JPWO2007066518A1 - 接液構造、液体の移動制御構造、および液体の移動制御方法 - Google Patents

Abstract

接液面に設けられた凸構造による表面積増倍率の違いに基づいて接液面における液体の位置や移動を制御しながら液体を蒸発させる。接液構造１は、複数の凸構造３を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面２を有している。表面２は、その親液性が、凸構造３に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面２の領域によって異なり、かつ、表面２に設けられた所定の領域４の内部において極大となるように形成されている。

Description

本発明は、接液構造、液体の移動制御構造、および液体の移動制御方法に関し、特に、質量分析装置のターゲットプレート上でサンプルを濃縮するための接液構造に関する。

マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析装置が、タンパク質やペプチドの分子量の計測に広く利用されている。この装置でタンパク質やペプチドを含むサンプルを測定する場合、ターゲットプレート上に並ぶ所定のウェルに、イオン化を促進するマトリックスという試薬の結晶を、サンプルを含む形で作成する。

結晶の作成方法としてはいくつかの方法が知られているが、一つの方法によれば、まずサンプルを含む溶液をウェルに滴下し、次にその上からイオン化を促進するマトリックスという試薬を溶かした溶液を滴下する。マトリックス溶液の溶媒がサンプルを溶かし込みながら乾燥するにつれて、溶質であるマトリックスがサンプルを含む形で析出して、結晶が形成される。別の方法によれば、サンプルとマトリックスとを予め溶解した溶液を作成し、その混合溶液をウェルに滴下し、溶媒を乾燥させることによって、サンプルを含んだマトリックス結晶が析出される。

マトリックス結晶を作成するウェルは、上記の通りピペットで液体を滴下する必要性から、例えば直径２ｍｍ程度の円形状に作成される。これは、サンプルをイオン化する際に照射するレーザーの照射面積（通常１００μｍ径前後）よりも大きい。そのため、滴下したサンプルの量に比べて、イオン化されるサンプルの量が少なく、レーザー脱離イオン化質量分析装置の感度を低下させる要因となっていた。

この問題を解決するため、ブルカーダルトニクス社は、図６に示すアンカーチップというターゲットプレートを開発して販売している。このターゲットプレート上のウェル１０７は、図７のウェルの部分拡大図に示すように、ほぼ全面に撥液性のコーティングが施されており、そのウェルの中心付近に一部のコーティングが剥がされて、親液性を示す部分１２１が形成されている。なお、本明細書においては、親液性とは、ある素材で形成された平坦な表面において、滴下する液体の接触角が９０度未満であることを意味する。一方、撥液性とは、上記条件にて、接触角が９０度より大きいことを意味する。

サンプルとマトリックスとを溶媒に溶解した十分に薄い溶液をこのウェルに滴下すると、溶媒が乾燥するにつれて、液滴は小さくなっていく。この際、撥液性の部分には液が留まらないため、図８のウェルの中心付近の拡大図に示すように、親液性の部分にのみ結晶が析出する。ここで、溶液が「十分に薄い」とは、溶液が親液性の部分に集まるまでにマトリックスの結晶が析出し始めることがない程度に、溶質が溶媒で希釈されていることをいう。希釈が不足していると、親液性の部分に液滴が集まるまでに結晶が析出し、撥液性の部分であっても表面の粗い部分に結晶が物理的に引っかかり、結晶が親液性の部分にきれいに集まらなくなる。

このアンカーチップを利用すると、ウェルのサイズより極めて小さい面積の領域に結晶を集中して作成することができて、サンプルの利用効率が飛躍的に高まる。その結果、レーザー脱離イオン化質量分析装置の感度低下を抑制できる。なお、当技術分野では、このようなウェル上でサンプルを含む結晶を寄せ集めることを、サンプルを「濃縮」すると表現することがある。

ここでは、主に質量分析装置のターゲットプレートを例にとって説明したが、液滴が乾燥していく際にその液滴の位置や移動を制御するためには、従来、コーティングによって表面の撥液性や親液性を制御することが必要であった。
特開平８−１５０５４３号公報 特表２００４−５３３５６４号公報 ジャン・リウ(Jun Liu)他、「開放マイクロチャネル内での電気泳動分離。電気泳動とＭＡＬＤＩ−ＭＳとの結合方法」(Electrophoresis separation in open microchannels. A method for coupling electrophoresis with MALDI-MS)、Analytical Chemistry, Vol. 73 (2001)、pp. 2147-2151.

しかしながら、近年のバイオテクノロジーの発展により、上記のアンカーチップのようにコーティングに依存したサンプル濃縮方法がとれない場合が出てきた。

例えば、非特許文献１には、電気泳動チップに設けられ、上面が開放されたチャネル内でタンパク質サンプルを分離し、レーザー脱離イオン化質量分析装置を用いてチャネル内で分離したタンパク質サンプルを検出する技術が開示されている。ここでチャネルの幅は１５０μｍ、または２５０μｍと記載されている。この幅は通常１００μｍ前後である質量分析装置のレーザー径より大きな値であるため、サンプル濃縮により感度の向上が期待される。しかしながら、チャネル内部は電気泳動用のサンプル溶液を入れるために親液性でなければならず、チャネル内部に撥液性のコーティングを行うことはできない。

また、近年、気相Ｃ末端解析技術のように、微量サンプルを解析するためにターゲットプレート上で直接いろいろな反応を行わせ、最終的に質量分析装置で反応結果を検出する手法が開発されつつある。この技術では、例えば薬品を気相で運び、ターゲットプレート上のサンプルと反応させることがある。しかし、薬品の種類によっては、高分子樹脂であるコーティングが使用できない場合が多々ある。また、通常ターゲットプレートにはステンレスが素材として用いられるが、薬品によっては理化学機器用ガラスを用いる必要がある。このような場合にもアンカーチップの技術を用いることはできない。

以上、二つの例を上げて説明したとおり、上記アンカーチップの技術を用いてサンプル濃縮を実現できない場合があった。なお、ここでは、質量分析装置による検出を主に取り上げたが、サンプル濃縮が用いられる分野はこれに限られない。例えば、サンプルを蛍光ラベルして蛍光検出する場合や、サンプルを光の吸収で検出する場合にも、このようにサンプルを一箇所に集めることは感度改善につながる。あるいは、タンパク質の構造をＸ線解析で測定する際に必要となるタンパク質結晶を得る場合も、なるべく大きな結晶を得るためには、溶液を乾燥すると共に、サンプルを一箇所に集める技術があると有利である。このように、液体の位置や移動を制御しながら液体を乾燥させる技術は様々な分野で使用されるが、接液面にコーティングを設けたくないというニーズがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コーティングを設けることなく、簡単な構成を用いて、接液面における液体の位置や移動を制御しながら液体を蒸発させる技術を提供することにある。

本発明の接液構造は、複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有している。表面は、その親液性が、凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面の領域によって異なり、かつ、表面に設けられた所定の領域の内部において極大となるように形成されている。

本発明の他の接液構造は、複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有している。表面は、その親液性が、凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面の領域によって異なり、かつ、表面に設けられた所定の領域を囲んでその所定の領域に隣接する領域において極大となるように形成されている。

凸構造が形成されたことによって、その凸構造の形成された領域における表面の投影面積あたりの表面積は、凸構造の側面の面積が加わるために増加する。表面積増倍率とは単位投影面積あたりの表面積の増加割合である。凸構造を構成する基板の表面は所定の液体に対して親液性を有しているため、表面積の増倍効果によって、その親液性の度合いがさらに高められる。液体が乾燥して体積が減少していくと、液体は親液性の高い方向、すなわち表面積増倍率の高い方向に移動しながら収縮していく。そして、表面積増倍率は、所定の領域の内部で極大となるよう構成されているため、液体は最終的にこの領域に集結する。あるいは、表面積増倍率は、所定の領域を囲んで所定の領域に隣接する領域で極大となるよう構成されているため、液体は最終的にこの領域の内部に集結する。このようにして、単純な構成で液体を効率的に濃縮することができる。

表面は、親液性が極大となる領域の近傍において、極大値となる領域に近づくにつれて親液性が単調増加するように形成されていてもよい。

表面の親液性は、略同一形状の複数の凸構造の配置密度を、表面の領域によって変えることによって異なるものとすることができる。

また、表面の親液性は、表面に、所定の領域に向けて互いに間隔をあけて放射状に延びる、扇形の凸構造を設けることによって異なるものとしてもよい。

本発明の液体の移動制御構造には、上述の接液構造が表面に複数配置されている。

本発明の液体の移動制御方法は、複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有し、表面に、その親液性が、凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面の領域によって異なる接液構造を設けるステップと、所定の液体を、親液性が極大となる領域を含む、表面の所定の範囲に滴下するステップと、所定の液体を蒸発させながら、所定の液体を親液性が極大となる領域に向けて収束させる液体移動ステップとを有している。

ここで、所定の液体は、溶媒と、溶媒に溶解した固体の溶質とを有していてもよい。この場合、液体移動ステップは、溶媒を蒸発させ、溶質を、表面積増倍率が極大となる領域、またはその内側領域に析出させることを含んでいてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、コーティングを設けることなく、簡単な構成で、接液面における液体の位置や移動を制御しながら液体を蒸発させる技術を提供することができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る接液構造の模式的斜視図である。 図２Ａは本発明の第２の実施形態に係る接液構造の平面図である。 図２Ｂは図２Ａの接液構造の部分斜視図である。 図３は本発明の第２の実施形態に係る接液構造の模式的斜視図である。 図４は本発明の第３の実施形態に係る試料分析用チップの平面図である。 図５は図４に示す試料分析用チップの変形例を示す平面図である。 図６は従来技術のアンカーチップの一例を示す図である。 図７は図６のアンカーチップにおけるウェルの拡大図である。 図８は図６のアンカーチップを用いて濃縮したマトリックスを示す図である。

符号の説明

１ 接液構造
２，２ａ 表面
３，３ａ，３ｂ 凸構造
４，４ａ，４ｂ 所定の領域
５ａ 領域
６ 移動制御構造
７，１０７ ウェル
８ チップ
９ 流路
１０ 一般領域
１１ 接続領域
１３ 平坦部
１４ 凸構造群
１５ 側面
１２１ 親液性を示す部分

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には類似の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る接液構造の模式的斜視図である。接液構造１は、質量分析装置のターゲットプレートなどにおける液体貯留部（図示せず）の底面構造である。接液構造１の基板（図示せず）は、複数の凸構造３を備えた、液体と接触する親液性の表面２を有している。凸構造３の形成された領域の単位投影面積あたりの表面積は、凸構造３の側面の面積が増えた分だけ、その領域が平面であるとした場合の面積よりも増加している。この表面積の増加した割合を表面積増倍率と呼ぶ。表面積増倍率は、凸構造３によって増加した表面積を凸構造３の形成された領域の投影面積で除した値で表される。

表面２の親液性は、凸構造３に起因する表面積増倍率の違いに応じて、表面２の領域によって異なっている。本実施形態では、表面２には、凸構造３のアレイ構造が形成されており、アレイ構造が形成された部分では、形成されていない部分よりも親液性が向上している。表面２は、元々所定の液体に対して親液性を有しているが、この表面積の増倍効果によって、親液性の度合いをさらに高めることができる。なお、本明細書において、親液性は、取り扱う液体に対して親液性を示すという意味で用いられる。

本実施形態では、表面の親液性は、表面に設けられた所定の領域４の内部において極大となるように形成されている。本実施形態における所定の領域４とは、凸構造３のアレイが設けられた領域である。このアレイ構造を含む、所定の領域４の内部で表面積増倍率はその近傍の平坦な部分と比較して極大となっている。ここで近傍とは、液体が広がる可能性を持った領域を意味する。液体は、蒸発・乾燥しながら徐々に体積が減少していくが、親液性の高い部分では動きにくく、親液性の低い部分では動きやすい。したがって、乾燥していく液体は、親液性の高い方向に移動し、親液性が極大を示す所定の領域４に向って収束していく。

本実施形態の接液構造は、以下に示すように使用することができる。まず、上記の接液構造を準備する。次に、表面２に、少なくとも凸構造３のアレイに接触するようにして、かつアレイ構造を十分に覆うだけの量の液体を滴下する。アレイ構造は親液性が極大となる領域であるから、換言すれば、液体に対して親液性が極大となる領域を含んだ、表面の所定の範囲に滴下するということである。滴下された液体は表面２上で液滴を形成する。表面２は親液性であるため、その液滴の接触角は９０度未満となる。ただし、液滴の広がりがあまり大きくならないように、表面２の親液性が強すぎないようにすることが好ましい。接触角が、好ましくは３０度以上、９０度未満、さらに好ましくは４５度以上、９０度未満となるように、表面２の親液性を調整することが望ましい。接触角が９０度に近く、親液性が弱いと、タンパク質やペプチドの表面吸着が抑えられるため一層望ましい。液体がタンパク質やペプチドを含む場合、リン脂質二重層を利用したコーティングなど、吸着を阻害する親液性のコーティングを利用してもよい。

次に、液体を蒸発させながら、乾燥させていく。滴下した液体が乾燥して液滴が小さくなっていくと、液滴は、表面と液滴との間の吸着力の弱い部分から動こうとする。凸構造３のアレイに接触している領域は、単位投影面積あたりの接液面積が、表面積増倍率の高い分だけ大きくなっている。つまり、この領域では、表面と液滴との間の単位投影面積あたりの吸着力も、凸構造３に起因する表面積増倍率の分だけ高くなっている。したがって、液滴が蒸発して縮小していくと、液滴は、凸構造３のアレイに接触している領域では動かず、それ以外の領域で動く。この結果、蒸発して縮小していく液滴は、凸構造３のアレイの領域、つまり親液性が極大となる領域に収束（集結）するように、小さくなっていく。すなわち、液体は、アレイ構造を含む、所定の領域４の内部に集められる。

液滴を形成する液体が、固体の溶質を溶媒で溶かした溶液である場合、溶液の濃度が飽和濃度に達するまでは溶質は析出せずに、液滴は所定の領域４に向って収縮していく。溶液の濃度が十分薄く、溶液が所定の領域４の内部に収束してから溶質が析出する場合、溶質は所定の領域４の内部、つまり表面積増倍率が極大となる領域に濃縮された形で析出する。すなわち、アンカーチップと同様のサンプルを濃縮する効果が、コーティングをすることなく得られることになる。

なお、取り扱う液体の性質によっては、親液性を高めるためのコーティングが可能なこともある。この場合、凸構造３の表面にコーティングを施してもよい。さらに、表面２に、表面積増倍率が極大となる所定の領域４に近づくにつれて徐々に親液性が高まるようなコーティングを併用してもよく、これによって更に高い効果が期待できる。

（第２の実施形態）
図２Ａは、第２の実施形態に係る接液構造を示す平面図である。図２Ｂは一部の凸構造だけを切り出して示した接液構造の斜視図である。表面２ａには、一定の高さの、扇形の凸構造３ａが多数設けられている。各凸構造３ａは、基板の中央部に設けられた円形の所定の領域４ａに向けて、互いに間隔をあけて放射状に延びている。凸構造３ａに挟まれた領域は平坦部１３になっている。このような構造は、ガラス基板上に半導体微細加工技術を利用したエッチングを施すことによって得られる。材料によっては、エンボッシングや、プレス加工、機械加工によっても作成できる。凸構造３ａを含む表面２ａは、第１の実施形態と同様、親液性を有している。表面２ａには、上述したタンパク質等の吸着を阻害するコーティングがされていてもよい。

本実施形態においても、表面２ａの親液性は、凸構造３ａに起因する表面積増倍率の違いに応じて、表面２ａの領域によって異なっている。すなわち、隣接する凸構造３ａ同士の間隔Ｓは、所定の領域４ａに近づくほど小さくなり、その分、単位面積あたりに存在する凸構造３ａの側面１５の面積は相対的に大きくなっている。この結果、表面２ａの表面積増倍率および親液性は、所定の領域４ａに近づくにつれ、換言すれば放射状構造の中心から測った半径が小さくなるほど、単調増加する。なお、単調増加とは、連続的に増加する場合のほか、ステップ状に増加する場合も含んでいる。そして、所定の領域４ａを囲んで所定の領域４ａに隣接する領域５ａで極大となる。この関係を満たす範囲で、放射状構造の中心は所定の領域４ａの中心に対して偏心していてもよい。放射状パターンの中心部にある領域４ａは円形に限らず、六角形や四角形など多角形でもよいし、他の所望の形状でもよい。同様に放射状パターンそのものも、同心円状である必要はなく、所望の形状、例えば同心の六角形状や偏心した四角形状等、さまざまな形状とすることができる。

表面２ａに、少なくとも所定の領域４ａに接触するように液体を滴下した場合を考える。滴下された液体は表面２ａ上で液滴を形成する。表面２ａは親液性であるため、液滴の接触角は９０度未満となる。液体が蒸発して液滴が縮小していくと、液滴は、表面２ａと液滴との間の吸着力の弱い部分から動こうとする。このため、液滴は、放射状構造の外側の部分から動き、放射構造の中心に向って縮小していく。本実施形態では、表面積増倍率は、所定の領域４ａに近づくにつれ単調に増加していき、かつ、領域５ａの外側に極大点は存在しないので、液滴は放射構造の中心に向かってスムーズに縮小していく。表面積増倍率は領域５ａで極大となるため、いったん領域５ａまでサンプル濃縮が進んだ液体が再び領域５ａから外側に広がることもない。所定の領域４ａは領域５ａまでサンプル濃縮が進んだ後の安定点として作用し、領域４ａにサンプルが収束する。このように、表面積増倍率は、所定の領域４ａの近傍領域に対して領域５ａで極大を示すため、所定の領域４ａの近傍領域に滴下された液体は、領域５ａに向かって縮小していき、領域５ａを境界とする所定の領域４ａの内部に収束する。

このように、本実施形態によれば、コーティングを場所によって相違させることなく、簡素な構成を用いて、表面で蒸発する液体の位置や移動を精密に制御することができる。なお、本実施形態においても、固体の溶質を溶媒で溶かした溶液を用いた場合、サンプルを濃縮する効果が、コーティングをすることなく得られる。勿論、取り扱う液体の性質に応じて、第１の実施形態と同様、親液性を高めるためのコーティングを施してもよい。

さらに、接液構造の一つ一つをウェルとして、表面に複数個配置することもできる。図３は、このようにして構成された液体の移動制御構造の平面図である。移動制御構造６にはウェル７が複数配置されており、各ウェル７の中に放射状の凸構造３ａが形成されている。本実施形態は、例えば、通常複数のウェルが配置されるターゲットプレートに適用することができる。液滴は複数のウェル７に広がらないように滴下することが望ましい。滴下するウェル、隣接するウェル７の所定の領域４ａの近傍領域まで広がらないようにすれば、液体が混ざることはなく、同一プレート上で複数の液体を扱うことができる。さらに、非特許文献１に記載したようなチャネルに適用する場合にも、希望する分離能を実現するのに適切な距離だけ近傍領域間の距離をとって、所定の領域を配置すれば、各所定の領域でサンプル濃縮が可能となる。

（第３の実施形態）
図４は、試料分析用チップの流路の一部を示す平面図である。チップ８上に流路９が形成されている。流路９の底面には、第１の実施形態に示したような柱状構造の凸構造３ｂが形成されている。凸構造３ｂは所定の領域４ｂに近くなるにしたがって段階的に密に配置されている。所定の領域４ｂの内部で凸構造３は最も密に配置されている。したがって、表面増倍率は、所定の領域４ｂの内部でその近傍に対して極大となり、表面の親液性も所定の領域４ｂの内部で極大となっている。チップ８には、このような凸構造群１４が流路９内の長さ方向に沿って配置されている。

図では、所定の領域４ｂの外側に、凸構造３ｂの配置密度の小さい周辺領域５ｂが設けられ、その外側に凸構造３ｂの配置密度がさらに小さい一般領域１０が設けられている。しかし、凸構造３ｂの配置密度はさらに多段階で変化していてもよく、連続的に変化していてもよい。また、凸構造３ｂは、略同一寸法の突起の配置密度を変えながら配置されているが、段階的に表面積を変えることによって親液性を変化させることができれば、突起の寸法を少しずつ変えるなど、他の方法でもかまわない。流路９の内壁には、電気浸透流を抑制するための親液性のコーティングをしておくことが望ましい。所定の領域４ｂは流路９の中心ではなく、流路９の壁沿いに形成してもよい。これによって、流路９の側面の親液性を有効に利用することができる。

流路９を使用して、タンパク質を含むサンプルを等電点電気泳動し、その後マトリックスを添加し、質量分析によってタンパク質を検出することができる。流路９の親液性は、流路９に設けられた凸構造３ｂによって高められているため、例えば密閉した槽内で溶媒蒸気圧を高めた状態で操作することにより、流路に蓋を設けなくても安定した電気泳動が可能である。流路９にアンフォライトを混合したタンパク質を含む溶液を満たし、さらに両端に電極液を入れて電圧をかけることにより、タンパク質を等電点に集めて、分離することができる。

等電点電気泳動の後、流路内のサンプルは分離パターンを乱されずに乾燥される。このとき、例えば急速凍結した後、凍結乾燥することが望ましい。その後、レーザー脱離イオン化質量分析装置で分析するため、分離したサンプルにマトリックスを添加する。ディスペンサーやインクジェット装置を用いて、数ｐＬ〜数ｎＬオーダーの極めて少量単位でマトリックス溶液を添加できる。すなわち、液体の量を調節することによって、一つの所定の領域４ｂを含む凸構造群１４のみを覆うように液滴を形成できる。添加された液滴は、凍結乾燥されたサンプルを溶解しながら乾燥され、液滴が滴下された凸構造群１４の所定の領域４ｂに集まっていく。その結果、所定の領域４ｂにサンプルを含んだマトリックスの結晶が析出する。その後レーザーを照射して質量分析することによって、感度良くサンプルを検出できる。

なお、流路９は、液体が流路長手方向に広がりやすい特性をもつことが望まれる。その場合、図５に示すように、隣接する所定の領域４ｂ同士を接続する、凸構造が密に配置された接続領域１１を設置してもよい。隣接する所定の領域４ｂ間は、マトリックス溶液が広がらないように、凸構造の配列密度の低い一般領域１０としてもよいし、図示しないが、一般領域１０よりもさらに親液性の低い領域としてもよい。

【０００４】
［００１３］
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コーティングを設けることなく、簡単な構成を用いて、接液面における液体の位置や移動を制御しながら液体を蒸発させる技術を提供することにある。
課題を解決するための手段
［００１４］
本発明の接液構造は、複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有している。表面は、その親液性が、凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面の領域によって異なり、かつ、表面に設けられた所定の領域の内部において極大となるように形成されている。表面は、親液性が、極大となる領域の近傍において、極大となる領域に近づくにつれ単調に増加するように形成されている。
［００１５］
本発明の他の接液構造は、複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有している。表面は、その親液性が、凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面の領域によって異なり、かつ、表面に設けられた所定の領域を囲んでその所定の領域に隣接する領域において極大となるように形成されている。表面は、親液性が、極大となる領域の近傍において、極大となる領域に近づくにつれ単調に増加するように形成されている。
［００１６］
凸構造が形成されたことによって、その凸構造の形成された領域における表面の投影面積あたりの表面積は、凸構造の側面の面積が加わるために増加する。表面積増倍率とは単位投影面積あたりの表面積の増加割合である。凸構造を構成する基板の表面は所定の液体に対して親液性を有しているため、表面積の増倍効果によって、その親液性の度合いがさらに高められる。液体が乾燥して体積が減少していくと、液体は親液性の高い方向、すなわち表面積増倍率の高い方向に移動しながら収縮していく。そして、表面積増倍率は、所定の領域の内部で極大となるよう構成されているため、液体は最終的にこの領域に集結する。あるいは、表面積増倍率は、所定の領域を囲んで所定の領域に隣接する領域で極大となるよう構成されているため、液体は最終的にこの領域の内部に集結する。このようにして、単純な構成で液体を効率的に濃縮することができる。
［００１７］
［００１８］
表面の親液性は、略同一形状の複数の凸構造の配置密度を、表面の領域によって変えることによって異なるものとすることができる。
［００１９］
また、表面の親液性は、表面に、所定の領域に向けて互いに間隔をあけて放射状

【０００５】
に延びる、扇形の凸構造を設けることによって異なるものとしてもよい。
［００２０］
本発明の液体の移動制御構造には、上述の接液構造が表面に複数配置されている。
［００２１］
本発明の液体の移動制御方法は、複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有し、表面に、その親液性が、凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて表面の領域によって異なる接液構造を設けるステップと、所定の液体を、親液性が極大となる領域を含む、表面の所定の範囲に滴下するステップと、所定の液体を蒸発させながら、所定の液体を親液性が極大となる領域に向けて収束させる液体移動ステップとを有している。
［００２２］
ここで、所定の液体は、溶媒と、溶媒に溶解した固体の溶質とを有していてもよい。この場合、液体移動ステップは、溶媒を蒸発させ、溶質を、表面積増倍率が極大となる領域、またはその内側領域に析出させることを含んでいてもよい。
発明の効果
［００２３］
以上説明したように、本発明によれば、コーティングを設けることなく、簡単な構成で、接液面における液体の位置や移動を制御しながら液体を蒸発させる技術を提供することができる。
図面の簡単な説明
［００２４］
［図１］図１は本発明の参考形態に係る接液構造の模式的斜視図である。
［図２Ａ］図２Ａは本発明の第１の実施形態に係る接液構造の平面図である。
［図２Ｂ］図２Ｂは図２Ａの接液構造の部分斜視図である。
［図３］図３は本発明の第１の実施形態に係る接液構造の模式的斜視図である。
［図４］図４は本発明の第２の実施形態に係る試料分析用チップの平面図である。
［図５］図５は図４に示す試料分析用チップの変形例を示す平面図である。
［図６］図６は従来技術のアンカーチップの一例を示す図である。
［図７］図７は図６のアンカーチップにおけるウェルの拡大図である。
［図８］図８は図６のアンカーチップを用いて濃縮したマトリックスを示す図である。
符号の説明
［００２５］
１ 接液構造

【０００６】
２，２ａ 表面
３，３ａ，３ｂ 凸構造
４，４ａ，４ｂ 所定の領域
５ａ 領域
６ 移動制御構造
７，１０７ ウェル
８ チップ
９ 流路
１０ 一般領域
１１ 接続領域
１３ 平坦部
１４ 凸構造群
１５ 側面
１２１ 親液性を示す部分
発明を実施するための最良の形態
［００２６］
以下、本発明の参考形態及び実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には類似の符号を付し、適宜説明を省略する。
［００２７］
（参考形態）
図１は、参考形態に係る接液構造の模式的斜視図である。接液構造１は、質量分析装置のターゲットプレートなどにおける液体貯留部（図示せず）の底面構造である。接液構造１の基板（図示せず）は、複数の凸構造３を備えた、液体と接触する親液性の表面２を有している。凸構造３の形成された領域の単位投影面積あたりの表面積は、凸構造３の側面の面積が増えた分だけ、その領域が平面であるとした場合の面積よりも増加している。この表面積の増加した割合を表面積増倍率と呼ぶ。表面積増倍率は、凸構造３によって増加した表面積を凸構造３の形成された領域の投影面積で除した値で表される。
［００２８］
表面２の親液性は、凸構造３に起因する表面積増倍率の違いに応じて、表面２の領域によって異なっている。本参考形態では、表面２には、凸構造３のアレイ構造が

【０００７】
形成されており、アレイ構造が形成された部分では、形成されていない部分よりも親液性が向上している。表面２は、元々所定の液体に対して親液性を有しているが、この表面積の増倍効果によって、親液性の度合いをさらに高めることができる。なお、本明細書において、親液性は、取り扱う液体に対して親液性を示すという意味で用いられる。
［００２９］
本参考形態では、表面の親液性は、表面に設けられた所定の領域４の内部において極大となるように形成されている。本参考形態における所定の領域４とは、凸構造３のアレイが設けられた領域である。このアレイ構造を含む、所定の領域４の内部で表面積増倍率はその近傍の平坦な部分と比較して極大となっている。ここで近傍とは、液体が広がる可能性を持った領域を意味する。液体は、蒸発・乾燥しながら徐々に体積が減少していくが、親液性の高い部分では動きにくく、親液性の低い部分では動きやすい。したがって、乾燥していく液体は、親液性の高い方向に移動し、親液性が極大を示す所定の領域４に向って収束していく。
［００３０］
本参考形態の接液構造は、以下に示すように使用することができる。まず、上記の接液構造を準備する。次に、表面２に、少なくとも凸構造３のアレイに接触するようにして、かつアレイ構造を十分に覆うだけの量の液体を滴下する。アレイ構造は親液性が極大となる領域であるから、換言すれば、液体に対して親液性が極大となる領域を含んだ、表面の所定の範囲に滴下するということである。滴下された液体は表面２上で液滴を形成する。表面２は親液性であるため、その液滴の接触角は９０度未満となる。ただし、液滴の広がりがあまり大きくならないように、表面２の親液性が強すぎないようにすることが好ましい。接触角が、好ましくは３０度以上、９０度未満、さらに好ましくは４５度以上、９０度未満となるように、表面２の親液性を調整することが望ましい。接触角が９０度に近く、親液性が弱いと、タンパク質やペプチドの表面吸着が抑えられるため一層望ましい。液体がタンパク質やペプチドを含む場合、リン脂質二重層を利用したコーティングなど、吸着を阻害する親液性のコーティングを利用してもよい。
［００３１］
次に、液体を蒸発させながら、乾燥させていく。滴下した液体が乾燥して液滴が小さくなっていくと、液滴は、表面と液滴との間の吸着力の弱い部分から動こうとする。凸構造３のアレイに接触している領域は、単位投影面積あたりの接液面積が、表面

【０００８】
積増倍率の高い分だけ大きくなっている。つまり、この領域では、表面と液滴との間の単位投影面積あたりの吸着力も、凸構造３に起因する表面積増倍率の分だけ高くなっている。したがって、液滴が蒸発して縮小していくと、液滴は、凸構造３のアレイに接触している領域では動かず、それ以外の領域で動く。この結果、蒸発して縮小していく液滴は、凸構造３のアレイの領域、つまり親液性が極大となる領域に収束（集結）するように、小さくなっていく。すなわち、液体は、アレイ構造を含む、所定の領域４の内部に集められる。
［００３２］
液滴を形成する液体が、固体の溶質を溶媒で溶かした溶液である場合、溶液の濃度が飽和濃度に達するまでは溶質は析出せずに、液滴は所定の領域４に向って収縮していく。溶液の濃度が十分薄く、溶液が所定の領域４の内部に収束してから溶質が析出する場合、溶質は所定の領域４の内部、つまり表面積増倍率が極大となる領域に濃縮された形で析出する。すなわち、アンカーチップと同様のサンプルを濃縮する効果が、コーティングをすることなく得られることになる。
［００３３］
なお、取り扱う液体の性質によっては、親液性を高めるためのコーティングが可能なこともある。この場合、凸構造３の表面にコーティングを施してもよい。さらに、表面２に、表面積増倍率が極大となる所定の領域４に近づくにつれて徐々に親液性が高まるようなコーティングを併用してもよく、これによって更に高い効果が期待できる。
［００３４］
（第１の実施形態）
図２Ａは、第１の実施形態に係る接液構造を示す平面図である。図２Ｂは一部の凸構造だけを切り出して示した接液構造の斜視図である。表面２ａには、一定の高さの、扇形の凸構造３ａが多数設けられている。各凸構造３ａは、基板の中央部に設けられた円形の所定の領域４ａに向けて、互いに間隔をあけて放射状に延びている。凸構造３ａに挟まれた領域は平坦部１３になっている。このような構造は、ガラス基板上に半導体微細加工技術を利用したエッチングを施すことによって得られる。材料によっては、エンボッシングや、プレス加工、機械加工によっても作成できる。凸構造３ａを含む表面２ａは、参考形態と同様、親液性を有している。表面２ａには、上述したタンパク質等の吸着を阻害するコーティングがされていてもよい。
［００３５］
本実施形態においても、表面２ａの親液性は、凸構造３ａに起因する表面積増倍率

【００１０】
合、サンプルを濃縮する効果が、コーティングをすることなく得られる。勿論、取り扱う液体の性質に応じて、参考形態と同様、親液性を高めるためのコーティングを施してもよい。
［００３８］
さらに、接液構造の一つ一つをウェルとして、表面に複数個配置することもできる。図３は、このようにして構成された液体の移動制御構造の平面図である。移動制御構造６にはウェル７が複数配置されており、各ウェル７の中に放射状の凸構造３ａが形成されている。本実施形態は、例えば、通常複数のウェルが配置されるターゲットプレートに適用することができる。液滴は複数のウェル７に広がらないように滴下することが望ましい。滴下するウェル、隣接するウェル７の所定の領域４ａの近傍領域まで広がらないようにすれば、液体が混ざることはなく、同一プレート上で複数の液体を扱うことができる。さらに、非特許文献１に記載したようなチャネルに適用する場合にも、希望する分離能を実現するのに適切な距離だけ近傍領域間の距離をとって、所定の領域を配置すれば、各所定の領域でサンプル濃縮が可能となる。
［００３９］
（第２の実施形態）
図４は、試料分析用チップの流路の一部を示す平面図である。チップ８上に流路９が形成されている。流路９の底面には、参考形態に示したような柱状構造の凸構造３ｂが形成されている。凸構造３ｂは所定の領域４ｂに近くなるにしたがって段階的に密に配置されている。所定の領域４ｂの内部で凸構造３は最も密に配置されている。したがって、表面増倍率は、所定の領域４ｂの内部でその近傍に対して極大となり、表面の親液性も所定の領域４ｂの内部で極大となっている。チップ８には、このような凸構造群１４が流路９内の長さ方向に沿って配置されている。
［００４０］
図では、所定の領域４ｂの外側に、凸構造３ｂの配置密度の小さい周辺領域５ｂが設けられ、その外側に凸構造３ｂの配置密度がさらに小さい一般領域１０が設けられている。しかし、凸構造３ｂの配置密度はさらに多段階で変化していてもよく、連続的に変化していてもよい。また、凸構造３ｂは、略同一寸法の突起の配置密度を変えながら配置されているが、段階的に表面積を変えることによって親液性を変化させることができれば、突起の寸法を少しずつ変えるなど、他の方法でもかまわない。流路９の内壁には、電気浸透流を抑制するための親液性のコーティングをしておくことが望ま

Claims (8)

1. 複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有し、
   前記表面は、その親液性が、前記凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて前記表面の領域によって異なり、かつ、該表面に設けられた所定の領域の内部において極大となるように形成されている、接液構造。
2. 複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有し、
   前記表面は、その親液性が、前記凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて前記表面の領域によって異なり、かつ、該表面に設けられた所定の領域を囲み該所定の領域に隣接する領域において極大となるように形成されている、接液構造。
3. 前記表面は、前記親液性が、前記極大となる領域の近傍において、該極大となる領域に近づくにつれ単調に増加するように形成されている、請求項１または２に記載の接液構造。
4. 前記表面の親液性は、略同一形状の前記複数の凸構造の配置密度を前記表面の領域によって変えることによって領域によって異なった値となっている、請求項１から３のいずれか１項に記載の接液構造。
5. 前記表面の親液性は、前記表面に、前記所定の領域に向けて互いに間隔をあけて放射状に延びる、扇形の前記凸構造を設けることによって領域によって異なった値となっている、請求項１から３のいずれか１項に記載の接液構造。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の接液構造が前記表面に複数配置されている、液体の移動制御構造。
7. 複数の凸構造を備えた、所定の液体と接触する親液性の表面を有し、該表面は、その親液性が、該凸構造に起因する表面積増倍率の違いに応じて該表面の領域によって異なる接液構造を設けるステップと、
   前記所定の液体を、前記親液性が極大となる領域を含む、前記表面の所定の範囲に滴下するステップと、
   前記所定の液体を蒸発させながら、該所定の液体を前記親液性が極大となる領域に向けて収束させる液体移動ステップと、
   を有する、液体の移動制御方法。
8. 前記所定の液体は、溶媒と、該溶媒に溶解した固体の溶質とを有し、
   前記液体移動ステップは、前記溶媒を蒸発させ、前記溶質を、前記表面積増倍率が極大となる領域、またはその内側領域に析出させることを含んでいる、請求項７に記載の液体の移動制御方法。
   

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