JP3509064B2 - キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及びその製造方法 - Google Patents
キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は キャピラリー電気泳動
用電気化学検出器及びその製造方法、さらに詳細には生
体計測、食品の検査や工程管理、医薬品開発などの分野
で広く用いられつつ有るキャピラリー電気泳動法の検出
器及びその製造方法に関するものである。
用電気化学検出器及びその製造方法、さらに詳細には生
体計測、食品の検査や工程管理、医薬品開発などの分野
で広く用いられつつ有るキャピラリー電気泳動法の検出
器及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】生体試料や食品、医薬品など様々な化学
成分を含む溶液試料の分析には、液体クロマトグラフィ
などの装置を用いて試料をカラム中で分離し、逐次検出
を行う方法が一般的である。液体クロマトグラフィ法が
ポンプで試料溶液をカラムに送り込んで分離分析を行う
のに対して、近年、キャピラリー中で高電圧により試料
を分離するキャピラリー電気泳動法が広く用いられるよ
うになってきている。キャピラリー電気泳動法は、一般
的に溶液石英のキャピラリー（内径５〜７５ミクロン）
中や、ガラスやプラスチックの絶縁体にマイクロマシン
技術により微小な流路を形成したものが用いられる。一
般的なキャピラリー電気泳動に関しては、本田、寺部ら
により詳しく解説されている（本田、寺部、キャピラリ
ー電気泳動：基礎と実際、講談社サイエンティフィッ
ク、１９９５年）。キャピラリー電気泳動法は液体クロ
マトグラフィ法に対して、試料が１／１０００以下で済
み、分離効率も高いことが知られている。
成分を含む溶液試料の分析には、液体クロマトグラフィ
などの装置を用いて試料をカラム中で分離し、逐次検出
を行う方法が一般的である。液体クロマトグラフィ法が
ポンプで試料溶液をカラムに送り込んで分離分析を行う
のに対して、近年、キャピラリー中で高電圧により試料
を分離するキャピラリー電気泳動法が広く用いられるよ
うになってきている。キャピラリー電気泳動法は、一般
的に溶液石英のキャピラリー（内径５〜７５ミクロン）
中や、ガラスやプラスチックの絶縁体にマイクロマシン
技術により微小な流路を形成したものが用いられる。一
般的なキャピラリー電気泳動に関しては、本田、寺部ら
により詳しく解説されている（本田、寺部、キャピラリ
ー電気泳動：基礎と実際、講談社サイエンティフィッ
ク、１９９５年）。キャピラリー電気泳動法は液体クロ
マトグラフィ法に対して、試料が１／１０００以下で済
み、分離効率も高いことが知られている。
【０００３】キャピラリー電気泳動の検出器としては、
液体クロマトグラフィと同様に、紫外−可視部吸光法、
蛍光法、電気伝導度、屈折率など多く報告されている
が、現在主に市販されているものは紫外−可視部吸光
法、蛍光法のみである。電気化学検出は蛍光法と同様に
高感度な検出法として知られており、液体クロマトグラ
フィの分野では、カテコールアミンなどの神経伝達物質
の測定などにおいて低い検出限界が得られている。
液体クロマトグラフィと同様に、紫外−可視部吸光法、
蛍光法、電気伝導度、屈折率など多く報告されている
が、現在主に市販されているものは紫外−可視部吸光
法、蛍光法のみである。電気化学検出は蛍光法と同様に
高感度な検出法として知られており、液体クロマトグラ
フィの分野では、カテコールアミンなどの神経伝達物質
の測定などにおいて低い検出限界が得られている。
【０００４】キャピラリー電気泳動法の検出器として電
気化学法を用いる場合は、ｐＡやｎＡの微小電流を、高
電圧下で測定することになるため、測定には困難が伴
う。ウォーリングフォード（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ）
とユーイング（Ｅｗｉｎｇ）らは、図７に示すようにキ
ャピラリー中の検出器の直前に液絡部を設けることによ
り電気泳動の高電圧の影響を無くすことに成功してい
る。すなわち、試料の電解液１とバッファー液の電解液
２間を内径５〜７５ミクロンの分離用のキャピラリー３
で接続するとともに、前記電解液１とバッファー液の電
解液２間に高い電圧が負荷できるようになっている。そ
して電気泳動により分離用のキャピラリー３中で前記試
料を分離するようになっている。前記分離用のキャピラ
リー３は前記バファー液の電解液２中で液絡部４を介し
て、検出用のキャプラリー３に接続した構造になってい
る。
気化学法を用いる場合は、ｐＡやｎＡの微小電流を、高
電圧下で測定することになるため、測定には困難が伴
う。ウォーリングフォード（Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ）
とユーイング（Ｅｗｉｎｇ）らは、図７に示すようにキ
ャピラリー中の検出器の直前に液絡部を設けることによ
り電気泳動の高電圧の影響を無くすことに成功してい
る。すなわち、試料の電解液１とバッファー液の電解液
２間を内径５〜７５ミクロンの分離用のキャピラリー３
で接続するとともに、前記電解液１とバッファー液の電
解液２間に高い電圧が負荷できるようになっている。そ
して電気泳動により分離用のキャピラリー３中で前記試
料を分離するようになっている。前記分離用のキャピラ
リー３は前記バファー液の電解液２中で液絡部４を介し
て、検出用のキャプラリー３に接続した構造になってい
る。
【０００５】図８は前記キャピラリー３の液絡部４が電
解液２中に浸漬されている部分の拡大図である。液絡部
４はキャピラリー３にクラック３１を入れ、外側を多孔
質ガラス管３２により覆い、さらにエポキシ樹脂３３お
よびポリイミド被覆３４で顕微鏡用スライドグラスに３
５に固定することに作製している。キャピラリー外の電
解液２は、接地されているのでキャピラリー内部の溶液
も液絡部４より下流で０となり、キャピラリー３内に電
極を挿入しても電場の影響を受けずに測定を行うことが
できる。
解液２中に浸漬されている部分の拡大図である。液絡部
４はキャピラリー３にクラック３１を入れ、外側を多孔
質ガラス管３２により覆い、さらにエポキシ樹脂３３お
よびポリイミド被覆３４で顕微鏡用スライドグラスに３
５に固定することに作製している。キャピラリー外の電
解液２は、接地されているのでキャピラリー内部の溶液
も液絡部４より下流で０となり、キャピラリー３内に電
極を挿入しても電場の影響を受けずに測定を行うことが
できる。
【０００６】電気化学検出への電場の影響を抑える方法
として、図９の方法も提案されている。図では分離に比
較的内径が小さく、電気的な抵抗が大きいキャピラリー
を用いる。検出用の電極５は、細いキャピラリー中に入
れるのではなく、キャピラリー３の流路出口３６に、キ
ャピラリー３の流路出口３６より僅かに距離を取って配
置する。その結果、電場勾配は主に抵抗の大きい管内に
形成され、抵抗が遥かに小さいキャピラリーと検出用の
電極５の間には形成されない。その結果、高電場の影響
を抑えて測定を行うことができる。
として、図９の方法も提案されている。図では分離に比
較的内径が小さく、電気的な抵抗が大きいキャピラリー
を用いる。検出用の電極５は、細いキャピラリー中に入
れるのではなく、キャピラリー３の流路出口３６に、キ
ャピラリー３の流路出口３６より僅かに距離を取って配
置する。その結果、電場勾配は主に抵抗の大きい管内に
形成され、抵抗が遥かに小さいキャピラリーと検出用の
電極５の間には形成されない。その結果、高電場の影響
を抑えて測定を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上、述べてきたよう
にキャピラリー電気泳動の検出器として電気化学方式を
用いる際に２つの方法が提案されている。しかしなが
ら、第１の液絡部を用いる方法では、液絡部の機械的強
度が低いことや作製に手間がかかること、電気泳動によ
り形成された分析対象物質の狭いバンドは、液絡部から
検出器までの間は泳動を起こさないエンドキャピラリー
方式になるので、バンドがやや広がり、光学式のオンキ
ャピラリー検出に比較すると分離性が低下する問題が有
る。
にキャピラリー電気泳動の検出器として電気化学方式を
用いる際に２つの方法が提案されている。しかしなが
ら、第１の液絡部を用いる方法では、液絡部の機械的強
度が低いことや作製に手間がかかること、電気泳動によ
り形成された分析対象物質の狭いバンドは、液絡部から
検出器までの間は泳動を起こさないエンドキャピラリー
方式になるので、バンドがやや広がり、光学式のオンキ
ャピラリー検出に比較すると分離性が低下する問題が有
る。
【０００８】一方、後者のキャピラリー外に検出器を配
置する方法では、液絡部を作製する手間が係らない利点
があるものの、電極とキャピラリー流路出口の位置制御
を正確に行わないと高い測定精度を得ることができない
ことや、キャピラリー流路出口から電極までの間で測定
対象物質のバンドが希釈され、感度が低下するなどの問
題点があった。
置する方法では、液絡部を作製する手間が係らない利点
があるものの、電極とキャピラリー流路出口の位置制御
を正確に行わないと高い測定精度を得ることができない
ことや、キャピラリー流路出口から電極までの間で測定
対象物質のバンドが希釈され、感度が低下するなどの問
題点があった。
【０００９】本発明は上記課題を解決することを目的と
するものであり、機械的強度が小さく、作製に手間がか
かる液絡部を設けることなく、さらにキャピラリー出口
と電極の位置制御を厳密にすることなく高い精度の分析
が可能な キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及び
その製造方法を提供することを目的とする。
するものであり、機械的強度が小さく、作製に手間がか
かる液絡部を設けることなく、さらにキャピラリー出口
と電極の位置制御を厳密にすることなく高い精度の分析
が可能な キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明による キャピラリー電気泳動用電気化学検
出器は、キャピラリー流路内に形成されたキャピラリー
電気泳動用検出器において、電気泳動を行う前記キャピ
ラリー流路内に一つあるいは複数の作用電極、参照電
極、対向電極からなる電気化学セルと、前記電気化学セ
ルの前記キャピラリー流路の上流と下流に導電体を形成
し、両者の導電体を電気的に接続し、前記上流と下流を
等電位にしていることを特徴とする。
め、本発明による キャピラリー電気泳動用電気化学検
出器は、キャピラリー流路内に形成されたキャピラリー
電気泳動用検出器において、電気泳動を行う前記キャピ
ラリー流路内に一つあるいは複数の作用電極、参照電
極、対向電極からなる電気化学セルと、前記電気化学セ
ルの前記キャピラリー流路の上流と下流に導電体を形成
し、両者の導電体を電気的に接続し、前記上流と下流を
等電位にしていることを特徴とする。
【００１１】また本発明によるキャピラリー電気泳動用
電気化学検出器の製造方法は、一方の絶縁性基板にフォ
トリソグラフィとエッチング法により微小径のキャピラ
リー流路を形成する工程、他方の絶縁性基板に作用電
極、参照電極、対向電極とそれらの電極を挟み込むよう
に２つの導電体を前記キャピラリー流路に挿入し、それ
らをキャピラリー流路外で電気的に接続する工程、両者
を貼り合わせる工程を含むことを特徴とする。
電気化学検出器の製造方法は、一方の絶縁性基板にフォ
トリソグラフィとエッチング法により微小径のキャピラ
リー流路を形成する工程、他方の絶縁性基板に作用電
極、参照電極、対向電極とそれらの電極を挟み込むよう
に２つの導電体を前記キャピラリー流路に挿入し、それ
らをキャピラリー流路外で電気的に接続する工程、両者
を貼り合わせる工程を含むことを特徴とする。
【００１２】さらに、本発明による第二の キャピラリ
ー電気泳動用電気化学検出器の製造方法は、一方の絶縁
性基板にフォトリソグラフィとエッチング法により微小
径のキャピラリー流路を形成する工程、前記キャピラリ
ー 流路の底面に導電性薄膜を形成する工程、他方の絶
縁性基板に作用電極、参照電極、対向電極を形成する工
程、両者を貼り合わせる工程を含むことを特徴とする。
ー電気泳動用電気化学検出器の製造方法は、一方の絶縁
性基板にフォトリソグラフィとエッチング法により微小
径のキャピラリー流路を形成する工程、前記キャピラリ
ー 流路の底面に導電性薄膜を形成する工程、他方の絶
縁性基板に作用電極、参照電極、対向電極を形成する工
程、両者を貼り合わせる工程を含むことを特徴とする。
【００１３】図１の（ａ）は本発明による キャピラリ
ー電気泳動用電気化学検出器の一具体例の平面図、
（ｂ）は断面図であるが、これらの図より明らかなよう
に、キャピラリー電気泳動用電気化学検出器は、上部絶
縁性基板６１と下部絶縁性基板６２を有している。そし
て上部絶縁性基板６１にはキャピラリー流路７が形成さ
れており、一方、下部絶縁性基板６２には、前記キャピ
ラリー流路７の上流より作用電極８１、参照電極８２及
び対向電極８３よりなる電気化学セルが形成されてい
る。さらに前記作用電極８１の上流及び対向電極８３の
下流に導電体９が形成されており、この両者の導電体９
は電気的に接続された構造になっている。このため作用
電極８１の上流と対向電極８３の下流は等電位になって
いる。導電体９は薄膜導電体にするか、キャピラリー流
路７中にワイヤ状の導電体を挿入する方法を挙げること
ができる。
ー電気泳動用電気化学検出器の一具体例の平面図、
（ｂ）は断面図であるが、これらの図より明らかなよう
に、キャピラリー電気泳動用電気化学検出器は、上部絶
縁性基板６１と下部絶縁性基板６２を有している。そし
て上部絶縁性基板６１にはキャピラリー流路７が形成さ
れており、一方、下部絶縁性基板６２には、前記キャピ
ラリー流路７の上流より作用電極８１、参照電極８２及
び対向電極８３よりなる電気化学セルが形成されてい
る。さらに前記作用電極８１の上流及び対向電極８３の
下流に導電体９が形成されており、この両者の導電体９
は電気的に接続された構造になっている。このため作用
電極８１の上流と対向電極８３の下流は等電位になって
いる。導電体９は薄膜導電体にするか、キャピラリー流
路７中にワイヤ状の導電体を挿入する方法を挙げること
ができる。
【００１４】図２の（ａ）は 本発明による キャピラリ
ー電気泳動用電気化学検出器の他の具体例を示す平面
図、及び断面図であるが、この具体例においては、上部
絶縁性基板６１にはキャピラリー流路７が形成されてい
るとともに、このキャピラリー流路７の底部には導電体
９が形成されている。一方、下部絶縁性基板６２には、
前記キャピラリー流路７の上流より作用電極８１、参照
電極８２及び対向電極８３よりなる電気化学セルが形成
されている。前記電気化学セルの対向側に設けられた前
記導電体９は作用電極８１の上流より対向電極８３の下
流まで伸長して形成されている。このように構成するこ
とにより上流と下流の電位勾配を０とすることができ
る。
ー電気泳動用電気化学検出器の他の具体例を示す平面
図、及び断面図であるが、この具体例においては、上部
絶縁性基板６１にはキャピラリー流路７が形成されてい
るとともに、このキャピラリー流路７の底部には導電体
９が形成されている。一方、下部絶縁性基板６２には、
前記キャピラリー流路７の上流より作用電極８１、参照
電極８２及び対向電極８３よりなる電気化学セルが形成
されている。前記電気化学セルの対向側に設けられた前
記導電体９は作用電極８１の上流より対向電極８３の下
流まで伸長して形成されている。このように構成するこ
とにより上流と下流の電位勾配を０とすることができ
る。
【００１５】
【作用】本発明のキャピラリー電気泳動用オンキャピラ
リー電気化学検出器の構造を図３に示す。図中（ａ）は
従来の検出器をキャピラリー中に置いた場合、（ｂ）は
本発明の検出器の場合である。電気化学セルでは参照電
極８２に対して作用電極８１の電位を制御することによ
り測定を行う。本発明による検出器によれば、作用電極
８１、参照電極８２、対向電極８３を挟むように導電体
９が設けられており、前記両導電体９は相互に接続され
た構造になっている。
リー電気化学検出器の構造を図３に示す。図中（ａ）は
従来の検出器をキャピラリー中に置いた場合、（ｂ）は
本発明の検出器の場合である。電気化学セルでは参照電
極８２に対して作用電極８１の電位を制御することによ
り測定を行う。本発明による検出器によれば、作用電極
８１、参照電極８２、対向電極８３を挟むように導電体
９が設けられており、前記両導電体９は相互に接続され
た構造になっている。
【００１６】（ａ）では電位勾配が電位制御を行ってい
る電気化学セル内に形成されるため、作用電極８１での
測定に大きな影響を与えることが予想される。実際の測
定ではポテンシオスタットのオペアンプ部分に大きな電
場がかかり、ポテンシオスタットの回路が破壊されるこ
ともある。一方、（ｂ）では、電位勾配が電気化学セル
を挟む２本の導電体９間で等電位になるので、電気化学
セルへは高電場の影響がなく測定を行うことができる。
る電気化学セル内に形成されるため、作用電極８１での
測定に大きな影響を与えることが予想される。実際の測
定ではポテンシオスタットのオペアンプ部分に大きな電
場がかかり、ポテンシオスタットの回路が破壊されるこ
ともある。一方、（ｂ）では、電位勾配が電気化学セル
を挟む２本の導電体９間で等電位になるので、電気化学
セルへは高電場の影響がなく測定を行うことができる。
【００１７】キャピラリー電気泳動法では、キャピラリ
ー（通常数十ｃｍ）に２０ｋＶ程度の電位を印加して測
定を行う。本発明の電気化学セルで前記電気化学セルを
挟む２つの導電体間の距離や、電気化学セルの対向面に
形成された導電体の長さが長い場合、上流側と下流側で
逆の電気化学反応が起り、電気化学セル の部分の電位
勾配が完全に０にならない事が予想される。この反応を
防ぐためには、リソグラフィ法を用いて電気化学セルを
徴小化し、電気化学セル を挟み込む２つの導電体間の
距離を極めて短くすることにより電気化学反応を抑える
ことができる。
ー（通常数十ｃｍ）に２０ｋＶ程度の電位を印加して測
定を行う。本発明の電気化学セルで前記電気化学セルを
挟む２つの導電体間の距離や、電気化学セルの対向面に
形成された導電体の長さが長い場合、上流側と下流側で
逆の電気化学反応が起り、電気化学セル の部分の電位
勾配が完全に０にならない事が予想される。この反応を
防ぐためには、リソグラフィ法を用いて電気化学セルを
徴小化し、電気化学セル を挟み込む２つの導電体間の
距離を極めて短くすることにより電気化学反応を抑える
ことができる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。なお、本発明は以下の実施例のみに限定さ
れるものではない。
に説明する。なお、本発明は以下の実施例のみに限定さ
れるものではない。
【００１９】
【実施例１】ガラスウエハーにフタロシアニンを出発物
質とする熱ＣＶＤ法により、炭素膜を形成した。
質とする熱ＣＶＤ法により、炭素膜を形成した。
【００２０】この炭素膜にシリコン系フォトレジスト
（ＮＴＴ−ＡＴ製、ＤＬＲ）スピンコートした。その
後、フォトマスクをウエハーに重ね、マスクアライナー
（キヤノン製、ＰＬＡ５０１）電極パターンを露光し
た。露光時間は１５秒とし、露光後ウエハーをアルカリ
現像液中で３０秒間現像し、水洗、乾燥を行った。
（ＮＴＴ−ＡＴ製、ＤＬＲ）スピンコートした。その
後、フォトマスクをウエハーに重ね、マスクアライナー
（キヤノン製、ＰＬＡ５０１）電極パターンを露光し
た。露光時間は１５秒とし、露光後ウエハーをアルカリ
現像液中で３０秒間現像し、水洗、乾燥を行った。
【００２１】現像後のウエハーでは、電極部分がレジス
トパターンに覆われているため、このレジスト付き基板
を反応性イオンエッチング装置（アネルバ製、ＤＥＭ４
５１）に入れ、レジストパターンをマスクにして酸素プ
ラズマによりレジストに覆われていない部分の炭素膜を
エッチングした。一方、もう一枚のガラスウエハーに微
小な電気泳動用流路を作製した。作製工程を以下に示
す。
トパターンに覆われているため、このレジスト付き基板
を反応性イオンエッチング装置（アネルバ製、ＤＥＭ４
５１）に入れ、レジストパターンをマスクにして酸素プ
ラズマによりレジストに覆われていない部分の炭素膜を
エッチングした。一方、もう一枚のガラスウエハーに微
小な電気泳動用流路を作製した。作製工程を以下に示
す。
【００２２】ガラスウエハー上にポリイミド（東レ製）
を２６μｍの厚さに塗布した。次に、シリコン系ポジ型
フォトレジスト（ＮＴＴ−ＡＴ製）を１μｍ厚に塗布し
た。マスクアライナーにより紫外線露光、アルカリ現像
を行って、流路パターンをレジストに転写した。この基
板を反応性イオンエッチング装置に入れ、酸素プラズマ
によりガラス基板が露出するまでレジストをマスクとし
てポリイミドをエッチングした。
を２６μｍの厚さに塗布した。次に、シリコン系ポジ型
フォトレジスト（ＮＴＴ−ＡＴ製）を１μｍ厚に塗布し
た。マスクアライナーにより紫外線露光、アルカリ現像
を行って、流路パターンをレジストに転写した。この基
板を反応性イオンエッチング装置に入れ、酸素プラズマ
によりガラス基板が露出するまでレジストをマスクとし
てポリイミドをエッチングした。
【００２３】次にガスをＣ２Ｆ６に換え、ポリイミドを
マスクにしてガラスをエッチングした。条件は圧力２Ｐ
ａ、パワー５００Ｗとし、２１μｍの深さで２０μｍ幅
の流路を形成した。また同時に電気泳動用流路と直交す
るサンプル導入用流路も形成した。流路形成後、ドリル
により流路の反対側の面から電気泳動用とサンプル導入
用の孔をあけた。電極を形成した基板と流路を形成した
基板を位置合わせをし、陽極接合法により貼り合わせた
後、孔をあけた部分を取り囲むように、円形のガラス管
（内径５ｍｍ、長さ３ｍｍ）を接着し、溶液溜として用
いた。
マスクにしてガラスをエッチングした。条件は圧力２Ｐ
ａ、パワー５００Ｗとし、２１μｍの深さで２０μｍ幅
の流路を形成した。また同時に電気泳動用流路と直交す
るサンプル導入用流路も形成した。流路形成後、ドリル
により流路の反対側の面から電気泳動用とサンプル導入
用の孔をあけた。電極を形成した基板と流路を形成した
基板を位置合わせをし、陽極接合法により貼り合わせた
後、孔をあけた部分を取り囲むように、円形のガラス管
（内径５ｍｍ、長さ３ｍｍ）を接着し、溶液溜として用
いた。
【００２４】図４に全体の見取り図を示す。図４より明
らかなように下部絶縁性基板６２には前述のように作製
された作用電極８１、参照電極８２及び対向電極８３よ
りなる電気化学セルが形成されており、前記作用電極８
１の上流及び対向電極８３の下流には導電体９が形成さ
れている。導電体９は相互に接続した構造になってい
る。
らかなように下部絶縁性基板６２には前述のように作製
された作用電極８１、参照電極８２及び対向電極８３よ
りなる電気化学セルが形成されており、前記作用電極８
１の上流及び対向電極８３の下流には導電体９が形成さ
れている。導電体９は相互に接続した構造になってい
る。
【００２５】一方上部絶縁性基板６１には、前記作用電
極８１，参照電極８２及び対向電極８３よりなる電気化
学セル及び導電体９を横断してキャピラリー流路７が形
成されており、このキャピラリー流路７の両端に形成さ
れた電解液（バッファー液）を装入するための溶液溜１
０が形成されている。このキャピラリー流路７の前記電
気化学セルの上流を横切ってサンプル導入用のキャピラ
リー流路１１が形成されており、前記サンプル導入用キ
ャピラリー流路１１の両端にはサンプル用の溶液溜１２
が形成されている。
極８１，参照電極８２及び対向電極８３よりなる電気化
学セル及び導電体９を横断してキャピラリー流路７が形
成されており、このキャピラリー流路７の両端に形成さ
れた電解液（バッファー液）を装入するための溶液溜１
０が形成されている。このキャピラリー流路７の前記電
気化学セルの上流を横切ってサンプル導入用のキャピラ
リー流路１１が形成されており、前記サンプル導入用キ
ャピラリー流路１１の両端にはサンプル用の溶液溜１２
が形成されている。
【００２６】上記実施例では、基本的に作用電極として
用いるバンド電極（幅２０μｍ）、参照電極、対向電極
からなる電気化学セルとその上流と下流の導電体からな
る。上流と下流の導電体は外部で電気的に接続されてい
る。一方、比較例として、作用電極、参照電極、対向電
極からなる電極パターンも作製した（上流と下流の導電
体が備えられていない）。
用いるバンド電極（幅２０μｍ）、参照電極、対向電極
からなる電気化学セルとその上流と下流の導電体からな
る。上流と下流の導電体は外部で電気的に接続されてい
る。一方、比較例として、作用電極、参照電極、対向電
極からなる電極パターンも作製した（上流と下流の導電
体が備えられていない）。
【００２７】参照電極上には銀をメッキした。キャピラ
リー流路は、上部絶縁性基板の長軸方向に形成された電
気泳動用のキャピラリー流路７と、それと直交するサン
プル導入用のキャピラリー流路１１からなっている。各
溶液溜１０、１２（４ケ所）には白金線（太さ１ｍｍ）
を差し込んで固定した。
リー流路は、上部絶縁性基板の長軸方向に形成された電
気泳動用のキャピラリー流路７と、それと直交するサン
プル導入用のキャピラリー流路１１からなっている。各
溶液溜１０、１２（４ケ所）には白金線（太さ１ｍｍ）
を差し込んで固定した。
【００２８】キャピラリー 流路７内を溶液溜１０に装
入されたリン酸緩衝溶液で満たし、サンプリン用の溶液
溜１２にカテコールとドーパミン各２０μＭを含む、溶
液を満たした。サンプル導入用のキャピラリー流路１１
間に５００Ｖの電圧を１０秒間印加した後、今度は泳動
用のキャピラリー 流路７に１０ｋＶの電圧を印加し
て、試料の分離検出を行った。検出は作用電極に０．７
Ｖの電位を印加して行った。
入されたリン酸緩衝溶液で満たし、サンプリン用の溶液
溜１２にカテコールとドーパミン各２０μＭを含む、溶
液を満たした。サンプル導入用のキャピラリー流路１１
間に５００Ｖの電圧を１０秒間印加した後、今度は泳動
用のキャピラリー 流路７に１０ｋＶの電圧を印加し
て、試料の分離検出を行った。検出は作用電極に０．７
Ｖの電位を印加して行った。
【００２９】図６にその結果を示す。電気化学セルの上
流と下流に電気的に接続された電極パターンを有する場
合は、図に示すようにシャープなカテコールとドーパミ
ンのピークが得られ、バックグラウンドのノイズレベル
は、ピークより遥かに小さかった。
流と下流に電気的に接続された電極パターンを有する場
合は、図に示すようにシャープなカテコールとドーパミ
ンのピークが得られ、バックグラウンドのノイズレベル
は、ピークより遥かに小さかった。
【００３０】一方、電気化学セルの上流と下流に電気的
に接続された電極パターンがない場合は、ノイズレベル
が高く極めて、測定が困難である。また、測定中にポテ
ンシオスタットの故障がしばしば起こった。しかしなが
ら、図６に示すように電気化学セルの上流と下流にレー
ザーにより微小な孔をあけ、直径１０μｍの白金線９２
を差し込んで反対側を結線した後測定を行うと、ノイズ
レベルが大幅に低下した。
に接続された電極パターンがない場合は、ノイズレベル
が高く極めて、測定が困難である。また、測定中にポテ
ンシオスタットの故障がしばしば起こった。しかしなが
ら、図６に示すように電気化学セルの上流と下流にレー
ザーにより微小な孔をあけ、直径１０μｍの白金線９２
を差し込んで反対側を結線した後測定を行うと、ノイズ
レベルが大幅に低下した。
【００３１】次に、作用電極８１、参照電極８２、対向
電極８３の幅をそれぞれ、５μｍ、５μｍ、１０μｍと
し、それぞれのギャップを２μｍとし、電気化学セルの
上流、下流に入れる導電体間の距離を５０μｍ以下に微
小化した。このように微小化した検出器を測定に用いる
ことにより更に低い検出限界が得られた。
電極８３の幅をそれぞれ、５μｍ、５μｍ、１０μｍと
し、それぞれのギャップを２μｍとし、電気化学セルの
上流、下流に入れる導電体間の距離を５０μｍ以下に微
小化した。このように微小化した検出器を測定に用いる
ことにより更に低い検出限界が得られた。
【００３２】これは、１：微小電極効果により作用電極
上での電流密度が向上し、高いＳ／Ｎ比が得られたこ
と、及び２：電気化学セルの上流と下流の電極上での高
電場による電気化学反応が、距離を短くすることにより
抑制されたことによると推測された。
上での電流密度が向上し、高いＳ／Ｎ比が得られたこ
と、及び２：電気化学セルの上流と下流の電極上での高
電場による電気化学反応が、距離を短くすることにより
抑制されたことによると推測された。
【００３３】
【実施例２】フォトリソグラフィ法を用いて、実施例１
の図５と同様な電極パターンを作製した。ただし電極パ
ターンは、電気化学セルの上流と下流に電気的に接続さ
れた導電体パターンがないものとした。
の図５と同様な電極パターンを作製した。ただし電極パ
ターンは、電気化学セルの上流と下流に電気的に接続さ
れた導電体パターンがないものとした。
【００３４】一方、微小径のキャピラリー流路は実施例
１と同様なものと、キャピラリー流路の底面の一部に金
／クロム膜を蒸着し、導電化し、導電体９を形成したも
のを作製した（図２参照）。作製方法は、実施例１と同
様にポリイミド膜をマスクとしてガラス基板に流路をエ
ッチング加工した後、ポリイミドの残った膜をはく離す
る前に、メタルマスクを重ね、流路の底のみにクロムと
金を長さ５００μｍにわたりスパッタ蒸着した。
１と同様なものと、キャピラリー流路の底面の一部に金
／クロム膜を蒸着し、導電化し、導電体９を形成したも
のを作製した（図２参照）。作製方法は、実施例１と同
様にポリイミド膜をマスクとしてガラス基板に流路をエ
ッチング加工した後、ポリイミドの残った膜をはく離す
る前に、メタルマスクを重ね、流路の底のみにクロムと
金を長さ５００μｍにわたりスパッタ蒸着した。
【００３５】その後、ポリイミド膜をはく離すると、は
みだしたクロム／金膜は容易に取り除くことができ、溝
の底のみに導電体の膜が残った。この基板を作用電極、
参照電極、対向電極を形成した電気化学セルと陽極接合
により貼り合わせた。また、流路の底が導電化されてい
ない基板も同様に電気化学セルを有する基板と貼り合わ
せた。
みだしたクロム／金膜は容易に取り除くことができ、溝
の底のみに導電体の膜が残った。この基板を作用電極、
参照電極、対向電極を形成した電気化学セルと陽極接合
により貼り合わせた。また、流路の底が導電化されてい
ない基板も同様に電気化学セルを有する基板と貼り合わ
せた。
【００３６】実施例１と同様な方法によりサンプル導入
用のキャピラリー流路からカテコールとエピネフリンを
２５μＭずつ含む溶液を導入した後、泳動用のキャピラ
リー流路に１０ｋＶの電圧を印加して、試料の分離検出
を行った。検出は作用電極に０．７Ｖの電位を印加して
行った。その結果、電気化学セルの対向面のキャピラリ
ー流路がセルの上流から下流側まで導電化されている場
合は、２５μＭの各試料に対して、ノイズレベルより遥
かに大きなピークが得られたのに対して、対向側のキャ
ピラリー流路が導電化されていない場合は、ノイズレベ
ルが１０倍以上になり安定した測定を行うことができな
かった。
用のキャピラリー流路からカテコールとエピネフリンを
２５μＭずつ含む溶液を導入した後、泳動用のキャピラ
リー流路に１０ｋＶの電圧を印加して、試料の分離検出
を行った。検出は作用電極に０．７Ｖの電位を印加して
行った。その結果、電気化学セルの対向面のキャピラリ
ー流路がセルの上流から下流側まで導電化されている場
合は、２５μＭの各試料に対して、ノイズレベルより遥
かに大きなピークが得られたのに対して、対向側のキャ
ピラリー流路が導電化されていない場合は、ノイズレベ
ルが１０倍以上になり安定した測定を行うことができな
かった。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるオン
キャピラリー電気泳動用電気化学検出器は、作用電極、
参照電極、対向電極からなる電気化学セルの上流と下流
を等電位にするために、少なくとも２つの導電体が挿入
され、両者が電気的に接続することにより、電気泳動中
でも電気化学セルの部分を等電位にでき、電場の影響を
抑制して電気化学測定を行うことができる。また、電気
化学セルの微小化により更に高感度化できることが分か
った。その結果、オンキャピラリーで液絡部を必要とし
ない高い性能のキャピラリー電気泳動用電気化学検出器
を得ることができた。
キャピラリー電気泳動用電気化学検出器は、作用電極、
参照電極、対向電極からなる電気化学セルの上流と下流
を等電位にするために、少なくとも２つの導電体が挿入
され、両者が電気的に接続することにより、電気泳動中
でも電気化学セルの部分を等電位にでき、電場の影響を
抑制して電気化学測定を行うことができる。また、電気
化学セルの微小化により更に高感度化できることが分か
った。その結果、オンキャピラリーで液絡部を必要とし
ない高い性能のキャピラリー電気泳動用電気化学検出器
を得ることができた。
【図１】本発明による一具体例の平面図および断面図。
【図２】本発明による他の具体例の平面図および断面
図。
図。
【図３】オンキャピラリー電気化学検出器の構造と検出
器内での電場の模式図。
器内での電場の模式図。
【図４】実施例１で実際に作製したデバイスの模式図。
【図５】本発明の電気化学検出器をキャピラリー電気泳
動に用いた時の応答を示す図。
動に用いた時の応答を示す図。
【図６】従来の検出器の上流と下流に金属線を入れ、そ
れらを電気的に接続して等電位にした時のセル構造。
れらを電気的に接続して等電位にした時のセル構造。
【図７】従来のキャピラリー電気泳動用電気化学検出器
のシステムを示す図。
のシステムを示す図。
【図８】前記従来例における液絡部を示す平面図。
【図９】エンドキャピラリー検出器の構造とキャピラリ
ー内での電位勾配を示す図。
ー内での電位勾配を示す図。
７ キャピラリー流路
８１ 作用電極
８２ 参照電極
８３ 対向電極
９ 導電体
１０ 溶液溜（バッファー液用）
１１ サンプル導入用キャピラリー流路
１２ 溶液溜（サンプル用）
フロントページの続き
(72)発明者 栗田 僚二
東京都新宿区西新宿二丁目１番１号 エ
ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ
株式会社内
(56)参考文献 国際公開98／09161（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/447
B01D 57/02
B03C 5/00
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (7)
- 【請求項１】 キャピラリー流路内に形成されたキャピ
ラリー電気泳動用検出器において、電気泳動を行う前記
キャピラリー流路内に一つあるいは複数の作用電極、参
照電極、対向電極からなる電気化学セルと、前記電気化
学セルの前記キャピラリー流路の上流と下流に導電体を
形成し、両者の導電体を電気的に接続し、前記上流と下
流を等電位にしていることを特徴とする キャピラリー
電気泳動用電気化学検出器。 - 【請求項２】 少なくとも一方の絶縁性基板にキャピラ
リー流路を、他方の絶縁性基板に作用電極、参照電極、
対向電極からなる電気化学セルを形成した２枚の絶縁性
基板を貼り合わせて構成され、前記キャピラリー流路の
一部に導電体が形成され、前記導電性が電気化学セルの
上流と下流を含む範囲まで形成されていることを特徴と
する請求項１記載のキャピラリー電気泳動用電気化学検
出器。 - 【請求項３】 少なくとも一方の絶縁性基板にキャピラ
リー流路を、他方の絶縁性基板に作用電極、参照電極、
対向電極からなる電気化学セルを形成した２枚の絶縁性
基板を貼り合わせて構成され、作用電極、参照電極、対
向電極からなる電気化学セル の上流と下流に導電体が
挿入され、両者が流路外で電気的に接続されていること
を特徴とする請求項１記載のキャピラリー電気泳動用電
気化学検出器。 - 【請求項４】 前記キャピラリー流路を横切ってサンプ
ル導入用キャピラリー流路が形成されており、前記キャ
ピラリー流路及びサンプル導入用キャピラリー通路は溶
液を装入するための溶液溜が接続していることを特徴と
する請求項１から３記載のいずれかの キャピラリー電
気泳動用電気化学検出器。 - 【請求項５】 一方の絶縁性基板にフォトリソグラフィ
とエッチング法により微小径のキャピラリー流路を形成
する工程、他方の絶縁性基板に作用電極、参照電極、対
向電極とそれらの電極を挟み込むように２つの導電体を
前記キャピラリー流路に挿入し、それらをキャピラリー
流路外で電気的に接続する工程、両者を貼り合わせる工
程を含むことを特徴とするキャピラリー電気泳動用電気
化学検出器の製造方法。 - 【請求項６】 一方の絶縁性基板にフォトリソグラフィ
とエッチング法により微小径のキャピラリー流路を形成
する工程、前記キャピラリー 流路の底面に導電性薄膜
を形成する工程、他方の絶縁性基板に作用電極、参照電
極、対向電極を形成する工程、両者を貼り合わせる工程
を含むことを特徴とするキャピラリー電気泳動用電気化
学検出器の製造方法。 - 【請求項７】 請求項５において、前記作用電極、参照
電極、対向電極とそれらの電極を挟み込む電気的に接続
された前記２つの導電体をフォトリソグラフィ法により
一度に形成することを特徴とするキャピラリー電気泳動
用電気化学検出器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29182299A JP3509064B2 (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29182299A JP3509064B2 (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001108655A JP2001108655A (ja) | 2001-04-20 |
| JP3509064B2 true JP3509064B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=17773873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29182299A Expired - Fee Related JP3509064B2 (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | キャピラリー電気泳動用電気化学検出器及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3509064B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003004700A (ja) * | 2001-06-22 | 2003-01-08 | Hitachi Chem Co Ltd | 電気泳動用チップ |
| KR100883775B1 (ko) | 2007-03-22 | 2009-02-18 | 명지대학교 산학협력단 | 모세관 전기영동 칩상에 집적된 전기화학적 검출기 및 이의제조방법 |
| JP2009174948A (ja) * | 2008-01-23 | 2009-08-06 | National Institute For Environmental Studies | 電気化学測定装置の製造方法 |
| WO2013168835A1 (ko) * | 2012-05-09 | 2013-11-14 | 서울대학교산학협력단 | 전기화학적 검출을 위한 전기영동칩 |
-
1999
- 1999-10-14 JP JP29182299A patent/JP3509064B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2001108655A (ja) | 2001-04-20 |
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