JP2005291870A - マイクロチャンネルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 およそ１００μｍ〜５０μｍ程度のチャンネル間隙を低コストで製作可能なマイクロチャンネルモジュールを提供すること。
【解決手段】 ２枚の平行平板間で形成されるチャンネル１６の長手方向にバッファー液と共に試料を供給し、平行平板の幅方向両端に設けた１対の内部陰、陽電極１０ａ，１２ａによる電位差で試料を泳動させて試料の成分を分離するフリーフロー型電気泳動のためのマイクロチャンネルモジュール１であって、一方のガラス体から成る基板２に形成される凸状体５と他方のガラス体から成る蓋板４に形成される凹状体６の高さの差を利用し、凸状体５と凹状体６を挿嵌接合することで微細間隙（１００μｍ〜５０μｍ）を形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、２枚の平行平板間で形成されるチャンネルの長手方向にバッファー液と共に試料を供給し、平行平板の幅方向両端に設けた１対の電極による電位差で試料を泳動させて試料の成分を分離するフリーフロー型電気泳動のためのマイクロチャンネルモジュールに関する。

２枚の平行平板間で形成されるチャンネルの長手方向にバッファー液と共に試料を供給し、平行平板の幅方向両端に設けた１対の電極による電位差で試料を泳動させて試料の成分を分離するフリーフロー型電気泳動装置は既に知られている。このフリーフロー型電気泳動装置は連続して多数の試料を取り扱えて便利であるが、チャンネルの間隙を大きくすると高電圧を要し、電流の増大と温度上昇により、バッファー液から揮発ガスが生じ、その後ガス成分の一部が凝縮することで電気泳動作用の監視を困難にさせるために、１ｍｍ程度に抑えていた（特許文献１参照）。

特許第２７０２９７７号明細書

このような技術上の背景に基づき、試料が流れるチャンネル間隙を１ｍｍより更に小さく設定できれば、微小電力で駆動でき、ガスの発生も抑えられるという観点からマイクロ化の研究が進められているが、平行な微細流路の加工は困難でありコスト高になる欠点があるので、低電力でも試料の分離が正確に行われるようなバッファー液の開発が活発化しているのが現状である。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、およそ１００μｍ〜５０μｍ程度のチャンネル間隙を低コストで製作できるマイクロチャンネルモジュールを提供することを目的とするものである。

上記の目的を解決するために、本発明の請求項１に記載のマイクロチャンネルモジュールは、２枚の平行平板間で形成されるチャンネルの長手方向にバッファー液と共に試料を供給し、平行平板の幅方向両端に設けた１対の電極による電位差で試料を泳動させて試料の成分を分離するフリーフロー型電気泳動のためのマイクロチャンネルモジュールであって、該モジュールは一対のガラス体を接合して形成され、一方のガラス体に凸状体を形成するとともに、他方のガラス体に前記凸状体を囲繞する凹状体を形成し、前記凸状体頂面と凹状体の底面と間で微細間隙のチャンネルを構成したことを特徴としている。
この特徴によれば、微細間隙をガラス体に直接形成するのでなく、一方のガラス体に凸状部を、他方のガラス体に凹状部を形成して、凸状部と凹状部の高さの差を利用して微細間隙を形成するのでマイクロチャンネルの形成が容易である。

本発明の請求項２に記載のマイクロチャンネルモジュールは、請求項１に記載のマイクロチャンネルモジュールであって、前記一対のガラス体の接合を陽極接合法で行うことを特徴としている。
この特徴によれば、陽極接合法で熱膨張係数が等しいガラス体同士を接合するので、接合面の精度の向上が図れる。

本発明の請求項３に記載のマイクロチャンネルモジュールは、請求項１または２に記載のマイクロチャンネルモジュールであって、１対の電極を一対のガラス体のどちらか一方に形成したことを特徴としている。
この特徴によれば、ガラス体のどちら側にも選択的に設けることができるので、モジュール設計の容易化が図れる。

本発明の請求項４に記載のマイクロチャンネルモジュールは、請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロチャンネルモジュールであって、前記１対の電極は白金電極であり、ガラス体に対してクロム層を介してスパッタリング法で接合したことを特徴としている。
この特徴によれば、スパッタリング法でクロム層を介して白金電極をガラス体に接合するので、接着強度が大きく薄膜に形成できガラス体同士の接合に障害とならない。

本発明の請求項５に記載のマイクロチャンネルモジュールは、請求項１ないし４の何れかに記載のマイクロチャンネルモジュールであって、前記ガラス体にはチャンネルの一端側に連通する注入用のガラス配管が、他端側に分取用のガラス配管が設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、ガラス体にガラス配管を設けることで、液漏れのない通路を形成することができる。

本発明の請求項６に記載のマイクロチャンネルモジュールは、請求項１ないし５の何れかに記載のマイクロチャンネルモジュールであって、前記チャンネルの間隙が１００μｍ〜５０μｍであることを特徴としている。
この特徴によれば、チャンネルの間隙が１００μｍ〜５０μｍであるモジュールを製作することで、マイクロ化の利点、即ち微少電力、低発熱が図れ、少ない試料で分離が可能で、使用後の廃棄物の量も少なくすることができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

図１〜図５は、本発明の一実施形態を示すもので、図１は本発明に係るマイクロチャンネルモジュールの基部と蓋部を展開した状態を示す分解斜視図、図２は白金電極部の拡大断面図、図３は組立てられたマイクロチャンネルモジュールの全体斜視図、図４は組立てられたマイクロチャンネルモジュールの内部構造を示す断面図であり、図５（ａ）、（ｂ）は流路を形成するための説明図である。

図１に示す符号１は、マイクロチャンネルモジュールを示し、このマイクロチャンネルモジュール１は、互いに接合される接合面間に微細な偏平空隙となる後述する流動室（チャンネル）を形成する平板状のガラス体で構成される基板２と蓋板４とから成り、基板２の上面内方には頂面が平坦な平面で外形が五角形となる凸状体５が形成されると共に、蓋板４の上面内方には底面が平坦な平面で外形が前記凸状体５に挿嵌可能な五角形となる凹状体６が形成されている。

基板２の凸状体５を囲む周囲には平坦な接合面２ａが形成され、左右両側辺が下辺に対し垂直で且つ平行に形成される凸状体５の前方には、その頂面５ａと下面を連通するサンプル注入ポート８が形成されている。

また、凸状体５の両側頂面には、両側辺に沿って延設される所定長さの１対の偏平な陰、陽の内部電極１０ａ，１２ａと、これら両内部電極１０ａ，１２ａの中央部から凸状体５両側の両接合面２ａの端部まで延びる陰、陽の外部電極１０ｂ，１２ｂとから成る陰、陽電極１０，１２が配設されている。

そして、これらの陰、陽電極１０，１２は、図２に示すように、凸状体を構成するガラス体２に対してクロム層１４を介して白金電極１５がスパッタリング法によって接合されている。このように、スパッタリング法により接合することで、接着強度が大きくなり薄膜に形成できるのでガラス体同士の接合の障害とならない。尚、陰、陽電極１０，１２は、凸状体５に限らず凹状体６に設けることも可能であり、どちら側のガラス体にも選択的に設けることでモジュール設計が容易となる。

一方、蓋板４の凹状体６を囲む周囲には平坦な接合面４ａが形成され、凹状体６の下辺側には、底面６ａと下面を連通する５つの連通孔から成る分取ポート１３が形成されると共に三角形状の凹状体６先端には、凹状体６の底面６ａと下面を連通するバッファー液注入ポート１８が形成されている。

そして、凸状体５のサンプル注入ポート８、及び凹状体６の分取ポート１３、バッファー液注入ポート１８には所定長さのガラス管Ｐがそれぞれ溶着される。このように、各ポート８，１３，１８にガラス管Ｐを設けることで、液漏れのない通路を形成することができる。

次に、マイクロチャンネルモジュール１の接合される接合面間に微細な偏平空隙となる流動室（チャンネル）の形成方法に付き図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図５（ａ）に示すように、板厚１０ｍｍ前後の平板状ガラス体から成る基板２の上面には、接合面２ａを基準として平行平坦な頂面５ａまでの高さｔの凸状体５を加工すると共に、同程度の板厚を有する平板状ガラス体から成る蓋板４の上面には、接合面４ａを基準として平行平坦な底面６ａまでの深さＴの凹状体６が凸状体５に挿嵌可能な形状に正確に加工される。

そこで、基板２の凸状体５に蓋板４の凹状体６を挿嵌させて接合面２ａ，４ａを接合させると、凸状体５の頂面５ａと凹状体６の底面６ａとの間に微細な平行間隙Ｔ−ｔ＝Δｔ（図４参照）が約１００μｍ〜５０μｍになるように形成する。尚、間隙Δｔが５０μｍの場合の許容誤差は±５μｍである。

ここで、基板２と蓋板４を構成する平板状のガラス体は、熱膨張熱膨張係数が等しいガラス体であって、これらガラス体の基板２と蓋板４の接合には、両ガラス体間にシリコンを挟んでにヒータでシリコンを５００℃程度に加熱することでシリコン表面を酸化させて接合する陽極接合法を採用することで、接合面精度の向上を図ることができる。

次に、前述した実施例で説明した構成のマイクロチャンネルモジュールを使用して試料の成分を分離するフリーフロー電気泳動に付き説明する。

図３に示すように、ガラス体によって構成される基板２と蓋板４の接合により一体化されたマイクロチャンネルモジュール１は、分取ポート１３の５つの連通孔に装着された各ガラス管Ｐに例えばステンレス製の管を介して図示しない吸引ポンプを接続する。

次に、バッファー液をガラス管Ｐを介してバッファー液注入ポート１８から偏平空隙となるチャンネル１６内に注入し吸引ポンプを作動させることで、バッファー液は１００μｍ〜５０μｍ程度の偏平空隙のチャンネル１６内に上流から下流の分取ポート１３に向く矢印方向の流れが形成される。

そこで、陰、陽電極１０，１２に電圧を印加すると電荷が形成され、基板２下面のガラス管Ｐを介してサンプル注入ポート８からサンプル（試料）として、例えばタンパク質溶液がチャンネル１６内に注入されると、タンパク質溶液中の電荷を帯びた成分（アミノ酸）は、陰、陽電極１０，１２による電位差で泳動して試料の成分が分離される。すなわち、タンパク質溶液中の電荷とゲル状のバッファー液の流れとによって、タンパク質は陽極電極１２側へ、アミノ酸は陰極電極１０側にひかれて泳動分離されながら分取ポート１３へと排出される。

従って、チャンネル１６の偏平空隙の間隙が１００μｍ〜５０μｍであるモジュール１を製作することで、マイクロ化の利点、即ち微少電力、低発熱が図れ、少ないサンプルで分離が可能で、使用後の廃棄物の量も少なくすることができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

本発明に係るマイクロチャンネルモジュールの基部と蓋部を展開した状態を示す分解斜視図である。 白金電極部の拡大断面図である。 組立てられたマイクロチャンネルモジュールの全体斜視図である。 組立てられたマイクロチャンネルモジュールの内部構造を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は流路を形成するための説明図である。

符号の説明

１ マイクロチャンネルモジュール
２ 基板
２ａ 接合面
４ 蓋板
４ａ 接合面
５ 凸状体
５ａ 頂面
６ 凹状体
６ａ 底面
８ サンプル注入ポート
１０ｂ，１２ｂ 外部電極
１０ａ，１２ａ 内部電極
１０，１２ 陰、陽電極
１３ 分取ポート
１４ クロム層
１５ 白金電極
１６ チャンネル
１８ バッファー液注入ポート
Ｐ ガラス管
Δｔ 間隙

Claims (6)

1. ２枚の平行平板間で形成されるチャンネルの長手方向にバッファー液と共に試料を供給し、平行平板の幅方向両端に設けた１対の電極による電位差で試料を泳動させて試料の成分を分離するフリーフロー型電気泳動のためのマイクロチャンネルモジュールであって、該モジュールは一対のガラス体を接合して形成され、一方のガラス体に凸状体を形成するとともに、他方のガラス体に前記凸状体を囲繞する凹状体を形成し、前記凸状体頂面と凹状体の底面と間で微細間隙のチャンネルを構成したことを特徴とするマイクロチャンネルモジュール。
2. 前記一対のガラス体の接合を陽極接合法で行う請求項１に記載のマイクロチャンネルモジュール。
3. １対の電極を一対のガラス体のどちらか一方に形成した請求項１または２に記載のマイクロチャンネルモジュール。
4. 前記１対の電極は白金電極であり、ガラス体に対してクロム層を介してスパッタリング法で接合した請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロチャンネルモジュール。
5. 前記ガラス体にはチャンネルの一端側に連通する注入用のガラス配管が、他端側に分取用のガラス配管が設けられている請求項１ないし４の何れかに記載のマイクロチャンネルモジュール。
6. 前記チャンネの間隙が１００μｍ〜５０μｍである請求項１ないし５の何れかに記載のマイクロチャンネルモジュール。

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