(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアー媒体のための流路系（２１，２，２２）と、分離すべき物質混合物（Ｓ）を第１のキャリアー媒体（Ｃ）中に注入するための第１の注入部（３）と、第１の分離経路（２）に沿って第１のキャリアー媒体（Ｃ）にかけられる電場において物質混合物（Ｓ）を分離するための第１の分離経路（２）とからなる、多種類の物質を含む流体物質混合物を電気泳動分離するための装置であって、
物質混合物（Ｓ）をさらに分離するために、別の電場が第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）に沿ってかけられる、第１のキャリアー媒体（Ｃ）と異なる第２のキャリアー媒体（Ｅ）を有する少なくとも１つの第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が備えられ、
該第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）は、第１の分離経路（２）に対してある角度（α）で傾斜され、かつ分離すべき物質混合物（Ｓ）のための第１の注入部（３）の下流で、該注入部からある距離離れて、
第１の分離経路（２）と第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）との交差領域が、第２のキャリアー媒体（Ｅ）中に部分的に分離された物質混合物（Ｓ）を注入するための第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）を形成するように伸長しており、
該第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）の注入容積は、
第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）への第１の分離経路（２）の入口の点と、第１のキャリアー媒体（Ｃ）の流出を引き起こす第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）内の開口部との間の第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の容積である装置。
【請求項２】
第１の分離経路（２）と第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）との交差領域（５，５Ａ−５Ｊ）が二重Ｔ型片の形状にあり、該Ｔ型片の横棒部は各々第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）またはそれらの直線的第１の伸長流路（４１，４１Ａ−４１Ｊ）により形成される請求項１記載の装置。
【請求項３】
第１の注入部（３）が二重Ｔ型片の形状を有し、該Ｔ型片の横棒部は各々第１の分離経路（２）またはそれらの直線的第２の伸長流路（２１）により形成される請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１の注入部（３）の下流に、第２の分離経路に沿ってかけられる電場において物質混合物（Ｓ）をさらに分離するための多くのさらなる第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が備えられ、そのさらなる第２の分離経路は第１の分離経路（２）に対してある角度（α）で傾斜され、そして互いにほぼ平行に配置され、第１の分離経路（２）との交差領域は各々、部分的に分離された物質混合物（Ｓ）を第２のキャリアー媒体（Ｅ）中に注入するためのさらなる第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）を形成する請求項１ない
し３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
さらなる第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の端部が、分離経路に比べより大きい断面積であることが好ましい第２のキャリアー媒体（Ｅ）のための共通のリザーバー（４４）および共通の採取容器（４５）で終わっている請求項４記載の装置。
【請求項６】
リザーバー（４４）および採取容器（４５）の断面積が第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の断面積の２ないし１００００倍である請求項５記載の装置。
【請求項７】
リザーバー（４４）および採取容器（４５）が、ｐＨ勾配を第２のキャリアー媒体（Ｅ）に確立し得る手段を備えている請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
流路系（２１，２，２２）、第１の注入部（３）、第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）、第１の分離経路（２）、および第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が蓋で覆われたガラスのプレートに製造され、そして別々の流入および流出開口部（１１，１２，４２，４３；１１，１２，４６−４９）が第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）および分離すべき物質混合物（Ｓ）のために備えられ、前記流入および流出開口部は蓋および／またはプレートに配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
流路系（２１，２，２２）、第１の注入部（３）、第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）、第１の分離経路（２）、および第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が蓋で覆われたポリマーフィルムに製造され、そして別々の流入および流出開口部（１１，１２，４２，４３；１１，１２，４６−４９）が第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）および分離すべき物質混合物（Ｓ）のために備えられ、前記流入および流出開口部は蓋および／またはフィルムに配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
流路系（２１，２，２２）、第１の注入部（３）、第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）、第１の分離経路（２）、および第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が蓋で覆われた半導体材料のプレートに製造され、そして別々の流入および流出開口部（１１，１２，４２，４３；１１，１２，４６−４９）が第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）および分離すべき物質混合物（Ｓ）のために備えられ、前記流入および流出開口部は蓋および／またはプレートに配置されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
第１の分離経路（２）および第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が、０．１μｍないし１０００μｍの深さで、１μｍないし５００μｍの幅の溝の形状にある請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）が、電場により流路系（２１，２，２２）、第１の分離経路（２）および第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）を介して移送される水性電解質である請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）が静止ゲルである請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）が第１の分離経路（２）に対して傾斜している角度（α）が３０゜ないし１５０゜である請求項ｌないし１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記角度（α）が９０゜である請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
検出器が各成分に分離された物質混合物（Ｓ）のために備えられている請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
多種類の物質を含む物質混合物（Ｓ）が第１の分離経路（２）の上流で第１のキャリアー媒体（Ｃ）中に注入され、次いで第１の分離経路（２）に沿ってかけられる電場において分離される、分離経路に沿って多種類の物質を含む流体物質混合物を電気泳動分離するための方法であって、
部分的に分離された物質混合物（Ｓ）が、第１のキャリアー媒体（Ｃ）と異なる第２のキャリアー媒体（Ｅ）を有する第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）に注入され、そして
該第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）は、
第１の分離経路（２）と第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）との交差領域（５，５Ａ−５Ｊ）が、第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）への第１の分離経路（２）の入口の点と、第１のキャリアー媒体（Ｃ）の流出を引き起こす第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）内の開口部との間の第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の容積である注入容積を有する注入部を形成するように、
第１の分離経路（２）と交差し、かつ第１の分離経路（２）に対してある角度（α）で傾斜されており、そして
物質混合物（Ｓ）が第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）に沿って第２のキャリアー媒体（Ｅ）にかけられた電場においてさらに分離される方法。
【請求項１８】
部分的に分離された物質混合物（Ｓ）が、第１の分離経路（２）の下流に次々に配置され、そして互いにほぼ平行で、かつ第１の分離経路（２）に対してある角度（α）で伸長する多くのさらなる第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）中に注入され、それぞれにかけられた電場において並行してさらなる分離にさらされる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）における部分的に分離された物質混合物（Ｓ）が、第１の分離経路（２）における移動方向と３０°ないし１５０°の角度（α）を形成する方向に移動される請求項１７または請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記角度（α）が９０゜である請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
個々の第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の各々における第２のキャリアー媒体（Ｅ）が異なるｐＨ値を有するように、第２のキャリアー媒体（Ｅ）のｐＨ値が変動され、そしてｐＨ勾配が隣接する分離流路に存在するキャリアー媒体（Ｅ）間に確立される請求項１８ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
選択された第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）が、可動性電解液である請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
選択された第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）が、静止ゲルである請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
選択された第１および第２のキャリアー媒体（Ｃ；Ｅ）が、少なくとも１つの可動性電解液および少なくとも１つの静止ゲルを含む請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
多種類の物質を含む物質混合物（Ｓ）が第１の分離経路（２）の上流で第１のキャリアー媒体（Ｃ）中に注入され、次いで第１の分離経路（２）に沿ってかけられる電場において等電点電気泳動される、分離経路に沿って多種類の物質を含む流体物質混合物を電気泳動分離するための方法であって、
等電点電気泳動された物質混合物（Ｓ）が、第１のキャリアー媒体（Ｃ）と異なる第２のキャリアー媒体（Ｅ）を有する第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）に注入され、そして
該第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）は、
第１の分離経路（２）と該第２の分離経路との交差領域が、第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）への第１の分離経路（２）の入口の点と、第１のキャリアー媒体（Ｃ）の流出（２４）を引き起こす第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）内の開口部との間の第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）の容積である注入容積を有する注入部（５，５Ａ−５Ｊ）を形成するように、
第１の分離経路（２）と交差し、且つ第１の分離経路（２）に対してある角度（α）で傾斜されており、そして
物質混合物（Ｓ）が第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）に沿って第２のキャリアー媒体（Ｅ）にかけられた電場においてさらに分離される方法。
【請求項２６】
第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）へ部分的に分離された物質混合物（Ｓ）を注入するための第２の注入部（５，５Ａ−５Ｊ）が二重Ｔ型片の形状にあり、該Ｔ型片の横棒部は各々第２の分離経路（４，４Ａ−４Ｊ）またはそれらの直線的第１の伸長流路（４１，４１Ａ−４１Ｊ）により形成されている請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流体物質混合物の電気泳動分離のための装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気泳動分離方法は、電場がかけられた場合のキャリアー媒体における試験試料の個々の成分の異なる移動速度に基づいている。非常に広範囲に使用される方法はキャリアー媒体と試験すべき試料とを電場がかけられる両末端間のキャピラリー分離経路からなるキャピラリー系中を移動させるキャピラリー電気泳動である。キャピラリー系中のキャリアー媒体の移動および試験すべき試料のキャリアー媒体中への注入はポンプとバルブにより、またはキャピラリー系の種々の部分に適当に適用される電場を用いて行われ得る。キャリアー媒体中に注入された試料の個々の成分は、分離経路の電場において異なる速度で移動し、その結果、試料が分離される。個々の成分はキャピラリー分離経路に接続された検出器により決定され得る。異なる試料の同時分析のために、いくつかの平行キャピラリーを有する分離装置もまた提案されている（Ａｎｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．  １９９２，  ６４，  ９６７−９７２）。
【０００３】
ＤＮＡ配列決定において、例えばゲル充填キャピラリーが分離経路として使用される。該分離法において、キャリアー媒体、すなわちゲルは移動されず、ゲル中に注入された試料だけが適用された電場内を移動する。このようなゲル充填キャピラリーを用いる電気泳動分離システムの典型的な分離性能（理論分離段数とも記載される）は例えば３０分以内で約２５０ピークである。
【０００４】
ＵＳ−Ａ−４９０８１１２号は、分離経路を包含する分岐したキャピラリー系の小型化を提案している。キャピラリー系は半導体チップ上に配置される。キャリアー媒体の移動および分離すべき試料の注入はキャピラリー系の個々の経路部分間でスイッチが入れられ得る電場により行われる。流路系の寸法は非常に小さいが、得られる場の力は非常に大きい。結果的に、非常に少量のキャリアー媒体と非常にわずかな試料容量のみが必要とされる。さらに、分離法は典型的には約３０ｋＶである高い印加電圧で非常に迅速に行われ得る。
【０００５】
非常に広範囲に使用される別の電気泳動分離方法は、ゲル電気泳動である。該分離方法はその構成部材中での試料の分離が溶液中ではなく、静止したキャリアー材であるゲル中で行われるものであり、エレクトロフェログラフィー（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｅｒｏｇｒａｐｈｙ）としても知られている。このエレクトロフェログラフィー法において、分離すべき試料はストリップとして、好ましくは緩衝剤（フェログラム）中に浸漬されたキャリアー材の中央部に適用され、そして電圧はキャリアー材の端部に印加される。試料は個々の成分の移動方向および移動速度に従って分離される。異なる電荷の成分がそれぞれ反対の電荷の極に移動し、中性成分は適用した点に残る。連続的分離法において、緩衝液はキャリアー材の垂直プレートを介して流れる。試料はプレートのできるだけ上端近傍に添加される。電気泳動分離は緩衝剤の流れに対して垂直にかけられた電場により行われる。
【０００６】
ゲル電気泳動は荷電したバイオポリマーに対して確立された分離方法である。ポリアクリルアミドゲル（ＰＡＧＥ）は分離のために頻繁に使用される。ポリアクリルアミドゲルの細孔の大きさはゲル内の試料分子の電荷や立体障害性に従った分離を可能にする。ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）が添加される場合、分離された試料分子の移動距離と相当するモル質量との間に良好な相関が得られるが、しかし分子の電荷とは無関係である。ＳＤＳ−ＰＡＧＥゲル電気泳動の前の予備段階としての等電点電気泳動（ＩＥＦまたはＩＦ）は多種類の極端に複雑な物質混合物を分離することも可能にする。
【０００７】
適度に十分に確立された、ゲル電気泳動のさらに進歩したものは、いわゆる２Ｄゲル電気泳動であり、それは試料が異なる基準に従って２次元（２Ｄ）に分離される。そのような２Ｄゲル電気泳動分離装置は、例えばＡ．Ｔ．アンドリュー著「電気泳動，その理論，方法ならびに生化学的および医学的利用」クラレンドンプレス，オックスフォード，１９８６年，２２３−２３０頁（Ａ．  Ｔ．  Ａｎｄｒｅｗｓ，  “Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，  Ｔｈｅｏｒｙ，  Ｔｓｃｈｎｉｑｕｅｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，  Ｃｌａｒｅｎｄｏｎ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｏｘｆｏｒｄ  １９８６，  ｐａｇｅｓ  ２２３−２３０  ）に記載されている。この２次元分離方法は特に、第１の次元における等電点電気泳動と、第２の次元におけるゲル電気泳動、例えばＳＤＳ−ＰＡＧＥゲル電気泳動との組合せとして使用される。得られるゲルパターンは、第１の次元において当該成分の等電点に関する情報を与え、そして第２の次元においてその成分のモル質量に関する情報を与える。２Ｄゲル電気泳動における典型的な分離性能は２時間以上の時間内で約１００００のピーク能力である。
【０００８】
２Ｄゲル電気泳動を用いて非常に高い分離性能を得ることが可能であるけれども、その場合の該方法の欠点は非常に遅いことである。まず最初に、試料は第１のゲル上で第１の次元において分離されなければならない。第１のゲルは次に第２の次元における分離が行われるべき第２のゲルと一緒に運ばれなければならず、非常に骨のおれる操作である。長い分析時間はフリーゲル中の分離成分の分散を生じ、バンドの望ましくない広がりを導き得る。ゲルにおける分離に必要な電圧は限定された範囲まで高められるだけであり、典型的には約２ｋＶである。より高い電圧では、ジュール効果発熱が発生し、ゲルおよび試料の分解を生じ得る。
【０００９】
それ故に、同じ時間で分離度（分離性能）を低下させずに必要な長い分析時間を短縮する可能性はない。非常に長い分析時間はそれ故に、非常に複雑な物質混合物の分離のための２Ｄゲル電気泳動の使用に対する主な障害である。
【００１０】
キャピラリー電気泳動において、分析時間は分離経路の末端間の電圧を高めることにより著しく短縮させ得る。マイクロチップを基礎とする小型化キャピラリー電気泳動システムの場合において、約５ないし４０ｋＶの電圧が典型的には用いられ、これにより分析時間が１分未満となる。しかしながら、比較的単純な物質混合物がキャピラリー電気泳動を用いて分離され得るだけである。しかし、「２次元性」を達成し、従って非常に複雑な物質混合物の分離を可能にし得るために、多数の分離キャピラリーを互いに並べて結合すると、小型化システムにおいて、ナノリットル容量の接続部を必要とするであろう。しかし、そのような接続部は、それらが製造され得るとしても、製造が非常に難しく、かつ高価である。非常に迅速な分離のために極めて短いキャピラリー分離経路を用いると、接続部の死空間の妨害作用が特に高い。それ故にそれらの死空間は消滅する程小さく保たれなければならないが、それは実際に不可能であると考えられる。２Ｄゲル電気泳動と同様に平面とした小型化キャピラリー電気泳動システムの分離経路の構築は、分離成分の分散を促進し、そして結果として分離性能の著しい悪化を招く。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に、本発明が解決しようとする課題は、２Ｄゲル電気泳動と同程度の性能を有し、かつ短い分離および分析時間を可能にする、流体物質混合物、特に複雑な流体物質混合物の電気泳動分離のための装置および方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る装置および方法により、上記課題およびその他の課題は解決され、そして従来技術の装置および方法の欠点は克服される。本発明の流体物質混合物の電気泳動分離のための装置は請求項１に記載され、そしてその方法は請求項１９に記載されており、特に好ましい態様はそれぞれの従属項に記載されている。
【００１３】
本発明は特に、キャリアー媒体のための流路系、分離すべき物質混合物のキャリアー媒体中への注入のための注入部（注入機構，注入装置）、および分離経路に沿ってかけられる（適用される）電場において物質混合物を分離するための前記分離経路からなる、複雑な流体物質混合物の電気泳動による分離のための装置を提供する。分離すべき物質混合物のための注入部の下流で、そこからある距離離れた箇所には、第２の分離経路に沿ってかけられる電場において物質混合物をさらに分離するための前記第２の分離経路が備えられている。第２の分離経路は第１の分離経路に対してある角度で傾斜されている。第１および第２の分離経路の交差領域は、第２のキャリアー媒体中に部分的に分離された物質混合物を注入するための第２の注入部を形成する。流体物質混合物は第１の注入部においてキャリアー媒体中に注入され、そして次いで第１の分離経路に沿ってかけられる電場において分離される。部分的に分離された物質混合物は次に第１の分離経路の下流で第２のキャリアー媒体中に注入され、そして第２の分離経路に沿ってかけられる電場においてその成分毎にさらに分離される。
【００１４】
本発明に係る装置および本発明に係る方法は、２Ｄゲル電気泳動から知られているような２次元分離の利点を利用するが、非常に長い分離および分析時間の欠点を有するものではない。非常に複雑な物質混合物の極めて良好な分離の利点はまた、小型化されたキャピラリー電気泳動システムにより特に可能にされる非常に短い分離および分析時間と関連している。本発明はナノリットル容量未満の接続部を必要としない２次元キャピラリー電気泳動システムを提供する。本方法は、典型的には１分かからない、非常に複雑な物質混合物の極めて迅速な分離を可能にする。分離性能は慣用のキャピラリー電気泳動の場合に比べ著しく高い。短い分析時間により、本発明はまた準連続分析に使用され得る。
【００１５】
好ましくは、物質混合物および部分的に分離された物質混合物を注入するための２つの注入部は、それらの幾何学（形状）により規定される注入容量を有する。好ましい変化形において、第１の分離経路の第２の分離経路との交差領域は二重Ｔ型片（２連Ｔ字型片）の形状にあり、該Ｔ型片の横棒（Ｔ字型の頭部直線部）は各々第２の分離経路により形成されている。この方法において、第２の分離経路は連続的構造をなし、第１の分離経路が第２の分離経路に入る点およびそれが第１のキャリアー媒体と分離すべき物質混合物との混合物の除去のために第２の分離経路から分岐する点は第２の分離経路の長さ方向に互い違いに（ずらして）配置されている。第２のキャリアー媒体中への注入のために、部分的に分離された物質混合物は第１の分離経路における移送方向に対してある角度でまず移送される。その際に、方向転換され、そして好ましくは第１の分離経路に対して平行に、流離系から出口まで移送される。第１の注入部は全体が相似の構造からなる。その場合において、未だに分離されていない物質混合物は、第１の分離経路に対してある角度で最初に移送され、次いで第１の移送方向に再び方向転換され、最終的に第１の分離経路中への進入点の下流にある分岐で再び方向転換され、そして元の移送方向に平行に出口まで移送される。その方法において、注入はブロック方式（ｂｌｏｃｋ−ｆａｓｈｉｏｎ）  で行われ、各々の場合における注入される容量は、合流した出口点から入口点の距離と、第１および第２の分離経路の断面積により決められる。
【００１６】
好ましい変化形において、第１および第２の注入部は二重Ｔ型片の形状を有し、該Ｔ型片の横棒部は各々第１もしくは第２の分離経路またはそれらの直線的伸長部により形成されるている。
【００１７】
本発明の特に好ましい変化形において、それぞれの分離経路に沿ってかけられる電場において物質混合物をさらに分離するためのその他の分離経路が第１の注入部の下流に備えられている。それらの分離経路は同様に、第１の分離経路に対してある角度で、かつ互いにほぼ平行に伸長する。その他の分離経路と第１の分離経路との交差領域は各々、部分的に分離された物質混合物がその他の分離経路を介して移送される第２のキャリアー媒体中に注入されるその他の注入部を形成する。この場合における注入部の構造は好ましくは既に上記したものに一致する。この特に好ましい変化形により、装置を特に広範囲の用途に使用することが可能となる。特に、第１の分離経路において部分的に分離された物質混合物の種々の成分が、次々に下流で交差し、かつ互いに平行に伸長するその他の分離経路中に注入され得、そして上記成分が特定の基準に従ってさらなる分離に供され得る。例えば、異なる場の強度分布が個々のその他の分離経路において、物質混合物のさらなる分離に決定的な効果を奏し得る環境を適用し得る。
【００１８】
好ましくは、その他の分離経路の端部は第２のキャリアー媒体のための共通のリザーバーおよび共通の採取容器を終点とする。リザーバーおよび採取容器はそれぞれ、分離経路に対するキャリアー媒体の適当な供給を行うため、および停止を防止するために、キャピラリー形状の分離経路より大きい断面積であることが好ましい。好ましくは、供給および除去キャピラリーの断面積は分離経路の断面積に比べ約２ないし約１００００倍大きくなるように選択される。その結果、比較的粘稠なキャリアー媒体であっても困難のない操作が可能となる。
【００１９】
リザーバーおよび採取容器中の第２のキャリアー媒体においてｐＨ勾配を確立し得る手段が備えられているならば、本発明に係る分離装置を特に興味深い方法で使用するための局面が存在する。そのために、例えば両性電解質が第２のキャリアー媒体として使用される。電極はリザーバーおよび採取容器における両性電解質中に電場を発生させる。両性電解質分子の酸性基および塩基性基は電場において相応にそれ自身並び、移動し、そしてそのようにして両性電解質中に一時的または安定なｐＨ勾配を生成する。そのように変更された装置において、各々のその他の分離経路を介して流れるキャリアー媒体は異なるｐＨ値を有する。そのようにして、注入される部分的に分離された物質混合物は各分離経路における異なる周囲条件下でさらに分離され得る。
【００２０】
第１およびその他の分離経路における物質混合物の分離が異なる基準に従って起こることを可能にするために、第１の分離経路における第１のキャリアー媒体はその他の分離経路におけるものと異なるように選択される。選択されるキャリアー媒体は好ましくは電解液またはゲルである。例えば、物質混合物の等電点電気泳動が第１の分離経路で行われ得（第１の次元）、個々の成分に実際の分離が次いでその他の分離経路において行われ得る（第２の次元）。
【００２１】
物質混合物の分離された成分は、ある時点でカメラにより２つの空間座標において光学的に２次元で検出されるか、または空間および時間座標の検出による線型走査光学検出器を用いて検出されることが好ましい。両方の検出方法は容易に積分可能であり、そしてデジタル計算装置に適合可能である。
【００２２】
特に好ましい変化形において、本発明に係る分離装置は小型化されている。流路系、注入部、分離経路、ならびに供給および除去キャピラリーは所望により蓋、好ましくはガラスの蓋で覆われ得るガラス、ポリマーフィルムまたは半導体材料、好ましくは単結晶シリコンのプレートに製造される。蓋および／またはプレートには、第１および第２のキャリアー媒体ならびに分離すべき物質混合物のための別々の流入開口部および流出開口部が配置されている。分離経路は好ましくは、約０．１μｍないし約１０００μｍの深さで、約１μｍないし約５００μｍの幅の溝の形状にある。より狭い流路は、より深く、そして逆の場合も同様である（すなわち、より広い流路はより浅い）。そのように構築される小型化分離装置は慣用の微小機械製造法または半導体産業から公知である製造法を用いて大量生産され得、そしてそれ故に、製造費用が比較的低い。さらに、種々の電子部品、例えば電場によりキャリアー媒体を移送するための電極は「分析チップ（ａｎａｌｙｓｉｓ  ｃｈｉｐ）  」上に集積されることが可能である。
【００２３】
装置の変化形において、使用されるキャリアー媒体は好ましくは水性電解質である。これらはキャリアー媒体が、電場により流路系および分離経路を介して移送され得るという利点を有する。そのために必要とされる電場は、例えば小型化分析チップ上に集積された電極により発生され、そして制御され得る。流路および分離経路が適当に小さい断面積を有する場合、それらは１つまたは２つの側が開放されていてもよい。その場合、キャリアー媒体および試料は有効なキャピラリー力
（効果）の結果として流路および分離経路中に残留する。
【００２４】
キャリアー媒体としてゲルを使用することも可能である。これらは好ましくは静止体であり、すなわちこの場合においてキャリアー媒体は流路系および分離経路を介して移送されずに、試料のみがゲル中を移動する。その場合、流路系および分離経路は１、２または３つの側さえも開放されていてもよい。全体の流路系および分離経路はゲルに、例えば写真平板または印刷もしくはエンボス法で製造され得る。ゲル自身が流路系および分離経路を形成し、そして３つの側が開放されている変化形の場合には、流路をさらに規定するのは、ゲルのための非導電性キャリアー媒体（キャリャー材）のみである。その場合の試料はその他の横方向の案内なしにゲル流路中を移動する。
【００２５】
第２の分離経路が第１の分離経路に対して傾斜している角度は約３０°ないし１５０°、好ましくは約９０°である。これにより、流路および分離経路の形状および配置における適応性の度合いが比較的大きくなり、分離法の２次元性が保持される。
【００２６】
本発明の装置は好ましくは、各成分に分離された物質混合物のための少なくとも１つの検出器を備えている。これは、例えば、光学検出器または電気化学に基づいて機能する検出器であってよい。その方法において、装置は極めて特定された分析物に適応させ得る。検出器の性質に応じて、例えば極めて特定された成分を検出することが可能である。設計の概念は装置を小型化することを可能にするので、広範囲の用途、例えば工学、理学および医学分野における使用の局面が存在する。
【００２７】
【実施例】
必須部分を全て有する本発明に係る装置は、模式的な様式で示された変化形を参照する実施例により以下により詳しく記載されている。本発明に係る方法の原理もまた、図面を参照して説明されるであろう。
図１は本発明に係る分離装置の第１の実施態様であり、そして図２は本発明に係る装置の第２の実施態様である。
【００２８】
図１に示された実施態様は、流体物質混合物、特に非常に複雑な流体物質混合物の電気泳動による分離のための本発明に係る装置の基礎にある基本的原理を説明している。該装置はキャリアー媒体Ｃおよび分離すべき物質混合物Ｓの移送のためのキャピラリー系と、分離すべき物質混合物Ｓをキャリアー媒体Ｃ中に注入するための注入部３と、好ましくはキャピラリー系の一部を形成するキャピラリー形態の分離経路２とからなる。分離経路２を通過する移送の間に、物質混合物は分離経路に沿ってかけられた電場において分離される。明瞭にするために、分離経路２に沿って電場を生成するのに使用される電極は示されていない。図面において、キャリアー媒体Ｃおよび物質混合物Ｓならびにそれらの流れる方向は適当に表示された矢印ＳおよびＣにより示されている。キャピラリー部２１および２２の端部はそれぞれ入口および出口２３および２４で終わっており、それにより、流体の、好ましくは液体のキャリアー媒体Ｃはキャピラリー系に導入され、そしてまた再び除去され得る。同様にして、キャピラリー部１の端部は分離すべき物質混合物Ｓのための入口１１および出口１２で終わっている。
【００２９】
それにより物質混合物Ｓが移送されるキャピラリー部１と、キャリアー媒体Ｃが移送されるキャピラリー部２１，２，２２との間の交差領域はキャリアー媒体Ｃの流れの中に物質混合物Ｓを注入するための注入部３を形成する。交差領域は単純な直線的交差の形態であってよいが、好ましくは、キャリアー媒体Ｃ中への分離すべき物質混合物Ｓの注入のための注入部３が幾何学的に規定された注入容量を有するように構築される。そのために、交差領域は二重（二連）Ｔ字型片の形態にあり、該Ｔ字型片の横棒部は各々第１の分離経路２またはそれらの直線的伸長部２１により形成される。注入容量はそのようにして、分離経路２中への流路部１の入口点と、例えば下流に設置されているその出口開口部との間の距離および分離経路２の断面積により固定される。
【００３０】
本発明によれば、第１の分離経路に対して角度αで傾斜し、そして、この実施態様では第１の分離経路２に対してほぼ垂直に伸長する第２の、好ましくはキャピラリー形状の分離経路４が注入部３の下流で、そこからある距離の箇所に設けられている。第２の分離経路４は好ましくはキャピラリー部４１内への直線的伸長部において伸長している。第２の分離経路４とキャピラリー部４１は同様に装置のキャピラリー系の一部を形成する。キャピラリー部４１の端部と第２の分離経路４の端部はそれぞれ入口および出口開口部４２および４３で終わっており、それにより第２の流体の、好ましくは液体のキャリアー媒体Ｅがキャピラリー系中に導入され、そしてそれから再び除去され得る。
【００３１】
第１の分離経路２と第２の分離経路４との交差領域は、それが第２の分離経路４に沿って移送される第２のキャリアー媒体Ｅ中に部分的に分離された物質混合物Ｓを注入するための第２の注入部５を形成するように構築される。その交差領域は単純な直線的交差の形態であってよいが、好ましくは、第２のキャリアー媒体Ｅ中への部分的に分離された物質混合物Ｓの注入のための注入部５が幾何学的に規定された注入容量を有するように構築される。そのために、交差領域は二重Ｔ字型片の形態にあり、該Ｔ字型片の横棒部は各々第２の分離経路４またはそれらの直線的伸長部、キャピラリー部４１により形成される。注入容量はそのようにして、第２の分離経路４中への第１の分離経路２の入口点と、例えば下流に設置されている第１のキャリアー媒体Ｃのための出口２４中に導くキャピラリー部２２の開口部との間の距離および第２の分離経路４の断面積により固定される。
【００３２】
第１の分離経路２において部分的に分離された物質混合物Ｓは第２のキャリアー媒体Ｅの流れの中に第２の注入部５で注入され、そして第２の分離経路４に沿ってかけられた電場において各成分にさらに分離される。明瞭にするために、分離経路４に沿って電場を生成するのに使用される電極は示されていない。第１のキャリアー媒体Ｃは好ましくは第２のキャリアー媒体Ｅと異なっている。このようにして第１およひ第２の分離が異なる基準に従って行われ得る。例えば、まず最初に物質混合物の等電点電気泳が第１の分離経路２中で行われ得、個々の成分への実際の分離が次の第２の分離経路４において起こる。
【００３３】
図２に示された本発明に係る装置の実施態様は、原理を示す図１の例のその他の態様である。第１の分離経路２に続いて一連の第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊが下流に配置されている。第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊは全て第１の分離経路２に対してほぼ垂直に、かつ互いにほぼ平行に伸長している。第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊと第１の分離経路２との交差領域は部分的に分離された物質混合物Ｓのための第２の注入部５，５Ａ−５Ｊを形成する。原理的な実施態様との関連で説明したように、第２の注入部５，５Ａ−５Ｊの注入量は好ましくは所定の注入量となるように規定されている。全ての交差領域はそれ故に二重Ｔ字型片の形態にあるのが好ましく、該Ｔ字型片の横棒部は各々それぞれ第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊまたはそれらの直線的伸長部、キャピラリー部４１，４１Ａ−４１Ｊ（第１の伸長流路）により形成される。
【００３４】
第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊの端部およびキャピラリー部４１，４１Ａ−４１Ｊの端部は第２のキャリアー媒体Ｅのための共通のリザーバー４４および共通の採取容器４５で終わっている。特別な場合において、共通のリザーバー４４は供給キャピラリーの形態であってよく、共通の採取容器４５は除去キャピラリーの形態であってよい。キャピラリー４４，４５は第１の分離経路２および第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊの断面積より大きい断面積である。供給キャピラリー４４の２つの端部は、それにより第２のキャリアー媒体が供給キャピラリー４４中に導入される開口部４６および４７に連結されている。除去キャピラリー４５の２つの端部は、それによりキャリアー媒体／物質混合物Ｅ＋Ｓが除去キャピラリー４５の外部に再び移送される出口開口部４８および４９で終わっている。予め分離された物質混合物Ｓは、互いに平行に伸長する多数の第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊ中に注入され、そこで並行してさらに分離が行われる。注入時点の適当な選択により、さらに分離される第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊ中に、第１の分離経路２からの物質混合物の極めて特定された「プレ成分」を注入することができる。異なる強度の電場において、個々の第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊでさらに分離することも可能である。
【００３５】
図２に係る本発明の実施態様はまた、供給および除去キャピラリー４４，４５中の第２のキャリアー媒体ＥがｐＨ勾配を有するように変形されてもよい。供給  キャピラリーおよび除去キャビラリー中の第２のキャリアー媒体のｐＨ値が同じ勾配曲線を有することに注意すべきである。このようにして、第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊの各々は異なるｐＨ値のキャリアー媒体が供給されてもよい。予め分離された物質混合物の分離は次いで第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊの各々において異なるｐＨ値のキャリアー媒体中、すなわち制御可能な異なる状況下で行われる。
【００３６】
第２の実施態様の単純化した変化形において、物質混合物Ｓは予備分離が行われず、第１のキャリアー媒体Ｃの代わりに流入部２３を介して直接キャピラリー系中に供給され、そして第２の注入部５，５Ａ−５Ｊで第２の分離経路４，４Ａ−４Ｊ中に注入される。予備分離なしの上記単純化した実施態様において、それにより物質混合物Ｓが通常第１の分離経路２中に導入されるキャピラリー部１を省略することもできる。
【００３７】
本発明に係る装置の設計概念はまた、キャピラリー系、注入部３，５，５Ａ−５Ｊ、分離経路２，４，４Ａ−４Ｊおよび供給および除去キャピラリー４４，４５をガラスまたは半導体材料、好ましくは単結晶シリコンのプレートに製造することを可能とする。分離経路は約１μｍないし約５００μｍの幅で、約０．１μｍないし約１０００μｍの深さの溝の形状にある。プレートは溝を有する側が蓋、好ましくはガラスの蓋で覆われていてもよい。蓋および／またはプレートには、流入および流出開口部２３，２４；４２，４３；４６−４８；１１，１２が第１および第２のキャリアー媒体、ならびに分離すべき物質混合物Ｓのために備えられている。それらは好ましくは連結キャピラリーを挿入するための開口部の形態である。
【００３８】
分離された物質混合物の個々の成分を検出するために、その成分に分離された物質混合物のための検出器（図示せず）が備えられている。該検出器は、例えばそれにより、分離された成分がある時点で２つの空間座標において２次元で検出される光学カメラである。また、物質混合物Ｓの分離された成分は空間および時間座標の検出による線型走査光学検出器を用いて検出されてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る装置および本発明に係る方法は、キャピラリー電気泳動システムにおいて非常に複雑な物質混合物の２次元電気泳動を可能にする。高い分離性能は２Ｄゲル電気泳動の場合に知られている長い分離時間および分析時間を要することなしに得られる。本発明の上記装置および方法は広範囲の用途を有する。キャリアー媒体の選択は分離すべき物質混合物に応じて決定される。ｐＨ勾配を用いて、または用いずに適当な電解質溶液またはゲルを使用することが可能である。「ジャーナル・オブ・クロマトグラフィー・ライブラリー」第５２巻，キャピラリー電気泳動，１９９２年，エルセビア・サイエンス・パブリッシャーズＢ．Ｖ．，１７３−１８３頁（“Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｌｉｂｒａｒｙ”−  Ｖｏｌ．  ５２，  Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，  １９９２  Ｅｌｓｅｖｉｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ  Ｂ．  Ｖ．，  ｐａｇｅｓ  １７３−１８３）には本発明に係る装置に使用され得るゲルの例が記載されている。小型化された装置は微小機械大量製造法および半導体産業から公知である大量製造法の使用を可能にする。結果として、本発明に係る装置は大量に比較的低コストで製造され得る。「分析チップ」の形態にある小型化された装置はさらに、電子部品、例えば分離経路に電場を生成するための電極のチップ上への集積を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分離装置の第１の実施態様を示す説明図である。
【図２】本発明に係る分離装置の第２の実施態様を示す説明図である。
【符号の説明】
２  第１の分離経路
３  第１の注入部
４  第２の分離経路
５  第２の注入部
Ｃ  第１のキャリアー媒体
Ｓ  物質混合物
Ｅ  第２のキャリアー媒体
α  第１の分離経路と第２の分離経路とのなす角度
【図１】
0003581939.tif 000002
【図２】
0003581939.tif 000003