JPH07198680A - 流体物質混合物の電気泳動分離のための装置および方法 - Google Patents

流体物質混合物の電気泳動分離のための装置および方法

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JPH07198680A JP6303256A JP30325694A JPH07198680A JP H07198680 A JPH07198680 A JP H07198680A JP 6303256 A JP6303256 A JP 6303256A JP 30325694 A JP30325694 A JP 30325694A JP H07198680 A JPH07198680 A JP H07198680A
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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44773—Multi-stage electrophoresis, e.g. two-dimensional electrophoresis

Abstract

(57)【要約】 【構成】キャリアー媒体Ｃの流路系２１，２，２２、分
離すべき物質混合物Ｓを媒体Ｃ中に注入する注入部３、
電場中で物質混合物を分離するための分離経路２からな
る複雑な流体物質混合物の電気泳動分離装置であって、
注入部３の下流には第１の分離経路２に対して角度αで
伸長する第２の分離経路４があり、第１と第２の分離経
路２，４の交差領域は第２のキャリアー媒体Ｅ中に部分
的に分離された物質混合物Ｓを注入する第２の注入部５
を形成する。混合物Ｓを第１の注入部３中のキャリアー
媒体Ｃ中に注入し、第１の分離経路２で分離した後、第
２のキャリアー媒体Ｅ中に注入し、第２の分離経路４で
さらに分離する電気泳動による流体物質混合物の分離方
法。 【効果】２Ｄゲル電気泳動と同程度の高い分離性能を有
し、かつ分離および分析に要する時間が短い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体物質混合物の電気
泳動分離のための装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気泳動分離方法は、電場がかけられた
場合のキャリアー媒体における試験試料の個々の成分の
異なる移動速度に基づいている。非常に広範囲に使用さ
れる方法はキャリアー媒体と試験すべき試料とを電場が
かけられる両末端間のキャピラリー分離経路からなるキ
ャピラリー系中を移動させるキャピラリー電気泳動であ
る。キャピラリー系中のキャリアー媒体の移動および試
験すべき試料のキャリアー媒体中への注入はポンプとバ
ルブにより、またはキャピラリー系の種々の部分に適当
に適用される電場を用いて行われ得る。キャリアー媒体
中に注入された試料の個々の成分は、分離経路の電場に
おいて異なる速度で移動し、その結果、試料が分離され
る。個々の成分はキャピラリー分離経路に接続された検
出器により決定され得る。異なる試料の同時分析のため
に、いくつかの平行キャピラリーを有する分離装置もま
た提案されている（Annal. Chem. 1992, 64, 967-97
2）。
【０００３】ＤＮＡ配列決定において、例えばゲル充填
キャピラリーが分離経路として使用される。該分離法に
おいて、キャリアー媒体、すなわちゲルは移動されず、
ゲル中に注入された試料だけが適用された電場内を移動
する。このようなゲル充填キャピラリーを用いる電気泳
動分離システムの典型的な分離性能（理論分離段数とも
記載される）は例えば３０分以内で約２５０ピークであ
る。
【０００４】ＵＳ−Ａ−４９０８１１２号は、分離経路
を包含する分岐したキャピラリー系の小型化を提案して
いる。キャピラリー系は半導体チップ上に配置される。
キャリアー媒体の移動および分離すべき試料の注入はキ
ャピラリー系の個々の経路部分間でスイッチが入れられ
得る電場により行われる。流路系の寸法は非常に小さい
が、得られる場の力は非常に大きい。結果的に、非常に
少量のキャリアー媒体と非常にわずかな試料容量のみが
必要とされる。さらに、分離法は典型的には約３０ｋＶ
である高い印加電圧で非常に迅速に行われ得る。
【０００５】非常に広範囲に使用される別の電気泳動分
離方法は、ゲル電気泳動である。該分離方法はその構成
部材中での試料の分離が溶液中ではなく、静止したキャ
リアー材であるゲル中で行われるものであり、エレクト
ロフェログラフィー(electropherography)としても知ら
れている。このエレクトロフェログラフィー法におい
て、分離すべき試料はストリップとして、好ましくは緩
衝剤（フェログラム）中に浸漬されたキャリアー材の中
央部に適用され、そして電圧はキャリアー材の端部に印
加される。試料は個々の成分の移動方向および移動速度
に従って分離される。異なる電荷の成分がそれぞれ反対
の電荷の極に移動し、中性成分は適用した点に残る。連
続的分離法において、緩衝液はキャリアー材の垂直プレ
ートを介して流れる。試料はプレートのできるだけ上端
近傍に添加される。電気泳動分離は緩衝剤の流れに対し
て垂直にかけられた電場により行われる。
【０００６】ゲル電気泳動は荷電したバイオポリマーに
対して確立された分離方法である。ポリアクリルアミド
ゲル（ＰＡＧＥ）は分離のために頻繁に使用される。ポ
リアクリルアミドゲルの細孔の大きさはゲル内の試料分
子の電荷や立体障害性に従った分離を可能にする。ドデ
シル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）が添加される場合、分離
された試料分子の移動距離と相当するモル質量との間に
良好な相関が得られるが、しかし分子の電荷とは無関係
である。ＳＤＳ−ＰＡＧＥゲル電気泳動の前の予備段階
としての等電点電気泳動（ＩＥＦまたはＩＦ）は多種類
の極端に複雑な物質混合物を分離することも可能にす
る。
【０００７】適度に十分に確立された、ゲル電気泳動の
さらに進歩したものは、いわゆる２Ｄゲル電気泳動であ
り、それは試料が異なる基準に従って２次元（２Ｄ）に
分離される。そのような２Ｄゲル電気泳動分離装置は、
例えばＡ．Ｔ．アンドリュー著「電気泳動，その理論，
方法ならびに生化学的および医学的利用」クラレンドン
プレス，オックスフォード，１９８６年，２２３−２３
０頁（A. T. Andrews,"Electrophoresis, Theory, Tsch
niques and Biochemical and Clinical Applications",
Clarendon Press, Oxford 1986, pages 223-230 ）に
記載されている。この２次元分離方法は特に、第１の次
元における等電点電気泳動と、第２の次元におけるゲル
電気泳動、例えばＳＤＳ−ＰＡＧＥゲル電気泳動との組
合せとして使用される。得られるゲルパターンは、第１
の次元において当該成分の等電点に関する情報を与え、
そして第２の次元においてその成分のモル質量に関する
情報を与える。２Ｄゲル電気泳動における典型的な分離
性能は２時間以上の時間内で約１００００のピーク能力
である。
【０００８】２Ｄゲル電気泳動を用いて非常に高い分離
性能を得ることが可能であるけれども、その場合の該方
法の欠点は非常に遅いことである。まず最初に、試料は
第１のゲル上で第１の次元において分離されなければな
らない。第１のゲルは次に第２の次元における分離が行
われるべき第２のゲルと一緒に運ばれなければならず、
非常に骨のおれる操作である。長い分析時間はフリーゲ
ル中の分離成分の分散を生じ、バンドの望ましくない広
がりを導き得る。ゲルにおける分離に必要な電圧は限定
された範囲まで高められるだけであり、典型的には約２
ｋＶである。より高い電圧では、ジュール効果発熱が発
生し、ゲルおよび試料の分解を生じ得る。
【０００９】それ故に、同じ時間で分離度（分離性能）
を低下させずに必要な長い分析時間を短縮する可能性は
ない。非常に長い分析時間はそれ故に、非常に複雑な物
質混合物の分離のための２Ｄゲル電気泳動の使用に対す
る主な障害である。
【００１０】キャピラリー電気泳動において、分析時間
は分離経路の末端間の電圧を高めることにより著しく短
縮させ得る。マイクロチップを基礎とする小型化キャピ
ラリー電気泳動システムの場合において、約５ないし４
０ｋＶの電圧が典型的には用いられ、これにより分析時
間が１分未満となる。しかしながら、比較的単純な物質
混合物がキャピラリー電気泳動を用いて分離され得るだ
けである。しかし、「２次元性」を達成し、従って非常
に複雑な物質混合物の分離を可能にし得るために、多数
の分離キャピラリーを互いに並べて結合すると、小型化
システムにおいて、ナノリットル容量の接続部を必要と
するであろう。しかし、そのような接続部は、それらが
製造され得るとしても、製造が非常に難しく、かつ高価
である。非常に迅速な分離のために極めて短いキャピラ
リー分離経路を用いると、接続部の死空間の妨害作用が
特に高い。それ故にそれらの死空間は消滅する程小さく
保たれなければならないが、それは実際に不可能である
と考えられる。２Ｄゲル電気泳動と同様に平面とした小
型化キャピラリー電気泳動システムの分離経路の構築
は、分離成分の分散を促進し、そして結果として分離性
能の著しい悪化を招く。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】それ故に、本発明が解
決しようとする課題は、２Ｄゲル電気泳動と同程度の性
能を有し、かつ短い分離および分析時間を可能にする、
流体物質混合物、特に複雑な流体物質混合物の電気泳動
分離のための装置および方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る装置および
方法により、上記課題およびその他の課題は解決され、
そして従来技術の装置および方法の欠点は克服される。
本発明の流体物質混合物の電気泳動分離のための装置は
請求項１に記載され、そしてその方法は請求項１９に記
載されており、特に好ましい態様はそれぞれの従属項に
記載されている。
【００１３】本発明は特に、キャリアー媒体のための流
路系、分離すべき物質混合物のキャリアー媒体中への注
入のための注入部（注入機構，注入装置）、および分離
経路に沿ってかけられる（適用される）電場において物
質混合物を分離するための前記分離経路からなる、複雑
な流体物質混合物の電気泳動による分離のための装置を
提供する。分離すべき物質混合物のための注入部の下流
で、そこからある距離離れた箇所には、第２の分離経路
に沿ってかけられる電場において物質混合物をさらに分
離するための前記第２の分離経路が備えられている。第
２の分離経路は第１の分離経路に対してある角度で傾斜
されている。第１および第２の分離経路の交差領域は、
第２のキャリアー媒体中に部分的に分離された物質混合
物を注入するための第２の注入部を形成する。流体物質
混合物は第１の注入部においてキャリアー媒体中に注入
され、そして次いで第１の分離経路に沿ってかけられる
電場において分離される。部分的に分離された物質混合
物は次に第１の分離経路の下流で第２のキャリアー媒体
中に注入され、そして第２の分離経路に沿ってかけられ
る電場においてその成分毎にさらに分離される。
【００１４】本発明に係る装置および本発明に係る方法
は、２Ｄゲル電気泳動から知られているような２次元分
離の利点を利用するが、非常に長い分離および分析時間
の欠点を有するものではない。非常に複雑な物質混合物
の極めて良好な分離の利点はまた、小型化されたキャピ
ラリー電気泳動システムにより特に可能にされる非常に
短い分離および分析時間と関連している。本発明はナノ
リットル容量未満の接続部を必要としない２次元キャピ
ラリー電気泳動システムを提供する。本方法は、典型的
には１分かからない、非常に複雑な物質混合物の極めて
迅速な分離を可能にする。分離性能は慣用のキャピラリ
ー電気泳動の場合に比べ著しく高い。短い分析時間によ
り、本発明はまた準連続分析に使用され得る。
【００１５】好ましくは、物質混合物および部分的に分
離された物質混合物を注入するための２つの注入部は、
それらの幾何学（形状）により規定される注入容量を有
する。好ましい変化形において、第１の分離経路の第２
の分離経路との交差領域は二重Ｔ型片（２連Ｔ字型片）
の形状にあり、該Ｔ型片の横棒（Ｔ字型の頭部直線部）
は各々第２の分離経路により形成されている。この方法
において、第２の分離経路は連続的構造をなし、第１の
分離経路が第２の分離経路に入る点およびそれが第１の
キャリアー媒体と分離すべき物質混合物との混合物の除
去のために第２の分離経路から分岐する点は第２の分離
経路の長さ方向に互い違いに（ずらして）配置されてい
る。第２のキャリアー媒体中への注入のために、部分的
に分離された物質混合物は第１の分離経路における移送
方向に対してある角度でまず移送される。その際に、方
向転換され、そして好ましくは第１の分離経路に対して
平行に、流離系から出口まで移送される。第１の注入部
は全体が相似の構造からなる。その場合において、未だ
に分離されていない物質混合物は、第１の分離経路に対
してある角度で最初に移送され、次いで第１の移送方向
に再び方向転換され、最終的に第１の分離経路中への進
入点の下流にある分岐で再び方向転換され、そして元の
移送方向に平行に出口まで移送される。その方法におい
て、注入はブロック方式(block-fashion) で行われ、各
々の場合における注入される容量は、合流した出口点か
ら入口点の距離と、第１および第２の分離経路の断面積
により決められる。
【００１６】好ましい変化形において、第１および第２
の注入部は二重Ｔ型片の形状を有し、該Ｔ型片の横棒部
は各々第１もしくは第２の分離経路またはそれらの直線
的伸長部により形成されるている。
【００１７】本発明の特に好ましい変化形において、そ
れぞれの分離経路に沿ってかけられる電場において物質
混合物をさらに分離するためのその他の分離経路が第１
の注入部の下流に備えられている。それらの分離経路は
同様に、第１の分離経路に対してある角度で、かつ互い
にほぼ平行に伸長する。その他の分離経路と第１の分離
経路との交差領域は各々、部分的に分離された物質混合
物がその他の分離経路を介して移送される第２のキャリ
アー媒体中に注入されるその他の注入部を形成する。こ
の場合における注入部の構造は好ましくは既に上記した
ものに一致する。この特に好ましい変化形により、装置
を特に広範囲の用途に使用することが可能となる。特
に、第１の分離経路において部分的に分離された物質混
合物の種々の成分が、次々に下流で交差し、かつ互いに
平行に伸長するその他の分離経路中に注入され得、そし
て上記成分が特定の基準に従ってさらなる分離に供され
得る。例えば、異なる場の強度分布が個々のその他の分
離経路において、物質混合物のさらなる分離に決定的な
効果を奏し得る環境を適用し得る。
【００１８】好ましくは、その他の分離経路の端部は第
２のキャリアー媒体のための共通のリザーバーおよび共
通の採取容器を終点とする。リザーバーおよび採取容器
はそれぞれ、分離経路に対するキャリアー媒体の適当な
供給を行うため、および停止を防止するために、キャピ
ラリー形状の分離経路より大きい断面積であることが好
ましい。好ましくは、供給および除去キャピラリーの断
面積は分離経路の断面積に比べ約２ないし約１００００
倍大きくなるように選択される。その結果、比較的粘稠
なキャリアー媒体であっても困難のない操作が可能とな
る。
【００１９】リザーバーおよび採取容器中の第２のキャ
リアー媒体においてｐＨ勾配を確立し得る手段が備えら
れているならば、本発明に係る分離装置を特に興味深い
方法で使用するための局面が存在する。そのために、例
えば両性電解質が第２のキャリアー媒体として使用され
る。電極はリザーバーおよび採取容器における両性電解
質中に電場を発生させる。両性電解質分子の酸性基およ
び塩基性基は電場において相応にそれ自身並び、移動
し、そしてそのようにして両性電解質中に一時的または
安定なｐＨ勾配を生成する。そのように変更された装置
において、各々のその他の分離経路を介して流れるキャ
リアー媒体は異なるｐＨ値を有する。そのようにして、
注入される部分的に分離された物質混合物は各分離経路
における異なる周囲条件下でさらに分離され得る。
【００２０】第１およびその他の分離経路における物質
混合物の分離が異なる基準に従って起こることを可能に
するために、第１の分離経路における第１のキャリアー
媒体はその他の分離経路におけるものと異なるように選
択される。選択されるキャリアー媒体は好ましくは電解
液またはゲルである。例えば、物質混合物の等電点電気
泳動が第１の分離経路で行われ得（第１の次元）、個々
の成分に実際の分離が次いでその他の分離経路において
行われ得る（第２の次元）。
【００２１】物質混合物の分離された成分は、ある時点
でカメラにより２つの空間座標において光学的に２次元
で検出されるか、または空間および時間座標の検出によ
る線型走査光学検出器を用いて検出されることが好まし
い。両方の検出方法は容易に積分可能であり、そしてデ
ジタル計算装置に適合可能である。
【００２２】特に好ましい変化形において、本発明に係
る分離装置は小型化されている。流路系、注入部、分離
経路、ならびに供給および除去キャピラリーは所望によ
り蓋、好ましくはガラスの蓋で覆われ得るガラス、ポリ
マーフィルムまたは半導体材料、好ましくは単結晶シリ
コンのプレートに製造される。蓋および／またはプレー
トには、第１および第２のキャリアー媒体ならびに分離
すべき物質混合物のための別々の流入開口部および流出
開口部が配置されている。分離経路は好ましくは、約
０．１μｍないし約１０００μｍの深さで、約１μｍな
いし約５００μｍの幅の溝の形状にある。より狭い流路
は、より深く、そして逆の場合も同様である（すなわ
ち、より広い流路はより浅い）。そのように構築される
小型化分離装置は慣用の微小機械製造法または半導体産
業から公知である製造法を用いて大量生産され得、そし
てそれ故に、製造費用が比較的低い。さらに、種々の電
子部品、例えば電場によりキャリアー媒体を移送するた
めの電極は「分析チップ(analysis chip) 」上に集積さ
れることが可能である。
【００２３】装置の変化形において、使用されるキャリ
アー媒体は好ましくは水性電解質である。これらはキャ
リアー媒体が、電場により流路系および分離経路を介し
て移送され得るという利点を有する。そのために必要と
される電場は、例えば小型化分析チップ上に集積された
電極により発生され、そして制御され得る。流路および
分離経路が適当に小さい断面積を有する場合、それらは
１つまたは２つの側が開放されていてもよい。その場
合、キャリアー媒体および試料は有効なキャピラリー力
（効果）の結果として流路および分離経路中に残留す
る。
【００２４】キャリアー媒体としてゲルを使用すること
も可能である。これらは好ましくは静止体であり、すな
わちこの場合においてキャリアー媒体は流路系および分
離経路を介して移送されずに、試料のみがゲル中を移動
する。その場合、流路系および分離経路は１、２または
３つの側さえも開放されていてもよい。全体の流路系お
よび分離経路はゲルに、例えば写真平板または印刷もし
くはエンボス法で製造され得る。ゲル自身が流路系およ
び分離経路を形成し、そして３つの側が開放されている
変化形の場合には、流路をさらに規定するのは、ゲルの
ための非導電性キャリアー媒体（キャリャー材）のみで
ある。その場合の試料はその他の横方向の案内なしにゲ
ル流路中を移動する。
【００２５】第２の分離経路が第１の分離経路に対して
傾斜している角度は約３０°ないし１５０°、好ましく
は約９０°である。これにより、流路および分離経路の
形状および配置における適応性の度合いが比較的大きく
なり、分離法の２次元性が保持される。
【００２６】本発明の装置は好ましくは、各成分に分離
された物質混合物のための少なくとも１つの検出器を備
えている。これは、例えば、光学検出器または電気化学
に基づいて機能する検出器であってよい。その方法にお
いて、装置は極めて特定された分析物に適応させ得る。
検出器の性質に応じて、例えば極めて特定された成分を
検出することが可能である。設計の概念は装置を小型化
することを可能にするので、広範囲の用途、例えば工
学、理学および医学分野における使用の局面が存在す
る。
【００２７】
【実施例】必須部分を全て有する本発明に係る装置は、
模式的な様式で示された変化形を参照する実施例により
以下により詳しく記載されている。本発明に係る方法の
原理もまた、図面を参照して説明されるであろう。図１
は本発明に係る分離装置の第１の実施態様であり、そし
て図２は本発明に係る装置の第２の実施態様である。
【００２８】図１に示された実施態様は、流体物質混合
物、特に非常に複雑な流体物質混合物の電気泳動による
分離のための本発明に係る装置の基礎にある基本的原理
を説明している。該装置はキャリアー媒体Ｃおよび分離
すべき物質混合物Ｓの移送のためのキャピラリー系と、
分離すべき物質混合物Ｓをキャリアー媒体Ｃ中に注入す
るための注入部３と、好ましくはキャピラリー系の一部
を形成するキャピラリー形態の分離経路２とからなる。
分離経路２を通過する移送の間に、物質混合物は分離経
路に沿ってかけられた電場において分離される。明瞭に
するために、分離経路２に沿って電場を生成するのに使
用される電極は示されていない。図面において、キャリ
アー媒体Ｃおよび物質混合物Ｓならびにそれらの流れる
方向は適当に表示された矢印ＳおよびＣにより示されて
いる。キャピラリー部２１および２２の端部はそれぞれ
入口および出口２３および２４で終わっており、それに
より、流体の、好ましくは液体のキャリアー媒体Ｃはキ
ャピラリー系に導入され、そしてまた再び除去され得
る。同様にして、キャピラリー部１の端部は分離すべき
物質混合物Ｓのための入口１１および出口１２で終わっ
ている。
【００２９】それにより物質混合物Ｓが移送されるキャ
ピラリー部１と、キャリアー媒体Ｃが移送されるキャピ
ラリー部２１，２，２２との間の交差領域はキャリアー
媒体Ｃの流れの中に物質混合物Ｓを注入するための注入
部３を形成する。交差領域は単純な直線的交差の形態で
あってよいが、好ましくは、キャリアー媒体Ｃ中への分
離すべき物質混合物Ｓの注入のための注入部３が幾何学
的に規定された注入容量を有するように構築される。そ
のために、交差領域は二重（二連）Ｔ字型片の形態にあ
り、該Ｔ字型片の横棒部は各々第１の分離経路２または
それらの直線的伸長部２１により形成される。注入容量
はそのようにして、分離経路２中への流路部１の入口点
と、例えば下流に設置されているその出口開口部との間
の距離および分離経路２の断面積により固定される。
【００３０】本発明によれば、第１の分離経路に対して
角度αで傾斜し、そして、この実施態様では第１の分離
経路２に対してほぼ垂直に伸長する第２の、好ましくは
キャピラリー形状の分離経路４が注入部３の下流で、そ
こからある距離の箇所に設けられている。第２の分離経
路４は好ましくはキャピラリー部４１内への直線的伸長
部において伸長している。第２の分離経路４とキャピラ
リー部４１は同様に装置のキャピラリー系の一部を形成
する。キャピラリー部４１の端部と第２の分離経路４の
端部はそれぞれ入口および出口開口部４２および４３で
終わっており、それにより第２の流体の、好ましくは液
体のキャリアー媒体Ｅがキャピラリー系中に導入され、
そしてそれから再び除去され得る。
【００３１】第１の分離経路２と第２の分離経路４との
交差領域は、それが第２の分離経路４に沿って移送され
る第２のキャリアー媒体Ｅ中に部分的に分離された物質
混合物Ｓを注入するための第２の注入部５を形成するよ
うに構築される。その交差領域は単純な直線的交差の形
態であってよいが、好ましくは、第２のキャリアー媒体
Ｅ中への部分的に分離された物質混合物Ｓの注入のため
の注入部５が幾何学的に規定された注入容量を有するよ
うに構築される。そのために、交差領域は二重Ｔ字型片
の形態にあり、該Ｔ字型片の横棒部は各々第２の分離経
路４またはそれらの直線的伸長部、キャピラリー部４１
により形成される。注入容量はそのようにして、第２の
分離経路４中への第１の分離経路２の入口点と、例えば
下流に設置されている第１のキャリアー媒体Ｃのための
出口２４中に導くキャピラリー部２２の開口部との間の
距離および第２の分離経路４の断面積により固定され
る。
【００３２】第１の分離経路２において部分的に分離さ
れた物質混合物Ｓは第２のキャリアー媒体Ｅの流れの中
に第２の注入部５で注入され、そして第２の分離経路４
に沿ってかけられた電場において各成分にさらに分離さ
れる。明瞭にするために、分離経路４に沿って電場を生
成するのに使用される電極は示されていない。第１のキ
ャリアー媒体Ｃは好ましくは第２のキャリアー媒体Ｅと
異なっている。このようにして第１およひ第２の分離が
異なる基準に従って行われ得る。例えば、まず最初に物
質混合物の等電点電気泳が第１の分離経路２中で行われ
得、個々の成分への実際の分離が次の第２の分離経路４
において起こる。
【００３３】図２に示された本発明に係る装置の実施態
様は、原理を示す図１の例のその他の態様である。第１
の分離経路２に続いて一連のその他の分離経路４，４Ａ
−４Ｊが下流に配置されている。追加の分離経路４，４
Ａ−４Ｊは全て第１の分離経路２に対してほぼ垂直に、
かつ互いにほぼ平行に伸長している。追加の分離経路
４，４Ａ−４Ｊと第１の分離経路２との交差領域は部分
的に分離された物質混合物Ｓのための注入部５，５Ａ−
５Ｊを形成する。原理的な実施態様との関連で説明した
ように、注入部５，５Ａ−５Ｊの注入容量は好ましくは
幾何学的に規定されている。全ての交差領域はそれ故に
二重Ｔ字型片の形態にあるのが好ましく、該Ｔ字型片の
横棒部は各々それぞれの追加の分離経路４，４Ａ−４Ｊ
またはそれらの直線的伸長部、キャピラリー部４１，４
１Ａ−４１Ｊにより形成される。
【００３４】追加の分離経路４，４Ａ−４Ｊの端部およ
びキャピラリー部４１，４１Ａ−４１Ｊの端部は第２の
キャリアー媒体Ｅのための共通のリザーバー４４および
共通の採取容器４５で終わっている。特別な場合におい
て、共通のリザーバー４４は供給キャピラリーの形態で
あってよく、共通の採取容器４５は除去キャピラリーの
形態であってよい。キャピラリー４４，４５は分離経路
２および４，４Ａ−４Ｊの断面積より大きい断面積であ
る。供給キャピラリー４４の２つの端部は、それにより
第２のキャリアー媒体が供給キャピラリー４４中に導入
される開口部４６および４７に連結されている。除去キ
ャピラリー４５の２つの端部は、それによりキャリアー
媒体／物質混合物Ｅ＋Ｓが除去キャピラリー４５の外部
に再び移送される出口開口部４８および４９で終わって
いる。予め分離された物質混合物Ｓは、互いに平行に伸
長する多数のその他の分離経路４，４Ａ−４Ｊ中に注入
され、そこで並行してさらに分離が行われる。注入時点
の適当な選択により、さらに分離されるその他の分離経
路４，４Ａ−４Ｊ中に、第１の分離経路２からの物質混
合物の極めて特定された「プレ成分」を注入することが
できる。異なる強度の電場において、個々のその他の分
離経路４，４Ａ−４Ｊでさらに分離することも可能であ
る。
【００３５】図２に係る本発明の実施態様はまた、供給
および除去キャピラリー４４，４５中の第２のキャリア
ー媒体ＥがｐＨ勾配を有するように変形されてもよい。
供給キャピラリーおよび除去キャピラリー中の第２のキ
ャリアー媒体ののｐＨ値が同じ勾配曲線を有することに
注意すべきである。このようにして、追加の分離経路
４，４Ａ−４Ｊの各々は異なるｐＨ値のキャリアー媒体
が供給されてもよい。予め分離された物質混合物の分離
は次いで追加の分離経路４，４Ａ−４Ｊの各々において
異なるｐＨ値のキャリアー媒体中、すなわち制御可能な
異なる状況下で行われる。
【００３６】第２の実施態様の単純化した変化形におい
て、物質混合物Ｓは予備分離が行われず、第１のキャリ
アー媒体Ｃの代わりに流入部２３を介して直接キャピラ
リー系中に供給され、そして注入部５，５Ａ−５Ｊでそ
の他の分離経路４，４Ａ−４Ｊ中に注入される。予備分
離なしの上記単純化した実施態様において、それにより
物質混合物Ｓが通常第１の分離経路２中に導入されるキ
ャピラリー部１を省略することもできる。
【００３７】本発明に係る装置の設計概念はまた、キャ
ピラリー系、注入部３，５，５Ａ−５Ｊ、分離経路２，
４，４Ａ−４Ｊおよび供給および除去キャピラリー４
４，４５をガラスまたは半導体材料、好ましくは単結晶
シリコンのプレートに製造することを可能とする。分離
経路は約１μｍないし約５００μｍの幅で、約０．１μ
ｍないし約１０００μｍの深さの溝の形状にある。プレ
ートは溝を有する側が蓋、好ましくはガラスの蓋で覆わ
れていてもよい。蓋および／またはプレートには、流入
および流出開口部２３，２４；４２，４３；４６−４
８；１１，１２が第１および第２のキャリアー媒体、な
らびに分離すべき物質混合物Ｓのために備えられてい
る。それらは好ましくは連結キャピラリーを挿入するた
めの開口部の形態である。
【００３８】分離された物質混合物の個々の成分を検出
するために、その成分に分離された物質混合物のための
検出器（図示せず）が備えられている。該検出器は、例
えばそれにより、分離された成分がある時点で２つの空
間座標において２次元で検出される光学カメラである。
また、物質混合物Ｓの分離された成分は空間および時間
座標の検出による線型走査光学検出器を用いて検出され
てもよい。
【００３９】
【発明の効果】本発明に係る装置および本発明に係る方
法は、キャピラリー電気泳動システムにおいて非常に複
雑な物質混合物の２次元電気泳動を可能にする。高い分
離性能は２Ｄゲル電気泳動の場合に知られている長い分
離時間および分析時間を要することなしに得られる。本
発明の上記装置および方法は広範囲の用途を有する。キ
ャリアー媒体の選択は分離すべき物質混合物に応じて決
定される。ｐＨ勾配を用いて、または用いずに適当な電
解質溶液またはゲルを使用することが可能である。「ジ
ャーナル・オブ・クロマトグラフィー・ライブラリー」
第５２巻，キャピラリー電気泳動，１９９２年，エルセ
ビア・サイエンス・パブリッシャーズＢ．Ｖ．，１７３
−１８３頁（"Journal of Chromatography Library"- V
ol. 52, Capillary Electrophoresis, 1992 Elsevier S
cience Publishers B. V., pages 173-183）には本発明
に係る装置に使用され得るゲルの例が記載されている。
小型化された装置は微小機械大量製造法および半導体産
業から公知である大量製造法の使用を可能にする。結果
として、本発明に係る装置は大量に比較的低コストで製
造され得る。「分析チップ」の形態にある小型化された
装置はさらに、電子部品、例えば分離経路に電場を生成
するための電極のチップ上への集積を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分離装置の第１の実施態様を示す
説明図である。
【図２】本発明に係る分離装置の第２の実施態様を示す
説明図である。
【符号の説明】
２ 第１の分離経路 ３ 第１の注入部 ４ 第２の分離経路 ５ 第２の注入部 Ｃ 第１のキャリアー媒体 Ｓ 物質混合物 Ｅ 第２のキャリアー媒体 α 第１の分離経路と第２の分離経路とのなす角度
【手続補正書】
【提出日】平成６年１２月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正内容】

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キャリアー媒体（Ｃ）のための流路系
    （２１，２，２２）と、分離すべき物質混合物（Ｓ）を
    キャリアー媒体（Ｃ）中に注入するための注入部（３）
    と、分離経路（２）に沿ってキャリアー媒体（Ｃ）にか
    けられ得る電場において物質混合物（Ｓ）を分離するた
    めの分離経路（２）とからなり、物質混合物（Ｓ）をさ
    らに分離するために、別の電場が第２の分離経路（４，
    ４Ａ−４Ｊ）に沿ってかけられ得る第２のキャリアー媒
    体（Ｅ）を有する少なくとも１つの第２の分離経路
    （４，４Ａ−４Ｊ）が備えられ、該第２の分離経路
    （４，４Ａ−４Ｊ）は第１の分離経路（２）に対してあ
    る角度（α）で傾斜され、そして分離すべき物質混合物
    （Ｓ）のための注入部（３）の下流で、ある距離離れ
    て、第１の分離経路（２）と第２の分離経路（４，４Ａ
    −４Ｊ）との交差領域が第２のキャリアー媒体（Ｅ）中
    に部分的に分離された物質混合物（Ｓ）を注入するため
    の第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）を形成するように伸
    長する、複雑な流体物質混合物の電気泳動分離のための
    装置。
  2. 【請求項２】 部分的に分離された物質混合物（Ｓ）を
    注入するための第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）が幾何
    学的に規定されている注入容量を有する請求項１記載の
    装置。
  3. 【請求項３】 第１の分離経路（２）と第２の分離経路
    （４，４Ａ−４Ｊ）との交差領域（５，５Ａ−５Ｊ）が
    二重Ｔ型片の形状にあり、該Ｔ型片の横棒部は各々第２
    の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）またはそれらの直線的伸
    長部（４１，４１Ａ−４１Ｊ）により形成される請求項
    ２記載の装置。
  4. 【請求項４】 分離すべき物質混合物（Ｓ）を第１のキ
    ャリアー媒体（Ｃ）中に注入するための第１の注入部
    （３）が幾何学的に規定された注入容量を有する請求項
    １ないし３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 第１の注入部（３）が二重Ｔ型片の形状
    を有し、該Ｔ型片の横棒部は各々第１の分離経路（２）
    またはそれらの直線的伸長部（２１）により形成される
    請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 第１の注入部（３）の下流に、それぞれ
    の分離経路に沿ってかけられる電場において物質混合物
    （Ｓ）をさらに分離するための多くの別の分離経路
    （４，４Ａ−４Ｊ）が備えられ、その別の分離経路は第
    １の分離経路（２）に対してある角度（α）で傾斜さ
    れ、そして互いにほぼ平行に配置され、第１の分離経路
    （２）との交差領域は各々、部分的に分離された物質混
    合物（Ｓ）を第２のキャリアー媒体（Ｅ）中に注入する
    ための別の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）を形成する請求項
    １ないし５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 別の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の端部
    が分離経路に比べより大きい断面積であることが好まし
    い第２のキャリアー媒体（Ｅ）のための共通のリザーバ
    ー（４４）および共通の採取容器（４５）で終わってい
    る請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 リザーバー（４４）および採取容器（４
    ５）の断面積が分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の断面積の
    約２ないし１００００倍である請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 リザーバー（４４）および採取容器（４
    ５）が、ｐＨ勾配を第２のキャリアー媒体（Ｅ）に確立
    し得る手段を備えている請求項７または８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 第１および第２のキャリアー媒体
    （Ｃ，Ｅ）が異なる媒体である請求項１ないし９のいず
    れか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 流路系（２１，２，２２）、注入部
    （３，５，５Ａ−５Ｊ）、分離経路（２，４，４Ａ−４
    Ｊ）、および適当である場合、リザーバー（４４）およ
    び採取容器（４５）およびあらゆるその他の伸長流路
    （４１，４１Ａ−４１Ｊ）が好ましくは蓋、例えばガラ
    スの蓋で覆われ得るガラス、ポリマーフィルムまたは半
    導体材料、好ましくは単結晶シリコンのプレートに製造
    され、そして別々の流入および流出開口部（１１，１
    ２，４２，４３；１１，１２，４６−４９）が第１およ
    び第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）および分離すべき物
    質混合物（Ｓ）のために備えられ、前記流入および流出
    開口部は蓋および／またはプレートに配置されている請
    求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 分離経路（２，４，４Ａ−４Ｊ）が、
    約０．１μｍないし約１０００μｍの深さで、約１μｍ
    ないし約５００μｍの幅の溝の形状にあり、狭い溝は深
    さが常に大きく、そして逆の場合も同様である請求項１
    ２記載の装置。
  13. 【請求項１３】 キャリアー媒体（Ｃ，Ｅ）が、電場に
    より流路系（２１，２，２２）および分離経路（２，
    ４，４Ａ−４Ｊ）を介して移送される好ましくは水性電
    解質である請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】 キャリアー媒体（Ｃ，Ｅ）が静止ゲル
    である請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】 流路系（２１，２，２２）および分離
    経路（２，４，４Ａ−４Ｊ）は１つまたは２つの側が開
    放されている請求項１ないし１４のいずれか１項に記載
    の装置。
  16. 【請求項１６】 流路系（２１，２，２２）、分離経路
    （２，４，４Ａ−４Ｊ）およびあらゆる伸長流路（４
    １，４１Ａ−４１Ｊ）はゲル内に形成され、そして３つ
    の側が開放されている請求項１４記載の装置。
  17. 【請求項１７】 第２の分離経路（４）または別の分離
    経路（４，４Ａ−４Ｊ）が第１の分離経路（２）に対し
    て傾斜している角度（α）が約３０°ないし１５０°、
    好ましくは約９０°である請求項１ないし１６のいずれ
    か１項に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 検出器が各成分に分離された物質混合
    物（Ｓ）のために備えられている請求項１ないし１７の
    いずれか１項に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 複雑な物質混合物（Ｓ）が分離経路
    （２）上流でキャリアー媒体（Ｃ）中に注入され、次い
    で分離経路（２）に沿ってかけられる電場において分離
    され、部分的に分離された物質混合物（Ｓ）が分離経路
    （２）の下流で、第１の分離経路（２）に対してある角
    度（α）で伸長する少なくとも１つの第２の分離経路
    （４；４，４Ａ−４Ｊ）中に存在する第２のキャリアー
    媒体（Ｅ）中に注入され、そして物質混合物（Ｓ）が第
    ２の分離経路に沿う第２のキャリアー媒体（Ｅ）にかけ
    られた電場においてさらに分離される、分離経路に沿っ
    て複雑な流体物質混合物の電気泳動分離のための方法。
  20. 【請求項２０】 第１のキャリアー媒体（Ｃ）および第
    ２のキャリアー媒体（Ｅ）中への物質混合物（Ｓ）の注
    入が注入部（３，５，５Ａ−５Ｊ）により行われ、その
    注入容量が分離経路（２，４，４Ａ−４Ｊ）の交差領域
    の構造により幾何学的に規定されている請求項１９記載
    の方法。
  21. 【請求項２１】 第１のキャリアー媒体（Ｃ）および第
    ２のキャリアー媒体（Ｅ）中に注入するための物質混合
    物（Ｓ）が二重Ｔ型片に沿って移送され、該Ｔ型片の横
    棒部は各々分離経路（２，４，４Ａ−４Ｊ）またはそれ
    らの直線的伸長部（２１，４１，４１Ａ−４１Ｊ）によ
    り形成される請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 部分的に分離された物質混合物（Ｓ）
    が、第１の分離経路（２）の下流に次々に配置され、そ
    して互いにほぼ平行で、かつ第１の分離経路（２）に対
    してある角度（α）で伸長する多くの別の分離経路
    （４，４Ａ−４Ｊ）中に注入され、それぞれにかけられ
    た電場において並行してさらなる分離にさらされる請求
    項１９ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）に
    おける部分的に分離された物質混合物（Ｓ）が、第１の
    分離経路（２）における移動方向と約３０°ないし１５
    ０°、好ましくは９０°の角度（α）を形成する方向に
    移動される請求項１９ないし２２のいずれか１項に記載
    の方法。
  24. 【請求項２４】 物質混合物（Ｓ）の分離された成分
    が、ある時点でカメラにより２つの空間座標において光
    学的に２次元で検出される請求項１９ないし２３のいず
    れか１項に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 物質混合物（Ｓ）の分離された成分
    が、空間および時間座標の検出による線型走査光学検出
    器を用いて検出される請求項１９ないし２３のいずれか
    １項に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 個々の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の
    各々における第２のキャリアー媒体（Ｅ）が異なるｐＨ
    値を有するように、第２のキャリアー媒体（Ｅ）のｐＨ
    値が変動され得、そしてｐＨ勾配が隣接する分離流路に
    存在するキャリアー媒体（Ｅ）間に確立される請求項２
    ２ないし２５のいずれか１項に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 第１の分離経路（２）における第１の
    キャリアー媒体（Ｃ）が第２のキャリアー媒体（Ｅ）と
    は異なるように選択される請求項１９ないし２６のいず
    れか１項に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 選択されるキャリアー媒体（Ｃ，Ｅ）
    が可動性電解液または好ましくは静止ゲルである請求項
    １９ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
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