JPWO2004008132A1 - Biomolecule separation cell, method for producing the same, and DNA sorting apparatus - Google Patents

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健一 稲富
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浩 大路
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悟 塩野
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和彦 堤
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Abstract

電気泳動セルは基板2を有し、この基板2の上面に溝3が形成されている。基板2は、該基板2内を透視することができるように透明な材料で形成されている。溝3は、多数の支柱4からなる分離マトリックス5を含んでいる。基板2の上面と溝3とは、透明なカバー6で覆われている。さらに、電気泳動セル1には、2つの試料注入口7と、2つの電極8とが設けられている。各電極8は、それぞれ、対応する試料注入口7を通して溝3内に挿入されている。両電極8は、リード線9を介して直流電源10に接続されている。この電気泳動セル1によれば、電気泳動分析に用いられるアガロースゲルやポリアクリルアミドゲル、あるいは従来の人工的な分離マトリックスにおける欠点を克服することができる。The electrophoresis cell has a substrate 2, and a groove 3 is formed on the upper surface of the substrate 2. The substrate 2 is formed of a transparent material so that the inside of the substrate 2 can be seen through. The groove 3 includes a separation matrix 5 consisting of a number of columns 4. The upper surface of the substrate 2 and the groove 3 are covered with a transparent cover 6. Further, the electrophoresis cell 1 is provided with two sample injection ports 7 and two electrodes 8. Each electrode 8 is inserted into the groove 3 through the corresponding sample inlet 7. Both electrodes 8 are connected to a DC power supply 10 via lead wires 9. According to the electrophoresis cell 1, it is possible to overcome the drawbacks of an agarose gel, polyacrylamide gel, or a conventional artificial separation matrix used for electrophoresis analysis.

Description

本発明は、電気泳動セル等の生体分子分離セル及びその製造方法、並びに、該電気泳動セルを用いたDNA分取装置に関するものである。  The present invention relates to a biomolecule separation cell such as an electrophoresis cell, a method for producing the same, and a DNA fractionation apparatus using the electrophoresis cell.

生体試料から抽出されたDNAや、蛋白質及びその断片などの生体分子は、医療検査や、医療診断や、生物検査に必須の要素である。これらの生体分子を生化学的に分析したり、その分子構造を調べることにより、病気の診断や、微生物の検出や、遺伝子の判定などが行われる。これらの生体分子は、分子量の大きい高分子であることが特徴である。これらの最も一般的な分析方法としては、電気泳動法が用いられる。電気泳動法では、生体分子は、分子の大きさ(分子量)や電荷の差異により、電圧が印加された分離マトリックスの中で分離される。電気泳動法としては、分離マトリックスにアガロースゲル(寒天ゲル)やポリアクリルアミドゲルを用いる手法が確立されている。この手法では、DNAや蛋白質が、アガロースゲルやポリアクリルアミドゲルの分子鎖の網目の中を通り抜けながら分離される。これらのゲルの網目の穴は、5〜200nmであろうと推定される。しかし、これらのゲルは、ミクロ構造が不均一であり、かつ形態が不安定である。このため、その取り扱いがむずかしく、次のような問題がある。
(ゲルの問題点)
▲1▼形態が不安定であるので、保存性が悪く、取扱い性が悪い。
▲2▼常に水分の包含が必要である。
▲3▼分離速度が小さい。
▲4▼μgレベルの比較的多量の試料が必要である。
▲5▼再利用することができない。
▲6▼高感度な光学検出を行うことができない。
▲7▼小型化が困難である。
これらの問題を解決するため、近年、半導体リソグラフィ技術を用いた電気泳動用のハードゲルが提案されている。具体的には、例えば、シリコン基板やガラス基板の上に、障害物として人工的なミクロ構造物を形成し、これをゲルの網目の代替物として用いるようにしたものや、光学的に透明なプラスチックを微細加工成型して形成した人工分離マトリックスなどが提案されている。
前者の例としては、1992年に刊行されたネイチャー誌(Nature)、第358巻、第600〜602頁に掲載されているフォルクムス(Volkmuth)らによる報文や、2001年に刊行された分析化学誌(Analytical Chemistry)、第73巻、第6053〜6056頁に掲載されているバカジン(Bakajin)らによる報文に開示されたハードゲルがあげられる。これらの報文の中で、著者は、50〜200キロベースペア(キロ塩基対)の長さを有するDNAの分析をターゲットとした、2酸化珪素やガラスからなる微細人工障害物を有する分離マトリックスを提案している。この分離マトリックスは、規則正しく配置された直径が数μmの支柱からなる。試料のDNAは、向きと角度とを交互に変えた電界を印加することにより、分離マトリックスの中で、その大きさに応じて分離され、試料の出口に設置された蛍光顕微鏡により観察ないし検出される。
他方、後者の例としては、ヤガー(Yager)らにかかる特表平11−508042公報に開示された、プラスチックを用いた人工分離マトリックスがあげられる。この人工分離マトリックスは、次の点で、シリコン基板やガラス基板をベースとする分離マトリックスと異なる。
(相違点)
▲1▼有機ポリマを分離マトリックス材料として用いる。
▲2▼人工的なミクロ構造物の配列間距離は100nm以下であり、好ましくは10〜30nmである。
▲3▼微細加工された鋳型中でポリマを重合させて分離マトリックスを製造する。
しかしながら、これらの従来技術には、次のような問題ないしは課題がある。すなわち、シリコンやガラスを電気泳動用の分離マトリックスに用いたものでは、次のような問題がある。
(問題点)
▲1▼シリコンやガラスは加工性が悪く、高価で大量生産に向かない。
▲2▼支柱の直径や隙間は数μm以上であるが、この値はアガロースゲルやポリアクリルアミドゲルの網目に比べて100倍ほど大きく、小さなDNAの分析には不適である。
他方、プラスチックを用いた人工分離マトリックスでは、次のような問題がある。
(問題点)
▲1▼分離マトリックスを製造する際の、ナノメータ(nm)〜マイクロメータ(μm)のレベルでのプラスチック成型加工技術が未確立である。
▲2▼支柱の隙間間隔が100nm以下と狭く、水和したDNA分子が詰まりやすく、円滑な分離が困難である。
▲3▼微細加工した鋳型を用いる製造技術では、プラスチックの剥離工程や微細パターンの転写工程が、現時点では机上の論の域を出ず、実用化されていない。
Biomolecules such as DNA extracted from biological samples, proteins, and fragments thereof are essential elements for medical examination, medical diagnosis, and biological examination. Diagnosis of diseases, detection of microorganisms, determination of genes, and the like are performed by biochemically analyzing these biomolecules and examining their molecular structures. These biomolecules are characterized by high molecular weight polymers. Electrophoresis is used as the most common analysis method. In electrophoresis, biomolecules are separated in a separation matrix to which a voltage is applied, due to differences in molecular size (molecular weight) and charge. As an electrophoresis method, a method using agarose gel (agar gel) or polyacrylamide gel as a separation matrix has been established. In this method, DNA and protein are separated while passing through a network of molecular chains of agarose gel or polyacrylamide gel. The mesh holes in these gels are estimated to be between 5 and 200 nm. However, these gels are heterogeneous in microstructure and unstable in morphology. For this reason, the handling is difficult and there are the following problems.
(Problem of gel)
(1) Since the form is unstable, storage stability is poor and handling is poor.
(2) It is always necessary to include moisture.
(3) The separation speed is low.
(4) A relatively large amount of sample at the μg level is required.
(5) It cannot be reused.
(6) Highly sensitive optical detection cannot be performed.
(7) Miniaturization is difficult.
In order to solve these problems, a hard gel for electrophoresis using a semiconductor lithography technique has been recently proposed. Specifically, for example, an artificial microstructure as an obstacle is formed on a silicon substrate or a glass substrate, and this is used as an alternative to a gel network, or an optically transparent Artificial separation matrixes formed by microfabrication molding of plastic have been proposed.
Examples of the former include a report by Volkmuth et al. Published in Nature, Vol. 358, pages 602 to 602 published in 1992, and analytical chemistry published in 2001. Examples include hard gels disclosed in a report by Bakajin et al., Published in Journal of Analytical Chemistry, Vol. 73, pages 6053-6056. In these reports, the authors describe a separation matrix with fine artificial obstacles made of silicon dioxide or glass targeted for the analysis of DNA having a length of 50-200 kilobase pairs (kilobase pairs). Has proposed. This separation matrix consists of regularly arranged struts with a diameter of several μm. The sample DNA is separated according to its size in the separation matrix by applying an electric field with alternating orientation and angle, and is observed or detected by a fluorescence microscope placed at the sample outlet. The
On the other hand, an example of the latter is an artificial separation matrix using plastic disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-508042 related to Yager et al. This artificial separation matrix is different from the separation matrix based on a silicon substrate or a glass substrate in the following points.
(Difference)
(1) An organic polymer is used as a separation matrix material.
(2) The inter-array distance of the artificial microstructure is 100 nm or less, preferably 10 to 30 nm.
(3) A polymer is polymerized in a microfabricated mold to produce a separation matrix.
However, these conventional techniques have the following problems or problems. That is, when silicon or glass is used for the separation matrix for electrophoresis, there are the following problems.
(problem)
(1) Silicon and glass have poor processability, are expensive and are not suitable for mass production.
{Circle around (2)} The diameter and gap of the support are several μm or more, but these values are about 100 times larger than the agarose gel or polyacrylamide gel, and are not suitable for analysis of small DNA.
On the other hand, the artificial separation matrix using plastic has the following problems.
(problem)
{Circle around (1)} Plastic molding technology at the nanometer (nm) to micrometer (μm) level when producing the separation matrix has not been established.
{Circle around (2)} The spacing between the support pillars is as narrow as 100 nm or less, hydrated DNA molecules are easily clogged, and smooth separation is difficult.
(3) In the manufacturing technology using a micro-processed mold, the plastic peeling process and the fine pattern transfer process have not been put into practical use at present and are not put into practical use.

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、例えば電気泳動分析に用いられるアガロースゲルやポリアクリルアミドゲル、あるいは従来の人工的な分離マトリックスにおける前記の欠点を克服することができる分離マトリックス、ないしは電気泳動セル等の生体分子分離セルと、その製造方法とを提供することを目的とする。さらには、かかる生体分子分離セルの応用技術を提供することも目的とする。
本発明にかかる生体分子分離セルは、例えば、電気泳動により、液体試料中の生体分子を分離又は検出する。生体分子分離セルは、表面に溝(流路)が形成された基板と、分離マトリックスと、カバーと、溝内を満たす緩衝液と、少なくとも2つの電極とを備えている。分離マトリックスは、溝の一部の領域に配置され、支柱間の間隙の最も狭い部分が0.1〜5μmである複数の支柱からなる。カバーは、基板の表面と溝とを覆い、かつ支柱の上面と密着する。電極は、緩衝液に直接接触し、この緩衝液に電圧を印加する。基板と分離マトリックスとは、高分子材料で形成されている。
この生体分子分離セルでは、人工的なマイクロ障害物による分離マトリックスを、例えば電気泳動用のゲルの代替物として用いている。このため、分離マトリックスを小型化・軽量化することができ、乾燥状態で保存することができる。つまり、試料が少量であっても、DNA等の生体分子を、迅速かつ高感度で分離又は検出することができる。
この生体分子分離セルでは、分離すべき生体分子の大きさや性質に応じて、最適な構造を選択することができる。すなわち、設計の自由度が大きい。このため支柱の横断面は、例えば、円、長円、多角形、又は、角部を丸めもしくは切り取った多角形など、種々の形状とすることができる。
基板及び分離マトリックスの一部又は全部は、例えば、コストが安く量産が容易な高分子材料であるエラストマ、プラスチック等で形成されるのが好ましい。エラストマとしては、例えば、一般的な材料であり、かつ価格が安く成形性が良好なシリコーンゴムを用いるのが好ましい。また、プラスチックとしては、例えば、一般的な材料であり、かつ価格が安く成形性が良好なアクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等を用いるのが好ましい。
溝の幅は20〜1000ミクロンに設定され、溝の深さは1〜50μmに設定され、また溝の長さは0.1〜50mmに設定されるのが好ましい。このようにすれば、DNAなどの生体分子が、均一かつ円滑に電気泳動する。このため、高感度な検出が可能な電気泳動セルを実現することができる。
支柱の配置密度は、1000個/mm以上であるのが好ましい。本発明では、例えば、DNAが支柱のサブミクロンオーダーの間隙を通りぬける際に、DNAの泳動速度に影響を与えるといったことを基本原理としているので、間隙の数が分離能に大きく影響する。そして、支柱の配置密度が1000個/mm以上であれば、1000000塩基対以下のDNAの分離が可能である。
溝に生体分子試料を注入するための試料注入口がカバーに設けられている場合は、分離マトリックスが、試料注入口近傍に、その他の領域よりも支柱の配置密度が低い領域又は支柱が存在しない領域を有するのが好ましい。例えば、DNAは、支柱の上部の隙間から溝内には進入しにくいが、このようにすれば、DNAの注入が容易となる。
本発明にかかる上記生体分子分離セルの1つの製造方法では、まず、シリコン基板、ガラス基板又は高分子基板に微細加工を施して、溝及び支柱に対応するネガパターンを備えた鋳型を形成する。次に、この鋳型に、液状のエラストマもしくはプラスチック、又は、エラストマもしくはプラスチックの原料となるモノマもしくはプレポリマを流し込んで固化させる。この後、固化物を鋳型から分離して、基板と分離マトリックスとを備えた生体分子分離セルを得る。この製造方法によれば、鋳型の微細構造を忠実に転写することができ、電気泳動セルの量産が可能となる。
本発明にかかる上記生体分子分離セルのもう1つの製造方法では、まず、シリコン基板、ガラス基板又は高分子基板に微細加工を施して、溝及び支柱に対応するネガパターンを備えたプレス型を形成する。次に、ガラス転移温度以上に加熱したプラスチックをプレス型に押し付けた後、温度を低下させて硬化させる。この後、硬化物をプレス型から分離して、基板と分離マトリックスとを備えた生体分子分離セルを得る。この製造方法によれば、鋳型の微細構造を忠実かつ高速に転写することができるので、電気泳動セルの量産が可能となる。
本発明にかかるDNA分取装置は、電気泳動により液体試料中の生体分子を分離する本発明にかかる生体分子セルを利用して、溝内に供給されたDNAを含む液体試料から、該DNAの特性及び構造に基づいて、該DNAを分取(分離)又は分画する。このように、本発明にかかる電気泳動セルを、DNAの分析や医療検査に用いることにより、従来は操作性が悪く、分析に長時間を要していた遺伝子検査を、迅速に高感度で行うことができる。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and overcomes the above-mentioned drawbacks in, for example, agarose gels and polyacrylamide gels used in electrophoretic analysis, or conventional artificial separation matrices. It is an object of the present invention to provide a separation matrix or a biomolecule separation cell such as an electrophoresis cell and a production method thereof. Furthermore, it aims at providing the application technique of this biomolecule separation cell.
The biomolecule separation cell according to the present invention separates or detects biomolecules in a liquid sample, for example, by electrophoresis. The biomolecule separation cell includes a substrate having a groove (flow channel) formed on the surface, a separation matrix, a cover, a buffer solution filling the groove, and at least two electrodes. The separation matrix is arranged in a partial region of the groove, and is composed of a plurality of pillars in which the narrowest part between the pillars is 0.1 to 5 μm. The cover covers the surface of the substrate and the groove and is in close contact with the upper surface of the support column. The electrode is in direct contact with the buffer solution and a voltage is applied to the buffer solution. The substrate and the separation matrix are made of a polymer material.
In this biomolecule separation cell, an artificial micro-obstacle separation matrix is used as an alternative to gel for electrophoresis, for example. For this reason, the separation matrix can be reduced in size and weight, and can be stored in a dry state. That is, even with a small amount of sample, biomolecules such as DNA can be separated or detected quickly and with high sensitivity.
In this biomolecule separation cell, an optimum structure can be selected according to the size and properties of the biomolecule to be separated. That is, the degree of freedom in design is great. For this reason, the cross section of a support | pillar can be made into various shapes, such as a circle, an ellipse, a polygon, or the polygon which rounded or cut off the corner | angular part, for example.
Part or all of the substrate and the separation matrix are preferably formed of, for example, an elastomer, plastic, or the like, which is a polymer material that is inexpensive and easy to mass-produce. As the elastomer, for example, it is preferable to use a silicone rubber which is a general material and is inexpensive and has good moldability. As the plastic, for example, it is preferable to use an acrylic resin, a polystyrene resin, a polycarbonate resin, or the like, which is a general material and is inexpensive and has good moldability.
The groove width is preferably set to 20 to 1000 microns, the groove depth is preferably set to 1 to 50 μm, and the groove length is preferably set to 0.1 to 50 mm. In this way, biomolecules such as DNA are electrophoresed uniformly and smoothly. For this reason, an electrophoresis cell capable of highly sensitive detection can be realized.
The arrangement density of the columns is preferably 1000 pieces / mm 2 or more. In the present invention, for example, the basic principle is that the DNA migration speed is affected when DNA passes through the submicron-order gap of the support column, so the number of gaps greatly affects the resolution. And if the arrangement density of support | pillars is 1000 pieces / mm < 2 > or more, isolation | separation of DNA below 1 million base pairs is possible.
If the cover is provided with a sample inlet for injecting a biomolecule sample into the groove, the separation matrix is not in the vicinity of the sample inlet, or there are no regions or columns where the arrangement density of the columns is lower than other regions It is preferable to have a region. For example, DNA does not easily enter the groove through the gap at the top of the support column, but in this way, DNA can be easily injected.
In one manufacturing method of the biomolecule separation cell according to the present invention, first, a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate is subjected to fine processing to form a mold having a negative pattern corresponding to the grooves and the support columns. Next, a liquid elastomer or plastic, or a monomer or prepolymer as a raw material for the elastomer or plastic is poured into the mold and solidified. Thereafter, the solidified product is separated from the template to obtain a biomolecule separation cell including a substrate and a separation matrix. According to this manufacturing method, the microstructure of the template can be faithfully transferred, and mass production of electrophoresis cells becomes possible.
In another manufacturing method of the biomolecule separation cell according to the present invention, first, a silicon substrate, a glass substrate, or a polymer substrate is subjected to fine processing to form a press die having a negative pattern corresponding to the groove and the column. To do. Next, after the plastic heated above the glass transition temperature is pressed against a press mold, the temperature is lowered and cured. Thereafter, the cured product is separated from the press mold to obtain a biomolecule separation cell including a substrate and a separation matrix. According to this manufacturing method, since the fine structure of the template can be transferred faithfully and at high speed, mass production of electrophoresis cells becomes possible.
A DNA sorting apparatus according to the present invention uses a biomolecule cell according to the present invention to separate biomolecules in a liquid sample by electrophoresis, and from the liquid sample containing DNA supplied into the groove, The DNA is fractionated (separated) or fractionated based on properties and structure. As described above, by using the electrophoresis cell according to the present invention for DNA analysis and medical examination, genetic examination, which has been poor in operability and requires a long time for analysis, is performed quickly and with high sensitivity. be able to.

本発明は、後記の詳細な説明及び添付の図面により、より十分に理解されるであろう。なお、添付の図面において、共通する構成要素には同一の参照番号が付されている。
図1は、高分子材料で形成された分離マトリックスを備えた、本発明にかかる電気泳動セルの全体的な斜視図(透視図)である。
図2は、図1に示す電気泳動セルないし分離マトリックスの一部を拡大して示す斜視図である。
図3は、図1に示す電気泳動セルの立面断面図である。
図4A〜図4Eは、種々の支柱の形状及び配置形態を示す立体的な模式図である。
図5A〜図5Eは、分離マトリックスの上面図であり、種々の支柱の配置形態を示している。
図6A〜図6Cは、それぞれ、試料注入口及び分離マトリックスの構造を示す1つの斜視図と2つの立面断面図とである。
図7A〜図7Gは、分離マトリックスを製作するための鋳型の作製方法と、この鋳型を用いた電気泳動セルの製作方法とを示す図である。
図8は、電気泳動セル用の蛍光顕微鏡及びその付属機器の構成ないしレイアウトを示す模式図である。
図9は、電気泳動セル内におけるDNAの塩基数と電気泳動速度との関係を示すグラフである。
図10は、支柱の間隙におけるDNAの動きを示す図である。
図11は、本発明にかかる電気泳動セルを用いた1つのDNA分取装置の概略構成を示す模式図である。
図12A及び図12Bは、本発明にかかる電気泳動セルを用いたもう1つのDNA分取装置の概略構成を示す模式図である。
The invention will be more fully understood from the following detailed description and the accompanying drawings. In the accompanying drawings, common constituent elements are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 is an overall perspective view (perspective view) of an electrophoresis cell according to the present invention having a separation matrix formed of a polymer material.
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the electrophoresis cell or separation matrix shown in FIG.
FIG. 3 is an elevational sectional view of the electrophoresis cell shown in FIG.
FIG. 4A to FIG. 4E are three-dimensional schematic diagrams showing various pillar shapes and arrangement forms.
5A to 5E are top views of the separation matrix, showing various post arrangements.
6A to 6C are a perspective view and two elevation cross-sectional views showing the structure of the sample inlet and the separation matrix, respectively.
7A to 7G are views showing a method for producing a template for producing a separation matrix and a method for producing an electrophoresis cell using this template.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration or layout of a fluorescence microscope for electrophoresis cell and its attached devices.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the number of DNA bases in the electrophoresis cell and the electrophoresis speed.
FIG. 10 is a diagram showing the movement of DNA in the gap between the columns.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a schematic configuration of one DNA sorting apparatus using the electrophoresis cell according to the present invention.
12A and 12B are schematic views showing a schematic configuration of another DNA sorting apparatus using the electrophoresis cell according to the present invention.

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に説明する。ただし、各図において、共通する部材、すなわち構成及び機能が実質的に同一である部材には共通の参照番号を付し、重複する説明は、原則として省略する。
(電気泳動セルの概要)
まず、本発明にかかる電気泳動セルの概要を説明する。図1は、本発明にかかる電気泳動セルの基本形の全体構造を示している。図2はこの電気泳動セルの一部を拡大して示し、図3はこの電気泳動セルの立面断面を示している。
図1〜図3に示すように、電気泳動セル1は基板2を有し、この基板2の上面に溝3が形成されている。基板2は、必ずしも透明である必要はないが、基板2内を透視することができるので、透明であるのが好ましい。溝3は、多数の支柱4(ピラー)からなる分離マトリックス5を含んでいる。基板2の上面と溝3とは、透明なカバー6で覆われている。さらに、電気泳動セル1には、2つの試料注入口7と、2つの電極8(正極及び負極)とが設けられている。各電極8は、それぞれ、対応する試料注入口7を通して溝3内に挿入されている。つまり、試料注入口7は、電極挿入穴を兼ねている。また、両電極8は、リード線9を介して直流電源10に接続されている。
電気泳動セル1において、分離マトリックス5を構成している各支柱4は、幾何学的な断面を有している。各支柱の上面は、カバー6の下面と密着している。そして、分離マトリックス5を含んでいる溝3には、電気泳動用の緩衝液が満たされ、したがって各支柱4の間隙には緩衝液が存在している。溝3内に挿入された各電極8は、溝3内の緩衝液に直接接触している。緩衝液中に生体分子が存在する場合、両電極8間に電圧が印加されると、該生体分子は帯電しているので、その帯電の態様に応じていずれか一方の電極8に向かって移動する。例えば、生体分子がDNA(デオキシリボ核酸)であれば、緩衝液の中で負に帯電しているので、溝3の延びる方向(両電極8を結ぶ方向)に沿って、正極である電極8(図1では、左側の電極)に向かって移動する。
基板2の形状や厚さはmとくには限定されず、用途や目的に応じて所望の形状とすることができる。ただし、成形が容易であり、かつ強度が高いので、基板2は板状であるのが好ましい。基板2の材料がエラストマである場合、該基板2の厚さは、カバー6との密着性を確保するため、3mm以上であるのが好ましい。分離マトリックス5を含む溝3は、基板2の表面に複数ないし多数設けられてもよい。DNA等の生体分子の流路となる溝3は、試料の注入や、他のDNA等の生体分子あるいは試薬との混合を容易にするため、交差していてもよい。また、溝3(流路)中に、円形や多角形などの形状の部分を形成して、溝3の液体に対する抵抗や液体の移動速度を制御し、ミクロレベルでの流体的な調整を行ってもよい。
(溝の構成)
以下、溝3の具体的な構成ないし機能を説明する。図1〜図3に示す例では、溝3は、基板2の長手方向に延びる直線状の形状を有している。しかし、溝3の形状は、これに限定されるものではなく、例えばU字形、S字形又は円形であってもよい。ただし、この場合、溝3の湾曲部では、電界の分布が溝3に対して並行ではなくなるので、溝3の形状を工夫して電界補正や検出補正を行うことが必要である。
本発明にかかる電気泳動セル1は小型化が容易であるが、溝3の幅は1μm以上であるのが好ましく、20μm以上であるのがより好ましい。溝3の幅が1μmより狭い場合は、検出感度が低下し、生体分子の検出に高倍率の光学機器が必要となり、検出コストが高くなるからである。また、溝3の幅は1000μm以下であるのが好ましく、300μm以下であるのがより好ましい。溝3の幅が1000μmを超えると、電気泳動の均一性が損なわれるとともに、本発明の効果が小さくなるからである。しかし、本発明を、複数組の電極8を備えた2次元的な広がりを持つ分離マトリックス5、例えばパルスフィールド電気泳動の分離マトリックス5に適用する場合は、溝3の幅は1000μmを超えてもよい。
溝3の深さは1μm以上であるのが好ましい。溝3の深さがこれより浅いと、本発明の効果が小さくなり、かつ検出感度が低下するからである。また、溝3の深さは500μm以下であるのが好ましく、50μm以下であるのがより好ましい。溝3の深さが500μmを超えると、DNA等の生体分子の上下方向の拡散が生じ、本発明の効果が小さくなるとともに、生体分子の検出時に光学的焦点を合わせにくくなり、検出感度が低下するおそれがあるからである。
溝3の長さ及び分離マトリックス5の長さは、任意に設定することができる。具体的には、例えば、分離すべき生体分子のターゲットや、各ターゲットに必要とされる分離能に応じて、0.1〜50mmの範囲で決定することができる。しかし、これらの長さの上限は、後で説明する鋳型となるシリコンウエハの大きさにより制限されることがある。
(電極の構成)
以下、電極8の具体的な構成ないし機能を説明する。この電気泳動セル1では、電極8は、直径0.2mmの白金線であり、電源10のリード線9に半田付けにより接続されている。しかし、電極8は、末端が溝3内の緩衝液と接触することができれば、線状、板状、膜状(蒸着膜)のいずれの形状であってもよく、また大きさや厚さも、任意に設定することができる。電極8の材料は、500Vの電圧を印加することができ、数十mAの電流を流すことができ、かつ電気分解や材料の溶出が起こらなければ、どのようなものであってもよい。かかる材料としては、例えば、白金、金、カーボン、電導性高分子などがあげられる。
この電気泳動セル1では、白金線からなる電極8は、その大部分はカバー6の上面に配置され、その先端近傍部は、カバー6に設けられた試料注入口7を通して溝3内に挿入されている。しかし、電極8は、カバー6に直接接着又は蒸着されてもよい。また、外部の支持体から試料注入口7を通して、あるいは基板2の中を通して配線されてもよい。なお、電極8の先端近傍部を、試料注入口7を通すのではなく、カバー6に別途形成された電極挿入用穴を通して溝3内に挿入してもよい。
この電気泳動セル1では、電極8には、0.1〜500V/cmの範囲の直流電圧が印加される。しかし、パルス電圧が印加されてもよい。また、複数組の電極8が設けられている場合は、周期的に電流の方向が変わってもよい。
この電気泳動セル1において、溝3内の流路と、分離マトリックス5を構成する各支柱4の間隙とを満たしている電気泳動用の緩衝液としては、分離すべき生体分子がDNAの場合は、TBE緩衝液(89mM Tris−borate、2mM EDTA)又はTAE緩衝液(40mM Tris−acetate、1mM EDTA)が用いられる。緩衝液のpHは8前後である。また、分離すべき生体分子が蛋白質の場合は、該蛋白質の種類に応じて、その電気泳動に最適な緩衝液が用いられる。
(支柱の構成)
以下、支柱4の具体的な構成ないし機能を説明する。この電気泳動セル1では、図2から明らかなとおり、分離マトリックス5を構成している各支柱4の上面ないし横断面(支柱の中心軸線と垂直な面で切断した断面)の形状(以下、単に「断面形状」という。)は円形である。しかし、支柱4の断面形状は円形である必要はなく、任意の形状とすることができる。
例えば、図4A〜図4Eに示すように、支柱4の断面形状は、角部を丸めた長方形(図4A)、楕円形(図4B)、正方形ないしひし形(図4C)、六角形(図4D)、長方形(図4E)であってもよい。あるいは、その他の多角形又は角部を切り落とした多角形であってもよい。さらに、DNA等の生体分子の流れがスムーズであれば、断面形状は、星形や、突起を有する幾何学形状であってもよく、また定まった形のないものであってもよい。各支柱4の断面形状はすべて同じである必要はなく、前記の各形状が混在していてもよい。例えば、支柱4の断面形状を、試料注入口7付近では楕円形とし、それ以外の部位では六角形としてもよい。
各支柱4の断面積は、支柱4の溝幅方向の寸法が溝3の幅より小さい限り、任意に設定することができる。ただし、DNA等の生体分子の上下方向の流れを均一にする必要がある場合は、支柱4の断面積は上下方向(支柱軸線方向)に均一であるのが好ましい。また、生体分子を溝3の深さ方向に分離させる場合、支柱4は、上下のいずれかに向かって細くなるテーパ状であってもよい。成形が可能であれば、支柱4は、立体的な幾何学形状のもの、例えば、複数の球体が連続して支柱を構成するといった形状のものであってもよい。
(支柱の配置)
以下、支柱4の具体的な配置形態を説明する。この電気泳動セル1では、図1及び図2から明らかなとおり、支柱4は、溝幅方向に互いに等間隔で離間する複数の支柱4が、溝長手方向に等間隔で並んだ配置形態で配列されている。しかし、支柱4の配置形態は、このようなものである必要はなく、任意のものとすることができる。分離マトリックス5としての機能を発揮させるため、支柱4は溝3の所定の領域に配置されるが、その配置形態ないし配列形態は、DNA等の生体分子がスムーズに流れる限り、規則性があっても、なくてもよい。しかし、支柱4の配置形態が規則性をもたない場合、均一な試料の流れを生じさせるには、支柱4をランダムに配置する必要がある。
図5A〜図5Eに、溝3内における支柱4の配置形態(基板2の上面図)の5つの具体例を示す。図5Aに示す配置形態は、生体分子を平面視で2次元的に移動させることができる2次元配列パターンである。この配置形態では、長方形の溝3の周りに、4つの試料注入口7と2組(4つ)の電極8とが配置されている。図5Bに示す配置形態は、溝3の長手方向に支柱4の配置密度ないし支柱4間の隙間が段階的に変化する配列パターンである。図5Cに示す配置形態は、溝3内に支柱4が1列に並んで配置された配列パターンである。図5Dに示す配置形態は、溝3内に支柱4が1列に並んで配置されるとともに、溝3の壁面が支柱として機能するように形成された配列パターンである。すなわち、分離マトリックス5は、独立した支柱4と溝3の壁面の一部である支柱4’とで構成されている。図4Eに示す配置形態は、溝3内に複数列の支柱4が配置された配列パターンであり、溝3の長手方向の一端に2つの試料注入口7が接続されている。
前述したとおり、パルスフィールド電気泳動の分離マトリックスに本発明を適用する場合は、例えば図5Aに示すような、複数の試料注入口7と複数組の電極8とを備えた2次元配列パターンの分離マトリックス5が必要である。溝3内への試料の注入を円滑化するために、試料注入口7に近いところでは、支柱4の配置密度を低くしてもよい(図5B参照)。また、DNA等の生体分子の濃縮領域を設けたり、生体分子を選択的に分離するためのゲートを設けてもよい。さらには、支柱4間の隙間に、1次元的又は2次元的な勾配をつけてもよい。
支柱4は、他の複数の支柱4に接触するように配置してもよく、あるいはその配列方向に連続して接触するように配置してもよい。なお、支柱4が溝3の側面に接触していてもよい。また、溝3の壁面を、支柱4に対応する形状でもって溝内に繰り返し突出させ、この突出部を支柱として利用してもよい。なお、最も単純な場合、分離マトリックス5は、溝3の一方の壁面の突出部のみ、又は両方の壁面の突出部のみで構成される。この場合、電気泳動セル1は、独立した支柱構造をもたない単純な流路デバイスとなる。
(試料注入口)
以下、試料注入口7の具体的な構成及び機能を説明する。生体分子を含む試料を溝3に注入するための試料注入口7は、1つだけ設けても、また複数ないし多数設けてもよい。試料注入口7を複数設けた場合、電気泳動セル1は、生体分子を分離する機能に加えて、複数の生体分子を混合する機能も発揮する(図5E参照)。
また、図6Aに示すように、DNA等の生体分子を含む試料を溝3内に注入しやくするため、試料注入口7が配置された部位では、溝3内に支柱4を配置しない領域を設け、あるいは支柱4の配置密度を低くした領域を設けるのが好ましい。
図6Bに示すように、試料注入口7が配置された部位に支柱4が他の部位と同様の配置密度で設けられている場合、試料は分離マトリックス5の上に導入された後、矢印P1で示すように曲線的に流れて分離マトリックス5内に入る。この場合、試料の流れに対する抵抗が大きいので、試料を円滑に溝3内に注入することは困難である。
他方、図6Cに示すように、試料注入口7が配置された部位に支柱4が設けられていない場合、試料は、支柱4が存在しない空間部に導入された後、矢印P2で示すように直線的に流れて支柱4の側方から分離マトリックス5内に入る。この場合、試料の流れに対する抵抗が小さいので、試料を円滑に溝3内に注入することができる。
(生体分子の分離原理)
以下、電気泳動セル1における生体分子の分離原理を説明する。支柱4の間隔は、生体分子の分離にとって最も重要な要素である。なお、以下では、便宜上、支柱間の間隙の最も狭い部分を「支柱ギャップ」と呼び、支柱ギャップの大きさないし距離を「ギャップ距離」と呼ぶ。ギャップ距離は、分離されるべき生体分子が通り抜けるのに十分な大きさでなければならない。かつ、ギャップ距離は、生体分子の通過に対する障害物として機能し、さらに分子の大きさ、例えば分子の慣性半径で定義されるパラメータに依存して、生体分子の通過速度に影響を及ぼすことができるものでなければならない。本発明にかかる分離マトリックス5におけるDNA等の生体分子の大きさ(分子量)に基づく分離原理は、アガロースゲルやポリアクリルアミドゲルにおけるそれと同様である。したがって、本発明にかかる電気泳動セル1は、電気泳動におけるゲルの網目の役割を、複数の支柱4からなる分離マトリックス5に代替させるものであるといえる。
一般に、緩衝液中のDNAは、ランダムコイル状態の線状ポリマであり、これらの変位長さは平均二乗末端間距離として表わすことができる。例えば、高分子溶液論で著名なポール J.フローリ(Paul J.Flory)によれば、DNAの変位長さRは、次の式1で定義される。
R=0.3×(塩基数)1/2[nm]……………………………式1
式1によれば、DNAの大きさ(変位長さ又は慣性半径)は、塩基数の1/2乗に比例して増加する。電気泳動におけるアガロースゲルやポリアクリルアミドゲルの網目の役割は、通過するDNAに対して障害物となることである。したがって、DNAの大きさと分離マトリックス5のギャップ距離とが同程度のオーダになれば、支柱ギャップを通過するDNAの分子鎖の運動がギャップ距離による影響を受け、支柱ギャップがエントロピ障壁の役割を果たすものと考えられる。すなわち、DNAが、その大きさよりも狭い支柱ギャップを通り抜けるときは、DNAが熱力学的にエントロピが低い状態(変形した形)のコンフォメーションをとらざるを得ない。これが、DNAの分子量に依存して、DNAの電気泳動速度に差異が生じる原理である。
(支柱ギャップ)
以下、支柱ギャップないしギャップ距離についてさらに詳しく説明する。前記の原理から推察されるように、ギャップ距離がDNAの大きさと同程度であれば、DNAの移動に対して支柱ギャップが障害物となり、DNAの分子量に依存した分離を達成することができる。通常、電気泳動によるオリゴヌクレオチドの分離やDNAの10〜1000塩基の配列決定に用いられる、アガロースやポリアクリルアミドのゲルの網目の大きさは10〜100nmである(例えば、2000年に刊行された「蛋白質・核酸・酵素誌」、第45巻、第1号、第76〜84頁に記載された馬場嘉信氏による報文参照)。したがって、1000塩基以下のDNA断片を分離する場合は、ギャップ距離は100nm以下であることが必須であるといえる(例えば、特表平11−508042号公報参照)。
他方、本発明にかかる分離マトリックス5では、最適なギャップ距離は0.1〜5μmとされる。以下、この理由を説明する。表1は、塩基数が異なる3つのDNAについて、ギャップ距離とDNAの移動性との関連を調べた結果を示している。表1によれば、T4DNA(166kbp)及びλDNA(48.5kbp)は、ギャップ距離が0.1μm以下の場合、支柱ギャップを通過しにくいことがわかる。これは、DNAに水和した水分子の影響により、DNAの慣性半径が、実際のDNAの大きさよりも大きくなっているためであると考えられる。

Figure 2004008132
すなわち、アガロースゲルなどの網目の物理的な大きさは10〜100nmである。しかし、実際には、糖鎖分子やポリアクリルアミド分子鎖の影響、あるいはDNAに水和した水分子の影響が加わっている。アガロースやポリアクリルアミドの場合、これらの水分子は、DNAや、分離マトリックスである網目と相互作用を及ぼし合い、これによりDNAの分離が円滑に行われる。これらの分子鎖は弾力性があるため、DNAなどの水和水の効果を利用し、あるいは水分子の影響をうまく吸収しているものと推察される。これらの水和水の分子レベルでの大きさは、現時点では殆どわかっていないが、100nmレベルの隙間では、水和水の影響でDNAが浸入しにくいものと考えられる。逆浸透圧法や高圧液体クロマトグラフィなどにより、人工的に隙間に物理的な力(圧力など)を加えれば、水の透過は可能である。しかし、この場合、分離すべきDNA等の生体分子が破壊されるおそれがある。
他方、本発明にかかる分離マトリックス5では、ギャップ距離の上限値は5μmとされる。以下、この理由を説明する。表2は、T4DNAとλDNAとについて、ギャップ距離とDNAの移動速度との関連性を調べた結果を示している。表2によれば、ギャップ距離が5μmを超えると、移動速度差が確実には得られないことがわかる。そこで、ギャップ距離の上限値は5μmとされる。
Figure 2004008132
(支柱の配置密度)
以下、支柱4の配置密度を説明する。分離マトリックス5における支柱4の配置密度は、基本的には任意に設定することができる。ただし、本発明にかかる分離マトリックス5は、DNAの通過速度が支柱ギャップによって影響されるといった原理に基づいているので、DNAの分離能は、DNAが通過する支柱ギャップの数に比例して向上する。本願発明者による実験によれば、50〜100V/cmの条件での50〜200kbp(キロ塩基対)のDNAの電気泳動による移動速度は、平均50μm/秒であった。そして、1秒間に通過する支柱4(直径15μmの円柱)は約3個であり、支柱ギャップの数は6個であった。このとき、1000塩基対あたり約0.1μmの移動距離の差(塩基対が短いほど速く移動する)が観察された。溝3中の分離マトリックス5の長さを5mmとすれば、このDNAは約100秒で分離マトリックス5を通過し、5mm先の検出ポイントで、1000塩基対あたり約10μmの移動距離の差をもたらすことになる。検出系の光学分解能を5μmとすれば、この移動距離の差は、十分検出可能である。
この場合、DNAは、その移動距離1mmあたり60個の支柱4と約120個の支柱ギャップとを通過する。電界の向きと垂直な支柱ギャップにはDNAが泳動しないものと仮定すれば、支柱ギャップの数は支柱4の数のほぼ2倍となる。したがって、支柱4の配置密度は約4000個/mmとなり、支柱ギャップの配置密度は約14000個/mmとなる。このDNAよりも短いDNAは、より早く泳動するので、支柱4の配置密度又は支柱ギャップの配置密度は、それぞれ、4000個/mm又は14000個/mmよりも高くなければならない。表3に、上記実験を、T4DNAとλDNAを用いて、さらに種々の支柱4の配置密度で繰り返し行い、支柱4の配置密度とDNAの移動速度差との関連性を求めた結果を示す。表3によれば、分離マトリックス5の支柱4の配置密度は、1000個/mm以上であることが必要であることがわかる。
Figure 2004008132
(基板及び分離マトリックスの材質)
以下、基板2及び分離マトリックス5の材料について説明する。基板2及び分離マトリックス5の材料は、安価でありかつ量産しやすい高分子材料であれば、とくには制約はない。ただし、これらの材料は、光学的な検出が容易であることから、透明であるのが望ましい。したがって、やわらかい材料としては例えばエラストマを用いることができ、硬い材料としては例えばプラスチックを用いることができる。エラストマである最も一般的な透明素材としては、シリコンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、フッ素系ゴム、スチレン系透明ゴムなどの透明合成ゴムと、これらのブレンドゴムとがあげられる。また、性能としては、次の条件を満たせばよい。
密度:〜1g/ml
給水率:0.1%以下
全光線透過率:85%以上
成形収縮率:1%以下
曲げ弾性率:300Mpa以上
硬化手法はどのようなものでもよいが、成形性の観点から、化学開始剤や架橋剤により硬化を開始させる手法、あるいは熱硬化や光などのエネルギー線で硬化させる手法が好ましい。
他方、プラスチック材料は、励起光や蛍光を透過させるものであるのが好ましい。このような材料としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩素含有ポリマ、ポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂などをあげることができる。これらの樹脂は、単独、共重合、ブレンド、プレポリマのいずれの形態でもよい。成形の点では熱可塑性樹脂が好ましいが、熱硬化性又はエネルギ線硬化性の架橋重合体でもよい。また、基板2と溝3と分離マトリックス5とは同時に同一材料で成形するのが望ましい。ただし、接着が十分であれば、別々の材料を張り合わせたり、はめ込んでもよい。この場合、基板2の材料としては、例えば、セラミックス、ガラス、シリコン、ポリマーアロイなどを用いることができる。
(カバーの材料)
以下、カバー6の材料について説明する。カバー6の材料は、励起光及び蛍光を十分に透過させることができ、カバー6の下面が基板2、溝3及び分離マトリックス5(支柱4)の上面と十分に密着して液漏れを生じさせず、かつDNA等の生体分子を吸着しないものであれば、とくには制約されない。例えば、ガラス、プラスチック、エラストマなどを用いることができる。カバー6の表面は親水性であるのが好ましいが、疎水性であってもよい。カバー6の厚さは、任意に設定することができる。ただし、高倍率の検出系の光学焦点を考慮すれば、カバー6の厚さは2mm以下であるのが好ましい。
(材料の表面処理)
以下、基板2、分離マトリックス5及びカバー6の材料の表面処理について説明する。基板2の表面は、疎水性であり、水との接触角度が45度以上であるのが望ましい。他方、溝3の表面、分離マトリックス5(支柱4)の表面、及びカバー6の溝3を覆う部分の表面は、緩衝液が接触するのが容易となり、かつ毛細管現象で緩衝液が支柱4の隙間を自発的に満たすのが容易となるよう、親水性であるのが好ましい。したがって、これらの表面に親水化処理を施すのが好ましい。親水化はどのような方法で行ってもよい。具体的には、例えば、プラズマ処理、プラズマ重合、コロナ放電、コーティングポリマ等の親水性化学物質のコーティング、物理的な微細構造による親水化処理などを用いることができる。
コーティングポリマとしては、例えばポリヒドロキシメチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、セルロース系ポリマなどがあげられる。ここで、注意すべきことは、これらのコーティングポリマが電気泳動中に溶け出さないように架橋処理をする必要があるということである。また、電気浸透流や電気泳動をイオン性物質の種類や濃度で制御することが可能であるので、緩衝液にイオン性物質などを加えることにより、同様の効果を奏することができる。
溝3の表面、分離マトリックス5(支柱4)の表面、及びカバー6の溝3を覆う部分の表面は、基板2の表面と同様に疎水性であっても、電気泳動セル1を使用することは可能である。一般に、代表的なエラストマやプラスチックは、表面処理をしなければ疎水性である。これらをそのまま使えば、毛細管現象で緩衝液を、溝3内あるいは分離マトリックス5内(支柱4の隙間)に満たすことはできない。したがって、この場合、緩衝液の中に電気泳動セル1を浸漬して脱気処理を行う必要がある。しかし、一旦、このようにして溝3内あるいは分離マトリックス5内に緩衝液を満たせば、この後本発明の効果を十分に発揮することができる。なお、電気泳動セル1が全体として疎水性であれば、例えばエラストマとプラスチックとを用いる場合、これらの密着性が高まる。さらに、生体分子の非特異的吸着が減少し、電気泳動セル1が汚れにくくなるといった効果も得られる。
(電気泳動セルの製造方法)
以下、電気泳動セル1の具体的な製造方法を説明する。電気泳動セル1は、およそ次のような手順で製造される。電気泳動セル1の材料はいずれも高分子材料であるが、これらの高分子材料は成形により加工される。高分子材料の成形方法としては、圧縮成形法、射出成形法、押出し成形法、吹込み成形法、鋳造成形法、うす物成形法などが知られているが、ナノメータ〜サブミクロンのレベルの微細構造を成形することができれば、どのような方法を用いてもよい。この実施の形態では、次の2つの方法が用いられる。すなわち、1つは、微細加工したシリコン(Si)を鋳型として、エラストマをキャスティングして微細構造を転写するといった方法である。もう1つは、微細加工したシリコンの成形型に、ガラス転移温度以上に加熱した熱可塑性ポリマを押し付けて微細構造を転写するといった方法である。
鋳型の材料としては、例えば、ガラス、シリコン、セラミック、金属、プラスチックなどが考えられるが、ナノメータ〜サブミクロンのレベルのネガパターンを微細加工することができれば、どのようなものでもよい。鋳型を製作する方法としては、マスクを作製してドライエッチングで加工するといった方法や、レジストをそのままリソグラフィにより微細加工するといった方法を用いることができる。ただ、この実施の形態では、剥離性を向上させるため、シリコンのエッチング技術を用いている。この方法は、ネガパターンの微細構造表面を滑らかにすることができ、これにより剥離性や微細構造の転写能をより高めることができる。
(鋳型の製作)
以下、図7A〜図7Gを参照しつつ、鋳型を製作する方法と、該鋳型を用いて、分離マトリックス5を含む溝3を備えた基板2(以下、「デバイス」という。)を製作する方法とを、より具体的に説明する。
まず、図7Aに示すように、シリコンウエハ11を準備する。続いて、図7Bに示すように、シリコンウエハ11の上面に感光性有機膜12を塗布する。次に、図7Cに示すように、感光性有機膜12を伴ったシリコンウエハ11の上に、光を通す領域14aと光を通さない領域14bとが所定のパターンで形成されたマスク14を配置する。そして、マスク14を介して感光性有機膜12の所定の領域に光13を照射し、現像液を用いて現像する。例えば感光性有機膜12として、感光した部分が溶解するいわゆるポジ型感光性有機膜を用いた場合は、光を通す領域14aに対応する部位では感光性有機膜12が除去され、穴部15が形成される。
次に、図7Dに示すように、シリコンウエハ11にエッチングを施す。エッチング手法としては、既存技術である誘導電磁結合プラズマ反応性プラズマエッチングを用いる。反応ガスとしては、フロロカーボンを主体としたガスを用いる。このエッチングにより、感光性有機膜12に形成された穴部15に対応する部位、すなわち感光性有機膜12で覆われていない部位ではシリコンウエハ11がエッチングされ、凹部16が形成される。この後、感光性有機膜12をアセトンなどの有機溶媒を用いて溶解させる。これにより、図7Eに示すように、シリコンからなる鋳型17が得られる。
そして、この鋳型17を用いてデバイスを製作する。具体的には、まず、図7Fに示すように、シリコンからなる鋳型17に、シリコーンラバー溶融液18を塗布する。なお、鋳型17の表面には、予めシランカップリング剤を塗布するなどして、疎水性を保つ処理を施しておく。この疎水性を保つ処理により、後記の剥離工程における、シリコーンラバーと鋳型17との離型性を向上させることができる。
シリコーンラバー溶解液18を室温で固化させた後、固化物を鋳型17から剥離する。これにより、シリコーンラバーからなるデバイス(シリコーンラバー構造体)、すなわち分離マトリックス5を含む溝3を備えた基板2が得られる。さらに、図7Gに示すように、デバイスに、所定の位置に試料注入口(貫通穴)を備えたカバー6を配置する。なお、カバー6としては、ガラス基板やプラスチック基板を用いることができる。そして、カバー6をデバイスに圧着することにより、カバー6とシリコーンラバーからなるデバイスとが密着した電気泳動セル1が完成する。シリコーンラバーは粘着性を有するので、カバー6をデバイスに圧着するだけで、ガラス基板やプラスチック基板からなるカバー6とデバイスとをシールすることができ、液漏れの問題は生じない。
このように、非常に簡便な手法で、鋳型17ないし電気泳動セル1を製造することができる。また、シリコンからなる鋳型17は、繰り返して使用することができるので、電気泳動セル1の生産性や生産コストを改善することができる。
上記デバイス、すなわち分離マトリックス5を含む溝3を備えた基板2は、上記の製造方法と異なる手法で製造してもよい。例えば、シリコンからなるプレス型に熱をかけながら、プラスチック板をプレス型に押し付けて加圧成形すれば、プラスチックからなるデバイスを得ることができる。この後、デバイスにカバー6を取り付ければ、電気泳動セル1が完成する。このようにプラスチックを用いたデバイスないし電気泳動セル1では、シリコーンラバーを用いた場合に比べてその強度が改善される。
また、シリコンからなる鋳型17に代えて、厚膜の感光性有機膜からなる鋳型を用いてもよい。この場合、例えば厚膜の感光性有機膜を光照射によりパターニングし、パターニングされた感光性有機膜をそのまま鋳型として用いればよい。この手法によれば、図7Dに示すシリコンウエハ11のエッチング工程を省くことができるので、生産性をさらに向上させることができる。
(PDMSチップの製造方法)
以下、代表的なシリコーンラバーであるPDMS(ポリジメチルシロキサン)をデバイスの材料として用いて、実際に電気泳動セル1を製造した過程ないし結果を説明する。この製造方法では、シリコンウエハからなるネガパターンの鋳型は、微細加工技術により形成された。この鋳型は、分離マトリックスを含む溝に対応する型面を有している。この鋳型を、直径90cmのプラスチックシャーレ内に配置し、その上部からPDMSを注入した。PDMSは、東レ・ダウコーニング社から購入したもの(商標名「SYLGARD」)を用いた。
シリコンウエハ(シリコン基板)には、あらかじめシランカップリング剤で表面処理を行った。シリコンウエハの表面に、アセトニトリルに4%のジメチルジクロロシランを溶解させた溶液を塗布した後、該シリコンウエハに、100℃で30分間、乾燥処理を施した。100mlのビーカに約40mlのPDMSを入れ、さらに4mlのキャタリストを加えてよく混合した後、このビーカをデシケータに入れて、30分間、真空ポンプで脱気した。
この後、シリコンウエハが入ったプラスチックシャーレに、20mlの脱気したPDMSを入れ、このプラスチックシャーレをデシケータに入れて、30分間、真空ポンプで脱気した。分離マトリックスを含む溝から気泡を十分に追い出した後、デシケータに空気を入れて、プラスチックシャーレを取り出した。そして、脱気済みのPDMSを、シリコンウエハの上に、約5〜7mmの厚さで積層(重層)した。PDMSが積層されたプラスチックシャーレを、40度の恒温ボックスに入れてPDMSを重合させた。48時間以上経過した後、プラスチックシャーレを取り出した。そして、必要とする分離マトリックスの部分の周りに、カッターで切り込みを入れ、重合したPDMSを、シリコンウエハからなる鋳型からゆっくり剥離して、PDMSチップを得た。
PDMSチップ(幅5mm、長さ20mm、厚さ5mm)に、カバーとして同一寸法(幅5mm、長さ20mm、厚さ1mm)のポリスチレン板をかぶせた。密着性が悪い場合は、PDMSチップの溝側表面に、酸素プラズマ処理(酸素圧力1.0kPa、励起電力100w、処理時間5分)や紫外線処理(20w紫外線ランプ、処理時間20分、距離10cm)を施して、密着性を高めればよい。カバーには、直径1mmの試料注入口(穴)を、溝に沿って2つ形成した。そして、白金線(直径0.2mm)からなる電極を、先端近傍部が試料注入口を通って溝内の緩衝液に直接触れるように配線した(図1参照)。なお、白金蒸着により電極を形成した場合も、白金線を用いた場合と同様の効果を奏するのはもちろんである。
DNAの電気泳動用の緩衝液としては、TBE緩衝液(89mM Tris−borate、2mM EDTA)を用いた。PDMSチップに酸素プラズマ処理を施した場合、PDMSチップ表面は親水性となるので、緩衝液は分離マトリックスの支柱の間隙に、毛管現象により侵入する。このような親水化処理を行わない場合は、一方の試料注入口から溝内に緩衝液を供給しつつ、他方の試料注入口を注射器で吸引し、緩衝液を分離マトリックスに充填すればよい。あるいは、緩衝液の中にPDMSチップを浸漬し、真空デシケータの中で減圧して、緩衝液を分離マトリックスに充填すればよい。後者の場合、カバーは脱気後にPDMSチップに慎重にかぶせる必要がある。
(電気泳動の実施)
以下、本発明にかかる電気泳動セルを用いて実際に電気泳動を行った過程及び結果を説明する。生体分子試料としてDNA試料を用いた。DNA試料としては、λDNAと、T4ファージDNAと、λDNAを制限酵素Xbo−Iで約半分に切断した1/2λDNAとを用いた。これらのDNAの塩基数は、それぞれ、48500、166000、24000であった。これらのDNAをTBE緩衝液1μlあたり0.05μg含み、かつ蛍光染色試料としてYOPRO−I(モレキュラープローブ社製)、サイバーグリーン(宝酒造社製)又はサイバーゴールド(宝酒造社製)を1μM含むDNA混合液を試料として用いた。この試料を、1回の電気泳動あたり1μL使用した。そして、カバーに形成された2つの試料注入口のいずれか一方に試料を注入して電気泳動を行った。電気泳動用の電源は、0〜1000V、1A定格のATTOクロスパワー1000を用いた。この電源で、白金線からなる電極の両端に50〜100V/cmの電圧を印加した。電流は10mA以下であった。DNAは、TBE緩衝液中で負に帯電しているので、正極である電極に向かって泳動する。溝の長さが1cmの場合、電気泳動時間を2〜5分間とした。
(電気泳動の観察)
以下、電気泳動の観察手法の一例を説明する。図8は、DNAの電気泳動を観察し、又は記録するための電気泳動評価装置の概略構成を示している。
図8に示すように、この電気泳動評価装置は、蛍光顕微鏡20を備えている。この蛍光顕微鏡20には、サンプル21(電気泳動セル)を載せるサンプル台22と、励起側フィルタ(図示せず)を備えた光源23と、ダイクロイックミラー24と、DNAを観察するための観察窓25と、光路を切り替える切り替えミラー26と、光を電気信号に変換する光電子増倍管27と、ビデオカメラ28(高感度CCDカメラ)とが設けられている。また、この電気泳動評価装置は、画像を記録するVTR29(ビデオ・テープ・レコーダ)と、パーソナルコンピュータ30と、ディスプレイ31とを備えている。
蛍光顕微鏡20においては、光源23から放射され、励起側フィルタにより波長が420〜490nmに調整された光L1は、ダイクロイックミラー24によって反射された後、サンプル21に照射される。その結果、サンプル内のDNAは蛍光を放射する。この蛍光は、吸収フィルタ(図示せず)によって波長が520nmの光L2に調整される。この光L2は、ダイクロイックミラー24によって、観察窓25に向かう光L3と、光電子増倍管27又はビデオカメラ28に向かう光L4とに分割される。
かくして、観察窓25を覗くことにより、蛍光を発しているDNA分子が、電気泳動により分離マトリックス内(支柱の隙間)を通過する様子を観察することができる。光L4は、切り替えミラー26で光路を切り替えることにより、光電子増倍管27又はビデオカメラ28に入力される。光電子増倍管27は、この光L4を電気信号に変換して、外部機器に出力する。高感度CCDカメラであるビデオカメラ28は、DNA分子が電気泳動により分離マトリックス内を通過する様子を撮影し、得られた画像をVTR29に送る。VTR29はこの画像を記録する。VTR29に記録されている画像は、パーソナルコンピュータ30を用いて解析することができ、またディスプレイ31に表示することができる。
(塩基数と移動速度との関係)
以下、DNAの塩基数と、電気泳動によるDNAの移動速度(電気泳動速度)との関係を説明する。
図9は、次の条件における、DNAの塩基数とDNAの移動速度との関係を示している。
溝の幅:200μm
溝の深さ:10μm
分離マトリックスの長さ:10mm
支柱の形状:円柱、
支柱の直径:15μm
支柱の隙間:約1μm
支柱の配置密度:4000個/mm
電圧:50V/cm
緩衝液:TBE緩衝液
DNA濃度:50ng/μl
染色剤:サイバーグリーン1mM
図9から明らかなとおり、電気泳動によるDNAの移動速度は、DNAの塩基数に依存して顕著に変化している。したがって、人工的な支柱と隙間とからなる本発明にかかる分離マトリックスは、アガロースゲルやポリアクリルアミドゲルの網目と同様の効果を奏し、これらのゲルに代替することができることが分かる。
(DNAの移動モデル)
図10は、円柱形の支柱4と、支柱4の隙間を通り抜けるDNAの運動モデルとを示している。図10に示すように、障害物である支柱4の隙間が、この隙間を通過するDNAの運動に対して、エントロピ障壁の役割を果たしていると考えられる。すなわち、球状のDNA分子は、支柱4の間隙を通過する際、一時的に、熱力学的に低エントロピのコンフォメーションをとり、変形して間隙を通り抜ける。これが、電気泳動によるDNAの移動速度に影響していると考えられる。
(本発明にかかる電気泳動セルの応用例)
以上、本発明にかかる基本的な電気泳動セルについて、その形状、材質、製造方法、DNAの分離の原理、DNAの運動モデル等を詳細に説明したが、以下では、このような基本的な電気泳動セルを応用したDNA分取装置(生体試料分取装置)を説明する。
(DNA分取装置1:応用例1)
図11は、本発明にかかる電気泳動セルを応用した1つのDNA分取装置を示している。図11に示すように、このDNA分取装置では、分離マトリックス5が、支柱の配置密度ないし支柱の間隙(ピラー間隙)が異なる5つのピラーエリアA〜Eに区分されている。ここで、ピラーエリアA、B、C、D、Eは、この順に、支柱の配置密度が大きくなっている(支柱の間隙が小さくなる)。そして、このDNA分取装置は、陰極を伴った1つの試料注入口33と、それぞれピラーエリアA〜Eに設けられ陽極を伴った5つの試料回収口34a〜34eとを備えている。
かくして、このDNA分取装置では、例えば、分子量の異なるDNAを含むサンプルを試料注入口33に供給すれば、分子量が大きいDNAは、支柱の配置密度が大きいピラーエリア(ピラーエリアE側)を通過しにくいので、支柱の配置密度が小さいピラーエリア(ピラーエリアA側)に多く集まり、このピラーエリアの試料回収口から回収される。したがって、ピラーエリアA、B、C、D、Eに存在するDNA、ないし試料回収口34a〜34eで回収されるDNAは、後者ほど分子量が小さくなる。よって、サンプル中のDNAを、分子量に応じて5種類に分取(分画)することができる。
(DNA分取装置2:応用例2)
図12A及び図12Bは、本発明にかかる電気泳動セルを応用したもう1つのDNA分取装置を示している。図12A及び図12Bに示すように、このDNA分取装置では、分離マトリックス5は、平面視で、縦方向(X1−X2方向)及び横方向(Y1−Y2方向)について2次元的に互いに離間して配置された多数の角柱状の支柱4で構成されている。また、このDNA分取装置は、陰極を伴った1つの試料注入口35と、それぞれ陽極を伴った6つの試料回収口36a〜36fとを備えている。
この分離マトリックス5では、ある支柱4と、X2側でこの支柱4とX1−X2方向に隣り合うの2つの支柱4との間に形成されY1−Y2方向に伸びる間隙において、Y1側に位置する間隙38は広く、Y2側に位置する間隙39は狭くなっている。他方、Y1−Y2方向に隣り合う支柱4間でX1−X2方向に伸びる間隙40は、すべて広くなっている。なお、X1−X2方向に伸びる間隙40のX2側の端部と、Y1−Y2方向に伸びる両間隙38、39との接続部には、略矩形の空間部41が形成されている。
かくして、このDNA分取装置では、例えば、分子量の異なるDNAを含むサンプルを試料注入口35に供給すれば、分子量が大きいDNAは、狭い間隙39を通過することができないので、例えばR1で示すように、Y1−Y2方向(横方向)に関しては、Y1方向には移動せず、Y2方向にのみ移動してゆく。これに対して、分子量が小さいDNAは、Y1方向及びY2方向のどちらへでも移動することができる。しかし、前記のとおり、分子量が大きいDNAがほとんどY2方向に移動するので、その影響により、分子量は小さいDNAは、例えばR2で示すように、Y1方向に移動する傾向が強くなる。したがって、分離マトリックス5内において、試料回収口36a〜36fで回収されるDNAは、後者ほど分子量が小さくなる。よって、サンプル中のDNAを、分子量に応じて6種類に分取(分画)することができる。
(医療診断への応用)
本発明にかかる電気泳動セルないしDNA分取装置(生体試料分取装置)は、医療診断あるいは遺伝子多型検出に応用することができる。例えば、ヒトの遺伝子には、個体ごとに塩基配列にわずかな違い(遺伝子多型)が存在する。そして、その違いは、遺伝子制御領域やイントロン領域、あるいは蛋白質などをコードしている領域にあるといわれている。遺伝子制御領域やイントロン領域の違いは、遺伝子の発現量が個体によって異なることを示している。また、蛋白質などをコードしている領域は、酵素の活性が個体によって異なることを示している。個体差は遺伝子多型の組合せで決まるともいわれている。例えば、薬の代謝には個体差があり、これが薬の薬効や副作用に深く関連している。すなわち、これらの薬効や副作用には、個体が持つ薬代謝遺伝子群の遺伝子多型が大きく影響している。
遺伝子多型には種々のものがあるが、現在、最も数が多く、大量解析が容易であるといわれているのは、1塩基多型(SNPs:single nucleotide polymorphisms)である。SNPsは個体間で1遺伝子暗号(1塩基)が他の塩基に置き換わっている部分で、ヒトのゲノムの中には300〜1000万個あると予想されている。そのため、薬代謝遺伝子群の遺伝子多型情報は、医薬品の開発、薬物の有効利用、副作用防止等に役立つであろうと期待されている。
SNPs解析手法としては、現在,制限酵素法、SSCP(single−strand conformation polymorphisms)解析法、直接シーケンシング法、電気化学検出法などが知られている。この中で電気泳動により分析を行うものは、制限酵素法、SSCP解析法、直接シーケンシング法である。これらの迅速な分離や検出に、本発明にかかる分離マトリックスを利用した電気泳動セルを応用することができる。本発明にかかる電気泳動セルを用いることにより、少量のサンプルで迅速にSNPsを検出することができる。この中でも、SSCP法は、PCR技術を利用して増幅し、立体構造の変化を電気泳動で検出するので、本発明に好適である。
本明細書では、DNAや生体分子をターゲットにしているが、ターゲットは生体分子に限られるわけではない。環境化学物質や高分子化合物の分離や検出にも応用することができる。さらに、最近話題にのぼっている化学マイクロデバイスやLab on achipなどのマイクロ流路における分離や検出にも、この分離マトリックス及びその製造方法が役立つものと予想される。
以上、本発明は、その特定の実施の形態に関連して説明されてきたが、このほか多数の変形例及び修正例が可能であるということは当業者にとっては自明なことであろう。それゆえ、本発明は、このような実施の形態によって限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって限定されるべきものである。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. However, in each figure, common members, that is, members having substantially the same configuration and function are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted in principle.
  (Outline of electrophoresis cell)
  First, an outline of the electrophoresis cell according to the present invention will be described. FIG. 1 shows the overall structure of the basic form of an electrophoresis cell according to the present invention. FIG. 2 shows an enlarged part of the electrophoresis cell, and FIG. 3 shows an elevational section of the electrophoresis cell.
  As shown in FIGS. 1 to 3, the electrophoresis cell 1 has a substrate 2, and a groove 3 is formed on the upper surface of the substrate 2. The substrate 2 is not necessarily transparent, but is preferably transparent because the inside of the substrate 2 can be seen through. The groove 3 includes a separation matrix 5 composed of a large number of pillars 4 (pillars). The upper surface of the substrate 2 and the groove 3 are covered with a transparent cover 6. Further, the electrophoresis cell 1 is provided with two sample injection ports 7 and two electrodes 8 (positive electrode and negative electrode). Each electrode 8 is inserted into the groove 3 through the corresponding sample inlet 7. That is, the sample injection port 7 also serves as an electrode insertion hole. In addition, both electrodes 8 are connected to a DC power supply 10 via lead wires 9.
  In the electrophoresis cell 1, each support | pillar 4 which comprises the separation matrix 5 has a geometric cross section. The upper surface of each column is in close contact with the lower surface of the cover 6. The groove 3 containing the separation matrix 5 is filled with a buffer solution for electrophoresis, and therefore there is a buffer solution in the gap between the columns 4. Each electrode 8 inserted into the groove 3 is in direct contact with the buffer solution in the groove 3. When a biomolecule is present in the buffer solution, when a voltage is applied between both electrodes 8, the biomolecule is charged, so that it moves toward one of the electrodes 8 depending on the state of the charge. To do. For example, if the biomolecule is DNA (deoxyribonucleic acid), since it is negatively charged in the buffer solution, the positive electrode 8 (in the direction in which the electrodes 8 extend) (the direction connecting the electrodes 8). In FIG. 1, it moves toward the left electrode).
  The shape and thickness of the substrate 2 are not particularly limited, and can be a desired shape according to the application and purpose. However, since the molding is easy and the strength is high, the substrate 2 is preferably plate-shaped. When the material of the substrate 2 is an elastomer, the thickness of the substrate 2 is preferably 3 mm or more in order to ensure adhesion with the cover 6. A plurality or a plurality of grooves 3 including the separation matrix 5 may be provided on the surface of the substrate 2. The grooves 3 serving as a flow path for biomolecules such as DNA may cross each other in order to facilitate sample injection and mixing with other biomolecules such as DNA or reagents. In addition, a circular or polygonal portion is formed in the groove 3 (flow path) to control the resistance of the groove 3 to the liquid and the moving speed of the liquid, and perform fluid adjustment at the micro level. May be.
  (Groove structure)
  Hereinafter, a specific configuration or function of the groove 3 will be described. In the example shown in FIGS. 1 to 3, the groove 3 has a linear shape extending in the longitudinal direction of the substrate 2. However, the shape of the groove 3 is not limited to this, and may be, for example, U-shaped, S-shaped, or circular. However, in this case, since the electric field distribution is not parallel to the groove 3 at the curved portion of the groove 3, it is necessary to devise the shape of the groove 3 to perform electric field correction and detection correction.
  The electrophoresis cell 1 according to the present invention can be easily miniaturized, but the width of the groove 3 is preferably 1 μm or more, and more preferably 20 μm or more. This is because, when the width of the groove 3 is narrower than 1 μm, the detection sensitivity is lowered, a high-magnification optical instrument is required for detection of the biomolecule, and the detection cost increases. The width of the groove 3 is preferably 1000 μm or less, and more preferably 300 μm or less. When the width of the groove 3 exceeds 1000 μm, the uniformity of electrophoresis is impaired and the effect of the present invention is reduced. However, when the present invention is applied to a separation matrix 5 having a two-dimensional extension including a plurality of sets of electrodes 8, for example, a separation matrix 5 for pulse field electrophoresis, the width of the groove 3 may exceed 1000 μm. Good.
  The depth of the groove 3 is preferably 1 μm or more. This is because if the depth of the groove 3 is shallower than this, the effect of the present invention is reduced and the detection sensitivity is lowered. Further, the depth of the groove 3 is preferably 500 μm or less, and more preferably 50 μm or less. If the depth of the groove 3 exceeds 500 μm, vertical diffusion of biomolecules such as DNA occurs, and the effect of the present invention is reduced, and it becomes difficult to focus optically when detecting biomolecules, and the detection sensitivity decreases. It is because there is a possibility of doing.
  The length of the groove 3 and the length of the separation matrix 5 can be arbitrarily set. Specifically, for example, it can be determined in the range of 0.1 to 50 mm according to the target of the biomolecule to be separated and the separation ability required for each target. However, the upper limit of these lengths may be limited by the size of a silicon wafer that will be a mold described later.
  (Configuration of electrode)
  Hereinafter, a specific configuration or function of the electrode 8 will be described. In this electrophoresis cell 1, the electrode 8 is a platinum wire having a diameter of 0.2 mm, and is connected to the lead wire 9 of the power supply 10 by soldering. However, the electrode 8 may be linear, plate-like, or film-like (deposited film) as long as the terminal can be in contact with the buffer in the groove 3, and the size and thickness are arbitrary. Can be set to The electrode 8 may be made of any material as long as a voltage of 500 V can be applied, a current of several tens of mA can be applied, and electrolysis or elution of the material does not occur. Examples of such a material include platinum, gold, carbon, and a conductive polymer.
  In this electrophoresis cell 1, most of the electrode 8 made of platinum wire is disposed on the upper surface of the cover 6, and the vicinity of the tip is inserted into the groove 3 through the sample inlet 7 provided in the cover 6. ing. However, the electrode 8 may be directly bonded or deposited on the cover 6. Further, wiring may be performed from an external support through the sample injection port 7 or through the substrate 2. Note that the vicinity of the tip of the electrode 8 may be inserted into the groove 3 through an electrode insertion hole separately formed in the cover 6 instead of passing through the sample injection port 7.
  In the electrophoresis cell 1, a DC voltage in the range of 0.1 to 500 V / cm is applied to the electrode 8. However, a pulse voltage may be applied. Further, when a plurality of sets of electrodes 8 are provided, the direction of current may be periodically changed.
  In the electrophoresis cell 1, as a buffer solution for electrophoresis that fills the flow path in the groove 3 and the gap between the columns 4 constituting the separation matrix 5, when the biomolecule to be separated is DNA, TBE buffer (89 mM Tris-borate, 2 mM EDTA) or TAE buffer (40 mM Tris-acetate, 1 mM EDTA) is used. The pH of the buffer is around 8. When the biomolecule to be separated is a protein, an optimum buffer for electrophoresis is used according to the type of the protein.
  (Structure of the support)
  Hereinafter, the specific structure thru | or function of the support | pillar 4 are demonstrated. In the electrophoresis cell 1, as is apparent from FIG. 2, the shape (hereinafter simply referred to as “top” or cross section (cross section cut along a plane perpendicular to the central axis of the column) of each column 4 constituting the separation matrix 5. “Cross sectional shape”) is circular. However, the cross-sectional shape of the support column 4 does not need to be circular, and can be an arbitrary shape.
  For example, as shown in FIGS. 4A to 4E, the cross-sectional shape of the support column 4 is a rectangle with rounded corners (FIG. 4A), an ellipse (FIG. 4B), a square or rhombus (FIG. 4C), and a hexagon (FIG. 4D). ) Or a rectangle (FIG. 4E). Alternatively, other polygons or polygons with corners cut off may be used. Furthermore, as long as the flow of biomolecules such as DNA is smooth, the cross-sectional shape may be a star shape, a geometric shape having protrusions, or a shape having no fixed shape. The cross-sectional shapes of the columns 4 need not be the same, and the shapes described above may be mixed. For example, the cross-sectional shape of the support column 4 may be an ellipse in the vicinity of the sample injection port 7 and a hexagonal shape in other portions.
  The cross-sectional area of each column 4 can be arbitrarily set as long as the dimension of the column 4 in the groove width direction is smaller than the width of the groove 3. However, when it is necessary to make the vertical flow of biomolecules such as DNA uniform, the cross-sectional area of the column 4 is preferably uniform in the vertical direction (column axis direction). Further, when separating biomolecules in the depth direction of the groove 3, the support column 4 may have a tapered shape that becomes narrower in the vertical direction. If molding is possible, the support column 4 may have a three-dimensional geometric shape, for example, a shape in which a plurality of spheres continuously form a support column.
  (Place arrangement)
  Hereinafter, the specific arrangement | positioning form of the support | pillar 4 is demonstrated. In this electrophoresis cell 1, as is apparent from FIGS. 1 and 2, the support columns 4 are arranged in an arrangement form in which a plurality of support columns 4 spaced apart at equal intervals in the groove width direction are arranged at equal intervals in the groove longitudinal direction. Has been. However, the arrangement form of the support columns 4 does not need to be such and can be arbitrary. In order to exert the function as the separation matrix 5, the support columns 4 are arranged in a predetermined region of the groove 3, but the arrangement form or arrangement form is regular as long as biomolecules such as DNA flow smoothly. However, it is not necessary. However, if the arrangement of the columns 4 is not regular, the columns 4 need to be arranged randomly in order to generate a uniform sample flow.
  5A to 5E show five specific examples of the arrangement form of the pillars 4 in the groove 3 (top view of the substrate 2). The arrangement shown in FIG. 5A is a two-dimensional array pattern that can move biomolecules two-dimensionally in plan view. In this arrangement, four sample inlets 7 and two sets (four) of electrodes 8 are arranged around the rectangular groove 3. The arrangement form shown in FIG. 5B is an arrangement pattern in which the arrangement density of the columns 4 or the gaps between the columns 4 change stepwise in the longitudinal direction of the grooves 3. The arrangement form shown in FIG. 5C is an arrangement pattern in which the columns 4 are arranged in a row in the groove 3. The arrangement form shown in FIG. 5D is an arrangement pattern in which the columns 4 are arranged in a row in the groove 3 and the wall surface of the groove 3 functions as a column. In other words, the separation matrix 5 is composed of independent columns 4 and columns 4 ′ that are part of the wall surface of the groove 3. The arrangement shown in FIG. 4E is an arrangement pattern in which a plurality of columns 4 are arranged in the groove 3, and two sample injection ports 7 are connected to one end in the longitudinal direction of the groove 3.
  As described above, when the present invention is applied to a separation matrix for pulse field electrophoresis, separation of a two-dimensional array pattern including a plurality of sample injection ports 7 and a plurality of sets of electrodes 8 as shown in FIG. 5A, for example. A matrix 5 is required. In order to facilitate the injection of the sample into the groove 3, the arrangement density of the columns 4 may be lowered near the sample injection port 7 (see FIG. 5B). Further, a concentration region for biomolecules such as DNA may be provided, or a gate for selectively separating biomolecules may be provided. Furthermore, a one-dimensional or two-dimensional gradient may be given to the gap between the support columns 4.
  The struts 4 may be arranged so as to contact other plural struts 4 or may be arranged so as to contact continuously in the arrangement direction. The support column 4 may be in contact with the side surface of the groove 3. Further, the wall surface of the groove 3 may be repeatedly protruded into the groove with a shape corresponding to the support column 4, and the protruding portion may be used as the support column. In the simplest case, the separation matrix 5 is composed of only the protrusions on one wall surface of the groove 3 or only the protrusions on both wall surfaces. In this case, the electrophoresis cell 1 is a simple flow path device that does not have an independent support structure.
  (Sample inlet)
  Hereinafter, a specific configuration and function of the sample injection port 7 will be described. Only one sample injection port 7 for injecting a sample containing a biomolecule into the groove 3 may be provided, or a plurality or a plurality of sample injection ports 7 may be provided. When a plurality of sample injection ports 7 are provided, the electrophoresis cell 1 exhibits a function of mixing a plurality of biomolecules in addition to a function of separating biomolecules (see FIG. 5E).
  In addition, as shown in FIG. 6A, in order to easily inject a sample containing a biomolecule such as DNA into the groove 3, a region where the support column 4 is not disposed in the groove 3 is provided at a portion where the sample injection port 7 is disposed. It is preferable to provide a region where the arrangement density of the columns 4 is low.
  As shown in FIG. 6B, when the columns 4 are provided at the same arrangement density as the other parts at the part where the sample inlet 7 is arranged, the sample is introduced onto the separation matrix 5 and then the arrow P1. As shown by the curve, it flows in a curve and enters the separation matrix 5. In this case, since the resistance to the flow of the sample is large, it is difficult to smoothly inject the sample into the groove 3.
  On the other hand, as shown in FIG. 6C, when the column 4 is not provided at the site where the sample inlet 7 is disposed, the sample is introduced into the space where the column 4 does not exist, and then as shown by the arrow P2. It flows linearly and enters the separation matrix 5 from the side of the column 4. In this case, since the resistance to the sample flow is small, the sample can be smoothly injected into the groove 3.
  (Biomolecular separation principle)
  Hereinafter, the principle of separating biomolecules in the electrophoresis cell 1 will be described. The interval between the columns 4 is the most important factor for the separation of biomolecules. In the following, for the sake of convenience, the narrowest part of the gap between the columns is referred to as a “column gap”, and the column gap is not enlarged or the distance is referred to as a “gap distance”. The gap distance must be large enough for the biomolecule to be separated to pass through. And the gap distance functions as an obstacle to the passage of biomolecules and can influence the passage speed of biomolecules depending on the parameters defined by the size of the molecule, eg the radius of inertia of the molecule Must be a thing. The separation principle based on the size (molecular weight) of a biomolecule such as DNA in the separation matrix 5 according to the present invention is the same as that in an agarose gel or polyacrylamide gel. Therefore, it can be said that the electrophoresis cell 1 according to the present invention replaces the role of the gel network in electrophoresis with the separation matrix 5 composed of a plurality of support columns 4.
  In general, DNA in a buffer is a linear polymer in a random coil state, and these displacement lengths can be expressed as an average square end-to-end distance. For example, Paul J., famous for polymer solution theory. According to Flor J. Flory, the displacement length R of DNA is defined by the following equation 1.
        R = 0.3 × (number of bases)1/2[Nm] ……………………………… Formula 1
  According to Equation 1, the size (displacement length or radius of inertia) of DNA increases in proportion to the 1/2 power of the number of bases. The role of the agarose gel or polyacrylamide gel network in electrophoresis is to be an obstacle to the passing DNA. Therefore, if the size of the DNA and the gap distance of the separation matrix 5 are on the same order, the movement of the DNA molecular chain passing through the support gap is affected by the gap distance, and the support gap serves as an entropy barrier. It is considered a thing. That is, when DNA passes through a support gap that is narrower than its size, the DNA must be in a thermodynamically low entropy conformation (deformed shape). This is the principle by which a difference occurs in the electrophoresis speed of DNA depending on the molecular weight of DNA.
  (Post gap)
  Hereinafter, the support gap or the gap distance will be described in more detail. As inferred from the above principle, if the gap distance is about the same as the size of DNA, the strut gap becomes an obstacle to the movement of DNA, and separation depending on the molecular weight of DNA can be achieved. Usually, the size of the agarose or polyacrylamide gel network used for the separation of oligonucleotides by electrophoresis and the sequencing of 10 to 1000 bases of DNA is 10 to 100 nm (for example, published in 2000, “ (See the report by Yoshinobu Baba described in “Protein / Nucleic Acid / Enzyme”, Vol. 45, No. 1, pp. 76-84). Therefore, when separating DNA fragments of 1000 bases or less, it can be said that it is essential that the gap distance is 100 nm or less (see, for example, JP-T-11-508042).
  On the other hand, in the separation matrix 5 according to the present invention, the optimum gap distance is 0.1 to 5 μm. Hereinafter, the reason will be described. Table 1 shows the results of examining the relationship between gap distance and DNA mobility for three DNAs having different numbers of bases. According to Table 1, it can be seen that T4 DNA (166 kbp) and λDNA (48.5 kbp) do not easily pass through the support gap when the gap distance is 0.1 μm or less. This is presumably because the radius of inertia of DNA is larger than the actual size of DNA due to the influence of water molecules hydrated to DNA.
Figure 2004008132
  That is, the physical size of a mesh such as agarose gel is 10 to 100 nm. However, in reality, the influence of sugar chain molecules and polyacrylamide molecular chains or the influence of water molecules hydrated to DNA is added. In the case of agarose and polyacrylamide, these water molecules interact with DNA and the mesh that is the separation matrix, whereby the DNA is smoothly separated. Since these molecular chains are elastic, it is presumed that they utilize the effects of hydration water such as DNA or absorb the influence of water molecules well. The size of these hydrated waters at the molecular level is hardly known at the present time, but it is considered that DNA is difficult to enter due to the influence of hydrated water in the gap of 100 nm level. Permeation of water is possible if a physical force (pressure, etc.) is artificially applied to the gaps by reverse osmosis or high pressure liquid chromatography. However, in this case, biomolecules such as DNA to be separated may be destroyed.
  On the other hand, in the separation matrix 5 according to the present invention, the upper limit of the gap distance is 5 μm. Hereinafter, the reason will be described. Table 2 shows the results of examining the relationship between the gap distance and the DNA movement speed for T4 DNA and λDNA. According to Table 2, it can be seen that when the gap distance exceeds 5 μm, a difference in moving speed cannot be obtained with certainty. Therefore, the upper limit value of the gap distance is set to 5 μm.
Figure 2004008132
  (Pole arrangement density)
  Hereinafter, the arrangement density of the columns 4 will be described. The arrangement density of the columns 4 in the separation matrix 5 can basically be set arbitrarily. However, since the separation matrix 5 according to the present invention is based on the principle that the passage speed of DNA is affected by the support gap, the DNA separation performance is improved in proportion to the number of support gaps through which the DNA passes. . According to the experiment by the inventors of the present application, the migration speed by electrophoresis of DNA of 50 to 200 kbp (kilo base pairs) under the condition of 50 to 100 V / cm was an average of 50 μm / second. The number of support columns 4 (cylinder with a diameter of 15 μm) passing through in 1 second was about 3, and the number of support column gaps was 6. At this time, a difference in moving distance of about 0.1 μm per 1000 base pairs (moving faster as base pairs are shorter) was observed. If the length of the separation matrix 5 in the groove 3 is 5 mm, this DNA passes through the separation matrix 5 in about 100 seconds, and causes a difference in movement distance of about 10 μm per 1000 base pairs at a detection point 5 mm ahead. It will be. If the optical resolution of the detection system is 5 μm, this difference in moving distance can be sufficiently detected.
  In this case, DNA passes through 60 struts 4 and about 120 strut gaps per 1 mm of the movement distance. If it is assumed that DNA does not migrate in the column gap perpendicular to the direction of the electric field, the number of column gaps is almost twice the number of columns 4. Therefore, the arrangement density of the columns 4 is about 4000 pieces / mm.2The arrangement density of the support gap is about 14,000 pieces / mm.2It becomes. Since DNA shorter than this DNA migrates faster, the arrangement density of the columns 4 or the arrangement density of the column gaps is 4000 pieces / mm, respectively.2Or 14,000 pieces / mm2Must be higher than. Table 3 shows the results obtained by repeatedly performing the above experiment using T4 DNA and λDNA at various arrangement densities of the support columns 4 and determining the relationship between the arrangement density of the support columns 4 and the difference in DNA movement speed. According to Table 3, the arrangement density of the columns 4 of the separation matrix 5 is 1000 pieces / mm.2It turns out that it is necessary above.
Figure 2004008132
  (Material of substrate and separation matrix)
  Hereinafter, materials of the substrate 2 and the separation matrix 5 will be described. The material of the substrate 2 and the separation matrix 5 is not particularly limited as long as it is a polymer material that is inexpensive and easily mass-produced. However, these materials are preferably transparent because they are easy to detect optically. Therefore, for example, an elastomer can be used as the soft material, and a plastic can be used as the hard material. The most common transparent materials that are elastomers include transparent synthetic rubbers such as silicon rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, fluorine rubber, styrene transparent rubber, and blended rubbers thereof. Moreover, what is necessary is just to satisfy the following conditions as performance.
      Density: ~ 1g / ml
      Water supply rate: 0.1% or less
      Total light transmittance: 85% or more
      Mold shrinkage: 1% or less
      Flexural modulus: 300Mpa or more
  Any curing method may be used, but from the viewpoint of moldability, a method of starting curing with a chemical initiator or a crosslinking agent, or a method of curing with an energy beam such as heat curing or light is preferable.
  On the other hand, the plastic material is preferably one that transmits excitation light and fluorescence. Examples of such materials include polystyrene resins, polysulfone resins, acrylic resins, polycarbonate resins, polyolefin resins, chlorine-containing polymers, polyether resins, polyester resins, and the like. These resins may be in the form of homopolymers, copolymers, blends or prepolymers. A thermoplastic resin is preferable in terms of molding, but a thermosetting or energy ray curable crosslinked polymer may be used. Further, it is desirable that the substrate 2, the grooves 3 and the separation matrix 5 are simultaneously formed from the same material. However, if the adhesion is sufficient, different materials may be bonded or fitted. In this case, as the material of the substrate 2, for example, ceramics, glass, silicon, polymer alloy, or the like can be used.
  (Cover material)
  Hereinafter, the material of the cover 6 will be described. The material of the cover 6 can sufficiently transmit excitation light and fluorescence, and the lower surface of the cover 6 is sufficiently in close contact with the upper surface of the substrate 2, the groove 3, and the separation matrix 5 (support 4) to cause liquid leakage. As long as it does not adsorb biomolecules such as DNA, it is not particularly limited. For example, glass, plastic, elastomer and the like can be used. The surface of the cover 6 is preferably hydrophilic, but may be hydrophobic. The thickness of the cover 6 can be arbitrarily set. However, considering the optical focus of the high magnification detection system, the thickness of the cover 6 is preferably 2 mm or less.
  (Surface treatment of materials)
  Hereinafter, the surface treatment of the materials of the substrate 2, the separation matrix 5, and the cover 6 will be described. It is desirable that the surface of the substrate 2 is hydrophobic and the contact angle with water is 45 degrees or more. On the other hand, the surface of the groove 3, the surface of the separation matrix 5 (support 4), and the surface of the cover 6 covering the groove 3 are easily contacted with the buffer solution, and the buffer solution of the support column 4 is capillarized. It is preferably hydrophilic so as to facilitate filling the gap spontaneously. Therefore, it is preferable to subject these surfaces to a hydrophilic treatment. Hydrophilization may be performed by any method. Specifically, for example, plasma treatment, plasma polymerization, corona discharge, coating of a hydrophilic chemical substance such as a coating polymer, hydrophilization treatment with a physical fine structure, and the like can be used.
  Examples of the coating polymer include polyhydroxymethyl methacrylate, polyacrylamide, and cellulose polymer. Here, it should be noted that it is necessary to perform a crosslinking treatment so that these coating polymers do not dissolve during electrophoresis. Further, since the electroosmotic flow and electrophoresis can be controlled by the type and concentration of the ionic substance, the same effect can be obtained by adding the ionic substance or the like to the buffer solution.
  Even if the surface of the groove 3, the surface of the separation matrix 5 (support 4), and the surface of the cover 6 covering the groove 3 are hydrophobic as in the surface of the substrate 2, the electrophoresis cell 1 should be used. Is possible. In general, typical elastomers and plastics are hydrophobic without surface treatment. If these are used as they are, the buffer solution cannot be filled in the groove 3 or the separation matrix 5 (gap between the columns 4) by capillary action. Therefore, in this case, it is necessary to perform the deaeration process by immersing the electrophoresis cell 1 in the buffer solution. However, once the groove 3 or the separation matrix 5 is filled with the buffer solution in this way, the effects of the present invention can be sufficiently exhibited thereafter. In addition, if the electrophoresis cell 1 is hydrophobic as a whole, when using an elastomer and a plastic, for example, these adhesiveness will increase. Furthermore, nonspecific adsorption of biomolecules is reduced, and the effect that the electrophoretic cell 1 is hardly contaminated can be obtained.
  (Method for producing electrophoresis cell)
  Hereinafter, a specific manufacturing method of the electrophoresis cell 1 will be described. The electrophoresis cell 1 is manufactured by the following procedure. The materials of the electrophoresis cell 1 are all polymer materials, but these polymer materials are processed by molding. As molding methods for polymer materials, there are known compression molding methods, injection molding methods, extrusion molding methods, blow molding methods, casting molding methods, thin molding methods, and the like. Any method may be used as long as the structure can be formed. In this embodiment, the following two methods are used. That is, one is a method of transferring a fine structure by casting an elastomer using finely processed silicon (Si) as a mold. The other is a method in which a microstructure is transferred by pressing a thermoplastic polymer heated to a temperature higher than the glass transition temperature against a finely processed silicon mold.
  Examples of the mold material include glass, silicon, ceramic, metal, and plastic. Any material can be used as long as a negative pattern of nanometer to submicron level can be finely processed. As a method for producing the mold, a method of producing a mask and processing it by dry etching, or a method of finely processing a resist as it is by lithography can be used. However, in this embodiment, a silicon etching technique is used to improve the peelability. This method can smooth the microstructure surface of the negative pattern, thereby further improving the peelability and the transfer capability of the microstructure.
  (Mold production)
  Hereinafter, with reference to FIGS. 7A to 7G, a method of manufacturing a mold and a method of manufacturing a substrate 2 (hereinafter referred to as “device”) having grooves 3 including a separation matrix 5 using the mold. Will be described more specifically.
  First, as shown in FIG. 7A, a silicon wafer 11 is prepared. Subsequently, as shown in FIG. 7B, a photosensitive organic film 12 is applied to the upper surface of the silicon wafer 11. Next, as shown in FIG. 7C, on the silicon wafer 11 with the photosensitive organic film 12, a mask 14 in which a light transmitting region 14a and a light transmitting region 14b are formed in a predetermined pattern is disposed. To do. Then, a predetermined region of the photosensitive organic film 12 is irradiated with light 13 through the mask 14 and developed using a developer. For example, when a so-called positive photosensitive organic film in which the exposed portion is dissolved is used as the photosensitive organic film 12, the photosensitive organic film 12 is removed at a portion corresponding to the region 14a through which light passes, and the hole 15 is formed. It is formed.
  Next, as shown in FIG. 7D, the silicon wafer 11 is etched. As an etching method, inductive electromagnetic coupling plasma reactive plasma etching which is an existing technique is used. As the reaction gas, a gas mainly composed of fluorocarbon is used. By this etching, the silicon wafer 11 is etched at a portion corresponding to the hole 15 formed in the photosensitive organic film 12, that is, a portion not covered with the photosensitive organic film 12, thereby forming a recess 16. Thereafter, the photosensitive organic film 12 is dissolved using an organic solvent such as acetone. Thereby, as shown in FIG. 7E, a mold 17 made of silicon is obtained.
  Then, a device is manufactured using this mold 17. Specifically, first, as shown in FIG. 7F, a silicone rubber melt 18 is applied to a mold 17 made of silicon. The surface of the mold 17 is subjected to a treatment for maintaining hydrophobicity, for example, by applying a silane coupling agent in advance. By this treatment for maintaining hydrophobicity, the releasability between the silicone rubber and the mold 17 can be improved in the peeling step described later.
  After the silicone rubber solution 18 is solidified at room temperature, the solidified product is peeled from the mold 17. As a result, a device (silicone rubber structure) made of silicone rubber, that is, the substrate 2 provided with the grooves 3 including the separation matrix 5 is obtained. Further, as shown in FIG. 7G, a cover 6 provided with a sample injection port (through hole) at a predetermined position is arranged in the device. As the cover 6, a glass substrate or a plastic substrate can be used. Then, by crimping the cover 6 to the device, the electrophoresis cell 1 in which the cover 6 and the device made of silicone rubber are in close contact with each other is completed. Since the silicone rubber has adhesiveness, the cover 6 made of a glass substrate or a plastic substrate and the device can be sealed simply by pressing the cover 6 to the device, and there is no problem of liquid leakage.
  Thus, the template 17 or the electrophoresis cell 1 can be manufactured by a very simple method. Further, since the mold 17 made of silicon can be used repeatedly, the productivity and production cost of the electrophoresis cell 1 can be improved.
  The substrate 2 provided with the device, that is, the groove 3 including the separation matrix 5 may be manufactured by a method different from the above manufacturing method. For example, a device made of plastic can be obtained by pressing a plastic plate against a press die while applying heat to a press die made of silicon. Thereafter, when the cover 6 is attached to the device, the electrophoresis cell 1 is completed. As described above, the strength of the device or electrophoresis cell 1 using plastic is improved as compared with the case of using silicone rubber.
  Instead of the mold 17 made of silicon, a mold made of a thick photosensitive organic film may be used. In this case, for example, a thick photosensitive organic film may be patterned by light irradiation, and the patterned photosensitive organic film may be used as a template as it is. According to this method, since the etching process of the silicon wafer 11 shown in FIG. 7D can be omitted, the productivity can be further improved.
  (PDMS chip manufacturing method)
  Hereinafter, a process or result of actually manufacturing the electrophoresis cell 1 using PDMS (polydimethylsiloxane), which is a typical silicone rubber, as a device material will be described. In this manufacturing method, a negative pattern mold made of a silicon wafer was formed by a fine processing technique. The mold has a mold surface corresponding to the groove containing the separation matrix. This mold was placed in a plastic petri dish having a diameter of 90 cm, and PDMS was injected from the upper part thereof. PDMS purchased from Toray Dow Corning (trade name “SYLGARD”) was used.
  The silicon wafer (silicon substrate) was surface-treated with a silane coupling agent in advance. After applying a solution of 4% dimethyldichlorosilane in acetonitrile on the surface of the silicon wafer, the silicon wafer was dried at 100 ° C. for 30 minutes. About 40 ml of PDMS was placed in a 100 ml beaker, 4 ml of catalyst was added and mixed well, and then the beaker was placed in a desiccator and deaerated with a vacuum pump for 30 minutes.
  Thereafter, 20 ml of degassed PDMS was placed in a plastic petri dish containing a silicon wafer, and the plastic petri dish was placed in a desiccator and deaerated with a vacuum pump for 30 minutes. After sufficiently expelling air bubbles from the groove containing the separation matrix, air was put into a desiccator and the plastic petri dish was taken out. And degassed PDMS was laminated | stacked by the thickness of about 5-7 mm on the silicon wafer (multilayer). The plastic petri dish on which PDMS was laminated was placed in a constant temperature box of 40 degrees to polymerize PDMS. After more than 48 hours, the plastic petri dish was taken out. Then, the necessary separation matrix portion was cut with a cutter, and the polymerized PDMS was slowly peeled from the mold made of a silicon wafer to obtain a PDMS chip.
  A PDMS chip (width 5 mm, length 20 mm, thickness 5 mm) was covered with a polystyrene plate having the same dimensions (width 5 mm, length 20 mm, thickness 1 mm) as a cover. When the adhesion is poor, oxygen plasma treatment (oxygen pressure 1.0 kPa, excitation power 100 w, treatment time 5 minutes) or ultraviolet treatment (20 w ultraviolet lamp, treatment time 20 minutes, distance 10 cm) is applied to the groove side surface of the PDMS chip. To improve adhesion. Two sample injection holes (holes) having a diameter of 1 mm were formed in the cover along the groove. And the electrode which consists of platinum wires (diameter 0.2mm) was wired so that the front-end | tip vicinity part might contact the buffer solution in a groove | channel directly through a sample injection port (refer FIG. 1). In addition, when forming an electrode by platinum vapor deposition, it is needless to say that the same effect as the case where a platinum wire is used is produced.
  TBE buffer (89 mM Tris-borate, 2 mM EDTA) was used as a buffer for DNA electrophoresis. When the oxygen plasma treatment is performed on the PDMS chip, the surface of the PDMS chip becomes hydrophilic, so that the buffer solution penetrates into the gap between the columns of the separation matrix by capillary action. When such a hydrophilic treatment is not performed, a buffer solution may be supplied from one sample inlet into the groove, and the other sample inlet may be sucked with a syringe to fill the separation matrix with the buffer solution. Alternatively, the PDMS chip may be immersed in a buffer solution, decompressed in a vacuum desiccator, and filled with the buffer solution in the separation matrix. In the latter case, the cover must be carefully placed on the PDMS chip after degassing.
  (Perform electrophoresis)
  Hereinafter, processes and results of actual electrophoresis using the electrophoresis cell according to the present invention will be described. A DNA sample was used as the biomolecule sample. As a DNA sample, λDNA, T4 phage DNA, and ½λDNA obtained by cleaving λDNA with a restriction enzyme Xbo-I about half were used. The base numbers of these DNAs were 48500, 166000, and 24000, respectively. DNA mixture containing 0.05 μg of these DNAs per 1 μl of TBE buffer and 1 μM of YOPRO-I (manufactured by Molecular Probes), Cyber Green (manufactured by Takara Shuzo) or Cyber Gold (manufactured by Takara Shuzo) as a fluorescent staining sample Was used as a sample. 1 μL of this sample was used per electrophoresis. Then, the sample was injected into one of the two sample injection ports formed on the cover, and electrophoresis was performed. As the power source for electrophoresis, 0 to 1000 V, 1 A rated ATTO cross power 1000 was used. With this power source, a voltage of 50 to 100 V / cm was applied to both ends of an electrode made of a platinum wire. The current was 10 mA or less. Since DNA is negatively charged in the TBE buffer, it migrates toward the positive electrode. When the length of the groove was 1 cm, the electrophoresis time was 2 to 5 minutes.
  (Observation of electrophoresis)
  Hereinafter, an example of an electrophoresis observation method will be described. FIG. 8 shows a schematic configuration of an electrophoresis evaluation apparatus for observing or recording electrophoresis of DNA.
  As shown in FIG. 8, the electrophoresis evaluation apparatus includes a fluorescence microscope 20. The fluorescence microscope 20 includes a sample stage 22 on which a sample 21 (electrophoresis cell) is placed, a light source 23 having an excitation filter (not shown), a dichroic mirror 24, and an observation window 25 for observing DNA. A switching mirror 26 for switching the optical path, a photomultiplier tube 27 for converting light into an electrical signal, and a video camera 28 (high-sensitivity CCD camera). The electrophoretic evaluation apparatus includes a VTR 29 (video tape recorder) for recording an image, a personal computer 30, and a display 31.
  In the fluorescence microscope 20, the light L <b> 1 radiated from the light source 23 and having a wavelength adjusted to 420 to 490 nm by the excitation side filter is reflected by the dichroic mirror 24 and then irradiated to the sample 21. As a result, the DNA in the sample emits fluorescence. This fluorescence is adjusted to light L2 having a wavelength of 520 nm by an absorption filter (not shown). The light L2 is split by the dichroic mirror 24 into light L3 that travels toward the observation window 25 and light L4 that travels toward the photomultiplier tube 27 or the video camera 28.
  Thus, by looking through the observation window 25, it is possible to observe how the DNA molecules emitting fluorescence pass through the separation matrix (gap between the columns) by electrophoresis. The light L 4 is input to the photomultiplier tube 27 or the video camera 28 by switching the optical path by the switching mirror 26. The photomultiplier tube 27 converts the light L4 into an electrical signal and outputs it to an external device. The video camera 28, which is a high-sensitivity CCD camera, takes an image of the DNA molecules passing through the separation matrix by electrophoresis, and sends the obtained image to the VTR 29. The VTR 29 records this image. The image recorded in the VTR 29 can be analyzed using the personal computer 30 and can be displayed on the display 31.
  (Relationship between number of bases and movement speed)
  Hereinafter, the relationship between the number of DNA bases and the movement speed (electrophoresis speed) of DNA by electrophoresis will be described.
  FIG. 9 shows the relationship between the number of DNA bases and the DNA transfer speed under the following conditions.
        Groove width: 200 μm
        Groove depth: 10 μm
        Separation matrix length: 10mm
        Prop shape: cylinder,
        Strut diameter: 15 μm
        Gap between struts: approx. 1 μm
        Prop arrangement density: 4000 pieces / mm2
        Voltage: 50V / cm
        Buffer solution: TBE buffer solution
        DNA concentration: 50 ng / μl
        Dye: Cyber Green 1 mM
  As is clear from FIG. 9, the migration speed of DNA by electrophoresis changes significantly depending on the number of DNA bases. Therefore, it can be seen that the separation matrix according to the present invention, which is composed of artificial struts and gaps, has the same effect as the agarose gel or polyacrylamide gel, and can be substituted for these gels.
  (DNA migration model)
  FIG. 10 shows a columnar column 4 and a DNA motion model passing through the gap between the columns 4. As shown in FIG. 10, it is considered that the gap between the pillars 4 as an obstacle plays a role of an entropy barrier against the movement of DNA passing through the gap. That is, when the spherical DNA molecule passes through the gap of the support column 4, it temporarily takes a thermodynamically low-entropy conformation and deforms to pass through the gap. This is considered to affect the movement speed of DNA by electrophoresis.
  (Application example of electrophoresis cell according to the present invention)
  The basic electrophoretic cell according to the present invention has been described in detail with respect to its shape, material, manufacturing method, DNA separation principle, DNA motion model, and the like. A DNA sorting device (biological sample sorting device) using an electrophoresis cell will be described.
  (DNA sorting device 1: application example 1)
  FIG. 11 shows one DNA sorting apparatus to which the electrophoresis cell according to the present invention is applied. As shown in FIG. 11, in this DNA sorting apparatus, the separation matrix 5 is divided into five pillar areas A to E having different arrangement density of pillars or gaps between pillars (pillar gaps). Here, in the pillar areas A, B, C, D, and E, the arrangement density of the support columns increases in this order (the space between the support columns decreases). The DNA sorting apparatus includes one sample injection port 33 with a cathode and five sample recovery ports 34a to 34e provided in the pillar areas A to E with an anode, respectively.
  Thus, in this DNA sorting apparatus, for example, if a sample containing DNA having different molecular weights is supplied to the sample inlet 33, the DNA having a large molecular weight passes through the pillar area (pillar area E side) where the arrangement density of the pillars is large. Since it is difficult to do this, many pillars are gathered in the pillar area (pillar area A side) where the arrangement density of the pillars is small, and collected from the sample collection port in this pillar area. Therefore, the DNA present in the pillar areas A, B, C, D, and E, or the DNA recovered at the sample recovery ports 34a to 34e has a lower molecular weight as the latter. Therefore, the DNA in the sample can be fractionated (fractionated) into five types according to the molecular weight.
  (DNA sorting device 2: application example 2)
  12A and 12B show another DNA sorting apparatus to which the electrophoresis cell according to the present invention is applied. As shown in FIGS. 12A and 12B, in this DNA sorting apparatus, the separation matrix 5 is two-dimensionally separated in the longitudinal direction (X1-X2 direction) and the lateral direction (Y1-Y2 direction) in plan view. It is composed of a large number of prismatic pillars 4 arranged in this manner. In addition, this DNA sorting apparatus includes one sample injection port 35 with a cathode and six sample collection ports 36a to 36f each with an anode.
  The separation matrix 5 is located on the Y1 side in a gap formed between a certain column 4 and the two columns 4 adjacent in the X1-X2 direction on the X2 side and extending in the Y1-Y2 direction. The gap 38 is wide, and the gap 39 located on the Y2 side is narrow. On the other hand, the gaps 40 extending in the X1-X2 direction between the columns 4 adjacent in the Y1-Y2 direction are all wide. Note that a substantially rectangular space 41 is formed at the connection between the end portion on the X2 side of the gap 40 extending in the X1-X2 direction and both the gaps 38, 39 extending in the Y1-Y2 direction.
  Thus, in this DNA sorting apparatus, for example, if a sample containing DNA having different molecular weights is supplied to the sample injection port 35, DNA having a large molecular weight cannot pass through the narrow gap 39. Furthermore, regarding the Y1-Y2 direction (lateral direction), it does not move in the Y1 direction but moves only in the Y2 direction. On the other hand, DNA with a small molecular weight can move in either the Y1 direction or the Y2 direction. However, as described above, since DNA having a large molecular weight almost moves in the Y2 direction, DNA having a small molecular weight has a strong tendency to move in the Y1 direction as indicated by R2, for example. Therefore, in the separation matrix 5, the molecular weight of the DNA recovered at the sample recovery ports 36a to 36f becomes smaller as the latter. Therefore, the DNA in the sample can be fractionated (fractionated) into six types according to the molecular weight.
  (Application to medical diagnosis)
  The electrophoresis cell or DNA sorting device (biological sample sorting device) according to the present invention can be applied to medical diagnosis or gene polymorphism detection. For example, in human genes, there are slight differences (gene polymorphisms) in the nucleotide sequence for each individual. The difference is said to be in the gene regulatory region, the intron region, or the region encoding the protein. The difference between the gene regulatory region and the intron region indicates that the gene expression level varies from individual to individual. In addition, regions encoding proteins and the like indicate that the activity of the enzyme varies depending on the individual. Individual differences are said to be determined by the combination of genetic polymorphisms. For example, there are individual differences in drug metabolism, which are closely related to drug efficacy and side effects. In other words, the gene polymorphism of the drug metabolism gene group possessed by an individual greatly affects these drug efficacy and side effects.
  There are various types of gene polymorphisms. Currently, single nucleotide polymorphisms (SNPs) are said to be the most numerous and easy to analyze in large quantities. SNPs are parts where one gene code (one base) is replaced with another base among individuals, and it is estimated that there are 3 to 10 million human genomes. Therefore, it is expected that genetic polymorphism information of drug metabolism genes will be useful for drug development, effective use of drugs, prevention of side effects, and the like.
  As SNP analysis methods, currently, restriction enzyme methods, SSCP (single-strand conformation polymorphisms) analysis methods, direct sequencing methods, electrochemical detection methods, and the like are known. Among these, those analyzed by electrophoresis are restriction enzyme method, SSCP analysis method, and direct sequencing method. For such rapid separation and detection, an electrophoresis cell using the separation matrix according to the present invention can be applied. By using the electrophoresis cell according to the present invention, SNPs can be rapidly detected with a small amount of sample. Among these, the SSCP method is suitable for the present invention because it amplifies using PCR technology and detects a change in the three-dimensional structure by electrophoresis.
  In this specification, DNA and biomolecules are targeted, but the target is not limited to biomolecules. It can also be applied to separation and detection of environmental chemicals and polymer compounds. Furthermore, it is expected that this separation matrix and its manufacturing method will be useful for separation and detection in microchannels such as chemical microdevices and Lab on achip, which have recently been discussed.
  While the present invention has been described with reference to specific embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that numerous other variations and modifications are possible. Therefore, the present invention should not be limited by such embodiments, but should be limited by the appended claims.

産業上の利用の可能性Industrial applicability

以上のように、本発明にかかる電気泳動セル等の生体分子分離セル及びその製造方法、並びに、DNA分取装置ないし生体試料分取装置は、とくにDNA等の生体分子の検出又は分取に有用であり、医療検査装置ないし診断装置として用いるのに適している。  As described above, the biomolecule separation cell such as the electrophoresis cell according to the present invention, the manufacturing method thereof, and the DNA sorting device or the biological sample sorting device are particularly useful for detecting or sorting biomolecules such as DNA. It is suitable for use as a medical examination apparatus or diagnostic apparatus.

Claims (12)

液体試料中の生体分子を分離又は検出する生体分子分離セルであって、
表面に溝が形成された基板と、
上記溝の一部の領域に配置され、支柱間の間隙の最も狭い部分が0.1〜5μmである複数の支柱からなる分離マトリックスと、
上記基板の表面と上記溝とを覆い、かつ上記支柱の上面と密着するカバーと、
溝内を満たす緩衝液と、
緩衝液に直接接触して該緩衝液に電圧を印加する少なくとも2つの電極とを備えていて、
上記基板と上記分離マトリックスとが、高分子材料で形成されている生体分子分離セル。
A biomolecule separation cell for separating or detecting biomolecules in a liquid sample,
A substrate with grooves formed on the surface;
A separation matrix composed of a plurality of struts arranged in a partial region of the groove and having a narrowest gap between the struts of 0.1 to 5 μm;
A cover that covers the surface of the substrate and the groove and is in close contact with the upper surface of the support;
A buffer filling the groove,
And at least two electrodes for applying a voltage to the buffer in direct contact with the buffer,
A biomolecule separation cell in which the substrate and the separation matrix are formed of a polymer material.
電気泳動により生体分子を分離するようになっている請求項1に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 1, wherein the biomolecule is separated by electrophoresis. 上記支柱の横断面の形状が円、長円、多角形、又は角部を丸めもしくは切り取った多角形である請求項2に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 2, wherein a shape of a cross section of the support column is a circle, an oval, a polygon, or a polygon obtained by rounding or cutting corners. 上記基板及び上記分離マトリックスのうちの少なくとも一部が、エラストマ又はプラスチックで形成されている請求項2に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 2, wherein at least a part of the substrate and the separation matrix is formed of an elastomer or a plastic. 上記エラストマがシリコーンゴムである請求項4に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 4, wherein the elastomer is silicone rubber. 上記プラスチックが、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂又はポリカーボネート系樹脂である請求項4に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 4, wherein the plastic is an acrylic resin, a polystyrene resin, or a polycarbonate resin. 上記溝が、20〜1000ミクロンの幅を有し、1〜50μmの深さを有し、かつ0.1〜50mmの長さを有する請求項2に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 2, wherein the groove has a width of 20 to 1000 microns, a depth of 1 to 50 µm, and a length of 0.1 to 50 mm. 上記支柱の配置密度が1000個/mm以上である請求項2に記載の生体分子分離セル。The biomolecule separation cell according to claim 2, wherein the arrangement density of the support columns is 1000 pieces / mm 2 or more. 上記溝に生体分子試料を注入するための試料注入口が上記カバーに設けられ、上記分離マトリックスが、上記試料注入口近傍に、その他の領域よりも支柱の配置密度が低い領域又は支柱が存在しない領域を有する請求項2に記載の生体分子分離セル。A sample inlet for injecting a biomolecule sample into the groove is provided in the cover, and the separation matrix is not in the vicinity of the sample inlet, there is no region or column where the arrangement density of columns is lower than other regions. The biomolecule separation cell according to claim 2, which has a region. 表面に溝が形成された基板と、上記溝の一部の領域に配置された複数の支柱からなる分離マトリックスとを備えた、液体試料中の生体分子を分離又は検出する生体分子分離セルの製造方法であって、
シリコン基板、ガラス基板又は高分子基板に微細加工を施して、上記溝及び上記支柱に対応するネガパターンを備えた鋳型を形成する工程と、
上記鋳型に、液状のエラストマもしくはプラスチック、又はエラストマもしくはプラスチックの原料となるモノマもしくはプレポリマを流し込んで固化させる工程と、
固化物を鋳型から分離して、上記基板と上記分離マトリックスとを備えた生体分子分離セルを得る工程とを含んでいる生体分子分離セルの製造方法。
Production of a biomolecule separation cell for separating or detecting biomolecules in a liquid sample, comprising a substrate having grooves formed on the surface and a separation matrix comprising a plurality of support columns arranged in a partial region of the grooves. A method,
Forming a mold having a negative pattern corresponding to the groove and the support column by performing fine processing on a silicon substrate, a glass substrate or a polymer substrate;
Pouring a liquid elastomer or plastic, or a monomer or prepolymer as a raw material of the elastomer or plastic into the mold, and solidifying;
A method for producing a biomolecule separation cell, comprising a step of separating a solidified product from a mold to obtain a biomolecule separation cell comprising the substrate and the separation matrix.
表面に溝が形成された基板と、上記溝の一部の領域に配置された複数の支柱からなる分離マトリックスとを備えた、液体試料中の生体分子を分離又は検出する生体分子分離セルの製造方法であって、
シリコン基板、ガラス基板又は高分子基板に微細加工を施して、上記溝及び上記支柱に対応するネガパターンを備えた型を形成する工程と、
ガラス転移温度以上に加熱したプラスチックを上記型に押し付けた後、温度を低下させて硬化させる工程と、
硬化物を型から分離して、上記基板と上記分離マトリックスとを備えた生体分子分離セルを得る工程とを含んでいる生体分子分離セルの製造方法。
Production of a biomolecule separation cell for separating or detecting biomolecules in a liquid sample, comprising a substrate having grooves formed on the surface and a separation matrix comprising a plurality of support columns arranged in a partial region of the grooves. A method,
Forming a mold having a negative pattern corresponding to the groove and the column by finely processing a silicon substrate, a glass substrate or a polymer substrate;
After pressing the plastic heated above the glass transition temperature against the mold, the temperature is lowered and cured,
The manufacturing method of the biomolecule separation cell including the process of isolate | separating hardened | cured material from a type | mold and obtaining the biomolecule separation cell provided with the said board | substrate and the said separation matrix.
表面に溝が形成された基板と、
上記溝の一部の領域に配置され、支柱間の間隙の最も狭い部分が0.1〜5μmである複数の支柱からなる分離マトリックスと、
上記基板の表面と上記溝とを覆い、かつ上記支柱の上面と密着するカバーと、
溝内を満たす緩衝液と、
緩衝液に直接接触して該緩衝液に電圧を印加する少なくとも2つの電極とを備えていて、
上記基板と上記分離マトリックスとが高分子材料で形成され、
上記溝内に供給されたDNAを含む液体試料から、該DNAの特性及び構造に基づいて、該DNAを分取又は分画するようになっているDNA分取装置。
A substrate with grooves formed on the surface;
A separation matrix composed of a plurality of struts arranged in a partial region of the groove and having a narrowest gap between the struts of 0.1 to 5 μm;
A cover that covers the surface of the substrate and the groove and is in close contact with the upper surface of the support;
A buffer filling the groove,
And at least two electrodes for applying a voltage to the buffer in direct contact with the buffer,
The substrate and the separation matrix are formed of a polymer material,
A DNA fractionation device configured to fractionate or fractionate DNA from a liquid sample containing DNA supplied into the groove based on the characteristics and structure of the DNA.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4450368B2 (en) 2004-03-04 2010-04-14 独立行政法人産業技術総合研究所 Microchannel chip manufacturing method, microchannel chip, biomolecule separation method using the microchannel chip, and electrophoresis apparatus having the microchannel chip
FR2871150B1 (en) * 2004-06-04 2006-09-22 Univ Lille Sciences Tech DROP HANDLING DEVICE FOR BIOCHEMICAL ANALYSIS, DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND MICROFLUIDIC ANALYSIS SYSTEM
JP4993243B2 (en) * 2005-01-06 2012-08-08 日本フイルコン株式会社 Manufacturing method of resin microchannel chemical device and resin microchannel chemical device structure manufactured by the manufacturing method
EP1909959B1 (en) * 2005-03-18 2012-01-11 Canon Kabushiki Kaisha Pillar structure for separating or capturing target substance
JP4760315B2 (en) * 2005-11-09 2011-08-31 ウシオ電機株式会社 Joining method
SE531948C2 (en) * 2006-06-20 2009-09-15 Aamic Ab Liquid sample analyzer including filters in direct contact with projections
US8085578B2 (en) 2009-03-13 2011-12-27 Paul Scherrer Institut Method and system for coding and read out of information in a microscopic cluster comprising coupled functional islands
WO2010122720A1 (en) * 2009-04-20 2010-10-28 パナソニック株式会社 Flow path device
JP5728778B2 (en) * 2010-06-01 2015-06-03 国立大学法人九州工業大学 Analysis device and method of manufacturing analysis device
JP5700598B2 (en) * 2011-11-09 2015-04-15 株式会社日立製作所 Fine particle separation apparatus and method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5427663A (en) * 1993-06-08 1995-06-27 British Technology Group Usa Inc. Microlithographic array for macromolecule and cell fractionation
AU702083B2 (en) * 1995-06-08 1999-02-11 Bayer Healthcare Llc Micro-electrophoresis chip for moving and separating nucleicacids and other charged molecules
US6156273A (en) * 1997-05-27 2000-12-05 Purdue Research Corporation Separation columns and methods for manufacturing the improved separation columns

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