JP2005257695A

JP2005257695A - 小型分析装置

Info

Publication number: JP2005257695A
Application number: JP2005120060A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kondo; 聖二近藤; Etsuo Shinohara; 悦夫篠原
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】２つの基板を用いて電気泳動を行う液流路を構成する小型な電気泳動装置でも、効果的にその液流路を所望の物質で所要領域のみ対象として部分的に修飾も可能な小型分析装置を提供する。
【解決手段】シリコン基板またはガラス基板のいずれかからなる第１の基板１７と、ガラス基板またはシリコン基板のいずれかからなる第２の基板１６とを有し、少なくともこれら第１，第２の基板１７，１６のうちの一方の基板の片面に溝が形成されるとともに、その他方の基板で該溝を覆うことにより液流路６を形成し、その流路６で分析を行う小型分析装置であって、流路６の途中に部分的に液を流すようにするための液の流入、流出口１，２，８，９を少なくとも１組以上設けてなる、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料の分析に好適に用いることのできる小型分析装置に関するものである。

例えば、電気泳動は、液体試料の分析、及び液体試料中の成分の分離、分取に用いられるが、近年、キャピラリ電気泳動がその分離能力の高さから注目を集めている。キャピラリ電気泳動装置は、キャピラリと高電圧装置と検出器（光学的検出系）から構成することができる。

キャピラリは本電気泳動の心臓部であり、一般に、溶融石英ガラスを中空円筒状に細長く引き延ばし、更に、その周囲をポリイミド樹脂でコーティングすることにより補強したものが用いられる。この方法の特徴は直径が１５０μ以下の細管の中で分析が行われるため、体積に比し界面の面積の影響が強い場での分析である。これにより、キャピラリ電気泳動は界面での電気浸透流を有効に利用した分析方法といわれている。
図６は、その心臓部を示したものであり、キャピラリ７４、電圧を印加するための電極７５及びキャピラリ７４に導入する緩衝液部７６を図示してある。

また、近年のマイクロマシン技術の発達により、上述のキャピラリを使わずにシリコン基板やガラス基板にリソグラフィ技術を用いて溝を形成し、そこで電気泳動を行うことも試みられるようになっている（例えば、特許文献１参照）。この技術を用いることにより自由な形状のキャピラリを形成することができ、その応用範囲が拡大することが期待されている。

更に、分析感度を向上させるため電気浸透流を積極的に制御することも試みられている。これは外部電場の印加により表面電位を制御し、それにより電気浸透流を制御しようとするものである（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１に開示の技術では、径の異なるキャピラリを同心円状に２重に配列したシステムを作製し、内側管内は分離用に、外側管には分離用と同じ緩衝液を満たすようにし、内側キャピラリに放射状電場を印加できるようになっている。このような構成にすることにより内側管内の表面電位を電場印加により変化させ、電気浸透流を制御できるようになる。
特開平４−１９１６３４号公報「アナリティカルケミストリー（ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ）」Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．１，第２７〜３１頁（１９９３年１月）

上記において、キャピラリ電気泳動においては界面の状態が強く影響すると述べたが、キャピラリ内面を化学修飾することにより電気浸透流を制御する試みもかなり行われている。化学修飾する物質はその目的により適宜選択されるが、一般のキャピラリは非常に細いため単管のみで構成されており、一種類の物質を表面処理することは可能であるが、キャピラリ表面を部分的に多種類の表面処理をすることは困難である。また、マイクロマシン技術のリソグラフィとエッチングを用いてガラスまたはシリコン基板に溝を形成してキャピラリとする方法も提案されているが、しかし、多種類の物質を部分的に修飾することは考えられていない。

更に、付言すると、電気泳動を行う際に電極からは電気分解により気泡が発生するが、この気泡が電極表面を覆ったり、キャピラリの流路を遮ると良好な泳動を行うことができなくなる。従って、一般には、図６に示すように、キャピラリ７４の一端及び電極７５を緩衝液の入った容器に差し込み、電極で発生する気泡がキャピラリ中に入らないようになっている。しかし、このような構成では全体を小型化することは難しい。

また、一般のキャピラリ電気泳動において、試料の導入は緩衝液の導入部と共用ぜざるを得ないが、リソグラフィとエッチングを用いてガラスまたはシリコン基板に溝を形成してキャピラリとする方法はまた、試料の導入部を独立に任意に形成することができる。しかし、その際には試料の導入時に気泡の混入をできるだけ少なくする必要がある。

また、キャピラリ電気泳動の検出は光学的に行われるが、キャピラリの径が細いため光路長も小さく検出も高感度が要求される。
また、内側管内の表面電位を電場印加により変化させ、電気浸透流を制御する方法としては、前記に述べたように非特許文献１に記載の方法が考えられるが、構成が複雑である。

本発明は、上述のような考察に基づき、２つの基板を用いて電気泳動を行う液流路を構成する小型な電気泳動装置でも、効果的にその液流路を所望の物質で所要領域のみ対象として部分的に修飾も可能な小型分析装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、シリコン基板またはガラス基板のいずれかからなる第１の基板と、ガラス基板またはシリコン基板のいずれかからなる第２の基板とを有し、少なくともこれら第１，第２の基板のうちの一方の基板の片面に溝が形成されるとともに、その他方の基板で該溝を覆うことにより液流路を形成し、その流路で分析を行う小型分析装置であって、
前記流路の途中に部分的に液を流すようにするための液の流入、流出口を少なくとも１組以上設けてなる、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の基板または第２の基板に溝を形成して得られる液流路で分析を行わせるようにすることができるとともに、分析が行われる流路の流入出の経路と別に独立して液の出し入れを行えるその液の流入、流出口を備えて、分析を行うことができる。これにより、分析を行う流路の途中を多種類の物質で部分的に修飾することにも容易に応え得て、目的に合わせたより高感度な分析を効率よく行い得る小型分析装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１，２は、本発明の第１の実施の形態を示す。
図１は、本実施形態に従い、第１の基板の片面に形成した溝を第２の基板で覆うことで液流路を形成しその流路で電気泳動を行うようにする場合における、液流路、液流入口、液流出口等の主要な要素の配置構成の一例を示すものであり、図２は、かかる配置構成の場合における本実施形態に係る装置の、図１のＡ−Ａ線相当断面を示したものである。

図において、参照符号１，２，３，５，８，９，１０を付して示すものは、液流入、流出の用に供することのできる液路口を、また４，６は流路を、それぞれ表す。また、１６，１７はそれぞれ２枚の使用基板を示す。
図示例では、本装置は、第１の基板１７としてのシリコン基板、第２の基板１６としてのガラス基板を備えるものとする。

シリコン基板１７には、例えばエッチングにより図１の直線で表されるが如き溝が形成されている。溝の形態の一例は、図２に断面で示される。
本例においては、基本的には、このようにシリコン基板１７の片面に溝を形成するものであり、そして、その後、ガラス基板１６で溝を覆うことにより電気泳動を行う液流路６を形成することができる。

ここに、適用するシリコン基板としては、Ｐ型、Ｎ型どちらでも使用でき、結晶面も［１００］、［１１０］等種々のものが使用できる。なお、異方性エッチングを使うこともできるが、もっとも、その場合には［１１１］面のシリコン基板を用いることはできない。

電気泳動が行われる流路６は、図１の流路の口３から流路の口１０（ここでは、例えば前者を流入口（注入口）とし、後者を流出口とする）に至る経路であるが、その経路とは別に電気泳動の行われる流路６の一部を独立して液の出し入れを行うための液の流入、流出口が形成される。図示例では、流路６はその一部に液を流し、その一部分のみに表面処理（後述の処理部分７，１２における処理）ができるように流入、流出口１，９及び２，８の組が配置されている。そして、これらを、電気泳動を行う流路６の途中に部分的に液を流すための液の流入、流出口として機能させる。

ここで、図１では一部分のみに液を流しやすいように流路６を屈曲させて形成しているが、直線状でもよい。また、上記で触れた異方性エッチングで溝を形成する場合には、流路が直線の組み合わせとなるが、ＩＣＰプラズマエッチング、エキシマレーザによるエッチング等の技術で溝を形成する場合には、曲線的な加工も可能である。従って、流路６の形状は一部分のみに前記表面処理ができるように流入、流出口１，９及び２，８が配置されていればこの限りではない。
また、より多くの流入、流出口を設けることも可能である。
更にまた、液の流入、流出口を適宜変更することも可能である。従って、例えば流出口９の方から液を入れ、流入口２の方から液を出すことも可能であるので、流入口、流出口といった言葉でその機能を限定するものではない。

更に、上述のような流路６、流路口１，２，３，５，８，９，１０のほかに、電気泳動を行う流路６の途中に試料を注入するための流路４及び注入口５（試料導入口）を設ける。
ここに、基本的には、流路形成のための溝の深さ、幅についても特に制限はないが、本例の装置では、後述の如き観点から、上記流路４の占める体積が流路６の径Ｒ（ｒ＝Ｒ／２）に関し、（４／３）×（πｒ³）以下（もしくは、ほぼ（４／３）×（πｒ³）以下）のものとなるようにする。こうした関係にする必要があるので、流路４の径は流路６の径の１／２以下にした方が装置として使いやすくなる。また、キャピラリの効果を発揮させるためには流路６の径を１５０μ以下にすることが望ましい。

上記シリコン基板１７は、表面を保護するためにシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、アルミナ、酸化タンタル等の絶縁膜で被覆されている（図２では、図示を省略してあるが、この点については、後記第２，第３実施態様を参照）。被覆膜の厚さは、絶縁を確実に行うため１０００Å以上が望ましい。

エッチングされた基板１７を覆う基板１６には、液の流入、流出口（１，２，３，５，８，９，１０）に対応する箇所に貫通孔が形成されており、図２では、流入口３側と流出口１０側の２箇所での、基板１６に形成の貫通孔部分が参照符号１６ａで表されている。
こうした貫通孔の径は、形成する流路の径に合わせることが望ましいが、基板１６が厚くなるほど加工が困難になる。従って、かかる貫通孔は液の出し入れ口としてのみ用い、泳動のための流路として用いないようにした方が現実的である。その観点からすると、サイズの制限はなくなるが１mm以下にした方が現実的である。

上述した２つの基板、即ち基板１６と基板１７は、加工部分の位置が合わされ、例えば陽極接合で接着されている。ここに、陽極接合は、２つの基板を重ねた状態で５００℃程度に加熱し、その状態で基板の両側から８００Ｖ程度の電圧を印加することにより接着する方法であり、接着剤を用いないため精密加工した部品を接合する場合に適した方法である。

上述した基板１６の各貫通孔には、更に、図２に如くに、例えばジョイント１５を接着し、液の流入、流出口（１，２，３，５，８，９，１０）を形成するものとする。
具体的には、ここでは、それらの流入、流出口には配管の用に供するチューブを接続するものとし、そして、電気泳動を行う流路６の両端の液流入、流出口３，１０側に関しては、図２のように、更に電極１４を配設し、かつ電極１４を含む各配管１３部分がそれぞれ垂直になるよう構成する。従って、流入口３及び流出口１０にはチューブが接続され、それぞれ電極１４が垂直に接続されている。
そして、上記電極１４は、電気泳動を行わせるため電圧を印加する電源１５（高圧電源装置）に接続されている。

ここに、電極１４としては通常白金が用いることができるが、電気化学的に安定であるならば、これ以外に金や白金／イリジウム等の金属も使用可能である。
また、その形状も円筒状、板状、ワイヤー状等、形状や大きさに限定されることはない。また、電極１４の配置を、ここでは垂直としたが、実用的には９０°±１０°の範囲で許容される。従って、ほぼ垂直でもよい。

更に、図１には、泳動によって分離された成分を測定するためのウインドー１１が配置されている。光学的な検出部分は、かかるウインドー１１を含んで構成されるが、この部分の詳細な構成例のいくつかについては、後記の第２の実施の形態で触れる。

次に、上記第１の実施の形態による小型電気泳動装置の作用、使用例等について説明する。
本装置によれば、上述のような構成とされているので、例えば流入口１、流出口９との間でアミノ基を有するシラン処理剤を流通させることにより処理部分１２で示される領域にのみ流路６内壁をアミノ基で処理することができる。同様に例えば流入口２と流出口８間で処理部分７に相当する領域をカルボキシル基で処理することができる。このように電気泳動を行う流路６を多種類の物質で部分的に修飾できるので目的に合わせたより高感度な分析が効率よく行えるものである。

具体的な手順を含めて説明すると、まず、電気泳動に先立ち、分析目的に合わせて流入口１と流出口９との間に感応基を有するシランカップリング剤を流し、処理部分１２を感応基で被覆する。同様に流入口２と流出口８の間も、上記感応基と異なった感応基を有するシランカップリング剤で処理をし、処理部分７での表面処理を実施する。なお、シランカップリング剤としては、上記に例示したアミノ基、カルボキシル基のほか、エポキシ基等種々の感応基を有するものが市販されており、それらが利用できる。

しかして、こうした表面処理が終了したら、流路内部を洗浄乾燥してから流入口３と流出口１０の間を緩衝液で満たす。
次いで、試料用の流入口５から試料を、流路４を介し流路６に導入し、かくして、電源１８を用いて電極１４間に電圧を印加すると電気泳動が行われる。

このように、例えば処理部分１２をアミノ基で処理し、処理部分７をカルボキシル基で処理することができれば、電気泳動による分離に更に、処理表面と分離物質とのアフィニティによる分離効果を重畳させることができるため、より高感度な分析が効率より行えるようになる。

また、本装置によれば、以下のような点でも効果的である。
図２からも分かるように、上記電極１４は、電気泳動を行う流路６の上部に設けられ、かつ流入、流出口３，１０に対し垂直方向に配管がされている。このような構造とすることによって、電極１４は垂直（もしくは、ほぼ垂直）に配置されるため、電極１４に電圧が印加されて電気分解により気泡が発生しても、その気泡は電気泳動が行われる流路６に拡散することはなく、また、電極１４の上部に気泡が抜けて行くため電極表面に気泡が滞留することもない。従って、安定な電気泳動が行えるようになる。

それ故に、気泡が電極表面を覆ったり、流路６を遮る等が原因で良好な泳動が妨げられといったことが回避されるとともに、既述の図６の構成の場合であれば小型化するのに難点があるといったような不利もなく、上記を実現できる。

更に、試料流路４の体積を、流路６の径Ｒ（ｒ＝Ｒ／２）の（４／３）×（πｒ³ ）以下の関係のものにすることにより試料の導入時に気泡が混入して流路を閉鎖することがないので、この点からも、より安定な泳動が可能である。
この考えで、流路４の径を流路６の径Ｒの半分（＝ｒ）にすると、そのＲの４倍の長さの流路を設けることができるので、必要量以上に試料が混入することも少なくなるという効果もある。

上記のように選定するのは、次のような理由に基づくものである。
本発明に従う小型電気泳動装置では、その一つの特徴は、リソグラフィ技術とエッチングにより電気泳動を行う流路６の形状を任意に設定することが可能なことである。そのため、試料の導入のための流路（４）や導入口（５）を設けることが可能であり、容易に試料を導入することができる。
その一方、前述の手順のように、試料の導入は電気泳動を行う流路６に緩衝液を満たした後に行うため、もし、試料の導入時に気泡が混入して流路を閉鎖してしまうとすると、良好な泳動が行えなくなる。ここで、図１をみるに、その試料導入口５から流路４を介入して試料を導入する場合、流路４の体積に相当する気泡が混入するといったことが考えられる。しかして、この場合、流路６の径Ｒ（ｒ＝Ｒ／２）に球状に気泡が生成すると考えると、その球の体積は（４／３）×（πｒ³）である。従って、上記不利を回避すべく、流路４の体積をそれ以下（または、ほぼそれ以下）にすることが必要であり、本例では、既述の如く、そのように設定することとしたものである。
そして、この考えで、流路４の径を流路６の径Ｒの半分にするとＲの４倍の長さの流路を設けることができる。
このように形状を設定することにより、本装置では、より安定な泳動を行うことがきるようになり、必要量以上に試料が混入することも少なくなる。

なお、本実施の形態の各構成は、当然、既に触れてきた事項をも含めて、各種の変形、変更が可能である。
〔第１実施形態の変形例１〕
例えば、本実施の形態では、基板１７をシリコン基板、基板１６をガラス基板としたが、基板１７をガラス基板、基板１６をシリコン基板とすることも可能である。

〔第１実施形態の変形例２〕
従って、シリコン基板同士またはガラス基板同士で流路を形成することも、可能であり、また、両方の基板に溝を形成し、流路とすることも可能である。

〔第１実施形態の変形例３〕
また、図示例では、処理部分に関し、処理部分７及び処理部分１２の２箇所による例を示したが、これに限らず、既述の如きより多くの流入、流出口を設けることで、より多くの処理部分を設けることも可能である。

次に、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して、本発明の第２の実施の形態を説明する。
本実施の形態によるものは、光学的な検出部の流路の厚さを電気泳動を行うための流路のそれより大、好ましくは約２倍以上、約１０倍以下のものにしようというものである。
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、上記第２の実施の形態に従って構成される装置の場合において用いることのできる前記図１の光学的検出部部分１１近傍の好適例の拡大断面図を示している。ここに、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各具体例の各々における基板２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、図２の基板１７に対応し、また、各例の各々における基板２５ａ，２５ｂ，２５ｃは図２の基板１６に対応する。２枚の基板の具体的な組合せ態様については、更に後記で述べる。

また、それらの各例（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、電気泳動の行われる流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ（２４）は、図示の如くに光学検出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃで流路の幅（図中上下方向の高さ方向寸法（光学検出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃの厚さ寸法））が広がっている。そして、分離された成分を検出するための入射光１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、光学検出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを通過し、出射光２０ａ，２０ｂ，２０ｃは検出器（不図示）に導かれるようになっている。

ここで、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）各々の例は、本発明に従う小型電気泳動装置における光学的な検出部の構造の例であると同時に、その使用第１，第２基板の組合せをも例示している。
そのひとつは、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板２５ａ（２５）と、片面からエッチングして形成したシリコン基板２３ａとを組み合わせる構造であり、また他は、図３（Ｂ）に示すように、ガラス基板２５ｂ（２５）と、両面からエッチングして形成したシリコン基板２３ｂとを組み合わせる構造であり、そして、図３（Ｃ）に示すように、各々が両面からエッチングして形成したシリコン基板２３ｃとシリコン基板２５ｃとを組み合わせる構造である。

更に、具体的に説明すると、次のようである。
図３（Ａ）の場合は、基板２３ａ側がシリコン基板であって、シリコン酸化膜で覆われたそのシリコン基板２３ａをリソグラフィ技術とエッチング技術を用い片面から異方性エッチングして、図の如くに酸化膜２２を残したものである。これにより、光学検出部２１ａが形成される。
図３（Ｂ）の場合は、図３（Ａ）の場合の構成を更に発展させており、同様に基板２３ａにシリコン基板を用いるが、そのシリコン基板２３ｂを片面づつエッチングしてその酸化膜２７を図示のように残すようにしたものである。このような形成方法を用いると、光学検出部２１ｂの厚さ２１を任意に設定することができる。

図３（Ｃ）の構成の場合は、更に上記構成を発展させており、基板２３ｃ及び２５ｃ双方に、シリコン基板を用いて、図示の如くに酸化膜２９，３０を残すようにして光学検出部２１ｃを形成した例である。この場合の装置構成は、前記〔第１実施形態の変形例２〕における、シリコン基板同士で流路を形成する場合に相当する。
なお、ここでは、本実施形態に係る小型電気泳動装置の要部部分について述べたが、上記で特に言及した以外の構成、事項等に関しては、基本的に、前記第１の実施の形態で内容、説明（変形例等も含む）と同様であってよい（この点は、後記の実施の形態の場合も、これに準ずる）。

以下、本実施の形態による場合の装置の作用等について説明する。
既述のように、キャピラリ電気泳動の検出は光学的に行われるが、キャピラリの径が細いが故に光路長も小さく検出も高感度が要求されるところ、本装置によれば、上述のような構成に基づき、これにも容易に応えられる。

即ち、電気泳動によって分離された成分は、上記各例において流路２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ）の延長上に分布している。これを例えば図１の流入口３の方から流出口１０に向かってポンプで液を送り出すか、または泳動を続けると、各成分が順次光学検出部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）に送り込まれる。これを測定するわけであるが、図３（Ａ），（Ｂ）または（Ｃ）で示すように、光学的な検出部２１ａ，２１ｂまたは２１ｃを、流路２４（電気泳動を行うための流路）よりも厚くすることにより、光路長を増やすことができ、また、泳動によって分離された成分の分布の幅も検出部２１ａ，２１ｂまたは２１ｃを厚くした分だけ狭くすることができる。従って、検出感度の向上実現と分離パターンのピークも急峻にすることができる。
このことにより高感度の検出が期待できる。もっとも、検出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃの厚さをあまり厚くすると、分離された成分が重くなってしまうので、この厚さとしては２倍以上、１０倍以下（または、ほぼ２倍以上〜ほぼ１０倍以下）であることは望ましい態様である。そして、流路２４に合わせて、既述のようにその検出部の厚さも任意に設定することも容易に可能である。
また、使用基板として、シリコン基板を使用する場合においては、シリコンは可視、紫外光に対しては不透過性なので検出部に対するスリットとしても用いることができる。
本実施形態では、前記第１の実施の形態で奏し得る既述の作用効果に加え、更に、上記のことを実現できるものである。

なお、本実施の形態の各構成についても、当然、既に触れてきた事項を含め（第１の実施の形態での変形、変更を含む）、各種の変形、変更が可能である。
〔第２実施形態の変形例１〕
例えば、ガラス基板同士でこのような加工も行うことが可能である。もっとも、そのような場合には外部にスリットが必要となる。

〔第２実施形態の変形例２〕
また、本実施の形態では、透過光の測定について述べたが、例えば図３（Ａ）の光の入射方向を逆にして斜めに傾いたエッチング面に光を入射するようにし、多重反射を繰り返した後、反対側の斜めのエッチング面から出てくる光を測定するようにすることによって、より光路長を稼ぐことも可能である。この場合、流路の内面を液体より屈折率の低い薄膜で覆うことが必要である。

図４、図５は、本発明の第３の実施の形態を示す。
本実施の形態は、使用基板に共にシリコン基を用いるようにし、かつまた、シリコン基板に電圧を印加するための電極を設けることで、簡単な構成をもって、該電極と、電気泳動を行うための電圧印加電極対のうちのどちらか片方との間に電気浸透流制御のための電圧を印加する構成を更に付加する態様とするか、あるいは、かかる内容を更に発展させ、液流路に面するシリコン基板にＰＮ接合を用いて電気的に絶縁された微小領域を当該流路に沿って複数設けて、各々の領域と、上記電気泳動用の電極対のどちらか片方との間で独立に電圧印加することができるようにしようというものである。
本実施形態は、第１，第２の基板の組合せをシリコン基板同士とする場合の変形例にも相当する。

図４，５は、各々その一例の構成を示すものであり、前記第１実施形態における断面を示した図２と同様の断面を示す図である。この図４，５では、説明を分かりやすくするために図１の流路を直線状に簡略化したものであるが、図１で示す形状やその他の形状など、いかような流路の形状にも適用可能であることはいうまでもない。

図４は、本実施形態に従う装置での電気泳動を行う流路に沿った断面図であるが、ここでは、前記図２の基板１６と基板１７が、各々図４の基板３４及び基板３７に相当し、両基板３４，３７にシリコン基板を用いている。なお、シリコン基板３７の片面に溝を形成し、その後、別のシリコン基板３４で溝を覆うことにより液流路を形成してその流路で電気泳動を行う構成については、前記各実施形態のものと同様である（この点は、図５のものも同様である）。
また、それらシリコン基板３４，３７の表面は、各々絶縁膜３５，４０で覆われている。絶縁膜３５は、上側の位置するシリコン基板３４の貫通孔相当部分（図２貫通孔部分参照）内面をも含むその基板３４表面絶縁膜であり、絶縁膜４０は、下側基板となるシリコン基板３７側の流路形成用溝内面をも含むその基板３７表面絶縁膜４０である（この点は、図５の場合も、これに準ずる）。

本例では、基板３４，３７の一方の面には、絶縁膜３５及び４０の一部が除去されて電極３３，３９が形成されており、この電極（３３，３９）は電気泳動を行うための電極４１，４１ａのうちの片方の電極４１との間に電源４２（可変電源）を用いて電圧が印加できるようになす。更に、電気泳動を行うためのその片方の電極４１は、もう一方の電極４１ａとの間に電源４２ａを用いて電圧が印加できるようになっている。そして、上述の２つの電圧は独立に制御できるようになっている。

図５の構成の例は、これを更に発展させたものである。上記した図４の場合は、シリコン基板は半導体なので基板の一面に電極を形成し、電気泳動を行うための電極の片方との間に電源４２により電圧を印加することにより容易に電気泳動を行う流路の内表面の荷電状態を変化させ得て、かかる手段で電気浸透流の制御を可能にしより精密な分析を達成せしめるようにするものであるが、図５では、以下の改良も加えてある。

図５では、図示の如く、既知の半導体技術を用いて、液流路に面するシリコン基板４３，５１にＰＮ接合を形成し、電気的に絶縁された微小領域を流路に沿って複数（図中は、３箇所を図示）設ける。
これは、ここでは、本実施形態の使用基板４３及び基板５１を例えばＮ型とすると、図示の基板４３，５１の絶縁層４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃはＰ型となるようにドーピングされ、分離層４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃはＮ型となるようにドーピングされようにすることによって行い、かくしてそれらの微小領域を得ることができる。従って、各々の領域（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）は、互いに絶縁されており、かつ、電気泳動を行うための電極４１との間で独立に電圧印加できるよう、各々の領域は図示の如くの結線関係で電源５６、電源５５、電源５８（可変電源）に接続するものである。図中、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，５４ａ，５４ｂ，５４ｃは、それら電源と接続される電極を表す。

なお、図５中の絶縁膜４７及び絶縁膜４９は、各々図４の場合の絶縁膜３５及び絶縁膜４０と同等のものであり、電源５７は図４の場合の電源４２ａに対応する。また、図４，５中の他の構成要素については、前記図２の場合と同様であってよく、符号３，１０，１３，１５は各対応要素を表す。

以下、本実施の形態による場合の作用等について説明するに、本例の場合の装置は、次のようにして使用することができる。
まず、図４の構成の装置の場合にあっては、電気泳動は電極４１及び電極４１ａとの間に電圧を印加することにより行われるが、同時に電極４１と電極３３との間にも電圧を印加することにより、既述の如く、絶縁膜３５及び絶縁膜４０の表面の荷電の状態を変化させることができる。このことにより電気浸透流を制御できるようになるため、電気泳動で分離される成分の分離がより精密に行えるようになる。しかも、電気浸透流を制御するに当たり、図２との対比でも理解できるように、構成の複雑化を招くことなくこれを実現できている。

図５の場合はまた、基板４３，５１にシリコンを用いているため、半導体技術を用いることにより液流路に面する該シリコン基板にＰＮ接合を形成し、電気的に絶縁された微小領域を流路に沿って複数設け、各々の領域と電気泳動を行うための電極（４１，４１ａ）のどちらか片方との間で独立に電圧印加できる構成の小型電気泳動装置が可能である。
それ故に、更に図５による装置においては、上記の効果に加え、流路に沿って流路表面の荷電の状態を連続的に変化させることができるので、浸透流を加速または抑制することが期待できる。このことにより電気浸透流をより能動的に制御することが可能になり、前述のように精密な泳動が可能になるとともに、それがより一層効果的に行える。

本実施形態では、前記第１の実施の形態で奏し得る既述の作用効果に加え、更に、上記のことを実現できるものである。
なお、図５においては電圧を印加するための電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，５４ａ，５４ｂ，５４ｃの具体的な形態は示していないが、絶縁層４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ、分離層４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、通常の半導体技術により任意の形状に形成することができるため、流路の周囲に形成したこれら絶縁層、分離層を伸長させ流路から離れた位置に当該電極を形成することができるので、構成上で問題とはならない。

なお、本実施の形態の各構成についても、当然、既に触れてきた事項を含め（第１，２の実施の形態での変形、変更を含む）、各種の変形、変更が可能である。以下の変形は、図４，５による態様のものに、ともに適用可能である。
〔第３実施形態の変形例１〕
例えば、シリコン基板表面の絶縁膜としては、シリコンの酸化膜、窒化膜、アルミナ、酸化タンタル等、絶縁性のあるものであれば何でも使用できる。
また、その膜の単独膜、複合膜でも良い。更に、前記第１の実施の態様で述べたように、それらの膜の表面を有機物で修飾したものにも適用可能である。
〔第３実施形態の変形例２〕
その他、本構成では、流路の周囲をシリコン基板で覆った構成となっているが、内表面の一部の状態を変化させるとそれが周囲に伝播し、効果を発揮するとの報告もある。この観点からすると片側がガラス基板でも効果が期待できる。

以上の各実施の形態、変形例等に記載された内容は、以下の発明として捉えることもできるものである。
〔１〕シリコン基板またはガラス基板の片面に溝を形成し、その後、別のガラス基板またはシリコン基板で溝を覆うことにより液流路を形成してその流路で電気泳動を行う小型電気泳動装置（以下、これを、付記項〔２〕以下において、「電気泳動装置」と略す）であり、
電気泳動を行う流路の途中に部分的に液を流すための液の流入、流出口（１，２，８，９）を少なくとも１組以上配設することを特徴とする小型電気泳動装置（図１）。
この構成によれば、電気泳動が行われる流路に係る経路とは別に、電気泳動の行われる流路の一部を独立して液の出し入れを行うための液の流入、流出口（１，２，８，９）が形成される。これにより、例えば流入口、流出口（１，９）間で液路途中の部分的な領域にのみ流路内壁をアミノ基で処理することができ、あるいはこれと同様に他の流入口、流出口（２，８）間で液路途中の対応する部分的な領域をカルボキシル基で処理することができる。このように電気泳動を行う流路を多種類の物質で部分的に修飾も容易にでき、目的に合わせたより高感度な分析が効率よく行えるようになる。

〔２〕前記「電気泳動装置」において、電気泳動を行う流路の両端の液流入、流出口に電極が配設され、かつ電極（１４）を含む配管（１３）が垂直になっていることを特徴とする小型電気泳動装置（図２）。
この場合は、電極（１４）は電気泳動を行う流路の上部に設けられ、かつ、その流入、流出口（３，１０）に対し垂直方向に配管される。このような構造とすることにより、電極に電圧が印加されて電気分解により気泡が発生してもその気泡は電気泳動が行われる流路に拡散することはなく、また、電極の上部に気泡が抜けて行くため電極表面に気泡が滞留することもない。従って、安定な電気泳動が行えるようになる。

〔３〕前記「電気泳動装置」において、電気泳動を行う流路の途中に試料を注入するための流路（４）及び注入口（５）が形成され、試料を注入するための流路（４）の占める体積が電気泳動を行うための流路６の径Ｒ（ｒ＝Ｒ／２）の４／３（πｒ³）以下であることを特徴とする小型電気泳動装置（図１）。
この場合は、リソグラフィ技術とエッチングにより電気泳動を行う流路の形状を任意に設定することが可能であるとともに、試料の導入のための流路や導入口を設けることが可能であり、容易に試料を導入することができ、しかも、そのような試料の導入部を独立に任意に形成し、そこから試料の導入を行うようにしても、その試料の導入時の気泡の混入をできるだけ少なくすることができ、安定な泳動を行うことがきるようになる。試料を注入するためのその流路（４）の径を電気泳動を行う流路（６）の径Ｒの半分にするとＲの４倍の長さの流路を設けることができる。

〔４〕前記「電気泳動装置」において、光学的な検出部の流路の厚さ（２１）が電気泳動を行うための流路（２４）の２倍以上、１０倍以下であることを特徴とする小型電気泳動装置（図３）。
キャピラリ電気泳動の検出は光学的に行われ、この場合、キャピラリの径が細いため光路長も小さく、検出も高感度が要求されるが、上記の構成によって、光学的な検出部を厚くすることにより光路長を増やすことができ、また、泳動によって分離された成分の分布の幅も検出部を厚くした分だけ狭くすることができる。従って、検出感度の向上と分離パターンのピークも急峻にすることができる。このことにより高感度の検出が期待できる。しかも、検出部の厚さをあまり厚くすることが原因で、分離された成分が重なってしまうといったことも回避しつつ上記のことを実現できる。
光学的な検出部の構造としても、ガラス基板（２５）と片面からエッチングして形成したシリコン基板（２３ａ）を組み合わせる構造やガラス基板（２５）と両面からエッチングして形成したシリコン基板（２３ｂ）を組み合わせる構造、両面からエッチングして形成したシリコン基板（２３ｃ）とシリコン基板（２６）を組み合わせる構造等、種々の構造が考えられ、検出部の厚さも任意に設定することが可能である（図３（Ａ）〜（Ｃ））。

〔５〕シリコン基板の片面に溝を形成し、その後、別のガラス基板で溝を覆うことにより液流路を形成してその流路で電気泳動を行う小型電気泳動装置であり、シリコン基板に電圧を印加するための電極（３３）と電気泳動を行うための電極（４１，４１ａ）のどちらか片方との間で電圧を印加する手段を有することを特徴とする小型電気泳動装置（図４）。
この場合は、基板にはシリコン基板（３４，３７）が用いられる。シリコン基板の表面は絶縁膜で覆われる。シリコン基板は半導体なので、基板の一端に電極（３３，３９）を形成し、電気泳動を行うための電極の片方との間に電圧を印加することにより、容易に電気泳動を行う流路の内表面の荷電状態を変化させることができる。このことにより電気浸透流を制御できるようになり、より精密な分析が行えるようになる。

〔６〕シリコン基板の片面に溝を形成し、その後、別のガラス基板で溝を覆うことにより液流路を形成してその流路で電気泳動を行う小型電気泳動装置であり、液流路に面するシリコン基板にＰＮ接合を用いて電気的に絶縁された微小領域を流路に沿って複数設け、各々の領域（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）と電気泳動を行うための電極（４１，４１ａ）のどちらか片方との間で独立に電圧印加する手段を有することを特徴とする小型電気泳動装置（図５）。
これは、上記付記項〔５〕の内容を更に発展させたもので、基板にシリコン（４３，５１）を用いているため、半導体技術を用いることにより液流路に面するシリコン基板にＰＮ接合を形成し、電気的に絶縁された微小領域を流路に沿って複数設け、各々の領域（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）と電気泳動を行うための電極（４１，４１ａ）のどちらか片方との間で独立に電圧印加できる構成の電気泳動装置が可能である。よって、この場合は、更に、例えば、流路に沿って流路表面の荷電の状態を連続的に変化させることにより浸透流を加速または抑制することが期待できる。このことにより電気浸透流をより能動的に制御することが可能になり、精密な泳動が可能になる。

本発明の第１実施の形態を示すもので、主要な要素の配置構成の一例を示す図である。その配置構成の場合における本実施形態に係る装置の、図１Ａ−Ａ線相当断面を示す図である。本発明の第２実施の形態の要部構成を示すもので、光学検出部の例を示す拡大断面図である。本発明の第３実施の形態の説明に供するもので、その一例の構成を示す図である。同じく、他の例の構成を示す図である。従来例を示す図である。

符号の説明

１，２，３，５，８，９，１０流路口（流入口（注入口），流出口）
４，６流路
７，１２処理部分
１１ウインドー（光学的検出部分）
１３配管（チューブ）
１４電極
１５ジョイント
１６基板（ガラス基板）
１６ａ貫通口
１７基板（シリコン基板）
１８電源（高電圧装置）
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ入射光
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ出射光
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ光学検出部
２２，２７，２９，３０シリコン酸化膜
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ基板（シリコン基板）
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ流路
２５，２５ａ，２５ｂ基板（ガラス基板）
２５ｃ基板（シリコン基板）
３３，３９電極
３４，３７シリコン基板
３５，４０絶縁膜
４１，４１ａ電極
４２，４２ａ電源
４３，５１シリコン基板
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ絶縁層

Claims

シリコン基板またはガラス基板のいずれかからなる第１の基板と、ガラス基板またはシリコン基板のいずれかからなる第２の基板とを有し、少なくともこれら第１，第２の基板のうちの一方の基板の片面に溝が形成されるとともに、その他方の基板で該溝を覆うことにより液流路を形成し、その流路で分析を行う小型分析装置であって、
前記流路の途中に部分的に液を流すようにするための液の流入、流出口を少なくとも１組以上設けてなる、
ことを特徴とする小型分析装置。