JP2009014342A - Electrophoretic chip, electrophoretic device and electrophoretic system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体分子や樹脂ビーズ等の粒子を誘電泳動力によって搬送する誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムに関するものである。 The present invention relates to a dielectrophoresis chip, a dielectrophoresis apparatus, and a dielectrophoresis system that convey particles such as biomolecules and resin beads by dielectrophoretic force.
近年、化学分析システムとして、ラボ・オン・チップ(Lab-on-a-Chip;Laboratory on a Chip)やμ-TAS(Micro Total Analysis System)と称される化学分析システムの研究開発が盛んに行われている。これら化学分析システムは、半導体の微細加工技術により、掌にのるサイズのマイクロチップ基板を用いて、この1つのマイクロチップ基板(1チップ)上に、ポンプ、バルブ、反応槽、各種センサ等を集積化・小型化したものである。上記マイクロチップ基板としては、例えば、ガラス基板等が挙げられる。 In recent years, research and development of chemical analysis systems called Lab-on-a-Chip (Laboratory on a Chip) and μ-TAS (Micro Total Analysis System) have been actively conducted as chemical analysis systems. It has been broken. These chemical analysis systems use a microchip substrate of the size of a palm using semiconductor microfabrication technology. On this single microchip substrate (one chip), pumps, valves, reaction vessels, various sensors, etc. It is integrated and downsized. Examples of the microchip substrate include a glass substrate.
これら化学分析システムでは、このマイクロチップ基板上に設けられた微細な流路を流れる流体中で粒子を搬送、分離、収集することにより各種分析が行われる。これら化学分析システムは、微量サンプルで測定が可能であり、また、反応時間の短縮、前処理を含めた測定の自動化、装置の小型化、装置のディスポーザブル化、低コスト、人手の削減等の利点があり、特に、医療や環境測定の分野においてその利点を最大限に発揮できると考えられている。これら化学分析システムは、医療分野をはじめとして、食品衛生分野、環境モニタリング等に広く応用が可能である。 In these chemical analysis systems, various analyzes are performed by transporting, separating, and collecting particles in a fluid flowing through a fine channel provided on the microchip substrate. These chemical analysis systems can measure with a small amount of sample, and also have advantages such as shortening of reaction time, automation of measurement including pretreatment, miniaturization of equipment, disposable equipment, low cost, and reduction of manpower. In particular, it is considered that the advantages can be maximized in the medical and environmental measurement fields. These chemical analysis systems can be widely applied in the field of food hygiene, environmental monitoring, etc., in the medical field.
これら化学分析システムにおける分析対象は、血液を分離することで得られる赤血球、白血球、リンパ球等の血球成分;大腸菌、リステリア菌等の細菌;DNA(デオキシリボ核酸:deoxyribonucleic acid ; deoxyribose nucleic acid)、タンパク質等の生体分子;等、幅広い。また、主な用途としては、例えば、これらDNA、タンパク質、細胞等の解析(反応・検出・分離・搬送);化学合成(マイクロプラント);等が挙げられる。 Analysis targets in these chemical analysis systems are blood cell components such as red blood cells, white blood cells, and lymphocytes obtained by separating blood; bacteria such as Escherichia coli and Listeria; DNA (deoxyribonucleic acid; deoxyribose nucleic acid), proteins Wide range of biomolecules; The main applications include, for example, analysis (reaction / detection / separation / transport) of these DNAs, proteins, cells, etc .; chemical synthesis (microplant);
このため、これら化学分析システムは、大学病院等の大型の研究機関だけでなく、地域の診療所や一般の家庭での検査や健康管理ができる手段として注目を集めている。このため、このような分析チップには、分析精度の高さに加え、安価で取り扱いが容易であり、かつ、迅速な分析が可能であることが求められており、現在、実用化を目指して研究が行われている。 For this reason, these chemical analysis systems are attracting attention not only as a large research institution such as a university hospital, but also as a means for performing examinations and health care in local clinics and general homes. For this reason, such analysis chips are required to be inexpensive, easy to handle and capable of rapid analysis in addition to high analysis accuracy. Research is underway.
これまで、マイクロチップ基板上で解析を目的とする試料(例えば、試料溶液(含有粒子溶液))を操作する手法としては、流路加工およびマイクロポンプ等による圧力制御や、電気泳動(electrophoresis)、誘電泳動(DEP;dielectrophoresis)等の電気的性質を利用した方式が提案されている。 Up to now, as a method of manipulating a sample for analysis on a microchip substrate (for example, sample solution (containing particle solution)), pressure control by flow path processing and micropump, electrophoresis (electrophoresis), A method using electrical properties such as dielectrophoresis (DEP) has been proposed.
特に誘電泳動現象は、流体中での粒子(生体分子含む)の搬送、分離、収集等の駆動力として、粒子それ自身の電荷に関係なくあらゆる粒子に作用しうる不均一交流電場を利用しており、粒子の分離・搬送に適している。このため、誘電泳動現象は、対象物(粒子状物質)の選択操作に適していることから、この誘電泳動現象を利用した化学分析システムの研究が進められている(例えば特許文献1〜5、非特許文献1〜4参照)。
In particular, the dielectrophoresis phenomenon uses a non-uniform AC electric field that can act on any particle regardless of its own charge as a driving force for transporting, separating, and collecting particles (including biomolecules) in a fluid. Suitable for separating and transporting particles. For this reason, since the dielectrophoresis phenomenon is suitable for the selection operation of an object (particulate matter), research on a chemical analysis system using the dielectrophoresis phenomenon is being advanced (for example,
図18は、誘電泳動現象を利用した従来の粒子搬送装置の概略構成を示す斜視図であり、図18は、非平行な電極対を複数配列した粒子搬送装置の概略構成を示している。 FIG. 18 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional particle transport device using a dielectrophoresis phenomenon, and FIG. 18 shows a schematic configuration of the particle transport device in which a plurality of non-parallel electrode pairs are arranged.
上記誘電泳動現象を利用した化学分析システムの応用例として、例えば、特許文献1には、図18に示すように、血液試料等のサンプル液を流すための流路101の下面に、非平行な電極対111・112が複数配列された粒子搬送装置100が開示されている。上記粒子搬送装置100においては、非平行な電極対111・112によって得られる不均一電場によって生じる誘電泳動力により粒子の搬送が行われる。
As an application example of the chemical analysis system using the dielectrophoresis phenomenon, for example, in
さらに、上記誘電泳動現象を利用した応用例としては、例えば、電極(泳動電極アレイ)として櫛型電極を使用した誘電泳動による粒子制御の方法が知られている(例えば特許文献2〜4、非特許文献1〜4参照)。
Further, as an application example using the dielectrophoresis phenomenon, for example, a particle control method by dielectrophoresis using a comb-shaped electrode as an electrode (electrophoresis electrode array) is known (for example,
図19(a)は、櫛型電極を使用して細胞を分離する従来の誘電泳動装置の概略構成を示す側面図であり、図19(b)は、図19(a)に示す誘電泳動装置における要部(電極形成部)の構成を示す平面図である。 FIG. 19A is a side view showing a schematic configuration of a conventional dielectrophoresis apparatus that separates cells using comb-shaped electrodes, and FIG. 19B is a dielectrophoresis apparatus shown in FIG. It is a top view which shows the structure of the principal part (electrode formation part) in FIG.
例えば、非特許文献1には、図19(a)・(b)に示すように、ガラス基板201上に設けられた櫛型電極202に、交流(AC)信号発生器203により高周波を印加することで、電極チャンバ204(流路)内の生細胞と死細胞とを、各々の誘電率の差から生じる誘電泳動力を利用して分離する技術が開示されている。
For example, in
また、特許文献2には、櫛型電極を利用し、電界集中部分となる電極のギャップ部に、誘電泳動により試料溶液中の微生物(細菌等の生体粒子等)を集中させ、電極間のインピーダンス測定を行うことで該微生物の濃度を測定する技術が開示されている。
In
また、図20は、櫛形電極を使用して細胞を搬送する技術を説明する図である。 FIG. 20 is a diagram for explaining a technique for transporting cells using comb-shaped electrodes.
非特許文献2および特許文献3には、図20に示すように、隣接する電極301…に印加する信号の位相条件によって、泳動媒体中の粒子が、電極301面より上方に浮上、搬送されることが開示されている。
In
このように、粒子(細胞等の生体物質を含む)を含む泳動媒体に対して、適当な周波数および電圧の高周波を印加することで、該粒子を分離、浮上、搬送させる操作技術が知られている。 As described above, an operation technique for separating, floating, and transporting particles by applying a high frequency of an appropriate frequency and voltage to an electrophoresis medium containing particles (including biological substances such as cells) is known. Yes.
誘電泳動とは、印加した電界とそれにより誘起される電気双極子との相互作用により粒子に力が働く現象であり、より具体的には、不均一交流電場を印加した際に発生する電気力線場と物質の分極との相互作用により物質が力(誘電泳動力)を受けて移動する現象である。誘電泳動力は、粒子と溶媒の誘電率、印加電圧の周波数等に依存する。誘電泳動(DEP)には、粒子と溶媒の誘電率、さらに印加電圧の周波数により、電界の強い方向へと力が働く「正の誘電泳動」(以下、「p−DEP」と記す)と、弱い方向へ力が働く「負の誘電泳動」(以下、「n−DEP」と記す)とがある。 Dielectrophoresis is a phenomenon in which force acts on particles due to the interaction between an applied electric field and an electric dipole induced thereby, and more specifically, an electric force generated when a non-uniform AC electric field is applied. This is a phenomenon in which a substance receives a force (dielectrophoretic force) and moves due to the interaction between the linear field and the polarization of the substance. The dielectrophoretic force depends on the dielectric constant of the particles and the solvent, the frequency of the applied voltage, and the like. In the dielectrophoresis (DEP), “positive dielectrophoresis” (hereinafter referred to as “p-DEP”) in which force is applied in the direction of strong electric field depending on the dielectric constant of particles and solvent and the frequency of applied voltage, There is “negative dielectrophoresis” (hereinafter referred to as “n-DEP”) in which a force acts in a weak direction.
以下に、誘電泳動の原理について説明する。 Hereinafter, the principle of dielectrophoresis will be described.
溶媒中に懸濁した粒子からなる系に電場を加えると、双極子モーメントが誘起される。前記したように電場が例えば交流(AC)である場合、双極子モーメントは同位相および異位相成分を有するベクトルとして定義される。 When an electric field is applied to a system consisting of particles suspended in a solvent, a dipole moment is induced. As described above, when the electric field is, for example, alternating current (AC), the dipole moment is defined as a vector having in-phase and out-of-phase components.
不均一電界中で誘電粒子に作用する誘電泳動力F(t)の時間平均値は、例えば非特許文献3に記載されているように、下記式(1)で表わされる。
The time average value of the dielectrophoretic force F (t) acting on the dielectric particles in the non-uniform electric field is expressed by the following formula (1) as described in
なお、式(1)中、各記号は、以下の成分を表す。
F:不均一電界中で誘電粒子に作用する誘電泳動力F(t)の時間平均値[N]、ε0:真空の誘電率[F/m]、r:粒子半径[m]、Erms:電界[V/m]の2乗平均平方根、Ex0,Ey0,Ez0:軸x、y、zに沿った各々の電界成分[V/m]、φx,φy,φz:各々の電界成分の位相[rad]、fCM:クラジウス−モソッティ係数(粒子の誘電率の周波数依存性を表す)、εp:粒子の比誘電率、εm:溶媒の比誘電率、ε* p:粒子の複素誘電率[F/m]、ε* m:溶媒の複素誘電率[F/m]、ω:角周波数[rad/s]、σp:粒子の導電率[Ω−1・m−1]、σm:溶媒の導電率[Ω−1・m−1]、j:虚数単位、Re:複素数の実数部、Im:複素数の虚数部、▽:勾配ベクトル(グラジエント)。
In addition, in Formula (1), each symbol represents the following components.
F: time average value [N] of dielectrophoretic force F (t) acting on dielectric particles in a non-uniform electric field, ε 0 : dielectric constant [F / m] of vacuum, r: particle radius [m], E rms : Root mean square of electric field [V / m], E x0 , E y0 , E z0 : electric field components [V / m] along axes x, y, and z, φ x , φ y , φ z : Phase [rad] of each electric field component, f CM : Clausius-Mottott coefficient (representing frequency dependence of dielectric constant of particle), ε p : relative dielectric constant of particle, ε m : relative dielectric constant of solvent, ε * p : complex dielectric constant [F / m] of particle, ε * m : complex dielectric constant [F / m] of solvent, ω: angular frequency [rad / s], σ p : conductivity of particle [Ω −1 · m −1 ], σ m : conductivity of solvent [Ω −1 · m −1 ], j: imaginary unit, Re: real part of complex number, Im: imaginary part of complex number, ▽: gradient vector Le (gradient).
また、各成分の単位は、以下の通りである。
ε:[F/m](比誘電率は単位無し)、F:[N]、r:[m]、E:[V/m]、ω:[rad/s]、σ:[Ω−1・m−1]、φ:[rad]。
The unit of each component is as follows.
ε: [F / m] (relative permittivity is unitless), F: [N], r: [m], E: [V / m], ω: [rad / s], σ: [Ω −1 M −1 ], φ: [rad].
式(1)に示されるように、誘電泳動力は、定常DEP(DEP)および進行波DEP(Travering-Wave DEP:以下、「TWD」と記す)の2つの成分を有する。 As shown in Equation (1), the dielectrophoretic force has two components, a steady DEP (DEP) and a traveling wave DEP (Travering-Wave DEP: hereinafter referred to as “TWD”).
DEPは電界の大きさの不均一分布に起因して生じる力(電界により誘導された分極の同位相成分;式(1)の実数部分)である。一方、TWDは、電界成分の位相の不均一分布に起因して生じる力(電界により誘導された分極の損失成分;式(1)の虚数部分)である。このように誘電泳動挙動は、電界の大きさの不均一性及び電界の位相の不均一性により誘起される。 DEP is a force (in-phase component of polarization induced by the electric field; real part of equation (1)) resulting from the non-uniform distribution of the electric field magnitude. On the other hand, TWD is a force (loss component of polarization induced by an electric field; an imaginary part of the equation (1)) generated due to a non-uniform distribution of the phase of the electric field component. Thus, the dielectrophoretic behavior is induced by the non-uniformity of the electric field magnitude and the non-uniformity of the electric field phase.
電界位相が一定、すなわちTWD成分がゼロである場合、DEPのみが作用することとなる。この結果、式(1)は下記式(2)に示すように簡略化される(定常DEP)。 If the electric field phase is constant, that is, the TWD component is zero, only DEP will act. As a result, equation (1) is simplified as shown in equation (2) below (steady DEP).
ここで、ΤMWはマクスウェル・ワグナー(Maxwell Wagner)の荷電緩和時間であり、次式(3)に示すように表される。 Here, M MW is Maxwell Wagner's charge relaxation time, and is expressed as shown in the following equation (3).
DEPのみを考えた場合、εp=ε* p、εm=ε* mであり、粒子の比誘電率(εp)が溶媒の比誘電率(εm)よりも大きい場合(εp>εm)、すなわちRe[fCM]>0の場合、誘電泳動力は、電界強度の強い方向に働く。つまり、正の誘電泳動(p−DEP)力が作用する。この結果、粒子は電界勾配の大きい方向へ移動する。 When only DEP is considered, ε p = ε * p, ε m = ε * m , and the relative permittivity (ε p ) of the particles is larger than the relative permittivity (ε m ) of the solvent (ε p > When ε m ), that is, Re [f CM ]> 0, the dielectrophoretic force acts in the direction in which the electric field strength is strong. That is, a positive dielectrophoretic (p-DEP) force acts. As a result, the particles move in the direction in which the electric field gradient is large.
一方、粒子の比誘電率(εp)が溶媒の比誘電率(εm)よりも小さい場合(εp<εm)、すなわちRe[fCM]<0の場合、誘電泳動力は、電界強度の弱い方向に働く。つまり、負の誘電泳動(n−DEP)力が作用する。この結果、粒子は電界勾配の小さい方向へ移動する。 On the other hand, when the relative dielectric constant (ε p ) of the particles is smaller than the relative dielectric constant (ε m ) of the solvent (ε p <ε m ), that is, when Re [f CM ] <0, the dielectrophoretic force is Works in the direction of weakness. That is, a negative dielectrophoretic (n-DEP) force acts. As a result, the particles move in a direction where the electric field gradient is small.
具体的な挙動としては、前記したように電極として櫛型電極を使用する場合、溶媒の比誘電率(εm)よりも大きい比誘電率(εp)を有する粒子は電極上、より詳しくは電極端辺にトラップされる。一方、溶媒の比誘電率(εm)よりも小さい比誘電率(εp)を持つ粒子は、電極上方に浮揚する。なお、電界位相が一定でない場合、式(1)よりDEPおよびTWDの両方が作用し得る。 As a specific behavior, when a comb electrode is used as an electrode as described above, particles having a relative dielectric constant (ε p ) larger than the relative dielectric constant (ε m ) of the solvent are more specifically detected on the electrode. It is trapped at the electrode edge. On the other hand, particles having a relative dielectric constant (ε p ) smaller than the relative dielectric constant (ε m ) of the solvent are levitated above the electrode. In addition, when the electric field phase is not constant, both DEP and TWD can act from the equation (1).
従って、2種の粒子を分離する場合、1種の粒子についてはRe[fCM]>0となり、もう1種の粒子についてはRe[fCM]<0となるような周波数を選択すればよい。 Therefore, when separating two types of particles, it is only necessary to select a frequency such that Re [f CM ]> 0 for one type of particle and Re [f CM ] <0 for the other type of particle. .
一方、TWDの場合は、上記DEPの場合と同様に、Im[fCM]>0の場合に電場の位相の大きい方向、すなわち電場の移動方向に沿って誘電泳動力が働き、Im[fCM]<0の場合に、電場の位相の小さい方向、すなわち電場の移動方向と反対方向に誘電泳動力が働く。
On the other hand, in the case of TWD, as in the case of the DEP, the dielectrophoretic force acts along the large direction, i.e. the electric field direction of movement of the I m [
櫛型電極を用いた場合、TWDは電極配線長方向と垂直な方向へ働く。ここで、TWDは電極平面からの高さにより作用が変化する。すなわち電極平面付近よりは、平面から一定の距離離れている方がTWDの影響を顕著に受ける。このことから、TWDによる目的粒子の搬送の際、最初にDEPのみによる目的粒子の浮揚(DEPモード)を行い、その後、TWDを作用させて目的粒子の搬送(TWDモード)を行うことにより、目的粒子にTWDを効率的に作用させることができる。 When a comb electrode is used, TWD works in a direction perpendicular to the electrode wiring length direction. Here, the action of TWD varies depending on the height from the electrode plane. That is, the effect of TWD is more noticeable at a certain distance from the plane than near the electrode plane. Therefore, when the target particles are transported by TWD, the target particles are first floated only by DEP (DEP mode), and then the target particles are transported (TWD mode) by acting TWD. TWD can be made to act efficiently on the particles.
図20は、従来の誘電泳動装置における印加電圧の位相条件を説明する図である。 FIG. 20 is a diagram for explaining a phase condition of an applied voltage in a conventional dielectrophoresis apparatus.
例えば、図20に示すように、複数の電極301…からなる電極列において、隣接する電極301…に印加する信号の位相条件を、非特許文献2および特許文献3に記載されているように、0°、180°、0°、180°、…と設定すると、式(1)は実部のみ(すなわち式(4))となる。この結果、泳動媒体中の粒子は、電極301面より上方に浮揚する力(DEP)を受けて浮上する。そこで、その後、上記電極例において、隣接する電極301…に印加する信号の位相条件を、非特許文献2および特許文献3に記載されているように、0°、90°、180°、270°、…と設定すると、式(1)は実数部、虚数部とも持つことになる。この結果、泳動媒体中の粒子は、搬送力(TWD)を受けて搬送される。
For example, as shown in
通常、上記した誘電泳動による試料溶液(泳動媒体)中の粒子の挙動を観察する際には、粒子の蛍光、発光、反射光、透過光等を、撮像装置により検出(撮像)する必要がある。このような観察(検出)は、一般的に、半導体チップ基板(マイクロアレイ)に設けられた流路の上部もしくは下部に、CCD等の撮像装置を設置することにより光学的に行われる。このため、流路における少なくとも撮像装置設置側の面、すなわち、上記流路を構成する少なくとも一方の基板は、光学的に透明である必要がある。
しかしながら、現在、提案、開発されている、誘電泳動現象を利用した化学分析システムにおける半導体チップ基板(誘電泳動チップ)並びにこれを用いた粒子搬送用装置(誘電泳動装置)は、以下に示すような課題を有している。 However, a semiconductor chip substrate (dielectrophoresis chip) and a particle transfer device (dielectrophoresis apparatus) using the same in a chemical analysis system using a dielectrophoresis phenomenon that has been proposed and developed are as follows. Has a problem.
従来、誘電泳動電極には、金(Au)等の金属材料が一般的に使用されている。 Conventionally, a metal material such as gold (Au) is generally used for the dielectrophoresis electrode.
このため、従来の誘電泳動装置は、このように、流路の片面に、金電極等の光学的に不透明な電極が形成されていることで、CCD等の撮像装置(撮像系)の設置が、流路における電極形成面とは反対側の一面に限られる。 For this reason, in the conventional dielectrophoresis device, an optically opaque electrode such as a gold electrode is formed on one side of the flow path in this way, so that an imaging device (imaging system) such as a CCD can be installed. The flow path is limited to one surface opposite to the electrode forming surface.
しかも、従来の誘電泳動装置は、流路の片面に、金電極等の光学的に不透明な電極が形成されていることで、透過光による撮像は不可能であった。 Moreover, in the conventional dielectrophoresis device, an optically opaque electrode such as a gold electrode is formed on one surface of the flow path, so that imaging using transmitted light is impossible.
本発明は、上記各問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来よりも観察条件の制限が緩和された誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a dielectrophoresis chip, a dielectrophoresis apparatus, and a dielectrophoresis system in which the restrictions on the observation conditions are relaxed as compared with the prior art.
本発明にかかる誘電泳動チップは、上記課題を解決するために、誘電性物質を含む試料に交流電圧により形成された電界を印加することにより上記誘電性物質を誘電泳動させる誘電泳動チップであって、上記誘電性物質を誘電泳動させる泳動レーンと、上記泳動レーンと交差する複数の電極からなり、上記泳動レーンに注入された試料に電界を印加するために交流電圧を印加することで上記誘電性物質を誘電泳動させる電極列とを備え、上記泳動レーンは、上記泳動レーンと電極列とが重畳する領域の少なくとも一部における上記泳動レーンの上記電極列との対向面が透明であり、かつ、上記電極列は、上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分の電極の少なくとも一部が透明電極で形成されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a dielectrophoresis chip according to the present invention is a dielectrophoresis chip that dielectrophoreses the dielectric substance by applying an electric field formed by an alternating voltage to a sample containing the dielectric substance. A dielectric lane for dielectrophoretic migration of the dielectric material and a plurality of electrodes intersecting the electrophoretic lane, and applying the alternating voltage to apply an electric field to the sample injected into the electrophoretic lane. An electrode array for dielectrophoresis of a substance, and the electrophoresis lane has a transparent surface facing the electrode array of the electrophoresis lane in at least a part of a region where the electrophoresis lane and the electrode array overlap, and The electrode array is characterized in that at least a part of the electrode overlapping the transparent region in the migration lane is formed of a transparent electrode.
上記の構成によれば、上記泳動レーンが、上記泳動レーンと電極列とが重畳する領域の少なくとも一部における上記泳動レーンの上記電極列との対向面が透明であり、かつ、上記電極列が、上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分の電極の少なくとも一部が透明電極で形成されていること、つまり、上記泳動レーンと電極とが重畳する領域において、その少なくとも一部がともに透明であることで、上記試料を観察する際、上記電極に遮られることなく、上記泳動レーンの上方および下方の何れの方向からも、電極領域、すなわち、上記誘電性物質に誘電泳動力を与える領域における観察が可能となる。このため、上記の構成によれば、観察方向の選択が可能となる。また、上記の構成によれば、透過光による観察、撮影(透過モードによる観察、撮影)が可能となることから、投影による観察システムの構築が可能となる。よって、上記の構成によれば、従来よりも観察条件の制限が緩和された誘電泳動チップを提供することができるという効果を奏する。上記誘電泳動チップは、上記したように透過光による観察、撮影が可能となることから、蛍光観察やフィルタリングを多用する観察に非常に有効である。 According to the above configuration, the migration lane has a transparent surface facing the electrode row of the migration lane in at least a part of a region where the migration lane and the electrode row overlap, and the electrode row , At least a portion of the electrode that overlaps the transparent region in the migration lane is formed of a transparent electrode, that is, at least a part of the electrode is transparent in the region where the migration lane and the electrode overlap. As a result, when observing the sample, the electrode region is not obstructed by the electrode, and the electrode region, that is, the region in which the dielectrophoretic force is applied to the dielectric substance, from any direction above or below the electrophoresis lane. Observation becomes possible. For this reason, according to said structure, selection of an observation direction is attained. In addition, according to the above configuration, observation with transmitted light and photographing (observation with a transmission mode, photographing) can be performed, so that an observation system by projection can be constructed. Therefore, according to the above configuration, there is an effect that it is possible to provide a dielectrophoresis chip in which the restriction of the observation condition is relaxed compared to the conventional case. Since the dielectrophoresis chip can be observed and photographed by transmitted light as described above, it is very effective for observation using a lot of fluorescence observation and filtering.
本発明において、上記電極列は、上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分以外の部分に金属電極を備えていることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said electrode row | line | column is equipped with the metal electrode in parts other than the part which overlaps with the transparent area | region in the said electrophoresis lane.
同形状の電極を透明導電材料と金属材料とで形成した場合、透明電極材料で形成した電極(透明電極)は、金属材料で形成した電極(金属電極)と比較して相対的に高抵抗である。このため、抵抗率をできるだけ低く抑えるためには、上記電極列は、透明電極と金属電極との二層構造とする等、上記電極列内に金属電極を備えていることが好ましい。そこで、上記金属電極を、上記電極例内における上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳しない部分に設けることで、上記試料を観察する際に、上記電極に遮られることなく、上記泳動レーンの上方向、下方向の何れの方向からも観察が可能であることに加えて、上記電極列全体の抵抗を、該電極列を透明電極のみで形成した場合と比較して、低く抑えることができるとともに、電極間の寄生容量を低減することができる。よって、上記の構成によれば、光学的観察に対する観察条件が制限されることがなく、かつ、入力電圧(泳動制御入力電圧)の減衰・遅延を抑制することが可能な、使い勝手が良く、測定精度の高い誘電泳動チップを提供することができるという効果を奏する。 When an electrode having the same shape is formed of a transparent conductive material and a metal material, the electrode formed of the transparent electrode material (transparent electrode) has a relatively high resistance compared to the electrode formed of the metal material (metal electrode). is there. For this reason, in order to keep the resistivity as low as possible, the electrode array preferably includes a metal electrode in the electrode array, for example, a two-layer structure of a transparent electrode and a metal electrode. Therefore, by providing the metal electrode in a portion that does not overlap with the transparent region in the electrophoresis lane in the electrode example, the upper direction of the electrophoresis lane is not obstructed by the electrode when observing the sample. In addition to being able to observe from any direction of the lower direction, the resistance of the entire electrode array can be kept low compared to the case where the electrode array is formed of only transparent electrodes, The parasitic capacitance between the electrodes can be reduced. Therefore, according to the above configuration, the observation conditions for optical observation are not limited, and it is easy to use and can suppress the attenuation / delay of the input voltage (electrophoresis control input voltage). There is an effect that a highly accurate dielectrophoresis chip can be provided.
また、上記電極列において上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分の電極は、透明電極からなる部分と、金属電極が設けられている部分とを備えていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the electrode of the part which overlaps with the transparent area | region in the said electrophoresis lane in the said electrode row | line has the part which consists of a transparent electrode, and the part in which the metal electrode is provided.
このように、上記電極列において上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分の電極、つまり、上記誘電泳動チップにおける観察領域の電極が、透明電極からなる部分と、金属電極が設けられている部分とを備えていることで、上記電極列全体の抵抗を、該電極列を透明電極のみで形成した場合と比較して、低く抑えることができ、かつ、電極間の寄生容量を低減することができることに加え、透明電極を透過する透過光による観察、撮影(透過モード)および上記金属電極からの反射(落射)光による観察、撮影(落射モード)の何れのモードも使用可能な誘電泳動チップを提供することができるという効果を奏する。 As described above, in the electrode row, the portion of the electrode that overlaps the transparent region in the electrophoresis lane, that is, the portion in which the electrode in the observation region in the dielectrophoresis chip is made of a transparent electrode, and the portion in which the metal electrode is provided The resistance of the entire electrode array can be reduced as compared with the case where the electrode array is formed of only transparent electrodes, and the parasitic capacitance between the electrodes can be reduced. In addition to being able to do so, a dielectrophoresis chip that can be used in any mode of observation, imaging (transmission mode) through the transparent electrode and observation (reflection mode) reflected from the metal electrode, and imaging (emission mode) There is an effect that it can be provided.
また、上記泳動レーンは、一つの基板上に複数設けられており、かつ、上記電極列における各電極は、上記複数の泳動レーンに跨がって設けられていることが好ましい。 Preferably, a plurality of the electrophoresis lanes are provided on one substrate, and each electrode in the electrode row is provided across the plurality of migration lanes.
上記の構成によれば、上記泳動レーンが、一つの基板上に複数設けられており、かつ、上記電極列における各電極が、上記複数の泳動レーンに跨がって設けられていること、つまり、上記各電極が、複数の泳動レーンに共通して設けられていることで、上記誘電性物質に誘電泳動力を与える交流電圧(泳動制御電圧)を、上記各泳動レーンにおける各電極に一括して入力することができる。すなわち、上記の構成によれば、上記電極列に一種類の信号を入力すると、複数の泳動レーンに同時に電界を印加することができる。従って、上記の構成によれば、複数の試料の泳動制御を、一括して同時に行うことができる。 According to the above configuration, a plurality of the electrophoresis lanes are provided on one substrate, and each electrode in the electrode array is provided across the plurality of migration lanes, that is, Since each electrode is provided in common for a plurality of electrophoresis lanes, an alternating voltage (electrophoresis control voltage) that applies a dielectrophoretic force to the dielectric substance is collectively applied to each electrode in each electrophoresis lane. Can be entered. That is, according to the above configuration, when one type of signal is input to the electrode array, an electric field can be simultaneously applied to a plurality of electrophoresis lanes. Therefore, according to the above configuration, migration control of a plurality of samples can be performed simultaneously in a lump.
このため、上記の構成によれば、実験環境の煩雑な設定を伴うことなく、複数種の異なる試料(例えば溶媒の比誘電率や粘度が異なる試料、あるいは、溶媒中の粒子の物性値(比誘電率等)が異なる試料等)を、同一条件で同時に被泳動条件下に置くことが可能であり、試験条件に対する応用範囲が広く、様々な試験条件に適応する誘電泳動チップを提供することが可能である。 For this reason, according to the above configuration, multiple types of different samples (for example, samples having different relative dielectric constants and viscosities of solvents, or physical property values (ratio of the ratio) of the particles in the solvent can be used without complicated setting of the experimental environment. It is possible to provide samples having different dielectric constants, etc.) under electrophoretic conditions at the same time under the same conditions, providing a dielectrophoresis chip that has a wide range of application to test conditions and adapts to various test conditions. Is possible.
また、上記の構成によれば、上記したように、一つの基板上に複数の泳動レーンを有する誘電泳動チップを使用することで、試料(例えば溶媒等の媒体)の種類を泳動レーン毎に変更し、特定の複数の粒子を同時に選別することや、溶媒等の媒体は同一で、泳動レーン毎に電極形状を変えることで特定の複数の粒子を同時に選別することも可能であり、複数粒子の選別を効率良く行うことが可能になる。従って、上記の構成によれば、幅広い用途に対応した誘電泳動チップを提供することができるという効果を奏する。 In addition, according to the above configuration, as described above, by using a dielectrophoresis chip having a plurality of electrophoresis lanes on a single substrate, the type of sample (for example, a medium such as a solvent) is changed for each electrophoresis lane. It is also possible to sort a plurality of specific particles at the same time, or to select a plurality of specific particles at the same time by changing the electrode shape for each electrophoresis lane with the same medium such as a solvent. Sorting can be performed efficiently. Therefore, according to said structure, there exists an effect that the dielectrophoresis chip corresponding to a wide use can be provided.
そして、特に、本発明によれば、透過光による観察、撮影(透過モードによる観察、撮影)が可能であることから、上記観察が容易であり、また、上記したように観察領域に透明電極からなる部分と金属電極を設けた部分とを設ける場合、泳動レーンによって透明電極による透過モードと金属電極による落射モードとを切り換えることで、異なる解析を同時に行うことも可能となる。 In particular, according to the present invention, since observation and photographing (transmission mode observation and photographing) can be performed with transmitted light, the observation is easy, and as described above, a transparent electrode is provided in the observation region. In the case where the portion to be provided and the portion provided with the metal electrode are provided, different analyzes can be performed at the same time by switching between the transmission mode using the transparent electrode and the epi-illumination mode using the metal electrode depending on the migration lane.
また、上記誘電泳動チップは、このように上記泳動レーンが一つの基板上に複数設けられており、かつ、上記電極列における各電極が上記複数の泳動レーンに跨がって設けられている場合、互いに隣り合う泳動レーン同士で、上記電極列の形状、電極幅、および電極間隔のうち少なくとも一つの条件が異なっていることが好ましい。 In the case of the dielectrophoresis chip, a plurality of the electrophoresis lanes are provided on one substrate as described above, and each electrode in the electrode array is provided across the plurality of electrophoresis lanes. It is preferable that at least one condition among the shape of the electrode row, the electrode width, and the electrode interval is different between the adjacent lanes.
誘電泳動挙動は、同一の試料を使用し、同一の制御電圧で駆動した場合でも、電極列(電極)の形状により、上記試料中の電界の状態に応じて異なる。 Even when the same sample is used and driven with the same control voltage, the dielectrophoretic behavior varies depending on the state of the electric field in the sample depending on the shape of the electrode array (electrode).
従って、上記の構成によれば、上記したように互いに隣り合う泳動レーン同士で、上記電極列の形状、電極幅、および電極間隔のうち少なくとも一つの条件を異ならしめることで、特定の複数の誘電性物質を同時に選別・同定することが可能となり、複数の誘電性物質の選別を効率よく行うことが可能になるという効果を有している。また、上記の構成によれば、複数の泳動レーンにおける泳動挙動の差異を一括して観察することができるといったメリットもある。 Therefore, according to the above-described configuration, a plurality of specific dielectrics can be obtained by changing at least one of the shape, the electrode width, and the electrode interval of the electrode rows between the adjacent electrophoresis lanes as described above. This makes it possible to simultaneously select and identify active substances, and to efficiently select a plurality of dielectric substances. Moreover, according to said structure, there also exists a merit that the difference in the electrophoresis behavior in several electrophoresis lanes can be observed collectively.
さらに、上記誘電泳動チップは、このように上記泳動レーンが一つの基板上に複数設けられており、かつ、上記電極列における各電極が上記複数の泳動レーンに跨がって設けられている場合、上記各泳動レーンは互いに離間して設けられ、上記各泳動レーン内と、各泳動レーン同士の間の領域とでは、上記電極列の形状、電極幅、および電極間隔のうち少なくとも一つの条件が異なっていることが好ましい。 Further, in the case of the dielectrophoresis chip, a plurality of the electrophoresis lanes are provided on one substrate as described above, and each electrode in the electrode array is provided across the plurality of electrophoresis lanes. The electrophoresis lanes are provided apart from each other, and at least one of the shape of the electrode array, the electrode width, and the electrode spacing is determined in each electrophoresis lane and in the region between the electrophoresis lanes. Preferably they are different.
上記の構成によれば、例えば、泳動現象の観察に必要である泳動レーン内の電極列のみを要求される狭ピッチ配線とし、それ以外の、泳動現象とは無関係の領域の電極列(上記各泳動レーン同士の間の領域)を広ピッチ配線とすることで、上記電極列全体の抵抗を低くし、かつ寄生容量を低減することで、入力AC電圧の減衰や遅延を抑制することが可能となる。 According to the above configuration, for example, only the electrode array in the electrophoresis lane necessary for observing the electrophoresis phenomenon is required to have a narrow pitch wiring, and other electrode arrays in the region unrelated to the electrophoresis phenomenon (each of the above-mentioned It is possible to suppress the attenuation and delay of the input AC voltage by reducing the resistance of the entire electrode array and reducing the parasitic capacitance by making the area between the electrophoresis lanes wide wiring. Become.
また、上記の構成によれば、例えば上記泳動レーン内の電極列における電極形状がストライプ状ではない場合、各泳動レーン同士の間の領域における上記電極列の電極形状をストライプ構造にして配線長を短縮する等して配線抵抗の増大を抑えることも可能である。 Further, according to the above configuration, for example, when the electrode shape in the electrode row in the migration lane is not a stripe shape, the electrode shape of the electrode row in the region between the migration lanes is formed in a stripe structure, and the wiring length is increased. It is also possible to suppress an increase in wiring resistance by shortening or the like.
このように、上記の構成によれば、上記各泳動レーン内と、各泳動レーン同士の間の領域とで、上記電極列の形状、電極幅、および電極間隔のうち少なくとも一つの条件を異ならしめることで、上記電極列の低抵抗化を図ることができるという効果を奏する。 Thus, according to the above configuration, at least one condition among the shape of the electrode row, the electrode width, and the electrode interval is made different in each electrophoresis lane and in a region between the electrophoresis lanes. As a result, the resistance of the electrode array can be reduced.
また、上記泳動レーンは、一対の基板と、上記基板間に設けられた泳動レーン壁とで形成されており、上記泳動レーン壁は、内部に、上記一対の基板間の間隔を保持するスペーサを含有していることが好ましい。 Further, the migration lane is formed by a pair of substrates and a migration lane wall provided between the substrates, and the migration lane wall has a spacer for holding a gap between the pair of substrates inside. It is preferable to contain.
上記の構成によれば、このように上記泳動レーンが一対の基板間に形成されている場合、上記泳動レーン壁が、内部に、上記一対の基板間の間隔を保持するスペーサを含有していることで、上記泳動レーンのレーン高さを均一に保持することができるという効果を奏する。 According to the above configuration, when the migration lane is formed between a pair of substrates in this way, the migration lane wall contains a spacer that keeps an interval between the pair of substrates inside. As a result, the lane height of the electrophoresis lane can be kept uniform.
また、上記誘電泳動チップは、上記泳動レーンが、基板上に、上記泳動レーンに沿って泳動レーン壁が設けられてなり、上記基板上における上記泳動レーン壁が形成されている領域の少なくとも一部を除く領域に、上記電極列を覆う保護膜が設けられていることが好ましい。 In the dielectrophoresis chip, the migration lane is provided with a migration lane wall on the substrate along the migration lane, and at least a part of the region where the migration lane wall is formed on the substrate. It is preferable that a protective film covering the electrode array is provided in a region excluding.
上記の構成によれば、上記基板上に、上記電極列を覆う保護膜が設けられていることで、泳動する誘電性物質が、上記泳動レーン内において上記電極列に吸着することを防ぐことができる。そして、上記保護膜が、上記基板上における上記泳動レーン壁が形成されている領域の少なくとも一部を除く領域に設けられていることで、上記保護膜と上記泳動レーン壁の材料との密着性が悪い場合でも、十分な接着性を得ることができるという効果を奏する。 According to said structure, the protective film which covers the said electrode row | line | column is provided on the said board | substrate, and it prevents that the dielectric material which migrates adsorb | sucks to the said electrode row | line | column in the said migration lane. it can. And the said protective film is provided in the area | region except at least one part of the area | region in which the said migration lane wall is formed on the said board | substrate, and the adhesiveness of the said protective film and the material of the said migration lane wall Even if it is bad, there exists an effect that sufficient adhesiveness can be acquired.
また、上記泳動レーンは、一対の基板と、上記一対の基板間に設けられた泳動レーン壁とで形成されており、かつ、上記一対の基板間に、上記泳動レーンに上記試料を注入するための注入口を有していることが好ましい。 The electrophoresis lane is formed of a pair of substrates and a migration lane wall provided between the pair of substrates, and the sample is injected between the pair of substrates into the electrophoresis lane. It is preferable to have an injection port.
上記の構成によれば、このように泳動レーンが一対の基板間に形成されている場合、該泳動レーンに上記試料を注入するための注入口を、上記基板にドリル等で孔を開ける等して形成する場合と比較して、上記泳動レーン内への不純物の混入を防止し、上記誘電泳動チップの不良発生率を相対的に抑制することができるという効果を奏する。 According to the above configuration, when the migration lane is formed between a pair of substrates in this way, an injection port for injecting the sample into the migration lane is formed, and a hole is drilled in the substrate. Compared with the case of forming in this way, it is possible to prevent impurities from entering the electrophoresis lane and to relatively suppress the defect occurrence rate of the dielectrophoresis chip.
また、上記の構成によれば、上記泳動レーン壁のパターンにより上記一対の基板間に上記注入口が必然的に形成されることから、上記注入口を形成するために別途材料や工程を必要としない。従って、上記の構成によれば、上記誘電泳動チップにドリル等で上記注入口を設ける場合と比較して、より効率的に上記誘電泳動チップを形成することができるという効果を併せて奏する。 Further, according to the above configuration, since the injection port is inevitably formed between the pair of substrates due to the pattern of the migration lane wall, additional materials and processes are required to form the injection port. do not do. Therefore, according to said structure, compared with the case where the said injection port is provided in the said dielectrophoresis chip with a drill etc., there exists an effect that the said dielectrophoresis chip can be formed more efficiently.
また、上記誘電泳動チップは、上記電極列における各電極の両端部に、各電極に各電極の両端から同一の電圧を入力するための入力端子部を有していることが好ましい。 In addition, the dielectrophoresis chip preferably has input terminal portions for inputting the same voltage from both ends of each electrode to both ends of each electrode in the electrode row.
上記の構成によれば、誘電泳動試験時に、上記電極列における各電極の両端から、各電極に、それぞれ、同一の電圧、すなわち、同一の交流電圧が、同時に入力される。 According to said structure, the same voltage, ie, the same alternating voltage, is simultaneously input into each electrode from the both ends of each electrode in the said electrode row | line | column at the time of a dielectrophoresis test.
従って、上記の構成によれば、上記各電極の両端部から同一の電圧が入力されることで、各電極に、各電極の片側からのみ電圧が入力される場合と比較して、配線抵抗および寄生容量による入力電圧信号の減衰や遅延の影響を抑制することができるという効果を奏する。 Therefore, according to the above configuration, when the same voltage is input from both ends of each electrode, the wiring resistance and the resistance are compared with the case where the voltage is input to each electrode only from one side of each electrode. There is an effect that the influence of the attenuation and delay of the input voltage signal due to the parasitic capacitance can be suppressed.
本発明にかかる誘電泳動装置は、上記課題を解決するために、本発明にかかる上記誘電泳動チップを備えていることを特徴としている。 The dielectrophoresis apparatus according to the present invention includes the dielectrophoresis chip according to the present invention in order to solve the above-described problems.
また、本発明にかかる誘電泳動システムは、上記課題を解決するために、本発明にかかる上記誘電泳動チップを備えていることを特徴としている。 The dielectrophoresis system according to the present invention includes the dielectrophoresis chip according to the present invention in order to solve the above problems.
上記各構成によれば、上記誘電泳動装置並びに誘電泳動システムが、本発明にかかる上記誘電泳動チップを備えていることで、試料を観察する際に、上記誘電泳動チップにおける泳動レーンに設けられている電極に遮られることなく、上記泳動レーンの上方および下方の何れの方向からも、電極領域、すなわち、上記誘電性物質に誘電泳動力を与える領域における観察が可能となる。また、上記の各構成によれば、透過光による観察、撮影(透過モードによる観察、撮影)が可能となることから、投影による観察システムの構築が可能となる。よって、上記各構成によれば、従来よりも観察条件の制限が緩和された誘電泳動装置並びに誘電泳動システムを提供することができるという効果を奏する。 According to each configuration described above, the dielectrophoresis apparatus and the dielectrophoresis system include the dielectrophoresis chip according to the present invention, so that when the sample is observed, the dielectrophoresis device and the dielectrophoresis system are provided in the electrophoresis lane of the dielectrophoresis chip. Observation in the electrode region, that is, the region that applies the dielectrophoretic force to the dielectric substance, is possible from any direction above and below the migration lane without being interrupted by the electrode. Further, according to each of the above configurations, observation with transmitted light and imaging (observation and imaging with transmission mode) are possible, so that an observation system by projection can be constructed. Therefore, according to each said structure, there exists an effect that the dielectrophoresis apparatus and dielectrophoresis system by which the restriction | limiting of the observation conditions was eased compared with the former can be provided.
本発明にかかる誘電泳動チップは、誘電性物質を含む試料に交流電圧により形成された電界を印加することにより上記誘電性物質を誘電泳動させる誘電泳動チップであって、以上のように、上記誘電性物質を誘電泳動させる泳動レーンと、上記泳動レーンと交差する複数の電極からなり、上記泳動レーンに注入された試料に電界を印加するために交流電圧を印加することで上記誘電性物質を誘電泳動させる電極列とを備え、上記泳動レーンは、上記泳動レーンと電極列とが重畳する領域の少なくとも一部における上記泳動レーンの上記電極列との対向面が透明であり、かつ、上記電極列は、上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分の電極の少なくとも一部が透明電極で形成されていることで、上記試料を観察する際、上記電極に遮られることなく、上記泳動レーンの上方および下方の何れの方向からも、電極領域、すなわち、上記誘電性物質に誘電泳動力を与える領域における観察が可能となる。また、本発明によれば、透過光による観察、撮影(透過モードによる観察、撮影)が可能となることから、投影による観察システムの構築が可能となる。よって、本発明によれば、従来よりも観察条件の制限が緩和された誘電泳動チップを提供することができるという効果を奏する。 A dielectrophoresis chip according to the present invention is a dielectrophoresis chip that dielectrophoreses the dielectric substance by applying an electric field formed by an alternating voltage to a sample containing the dielectric substance. An electrophoretic lane for dielectrophoretic migration of the active substance and a plurality of electrodes intersecting the electrophoretic lane, and applying an alternating voltage to apply an electric field to the sample injected into the electrophoretic lane, The electrophoresis lane has a transparent surface facing the electrode row of the migration lane in at least a part of a region where the migration lane and the electrode row overlap, and the electrode row This is because at least part of the electrode that overlaps the transparent region in the electrophoresis lane is formed of a transparent electrode, so that the electrode is shielded when the sample is observed. Without being, from above and any direction of the lower of the electrophoresis lanes, the electrode area, i.e., it is possible to observe in the area to which the dielectrophoretic force on the dielectric material. In addition, according to the present invention, observation with a transmitted light and photographing (observation with a transmission mode, photographing) can be performed, so that an observation system by projection can be constructed. Therefore, according to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a dielectrophoresis chip in which the restriction of the observation condition is relaxed compared to the conventional case.
また、本発明にかかる誘電泳動装置並びに誘電泳動システムは、本発明にかかる上記誘電泳動チップを備えていることで、試料を観察する際に、上記誘電泳動チップにおける泳動レーンに設けられている電極に遮られることなく、上記泳動レーンの上方および下方の何れの方向からも、電極領域、すなわち、上記誘電性物質に誘電泳動力を与える領域における観察が可能となる。よって、本発明によれば、従来よりも観察条件の制限が緩和された誘電泳動装置並びに誘電泳動システムを提供することができるという効果を奏する。 In addition, the dielectrophoresis apparatus and the dielectrophoresis system according to the present invention include the dielectrophoresis chip according to the present invention, so that the electrode provided in the electrophoresis lane of the dielectrophoresis chip when the sample is observed. Observation in the electrode region, that is, the region that applies the dielectrophoretic force to the dielectric substance, is possible from any direction above and below the migration lane without being blocked by the above. Therefore, according to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a dielectrophoresis apparatus and a dielectrophoresis system in which the restriction of observation conditions is relaxed compared to the conventional case.
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について図1〜図5に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、流路として、複数の泳動レーンを備えた誘電泳動チップ(マイクロチップ基板)を例に挙げて説明するものとするが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, a dielectrophoresis chip (microchip substrate) having a plurality of electrophoresis lanes will be described as an example of the flow path, but this embodiment is limited to this. It is not a thing.
図1は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネルの概略構成を示す斜視図である。また、図2は、図1に示す誘電泳動パネルを上側基板側から見た平面図である。図3は、図2に示す誘電泳動パネルのA−A線矢視断面図であり、図4は、図2に示す誘電泳動パネルのB−B線矢視断面図である。また、図5は、図1に示す誘電泳動パネルを備えた本実施の形態にかかる誘電泳動システムの概略構成図である。なお、図2においては、図示の便宜上、上側基板を二点鎖線にて示す。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a dielectrophoresis panel according to the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of the dielectrophoresis panel shown in FIG. 1 as viewed from the upper substrate side. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the dielectrophoresis panel shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB of the dielectrophoresis panel shown in FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the dielectrophoresis system according to the present embodiment including the dielectrophoresis panel shown in FIG. In FIG. 2, for convenience of illustration, the upper substrate is indicated by a two-dot chain line.
図1〜4に示すように、いわゆるマイクロチップ基板としての本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10(誘電泳動チップ、泳動アレイ)は、対向配置された下側基板1(第1基板)と上側基板2(第2基板)との間に、泳動空間を有する複数の泳動レーン3(流路)が設けられた構成を有している。 As shown in FIGS. 1 to 4, a dielectrophoresis panel 10 (dielectrophoresis chip, electrophoretic array) according to the present embodiment as a so-called microchip substrate includes a lower substrate 1 (first substrate) and an upper side which are arranged to face each other. A plurality of migration lanes 3 (flow paths) having a migration space are provided between the substrate 2 (second substrate) and the substrate 2 (second substrate).
上記泳動レーン3は、上記一対の基板のうち一方の基板、本実施の形態では、上記下側基板1上に、上記泳動レーン3の形成領域に沿って泳動レーン壁4がパターン形成されることで形成されている。
The
また、各泳動レーン3には、試料溶液等の、被観察物(誘電性物質)を含む試料(泳動媒体)を注入および排出するための注入・排出孔5(開口部、注入口)が形成されている。
Also, each
上記下側基板1および上側基板2のうち少なくとも一方の基板は、好適には、ガラス、石英、プラスチック等の透明基板(透明絶縁体基板)で形成される。本実施の形態では、上記下側基板1および上側基板2として、例えば、10cm×10cm程度の透明基板を使用している。
At least one of the
これら下側基板1および上側基板2のうち、例えば下側基板1における上側基板2との対向面上には、泳動電極アレイ6(泳動電極配線)として、複数の泳動電極6a(誘電泳動用の電極)からなる電極列(櫛型電極)が、各泳動レーン3…を跨ぐように、各泳動レーン3…に対して垂直方向に設けられている。
Of the
上記泳動電極6aは、例えば、ITO(インジウム錫酸化物:Indium Tin Oxide)、ZnO(酸化亜鉛:Zinc Oxide)、IZO(インジウム亜鉛酸化物:Indium Zinc Oxide)等の透明な導電性酸化膜(透明電極)で形成されている。上記泳動電極6aに使用される電極材料としては、透明導電材料であれば特に限定されるものではないが、そのなかでも、ITOが好ましい。本実施の形態では、上記泳動電極アレイ6として、例えば、膜厚約2000Å、電極長約10cm、電極幅(L:ライン)30μmの泳動電極6aを、電極間隔(S:スペース)が30μm(つまり、L/Sがともに30μm)となるように、1000本形成している。
The
但し、これら電極幅、電極間隔、および電極長(配線長)等の条件は、特に限定されるものではなく、分析対象となる粒子(つまり、泳動媒体中の粒子)の大きさ、並びに、目的とする操作(分離、収集、搬送等)等に応じて適宜設定すればよい。また、泳動電極6aの膜厚や電極材料もまた適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。
However, the conditions such as the electrode width, the electrode interval, and the electrode length (wiring length) are not particularly limited, and the size and purpose of the particles to be analyzed (that is, particles in the electrophoresis medium) What is necessary is just to set suitably according to operation (separation, collection, conveyance, etc.) etc. to do. Moreover, the film thickness and electrode material of the
上記泳動電極アレイ6(すなわち各泳動電極6a)は、複数の泳動レーン3…に亘って延設されており、各泳動レーン3に共通で作用する。上記泳動電極アレイ6は、上記下側基板1端部に実装・接続部6b(入力端子部)を有している。上記実装・接続部6bには、フレキシブル配線基板(Flexible Print Circuit、以下、「FPC」と記す)17が実装されており、このFPC17を介して、図5に示す制御基板50(制御部;駆動制御部)と接続される。
The migration electrode array 6 (that is, each
上記下側基板1および上側基板2における互いの対向面には、各々、下面保護膜7および上面保護膜8が形成されている。これら下面保護膜7および上面保護膜8は、各々、上記泳動レーン3内壁における底壁および天壁を構成している。
A lower surface
これら下面保護膜7および上面保護膜8の材料としては、例えば、フッ素系樹脂;人工細胞膜;アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の有機膜;等が挙げられるが、これら下面保護膜7および上面保護膜8の材料は、泳動させる粒子の種類に応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものでない。また、上記下面保護膜7および上面保護膜8は、上記泳動レーン3内壁、特に、上記各泳動電極6a表面を保護(カバー)することができさえすればよく、その膜厚は、特に限定されるものではない。なお、上記人工細胞膜としては、例えば、日本油脂株式会社製の「リピジユア」(登録商標)、株式会社AIバイオチップ製の「PCmodifer」(登録商標)等が挙げられる。また、下面保護膜7および上面保護膜8の材料としては、感光性を有する材料を使用することもできる。上記下面保護膜7および上面保護膜8の材料として感光性を有する材料を使用することで、例えば、泳動レーン3以外の保護膜が不要な部分、例えば実装端子部分(実装・接続部6b)を、例えばフォトリソグラフィ等で除去することができ、後工程での手間を省くことができる。
Examples of the material of the lower surface
また、本実施の形態によれば、上記下面保護膜7が設けられた下側基板1上には、前記したように、上記上側基板2との対向面に、各泳動レーン3…を隔てる泳動レーン壁4が設けられている。
In addition, according to the present embodiment, on the
上記泳動レーン壁4は、仕切り壁(間仕切)として、内部を複数のレーンに間仕切る複数の隔壁4aを備えた枠体である。各隔壁4aは、上記泳動電極アレイ6(各泳動電極6a)と泳動レーン3…とが交差(本実施の形態では直交)するように、上記泳動電極アレイ6に対して垂直方向に並設されている。
The
上記泳動レーン壁4は、例えば、シール材(接着剤)により形成される。上記シール材としては、特に限定されるものではなく、例えば、シール材として従来公知の樹脂が使用される。このようなシール材としては、例えば、エポキシ樹脂、あるいは、エポキシ樹脂を主成分として含む樹脂組成物からなるエポキシ系接着剤等の接着樹脂(接着剤)が使用される。上記シール材は、球状スペーサまたはファイバ状スペーサ等のいわゆるスペーサ(間隔保持材)を含むことが好ましく、上記シール材がこれら球状スペーサ、ファイバ状スペーサ等のスペーサを含有することで、上記下側基板1と上側基板2とを対向配置させて貼り合わせる際に、上記泳動レーン壁4の厚み、つまり、上記泳動レーン3のレーン高さを均一にすることができる。
The
上記シール材中に混入されるスペーサとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ガラス等からなる、いわゆるテフロン(登録商標)スペーサや、ガラススペーサ等を使用することができる。 As the spacer mixed in the sealing material, for example, a so-called Teflon (registered trademark) spacer made of polytetrafluoroethylene, glass, or the like, a glass spacer, or the like can be used.
本実施の形態では、レーン幅(隔壁4a・4a間の間隔)約1cm、レーン長さ約6cmの泳動レーン3を、並列に4列形成した。また、泳動レーン壁4の幅は約2mmに設定した。また、泳動レーン3の厚み(泳動レーン壁4の高さ)が均一となるように、上記シール材には、粒径40μmのガラススペーサを混入した。
In the present embodiment, four rows of
また、上記下側基板1および上側基板2における何れか一方の基板には、上記各泳動レーン3に試料(泳動媒体)を注入および排出するための注入・排出孔5が、上記各泳動レーン3毎に形成されている。本実施の形態では、上記注入・排出孔5として、上記上側基板2における各泳動レーン3の両端部に、それぞれ、約2mmの孔径を有する孔を設けた。
Further, any one of the
なお、上記各泳動レーン3は、上記泳動電極アレイ6の延設方向(長手方向)と、各泳動レーン3における2つの注入・排出孔5を結んだ直線とができる限り垂直となるように設けられていることが望ましい。
Each
次に、本実施の形態にかかる上記誘電泳動パネル10の作製方法について以下に説明する。
Next, a manufacturing method of the
本実施の形態では、上記したように、下側基板1および上側基板2に、例えば10cm×10cmの透明基板を使用し、まず、上記下側基板1上に、泳動電極アレイ6を形成した。
In the present embodiment, as described above, for example, transparent substrates of 10 cm × 10 cm are used for the
本実施の形態では、上記下側基板1上に、スパッタ蒸着等によるITO膜形成後、フォトリソグラフィを用いて電極形状にパターニングすることにより、膜厚約2000Å、L/Sがともに30μm、電極長約10cmの1000本の電極列からなる泳動電極アレイ6を形成した。また、同時に、泳動電極アレイ6の端部に、実装端子として、実装・接続部6b(入力端子部)をパターン形成した。
In the present embodiment, an ITO film is formed on the
次に、上記下側基板1と上側基板2とを貼り合わせたときに、上記上側基板2において泳動レーン3と重畳する部分を、例えばドリルで穿孔することにより、各泳動レーン3の両端部に、それぞれ、孔径約2mmの注入・排出孔5を設けた。なお、上記注入・排出孔5の形成方法としては、他に、ブラストや、エッチング等の方法を用いることができる。
Next, when the
次に、上記泳動電極アレイ6が形成された下側基板1、および、注入・排出孔5が形成された上側基板2上に、例えば前記した保護膜材料を塗布することにより、それぞれ、下面保護膜7および上面保護膜8を形成した。
Next, by applying, for example, the above-described protective film material onto the
次に、下面保護膜7を形成した下側基板1上に、反応性接着剤(熱硬化性接着剤)として、粒経40μmのガラススペーサを混入したエポキシ系接着剤(シール材)を塗布することにより、幅約2mm、高さ約40μmの泳動レーン壁4を形成した。シール材の塗布には、例えば、スクリーン版を使用した印刷方法や、ディスペンサーを使用した描画方法を使用した。
Next, an epoxy adhesive (seal material) mixed with a glass spacer having a particle size of 40 μm is applied as a reactive adhesive (thermosetting adhesive) on the
本実施の形態によれば、上記したように、泳動レーン壁4を、ガラススペーサを含有したシール材で形成していることから、各泳動レーン3のギャップ(レーン高さ)を均一に維持することができる。また、上記したように、シール材を、印刷あるいは描写法を用いてパターン形成することにより、複数の隔壁4aを備えた泳動レーン壁4を簡便に形成することができる。これにより、複数の泳動レーン3を、簡便に形成することができる。
According to the present embodiment, as described above, since the
その後、上記下側基板1および上側基板2を対向配置させて貼り合わせを行った。これにより、上記下側基板1および上側基板2と、これら下側基板1と上側基板2との間の空間を仕切る、上記泳動レーン壁4とで囲まれた泳動レーン3を形成した。
Thereafter, the
具体的には、下側基板1および上側基板2を対向配置させ、上下両面から熱プレスを行った。熱プレスにより下側基板1上のシール材が一旦軟化した後、硬化し、両基板が接着されることで、両基板間に泳動レーン3が形成される。泳動レーン3のギャップは、泳動レーン壁4を構成する上記シール材中に含まれるスペーサにより維持される。本実施の形態では、前記したように、レーン幅(隔壁4a・4a間の間隔)約1cm、レーン長さ約6cm、厚さ約40μmの泳動レーン3を、並列に4列形成した。以上の工程により、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10が形成される。
Specifically, the
上記誘電泳動パネル10は、図5に示すように、上記泳動電極アレイ6端部に形成された実装・接続部6bに実装されたFPC17を介して、制御基板50と接続されている。本実施の形態にかかる誘電泳動装置70は、上記誘電泳動パネル10と、制御基板50と、DC電源60(電源)とを備えている。また、本実施の形態にかかる誘電泳動システム85は、上記誘電泳動装置70と、撮像系80とを備えている。
As shown in FIG. 5, the
上記制御基板50は、周波数・タイマー制御部50a、同期信号制御部50b、発振回路部50c、位相選択・増幅部50dを備えている。
The
上記誘電泳動装置70において、DC電源60から出力された電圧(DC(直流)電圧)は、上記制御基板50に入力され、上記制御基板50を駆動する。
In the
上記制御基板50では、上記発振回路部50cからAC電圧が出力される。出力されるAC電圧は、上記周波数・タイマー制御部50a、同期信号制御部50b、位相選択・増幅部50dにより周波数、位相、振幅等が制御されることにより、意図するAC出力に調整され、上記FPC17を介して上記誘電泳動パネル10に印加(入力)される。
In the
また、上記撮像系80は、上記誘電泳動パネル10の泳動レーン3における観察領域(測定部)に照射光を与えるためのレーザ等の光源や、光学顕微鏡、CCD(電荷結合素子;charge coupled device)カメラ等の撮像素子等を備えた光学系であり、上記泳動レーン3の上部または下部に設置されて光学検出を行うようになっている。
The
本実施の形態において用いられる試料としては、誘電泳動力が誘導され得る、誘電性物質を含有する試料であればよく、より具体的には、誘電性物質からなる媒質が媒体中に分散されてなる試料であれば、特に限定されるものではない。 The sample used in the present embodiment may be a sample containing a dielectric substance capable of inducing dielectrophoretic force. More specifically, a medium made of a dielectric substance is dispersed in the medium. If it is a sample which becomes, it will not specifically limit.
また、本実施の形態において上記試料(試料溶液)として用いられる「泳動媒体」とは、泳動対象となる「粒子」(泳動粒子)が「溶媒」に分散された分散液を示し、前記試料には、この泳動対象となる粒子が溶媒に分散された泳動媒体が使用される。 The “electrophoresis medium” used as the sample (sample solution) in the present embodiment refers to a dispersion in which “particles” (electrophoretic particles) to be migrated are dispersed in a “solvent”. Uses a migration medium in which particles to be migrated are dispersed in a solvent.
上記粒子としては、具体的には、誘電体粒子、すなわち生物学的細胞、細菌、ウイルス、寄生性微生物、DNA、タンパク質、バイオポリマー、植物学的粒子(花粉等)、非生物学的粒子等が挙げられる。 Specific examples of the particles include dielectric particles, that is, biological cells, bacteria, viruses, parasitic microorganisms, DNA, proteins, biopolymers, botanical particles (pollen etc.), non-biological particles, and the like. Is mentioned.
また、上記粒子には、液体中に懸濁させることができ、誘電泳動力が誘導され得る他の粒子も含まれる。 The particles also include other particles that can be suspended in a liquid and can induce dielectrophoretic forces.
さらに、上記粒子(誘電体粒子)としては、液体中に溶解または懸濁した化合物または気体(いわゆる誘電気体)であってもよい。例えば、非特許文献4には、誘電泳動でカーボンナノチューブの選別(金属と半導体との分別)を行うことが開示されている。上記非特許文献4では、嫌水性で水に分散しないカーボンナノチューブを、超臨界水を利用して分散させることにより、カーボンナノチューブのサスペンジョンを調製し、半導体が泳動可、金属が泳動不可であることを利用して上記カーボンナノチューブの選別を行っている。
Further, the particles (dielectric particles) may be compounds or gases (so-called dielectric gases) dissolved or suspended in a liquid. For example,
誘電泳動では、媒体と媒質との誘電泳動率の差が駆動力のパラメータとなる。このため、適当な粘性媒体を使用することで、空気あるいは窒素のような気体の微小バルブを搬送することも可能である。また、嫌水性物質は、窒素等の気体バルブの中に入れて搬送することが可能である。すなわち、嫌水性物質であっても、上記したように気体バルブの中に封入することで溶媒に分散可能であり、本実施の形態にかかる粒子として使用することができる。 In dielectrophoresis, the difference in the dielectrophoretic rate between the media is a parameter of the driving force. For this reason, it is also possible to convey a minute valve of gas such as air or nitrogen by using an appropriate viscous medium. Further, the anaerobic substance can be carried in a gas valve such as nitrogen. That is, even an anaerobic substance can be dispersed in a solvent by being enclosed in a gas valve as described above, and can be used as particles according to the present embodiment.
また、溶媒としては、例えば、水、生理食塩水、エタノール、メタノール、ブタノール、オイル等を適宜用いることができる。また、溶媒の比誘電率を調整するために、複数の溶媒を混合した混合溶媒(例えば、水とエタノールとの混合液)を使用することもできる。さらに、溶媒の粘性抵抗を調整するために、セルローズやポリビニルアルコール等を調整剤として添加することもできる。 Moreover, as a solvent, water, physiological saline, ethanol, methanol, butanol, oil etc. can be used suitably, for example. Moreover, in order to adjust the dielectric constant of a solvent, the mixed solvent (For example, the liquid mixture of water and ethanol) which mixed several solvent can also be used. Furthermore, in order to adjust the viscosity resistance of the solvent, cellulose, polyvinyl alcohol, or the like can be added as a regulator.
なお、上記粒子として大腸菌を使用する場合等、泳動媒体中の粒子の種類によっては、実験(測定)の直前に、上記泳動レーン3の内壁への非特異性吸着を防ぐために、泳動レーン3の内壁の表面処理(界面活性剤や人工細胞膜の付与)を行うことが望ましい。
Depending on the type of particles in the electrophoresis medium, such as when using Escherichia coli as the particles, in order to prevent nonspecific adsorption to the inner wall of the
以下に、本実施の形態における上記誘電泳動システム85を用いた実施例について具体的に説明する。但し、本実施の形態は、これに限定されるものではない。
An example using the
一般的に、生細胞と死細胞とでは誘電率の周波数特性が異なることが知られている。これにより、誘電泳動現象による生死細胞の分離が可能である。 In general, it is known that frequency characteristics of dielectric constant are different between live cells and dead cells. Thereby, it is possible to separate live and dead cells by the dielectrophoresis phenomenon.
本実施例では、3つの異なる環境下で培養した大腸菌の差異を定量的に観察する場合を例に挙げて説明する。観察には、並列に4つの泳動レーン3が設けられた、上記誘電泳動パネル10を備えた誘電泳動システム85を用いる。
In this example, a case where the difference between E. coli cultured in three different environments is quantitatively observed will be described as an example. For observation, a
なお、本実験の直前には、泳動レーン3の内壁への大腸菌の非特異性吸着を防ぐために、各泳動レーン3内壁の表面処理(界面活性剤や人工細胞膜の付与)を行うことが望ましい。
In addition, immediately before this experiment, in order to prevent non-specific adsorption of E. coli to the inner wall of the
4つの泳動レーン3のうち1つの泳動レーン3には、比較サンプルとして、一定濃度の特定の大腸菌(培養前)の希釈水溶液(生理食塩水)を、上記泳動レーン3における一方の注入・排出孔5から注入する。残りの3つの泳動レーン3には、3つの異なる環境下で培養したそれぞれの大腸菌をそれぞれ比較サンプルと同様の濃度に希釈した水溶液を、各泳動レーン3における一方の注入・排出孔5から注入する。
In one of the four
まず最初に、定常DEP(DEP)により、生細胞と死細胞とを分離する。具体的には、印加電圧8V、周波数10MHz、隣接位相差πで、隣接する泳動電極6aに交互にAC電圧を印加する。これにより、生細胞は泳動電極6aの端部にトラップされ、死細胞は泳動電極6aの中央付近で浮上する。
First, live cells and dead cells are separated by stationary DEP (DEP). Specifically, an AC voltage is alternately applied to the
この泳動電極6aの端部にトラップされた生細胞を、上記撮像系80により観察する。この泳動電極6aの端部にトラップされた生細胞を、比較サンプルと比較することにより、各培養環境による差異を確認することができる。例えば、一定領域内の細胞数を、例えば透過撮影によりカウントすることにより、定量的な比較が可能となる。
The living cells trapped at the end of the
次に、進行波DEP(TWD)により、死細胞のみを移動させる。具体的には、印加電圧8V、周波数10MHz、隣接位相差π/2で、隣接する泳動電極6aにAC電圧を印加する。これにより、各培養環境による死細胞発生の差異が確認できる。例えば、一定時間に一定領域を通過する死細胞数を、例えば光学顕微鏡の観察によりカウントすることで、定量的な比較が可能となる。
Next, only dead cells are moved by traveling wave DEP (TWD). Specifically, an AC voltage is applied to the
本実施の形態によれば、上記したように泳動レーン3を並列に複数個設け、さらに、各泳動レーン3に共通で作用する泳動電極6a(泳動電極アレイ6)を設けること、すなわち、上記泳動電極6a(泳動電極アレイ6)を、各泳動レーン3に共通で設けることで、泳動制御電圧を、上記泳動電極アレイ6に一括して入力することができる。このように、本実施の形態によれば、互いに平行に設けられた各泳動レーン3に共通の泳動電極6aを備えた櫛型電極(泳動電極アレイ6)に一種類の信号を入力すると、複数の泳動レーン3に同時に電界を印加することができる。従って、本実施の形態によれば、複数の試料(泳動媒体)の泳動制御を、一括して同時に行うことができる。このため、本実施の形態によれば、複数種の異なる試料(例えば溶媒の比誘電率や粘度が異なる試料、あるいは、溶媒中の粒子の物性値(比誘電率等)が異なる試料等)を、同一条件で同時に被泳動条件下に置くことが可能であり、試験条件に対する応用範囲が広く、様々な試験条件に適応する誘電泳動チップおよび誘電泳動装置、さらには誘電泳動システム85を実現することが可能である。
According to the present embodiment, as described above, a plurality of
また、本実施の形態によれば、このように複数の泳動レーン3を有する誘電泳動パネル10(誘電泳動チップ)を使用することで、溶媒(泳動媒体)の種類を泳動レーン3毎に変更し、特定の複数の粒子を同時に選別することや、溶媒(泳動媒体)は同一で、泳動レーン3毎に電極形状を変えることで特定の複数の粒子を同時に選別することも可能であり、複数粒子の選別を効率良く行うことが可能になる。従って、本実施の形態によれば、幅広い用途に対応した誘電泳動チップおよび誘電泳動装置、さらには誘電泳動システム85を実現することが可能である。
Further, according to the present embodiment, by using the dielectrophoresis panel 10 (dielectrophoresis chip) having the plurality of
また、本実施の形態によれば、上記したように上記泳動電極6aが、ITO等の透明電極で構成されることにより、試料として泳動媒体を観察する際、泳動電極6aに遮られることなく、上記泳動レーン3の上下(上記下側基板1側および上側基板2側)の何れの方向からも観察が可能である。このため、観察方向の選択が可能である。
In addition, according to the present embodiment, as described above, the
なお、本実施の形態では、上記泳動レーン壁4を、下面保護膜7が形成された下側基板1上、つまり、上記下面保護膜7上に形成したが、本発明は、これに限定されるものではなく、上記下面保護膜7および上面保護膜8形成時に、上記下面保護膜7および上面保護膜8における、上記泳動レーン壁4形成領域、すなわち上記泳動レーン壁4(シール材)との重畳領域における一部あるいは全部を除去しておいてもよい。このような構造にすることにより、上記下面保護膜7および上面保護膜8とシール材との密着性が悪い場合でも、十分な接着性を得ることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態にかかる上記誘電泳動パネル10では、上記下側基板1および上側基板2における互いの対向面に、各々、下面保護膜7および上面保護膜8が形成されている構成とした。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記下側基板1および上側基板2に上記下面保護膜7および上面保護膜8が形成されている必要は必ずしもない。但し、上記下側基板1および上側基板2における互いの対向面、特に、上記泳動レーン3内における上記泳動電極6a…上に、これら泳動電極6aを覆う保護膜(下面保護膜7および上面保護膜8)が設けられていることで、泳動する粒子が上記泳動電極6aに吸着することを防ぐことができる。よって、上記粒子の種類によっては、上記下側基板1および上側基板2に上記下面保護膜7および上面保護膜8が形成されていることが望ましい。
Further, in the
また、本実施の形態では、上記泳動レーン壁4を、上記下側基板1上に形成する場合を例に挙げて説明したが、上記泳動レーン壁4は、必ずしも下側基板1上に形成する必要はなく、上側基板2上に形成しても構わない。
In this embodiment, the case where the
また、本実施の形態では、上記下側基板1および上側基板2として、例えば、10cm×10cm程度の透明基板を使用したが、本実施の形態は、これに限定されるものではなく、粒子が誘電泳動力を受ける領域、具体的には、上記泳動レーン3と各泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域)において泳動レーン3内の試料(泳動媒体)が観察可能に設けられていればよい。具体的には、例えば、上記誘電泳動パネル10は、上記下側基板1および上側基板2の何れか一方の基板のみが透明基板で形成され、他方の基板における、上記泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域)に観察窓(開口部あるいは透明領域)が設けられている構成を有していてもよい。また、上記誘電泳動パネル10は、上記下側基板1および上側基板2が、両基板における、上記泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域)にそれぞれ透明領域(何れか一方は開口部であってもよい)が設けられた非透明基板(半透明あるいは不透明な基板)からなる構成を有していてもよい。
In the present embodiment, for example, a transparent substrate of about 10 cm × 10 cm is used as the
本実施の形態によれば、上記何れの構成においても、透過光による観察、撮影(透過モードによる観察、撮影)が可能である。 According to the present embodiment, in any of the above-described configurations, observation with a transmitted light and photographing (observation and photographing with a transmission mode) are possible.
本実施の形態によれば、上記したように透過モードを使用することで、投影による観察システムの構築が可能となる。また、透過モードは、蛍光観察やフィルタリングを多用する観察に非常に有効である。 According to the present embodiment, it is possible to construct an observation system by projection by using the transmission mode as described above. Further, the transmission mode is very effective for observation using a lot of fluorescence and filtering.
また、上記下側基板1および上側基板2の基板サイズは適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。さらに、本実施の形態でなした具体的なサイズもまた、実施の形態の一例にすぎず、分析対象に応じて種々変更が可能である。すなわち、上記下側基板1および上側基板2の基板サイズ、電極サイズ(電極幅、電極間隔、電極厚、電極長等)、下面保護膜7および上面保護膜8の膜厚、泳動レーン壁4の層厚(高さ)、レーン幅、レーン長さ等の条件は特に限定されるものではなく、分析対象に応じて種々変更が可能である。
The substrate sizes of the
また、本実施の形態では、泳動レーン3を、並列に4列形成したが、該泳動レーン3のレーン数は、測定サンプル数等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。
In this embodiment, four rows of
また、本実施の形態では、上記泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が、各泳動レーン3…に対して垂直方向に設けられている構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、同一の泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が、複数の泳動レーン3…に亘って延設されており、各泳動レーン3に対して共通して作用しさえすればよく、必ずしも上記泳動電極6aが上記各泳動レーン3に対して垂直方向に延設さえている必要はない。但し、粒子の比較観察のし易さから、各泳動レーン3における観察領域は、互いに隣接して設けられていることが好ましい。このため、上記泳動電極6aは、各泳動レーン3…に対して垂直方向に設けられていることが好ましい。
In the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、泳動レーン3が、一つの基板上に複数設けられており、かつ、上記泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が、上記複数の泳動レーン3に跨がって設けられている誘電泳動パネル10を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、一つの基板上に泳動レーン3が一つだけ設けられている構成を有していてもよい。より具体的には、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図1〜5において、上記下側基板1上に、上記泳動レーン3が1つ設けられている構成を有していてもよい。
In the present embodiment, a plurality of
また、本実施の形態では、本実施の形態にかかる誘電泳動チップとして、下側基板1と上側基板2との間に泳動レーン3が設けられた誘電泳動パネル10を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記試料(試料溶液)の種類にもよるが、例えば上記泳動レーン3の上面が、上記上側基板2で覆われていない構成を有していても構わない。すなわち、上記泳動レーン3は、必ずしも一対の基板間に形成されている必要はなく、例えば上記下側基板1上(下側基板1表面)に設けられた泳動槽(つまり、上記下側基板1と、該下側基板1上に形成された泳動レーン壁4とからなる泳動槽)であってもよく、上記下側基板1上に形成された泳動セル(つまり、上記下側基板1と上側基板2と泳動レーン壁4とで形成された閉空間)であってもよい。
Further, in the present embodiment, the
本実施の形態にかかる誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムは、特定細胞の分離、検出等のバイオ研究用マイクロアレイ等の用途、例えば、生体分子や樹脂ビーズ等の誘電性物質を誘電泳動力によって搬送する化学分析システムに好適に使用することができる。これら化学分析システムは、医療分野をはじめとして、食品衛生分野、環境モニタリング等に広く応用が可能であり、血液を分離することで得られる赤血球、白血球、リンパ球等の血球成分;大腸菌、リステリア菌等の細菌;DNA(デオキシリボ核酸:deoxyribonucleic acid ; deoxyribose nucleic acid)、タンパク質等の生体分子;等の幅広い範囲の誘電性物質を対象とし、例えば、DNA、タンパク質、細胞等の解析(反応・検出・分離・搬送);化学合成(マイクロプラント);等の用途に好適に使用される。 The dielectrophoresis chip, dielectrophoresis apparatus, and dielectrophoresis system according to the present exemplary embodiment are used for bio research microarrays such as separation and detection of specific cells, for example, dielectrophoresis of dielectric substances such as biomolecules and resin beads. It can be suitably used for a chemical analysis system that transports by force. These chemical analysis systems can be widely applied in the medical field, food hygiene field, environmental monitoring, etc., and blood cell components such as red blood cells, white blood cells, and lymphocytes obtained by separating blood; Escherichia coli, Listeria monocytogenes Targeting a wide range of dielectric materials such as bacteria (DNA, deoxyribonucleic acid; deoxyribose nucleic acid), proteins, etc., for example, analysis of DNA, proteins, cells, etc. It is preferably used for applications such as separation / conveyance); chemical synthesis (microplant);
また、本実施の形態にかかる誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムは、上記したように透過光による観察、撮影が可能であることから、特に、蛍光観察やフィルタリングを多用する観察に非常に有効である。 In addition, since the dielectrophoresis chip, dielectrophoresis apparatus, and dielectrophoresis system according to the present embodiment can be observed and photographed with transmitted light as described above, it is particularly useful for observation using a lot of fluorescence observation and filtering. It is effective for.
〔実施の形態2〕
本発明の実施の他の形態について主に図6〜図9に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIGS. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and the same number is assigned to a component having the same function as the component used in the first embodiment. A description thereof will be omitted.
前記実施の形態1では、泳動電極6aが、ITO、ZnO、IZO等のいわゆる透明電極で構成されている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、一般的に、ITOやZnO、IZO等の透明導電材料の抵抗率は、102μΩ・cmのオーダーである。これは、アルミニウム(Al、約2.7μΩ・cm)、金(Au、約2.5μΩ・cm)等の金属材料と比較すると2桁大きい。従って、同形状の電極(配線)を透明導電材料と金属材料とで形成した場合、透明電極材料で形成した電極は、金属材料で形成した電極と比較して相対的に1〜2桁高抵抗になる。このため、上記泳動電極6aを透明電極材料で形成した場合、結果として、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が高抵抗配線になるという問題を招来する。誘電泳動の駆動電圧はACであるが、駆動条件としては周波数が数MHzから数十MHzにまで至ることもある。このような高周波印加条件では、電極配線の時定数に依存した入力電圧波形の減衰や遅延が生じるおそれがある。電極条件にもよるが、万一、減衰や遅延が顕著になると、入力した駆動電圧との誤差が大きくなり、誘電泳動挙動、延いては実験・解析結果に影響を与える可能性がある。そして、泳動電極6a(配線)に高抵抗である透明導電材料を使用する場合は、上記影響が相対的に大きくなると判断される。
In the first embodiment, the case where the
そこで、本実施の形態では、上記泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が、部分的に透明電極で形成されている誘電泳動パネルを例に挙げて説明する。
Therefore, in the present embodiment, description will be given by taking a dielectrophoresis panel in which the
図6は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネルの概略構成を示す平面図である。図7は、図6に示す誘電泳動パネルの一泳動レーンにおける観察領域近傍の概略構成を一部破断にて示す平面図である。より具体的には、図7は、図6に示す誘電泳動パネルにおける領域Cにおける概略構成を一部破断にて示している。図8は、図6に示す誘電泳動パネルのD−D線矢視断面図である。また、図9は、本実施の形態にかかる他の誘電泳動パネルの概略構成を示す断面図である。なお、図6においても、図示の便宜上、上側基板は二点鎖線にて示す。 FIG. 6 is a plan view showing a schematic configuration of the dielectrophoresis panel according to the present embodiment. FIG. 7 is a plan view showing the schematic configuration in the vicinity of the observation region in one migration lane of the dielectrophoresis panel shown in FIG. More specifically, FIG. 7 shows a schematic configuration of the region C in the dielectrophoresis panel shown in FIG. 8 is a cross-sectional view of the dielectrophoresis panel shown in FIG. Moreover, FIG. 9 is sectional drawing which shows schematic structure of the other dielectrophoresis panel concerning this Embodiment. In FIG. 6 as well, for convenience of illustration, the upper substrate is indicated by a two-dot chain line.
本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図6〜図8に示すように、各泳動レーン3と泳動電極アレイ6とが重畳する部分に、各泳動レーン3内の試料(泳動媒体)を観察・撮像(透過撮影)するための観察領域9を設けている。観察領域9における泳動電極6aは透明電極6a1で構成されている。また観察領域9と重畳しない部分の泳動電極6aには、金属材料(金属電極6a2)を使用している。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
より具体的には、本実施の形態では、上記泳動電極6aとして、透明電極層上に部分的に金属電極層が形成された、二層構造を有する電極(電極配線)を使用している。すなわち、本実施の形態にかかる泳動電極6aは、泳動電極6aにおける観察領域9と重畳する部分のみが透明電極6a1の単層電極(単層配線)からなり、それ以外の部分は、透明電極6a1と金属電極6a2との二層電極(二層配線)からなっている。
More specifically, in the present embodiment, an electrode (electrode wiring) having a two-layer structure in which a metal electrode layer is partially formed on a transparent electrode layer is used as the
このように、本実施の形態によれば、各泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する部分、つまり、各泳動レーン3内の泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の少なくとも一部を透明電極6a1のみで構成することで、この透明電極6a1からなる泳動電極6a…形成領域を、観察領域9として使用している。
Thus, according to the present embodiment, the portion where each
上記透明電極6a1の材料としては、例えば、ITO、ZnO、IZO等の透明導電材料を使用することができる。これら透明導電材料のなかでも、ITOが好適に使用される。また、上記金属材料としては、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、白金(Pt)、金(Au)等の金属、あるいはこれら金属を含む合金等の金属材料を使用することができる。
As a material of the
なお、本実施の形態でも、上記泳動電極アレイ6(透明電極6a1および金属電極6a2)の電極幅、電極間隔、および電極長(配線長)等の条件は、特に限定されるものではなく、分析対象となる粒子(つまり、泳動媒体中の粒子)の大きさ、並びに、目的とする操作(分離、収集、搬送等)等に応じて適宜設定すればよい。また、上記泳動電極6a(透明電極6a1および金属電極6a2)の膜厚や各電極層における電極材料もまた適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。
In the present embodiment as well, conditions such as the electrode width, electrode interval, and electrode length (wiring length) of the migration electrode array 6 (
さらに、上記泳動電極アレイ6における上記透明電極6a1の単層配線部分の電極長も特に限定されるものではなく、泳動レーン3のレーン幅や泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の抵抗率等に応じて適宜設定すればよい。但し、上記泳動電極アレイ6における上記透明電極6a1の単層配線部分の電極長は、前記したように同形状の電極(配線)を透明導電材料と金属材料とで形成した場合、透明電極材料で形成した電極は、金属材料で形成した電極と比較して相対的に高抵抗である。このため、抵抗率をできるだけ低く抑えるためには、少なくとも、上記泳動電極6a(泳動電極アレイ6)における各泳動レーン3・3間に相当する領域、すなわち、上記泳動電極6a(泳動電極アレイ6)における泳動レーン壁4との重畳領域は、上記透明電極6a1と金属電極6a2との二層構造を有していることが好ましく、図6〜8に示すように、上記泳動電極6aが、上記泳動レーン3内の一部において、透明電極6a1の単層構造を有していることがより望ましい。
Furthermore, the electrode length of the single-layer wiring portion of the
以下に、本実施の形態にかかる上記泳動電極アレイ6の形成方法について説明する。
Below, the formation method of the said
本実施の形態では、まず、実施の形態1と同様に、上記下側基板1上に、スパッタ蒸着等によるITO膜形成後、フォトリソグラフィを用いて電極形状にパターニングすることにより、下側基板1上に、透明電極6a1…を形成する。
In the present embodiment, first, as in the first embodiment, an ITO film is formed on the
次に、この透明電極6a1…が形成された下側基板1上に、金属材料を使用し、スパッタ蒸着等により金属膜を形成し、この金属膜を、フォトリソグラフィを用いて電極形状にパターニングするとともに、このパターン形成された金属膜における観察領域9と重畳する配線部分(本実施の形態では、泳動レーン3の一部、より具体的には、泳動レーン壁4を構成するシール材の塗布領域間の一部と重畳する配線部分)のパターンを除去する。
Next, a metal film is formed on the
これにより、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が観察領域9と重畳する部分のみがITO単層配線となり、それ以外の部分はAu等の金属電極6a2/ITO等の透明電極6a1の二層配線が形成される。
As a result, only the portion where the
なお、泳動電極アレイ6以外の部分の形成方法については、基本的に前記実施の形態1と同様である。また、本実施の形態でも、上記泳動電極6aの形成と同時に、上記泳動電極6aの端部に、実装端子として、実装・接続部6bをパターン形成した。
The method for forming portions other than the
本実施の形態によれば、上記泳動電極アレイ6を、上記したように泳動レーン3内に設けた観察領域9と重畳する部分はITO等の透明電極6a1で構成し、それ以外の部分を、透明電極6a1より低抵抗のAu等の金属電極6a2で構成することにより、試料(泳動媒体)を観察する際に泳動電極6a(泳動電極アレイ6)に遮られることなく、上記泳動レーン3の上下(上記下側基板1側および上側基板2側)の何れの方向からも観察が可能であることに加えて、泳動電極アレイ6全体の抵抗を、該泳動電極アレイ6と同一形状(同一パターン)のITO等の透明電極からなる泳動電極アレイを使用した場合と比較して、低く(例えば、数十μΩ・cm〜数μΩ・cmのオーダー内に)抑えることができる。よって、本実施の形態によれば、光学的観察に対する観察条件が制限されることがなく、かつ、入力電圧(泳動制御入力電圧)の減衰・遅延を抑制することが可能な、使い勝手が良く、測定精度の高い誘電泳動パネル10および誘電泳動装置70、延いては誘電泳動システム85を実現することができる。
According to the present embodiment, the portion of the
なお、本実施の形態では、上記泳動電極アレイ6を、観察領域9と重畳する部分はITO等の透明電極6a1で構成し、それ以外の部分は、透明電極6a1よりも低抵抗のAu等の金属電極6a2で構成したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記泳動電極アレイ6が上記観察領域9と重畳する領域において上記泳動電極アレイ6の少なくとも一部が透明電極で形成されていればよい。
In the present embodiment, the
例えば、上記泳動電極アレイ6は、上記泳動電極アレイ6が上記観察領域9と重畳する領域において、透明電極6a1で形成されている部分(つまり、透明電極6a1のみからなる部分)と、金属電極6a2が設けられている部分(つまり、さらに金属電極6a2が設けられている部分)とを有していてもよい。また、上記泳動電極アレイ6は、透明電極6a1に対し、上記泳動電極アレイ6が上記観察領域9と重畳しない領域の一部に金属電極6a2が形成(積層)されている構成を有していてもよい。
For example, the
さらに、上記泳動電極アレイ6は、上記泳動電極アレイ6が上記観察領域9と重畳する領域において上記泳動電極アレイ6の少なくとも一部が透明電極6a1で形成(つまり、透明電極6a1のみで形成)されていれば、上記観察領域9の一部あるいは非観察領域の一部に、金属以外の非透明(半透明もしくは不透明)な導電材料(低抵抗導電材料)からなる第3の電極が設けられている構成を有していてもよい。上記第3の電極は、上記金属電極6a2に代えて設けられていてもよく、上記金属電極6a2と併用されていてもよい。この場合、上記第3の電極は、上記金属電極6a2と同層に設けられていてもよく、上記金属電極6a2に対し積層構造とすることで、上記泳動電極6aが3層以上の多層構造を有する構成としてもよい。
Furthermore, the
また、本実施の形態でも、前記実施の形態1同様、上記下側基板1および上側基板2として、例えば、10cm×10cm程度の透明基板を使用したが、本実施の形態は、これに限定されるものではなく、上記泳動レーン3と各泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域9)において泳動レーン3内の試料(泳動媒体)が観察可能に設けられていればよい。すなわち、本実施の形態でも、上記誘電泳動パネル10は、例えば、上記下側基板1および上側基板2の何れか一方の基板のみが透明電極で形成され、他方の基板における、上記泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域9)に観察窓(開口部あるいは透明領域)が設けられている構成を有していてもよい。また、上記誘電泳動パネル10は、上記下側基板1および上側基板2が、両基板における、上記泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域9)にそれぞれ透明領域(何れか一方は開口部であってもよい)が設けられた非透明基板(半透明あるいは不透明な基板)からなる構成を有していてもよい。
In the present embodiment, as in the first embodiment, as the
また、本実施の形態では、上記したように観察領域9(上記泳動電極アレイ6が上記観察領域9と重畳する領域)における泳動電極6a(泳動電極アレイ6)を透明電極とし、それ以外の領域における泳動電極6a(泳動電極アレイ6)を、例えば透明電極と、金属電極等の低抵抗非透明電極との積層構造とすることで非透明電極(すなわち平面視で非透明な電極構造)とした。しかしながら、本実施の形態によれば、例えば、図9に示すように、上記観察領域9、すなわち、上記泳動レーン3と泳動電極アレイ6とが重畳する領域において上記泳動電極アレイ6の一部のみを透明電極で形成することにより、透明電極による透過モード(透過光による観察、撮影)あるいは落射モード(被観察物からの反射(落射)光による観察、撮影)に加えて、非透明電極(金属電極)からの反射(落射)光を観察、投影に利用する落射モードの使用が可能な誘電泳動パネル10を提供することができる。これにより、観察条件を緩和することができることに加え、より複雑な誘電泳動挙動の観察を行うことも可能となる。この結果、上記したように透明電極による透過モード、および、金属電極等の非透明電極(反射(落射)電極)による落射モードの両モードを使用することで2種類の観察が可能となり、2種類の角度から解析が可能な誘電泳動パネル10を提供することができる。
In the present embodiment, as described above, the
そして、この場合、特に、上記観察領域9において上記泳動電極アレイ6(泳動電極6a)が、透明電極6a1からなる部分と、金属電極6a2が設けられている部分とを備えていることで、上記泳動電極アレイ6全体の抵抗を、該泳動電極アレイ6を透明電極6a1のみで形成した場合と比較して、低く抑えることができ、かつ、電極間の寄生容量を低減することができることに加えて、上記したように、電極面での光の透過/落射を利用した透過モードおよび落射モードの何れのモードも使用可能な誘電泳動パネル10を提供することができる。
In this case, in particular, in the
この場合、上記観察領域9(泳動レーン3と泳動電極アレイ6とが重畳する領域)において、金属電極6a2が設けられている部分(反射領域9b)に対する、上記透明電極6a1からなる部分(透明領域9a)の割合(9a/9b)は、特に限定されるものではないが、例えば、トラップした粒子(誘電体粒子)あるいは泳動中の粒子(誘電体粒子)の観察記録のため、その下限値が1/3、つまり、1/3≦9a/9b(つまり、上記観察領域9における透明領域9aの割合が1/4以上)であることが好ましく、1/3<9a/9bであることがより好ましく、1≦9a/9b(つまり、上記観察領域9における透明領域9aの割合が1/2以上)であることがさらに好ましい。また、上記割合(9a/9b)は、9a/9b<3であることが好ましく、上記した範囲内の中でも、9a/9b=1に設定することが特に好ましい。
In this case, in the observation region 9 (a region where the
なお、本実施の形態では、上記したように、電極面での光の透過/落射を利用した透過モード/落射モード両用型の誘電泳動パネル10として、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の一部を透明電極で形成する構成としたが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
In the present embodiment, as described above, one of the
例えば、前記実施の形態1において、上記下側基板1および上側基板2の何れか一方の基板を、該基板における、上記泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域9)の一部に透明領域を有する非透明基板にて形成するとともに、他方の基板を、透明基板、もしくは、上記泳動レーン3と泳動電極6a(泳動電極アレイ6)とが重畳する領域(観察領域9)に観察窓(開口部あるいは透明領域)を有する非透明基板にて形成することによっても、透過モード/落射モード両用型の誘電泳動パネル10を提供することができる。
For example, in the first embodiment, one of the
なお、本実施の形態によれば、上記したように一つの基板上に複数の泳動レーン3を設ける場合、泳動レーン3によって透過モードと落射モードとを切り換えることで、異なる解析を同時に行うことも可能となる。
According to the present embodiment, when a plurality of
〔実施の形態3〕
本発明の実施のさらに他の形態について主に図10に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1、2との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1、2で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Still another embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIG. In the present embodiment, the differences from the first and second embodiments will be mainly described, and the components having the same functions as the components used in the first and second embodiments are described. The same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図10は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネルの概略構成を示す平面図である。なお、図10においても、図示の便宜上、上側基板は二点鎖線にて示す。 FIG. 10 is a plan view showing a schematic configuration of the dielectrophoresis panel according to the present embodiment. In FIG. 10 as well, for convenience of illustration, the upper substrate is indicated by a two-dot chain line.
図1〜4に示したように、前記実施の形態1、2では、泳動電極アレイ6における各泳動電極6aの電極幅および電極間隔は、泳動レーン3との重畳部であるか否かに拘らず一定(L/Sがともに30μm)であった。すなわち、前記実施の形態1、2では、上記泳動電極アレイ6は、該泳動電極アレイ6を構成する各泳動電極6aがストライプ状に互いに並行して設けられた、ストライプ構造を有していた。
As shown in FIGS. 1 to 4, in the first and second embodiments, the electrode width and the electrode interval of each
しかしながら、本実施の形態では、図10に示すように、上記泳動電極6aの電極幅および電極間隔は、該泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が泳動レーン3と重畳している領域と、それ以外の領域とで異なっている。このため、本実施の形態では、上記泳動電極6aの電極形状は、該泳動電極6a(泳動電極アレイ6)が泳動レーン3と重畳している領域と、それ以外の領域とで異なっている。
However, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, the electrode width and the electrode interval of the
誘電泳動実験において、狭ピッチの泳動電極アレイ6を形成すると、泳動電極アレイ6全体の配線抵抗が高くなり、なおかつ泳動電極アレイ6を構成する各泳動電極6a間の寄生容量も大きくなる。このため、狭ピッチの泳動電極アレイ6を形成すると、入力AC電圧の減衰、遅延の影響が大きくなることは避けられない。
In the dielectrophoresis experiment, when the narrow pitch
そこで、本実施の形態では、図10に示すように、下側基板1と上側基板2との間に、泳動レーン壁として、互いに独立して設けられた枠状の複数の泳動レーン壁21を互いに間隔を空けて設けることで、互いに離間して並列に設けられた複数の泳動レーン3を設けるとともに、上記泳動レーン3内(枠内)と、上記泳動レーン間領域(間隙部22)、つまり、上記泳動レーン3外(枠外)とで、泳動電極6aの電極幅および電極間隔が異なるように泳動電極アレイ6を設けている。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, a plurality of frame-shaped
具体的には、上記泳動レーン3内の泳動電極6a、つまり、観察領域9として使用される、上記泳動電極アレイ6が泳動レーン3と重畳している領域における泳動電極6aは電極幅(L)10μm、電極間隔(S)10μm(電極ピッチ20μm)で形成されているのに対し、それ以外の領域、すなわち電気泳動とは関係ない領域(つまり、泳動レーン3外)の泳動電極6aは、電極幅30μm(L)、最大電極間隔30μm(つまり、互いに隣接する泳動レーン3・3間の中心部における電極間隔30μm、該中心部における電極ピッチ60μm)で形成されている。
Specifically, the
このように、本実施の形態によれば、泳動現象の観察に必要である泳動レーン3内の泳動電極6a群(つまり、観察領域9における泳動電極6a群)のみを要求される狭ピッチ配線とし、それ以外の、泳動現象とは無関係の領域の泳動電極6a群(間隙部22における泳動電極6a群)を広ピッチ配線とすることで、泳動電極アレイ6全体の抵抗を低くし、かつ寄生容量を低減することで、入力AC電圧の減衰や遅延を抑制することが可能である。なお、上記した配線形状はほんの一例であり、これに限定されるものではない。
As described above, according to the present embodiment, only the
なお、本実施の形態においても、上記泳動電極6aは、透明電極のみに限定されるものではなく、前記した種々の形態とすることができる。例えば前記実施の形態2に示すように、上記泳動電極6aを、例えば透明電極6a1と金属電極6a2との積層構造とすることで、前記したように透過モードでの観察、撮影が可能となるとともに、より一層、泳動電極アレイ6全体の抵抗を低くし、かつ寄生容量を低減することができる。
Also in the present embodiment, the
〔実施の形態4〕
本発明の実施のさらに他の形態について主に図11に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1〜3との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1〜3で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
Still another embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIG. In the present embodiment, differences from the first to third embodiments will be mainly described, and components having the same functions as the components used in the first to third embodiments will be described. The same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図11は、本実施の形態にかかる泳動パネルの概略構成を示す平面図である。なお、図11においても、図示の便宜上、上側基板は二点鎖線にて示す。 FIG. 11 is a plan view showing a schematic configuration of the migration panel according to the present embodiment. Also in FIG. 11, for convenience of illustration, the upper substrate is indicated by a two-dot chain line.
図11に示す誘電泳動パネル10は、互いに離間して並列に設けられた3つの泳動レーン3の各々で、泳動電極6aの電極幅および電極間隔(電極ピッチ)が異なっている点で、図10に示す誘電泳動パネル10と相違している。本実施の形態では、図11に示すように、泳動電極6aの電極幅および電極間隔は、下側基板1端部に設けられた実装・接続部6bから遠い側の泳動レーン3ほど、泳動電極6aの電極幅および電極間隔が大きくなるように、上記泳動電極アレイ6が設けられている。
The
より具体的には、上記泳動電極アレイ6は、各泳動レーン3と重畳する領域に、上記実装・接続部6b側の泳動レーン3から順に、電極幅10μm、電極間隔10μm(電極ピッチ20μm)の泳動電極6a群からなる電極部P1と、電極幅20μm、電極間隔20μm(電極ピッチ40μm)の泳動電極6a群からなる電極部P2と、電極幅30μm、電極間隔30μm(電極ピッチ60μm)の泳動電極6a群からなる電極部P3の計3種類の異なる大きさの帯状の電極部P1・P2・P3を有している。
More specifically, the
また、上記電極部P1・P2間の泳動電極6aは、電極幅30μm、上記電極部P1側端部における電極間隔10μm(電極ピッチ20μm)、上記電極部P2側端部における電極間隔20μm(電極ピッチ40μm)となるように形成されており、上記電極間隔は、上記泳動電極アレイ6のアレイ幅(上記泳動電極アレイ6における両側端部の泳動電極6a・6a間の電極幅)に応じて直線的に変化するように形成されている。さらに、上記電極部P2・P3間の泳動電極6aは、電極幅30μm、上記電極部P2側端部における電極間隔20μm(電極ピッチ40μm)、上記電極部P3側端部における電極間隔30μm(電極ピッチ60μm)となるように形成されており、上記電極間隔は、上記泳動電極アレイ6のアレイ幅(上記泳動電極アレイ6における両側端部の泳動電極6a・6a間の電極幅)に応じて直線的に変化するように形成されている。
The
本実施の形態によれば、上記したように、泳動レーン3毎に上記泳動電極アレイ6の電極形状(あるいは電極幅、電極間隔)を変えることで、特定の複数の粒子を同時に選別・同定することが可能となり、複数粒子の選別を効率よく行うことが可能になる。また、複数の泳動レーン3の泳動挙動の差異を一括で観察することができるといったメリットもある。
According to the present embodiment, as described above, a plurality of specific particles are simultaneously selected and identified by changing the electrode shape (or electrode width, electrode interval) of the
〔実施の形態5〕
本発明の実施の他の形態について主に図12(a)〜(e)に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1〜3との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1〜3で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 5]
Another embodiment of the present invention will be described mainly based on FIGS. 12 (a) to 12 (e). In the present embodiment, differences from the first to third embodiments will be mainly described, and components having the same functions as the components used in the first to third embodiments will be described. The same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図12(a)は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10の概略構成を示す平面図であり、図12(b)〜(e)は、図12(a)に示す誘電泳動パネル10の各泳動レーン3における泳動電極6aの形状を模式的に示す平面図である。なお、図12(a)においても、図示の便宜上、上側基板は二点鎖線にて示す。
FIG. 12A is a plan view showing a schematic configuration of the
本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図12(a)に示すように、前記実施の形態1に示す誘電泳動パネル10において、並列に設けられた4つの泳動レーン3各々で、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の形状が異なっている。
As shown in FIG. 12A, the
具体的には、上記4つの泳動レーン3のうち、最も実装・接続部6bに近い泳動レーン3Aでは、上記泳動電極アレイ6は、図12(b)に示すように、配線幅30μmの直線状の泳動電極6aがストライプ状に設けられた構造(ストライプ型電極構造)を有している。次いで実装・接続部6bに近い泳動レーン3Bでは、上記泳動電極アレイ6は、図12(c)に示すように、配線幅45μmの直線状の泳動電極6aがストライプ状に設けられた構造(ストライプ型電極構造)を有している。そして、上記泳動レーン3Bの次に上記実装・接続部6bに近い泳動レーン3Cでは、上記泳動電極アレイ6は、図12(d)に示すように、配線幅30μmの山切り型(鋸状)の泳動電極6aが等間隔で複数並設された構造を有している。最後に、上記4つの泳動レーン3のうち最も上記実装・接続部6bから遠い泳動レーン3Dでは、上記泳動電極アレイ6は、図12(e)に示すように、配線幅30μmの波型の泳動電極6aが等間隔で複数並設された構造を有している。なお、上記各泳動電極6aの電極間隔(電極ピッチ)は、何れも60μmである。
Specifically, in the
誘電泳動挙動は、同一の試料(泳動媒体)を使用し、同一の制御電圧で駆動した場合でも、配線、すなわち、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の形状により、上記試料(泳動媒体)中の電界の状態に応じて異なる。
The dielectrophoretic behavior is the same in the sample (electrophoresis medium) depending on the wiring, that is, the shape of the
従って、本実施の形態のように泳動レーン3毎に泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の電極形状、電極幅、電極間隔の少なくとも1つを変更することにより、上記泳動媒体中の特定の複数の粒子を同時に選別・同定することが可能となる。この結果、例えば複数の粒子の選別を効率良く行うことができる。また、上記の構成によれば、複数の泳動レーン3における上記粒子の泳動挙動の差異を一括して観察することができるといったメリットもある。
Therefore, by changing at least one of the electrode shape, electrode width, and electrode interval of the
なお、本実施の形態では、上記したように、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10として、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の形状、電極幅、電極間隔のうち、少なくとも一つの条件が泳動レーン3毎に異なる誘電泳動パネルを例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態は、これに限定されるものではない。
In the present embodiment, as described above, as the
例えば、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、前記図10または図11に示すように、互いに隣り合う泳動レーン3・3間に、所定の間隙部22(泳動レーン間領域)を有し、該間隙部22と上記泳動レーン3とで、泳動電極6a(泳動電極アレイ6)の形状、電極幅、電極間隔のうち、少なくとも一つの条件が異なっている構成を有していてもよい。
For example, as shown in FIG. 10 or FIG. 11, the
例えば、上記泳動レーン3A・3B・3Cにおける泳動電極アレイ6の電極形状がストライプ状ではない場合、上記間隙部22における泳動電極アレイ6の電極形状をストライプ構造にして配線長を短縮することにより、配線抵抗の増大を抑えることが可能となる。
For example, when the electrode shape of the
また、前記図10に示すように、泳動レーン3と間隙部22とで、泳動電極6aの配線幅や配線間隔を異ならしめる等して泳動電極アレイ6の電極形状を異ならしめた場合、上記誘電泳動パネル10における泳動電極アレイ6(配線)の低抵抗化を図ることができる。
As shown in FIG. 10, when the electrode shape of the
〔実施の形態6〕
本発明の実施の他の形態について主に図13に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1〜5との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1〜5で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 6]
Another embodiment of the present invention will be described mainly based on FIG. In the present embodiment, differences from the first to fifth embodiments will be mainly described, and components having the same functions as the components used in the first to fifth embodiments are described. The same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
図13は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10の概略構成を示す平面図である。なお、図13においても、図示の便宜上、上側基板は二点鎖線にて示す。
FIG. 13 is a plan view showing a schematic configuration of the
本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図13に示すように、上記泳動電極アレイ6の両端部に実装・接続部6bを有し、これら実装・接続部6b・6bの各々にFPC17が各々実装されている構成を有している。これにより、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、上記泳動電極アレイ6の両端部から、それぞれ駆動AC電圧が入力可能となっている。
As shown in FIG. 13, the
上記FPC17は、各々、前記制御基板50(駆動制御部、制御装置)と接続される。これにより、本実施の形態にかかる上記誘電泳動パネル10は、誘電泳動試験時に、上記泳動電極アレイ6の両端部のFPC17から、各泳動電極6aに、それぞれ、同一の駆動AC電圧が、同時に入力される。
The
このように、本実施の形態によれば、泳動電極6aの両端部から駆動電圧が入力されることで、泳動電極6aの片側からのみ駆動電圧が入力される場合と比較して、配線抵抗および寄生容量による入力電圧信号の減衰や遅延の影響を、より一層抑制することが可能である。
As described above, according to the present embodiment, the driving voltage is input from both ends of the
〔実施の形態7〕
本発明の実施の他の形態について主に図14および図15に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1〜6との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1〜6で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 7]
Another embodiment of the present invention will be described mainly based on FIG. 14 and FIG. In the present embodiment, differences from the first to sixth embodiments will be mainly described, and components having the same functions as those used in the first to sixth embodiments are used. The same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態では、上記誘電泳動パネル10における各泳動レーン3に、試料として、試料溶液(泳動媒体)を注入する方法について主に説明する。
In the present embodiment, a method of injecting a sample solution (electrophoresis medium) as a sample into each
従来、誘電泳動パネルに試料を注入する方法としては、前記実施の形態1にも示したように、上側基板2および下側基板1の何れか一方に注入・排出孔5(開口部)を設け、ポンプ等の加圧操作により上記注入・排出孔5から試料を注入する方法が一般的である。
Conventionally, as a method for injecting a sample into a dielectrophoresis panel, as shown in the first embodiment, an injection / discharge hole 5 (opening) is provided in one of the
例えば、特許文献6には、誘電泳動用のシステムではないものの、流路チップのマイクロチャンネル上部に注入口が形成されたマイクロチップについて記載されている。この構造を上記誘電泳動パネル10に適用した場合、前記実施の形態1に示したように、下側基板1と上側基板2とを貼り合わせて誘電泳動パネル10を形成する前段階で、上記上側基板2および下側基板1の何れか一方における各泳動レーン3の天壁あるいは底壁となる部分に、注入口として、注入・排出孔5を設ける必要がある。注入・排出孔5の形成方法としては、前記実施の形態1に示したように、ドリルやブラスト、エッチング等の方法がある。
For example,
ところで、前記実施の形態1にも示したように、一般的に、誘電泳動パネル内面には、上下両基板上に保護層を形成している。前記実施の形態1では、上記下側基板1および上側基板2に、下面保護膜7および上面保護膜8のように、例えば泳動電極アレイ6をカバーする保護膜(保護層)を設けている。また、上記下側基板1および上側基板2には、泳動レーン3に注入する試料に応じて親水・撥水処理等の表面処理を施している。
By the way, as shown in the first embodiment, generally, a protective layer is formed on the upper and lower substrates on the inner surface of the dielectrophoresis panel. In the first embodiment, a protective film (protective layer) that covers, for example, the
しかしながら、このように基板上に保護膜を形成した後で、該基板に注入口を形成すると、開口処理に伴う表面処理材料や基板のダストが基板の表面処理部に付着することが懸念される。表面処理部に付着したダストは洗浄処理を行っても除去し難く、誘電泳動パネルを形成した際に不純物として製品不良の原因となる。 However, if an injection port is formed in the substrate after the protective film is formed on the substrate in this way, there is a concern that the surface treatment material and the dust on the substrate accompanying the opening treatment may adhere to the surface treatment portion of the substrate. . Dust adhering to the surface treatment portion is difficult to remove even after performing a cleaning process, and causes a product defect as an impurity when a dielectrophoresis panel is formed.
また、注入口を作製した後に基板の表面処理を行う場合、表面処理剤が注入口に浸入して開口部を汚染するおそれがある。開口部内で表面処理剤が固化すると開口径誤差の原因となり、コネクタ等を挿入した際、接続不良やダストの発生等の問題を生じさせる。 In addition, when surface treatment of the substrate is performed after the injection port is manufactured, the surface treatment agent may enter the injection port and contaminate the opening. When the surface treatment agent is solidified in the opening, it causes an opening diameter error, and causes problems such as poor connection and generation of dust when a connector or the like is inserted.
さらに、本発明のように、誘電泳動パネル10が複数の泳動レーン3を有する場合、従来のように基板上に注入口を形成する方法では、泳動レーンの数に応じて複数の注入口を形成する必要があり、製造工程が煩雑になると共に、不良発生の確率も高くなる。
Further, when the
そこで本実施の形態では、試料の注入・排出孔5(開口部)を、下側基板1および上側基板2の何れか一方の基板の表面ではなく、上記誘電泳動パネル10の側面(パネル構造の断面)に設けている。
Therefore, in the present embodiment, the sample injection / discharge hole 5 (opening) is not the surface of one of the
図14は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10の概略構成を示す平面図であり、図15は、図14に示す誘電泳動パネル10のE−E線矢視断面分解図である。なお、図14においても、図示の便宜上、上側基板は二点鎖線にて示す。
FIG. 14 is a plan view showing a schematic configuration of the
本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図14に示すように、試料の注入・排出用の開口部として、前記実施の形態1にかかる注入・排出孔5に代えて、上記下側基板1と上側基板2との間、つまり、具体的には、上記誘電泳動パネル10の側面に、泳動レーン壁4により形成された注入・排出口31(開口部、注入口)が設けられている構成を有している。本実施の形態では、上記泳動レーン3の両端部に、それぞれ上記注入・排出口31が設けられている。
As shown in FIG. 14, the
上記注入・排出孔5の口径は、幅約2mm、高さ約40μm(パネル空洞部のギャップと等しい)である。なお、本実施の形態でも、前記実施の形態1と同様、上記各泳動レーン3のレーン幅(隔壁4a・4a間の間隔)は約1cm、レーン長さは約6cmであり、泳動レーン壁4の幅は約2mmに設定した。また、泳動レーン3の厚み(泳動レーン壁4の高さ)が均一となるように、上記泳動レーン壁4の形成に使用されるシール材には、粒径40μmのガラススペーサを混入した。なお、上記以外の構成は、前記実施の形態1と同様にして形成した。
The inlet / outlet holes 5 have a diameter of about 2 mm and a height of about 40 μm (equal to the gap of the panel cavity). Also in this embodiment, as in the first embodiment, each
すなわち、本実施の形態では、上記泳動レーン壁4は、各泳動レーン3…を隔てる隔壁4a・4aを結ぶ枠体(外縁部)の一部が、各泳動レーン3において開口された開口部4b…を有しているとともに、注入・排出口31として、上記開口部4bから、上記泳動レーン3の延長方向に沿って上記誘電泳動パネル10端部まで延設された、泳動レーン壁延設部4c(泳動レーン壁4)からなる流路(通路)が設けられた構成を有している。
That is, in the present embodiment, the
また、本実施の形態でも、上記下側基板1および上側基板2には、約10cm×10cmの透明基板を使用していることから、上記注入・排出口31の長さ(流路(延設部)の長さ)は、それぞれ約2cmである。
Also in this embodiment, since the
また、図15に示すように、上記下側基板1および上側基板2における上記注入・排出口31の内側端部1a・2a、すなわち、上記下側基板1における上記上側基板2との対向面および上側基板2における上記下側基板1との対向面における、上記注入・排出口31形成部分の各端辺は、角部が面取りされた面取り処理が施されていることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 15, inner ends 1 a and 2 a of the inlet /
本実施の形態では、上記注入・排出口31に、上記注入・排出口31の口径よりも外径が大きな送液チューブ13が接続(押圧接触)されることにより、試料の注入・排出が可能となる。
In the present embodiment, the
従って、上記したように上記注入・排出口31の内側端部1a・2aが面取り処理されていることで、注入・排出口31と送液チューブ13とを接続する際に、両者の接触面積が大きくなり、両者の密着性が向上する。
Therefore, as described above, the
上記送液チューブ13は、上記したように、注入・排出口31と送液チューブ13との密着性の観点から、例えばシリコン樹脂等の変形可能な材質(可撓性を有する材料、好適には弾性を有する材料)で形成されていることが望ましい。本実施の形態では、上記送液チューブ13として、外径約3mm、内径約1mmのシリコン樹脂からなるチューブを使用したが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
As described above, the
また、図15に示すように、上記誘電泳動パネル10において、上記下面保護膜7および上面保護膜8は、上記注入・排出口31の端部(つまり、上記面取り処理が施された上記下側基板1および上側基板2における内側端部1a・2a)よりも基板内側に形成されていること、つまり、上記注入・排出口31端部には上記下面保護膜7および上面保護膜8が形成されていないことが望ましい。
Further, as shown in FIG. 15, in the
このように上記注入・排出口31端部には上記下面保護膜7および上面保護膜8が形成されていない構造とすることで、上記注入・排出口31の口径が大きくなり、上記注入・排出口31と送液チューブ13との密着性がより向上する。また、上記の構成によれば、面取り処理の際に、上記下面保護膜7および上面保護膜8が不要な塵となり泳動レーン3内に残留することを防ぐ効果もある。
Thus, by adopting a structure in which the lower surface
なお、本実施の形態では、上記注入・排出口31を介して各泳動レーン3内に試料(試料溶液)を注入する方法として、上記したように上記注入・排出口31に送液チューブ13を接続することで上記注入・排出口31に試料溶液を送液する方法について説明したが、本実施の形態にかかる試料の注入方法(試料溶液の送液方法)は、上記の方法に限定されるものではない。
In this embodiment, as described above, as a method for injecting a sample (sample solution) into each
また、本実施の形態では、上記注入・排出口31に、上記注入・排出口31の口径よりも外径が大きな送液チューブ13が接続(押圧接触)されることにより、上記注入・排出口31に試料溶液を送液する方法について説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記注入・排出口31に嵌合する送液チューブ13(例えば上記注入・排出口31の口径よりも小さい外径を有する送液チューブ13)を用いて上記送液を行ってもよい。
In the present embodiment, the injection /
また、上記送液チューブ13は、上記したように上記誘電泳動パネル10とは別体で設けられ、試料(試料溶液)注入時にのみ上記誘電泳動パネル10に接続される構成としてもよく、上記誘電泳動パネル10に予め固定された構成を有していてもよい。
Further, as described above, the
すなわち、本実施の形態にかかる上記誘電泳動パネル10は、該誘電泳動パネル10に試料を送液(注入)する注入手段として、上記送液チューブ13を備えている構成を有していてもよいし、上記誘電泳動装置70あるいは誘電泳動システム85が、上記誘電泳動パネル10に試料を送液(注入)する注入手段(注入装置)として、上記送液チューブ13、あるいは、上記送液チューブ13を備えた試料注入装置を備えている構成を有していても構わない。
That is, the
本実施の形態によれば、上記したように試料を泳動レーン3内外に送液するための開口部(注入・排出口31)を上記誘電泳動パネル10側面に設けることにより、上記泳動レーン3内への不純物の混入を防止し、送液系における不良発生を抑制することが可能である。
According to the present embodiment, as described above, the opening (injection / discharge port 31) for feeding the sample into and out of the
また、本実施の形態によれば、上記泳動レーン壁4のパターンにより上記誘電泳動パネル10側面に注入・排出口31が必然的に形成されることから、注入・排出口31を形成するために別途材料や工程を必要としない。従って、上記の構成によれば、ドリル等で、上記誘電泳動パネル10上(例えば上側基板2上)に、開口部(注入・排出孔5)を設ける方法と比較して上記誘電泳動パネル10の不良発生率を相対的に抑制することが可能である。なお、この抑制効果は泳動レーン3の数が多いほど顕著である。よって、上記の構成によれば、上記誘電泳動パネル10にドリル等で注入・排出口を設ける場合と比較して、より効率的に上記誘電泳動パネル10を形成することができるとともに、使用上の観点からもより好ましい。
In addition, according to the present embodiment, the injection /
〔実施の形態8〕
本発明の実施の他の形態について主に図16および図17に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1〜7との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1〜7で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 8]
Another embodiment of the present invention will be described mainly with reference to FIGS. 16 and 17. In the present embodiment, differences from the first to seventh embodiments will be mainly described, and components having the same functions as the components used in the first to seventh embodiments will be described. The same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態では、上記誘電泳動パネル10における上記注入・排出口31に、試料として、試料溶液(泳動媒体)を送液するための他の方法について主に説明する。
In the present embodiment, another method for feeding a sample solution (electrophoresis medium) as a sample to the inlet /
図16は、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10の概略構成を示す平面図であり、図17は、図16に示す誘電泳動パネル10のF−F線矢視断面図である。
FIG. 16 is a plan view showing a schematic configuration of the
本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図16に示すように、前記実施の形態6同様、各泳動レーン3…を隔てる隔壁4a・4aを結ぶ泳動レーン壁4の外縁部(枠体)の一部が、各泳動レーン3の両端部(各泳動レーン3の長手方向両端部)において開口された開口部4b…を有しているとともに、注入・排出口31として、上記開口部4bから、上記泳動レーン3の延長方向(各泳動レーン3の長手方向)に沿って上記誘電泳動パネル10端部(下側基板1の端部)まで延設された、泳動レーン壁延設部4c(泳動レーン壁4)からなる流路(通路)が設けられた構成を有している。
As shown in FIG. 16, the
これにより、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10もまた、前記実施の形態6同様、泳動レーン3の両端部に、上記誘電泳動パネル10の側面に面して開口された注入・排出口31(泳動レーン壁延設部4c)が設けられている構成を有している。
Thereby, the
本実施の形態でも、前記実施の形態6同様、上記各泳動レーン3のレーン幅(隔壁4a・4a間の間隔)は約1cm、レーン長さは約6cm、泳動レーン壁4の幅は約2mmとし、上記注入・排出孔5の口径は、幅約2mm、高さ約40μm(パネル空洞部のギャップと等しい)とした。また、上記注入・排出口31の長さ(各泳動レーン壁延設部4cの長さ)は、それぞれ約2cmとした。
Also in this embodiment, the lane width (interval between the
但し、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図16および図17に示すように、上記各泳動レーン3の延設方向における上記上側基板2の基板長が、上記各泳動レーン3の延設方向における上記下側基板1の基板長よりも短くなるように形成されている。このため、本実施の形態では、上記注入・排出孔5の側壁、つまり、上記泳動レーン壁延設部4c(泳動レーン壁4)が、上記上側基板2端部より外方に突出して設けられた構成を有している。本実施の形態では、上記各泳動レーン3の延設方向における上記上側基板2の基板長が、上記各泳動レーン3の延設方向における上記下側基板1の基板長よりも約4mm短くなるように形成した。すなわち、本実施の形態では、上記下側基板1が、上記各泳動レーン3の延設方向各端部において、上記上側基板2よりも各々約2mmずつ突出している構成とした。
However, in the
また、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、図17に示すように、上記下側基板1および上側基板2における上記注入・排出口31の内側端部1a・2aのうち上記内側端部2aのみが、角部が面取りされた面取り処理が施されている構成を有している。すなわち、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、上記下側基板1における上記上側基板2との対向面および上側基板2における上記下側基板1との対向面のうち、上記上側基板2における下側基板1との対向面のみが、上記注入・排出口31形成部分の端辺に面取り処理が施されている構成を有している。
In addition, as shown in FIG. 17, the
さらに、本実施の形態にかかる誘電泳動パネル10は、上記注入・排出口31に、送液コネクタ15が接続されている構成を有している。
Furthermore, the
上記送液コネクタ15は、前記送液チューブ13同様、シリコン樹脂等の変形可能な材質により形成されている。上記送液コネクタ15は、図17に示すように、上記誘電泳動パネル10端部、すなわち、上記下側基板1および上側基板2の端部を挟持することにより、上記注入・排出口31と接続される。
The
また、上記送液コネクタ15は、一方の側面に、上記注入・排出口31(泳動レーン壁延設部4c)が挿嵌される複数のコの字状の開口部15aを有している。各泳動レーン3は、上記開口部15aに上記注入・排出口31(泳動レーン壁延設部4c)が挿嵌されることで、上記送液コネクタ15内部で構造的に分離されている。
The
また、上記送液コネクタ15の天壁(上壁)には、上記注入・排出口31に対応して、上記開口部15aに連通する注入・排出孔16(注入・排出部、開口部)が設けられている。
The top wall (upper wall) of the
本実施の形態において、上記注入・排出口31の内径は約2mmに設定されている。上記送液コネクタ15は、上記注入・排出口31における下側基板1端面1bが上記開口部15aの内壁に当接した状態で、上記注入・排出孔16が、平面視で上記下側基板1並びに該下側基板1上の泳動レーン壁延設部4cが露出している部分(すなわち上記上側基板2が設けられていない部分)の上方に位置するように形成されている。
In the present embodiment, the inner diameter of the injection /
これにより、本実施の形態によれば、上記注入・排出孔16に試料を注入することで、上記注入・排出口31を介して各泳動レーン3内に試料を注入(送液)することができるようになっている。
Thus, according to the present embodiment, by injecting the sample into the injection /
上記送液コネクタ15は、泳動レーン3の数に応じて適宜設計される。また、上記送液コネクタ15は、上記誘電泳動パネル10に予め固定されていてもよく、上記誘電泳動パネル10に着脱可能に設けられていてもよい。後者の場合、上記送液コネクタ15は、同一設計の誘電泳動パネル10に対しては使い回しが可能である。
The
すなわち、本実施の形態でも、上記誘電泳動パネル10は、該誘電泳動パネル10に試料を送液(注入)する注入手段として、上記送液コネクタ15を備えている構成を有していてもよいし、上記誘電泳動装置70あるいは誘電泳動システム85が、上記誘電泳動パネル10に試料を送液(注入)する注入手段(注入装置)として、上記送液コネクタ15、あるいは、上記送液コネクタ15を備えた試料注入装置を備えている構成を有していても構わない。
That is, also in this embodiment, the
本実施の形態においても、上記したように試料を泳動レーン3内外に送液するための開口部(注入・排出口31)を上記誘電泳動パネル10側面に設けることにより、上記泳動レーン3内への不純物の混入を防止し、送液系における不良発生を抑制することが可能である。
Also in the present embodiment, as described above, an opening (injection / discharge port 31) for feeding the sample into and out of the
また、本実施の形態においても泳動レーン壁4のパターンにより上記誘電泳動パネル10側面に注入・排出口31が必然的に形成されることから、注入・排出口31を形成するために別途材料や工程を必要としない。従って、上記の構成によれば、ドリル等で、上記誘電泳動パネル10上(例えば上側基板2上)に、開口部(注入・排出孔5)を設ける方法と比較して上記誘電泳動パネル10の不良発生率を相対的に抑制することが可能である。なお、この抑制効果は泳動レーン3の数が多いほど顕著である。よって、上記の構成によれば、上記誘電泳動パネル10にドリル等で注入・排出口を設ける場合と比較して、より効率的に上記誘電泳動パネル10を形成することができるとともに、使用上の観点からもより好ましい。
Also in this embodiment, since the injection /
なお、本実施の形態では、上記下側基板1が、上記各泳動レーン3の延設方向各端部において、上記上側基板2よりも各々約2mmずつ突出している構成とし、上記注入・排出口31の内径を約2mmとすることで、図17に示すように、上記下側基板1端面1bが上記開口部15aの内壁に当接した状態において、上記注入・排出孔16縁部が上記上側基板2端部並びに上記下側基板1端部に位置する構成とした。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記下側基板1端面1bが上記開口部15aの内壁に当接した状態において、上記注入・排出孔16縁部が、何れも上記下側基板1の露出領域内に位置するように形成されていれば、上記注入・排出孔16の内径が上記下側基板1の突出長さと同じである必要はなく、上記注入・排出孔16の内径が上記下側基板1の突出長さよりも小さくなるように形成されていても構わない。
In the present embodiment, the
また、上記注入・排出孔16の内径並びに上記下側基板1の突出長さも上記長さに限定されるものではなく、試料の注入・排出を円滑に行うことができるように適宜設定が可能である。
Further, the inner diameter of the injection /
なお、上記誘電泳動パネル10側面(泳動アレイ断面)に注入・排出口を有する誘電泳動パネル10における試料の注入(送液)方法としては、上記方法に限定されるものではない。上記方法は上記誘電泳動パネル10における試料の注入(送液)方法の一例であり、上記誘電泳動パネル10の使用方法、試料(泳動媒体)の種類に応じて様々な形態の注入(送液)方法が適応可能である。
The method of injecting (feeding) the sample in the
以上のように、本発明によれば、従来よりも観察条件の制限が緩和された誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムを提供することができる。本発明にかかる上記誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムは、例えば、特定細胞の分離、検出等のバイオ研究用マイクロアレイ等の用途に好適に適用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a dielectrophoresis chip, a dielectrophoresis apparatus, and a dielectrophoresis system in which the restriction of observation conditions is relaxed compared to the prior art. The dielectrophoresis chip, the dielectrophoresis apparatus, and the dielectrophoresis system according to the present invention can be suitably applied to uses such as microarrays for bioresearch such as separation and detection of specific cells.
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明にかかる誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムは、特定細胞の分離、検出等のバイオ研究用マイクロアレイ等の用途、例えば、生体分子や樹脂ビーズ等の誘電性物質を誘電泳動力によって搬送する化学分析システムに好適に使用することができる。これら化学分析システムは、医療分野をはじめとして、食品衛生分野、環境モニタリング等に広く応用が可能であり、血液を分離することで得られる赤血球、白血球、リンパ球等の血球成分;大腸菌、リステリア菌等の細菌;DNA(デオキシリボ核酸:deoxyribonucleic acid ; deoxyribose nucleic acid)、タンパク質等の生体分子;等の幅広い範囲の誘電性物質を対象とし、例えば、DNA、タンパク質、細胞等の解析(反応・検出・分離・搬送);化学合成(マイクロプラント);等の用途に好適に使用される。本発明にかかる誘電泳動チップおよび誘電泳動装置並びに誘電泳動システムは、透過光による観察、撮影が可能であることから、特に、蛍光観察やフィルタリングを多用する観察に非常に有効である。 The dielectrophoresis chip, the dielectrophoresis apparatus, and the dielectrophoresis system according to the present invention are used for bio research microarrays such as separation and detection of specific cells, for example, dielectric substances such as biomolecules and resin beads by dielectrophoretic force. It can be used suitably for the chemical analysis system to convey. These chemical analysis systems can be widely applied in the medical field, food hygiene field, environmental monitoring, etc., and blood cell components such as red blood cells, white blood cells, and lymphocytes obtained by separating blood; Escherichia coli, Listeria monocytogenes Targeting a wide range of dielectric materials such as bacteria (DNA, deoxyribonucleic acid; deoxyribose nucleic acid), proteins, etc., for example, analysis of DNA, proteins, cells, etc. It is preferably used for applications such as separation / conveyance); chemical synthesis (microplant); Since the dielectrophoresis chip, the dielectrophoresis apparatus, and the dielectrophoresis system according to the present invention can be observed and photographed with transmitted light, they are particularly effective for observation using a lot of fluorescence observation and filtering.
1 下側基板(基板)
2 上側基板(基板)
3 泳動レーン
4 泳動レーン壁
4a 隔壁
4b 開口部
4c 泳動レーン壁延設部
5 注入・排出孔(注入口)
6 泳動電極アレイ(電極列)
6a 泳動電極(電極)
6a1 透明電極
6a2 金属電極
6b 実装・接続部
7 下面保護膜(保護膜)
8 上面保護膜(保護膜)
9 観察領域
10 誘電泳動パネル(誘電泳動チップ)
17 FPC
21 泳動レーン壁
22 間隙部
31 注入・排出口(注入口)
50 制御基板(制御部)
60 DC電源
61 AC−DCコンバータ
70 誘電泳動装置
80 撮像系
85 誘電泳動システム
P1 電極部
P2 電極部
P3 電極部
1 Lower substrate (substrate)
2 Upper substrate (substrate)
3
6 Electrophoresis electrode array (electrode array)
6a Electrophoresis electrode (electrode)
6a 1
8 Top surface protective film (Protective film)
9
17 FPC
21
50 Control board (control unit)
60 DC power supply 61 AC-
Claims (12)
上記誘電性物質を誘電泳動させる泳動レーンと、
上記泳動レーンと交差する複数の電極からなり、上記泳動レーンに注入された試料に電界を印加するために交流電圧を印加することで上記誘電性物質を誘電泳動させる電極列とを備え、
上記泳動レーンは、上記泳動レーンと電極列とが重畳する領域の少なくとも一部における上記泳動レーンの上記電極列との対向面が透明であり、かつ、上記電極列は、上記泳動レーンにおける透明な領域と重畳する部分の電極の少なくとも一部が透明電極で形成されていることを特徴とする誘電泳動チップ。 A dielectrophoresis chip that dielectrophoreses the dielectric substance by applying an electric field formed by an alternating voltage to a sample containing the dielectric substance,
An electrophoresis lane for dielectrophoretic migration of the dielectric material;
Comprising a plurality of electrodes intersecting with the electrophoresis lane, and comprising an electrode array for dielectrophoresis of the dielectric substance by applying an alternating voltage to apply an electric field to a sample injected into the electrophoresis lane,
The electrophoresis lane has a transparent surface facing the electrode array of the electrophoresis lane in at least a part of a region where the electrophoresis lane and the electrode array overlap, and the electrode array is transparent in the electrophoresis lane. A dielectrophoresis chip, wherein at least a part of an electrode in a portion overlapping with a region is formed of a transparent electrode.
上記泳動レーン壁は、内部に、上記一対の基板間の間隔を保持するスペーサを含有していることを特徴とする請求項1記載の誘電泳動チップ。 The migration lane is formed by a pair of substrates and a migration lane wall provided between the pair of substrates,
2. The dielectrophoresis chip according to claim 1, wherein the electrophoresis lane wall contains a spacer for keeping a distance between the pair of substrates therein.
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