(57)【要約】【課題】装置の大型化および複雑化を抑制しながら、電極における気泡の発生を低減することが可能な界面動電装置を提供する。【解決手段】電源４３と電気配線２４および２５とで構成される電圧供給部は、電極１６および１７の間に電圧を印加して、流路内の流体を界面導電で移動させる。また、電極１６および１７のそれぞれで発生した気体をイオン化するための触媒体が、電極１６および１７のそれぞれに対応して設けられる。電気配線６０および６１で構成される導通部は、触媒体を互いに導通させる。制御部７０は、電圧供給部による電圧の印加のオンオフと、導通部による導通のオンオフとを切り替える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のための流路と、前記流路の中に設けられ、前記流体を用いて電気的に接続される複数の第一電極と、前記複数の第一電極の間に電圧を印加して、前記流路内の流体を界面動電で移動させる電圧供給手段と、を含む界面動電装置において、
各第一電極に対応して設けられた、該第一電極で発生した気体をイオン化するための複数の触媒体と、
各触媒体を互いに導通させる導通手段と、
前記電圧供給手段による電圧の印加のオンオフと、前記導通手段による導通のオンオフと、を切り替える切替手段と、を含むことを特徴とする界面動電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の界面動電装置において、
各触媒体は、各第一電極の表面に設けられている、界面動電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の界面動電装置において、
各触媒体は、各第一電極に対応して設けられた複数の第二電極の表面に設けられている、界面動電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の界面動電装置において、
前記電圧供給手段による電圧の印加時に、各電極の間を流れる電流値を計測する第一計測手段と、
前記導通手段による導通時に、各触媒体間を流れる電流値を計測する第二計測手段と、を含み、
前記切替手段は、前記第一計測手段および前記第二計測手段のそれぞれにて計測された電流値に基づいて、前記電圧供給手段による電圧の印加のオンオフと、前記導通手段による導通のオンオフとを切り替える、界面動電装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の界面動電装置において、
前記界面動電は、電気浸透流である、界面動電装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の界面動電装置において、
前記界面動電は、電気泳動である、界面動電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路内の流体を界面動電で移動させる界面動電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ラボチップ（Lab on a Chip）、微小化学分析システム（μＴＡＳ：Micro Total Analysis System）およびバイオマイクロチップなどと呼ばれる、微量の液体を扱う化学分析システムの開発が盛んに行われている。この化学分析システムでは、ガラスやシリコン等の基板上に、流路、反応槽、ポンプ、バルブおよびセンサなどの要素が集積されている。また、これらの要素で構成されるチップの内部で、液体状の試料の移動、反応、合成および分析等が行われる。
【０００３】
この化学分析システムは、小型化することにより以下のような利点がある。先ず、試料の低減が可能となる。また、化学分析システムの低価格化が可能になる。なお、このような化学分析システムは、在宅医療やベッドサイドモニタ等の臨床医療分野、ＤＮＡ解析等のバイオ分野での応用が期待されている。
【０００４】
化学分析システムの一例として、基板内に設けられたμｍオーダーの微細な流路に試料を流して、臨床検査を行う小型分析システムが挙げられる。
【０００５】
また、このような小型分析システムにおいて、微量の対象物を所望の方向へ移動させる方法として、ポンプおよびバルブなどを用いた機械的手法の代わりに、電気的な手法が実用化されている。
【０００６】
以下、電気的な手法による対象物の移動について説明する。
【０００７】
水のような極性液体に固体が接触すると、固体表面は電荷を獲得する。この獲得された固体表面の電荷は、固体表面近傍の液体中の電荷に影響を与える。
【０００８】
具体的には、固体表面の電荷は、その固体表面の電荷と反対の電荷を有するイオンを引き寄せる。このため、固体表面には、固体表面の電荷と反対の電荷を有するイオンが固体表面近傍の液体から集まる。そのイオンが固体表面の電荷と対を成して、シュテルン層と呼ばれる極薄層を形成する。
【０００９】
シュテルン層は、液体中の電荷分布に影響を及ぼし、シュテルン層と同じ種類の電荷の拡散層を形成する。シュテルン層の電荷は、固体表面の電荷と対を成しているため固定されているが、拡散層の電荷は、動くことができる。
【００１０】
ここで、シュテルン層と拡散層は、ヘルムホルツの電気二重層を形成する。また、拡散層の厚さは、イオンのデバイ長λDと等しい。また、シュテルン層と拡散層の境界は、すべり面となる。また、シュテルン層と拡散層の境界における電位がゼータ電位であり、拡散層を形成する電荷と同じ符号を有する。
【００１１】
なお、ガラス表面は、通常シラノールで覆われている。シラノールは、液体中では、水素を放出する。このため、ガラスが極性液体に接触すると、溶液中に水素が溶解する。水素は負に帯電するので、ゼータ電位は、負の値になる。特に石英ガラスでは、ゼータ電位の絶対値が大きくなることが知られている。
【００１２】
電気二重層が形成されている環境下では、界面動電と呼ばれる現象を利用することで電気的に対象物を移動させることができる。界面動電としては、電気浸透流、電気泳動および誘電泳動などが知られている。
【００１３】
以下、図１３を用いて、界面動電の一例である電気浸透流について説明する。図１３において、２枚の石英ガラス板１０１は、それらの間に隙間１０２ができるように対向して配置される。また、隙間１０２の両端に電極１０８および１０９が配置されている。
【００１４】
石英ガラス板１０１の表面１０３は、シラノールで覆われている。この状態で、水性媒体である電解質溶液１０４が隙間１０２に注入されると、水素イオンがシラノールから電解質溶液１０４に移動し、表面１０３には負の電荷１０５が生じる。その結果、電解質溶液１０４内の陽イオン１０６が表面１０３に移動し、ヘルムホルツの電気二重層１０７が生じる。
【００１５】
電気二重層１０７が生じている状態で、直流電源１１０を用いて、電極１０８に正の電位を印加し、電極１０９に負の電位を印加すると、陽イオン１０６が負の電極１０９の方向に移動する。
【００１６】
陽イオン１０６が負の電極１０９の方向に移動すると、粘性流の効果により、電解質溶液１０４自体も負の電極１０９の方向に移動する。この現象が電気浸透流である。
【００１７】
このように石英ガラス板１０１で形成された隙間１０２を流路に接続し、その隙間１０２または流路の両端に電圧を印加させることで、電気浸透流にて、流路全体の電解質溶液１０４を移動させることができる。このような流路全体の電解質溶液１０４を移動させる機構は、電気浸透流ポンプと呼ばれる。なお、流路として、石英ガラス板１０１で形成された隙間１０２の代わりに、一般的な石英ガラスで形成された流路を使用することもできる。
【００１８】
次に、界面動電のひとつである電気泳動について説明する。電気泳動は、電荷を有する粒子または分子が電界中を移動する現象である。電気泳動には、さまざまな用途があるが、特に分子生物学では、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）や蛋白質を分離する手法として重要である。
【００１９】
電気泳動を利用することで対象物を移動させるためには、例えば、両端に電極を設けた流路の一端にＤＮＡまたはタンパク質などの対象物を含む試料を導入する。そして、流路に設けられた電極に直流電圧を印加すると、対象物が、電気泳動にて試料中を移動する。例えば、デオキシリボ核酸の分子は、負に帯電しているため、試料中を正の電極の方向に移動する。
【００２０】
このようにして試料中の対象物を流路の端方向に移動させることで、その対象物を試料から分離させ、その対象物を検出することができる。
【００２１】
上記のように電気泳動や電気浸透流のような界面動電にて対象物を移動させる場合、電極は、通常、緩衝水溶液中に設けられる。この状態で、各電極に外部電源から電圧が印加されると、電極間に電位差が生じる。これにより、緩衝水溶液に電気分解が引き起こされ、電極に気体が発生する。この発生した気体により、電極表面に気泡が形成される。なお、通常、カソード（陰極）にて水素ガスが発生し、アノード（陽極）には酸素ガスが発生する。また、発生する気体の種類や量は、緩衝水溶液中のイオンの組成などに応じて変化する。
【００２２】
界面動電にて対象物を移動させる界面導電装置において、電極表面に気泡が形成されると、重大な問題が生じる。
【００２３】
なお、一般に界面動電を用いて対象物を移動させるときには、電気伝導度の高い電解質溶液（緩衝溶液等）が駆動液体として用いられることが多い。この場合、直流電圧を電極に印加した時、電極間を流れる電流が大きくなる。したがって、電極における気泡の発生が促進される。
【００２４】
特許文献１には、電気泳動にて対象物を移動させる際に生じる気泡を除去するための気泡除去装置が記載されている。この気泡除去装置は、図１４に示すように、電気泳動槽２０４内の溶液を循環する流路２０７と、流路２０７内に配設されパラジウムを担持した触媒層を内蔵した反応槽２０５とを含む。
【００２５】
反応槽２０５内では、パラジウムの触媒作用により、電極２０２ａおよび電極２０２ｂで発生した気体（Ｈ2およびＯ2）が、２Ｈ2＋Ｏ2→２Ｈ2Ｏの反応にて水として結合させる。これにより、発生したガスが除去され、電極表面に気泡が形成されることを抑制することが可能になる。
【００２６】
また、これとは別に、イオン導電性材料を電極として用い、流路の外部でそのイオン導電性材料を電子導体に電気的に接続させることにより、ガスの発生箇所を流路の外部にするという方法も検討されている。この方法では、流路の内部でのガスの発生を抑制することが可能になるため、電極表面に気泡が形成されることを抑制することが可能になる。
【特許文献１】特開平１-１８９５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
特許文献１に記載の気泡除去装置では、反応槽、循環ポンプおよび循環流路といったメカニカルな構成要素が追加されていた。しかしながら、このようにメカニカルな構成要素が追加されると、装置が大型化されるという問題があった。なお、特許文献１に記載の気泡除去装置は、界面動電として、電気泳動を想定して考案されたものであるが、電気浸透流に対しても適用できる。しかしながら、上記の問題は、電気浸透流でも生じる。
【００２８】
また、イオン導電性材料を電極として用いる方法では、流路の内部におけるガス発生の問題を回避することが可能になるが、流路の外部でイオン導電性材料を電子導体に電気的に接続させる必要があるので、装置が複雑するという問題があった。
【００２９】
そこで、本発明の目的は、装置の大型化および複雑化を抑制しながら、電極における気泡の発生を低減することが可能な界面動電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明による界面動電装置は、流体のための流路と、前記流路の中に設けられ、前記流体を用いて電気的に接続される複数の第一電極と、前記複数の第一電極の間に電圧を印加して、前記流路内の流体を界面動電で移動させる電圧供給手段と、を含む界面動電装置において、各第一電極に対応して設けられた、該第一電極で発生した気体をイオン化するための複数の触媒体と、各触媒体を互いに導通させる導通手段と、前記電圧供給手段による電圧の印加のオンオフと、前記導通手段による導通のオンオフと、を切り替える切替手段と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、装置の大型化および複雑化を抑制しながら、電極における気泡の発生を低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を用いて本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００３３】
本発明に係る実施例１の界面動電装置の構成について、図１ないし図３を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本実施例の界面動電装置のガラス基板上の構成を模式的に示した平面図である。
【００３５】
図１において、ガラス基板１には、流体のための流路として、緩衝液導入口２が形成された緩衝液導入用流路４と、緩衝液排出口３が形成された分離検出用流路５とが形成されている。さらに、ガラス基板１には、試料導入口６が形成された試料導入用流路８と、試料排出口７が形成された試料排出用流路９とが形成されている。
【００３６】
緩衝液導入用流路４および分離検出用流路５は、互いに一本につながっている。このため、緩衝液導入口２および緩衝液排出口３は、緩衝液導入用流路４および分離検出用流路５を介して、互いに流体的に連通している。
【００３７】
また、試料導入用流路８および試料排出用流路９は、互いに一本につながっている。このため、試料導入口６および試料排出口７は、試料導入用流路８および試料排出用流路９を介して、互いに流体的に連通している。ここで、緩衝液導入用流路４および分離検出用流路５の連結箇所は、試料導入用流路８および試料排出用流路９の連結箇所と交差している。
【００３８】
試料導入口６の中には、電極１４が設けられている。また、試料排出口７の中には、電極１５が設けられている。電極１４および１５は、試料導入用流路８および試料排出用流路９を介して、互いに流体的に連通している。
【００３９】
また、電極１４には、電気配線２２が接続され、電極１５には、電気配線２３が接続されている。
【００４０】
分離検出用流路５の中には、電極１６および１７が設けられている。電極１６は、電極１７より緩衝液導入口２に近い上流側の箇所に設けられている。また、電極１７は、電極１６より緩衝液排出口３に近い下流側の箇所に設けられている。電極１６および１７は、分離検出用流路５内の流体を用い、互いに電気的に接続されている。なお、電極１６および１７のそれぞれは、第一電極の一例である。
【００４１】
また、電極１６および１７のそれぞれに対応して、その電極で発生した気体をイオン化するための複数の触媒体が設けられている。本実施例では、電極１６および１７のそれぞれの表面の少なくとも一部に、触媒体として、その電極で発生した気体をイオン化するための触媒層（図示せず）が設けられている。触媒層を形成する触媒は、例えば、パラジウムまたは白金である。なお、触媒は、パラジウムまたは白金に限らず適宜変更可能である。
【００４２】
また、電極１６には、電気配線２４および６０が接続され、電極１７には、電気配線２５および６１が接続されている。
【００４３】
分離検出用流路５の終端側には、分離検出用流路５を挟むように、電気泳動による試料の分離結果を電気抵抗値として測定するための電極２０および２１が設けられている。
【００４４】
また、電極２０には、電気配線２８が接続され、電極２１には、電気配線２９が接続されている。
【００４５】
図２は、図１に示した界面動電装置の緩衝液導入口２および緩衝液排出口３を結ぶ直線に沿った断面図である。
【００４６】
緩衝液導入用流路４、分離検出用流路５、試料導入用流路８および試料排出用流路９のそれぞれは、ガラス基板１の上面に彫られている。また、電極１４、１５、１６、１７、２０および２１のそれぞれは、少なくとも表面の一部が流路内の流体に接するように、ガラス基板１に埋め込まれている。
【００４７】
また、ガラス基板１の上面には、ガラス板３０が接着されている。ガラス板３０には、導入口３１および排出口３２が設けられている。導入口３１は、緩衝液導入口２と連通し、排出口３２は、緩衝液排出口３と連通している。また、導入口３１には、試料槽３３が取り付けられ、排出口３２には、試料槽３４が取り付けられる。試料槽３３および３４は、液槽であり、ガラス管にて形成される。なお、試料導入口６および試料排出口７のそれぞれにも、試料槽３３および３４と同様なガラス管にて形成された液槽である試料槽（図示せず）が設けられている。
【００４８】
図３は、本実施例の界面動電装置の構成を示した平面図である。図３において、界面動電装置は、ガラス基板１と、電源４１、４３および４８と、スイッチ４２、４４、４９および６２と、電流計５０、６３および６４と、電気配線２２、２３、２４、２５、２８、２９、６０および６１と、制御部７０とを含む。
【００４９】
ここで、電気配線２４および２５と、電源４３とは、電極１６および１７の間に電圧を印加して分離検出用流路５内の流体を界面動電で移動させる電圧供給部を構成する。また、電気配線６０および６１は、触媒層を互いに導通させる導通部を構成する。
【００５０】
電源４１は、電気配線２２および２３を介して、電極１４および１５の間に電圧を印加する。スイッチ４２は、電源４１における電極１４および１５の間への電圧の印加のオンオフを切り替える。なお、スイッチ４２が電圧の印加をオンにすると、電源４１は、電極１４に正の電位を印加し、電極１５に負の電位を印加するものとする。
【００５１】
電源４３は、電気配線２４および２５を介して、電極１６および１７の間に電圧を印加して、分離検出用流路５内の流体を界面動電で移動させる。スイッチ４４は、電源４３における電極１６および１７の間への電圧の印加のオンオフを切り替える。なお、スイッチ４４がオンになると、電源４３が、電極１６に正の電位を印加し、電極１７に負の電位を印加する。
【００５２】
電流計６３は、少なくとも電圧供給部における電圧の印加時に、電極１６および１７の間を流れる電流を計測する。なお、電流計６３は、第一計測手段の一例である。
【００５３】
電気配線６０および６１からなる導通部は、電極１６および１７を導通して、電極１６および１７の間を互いに導通させる。
【００５４】
スイッチ６２は、導通部における導通のオンオフを切り替える。なお、スイッチ６２がオンになると、電極１６および１７が導通する。電流計６４は、少なくともスイッチ６２による導通時に、電極１６および１７の間を流れる電流を計測する。なお、電流計６４は、第二計測手段の一例である。
【００５５】
電源４８は、電極２０および２１の間に電圧を印加する。スイッチ４９は、電源４８による電圧の印加を制御する。スイッチ４９がオンになると、電源４８は、電極２０に正の電位を印加し、電極２１に負の電位を印加する。電流計５０は、電源４８による電圧の印加時において、電極２０および２１の間を流れる電流値を計測し、その電流値を外部に出力する。
【００５６】
制御部７０は、切替手段の一例である。制御部７０は、電流計６３および６４のそれぞれで計測した電流値に基づいて、電気供給部による電圧の印加のオンオフと、導通部による導通のオンオフとを切り替える。具体的には、制御部７０は、スイッチ４４および６２のそれぞれのオンオフの切り替えを制御して、電気供給部による電圧の印加のオンオフと、導通部による導通のオンオフとを切り替える。また、このとき、制御部７０は、電極１６および１７で発生した気体の流体の単位体積あたりの溶存量が、その気体の溶解度を超えないように、電圧の印加および導通のオンオフを切り替える。
【００５７】
次に動作を説明する。
【００５８】
図４ないし図１０は、界面動電装置の動作を説明するための説明図である。また、図１１は、界面動電装置の動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明においてステップ数は、図１１で示したフローチャートと対応している。
【００５９】
初期状態として、スイッチ６２はオンであり、他のスイッチはオフであるとする。スイッチ６２がオンであることにより、電極１６および１７近傍の溶存気体は、一定量以下になっている。溶存気体は、代表的には、酸素および水素である。なお、界面動電装置に導入する流体の溶存気体量が一定値以下であることが保証されている場合には、スイッチ６２を初期状態においてオンにしておく必要はない。
【００６０】
先ず、緩衝液を、緩衝液導入口２に設けられた試料槽３３に入れる。緩衝液は、毛細管力などにより、緩衝液導入用流路４、分離検出用流路５、試料導入用流路８および試料排出用流路９に充填される（ステップＳ１）。次に、被測定試料を、試料導入口６に設けられた不図示の試料槽に入れる（ステップＳ２）。
【００６１】
続いて、図４に示すように、スイッチ４２をオンする。スイッチ４２がオンにされると、電源４１が電極１４および１５間に電圧を印加する。これにより、試料導入用流路８内に電気浸透流が引き起こされる。この電気浸透流により、試料導入用流路８に満たされていた緩衝液が試料排出口７から排出され、被測定試料が試料導入用流路８に注入される（ステップＳ３）。
【００６２】
試料導入用流路８に被測定試料が注入された後、スイッチ４２をオフにする。スイッチ４２がオフになると、電源４３による電極１４および１５間への電圧の印加が止まる（ステップＳ４）。これにより、緩衝液導入用流路４および分離検出用流路５の間に位置する部分には被測定試料が注入される。
【００６３】
ここで、図５に示すように、スイッチ４９をオンにする。スイッチ４９がオンになると、電源４８が電極２０および２１の間に電圧を印加する（ステップＳ５）。
【００６４】
次に、制御部７０を動作させる。制御部７０は、動作すると、図６に示すように、スイッチ６２をオフにし、その後、スイッチ４４をオンにする（ステップＳ６）。
【００６５】
スイッチ４４がオンにされると、電源４３が、分離検出用流路５の両側に配置された電極１６および１７の間に電圧を印加する。この電圧の印加により、試料導入用流路８に注入された被測定試料のうち緩衝液導入用流路４と分離検出用流路５の間に位置する被測定試料が、分離検出用流路５における電気浸透流の作用により分離検出用流路５に導入される。この分離検出用流路５に導入された被測定試料は、電気浸透流の作用により、分離検出用流路５の中を電極１６から電極１７の方向へ移動する。なお、被測定試料は、分離検出用流路5の中を移動しながら電気泳動の作用を受ける。これにより、被測定試料中の各成分は、液体中における移動のしやすさの差に応じて分離される。
【００６６】
そして、制御部７０は、電極１６および１７の間に電源４３による電圧を印加してから所定の時間Ｔ1が経過したかを判断する（ステップＳ７）。この時間Ｔ1は、電極１６および１７に発生する気体の溶解度と、その気体の液体単位体積あたりの溶存量とに応じて予め設定されている。具体的には、時間Ｔ1は、気体の液体単位体積あたりの溶存量が気体の溶解度を超えない値に設定される。なお、気体の液体単位体積あたりの溶存量は、電流計６３にて計測される電流値を、後述する「ファラデーの電気分解の法則」に適用することで算出される。なお、本実施例では、時間Ｔ1は、０．２秒に設定されているとする。
【００６７】
制御部７０は、時間Ｔ1が経過していないと、再びステップＳ７を実行し、時間Ｔ1が経過すると、スイッチ４４をオフする（ステップＳ８）。
【００６８】
続いて、制御部７０は、スイッチ４４をオフにすると、図７に示すように、スイッチ６２をオンにする。スイッチ６２をオンになると、電極１６および１７が導通する（ステップＳ９）。
【００６９】
電極１６および１７の間が導通されると、電極１６においては、電極１６に設けられている触媒の作用により、ステップＳ６で正の電位が印加された際に発生した酸素が再び水酸基イオンに戻る。つまり、電極１６の表面に凝集して気泡の形態になりかけた酸素に対応して電子が与えられ、酸素が水を分解しながら水酸基イオンに戻る。こうして、電極１６が還元される。
【００７０】
また、電極１６および１７の間が導通されると、電極１７においては、電極１６の場合と同様に、電極１７に設けられた触媒の作用により、ステップＳ６で負の電位が印加された際に発生した水素が再び水素イオンに戻る。つまり、電極１７の表面に凝集して気泡の形態になりかけた水素から電子が奪われ、水素が水素イオンに戻る。こうして、電極１７は酸化されたことになる。
【００７１】
なお、このとき、電極１６および１７の間の電位差が解消されるため、分離検出用流路５の中で、電気浸透流および電気泳動の作用は生じない。つまり、分離検出用流路５の中において、被測定試料の移動および各成分の分離の機能は休止される。
【００７２】
そして、制御部７０は、スイッチ６２をオンにすると、スイッチ６２をオンして電極１６および１７を導通してから時間Ｔ2が経過したかを判断する（ステップＳ１０）。この時間Ｔ2は、ステップＳ７において、電極１６および１７で発生した気体の量に応じて決定される。
【００７３】
本実施例では、制御部７０は、時間Ｔ2を、電極１６および１７で発生した気体の量と、イオン化される気体の量が略同量となるように決定する。より具体的には、制御部７０は、電流計６４にて計測された電流値の時間Ｔ2にわたる積分値が、電流計６３にて計測された電流値の時間Ｔ1にわたる積分値と略等しくなるように、時間Ｔ2を決定する。
【００７４】
制御部７０は、時間Ｔ2が経過していないと、再びステップＳ１０を実行し、時間Ｔ2が経過すると、図８に示すように、スイッチ６２をオフする（ステップＳ１１）。
【００７５】
制御部７０は、ステップＳ６からＳ１１までの一連の処理を行った処理回数を計数し、その処理回数が所定の回数Ｎになったか否かを判断する（ステップＳ１２）。なお、本実施例では、所定の回数Ｎは、１００回に設定されている。
【００７６】
制御部７０は、処理回数が所定の回数Ｎになっていないと、ステップＳ６を実行する。これにより、ステップＳ６からＳ１１までの一連の処理がＮ回繰り返して行われる。
【００７７】
また、制御部７０は、処理回数が所定の回数Ｎになると、図９に示すように、スイッチ４９をオフにし、スイッチ６２をオンにする（ステップＳ１３）。
【００７８】
分離検出用流路５での電気泳動により分離された試料成分が電極２０および２１の位置に到達すると、電源４８にて電極２０および２１間に電圧が印加されているため、流れる電流の変化として、各試料成分の流れが検出される。電流の変化は、電流計５０にて測定される。ステップＳ６からステップＳ１１までの操作をＮ回繰り返し、最終的にスイッチ４９をオフするまでの間、電流計５０がモニタされている。
【００７９】
ステップＳ１３が終了すると、動作が終了する。
【００８０】
以下、電気分解にて発生する気体の定量的把握と、時間Ｔ1およびＴ2などの設定方法について説明する。
【００８１】
ステップＳ６において、電源４３にて電極１６および１７の間に電圧が印加されると、電極１６には正の電位が印加され、電極１７には負の電位が印加される。このとき、緩衝液および試料の主要な組成物である水が電気分解され、陽極である電極１６の表面には酸素が発生し、陰極である電極１７の表面には水素が発生する。
【００８２】
電気分解による気体の発生量は、よく知られているように「ファラデーの電気分解の法則」に従う。つまり、「ファラデーの電気分解の法則」の第一法則によると、電気分解されて析出される物質の量は、流体に流れた電気量に比例する。また、同第二法則によると、電気化学当量は化学当量と等しい。つまり、電気化学当量は化学当量と同じものとなる。
【００８３】
式（１）は、「ファラデーの電気分解の法則」の第二法則を示したものである。
【００８４】
ｎ＝ｍ／Ｍ＝（Ｉ・ｔ）／（ｚ・Ｆ）・・・（１）
ここで、記号の意味は以下のとおりである。
ｎ〔ｍｏｌ〕:物質量、
ｍ〔ｇ〕:質量、
Ｍ〔ｇ／ｍｏｌ〕:分子量、
Ｉ〔Ａ〕:電流、
ｔ〔ｓ〕:時間、
ｚ:イオン化数、
Ｆ＝９．６５×１０４〔Ｃ／ｍｏｌ〕:ファラデー定数。
【００８５】
例として、陰極である電極１７の表面に発生する水素の量を、ある条件のもとで試算する。条件は、以下のとおりである。
Ｉ＝０．００５〔Ａ〕、
ｔ＝０．２〔ｓ〕、
ｚ＝１、
Ｆ＝９．６５×１０４〔Ｃ／ｍｏｌ〕。
【００８６】
この条件（数値）を使うと、物質量ｎ＝１．０４×１０-8〔ｍｏｌ〕となる。この物質量の気体は、０℃および１気圧のもとで、２．３×１０-5〔Ｌ〕＝０．２３〔μＬ〕の体積となる。
【００８７】
本実施例では、電源４３にて電極１６および１７の間に電圧が印加されてから時間Ｔ1後に、スイッチ４４がオフにされる。時間Ｔ1としては、０．２秒が設定されている。電極１７について考えると、印加電圧が１０ボルト程度で５マイクロアンペア程度の電流が流れている場合、前述した試算で示した量の水素が発生する。具体的には、水素の総量は、十分の数マイクロリットル程度である。
【００８８】
発生した気体が電極１７から離脱する前に、電極１６および電極１７を導通させて発生した気体を消滅させる条件に設定することが重要である。なお、この条件は、電極１７の寸法や流路の寸法などさまざまな要因で変化する。
【００８９】
本実施例では、上述のように電極１６および１７を導通する時間Ｔ2は、制御部７０にて、時間Ｔ1で発生した気体の量と略同量の気体がイオンに戻るまでの時間として決定されている。
【００９０】
例えば、先ず、制御部７０は、電流計６３にて計測された電流値を、処理回数が１のときのステップＳ６でスイッチ４４をオンにしてから、同処理回数のときのステップＳ８でスイッチ４４をオフにするまで積分する。
【００９１】
続いて、制御部７０は、同処理回数のときのステップＳ９でスイッチ６２をオンにすると、電流計６４にて計測された電流値を積分していく。
【００９２】
その後、制御部７０は、同処理回数のときのステップＳ１０では、電流計６４にて計測された電流値の積分値（第一積分値と称する）が、電流計６３にて計測された電流値の積分値（第二積分値と称する）になったか否かを判断する。制御部７０は、第一積分値が第二積分値になると、時間Ｔ2が経過したと判断し、第一積分値が第二積分値になっていないと、時間Ｔ2が経過していないと判断する。さらに、制御部７０は、ステップＳ９でスイッチ６２をオンにしてから第一積分値が第二積分値になるまでの時間を測定し、その時間を時間Ｔ2として決定する。
【００９３】
なお、制御部７０は、処理回数が２以上のときのステップ１０では、スイッチ６２をオンして電極１６および１７を導通してから、その決定した時間Ｔ2が経過したかを判断する。
【００９４】
また、図１０は、電極１６および１７が導通されている時の電流計６３にて計測される電流値と経過時間の関係を示したものである。ここに示されるように、時間Ｔ2が短いほど電極１６および１７を導通している時の単位時間あたりの移動電荷量は大きい。よって、Ｔ1をできるだけ短く設定し、頻繁に電圧の印加と導通を切り替えることにより、Ｔ2の間に移動できる単位時間あたりの電荷量は大きく。このため、気泡の発生を効率よく低減できる。
【００９５】
また、液体内の発生した気体は、触媒層に接触することでイオン化される。したがって、気体のイオン化を効率よく行なうためには、なるべく多くの気体が短時間で触媒層に触れるようにすればよい。このため、流路内の流体と接触する触媒層の表面積を大きくすれば、気体のイオン化を効率よく行なうことができる。
【００９６】
なお、本実施例では、ステップＳ６からＳ１１までの処理を繰り返す回数を１００回としたが、この回数は、界面動電装置の構成から決定される。具体的には、この回数は、分離検出用流路５の長さに応じて変化する電気浸透流にかかる時間や、電気泳動により対象物質を分離するのにかかる時間から設定される。
【００９７】
また、本実施例では、ステップＳ６において発生する気体の量と、ステップＳ９において消費される気体の量が略等しくなるように時間Ｔ1およびＴ2の値を設定したが、それに限るものではない。例えば、ステップＳ９における気体の消費量がステップＳ６における気体の発生量より少なくても、ステップＳ１３に至るまでに流路内の液体における気体の単位体積あたりの溶存量がその気体の溶解度を超えなければよい。
【００９８】
次に効果を説明する。
【００９９】
本実施例では、電源４３と電気配線２４および２５とで構成される電圧供給部は、電極１６および１７の間に電圧を印加して、流路内の流体を界面導電で移動させる。また、電極１６および１７のそれぞれで発生した気体をイオン化するための触媒体が、電極１６および１７のそれぞれに対応して設けられる。電気配線６０および６１で構成される導通部は、触媒体を互いに導通させる。制御部７０は、電圧供給部による電圧の印加のオンオフと、導通部による導通のオンオフとを切り替える。
【０１００】
この場合、電圧の印加時に電極１６および１７のそれぞれで発生した気体が、触媒体の導通時にイオン化される。したがって、反応槽、循環ポンプおよび循環流路を設けなくても、気泡の発生を低減することが可能になる。また、流路の外部でイオン動電性材料を電子導体に電気的に接続させなくても、気泡の発生を低減することが可能になる。したがって、装置の大型化および複雑化を抑制しながら、電極における気泡の発生を低減することが可能になる。
【０１０１】
また、本実施例では、各触媒体は、電極１６および１７のそれぞれの表面に設けられている。
【０１０２】
この場合、装置構成を単純化することが可能になり、装置の大型化をさらに抑制することが可能になる。
【０１０３】
また、電極で発生する気体の量は、電極１６および１７の間を流れる電流値に応じて変化する。また、触媒作用によりイオン化される気体の量は、各触媒体間を流れる電流値に応じて変化する。よって、その発生した気体の流体単位体積あたりの溶存量は、電極１６および１７の間を流れる電流値および各触媒体間を流れる電流値に応じて変化する。
【０１０４】
本実施例では、電流計６３は、電圧供給部による電圧の印加時に、電極１６および１７の間を流れる電流値を計測する。電流計６４は、導通部による導通時に、各触媒体間を流れる電流値を計測する。制御部７０は、電流計６３および６４のそれぞれにて計測された電流値に基づいて、電圧供給部による電圧の印加のオンオフと、導通部による導通のオンオフとを切り替える。
【０１０５】
このため、電極１６および１７で発生した気体の流体の単位体積あたりの溶存量に応じて、電圧供給部による電圧の印加のオンオフと、導通部による導通のオンオフとを切り替えることが可能になる。よって、電極１６および１７で発生した気体の流体の単位体積あたりの溶存量がその気体の溶解度を超えないようにすることが可能になる。したがって、気泡の発生をより低減することが可能になる。
【実施例２】
【０１０６】
図１２は、本発明に係る実施例２の界面動電装置の構成を示した平面図である。なお、図１２において、図３と同じ機能を有するものには、同じ符号を付しその説明を省略することがある。
【０１０７】
図１２において、界面動電装置は、図３で示した実施例１の界面動電装置と比べて、電気配線６０および６１と、スイッチ６２と、電流計６４とがない。また、界面動電装置は、図３で示した実施例１の界面動電装置と比べて、電気配線８０および８１と、スイッチ８２と、電流計８３と、電極８４および８５とをさらに含む。
【０１０８】
電極８４および８５は、第二電極の一例である。電極８４および８５のそれぞれは、電極１６および１７のそれぞれに対応して設けられている。電極８４および８５のそれぞれの流体に接触する表面の少なくとも一部には、触媒体として、その電極で発生するガスをイオン化するための触媒層が設けられている。この触媒層を形成する触媒は、例えば、パラジウムまたは白金である。なお、触媒は、パラジウムまたは白金に限らず適宜変更可能である。なお、電極１６および１７には、触媒層が設けられていなくてもよい。
【０１０９】
界面動電装置の動作は、実施例１の界面動電装置において、スイッチ６２をスイッチ８２に読み替え、電流計６４を電流計８３に読み替える。電極１６および１７に関する記述のうち、除電および触媒作用について述べている箇所（ステップＳ９およびＳ１０）では、電極１６および１７のそれぞれを、電極８４および８５のそれぞれに読み替えればよい。
【０１１０】
次に効果を説明する。
【０１１１】
本実施例では、気体をイオン化するための触媒体が電極１６および１７とは別の電極８４および８５に設けられている。このため、電極１６および１７で発生した気体をより効率的にイオン化することが可能になる。なぜなら、実施例1においては、気体が発生した電極１６および１７で気体をイオン化する構成であったため、その発生する気体が電極１６および１７の下流が流れてしまう可能性があった。本実施例では、例えば、電極８４および８５のそれぞれを電極１６および１７のそれぞれにより下流に配置することで、気体をより確実に電極８４および８５にてとらえることが可能になる。したがって、より効率的に気泡の発生を低減化することが可能になる。
【０１１２】
以上説明した各実施例において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明による第一の実施例の界面動電装置のガラス基板上の構成を模式的に示した平面図である。
【図２】図１で示した流路部の断面図である。
【図３】本発明に係る実施例１の界面動電装置の構成を模式的に示した平面図である。
【図４】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図５】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図６】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図７】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図８】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図９】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図１０】実施例１の界面動電装置の動作を説明するための平面図である。
【図１１】界面動電装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明に係る実施例２の界面動電装置の構成を模式的に示した平面図である。
【図１３】電気浸透流の原理を説明するための説明図である。
【図１４】特許文献１に記載の気泡除去装置を示したブロック図である。
【符号の説明】
【０１１４】
４    緩衝液導入用流路
５    分離検出用流路
１６、１７、８４，８５  電極
４３  電源
２４、２５、６０、６１、８０、８１  電気配線
６３、６４、８３  電流計
７０  制御部
【図１】
2010008332.tif 000003
【図２】
2010008332.tif 000004
【図３】
2010008332.tif 000005
【図４】
2010008332.tif 000006
【図５】
2010008332.tif 000007
【図６】
2010008332.tif 000008
【図７】
2010008332.tif 000009
【図８】
2010008332.tif 000010
【図９】
2010008332.tif 000011
【図１０】
2010008332.tif 000012
【図１１】
2010008332.tif 000013
【図１２】
2010008332.tif 000014
【図１３】
2010008332.tif 000015
【図１４】
2010008332.tif 000016