JP2007163188A - 試料導入装置及び試料導入方法 - Google Patents

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Shusuke Nagai
秀典 永井
Masayuki Matsubara
正幸 松原
Yoshihide Tanaka
喜秀 田中
Shinichi Wakita
慎一 脇田
Mitsuru Fujii
充 藤井
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Abstract

【課題】 ダブルＴ型マイクロチップのオフセットの長さに制約されずに、任意の量の試料を導入することができる試料導入装置および試料導入方法を提供すること
【解決手段】 電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料５０の少なくともいずれか一方を、試料５０の分析を行う分析部側に流す主流路１１と、試料供給部の試料５０を主流路１１に供給する試料供給流路１２と、主流路１１から試料５０を排出する試料排出流路１３と、を有するダブルＴ型マイクロチップ１を用いて、所定量の試料５０を試料供給部から分析部に導入する試料導入方法であって、主流路１１、試料供給流路１２、試料排出流路１３に所定の電界を所定時間印加し、試料排出流路１３内の試料５０を主流路１１の分析部側へ移動させる。
【選択図】 図５

Description

この発明は、マイクロチップを用いた試料導入装置および試料導入方法に関するものである。
従来、ＤＮＡやＲＮＡ、タンパク質等の試料を分離する方法として、電気泳動法がある。これは、板状部材の内部に所定の流路を有するマイクロチップを使用し、この流路に電界を印加して前記試料を電気泳動させて分離し分析する方法である。
この方法に使用されるマイクロチップとしては、例えば図１に示すように、電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路９１と、試料供給部の試料を主流路９１に供給する試料供給流路９２と、を有するシングルＴ型マイクロチップ９がある。
電気泳動法をシングルＴ型マイクロチップ９に用いる場合には、各流路に所定の電界を印加して、試料供給部の試料を試料供給流路９２を介して主流路９１に移動させる。この際、印加する電界の時間を調節することにより、主流路９１内に移動する試料の量が決まる。その後、各流路に印加する電界の大きさを所定値に変えることにより、主流路９１内の所定量の試料を分析部へ導入することができる。
しかしながら、シングルＴ型マイクロチップ９を用いる場合、試料中に重さの異なる複数の分子があると、各分子の移動速度に違いが生じ、分析部に導入する前に分子の偏りが生じるという問題があった。
これを解決するために、例えば図２、図３に示すように、電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路１１と、試料供給部の試料を主流路１１に供給する試料供給流路１２と、主流路１１から試料排出部側へ試料を排出する試料排出流路１３と、を有するダブルＴ型マイクロチップ１又はクロス型マイクロチップ２がある。
電気泳動法をダブルＴ型マイクロチップ１に用いる場合には、各流路に電界を印加して、試料供給部の試料を試料供給流路１２を介して、主流路１１および試料排出流路１３に連続的に移動させる。次に、各流路に印加する電界の大きさを所定値に変え、供給流路内の試料を試料供給部側へ移動させると共に、試料排出流路１３内の試料を試料排出部側へ移動させる。その後、各流路に印加する電界の大きさを所定値に変えることにより、主流路１１内の試料を分析部へ導入することができる。
これにより、主流路１１内の試料の量は、主流路１１内の試料供給流路１２と接続する部分から試料排出流路１３に接続される部分まで（以下、オフセットという）の長さに応じた所定量に決まる。また、試料を一旦、試料供給流路１２から主流路１１および試料排出流路１３に連続的に移動させるので、各分子の移動速度に違いが生じ、試料の前方部分や後方部分に分子の偏りが生じても、その真ん中付近、すなわち、オフセット内に限れば、試料の分子を均一にすることができる（例えば、特許文献１）。
特開平７−１２７７７号公報
しかしながら、ダブルＴ型マイクロチップ１は、導入する試料の量がオフセットの長さに制約されるため、試料の導入量を変えるには、オフセットの長さの異なる複数のマイクロチップを用意しなければならないという問題があった。
そこで本発明は、ダブルＴ型マイクロチップのオフセットの長さに制約されずに、任意の量の試料を導入することができる試料導入装置および試料導入方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の試料導入装置は、電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップに対し、前記主流路と前記試料供給流路と前記試料排出流路に任意の電界を印加する電界印加手段を用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入装置であって、前記電界印加手段を制御し、前記試料排出流路内の試料を前記主流路の分析部側へ移動するように電界を調節する制御手段を具備することを特徴とする。
また、本発明の試料導入装置は、電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップに対し、前記主流路と前記試料供給流路と前記試料排出流路に任意の電界を印加する電界印加手段を用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入装置であって、前記電界印加手段を制御し、試料を前記試料供給流路から前記主流路および前記試料排出流路へ移動させた後、前記試料供給流路内の試料を前記試料供給部側に移動させ、前記試料排出流路内の試料を前記主流路内に移動させ、その後、前記主流路内の試料を前記分析部側へ移動させるように電界を調節する制御手段を具備することを特徴とする。
この場合、前記制御手段は、前記電界印加手段が印加する電界の大きさ及び電界を印加する時間の少なくともいずれか一方を調節する方が好ましい。
また、本発明の試料導入方法は、電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップを用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入方法であって、前記主流路、前記試料供給流路、前記試料排出流路に所定の電界を印加し、前記試料排出流路内の試料を前記主流路の分析部側へ移動させることを特徴とする。
また、本発明の試料導入方法は、電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料のいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップを用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入方法であって、前記主流路、前記試料供給流路、前記試料排出流路に所定の電界を印加し、試料を前記試料供給流路から前記主流路および前記試料排出流路へ移動させた後、前記試料供給流路内の試料を前記試料供給部に移動させ、前記試料排出流路内の試料を前記主流路内に移動させ、その後、前記主流路内の試料を前記分析部側へ移動させることを特徴とする特徴とする。
この場合、前記電界の大きさ及び前記電界を印加する時間の少なくともいずれか一方を調節する方が好ましい。
請求項１，２，４，５記載の発明によれば、試料排出流路内の試料を主流路内に移動させるので、ダブルＴ型マイクロチップであっても、オフセットの長さによって制約されずに、試料の導入量を増やすことができる。また、試料中に重さの異なる複数の分子があっても、一旦、試料供給流路から主流路を介して試料排出流路まで連続して流すので、オフセット近辺の試料に関しては、試料の分子を均一にすることができる。
請求項３，６記載の発明によれば、電界の大きさ及び電界を印加する時間の少なくともいずれか一方を調節するので、分析部へ導入する試料の導入量を自由に調節することができる。
本発明の試料導入装置１０は、図４に示すように、マイクロチップ１に対し任意の電界を印加する電界印加手段２を用いて、所定量の試料５０を試料供給部３から分析部４に導入するもので、電界印加手段２を制御し、試料排出流路１３内の試料を主流路１１の分析部４側へ移動するように電界を調節する制御手段１００を具備するものである。
マイクロチップ１は、板状部材の内部に、少なくとも電解質溶液供給部６から供給された電解質溶液及び試料供給部３から供給された電気泳動する試料５０のいずれか一方を、試料５０の分析を行う分析部４側に流す主流路１１と、試料供給部３の試料５０を主流路１１に供給する試料供給流路１２と、主流路１１から試料排出部５側に試料５０を排出する試料排出流路１３と、を形成したものである。例えば、ダブルＴ型マイクロチップやクロス型マイクロチップ等がある（図２、図３参照）。マイクロチップ１の材質はどのようなものでも良いが、例えば、ガラスや半導体材料、樹脂等から製作される。
電界印加手段２は、主流路１１と試料供給流路１２と試料排出流路１３に任意の電界を印加するものである。電界印加手段２としては、電界を印加できるものであればどのようなものでも良いが、例えば、主流路１１の電解質溶液供給部６側および分析部４側、試料供給流路１２の試料供給部３側、試料排出流路１３の試料排出流路１３側にそれぞれ任意の電位を印加することができる電源および電極から構成すれば良い。これにより、電位の差と電極間の距離から導かれる種々の電界を流路に印加することができるので、流路内の試料５０を自由に移動させることができる。
制御手段１００は、電界印加手段２を制御し、電界印加手段２が印加する電界の大きさや印加する時間、印加するタイミングを制御するもので、例えば、コンピュータを用いることができる。この制御手段１００は、例えば、試料５０を試料供給流路１２から主流路１１および試料排出流路１３へ連続的に移動させて充填させた後、試料供給流路１２内の試料５０を試料供給部３に移動させ、試料排出流路１３内の試料５０を主流路１１内に移動させ、その後、主流路１１内の試料５０を分析部４側へ移動させるように電界を調節する。ここで、主流路１１内の試料５０を分析部４側へ移動させる際に、電界の大きさや電界を印加する時間を調節することにより、分析部４へ導入する試料５０の量を任意の量に調節することができる。
試料５０としてはどのようなものでも良いが、例えば、ＤＮＡやＲＮＡ、タンパク質、その他のイオン性物質が対象となる。また、イオン性の物質でなくとも、イオン性の物質とミセル状にして用いることも可能である。
電解質溶液は、電解質溶液供給部６から主流路１１に供給されるもので、分析部４において試料５０の検出の障害にならないものであればよく、例えばリン酸塩やホウ酸塩、有機溶媒等を用いることができる。
分析部４は、試料５０を定性的、定量的に分析するものであればどのようなものでも良く、例えば、吸光光度計、蛍光法検出器、質量分析装置等を用いることができる。
なお、上記説明では、電界印加手段２、試料供給部３、分析部４、試料排出部５、電解質溶液供給部６をマイクロチップ１の外部に設ける場合について説明したが、これに限られるものではなく、それぞれをマイクロチップ１上に設けることも可能である。
次に、本発明の試料導入方法について、図５を用いて説明する。
まず、分析したい試料５０を試料供給部３に用意し、マイクロチップの各流路に所定の電界を印加して試料５０を試料供給流路１２から主流路１１および試料排出流路１３へ移動させる｛図５（ａ）｝。
次に、マイクロチップの各流路に印加する電界の大きさを変えて、試料供給流路１２内の試料５０を試料供給部３側に移動させると共に、又はその後に、試料排出流路１３内の試料５０を主流路１１内に移動させる。この際、各流路に電界を印加する時間を調節することにより、所定量の試料５０を主流路１１内に移動させることができる｛図５（ｂ）｝。
その後、更にマイクロチップの各流路に印加する電界の大きさを変えて、主流路１１内の試料５０を分析部４側へ移動させると共に、試料排出流路内の試料５０を試料排出部５側に移動させる｛図５（ｃ）｝。
これにより、ダブルＴ型マイクロチップのオフセットの長さに制約されずに、所定量の試料５０を分析部４に導入することができる。
次に、本発明の試料導入装置１０を用いて、試料５０をレーザー励起蛍光法検出器（分析部４）へ導入し、主流路１１内の試料５０を分析部４側へ移動させる際に電界を印加した時間と分析部４に導入された試料５０の量との関係を調べた。試料導入量は、ピーク面積から算出した。
マイクロチップとしては、オフセットの大きさが５００μｍのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製ダブルＴ型マイクロチップ（流路幅：１００μｍ、深さ３０μｍ）を用いた。
試料５０としては、５μｇ／ｍｌのフルオレセインを用い、電解質溶液としては、０．０２ｍｏｌ／ｌの硫酸ドデシルナトリウム（ＳＤＳ）を含む０．１５ｍｏｌ／ｌのホウ酸電解質溶液（ｐＨ９．５）を用いた。
まず、主流路１１の電解質溶液供給部６側に２５０Ｖ、分析部４側に３００Ｖ、試料供給流路１２の試料供給部３側に３００Ｖ、試料排出流路１３側に０Ｖの電位を２０秒印加して、試料５０を試料供給流路１２から主流路１１および試料排出流路１３へ移動させた。
次に、主流路１１の電解質溶液供給部６側に５００Ｖ、分析部４側に０Ｖ、試料供給流路１２の試料供給部３側に２００Ｖ、試料排出流路１３側に３５０Ｖの電位を印加して、試料供給流路１２内の試料５０を試料供給部３側に移動させると共に、試料排出流路１３内の試料５０を主流路１１内に移動させる。この際、各流路に電界を印加する時間（Loading Time）を１秒、２秒、３秒、４秒の４種類について検出することとした。
次に、主流路１１の電解質溶液供給部６側に５００Ｖ、分析部４側に０Ｖ、試料供給流路１２の試料供給部３側に２００Ｖ、試料排出流路１３側に２００Ｖの電位を印加して、主流路１１内の試料５０をレーザー励起蛍光法検出器（分析部４）側へ移動させた。
この実験結果を図６に示す。
図６より、電界を印加する時間（Loading Time）に比例してピーク面積が増加、すなわち試料５０の導入量が増加している。したがって、試料排出流路１３内の試料５０を主流路１１内に移動させる際に電界を印加する時間を調節することに分析部４へ試料５０の導入量を調節することが可能であることが実験からも明らかとなった。
シングルＴ型マイクロチップを示す概略平面図である。 ダブルＴ型マイクロチップを示す概略平面図である。 クロス型マイクロチップを示す概略平面図である。 本発明の試料導入装置を示す概略構成図である。 本発明の試料導入法を示す説明図である。 電界の印加時間と試料の導入量との関係を示す図である。
符号の説明
１ マイクロチップ
２ 電界印加手段
３ 試料供給部
４ 分析部
５ 試料排出部
６ 電解質溶液供給部
１０ 試料導入装置
１１ 主流路
１２ 試料供給路
１３ 試料排出流路
５０ 試料
１００ 制御手段

Claims (6)

  1. 電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップに対し、前記主流路と前記試料供給流路と前記試料排出流路に任意の電界を印加する電界印加手段を用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入装置であって、
    前記電界印加手段を制御し、前記試料排出流路内の試料を前記主流路の分析部側へ移動するように電界を調節する制御手段を具備することを特徴とする試料導入装置。
  2. 電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップに対し、前記主流路と前記試料供給流路と前記試料排出流路に任意の電界を印加する電界印加手段を用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入装置であって、
    前記電界印加手段を制御し、試料を前記試料供給流路から前記主流路および前記試料排出流路へ移動させた後、前記試料供給流路内の試料を前記試料供給部側に移動させ、前記試料排出流路内の試料を前記主流路内に移動させ、その後、前記主流路内の試料を前記分析部側へ移動させるように電界を調節する制御手段を具備することを特徴とする試料導入装置。
  3. 前記制御手段は、前記電界印加手段が印加する電界の大きさ及び電界を印加する時間の少なくともいずれか一方を調節することを特徴とする請求項１又は２記載の試料導入装置。
  4. 電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料の少なくともいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップを用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入方法であって、
    前記主流路、前記試料供給流路、前記試料排出流路に所定の電界を印加し、前記試料排出流路内の試料を前記主流路の分析部側へ移動させることを特徴とする試料導入方法。
  5. 電解質溶液供給部から供給された電解質溶液及び試料供給部から供給された電気泳動する試料のいずれか一方を、試料の分析を行う分析部側に流す主流路と、前記試料供給部の試料を前記主流路に供給する試料供給流路と、前記主流路から試料を排出する試料排出流路と、を有するマイクロチップを用いて、所定量の試料を前記試料供給部から前記分析部に導入する試料導入方法であって、
    前記主流路、前記試料供給流路、前記試料排出流路に所定の電界を印加し、試料を前記試料供給流路から前記主流路および前記試料排出流路へ移動させた後、前記試料供給流路内の試料を前記試料供給部に移動させ、前記試料排出流路内の試料を前記主流路内に移動させ、その後、前記主流路内の試料を前記分析部側へ移動させることを特徴とする特徴とする試料導入方法。
  6. 前記電界の大きさ及び前記電界を印加する時間の少なくともいずれか一方を調節することを特徴とする請求項４又は５記載の試料導入方法。
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