JP3474581B2 - ミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップに集積された電気化学的検出器 - Google Patents

ミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップに集積された電気化学的検出器

Info

Publication number
JP3474581B2
JP3474581B2 JP51184298A JP51184298A JP3474581B2 JP 3474581 B2 JP3474581 B2 JP 3474581B2 JP 51184298 A JP51184298 A JP 51184298A JP 51184298 A JP51184298 A JP 51184298A JP 3474581 B2 JP3474581 B2 JP 3474581B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
electrode
capillary electrophoresis
working electrode
electrophoresis chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP51184298A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2001527637A (ja
Inventor
リチャード エイ マティース
アレクサンダー エヌ グレイザー
カイキン ラオ
アダム ティー ウーリー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA
Original Assignee
THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/703,394 external-priority patent/US5906723A/en
Application filed by THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA filed Critical THE REGENTS OF THE UNIVERSITY OF CARIFORNIA
Publication of JP2001527637A publication Critical patent/JP2001527637A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3474581B2 publication Critical patent/JP3474581B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44717—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
    • G01N27/4473—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by electric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44791—Microapparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6095—Micromachined or nanomachined, e.g. micro- or nanosize

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本出願書は、1996年８月26日に出願された出願番号第
08/703,394号の一部継続出願書である。
発明の簡単な説明 本発明は、概ね、ミクロ加工型キャピラリー電気泳動
チップに集積された分離及び検出モジュールの成分とし
ての電気化学的検出器、並びにその電気化学的検出器の
加工方法に関し、更に詳しくは、ミクロ加工型キャピラ
リーに精密に配置し得る薄膜形電気化学的検出器の設計
に関する。
発明の背景 電気化学的検出は、液体クロマトグラフィーや電気泳
動（CE）において使用されている。電気化学的検出は極
めて感度が良く、しかも一般的に検出容積がnLからpLで
ある10-16ないし10-19モルの試料を測定できることが実
証されている（エウィング．エイ．ジー.;メサロス．ジ
ェイ．エム.;ガビン．ピー．エフ．、マイクロカラム分
離における電気化学的検出、アナル．ケミ.,66,527A−5
36A頁（1994年）（Ewing,A.G.;Mesaros,J.M.;Gavin,P.
F.、Electrochemical Detection in Microcllumn Separ
ations,Anal,Chem.,66,527A−536A（1994）；ボーゲ
ル，ピー．ディ；ボルドウィン，アール．ピー．、液体
クロマトグラフィー及びキャピラリー電気泳動において
銅電極を用いる電気化学的検出，アメリカンラボラトリ
ー28（２）、39−45頁（1996年）（Voegel.P.D.;Baldwi
n,R.P.,Electrochemical Detection with Copper Elect
rodes in Liquid Chromatograhpy and Capillary Elect
rohporesis、American Laboratory、28（２）,39−45,
（1996））。電気化学的方法を使って、DNA（シナネ
ガ，エム．ケー.;パーク，ジェイ．ダブリュ.;クンデ
ィ，ケー．シー.;ギエノ，シー．ジェイ.;アメス，ビ
ー．エヌ．、インビボ酸化性DNAの損傷：電気化学検出
方法を用いる高速液体クロマトグラフィーによるDNA及
び尿中の８−ヒドロキシ−2'−デオキシグアノシンの測
定。メソズインエンザイモル、186,521−530頁（1990
年）（Shigenaga,M.K.;Park,J.W.;Cundy,K.C.;Gieno,C.
J.;Amees,B.N,,In Vivo Oxidative DNA Damage:Measure
ment of 8−Hydoroxy−2'−deoxyguanosine in DNA and
Urine by High−Perfomance Liquid Chromatograhpy
with Electrochemical Detection,Methods in Enzymo
l.,186,521−530（1990）；タケナカ,S.;ウト,H.;クノ
ド,H.;イハラ,T.;タカギ,M.、電気化学的検出を用いる
高速液体クロマトグラフィーによるフェムトモルレベル
のターゲットDNA配列の電気化学的に活性なDNAプローブ
検出，アナル．バイオケミ.,218,436−443頁（1994
年）、（Takenaka,S.;Uto,H.;Knodo,H.;Ihara,T.;Takag
i,M.,Electrochemically Active DNA Probes−Detectio
n of Target DNA Sequences at Femtomole Level by
High−Perfomance Liquid Chromatograhpy with Elect
rochemical Detection,Anal.Biochem.,218,436−443（1
994）；ジョンストン，デー．エッチ.;グラスゴー，デ
ー．シー.;ソープ，エッチ．エッチ．、DNAと金属錯体
の間の電子移動を用いるヌクレオベースの溶媒接近性の
電気化学的測定、アメリカ化学会誌,117,8933−8938
頁，（1995年）、（Johnston,D.H.;Glasglow,D.C.;Thor
p,H.H.,Electrochemical Measurement of the Solvent
Accessibility of Nucleobases Using Electron Tran
sfer Between DNA and Metal Complexes,J.Am.Chem.So
c.,117,8933−8938,（1995））、単電池（オレフィロウ
ィック，ティ．エム.;エウィング，エイ．ジー．、直径
２μＭ及び５μＭのキャピラリー中のキャピラリー電気
泳動：細胞質分析への適用、アナル．ケミ.,62,1872−1
876頁，（1990年）（Olefirowicz、T.M.;Ewing,A.G.,Ca
pillary Electrophoresis in 2 and 5μM Diameter Cap
illaries:Application to Cytoplasmic Analysis,Anal.
Chem.,62,1872−1876,（1990））；ピヘル，ケー.;ヒシ
ー，エス.;ジョルゲンソン，ジェ．ダブリュ.;ウィット
マン，アール．エム．、単離された肥満細胞におけるヒ
スタミン及び５−ヒドロキシトリプタミンの電気化学的
検出、アナル．ケミ.67,4514−4521頁（1995年）、（Pi
hel,K,;Hsieh,S.;Jorgenson,J.W.;Wightman,,R.M.,Elec
trochemical Detection of Histamine and 5−Hydroxyt
ryptamine at Isolated Mast Cells,Anal.Chem.,67,451
4−4521,（1995））、及び単一分子でさえ（ファン，エ
フ．アール．エフ.;バード，エイ．ジェ．、単一分子の
電気化学的検出、サイエンス、267,871−874頁（1995）
（Fan,F.R.F;Bard,A.J.,Electrochemical Detection of
Single Molecules,Science,267,871−874（1995））検
出している。このような電気化学的検出器の操作は、一
般的に、作用電極、参照電極及び対極と呼ばれる３種類
の電極を使用することが基本である。CE分離物を検出す
るので使用される３つの形態がある：即ちオンカラム
（フング，エックス.;パング，ティ．ケー．ジェ.;ゴル
ドン，エム．ジェ.;ザレ，アール．エヌ．、キャピラリ
ーゾーン電気泳動用のオンカラム電導性検出器，アナ
ル．ケミ.59,2747−2749頁（1987年）（Huang,X.;Pang,
T,K.J.;Gordon,M.J.;Zare,R.N.,On−Column Conductivi
ty Detector for Capillary Zone Electrophoresis,Ana
l.Chem.,59,2747−2749（1987））であり、オンカラム
では検出器の電極はキャピラリー内部に配置されてい
る；エンドカラム（フング，エックス.;ザレ，アール．
エヌ.;スロス，エス.;エウィング，アー．ジー．、キャ
ピラリーゾーン電気泳動用エンドカラム検出、アナル．
ケミ.63,189−192頁（1991年）（Huang,X.;Zare,R.N.;S
loss,S.;Ewing,A.G.,End−Column Detection for Capil
lary Zone Electrophoresis,Anal.Chem.,63,189−192
（1991））；チェン，エム．シー.;フング，エッチ．ジ
ェイ．、キャピラリー電気泳動におけるエンドカラム電
流検出用の電気化学電池、アナル．ケミ.67,4010−4014
頁（1995年）（Chen,M.C.;Huang,H.J.,An Electrochemi
cal Cell for End−Column Amperometric Detection in
Capillary Electrophoresis,Anal.Chem.,67,4010−40
14（1995））であり、エンドカラムでは電極は分離キャ
ピラリーの端部に直接配置されている；そしてオフカラ
ム（オレフィロウィック，ティ．エム.;エウィング，エ
イ．ジー．、直径２μＭ及び５μＭのキャピラリー中の
キャピラリー電気泳動：細胞質分析への適用、アナル．
ケミ.,62,1872−1876頁，（1990年）（Olefirowicz、T.
M.;Ewing,A.G.,Capillary Electrophoresis in 2 and 5
μM Diameter Capillaries:application to Cytoplasmi
c Analysis,Anal.Chem.,62,1872−1876,（1990））；
オ’シェア，ティ．ジェ；グリンハーゲンアールデー；
ルンテエスエムルンテシーイー；スミス，エム．アー
ル.;ラジック，デー．エム.;ワタナベ，エム．オンカラ
ムナフィチオンジョントを使った電気化学的検出による
キャピラリー電気泳動、ジェ．クロマトグラ.593,305−
312頁（1992年）（O'Shea,T.J.;Greenhagen,R.D.;Lunt
e,S.M.;Lunte,C.E.;Smyth,M.R.;Radzik,D.M.;Watanabe,
N.;Capillary Electrophoresis with Electrochemical
Detection Employing An On−Column Nafion Joint,J.C
hromatogr.,593,305−312（1992）；ウー，デー.;レニ
エル，エフ．エフ.;リンハレス，エム．シー．、キャピ
ラリー電気泳動における電気化学及び分光法検出を使っ
たアルカリ性ホスホターゼの電気泳動法による微量定量
分析、ジェイ．クロマトグラB.657,357−363頁（1994
年）（Wu,D.;Regnier,F.E.;Linhares,M.C.,Electrophor
etically Mediated Micro−Assay of Alkaline Phospha
tase using Electrochemical and Spectrophotometric
Detection in Capillary Electrophoresis,J.Chromatog
r.B.657,357−363（1994））、このオフカラムでは、電
極は、接地された多孔質ガラスチューブによって電気泳
動電圧から電気的に隔離されている。レーザーによって
キャピラリーチューブの直径方向に正反対に穿孔された
孔を通る２本の白金ワイヤーを固定することによりCE分
離物はオンカラム法で電気化学的に検出される。この構
造体を作りそして配列することは極めて難しく、分離カ
ラムの高電圧領域内に検出電極を配置することは問題を
含んでいる。このような方式で、分離カラムに高kVを印
加したまま小電流又は小電圧を検出しようとする。機械
的に不安定、及び電極の配列の決め方が不適切だと、バ
ックグラウンドで電気に重大なピックアップや揺らぎに
つながることがあり、所定の信号の検出が難しくなる。
電極の近くのカラムに高電圧勾配や大きい電気泳動電流
があると、漂遊信号を発信することがある。エンドカラ
ム及びオフカラム検出方式は電気泳動電圧の影響を最小
限に抑えるのでこれらは重要である。エンドカラム方式
では、可能な限り大地電位の近くで検出を行なうよう
に、可能な限り検出電極を電気泳動チャンネルの端部近
くに配置するのが望まれる。このようなことを従来の製
造技術で行なうのは極めて難しい。電極はキャピラリー
の端部にミクロン単位の精度で配置しなければならな
い。電極が分離カラム内に配置される場合、電極が開放
或いは高電圧ピックアップとは殆ど縁がなくても、配置
が僅かでも狂うと検体の信号の損失を引き起こす。更
に、電極の配置、或いは電極−電極間の間隙に変動があ
ると、バックグラウンド信号の重大な変動を引き起こし
て雑音を発生することがある。一般的に、検出器を組み
上げるには、マイクロマニピュレーターや顕微鏡を使用
しなければならない。更に、オフカラム方式では、接地
した多孔質ガラスチューブに分離キャピラリーチューブ
や検出キャピラリーチューブを接続して電気的に絶縁す
る工事を組立たり運転することは相当に難しく、接続部
は機械的に不安定であり、位置決めが旨く行かないこと
がある。１つの例では、スレーター，ジェ．エム.;ワッ
ト，イー．ジェイ．、キャピラリー電気泳動で使用する
オンチップマイクロアレイ式電気化学的検出器、アナリ
スト、1994年,119,2302−2307頁（Slater,J.M.;Watt,E.
J.,On−chip Microbond Array Electrochemical Detect
or for use in Capillary Electrophoresis Anlyst,199
4,119,2302−2307）は基板上にフォトリソグラフィーで
電極を加工したが、彼等は充分に集積した分離と検出デ
バイスを作らなかったので、その望ましくない接合器を
使って彼等の検出器を従来型の円筒形キャピラリーに結
合せざるを得なかった。
集積型薄膜形電気化学的検出器及び電気泳動リード線
を備えていて、関連の電気泳動及び検出器装置に簡単に
接続できるミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップへ
のニーズがある。
本発明の目的及び要約 ミクロ加工された平坦なガラスチップ上にあって、従
来技術の前記諸欠点を解決する、キャピラリー電気泳動
用の電気化学的検出器を提供することが本発明の全体的
目的である。
マイクロ電気化学的検出器が備わって、印加する電気
泳動電界からの干渉効果を最小限に抑える、ミクロ加工
型キャピラリー電気泳動チップを提供することが本発明
のもう１つの目的である。
再現性よく、正確にそして容易に配置され、頑丈でか
つ感度が良い検出器電極を提供することが本発明の別の
目的である。
検出器電極が大地電位に近接することにより高い電気
泳動電位からのピックアップをし難くする場所である、
キャピラリーの極く末端部に精度良くかつ安定して配置
される電極を提供することが本発明の別の目的である。
正確にかつ低コストで製造できて、集積型薄膜形電気
化学的検出器電極及び電気泳動電極を含むミクロ加工型
キャピラリー電気泳動チップを提供することが本発明の
更なる目的である。
少なくとも１個の細長い分離チャンネルを有する基
板、及び前記基板に接着されて前記チャンネルによって
分離キャピラリーを形成するカバープレートを包含する
タイプのマイクロ加工型キャピラリー電気泳動チップに
電気化学的検出器を集積することにより、本発明の前記
及びその他の目的は達成される。前記チャンネルの片側
端部近くで前記チャンネルの中に薄くて細長い電極を延
在させて、薄膜電気化学的検出器は前記基板又はカバー
プレートの表面に加工される。
図面の簡単な説明 本発明の前記及びその他の目的は、添付の次の図面と
一緒に読むと次の説明から更に明瞭に理解されるだろ
う。
図１は、従来技術によるミクロ加工型キャピラリー電
気泳動チップであり； 図２は、図１の線２−２に沿って切った断面であり； 図３は、本発明を組み入れたミクロ加工型キャピラリ
ー電気泳動チップの斜視図であり； 図４、は図３で示す検出器の領域４−４の拡大図であ
り； 図５は、図４の線５−５に沿って切った断面図であ
り； 図６は、図５の線６−６に沿って切った断面図であ
り； 図７は、図３及び図４に示す電気化学的電極の別の実
施態様を示す断面図であり； 図８は、図７の線８−８に沿って切った断面図であ
り； 図９は、図７の線９−９に沿って切った断面図であ
り； 図10は、別の検出器の実施態様の拡大図であり； 図11は、集積型電気化学的検出が可能なキャピラリー
電気泳動チップで分離されたノルエピネフリン及びエピ
ネフリンの通電クロマトグラムであり； 図12A−12Cは、３個の連続した実験の集積型電気化学
的検出が可能なキャピラリー電気泳動チップで得られた
ノルエピネフリン分離物の通電クロマトグラムであり； 図13A−13Bは、分離チャンネル及び注入チャンネルと
の薄膜接合部を含む集積型電気化学的検査が可能なミク
ロ加工型キャピラリー電気泳動チップの斜視図であり； 図14は、図13Bの14−14部分の拡大図であり； 図15は、集積型電気化学的検出器、並びに注入及び分
離チャンネルに接続されたリード線を含む基板の斜視図
であり； 図16は、図15の線16−16に沿って切った断面図であ
り； 図17は、図16の矢印17の方向に沿って切った拡大図で
あり； 図18は、分離チャンネルに沿って形成された複数の電
気化学的検出器電極を示す部分拡大図であり； 図19は、本発明による総合的電気化学的分離及び分析
にキャピラリー電気泳動チップを接合する装置のブロッ
ク図である。
図20は、本発明の別の実施態様によるミクロ加工法に
より加工したキャピラリー電気泳動チップの平面図であ
る。
図21は、検出器電極及び参照電極を示す図20の範囲21
−21の拡大図である。
図22及び23は、作用電極と参照電極との分離距離の影
響を示している。
図24は、神経刺激伝達物質のキャピラリー電気泳動の
分離及び検出を示している。
図25は、間接的電気化学的検出法を用いたチップ内で
のDNAの分離及び検出を示している。
好ましい実施態様の説明 図１及び２は、従来技術により形成されたミクロ加工
型キャピラリー電気泳動（CE）チップを示している。キ
ャピラリーチャンネルはフォトリソグラフィーと化学エ
ッチングによって、エッチングされたガラス基板上に形
成される。この方法は、ウーレイ、等のミクロ加工型キ
ャピラリーアレイ電気泳動チップを使ったDNAフラグメ
ントの超高速分離、プロス．ナショナル．アカデミー．
米国.91,11348−11352頁（1994年）（Woolley、et al、
Ultra−High−Speed DNA Fragment Separations Using
Microfabricated Cappillary Array Electrohporesis C
hips,Proc.Nat'l.Acad.Sci.,USA,91,11348−11352（199
4））によって説明されている。分離チャンネル12、及
びスタック注入又はプラグ注入により試料をチャンネル
の中に注入するための注入チャンネル13は、前記の引用
文献の中で説明されている。１つの例では、チャンネル
は全て８μｍの深さまでエッチングされ；分離チャンネ
ルは幅100μｍであり、そして注入チャンネルは幅50μ
ｍであった。分離チャンネルは長さが46mmであり、注入
点から電気化学的検出器までは39mmであった。注入チャ
ンネルは長さが22mmであり、試料導入点から注入領域ま
では12mmであった。分離物マトリックスで充満されるキ
ャピラリーを形成するために、エッチングされたガラス
基板にトッププレート14が接着される。これらは分離チ
ャンネルの端部と注入チャンネルの端部に対する試薬リ
ザーバーの役目をする穿孔された４個の孔１−４がトッ
ププレートに付けられる。
従来技術では、ミクロ加工型キャピラリーチャンネル
内の電気泳動によるDNAの分離物は外部レーザー、光学
系、光電子増倍管、等を使用した、かさ張って取扱い難
くしかもコスト高の装置を使って検出された。従って、
光学検出装置をミクロ加工したCEチップに集積すること
はとても不可能であった。同様に、中空のシリカキャピ
ラリーの中で行なわれる従来のキャピラリー電気泳動分
離の電気化学的検出は、種々の外部電極及び検出器方式
を用いて実施されてきたけれども、単一のミクロ加工技
術によって、かような検出器がCE電気泳動チップ系内に
集積されたことはなかった。
本発明の１つの実施態様によると、トッププレート、
即ちカバープレートがエッチング基板に接着される前
に、高周波スパッタリングやフォトリソグラフィーによ
って基板又はトッププレートに電気化学的検出器用の白
金電極が加工される。電極が大地電位に近接しているこ
とにより、安定して、作り易い、安価な電気化学的検出
器を提供する分離カラム端部に電極を正確に配置するこ
とができる。その他の好適な電極材料は、金、クロム、
炭素及びその他の比較的不活性で蒸着し易い導電性材料
である。
図３−６をみると、薄膜白金電極を用いたCEチップが
示されている。これらの電極は、薄膜導体21a、22a及び
23aによって外部回路に接続している参照電極21、作用
電極22、並びに対極23（示されていない）から成ってい
る。図６に示すように、電極及び薄膜導体を差し込んで
トッププレート14で基板を効果的にシールすることがで
きるように、基板をエッチングするのが好ましい。参照
電極及び作用電極は端部が離れていて、分子のレドック
ス反応を行なう時の電流又は電圧、或いは間隔の離れた
電極を分子が通過する時の電導電流を検出するのに使用
される端部を持っていて、チャンネルの中に延在してい
る細い部分を占めている。電気測定回路に電気的接続を
形成するためのコネクター（示されていない）に挿入す
るチップの端部に延在する比較的幅広の薄膜リード線21
a、22a及び23aに電極は接続される。チャンネルの中に
延在する作用電極及び参照電極の細い部分のうちで外気
に曝される部分を少なくするために、SiO2のような絶縁
性誘電膜で両電極を被覆することができる。このことは
図７−９に示されていて、両電極21及び22は絶縁膜24で
被覆されている。或る例ではPt電極はRFスパッタリング
を使って蒸着し；その電極の厚さは3000Åであった。作
用電極及び参照電極は幅20μｍのPt電極であり、この両
電極はチャンネルの対向する両側に正確に配列され（両
電極間の電位差を最小限に抑えるために）、20μｍ離さ
れてチャンネルの中に40μｍ延在していた（図４を参照
されたい）。100μｍのチャンネルは端部では1000μｍ
に広がり、分離チャンネルの容積が増えている。作用電
極及び参照電極は、広くなったその点から20μｍの所で
取り付けられた。対極の幅は2mmであり、チャンネルの
端部の広くなった部分に延在していた。検体が高濃度を
保っているチャンネルの接地端部の極く近く（20μｍ）
で作用することにより電気泳動電圧の影響を最小限に抑
えている間にオンカラム検出を実施することが本設計の
長所である。注意深く位置合わせをしたのち、Pt電極を
含むエッチング底版、即ち基板11は、0.8mmの４個の孔
１−４を含むガラスのトッププレート14に熱接着した。
図10に示しているように、検出器電極もチャンネルの端
部近くで形成することができる。端部は露出しているの
で検出器電極21b及び22bを絶縁膜25で被覆する。説明し
た実施態様では特定の寸法を示してきたが、チャンネル
の幅と深さは１−2000μｍ、電極幅は１−2000μｍ、そ
して電極間の間隔は１−5000μｍでもよいが、チャンネ
ル幅と深さは１−500μｍ、電極幅は１−500μｍ、そし
て電極間の間隔は１−500μｍが好ましい。
このような加工と設計の利点は、（ｉ）電気泳動電圧
からのピックアップや干渉が最小であって、分離ゾーン
での検体濃度が未だ高い、分離チャンネルの開口部近
傍、その開口部、又は開口部を僅かに過ぎた個所に作用
電極及び参照電極を簡単に精度良く配置できることであ
る。このように精度の良い（ミクロン）配列は、集積型
ミクロ加工デバイスを用いてこそ可能である。（ii）分
離チャンネル中の両電極は、電気泳動サイズと言う点で
極めて小さい。このことは、分離チャンネル内の実質的
に同じ（分離ゾーンのサイズと比較して）点に図18のよ
うな多重電極を配置し易いので好ましい。多分、幅広の
電極は電気泳動電圧勾配のよくある見本なので、電極が
広くなると電気分解の気泡の核となり易いことを我々は
観察したことにもよっても好ましい。電極の本体部（先
端部ではなく）を絶縁層で被覆することによりこのよう
な影響を減らすことができる。前記のような薄い電極
は、フォトリソグラフィーによってのみ集積型デバイス
上に作ることができる。最終的には、精度がよく狭い電
極間隙が望まれるので各電極は同じ機能と同様な感度と
精査容積になる。電極間の導電性及び容量性溶液の有効
容積は小さいので、狭い間隙の加工が出来ると、バック
グラウンドを低くすることができる。狭い間隙を持つ検
出器を作ることができると、極く少量の試料で済み、そ
して極めて高い電気泳動分解能を持つ狭い分離チャンネ
ルの加工と検出も可能なので好ましい。
分離チャンネルは検出点の直後又はその点で広くなっ
ていることが注目される。チャンネルが広くなると、分
離チャンネル中の第１ゾーンが、検体の検出器ゾーンへ
の逆拡散の結果としてのバックグラウンドの上昇を防ぐ
ので、このチャンネルの広がりは重要である。検出器を
過ぎた所でチャンネルの容積が大きくなることにより、
対極周りでの大容積の溶液により初めのゾーンは効果的
に希釈されるので、次のバンドの検出に当たってはその
ゾーンのバックグラウンドの上昇が防がれる。前記の幅
広部分は断面積が大きいので抵抗も小さい。このこと
は、検出器から対極への電圧降下は大幅に減るので、検
出器での漂遊電圧もピックアップもそれにバックグラウ
ンドも低下することを意味する。チャンネルを広げて容
積を大きくすることに加えて、深さが増すことがあると
考えられる。
Woolley、等が概説した方法に概ね従った前記の例で
説明したサイズのCEマイクロチップ（microchip）を使
って、２種類の神経刺激伝達物質、即ちノルエピネフリ
ン及びエピネフリン、のキャピラリーゾーン電気泳動分
離を実施した（ウーレイ，アー．ティ；マチス，アー
ル．エイー、ミクロ加工型キャピラリーアレイ電気泳動
チップを使ったDNAフラグメントの超高速分離、プロ
ス．ナショナル．アカデミー．米国.91,11348−11352頁
（1994年）（Woolley、等、Ultra−High−Speed DNA Fr
agment Separations Using Microfabricated Capillary
Array Electrohporesis Chips,Proc.Nat'l.Acad.Sci.,
USA,91,11348−11352（1994））；ウーレイ，アー．テ
ィ；マチス，アール．エイー、キャピラリー電気泳動チ
ップを使ったDNA配列の超高速分離、アナル．ケミ.67,3
676−3680頁（1995年）（Woolley.A.T;Mathies.R.A.,Ul
tra−High−Speed DNA Sequencing Using Cappillary
Electrohporesis Chips,Anal.Chem.,67,3676−3680（19
95））。NaOHでpH5.6に調整して20％（v/v）の２−プロ
パノールで変性した２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスル
ホン酸（MES）の30mM溶液を緩衝液として使用した。エ
ピネフリン及びノルエピネフリン（シグマ（Sigma）、
セントルイス）の原料溶液（10μＭ）を0.01Mの過塩素
酸で調製した。試料をMES緩衝液で所定の濃度に順次希
釈した。試料をリザーバー３に入れたのち、リザーバー
１とリザーバー３（図３）の間に20秒間90V/cmを印加し
て試料を注入し概略の注入容積を計算すると40pLであっ
た。リザーバー２とリザーバー４の間に45V/cmを印加し
て分離を行なった。電気泳動電流は一般的に0.3μＡで
あった。
ナショナルインスツルメンツ（National Instrument
s）のNB−MIO−16XL−18 I/Oボード付きのマッキントッ
シュ（Machintosh）コンピューターを使って電圧を設定
し、データを記憶させて自家製の３電極式ポテンシオス
タットを調整した。参照電極21を基準として作用電極22
には＋0.5Vのバイアスをかけた；対極23を使って回路を
完成した。分子が参照電極と作用電極との間隙を通過す
るときレドックスを行なうことによって発生する電流を
ポテンシオスタットで測定した。チャンネル内に比較的
大きいDC電気泳動電流（0.3μＡ）が流れている時でさ
え少量の電流（＜1pA）を検出できた。これとは別に、A
C電位を用いて作用電極にバイアスをかけると小さい電
流が検出できた（スミス，デー．イー.;ラインムス，ダ
ブリュ．エッチ．、可逆的電極法を用いた二次調和交流
ポーラログラフィー、アナル．ケミ.33:482−485頁（19
61年）（Smith.D.E.;Reinmuth,W.H.,Second Harmonic A
lternating Current Polarograhpy with a Reversible
Electrode Process,Anal.Chem.,33:482−485（196
1））。次に、ロックイン増幅器を使うと、信号とDC電
気泳動電流とは区別できた。実験に先立ち、電極に20分
間、正弦波電位（Ｖρ．ρ＝0.5V）を印加したまま、1M
のH2SO4を使って電極を洗浄した。
図11は、集積型電気化学的検出が可能なミクロ加工型
CEチップについて行なった２種類の神経刺激伝達物質、
即ちエピネフリンとノルエピネフリン、の分離を示して
いる。ノルエピネフリンとエピネフリンは、各々、2.6
分と3.6分で検出され、そして両ピークはベースライン
から明らかに離れていた。分離時間は短く、約３分であ
った。
図12A−12Cには、連続した３回の0.48nMエピネフリン
の注入と検出を示している。この３個の実験での移動時
間の再現性は優れている。信号強度の再現性は1.5倍以
内であり、変動性の大部分は次の注入からのテーリング
による可能性がある。
薄膜電極を使用することに加えて、チップの縁部から
分離チャンネル及び注入チャンネル、即ち12及び13、の
各端部まで薄膜接続部を作ることができる。こうする
と、更に、チップ30をソケット31へ挿入できて（図1
9）、電気泳動及び検出エレクトロニクス部32、例えば
前記のタイプのエレクトロニクスプロセッサー、と電気
的に接続できる。このプロセッサーを使って、試料のス
タック注入又はプラグ注入を制御することができ、しか
も電気泳動電圧を分離チャンネルに印加することができ
る。更に、このプロセッサーは検出器に電圧を印加でき
て、レドックス反応電流を解析して表示又は印刷33が可
能である。
図13及び14を見ると、薄膜リード線、36、37及び38、
は注入チャンネルの端部、及び分離チャンネル即ち分離
カラムの片側の端部に接続されているのが判る。チャン
ネルの別の端部との薄膜接続部40も見える。薄膜リード
線は基板の縁部39で終わっている。薄膜リード線での電
流の流れによる加水分解の気泡が隣接のチャンネルに入
らないように、このリード線はチャンネルの端部から離
されて全てのリザーバーに注意深く配置される。このこ
とは、注入チャンネルの片方の端部の場合について図14
に示している。次は、試料分析を行なうためにチップを
ソケットの中に挿入できる。フォトリソグラフィーやス
パッタリングによって薄膜リード線を形成したのち、こ
のリード線が接触できるように、端部から間隔を置いて
基板にカバー14を接着する。
エッチングされたチャンネルの底部までチャンネルの
端部から離れて接続部41を通るリード線を含む図15−17
の別の例では、薄膜リード線36a、37a、38a及び40aを基
板の底部に形成できる。
作用電極に異なるバイアス電圧で掃引すること、或い
は図18に示すように多様なバイアス電圧で作用電極21−
１、21−２及び21−３と、参照電極22−１、22−２及び
22−３の多様な対を使うことにより、異なる半電池電位
を持つ各種の間の区別は可能である。
集積型電気化学的検出が可能な別のキャピラリー電気
泳動CEチップの設計を図20と21に示している。普通のフ
ォトリソグラフィー、湿式の化学エッチング、及び加熱
接着法を使って、分離チャンネルキャピラリー及び注入
チャンネルキャピラリー46、47をミクロ加工した。図21
は、電気化学的検出の際に分離電界の影響を最小限に抑
えるのに使用されるフォトリソグラフィーで画定された
チャンネルパターンを示している。作用電極49の直前で
分離チャンネルは≒50μｍから1000μｍへと広がってい
て；出口チャンネルの抵抗が減るので検出領域の電界が
低くなる。幅10μｍの薄膜作用電極49は、基板の表面に
形成されて出口チャンネルの縁部まで延在し、作用電極
49の両端部に接続する２本の薄膜リード線51を有してい
る。電極は、幅1mmの出口チャンネルの中では30μｍの
間隔で離れていた。ミクロ加工技術では、分離チャンネ
ルの端部を超えた直後の出口チャンネルの中で作用電極
49を簡単に精度良くかつ安定して配置できるので、この
技術はこのようなチップ設計には特に好ましい。図10の
実施態様について説明したように、出口チャンネルの中
に作用電極を配置すると、検出器は電気泳動電圧から切
り離されて分離チャンネルの中の電気分解の問題は解消
する。
参照電極53はアクセスホール52の中に配置される。こ
の電極は、出口チャンネルの底部又は上部に形成される
薄膜電極でよいことは明かである。作用電極49とアクセ
スホール52の間隔は、集積型電気化学的検出器の性能に
実質的に影響を及ぼす。図22と23は、アクセスホールか
ら作用電極までの距離が分離に及ぼす影響を示してい
る。図22では、アクセスホールの縁部は作用電極から60
0μｍであり、300、350、400及び450Vにおける1mMのド
ーパミン（dopamine）の電気泳動による分離を示してい
る。他の全てのリザーバーを大地電位に保持したまま、
注入（90秒間）は−120Vを注入液余剰リザーバーに印加
することによって行なった。分離電圧（Vs）が高圧リザ
ーバーに印加され、0.75Vsが試料及び注入液余剰リザー
バーに印加され、そして検出リザーバーが接地のまま維
持されると、分離が起った。試料を分離緩衝液（25mMの
２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸、1mMCl-、pH
5.7）に溶解した。検出は参照電極に対して＋800mVであ
った。図23には、アクセスホール縁部が参照電極から30
0μｍであり、600、800、1000及び1200Vにおける1mMの
ドーパミンの電気泳動による分離を示している。注入及
び分離条件は前記と同じである。
間隔が600μｍである図22では、分離電圧（Vs）によ
って、間隔が僅か300μｍである図23よりも多くの干渉
が発生した。600μｍの間隔のチップでの300V（60V/c
m）におけるドーパミンの分離ではベースラインは平坦
であった。Vsを50Vずつ450V（90V/cm）まで上げると、
信号が低くなりそしてベースラインが傾斜した。孔と電
極の間隔が300μｍのチップでは、Vsの影響は大幅に少
なくなり、Vsを高くすると分離は速くなり、200Vずつ上
げてもVsが1200V（200V/cm）に達するまで信号、及びベ
ースラインの傾斜は僅かしか変化しなかった。検出のバ
ックグラウンドに及ぼすVsのこのような影響は、多分、
作用電極上の緩衝液の電位（Vsによって定義される）
と、ポテンシオスタットによって作用電極に設定される
電位との差によるものであろう。このような結果に基づ
いて、我々は、以後の実験ではホールと電極との間隔が
300μｍであり、Vs＝800Vのチップを使用した。
これらのデバイスを特徴付けるために、まず、我々
は、図23と同じ条件を用いて、集積型電気化学的検出が
可能なミクロ加工型CEチップでキャピラリーゾーン電気
泳動分離（Vs＝800V）及び神経刺激伝達物質の検出を実
施した。これらの結果を図24に示していて、各曲線は次
の分離物を表す:A.1mMのドーパミンの分離物;B.1mMのエ
ピネフリンの分離物;C.1mMのカテコールの分離物;D.ド
ーパミン（１）、エピネフリン（２）、及びカテコール
（３）の330μＭからの分離物。図Ｅは、ドーパミン
（△）、エピネフリン（●）及びカテコール（□）の注
入濃度の関数とした分離物のピークの高さを表してい
る。プロットの各点は、３種類について重複の分離で得
られた平均信号値を表している。電気浸透による流動を
可能にするために、分析は被覆していないチャンネルの
中で行なった。
この分離の理論段数はドーパミン、エピネフリン及び
カテコールに対して、各々、21000、17000及び12000で
あった。濃度の関数として３成分からの各々の信号は、
図24Eに示すように10から1000μＭの範囲では線形であ
った。ブランク実験における55−70秒の信号の標準偏差
（1.5pA）を使って、我々は、ドーパミンには3.7μＭ、
エピネフリンには6.5μＭそしてカテコールには12μＭ
の検出限界（信号対雑音＝２）を定めた。18pLの推定注
入容積を基準としたドーパミンのオンカラムの検出限界
はCEでの電気化学的検出に対して予測した範囲内に充分
入っていて、66アトモルであった。
電気化学的に活性な標識を開発すること及びその他の
生物分子を検出することにより前記のCEチップの全体的
な適用範囲を広げることができる。この方向での第一歩
として、我々は、電気化学的に活性な挿入試薬、Fe（hp
en）3 2+（hpen＝1,10−フェナントロリン）を用いた、
電気化学的検出による間接的手法を使って、ミクロ加工
型CEチップでDNAの分離及び検出の方法を開発した、
（エフ．フォレット及びピー．ボセック、アドバンス電
気泳動、３、273頁（1989年）（F.Foret and P.Bocek、
Adv.Electrohporesis、３、273（1989））。DNA−Fe（h
pen）3 2+錯体が検出範囲を移動するとき、分離緩衝液中
の遊離のFe（hpen）3 2+からの一定のバックグラウンド
電流は減るので、DNAの通過量はバックグラウンド電流
中の過渡的な傾斜（dip）によって表される。
図25AはΦX174Hae III制限消化産物（1ng/μＬ）の分
離を、そして図25Bはサルモネラ（Salmonella）PCR生成
物（陰影付き）と500pg/μＬのΦX174Hae III制限消化
産物の1:200の希釈物の分離を示している。図25Aと25B
とでは電流軸を逆転させてピークが際立つ通電クロマト
グラムの表示となっている。試料リザーバーを接地した
ままにして他の２個のリザーバーは流通させたままで＋
120Vを注入液余剰リザーバーに印加することにより注入
（20秒）を行なった。検出リザーバーを接地させたまま
にしてその他の２個のリザーバーは流通させたままで−
800Vを高電圧リザーバーに印加することにより分離を行
なった。検出は参照電極に対して＋800mVであった。分
離マトリックスは、0.75％のヒドロキシエチルセルロー
ス、4mMのトリス−アセテート、1mMのEDTA、1mMのCl-、
及び１μＭのFe（hpen）3 2+を含み、pH＝8.3であった。
DNA試料は0.1mMのトリス−Cl-、0.01mMのEDTA、pH＝8.2
で調製した。電気浸透による流通を抑えるために、チャ
ンネル表面は直鎖状ポリアクリルアミドで誘導体化し
た。
図25Bは、更に、これらのマイクロデバイスが、PCR生
成物を大きさに従って分類するための感度と分解能を持
っていることも明確に示している；サルモネラからの15
9bpアンプリコン（amplicon）はΦX174Hae IIIピークに
対して161bpに分類された。電気泳動緩衝液に溶解した5
0ng/μＬのΦX174Hae IIIの注入（スタックしない条件
のもとで）では603bpバンドに対して190pAの信号となっ
た。我々が以前に推定した330μｍの注入プラグ長さか
ら計算した125μＬの注入容積に基づいて、700fg（1.8
アトモル）の603bpフラグメントを注入した；従って、
検出限界（信号対雑音＝２）はこのフラグメントに対し
て28ゼプトモルであった。これらの結果から、集積型電
気化学的検出が可能なCEチップは従来からの蛍光検出方
法と競合し得る高感度の生物化学的定量に使用できるこ
とが判る。更に、直接標識化の方法及び複数の電位の電
気化学的検出器の開発によって、複数の波長の蛍光検出
と類似の多重電気化学的検出が可能になる筈である。
化学及び生物学の検体を検出するための種々の電気化
学的標識を開発することは、保健医療診断法や病原体の
検出を含めた適用の主役の道を開くであろう。デバイス
全体をミクロ加工することができるので、デバイスのレ
イアウトやパッケージを改良することにより、検出及び
コンピューターの回路もオンチップで集積される化学分
析マイクロプロセッサーを作ることは極く容易になる筈
である。このような改良によって、集積型微量分析装置
は地球外環境さえも含めた多様な魅力ある場所において
生物学上のサインを探索できる筈である。
種々の薄膜検出器電極、並びに注入チャンネル及び分
離チャンネルへの種々の薄膜接続部は、各チャンネルに
対して同時に正確に配置されるカバープレートに別の方
法で作ることができることは明らかな筈である。
更に、ミクロ加工型CEチップ上の改良された集積型電
気化学的検出器が提供されることになった。このことは
種々の興味ある有用な検体への道を開く。例えば、CEチ
ップでの電気化学的検出法は、レドックス反応に活性で
ある多数の検体に使用できるだろう。ミクロ加工型チッ
プ及び電気化学的検出器は、オペレーターの介入を必要
とせずに有害物質の遠隔分析用に使用できる。本発明
は、ミクロ加工型チップ上でのDNAやその他の分析結果
を完全に統合する方向への重要な一歩である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グレイザー アレクサンダー エヌ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94563 オリンダ キャノン ドライヴ 135 (72)発明者 ラオ カイキン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94122 サン フランシスコ ナインス アベニュー 1470―＃４ (72)発明者 ウーリー アダム ティー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94710 アルバニー ウィルソン スト リート 166―＃64 (56)参考文献 独国特許出願公開4314755（ＤＥ，Ａ １) 国際公開95／010040（ＷＯ，Ａ１) Ｊ．Ｍ．Ｓｌａｔｅｒ，Ｅ．Ｊ．Ｗａ ｔｔ，Ｏｎ−ｃｈｉｐ Ｍｉｃｒｏｂａ ｎｄ Ａｒｒａｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ ｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ ｆｏ ｒ ｕｓｅ ｉｎ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，Ａ ｎａｌｙｓｔ，1994年，Ｖｏｌ．119, ｐａｇｅｓ 2303−2307 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/447 G01N 37/00 101 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】細長い分離チャンネルを含む基板、前記分
    離チャンネルに沿って分離電圧を印加するための手段、
    及び電極を通過する分子を検出する前記電極を包含する
    タイプのミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップにお
    いて、前記分離チャンネルはその端部により幅が広くて
    容積がより大きい容積部を有しており、前記電気泳動チ
    ップが、前記分離チャネルの前記容積部への移行部中又
    は前記移行部近くで前記分離チャンネルの中に延在する
    少なくとも１個の薄膜作用電極であって、分子が前記分
    離チャンネルの全長を移動した後に前記薄膜作用電極を
    通過する時にレドックス反応を行なう分子によって発生
    される電流を検出するのに適応する前記薄膜作用電極、
    並びに前記薄膜作用電極から間隔を置いて配置される参
    照電極であり、分離チャンネルの端部の内部に又は前記
    端部を越えた直後に前記薄膜作用電極と前記参照電極と
    の間で検出領域を形成する前記参照電極を有する前記電
    気泳動チップ。
  2. 【請求項２】前記参照電極が、薄膜電極であることを特
    徴とする請求の範囲第１項に記載のミクロ加工型キャピ
    ラリー電気泳動チップ。
  3. 【請求項３】前記薄膜作用電極及び参照電極のそれぞれ
    の端部が、対向する方向に延在し、そして間隔をおいて
    配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記
    載のミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップ。
  4. 【請求項４】前記薄膜作用電極及び参照電極が、前記両
    電極の端部近くの点まで延在する絶縁膜で被覆されるこ
    とを特徴とする請求の範囲第２項に記載のミクロ加工型
    キャピラリー電気泳動チップ。
  5. 【請求項５】前記チャンネルの幅が１−500μｍ、前記
    薄膜作用電極及び参照電極の各端部の幅が１−500μｍ
    及び前記薄膜電極と前記参照電極との間隔が１−500μ
    ｍであることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のミ
    クロ加工型キャピラリー電気泳動チップ。
  6. 【請求項６】前記チャンネル幅が１−2000μｍ、前記薄
    膜作用電極及び参照電極の各端部の幅が１−2000μｍ及
    び前記薄膜作用電極及び参照電極の両端部間の間隔が１
    −5000μｍであることを特徴とする請求の範囲第２項に
    記載のミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップ。
  7. 【請求項７】前記薄膜作用電極が、多様な電気化学的検
    出を行なうために前記チャンネルの前記端部の近くに間
    隔を置いて配置される複数の電極を包含することを特徴
    とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のミクロ加工
    型キャピラリー電気泳動チップ。
  8. 【請求項８】前記薄膜作用電極及び参照電極から前記チ
    ップの端部まで延在する薄膜リード線を包含することを
    特徴とする請求の範囲第２項に記載のミクロ加工型キャ
    ピラリー電気泳動チップ。
  9. 【請求項９】前記参照電極が、前記薄膜作用電極から１
    −500μｍの間隔を置いて配置されることを特徴とする
    請求の範囲第１項に記載のミクロ加工型キャピラリー電
    気泳動チップ。
  10. 【請求項１０】前記参照電極が、前記薄膜作用電極から
    １−5000μｍの間隔を置いて配置されることを特徴とす
    る請求の範囲第１項に記載のミクロ加工型キャピラリー
    電気泳動チップ。
  11. 【請求項１１】前記薄膜作用電極及び参照電極が、前記
    分離チャンネルの前記容積部への移行部から500μｍ未
    満で配置されることを特徴とする請求の範囲第１項又は
    第２項に記載のミクロ加工型キャピラリー電気泳動チッ
    プ。
  12. 【請求項１２】前記薄膜作用電極及び参照電極が、前記
    分離チャンネルの前記容積部への移行部から500μｍ未
    満で配置され、前記参照電極が前記容積部内にあること
    を特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のミク
    ロ加工型キャピラリー電気泳動チップ。
  13. 【請求項１３】前記薄膜作用電極及び参照電極が、前記
    容積部内にあることを特徴とする請求の範囲第12項に記
    載のミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップ。
  14. 【請求項１４】前記薄膜作用電極が、前記移行部から50
    0μｍ以内にあることを特徴とする請求の範囲第13項に
    記載のミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップ。
  15. 【請求項１５】前記薄膜作用電極が、前記移行部から20
    00μｍ以内の前記容積部内にあることを特徴とする請求
    の範囲第13項に記載のミクロ加工型キャピラリー電気泳
    動チップ。
JP51184298A 1996-08-26 1997-08-26 ミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップに集積された電気化学的検出器 Expired - Fee Related JP3474581B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/703,394 1996-08-26
US08/703,394 US5906723A (en) 1996-08-26 1996-08-26 Electrochemical detector integrated on microfabricated capillary electrophoresis chips
US08/916,557 US6045676A (en) 1996-08-26 1997-08-22 Electrochemical detector integrated on microfabricated capilliary electrophoresis chips
US08/916,557 1997-08-22
PCT/US1997/015006 WO1998009161A1 (en) 1996-08-26 1997-08-26 Electrochemical detector integrated on microfabricated capillary electrophoresis chips

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001527637A JP2001527637A (ja) 2001-12-25
JP3474581B2 true JP3474581B2 (ja) 2003-12-08

Family

ID=27107131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP51184298A Expired - Fee Related JP3474581B2 (ja) 1996-08-26 1997-08-26 ミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップに集積された電気化学的検出器

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6045676A (ja)
EP (1) EP0922218A1 (ja)
JP (1) JP3474581B2 (ja)
KR (1) KR100316437B1 (ja)
CN (1) CN1235674A (ja)
AU (1) AU714163B2 (ja)
CA (1) CA2263859C (ja)
IL (1) IL128597A (ja)
NZ (1) NZ334181A (ja)
WO (1) WO1998009161A1 (ja)

Families Citing this family (81)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6641708B1 (en) 1996-01-31 2003-11-04 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for fractionation using conventional dielectrophoresis and field flow fractionation
US6045676A (en) * 1996-08-26 2000-04-04 The Board Of Regents Of The University Of California Electrochemical detector integrated on microfabricated capilliary electrophoresis chips
US6110354A (en) * 1996-11-01 2000-08-29 University Of Washington Microband electrode arrays
JP3394262B2 (ja) 1997-02-06 2003-04-07 セラセンス、インク． 小体積インビトロ被検体センサー
US6281006B1 (en) 1998-08-24 2001-08-28 Therasense, Inc. Electrochemical affinity assay
US6638716B2 (en) 1998-08-24 2003-10-28 Therasense, Inc. Rapid amperometric verification of PCR amplification of DNA
FR2783919A1 (fr) * 1998-09-25 2000-03-31 Suisse Electronique Microtech Capteur optique integre pour detecter les composants d'un fluide
US6338790B1 (en) * 1998-10-08 2002-01-15 Therasense, Inc. Small volume in vitro analyte sensor with diffusible or non-leachable redox mediator
GB9822185D0 (en) 1998-10-13 1998-12-02 Zeneca Ltd Device
US6361671B1 (en) * 1999-01-11 2002-03-26 The Regents Of The University Of California Microfabricated capillary electrophoresis chip and method for simultaneously detecting multiple redox labels
WO2000054041A1 (en) * 1999-03-05 2000-09-14 Ce Resources Pte Ltd. High performance dispensing apparatus
US6682887B1 (en) 1999-04-30 2004-01-27 Aclara Biosciences, Inc. Detection using degradation of a tagged sequence
US20040248150A1 (en) * 1999-04-02 2004-12-09 Sharat Singh Methods employing oligonucleotide-binding e-tag probes
US6627400B1 (en) 1999-04-30 2003-09-30 Aclara Biosciences, Inc. Multiplexed measurement of membrane protein populations
US6322980B1 (en) * 1999-04-30 2001-11-27 Aclara Biosciences, Inc. Single nucleotide detection using degradation of a fluorescent sequence
US6514700B1 (en) * 1999-04-30 2003-02-04 Aclara Biosciences, Inc. Nucleic acid detection using degradation of a tagged sequence
US6673550B2 (en) 1999-04-30 2004-01-06 Aclara Biosciences, Inc. Electrophoretic tag reagents comprising fluorescent compounds
US20030235832A1 (en) * 2000-06-21 2003-12-25 Ahmed Chenna Multiplexed analysis by chromatographic separation of molecular tags
US7037654B2 (en) 1999-04-30 2006-05-02 Aclara Biosciences, Inc. Methods and compositions for enhancing detection in determinations employing cleavable electrophoretic tag reagents
US7001725B2 (en) 1999-04-30 2006-02-21 Aclara Biosciences, Inc. Kits employing generalized target-binding e-tag probes
DE19927533B4 (de) * 1999-06-16 2004-03-04 Merck Patent Gmbh Miniaturisiertes Analysensystem
DE19927535B4 (de) * 1999-06-16 2004-06-17 Merck Patent Gmbh Miniaturisiertes Analysensystem mit Vorrichtung zum Ausschleusen von Substanzen
WO2002048673A2 (en) * 2000-11-17 2002-06-20 University Of Virginia Patent Foundation Method for orthogonal analyte stacking/injection systems in electrophoresis
US6878255B1 (en) 1999-11-05 2005-04-12 Arrowhead Center, Inc. Microfluidic devices with thick-film electrochemical detection
US20040067498A1 (en) * 2000-04-28 2004-04-08 Ahmed Chenna Detection of nucleic acid sequences by cleavage and separation of tag-containing structures
US7160735B2 (en) * 2000-04-28 2007-01-09 Monogram Biosciences, Inc. Tagged microparticle compositions and methods
US7537938B2 (en) * 2000-04-28 2009-05-26 Monogram Biosciences, Inc. Biomarker detection in circulating cells
US20030207300A1 (en) * 2000-04-28 2003-11-06 Matray Tracy J. Multiplex analytical platform using molecular tags
US7771929B2 (en) * 2000-04-28 2010-08-10 Monogram Biosciences, Inc. Tag library compounds, compositions, kits and methods of use
WO2002000100A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-03 Daniel Armstrong Method for separation, identification and evaluation of microbes and cells
US20020029203A1 (en) * 2000-09-01 2002-03-07 Pelland David M. Electronic personal assistant with personality adaptation
US7114541B2 (en) * 2000-09-07 2006-10-03 Gesim Gesselschaft Fur Silizium-Mikrosysteme Mbh Method for producing a 3-D micro flow cell and a 3-D micro flow cell
WO2002029402A2 (en) * 2000-10-02 2002-04-11 Sophion Bioscience A/S System for electrophysiological measurements
US6596140B2 (en) * 2001-05-01 2003-07-22 Applera Corporation Multi-channel capillary electrophoresis device and method
AU2002305658A1 (en) 2001-05-21 2002-12-03 Aclara Biosciences, Inc. Analyzing phosphorylated proteins
JP2005505749A (ja) 2001-05-21 2005-02-24 アクララ バイオサイエンシーズ， インコーポレイテッド タンパク質を分析するための方法および組成物
WO2002097112A2 (en) * 2001-05-26 2002-12-05 Aclara Biosciences, Inc. Catalytic amplification of multiplexed assay signals
US6896778B2 (en) 2001-06-04 2005-05-24 Epocal Inc. Electrode module
KR100455661B1 (ko) * 2001-07-20 2004-11-12 학교법인 포항공과대학교 아민 화합물 분석용 랩온어칩
KR100442412B1 (ko) * 2001-07-20 2004-07-30 학교법인 포항공과대학교 모세관으로 연결된 랩온어칩 시스템
US6890409B2 (en) * 2001-08-24 2005-05-10 Applera Corporation Bubble-free and pressure-generating electrodes for electrophoretic and electroosmotic devices
CN1166422C (zh) * 2001-11-05 2004-09-15 北京源德生物医学工程股份有限公司 用于体外高能聚焦超声波治疗机的坐位架
US20050053939A1 (en) * 2001-11-09 2005-03-10 Ahmed Chenna Methods and compositions for enhancing detection in determinations employing cleavable electrophoretic tag reagents
CN1164939C (zh) * 2001-11-30 2004-09-01 清华大学 检测核苷酸和单核苷酸多态性用的毛细管电泳芯片装置
AU2003219733A1 (en) 2002-02-08 2003-09-02 University Of Louisville Research Foundation, Inc.Belknap Campus A capillary electrophoresis-electrochemical detection microchip device and supporting circuits
US7060798B2 (en) 2002-05-13 2006-06-13 State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Modified protein adhesives and lignocellulosic composites made from the adhesives
NL1021269C2 (nl) * 2002-08-14 2004-02-17 Lionix B V Elektrodesysteem en werkwijze voor het aanleggen van elektrische spanningen en het teweegbrengen van elektrische stromen.
US20040112751A1 (en) * 2002-08-26 2004-06-17 Jongyoon Han Multidimensional electrophoresis and methods of making and using thereof
WO2004027379A2 (en) * 2002-09-20 2004-04-01 Novus Molecular, Inc. Methods and devices for active bioassay
US20040091850A1 (en) * 2002-11-08 2004-05-13 Travis Boone Single cell analysis of membrane molecules
US7402398B2 (en) * 2003-07-17 2008-07-22 Monogram Biosciences, Inc. Measuring receptor homodimerization
JP2007502417A (ja) * 2003-08-11 2007-02-08 モノグラム バイオサイエンシズ，インコーポレーテッド 分子複合体の検出および特徴づけ
US8012328B2 (en) * 2003-08-21 2011-09-06 Colorado State University Research Foundation Non-fluidic micro-detection device and uses thereof
US20060194306A1 (en) * 2003-08-25 2006-08-31 Herr Amy E System for gel electrophoretic immunoassay
EP1680666A4 (en) * 2003-10-27 2008-03-26 Monogram Biosciences Inc ANTI-THERAPEUTIC HUMAN ANTIBODY DETECTION
ES2432040T3 (es) * 2004-01-28 2013-11-29 454 Life Sciences Corporation Amplificación de ácido nucleico con emulsión de flujo continuo
US7211184B2 (en) * 2004-08-04 2007-05-01 Ast Management Inc. Capillary electrophoresis devices
CN100417937C (zh) * 2005-01-13 2008-09-10 清华大学 芯片式电容耦合非接触型电导检测器
JP2006224014A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Yokogawa Electric Corp マイクロ流路デバイス
US7417418B1 (en) * 2005-06-14 2008-08-26 Ayliffe Harold E Thin film sensor
CN100437106C (zh) * 2005-08-12 2008-11-26 浙江大学 一种可应用于毛细管电泳的电化学电流测量装置
US7988839B2 (en) 2005-09-20 2011-08-02 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Capillary electrophoresis systems and methods
EP1963817A2 (en) * 2005-12-22 2008-09-03 Honeywell International Inc. Portable sample analyzer cartridge
US9452429B2 (en) 2006-02-02 2016-09-27 E. I. Spectra, Llc Method for mutiplexed microfluidic bead-based immunoassay
US8616048B2 (en) * 2006-02-02 2013-12-31 E I Spectra, LLC Reusable thin film particle sensor
US8171778B2 (en) * 2006-05-05 2012-05-08 E I Spectra, LLC Thin film particle sensor
US9293311B1 (en) 2006-02-02 2016-03-22 E. I. Spectra, Llc Microfluidic interrogation device
US20110189714A1 (en) * 2010-02-03 2011-08-04 Ayliffe Harold E Microfluidic cell sorter and method
KR100883775B1 (ko) * 2007-03-22 2009-02-18 명지대학교 산학협력단 모세관 전기영동 칩상에 집적된 전기화학적 검출기 및 이의제조방법
US8025776B2 (en) * 2007-10-29 2011-09-27 Korea Institute Of Science And Technology Glass electrophoresis microchip and method of manufacturing the same by MEMS fabrication
WO2011108333A1 (ja) * 2010-03-05 2011-09-09 コニカミノルタオプト株式会社 マイクロ流路検査チップの製造方法
US8804105B2 (en) 2012-03-27 2014-08-12 E. I. Spectra, Llc Combined optical imaging and electrical detection to characterize particles carried in a fluid
WO2013168835A1 (ko) * 2012-05-09 2013-11-14 서울대학교산학협력단 전기화학적 검출을 위한 전기영동칩
US9217179B2 (en) 2012-05-24 2015-12-22 The Governing Council Of The University Of Toronto Systems and methods for multiplexed electrochemical detection
WO2015112635A1 (en) 2014-01-21 2015-07-30 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Wettability patterned substrates for pumpless liquid transport and drainage
GB2531615B (en) 2015-02-02 2017-11-22 Atlas Genetics Ltd Instrument for performing a diagnostic test on a fluidic cartridge
GB201501705D0 (en) 2015-02-02 2015-03-18 Atlas Genetics Ltd Instrument for performing a diagnostic test on a fluidic cartridge
JP6912112B2 (ja) * 2015-10-05 2021-07-28 株式会社タカゾノテクノロジー 微生物検出装置
JP6641146B2 (ja) * 2015-10-05 2020-02-05 株式会社タカゾノテクノロジー 電圧印加装置
US10976282B2 (en) * 2016-03-16 2021-04-13 The University Of Notre Dame Du Lac Voltammetry in high-voltage fields
CN110044680B (zh) * 2019-04-28 2024-02-23 宁波大学 一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2191110B (en) * 1986-06-06 1989-12-06 Plessey Co Plc Chromatographic separation device
US5071531A (en) * 1989-05-01 1991-12-10 Soane Technologies, Inc. Casting of gradient gels
US5126022A (en) * 1990-02-28 1992-06-30 Soane Tecnologies, Inc. Method and device for moving molecules by the application of a plurality of electrical fields
GB2244135B (en) * 1990-05-04 1994-07-13 Gen Electric Co Plc Sensor devices
DE4314755C2 (de) * 1993-05-05 1995-03-02 Meinhard Prof Dr Knoll Kapillarelektrophoretisches Trennverfahren sowie Vorrichtung zur Durchführung von chemischen oder biochemischen Analysen
GB9320286D0 (en) * 1993-10-01 1993-11-17 Drew Scient Ltd Electro-chemical detector
US5429734A (en) * 1993-10-12 1995-07-04 Massachusetts Institute Of Technology Monolithic capillary electrophoretic device
US5580435A (en) * 1994-06-10 1996-12-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University System for detecting components of a sample in electrophoretic separation
US6045676A (en) * 1996-08-26 2000-04-04 The Board Of Regents Of The University Of California Electrochemical detector integrated on microfabricated capilliary electrophoresis chips

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ｊ．Ｍ．Ｓｌａｔｅｒ，Ｅ．Ｊ．Ｗａｔｔ，Ｏｎ−ｃｈｉｐ Ｍｉｃｒｏｂａｎｄ Ａｒｒａｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ ｆｏｒ ｕｓｅ ｉｎ Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，Ａｎａｌｙｓｔ，１９９４年，Ｖｏｌ．１１９，ｐａｇｅｓ ２３０３−２３０７

Also Published As

Publication number Publication date
KR100316437B1 (ko) 2001-12-12
IL128597A0 (en) 2000-01-31
CN1235674A (zh) 1999-11-17
IL128597A (en) 2001-11-25
EP0922218A1 (en) 1999-06-16
WO1998009161A1 (en) 1998-03-05
AU714163B2 (en) 1999-12-23
NZ334181A (en) 2000-09-29
KR20000035802A (ko) 2000-06-26
US6045676A (en) 2000-04-04
JP2001527637A (ja) 2001-12-25
CA2263859A1 (en) 1998-03-05
AU4090597A (en) 1998-03-19
CA2263859C (en) 2003-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3474581B2 (ja) ミクロ加工型キャピラリー電気泳動チップに集積された電気化学的検出器
US5906723A (en) Electrochemical detector integrated on microfabricated capillary electrophoresis chips
Zhang et al. Next-generation capillary electrophoresis–mass spectrometry approaches in metabolomics
JP5894798B2 (ja) 検出器システム及び方法
Britz-McKibbin et al. On-line preconcentration strategies for trace analysis of metabolites by capillary electrophoresis
Ewing et al. Electrochemical detection in microcolumn separations
Wang et al. Integrated electrophoresis chips/amperometric detection with sputtered gold working electrodes
Guijt et al. Capillary electrophoresis with on‐chip four‐electrode capacitively coupled conductivity detection for application in bioanalysis
US8293088B2 (en) Direct determination of carbohydrates, amino acids and antibiotics by microchip electrophoresis with pulsed amperometric detection
Wätzig et al. Capillary electrophoresis–A high performance analytical separation technique
Wang et al. Microchip capillary electrophoresis with a boron-doped diamond electrode for rapid separation and detection of purines
Britz-Mckibbin et al. Sensitive and high-throughput analyses of purine metabolites by dynamic pH junction multiplexed capillary electrophoresis: a new tool for metabolomic studies
US5310463A (en) On-column junction for capillary columns
Wang et al. Microchip capillary electrophoresis with electrochemical detector for fast measurements of aromatic amino acids
Dawoud et al. Separation of catecholamines and dopamine-derived DNA adduct using a microfluidic device with electrochemical detection
Xu et al. Simple method for the separation and detection of native amino acids and the identification of electroactive and non-electroactive analytes
Weng et al. Assay of amino acids in individual human lymphocytes by capillary zone electrophoresis with electrochemical detection
Novotny Capillary electrophoresis
Wang et al. Wall-jet conductivity detector for microchip capillary electrophoresis
Gamat et al. The application of electrochemical detection in capillary electrophoresis
Yang et al. Trends in capillary electrophoresis: 1997
US6843901B1 (en) Potential gradient detector for electrophoresis
Jin et al. A new capillary electrophoresis end‐column amperometric detection system without the need for capillary/electrode alignment
MXPA99001910A (es) Detector electroquímico integrado en plaquetas de electrofóresis en un capilar microfabricado
Pinheiro et al. Contactless conductivity detection on lab-on-a-chip devices: A simple, inexpensive, and powerful analytical tool for microfluidic applications

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees