JP2983060B2 - ミクロ液体構造およびその製造方法 - Google Patents

ミクロ液体構造およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、種々の用途、たとえば、電気泳動作業、毛
管クロマトグラフィ、液体分配システム等に用いること
のできる改良したミクロ液体構造ならびにそれを製造す
る方法に関する。
発明の背景 近年の電気泳動技術は、毛管電気泳動を開発した。普
通の電気泳動法と同様に、充填された分子は、それらの
相対的な移動度に基づいて、電界内に隔離され、測定さ
れ得る。毛管電気泳動システムは、基本的には、融解石
英毛管からなり、これの内径は約25〜100ミクロンであ
る。この融解石英毛管は、緩衝液を満たした２つの溜め
を接続している。緩衝液を満たした毛管内で分離が生
じ、物質は、毛管を通る集中方向光線によってUV吸光度
またはUV放出蛍光によって検出され得る。
普通のゲル電気泳動に関して、毛管システムを用いた
場合、発熱の低下および改良された冷却効果（横断面積
対周囲面積の比の低下）により、電界強度がかなり高く
なり得る。これは、分離速度を高めると共に極めて高い
分解能を与える。
しかしながら、延伸ガラスの毛管はいくつかの欠点を
有する。なかでも、分岐したシステムを設けることの困
難、ならびに特別な表面特性を有する領域を創作するこ
との困難がある。また、極めて細いガラス管を製造する
ことも比較的難しい。さらに、ガラス毛管は、平行チャ
ンネル分析には不適であり、したがって、ほんの少量の
体積しか分離できず、分取目的のための分離は非実用的
となる。
これらの欠点を克服するために、扁平な構造が開発さ
れたが、この構造では、多数の溝またはチャンネルが並
列に作られている。代表的には、このような扁平構造
は、半導体基板、たとえばシリコン・ウェファに溝を蝕
刻し、次いで蝕刻した表面をカバー・プレートによって
覆って電気泳動チャンネルを完成する。しかしながら、
このような構造は非常に高価である。さらに、用いる材
料が剛性であり、硬質であるから、蝕刻溝の頂縁とカバ
ー・プレートとの間に適切なシールを設けることが難し
い。蝕刻基板が半導体であることがほとんどであるか
ら、材料それ自体が電気泳動用途にとっては不適であ
り、したがって、チャンネル側壁に、たとえば酸化ある
いは或る種の材料による被覆によって絶縁表面層を設け
なければならない。
発明の概要 本発明の目的は、毛管電気泳動に適しており、上記の
欠点を持たず、比較的安価に製造でき、オプションとし
て使い捨て式の製品を可能とし、分岐した流れチャンネ
ルを得ることができ、局部的な表面特性を有し、たとえ
ば表面特性、光学特性および電気特性に関して材料の選
択に大きな自由度を与えるミクロ液体構造を提供するこ
とにある。
本発明の別の目的は、毛管電気泳動に加えて、他の用
途、たとえば、毛管クロマトグラフィ、ミクロ反応空所
を用いる作業、小型化液体連通ユニット等にも適するミ
クロ液体構造を提供することにある。
本発明のまた別の目的は、いくつかの平面にチャンネ
ルまたは空所を有し、分析または反応のための複数なチ
ャンネルまたは空所幾何学形状を構築するのを可能とす
る多階層構造の形をしたミクロ液体構造を提供すること
にある。
本発明の別の目的は、流れシステムにおいて物質を容
易に検出できるミクロ液体構造を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、上記ミクロ液体構造を製
造する方法を提供することにある。
したがって、一局面において、本発明は、形状安定材
料の第１、第２のほぼ平坦な基層と、弾性材料の中間隔
離層とを包含し、この隔離層にくぼみが設けてあって、
前記第１、第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミ
クロ空所またはチャンネル・システムを構成しているミ
クロ液体構造に関する。
別の局面によれば、本発明は、このようなミクロ液体
構造を製造する方法であって、所望の隔離層幾何学形状
・寸法に対応するレリーフ・パターンを持つ平坦面を有
する型を用意し、前記液体流れシステムを設け、型面に
隔離層材料を塗布して成形し、この成形をオプションと
して重ねる第１基層と一緒にあるいはそれと一体に行
い、型を成形した隔離層から外し、隔離層の成形面に第
２基層を塗布してそれと共に液体流れシステムを完成
し、先に行っていないならば、前記第１基層を隔離層の
反対面に取り付けることを特徴とする方法を提供する。
図面の簡単な説明 上記の目的、特徴および利点は、添付図面に関連した
以下の説明および付属の請求の範囲から明らかとなろ
う。
図面において： 第１図は、本発明による毛管電気泳動プレートの一実
施例の平面図である。
第２図は、検出器および電気接触手段を包含する、第
１図の構造の基層のうちの１つを示す平面図である。
第３図は、上方に開口した液体チャンネルを構成する
隔離層を支持する、第１図の構造の他方の基層の平面図
である。
第４図は、第１図の構造の部分横断面図である。
第５図は、本発明による毛管電気泳動プレートの別の
実施例である。
第６図は、第３図のものに対応する多数の基層／隔離
層組立体の製造を説明する概略図である。
第7A図は、３つの重なった隔離層と中間基層とからな
るサンドウィッチ構造の概略横断面図であり、第7B図
は、このサンドウィッチ構造を構成するのに用いられる
１つの基層／隔離層組立体の横断面図である。
第８図は、一体の隔離層・基層を包含する構造の部分
横断面図である。
第９図は、クランプ手段内に置かれた、第８図に示す
構造の部分横断面図である。
第10図は、イオン交換ストリップを包含する基層の別
の実施例の概略図である。
第11図は、本発明の毛管電気泳動プレートで実施され
る電気泳動作業の結果を示すグラフである。
発明の詳細な説明 最も単純な形態において、本発明によるミクロ液体構
造は、２つの基層からなり、これらの基層の間には、弾
性の隔離材料（基層のうちの少なくとも１つに固着して
ある）が、所望の液体流れシステム、たとえば１つまた
はそれ以上の空所あるいはラビリンス状のチャンネルを
形成している。
液体流れシステムを設けるために、隔離層に、その全
体の厚さあるいはその一部を貫いてくぼみを設けてもよ
い。第１の場合、隔離層は、各空所またはチャンネルの
側壁および頂、底壁のうちの一方を形成し、基層のうち
の１つが頂、底壁のうちの他方を形成するのに対し、別
の場合には、基層が頂、底壁を形成し、隔離層が側壁を
形成する。隔離層の弾性により、それぞれの基層に対す
る適切なシールを得ることができる。
その発展形において、本発明の構造は、基層によって
分離された２つまたはそれ以上の隔離層を有する「多階
層」サンドウィッチ構造からなり、隣り合った隔離層に
おける液体流れシステムが中間の基層に設けた孔によっ
て連絡している。このようにすれば、たとえば複雑な流
れチャンネル・システムを形成することができる。この
ような多階層構造は、いくつかの基層／隔離層組立体を
積み上げることによって形成してもよい。
基層は、形状安定姓を持っていなければならないが、
ここでこの用語が、後述するように比較的広い意味で用
いていることは了解されたい。したがって、基層につい
ての以下に述べる目的および要件を考慮したときに容易
に明らかとなるように、非弾性材料ばかりでなく中位の
弾性材料も考えられる。したがって、基層の目的は、一
方では、隔離層を支持すると共にチャンネル壁あるいは
空所壁の一部を構成することにあり、他方では、XY平面
において構造の寸法を維持し、確保することにある。こ
こで、XY平面とは、基層の延在する平面であり、Ｚはこ
の平面に対して直角の方向である。したがって、形状安
定性とは、特定の用途によって左右される条件の下でほ
んの少しであるが、明確に定められる寸法変化を与える
材料に関連したことである。基層表面は、中位の圧力で
効果的なシールが行える良好な平滑性を持たなければな
らない。このことは、たとえば基層を硬くするか、ある
いは、平坦であり、できるならば弾性のある表面に可撓
性のフィルムを置くことによって達成され得る。基層
（プレート状、シール状、薄箔状、薄膜状のいずれでも
よい）として適当な材料としては、ガラス、金属、プラ
スチックであり、プラスチックとしては、たとえばポリ
エステル、ポリエチレンテレフタレート（たとえば、My
lar）、弗素プラスチック（たとえば、Hostaflon）があ
る。基層における上記の孔（たとえば、サンドウィッチ
用途にとって必要である）は、高精度技術、たとえばレ
ーザ穿孔あるいは数値制御式精密機械によって形成でき
る。
上述したように、隔離層の目的は、チャンネルまたは
空所の側壁を構成し、Ｚ方向、すなち平面に対して直角
な方向に所望の弾性を与えることにある。したがって、
材料は弾性でなければならない。すなち、好ましくは、
ゴムまたはエラストマーである。適当なタイプの材料の
一例は、シリコーンゴムである。他の特殊な例として
は、EPDMゴムおよびHostaflonがある。基層／隔離層組
立体（後により詳しく説明する）の製造に用いられる方
法に依存して、隔離層材料は、成形材料として満足でき
る性質、たとえば低い粘度および形状収縮性、効果的な
シールを得るのに適した硬化要因、たとえばUV光その他
の放射線、温度等の他に、適当な硬度を持たなければな
らない。上記の性質により、精密な型またはダイから安
価な重合材料へ正確な幾何学形状・寸法をきわめて精密
に複写することが可能となる。このような高精度の型ま
たはダイは、たとえば後述するように、単結晶材料に蝕
刻を行うことによって有利に作ることができる。先に述
べたように、隔離層の弾性は、基層と隔離層との間、あ
るいは、隣り合った隔離層の間に非常に良好なシールを
得ることを可能とする。隔離層（安定化されたとき）
は、好ましくは、基層に結合され、それと共に空所また
はチャンネルを構成するときに適当な表面特性を与える
表面特性、たとえば、水様溶液を伴う用途のためには疎
水性−疎水性相互作用を持たなければならない。
しかしながら、２つの基層および中間隔離層からなる
本発明の基本的な構造に関して、層と隔離層の両方につ
いての要件を同時に満たす材料があることは容易に理解
できよう。隔離層および基層のうちの一方または両方を
同じ材料で作ってもよい。この場合、隔離層と１つの基
層を、後述するように、一体としてもよい。もちろん、
上述の多階層構造も、このような一体の基層／隔離層ユ
ニットから構成することができる。この点で使用できる
材料の一例は、Hostaflonである。
好ましくは、隔離層は、２つの基層によって囲まれた
全空間を満たさないが、それの構成するチャンネルまた
は空所に充分な壁厚を与える程度には満たしていなけれ
ばならない。したがって、たとえば巻き型チャンネルの
場合、それを構成している隔離層材料は、同じ巻き型を
有するが、横断面積は広くなる。このようにして、より
小さいシール面積が得られ、それによって、所与の表面
圧力に適用するのに必要な全シール力をより低くするこ
とができる。
隔離層の弾性は、また、Ｚ方向、すなわち基層、隔離
層平面に対して直角の方向に作用する力の変化に応じて
ポンプまたは弁の作用を構造に与えるのにも用いること
ができる。上述したように、構造を圧縮してポンプ作用
を得るのに必要な力が低ければ、それだけ隔離層の広が
りを小さくすることができる。
前述のように、隔離層に必要なくぼみ形成は、本発明
によれば、扁平な型、たとえばシートまたはプレートに
隔離層を形成することによって達成される。この型は、
隔離層が持つことになっている所望の幾何学構造の負の
形をしているレリーフ・パターンを設けた成形面を有す
る。たとえば、この型は、シリコン、石英、セラミッ
ク、金属またはラスチック材料（たとえば、PMMAまたは
Teflon ）の基板に蝕刻、表面被覆、レーザ加工、電気
化学蝕刻、機械加工を施すことによって製作される。隔
離層を形成するために用いる型は、もちろん、鋳造ある
いは成形によってマスタ型から作ったレプリカであり得
る。
このような型を製造するのに好ましい方法は、蝕刻で
ある。それ故、選ばれる材料は、シリコンまたは石英の
ような単結晶物質、あるいは、III/V群の物質、たとえ
ば砒化ガリウム、すなわち、明確な表面を気相または液
相で化学処理することによって製造し、このような形成
法覆に必要な圧力および温度に耐える機械的／熱的特性
を有するような構造／組成を有する材料である。好まし
い材料は単結晶シリコンである。
表面に所望のレリーフ・パターンの蝕刻は、公知の方
法、すなわち、蝕刻ストッパ層を（通常は、酸化によっ
て）基板に設け、感光層（フォトレジスト）を被覆し、
所望のレリーフ・パターンを構成するマスクを通して表
面を露光し、露光した領域を現像してフォトレジストを
除去し、これらの領域に裸の蝕刻ストッパ層を露出さ
せ、残っているフォトレジスト・マスクを除去し、最後
に、裸の基板表面領域を所望の深さに蝕刻することによ
って行われ得る。
隔離層の成形は、種々の方法で実施できる。たとえ
ば、一実施例において、隔離層は、刻印、圧印、エンボ
ッシングを伴う圧縮成形作業によって形成される。この
場合、隔離層材料（オプションとして基層に取り付ける
かあるいはそれと一体となっている）は型面に取り付け
られ、この組立体を外力によって一緒にプレスする。材
料が熱可塑性である場合、その粘性は、温度の上昇につ
れて低下し、隔離層に形成されたレリーフ・パターン
は、温度の低下につれて固定あるいは安定化する。隔離
層を安定化する他の方法としては、たとえばUV照射、触
媒、熱等による架橋結合がある。この場合、隔離層覆材
料は、架橋性液体、たとえば、シリコーンゴムの薄層で
あり、これを基層の表面に被覆する。
別の実施例において、隔離層は、射出成形法によって
形成する。この場合、基層は、型面に取り付け、基層お
よび型を外力によって一緒にプレスする。架橋性液体、
たとえばシリコーンゴムを、次に型キャビティに押し込
め、その際に、適当覆な架橋手段、たとえばUV光によっ
て架橋される。あるいは、冷却によって安定化されたと
きに、熱可塑性重合溶融体を注入して隔離層を形成す
る。
隔離層の高価または安定化が完了したとき、基層／隔
離層組立体を型から取り出す。形成した隔離層の型から
の離型を容易にするために、成形作業前に、型を離型
剤、たとえば液相のフルオロテンシドあるいは気相のフ
ルオロポリマーで処理すると好ましい。
型からの取り出し後、第２の基層を隔離層に取り付け
て所望の空所またはチャンネル・システムを完成する。
オプションとして、この第２の基層は、後により詳しく
説明するように、適当な手段によって隔離層に共有結合
あるいは別の方法で結合する。
隔離層と基層の間に最適なシールを得るためには、特
定の用途に使用する時点で、組立体を、それに圧縮力を
加えることのできる平らな面の部材の間に置く。このよ
うなクランプ手段は、上述したポンプ作用を組立体に行
わせるものにも使用できる。
電気泳動の目的のためには、第２基層が、その各端に
接触手段、たとえば金のストリップを備えると共に、検
出手段あるいは少なくともその準備手段を備えると有利
である。この場合、この第２基層は、再使用可能である
と好ましく、隔離層を取り付けた第１基層が使い捨て式
であり、第２基層から分離でき、使用後に、第２基層に
新しい基層／隔離層組立体を容易に設けることができる
ようにすると好ましい。
上述したように、本発明のミクロ液体構造は、もちろ
ん、電気泳動以外のミクロ液体目的のために有利に設計
することもできる。たとえば、毛管クロマトグラフィ、
ミクロ反応空所業、小型液体連通ユニット、バイオセン
サ・フロー・セル等がある。本発明による反応空所は、
たとえば種々の固相合成形態、たとえば２、３の例を上
げれば、ペプチドまたはオリゴヌクレオチド合成、PC
R、DNA−固相逐次反応のために使用できる。
第１図は、本発明による毛管電気泳動プレートを示し
ている。これは、第１の基層１と、第２の基層２と、こ
れらの基層１、２の間に配置した弾性隔離層３とからな
る。隔離層３にはくぼみを付けてチャンネル４を構成し
ている。明瞭な図示のためにのみ、ここでは基層２は透
明としてある（第１、３図）。
基層１は、形状安定材料、すなわち、非弾性あるいは
中位の弾性の材料、たとえばガラスで作ってあり、その
各端部には、たとえば金フィルムからなる電極スリップ
５、６が設けてある。図示のケースでは、基層１は、た
とえば一対の金電極８、９の形をした導電性検出器手段
７も備えている。これらの金電極は、チャンネル４を横
切って配置され、基層の両側で、たとえば金の接触片1
0、11から延びている。
弾性の隔離層は、第３図に示すように、第２の基層
２、たとえばポリエステル・フィルムに取り付けてあ
る。図示ケースでは、隔離層３は、チャンネル４を形成
したラビリンス状構造である。第３図において、隔離層
３は基層２の底に取り付けてあり、したがって、チャン
ネル４は下向きに開いている。チャンネルの頂壁は基層
２によって構成されている。隔離層３は、たとえばシリ
コーンゴムで作ることができる。
第１図に示すような毛管電気泳動プレートは、第３図
の基層／隔離層組立体を基層１に取り付けることによっ
て形成される。隔離層３の弾性により、基層１に対する
効果的なシールを得ることができる。表面特性（その重
要性については先に説明した）に合わせることによっ
て、基層１と隔離層３を互いに接着するのに充分な接着
性を得ることができる。しかしながら、或る種の材料の
組み合わせに対しては、にかわ付けが必要かも知れな
い。
或る特殊な非限定例では、第１図の電気泳動プレート
を特に参照して、基層はガラスであり、長さ60mm、幅20
mm、厚さ約0.5mmである。隔離層３は、シリコーン、Gen
eral Electric 670（General Electric Company）で作
ってあり、ショア硬度90、幅1mmである。チャンネル４
の長さは100mmであり、幅250ミクロンである。チャンネ
ル深さ、すなわち、隔離層の厚さは、50ミクロンであ
り、体積は1.25マイクロリットルである。電極８、９
（金で作り得る）は幅50ミクロンであり、間隔は50ミク
ロンである。基層２（ポリエステル）は12×40mmであ
り、厚さは約0.2mmである。
第１図に示す毛管電気泳動プレートで電気泳動分離を
行うために、それを２つの平らな面の間に置き、適切な
力を加えてプレートを相互に密封サンドウィッチ状態に
保持する。チャンネル４には、一端に液滴を加え、真空
によってチャンネル内に吸引することによって電気泳動
緩衝剤を満たす。次に、サンプルを、オプションとし
て、ポンプのような弾性構造を使用するか、あるいは濃
縮イオン交換帯域を使用するかして、チャンネルに塗布
する。これについては後述する。第１図に点線12、13で
示す緩衝剤浸透濾紙片をチャンネル４のそれぞれの端に
貼り、チャンネルと接触ストリップ５、６の間を接触さ
せ、外部源からの電気泳動電圧を印加する。分離プロセ
スは検出器７によって監視する。
第５図は、第１図の毛管電気泳動プレートの変形を示
す。この図示実施例では、チャンネル４の各端を閉ざ
し、代わりに、チャンネルは、隔離層を支持する上方基
層2aに形成した孔14、15に開口する。下方の基層（ここ
では参照符号1aで示してある）には接触ストリップはな
い。緩衝剤は、たとえば、各孔14、15の上方に設置し
た、少量の緩衝剤を満たした容器から供給され得る。外
部電圧場を印加するためにこれらの容器内に電極が浸漬
してある。
隔離層３は、たとえば、チャンネル４を含むラビリン
ス状隔離層構造に対応するレリーフ・パターンを有する
扁平な型に基層２を取り付けることによって製作するこ
とができる。次に、シリコーン材料を型キャビティに注
入し、こうして形成された隔離層を引き続いてUV照射に
よって硬化させる。型から取り出した後の、基層２によ
って支持された隔離層３を第３図に示す。
たとえば、特殊な例として説明した材料および寸法に
ついて上述した隔離層３を取り付けた複数の基層２の製
造プロセスの概略が第６図に示してある。この図は、横
に並んだ７つの隔離層３に相当する或るパターンの溝16
を有する型面を説明することを意図している。
所望の型パターンを有する型プレートは、たとえば、
次のようにして製造できる。
シリコン・プレートの表面を1100℃でオーブン内で酸
化させて充分な厚さ、たとえば約8000オングストローム
の酸化物層を形成する。オーブン内で洗浄し、脱水し、
ヘキサメチルシランで下塗りした後、スピニングによっ
てフォトレジスト層を塗布し、ベーキングによって安定
化させる。所望の溝パターンに対応するマスクをプレー
ト表面に置いてから、非被覆部分を露光する。露光した
フォトレジスト部分は、現像溶液で除去し、酸化物層を
裸にし、残っているフォトレジスト・マスクを硬焼きす
る。裸にされた酸化物を、次に、弗化水素酸／弗化アン
モニウムで蝕刻してシリコンを露出させる（プレートの
裏面は、たとえば耐久テープによって保護されてい
る）。次に、フォトレジスト・マスクを適当な溶媒、た
とえば、アセトンによって除去する。次に、所望の深さ
を得るに充分な時間にわたって、酸化物のないシリコン
領域を水酸化ポタジウムによって蝕刻する。こうしてで
きた型面は所望パターンの溝16を有する。
基層／隔離層ユニット２、３を製作するために、たと
えばポリエステル（ここでは、透明なものとして示して
ある）のフィルムまたはシート置を型面上に置く。好ま
しくは、これは、離型剤で型面およびフィルムを処理し
た後に行う。次に、圧力、たとえば４バールの圧縮空気
を加え、シリコーンゴム（たとえば、General Electric
Companyの供給するRTV 670）のような架橋性液体を入
口17を通して導入し、これを液体が出口18から現れるま
で続ける。UV光で光硬化させた後、基層シートを型から
取り出し、型に取り付ける前にまだ行っていなかったな
らば、個々の基層部分（各々が基層２を構成する）に切
断する。参照符号20は、第１図の濾紙８、９の緩衝剤が
チャンネルから構造内に入るのを防ぐ横方向止めストリ
ップ（第１図には示していない）を示している。
第３図に示す、基層２とこれによって支持された隔離
層３とからなる構造は、第7A図に概略的に示すような多
階層構造を構築するのに使用できる。第7A図は、第7B図
に示す３つの重なった隔離層／基層組立体を示してい
る。このようにして、反応および分析のための非常に複
雑なチャンネル幾何学形状を構造することができる。隣
り合った隔離層３のチャンネルは、それぞれの基層に設
けた孔によって接続していてもよい。チャンネルの端
は、第５図の基層2aのように閉じてある。
第１、５図に示す電気泳動プレートにおいて、隔離層
３を取り付けたより小さい基層２、2a（使い捨てできる
と有利である）は、検出器手段７を備えたより大きい基
層１から容易に切り離すことができるが、新しい基層／
隔離層組立体２、３は、基層１（２つの構成要素のうち
の面積の広い方）に取り付けることができる。
上述の構造に関連して、特に第４図に関連して、隔離
層３および２つの基層１、２のうちの一方の基層は、一
体であってもよい。すなわち、同じ材料から一体部材と
して製作してもよい。これが第８図に概略的に示してあ
る。第８図において、参照符号21は、チャンネル22を構
成する一体の基層／隔離層部材を示し、23は、第２の基
層を示している。
第８図に示す実施例は、たとえば、次のようにして製
作できる。
所望のレリーフ・パターンを有するシリコン型プレー
トを、まず上述したように、単一の隔離層についても、
あるいは、好ましくは第６図におけるように複数の隔離
層についても製作する。次に、300〜500μｍのHostaflo
nフィルム（Hostaflonは、ドイツ国のHoechst AGの供給
する熱可塑性弗化エラストマーである）をシリコン型面
に取り付ける。オプションとして、この前に、離型剤を
塗布する。次に、滑らかなシリコン・プレートを、すな
わち、何らレリーフ・パターンのないシリコン・プレー
トをフィルムの上に取り付けてHostaflonフィルムを挟
み込む。次に、金の被覆をそれぞれのシリコン・プレー
トの外面に取り浸ける。次いで、このサンドウィッチを
プレス手段内に置き、圧力（10〜50kg/cm2）を加え、金
被覆を電圧源に接続してサンドウィッチを約150℃まで
電気加熱する。それによって、Hostaflonフィルムが軟
化し、型面パターンがプラスチック・フィルムに刻印あ
るいは圧印される。次に、電圧源を遮断し、サンドウィ
ッチを冷却する。型から取り外した後、基層／隔離層ユ
ニットは、第８図に概略的に示すものに対応する横断面
を有し、隔離層が厚さ約50μｍのチャンネルを構成す
る。次に、圧印していないHostaflonフィルム層を第２
基層として取り付けて構造を完成する。このフィルム
は、好ましくは、平らなシリコン・プレートの間で上述
したように熱／圧力処理されて滑らかな接触面を与えら
れている。次に、オプションして、液体連通孔（第５図
に14で示す）を穿孔する。
第９図は、クランプ部材24、25の間に挿入されて構成
要素21、22、23間を効果的にシールする第８図の基層／
隔離層ユニット21、22を示している。上方のクランプ部
材24は、チャンネルに流体を導入するための、たとえ
ば、第５図に関連して説明した電気泳動プレートの場合
には緩衝剤を導入するための、孔27を通して隔離層チャ
ンネル22と連通する容器くぼみ26を包含する。
従来の毛管電気泳動に比較して、本発明による電気泳
動プレートはいくつかの利点を有する。たとえば、毛管
構造のための分岐した入口、出口を設けるのが容易とな
り、これがまた、毛管チャンネル構造の一端でチャンネ
ル部分においてサンプルの等速回転電気泳動濃縮を行っ
たり、留分の回収や接続電解液の交換のような作業を可
能とする。また、分取用途も考えられる。
図面に示し、先に説明したような矩形横断面の毛管チ
ャンネルを有する電気泳動プレートは、さらに検出の観
点から非常に有利である。普通の毛管電気泳動に比べ
て、種々の検出器システムを配置するのはかなり容易と
なる。その一例が上述した導電性検出器である。別の例
としては、UV検出器がある。この場合、チャンネルは、
チャンネル底（図示例では、基層１または1a）の１つま
たはそれ以上「窓」、すなわちUV透過部分を備えるとよ
い。このような窓は、チャンネルの底を構成している透
明な基層を金属化して所望の位置に透明な開口または窓
を残すことによって設けることができる。次に、UV光源
で照明することによって検出を実施する。チャンネルの
入口部分に一連のこのような窓を配置することによっ
て、サンプル注入量を知ることができる。オプションと
して、UV検出器のような検出器をチャンネルの全長にわ
たって配置し、それによって、チャンネル内のサンプル
物質の移動を連続的に監視することができる。別の配置
では、チャンネル底に向かって開口する複数本の光ファ
イバを用いて検出器アレイに光を送り、チャンネルの全
部または一部を連続的に監視することができる。もちろ
ん、他のタイプの検出器も可能である。容易に理解でき
るように、上述した鍵出原理は、電気泳動以外の用途、
たとえばクロマトグラフィにとっても価値がある。
隔離層の弾性により、さらに、「サンドウィッチ」を
一緒に保持する力を変えることによって実施されるポン
プ作用でナノリットルのサンプルを注入することも可能
となる。また、プレート構造により、たとえばイオン交
換器の或る領域で電気泳動チャンネル内のサンプル分子
を濃縮することも可能となる。このようなイオン交換器
領域を設ける一例が第10図に示してあり、この図は、第
１、２、５図の基層１に相当する基層の具体例を示して
いる。図示したように、基層28は、検出器電極29、30に
加えて、イオン交換器材料の薄いストリップ31を有す
る。たとえば、第５図の電気泳動プレートで電気泳動を
実施するとき、ストリップ31はチャンネル４内にあり、
チャンネルを通して付与される適当な緩衝剤内のサンプ
ルは、まず、イオン交換器ストリップ31内で濃縮され
る。その際に、電気泳動緩衝剤が導入されてチャンネル
４内の余剰のサンプルを除去する。サンプルは、次に、
電気泳動ふぃるどまたはそれによって発生したpHシフト
によって脱着される。
第11図は、上述したように蝕刻したシリコン面につい
て刻印を行うことによって製作したHostaflon電気泳動
プレートで実施した、Hae IIIを持つφX 174の制限ダイ
ジェストの電気泳動において得られた電気泳動図であ
る。チャンネルの全長は50mmであり、幅は250μｍであ
り、高さは50μｍであった。使用にあたって、プレート
をクランプ手段の平坦な表面の間で、全体で約100Nの力
の下に締め付けた。分離チャンネルは、非イオン洗剤で
親水化し、分離媒質として10％線状ポリアクリルアミド
を満たし、緩衝剤としてはTris−borate（pH8.3）を用
いた。注入は、5sec/700Vの界面動電であり、全電位降
下は、700Vであった。検出は、260nmのUVによって行っ
た。
もちろん、本発明は、上述し、図示した特定の実施例
に限定されるものではなく、添付の請求の範囲に記載し
たような総括的な発明概念の範囲内で多くの修正、変更
をなし得る。
フロントページの続き (72)発明者 シエーデイン，ホーカン スウエーデン国 752 40 ウプサラ. リンツベルイスガタン ３ベー (56)参考文献 特開 平２−245655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−288154（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/447 G01N 30/60

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１、第２のほぼ平らな形状安定性基層
    （１、２）と、弾性材料の中間隔離層（３）とを包含
    し、前記隔離層（３）にくぼみが形成されていて、前記
    第１、第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミクロ
    空所システムまたはチャンネル・システムを構成してい
    ることを特徴とするミクロ液体構造。
  2. 【請求項２】請求項１記載のミクロ液体構造において、
    前記隔離層（３）の全厚みを貫いてくぼみが設けてあっ
    て、空所システムまたはチャンネル・システム（４）の
    側壁を隔離層（３）によって形成し、頂壁および底壁を
    基層（１、２）によって形成したことを特徴とするミク
    ロ液体構造。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載のミクロ液体構造に
    おいて、隔離層および少なくとも１つの基層が同じ材料
    で作ってあることを特徴とするミクロ液体構造。
  4. 【請求項４】請求項３記載のミクロ液体構造において、
    隔離層が基層（21）の１つと一体であることを特徴とす
    るミクロ液体構造。
  5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のミク
    ロ液体構造において、前記基層のうちの少なくとも１つ
    が可撓性であることを特徴とするミクロ液体構造。
  6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のミク
    ロ液体構造において、前記基層（１、２）のうちの少な
    くとも１つが剛性であることを特徴とするミクロ液体構
    造。
  7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のミク
    ロ液体構造において、隔離層構造（３）が基層間のスペ
    ース全体を占めておらず、この構造によって構成される
    チャンネルまたは空所（４）の壁部材を形成しているこ
    とを特徴とするミクロ液体構造。
  8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項に記載のミク
    ロ液体構造において、前記構造が毛管電気泳動のための
    プレートであることを特徴とするミクロ液体構造。
  9. 【請求項９】請求項８記載のミクロ液体構造において、
    基層（１、２）のうちの１つに配置した検出器手段
    （７）を包含することを特徴とするミクロ液体構造。
  10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載のミ
    クロ液体構造において、前記構造が、基層（１、２）に
    よって分離された少なくとも２つの隔離層（３）を包含
    し、一方の隔離層のチャンネルまたは空所が、中間の基
    層に設けた孔によって隣の層のチャンネルまたは空所に
    接続していることを特徴とするミクロ液体構造。
  11. 【請求項１１】第１、第２のほぼ平らな形状安定性基層
    （１、２）と、弾性材料の中間隔離層（３）とを包含
    し、前記隔離層（３）にくぼみが形成されていて、前記
    第１、第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミクロ
    空所システムまたはチャンネル・システムを構成してい
    るミクロ液体構造を製造する方法であって、（ｉ）所望
    の隔離層幾何学形状に対応するレリーフ・パターンを有
    する平らな型面を設け、隔離層材料をオプションとして
    第１の基層（２）に取り付けるかあるいはそれと一体に
    形成する段階と、（ii）前記型面に対して隔離層（３）
    を成形する段階と、（iii）型から取り出した後に第２
    の基層（１）およびオプションとして前記第１の基層
    （２）を隔離層（３）の両側に取り付けてチャンネルま
    たは空所システム（４）を完成する段階とを包含するこ
    とを特徴とする方法。
  12. 【請求項１２】請求項11記載の方法において、 ａ） 所望の隔離層幾何学形状に対応するレリーフ・パ
    ターンを有する扁平な型を設ける段階と、 ｂ） この型に第１基層（２）を取り付ける段階と、 ｃ） 型面と基層（２）の間に構成されたキャビティに
    架橋性ポリマー液または熱可塑性ポリマー溶融体を注入
    する段階と、 ｄ） 架橋または温度低下によって前記の注入したポリ
    マーを安定化する段階と、 ｅ） 型から基層／隔離層組立体（２、３）を取り出す
    段階と、 ｆ） 前記組立体（２、３）の隔離層（３）に第２の基
    層（１）を取り付ける段階 とを包含することを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】請求項11記載の方法において、 ａ） 所望の隔離層幾何学形状に対応するレリーフ・パ
    ターンを有する扁平な型を設ける段階と、 ｂ） オプションとして第１基層（２）によって支持さ
    れるかあるいはそれと一体となっている架橋性あるいは
    熱可塑性隔離層材料を型に取り付け、この組立体を、オ
    プションとして加熱しながら一緒にプレスする段階と、 ｃ） 架橋あるいは温度低下によって形成済みの隔離層
    （３）を安定化する段階と、 ｄ） 型から隔離層構造を取り出す段階と、 ｅ） この隔離層（３）に第２基層（１）およびオプシ
    ョンとして前記第１基層（１）に取り付ける段階 とを包含することを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】請求項13記載の方法において、段階
    ｂ）、ｃ）で一体の基層／隔離層部材が製造されること
    を特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】請求項12〜14のいずれか１項に記載の方
    法において、前記架橋が光開始によって行われることを
    特徴とする方法。
  16. 【請求項１６】請求項11〜15のいずれか１項に記載の方
    法において、型面の前記レリーフ・パターンが蝕刻によ
    って作られることを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】請求の範囲第16項記載の方法において、
    前記型が単結晶シリコンで作ってあることを特徴とする
    方法。
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