JP3852327B2 - 電気泳動部材用リザーバ部材及び電気泳動部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の流路に対応する位置に流路に達する穴がリザーバとして形成された電気泳動部材のリザーバ容量を増加させるための電気泳動部材用リザーバ部材及びそれを用いた電気泳動部材に関するものである。
このような電気泳動部材用リザーバ部材及び電気泳動部材は、例えば、極微量のタンパクや核酸、薬物などを高速かつ高分解能に分析する電気泳動分析に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のタンパクや核酸などを分析する場合には、従来から電気泳動装置が用いられており、その代表的なものとしてキャピラリー電気泳動装置がある。キャピラリー電気泳動装置は、内径が１００μｍ（マイクロメートル）以下のガラスキャピラリー（以下、単にキャピラリーともいう）内に泳動媒体を充填し、一端側にサンプルを導入し、両端をバッファ液に接液させ、バッファ液を介して両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キャピラリーは容積に対して表面積が大きい、すなわち冷却効率が高いことから、高電圧の印加が可能となり、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの極微量サンプルを高速かつ高分解能にて分析することができる。
【０００３】
キャピラリーはその外径が１００〜５００μｍ程度と細く破損しやすいため、ユーザーが行なうべきキャピラリー交換時の取扱いが容易でないという問題を有する。また、放熱が十分でない場合が生じ、分離状態に悪影響を及ぼすという問題もあった。さらに、バッファ液を介してキャピラリーの両端に電圧を印加するので、少なくともバッファ液との接液に必要な長さ寸法が必要であり、ある長さ以下には設計できないという問題もあった。
【０００４】
そこで、キャピラリーに代わって、分析の高速化、装置の小型化が期待できる形態として、D. J. Harrison et al./ Anal. Chem. 1993, 283, 361-366 に示されているように、２枚の基材を接合して形成された電気泳動部材（電気泳動チップという）が提案されている。その電気泳動チップの例を図４に示す。
【０００５】
電気泳動チップ３１は、一対の透明板状の無機材料（例えばガラス、石英、シリコンなど）又はプラスチックからなる基材３１ａ，３１ｂからなり、半導体製造プロセスに用いられる写真製版技術、又はマイクロマシニング技術により、一方の基材３１ｂの表面に互いに交差する泳動用キャピラリー溝３３，３５を形成し、他方の基材３１ａにはその溝３３，３５の端に対応する位置に貫通穴をアノードリザーバ３７ａ、カソードリザーバ３７ｃ、サンプルリザーバ３７ｓ、サンプルウエイストリザーバ３７ｗとして設けたものである。電気泳動チップ３１は、両基材３１ａ，３１ｂを（Ｃ）に示すように重ねて接合した状態で使用される。このような電気泳動チップは２本の溝（channel）が交差して形成されていることから、クロスチャンネル型電気泳動チップとも呼ばれる。
【０００６】
この電気泳動チップ３１を用いて電気泳動を行なう場合には、分析に先立って、例えばシリンジを使った圧送により、いずれかのリザーバ、例えばアノードリザーバ３７ａから溝３３，３５内及びリザーバ３７ａ，３７ｃ，３７ｓ，３７ｗ内に泳動媒体を充填する。次いで、リザーバ３７ａ，３７ｃ，３７ｓ，３７ｗ内に充填された泳動媒体を除去し、短い方の溝（サンプル注入用流路）３３の一方の端に対応するサンプルリザーバ３７ｓにサンプルを注入し、他のリザーバ３７ａ、３７ｃ，３７ｗにバッファ液を注入する。
【０００７】
泳動媒体、サンプル及びバッファ液を注入した電気泳動チップ３１を電気泳動装置に装着する。各リザーバ３７ａ，３７ｃ，３７ｓ，３７ｗに所定の電圧を印加し、サンプルを溝３３中に泳動させて両溝３３，３５の交差部３９に導く。各リザーバ３７ａ，３７ｃ，３７ｓ，３７ｗに印加する電圧を切り換えて、長い方の溝（分離用流路）３５の両端のリザーバ３７ａ，３７ｃ間の電圧により、交差部３９に存在するサンプルを溝３５内に注入する。
【０００８】
溝３５内にサンプルを注入した後、リザーバ３７ｓ内に収容されているサンプルをバッファ液で置換する。その後、各リザーバ３７ａ，３７ｃ，３７ｓ，３７ｗに電気泳動用の電圧を印加して、溝３５内に注入したサンプルを溝３５内で分離させる。溝３５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、電気泳動により分離されたサンプルを検出する。検出は、吸光光度法や蛍光光度法、電気化学的又は電気伝導度法などの手段により行なわれる。
【０００９】
また、電気泳動チップの流路デザインや泳動媒体の組成などの分析条件は、用途やサンプルに応じて異なる。他の流路デザインの電気泳動チップとしては、例えば、Yining Shi et al./ Anal. Chem. 1999, 71, 5354-5361に示されているように、放射状に多数の分離用流路を備えた電気泳動部材がある。
近年は電気泳動チップよりもサイズの大きいものや、複数のチャンネルを備えたもの、さらにはチャンネルの交差部をもたないストレートチャンネルを備えたものも使用されている。本発明における電気泳動部材はこれらを全て包含したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
電気泳動チップは様々な用途に使用できる可能性があるが、泳動時間が比較的長い用途、例えばＤＮＡシーケンスなど、高分離能が必要で、その分チャンネルを長く設計する必要がある用途などでは、泳動中にリザーバ内のバッファが蒸発して減少する。バッファの減少量に比べてバッファ量が少ないと、バッファ濃度が大きく変化し、ｐＨの変化やバッファ内のイオン濃度の変化を引き起こす。このため、本来設定した条件での泳動が維持できず、分析結果の安定性の低下を招くという問題があった。
【００１１】
このような不具合を解消する方法として、リザーバの周りに円筒状の樹脂を接着剤により固定し、その円筒状の樹脂の内部を追加リザーバとして用い、リザーバ容量を増加する方法がある。この方法によれば、リザーバ内に収容するバッファ量を蒸発によるバッファの減少量に比べて多くすることができるので、バッファ濃度の変化などの不具合をなくすことができる。
【００１２】
ところで、分析後の電気泳動チップは、サンプル間の汚染を防ぐためにリザーバ内の洗浄が必須である。
しかし、リザーバ容量を増加するために円筒形状の樹脂を接着した電気泳動チップでは、リザーバ内の洗浄の効率が悪くなり、サンプル間の汚染を完全になくすためにはリザーバ内の洗浄作業に長時間が必要になる。
【００１３】
サンプルリザーバ内の洗浄には特に注意を必要とするが、カソードリザーバ、サンプルリザーバ及びサンプルウエイストリザーバの３種類のリザーバが接近して形成されている電気泳動チップ、特に、複数のチャンネルを備えたマルチチャンネル電気泳動チップにおいては、複数のリザーバが接近して形成されているので、サンプル間の汚染の危険が増大する。
【００１４】
そこで本発明は、リザーバ容量を増加することができ、かつサンプル間の汚染の危険性を低減することができる電気泳動部材用リザーバ部材及び電気泳動部材を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる電気泳動部材用リザーバ部材は、板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の上記流路に対応する位置に上記流路に達する穴がリザーバとして形成された電気泳動部材の上記一表面に接着剤を介さずに密着して着脱可能に装着されるものであり、弾性力を有する樹脂材料からなり、上記電気泳動部材の上記一表面に密着される面は平坦に形成されており、上記リザーバ上に密着された状態で上記リザーバに連通するように追加リザーバとしての貫通穴が形成されているものである。
【００１６】
本発明にかかる電気泳動部材は、板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の上記流路に対応する位置に上記流路に達する穴がリザーバとして形成されたものであって、上記一表面に、前記リザーバに連通するように追加リザーバとしての貫通穴が形成されているリザーバ部材を備え、そのリザーバ部材のうちサンプルが注入されるサンプルリザーバに連通する貫通穴を含むリザーバ部材は、弾性力を有する樹脂材料からなり、上記一表面に密着される面が平坦に形成されており、接着剤を介さずに着脱可能に装着されているものである。
【００１７】
弾性力を有する樹脂材料により電気泳動部材用リザーバ部材を形成し、電気泳動部材との接触面を平坦に形成することにより、電気泳動部材用リザーバ部材を電気泳動部材に接着剤を使用せずに着脱可能に装着してリザーバ容量を増加させることができる。さらに、電気泳動部材と電気泳動部材用リザーバ部材を接着剤を使用せずに密着させているので、使用後に電気泳動部材と電気泳動部材用リザーバ部材を分離して洗浄することができ、電気泳動部材及び電気泳動部材用リザーバ部材の洗浄が容易になり、サンプル間の汚染の危険性を低減することができる。また、電気泳動部材用リザーバ部材は使い捨てにしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の電気泳動部材用リザーバ部材は、上記貫通穴を位置決めするための部材が内部に配置された金型へ上記樹脂材料が注入されて形成された成形品であることが好ましい。これにより、金型への樹脂材料の注入量を変更するだけで、電気泳動部材用リザーバ部材の厚み、ひいては追加リザーバ容量を自由に設定することができる。
【００１９】
【実施例】
図１は電気泳動チップ用リザーバ部材及び電気泳動チップの一実施例を示す図であり、電気泳動チップ用リザーバ部材と電気泳動チップを分離した状態を示す斜視図である。図２はその実施例の、電気泳動チップ用リザーバ部材を電気泳動チップに密着させた状態を示す斜視図である。
電気泳動チップ１は、透明板状の無機材料（例えばガラス、石英、シリコンなど）又はプラスチックからなる一対の基板３により構成される。
基板３を構成する一方の基板の表面には、半導体フォトリソグラフィー技術又はマイクロマシニング技術により、互いに交差するサンプル注入用流路５及び分離用流路７の組が１６組形成されている。１６組の流路５，７は、他の組の流路と交差しないように、サンプル注入用流路５と交差する側とは反対側の分離用流路７の一端側を要として扇型に配置されている。
【００２０】
基板３を構成する他方の基板、又は流路５，７が形成された一方の基板に、流路５，７の端に対応する位置にアノードリザーバ９ａ、カソードリザーバ９ｃ、サンプルリザーバ９ｓ、サンプルウエイストリザーバ９ｗとしての貫通穴が形成されている。カソードリザーバ９ｃ及びサンプルリザーバ９ｓは流路５，７の組ごとに設けられている。サンプルウエイストリザーバ９ｗは、隣り合う２組の流路５，７ごとに設けられている。アノードリザーバ９ａは扇型配置の要側の各組の分離用流路７の一端側で共通である。
【００２１】
さらに、リザーバ９ａ，９ｃ，９ｓ，９ｗが設けられている基板の表面に、アノードリザーバ９ａの位置に対応して、例えばアクリル樹脂からなり、アノードリザーバ９ａに連通するように追加アノードリザーバ１１ａとしての貫通穴が設けられたアノード側リザーバ部材１３がエポキシ樹脂系接着剤により接着されている。
【００２２】
電気泳動チップ１は、図に示すように基板３を構成する一方の基板と他方の基板を重ねて接合した状態で使用される。電気泳動チップ１での分離サンプルの検出領域１６は分離用流路７のアノードリザーバ９ａ付近である。検出領域１６には分離用流路７の配列の両側にそれぞれ予備チャンネルが設けられている。検出光学系の焦点を分離用流路７内に合わせる際にＦＩＴＣ等の蛍光色素を予備チャンネルに注入して焦点の調整を行なう。また、予備チャンネルは、分離用流路７の配列を挟む両予備チャンネル間の電気的リークを検査することにより、２枚の基板からなる基板３の接合の成否を確認するのにも用いられる。
このような電気泳動チップは、多数の分離用流路が形成されていることから、Multi-channel Micro-chipとも呼ばれる。
【００２３】
リザーバ９ａ，９ｃ，９ｓ，９ｗが設けられている基板の表面には、さらに、弾性力を有する樹脂材料、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）からなるＰＤＭＳリザーバ部材（電気泳動部材用リザーバ部材）１５が設けられている。ＰＤＭＳリザーバ部材１５には、カソードリザーバ９ｃの位置に対応して形成された追加カソードリザーバ１１ｃとしての貫通穴と、サンプルリザーバ９ｓの位置に対応して形成された追加サンプルリザーバ１１ｓとしての貫通穴と、サンプルウエイストリザーバ９ｗの位置に対応して形成された追加サンプルウエイストリザーバ１１ｗとしての貫通穴が形成されている。ＰＤＭＳリザーバ部材１５の電気泳動チップ１と密着される面は平坦に形成されている。
【００２４】
電気泳動チップ１が使用される状態では、図２に示すように、ＰＤＭＳリザーバ部材１５が、カソードリザーバ９ｃと追加カソードリザーバ１１ｃが連通し、サンプルリザーバ９ｓと追加サンプルリザーバ１１ｓが連通し、かつ、サンプルウエイストリザーバ９ｗと追加サンプルウエイストリザーバ１１ｗが連通するように位置合わせされて、電気泳動チップ１に密着される。
【００２５】
ＰＤＭＳリザーバ部材１５を電気泳動チップ１に装着する際、ＰＤＭＳリザーバ部材１５は弾力性を有し、かつ電気泳動チップ１と密着される面は平坦に形成されているので、電気泳動チップ１とＰＤＭＳリザーバ部材１５の接触面の間の空気を押し出すようにＰＤＭＳリザーバ部材１５を電気泳動チップ１に押し付けることにより、電気泳動チップ１とＰＤＭＳリザーバ部材１５を接着剤を使用せずに密着させることができる。これにより、カソードリザーバ、サンプルリザーバ及びサンプルウエイストリザーバのリザーバ容量を増加させることができる。
【００２６】
この電気泳動チップ１を用いて電気泳動を行なう場合には、分析に先立って、例えばシリンジを使った圧送により、追加アノードリザーバ１１ａからアノードリザーバ９ａを介して分離用流路７内及びサンプル注入用流路５内に泳動媒体を充填し、さらに流路５，７を介してリザーバ９ｃ，９ｓ，９ｗ内及び追加リザーバ１１ｃ，１１ｓ，１１ｗ内に泳動媒体を充填する。次いで、リザーバ９ａ，９ｃ，９ｓ，９ｗ内及び追加リザーバ１１ａ，１１ｃ，１１ｓ，１１ｗ内に充填された泳動媒体を除去し、サンプルリザーバ９ｓにサンプルを注入し、リザーバ９ａ，９ｃ，９ｗ及び追加リザーバ１１ａ，１１ｃ，１１ｗにバッファ液を注入する。
【００２７】
ＰＤＭＳリザーバ部材１５を電気泳動チップ１に装着する際、接着剤を使用せずに電気泳動チップ１とＰＤＭＳリザーバ部材１５を密着させているので、分析後、電気泳動チップ１とＰＤＭＳリザーバ部材１５を容易に分離することができる。
【００２８】
ＰＤＭＳリザーバ部材１５を剥がすことにより、電気泳動チップ１のカソードリザーバ９ｃ内、サンプルリザーバ９ｓ内及びサンプルウエイストリザーバ９ｗ内を直接洗浄することができ、洗浄を容易に行なうことができる。ここで、アノードリザーバ９ａ上にはアノード側リザーバ部材１３が接着剤により固定されているが、アノードリザーバ９ａはサンプル間の汚染の危険性は低いので、アノード側リザーバ部材１３を接着剤で接着した状態で洗浄しても問題はない。
【００２９】
電気泳動チップ１から剥がしたＰＤＭＳリザーバ部材１５は、流水や超音波などを用いて容易に洗浄することができ、サンプル間の汚染の危険性を低減することができる。また、ＰＤＭＳリザーバ部材１５を安価に形成することができるので、ＰＤＭＳリザーバ部材１５は使い捨てにしてもよい。
【００３０】
図３はＰＤＭＳリザーバ部材を形成するための金型の一例をＰＤＭＳリザーバとともに示す斜視図である。
金型１７にはＰＤＭＳリザーバ部材１５の外形を画定するための容器１９が形成されている。容器１９は、容器１９の側面部を形成する開口部が形成された部材２１と容器１９の底面部を形成する部材２３により構成されている。部材２１，２３は分離可能に設けられており、ネジ２５により密着して固定されている。
【００３１】
容器１９内には、追加カソードリザーバ１１ｃ、追加サンプルリザーバ１１ｓ及び追加サンプルウエイストリザーバ１１ｗの位置に対応してピン２７が配列されている。ピン２７は容器１９の底面部を形成する部材２３の表面に着脱可能に固定されている。
【００３２】
図３を参照してＰＤＭＳリザーバ部材の製造方法の一例を説明する。
▲１▼ＰＤＭＳシルポット１８４（ダウ・コーニング社（米国）の製品）の主液と硬化剤を重量比で１０：１の割合で混合する。
▲２▼ＰＤＭＳ混合液をベルジャー（真空の空間を作るための容器）内に配置し、例えば真空ポンプ又はダイヤフラムポンプを用いてベルジャー内を減圧し、混合液を３０分間脱気する。
【００３３】
▲３▼金型１７を組み立て、容器１９内の表面及びピン２５の表面に離型剤を塗布する。離型剤としては例えば一般用シリコーン離型剤を用い、５秒程度噴霧すればよい。また、離型剤として家庭用中性洗剤の２〜５％水溶液を代用することもできる。
【００３４】
▲４▼脱気後のＰＤＭＳ混合液を気泡が形成されないようにゆっくり金型１７の容器１９内に注入する。ここで、ＰＤＭＳ混合液の注入量を調節することにより、ＰＤＭＳリザーバ部材１５の厚み、すなわち追加カソードリザーバ１１ｃ、追加サンプルリザーバ１１ｓ及び追加サンプルウエイストリザーバ１１ｗのリザーバ容量を制御することができる。
【００３５】
▲５▼例えば６５℃に保たれた恒温槽に金型１７を４時間静置する。ここで、硬化時間を長くすれば、ＰＤＭＳリザーバ部材１５が硬くなりすぎて電気泳動チップ１への密着性が失われるので注意する。
▲６▼所定の時間経過後、金型１７を恒温槽から出して自然冷却する。その後、金型１７をばらしてＰＤＭＳリザーバ部材１５を取り出す。
【００３６】
ＰＤＭＳリザーバ部材１５を電気泳動チップ１に装着する際には、電気泳動チップ１の表面を洗浄した後、カソードリザーバ９ｃと追加カソードリザーバ１１ｃが連通し、サンプルリザーバ９ｓと追加サンプルリザーバ１１ｓが連通し、かつ、サンプルウエイストリザーバ９ｗと追加サンプルウエイストリザーバ１１ｗが連通するように位置合わせして、ＰＤＭＳリザーバ部材１５を電気泳動チップ１に密着させる。これにより、カソードリザーバ、サンプルリザーバ及びサンプルウエイストリザーバのリザーバ容量を増加させることができる。
【００３７】
この実施例では、ＰＤＭＳリザーバ部材の樹脂材料としてＰＤＭＳを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、電気泳動チップの表面に押し付けることにより密着させることができ、かつ着脱可能な樹脂材料であればどのような材料を用いてもよい。
【００３８】
また、本発明の電気泳動部材用リザーバ部材及び電気泳動部材は図１に示したＰＤＭＳリザーバ部材１５及び電気泳動チップ１に限定されるものではなく、板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の流路に対応する位置に流路に達する穴がリザーバとして形成されたものであって電気泳動部材用リザーバ部材を密着させる表面積があれば適用することができる。
また、電気泳動部材用リザーバ部材は成形品に限定されるものではなく、他の方法により形成するようにしてもよい。
【００３９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の電気泳動部材用リザーバ部材では、弾性力を有する樹脂材料からなり、上記電気泳動部材の上記一表面に密着される面は平坦に形成されており、上記リザーバ上に密着された状態で上記リザーバに連通するように追加リザーバとしての貫通穴が形成されているようにし、本発明の電気泳動部材は上記電気泳動部材用リザーバ部材を着脱可能に備えているようにしたので、電気泳動部材用リザーバ部材を電気泳動部材に接着剤を使用せずに着脱可能に装着してリザーバ容量を増加させることができる。さらに、使用後に電気泳動部材と電気泳動部材用リザーバ部材を分離して洗浄することができ、電気泳動部材及び電気泳動部材用リザーバ部材の洗浄が容易になり、サンプル間の汚染の危険性を低減することができる。また、電気泳動部材用リザーバ部材は使い捨てとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気泳動チップ用リザーバ部材及び電気泳動チップの一実施例を示す図であり、電気泳動チップ用リザーバ部材と電気泳動チップを分離した状態を示す斜視図である。
【図２】同実施例の、電気泳動チップ用リザーバ部材を電気泳動チップに密着させた状態を示す斜視図である。
【図３】ＰＤＭＳリザーバ部材を形成するための金型の一例をＰＤＭＳリザーバとともに示す斜視図である。
【図４】電気泳動チップの一例を示す図であり、（Ａ）は一方の基材の上面図、（Ｂ）は他方の基材の上面図、（Ｃ）は両基材を重ね合わせた状態での側面図である。
【符号の説明】
１ 電気泳動チップ
３ 一対の基板
５ サンプル注入用流路
７ 分離用流路
９ａ アノードリザーバ
９ｃ カソードリザーバ
９ｓ サンプルリザーバ
９ｗ サンプルウエイストリザーバ
１１ａ 追加アノードリザーバ
１１ｃ 追加カソードリザーバ
１１ｓ 追加サンプルリザーバ
１１ｗ 追加サンプルウエイストリザーバ
１３ アノード側リザーバ部材
１５ ＰＤＭＳリザーバ部材

Claims (3)

1. 板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の前記流路に対応する位置に前記流路に達する穴がリザーバとして形成された電気泳動部材の前記一表面に接着剤を介さずに密着して着脱可能に装着されるものであり、弾性力を有する樹脂材料からなり、前記電気泳動部材の前記一表面に密着される面は平坦に形成されており、前記リザーバ上に密着された状態で前記リザーバに連通するように追加リザーバとしての貫通穴が形成されている電気泳動部材用リザーバ部材。
2. 前記貫通穴を位置決めするための部材が内部に配置された金型へ前記樹脂材料が注入されて形成された成形品である請求項１に記載の電気泳動部材用リザーバ部材。
3. 板状部材の内部に流路が形成され、その板状部材の一表面の前記流路に対応する位置に前記流路に達する穴がリザーバとして形成された電気泳動部材において、
   前記一表面に、前記リザーバに連通するように追加リザーバとしての貫通穴が形成されているリザーバ部材を備え、そのリザーバ部材のうちサンプルが注入されるサンプルリザーバに連通する貫通穴を含むリザーバ部材は、弾性力を有する樹脂材料からなり、前記一表面に密着される面が平坦に形成されており、接着剤を介さずに着脱可能に装着されていることを特徴とする電気泳動部材。

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