JP2006505796A - 電気泳動システムにおいて溶出したサンプルを制限するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本教示は、一般的には、電気泳動システムのためのデバイスおよび方法に関する。より具体的には、本教示は、電気泳動微小流体チップ中のチャネルから通る溶出したサンプルを少なくとも部分的に制限するための装置および方法に関する。
バイオテクノロジーにおいて、生物学的サンプルの分離および分析は、極めて重要である。さらに、化学的サンプルが評価される速度および効率を同時に増加するように、分離された成分の多重分離および分析を実行することが、望ましい。例えば、分離技術(例えば、電気泳動)は、DNA配列決定、タンパク質分子量決定、遺伝子マッピング、および特定の化学的サンプルに関する多量の分析情報を集めるために使用される他の型のプロセスにおいて、使用される。
本教示は、例えば、荷電粒子の電気泳動分離の間に、微小流体デバイス中の分散したサンプル成分および/またはチャネルから溶出するサンプル成分の流れを、制限または少なくとも部分的に制限する可能である微小流体デバイスを提供する。具体的には、本教示の装置は、微小流体チップまたは類似するデバイス中でチャネルから溶出する荷電粒子の流れまたはバンドを、3次元においてまで制限する、ピンチング(pinching)電界を提供する。本教示の微小流体チップは、サンプルがチップのチャネルを出た後に、検出セルにおいて実行されるレーザ誘導性蛍光検出技術と組み合わせて使用され得る。
本体であって、上記本体は、上記本体を通って延びる少なくとも1つのチャネルを規定し、上記チャネルは、入口と出口とを備える、本体;および
上記本体の近傍に位置する電極であって、上記電極は、上記チャネルから通過する溶出したサンプル成分を少なくとも部分的に制限するように、上記チャネルの出口付近に電界を提供するような構成である、電極;
を備える。
微小流体チップであって、上記微小流体チップは、上記チップを通る複数のチャネルを規定し、上記チャネルの各々は、入口と出口とを有する、チップ;
上記チャネルの各々の入口と電気的に接続している、第1電極;
上記チャネルの各々の出口と電気的に接続している、第2電極;および
上記チャネルの各々の出口と電気的に接続している、第3電極であって、上記第3電極は、上記チャネルのうちのいずれかから通る溶出したサンプル成分を少なくとも部分的に制限するように電界を提供するように配置されている、第3電極;
を備える。
微小流体チップ中のチャネルの出口の近傍に電界を生成して、上記チャネルから通る溶出したサンプル成分を少なくとも部分的に制限し、それにより、上記溶出したサンプル成分のひずみおよび隣接する溶出したサンプル成分との混合を減少する工程;
を包含する。
本発明の教示の微小流体装置および方法の種々の実施形態の構造および機能は、図を参照することによって最もよく理解され得る。同じ参照名称が図面において複数の位置に現れる場合、その番号は、それらの位置において同じまたは対応する構造を言及する。本発明の教示は、種々の実施形態とともに記載されるが、それらの種々の実施形態は、本発明の教示をそれらの特定の実施形態に限定するとは意図しないことが理解される。対照的に、本発明の教示は、変化物、改変物、および等価物を網羅することが意図され、これらの変化物、改変物、および等価物は、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の教示内に含まれ得る。
図7A〜7Cは、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図7A〜7Cは、本発明の教示の利益なしに、サンプル成分の歪みを示す。図7Aは、チャネル702、サンプル成分704、および検出セル706を示す。示されるように、このシミュレーションは、チャネル側に5Vの電圧708を提供する第1の電気泳動電極および検出セル側に−5Vの電圧710を提供する第2の電気泳動電極を使用して、行った。図7A〜7Cにおける「X」は、チャネル702と検出セル706との壁をシミュレートする。図7Aに示されるように、サンプル成分704は、チャネル702内にあり、検出セル706に向かって移動する。図7Bにおいて、サンプル成分704は、チャネル702から溶出し、検出セル706内にある。注意すべきことに、溶出したサンプル成分704は、チャネル702内で、そのサイズと比較して歪み始める。図7Cにおいて、サンプル成分704は、顕著に歪み、それによって、検出をより困難にし、また隣接して溶出したサンプル成分またはサンプル流路(示さず)と混合するための機会を増加させる。
図8A〜8Cは、本発明の教示の1つの実施形態に従って、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルまで溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図8A〜8Cは、溶出したサンプル成分の歪みに及ぼすピンチング電極の影響を示す。図8Aは、チャネル702、サンプル成分704、および検出セル706を示す。示されるように、このシミュレーションはまた、チャネル側に5Vの電圧708を提供する第1の電気泳動電極および検出セル側に−5Vの電圧710を提供する第2の電気泳動電極を使用して行った。しかしながら、このシミュレーションは、チャネル出口804に隣接する(すなわち、チャネルチップにおける)ピンチング電極802の使用を示し、ここで、このピンチング電極802は−2Vの電圧を提供する。このシミュレーションが本発明の教示の一般的影響を示し、ピンチング電極のいずれの特定の物理的実施形態も例示するものではないことが理解されるべきである。しかしながら、このシミュレーションにおけるピンチング電極802は、示したようなピンチング電極電圧とチャネル702との間の「X」の存在によって示されるように、チャネル702に直ぐ隣ではないことが理解されるべきである。
図9A〜9Cは、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図9A〜9Cは、ピンチング電極802がここで0Vの電圧を提供することを除いて、図8A〜8Cと同一である。この場合には、この電極は、「浮遊電極(floating electrode)」と呼ばれ、ここで、この電極の電位は、電気泳動分離の際に印加された電圧に基づく、チャネルまたは検出セルにおけるその地点での電位と同じである。言い換えれば、電位は、別々に印加されず、この電極は、その地点でマトリックス内に存在する同じ電位を単純に呈する。示されるように、溶出したサンプル成分704の拡張およびゆがみは、実施例2に比べてこの実施例においてなおも小さい。
図10A〜10Cは、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図10A〜10Cは、ピンチング電極802がここで−2Vの電圧を提供することを除いて、図8A〜8Cおよび図9A〜9Cと同一である。示されるように、溶出したサンプル成分704の拡張および歪みは、ここで顕著に減少し、実際には、チャネル706におけるそのサイズと比べて圧縮される。
図11A〜11Cは、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図11A〜11Cは、ピンチング電極802がここでピンチング電極802の電圧とチャネル702の電圧との間の「X」の欠如によって示されるように、チャネル702に直ぐに隣接することを除いて、図9A〜9Cと同一である。この実施例において、ピンチング電極802は、0ボルトの電圧を提供する。この場合において、溶出したサンプル成分704の一部1102は、実際に、チャネル702の壁に接着し、一方で、サンプル成分の残りは、チャネル702から溶出する。ここで、この溶出したサンプル成分704の残りは、検出セル706において顕著に拡張しないことに留意すべきである。
図12A〜12Cは、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図12A〜12Cは、ピンチング電極802がここでより厚く、ピンチング電極802をシミュレートする「0」秒の第2の列によって例示されるように、チャネル壁702のより大きな部分に隣接することを除いて、図11A〜11Cと同一である。この実施例において、ピンチング電極802は、0ボルトの電圧を提供する。この場合において、溶出したサンプル成分704の大部分1102は、実際に、実施例5のシミュレーションと比較して、チャネル702の壁に接着する;しかし、溶出した成分704の残りは、実際に、チャネル702から溶出する際に圧縮する。
図13A〜13Cは、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図13A〜13Cは、ピンチング電極802が−1Vの電圧を提供することを除いて、図12A〜12Cと同一である。この場合において、溶出したサンプル成分704のさらに大部分は、実際に、実施例6のシミュレーションと比較して、チャネル702の壁に接着する;しかし、溶出したサンプル成分704の残りはまた、チャネル702から溶出する際に圧縮する。
図14は、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するDNAサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図14は、3つのチャネル(D形状)1401の上面図を示し、ここからサンプル成分1402、1403、1404が検出セル1404から溶出した。チャネル1405の外側端部は、検出セル1404の入口側1406に隣接して位置付けされ、サンプル成分1402、1403、1404は、その頁の底部からその頁の上部まで本質的に移動する。浮遊電極1407(検出セル1404の幅を横切る空間としてのみ示した)が、チャネル1401の出口1405から所定の距離に位置付けされる。このシミュレーションにおいて、浮遊電極1407は、電気泳動電極(示さず)によって供給された際に、検出セルにおけるその地点に存在する電位を呈する。言い換えれば、この浮遊電極1407は、別々に印加された電圧を有しない。
図15は、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的には、図15は、電極1507(検出セル1404の幅を横切る空間としてのみ示した)が、−1V(すなわち、このシステムにおけるその地点での電位より小さい−1V)の印加電圧を有する。具体的には、この実施例においてシミュレートした電極の型は、メッシュ型の電極である。溶出したサンプル成分の各々のその各サンプル流路に対する制限を示す、検出セルの長さに沿ってその出口端部1509まで延びる暗領域1508によって示されるように、図14と比較して、各チャネル1401の各々から溶出したサンプル成分1502、1503、1054は、検出セル1404を通って横切る際に十分に分離されたままである。
図16は、本発明の教示の別の実施形態に従う、微小流体チップにおけるチャネルから検出セルに溶出するサンプル成分のコンピュータシミュレーションを示す。具体的に、図16は、検出セル1602に注ぐチャネル1601の側面図である。チャネル1601の出口1604から離れて位置付けされた電極1603もまた、示される。この溶出したサンプル成分1605は、扇形状様式で、チャネル出口1604から横切った。この溶出したサンプル成分1605はまた、電極1603を通り、さらに矢印1606によって示した方向で電極の下流の検出セルに沿って、通過する。この場合における溶出したサンプル成分1605は、サンプルの別個のバンドではないが、連続した溶出したサンプル成分であり、この濃度は、より明るい濃淡領域より高い。したがって、電極1603の明らかに上流の扇形状の歪みが削減されたため、この電極1603は、溶出したサンプルを制限することが観測され得る。
Claims (35)
- 微小流体装置であって、
本体であって、該本体は、該本体を通って延びる少なくとも1つのチャネルを規定し、該チャネルは、入口と出口とを備える、本体;および
該本体の近傍に位置する電極であって、該電極は、該少なくとも1つのチャネルの出口に対応する複数の開口部を規定し、該出口を、溶出したサンプル成分が通過し得る、電極;
を備える、微小流体装置。 - 請求項1に記載の微小流体装置であって、
前記本体は、該本体を通って延びる複数のチャネルをさらに規定し、該複数のチャネルの各々は、個々の出口を有し、該個々の出口から、対応する複数の溶出したサンプル成分が通過し得;
該本体は、該出口の各々の間に複数のノッチを規定し;そして
前記電極は、該ノッチの表面の各々の少なくとも一部に適合する、
微小流体装置。 - 請求項2に記載の微小流体装置であって、
前記電極は、前記ノッチの各々の表面部分上にコーティングを備える、
微小流体装置。 - 請求項3に記載の微小流体装置であって、
前記コーティングは、パラジウムを含む、
微小流体装置。 - 請求項3に記載の微小流体装置であって、
前記電極は、気泡無形成電極を備える、
微小流体装置。 - 請求項1に記載の微小流体装置であって、
前記本体は、該本体を通って延びる複数の実質的に平行なチャネルをさらに規定し、該複数の実質的に平行なチャネルの各々は、個々の出口を有し、該個々の出口から、対応する複数の溶出したサンプル成分が通過し得;そして
前記電極は、該出口の各々に対応する複数の開口部を規定し、該開口部を通って、該溶出したサンプル成分が通過し得る、
微小流体装置。 - 請求項6に記載の微小流体装置であって、
前記電極は、前記本体に取り付けられており、かつ前記出口の各々を取り囲む、
微小流体装置。 - 請求項7に記載の微小流体装置であって、
前記電極は、コーティングを備える、
微小流体装置。 - 請求項8に記載の微小流体装置であって、
前記コーティングは、パラジウムを含む、
微小流体装置。 - 請求項8に記載の微小流体装置であって、
前記電極は、気泡無形成電極を備える、
微小流体装置。 - 電気泳動システムであって、
微小流体チップであって、該微小流体チップは、該チップを通る複数のチャネルを規定し、該チャネルの各々は、入口と出口とを有する、チップ;
該チャネルの各々の入口と電気的に接続している、第1電極;
該チャネルの各々の出口と電気的に接続している、第2電極;および
該チャネルの各々の出口と電気的に接続している、第3電極であって、該第3電極は、該チャネルのうちのいずれかから通る溶出したサンプル成分を少なくとも部分的に制限するように電界を提供するように配置されている、第3電極;
を備える、システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、
前記出口は、各々が、前記微小流体チップの出口端部で終端し、
該システムは、前記溶出したサンプル成分を受容するために前記チャネルの出口と流体連絡している検出セルをさらに備える、
システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、
前記微小流体チップは、前記出口の各々の間で該微小流体チップの出口端部にノッチ部分をさらに規定し、前記電界が、前記チャネルの各々の長さの一部に沿って延びるようになっている、
システム。 - 請求項13に記載のシステムであって、
前記第3電極は、前記微小流体チップの出口端部に取り付けられており、前記ノッチ部分に適合する、
システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、
前記第3電極は、気泡無形成電極を備える、
システム。 - 請求項14に記載のシステムであって、
前記第3電極は、前記ノッチ部分上にコーティングをさらに備える、
システム。 - 請求項16に記載のシステムであって、
前記コーティングは、パラジウムを含む、
システム。 - 請求項11に記載のシステムであって、
前記第3電極は、前記出口の各々に対応する複数の開口部を備え、該第3電極は、前記出口付近に位置し、前記出口のうちのいずれか1つから通る溶出したサンプル成分が該第3電極中の開口部のうちの対応する1つを通過するようになっている、
システム。 - 請求項18に記載のシステムであって、
前記第3電極は、前記微小流体チップの出口端部に取り付けられており、前記出口の各々を取り囲む、
システム。 - 請求項19に記載のシステムであって、
前記第3電極は、気泡無形成電極を備える、
システム。 - 請求項19に記載のシステムであって、
前記第3電極は、前記微小流体チップ上にコーティングを備える、
システム。 - 請求項20に記載のシステムであって、
前記コーティングは、パラジウムを含む、
システム。 - 請求項22に記載のシステムであって、
前記チャネルから通る溶出したサンプル成分を受容するために前記出口の各々と流体連絡している、検出セル;
該検出セルに対して励起光を向けるための光源;および
該検出セルにおいて該サンプル成分を検出するように配置されている、検出器;
をさらに備える、システム。 - 微小流体チップのチャネルから溶出するサンプル成分を制限するための方法であって、
微小流体チップ中のチャネルの出口の近傍に電界を生成して、該チャネルから通る溶出したサンプル成分を少なくとも部分的に制限し、それにより、該溶出したサンプル成分のひずみおよび隣接する溶出したサンプル成分との混合を減少する工程;
を包含する、方法。 - 請求項24に記載の方法であって、
前記生成する工程は、前記チャネルの長さの少なくとも一部の周囲に前記電界を生成する工程をさらに包含する、
方法。 - サンプル分析デバイスであって、
1つ以上のチャネルであって、該1つ以上のチャネルの各々は、入口端部と出口端部とを備える、チャネル;および
該1つ以上のチャネルの出口端部の近傍に位置する、1つ以上の電極;
を備え、
該1つ以上の電極は、1つ以上の開口部を規定するように構成され、各開口部は、(i)該チャネルの出口端部の個々の出口端部に対応し、かつ該開口部は、(ii)個々のチャネルの軸方向延長部が該開口部を通るように配置されている、
デバイス。 - 請求項26に記載のデバイスであって、
前記1つ以上の開口部の各々は、前記1つ以上の電極によって、該電極の対向する少なくとも2つの側面に規定される、
デバイス。 - 請求項26に記載のデバイスであって、
少なくとも2つのチャネル;および
少なくとも2つの開口部;
を備える、デバイス。 - 請求項26に記載のデバイスであって、
前記1つ以上のチャネルの各々は、200μm以下の少なくとも1つの断面寸法を備える、
デバイス。 - 請求項26に記載のデバイスであって、
前記1つ以上のチャネルは、共通基材中に形成されている、
デバイス。 - 請求項26に記載のデバイスであって、
前記1つ以上の電極は、少なくとも部分的には、前記出口端部の前記入口端部と反対の側に位置する、
デバイス。 - サンプル分析デバイスであって、
1つ以上のチャネルであって、該1つ以上のチャネルの各々は、入口端部と出口端部とを備える、チャネル;および
該1つ以上のチャネルの出口端部の近傍に位置する、1つ以上の電極;
を備え、
該1つ以上の電極は、1つ以上の開口部を規定するように構成され、各開口部は、(i)該チャネルの出口端部の個々の出口端部に対応し、かつ該開口部は、(ii)個々のチャネルの軸方向延長部と少なくとも部分的に外接する、
デバイス。 - 請求項32に記載のデバイスであって、
少なくとも2つのチャネル;および
少なくとも2つの開口部;
を備える、デバイス。 - サンプル分析デバイスであって、
本体であって、該本体は、該本体を通って延びる1つ以上のチャネルを規定し、各チャネルは、入口と出口とを備える、本体;および
該本体の近傍に位置する1つ以上の電極であって、該1つ以上の電極は、1つ以上の開口部を規定し、各開口部は、該1つ以上のチャネルの個々の出口に対応し、該出口を通って、溶出したサンプル成分が通過し得る、電極;
を備える、デバイス。 - 請求項34に記載のデバイスであって、
少なくとも2つのチャネル;および
少なくとも2つの開口部;
を備える、デバイス。
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