JPWO2009004911A1 - マイクロチップとこれを用いた分析方法 - Google Patents

Abstract

乾燥の前後における試料位置の変化を最小限にし、分離能の低下を最低限に抑制するマイクロチップを提供する。基板と、前記基板の表面に設けられ、試料溶液に含まれる溶質成分を分離する流路と、前記基板の裏面の一部に設けられ、前記基板を介して前記試料溶液の温度を調節する温度調節部材と当接する、当接部とを具備し、前記流路は、両端部と、前記両端部同士を接続する中間部とを備え、前記当接部は、前記試料溶液の温度が前記中間部内から変化するように、設けられている。

Description

本発明は、温度調節部材によって温度制御されるマイクロチップ及びこれを用いた分析方法に関する。

近年、マイクロチップにより生体試料を分離する技術が注目を集めている。これは、試料量が微量でも分析できることや、短時間で分析結果を知ることが出来ること等の特長によるところが大きい。

マイクロチップを用いた試料の分離方法としては、ゲル電気泳動、等電点電気泳動法等が挙げられる。マイクロチップに設けられる流路の容積はごく微量であり、試料溶液の蒸発乾燥は速い。流路の上面を適当な部材（以下、蓋部材という）で覆うことにより、蒸発が防止され、安定した分析結果が得られる。通常、この蓋部材は、陽極接合法やフッ酸接合等の部材に適した方法により、永久接着される。

近年、マイクロチップで試料を分離した後、別の測定装置により、試料の測定を行う手法が登場している。例えば、たんぱく質の分析手法として、試料をマイクロチップを用いた電気泳動により等電点分離した後、流路を露出し、乾燥した試料にシナピン酸などのマトリックスを添加し、試料の質量をマトリックス支援イオン化―飛行時間型質量分析計（ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ）により分析する手法が知られている。

この手法においては、蓋部材が取り外されることにより、流路が露出する。流路内で分離された試料は、最終的に乾燥される。その後、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦにより試料が測定される。分離工程で試料が液体である場合、分離工程の後に乾燥させるために、次の（１）〜（３）の方法が考えられる。

（１）蓋部材をはがした後、自然放置する。
（２）積極的に加熱して、高速に乾燥させる。
（３）一度凍結させてから昇華させ、凍結乾燥を行う。

上記（２）又は（３）の方法では、加熱又は冷却の温度を調節するため、ペルチェ効果を有するペルチェ素子が利用されることがある。

特開２００５−２１４７８２号公報には、ペルチェ素子を有する反応用温度調節器にマイクロチップを搭載し、加熱又は冷却する構成が記載されている。

他の関連技術として、特開２００５−０４０７８４号公報、及び、「Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．Ａ．１１１１（２００６）２００−２０５」が挙げられる。

例えば、凍結乾燥を行う場合、まず溶液を凍結することにより、分離された試料のバンドがその位置に固定される。その後、真空乾燥により、水分のみが昇華する。分離されたたんぱく質などの溶質は、分離された位置に乾燥体として残る。理想的には、溶液が凍結を始める直前の分離状態と、凍結乾燥後の溶質状態が同一であることが好ましい。しかし、実際には、そのようにならない。

本発明者らが検討したところ、特開２００５−２１４７８２号公報に記載されるように、マイクロチップを温度調節部材上に固定し、マイクロチップ裏面を均一に冷却すると、流路の試料溶液は全体が同時に一瞬では凍らなかった。凍結は、アルカリ性又は酸性の試料が位置する流路の端から始まった。遅れて凍結した部分ほど、分離された試料（バンド）の位置が、凍結前からずれることが判った。この現象は凍結時の条件に左右された。同じマイクロチップと温度調節部材を用いても、冷え方により、流路のアルカリ側から酸性側に向かって凍結することもあれば、逆に酸性側からアルカリ側へ向かって凍結することもあった。
加熱した後で乾燥する場合も同様であり、流路のどちらの端から先に乾燥するかにより、同様のずれが生じた。
このように、マイクロチップでは、流路内に存在する液体試料中の溶質成分の位置が、乾燥した際に移動してしまうことがあった。これにより、バンドの間隔が狭くなることがあり、分離度が低下するという課題があった。

積極的にマイクロチップの温度を変化させる方法として、特開２００５−０４０７８４号公報では、マイクロチップ上に点在する反応部の温度変化を行うために、マイクロチップ裏側に凹部が作られる。その中に温度調節用の熱電素子の一部が挿入され、温度変化が効率よく行われる旨記載されている。しかしながら、微細構造のマイクロチップにおいて、このような極小部に極小熱伝素子を位置合わせして挿入することは、難しい。

本発明の目的は、乾燥の前後における試料位置の変化を最小限にし、分離能の低下を最低限に抑制するマイクロチップを提供することにある。

本発明に係るマイクロチップは、基板と、その基板の表面に設けられ、試料溶液に含まれる溶質成分を分離する流路と、その基板の裏面の一部に設けられ、その基板を介してその試料溶液の温度を調節する温度調節部材と当接する当接部とを具備する。その流路は、両端部と、その両端部同士を接続する中間部とを備える。その当接部は、その試料溶液の温度がその中間部内から変化するように、設けられている。

本発明に係る分析方法は、上記のマイクロチップを用いた分析方法である。その分析方法は、流路に前記試料溶液を導入するステップと、その試料溶液に含まれる溶質成分を、電気泳動によって分離するステップと、その試料溶液を温度変化させることにより、分離された前記溶質成分を固定するステップとを含む。

本発明に係る分析方法の他の形態は、両端部と、その両端部同士を接続する中間部とを備える流路に、試料溶液を導入するステップと、その試料溶液に含まれる溶質成分を分離するステップと、その試料溶液の温度を変化させることによりその試料溶液の状態を変化させ、分離された前記溶質成分を固定するステップとを具備する。その固定するステップは、その溶質成分がその中間部内を起点として固定されるように、その試料溶液の温度を変化させるステップを含んでいる。

図１Ａは、第１の実施形態のマイクロチップの基板表面を示す平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ’に沿う断面図である。 図１Ｃは、図１ＡのＣ−Ｃ’に沿う断面図である。 図２Ａは、図１ＡのＡ−Ａ’に沿う断面図である。 図２Ｂは、第１実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。 図３は、第２の実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。 図４Ａは、第３の実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。 図４Ｂは、図４ＡのＢ−Ｂ’に沿う断面図である。 図５は、第４の実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。 図６は、第５の実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。 図７Ａは、第６の実施形態のマイクロチップの表面と裏面とを表す図である。 図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ’に沿う断面図である。 図８は、実施例における比較の例の結果を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号が付され、適宜説明が省略される。本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。
また、本実施の形態は、図示するように前後左右上下の方向が規定され、説明される。しかし、これらの方向は、構成要素の相対関係を簡単に説明するために、便宜的に規定されるものである。従って、これらの方向は、本発明が適用される製品の製造時や使用時の方向を限定するものではない。

（第１の実施形態）
図１Ａ乃至図２Ｂは、本発明の第１の実施形態のマイクロチップを示す。図１Ａは、本実施形態のマイクロチップの基板表面を示す平面図である。図２Ａは、図１ＡのＡ−Ａ’に沿う断面図である。図２Ｂは、本実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。図１Ｂは、図１Ａ及び図２ＡのＢ−Ｂ’に沿う断面図である。図１Ｃは、図１Ａ及び図２ＡのＣ−Ｃ’に沿う断面図である。

本実施形態のマイクロチップ１０１は、基板１０６と、基板１０６の表面に設けられた流路１０５を有する。流路１０５は、試料溶液に含まれる溶質成分を分離し、乾燥させるために設けられている。流路１０５は、両端部と、両端同士を接続する中間部とを備えている。

マイクロチップ１０１は、温度調節部材２０１によって温度制御される。マイクロチップ１０１が温度制御されることにより、試料溶液の温度も制御される。試料溶液の状態は、温度変化により、変化する。状態が変化することにより、分離された溶質成分が、その位置に固定される。例えば、試料溶液は、冷却されることにより、凍結する。凍結することにより、試料溶液に含まれる溶質成分が、その位置に固定される。また、試料溶液は、加熱されることにより、乾燥する。乾燥することにより、試料溶液に含まれる溶質成分の位置が固定される。

温度調節部材２０１は、高熱伝導性温度調節面２０２を備える。マイクロチップ１０１は、基板１０６の裏面（表面の反対側の面）において、温度調節部材２０１が備える高熱伝導性温度調節面２０２の一部と接している。基板１０６の裏面は、流路１０６に対応する位置の少なくとも一部（当接部）で、高熱伝導性温度調節面２０２に接している。

基板１０６の裏面の所定の領域（当接部）は、温度調節部材２０１が備える高熱伝導性温度調節面２０２と接する。

基板１０６の裏面には、凹部１０４が設けられている。基板１０６の裏面は、凹部１０４以外の部分（当接部）で、高熱伝導性温度調節面２０２に接している。
基板１０６の表面には、更に、流路１０５の両端部に、試料溶液を溜めるリザーバ１０２が形成されている。リザーバ１０２に対応する位置では、基板１０６の裏面に、凹部１０４が形成されている。
基板１０６の裏面の一部には、温度調節部材２０１が備える高熱伝導性温度調節面２０２と接する凸部（当接部）が形成されている。その凸部は、少なくとも、流路１０５の中心に対応する位置に形成されている。

本実施形態のマイクロチップ１０１は、その表面に微細な流路１０５が形成されている。流路１０５は、直線状に延びている。直線状の流路は、単純な形状であることから、各種用途に用いやすい。

マイクロチップ１０１の材料として、シリコン、ガラス、及び石英等のシリコンベースの材料を用いる場合、半導体加工技術として通常知られる技術を適用して、マイクロチップ１０１を所望の形状に加工することができる。
マイクロチップ１０１の材料として、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）等のポリマーを用いる場合、鋳型にその材料を流し込んで固化させることで、マイクロチップ１０１を所望の形状に加工することができる。その鋳型は、所望する形状に対して凸凹が反転した形状である。

本実施形態では、より正確に加工できることから、マイクロチップ１０１の材料として、石英ガラスを用いる例について説明する。マイクロチップ１０１の材料として、他の材料を用いることもできる。また流路１０５の形状は、他の形状でもかまわず、当業者が同一の効果をもたらすことができると考えられる形状であればよい。

長方形のマイクロチップ１０１の表面の中央部に、均一幅で直線状の流路１０５を形成する。例えば、流路１０５の幅は、１ｍｍであり、深さが１０μｍ程度である。流路１０５は、光リソグラフィーとエッチングにより、作製できる。用途により、流路１０５内にさらに細い構造物を作成してもよい。その細かい構造物としては、例えば、ピラー状や壁状の小型構造物が考えられる。

マイクロチップ１０１の裏面は、次のような方法により、加工される。マイクロチップ１０１の裏面に、表面の流路１０５を取り囲むようなサイズのくぼみ（凹部）を作成する。そのくぼみは、直方体型である。そのくぼみは、均一な深さで形成される。この時、流路１０５の中央部に対応する領域には、くぼみを設けない。くぼみは、例えば、表面と同時に裏面にもレジストパターンを形成しておき、ウエットエッチングする方法により、作成される。また、くぼみは、表面の形状を加工後に、一度表面を保護し、裏面をドライエッチングする方法などによっても、作成することができる。このような方法は、半導体装置を製造する際の方法として用いられている。半導体装置を製造する際の手法を、マイクロチップの形状加工に適用することができる。

温度調節部材２０１は、マイクロチップ１０１の裏面に対して着脱自在に取り付けられる。マイクロチップ１０１は、温度調節部材２０１上に設けられた高熱伝導性温度調節面２０２上に設置される。

温度調節部材２０１としては、たとえば、ペルチェ素子を用いることができる。通常、マイクロチップ１０１による分離作業は、１０℃から室温（２５℃）の範囲で実施される。冷却時には、試料溶液は、急速に、試料溶液の凝固点よりも低い温度に冷却される。例えば、試料溶液が水の場合には、試料溶液が０℃以下に急速に冷却される。試料溶液がその他の溶媒である場合には、その溶媒に応じた温度に急速に冷却される。また、また加熱により乾燥させる場合には、少なくとも３０℃以上の温度に、急速に加熱される。このため、ペルチェ素子に加え、温度コントローラーが用いられるのが好適である。

マイクロチップ１０１は、板状物質を介して、温度調節部材２０１上に設置されることが好ましい。その板状物質としては、両面が十分に平坦であり、且つ、十分な大きさを有する物質が用いられる。板状物質により、マイクロチップ１０１における当接部が、略均一に温度変化する。例えば、その板状物質として、セラミックス製の板を用いることができる。板状物質を用いた場合、板状物質の表面が、高熱伝導性温度調節面２０２として、マイクロチップ１０１と接する。また、板状物質のかわりに、熱伝導性グリースや熱伝導性シート等を用いてもよい。

高熱伝導性温度調節面２０２は、くぼみのサイズと同一のサイズの平面を持つ。高熱伝導性温度調節面２０２は、下部（裏面側）からマイクロチップ１０１に押し当てられる。マイクロチップ１０１では、流路１０５の中央部に対応する位置（当接部）で、高熱伝導性温度調節面２０２に直接接する。図２Ａでは、温度調節部材２０１は、マイクロチップ１０１に設けられた凹部１０４に対応する部分２０３と、流路１０５の外部でマイクロチップ１０１の裏面と接する部分２０４とを備えている。

高熱伝導性温度調節面２０２において、部分２０３の温度が、分離時の温度から急速に凝固点以下（例えば零下温度）に下げられる。マイクロチップ１０１側では、高熱伝導性温度調節面２０２に接している部分（当接部）から冷却が始まり、基板の内部が冷却され、流路１０５の中央部の温度が低下する。引き続き、弱い熱伝導により、流路１０５の残り部分（高熱伝導性温度調節面２０２に接していない部分）の温度も低下する。これにより、流路１０５内の試料溶液は、流路１０５の中央部から流路１０５の両端部へ向かい、順次凍結していく。マイクロチップ１０１の裏面に設けられた凸部分（当接部）のサイズを適宜調整することにより、試料溶液の温度低下速度や温度低下様式を制御することができる。流路１０５内の試料が凍結した後、高熱伝導性温度調節面２０２における部分２０４の温度を、部分２０３と同じ温度まで低下させる。これにより、流路１０５内の試料溶液が完全に凍結し、リザーバ１０２に存在する大量の試料溶液も凍結する。

本構造において、高熱伝導性温度調節面２０２は、マイクロチップ１０１の裏面と、凹部１０４以外の部分（当接部）で接触する。マイクロチップ１０１は、裏面において高熱電導性温度調節面２０２に接する部分（当接部）から、熱を受ける。凹部１０４は、温度変化時の緩衝部位として機能する。この観点から、本実施形態における凹部１０４は、特開２００５−０４０７８４号公報に記載される凹部とは、異なっている。

つづいて、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態のマイクロチップ１０１は、その表面に、微細な流路１０５が作製されている。流路１０５の形状が直線であれば、各種用途に用いやすい。しかし、屈曲部がないため、試料溶液が流路１０５内を容易に移動する。そこで、本実施形態のマイクロチップ１０１においては、マイクロチップ１０１の裏面に、凹部１０４を設ける。これにより、高熱伝導性温度調節面２０２と接する部分（当接部）を、温度変化の起点とすることができる。
凹部１０４を設けない場合には、基板の裏面全体が温度変化の起点になる。電気泳動によって分離された試料溶液は、流路の端に位置する強アルカリ又は強酸性の試料から、凍結する。流路の端に位置する試料と、中央に位置する試料とでは、凍結のタイミングにずれが生じる。凍結のタイミングは、流路の一端と他端とで、大きくずれる。
これに対して、本実施形態のマイクロチップでは、試料溶液の温度が変化する起点が、流路１０５の中間部に存在する。従って、試料溶液は、流路１０５の中央部に存在する中性の部分から凍結していく。流路の一端から他端に向かって凍結していく場合と比較して、凍結のタイミングのずれ量が抑制される。これにより、試料の位置の変化を最小限にすることができ、試料の分離能の低下の変化を抑制できる。なお、少なくとも分離された試料のピーク間隔が、温度変化前（凍結前）と比べて狭くならなければ、分離能の低下が抑制されたといえる。

図２Ａに示されるように、高熱伝導性温度調節面２０２は、部分２０３と部分２０４とを備える。マイクロチップ１０１の裏面に設けられた凹部１０４により、マイクロチップ１０１の裏面の一部は、高熱伝導性温度調節面２０２に接していない。凹部１０４では、マイクロチップ１０１と高熱伝導性温度調節面２０２との間に、大気が介在している。マイクロチップ１０１において、高熱電導性温度調節面２０２に接した部分（当接部）の熱伝導は大きくなり、大気を介する部分の熱伝導は小さくなる。高熱伝導性温度調節部２０２と接した部分（当接部）の温度は、大気を介した部分よりも、高速に変化する。これにより温度変化起点が構成される。

またくぼみが大きいため、高熱伝導性温度調節面２０２とマイクロチップ１０１の位置あわせは容易である。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態のマイクロチップ１０１の基板裏面を示す。本実施形態においては、基板１０６の裏面には、流路１０５に対応する位置に、凸部（当接部）が設けられている。本実施形態のマイクロチップの表面は、図１Ａと同じ形状である。

基板１０６の裏面には、複数の箇所に凹部１０４が設けられている。凹部１０４は、流路１０５が延びる方向に沿って並んでいる。流路１０５が延びる方向における凹部１０４の幅は、流路１０５の中央部に対応する位置ほど狭い。基板１０６の裏面では、高熱伝導性温度調節面２０２と接する部分（当接部）の幅は、流路１０５の中央部ほど広い。凹部１０４は、基板１０６の裏面を削ることにより、形成される。

本実施形態によれば、マイクロチップ１０１の裏面は、流路１０５の中央部に対応する位置ほど広い面で、高熱伝導性温度調節面２０２と接する。これにより、流路１０５の中央部ほど、試料溶液が凍結する時間が早くなる。流路１０５の端部ほど、試料溶液が凍結する時間が遅くなる。さらに、流路１０５に微細構造を形成した場合、温度変化起点から流路１０５の端部へ向かう方向へ、温度変化の度合いに勾配をつけることができる。

（第３の実施形態）
図４Ａは、本実施形態のマイクロチップ１０１の基板裏面を示す図である。図４Ｂは、図４ＡのＢ−Ｂ’に沿った断面図である。本実施形態においては、基板１０６の裏面には、流路１０５の延びる方向で、凸部（当接部）の幅が変化している。本実施形態のマイクロチップ１０１の表面の形状は、図１Ａと同じである。

マイクロチップ１０１の裏面には、当接部が、流路１０５の中央部に対応する位置ほど広い幅になるように、凹部１０４が形成されている。凹部１０４は、高熱伝導性調節面２０２と接する部分（当接部）の幅が、流路１０５の中央部に対応する位置からリザーバ１０２に対応する位置に向かって徐々に細くなるように、形成されている。

本実施形態によれば、試料溶液は、流路１０５の中央部から凍り始める。その後、僅かな時間差をあけて、リザーバ１０２側の試料溶液が凍り始める。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態のマイクロチップの基板裏面を示す平面図である。本実施形態のマイクロチップ１０１は、裏面に、柱状構造が形成されている。すなわち、裏面に、裏面から垂直に延びる複数の柱状体が形成されている。当接部は、複数の柱状体により形成される。凹部１０４は、複数の柱状体の間に形成される。本実施形態のマイクロチップ１０１の表面は、図１Ａと同じである。

本実施形態のマイクロチップ１０１の裏面には、柱状の微細構造が配置される。柱状体は、流路１０５の中央部ほど、狭い間隔で並べられている。マイクロチップ１０１は、柱状体が設けられた部分で、高熱伝導性温度調節面２０２と接する。流路１０５の中央部に対応する位置では、柱部分が狭い間隔で並べられているので、高熱伝導性温度調節面２０２との間の熱伝導量が大きい。従って、試料溶液は、流路１０５の中央部ほど、早く凍結する。試料溶液は、流路１０５の中央部から端部（リザーバ１０２側）へ向かい、凍結していく。その微細構造のサイズ、間隔、及び配置を適宜変更することにより、凍結のタイミングの時間差を、既述の実施形態よりも細かく調整することができる。微細構造における柱の形状は、図５では円柱状として描かれているが、円柱状に限定されるものではない。また、柱のサイズは、位置により異なっていてもよい。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態のマイクロチップ１０１の基板裏面を示す平面図である。第５の実施形態のマイクロチップ１０１の表面は、図１Ａと同じである。
このマイクロチップ１０１の裏面には、流路１０５に対応する複数の位置に、凹部１０４が設けられている。凹部１０４は、流路１０５に沿う方向に、等間隔で設けられている。これにより、マイクロチップ１０１の裏面は、流路１０５に沿う複数の箇所で、高熱伝導性温度調節面２０２に接することになる。すなわち、流路１０５に対応する位置では、複数の箇所に、同じ幅で当接部が設けられている。これにより、流路１０５内の試料溶液には、複数の温度変化開始点（起点）が生じる。

このマイクロチップ１０１において流路１０５中の試料溶液を凍結する際、試料溶液は、複数の部位を起点として凍結する。流路１０５内が、複数の小区画に分割され、各小区画内の試料溶液が凍結する。高熱伝導性温度調節面２０２と接する部分（当接部）の位置は、複数の小区画内における凍結の時間差が実用上問題のない時間差となるように、設定される。これにより、分離された試料の溶質バンドのずれが、実用上問題のない範囲に収められる。つまり、流路１０５全体に渡るバンドの位置のずれが発生しない。分離された試料の溶質バンドを、実質的にほぼオリジナルの位置に固定することができる。

（第６の実施形態）
図７Ａは、第６の実施形態のマイクロチップ１０１の表面と裏面とを一枚の図で表している。また、図７Ｂは、図７ＡのＡ−Ａ’に沿った断面図である。本実施形態では、流路１０５は、複数の屈曲部を有し、ジグザグ形状である。流路１０５は、マイクロチップ１０１の表面に設けられる。また、マイクロチップ１０１の裏面には、流路１０５の一部と平行になるように、削られない部分（凸部；当接部）が設けられている。

本実施形態では、流路１０５内の試料溶液は、図７Ａの上部短辺から凍結する。これにより、残りの部分に存在する試料溶液の凍結が遅れたとしても、すでに凍結した上部短辺の試料溶液により、液の動きが抑制される。その結果、分離された試料バンドの位置がずれることが抑制される。本実施形態に係るマイクロチップ１０１は、トポロジカルに第５の実施形態と同一である。マイクロチップ１０１の作製は、第５の実施形態と比較して容易になる。

（実施例）
図１Ａに示すマイクロチップを以下のように作製した。
ＭＥＭＳ用石英ガラス（５２５μｍ厚さ）からなるウェハの両面を研磨した。そのウェハに、微細な流路１０５を形成した。流路１０５が中央に位置するように、そのウェハを４２ｍｍ×２１ｍｍの長方形型で切り出し、マイクロチップ１０１を作製した。
詳細には、まず、フォトレジスト（ＭＩＣＲＯＰＯＳＩＴＴＭＳ１８３０ＴＭ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を石英ガラス基板にスピンコートした。あらかじめ用意したマスクを用いて、スピンコートされたフォトレジストを光学露光し、レジストパターンを形成した。そのレジストパターンをマスクとして、その石英ガラス基板をドライエッチングし、流路１０５を設けた。流路１０５の幅は１ｍｍであった。流路１０５の深さは１０μｍであった。
石英ガラス基板の裏面に、厚膜用レジストを用いたパターニングにより、部分的にくぼみを設けた。そのくぼみは、流路１０５の中央部分に対応する部分を除き、流路１０５全体を取り囲むように、設けられた。そのくぼみの深さは、３０μｍであった。これにより、マイクロチップ１０１の裏面には、流路１０５の中央部分に対応する部分に高熱伝導性温度調節面２０２と接する部分（当接部）が設けられた。
また、比較用に、表面のみを加工したマイクロチップを作製した。
実施例と比較用のマイクロチップのそれぞれについて、流路１０５の蓋部材として、ＰＤＭＳ材を取り付けた。流路１０５内で、試料溶液に対して、等電点電気泳動を実施した。その後、試料溶液を凍結させ、乾燥させた。

試料溶液として、キャリアアンフォライトと、サンプルに粘性を与えるためのゲルと、紫外線励起で蛍光を発する等電点マーカーとの混合物を用いた。具体的には、キャリアアンフォライトとして、「ベックマンコールター社製のｃＩＥＦ Ａｍｐｈｏｌｙｔｅ ３−１０（製品コード４７７４９１）（商品名）」の２体積％溶液を用いた。そのゲルとして、「ベックマンコールター社製のｃＩＥＦゲル（製品コード４７７４９７）（商品名）」の９５体積％溶液を用いた。その等電点マーカーとして、「Ｆｌｕｋａ社製の蛍光等電点マーカーのうち等電点４．０、５．５、９．０に対応する各製品（Ｐ／Ｎ８９８２７、７７８６６、９０６９９）を各１体積％づつ混合した溶液」を用いた。

等電点分離の様子を蛍光観察するために、マイクロチップを、ツァイス社製蛍光顕微鏡（商品名：ＡｘｉｏＰｌａｎ ２ Ｉｍａｇｉｎｇ）に取り付けたＸＹ電動ステージ上に設置した。あらかじめマイクロチップ上に設けられた位置合わせ用マークを用いて、ＸＹ方向のアライメントを行った。混合した蛍光マーカーの蛍光を観察できるように、蛍光顕微鏡に蛍光フィルターをセットした。その蛍光フィルターは、波長に合わせて３枚を特に組み合わせたフィルターセットである。その蛍光フィルターとして、「励起フィルター（３３０ＷＢ６０）」、「ダイクロイックミラー（４００ＤＣＬＰ）」、及び「バリアフィルター（４００ＡＬＰ）（オメガオプティカル社製の商品名）」を組み合わせて用いた。

マイクロチップにおけるプラス側のリザーバに、リン酸水溶液（濃度：０．１Ｍ（濃度の単位のＭはモル／リットルを示す））を満たし、マイナス側のリザーバに水酸化ナトリウム（濃度：０．０２Ｍ）を満たした。リザーバ中に電極（不図示）を配置し、電極間に直流電圧を印加した。具体的には、流路長約３５ｍｍに対し、両端のリザーバ間に直流電圧２４００Ｖを印加した。マイクロチップは、自作電気泳動槽にセットされた。試料溶液は、１０℃の環境下で等電点分離された。この泳動槽において、マイクロチップは、パソコンで温度コントロールされたペルチェ素子上に置かれた。この泳動槽は、真空に減圧できる構造を持っている。
通電開始から約３分後に、等電点分離が完了した。流路１０５内には、キャリアアンフォライトによるｐＨ勾配が形成された。また、蛍光等電点マーカー成分により、各等電点に、収束バンドが形成された。このとき、後述する図８で凍結前（液体）と記載されたパターンが得られた。流路１０５内の状態は、流路１０５に沿ってＸＹ電動ステージを移動させつつ、蛍光顕微鏡に取り付けた光電子増倍管（ＰＭＴ）が受光した蛍光量を測定することにより、観察された。

次に、ペルチェ素子上に、セラミックスの均一板を乗せ、その均一板上にマイクロチップを置いた。ペルチェ素子の温度を下げ、マイクロチップ温度を−３０℃にすることにより、試料溶液を凍結した。比較用に作成したマイクロチップでは、試料溶液が、リザーバ１５１からリザーバ１５０の方向へ向かって凍結した。凍結後に凍結前と同様の観察を行った。

図８は、比較用に作製したマイクロチップにおける、溶質位置の凍結前後での変化を示している。横軸は流路延在方向の位置を示し、縦軸は蛍光強度を示している。リザーバ１５０は陰極側であり、リザーバ１５１は陽極側である。陰イオンは陽極へ、陽イオンは陰極へ向かって移動する。従って、試料溶液中の酸性物質はリザーバ１５０へ向かって移動し、塩基性物質はリザーバ１５１に向かって移動する。

ｐＨが４．０、５．５、及び９．０の３つの等電点を示す蛍光性標準物質を混合したサンプルを試料として用い、ｐＨ３〜１０に対応したキャリアアンフォライトを用いて、等電点電気泳動を行った結果、（Ｉ）で示されるパターンが得られた。

この試料溶液を凍結した。凍結後に、（ＩＩ）で示されるパターンが得られた。ｐＨが４．０及びｐＨが５．５の物質を示すピークの位置は、凍結前と凍結後とで、あまり変わらなかった。しかし、ｐＨが９．０の物質を示すピークの位置は、凍結後に、大きく酸性側にずれた。

その後、真空下で試料を乾燥させた。乾燥させた後のパターンは、（ＩＩ）で示されるパターンと同一であった。つまり凍結の前後で、溶質のバンドの位置が変化してしまったことになる。しかも、ピーク間の間隔は狭くなっている。すなわち、試料の分離状態が、良好な分離状態から悪い分離状態に変化してしまったことになる。

一方、本実施例のマイクロチップを用いて電気泳動を行った場合、図８の（Ｉ）に示されるパターンと同様のパターンが得られた（不図示）。高熱伝導性温度調節面２０２の温度を低下させると、−３０℃付近で試料溶液が凍結した。この時、流路１０５の中央部がまず凍結した。次いで、両端に向かって流路１０５内の試料溶液が凍結した。凍結時には、試料溶液の色が白く変化する。試料溶液の色を観察することにより、凍結の様子を観察することができた。引き続き、高熱伝導性温度調節面２０２を−３０℃に下げて、マイクロチップ全体を凍らせた。この時点で、蛍光マーカーのパターンを測定した。凍結後のパターンにおけるバンドの位置は、凍結前の位置と比較して、流路１０５の中央部から両端方向へ向かって多少移動していた。しかし、比較用に作成されたマイクロチップの場合のように、大きく移動することはなかった（不図示）。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

本発明に係るマイクロチップは、基板と、基板の表面に設けられた、試料溶液を分離し乾燥させる流路とを有し、温度調節部材によって温度制御されるマイクロチップである。そのマイクロチップは、基板の裏面の一部が、温度調節部材が備える面の一部と接するように構成される。

この発明によれば、基板の裏面の一部が、温度調節部材が備える面の一部と接している。これにより、流路を局所的に加熱又は冷却することができ、流路における温度変化を不均一に分布させることができる。したがって、試料溶液の性状を考慮して、試料溶液の凍結又は蒸散のタイミングのずれを調節することができる。乾燥の前後における試料位置の変化を最小限にすることができ、試料の分離能の低下を抑制することができる。

本発明に係る分析方法は、上記のマイクロチップを用いた分析方法である。この分析方法は、流路に試料溶液を導入するステップと、試料溶液を電気泳動によって分離するステップと、試料溶液を乾燥させるステップと、を含む。

この発明によれば、基板の裏面の一部が、温度調節部材が備える面の一部と接している。これにより、流路を局所的に加熱又は冷却することができ、流路における温度変化を不均一に分布させることができる。したがって、分離した試料溶液の性状を考慮して試料溶液の凍結又は蒸散のタイミングのずれを調節することができ、試料位置の変化を最小限にすることができる。

本発明によれば、流路を局所的に加熱又は冷却し、分離した試料の性状を考慮して試料溶液の凍結又は蒸散のタイミングを調節することができる。これにより、試料の乾燥前後における試料位置の変化を最小限に抑制し、試料の分離能の低下を抑制できる。

本出願は、日本国特許出願２００７−１７６５８３に基づいており、優先権の利益を主張する。当該特許出願の開示内容は全て、参照することによりここに組み込まれる。

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板の表面に設けられ、試料溶液に含まれる溶質成分を分離する流路と、
   前記基板の裏面の一部に設けられ、前記基板を介して前記試料溶液の温度を調節する温度調節部材と当接する、当接部と、
   を具備し、
   前記流路は、両端部と、前記両端部同士を接続する中間部とを備え、
   前記当接部は、前記試料溶液の温度が前記中間部内から変化するように、設けられている
   マイクロチップ。
2. 基板と、
   前記基板の表面に設けられ、試料溶液に含まれる溶質成分を分離する流路と、
   前記基板の裏面の一部に設けられ、前記基板を介して前記試料溶液の温度を調節する温度調節部材と当接する、当接部と、
   を具備し、
   前記流路は、両端部と、前記両端部同士を接続する中間部とを備え、
   前記当接部は、前記中間部に対応する位置の少なくとも一部に設けられ、前記両端部に対応する位置には設けられていない
   マイクロチップ。
3. 請求の範囲１又は２に記載されたマイクロチップであって、
   前記裏面は、前記温度調節部材に対して着脱自在に形成されている
   マイクロチップ。
4. 請求の範囲１乃至３のいずれかに記載されたマイクロチップであって、
   前記基板の裏面には、凹部が形成されており、
   前記当接部は、前記裏面における前記凹部を除く領域である
   マイクロチップ。
5. 請求の範囲４に記載されたマイクロチップであって、
   前記凹部は、前記流路に対応する位置の少なくとも一部に設けられている
   マイクロチップ。
6. 請求の範囲４又は５に記載されたマイクロチップであって、
   前記両端部には、試料溶液を溜める液溜め部が設けられており、
   前記凹部は、前記液溜め部に対応する位置に設けられている
   マイクロチップ。
7. 請求の範囲１乃至６のいずれかに記載されたマイクロチップであって、
   前記流路の形状は、直線状である
   マイクロチップ。
8. 請求の範囲７に記載されたマイクロチップであって、
   前記当接部は、前記流路の中心に対応する位置に設けられている
   マイクロチップ。
9. 請求の範囲７又は８に記載されたマイクロチップであって、
   前記当接部は、前記流路の中心部に対応する位置の方が、前記流路の前記両端部側に対応する位置よりも広くなるように、設けられている
   マイクロチップ。
10. 請求の範囲１乃至９のいずれかに記載されたマイクロチップであって、
    前記当接部は、前記試料溶液の温度が、複数の位置を起点として変化するように、設けられている
    マイクロチップ。
11. 請求の範囲１乃至１０のいずれかに記載されたマイクロチップであって、
    前記流路は、少なくとも１つの屈曲部を有している
    マイクロチップ。
12. 請求の範囲１乃至１１のいずれかに記載されたマイクロチップであって、
    前記裏面には、前記裏面から垂直に延びる複数の柱状体が設けられ、
    前記当接部は、前記複数の柱状体により、形成される
    マイクロチップ。
13. 請求の範囲１乃至１２のいずれかに記載のマイクロチップを用いた分析方法であって、
    前記流路に前記試料溶液を導入するステップと、
    前記試料溶液に含まれる溶質成分を、電気泳動によって分離するステップと、
    前記試料溶液を温度変化させることにより、分離された前記溶質成分を固定するステップと、
    を含む
    分析方法。
14. 両端部と、前記両端部同士を接続する中間部とを備える流路に、試料溶液を導入するステップと、
    前記試料溶液に含まれる溶質成分を分離するステップと、
    前記試料溶液の温度を変化させることにより前記試料溶液の状態を変化させ、分離された前記溶質成分を固定するステップと、
    を具備し、
    前記固定するステップは、前記試料溶液の状態が前記中間部内を起点として変化するように、前記試料溶液の温度を変化させるステップを含んでいる
    分析方法。

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