JP3882220B2

JP3882220B2 - キャピラリー電気泳動チップ

Info

Publication number: JP3882220B2
Application number: JP11501896A
Authority: JP
Inventors: 庸助岩田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2016-05-09
Also published as: JPH09304338A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量のタンパクや核酸などを、高速かつ高分解能に分析する場合に利用される電気泳動チップに関し、さらに詳しくは、基板に形成した溝をキャピラリーとして用いるキャピラリー電気泳動チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より極微量のタンパクや核酸などを分析する場合には、電気泳動装置が用いられており、その代表的な装置としてキャピラリ−電気泳動装置がある。この泳動装置は、内径５０μｍ程度もしくはそれ以下のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一方の端に試料を導入した後、キャピラリー両端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、ガラスキャピラリー内が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より、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】
また、前記したガラスキャピラリーを用いたものは、試料導入量の再現性が低い、高速とはいえ一分析に数分から数十分の時間を要する、使用するキャピラリー外径が１００〜数１００μｍ程度と細く破損し易いため、ユーザが行うべきキャピラリー交換時の取扱いが容易でない等の課題を有する。
【０００４】
そのため、D.J. Harrison et al. / Anal. Chim. Acta 283 (1993) 361-366に記されているように、２枚の基板を接合して形成された、キャピラリ電気泳動チップが提案されている。この電気泳動チップ１１の例を図４に示す。これは一対の透明基板（ガラス板）５１、５２からなり、一方の透明基板５２の表面にエッチングにより泳動用のキャピラリ溝５４、５５を形成し、他方の透明基板５１にその溝５４、５５の端に対応する位置にリザーバ５３を設けたものである。
【０００５】
この装置の使用は、両透明基板５１、５２を図４（ｃ）に示すように重ね、いずれかのリザーバ５３から泳動液を溝５４、５５の中に注入する。そして短い方の溝５４の両端のリザーバ５３に電極を差し込んで所定時間だけ高電圧を印加する。これにより、試料は溝５４の中に分散される。次に長い方の溝５５の両端のリザーバに電極を差し込み、泳動電圧を印加する。これにより、両溝５４、５５の交差部分５６に存在する試料が溝５５内を電気泳動する。従って、溝５５の適当な位置に紫外可視分光光度計、蛍光光度計、電気化学検出器等の検出器を配置しておき、分離成分の検出を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来チップでは、検出手段として紫外可視分光光度計を用いる場合には泳動溝の内径が数十μｍであるため、十分な光路長を得ることができなかった。この課題を解決するため、溝の内面に反射面を設け、多数回反射させることにより光路長を長くすることも考えられるが、反射による光の減衰が高く、高い感度が得にくい。
【０００７】
そこで、本発明は、感度を落とさず、大きなＳ／Ｎ比を得ることができる新規なキャピラリ電気泳動チップを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、一対の板状部材を備え、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、他方の板状部材には該溝に略対応する位置に貫通孔が設けられ、これら板状部材が溝を内側にして張り合わされて成るキャピラリー電気泳動チップにおいて、前記溝終端近傍の内径を終端近傍以外の溝内径より大きくするとともに、拡大溝の両端に、平面若しくは放物面の反射面を有する光入出射溝を設けたことを特徴とする。
【０００９】
板状部材とは例えば各種ガラス、石英もしくはＳｉ基板が用いられ、それらの厚みは例えば０．２〜１ｍｍ程度が好ましい。この板状部材に、例えばフォトファブリケーション技術により溝が形成される。フォトファブリケーション技術とは、フォトマスクのパターンを転写して複製を作製する技術をいい、一般にはフォトレジストまたはレジストと呼ばれる感光性材料をメタルマスクを介し基板表面に塗布し、光でパターンを転写する。そして、転写した平面的なパターンからエッチングなどによりある程度の立体的な形に加工するものである。
【００１０】
使用するフォトレジスト（またはレジスト）は、例えば東京応化社製ＯＦＰＲ５０００、シプレイ・ファーイースト社製マイクロポジットＳ１４００、ＯＭＲ８３−１００ｃｐを用いることができるが、これらに限定されず、後のエッチング工程に耐え得るものであれば特に限定されない。また、その厚さは後のエッチング工程に耐える厚みが必要であり、１〜２μｍの厚みが一般的である。
【００１１】
マスクパターンの転写は、一般の集積回路の場合のようにレジストを塗布した基板にフォトマスクを密着する密着露光やステッパ（縮小投影露光装置）などを用いる投影露光が行われる。また、ホログラフィック露光であっても良い。なお、露光の際に使用する光源としては、例えば、超高圧水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）を用いることができ、露光条件はレジスト材とレジストの厚みに依存する。マスクパターンが転写されてメタルが露出すると、メタルマスクのパターニングを行い、基板表面を出す。メタルマスクのパターニングは、例えばメタルとして金を用いた場合は、王水により行う。
【００１２】
エッチングの方法は、各種ガラスや石英をエッチングする場合は、ウエットエッチングが挙げられる。そのエッチャントは、各種ガラスや石英がエッチングされる溶液であれば特に限定されるものではないが、例えば、弗酸系の溶液が使用されるのが一般的である。また、Ｓｉ基板にエッチングする方法としては、ウエットエッチング（異方性エッチング）が挙げられる。異方性エッチングに用いるエッチャントは、ＫＯＨ水溶液、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）、ヒドラジンなどこの分野で使用されているエッチャントであれば、特に限定されるものではない。
【００１３】
溝（泳動用溝）の内径は、１０〜７５μｍで、好ましくは３０μｍである。拡大部の溝内径は、これより大きく５０〜５００μｍで、好ましくは３００μｍである。拡大溝の両端には、泳動方向に平行な方向に光入出射溝が設けられる。光入出反射溝は前記の溝形成法と同様の溝形成法により形成される。光入反射溝の内径は、１０〜７５μｍで、好ましくは３０μｍである。光入出射溝の内面には、スパッタリングによりアルミニウムなどが蒸着されて、光が反射されるようになっている。光入射溝に光源からの光を入射させ、光は泳動用溝を通過後、光出射溝により反射して検出器に至る。光源としては、紫外・可視域の光源、例えばＨｅ−Ｃｄ半導体レーザー、重水素ランプ、タングステンランプを用い、検出器としては、例えば光電子増倍管、シリコンホトダイオードを用いるが、これらに限定されない。
【００１４】
一方の板状部材には、例えば、テーパ状の貫通孔を形成する。ここで、ガラスや石英基板に貫通孔を形成する方法は、特に限定されるものではないが、超音波加工を用いるのが一般的である。貫通孔の大きさは、特に限定されるものでないが、例えば開口直径は０. １〜数ｍｍ程度が望ましい。
【００１５】
板状部材の張り合わせは、溝を内側にして重ね合わせて行う。２枚の板状部材の張り合わせ（接合）手段は特に限定されるものではないが、本発明の場合は微量分析装置ゆえ、接着剤は使用せず板状部材同士を直接接合するのが望ましい。ガラス同士の接合には、真空中もしくは窒素置換雰囲気中で６００〜９００℃程度に加熱することで、２枚のガラスを融着する手段が望ましい。また石英の接合には、例えば、少なくとも一方の基板接合面にガラスをスパッタ成膜した後に、上記と同様に加熱する手段が望ましい。さらにガラスとシリコンを接合する場合は、例えば、４００℃程度に加熱してガラス側に−１ｋＶ程度の負電圧を印加して接合する陽極接合法を用いても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のキャピラリー電気泳動チップの概略を図面に基づいて説明する。
図１はキャピラリー電気泳動チップの溝を形成した方の板状部材を示しており、図１中１は例えばガラス基板からなる板状部材で、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのものを用いることができる。板状部材１にはフォトファブリケーション技術により溝が形成される。溝はサンプル用溝２、泳動用溝３からなり、サンプル用溝２と泳動用溝３は一部で交差している。これら溝は、例えば深さ１０μｍ、幅３０μｍである。
【００１７】
また、泳動用溝３の終端近くは溝内径が拡大され、拡大溝が形成される。この拡大溝は最大幅が１００μｍ、深さが１０μｍの台形溝である。また、この拡大溝の両端には光入出射溝５，５´が形成される。光入出射溝５，５´は、例えば深さ１０μｍ、幅３０μｍである。これら拡大溝４、光入出射溝５，５´の概略図を図２に示してある。図２（ａ）は図１のａ−ａ´の断面図で、（ｂ）は上面図である。なお、光入出射溝５，５´の内壁にはスパッタリングによりアルミニウム膜を蒸着し、反射膜６、６´を形成している。光源及び検出器（図示せず）は、板状部材の外部に設置しており、光源からの光は光入射溝５の反射膜６方向に入射される。入射光は、反射膜６で反射して拡大溝４に入り、通過した光は光出射溝５´の反射膜６で反射して検出器に入るようになっている。
【００１８】
更にサンプル用溝２、泳動用溝３の終端には液溜７、８、９、１０が設けてあり、液溜７〜１０は直径１ｍｍ、深さ１０μｍである。
【００１９】
なお、図示されていないが、板状部材１には他の板状部材が接合される。他の板状部材は板状部材１と同様の材質、縦横幅を有しており、液溜７〜１０に対応する位置に超音波加工により貫通孔が形成されており、貫通孔の径は液溜の径に合致している。接合後、貫通孔に針状電極を挿入し、リード線で高圧電源、パワーコントローラと接続する。
【００２０】
以上の構成で試料の分析は次の様に行う。
先ず、電解質溶液を溜７〜１０に満たした後、板状部材の貫通孔からマイクロシリンジにより試料を液溜８に注入する。液溜８、９の針状電極間に電位差（約１００Ｖ／ｃｍ）を与えて、泳動用溝３に試料を導入する。次に液溜７，１０の針状電極間に電位差（約２５０Ｖ／ｃｍ）を与え、拡大溝４内に試料を泳動させる。拡大溝４には、図３に示す如く、光源１２より発せられた光が板状部材１１、光入射溝５の反射膜６を介して入射してくる。このとき、板状部材１の屈折率１をｎとすると、スネルの法則より図３中ｓｉｎ（２θ₁−θ₃）＝ｎｓｉｎ（９０−θ₁）となり、エッチングにより作られた台形の角度θ₁により、入射角θ₃は決まる。
【００２１】
拡大溝４内の試料が紫外・可視吸収のある場合には、試料濃度に比例して光は減衰し、光出射溝５´に入る。光出射溝５´に入った光は反射膜６´で反射して図示しない検出器に入る。
【００２２】
なお、以上の説明では光入出射溝の反射面は平面であったが、反射面を放物面とすることにより、光の入射角を不問にすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、検出が拡大溝で行われるので、光路長を長くとることができ、検出感度が上がる。また、泳動用溝の一部が拡大しているので、試料のバンド幅が拡大溝に出た途端狭くなり、ピークの幅も狭くなる。したがって、高感度だけでなく、高分離能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気泳動チップの板状部材概略図
【図２】本発明の電気泳動チップの拡大溝４、光入出射溝５，５´の概略図
【図３】本発明の電気泳動チップに光が入射するときの説明図
【図４】従来のキャピラリ電気泳動チップの構成図。
【符号の説明】
１：板状部材２：サンプル用溝２
３：泳動用溝４：拡大溝
５、５´：光入出射溝６、６´：反射膜
７、８、９、１０：液溜

Claims

一対の板状部材を備え、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、他方の板状部材には該溝に略対応する位置に貫通孔が設けられ、これら板状部材が溝を内側にして張り合わされて成るキャピラリー電気泳動チップにおいて、前記溝終端近傍の内径を終端近傍以外の溝内径より大きくするとともに、拡大溝の両端に、平面若しくは放物面の反射面を有する光入出射溝を設けたことを特徴とするキャピラリー電気泳動チップ。