JP3312598B2 - マイクロチップ電気泳動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極微量のタンパク
質や核酸、医薬品などを高速かつ高分離に分析する電気
泳動装置に関し、さらに詳しくは透明板状部材の内部に
形成された分離流路で電気泳動を行なうマイクロチップ
電気泳動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、オンキャピラリ検出（又はオンカ
ラム検出とも呼ばれる）と言われる検出方法は、試料成
分を分離させるカラム中で試料成分を検出する方法であ
る。液体クロマトグラフィーなど、分離カラムと検出セ
ルが離れている方法では、分離カラム、検出セル間で試
料バンドの拡散が生じるが、オンキャピラリ検出は分離
カラム中で試料成分を検出するので、試料バンドの拡散
を防ぐのに有効である。

【０００３】オンキャピラリ検出の一例として、内径が
１００μｍ程度のキャピラリカラムを用いたキャピラリ
電気泳動がある。キャピラリカラムは、機械的強度を高
めるために、キャピラリカラム外周がポリイミドなどの
被膜で保護されている。オンキャピラリで検出するため
には、その被膜を一部除去して検出窓を作成する必要が
ある。その検出窓に入射光を当てつつバンドを移動さ
せ、吸光度や蛍光などを検出することにより、分離した
試料成分を検出する。

【０００４】一方、マイクロマシニング技術により透明
板状部材に溝を形成し、その溝を透明部材で被うことに
より分離流路を形成した部材を用いる検出方法がある。
マイクロチップ電気泳動はその代表的な例である。マイ
クロチップ電気泳動で用いる電気泳動部材（マイクロチ
ップという）では、平面基板に自由に流路をデザインで
き、流路上のどの位置においても検出することができ、
さらに検出窓を形成する必要はない。マイクロチップ電
気泳動は、高速化、小型化が期待できる分析手段であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】マイクロチップ電気泳
動では、マイクロチップに様々なデザインで流路を形成
でき、流路上のどの位置においても検出できるという特
長がある反面、マイクロチップを頻繁に交換して使用す
るような場合、常に同じ位置で検出できるとは限らな
い。仮りに光学系（光軸）側で、マイクロチップに対応
する基準位置からの距離で検出位置を規定するとして
も、位置決め機構の精度に加えて、マイクロチップを固
定する機構とマイクロチップとの寸法精度が問題とな
り、同じ検出位置を割り出すのが困難であった。そこで
本発明は、同じ検出位置での検出を容易にしたマイクロ
チップ電気泳動装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロチップ
電気泳動装置は、板状部材の内部に分離流路が形成さ
れ、その板状部材の一表面の分離流路に対応する位置に
分離流路に達する穴が形成されたマイクロチップと、分
離流路の両端間に泳動電圧を印加する泳動電源装置と、
分離流路に光を照射する光照射手段と、分離流路内で分
離された各成分による光との相互作用を検出する光検出
手段とを備えたものである。同じ検出位置での検出を容
易にするための一態様では、マイクロチップの平面内に
は位置割り出し用溝又はピンホールがさらに形成されて
おり、マイクロチップを溝又はピンホールが形成されて
いる平面に平行な面内で平行移動させるチップ位置調節
機構をさらに備え、光検出手段を用いて溝又はピンホー
ルを検出し、その位置を基準としてマイクロチップ上の
検出位置を割り出す。同じ検出位置での検出を容易にす
るための他の態様では、マイクロチップは流路部分を除
いて遮光処理又は減光処理されており、マイクロチップ
を流路が形成されている平面に平行な面内で平行移動さ
せるチップ位置調節機構をさらに備え、光検出手段を用
いて流路を検出し、その位置を基準としてマイクロチッ
プ上の検出位置を割り出す。

【０００７】試料が移動する流路とは別に、マイクロチ
ップに位置割り出し用溝又はピンホールを形成しておく
と、チップ位置調節機構によりマイクロチップを平行移
動させ、分離成分検出用の光検出手段をそのまま利用し
て、位置割り出し用溝又はピンホールの位置を正確に割
り出すことができるので、その位置割り出し用溝又はピ
ンホールの位置を基準として分離流路上の検出位置を求
め、チップ位置調節機構により検出位置を校正すること
ができる。

【０００８】分離流路に試料が導かれる位置と位置割り
出し用溝又はピンホールとの間の距離は、フォトリソグ
ラフィなどの手段を用いてマイクロチップを形成する限
り、正確に高精度で形成されている。その距離を分離流
路に試料が導かれる位置から検出位置までの距離とする
ならば、位置割り出し用溝又はピンホールの位置を正確
に割り出すことにより、検出位置を再現性よく求めるこ
とができる。

【０００９】マイクロチップに、流路部分を除いて遮光
処理又は減光処理を施しておくと、チップ位置調節機構
によりマイクロチップを平行移動させ、分離成分検出用
の光検出手段をそのまま利用して、流路の位置を正確に
割り出すことができるので、その流路位置を基準として
分離流路上の検出位置を求め、チップ位置調節機構によ
り検出位置を校正することができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明に用いるマイクロチップの一
実施例を表す概略分解斜視図である。マイクロチップ２
は、ベースプレート４とカバープレート６から構成され
ている。ベースプレート４の表面には、分離流路８が形
成されており、その分離流路８の一端側に、分離流路８
に直交し、交差部１２で交わる試料導入流路１０が形成
されている。分離流路８の他端側の検出位置に、分離流
路８に直交する位置割り出し用溝１４が形成されてい
る。分離流路８と位置割り出し用溝１４は接続されてい
ない。カバープレート６には、分離流路８の両端及び試
料導入流路１０の両端に対応する位置に、貫通穴９が形
成されている。

【００１１】分離流路８、試料導入流路１０及び位置割
り出し用溝１４はフォトリソグラフィーとエッチングに
より同時に形成されたものであり、試料導入流路１０と
位置割り出し用溝１４との間の距離Ｌは、精度よく形成
されており、どのマイクロチップにおいても距離Ｌは同
じ長さである。

【００１２】図２は、本発明のマイクロチップ電気泳動
装置の一実施例の動作を表す概略斜視図である。マイク
ロチップ２は、図１のものを用いた。マイクロチップ２
の一方の側には光ビームを照射するための光照射手段
（図示略）が備えられており、反対側には、マイクロチ
ップ２からの光を検出するホトセル１６が備えられてい
る。マイクロチップ２は、マイクロチップ２を分離流路
８及び試料導入流路１０が形成されている平面（ＸＹ
面）内で移動させるチップ位置調節機構（図示略）に設
置されており、Ｘ方向、Ｙ方向に移動される。

【００１３】次に、この実施例の動作を説明する。 （Ａ）マイクロチップ２をチップ位置調節機構に設置
し、光ビームが図に示されるような位置に照射されるよ
うに、マイクロチップ２を移動させる。次に、ホトセル
１６によりマイクロチップ２からの光を検出し記憶しつ
つ、マイクロチップ２をＹ方向に移動させて、光ビーム
で位置割り出し用溝１４を横切らせる。光ビームが位置
割り出し用溝１４を横切るとき、屈折率の変化が生じて
検出光量に変化が出る。 （Ｂ）次に、ホトセル１６によりマイクロチップ２から
の光を検出し記憶しつつ、マイクロチップ２をＸ方向に
移動させて、光ビームで分離流路８を横切らせる。光ビ
ームが分離流路８を横切るときも、屈折率の変化が生じ
て検出光量に変化が出る。

【００１４】（Ｃ）マイクロチップ２をＹ方向に移動さ
せて、（Ａ）において検出光量の変化したＹ位置に移動
させ、マイクロチップ２をＸ方向に移動させて、（Ｂ）
において検出光量の変化したＸ位置に移動させる。その
結果、光ビームを検出位置に照射することができる。そ
の後、泳動電源装置（図示略）により、分離流路８及び
試料導入流路１０の両端に所定の電圧を印加して、試料
導入流路の一端に注入された試料を交差部１２に導く。
次に、所定の電圧を印加して、その交差部１２の試料を
分離流路８で分離させながら、分離した試料成分を検出
位置に移動させ、順次試料成分を検出する。このように
してマイクロチップ２の位置割り出し用溝１４設置の位
置を検出することにより、マイクロチップ２を交換して
も、所定の検出位置に再現性よく光ビームを照射するこ
とができる。

【００１５】図３は、他の実施例を表す概略斜視図であ
る。マイクロチップ２の分離流路８の検出位置に対応し
た位置に、ベースプレート４に分離流路８及び試料導入
流路１０と同時にフォトリソグラフィーとエッチングに
より形成されたピンホール１８が設けられている。交差
部１２から検出位置までの距離に対応する試料導入流路
１０とピンホール１８との間の距離Ｌは、精度よく形成
されており、どのマイクロチップにおいても距離Ｌは同
じ長さである。

【００１６】マイクロチップ２の一方の側には、分離流
路８に平行な方向の帯状の光をマイクロチップ２の所定
の範囲に照射する光照射手段（図示略）が備えられてお
り、反対側には、分離流路８と平行な方向に配列され
て、マイクロチップ２の所定の範囲からの光を検出する
ホトセルアレイ２０が備えられている。マイクロチップ
２は、マイクロチップ２を平行移動させるチップ位置調
節機構（図示略）に設置されており、Ｘ方向、Ｙ方向に
移動される。

【００１７】次に、この実施例の動作を説明する。マイ
クロチップ２をチップ位置調節機構に設置し、光照射手
段により所定の範囲幅にわたって光を照射し、ホトセル
アレイ２０によりマイクロチップ２からの光を検出し記
憶しつつ、マイクロチップ２をＸ方向に移動させる。光
が分離流路８、試料導入流路１０、ピンホール１８を通
過するとき、屈折率の変化が生じて検出光量に変化が出
る。

【００１８】図４（Ａ）は、マイクロチップ２をＸ方向
に移動させたときの、ホトセルアレイ２０の検出信号を
表す図であり、（Ｂ）はピンホール１８検出時のホトセ
ルアレイ２０全体の検出ピークを表す図である。（Ａ）
はＸ方向の情報を表し、光量が最大となる位置が光軸と
分離流路８が一致する位置である。（Ｂ）はＹ方向の情
報を表し、試料導入流路１０のピークとピンホール１８
のピークが検出されており、そのピーク間は、試料導入
流路１０とピンホール１８との間の距離Ｌを表す。

【００１９】図４に示した情報に基づいて、マイクロチ
ップ２をＸ方向に移動させて光軸を分離流路８上に位置
決めし、分離流路８の所定の範囲にわたって光を照射す
る。検出したピンホール位置情報は、分離流路８におけ
る基準位置になり、試料成分の検出ピークと対応させる
ことで正確な定性情報を得ることができる。このように
してマイクロチップ２のピンホールを検出することによ
り、マイクロチップ２を交換しても、所定の検出範囲に
わたって再現性よく光を照射することができる。

【００２０】図５は、本発明に用いるマイクロチップの
さらに他の実施例を表す上面図である。マイクロチップ
２は、ベースプレートとカバープレートから構成されて
おり、ベースプレートに形成した溝をカバープレートに
より被うことにより、分離流路８及び試料導入流路１０
が形成されている。ベースプレートには、分離流路８及
び試料導入流路１０形成用の溝とは別に、さらにマーカ
用の溝２２が縦横に２ｍｍ間隔で形成されている。マー
カ用の溝２２は、分離流路８及び試料導入流路１０形成
用の溝をベースプレートにパターニングするときに、同
じマスクを用いて同時に形成した。

【００２１】図６は、このマイクロチップを図３に示し
た装置に設置して、線分Ａ−Ａ’位置に光照射を行ない
検出した結果を表す。縦軸は検出光量を表し、横軸は検
出位置を表す。電荷蓄積時間は、２００ミリ秒と５００
ミリ秒で行なった。マーカ用の溝２２が屈折率の効果で
転写され、分離流路８の方向の位置が正確に判別でき
る。その結果、マイクロチップを交換しても、そのマイ
クロチップの寸法精度に左右されずに、常に正確な検出
位置を割り出せる。

【００２２】図７は、本発明に用いるマイクロチップの
さらに他の実施例を表す上面図である。図３と同じ部分
の説明は省略する。マイクロチップ２のベースプレート
の分離流路８及び試料導入流路１０が形成された表面
に、光を遮光するマスク２４が形成されている。マスク
２４は、分離流路８及び試料導入流路１０の一部、並び
にピンホール１８を含む矩形領域に形成されており、分
離流路８、試料導入流路１０及びピンホール１８上には
形成されていない。

【００２３】図８は、このマイクロチップを図３に示し
た装置に設置して、線分Ｂ−Ｂ’位置に光照射を行ない
検出した結果を表す。縦軸は検出光量を表し、横軸は検
出位置を表す。図８に示すように、試料導入流路１０、
ピンホール１８及び分離流路８がピークＡ，Ｂ，Ｃとし
てそれぞれ明確に検出されている。

【００２４】図９は、本発明に用いるマイクロチップの
さらに他の実施例を表す図であり、（Ａ）は上面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ’に沿った断面図である。ベー
スプレート４のカバープレート６との接合面に、分離流
路８及び試料導入流路１０上を除いて、遮光膜又は減光
膜としてシリコン酸化膜２６が形成されている。シリコ
ン酸化膜２６は、ベースプレート４の表面にシリコンス
パッタ膜を形成し、絶縁膜とするために酸化処理を施し
て形成したものである。

【００２５】このマイクロチップを図２又は図３に示し
た装置に設置して、測定を行なう場合、試料導入流路１
０からの距離により検出位置を特定し、分離流路８自体
が光軸を特定する。即ち、マイクロチップ２をＸ方向に
移動させて光量最大点を検出した位置を記憶し、次いで
Ｙ軸方向に移動させて分離流路８方向の基準位置を記憶
する。マイクロチップ２を洗浄や試料注入などの目的で
移動させ、一旦検出位置が光軸から外れたとしても記憶
した位置に戻すことで、分析する毎にピークの検出位置
を補正したりすることなしに割り出すことができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、マイクロチップ電気泳動装置
において、マイクロチップに位置割り出し用溝又はピン
ホールをさらに形成し、マイクロチップを平面内で移動
させるチップ位置調節機構を備え、光検出手段を用いて
位置割り出し用溝又はピンホールを検出することによ
り、マイクロチップ上の検出位置を正確に割り出すこと
ができるようになるので、マイクロチップの寸法精度な
どに影響されずに、いつも同じ検出位置で検出すること
ができる。マイクロチップに、流路部分を除いて遮光処
理又は減光処理を施しておくことによっても、チップ位
置調節機構によりマイクロチップを平行移動させて光検
出手段により流路の位置を正確に割り出すことができる
ようになるので、この場合もマイクロチップの寸法精度
などに影響されずに、いつも同じ検出位置で検出するこ
とができる。また、分離流路の所定の範囲を観察するよ
うな場合は、位置割り出し用溝、ピンホール又は流路の
位置情報と、試料成分の検出ピークとを対応させること
で、正確な定性情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いるマイクロチップの一実施例を
表す概略分解斜視図である。

【図２】 同実施例を用いた本発明のマイクロチップ電
気泳動装置の一実施例の動作を表す概略斜視図である。

【図３】 他の実施例を表す概略斜視図である。

【図４】 （Ａ）は、マイクロチップをＸ方向に移動さ
せたときの、ホトセルアレイの検出信号を表す図であ
り、（Ｂ）はピンホール検出時のホトセルアレイ全体の
検出信号を表す図である。

【図５】 本発明に用いるマイクロチップのさらに他の
実施例を表す上面図である。

【図６】 同実施例を図３に示した装置に設置して、線
分Ａ−Ａ’位置に光照射を行ない検出した結果を表す図
である。

【図７】 本発明に用いるマイクロチップのさらに他の
実施例を表す上面図である。

【図８】 同実施例を図３に示した装置に設置して、線
分Ｂ−Ｂ’位置に光照射を行ない検出した結果を表す図
である。

【図９】 本発明に用いるマイクロチップのさらに他の
実施例を表す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は
（Ａ）のＣ−Ｃ’位置に沿った断面図である。

【符号の説明】

２ マイクロチップ ４ ベースプレート ６ カバープレート ８ 分離流路 １０ａ，１０ｂ 貫通穴 １２ａ，１２ｂ 電極 １４ アレイ状の受光素子

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明板状部材の内部に分離流路が形成さ
   れ、その透明板状部材の一表面の分離流路に対応する位
   置に分離流路に達する穴が形成されたマイクロチップ
   と、分離流路の両端間に泳動電圧を印加する泳動電源装
   置と、分離流路に光を照射する光照射手段と、分離流路
   内で分離された各成分による光との相互作用を検出する
   光検出手段とを備えたマイクロチップ電気泳動装置にお
   いて、 前記マイクロチップの平面内には位置割り出し用溝又は
   ピンホールがさらに形成されており、前記マイクロチッ
   プを前記溝又はピンホールが形成されている平面に平行
   な面内で平行移動させるチップ位置調節機構をさらに備
   え、前記光検出手段を用いて前記溝又はピンホールを検
   出し、その位置を基準としてマイクロチップ上の検出位
   置を割り出すことを特徴とするマイクロチップ電気泳動
   装置。
2. 【請求項２】 板状部材の内部に分離流路が形成され、
   その板状部材の一表面の分離流路に対応する位置に分離
   流路に達する穴が形成されたマイクロチップと、分離流
   路の両端間に泳動電圧を印加する泳動電源装置と、分離
   流路に光を照射する光照射手段と、分離流路内で分離さ
   れた各成分による光との相互作用を検出する光検出手段
   とを備えたマイクロチップ電気泳動装置において、 前記マイクロチップは流路部分を除いて遮光処理又は減
   光処理されており、前記マイクロチップを流路が形成さ
   れている平面に平行な面内で平行移動させるチップ位置
   調節機構をさらに備え、前記光検出手段を用いて流路を
   検出し、その位置を基準としてマイクロチップ上の検出
   位置を割り出すことを特徴とするマイクロチップ電気泳
   動装置。