JPH09304338A - キャピラリー電気泳動チップ - Google Patents

キャピラリー電気泳動チップ

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JPH09304338A
JPH09304338A JP8115018A JP11501896A JPH09304338A JP H09304338 A JPH09304338 A JP H09304338A JP 8115018 A JP8115018 A JP 8115018A JP 11501896 A JP11501896 A JP 11501896A JP H09304338 A JPH09304338 A JP H09304338A
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Yousuke Iwata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光路長を長くとって、検出感度を上げること
が可能な電気泳動チップを提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明では、電解質溶液を溜7〜10に
満たした後、板状部材の貫通孔からマイクロシリンジに
より試料を液溜8に注入し、液溜8,9に電位差を与え
て泳動用溝3に試料を導入する。次に液溜7,10に電
位差与え、拡大溝4内に試料を泳動させる。拡大溝4に
は、光源より発せられた光が、光入射溝5の反射膜を介
して入射してくる。拡大溝4内の試料が紫外・可視吸収
のある場合には、試料濃度に比例して光は減衰し、光出
射溝5´に入る。光出射溝5´に入った光は反射膜6´
で反射して検出器に入る。

Description

【発明の詳細な説明】
【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100μm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4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4(c)に示すように重ね、いずれかのリザーバ5
3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の両端のリザーバ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、従来チ
ップでは、検出手段として紫外可視分光光度計を用いる
場合には泳動溝の内径が数十μmであるため、十分な光
路長を得ることができなかった。この課題を解決するた
め、溝の内面に反射面を設け、多数回反射させることに
より光路長を長くすることも考えられるが、反射による
光の減衰が高く、高い感度が得にくい。
【0007】そこで、本発明は、感度を落とさず、大き
なS/N比を得ることができる新規なキャピラリ電気泳
動チップを提供することを目的とする。
【0008】
【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、一対の板状部材を備え、少なくとも一方の
板状部材の表面に液が流れる溝が形成され、他方の板状
部材には該溝に略対応する位置に貫通孔が設けられ、こ
れら板状部材が溝を内側にして張り合わされて成るキャ
ピラリー電気泳動チップにおいて、前記溝終端近傍の内
径を終端近傍以外の溝内径より大きくするとともに、拡
大溝の両端に光入出射溝を設けたことを特徴とする。
【0009】板状部材とは例えば各種ガラス、石英もし
くはSi基板が用いられ、それらの厚みは例えば0.2
〜1mm程度が好ましい。この板状部材に、例えばフォ
トファブリケーション技術により溝が形成される。フォ
トファブリケーション技術とは、フォトマスクのパター
ンを転写して複製を作製する技術をいい、一般にはフォ
トレジストまたはレジストと呼ばれる感光性材料をメタ
ルマスクを介し基板表面に塗布し、光でパターンを転写
する。そして、転写した平面的なパターンからエッチン
グなどによりある程度の立体的な形に加工するものであ
る。
【0010】使用するフォトレジスト(またはレジス
ト)は、例えば東京応化社製OFPR5000、シプレ
イ・ファーイースト社製マイクロポジットS1400、
OMR83−100cpを用いることができるが、これ
らに限定されず、後のエッチング工程に耐え得るもので
あれば特に限定されない。また、その厚さは後のエッチ
ング工程に耐える厚みが必要であり、1〜2μmの厚み
が一般的である。
【0011】マスクパターンの転写は、一般の集積回路
の場合のようにレジストを塗布した基板にフォトマスク
を密着する密着露光やステッパ(縮小投影露光装置)な
どを用いる投影露光が行われる。また、ホログラフィッ
ク露光であっても良い。なお、露光の際に使用する光源
としては、例えば、超高圧水銀ランプのg線(436n
m)を用いることができ、露光条件はレジスト材とレジ
ストの厚みに依存する。マスクパターンが転写されてメ
タルが露出すると、メタルマスクのパターニングを行
い、基板表面を出す。メタルマスクのパターニングは、
例えばメタルとして金を用いた場合は、王水により行
う。
【0012】エッチングの方法は、各種ガラスや石英を
エッチングする場合は、ウエットエッチングが挙げられ
る。そのエッチャントは、各種ガラスや石英がエッチン
グされる溶液であれば特に限定されるものではないが、
例えば、弗酸系の溶液が使用されるのが一般的である。
また、Si基板にエッチングする方法としては、ウエッ
トエッチング(異方性エッチング)が挙げられる。異方
性エッチングに用いるエッチャントは、KOH水溶液、
TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドライド)、
ヒドラジンなどこの分野で使用されているエッチャント
であれば、特に限定されるものではない。
【0013】溝(泳動用溝)の内径は、10〜75μm
で、好ましくは30μmである。拡大部の溝内径は、こ
れより大きく50〜500μmで、好ましくは300μ
mである。拡大溝の両端には、泳動方向に平行な方向に
光入出射溝が設けられる。光入出反射溝は前記の溝形成
法と同様の溝形成法により形成される。光入反射溝の内
径は、10〜75μmで、好ましくは30μmである。
光入出射溝の内面には、スパッタリングによりアルミニ
ウムなどが蒸着されて、光が反射されるようになってい
る。光入射溝に光源からの光を入射させ、光は泳動用溝
を通過後、光出射溝により反射して検出器に至る。光源
としては、紫外・可視域の光源、例えばHe−Cd半導
体レーザー、重水素ランプ、タングステンランプを用
い、検出器としては、例えば光電子増倍管、シリコンホ
トダイオードを用いるが、これらに限定されない。
【0014】一方の板状部材には、例えば、テーパ状の
貫通孔を形成する。ここで、ガラスや石英基板に貫通孔
を形成する方法は、特に限定されるものではないが、超
音波加工を用いるのが一般的である。貫通孔の大きさ
は、特に限定されるものでないが、例えば開口直径は
0. 1〜数mm程度が望ましい。
【0015】板状部材の張り合わせは、溝を内側にして
重ね合わせて行う。2枚の板状部材の張り合わせ(接
合)手段は特に限定されるものではないが、本発明の場
合は微量分析装置ゆえ、接着剤は使用せず板状部材同士
を直接接合するのが望ましい。ガラス同士の接合には、
真空中もしくは窒素置換雰囲気中で600〜900℃程
度に加熱することで、2枚のガラスを融着する手段が望
ましい。また石英の接合には、例えば、少なくとも一方
の基板接合面にガラスをスパッタ成膜した後に、上記と
同様に加熱する手段が望ましい。さらにガラスとシリコ
ンを接合する場合は、例えば、400℃程度に加熱して
ガラス側に−1kV程度の負電圧を印加して接合する陽
極接合法を用いても良い。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明のキャピラリー電気泳動チ
ップの概略を図面に基づいて説明する。図1はキャピラ
リー電気泳動チップの溝を形成した方の板状部材を示し
ており、図1中1は例えばガラス基板からなる板状部材
で、縦10mm、横20mm、厚さ0.5mmのものを
用いることができる。板状部材1にはフォトファブリケ
ーション技術により溝が形成される。溝はサンプル用溝
2、泳動用溝3からなり、サンプル用溝2と泳動用溝3
は一部で交差している。これら溝は、例えば深さ10μ
m、幅30μmである。
【0017】また、泳動用溝3の終端近くは溝内径が拡
大され、拡大溝が形成される。この拡大溝は最大幅が1
00μm、深さが10μmの台形溝である。また、この
拡大溝の両端には光入出射溝5,5´が形成される。光
入出射溝5,5´は、例えば深さ10μm、幅30μm
である。これら拡大溝4、光入出射溝5,5´の概略図
を図2に示してある。図2(a)は図1のa−a´の断
面図で、(b)は上面図である。なお、光入出射溝5,
5´の内壁にはスパッタリングによりアルミニウム膜を
蒸着し、反射膜6、6´を形成している。光源及び検出
器(図示せず)は、板状部材の外部に設置しており、光
源からの光は光入射溝5の反射膜6方向に入射される。
入射光は、反射膜6で反射して拡大溝4に入り、通過し
た光は光出射溝5´の反射膜6で反射して検出器に入る
ようになっている。
【0018】更にサンプル用溝2、泳動用溝3の終端に
は液溜7、8、9、10が設けてあり、液溜7〜10は
直径1mm、深さ10μmである。
【0019】なお、図示されていないが、板状部材1に
は他の板状部材が接合される。他の板状部材は板状部材
1と同様の材質、縦横幅を有しており、液溜7〜10に
対応する位置に超音波加工により貫通孔が形成されてお
り、貫通孔の径は液溜の径に合致している。接合後、貫
通孔に針状電極を挿入し、リード線で高圧電源、パワー
コントローラと接続する。
【0020】以上の構成で試料の分析は次の様に行う。
先ず、電解質溶液を溜7〜10に満たした後、板状部材
の貫通孔からマイクロシリンジにより試料を液溜8に注
入する。液溜8、9の針状電極間に電位差(約100V
/cm)を与えて、泳動用溝3に試料を導入する。次に
液溜7,10の針状電極間に電位差(約250V/c
m)を与え、拡大溝4内に試料を泳動させる。拡大溝4
には、図3に示す如く、光源12より発せられた光が板
状部材11、光入射溝5の反射膜6を介して入射してく
る。このとき、板状部材1の屈折率1をnとすると、ス
ネルの法則より図3中sin(2θ1 −θ3 )=nsi
n(90−θ1 )となり、エッチングにより作られた台
形の角度θ1 により、入射角θ3 は決まる。
【0021】拡大溝4内の試料が紫外・可視吸収のある
場合には、試料濃度に比例して光は減衰し、光出射溝5
´に入る。光出射溝5´に入った光は反射膜6´で反射
して図示しない検出器に入る。
【0022】なお、以上の説明では光入出射溝の反射面
は平面であったが、反射面を放物面とすることにより、
光の入射角を不問にすることができる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、検出が拡大溝で行われ
るので、光路長を長くとることができ、検出感度が上が
る。また、泳動用溝の一部が拡大しているので、試料の
バンド幅が拡大溝に出た途端狭くなり、ピークの幅も狭
くなる。したがって、高感度だけでなく、高分離能を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気泳動チップの板状部材概略図
【図2】本発明の電気泳動チップの拡大溝4、光入出射
溝5,5´の概略図
【図3】本発明の電気泳動チップに光が入射するときの
説明図
【図4】従来のキャピラリ電気泳動チップの構成図。
【符号の説明】
1:板状部材 2:サンプル用溝2 3:泳動用溝 4:拡大溝 5、5´:光入出射溝 6、6´:反射膜 7、8、9、10:液溜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の板状部材を備え、少なくとも一方
    の板状部材の表面に液が流れる溝が形成され、他方の板
    状部材には該溝に略対応する位置に貫通孔が設けられ、
    これら板状部材が溝を内側にして張り合わされて成るキ
    ャピラリー電気泳動チップにおいて、 前記溝終端近傍の内径を終端近傍以外の溝内径より大き
    くするとともに、拡大溝の両端に光入出射溝を設けたこ
    とを特徴とするキャピラリー電気泳動チップ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7150815B2 (en) * 2000-10-05 2006-12-19 E. I. Du Pont De Nemours And Company Polymeric microfabricated fluidic device suitable for ultraviolet detection
CN100445727C (zh) * 2003-12-30 2008-12-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种微生化检测和分析方法及仪器
US7582261B2 (en) 2003-11-18 2009-09-01 Sharp Kabuhsiki Kaisha Electricity supplying device, electricity supplying apparatus, sample detection device, and sample detection apparatus
US7833399B2 (en) 2005-01-28 2010-11-16 Fuji Xerox Co., Ltd. Concentration method of fine particle dispersion and concentration apparatus of fine particle dispersion
RU203940U1 (ru) * 2020-12-29 2021-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Электрофоретический чип для экспресс-анализа

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