JP4216712B2 - マイクロ流体式化学検定装置および方法 - Google Patents
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Description
式中、Iは電流、nは酸化された分子毎に交換される電子数、Lは電極の幅、lは電極の長さ、Dは酸化された分子の拡散係数、Fνは流速、hはチャネルの半高、dはチャネルの幅である。
本発明の基本概念は添付図面を参照すれば理解され得るが、以下においては添付図面から本発明の種々の実施例が詳述される。尚、各図中に示されるチャネルの各々は本明細書中において記述される流れ制御を可能とする如き一体化電極を有することを理解すべきである。但し該電極は明確化のために常に図示されない。
Claims (58)
- 少なくとも1つの電気化学的試験と反応における、マイクロチャネル内の局所位置における流体の存在の有無、速度および流動を含む群から選択された少なくとも1つの特性を監視するためのマイクロ流体用検定装置であって、
少なくとも一個のマイクロチップであって、マイクロ流体操作を可能とすべくポリマ層が積層もしくは接着されてシールされた少なくとも一個のマイクロチャネルを保有し、前記マイクロチャネル内へ流体サンプルを取り込み及び/又は前記マイクロチャネルから流体サンプルを吐出し得る尖端部と、マイクロ流体接続端部と、前記マイクロチャネル内に存在する流体に直接的に接触するように前記マイクロチャネルに一体化された少なくとも一つの電極とを有する、少なくとも一個のマイクロチップと、
前記マイクロチャネルの前記マイクロ流体接続端部と連通すると共に前記マイクロチャネルに流体を圧入、吸引または遮断し得るマイクロ流体制御ユニットと、
前記少なくとも一つの一体化電極の局所的位置で、還元又は酸化反応の電気化学的な測定によって、前記流体の存在の有無、速度または流動を前記少なくとも一つの一体化電極を介して監視するようになっている電気化学的ユニットと、を具備する、
ことを特徴とするマイクロ流体用検定装置。 - 前記流体の存在を監視することから得られる信号が、最終検定結果をチェック、較正または修正するために用意される、請求項1に記載の装置。
- 一個もしくは複数個のマイクロチップ内に配備され、一個より多いマイクロチャネル内で同時的な電気化学的測定を許容する複数のマイクロチャネルを備える、請求項1又は2に記載の装置。
- 前記マイクロ流体制御ユニットが、ポンプもしくは定液量吸引システムを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記マイクロ流体制御ユニットと前記少なくとも一個のマイクロチャネルの前記マイクロ流体接続端部との間に配設されたバルブを更に備えて成る、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 一個の又は各々の前記マイクロチップが、ポリマ、ガラス、石英もしくはその組み合わせから作成される、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
- 一個の又は各々の前記マイクロチップが、使い捨て式である、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
- 一個の又は各々の前記マイクロチップが、レーザ光融除、射出成形、エンボス加工、プラズマ食刻、弾性材鋳造、シリコーン技術もしくはそれらの組み合わせにより生成される、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
- 前記マイクロ流体制御ユニットに関して、前記マイクロチップをそれらの間で液密接続を確実するように、支持するようになっている支持手段を更に備えて成る、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
- 一個の又は各々の前記マイクロチャネルの外側に配設され、前記マイクロチップとインタフェースされている検出器を更に備えて成る、請求項1から9いずれか一項に記載の装置。
- 前記検出器が、光電子増倍管、質量分析計もしくは核磁気共鳴(NMR)システムである、請求項10記載の装置。
- 前記マイクロチップが、相互接続されたマイクロチャネルのネットワーク又は配列を備えて成る、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
- 複数のマイクロチャネルが、単一のマイクロチャネルへと収束する様に相互接続されたマイクロチャネルの配列を備え、
それによって前記配列は、単一のマイクロチャネル尖端及び複数のマイクロ流体接続端部を、又は、複数のマイクロチャネル尖端及び単一のマイクロ流体接続端部を備える、
請求項12に記載の装置。 - 前記相互接続されたマイクロチャネルが、同一平面内には配設されず、三次元で作製される、請求項1に記載の、又は請求項1に従属する請求項のいずれか一項に記載の装置。
- 前記マイクロチャネルの壁部の少なくとも一部が、化学的な、生物学的なもしくは物理的な手段により、又は孔質材料の配備により、又は前述の任意の組合せにより改変される、請求項1から14のいずれか一項に記載の装置。
- 前記マイクロチャネルが固相を備える、請求項1から15のいずれか一項に記載の装置。
- 前記固相が、分子、メンブレン、ゲル、ゾル-ゲルもしくはビーズから成る、請求項16に記載の装置。
- 前記マイクロチャネルの少なくとも前記壁部分に、及び/又は前記メンブレン、ゲル、ゾル-ゲルもしくはビーズに、接合された分子を更に備えて成る、請求項15又は17に記載の装置。
- 前記分子は、蛋白質、ペプチド、抗原、抗体、酵素、オリゴヌクレオチド、核酸配列、ハプテン又はそれらの組み合わせである、請求項18に記載の装置。
- 前記分子は、物理的もしくは化学的吸着により、共有結合により、又はそれらの組み合わせにより接合される、請求項18又は19に記載の装置。
- 前記メンブレンは、二つの溶液もしくは二つの相を物理的に分離する、請求項17から20のいずれか一項に記載の装置。
- 前記尖端は、前記マイクロ-チップの縁部に形成される、請求項1から21のいずれか一項に記載の装置。
- 前記尖端は、角錐形状、平行六面体形状又は円錐形状である、請求項22に記載の装置。
- 前記尖端は、前記マイクロチャネルに一体化された前記少なくとも一つの電極を経由して電子噴射を生成し得る、請求項1から23のいずれか一項に記載の装置。
- 前記尖端は、流体リザーバ内に一体化される又は流体リザーバにより囲繞される、請求項1から24のいずれか一項に記載の装置。
- 前記尖端は電極を備える、請求項1から25のいずれか一項に記載の装置。
- 前記支持手段は、前記マイクロ流体接続端部と前記マイクロ流体制御ユニットとの間の液密接続を確実にする挟持システムを備える、請求項9に記載の装置。
- 前記装置及び/又は前記マイクロ-チップは、手動により又は自動装置により、X、Y及び/又はZ方向に変位され得る、請求項1から27のいずれか一項に記載の装置。
- 前記手動もしくは自動装置は、前記マイクロチャネル尖端の配向角度を変更するために、上記マイクロチップの配向の改変を許容する、請求項28に記載の装置。
- 温度制御ユニット、(ファラデー・ケージなどの)電気絶縁チャンバ及び/又は蒸発防止用湿度制御チャンバを更に備えて成る、請求項1から29のいずれか一項に記載の装置。
- 前記マイクロ−チップ、前記電気化学的ユニット、前記マイクロ流体制御ユニット及び、備えられていれば前記支持手段は、携帯システムを提供すべく単一プラットフォームに一体化される、請求項1から30のいずれか一項に記載の装置。
- 更に、コンピュータに接続される、及び/又はコンピュータに一体化される、請求項1から31のいずれか一項に記載の装置。
- 請求項1から32のいずれか一項に記載の装置を用いて、マイクロチャネル内の流体の存在の有無、速度又は流動を、その場で電気化学的に監視することによってマイクロ流体検定を行う方法において、
(a)前記マイクロチャネル尖端に接触してサンプルを載置する段階と、
(b)毛細管作用により、又は前記マイクロ流体制御ユニットによって前記サンプルを圧送もしくは吸引することにより、前記マイクロチャネルを前記サンプルで充填する段階と、
(c)前記マイクロチャネル内の前記サンプルを圧入、吸引または遮断するために前記マイクロ流体制御ユニットを用いる段階と、
(d)前記マイクロチャネルにおける還元又は酸化反応を電気化学的に測定することによって、前記マイクロチャネル内の流体の存在の有無、速度または流動を、少なくとも一つの一体化電極を介して監視するために前記電気化学的ユニットを駆動する段階と、
(e)選択的に、上記段階(a)乃至(d)を反復する段階と、
を含む方法。 - 段階(d)で得られた信号が、前記マイクロ流体検定の結果をチェック、修正又は校正するために使用される、請求項33に記載の方法。
- 複数の、サンプル及び/又は他の溶液が、前記マイクロ流体制御ユニットを用いて前記マイクロチャネル内に導入される、請求項34に記載の方法。
- 前記他の溶液が、洗浄溶液、緩衝溶液及び/又は試薬液である、請求項35に記載の方法。
- 前記流体、前記サンプル又は前記他の溶液が、抗体、酵素、オリゴヌクレオチド、ハプテン,DNA分子、核酸配列又は同様のもの一つを包含する、請求項33から36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記流体、前記サンプル又は前記他の溶液に電気活性種を付加し、前記少なくとも一つの一体化電極の局所的位置で前記電気活性種の還元及び/又は酸化に起因する電流の発生を測定することによって、これらのマイクロ流体を監視する段階を更に備えて成る、請求項33から37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記添加された電気活性種が、フェロセン化合物である、請求項38に記載の方法。
- マイクロチャネル内の流体の存在の有無、速度又は流動の、前記その場で電気化学的に監視することが、検定の少なくとも一つの段階の間に実施され、そのために、前記少なくとも一つの一体化電極が、最終検定結果の内部チェック、修正又は較正のための電気化学的検出手段として役目を果たす、請求項37に記載の方法。
- ソフトウェアが、前記最終検出結果の前記内部較正及び/又は修正を実施するために、マイクロ流体の電気化学的監視の間に獲得されたデータを処理する、請求項33から40のいずれか一項に記載の方法。
- サンプル及び/又は別の溶液の取り込みもしくは吐出を可能とするために、前記マイクロチャネルの尖端を溶液リザーバと接触させる段階を更に備えて成る、請求項33から41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロチャネル尖端が、定液量吸引デバイスの使い捨て部分として用いられる、請求項33から42のいずれか一項に記載の方法。
- 毛細管作用による前記マイクロチャネル内へのサンプルの充填は、前記マイクロ流体制御ユニットによって、又は、前記マイクロチャネル尖端で疎水性障壁の存在によって防止される、請求項33から43のいずれか一項に記載の方法。
- 前記尖端が、前記マイクロチップの端部の方向に細くなる、請求項33から44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記尖端が、前記マイクロチャネル内に一体化された前記少なくとも一つの電極によって、電子噴射を発生するようになっている、請求項33から45のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロチャネル内に包含された前記サンプル又は前記他の溶液を、例えばクロマトグラフ、分光計、光度計、ゲル、カラム、選択性メンブレン、フィルタ又は電気泳動分離装置のような、精製、分離及び/又は検出デバイスに注入する更なる段階を備えて成る、請求項33から46のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロチャネル内で実施される検定の検出が、光吸収、(蛍光、生体発光、化学発光、電気化学発光などの)発光、電気化学又は質量分析測定を用いて実施される、請求項33から47のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロチャネル内の流体の存在の有無、速度又は流動の前記電気化学的な監視及び前記最終検定結果の両方のために測定される電気化学的な信号が、前記少なくとも一つの一体化電極によって得られる、請求項46に記載の方法。
- 化学的及び/又は生物学的な分析及び/又は合成を実施する、請求項33から49のいずれか一項に記載の方法。
- 前記最終マイクロ流体検定結果は、質量分析測定によって得られる、請求項50に記載の方法。
- 前記装置が、電子噴射の発生による質量分析計への注入に先立ち、又はマトリックス支援レーザ脱離イオン化法(MALDI)用プレート上への前記サンプルの供給に先立ち、サンプルを脱塩する手段を備える、請求項51に記載の方法。
- 臨床的な、人的な又は獣医学的な、試験管内の診断を実施する、請求項51又は52に記載の方法。
- 免疫学的検定を実施する、請求項53に記載の方法。
- 物理化学的検定、毒物的検定、親和力検定、微生物学的検定及び/又は細胞検定を実施する、請求項50又は51に記載の方法。
- 親油性測定、イオン移動反応、溶解度検定及び/又は浸透性試験を実施する、請求項50又は51に記載の方法。
- コンビナトリアル・ケミストリにより合成を実施する、請求項33から56のいずれか一項に記載の方法。
- 全自動化分析及び/又は合成を実施する、請求項33から57のいずれか一項に記載の方法。
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