JP3855457B2 - 電気泳動用部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量のサンプルを高速かつ高分離で分析する電気泳動装置に用いる部材に関し、さらに詳しくは２枚の透明板状部材を貼り合わせて内側に泳動用流路を形成させた電気泳動用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のタンパク質や核酸などを分析する場合には、従来から電気泳動法が用いられており、その装置化技術の例としてキャピラリ電気泳動装置がある。キャピラリ電気泳動装置は、内径が１００μｍ以下のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一端側に試料を導入した後、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。キャピラリー内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などの極微量試料を高速、かつ高分解能にて分析することができる。
【０００３】
近年、取扱いが煩雑なガラス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./ Science 261 (1993) 895-897 や Anal. Chim. Acta 283 (1993) 361-366に示されているように、２枚の基板を接合して形成されたキャピラリー電気泳動に用いるチップ(マイクロチップという)が提案されている。そのマイクロチップの例を図１に示す。一対の透明基板(一般にはガラス、石英、樹脂など)５１，５２からなり、一方の基板５２の表面に互いに交差する試料流路５４、分析流路５５を形成し、他方の基板５１には試料流路５４及び分析流路５５の端に対応する位置にリザーバ５３を貫通穴として設けたものである。
【０００４】
このマイクロチップを使用するときは、両基板５１，５２を(Ｃ)に示すように重ね、いずれかのリザーバ５３から泳動液を試料流路５４、分析流路５５中に注入する。その後、試料流路５４の一方の端のリザーバ５３に試料を注入し、各リザーバ５３にそれぞれ電極を差し込んで所定時間だけそれぞれに所定の高電圧を印加する。これにより試料は試料流路５４と分析流路５５の交差部５６に移動される。
次に、各リザーバ５３に所定の泳動のための電圧を印加する。これにより、交差部５６に存在する試料が分析流路５５内を電気泳動する。分析流路５５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、分離成分の検出を行なう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
試料を交差部５６に導びいたとき、交差部５６での試料(サンプルプラグともいう)の形状は電位の勾配に依存し、その形状は楔形又は台形になる。試料を分離するために泳動電圧を印加すると、楔形又は台形のまま試料は分析流路５５に導かれる。そのため、分析流路５５の幅方向での位置によってサンプルプラグの長さが異なる。これは、分離能を劣化させると考えられ、望ましいことではない。
【０００６】
そこで本発明は、分析流路におけるサンプルプラグの形状を均一な厚みをもつ薄い層にしてマイクロチップ電気泳動の分離能を向上させることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気泳動用部材は、一対の透明板状部材を備え、少なくとも一方の板状部材の表面に液が流れる溝が形成され、いずれかの板状部材にはその溝に対応する位置に貫通穴が設けられ、これら板状部材が溝を内側にして貼り合わされてその溝により流路を形成してなるものであって、その溝は、試料を分離する分析流路と、分析流路と交差し、試料を交差部に導く試料流路と、試料流路の試料注入側の端部と交差部との間で交差する第３の流路と、を備えたものである。
【０００８】
分析流路、試料流路及び第３の流路に泳動バッファが充填され、試料流路の一端に試料が注入される。分析流路、試料流路及び第３の流路の各端部に試料導入用の所定の電圧が印加されると、各流路の端から試料流路の試料を注入した一端とは他端側に向かって電気浸透流により流れが生じる。これにより、試料流路と第３の流路の交差部から、試料流路と分析流路の交差部を介して、試料流路の試料を注入した一端とは他端側に向かってシースフローが形成される。試料はシースフローの中央部に沿って試料流路と分析流路の交差部に導かれるので、その交差部における試料の形状は均一な層状となる。その後、各流路の各端部に泳動用の所定の電圧が印加されると、試料は均一な厚みをもつ層となって分析流路に導かれる。
【０００９】
【実施例】
図２は一実施例を表し、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は平面図、(Ｃ)，(Ｄ)は(Ｂ)の流路の交差部における試料導入時の試料の流れを表す拡大模式図、(Ｅ)は(Ｄ)における電気泳動時の試料の泳動を表す模式図である。
マイクロチップ２は石英を材料としたベースプレート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表面には分析流路８、試料流路１０として互いに交差する溝が形成され、交差部１２を形成している。試料流路の試料注入側の端と交差部１２の間に交差する第３の流路がシース形成用流路１４として形成され、交差部１６を形成している。
【００１０】
カバープレート６には分析流路８、試料流路１０及びシース形成用流路１４の端に対応する位置にリザーバ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆが貫通穴として設けられている。
分析流路８の長さは２８ｍｍであり、リザーバ１８ｅ側の端から７ｍｍの位置で試料流路１０と交差して交差部１２を形成している。試料流路１０の長さは１４ｍｍであり、リザーバ１８ａ側の端から３．５ｍｍの位置でシース形成用流路１４と交差して交差部１６を形成し、７ｍｍの位置で分析流路８と交差している。交差部１２，１６間の長さは３．５ｍｍである。分析流路８、試料流路１０及びシース形成用流路１４は幅が５０μｍで深さが２０μｍである。
【００１１】
図３は本実施例を適用したマイクロチップ電気泳動装置の一実施例を表す概略斜視図である。
図２のマイクロチップ２の分析流路８の一定範囲を光照射するために、分析流路８に沿って線状に延びた光源２０からの光がシリンドリカルレンズ２２で平行光にされてバンドパスフィルター２４に入射し、バンドパスフィルター２４を透過して所定の波長にされた光がシリンドリカルレンズ２６によりマイクロチップ２の分離流路に集光されて入射する。マイクロチップ２の反対側には分離流路を透過した光を集光するためにシリンドリカルレンズ２８が設けられ、シリンドリカルレンズ２８で集光された光が光検出器のフォトセルアレイ３０に入射して検出される。シリンドリカルレンズ２２，２６，２８、バンドパスフィルター２４及びフォトセルアレイ３０は分析流路８の試料の泳動する部分よりは短かいが、分析流路８の試料の泳動する部分とほぼ同じ長さを有している。フォトセルアレイ３０は、検出素子として分析流路の長さ方向の一直線上に配列された、複数のフォトダイオードを備えている。
【００１２】
図２及び図３を用いてこの実施例の動作を説明する。
リザーバ１８ａに例えば濃度が５μＭのカルセインを試料として注入し、リザーバ１８ｂ〜１８ｆから例えば濃度が４５ｍＭのトリス−ホウ酸バッファ(ｐＨ８．２)を泳動バッファとして注入して流路を泳動バッファを満たす。このとき、各リザーバ１８ａ〜１８ｆの液面の高さを揃えておく。
【００１３】
各リザーバ１８ａ〜１８ｆには電極パターンが形成されているか、そうでない場合は電極(図示略)を挿入する。交差部１２に試料を導くために、リザーバ１８ａ〜１８ｃ，１８ｆに１．２ｋＶ、リザーバ１８ｅに１．０ｋＶの電圧を印加し、リザーバ１８ｄを接地する。このとき、交差部１２の電位は約０．７８Ｖとなる。リザーバ１８ａ〜１８ｃ，１８ｅ，１８ｆからリザーバ１８ｄに向けて電気浸透流が起こり、試料流路１０において、図２(Ｃ)，(Ｄ)に示すようなシースフローが形成される。試料は図(Ｃ)，(Ｄ)中の斜線部を泳動して交差部１２に導かれる。交差部１２における試料の形状は斜線部(シースフローの中央部)に沿った薄い層状となる。
【００１４】
次いで、交差部１２に導いた試料を分析流路８に導くために、リザーバ１８ｅに１．０ｋＶの電圧を印加し、リザーバ１８ｆを接地する。過剰量の試料が試料流路１０から流れ込むのを防止するために、リザーバ１８ａ〜１８ｃ，１８ｄに０．５ｋＶの電圧を印加する。このようにして、図２(Ｅ)に示すように、薄いサンプルプラグを分析流路に導入することができる。
【００１５】
図３の実施例で、光源２０からの光は、シリンドリカルレンズ２２により平行光となり、バンドパスフィルター２４を通って特定波長のみの光となり、シリンドリカルレンズ２６によってマイクロチップ２上の分析流路８へ集光される。分析流路８を通過した光はシリンドリカルレンズ２８により再び平行光になり、フォトセルアレイ３０へ照射される。
分離した試料を検出するために、フォトセルアレイ３０のフォトダイオードの接合容量の飽和電荷量を超えない範囲で繰り返しスキャンされ、得られたデータは積算平均化処理され、吸収した試料成分のバンドがピークとしてイメージング出力される。スキャン中は試料の泳動を一時的に停止させることにより、スキャン回数の平方根に比例してＳ／Ｎ比が向上できる。
分析流路８に導入されたサンプルプラグは、分離流路８の幅方向に厚みが均一な薄い層なので、試料の分離状態を向上させることができる。
【００１６】
この実施例では、マイクロチップ電気泳動装置として分析流路の広範囲に渡って光検出を行なう方式のものを用いているが、分析流路の特定の位置で光検出を行なうものでもよく、本発明によるマイクロチップは各リザーバに所望の電圧を印加できる装置であれば、どのようなマイクロチップ電気泳動装置にも適用することができる。
また、この実施例では電圧の印加で送液してシースフローを形成したが、圧力を利用して形成してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明による電気泳動用部材は、試料を分離する分析流路と、分析流路と交差し、試料を交差部に導く試料流路と、試料流路の試料注入側の端部と交差部との間で交差し、分析流路との交差部にシースフローを形成するためのシース形成用流路と、を備え、試料導入時には、試料流路と分析流路の交差部にシースフローを形成して試料を均一な厚みをもつ薄い層として分析流路に導入するようにしたので、電気泳動の分離能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロチップを示す図であり、(Ａ)と(Ｂ)はマイクロチップを構成する透明板状部材を示す平面図、(Ｃ)はマイクロチップの正面図である。
【図２】一実施例を表し、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は平面図、(Ｃ)，(Ｄ)は(Ｂ)の流路の交差部における試料導入時の試料の流れを表す拡大模式図、(Ｅ)は(Ｄ)における電気泳動時の試料の泳動を表す模式図である。
【図３】同実施例を適用したマイクロチップ電気泳動装置の一実施例を表す概略斜視図である。
【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 分析流路
１０ 試料流路
１２，１６ 交差部
１４ シース形成用流路
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ リザーバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量のサンプルを高速かつ高分離で分析する電気泳動装置に用いる部材に関し、さらに詳しくは２枚の透明板状部材を貼り合わせて内側に泳動用流路を形成させた電気泳動用部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のタンパク質や核酸などを分析する場合には、従来から電気泳動法が用いられており、その装置化技術の例としてキャピラリ電気泳動装置がある。キャピラリ電気泳動装置は、内径が１００μｍ以下のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一端側に試料を導入した後、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。キャピラリー内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などの極微量試料を高速、かつ高分解能にて分析することができる。
【０００３】
近年、取扱いが煩雑なガラス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./ Science 261 (1993) 895-897 や Anal. Chim. Acta 283 (1993) 361-366に示されているように、２枚の基板を接合して形成されたキャピラリー電気泳動に用いるチップ(マイクロチップという)が提案されている。そのマイクロチップの例を図１に示す。一対の透明基板(一般にはガラス、石英、樹脂など)５１，５２からなり、一方の基板５２の表面に互いに交差する試料流路５４、分析流路５５を形成し、他方の基板５１には試料流路５４及び分析流路５５の端に対応する位置にリザーバ５３を貫通穴として設けたものである。
【０００４】
このマイクロチップを使用するときは、両基板５１，５２を(Ｃ)に示すように重ね、いずれかのリザーバ５３から泳動液を試料流路５４、分析流路５５中に注入する。その後、試料流路５４の一方の端のリザーバ５３に試料を注入し、各リザーバ５３にそれぞれ電極を差し込んで所定時間だけそれぞれに所定の高電圧を印加する。これにより試料は試料流路５４と分析流路５５の交差部５６に移動される。
次に、各リザーバ５３に所定の泳動のための電圧を印加する。これにより、交差部５６に存在する試料が分析流路５５内を電気泳動する。分析流路５５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、分離成分の検出を行なう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
試料を交差部５６に導びいたとき、交差部５６での試料(サンプルプラグともいう)の形状は電位の勾配に依存し、その形状は楔形又は台形になる。試料を分離するために泳動電圧を印加すると、楔形又は台形のまま試料は分析流路５５に導かれる。そのため、分析流路５５の幅方向での位置によってサンプルプラグの長さが異なる。これは、分離能を劣化させると考えられ、望ましいことではない。
【０００６】
そこで本発明は、分析流路におけるサンプルプラグの形状を均一な厚みをもつ薄い層にしてマイクロチップ電気泳動の分離能を向上させることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気泳動用部材は、一対の透明板状部材を備え、少なくとも一方の板状部材の表面に液が流れる溝が形成され、いずれかの板状部材にはその溝に対応する位置に貫通穴が設けられ、これら板状部材が溝を内側にして貼り合わされてその溝により流路を形成してなるものであって、その溝は、試料を分離する分析流路と、分析流路と交差し、試料を交差部に導く試料流路と、試料流路の試料注入側の端部と交差部との間で交差する第３の流路と、を備えたものである。
【０００８】
分析流路、試料流路及び第３の流路に泳動バッファが充填され、試料流路の一端に試料が注入される。分析流路、試料流路及び第３の流路の各端部に試料導入用の所定の電圧が印加されると、各流路の端から試料流路の試料を注入した一端とは他端側に向かって電気浸透流により流れが生じる。これにより、試料流路と第３の流路の交差部から、試料流路と分析流路の交差部を介して、試料流路の試料を注入した一端とは他端側に向かってシースフローが形成される。試料はシースフローの中央部に沿って試料流路と分析流路の交差部に導かれるので、その交差部における試料の形状は均一な層状となる。その後、各流路の各端部に泳動用の所定の電圧が印加されると、試料は均一な厚みをもつ層となって分析流路に導かれる。
【０００９】
【実施例】
図２は一実施例を表し、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は平面図、(Ｃ)，(Ｄ)は(Ｂ)の流路の交差部における試料導入時の試料の流れを表す拡大模式図、(Ｅ)は(Ｄ)における電気泳動時の試料の泳動を表す模式図である。
マイクロチップ２は石英を材料としたベースプレート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表面には分析流路８、試料流路１０として互いに交差する溝が形成され、交差部１２を形成している。試料流路の試料注入側の端と交差部１２の間に交差する第３の流路がシース形成用流路１４として形成され、交差部１６を形成している。
【００１０】
カバープレート６には分析流路８、試料流路１０及びシース形成用流路１４の端に対応する位置にリザーバ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆが貫通穴として設けられている。
分析流路８の長さは２８ｍｍであり、リザーバ１８ｅ側の端から７ｍｍの位置で試料流路１０と交差して交差部１２を形成している。試料流路１０の長さは１４ｍｍであり、リザーバ１８ａ側の端から３．５ｍｍの位置でシース形成用流路１４と交差して交差部１６を形成し、７ｍｍの位置で分析流路８と交差している。交差部１２，１６間の長さは３．５ｍｍである。分析流路８、試料流路１０及びシース形成用流路１４は幅が５０μｍで深さが２０μｍである。
【００１１】
図３は本実施例を適用したマイクロチップ電気泳動装置の一実施例を表す概略斜視図である。
図２のマイクロチップ２の分析流路８の一定範囲を光照射するために、分析流路８に沿って線状に延びた光源２０からの光がシリンドリカルレンズ２２で平行光にされてバンドパスフィルター２４に入射し、バンドパスフィルター２４を透過して所定の波長にされた光がシリンドリカルレンズ２６によりマイクロチップ２の分離流路に集光されて入射する。マイクロチップ２の反対側には分離流路を透過した光を集光するためにシリンドリカルレンズ２８が設けられ、シリンドリカルレンズ２８で集光された光が光検出器のフォトセルアレイ３０に入射して検出される。シリンドリカルレンズ２２，２６，２８、バンドパスフィルター２４及びフォトセルアレイ３０は分析流路８の試料の泳動する部分よりは短かいが、分析流路８の試料の泳動する部分とほぼ同じ長さを有している。フォトセルアレイ３０は、検出素子として分析流路の長さ方向の一直線上に配列された、複数のフォトダイオードを備えている。
【００１２】
図２及び図３を用いてこの実施例の動作を説明する。
リザーバ１８ａに例えば濃度が５μＭのカルセインを試料として注入し、リザーバ１８ｂ〜１８ｆから例えば濃度が４５ｍＭのトリス−ホウ酸バッファ(ｐＨ８．２)を泳動バッファとして注入して流路を泳動バッファを満たす。このとき、各リザーバ１８ａ〜１８ｆの液面の高さを揃えておく。
【００１３】
各リザーバ１８ａ〜１８ｆには電極パターンが形成されているか、そうでない場合は電極(図示略)を挿入する。交差部１２に試料を導くために、リザーバ１８ａ〜１８ｃ，１８ｆに１．２ｋＶ、リザーバ１８ｅに１．０ｋＶの電圧を印加し、リザーバ１８ｄを接地する。このとき、交差部１２の電位は約０．７８Ｖとなる。リザーバ１８ａ〜１８ｃ，１８ｅ，１８ｆからリザーバ１８ｄに向けて電気浸透流が起こり、試料流路１０において、図２(Ｃ)，(Ｄ)に示すようなシースフローが形成される。試料は図(Ｃ)，(Ｄ)中の斜線部を泳動して交差部１２に導かれる。交差部１２における試料の形状は斜線部(シースフローの中央部)に沿った薄い層状となる。
【００１４】
次いで、交差部１２に導いた試料を分析流路８に導くために、リザーバ１８ｅに１．０ｋＶの電圧を印加し、リザーバ１８ｆを接地する。過剰量の試料が試料流路１０から流れ込むのを防止するために、リザーバ１８ａ〜１８ｃ，１８ｄに０．５ｋＶの電圧を印加する。このようにして、図２(Ｅ)に示すように、薄いサンプルプラグを分析流路に導入することができる。
【００１５】
図３の実施例で、光源２０からの光は、シリンドリカルレンズ２２により平行光となり、バンドパスフィルター２４を通って特定波長のみの光となり、シリンドリカルレンズ２６によってマイクロチップ２上の分析流路８へ集光される。分析流路８を通過した光はシリンドリカルレンズ２８により再び平行光になり、フォトセルアレイ３０へ照射される。
分離した試料を検出するために、フォトセルアレイ３０のフォトダイオードの接合容量の飽和電荷量を超えない範囲で繰り返しスキャンされ、得られたデータは積算平均化処理され、吸収した試料成分のバンドがピークとしてイメージング出力される。スキャン中は試料の泳動を一時的に停止させることにより、スキャン回数の平方根に比例してＳ／Ｎ比が向上できる。
分析流路８に導入されたサンプルプラグは、分離流路８の幅方向に厚みが均一な薄い層なので、試料の分離状態を向上させることができる。
【００１６】
この実施例では、マイクロチップ電気泳動装置として分析流路の広範囲に渡って光検出を行なう方式のものを用いているが、分析流路の特定の位置で光検出を行なうものでもよく、本発明によるマイクロチップは各リザーバに所望の電圧を印加できる装置であれば、どのようなマイクロチップ電気泳動装置にも適用することができる。
また、この実施例では電圧の印加で送液してシースフローを形成したが、圧力を利用して形成してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明による電気泳動用部材は、試料を分離する分析流路と、分析流路と交差し、試料を交差部に導く試料流路と、試料流路の試料注入側の端部と交差部との間で交差し、分析流路との交差部にシースフローを形成するためのシース形成用流路と、を備え、試料導入時には、試料流路と分析流路の交差部にシースフローを形成して試料を均一な厚みをもつ薄い層として分析流路に導入するようにしたので、電気泳動の分離能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロチップを示す図であり、(Ａ)と(Ｂ)はマイクロチップを構成する透明板状部材を示す平面図、(Ｃ)はマイクロチップの正面図である。
【図２】一実施例を表し、(Ａ)は正面図、(Ｂ)は平面図、(Ｃ)，(Ｄ)は(Ｂ)の流路の交差部における試料導入時の試料の流れを表す拡大模式図、(Ｅ)は(Ｄ)における電気泳動時の試料の泳動を表す模式図である。
【図３】同実施例を適用したマイクロチップ電気泳動装置の一実施例を表す概略斜視図である。
【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 分析流路
１０ 試料流路
１２，１６ 交差部
１４ シース形成用流路
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ リザーバ
Claims (1)
- 一対の透明板状部材を備え、少なくとも一方の板状部材の表面に液が流れる溝が形成され、いずれかの板状部材にはその溝に対応する位置に貫通穴が設けられ、これら板状部材が前記溝を内側にして貼り合わされてその溝により流路を形成してなる電気泳動用部材において、
前記溝は、
試料を分離する分析流路と、
前記分析流路と交差し、試料を交差部に導く試料流路と、
前記試料流路の試料注入側の端部と前記交差部との間で、前記試料流路と交差する第３の流路と、を備え、
前記第３の流路は泳動バッファが充填され、試料導入時に該流路の両端から前記試料流路の試料注入側の端部とは反対側の端部に向かって電気浸透流を生じさせることにより試料を中央部に挟むシースフロー形成用の流路であることを特徴とする電気泳動用材。
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| JP14072098A JP3855457B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 電気泳動用部材 |
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1998
- 1998-05-22 JP JP14072098A patent/JP3855457B2/ja not_active Expired - Fee Related
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