JP3965714B2 - キャピラリー電気泳動チップ - Google Patents

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１０μｍ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２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２（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の一方の端のリザーバ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、図２のキャピラリ電気泳動チップの場合、流路はエッチングした溝に透明基板を貼り合わせているため、流路断面が等方的でなく、流路中に気泡が溜まったりして、特異的な電気的特性が発生した。
そこで、本発明は、透明基板を貼り合わせずに３次元的に流路を形成した電気泳動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、一つの紫外線硬化樹脂部材内に光造形法により形成される泳動流路であって、該泳動流路の中心軸が形成する３次元方向にわたるキャピラリー電気泳動チップを提供する。
【０００９】
光造形法とは、光化学反応を応用した付着加工法の一種で、「紫外線硬化樹脂」と呼ばれる液状の合成樹脂に紫外線を照射し固化させることで形状を作る。露光プロセスを制御することで、目的の形状が得られ、これを実現する方式として、光学マスクを使って形状を生成する「マスク露光式」と露光ビームの走査によって形状を生成する「走査露光式」があるが、本発明はいずれの方式をも用いることができる。但し、走査露光式は、マスク露光式よりも長い加工時間を要するが、工程数が少なく取り扱いも容易であるので、こちらの方が好ましい。 また、「窓板」と呼ぶ石英ガラス板を通して露光を行う「規制液面式」と、樹脂の自由表面に露光を行う「自由液面式」とにも分類されるが、本発明はいずれの方式をも用いることができる。但し、加工精度を確保するためには、前者の方が好ましい。
【００１０】
本発明で使用する紫外線硬化樹脂は、例えばオリゴエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のアクリル系樹脂を用いることができるが、これらに限定されず、感光性ポリイミド、アミノアルキド等も用いることができる。紫外線硬化樹脂は、それ単独で用いてもよいが、光吸収率を上げるため、炭素や金属などの吸光材の微粉末や染料、あるいは固化を促す触媒を混ぜてもよい。
【００１１】
光源としては、例えば、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒイオンレーザ、高圧水銀燈、水銀アーク燈を用いることができるが、これらに限定されず、紫外線硬化樹脂を固化させるものならば、何でもよい。走査露光を行う場合はラスタスキャン、ベクトルスキャンいずれでもよく、光学系は主として光源、集光レンズ、走査ミラーから構成され、走査ミラーの駆動により光を走査させる。マスク露光を行う場合は、所望の形状（泳動流路の形状）のマスクを通して紫外線照射を行う。
【００１２】
光造形を行う際は、紫外線硬化樹脂を固化セルに入れてマスク露光あるいは走査露光を行うが、この固化セルの形状は、作成される電気泳動チップの形状に合わすのが一般的である。固化セルは通常のガラス容器等が用いられる。固化セルの高さ、つまり固化する深さは、樹脂表面への露光照度と露光時間との積（露光量）に比例し、一定の固化深さを保つには露光量を均一に保つ。
【００１３】
形成される泳動流路は内径１０〜７５μｍで、好ましくは３０μｍである。この泳動流路には、電解質液溜が接続され、液溜に電極を挿入して高電圧を印加して電気泳動を行う。また、泳動流路に交差するように試料導入流路を形成してもよい。上記いずれの液溜、流路も光造形法により作成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のキャピラリー電気泳動装置の概略を図１に基づいて説明する。
図１中、１は紫外線硬化樹脂であり、例えば三洋化成製の「ＵＶ−８５４」を紫外線照射により固化したものである。紫外線硬化樹脂１は、例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのサイズとなるよう固化セルに入れる。紫外線硬化樹脂１には光造型法により流路及び液溜が形成される。
【００１６】
光造型法は、紫外線硬化樹脂（三洋化成製の「ＵＶ−８５４」）を縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのサイズの固化セルに入れ、形成したい溝及び液溜の形状をしたマスクを紫外線硬化樹脂に配設して、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長：３２５ｎｍ、出力１０ｍＷ）で数分間露光して行った。
【００１７】
形成された流路は泳動流路Ａ、試料導入流路Ｓから成り，泳動流路Ａ、試料導入流路Ｓとも、幅７０μｍ、深さ１０μｍである。また、液溜は泳動流路Ａの両端と連通する液溜２、４、試料導入流路の両端と連通する液溜３、５からなり、これら液溜は直径１ｍｍ、深さ１ｍである。
【００１８】
液溜２〜５には、針状電極（例えば白金ワイヤー電極）６〜９を挿入し、リード線（図示せず）を介して高圧電源を備えたパワーコントローラと接続する（図示せず）。針状電極６〜９は切り換えスイッチ（図示せず）により接続切り換えが行われる。なお、検出は泳動流路Ａの凹部に図１の下方からレーザ光を照射し、泳動流路Ａ内の溶液の吸光度を測定して行う。受光系はレーザ光照射側と反対方向に位置しており、図面ではいずれも省略してある。
【００１９】
以上の構成で試料の分析を行う際は次の様に行う。
先ず、操作者は電解質溶液を液溜２〜５に満たした後、試料をマイクロシリンジにより液溜３に注入する。針状電極６、８に電位差（約１００Ｖ／ｃｍ）を与えて試料導入流路Ｓに試料を導入する。次に針状電極２、４に電位差（約２５０Ｖ／ｃｍ）を与え、泳動流路Ａ内を７から９に向かって、試料を泳動させる。泳動過程中、泳動流路Ａの凹部に図１の下方からレーザ光が照射し、泳動流路Ａ内の溶液の吸光度が測定される。
【００２０】
また、高温、高圧下における融着により泳動流路を形成する場合は、次のように行う。
最終立体構造をある一定な方法で、例えば５μｍごとに断層したＳｉ薄膜を考える。このＳｉ薄膜は、例えばエピタキシャル製膜法により得られたＳｉ薄膜をパターニングして作製する。これらのＳｉ膜を高温化、例えば９００℃において適当な面圧、例えば１００ｇ／cm² をかけることにより融着する。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、光造形法により３次元的に流路を形成できるので、チップの小型がより期待でき、しかも泳動流路断面が等方的であるので、特異的な電気特性はなくなる。また、露光量等を変えれば、容易に液溜容量、流路形状を変えることができる。更に、材質が樹脂であるためゼータ電位の発生を少なくおさえることが可能であり、電気浸透流も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電気泳動チップの概略図
【図２】一般的なキャピラリ電気泳動チップの構成図。
【符号の説明】
１：紫外線硬化樹脂 ２〜５：液溜
６〜９：針状電極 Ａ：泳動流路
Ｓ：試料導入流路

Claims (1)

1. 一つの紫外線硬化樹脂部材内に光造形法により形成される泳動流路であって、該泳動流路の中心軸が形成する空間が３次元方向にわたるキャピラリー電気泳動チップ。

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