JP5616309B2 - デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明のデバイスにおいて使用する基板の材料としては、無機材料及び有機材料が使用でき、特に限定されるものではないが、例えば、樹脂基板、石英基板、ガラス基板等が挙げられる。これら中でも、取り扱い性及び安価の観点から、樹脂基板が好ましい。樹脂基板の材料としては、流路の成型が容易で変形しにくいものが好ましく、例えば、熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、流路の成型が容易で変形しにくいという観点から、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデン、環状ポリオレフィン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスチレン等が好ましく使用でき、ポリメタクリル酸メチルがより好ましい。また、場合によっては、本発明のデバイスにおいて使用する2基板の材料が異なっても良い。例えば、無機材料と有機材料の組合せや、異なる有機材料の組合せなどが挙げられる。無機材料と有機材料の組合せとしては特に制限されるものではないが、石英基板と熱可塑性樹脂の組合せなどが挙げられる。異なる有機材料の組合せとしては特に制限されるものではないが、アクリル樹脂と環状ポリオレフィンの組合せなどが挙げられる。
本発明のデバイスは、凹部を有する基板が接合されることで形成される流路を備える。前記流路の寸法、長さ、形状は特に制限されない。流路の一実施形態としては、キャピラリが挙げられる。キャピラリとしては、流路断面の外接円の直径が例えば140μm以下、一般的に20〜70μmの流路が挙げられる。流路の断面の形状は、矩形、半円形、台形、円形、楕円形であってもよい。また、流路の形状は、直線に限らず、端部に分岐路を有する等任意に設定することができる。例えば、十文字形状、T字形状、Y字形状、X字形状等があり、また、それらを組み合わせた形状でもよい。
本発明のデバイスは、流路を備えるから、試料の分析装置、分析用具、又は分析チップとして利用できる。本発明のデバイスは、混合、抽出、相分離の操作や化学反応を行わせ、必要に応じで物質を生成させる装置、用具、又はチップとして利用できる。
本明細書において、架橋剤(A)は、本発明のデバイスにおける2枚の基板間の接合を仲介するものであり、かつ、本発明のデバイスの流路の内壁表面に露出しているものである。本発明のデバイスの基板の接合状態の一実施形態を図4に示す。図4において、左側Aが流路内壁表面に架橋剤(A)が露出している状態の概略図であり、右側Bが基板と基板とが架橋剤(A)を介して接合している状態の概略図である。なお、図4で示すアミノ化コンドロイチン硫酸は、架橋剤(A)の好ましい一例であり、その他の好ましい一例としては、アミノ化ヘパリン等が挙げられる。
架橋剤(A)の第1の実施形態としては、イオン性基含有多糖類が挙げられる。イオン性基としては、例えば、硫酸基、カルボン酸基、リン酸基及びアミノ基等が挙げられる。イオン性基含有多糖類としては、特に制限されるものではないが、例えば、硫酸基を有する多糖類、カルボン酸基を有する多糖類、リン酸基を有する多糖類、及びアミノ基を有する多糖類等が挙げられる。硫酸基を有する多糖類としては、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、ヘパラン硫酸、デルマタン硫酸、ケラタン硫酸、カラギーナン等の硫酸基を有するグリコサミノグリカン等が挙げられる。カルボン酸基を有する多糖類としては、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、ヘパラン硫酸、アルギン酸、ヒアルロン酸、ペクチン酸等のカルボン酸基を有するグリコサミノグリカン等が挙げられる。また、リン酸基を有する多糖類としては、乳酸菌等が生成するリン酸化多糖類等が挙げられる。アミノ基を有する多糖類としては、キトサン、キチン等が挙げられる。なお、グリコサミノグリカンがN−アセチル化されている場合には、脱N−アセチル化してアミノ化することが好ましい。脱アセチル化したグリコサミノグリカン(アミノ化グリコサミノグリカン)としては、例えば、アミノ化コンドロイチン硫酸、アミノ化ヘパリン等が挙げられる。コンドロイチン硫酸、ケラタン硫酸、ヒアルロン酸、ヘパリン、ヘパラン硫酸等は、ヒドラジンによる脱アセチル化によってアミノ化できる。また、ヘパリン及びヘパラン硫酸のアミノ化の方法としては、ピリニジウム塩等を用いた脱硫酸を用いる方法もある。第1の実施形態の架橋剤(A)の官能基(D)としては、カルボキシル基及びアミノ基が挙げられる。
本明細書において、脱N−アセチル化したコンドロイチン硫酸とは、上述のとおり、コンドロイチン硫酸のN−アセチル基のアセチル基を除去し、アミノ基を持たせたコンドロイチン硫酸(アミノ化コンドロイチン硫酸)をいう。具体的には、ヒドラジン処理等を行ったコンドロイチン硫酸をいう。本発明に適した脱N−アセチル化コンドロイチン硫酸は、脱N−アセチル化率が、例えば5〜100%であり、好ましくは10〜50%であり、より好ましくは10〜25%である。
架橋剤(A)の第2の実施形態としては、ビニル系モノマーがあげられ、具体例としては特に制限されるものではないが、アクリル酸、ビニルスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、メチレンコハク酸、アリルスルホン酸、アクリルアミド、メタクリル酸、ターシャリーブチルアクリルアミドスルホン酸等のアクリルモノマーが挙げられる。第2の実施形態は、架橋剤(A)と、架橋剤(B)又は官能基(C)とが共重合する形態を含む。
架橋剤(A)の第3の実施形態としては、アミノ基含有ポリマーがあげられ、具体例としては特に制限されるものではないが、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド、ポリ(アクリルアミド,N,N’−ビスアクリルアミド)共重合物、アクリルアミド・アクリル酸共重合物、アクリルアミド・ビニルスルホン酸共重合物等が挙げられる。第3の実施形態の架橋剤(A)の官能基(D)としては、アミノ基、メトキシ基及びカルボキシル基が挙げられる。
本明細書において架橋剤(B)は、本発明のデバイスの一実施形態において前記架橋剤(A)と基板表面上の官能基(C)との結合を仲介するものであり、前記架橋剤(A)及び前記官能基(C)とそれぞれ共有結合するものである(図4)。
架橋剤(B)の第1の実施形態としては、前記架橋剤(A)の第1の実施形態に対応するものであって、例えば、両末端にアルデヒド基を有するジアルデヒド類、両末端にカルボン酸基を有するジカルボン酸類、両端末にアミノ基を有するジアミン類が挙げられる。架橋剤(B)の第1の実施形態の具体例としては、グルタルアルデヒド、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒド、5−ホルミルサリチルアルデヒド、ナフタレンジアルデヒド、グルタル酸、スペルミン、スペルミジン、プトレスシン等があげられる。
架橋剤(B)の第2の実施形態としては、前記架橋剤(A)の第2の実施形態に対応するものであって、例えば、アミノ基含有ビニル系モノマーが挙げられる。アミノ基含有ビニル系モノマーの具体例としては、アクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等のアクリルアミドモノマーがあげられる。
本明細書において、官能基(C)は、本発明のデバイスの一実施形態において基板表面上に導入される官能基であって、前記架橋剤(B)と共有結合するものである(図4)。また、上述したとおり、官能基(C)は、その他の実施形態において、前記架橋剤(A)と直接共有結合するものであってもよい。
本明細書において、共有結合としては、特に限定されるものではないが、アミノ基とアルデヒド基とのシッフ塩基形成、アミノ基とカルボキシル基とのアミド結合、二重結合間の共重合、及び水酸基とエポキシ基とのエーテル結合などが挙げられる。架橋剤(A)と架橋剤(B)又は官能基(C)との共有結合、及び、架橋剤(B)と官能基(C)との共有結合としては、特に限定されるものではないが、アミノ基とアルデヒド基とのシッフ塩基形成、アミノ基とカルボキシル基とのアミド結合、二重結合間の共重合、及び水酸基とエポキシ基とのエーテル結合などが挙げられる。
以下に、本発明のデバイスの一実施形態を、図面を用いて説明するが、本発明はこの実施形態に限定されない。図1は、本発明のデバイスの一実施形態に係る基板の概略平面図である。図1Aはカバー側の樹脂基板10の平面図、図1Bはベース側の樹脂基板20の平面図である。図2は、本発明のデバイスの一実施形態の構成概略図である。図2Aは平面図、図2Bは図2AのX−X断面図、図2Cは図2AのY−Y断面図である。
本発明は、その他の態様において、2枚の接合された基板を含み、前記2枚の基板の対向する側の表面の少なくとも一方に凹部が形成されていることにより流路が形成されているデバイスの製造方法であって、前記2枚の基板の対向する表面に架橋剤(A)を接触させ、重ね合わせて前記2枚の基板間で反応させることにより、前記2枚の基板が前記架橋剤(A)を介して共有結合により接合し、かつ、前記流路の内壁表面に前記架橋剤(A)が露出している構成とすることを含むデバイスの製造方法(以下、「本発明の製造方法」ともいう。)に関する。
(1−a)基板表面へ官能基(C)を導入する。
(1−b)基板表面の官能基(C)に架橋剤(B)を接触させて反応させる。
(1−c)重ね合わす基板の一方に架橋剤(A)を塗布したのち、他方の基板を重ね合わせ、架橋剤(A)と架橋剤(B)との反応を行い、両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾する。
(2−a)基板表面へ官能基(C)を導入する。
(2−b)架橋剤(A)と架橋剤(B)とを接触させて反応させる。
(2−c)官能基(C)を導入した基板表面に、(2−b)工程で得られた架橋剤(A−B)結合物を塗布したのち、他方の基板を重ね合わせ、架橋剤(B)と官能基(C)との反応を行い、両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾する。
(3−a)基板表面へ官能基(C)を導入する。
(3−b’)基板表面の官能基(C)に架橋剤(B)を接触させて反応させる。
(3−b’’)架橋剤(A)と架橋剤(B)とを接触させて反応させる。
(3−c)架橋剤(B)を導入した基板表面に、(3−b’’)工程で得られた架橋剤(A−B)結合物を塗布したのち、他方の基板を重ね合わせ、架橋剤(A)と架橋剤(B)との反応及び架橋剤(B)と官能基(C)との反応を行い、両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾する。
(4−a)基板表面へ官能基(C)を導入する。
(4−b)官能基(C)を導入した基板表面に、架橋剤(A)を塗布したのち、他方の基板を重ね合わせ、架橋剤(A)と官能基(C)との反応を行い、両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾する。
(5−a)官能基(C)を有する基板表面に架橋剤(B)を接触させて反応させる。
(5−b)架橋剤(B)を導入した基板表面に架橋剤(A)を塗布したのち、他方の基板を重ね合わせ、架橋剤(A)と架橋剤(B)との反応を行い、両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾する。
(6−a)官能基(C)を有する基板表面に架橋剤(A)を塗布したのち、他方の基板を重ね合わせ、架橋剤(A)と官能基(C)との反応を行い、両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾する。
本発明は、さらにその他の態様において、本発明のデバイスを用いた試料の測定方法に関する。本発明の測定方法によれば、基板間が強固に接合されたデバイスを用いることから、安定した試料の測定を行うことができる。また、本発明の測定方法によれば、電気浸透流の発生が制御されたデバイスを用いることから、試料中の分析対象の測定精度を向上でき、好ましくは分析対象の分離精度の向上及び又は測定時間の短縮が可能となる。
本発明は、さらにその他の態様において、本発明のデバイスと、前記デバイスを装填するデバイス装填部を有し、前記デバイスを用いて試料中の分析を行う測定装置とを備える分析システムに関する。本発明の分析システムによれば、基板間が強固に接合された本発明のデバイスを備えることから、安定した試料の測定を行うことができる。
下記の基板を用いて、デバイスを作製した。
〔基板〕
図1A及びBに示すような一組のPMMA(ポリメタクリル酸メチル)製マイクロチップ基板を使用した。
下記条件で前記基板にアミノ基を導入した。
1.PMMA製基板に真空紫外線を照射した。
2.上記工程1で得られた照射後の基板を、2%3−アミノプロピルトリメトキシシラン(商品名:KBM903、信越シリコーン社製)水溶液中に30℃下で1時間浸漬した。
下記条件でアミノ基を導入した基板にグルタルアルデヒドを導入した。
3.上記工程2で得られたアミノ基が導入された基板を、1%グルタルアルデヒド水溶液に浸漬し、37℃オーブン内で2時間反応させた。
4.上記工程3で得られたグルタルアルデヒド基由来のアルデヒド基が導入された基板に、アミノ基を導入したコンドロイチン硫酸(脱N−アセチル化コンドロイチン)を塗布し、上記工程3で得られたグルタルアルデヒド基由来のアルデヒド基が導入された他方の基板をのせ、加温加圧(60℃、20000Pa)により接合した。
5.上記工程4で得られたマイクロチップの流路内にアミド硫酸を通液し、37℃下で反応させた。
上記工程5で得られたマイクロチップは、基板間が強固に接合されており流路の変形や流路からの液漏れがない良好なデバイスであった。また、電気浸透流を測定したところ、0.9mm/秒であった。電気浸透流は、陽極側に30mM塩化ナトリウム水溶液を満たし、陰極側及び流路(キャピラリー)に50mM塩化ナトリウム水溶液を満たし、1200V印加した時の電流値の変化を観測することで測定した。
図5に示すような形態のマイクロチップを用いて分離分析法(キャピラリー電気泳動法)によるHbA1cの測定を行った。
マイクロチップは、基板としてはPMMA製基板を使用し、実施例1と同じ手順で製造した。
〔泳動液〕
100mmol/Lリンゴ酸及び10g/Lコンドロイチン硫酸Cを含む液を、アルギニンを用いてpH5.0に調整した。
〔試料〕
GHbトロール2X(Sysmex社)に泳動液を加えて溶解し、HbA1cを含む試料を調製した。
実施例1と同様の方法でEOF速度を測定した。EOF速度は、0.9mm/秒であった。
〔HbA1cの測定〕
マイクロチップの孔12に泳動液を導入し、毛細管現象により溝(キャピラリ)21に泳動液を充填した。ついで、マイクロチップの孔11に試料を導入した。電気泳動を行うために、マイクロチップの孔11に+極をセットし、マイクロチップの孔12に−極をセットし、1200Vで60秒間通電して測定を行った。HbA1cの測定は、マイクロチップの受光側凹部6の真下からLED(波長:415nm)を照射し、発光側凹部5の真上に光学検出器を設置して行った。得られた結果を図10に示す。
得られたマイクロチップは、基板間が強固に接合されており流路の変形や流路からの液漏れがない良好なデバイスであった。得られたマイクロチップはEOF速度が速いため、本実施例のマイクロチップは、HbA1cとその他のHb(ヘモグロビン)とを短時間で分離することができ、またその分離精度が向上した。
10 樹脂基板
11、11a、11b、11c、11d 孔
12、12a、12b、12c、12d 孔
20 樹脂基板
21、21a、21b、21c、21d 溝
Claims (21)
- 2枚の接合された基板を含み、前記2枚の基板の対向する側の表面の少なくとも一方に凹部が形成されていることにより流路が形成されているデバイスであって、
前記2枚の基板が、架橋剤(A)を介した共有結合により接合しており、
前記流路の内壁表面に前記架橋剤(A)が露出しており、
前記架橋剤(A)は、イオン性基含有多糖類である、デバイス。 - 前記流路がキャピラリであり、前記流路内に露出した前記架橋剤(A)がイオン性であり、前記流路に水溶液を配置し電圧を印加した場合に電気浸透流を発生可能な、請求項1記載のデバイス。
- 前記架橋剤(A)は、架橋剤(B)を介して基板表面上の官能基(C)と結合しており、前記架橋剤(A)と前記架橋剤(B)とは共有結合し、前記架橋剤(B)と前記官能基(C)とは共有結合している、請求項1又は2に記載のデバイス。
- 前記架橋剤(A)は、基板表面上の官能基(C)と結合しており、前記架橋剤(A)と前記官能基(C)とは共有結合している、請求項1又は2に記載のデバイス。
- 前記共有結合が、アミノ基とアルデヒド基とのシッフ塩基形成、アミノ基とカルボキシル基とのアミド結合、二重結合間の共重合、及び水酸基とエポキシ基とのエーテル結合からなる群から選択される共有結合である、請求項1から4のいずれかに記載のデバイス。
- 前記架橋剤(B)は、両末端にアルデヒド基を有するジアルデヒドである、請求項3記載のデバイス。
- 前記官能基(C)は、アミノ基、カルボキシル基、メトキシ基、ビニル基、アルデヒド基、及び水酸基からなる群から選択される、請求項3又は4に記載のデバイス。
- 前記デバイスは、分離分析用である、請求項1から7のいずれかに記載のデバイス。
- 2枚の接合された基板を含み、前記2枚の基板の対向する側の表面の少なくとも一方に凹部が形成されていることにより流路が形成されているデバイスの製造方法であって、
前記2枚の基板の対向する表面に架橋剤(A)を接触させ、重ね合わせて前記2枚の基板間で反応させることにより、前記2枚の基板が前記架橋剤(A)を介して共有結合により接合し、かつ、前記流路の内壁表面に前記架橋剤(A)が露出している構成とすることを含み、
前記架橋剤(A)は、イオン性基含有多糖類である、デバイスの製造方法。 - 前記基板の表面に存在する官能基(C)に架橋剤(B)を接触させて反応させることにより、前記架橋剤(B)を前記基板表面に共有結合を介して導入すること、及び、
架橋剤(B)を導入した一組の基板の一方に架橋剤(A)を塗布し、他方の基板を重ね合わせて架橋剤(A)と架橋剤(B)との反応を行い、共有結合を介して両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾することを含む、請求項9記載のデバイスの製造方法。 - 架橋剤(A)と架橋剤(B)とを接触させ、反応させて架橋剤結合物(A−B)とすること、及び、
官能基(C)を表面に有する一組の基板の一方に前記架橋剤結合物(A−B)を塗布し、
他方の基板を重ね合わせて架橋剤(B)と官能基(C)との反応を行い、共有結合を介して両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾することを含む、請求項9記載のデバイスの製造方法。 - 官能基(C)を表面に有する一組の基板の一方に前記架橋剤(A)を塗布し、他方の基板を重ね合わせて架橋剤(A)と官能基(C)との反応を行い、共有結合を介して両基板を接合するとともに、形成される流路内部を架橋剤(A)で修飾することを含む、請求項9記載のデバイスの製造方法。
- 前記共有結合が、アミノ基とアルデヒド基とのシッフ塩基形成、アミノ基とカルボキシル基とのアミド結合、二重結合間の共重合、及び水酸基とエポキシ基とのエーテル結合からなる群から選択される共有結合である、請求項9から12のいずれかに記載のデバイスの製造方法。
- さらに、前記官能基(C)を対向する側の基板表面に導入することを含む、請求項10又は11に記載のデバイスの製造方法。
- 前記架橋剤(B)は、両末端にアルデヒド基を有するジアルデヒドである、請求項10又は11に記載のデバイスの製造方法。
- 前記官能基(C)は、アミノ基、カルボキシル基、メトキシ基、ビニル基、アルデヒド基、及び水酸基からなる群から選択される官能基である、請求項10、11及び13のいずれかに記載のデバイスの製造方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載のデバイスを用いて試料中の分析対象を測定することを含む、試料の測定方法。
- 前記デバイスを用いた測定は、分離分析法により試料中の分析対象を分離することを含む、請求項17記載の測定方法。
- 前記分離分析法は、キャピラリ電気泳動法である、請求項18記載の測定方法。
- 前記デバイスの流路内に露出した前記架橋剤(A)がイオン性であり、
前記流路に電圧を印加し、電気浸透流を発生させることを含む、請求項19記載の測定方法。 - 請求項1から8のいずれかに記載のデバイスと、
前記デバイスを装填するデバイス装填部を有し、前記デバイスを用いて試料中の分析を行う測定装置とを備える、分析システム。
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