JPH11248678A

JPH11248678A - キャピラリー電気泳動チップ

Info

Publication number: JPH11248678A
Application number: JP10055280A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Arai; 昭博荒井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ＵＶ吸収検出等を行う際の光量減少、光軸調
整の困難さを解決した新規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、板状部材１の厚さは２５０
μｍ以下、板状部材２の厚さは１０００μｍ以上にし、
板状部材２には、試料導入溝３、分析用溝４を形成す
る。また、板状部材１には、試料導入溝３および分析用
溝４の両端に対応する位置に貫通孔５を形成し、この外
周には液だめ６が設置される。液だめ６の断面はテーパ
状になっており、送液する際には、円すい状の送液口
が、このテーパでシールされ、弱い圧力で、効果的な送
液が行われる。更に、板状部材１には、板状部材２の分
析用溝４に対応する位置に、分析用溝４の幅以下の幅
で、スリット７が形成されている。

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
される電気泳動装置に関し、さらに詳しくは、板状部材
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
電気泳動装置に関する。

【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ー電気泳動装置があ
る。この泳動装置は、内径１００μｍ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、使用するキャピラリー外径が１００〜４００
μｍ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課題を有する。そ
のため、D.J. Harrison et al. / Anal. Chim. Acta 28
3 (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の表面に泳動用のキャピラリ溝５
４、５５を形成し、他方の透明基板５１のその溝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。

【０００４】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。そして、溝５５の適当な位置
に光入射口を設け、そこにレーザー光を照射して蛍光検
出を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
キャピラリー電気泳動チップにおいて、ＵＶ吸収検出を
適用する場合、溝（流路）に光源からの光をうまく集光
する必要があるが、流路以外を通る迷光をカットするた
めに、入射光とチップ間、又はチップと受光素子間にス
リット等を配置しなければならない。また、スリットと
流路間の距離が長いと流路のみを通る光を使おうとする
と光量が減る上に光軸調整が困難である。しかし、一方
でリザーバを貫通孔により板状部材に形成する場合、板
厚が薄くなると、リザーバ容量が小さくなり、安定した
分析を行うのが困難である。

【０００６】そこで、本発明は、ＵＶ吸収検出等を行う
際の光量減少、光軸調整の困難さを解決した新規な電気
泳動チップを提供することを目的とする。

【０００７】

【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を、他方の板状部材に該
溝に略対応する位置に貫通孔を各々設け、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、前記いずれかの板状部材の厚み
を２５０μｍ以下にしてなることを特徴とする。

【０００８】ここで、板状部材とは例えば各種ガラス、
石英、樹脂もしくはＳｉ基板が用いられ、いずれか一方
の厚みは２５０μｍ以下、好ましくは５０〜２５０μｍ
にする。２５０μｍ以下は、ＵＶ吸収検出等を行う際
の光量減少を抑えるとともに、成形が容易な厚さであ
る。また、一方の板状部材の厚さは、１０００μｍ以上
が好ましい。

【０００９】この板状部材に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。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、ＫＯ
Ｈ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。

【００１２】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
音波加工またはサンドブラスト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。な
お、２５０μｍ以下の板状部材に貫通孔を形成した場合
には、その貫通孔の外周囲に突起形状の液だめを形成す
ることが好ましい。液だめを形成することにより、リザ
ーバ容量を大きくとることができる。液だめは、板状部
材に接着、あるいは熱融着できる材質のものならば、特
に限定されず、各種ガラス、石英、樹脂などが用いられ
る。

【００１３】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。

【００１４】検出は、板状部材に光源からの光を照射
し、板状部材からの透過光を検出器で受光する。光を照
射する側の板状部材は、薄い方の板状部材側、すなわち
２５０μｍ以下の板状部材側が好ましい。また、２５０
μｍ以下の板状部材には、外表面に溝（分離流路）と平
行になるようにスリットが形成され、光源からの光がス
リットを通って、分離流路部分に光が透過する構成にな
っている。

【００１５】なお、厚い方の板状部材側から光を照射す
る場合には、厚い方の板状部材をシリンドリカルレンズ
状にし、他方の板状部材の外表面にスリットを形成する
ことが好ましい。スリットは、光遮蔽部材ならば特に限
定されず、例えば、ポリイミドなどの絶縁性有機薄膜を
分離流路周囲に堆積させたり、金、銀などの金属膜をホ
トリソグラフィで形成した後、酸化珪素膜をその上に堆
積させて作製される。なお、スリットの幅は、分離流路
の幅より狭い幅にしてある。

【００１６】光源としては、例えばレーザー、重水素ラ
ンプ、タングステンランプなどを用いることができる
が、レーザーが好ましい。レーザーとしては、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザー、アルゴンイオンレーザー等を用いることが
できるが、これらに限定されない。検出器は、例えば光
電管、光電子増倍管、シリコンホトセル、フォトダイオ
ード、リニアアレイなどを用いることができる。検出器
の位置は、光源と対向する位置ならば特に限定されない
が、迷光をカットするためにも光源と同軸位置が好まし
い。

【００１７】なお、試料溶液の注入は、電気泳動チップ
の貫通孔よりマイクロシリンジなどの公知の注入器を用
いて行う。試料溶液の注入後、貫通孔に針状電極（例え
ば白金ワイヤー電極）を挿入し、電圧を印加して泳動を
行う。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明のキャピラリー電気泳動チ
ップの一実施例を図１に基づいて説明する。図１（ａ）
は電気泳動チップの全体概略図、（ｂ）は断面図を示
す。図1中１、２は板状部材であり、例えばガラス基板
からなる。両者とも縦、横のサイズは同じで、例えば縦
１０ｍｍ、横２０ｍｍのものを用いることができる。板
状部材１、２は厚さが異なり、板状部材１の厚さは２５
０μｍ以下で、例えば１００μｍで、板状部材２の厚さ
は１０００μｍ以上で、例えば１０００μｍである。

【００１９】板状部材２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。溝は試料導入溝３、分析
用溝４から成り、試料導入溝３と分析用溝４は一部で交
差しており、そのサイズは、試料導入溝３、分析用溝４
とも、例えば幅５０μｍ、深さ２０μｍである。

【００２０】また、板状部材１には、試料導入溝３およ
び分析用溝４の両端に対応する位置に超音波加工により
貫通孔５が形成されている。貫通孔５の直径は、例えば
１ｍｍで、この貫通孔５の外周には液だめ６が設置され
る。液だめ６の厚さは、液のリザーバ容量を大きくする
ため、１ｍｍ以上、例えば２ｍｍになっており、また断
面は図１（ｂ）に示すように垂直方向から約２０度傾い
たテーパ状になっている。これにより、送液する際に
は、円すい状の送液口が、このテーパでシールされ、弱
い圧力で、効果的な送液が行われる。なお、液だめ６に
は、送液ノズル８により、緩衝液、試料液が分注され
る。

【００２１】更に、板状部材１には、板状部材２の分析
用溝４に対応する位置に、分析用溝４の幅以下の幅で、
スリット７が形成されている。このスリット７は、例え
ば、ポリイミドなどの絶縁性有機薄膜を分離流路周囲に
堆積させたり、金、銀などの金属膜をホトリソグラフィ
で形成した後、酸化珪素膜をその上に堆積させて作製さ
れる。

【００２２】板状部材１、２の接合は真空中で加熱して
行い、接合後、液だめ６に針状電極（例えば白金ワイヤ
ー電極、図示せず）を挿入する。針状電極は高圧電源
（図示せず）、パワーコントローラ（図示せず）と接続
する。また、分析用溝４での検出は、板状部材１の上方
に光源を、板状部材２の下方にリニアアレイ検出器を配
置することにより行う。

【００２３】以上の構成で、本装置の動作は次の様に行
う。先ず、各々の液だめ６に送液ノズル８により緩衝液
を注入するとともに、試料導入溝３の一部端にある液だ
め６に試料を注入する。そして、試料導入溝３の両端間
に電圧を印加し、試料を分析用溝４に泳動させる。試料
が試料導入溝３と分析用溝４の交差部分に来れば、分析
用溝の両端間に電圧が印加されるように切換える。分析
用溝の両端間に電圧を印加すれば、電気泳動により試料
成分が分析用溝の端部の方に移動する。試料成分が移動
している間、光源（図示せず）よりのレーザ光がスリッ
ト７を介し、分析用溝４に照射され、分析用溝４を透過
した光がリニアアレイ検出器（図示せず）で検出され
る。リニアアレイ検出器の各素子からの出力は、一括し
て取り込まれて３次元データを得、各成分の移動速度で
補正することによりピークを積算平均化処理する。また
は、目的成分の分離が行われたあと、電圧の印加をやめ
て泳動を停止させ、その間繰り返しデータを取り込んで
信号を平均化する。

【００２４】以上の説明では、板状部材１を２５０μｍ
以下にし、スリットを板状部材１に形成したが、本発明
は上記構成に限定されず、例えば図２の構成のものでも
良い。図２（ａ）は板状部材を組み立てる前の全体の概
略図、図２（ｂ）は板状部材を組立た後の全体の断面図
である。図２中２１、２２は例えばガラス基板からなる
板状部材であり、両者とも縦、横のサイズは同じで、例
えば縦１０ｍｍ、横２０ｍｍのものを用いる。板状部材
２１、２２は厚さが異なり、板状部材２２の厚さは２５
０μｍ以下で、板状部材２１の厚さは１０００μｍ以上
である。

【００２５】板状部材２１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。溝は試料導入溝２３、
分析用溝２４から成り、試料導入溝２３と分析用溝２４
は一部で交差しており、また、試料導入溝２３および分
析用溝２４の両端に対応する位置に超音波加工により貫
通孔２５が形成されている。貫通孔２５は、図２（ｂ）
に示すように断面がテーパ状になっており、液だめを構
成する。

【００２６】また、薄い方の板状部材２２には、板状部
材２１の分析用溝２４に対応する位置に、分析用溝２４
の幅以下の幅で、スリット２７が外表面に形成されてい
る。板状部材２１、２２の接合は真空中で加熱して行
い、接合後、貫通孔２５に針状電極を挿入し、高圧電源
と接続する。

【００２７】この図２の構成の電気泳動チップでは、光
源は板状部材２２の下方に、検出器は板状部材２１の上
方に設置し、板状部材の下方より光を照射して、分析用
溝２４の試料を検出する。

【００２８】更に、本発明は上記構成にも限定されず、
例えば、図３に示すように厚い方の板状部材３１をシリ
ンドリカルレンズ状にして光を効率的に集光して、２５
０μｍ以下の板状部材３２に照射してもよい。なお、図
３の構成では、板状部材３２の下部に出口スリット３７
があり、また、分析用溝、貫通孔などは図２と同様に厚
い方の板状部材に形成している。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、スリットと流路間の距
離は短いので、ＵＶ吸収検出等を行う際の光量減少、
光軸調整の困難さを解決できる。また、リザーバは十分
な容量を確保することができ、かつ、リザーバの断面形
状をテーパ状にすることにより、送液が効果的に行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキャピラリー電気泳動チップの一実施
例図

【図２】本発明のキャピラリー電気泳動チップの他の実
施例図

【図３】キャピラリー電気泳動チップの他の実施例図

【図４】従来のキャピラリー電気泳動チップの概略図

【符号の説明】

１、２、２１、２２、３１、３２：板状部材３、２３：試料導入溝４、２４：分析用
溝５、２５：貫通孔６：液だめ７、２７、３７：スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【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を、他方の板状部材に
該溝に略対応する位置に貫通孔を各々設け、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、前記いずれかの板状部材の厚
みを２５０μｍ以下にしてなる電気泳動チップ。
【請求項２】２５０μｍ以下の厚みの板状部材に貫通
孔を設け、該貫通孔の外周囲に液だめを設けてなる請求
項1記載の電気泳動チップ。
【請求項３】２５０μｍ以下の厚みの板状部材に溝と
平行にスリットを形成してなる請求項1記載の電気泳動
チップ。
【請求項４】厚い方の板状部材をシリンドリカル状に
形成してなる請求項1記載の電気泳動チップ。