネル30内に泳動用緩衝液を注入する方法である。
【0172】
このようにして、泳動用緩衝液の注入が済んだ電気泳動装置10は、すぐに電気泳動に供さずとも、保湿状態である程度の時間保存することが可能である。
【0173】
次に、泳動に供される試料について説明する。泳動用の試料としては、主としてSDS−PAGEに適用されるSDSを含む例えば、刊行物及び標準的学術書等により、当業者に周知の任意好適な組成を有する緩衝液及び処理条件により処理した試料の適用が想定されている。しかしながら、後述するように、1次元目の電気泳動として、上述したような等電点電気泳動が終了した段階の試料を、さらなる処理(例えば上述のSDSを含む緩衝液による処理)することなく、直接的に2次元目の電気泳動に供することもできる。
【0174】
電気泳動に供される試料は、特に染色を行わなくても励起光による蛍光の発生を指標として分析することができるが、分析の分解能をより向上させるために、例えば蛍光試薬により予め染色しておくのがよい。具体的な蛍光試薬としては(i)1級アミンと反応するフルオレサミン等、(ii)タンパク質の側鎖のn末端のアミノ基又はリジン残基のε−アミノ基に共有結合する、BODIPY(登録商標)TR−X dye、(iii)その他としてフルオレセインイソシアネート(FITC)、フィコエリスリン(PE)及びペリオジニン クロロフィルプロテイン(PerCP)等が挙げられる。
【0175】
電気泳動に供される試料は、例えば1又は2以上のシリンジやスポッタを含み、試料注入位置にX−Y制御により位置決めが可能であり、試料注入量を自動制御可能な試料供給手段を用いて、各泳動チャネルの所定の試料注入位置に供給される。
【0176】
この試料は、開口部42が形成されている場合には、この開口部42内に、供給される。泳動チャネル30に電気的に接続された第1及び第2の電極50及び52が形成されていて、開口部42が存在しない場合には、第1の電極50と第2の電極52との間に位置する泳動チャネル30の露出している領域に供給される。
【0177】
次に、この発明の電気泳動装置を使用した電気泳動プロセスの概略につき説明する。
【0178】
〈第1の方法〉
第1の方法は、第1及び第2の電極50及び52が形成されている電気泳動装置に適用される電気泳動プロセスである。
【0179】
まず、上述したように泳動用緩衝液を注入した電気泳動装置10を準備する。
【0180】
次いで、電気泳動装置10の所定の試料注入位置、例えば第1及び第2の電極50及び52の間に位置する電気泳動チャネル30上であって、特に泳動長を長く取るために第1又は第2の電極の近傍の端縁部32a又は32b上のいずれかに、あるいは開口部42内で露出している電気泳動チャネル30上に、試料を注入する(図8参照)。ここでは第1の電極50の近傍の端縁部32aに露出している泳動チャネル30上に試料を注入して電気泳動を行う例につき説明する。
【0181】
次いで、この例では電気泳動の開始点に近い第1の電極50にマイナス(−)極を、第2の電極52にプラス(+)極を接続し、電界を泳動チャネル30に印加することで電気泳動を行う。
【0182】
〈第2の方法〉
第2の方法は、泳動チャネル30の第1の端縁部32a及び第2の端縁部32bの両側から、泳動用緩衝液を供給(排出)しながら、電気泳動を行う例である。具体的には、第1及び第2の端縁部32a及び32bを、それぞれ、電気泳動用の緩衝液を入れた別々の容器に浸す。
【0183】
ここで上述した第1の方法及び第2の方法に適用される泳動用緩衝液につき説明する。泳動用緩衝液としては、例えば刊行物及び上述したような標準的な学術書により当業者に周知の組成を有する緩衝液を使用することができる。例えば20重量%アセトニトリル、50mM(M:Mol/L) SDS及び50mM ホウ酸を含む緩衝液が挙げられる。
【0184】
泳動チャネル30に電気的に接続された第1及び第2の電極50及び52が形成されている場合には、これら電極が泳動用緩衝液に接触しないように電気泳動を行う。また、上述したように、ファイバ状繊維の一端を第1の端縁部32a又は第2の端縁部32bに接続し、他端をそれぞれ、電気泳動用の緩衝液を入れた別々の容器に浸す構成としてもよい。
【0185】
このとき、異なる2つの容器に入れられている緩衝液は、所望の電気泳動に適切な緩衝液を用いればよい。例えば、これらは互いに同一の組成を有する緩衝液であっても、あるいは異なる組成を有する緩衝液であってもよい。また、泳動チャネル30内に予め注入されている泳動緩衝液の組成をこれらの緩衝液の組成と異なるものとすることもできる。
【0186】
次いで、電気泳動チャネル30に電界を印加する。第1の端縁部32a又は第1の端縁部32aが、それぞれ異なる容器の泳動用緩衝液に浸されている場合には、泳動用緩衝液に直接的に電圧を印加することができる。すなわち、一方の容器の泳動用緩衝液にプラス(+)極の電極を接触させ、かつ他方の容器の泳動用緩衝液にマイナス(−)極の電極を接触させて、すべての泳動チャネル30に同時に電界を印加する。
【0187】
また、泳動チャネル30各々に電気的に接続された第1及び第2の電極50及び52が形成されている場合には、一方の電極にプラス(+)極とし、かつ他方の電極をマイナス(−)極として、例えば泳動チャネル毎に個別に電界を印加することで電気泳動を行うこともできる。
【0188】
泳動終了後、選択された染色試薬に特異的な励起光を照射することにより、泳動パターンを蛍光発光として検出して、これを分析する。
【0189】
(第6の実施の形態)
図14(A)、(B)及び(C)を参照して、この発明の第6の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。なお、第1〜第5の実施の形態で既に説明した構成要素については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。また、適用される材料、及び各工程の実施条件等は、原則として第1〜第5の実施の形態で説明した例を同様に適用できるので、その詳細な説明は省略する場合もある。
【0190】
図14(A)は第6の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図14(B)は、図14(A)のI−I’破線により切断した縦断面を示す概略的な断面図であり、図14(C)は、図14(A)のII−II’破線により切断した横断面を示す概略的な断面図である。
【0191】
第6の実施の形態の電気泳動装置10は、いわゆる2次元電気泳動の特に分子量を指標とする2次元目の電気泳動に使用して好適な構成を具えている。すなわち、この第6の実施の形態の電気泳動装置10の泳動チャネル30は、第1次元目の電気泳動、すなわち等電点電気泳動が済んだ、2次元目の電気泳動に供される試料が接触する泳動チャネル30の一部分を、試料との接触面がより大きくなるように拡張して形成してある。
【0192】
さらに第6の実施の形態の電気泳動装置10は、上述したように面積が拡張されている領域を含む泳動チャネル30に合わせて、泳動チャネル各々に試料の供給が可能な領域上に、第1次元目の電気泳動が済んだ試料を固定するための固定枠90を具えている。
【0193】
この泳動チャネル30の形状及び固定枠90を設ける構成は、例えば試料の注入をより効率的に行うために上述の第1〜第5の実施の形態で説明した電気泳動装置のいずれにも、適用することができる。
【0194】
従って、ここでは泳動チャネル30及び固定枠90以外の構成については、その詳細な説明を省略する。
【0195】
電気泳動装置10は、基板20を具えている。基板20の第1の主表面20a上には、複数の泳動チャネル30が形成されている。直線状の泳動チャネル30は、電気泳動装置10の長手方向に沿って、互いに平行に、かつ互いに離間するように形成されている。この構成例では、泳動チャネル30のうち、1次元目の電気泳動が終了した試料が設けられる領域が、円形となるように、図中、上下方向に大きく拡張させてある。この例では円形としたが、特に限定されず、例えば矩形状等任意好適な形状とすることもできる。
【0196】
この泳動チャネル30は、多孔質体により形成されている。
【0197】
泳動チャネル30が形成されている基板20の第1の主表面20a上には、泳動チャネル保護膜40が、泳動チャネル30の端縁部32が露出するように形成されている。
【0198】
チャネル保護膜40には、固定枠用の開口部43が複数の泳動チャネル30にまたがるように形成されている。この固定枠用の開口部43は、チャネル保護膜40の表面から泳動チャネル30の表面に至るように深さ方向に開口されている。このとき、固定枠用の開口部43を後述する固定枠90を嵌め込むことができるように設ける。この固定枠用の開口部43は、固定枠90の外形の輪郭と同一の形状で、すきまなく固定枠90が嵌め込める程度のサイズとなるように、かつ、各泳動チャネル30にまたがるように形成するのがよい。
【0199】
この開口部42には、固定枠90が嵌め込まれて設けられている。この固定枠90は、好ましくは図示されていない接着材等により接着する構成とするのがよい。固定枠90には、貫通孔92が設けられている。この貫通孔92の大きさは、1次元目の電気泳動が終了した試料が設けられ、固定することができる程度とするのがよい。この固定枠90は、好ましくはガラスにより構成するのがよい。
【0200】
この固定枠用の開口部43は、固定枠90の形状及び大きさに合わせて、適宜の形状及び適宜の大きさとすることができる。
【0201】
また、固定枠用の開口部43は、上述の実施の形態と同様に、固定枠90に合わせて、各泳動チャネル30の第1の電極50と第2の電極52との間の泳動チャネル30上であれば、適宜の位置に形成することができる。
【0202】
泳動チャネル30の露出した端縁部32には、第1及び第2の電極50及び52が形成されている。
【0203】
さらに、この実施の形態の電気泳動装置において、1次元目の電気泳動が終了した試料を固定枠90に固定した後、試料を上面側から押圧して、試料が泳動チャネル30に移行しやすくするような押圧手段を付加する構成としてもよい。例えば、固定枠内90内に1次元目の電気泳動が終了した試料(例えば固定化pH勾配ゲル)を載置し、泳動チャネル30に対して、試料を均一な力で押し付けることが可能な押圧手段を使用するのがよい。
【0204】
この第6の実施の形態の電気泳動装置によれば、新たに2次元電気泳動の2次元目の電気泳動のための試料を調整することなく、そのまま2次元目の電気泳動を効率的に実施することができる。
【0205】
第6の実施の形態の電気泳動装置の製造方法については、泳動チャネル30の形状及び固定枠用の開口部43に固定枠90を設ける構成を除き、他の実施の形態と同様であるのでその詳細な説明を省略する。従って、泳動チャネル30の形成工程及び固定枠90を設ける工程についてのみ説明する。上述したように泳動チャネル30の形成工程は、(1)第1の実施の形態で説明した予め溝部を形成する工程と、(2)第2の実施の形態で説明した基板上全面に形成した膜をパターニングする工程とにより行われる。
【0206】
この実施の形態の製造方法に(1)の工程を適用する場合につき概略的に説明する。上述したように、1次元目の電気泳動が終了した試料が設けられる領域を、例えば円形状とする。この場合、上下方向に大きく拡張させた部分領域を含む泳動チャネル30の形状パターンが基板表面に円形状に露出するように、レジスト層をマスクとして用いて、基板にエッチング処理を行う。このエッチングによって、所望の形状、すなわち直線状又は曲線部を有する溝部を形成する。そして、この溝部を埋め込むように、多孔質体を堆積して、泳動チャネルを形成する。
【0207】
(2)の工程を適用する場合について概略的に説明する。基板上の全面に、泳動チャネルを構成する多孔質体の膜を、予め設定されている泳動チャネルの所定の厚さと等しく形成する。次いで、例えば、従来公知の一般的な条件を適用して、ケイ酸エチル(TEOS)ガスを用いるプラズマCVD法により、泳動チャネル形成用の膜を保護するためのSiO2の膜である保護膜を、全面に形成する。
【0208】
次いで、従来公知の半導体デバイス製造工程で適用されるのと同様の条件でのフォトリソグラフィ工程により、1次元目の電気泳動が終了した試料が設けられる領域が例えば円形となるように、上下方向に大きく拡張させてある部分を含む泳動チャネル30の形状パターンにレジスト層を形成する。
【0209】
次いで、パターニングされたレジスト層をマスクとして用いて、露出しているチャネル形成用の膜に対してエッチング処理を行って、泳動チャネル30のパターンを形成する。
【0210】
泳動チャネル30又は泳動チャネル30を形成するためのパターニング前の膜は、上述の第1の実施の形態で説明した▲1▼〜▲4▼のいずれかの方法により形成すればよい。
【0211】
固定枠用の開口部43は、上述の実施の形態と同様に、レジスト層をマスクとして、例えば酸素プラズマによる反応性イオンエッチングにより、泳動チャネル30の表面の一部分が露出するように、形成することができる。この固定枠用の開口部43に上述した形状及び大きさの固定枠90を、例えば嵌め込み及び接着により設ける。
【0212】
(第7の実施の形態)
図15を参照して、この発明の第7の実施の形態の電気泳動装置の構成につき説明する。なお、第1〜第6の実施の形態で既に説明した構成要素については、同一番号を付してその詳細な説明は省略する。また、適用される材料、及び各工程の実施条件は、原則として第1〜第6の実施の形態で説明した例を同様に適用できるので、その詳細な説明は省略する。
【0213】
図15は、第7の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための泳動チャネルを横断するように切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【0214】
第7の実施の形態の電気泳動装置10は、基板20の第2の主表面20b側から電気泳動結果の分析を行うための構成を具えている。すなわち、この第7の実施の形態の電気泳動装置10の基板20は、第2の主表面20b側から泳動結果が分析できる程度に、この第2の主表面20b側に、少なくとも泳動チャネル30が形成されている領域にわたって、薄くなるように窪み24を形成してある。
【0215】
この第7の実施の形態の構成は、上述の第1〜第6の実施の形態で説明した電気泳動装置のいずれにも適用することができる。従って、基板20以外の構成については、その詳細な説明を省略する。
【0216】
電気泳動装置10は、基板20を具えている。基板20には、複数の泳動チャネル30が形成されている。この実施の形態の構成例では、第2の主表面20b側から泳動結果の分析を行うので、基板20の材質としては、光透過性の板状体とするのがよい。好ましくは、例えば石英ガラス又は無蛍光ガラスとするのがよい。この場合には、泳動チャネル30の底部から0.1mm程度となるまで、少なくとも泳動チャネル30が形成されている領域にわたって薄くなるように、第2の主表面20b側に窪み24を形成するのがよい。
【0217】
このようにすれば、例えばチャネル保護膜40の材料には、窒化シリコン等の光透過性が低い材料を適用することができるので、成膜性や耐湿性に優れた材料といった材料の選択の幅が拡がる。従って、より安価な電気泳動装置が提供できる。
【0218】
第7の実施の形態の電気泳動装置の製造方法については、基板20に窪み24を設ける構成を除き、他の実施の形態と同様であるのでその詳細な説明を省略して、窪み24を設ける工程についてのみ説明する。
【0219】
この窪み24は、基板20を構成する材料に合わせて、好適な工程により行われる。
【0220】
例えば基板20を石英ガラスで構成した場合につき説明すると、まず、第2の主表面20bに、フォトリソグラフィ法により、マスクを形成する。このマスクは、窪み24が形成される領域が露出するように形成される。そして、従来公知の反応条件でのフッ酸によるウエットエッチングにより、泳動後の分析、すなわち泳動チャネル30の観察が第2の主表面20b側から行える程度の深さに形成する。窪み24の深さは、この構成例では好ましくは0.1mm程度の深さとなるように形成するのがよい。
【0221】
この工程は、好ましくはチャネル保護膜40の形成後に行うのがよいが、泳動チャネル30の構成を損なわないことを条件として、泳動チャネル30又はチャネル保護膜40の形成前に行ってもよい。
【0222】
この発明の電気泳動装置は、上述で説明した各実施の形態における構成要素、例えば、基板20の材質、泳動チャネル30の形状、チャネル保護膜40の材質、開口部42、並びに電極50及び52の材質及び配置位置等を適宜選択により組み合わせて構成することができる。
【0223】
この発明の電気泳動装置10の説明において、基板20は、第1の主表面20aと第2の主表面20bが互いに同一形状かつ同一サイズの矩形状である板状体として説明したが、これに限定されない。この発明の目的を損なわない範囲で例えば円形、楕円形等の形状とすることもできる。
【0224】
この発明の電気泳動装置10の説明において、泳動チャネル30が装置10の長手方向に延在している構成例を主として説明したが、これに限定されない。例えば長手方向に延在している例えば直線状の泳動チャネル30に対して直交する方向に第2の泳動チャネルを形成して、2次元電気泳動が行える構成とすることもできる。
【0225】
さらに、この発明の電気泳動装置10の説明において、泳動チャネルが基板の側面に露出するように形成された例につき説明したが、電気泳動の実施が可能な範囲内で、基板の第1の主表面を画成する周より内側に、側面に露出しないように泳動チャネルの端縁部を設定することもできる。
【0226】
この発明の電気泳動装置10の説明において、泳動用の試料をタンパク質とする例を説明したが、例えば細孔の大きさを泳動される物質の大きさを考慮して任意好適な大きさで形成することができるので、例えばタンパク質以外の核酸、すなわちDNA又はRNAフラグメント等の生体関連物質の電気泳動に供することもできる。
【0227】
この発明の電気泳動装置を製造するにあたり、以下の好適な工程を実施することができる。
(1)基板の第1の主表面上に、溝部を形成するためのパターンを有するレジスト層を形成する工程と、
(2)レジスト層を介して、溝部を形成する工程と、
(3)第1の主表面上に、レジスト層を介して、ゾル状の混合液を溝部を埋め込むように塗布する工程と、
(4)塗布されているゾル状の混合液を、加熱により、多孔質体からなる泳動チャネルとする工程と、
(5)レジスト層を除去する工程と、
(6)第1の主表面上に、泳動チャネルの端縁部が露出するように、チャネル保護膜を形成する工程。
【0228】
好ましくは、(2)工程を、反応性イオンエッチングにより行うのがよい。
【0229】
また、(5)工程において、形成された泳動チャネルの上面を平坦化する工程を含むのがよい。
【0230】
さらに、(6)工程において、泳動チャネルの端縁部には、第1及び第2の電極を形成する工程を含むのがよい。
【0231】
さらにまた、(6)工程において、チャネル保護膜上に開口部を形成する工程を含むのがよい。
【0232】
【発明の効果】
この発明の電気泳動装置の構成によれば、複数の泳動チャネル毎に分離された状態で電気泳動を行うことができるので、同時に多数の試料を、短時間で、かつより高い分解能で分析することができる。
【0233】
第1及び第2の電極50及び52のそれぞれが第1の泳動チャネル30−1〜第nの泳動チャネル30−n各々に形成されている構成の場合には、それぞれの泳動チャネル30を互いに独立に電界を印加して電気泳動することができるので、電気泳動装置10を柔軟に運用することができる。また、開口部42を形成してある構成の場合には、泳動チャネル30に対して、より正確な試料の供給を行うことができる。
【0234】
第5の実施の形態の電気泳動装置の構成によれば、泳動チャネル30の長さをより長くとることができるので、分析における分解能を向上させることができる。
【0235】
第6の実施の形態の電気泳動装置によれば、新たに2次元電気泳動の2次元目の電気泳動のための試料を調整することなく、そのまま2次元目の電気泳動を効率的に実施することができる。
【0236】
第7の実施の形態の電気泳動装置によれば、例えばチャネル保護膜40の材料には、窒化シリコン等の光透過性が低い材料を適用することができるので、成膜性や耐湿性に優れた材料といった材料の選択の幅が拡がる。従って、より安価な電気泳動装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)は第1の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図1(B)は、図1(A)のI−I’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図であり、図1(C)は、図1(A)のII−II’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図2】図2(A)〜図2(C)は、図1(A)のII−II’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図3】図3(A)及び(B)は、図1(A)のII−II’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図4】図4(A)〜図4(C)は、図1(A)のI−I’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図5】図5(A)は第2の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図5(B)は、図5(A)のI−I’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図であり、図5(C)は、図5(A)のII−II’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図6】図6(A)〜(D)は、図5(A)のII−II’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図7】図7(A)及び(B)は、図5(A)のI−I’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図8】図8(A)は第3の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図8(B)は、図8(A)のI−I’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図であり、図8(C)は、図8(A)のII−II’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図9】図9(A)〜図9(C)は、図8(A)のII−II’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図10】図10(A)〜図10(D)は、図8(A)のI−I’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図11】図11(A)は第4の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図11(B)は、図11(A)のI−I’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図であり、図11(C)は、図11(A)のII−II’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図12】図12(A)〜図12(D)は、図11(A)のI−I’方向に切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図13】図13(A)及び(B)は、第5の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図である。図13(A)は、第1の構成例を示している。図13(B)は、第2の構成例を示している。
【図14】図14(A)は第6の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための上面からみた概略的な平面図であり、図14(B)は、図14(A)のI−I’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図であり、図14(C)は、図14(A)のII−II’破線により切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【図15】図15は第7の実施の形態の電気泳動装置の構成を説明するための泳動チャネルを横断するように切断した切断面を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
10:電気泳動装置
20:基板
20a:第1の主表面
20b:第2の主表面
22:溝部
24:窪み
30:泳動チャネル
30−1:第1の泳動チャネル
30−2:第2の泳動チャネル
30−3:第3の泳動チャネル
30−n:第nの泳動チャネル
30’:チャネル形成用の膜
30a:直線部
30b、30c:曲線部
32:端縁部
32a:第1の端縁部
32b:第2の端縁部
34:保護膜
40:泳動チャネル保護膜
42:開口部
43:固定枠用の開口部
50:第1の電極
52:第2の電極
60:第1の泳動用緩衝液供給(排出)手段
62:第2の泳動用緩衝液供給(排出)手段
70:レジスト層
80:泳動チャネル露出用保護膜
90:固定枠
92:貫通孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophoresis apparatus for separating and analyzing biological substances such as proteins and polynucleotides, and more particularly to an electrophoresis apparatus which is easy to handle and capable of separating and analyzing samples at high resolution.
[0002]
[Prior art]
With the development of microfabrication technology, for example, a technology for integrating a chemical analysis system into a chip made of a so-called chip size glass substrate of several centimeters square to analyze biomolecules has been developed.
[0003]
First, a device called a DNA chip or a DNA microarray was put to practical use. Such a device is intended to analyze a larger number of samples in a shorter time and with higher sensitivity by reducing the scale of execution as compared with a conventional chemical analysis system.
[0004]
In the future, it is foreseen that proteins will be the main analysis target. Conventionally, in protein analysis, protein molecules charged by an electric field are electrophoresed in a large-sized porous gel such as a polyacrylamide gel, and the proteins are separated by charges to perform analysis.
[0005]
In such a conventional analysis system, it is difficult to maintain the uniformity of the composition of the polyacrylamide gel, and there is a problem in reproducibility of analysis results.
[0006]
In order to solve such problems of gel composition uniformity and reproducibility of analysis results, a porous silicon layer is formed on a silicon substrate, a sealing material is disposed thereon, and a sample is placed on the porous silicon layer. There is known an electrophoresis apparatus which performs electrophoresis by infiltrating and applying an electric field to analyze proteins. (For example, refer to
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-304340
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the analysis using the electrophoresis apparatus disclosed in the above-mentioned literature, it is difficult to analyze many samples simultaneously. In addition, since the migration length cannot be sufficiently obtained, it is difficult to increase the resolution and perform highly accurate analysis.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a so-called chip-size electrophoresis apparatus that can analyze a large number of samples at the same time in a short time and with higher resolution while being separated from each other. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the electrophoresis apparatus of the present invention has the following structural features. That is, a first main surface, a substrate having a second main surface facing the first main surface, a plurality of grooves formed in the first main surface, and formed to fill the grooves. Channel formed of a porous material, first and second edges formed at both ends of the migration channel, and formed such that the first and second edges are exposed. And an electrophoresis channel protective film.
[0011]
According to the configuration of the electrophoresis apparatus of the present invention, electrophoresis can be performed on a scale of a chip size, and in a state where a plurality of migration channels are separated from each other. It can be analyzed with higher resolution.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the shapes, sizes, and arrangements of the components are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood, and the present invention is not particularly limited thereby. Further, in the following description, specific materials, conditions, numerical conditions, and the like may be used, but these are only one of preferred examples and, therefore, are not limited thereto. In addition, it is to be understood that the same constituent components are denoted by the same reference numerals in the drawings used in the following description, and the overlapping description may be omitted.
[0013]
(First Embodiment)
With reference to FIGS. 1A, 1B and 1C, the configuration of the electrophoresis apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a schematic plan view of the configuration of the electrophoresis apparatus according to the first embodiment as viewed from above, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II of FIG. FIG. 1C is a schematic cross-sectional view illustrating a cut surface cut along a broken line, and FIG. 1C is a schematic cross-sectional view illustrating a cut surface cut along a II-II ′ broken line in FIG. It is sectional drawing.
[0014]
The
[0015]
As the
[0016]
Preferably, a silicon substrate is used. If a silicon substrate is used, for example, an electric circuit for applying a voltage for electrophoresis, a control circuit for controlling each of the
[0017]
Here, the
[0018]
A plurality of
[0019]
The size of the
[0020]
At this time, the total length is preferably equal to the longitudinal length of the first
[0021]
The size of the cross section of the
[0022]
Similarly, the depth (height) of the
[0023]
The distance between the
[0024]
An
[0025]
These
[0026]
On the first
[0027]
According to the electrophoresis device of the first embodiment, electrophoresis can be performed in a state of being separated for each of the plurality of migration channels, so that a large number of samples can be simultaneously separated in a short time. And at a higher resolution. In particular, since the electrophoresis channels are formed independently so as to be spaced apart from each other, for example, a plurality of unrelated samples can be electrically transferred without adverse effects such as simultaneous interference of the plurality of electrophoresis channels and mixing of the samples. Electrophoresis can be performed.
[0028]
Next, a method for manufacturing the electrophoresis apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0029]
FIGS. 2A to 3B are schematic cross-sectional views each showing a part of a cut surface taken along the line II-II ′ of FIG.
[0030]
In describing the method for manufacturing the
[0031]
First, regions for forming a plurality of
[0032]
Next, as shown in FIG. 2A, the semiconductor device is applied in a conventionally known semiconductor device manufacturing process so that a region where an electrophoresis channel is formed is exposed on the first
[0033]
Specifically, first, a resist material is applied to the entire surface of the substrate by spin coating to form a film, and a pre-bake process is performed as necessary. Next, the resist is exposed to light using a photomask on which a pattern corresponding to the
[0034]
Next, as shown in FIG. 2B, the exposed
[0035]
In the example of the manufacturing method of this embodiment, the example in which the
[0036]
Next, as shown in FIG. 2C, using the patterned resist
[0037]
Here, a step of forming the
[0038]
▲ 1 ▼ First method
The first method is a forming step by a so-called sol-gel method. First, a mixed solution containing an alkoxide, an alcohol as a solvent, an acid or base as a catalyst, and water for hydrolysis is used as a starting solution, and the mixed solution is heated to a predetermined temperature to perform hydrolysis and polymerization. A sol-like solution is obtained by the condensation reaction. This sol-like solution is applied by, for example, a conventionally known spin coating method so as to fill the
[0039]
For example, as a specific reaction condition, there is an example in which baking is performed at 150 ° C. for 1 hour. Thus, a migration channel having an average pore diameter of 3 nm and a porosity of 0.6% is obtained. The “average pore diameter” and “porosity” here can be determined as approximate values estimated from images of the cross section of the migration channel by a transmission electron microscope.
[0040]
In general, the range of the pore diameter suitable for protein electrophoresis is 1 nm to 10 μm, preferably 2 nm to 50 nm. The porosity is preferably in the range of 0.5% to 50%.
[0041]
In this sol-gel method, for example, Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 And TiO 2 The inorganic substance is selected from any of the above. Further, for example, an organic substance is selected from any of organic compounds having an alkyl group, an acyl group or a phenyl group. Then, an organic-inorganic composite obtained by chemically bonding them can be used.
[0042]
For example, a mixture of any one of alkylalkoxysilanes selected from the group including methyltriethoxysilane and dimethyldiethoxysilane, and an alkoxysilane selected from the group including tetraethoxysilane, or a polydiphenylsiloxane oligomer and tetraethoxysilane After forming a film of the mixture on the
[0043]
Specifically, a sol-gel film can be formed using methyldiethoxysilane and tetraethoxysilane. In this case, an organic-inorganic composite film in which a methyl group remains can be formed. Also, a sol-gel film can be formed using a polydiphenylsiloxane oligomer and tetraethoxysilane. In this case, an organic-inorganic composite film in which phenyl groups remain can be formed.
[0044]
(2) Second method
The second method uses a spin-on-glass solution (for example, SiO2 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.). 2 In this step, the
[0045]
For example, iodine is added to the above-mentioned spin-on-glass solution, and this iodine-containing solution is buried in the
[0046]
(3) Third method
The third method is a method of forming a porous silicon layer having a pore diameter of about 10 nm by performing the same anodic oxidation treatment of a silicon substrate as in JP-A-9-304340 described in the section of the prior art.
[0047]
▲ 4 ▼ Other methods
Other methods include applicable, for example, zeolite or Al 2 O 3 , MgO, SiO 2 , ZrO 2 Or TiO 2 A porous film can be formed by depositing such an oxide on a substrate by a conventionally known sputtering process. At this time, the pore diameter can be controlled by adjusting the sputtering conditions.
[0048]
Furthermore, using a polymer material such as polyamide, polyacetal, polycarbonate, and polyacrylamide, it is possible to form a porous film by a conventionally known blowing agent decomposition method, a solvent diffusion method, a chemical reaction method, or a firing method. It is possible.
[0049]
Preferably, the
[0050]
Next, as shown in FIG. 3A, the resist
[0051]
After that, as shown in FIG. 3B, the exposed upper surface of the
[0052]
Next, in order to protect the formed
[0053]
The
[0054]
The formation of such a channel
[0055]
Here, with reference to FIGS. 4A to 4C, a process of forming the exposed first and
[0056]
FIGS. 4A to 4C are schematic cross-sectional views each showing a part of a cut surface taken along line II ′ of FIG. 1A. This sectional view is a longitudinal sectional view along the extending direction of the
[0057]
As shown in FIG. 4A, the
[0058]
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the edges 32 of the electrophoresis channel, that is, the regions to be the first and
[0059]
After the formation of the channel
[0060]
Thereafter, the plurality of structures (electrophoresis devices) formed in a lattice shape on the
[0061]
According to the method of manufacturing the electrophoresis device of the first embodiment, a large number of electrophoresis devices of the first embodiment can be efficiently manufactured simultaneously with simple steps.
[0062]
(Second embodiment)
With reference to FIGS. 5A, 5B, and 5C, a configuration of the electrophoresis apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The components already described in the first embodiment are given the same reference numerals and their detailed description is omitted. In addition, since the materials applied, the execution conditions of each step, and the like can be the same as those described in the first embodiment, detailed descriptions thereof may be omitted.
[0063]
FIG. 5A is a schematic plan view of the configuration of the electrophoresis apparatus according to the second embodiment as viewed from above, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line II of FIG. FIG. 5C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along a line, and FIG. 5C is a schematic sectional view showing a cut surface taken along a dashed line II-II of FIG. It is sectional drawing.
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
On the first
[0067]
The
[0068]
The first and
[0069]
The surface of the
[0070]
The migration
[0071]
With the configuration of the electrophoresis apparatus according to the second embodiment, the same operation and effect as those of the electrophoresis apparatus according to the first embodiment can be obtained.
[0072]
Next, a method for manufacturing the electrophoresis device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0073]
6 (A) to 6 (D) are schematic cross-sectional views showing a cut surface taken along a line II-II ′ of FIG. 5 (A).
[0074]
A region for forming a plurality of
[0075]
Next, as shown in FIG. 6A, a porous film for forming the
[0076]
Then, as shown in FIG. 6B, for example, a
[0077]
Next, as shown in FIG. 6B, a resist
[0078]
Next, as shown in FIG. 6C, using the patterned resist layer, that is, the resist
[0079]
Next, the resist
[0080]
Next, as shown in FIG. 6D, in order to protect the plurality of
[0081]
In the manufacturing method according to the second embodiment, a configuration example will be described in which, for example, a fluorinated polyimide is used as the channel
[0082]
Such a fluorinated polyimide layer as the channel
[0083]
Here, with reference to FIGS. 7A and 7B, a process of forming the exposed first and
[0084]
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views showing a cut surface taken along the line II ′ of FIG. 5A. The edge portion 32, that is, the vicinity of the first and
[0085]
As shown in FIG. 7A, the
[0086]
Then, as shown in FIG. 7B, the channel
[0087]
Thereafter, the plurality of structures formed in a lattice on the
[0088]
As described above, according to the method of manufacturing the electrophoresis apparatus of the second embodiment, a large number of electrophoresis apparatuses of the second embodiment can be efficiently manufactured with simple steps.
[0089]
In particular, in the formation of the migration channel, since the patterning can be performed after the material is formed as a film on the entire surface of the substrate, a plurality of migration channels can be manufactured more uniformly.
[0090]
(Third embodiment)
With reference to FIGS. 8A, 8B, and 8C, a configuration of the electrophoresis apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. The components already described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In addition, as for the applied material, the process conditions, and the like, those described in the first and second embodiments can be applied in the same manner, and thus detailed description thereof is omitted.
[0091]
FIG. 8A is a schematic plan view illustrating the configuration of the electrophoresis apparatus according to the third embodiment as viewed from above, and FIG. 8B is a view taken along the line II of FIG. FIG. 8C is a schematic cross-sectional view illustrating a vertical cross section taken along a broken line, and FIG. 8C is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section taken along a II-II ′ broken line in FIG. It is sectional drawing.
[0092]
The
[0093]
The
[0094]
A plurality of
[0095]
An
[0096]
Therefore, the
[0097]
On the first
[0098]
A
[0099]
The first and
[0100]
Further, the
[0101]
The shape and size of the
[0102]
The
[0103]
The
[0104]
In particular, as shown in FIG. 8A, when the
[0105]
In the
[0106]
Note that the
[0107]
According to the configuration of the electrophoresis apparatus of the third embodiment, in addition to the same operation and effect as the electrophoresis apparatus of the first embodiment, the first and
[0108]
Next, a method of manufacturing the electrophoresis device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
[0109]
FIGS. 9A to 9C are schematic cross-sectional views showing a cross section taken along the line II-II ′ of FIG. 8A.
[0110]
First, regions for forming a plurality of
[0111]
As shown in FIG. 9A, the
[0112]
Thereafter, as shown in FIG. 9B, the exposed upper surface of the
[0113]
Next, in order to protect the formed plurality of
[0114]
Next, as shown in FIG. 9C, a resist
[0115]
Here, with reference to FIGS. 10A to 10D, the exposed first and
[0116]
FIGS. 10A to 10D are schematic cross-sectional views showing a vertical cross section taken along the line II ′ of FIG. 8A. Only the vicinity of the edge portion 32 is shown in an enlarged manner, and other portions are omitted.
[0117]
As shown in FIG. 10A, the
[0118]
Further, as shown in FIG. 10B, a migration channel
[0119]
Next, as shown in FIG. 10C, the above-described reactive ion etching using, for example, oxygen plasma is performed using the resist
[0120]
Thereafter, as shown in FIG. 10D, the first and
[0121]
After that, the plurality of structures (electrophoresis devices) formed in a lattice on the
[0122]
As described above, according to the method of manufacturing the electrophoresis apparatus of the third embodiment, a large number of electrophoresis apparatuses of this embodiment can be efficiently manufactured with simple steps.
[0123]
(Fourth embodiment)
With reference to FIGS. 11A, 11B and 11C, a configuration of an electrophoresis apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described. Note that the components already described in the first to third embodiments are given the same reference numerals and may not be described in detail. In addition, since the applied materials, the conditions for implementing each step, and the like can be applied in principle to the examples described in the first to third embodiments, detailed descriptions thereof are omitted.
[0124]
FIG. 11A is a schematic plan view of the configuration of the electrophoresis apparatus according to the fourth embodiment as viewed from above, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 11A. FIG. 11C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface cut along a broken line, and FIG. 11C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface cut along a II-II ′ broken line in FIG. 11A. It is sectional drawing.
[0125]
The
[0126]
The
[0127]
On the first
[0128]
The
[0129]
A
[0130]
The surface of the
[0131]
The migration
[0132]
Further, the configuration example of the
[0133]
The shape and size of the
[0134]
The
[0135]
The
[0136]
In particular, as shown in FIG. 11A, when the
[0137]
In the
[0138]
According to the configuration of the electrophoresis apparatus of the fourth embodiment, in particular, the first and
[0139]
Next, a method for manufacturing an electrophoresis device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
[0140]
FIGS. 12A to 12D are schematic cross-sectional views showing a vertical cross section taken along line II ′ of FIG. 11A. Only the vicinity of the edge portion 32 is shown in an enlarged manner, and other portions are omitted.
[0141]
First, regions for forming a plurality of
[0142]
As shown in FIG. 12A, the
[0143]
Next, as shown in FIG. 12B, a pattern in which the edge 32 of the electrophoresis channel, that is, the regions that become the first and
[0144]
As shown in FIG. 12C, etching of the migration channel
[0145]
Next, the first and
[0146]
Thereafter, the plurality of structures (electrophoresis devices) formed in a lattice shape on the
[0147]
According to the method of manufacturing the electrophoresis device of the fourth embodiment, a large number of electrophoresis devices of the fourth embodiment can be efficiently manufactured with simple steps.
[0148]
(Fifth embodiment)
With reference to FIGS. 13A and 13B, a configuration of an electrophoresis apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described. The components already described in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the applied materials and the execution conditions of each step can be applied in principle to the examples described in the first to fourth embodiments, and therefore, detailed description thereof is omitted.
[0149]
FIGS. 13A and 13B are schematic plan views illustrating the configuration of the electrophoresis apparatus according to the fifth embodiment, as viewed from above. FIG. 13A shows a first configuration example. FIG. 13B shows a second configuration example.
[0150]
The
[0151]
The
[0152]
As shown in FIG. 13A, in the first configuration example, the plurality of
[0153]
As shown in FIG. 13B, in the second configuration example, the plurality of
[0154]
In the first and second configuration examples, in particular, the
[0155]
On the first
[0156]
An
[0157]
The
[0158]
First and
[0159]
In the
[0160]
Further, although an example has been described in which the
[0161]
Furthermore, an example has been described in which the
[0162]
According to the configuration of the electrophoresis apparatus of the fifth embodiment, the length of the
[0163]
The manufacture of the electrophoresis apparatus according to the fifth embodiment can be carried out as already described in the above-described first to fourth embodiments. A preferred mode of use of the electrophoresis apparatus, in particular, a protein electrophoresis method will be described.
[0164]
First, the two-dimensional electrophoresis will be described. The so-called two-dimensional electrophoresis method includes a two-stage electrophoresis method focusing on different properties of a protein. For example, as the first dimension electrophoresis, isoelectric focusing using the isoelectric point of a protein as an index, and as the second dimension electrophoresis, SDS-polyacrylamide gel electrophoresis using the molecular weight of a protein as an index (Hereinafter, also simply referred to as SDS-PAGE).
[0165]
Isoelectric focusing uses an immobilized pH gradient gel that is generally formed to have a longitudinal pH gradient. When electrophoresis is performed using such a pH gradient gel, the protein molecule stays at the position of pH corresponding to the intrinsic charge of the protein molecule because the pH of the gel is equal to the potential of the protein. In this manner, a protein having a specific charge can be separated from a mixture of a plurality of types of proteins using the charge of the protein as an index.
[0166]
In addition, SDS-PAGE refers to performing electrophoresis in a polyacrylamide gel using a sample in which a protein is denatured in a chain with a treatment solution containing sodium dodecyl sulfate (hereinafter, also simply referred to as SDS). This is an electrophoresis method. The composition of the processing solution and the buffer for electrophoresis, and the electrophoresis conditions are described in, for example, publications and standard academic books (for example, Laboratory Chemistry Course, Maruzen, etc.). Conditions can be selected.
[0167]
In a gel, the larger the molecule, the more difficult it is to move, so the longer the chain length of the denatured protein, the lower the mobility. In this way, a protein having a specific molecular weight can be separated from a mixture of a plurality of types of proteins using the molecular weight (chain length) of the protein as an index.
[0168]
In the two-dimensional electrophoresis method, generally, first, after isoelectric focusing, SDS-PAGE is continuously performed.
[0169]
Next, an electrophoresis process using the semiconductor device of the present invention will be schematically described.
[0170]
First, an electrophoresis buffer is introduced into the
[0171]
Two methods can be applied for introducing this buffer. First, the edge 32 of the
[0172]
In this way, the
[0173]
Next, a sample to be subjected to electrophoresis will be described. Examples of the electrophoresis sample include SDS mainly applied to SDS-PAGE, for example, a sample treated with a buffer having any suitable composition and processing conditions known to those skilled in the art according to publications and standard academic books. Is assumed to be applied. However, as will be described later, as the first dimension electrophoresis, the sample at the stage where the isoelectric focusing as described above has been completed is not subjected to further processing (for example, the above-described processing using a buffer containing SDS), It can be directly subjected to the second-dimensional electrophoresis.
[0174]
The sample to be subjected to electrophoresis can be analyzed using the generation of fluorescence by excitation light as an index without performing staining, but in order to further improve the resolution of the analysis, for example, the sample is previously stained with a fluorescent reagent. Good to put. Specific examples of the fluorescent reagent include (i) fluorescamine which reacts with a primary amine, and (ii) a BODIPY (registered trademark) which covalently binds to an n-terminal amino group of a side chain of a protein or an ε-amino group of a lysine residue. ) TR-X dye, (iii) and others such as fluorescein isocyanate (FITC), phycoerythrin (PE) and periodinin chlorophyll protein (PerCP).
[0175]
The sample to be subjected to electrophoresis includes, for example, one or more syringes or spotters, and can be positioned at the sample injection position by XY control, and using a sample supply unit capable of automatically controlling the sample injection amount. Is supplied to a predetermined sample injection position of each migration channel.
[0176]
This sample is supplied into the
[0177]
Next, an outline of an electrophoresis process using the electrophoresis apparatus of the present invention will be described.
[0178]
<First method>
The first method is an electrophoresis process applied to an electrophoresis device in which the first and
[0179]
First, the
[0180]
Next, on a predetermined sample injection position of the
[0181]
Next, in this example, a negative (−) pole is connected to the
[0182]
<Second method>
The second method is an example in which electrophoresis is performed while supplying (discharging) the electrophoresis buffer from both sides of the
[0183]
Here, the electrophoresis buffer applied to the first method and the second method described above will be described. As an electrophoresis buffer, for example, a buffer having a composition well known to those skilled in the art according to publications and standard academic books described above can be used. For example, a buffer solution containing 20% by weight of acetonitrile, 50 mM (M: Mol / L) SDS and 50 mM boric acid can be mentioned.
[0184]
When the first and
[0185]
At this time, the buffer solution contained in the two different containers may be a buffer solution suitable for desired electrophoresis. For example, they may be buffers having the same composition as each other, or buffers having different compositions. Further, the composition of the electrophoresis buffer solution previously injected into the
[0186]
Next, an electric field is applied to the
[0187]
When the first and
[0188]
After the electrophoresis is completed, the selected staining reagent is irradiated with specific excitation light, thereby detecting the electrophoresis pattern as fluorescence emission and analyzing it.
[0189]
(Sixth embodiment)
A configuration of an electrophoresis apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The components already described in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In addition, the applied materials, the conditions for each step, and the like can be applied in principle to the examples described in the first to fifth embodiments, and thus detailed descriptions thereof may be omitted.
[0190]
FIG. 14A is a schematic plan view seen from the top for explaining the configuration of the electrophoresis apparatus according to the sixth embodiment, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. FIG. 14C is a schematic cross-sectional view showing a vertical cross section cut along a broken line, and FIG. 14C is a schematic cross-sectional view showing a cross section cut along a II-II ′ broken line in FIG. 14A.
[0191]
The
[0192]
Further, the
[0193]
The configuration of the
[0194]
Therefore, detailed description of the configuration other than the
[0195]
The
[0196]
The
[0197]
On the first
[0198]
In the channel
[0199]
A fixed
[0200]
The
[0201]
In addition, similarly to the above-described embodiment, the
[0202]
First and
[0203]
Further, in the electrophoresis apparatus according to the present embodiment, after the sample on which the first-dimensional electrophoresis has been completed is fixed to the fixing
[0204]
According to the electrophoresis apparatus of the sixth embodiment, the second-dimensional electrophoresis can be efficiently performed without adjusting a new sample for the second-dimensional electrophoresis of the two-dimensional electrophoresis. can do.
[0205]
The method of manufacturing the electrophoresis apparatus according to the sixth embodiment is the same as the other embodiments except for the configuration of the
[0206]
The case where the step (1) is applied to the manufacturing method of this embodiment will be schematically described. As described above, the region where the sample on which the first-dimensional electrophoresis has been completed is provided is, for example, circular. In this case, the substrate is etched using the resist layer as a mask so that the shape pattern of the
[0207]
The case where the step (2) is applied will be schematically described. On the entire surface of the substrate, a porous film constituting the migration channel is formed to have a predetermined thickness of the migration channel set in advance. Next, for example, by applying a conventionally known general condition, by a plasma CVD method using an ethyl silicate (TEOS) gas, a SiO 2 for protecting the film for forming the migration channel is formed. 2 Is formed on the entire surface.
[0208]
Next, by a photolithography process under the same conditions as those applied in a conventionally known semiconductor device manufacturing process, the region in which the sample on which the first-dimensional electrophoresis has been completed is provided, for example, in a vertical direction so as to be circular. A resist layer is formed in the shape pattern of the
[0209]
Next, using the patterned resist layer as a mask, the exposed channel formation film is etched to form a pattern of the
[0210]
The
[0211]
The
[0212]
(Seventh embodiment)
Referring to FIG. 15, the configuration of the electrophoresis apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described. The same components as those described in the first to sixth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The applied materials and the conditions of each step can be applied in principle to the examples described in the first to sixth embodiments, and thus detailed description thereof is omitted.
[0213]
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section cut across a migration channel for describing a configuration of an electrophoresis apparatus according to a seventh embodiment.
[0214]
The
[0215]
The configuration of the seventh embodiment can be applied to any of the electrophoresis devices described in the first to sixth embodiments. Therefore, a detailed description of the configuration other than the
[0216]
The
[0219]
By doing so, for example, a material having low light transmittance, such as silicon nitride, can be used as the material of the channel
[0218]
The method of manufacturing the electrophoretic device according to the seventh embodiment is the same as that of the other embodiments except for the configuration in which the
[0219]
The
[0220]
For example, the case where the
[0221]
This step is preferably performed after the formation of the
[0222]
The electrophoretic device of the present invention includes the components in each of the embodiments described above, for example, the material of the
[0223]
In the description of the
[0224]
In the description of the
[0225]
Furthermore, in the description of the
[0226]
In the description of the
[0227]
In manufacturing the electrophoresis apparatus of the present invention, the following suitable steps can be performed.
(1) forming a resist layer having a pattern for forming a groove on the first main surface of the substrate;
(2) forming a groove through a resist layer;
(3) a step of applying a sol-like mixed solution on the first main surface via a resist layer so as to fill the grooves;
(4) a step of converting the applied sol-like mixed solution into a migration channel formed of a porous body by heating;
(5) removing the resist layer;
(6) A step of forming a channel protective film on the first main surface such that an edge of the migration channel is exposed.
[0228]
Preferably, the step (2) is performed by reactive ion etching.
[0229]
Also, the step (5) preferably includes a step of flattening the upper surface of the formed migration channel.
[0230]
Further, the step (6) preferably includes a step of forming first and second electrodes at the edge of the migration channel.
[0231]
Furthermore, the step (6) preferably includes a step of forming an opening on the channel protective film.
[0232]
【The invention's effect】
According to the configuration of the electrophoresis apparatus of the present invention, electrophoresis can be performed in a state of being separated for each of a plurality of migration channels, so that a large number of samples can be simultaneously analyzed in a short time and with higher resolution. Can be.
[0233]
In the case where each of the first and
[0234]
According to the configuration of the electrophoresis apparatus of the fifth embodiment, the length of the
[0235]
According to the electrophoresis apparatus of the sixth embodiment, the second dimension electrophoresis can be efficiently performed without adjusting a new sample for the second dimension electrophoresis of the two-dimensional electrophoresis. be able to.
[0236]
According to the electrophoresis apparatus of the seventh embodiment, for example, a material having low light transmittance such as silicon nitride can be used as the material of the channel
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic plan view of the configuration of an electrophoresis apparatus according to a first embodiment, as viewed from above, and FIG. 1B is a plan view of FIG. 1C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along a line II ′ of FIG. 1A, and FIG. 1C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along a II-II ′ broken line of FIG. FIG.
FIGS. 2A to 2C are schematic cross-sectional views each showing a cut surface taken along the line II-II ′ of FIG. 1A.
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing a cross section taken along the line II-II ′ of FIG. 1A.
4 (A) to 4 (C) are schematic cross-sectional views showing a cross section taken along the line II ′ of FIG. 1 (A).
FIG. 5A is a schematic plan view of the configuration of the electrophoresis apparatus according to the second embodiment as viewed from above, and FIG. 5B is a plan view of FIG. 5C is a schematic cross-sectional view showing a cross-section taken along the line II ′ of FIG. 5, and FIG. 5C is a schematic cross-section showing a cross-section taken along the line II-II ′ of FIG. FIG.
6 (A) to 6 (D) are schematic cross-sectional views each showing a cut surface taken along the line II-II ′ of FIG. 5 (A).
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views each showing a cross section taken along the line II ′ of FIG. 5A.
FIG. 8A is a schematic plan view of the configuration of the electrophoresis apparatus according to the third embodiment as viewed from above, and FIG. 8B is a plan view of FIG. FIG. 8C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along the line II ′ of FIG. 8, and FIG. 8C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along the line II-II ′ of FIG. FIG.
9 (A) to 9 (C) are schematic cross-sectional views each showing a section taken along the line II-II ′ of FIG. 8 (A).
FIGS. 10A to 10D are schematic cross-sectional views each showing a cross section taken along the line II ′ of FIG. 8A.
FIG. 11A is a schematic plan view illustrating the configuration of an electrophoresis apparatus according to a fourth embodiment, viewed from above, and FIG. 11B is a plan view of FIG. 11C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along the line II ′ of FIG. 11, and FIG. 11C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along the II-II ′ broken line of FIG. FIG.
12 (A) to 12 (D) are schematic cross-sectional views each showing a cross section taken along the line II ′ of FIG. 11 (A).
FIGS. 13A and 13B are schematic plan views illustrating the configuration of an electrophoresis apparatus according to a fifth embodiment, as viewed from above. FIG. 13A shows a first configuration example. FIG. 13B shows a second configuration example.
FIG. 14A is a schematic plan view illustrating the configuration of an electrophoresis apparatus according to a sixth embodiment, viewed from above, and FIG. 14B is a plan view of FIG. 14C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along the line II ′ of FIG. 14, and FIG. 14C is a schematic cross-sectional view showing a cut surface taken along the broken line II-II ′ of FIG. FIG.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating a cross section cut across an electrophoresis channel for describing a configuration of an electrophoresis apparatus according to a seventh embodiment.
[Explanation of symbols]
10: Electrophoresis device
20: Substrate
20a: first main surface
20b: 2nd main surface
22: groove
24: hollow
30: Electrophoresis channel
30-1: First migration channel
30-2: Second migration channel
30-3: Third electrophoresis channel
30-n: n-th migration channel
30 ': film for forming a channel
30a: straight section
30b, 30c: curved part
32: Edge
32a: 1st edge part
32b: second edge
34: protective film
40: Electrophoresis channel protective film
42: Opening
43: Opening for fixed frame
50: first electrode
52: second electrode
60: First electrophoresis buffer supply (discharge) means
62: Second electrophoresis buffer supply (discharge) means
70: resist layer
80: protective film for exposing migration channel
90: Fixed frame
92: Through hole
Claims (13)
を具えることを特徴とする電気泳動装置。A first main surface, a substrate having a second main surface opposed to the first main surface, a plurality of grooves formed in the first main surface, and formed to fill the grooves. , A first and second edge formed at both ends of the migration channel, and the first and second edges are exposed. And an electrophoresis channel protective film formed as described above.
を具えることを特徴とする電気泳動装置。A first main surface, a substrate having a second main surface opposed to the first main surface, a plurality of migration channels formed of a porous body formed on the first main surface, A first edge portion and a second edge portion formed at both ends of the migration channel, and a migration channel protection film formed such that the first and second edge portions are exposed. An electrophoresis apparatus, comprising:
前記第1次元目の電気泳動が済んだ試料が接触する、露出している前記泳動チャネルの一部分を、前記試料との接触面がより大きくなるように拡張してあることを特徴とする電気泳動装置。A first main surface, a substrate having a second main surface opposed to the first main surface, a plurality of grooves formed in the first main surface, and electrophoresis formed in the grooves Channel, first and second edges formed at both ends of the migration channel, and migration channel formed so that the first and second edges are exposed A protection film, an opening for a fixed frame formed on the migration channel protection film so as to extend over the plurality of migration channels, and a first dimension provided in the opening for the fixed frame. A fixing frame having a through hole for fixing the sample after electrophoresis,
Electrophoresis, wherein a part of the exposed electrophoresis channel, with which the sample subjected to the first dimension electrophoresis comes into contact, is expanded so that a contact surface with the sample becomes larger. apparatus.
Priority Applications (1)
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