JP4313379B2

JP4313379B2 - マイクロ流体デバイスおよびそれを利用してｐＨを調節する方法

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Publication number: JP4313379B2
Application number: JP2006171923A
Authority: JP
Inventors: 程任韓; 俊鎬金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: EP1748340A3; US20070068813A1; EP1748340A2; US8293095B2; EP1748340B1; KR100647328B1; JP2007003526A

Description

本発明は、マイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節するためのマイクロ流体デバイスおよびそれを利用してマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法に関する。

マイクロ流体デバイスは、入口、出口および反応容器などがマイクロチャネルを介して連結されている装置をいう。このような装置は、当業界に公知であり、ＬＯＣ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）のような微細分析装置に広く利用されている。このようなマイクロ流体デバイスには、前記マイクロチャネルが形成されている以外に、一般的に流体の輸送および混合のためのマイクロポンプ、マイクロミキサおよび輸送される流体を濾過するためのマイクロフィルタなどが備えられている。

ＬＯＣのような生物分析装置として使われるマイクロ流体デバイスは、細胞の溶解、ＰＣＲのような核酸の増幅および分離、蛋白質の分離、および検出のような一連の生物学的分析過程を行う。このような生物学的分析過程において、従来のｐＨの調節は、酸性溶液、中性溶液またはバッファ溶液を添加するか除去することによって行われた。

しかしながら、マイクロ流体デバイスにおいて、このようなｐＨ調整用溶液を添加するか除去する場合、試料の量が少ないために、希釈、混合、マイクロチャネル内への物質の移動などに伴う問題が発生しうる。また、このように添加されたｐＨ調節物質は、その後の生物学的分析過程で阻害物質として作用することもあるので、使用後に除去せねばならない場合も発生する。

このように外部からｐＨ調節試薬を注入する従来技術の問題点を解決するための方法の一つとして電気分解を利用する方法が考えられる。すなわち、マイクロ流体デバイス内に水が電気分解されうるチャンバと電極とを備え、各チャンバで電圧を印加する場合に水が電気分解されるようにし、それによってアノードで発生する水素イオンとカソードで発生する水酸化物イオンとを利用してｐＨを調節する方法が考えられる。しかし、核酸のような負電荷を持つ生分子は（＋）電極に吸着し、吸着した分子は、一般的に不安定になるため、工程の効率が低下するという問題点がある。

本発明の目的は、電気分解によってマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを調節すると共に、電圧が印加された（＋）電極に吸着する生分子の安定性を増加させうるマイクロ流体デバイスを提供することである。

本発明の他の目的は、前記本発明のマイクロ流体デバイスを利用して電気分解によってマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを調節すると共に、電圧が印加された（＋）電極に吸着する生分子の安定性を増加させうる方法を提供することである。

本発明者らは、水の電気分解を利用してマイクロ流体デバイス内のｐＨを容易に調節するとともに、電圧が印加された（＋）電極に核酸などの試料が吸着することを防止して、核酸などの安定性を高めることによって工程の効率を向上させうる方法を発見し、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明は、第１電極が備えられている第１チャンバと、前記第１チャンバに隣接した、第２電極が備えられている第２チャンバと、前記第２チャンバに隣接した、第３電極が備えられている第３チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に挿入された金属イオン交換膜と、前記第２チャンバと前記第３チャンバとの間に挿入された水素イオン交換膜と、を有するマイクロ流体デバイスを用い、（ａ）前記第１チャンバに水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｂ）前記第２チャンバに水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｃ）前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極との間に電圧を印加して、前記第１チャンバまたは第２チャンバ溶液のｐＨを調節する段階と、を含むマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法を提供する。

また、本発明は、第１電極が備えられている第１チャンバと、前記第１チャンバに隣接した、第２電極が備えられている第２チャンバと、前記第２チャンバに隣接した、第３電極が備えられている第３チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に挿入された金属イオン交換膜と、前記第２チャンバと前記第３チャンバとの間に挿入された水素イオン交換膜と、を有するマイクロ流体デバイスを用い、（ａ）前記第１チャンバに水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｂ）前記第２チャンバに水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｃ）前記第１チャンバの第１電極と前記第２チャンバの第２電極との間に電圧を印加して、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバで水の電気分解を起こす段階と、（ｄ）前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極との間に、前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極の極性が、段階（ｃ）における極性と逆になるように電圧を印加して、前記第１チャンバまたは第２チャンバの中の溶液のｐＨを調節する段階と、を含むマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法を提供する。

本発明のマイクロ流体デバイスによれば、マイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを迅速に調節できると共に、試料の安定性を維持できる。

本発明の方法によれば、マイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを迅速に調節できると共に、試料の安定性を維持できる。

本発明の装置において、前記第１、第２および第３チャンバは、流体のような物質を収容できる空間をいうものであり、望ましくは、マイクロメートル単位のサイズを有するマイクロチャンバであるが、これに限定されるものではない。前記チャンバは、マイクロチャネルを通じて多様なチャンバと連結されうる。例えば、細胞などの生物試料を収容できる収容チャンバ、前記試料を前処理するための前処理チャンバ、核酸を増幅するための増幅チャンバ、核酸分離チャンバ、および検出チャンバなどと連結されうる。したがって、本発明のマイクロ流体デバイスは、流体のｐＨを電気的に調節できるＬＯＣの形態でありうる。

本発明において、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間には、金属イオン交換膜が挿入されている。また、前記第２チャンバと前記第３チャンバとの間には、水素イオン交換膜が挿入されている。本明細書において、「挿入されている」という表現は、チャンバとチャンバとが接している部分の全体またはその一部が前記金属イオン交換膜または前記水素イオン交換膜から形成されているということを意味する。したがって、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバは、その一部分に前記金属イオン交換膜を含む。また、前記第２チャンバ、および前記第３チャンバは、その一部分に前記水素イオン交換膜を含む。

本発明において、前記金属イオン交換膜は、アルカリ金属イオン交換膜でありうる。前記金属イオンは、例えば、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋およびＡｌ^３＋などでありうるが、これに限定されるものではない。望ましくは、前記金属イオン交換膜は、ナトリウムイオン交換膜であり、さらに望ましくは、前記金属イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)（ＤｕＰｏｎｔ社製）膜である。かかる金属イオン交換膜は、一般的に表面に、Ｍが金属イオン、望ましくは、アルカリ金属イオンである−ＳＯ_３Ｍ官能基を有する膜、または−ＣＯＯＭ官能基を有する膜、または−ＳＯ_３Ｍ官能基および−ＣＯＯＭ官能基を有する膜であるが、必ずしもこのような構造に限定されるものではない。

本発明において、前記水素イオン交換膜は、一般的に表面に−ＳＯ_３Ｈ官能基を有する膜、または−ＣＯＯＨ官能基を有する膜、または−ＳＯ_３Ｈ官能基および−ＣＯＯＨ官能基を有する膜であるが、必ずしもこのような構造に限定されるものではない。

本発明に使われる各電極は、例えば、白金、金、銅、およびパラジウムのように当業界において一般的に使われる物質から形成されうる。前記電極は、第１チャンバおよび第３チャンバに備えられ、好ましくは第２チャンバにも備えられる。前記電極は、前記チャンバの壁面に備えられることが望ましいが、これに限定されるものではない。望ましくは、前記第１チャンバの第１電極と前記第２チャンバの第２電極とは、前記金属イオン交換膜を挟んで一定の角度で対向して位置するものである。また、望ましくは、前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極とは、前記金属イオン交換膜および／または水素イオン交換膜を挟んで一定の角度で対向して位置するものである。

図１は、本発明のマイクロ流体デバイスの一例を図式的に示した図面である。図１に示したように、本発明のマイクロ流体デバイスは、第１電極１２と金属イオン交換膜４０とが備えられている第１チャンバ１０、第２電極２２と金属イオン交換膜４０と水素イオン交換膜５０とが備えられている第２チャンバ２０、および第３電極３２と水素イオン交換膜５０が備えられている第３チャンバ３０で構成される。本発明のマイクロ流体デバイスを利用した流体のｐＨ調節は、例えば、第１電極を（＋）、第２電極を（−）として電圧を印加して、第１チャンバおよび第２チャンバ内で水の電気分解を起こして、第１チャンバは酸性側、第２チャンバはアルカリ性側にｐＨを変化させる。さらに、例えば、第１電極を（−）、第３電極を（＋）として電圧を印加して、第１チャンバおよび第３チャンバ内で水の電気分解を起こして、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバのｐＨを調節することができる。ｐＨは、印加される電圧の方向、強度、および時間によって所望のレベルに調節することができる。

本発明は、また、（ａ）第１チャンバに水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｂ）第２チャンバに水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｃ）前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極との間に電圧を印加して、前記第１チャンバまたは前記第２チャンバ内の溶液のｐＨを調節する段階と、を含むマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法を提供する。

本発明の一実施形態は、（ａ）第１チャンバに水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｂ）第２チャンバに水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、（ｃ）前記第１チャンバの第１電極と前記第２チャンバの第２電極との間に電圧を印加して、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバで水の電気分解を起こす段階と、（ｄ）前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極との間に、前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極の極性が段階（ｃ）における極性と逆になるように電圧を印加して、前記第１チャンバまたは第２チャンバの中の溶液のｐＨを調節する段階と、を含むマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法である。

本発明の方法において、前記ｐＨは、印加される電圧の方向、大きさおよび印加される時間によって調節されるものでありうる。

本発明の方法において、段階（ａ）で水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液は、例えば、ＮＯ_３ ⁻、Ｆ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＰＯ_４ ^３−、およびＣＯ_３ ^２−からなる群から選択される一つ以上の陰イオンを含む溶液であるが、これらの例に限定されるものではない。また、段階（ｂ）で水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液は、例えば、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋およびＡｌ^３＋からなる群から選択される一つ以上のイオンが含まれている溶液でありうる。

図２は、本発明によるマイクロ流体デバイスを利用してマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する過程の一例を図式的に示した図面である。図２に示したように、第１チャンバ１０、第２チャンバ２０、および第３チャンバ３０にそれぞれＮａ_２ＳＯ_４を含む溶液を添加し、第１電極１２を（＋）電極とし、第２電極２２を（−）電極として電圧を印加して、前記第１チャンバ１０および第２チャンバ２０内の水が電気分解されるようにする。水の電気分解によって発生したイオンは、金属イオン交換膜４０を通過できない。それによって、第１チャンバ１０では、水が電気分解されて酸素ガスおよび水素イオンが発生して、第１チャンバ１０内の溶液のｐＨが酸性に変化する。一方、第２チャンバ２０では、水が電気分解されて水素ガスおよび水酸化物イオンが発生して、第２チャンバ２０内の溶液のｐＨは、アルカリ性に変化する。水酸化物イオン濃度を高めることによって、細胞のような生物試料を破砕することができる。さらに、第１チャンバ１０および第２チャンバ２０に含まれる溶液のｐＨは、第１電極１２と第３電極３２との間に電圧を印加することによって調節される。すなわち、第１電極１２を（−）電極とし、第３電極３２を（＋）電極として電圧を印加すると、第３チャンバ３０内の水が電気分解されて、酸素ガスおよび水素イオンが発生して、第３チャンバ３０内の溶液のｐＨが酸性に変化する。第３チャンバ３０内の水素イオンは、水素イオン交換膜５０を通じて第２チャンバ２０に移動して、第２チャンバ２０のｐＨを酸性に変化させる。また、第１チャンバ１０では、水が電気分解されて水素ガスおよび水酸化物イオンが発生して、第１チャンバ１０内の溶液のｐＨはアルカリ性に変化する。このようにすることで、前記第１チャンバ１０および第２チャンバ２０の溶液のｐＨを所望のレベルに調節できる。

上述した図２についての例示的な説明において、第１チャンバおよび第２チャンバの溶液を、まず電気分解によってそのｐＨを変化させ、これを再度第１電極と第３電極との間に電圧を印加して水を電気分解することによって調節した。しかし、第１チャンバと第２チャンバの溶液の電気分解過程は、必ずしも必要なものではなく、第１チャンバと第２チャンバに導入される溶液自体が一定のｐＨを有するものであれば、第１電極と第３電極に電圧を印加して、水の電気分解によって第１チャンバと第２チャンバのｐＨを調節できる。

以下、本発明を実施例を通じてさらに詳細に説明する。しかし、下記の実施例は、本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれら実施例に限定されるものではない。

＜実施例１：水素イオン交換膜を使用した水の電気分解を通じたｐＨの調節＞
本実施例では、ナトリウムイオン交換膜および水素イオン交換膜を使用し、電気分解によって各チャンバのｐＨが調節されることを確認した。

本実施例では、本発明のマイクロ流体デバイスに対するモデルとして、図３に示したような装置を使用した。図３は、本実施例において使われた装置を模式的に示した図面である。図３に示したように、本実施例に使われた装置は、第１電極６２とナトリウムイオン交換膜４０とが備えられている第１チャンバ６０、ナトリウムイオン交換膜４０と水素イオン交換膜５０とが備えられている第２チャンバ７０、および水素イオン交換膜５０と第３電極８２とが備えられている第３チャンバ８０で構成される。前記ナトリウムイオン交換膜４０と前記水素イオン交換膜５０とは、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜であり、表面上にそれぞれ−ＳＯ_３Ｎａと−ＳＯ_３Ｈ官能基を有し、サイズは２ｍｍ×２．５ｍｍであった。図３に示した装置において、各チャンバの体積は１０μｌであった。前記第１電極６２および前記第３電極８２は、それぞれ２ｍｍ×２．５ｍｍの白金電極を使用した。

まず、第１チャンバ６０に５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４水溶液（ｐＨ６．０）１０μｌを導入し、次いで第２チャンバ７０および第３チャンバ８０に、それぞれ５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４水溶液（ｐＨ６．０）１０μｌを導入した。前記水素イオン交換膜５０を５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４水溶液で３回洗浄し、前記水素イオン交換膜５０上の水素イオンの一部をナトリウムイオンに置換し、ｐＨ３．０に調整した。ｐＨ測定には、マイクロｐＨ電極（Ｏｒｉｏｎ社製）およびｐＨ試験紙を使用した。次に、第１電極６２を（＋）電極とし、第３電極８２を（−）電極として５Ｖの電圧を５０秒間印加し、各チャンバのｐＨを測定した。その結果、第１チャンバ６０のｐＨは１であり、第２チャンバ７０のｐＨは６であり、第３チャンバ８０のｐＨは１３であった（表１参照）。

前記表１に示したように、第１電極６２から第３電極８２に電圧を印加する場合、溶液のｐＨが第１チャンバ６０では酸性に変化し、第３チャンバ８０ではアルカリ性に変化した。第１チャンバ６０および第３チャンバ８０のｐＨ変化は、水の電気分解によるものと推定される。すなわち、第１チャンバ６０では、水が電気分解されて酸素ガスおよび水素イオンが発生してｐＨが酸性に変化し、第３チャンバ８０では、水が電気分解されて水素ガスおよび水酸化物イオンが発生してｐＨがアルカリ性に変化する。また、第２チャンバ７０のｐＨは、水素イオン交換膜によって第２チャンバ７０と第３チャンバ８０との間で平衡をなしている水素イオンが、第３チャンバ８０での水酸化物イオンとの反応によって除去されるためアルカリ性側に変化しうる。また、第３チャンバ８０のｐＨは１３であり、これは、細胞をアルカリ破砕するのに十分高いｐＨである。したがって、細胞またはウイルスを含む試料を第３チャンバ８０に導入し、上記したように電圧を印加すると、細胞を破砕して核酸のような内容物を細胞外部に流出させることができる。しかし、ｐＨ１３の状態に一定時間以上おかれた場合、核酸のような一部の生分子は、不安定になって破壊されうる。したがって、前記ｐＨを後続の処理過程によって所望のｐＨに調整する必要がある。

このようなｐＨ調節のために、電圧の方向を前記と反対にして電圧を印加する方法が考えられる。すなわち、第１電極６２を（−）電極とし、第３電極８２を（＋）電極として電圧を印加する場合、第１チャンバのｐＨをアルカリ性側に変化させ、第３チャンバ８０のｐＨを酸性側に変化させて、所望のｐＨに到達できる。しかし、この場合、第３チャンバ８０の第３電極８２では、（＋）電圧を印加するために、核酸のような陰イオン性物質が前記第３電極８２に吸着して、これらの物質が不安定になり、また吸着によって後続処理が困難になるという問題点がある。

そこで、（＋）電圧の印加に使われる第３電極８２と第３チャンバ８０溶液との間に水素イオン交換膜を導入した。前記第２チャンバ７０の１０μｌの溶液（ｐＨ６）を除去し、第３チャンバ８０の１０μｌの溶液（ｐＨ１３）を空いている前記第２チャンバ７０に移し、空いている第３チャンバ８０には、５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４水溶液（ｐＨ６．５）１０μｌを添加した。このようにすることで、ｐＨ１３の第３チャンバ溶液（現在は第２チャンバ溶液）と第３電極との間に水素イオン交換膜が置かれるようにした。次に、第１電極を（−）電極とし、第３電極を（＋）電極として１０Ｖの電圧を２０秒間印加し、各チャンバのｐＨをマイクロｐＨ電極（Ｏｒｉｏｎ社製）およびｐＨ試験紙を使用して測定した。その結果、第１、２および３チャンバのｐＨは、それぞれ１３、２．５および１であった（表２参照）。

表２に示したように、第２チャンバと第３チャンバとの境界領域には、水素イオン交換膜が設置されているので、第３チャンバの第３電極には、核酸のような陰イオン性物質が第３電極８２に付着する問題点が回避されると共に、第２チャンバのｐＨをｐＨ１３から２．５に調整することができた。ｐＨ２．５レベルのｐＨでは、酸性ｐＨで正電荷を帯びる固体イオン交換物質に核酸を結合させ、ｐＨをアルカリ性側に変化させて、前記結合された核酸を溶出させることによって核酸を分離する方法を、さらなるｐＨ調整をせずに容易に適用できる。

＜実施例２：水素イオン交換膜を利用した水の電気分解を通じたｐＨ調節が核酸の安定性に及ぼす影響＞
本実施例では、実施例１に示したような水素イオン交換膜を利用した水の電気分解を通じたｐＨ調節方法が核酸の安定性に及ぼす影響を確認した。まず、大腸菌ＢＬ２１菌株の培養物からＱｉａｇｅｎＢｌｏｏｄ＆Ｃｅｌｌｃｕｌｔｕｒｅｋｉｔを使用して抽出された大腸菌ゲノムＤＮＡ（約４Ｍｂ）１０^５コピー／μｌを含む５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４１０μｌ（ｐＨ６）を第３チャンバ８０に添加したことを除いては、実施例１と同様に電気分解し、前記第３チャンバで得られる溶液を第２チャンバの溶液と置換し、空いている第３チャンバには、５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４水溶液（ｐＨ６．５）１０μｌを添加し、さらに電気分解した。その結果、得られた第２チャンバの溶液１０μｌを鋳型とし、配列番号１と２のプライマーを使用してリアルタイムＰＣＲを行って、ＤＮＡの量を測定した。ＤＮＡの量は、定量ＰＣＲによってＣｐ（ｃｒｏｓｓｉｎｇｐｏｉｎｔ）値を求め、その差を利用して相対的に定量した。

次に、ｐＨ調節の結果、破壊されずに残っているＤＮＡの量を初期ＤＮＡ量と比較してＤＮＡの安定性を確認した。その結果、本発明の方法による場合、７Ｖで３０秒間電圧を印加した場合、ＤＮＡの安定性は約９１％であった。

表３は、電圧および電圧印加時間によるｐＨ値および７Ｖで３０秒間電圧を印加した場合のＤＮＡの安定性を測定した結果を示す。

＜比較例＞
対照群として水素イオン交換膜を使用せず、ナトリウムイオン交換膜だけを使用して、核酸が含まれている第１チャンバおよび第２チャンバに電圧を一定の時間印加した後、各チャンバに残っているＤＮＡ量を測定することで、ＤＮＡの安定性を確認した。

具体的には、マイクロ流体デバイスに対するモデルとして、図４に示したような装置を使用した。図４は、対照用として使われたナトリウムイオン交換膜のみを備える電気分解を利用してｐＨを調節するマイクロ流体デバイスを図式的に示した図面である。この装置は、第１電極１２とナトリウムイオン交換膜４０が備えられた第１チャンバ１０と、前記ナトリウムイオン交換膜４０と第２電極２２が備えられている第２チャンバ２０とで構成され、前記ナトリウムイオン交換膜４０は、前記第１チャンバと第２チャンバとの間に挿入されている。前記ナトリウムイオン交換膜は、表面に−ＳＯ_３Ｎａを有するサイズが２ｍｍ×２．５ｍｍであるＮａｆｉｏｎ（登録商標）膜を使用し、図４に示した装置における各チャンバの体積は、１０μｌであった。前記各電極は、２ｍｍ×２．５ｍｍの白金電極を使用した。

まず、大腸菌ＢＬ２１菌株の培養物からＱｉａｇｅｎＢｌｏｏｄ＆Ｃｅｌｌｃｕｌｔｕｒｅｋｉｔを使用して抽出された大腸菌ゲノムＤＮＡ（約４Ｍｂ）を１０^５コピー／μｌの濃度で含む５５ｍＭＮａ_２ＳＯ_４水溶液（ｐＨ６．０）１０μｌを第１チャンバおよび第２チャンバに添加した。ｐＨ測定は、マイクロｐＨ電極（Ｏｒｉｏｎ社製）およびｐＨ試験紙を使用した。

次に、第１電極を（−）電極とし、第２電極を（＋）電極として電圧（３、５、７および９Ｖ）を一定の時間印加し、各チャンバのｐＨを測定（データは表さない）すると共に、ＤＮＡ量を定量してＤＮＡの安定性を確認した。ＤＮＡの定量は、実施例１に示したように測定した。その結果を図５と図６に示した。

図５は、水素イオン交換膜が導入されていないマイクロ流体デバイスの第１チャンバ（カソード電極、すなわち（−）電極を含む）にＤＮＡを含め、電気分解を利用してｐＨを調節する場合におけるＤＮＡの安定性を測定した結果を示す図面である。

図６は、水素イオン交換膜が導入されていないマイクロ流体デバイスの第２チャンバ（アノード電極、すなわち（＋）電極を含む）にＤＮＡを含め、電気分解を利用してｐＨを調節する場合におけるＤＮＡの安定性を測定した結果を示す図面である。図５および図６に示したように、（−）電極が含まれている第２チャンバに比べて、（＋）電極が含まれている第１チャンバでのＤＮＡ安定性が顕著に減少した。具体的には、第１電極を（−）電極とし、第２電極を（＋）電極として７Ｖの電圧を３０秒間印加する場合、第２チャンバの核酸の安定性は約１５％であった。これは、実施例２に示した、本発明の水素イオン交換膜を使用するマイクロ流体デバイスを使用して、７Ｖの電圧を３０秒間印加した後に測定されたＤＮＡの安定性９１％より顕著に低いものである。

これは、核酸が含まれているチャンバの電極を（＋）電極として電圧を印加する場合、核酸が前記（＋）電極に吸着するために、その安定性が顕著に減少することに起因すると推定される。

本実施例に示したように、核酸が含まれているチャンバの電極を（＋）電極として電圧を印加する場合にも、水素イオン膜を介在させることによって、核酸の安定性を大きく向上させることができた。

本発明は、マイクロ流体デバイス関連の技術分野に好適に用いられる。

本発明のマイクロ流体デバイスの一例を図式的に示した図面である。本発明によるマイクロ流体デバイスを利用してマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する過程の一例を図式的に示した図面である。本実施例に使われた装置を模式的に示した図面である。対照用として使われた電気分解を利用してｐＨを調節するマイクロ流体デバイスを図式的に示した図面である。従来の水素イオン交換膜が導入されていないマイクロ流体デバイスの第１チャンバにＤＮＡを含め、電気分解を利用してｐＨを調節する場合におけるＤＮＡの安定性を測定した結果を示す図面である。従来の水素イオン交換膜が導入されていないマイクロ流体デバイスの第２チャンバにＤＮＡを含め、電気分解を利用してｐＨを調節する場合におけるＤＮＡの安定性を測定した結果を示す図面である。

符号の説明

１０、６０第１チャンバ、
１２、６２第１電極、
２０、７０第２チャンバ、
２２第２電極、
３０、８０第３チャンバ、
３２、８２第３電極、
４０金属イオン交換膜、
５０水素イオン交換膜。

Claims

第１電極が備えられている第１チャンバと、
前記第１チャンバに隣接した、第２電極が備えられている第２チャンバと、
前記第２チャンバに隣接した、第３電極が備えられている第３チャンバと、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に挿入された金属イオン交換膜と、
前記第２チャンバと前記第３チャンバとの間に挿入された水素イオン交換膜と、
を有するマイクロ流体デバイスを用い、
（ａ）前記第１チャンバに水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、
（ｂ）前記第２チャンバに水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、
（ｃ）前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極との間に電圧を印加して、前記第１チャンバまたは第２チャンバ溶液のｐＨを調節する段階と、
を含むマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法。
第１電極が備えられている第１チャンバと、
前記第１チャンバに隣接した、第２電極が備えられている第２チャンバと、
前記第２チャンバに隣接した、第３電極が備えられている第３チャンバと、
前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に挿入された金属イオン交換膜と、
前記第２チャンバと前記第３チャンバとの間に挿入された水素イオン交換膜と、
を有するマイクロ流体デバイスを用い、
（ａ）前記第１チャンバに水より標準酸化電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、
（ｂ）前記第２チャンバに水より標準還元電位の低いイオンを含む溶液を導入する段階と、
（ｃ）前記第１チャンバの第１電極と前記第２チャンバの第２電極との間に電圧を印加して、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバで水の電気分解を起こす段階と、
（ｄ）前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極と前記第３チャンバの第３電極との間に、前記第１チャンバの第１電極または前記第２チャンバの第２電極の極性が、段階（ｃ）における極性と逆になるように電圧を印加して、前記第１チャンバまたは第２チャンバの中の溶液のｐＨを調節する段階と、
を含むマイクロ流体デバイス内の流体のｐＨを電気的に調節する方法。
前記金属イオン交換膜は、アルカリ金属イオン交換膜である請求項１または２に記載の方法。
前記金属イオン交換膜は、ナトリウムイオン交換膜である請求項３に記載の方法。
前記金属イオン交換膜は、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜である請求項４に記載の方法。
前記金属イオン交換膜は、表面に−ＳＯ_３Ｍ官能基を有する膜、または−ＣＯＯＭ官能基を有する膜、または−ＳＯ_３Ｍ官能基および−ＣＯＯＭ官能基を有する膜であり、Ｍがアルカリ金属である、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記ｐＨは、印加される電圧の方向、大きさ、および印加される時間によって調節される請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。