(57)【要約】材料を、該材料の全体の速度が低下する領域中に移動させて、これらの低下速度領域内に材料の堆積を生じさせることにより、ミクロ流体チャンネル網内の材料を濃縮する方法。これらの方法、装置及びシステムは、向流流動法と同様、速度差を生じさせて微小規模のチャンネル内で材料を濃縮するため、静的流体界面を使用する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の検出を強化する方法であって：
第４チャンネルと交差しかつ流体連結した少なくとも第１、第２及び第３チャンネルと、少なくとも前記第１チャンネルに流体連通したサンプル材料の供給源とを備えたデバイスを提供し、前記第１チャンネルは、第２及び第３チャンネルの反対側で第２チャンネルと第４チャンネルとの交差点と第３チャンネルと第４チャンネルとの交差点との間に位置するチャンネル領域にて前記第４チャンネルと交差し；
低電導率緩衝液中に少なくとも第１の種を含む前記サンプル材料を第１チャンネルにローディングし、該サンプル材料を第４チャンネルを介して第２及び第３チャンネルに送り込み、それに付随して高電導率緩衝液の流体を第４チャンネルの両端から第２及び第３チャンネルにローディングし、それによりサンプル材料の低電導率緩衝液と高電導率緩衝液との少なくとも２つの流体界面を形成させ；そして
電場を第４チャンネル長に沿って印加して少なくとも前記第１の種を前記２つの流体界面の少なくとも一方にて濃縮することを含むことで前記第１の種の検出を強化する方法。
【請求項２】
前記サンプル材料が抗体／抗原混合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の種の濃度の増加により前記検出を強化する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記サンプル材料が少なくとも第１の種と第２の種を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第４チャンネルにおいて第１の種を第２の種から電気泳動で分離することにより前記検出をさらに強化する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の種をデバイスの検出領域以外の場所に輸送する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも第１の種が負に荷電している請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも第１の種が正に荷電している請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも第１の種が核酸を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも第１の種がポリペプチドを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記サンプル材料が異なる材料の混合物を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記電場を印加するステップが、前記少なくとも第１の種を少なくとも２倍濃縮するのに十分な大きさの電場を十分な時間印加するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電場を印加するステップが、前記第１の種を少なくとも５倍濃縮するのに十分な大きさの電場を十分な時間印加するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電場を印加するステップが、前記第１の種を少なくとも１０倍濃縮するのに十分な大きさの電場を十分な時間印加するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電場を印加するステップが、前記第１の種を少なくとも１００倍濃縮するのに十分な大きさの電場を十分な時間印加するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記高電導率緩衝液の流体を第４チャンネルの両端から第２及び第３チャンネルにローディングするステップが、高電導率緩衝液を第４チャンネルの両端から第２及び第３チャンネルに動電学的にローディングすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記高電導率緩衝液の流体を第４チャンネルの両端から第２及び第３チャンネルにローディングするステップが、高電導率緩衝液を第４チャンネルの両端から第２及び第３チャンネルに流体力学的にローディングすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の種が反対に荷電し、前記電場を印加するステップ中に前記第１の種が前記２つの流体界面の一方にて濃縮され、前記第２の種が前記２つの流体界面のもう一方にて濃縮される請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の背景
ミクロ流体装置及びシステムは、分析のスループット、試薬消費量の減少、データの正確性、自動化、分析操作の統合及び分析設備の縮小化という点で実質的な利点を与えるものとして発展してきた。これらの装置及びシステムは、マイクロリットル以下、更にはナノリットル以下の量の流体試料について分析を行う微小規模範囲内で操作することから、実質的な利点が得られる。これらのシステムは、このように小規模で操作するので、高価な試料をほぼ少量しか使わないこと、極めて短時間の枠内で材料を混合したり、反応させることができること、小型の統合システムで実施できる、例えば上流操作及び下流操作を実施できること、及び極めて簡単に自動化されることである。
【０００２】
ミクロ流体装置及びシステムは多数の実質的な利点を有するが、従来規模の分析に対して明確な利点が得られない一領域として、分析すべきサンプルが極めて低濃度でしか存在しない所がある。詳しくは、サンプル中の分析物の濃度が極めて低い所では、極めて少量の材料は、極めて少量の、対象分析物しか含有しないものである。材料のこのような量は、分析システムの検出限界に近いか或いは限界を下回る可能性がある。従来規模の操作では、材料を多量に供給し、分析前に従来の濃縮法を用いてほぼ濃縮できる。しかしこれら従来の濃縮法は、微小規模量の材料には役立たない。
【特許文献１】米国特許出願番号６０／１８４，３９０
【特許文献２】米国特許出願番号６０／２１６，７９３
【特許文献３】ＵＳＰ５，９５５，０２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、ミクロ流体領域中で操作するが、サンプル材料中の対象分析物を濃縮する濃縮操作を実施できる方法、装置及びシステムを提供できることが望ましい。本発明はこれら及びその他の各種要件を満足する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
第一の面では本発明は、少なくとも第一及び第二チャンネル部を供給する工程を含む、材料の濃縮方法を提供する。第二チャンネル部は、第一チャンネル部と交差すると共に流動可能に連絡している。第一チャンネル部は、少なくとも第一及び第二流体領域を有する。第一流体領域は、材料を含有すると共に第二流体よりも低い電導率を有する。第一及び第二流体は、第一のほぼ静的な界面において接触している。第一のほぼ静的な界面において材料を濃縮するため、第一チャンネルの第一及び第二流体領域に電場を印加する。
【０００５】
本発明の他の一面は、少なくとも第一及び第二流体領域を有する第一チャンネル部を供給する工程を含む、材料の濃縮方法を提供する。この材料は、第一流体領域では第一電気泳動速度を有すると共に、第二流体領域では第二電気泳動速度を有する。第二電気泳動速度は、第一及び第二流体領域の異なるイオン組成のため、第一電気泳動速度よりも遅い。第一及び第二流体は、第一のほぼ静的な界面において接触している。サンプル材料は、第一チャンネル部の第一流体領域を通って第二流体領域に電気泳動し、ここでサンプル材料を前記第一のほぼ静的界面において濃縮する。
【０００６】
本発明の他の一面は、材料の濃縮システムである。このシステムは、第一流体領域を有する第一チャンネル部と、第二流体領域を有する第二チャンネル部とを備える。これら第一及び第二チャンネル領域は、第一の流体接続点において接続している。第一流体領域は、材料を含有すると共に第二流体領域よりも低い電導率を有する。これら第一及び第二流体領域は、第一のほぼ静的な流体界面において接触している。第一チャンネル部の第一及び第二流体領域に電場を印加して、材料を第一のほぼ静的界面において濃縮するため、電力供給源が第一チャンネル部に操作可能に結合している。
【０００７】
発明の詳細な説明
Ｉ．一般
本発明は、一般にミクロ流体領域中で操作すると共に、対象材料を濃縮する能力、多くは、実質的に濃縮する能力を有する方法、装置及びシステムに向けたものである。特に本発明は、対象分析物を、チャンネル構造、好ましくは微小規模チャンネル構造内に含まれるほぼ静的な界面において濃縮する方法に向けたものである。
【０００８】
一般に本発明は、対象分析物が原動力、例えば電気泳動を受けると、異なる速度で移動するようなチャンネル構造内に２つの流体領域を供給することにより、分析物を濃縮する方法を提供する。第一流体領域は、チャンネル構造内の第一のほぼ静的な流体界面において第二流体領域と接しているか或いは交差している。対象分析物は、第二流体領域よりも実質的に速く第一流体領域内を移動する。材料を第一流体領域から第二チャンネル領域に向けて移動させることにより、分析物は、これら２つの流体領域の界面において効率的に濃縮される。これは分析物が界面に到達し横断して第二流体領域中に入ると、実質的に減速するからである。この“堆積”効果は、界面において分析物の実質的な濃縮を生じる。この効果をミクロ流体装置内の統合チャンネル網を通る制御された流体／材料の移動能力と組合せることにより、特定の材料を効果的に濃縮し、更には処理できる。
【０００９】
サンプルの堆積方法は、従来のゲル電気泳動システムで日常的に使用されている。この方法では、水溶液中の材料は、粘稠なゲルマトリックスの不存在下では該マトリックスの存在下の場合よりも動きが速い分析物のため、水溶液とゲルマトリックス間の界面において濃縮される。これに対し本発明は、単に分析物に付与された速度差によるだけではなく、チャンネル内のゲルマトリックスと水溶液との相対的な浸透性の差により濃縮機能を果たすものである。
【００１０】
例えば一面では本発明は、内部に少なくとも第一及び第二流体領域を配置した第一チャンネル部を供給する第一工程を含む、材料の濃縮方法を提供する。第一流体領域は、対象分析物が含まれる材料を含有する。対象分析物の第一流体領域の通過速度は、第二流体領域の通過速度よりも速い。この高速は通常、分析物の第一領域での電気泳動速度が第二領域での電気泳動速度よりも速い結果、生じる。本発明では、従来のゲル電気泳動方法とは異なるように、電気泳動の速度差は、好ましくは第一及び第二流体領域のイオン組成（make-up）の相対差により付与される。“異なるイオン組成”とは、第一及び第二流体領域に電場を印加した時、第一及び第二流体領域のイオン濃度及び／又は成分が分析物の電気泳動速度の相違を立証するのに充分な程度、相違することを意味する。ここで使用した電気泳動速度とは、電気泳動により生じた材料の線速度の尺度をいう。
【００１１】
例えば、第一領域は、例えば塩、緩衝剤等のイオン濃度が低いことから、第二流体領域よりも低い電導率を持っていてよい。この低い電導率により、第一流体領域の抵抗率は、第二流体領域よりも高くなる。第一領域の抵抗率は第二領域よりも高いため、大きな電圧勾配を生じる。電圧勾配が大きいほど、荷電種の電気泳動速度はますます速くなる。いったんこれらの荷電種、例えば対象分析物が第一及び第二流体領域の界面に達すると、第二流体領域に存在する小さい電圧勾配のため、減速する。これにより（例えば対象分析物が一旦この界面を通過すると）、界面又はその付近に、対象分析物の堆積が生じる。
【００１２】
関連の一側面では、本発明はまた、より低い電導率の緩衝液中に含まれるサンプル材料がより高い電導率の緩衝液領域により両側で囲まれた３つの流体領域を提供して高／低／高の電導率の流体領域を形成し、それにより、流体領域に電場を印加すると、サンプル材料又は分析物が高電導率緩衝液と低電導率緩衝液の静的界面にてサンプル又は分析物流の方向に堆積し、高度に濃縮され形成されたサンプル材料プラグを生成する方法を提供する。
【００１３】
上記に電導率及び／又は抵抗の相違について述べたように、異なるイオン組成もｐＨが相違する複数の流体領域を含み得る。このｐＨの相違は、２つの領域間で対象分析物の正味電荷に変化をもたらす可能性がある。詳しくは、分析物の正味電荷は、流体領域のｐＨと対象分析物の等電点（ｐＩ）との相違に従って変化し得る。流体領域のｐＨが対象材料の等電点から離れるほど、分析物はますます荷電する。また、ｐＨが等電点より高いか低いかは、分析物の正味電荷の性質、例えば正又は負に影響を与える。分析物の相対電荷の変化は、分析物の電気泳動易動度に実質的な影響を与える。詳しくは、分析物の電荷量の大きい材料は、電荷量がないか又は少ない同じ材料よりも速く電気泳動する。更に、電荷の性質は、電場内の材料の移動方向を指令する。
【００１４】
したがって本発明は、前述の堆積現象を用いて相互連結したチャンネル網内の材料を濃縮する方法、装置、システム及び方法を提供し、またこの濃縮材料を容易に処理できる方法で行う。
【００１５】
ＩＩ．方法
Ａ．静的界面濃縮
前述のように、少なくとも一面では本発明は、前記堆積現象を用いて材料を濃縮する方法に向けたものである。本発明方法は、一般に相互連結したチャンネル構造、例えば第一の流体接続点、例えば交差点又は共通のチャンネル領域において流動可能に連絡した少なくとも第一及び第二チャンネル部を有する統合装置内で行なうか又は供給する。第一チャンネル部には２つの流体領域を供給する。ここで第一流体領域は、第二流体領域とは異なるイオン組成を有する。これら２つの流体領域は、チャンネル内の流体界面において接触している。
【００１６】
第一流体界面は通常、完全な界面を構成しないで、２つの流体領域間に若干量の拡散が生じていてもよい。更に本発明では、この第一界面は、チャンネル構造内でほぼ静的である。“ほぼ静的”とは、特定の濃縮操作中、第一流体界面が、全体のチャンネル構造中の比較的小さいチャンネル領域内にほぼそのまま留まることを意味する。通常、ほぼ静的な界面は、所定の濃縮操作中、所定のチャンネル領域に沿っていずれかの方向に２ｍｍ以下、好ましくはいずれかの方向に１ｍｍ以下、更に好ましくはいずれかの方向に５００μｍ以下、多くの場合、いずれかの方向に１００μｍ以下移動する。
【００１７】
第一流体界面をほぼ静的に供給することにより、該界面によって付与された利益、例えば堆積による濃縮を特定の場所に局限することができる。濃縮材料の場合、この静的界面は、所望の濃縮を更なる処理又は方向に向けて行う場所に設置することができる。例えば幾つかの場合、静的界面は、チャンネルを主チャンネルと交差するチャンネルのほぼ入口又はその近くに設置することができる。次に、静的界面で濃縮された材料は、いずれも更なる処理及び／又は分析、例えば電気泳動分離のために、接続チャンネルに容易に向かう。語句“ほぼ設置される”は、界面が語句“ほぼ静的”を説明するために使用した場合と同じ特定度で設置される、即ち界面が通常、第一チャンネルと第二チャンネルとの交差点の２ｍｍ以内、好ましくは１ｍｍ以内、更に好ましくは５００μｍ以内、多くの場合、１００μｍ以内に設置されることを意味すると定義する。
【００１８】
静的界面の位置確立は、多くの方法により実施できる。例えば一態様では界面を規定する２つの流体は、所望の場所に界面が形成されるように、第一チャンネル部に連続的に導入できる。例えば１つのチャンネル片をまず第一流体で満たす。次に、この第一チャンネル片に第二流体を流し、これにより第二流体は、第一流体を置換する。この置換は、流体界面となる第二流体の前部が第一チャンネル内の所望の位置に到達するまで続ける。これは、例えば視覚的に、又は流体の屈折率又はその他の光学的特性の変化、例えば染料の存在を検出する光センサー等の自動測定システムを用いて任意に測定できる。或いは界面の検出は、チャンネル内に導入した電気化学センサー、例えば電導率及び／又はｐＨセンサーを用いて実施できる。代わりに、同時に３つの異なるチャンネルから流体を引き出して主チャンネルに入れることによって３個以上の流体領域間の流体界面を実現することもできる。その際、第１及び第３チャンネルは高電導率流体領域を主チャンネルに導入し、第２チャンネルは低電導率流体領域を主チャンネルに導入する。このように３つの流体領域を生成するメカニズムは図６Ａ〜Ｄに示されている。図示されているように、この態様では、低電導率緩衝液中に含まれる流体輸送のサンプル材料をそれぞれサイドチャンネル６７０及び６８０だけでなくチャンネル領域６６０にも動電学的に流入させるようにリザーバー６１０及び６２０に真空を印加することによって濃縮すべき材料がリザーバー６５０からチャンネル６６０に導入される。しかしながら、サンプル材料は、高電導率緩衝液をそれぞれリザーバー６３０及び６４０からチャンネル領域６８２及び６８４に流入させることによって高電導率緩衝液の２つの流体領域により閉じ込められた低電導率緩衝液の流体領域中に閉じ込められ、それにより、サンプル流体領域は流体界面６９０（ａ）及び６９０（ｂ）を形成する両側にて高電導率緩衝液領域により囲まれる。サンプル材料流がリザーバー６４０に向かって流れるように流体領域に電場を印加し、低電導率流体領域のリーディング端部６９０（ｂ）とチャンネル領域６８４中の高電導率緩衝液との間に静的界面を形成する。さらに、逆に荷電した分析物分子をもう一方の界面６９０（ａ）にて同時に堆積させる。
【００１９】
このサンプルローディング技術（及び下記記載のそれに続く濃縮技術）の利点は、チャンネル６７０と６８０との距離“ｄ”を制御すること、及び／又はチャンネル６８２、６８４を通りかつ／又はリザーバー６５０からの緩衝溶液の流速を制御することによってサンプルプラグのサイズを正確に制御できることである。例えば、図６Ｂ中のサンプルプラグのサイズは、ピンチング、又はチャンネル６８２及び６８４からの高電導率緩衝液のサイドフローが存在しない場合には、チャンネル６７０と６８０との間の距離“ｄ”によって定まり、そして、それぞれリザーバー６３０及び６４０からチャンネル６８２及び６８４を介した高電導率緩衝液の流速を制御することによって流体力学的に集束させて更にコンパクトなプラグサイズにできる。次にこの所望のサンプルプラグをチャンネル６８２及び６８４の一つに送り、さらなる操作又は分析、例えば下記記載の濃縮操作とその後の例えば図７に関して下記記載の電気泳動分離に供することができる。上記サンプルローディング技術はまた、上述した圧力（又は真空）駆動式流体制御とは対照的に（又は組み合わせて）動電学的な流体制御を用いることによって実行できる。この態様では、リザーバー６２０及び６５０に（例えばそれらのリザーバー中の流体に適当な電極を接触させて配置することにより）電圧（又は電流）を印加してサンプルプラグをチャンネル片６６０にロードすることができる。動電学的な流体制御の使用ではまた、サンプルのピンチング中に静的界面６９０ａ及び６９０ｂでのサンプルの希釈を最小にすることにより高度に再現可能なサンプル容量プラグが提供される。サンプルプラグの閉じ込め及びローディングの後、リザーバー６１０、６２０及び６５０はフローティング（例えば電圧又は電流がゼロに設定される）にし、リザーバー６３０と６４０間の印加電位によってサンプルプラグがそれらのリザーバーの一つに向かって流れ電気泳動してサンプルプラグをその成分種に分離させることができる。
【００２０】
好ましい面では界面は、第一チャンネルと第二チャンネルとのほぼ交差点に設置し、これにより交差点に至るまで及び／又は交差点を通過する第一及び第二流体の流れを制御して、界面をほぼ交差点において規定することができる。このような界面の設置方法の簡単な概略説明図を図１Ａ〜１Ｅに示す。図１Ａに示すように、第一チャンネル部１００及び第二チャンネル部１０２が与えられ、第二チャンネル部が第一流体接続点１０４において第一チャンネル部と交差する。一面では、両チャンネル部は、前述のような第一イオン組成を有する第一流体１０８で満たす。これを図１Ｂの矢印１０６で示す。次に第二流体１１０は、第一チャンネル１００の一部、例えば片１００ｂ中に流し、更に図１Ｃの矢印１１２で示すように、第二チャンネル中に流して、これら２つの流体が互いに接触する界面１１４を確立する。
【００２１】
チャンネル内の流体の流れは通常、流れの供給源から正圧を加えるか、或いは流れの目的地に負圧を加えることにより達成される。交差点を通る第二流体１１０の流れ制御は、一般にチャンネル部１００ａから流体接続点１０４中に僅かな量の流れを加えて、第二流体のチャンネル部１００ａへの進行を防止することにより達成される。或いは、チャンネル部１００ｂ又は第二チャンネル１０２のいずれかからチャンネル部１００ａに入る過剰な流体流を防止するため、チャンネル部１００ａ内に物理的なバリヤーを設けてもよい。特に好ましい物理的バリヤーは、流体接続点１０４に接続した複数のチャンネル又はチャンネル部の残部に比べて浅いチャンネル部１００ａを供給することである。通常、チャンネル部１００ａは、流体接続点で連絡する他の複数のチャンネル部の深さの半分未満、好ましくは他の複数のチャンネル部の深さの１／５未満である。要するに、チャンネルの深さが浅くなると、該チャンネル中の流れ抵抗が３乗で増大する一方、電気抵抗、したがって材料の電気泳動的移動が直線的に増大するだけである。こうして、材料の電気泳動流を過度に変えることなく、すばらしく大きなバリヤーを圧力による流れに使用できる。こうして流体界面の設立を可能にするばかりでなく、界面をほぼ静的な位置に容易に維持できる。
【００２２】
しかし、好ましい面では静的界面（１つ又は複数）の設立及び維持は、流体接続点で連絡する複数のチャンネルを通る流体流の制御された適用により制御される。複数の流体流の同時制御は、一般にチャンネル片の各々に同時に圧力差を加えることにより制御される。このようなマルチチャンネル圧による流れ制御用のシステム及び方法は、２０００年２月２３日出願の米国特許出願番号６０／１８４，３９０及び２０００年７月７日出願の同６０／２１６，７９３に詳細に記載されている。上記各出願は、あらゆる目的のためその全体をここに援用した。要するに、このような制御は、複数のチャンネル部の各々の開放端に操作可能に連結した別々の圧力ポンプ又はポンプ出口、例えば注入器又はその他の容積移送式ポンプを利用している。圧力は選択的に加え、また圧力のフィードバックは、チャンネル内又はチャンネル間で所望の流れ分布を達成するためモニターする。
【００２３】
いったん第一チャンネル１００内の第一及び第二流体間にほぼ静的界面が確立すれば、濃縮すべきサンプル材料を第一チャンネル部１００ａ中に導入する。次に、チャンネル部１００ａ及び１００ｂ内の第一及び第二流体領域にそれぞれ例えば電極１１８により電場を印加する。第一及び第二流体を通るサンプル材料の電気泳動速度差により、ほぼ界面１１４においてサンプル材料が濃縮された領域が生じる。図６Ａ〜６Ｄに示す例では、リザーバー６３０からリザーバー６４０に電位を印加することによって３つの流体領域に電場が印加される。流体領域６９２及び６９４を通るサンプル材料の電気泳動易動度の差により、リザーバー６３０及び６４０を介して印加される印加電場の方向とサンプル材料又は分析物の電荷とに依存して分析物又はサンプル材料が静的界面６９０ｂ又は６９０ａにて堆積する。
【００２４】
図１Ａ〜１Ｅ及び図６Ａ〜Ｄに示す実施例では、濃縮された材料は、最終的に更なる処理又は分析のため、サイドチャンネル中に方向転換することができる。例えば図１Ａ〜１Ｅに関して材料は、医療候補スクリーン中の生化学システムの成分と組合せるか、或いは材料をその成分種に例えば電気泳動的に分離するため、第二チャンネル１０２中に置いたふるい分け用マトリックスを経由して輸送することができる。
【００２５】
第一及び第二流体領域に印加する電場の性質、例えば電流の方向及び大きさは、一般に、濃縮の所望速度ばかりでなく、濃縮すべき材料の電荷の性質によって決まる。例えば正荷電の種に対しては、電流は通常、このサンプル材料を含む第一流体領域に流し（正電極から負電極に）、次いで第二流体領域に入れる。この印加電流下では、正荷電材料は、第一流体領域から第二流体領域との界面に向かって移動する。負荷電種は電流とは反対方向に電気泳動するので、負荷電の材料に対しては通常、逆の電流が印加される。
【００２６】
電場の存在下では、対象チャンネル片内の電気浸透流は、対向流、例えば圧力による流れの使用及び／又はチャンネル内に表面電荷を発生する電気浸透流の遮蔽等、多くの手段のいずれかにより最小になる。以下、これらの手段を詳細に説明する。
【００２７】
ここで説明した方法を用いて達成できる濃縮レベルは、主として異なる流体界面において接触する２つ以上の流体領域中のイオン含有量比によってのみ制限される。異なる電導率を有する複数の流体領域の場合、第一流体は、第二流体の電導率よりも５０％を越えただけ低い電導率、好ましくは第二流体よりも８０％を越えただけ低い電導率、更に好ましくは第二流体領域よりも９０％を越えただけ低い電導率、幾つかの場合は、第二流体領域の電導率よりも９９％を越えただけ低い電導率を有し、例えば第一流体の電導率は第二流体領域の電導率の１％未満である。イオン組成の相違により通常、第一流体領域の電圧勾配は、第二流体領域の電圧勾配の少なくとも２倍、少なくとも５倍、更には少なくとも１０倍も又は１００倍も大きくなる。
【００２８】
実際に、第一流体領域中のサンプル材料の濃度に対して少なくとも２倍、５倍、１０倍、２０倍、５０倍、１００倍及びそれ以上であるサンプル材料の濃度は、ここで説明した方法を用いて達成できる。
【００２９】
公知の堆積方法の限界の１つは、流体サンプル材料中に存在し得る望ましい材料の濃縮と共に望ましくない材料も濃縮されることであった。本発明のさらなる利点は、二重流体輸送制御システムを用いて実現される固有の利点であり、例えば圧力又は真空を用いてチャンネル中へのサンプル材料のローディングのようなプロセスの最初のステップを実行することにより流体力学的な流れを使用し、次に動電学的な流れを用いて流体サンプル中に含まれる異なる材料をチャンネル中で電気泳動し分離させることができる。したがって、種々の材料の電気泳動易動度及び速度の差を利用して対象材料を濃縮し異なるチャンネル領域に分離し、別の操作又は分析に供することができ、場合よっては濃縮した材料を収集用の外部容器に分配することもできる。
【００３０】
一般に、本発明の方法は、デバイスのミクロチャンネルの領域への流体サンプル材料の導入又はローディングのために流体力学的な流れを活用する。一般に動電学的な流れは、サンプル材料中の所与の材料の電気泳動分離及び濃縮を生じさせるのに用いられる。例えば、共有の同時係属出願第６０／３８１３０６号（出願日２００２年５月１７日）には、選択的イオン抽出と称される技術が詳細に記載されている。選択的イオン抽出とは、流体力学的な流れと動電学的な流れとの組み合わせを用いることにより流体材料中に含まれる材料を選択的に抽出する方法である。第６０／３８１３０６号の開示内容の全体をあらゆる目的のためここで援用する。
【００３１】
Ｂ．向流堆積
前述の静的界面堆積方法の代替方法として、本発明は向流堆積及び濃縮方法にも向けたものである。向流電気泳動は、毛管電気泳動において分離効率を高める手段として過去に使用されてきた。しかし本発明では、サンプル材料を濃縮するため、電気泳動流の方向とは逆の向流の流れが使用される。次に、濃縮したサンプル材料は、更なる処理を行うことができる。
【００３２】
本発明の向流方法は、チャンネル片内のバルク流体フローを第一方向で用いる。このチャンネルに電場を印加して、反対方向に電気泳動移動を起こさせる。バルク流体フローを調節して、電気泳動移動に精密に又はほぼ精密に対抗することにより、サンプル材料がバルクフローの流体中に入る点において、電気泳動的に移動したサンプル材料の“積み重ね”又は堆積作用を行うことができる。いったん所望の濃度が達成されれば、濃縮材料は、例えばバルクフローの流れ中に試薬を導入するか、バルクフローの流れから濃縮材料を方向転換させるか、或いはバルクフローを停めて更にサンプル材料を処理することにより、更なる処理を行うことができる。一般にバルク流体フローは、流体を満たしたチャンネルへの圧力又は真空の適用、チャンネル中へのミクロポンプ及び／又はバルブの組み入れ、遠心流体移動法、重力流動システム、吸い上げ（wicking）／毛管力駆動システム及び／又は動電流体移動法、例えば電気浸透、等の各種公知方法のいずれによっても達成できる。
【００３３】
本発明の向流堆積方法を図４Ａ及び４Ｂで説明する。図４Ａに示すように、これらの方法は、主濃縮チャンネル片４０２を有するチャンネル網４００を使用する。２つのチャンネル片４０４、４０６は、濃縮チャンネル片４０２のいずれかの一端に、この主チャンネル片と流動可能に連絡して設けられ、実線の矢印（図４Ｂに示す）で示すような第一方向のバルク流体フローを与える。第二セットのチャンネル片４０８、４１０も濃縮チャンネル片４０２の対向端に流動可能に連絡して設けられ、濃縮チャンネル片４０２中の荷電種に対しバルク流体フローとは逆の方向に電気泳動移動（ダッシュの矢印で示す）を与える。一方向のバルク流体フローと他方向の電気泳動移動との組合せにより、チャンネル片４０２中に荷電種の蓄積が生じる。いったん所望の濃縮レベルが達成されれば、上記２つの原動力の一方、例えばバルク又は電気泳動を止めて、他方の力を優先させ、チャンネル片４０２から濃縮材料を追い出す。次に、濃縮材料は、例えば前述のように更に処理する。電気泳動又はバルク流体フローの相対レベルは、本発明の静的界面濃縮方法を行う際に使用した同じシステムを用いて得られる。
【００３４】
ＩＩＩ．装置
本発明は、前記方法を実施するのに有用な装置を含む。要するに、本発明の装置は、少なくとも第一及び第二チャンネルを備え、第二チャンネルは、第一流体接続点において第一チャンネルと交差すると共に流動可能に連絡している。第一流体接続点は、第一チャンネルの末端よりもむしろ第一チャンネルの長さに沿って配置される。第一及び第二チャンネルとして説明したが、このようなチャンネルは普遍化して図１に示すように多数のチャンネル部又はチャンネル片という用語で説明できることは理解されよう。例えば図１に示す第一チャンネル１００は、第一流体接続点１０４において流動可能に連絡する２つのチャンネル部１００ａ、１００ｂを有する。
【００３５】
本発明と関連して、図１に示すような簡単な２つのチャンネルの“Ｔ”接続から、更に遥かに複雑なチャンネル網まで、各種の異なるチャンネルレイアウトが使用できる。各種異なるチャンネル網の複雑性や設計は、実際の濃縮工程の前後のサンプル材料に対する所望の処理によって指定されることが多い。二、三の好例のチャンネル網構成を、本発明の性質を説明する目的で以下に説明する。
【００３６】
一般に本発明のチャンネル含有装置は、平坦な積層構造を有し、従来のミクロ製作技術、例えばシリカベース基板の写真平版や化学エッチング、及びポリマー基板製造での射出成形、型押し又はレーザー融除技術を用いてチャンネル網をミクロ製作できる。通常、チャンネルは第一基板層の平面に溝として製作される。次に、第二の基板層を第一基板層に重ねて接着し、更に封止チャンネルを規定するため、第一層の溝を覆い、封止する。通常、これら基板層の少なくとも１つに孔を設け、積層装置の内側に配置されるチャンネルへのアクセスポート又はリザーバーとなるように孔を配置する。これらのポート又はリザーバーは、流体を装置のチャンネルに導入するためのアクセスとなる上、装置のチャンネル用圧力ポートまたは電気アクセス点ともなる。
【００３７】
本発明装置の内部にも通常、第一及び第二流体領域が配置され、これらの領域はほぼ静的な第一流体界面において接触している。この流体界面は通常、ほぼ第一流体接続点に設置する。
【００３８】
図２は、本発明の濃縮機能を用いた第一の好例の装置構造を示す。特に図２Ａに示すように、装置は簡単な十字交差点を有するチャンネル幾何配列、例えば交差点又は第一流体接続点２０６において互いに交差すると共に流動可能に連絡する２つのチャンネル２０２、２０４を備える。この幾何配列は、第一流体接続点２０６において連絡する４つのチャンネル片（２０２ａ、２０２ｂ、２０４ａ、２０４ｂ）という用語で任意に説明される。サンプル材料を濃縮できる大きい領域を得るため、例えば十字チャンネル片（例えば２０２Ａ、２０２Ｂ）が主チャンネル２０４に接続する点を食い違わせることにより、流体接続点は容易に拡大できる。
【００３９】
図２Ｂは、静的流体界面２０８を有するチャンネルを示す。ここで領域２１０（ハッチングで示す）は、第一イオン組成、例えば比較的低い電導率を有し、また領域２１２（クロスハッチングで示す）は、第二イオン組成、例えば比較的高い電導率を有する。流体界面を確立するため、第一流体接続点２０６において連絡する全てのチャンネル片２０２ａ、２０２ｂ、２０４ａ、２０４ｂは、第一流体２１０で満たす。次に、例えば第二流体をチャンネル片２０４ａ経由で流体接続点２０６中にポンプで送り、第二流体だけが片２０２ｂ、２０４ｂ中に流れるように、接続点２０６において流れを制御することにより、第二流体２１２をこれらチャンネル片の全てではなく、１つのチャンネル片中に輸送する。これにより、図２Ｂに示すように、内部の指定位置に静的流体界面２０８を有するチャンネル網が得られる。或いは、まずチャンネル構造全体を第二流体で満たすことができる。次に、このサンプル装荷用チャンネル片、例えばチャンネル片２０２ａ中に第一流体を導入し、流体界面が所望の位置に達するまで前進させる。
【００４０】
図２Ｃに示すチャンネルレイアウトについては、静的流体界面は、図２Ｂで行った場合とほぼ同じ方法で達成される。特に、好ましい面では、全てのチャンネル片を第一流体で満たす。次に、例えば第二流体をその他のチャンネル片の１つ、例えば片２０４ａに導入することにより、第二流体をこのサンプル装荷用チャンネル片、例えば２０２ａを除く全てのチャンネル片中に装荷し、更に、流体接続点２０６において流れを制御することにより、装荷用チャンネル２０２ａを除く全てのチャンネル片に第二流体を流す。再び代替法として、全てのチャンネルを第二流体で満たした後、１個のチャンネル片、例えば２０２ａに第一流体を導入し、この第一及び第二流体の界面が所望の位置に達するまで前進させる。
【００４１】
流体界面を静的又はほぼ静的な場所に維持するには、前述のような多数の方法及び方法の組合せにより達成でき、これにより静的界面の場所を通るバルク流体フローは、除去又はほぼ除去される。動電輸送を利用するミクロ流体システムでは、バルク流体フローは多数の供給源から生じることができる。第一に、バルク流体フローは、チャンネル片の長さに渡って存在し、このチャンネル片にバルク流体フローを押し込む静水圧勾配から生じ得る。このような静水圧勾配は、チャンネルの一端対他端での高い流体レベル、チャンネルの一端に向かって流体を引く毛管力、チャンネルの一端対他端での高圧の存在等により生じ得る。動電システムでは、バルク流体フローは、チャンネル内の流体の電気浸透によっても生じ得る。要するに、チャンネルが荷電内面を持つ場合、このチャンネル内に配置された水性流体に電場を印加すると、適切な条件下ではこのチャンネルにバルク流体移動が生じ得る。ＵＳＰ５，８５８，１９５参照。
【００４２】
静水圧流体流の除去は、対象チャンネル片に存在する圧力差を除くか、或いは減殺することにより、容易に達成される。この除去は、チャンネルの対向端での流体の高度差を除くか、或いは対向するチャンネル端の一方又は両方に加える圧力を、これらチャンネル内でバルク流体移動がなくなるよう調整することにより、達成できる。
【００４３】
電気浸透流の除去も同様に、幾つかの手段により達成できる。好ましい面では、電気浸透流は、電気浸透流が生じ得ないようチャンネル内面上に存在する電荷を遮蔽することにより、除去される。電荷の遮蔽は、使用前にチャンネルを化学処理すること、チャンネル表面と結合して電荷を遮蔽する動的コーティングをチャンネルに加えること、チャンネル中のいかなる有効な表面電荷も除去するように流体特性、例えばｐＨを調節すること、及び／又は粘稠な流れ抵抗によっていかなる電気浸透流も減殺するように、チャンネル内に粘稠増大性要素を添加することにより、達成できる。特に好ましい面では、対象チャンネル片に、チャンネル表面と結合する上、流体の粘度を増大させる動的コーティングが使用される。これらの動的コーティングは、巨大分子の分離用ふるい分けマトリックスを与えるという別の利点もある。特に好ましい動的コーティングとしては、例えば線状ポリマー、即ち線状ポリアクリルアミド、ジメチルアクリルアミド及びその荷電誘導体が挙げられる（ＵＳＰ５，９４８，２２７参照）。好ましい面では、動的コーティングを使用する他、バルクフローは、チャンネルの対向端部の圧力を調整して、いかなる流体流もほぼ除去することによっても制御される。更に前述のように、各種チャンネル片を異なる深さにしても、相互連結したチャンネル内で流体流の相対レベルを制御する、例えば電気泳動材料の移動をほぼ減衰させることなく、バルク流体フローをほぼ減衰させるのに役立つ。
【００４４】
図２に示す装置において、いったん静的界面が確立されれば、例えば第二流体領域２１２よりも低い電導率を有する第一流体領域２１０中にサンプル材料を導入する。この導入は通常、サンプル材料を例えば片２０２ａの非交差側の一端に配置した連携リザーバー（図示せず）経由でチャンネル片２０２ａ中に導入することにより、達成される。次に、チャンネル片２０２ａの第一流体領域及びチャンネル片２０２ｂの第二流体領域に例えば図２Ｂに概略的に示す電極２１４、２１６経由で第一電場を印加する。この電場により、チャンネル片２０２ａ中のサンプル材料の流体界面２０８への電気泳動が生じる。いったんサンプル材料が界面２０８を渡ると、その電気泳動速度は、第二流体領域２１２の異なるイオン含有量により実質的に低下する。この遅い速度により、第二流体領域中の界面で又は界面のすぐ後でサンプル材料の濃縮又は堆積が生じる。
【００４５】
いったん静的界面において所望の濃縮が達成されれば、この濃縮材料は、更なる処理を受けることができる。図示の装置の場合、好例の更なる処理は、濃縮材料を、分離マトリックス、例えば動的コーティング（前述のようにチャンネル網全体に配置した）を配置した分離チャンネル、例えばチャンネル片２０４ｂ中に方向転換させるものである。濃縮材料の方向転換は通常、濃縮材料が交差点又は流体接続点２０６からチャンネル片２０４ｂ中に移動するように、第一電場をチャンネル２０２からチャンネル２０４にシフトするというものである。チャンネル２０２中に存在するいかなる別の材料も押し戻して、別の材料の漏れによるチャンネル２０４ｂでの分離の汚染を防止するには、更に別の電場が存在していてもよい。同様に、濃縮中、流体接続点内の濃縮詰まり（plug）を阻止又は抑制するため、更に別の電場を印加してもよい。相互連結したチャンネル網での抑制兼引き戻し電場の使用については、ＵＳＰ５，８５８，１９５に詳細に説明されている。この特許はその全体をここに援用した。
【００４６】
濃縮材料がチャンネル片２０４ｂ中で分離マトリックスを通って電気泳動的に移動すると、この濃縮材料は、構成要素の束、例えばサイズの異なる核酸の束に分離される。次に、分離した複数の束は、チャンネル片２０４ｂ又は接続したチャンネル沿いの位置で例えばサンプル材料に関連する標識により検出される。サンプル材料は、分離チャンネルに注入される際、更に濃縮されるので、各分離束内は一層高い濃度となり、したがってこれらの束は一層検出し易くなる。
【００４７】
図３は、ここで説明した濃縮方法を行うための一層複雑なチャンネル幾何配列の概略図である。特にチャンネルレイアウト３００は、サンプル装荷用チャンネル片、例えば３０２ａ、３０２ｂを有する。これらの装荷用チャンネル片は、チャンネル片３０４ａ、３０４ｂに接続し、またチャンネル片３０４ａ、３０４ｂは、流体接続点３０６（ここではチャンネル片３０６として示す）により互いに接続している。第二流体、例えば高電導率の緩衝液用の別途の供給源を与えて、静的界面の設立を容易にするため、別のチャンネル片３０２ｃを流体接続点３０６に接続、供給する（下記参照）。特にこのチャンネル構成は、チャンネル片３０４ａ、３０４ｂばかりでなく、チャンネル３０２ｃ内に第二流体を供給する他は、図２Ｃについてほぼ説明した通り機能する。次にチャンネル片３０２ａ中のサンプル材料に電場を印加し、これによりサンプル材料は、流体接続点３０６の第二流体領域中で濃縮される。次に濃縮材料は、前述のような方法で更に処理するため、チャンネル片３０４ｂの方に下向きにする。
【００４８】
追加の高電導率緩衝液供給源チャンネル、例えばチャンネル３０２ｃを設けると、静的界面の設立は、図３Ａに示すチャンネル網では容易である。この設立を図３Ｂに概略的に示す。特に図示のように、チャンネル網全体をまず第一流体３１０、例えば低イオン強度の流体（ハッチングで示す）で満たす。次に、第二流体３１２（クロスハッチングで示す）をチャンネル３０２ｂ、３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃに向けるだけである。流体接続点での流れ制御も、例えば第二流体をチャンネル３０４ａ、３０４ｃ中に流すことにより、接続点で接続する種々のチャンネル中の流れを調節するという簡単な事である。流体界面３０８の移動を防止するため、僅かな量の流れもチャンネル３０２ａを通して任意に利用される。この設立に従って、流体接続点３０６に主静的界面３０８が確立される。次に、サンプル材料は、サンプルチャンネル３０２ａ（及び任意に３０２ｃ）から電気泳動して流体接続点３０６中に入り、ここで材料は静的界面３０８を越えると直ぐ濃縮される。次に濃縮材料は、更なる処理又は分析のため、接続したチャンネル片、例えば３０４ｂ中に任意に輸送される。
【００４９】
図７は、高スループットシステムと共に使用する本発明の濃縮方法に適したミクロ流体デバイスの別のチャンネル構成を示す。図７に示されるように、デバイス７００は流体サンプル材料の供給源に流体連通したピペット又はキャピラリー７２６などの流体インターフェースを備える。真空をリザーバー７１０及び７１２に印加しかつ残りのリザーバーの圧力を大気圧に維持することによって、キャピラリーを通ってサンプル材料を吸い上げてデバイスのチャンネル網に入れる。“オンチップ”反応を持続させてデバイスのミクロ流体チャンネル網内で異なる材料を反応させ分析するために、場合によってはリザーバー７２４を用いて試薬又は材料を導入してキャピラリー７２６を通して吸い上げられたサンプル材料と相互作用させることもできる。例えば、抗体／抗原アッセイでは、リザーバー７２４を用いて低塩流体中に含まれる抗体をチャンネル領域７２８を介して導入しつつ、キャピラリー７２６を介して低塩サンプル流体に抗原を吸い上げることもできる。抗体と抗原は混合物を形成し反応チャンネル領域７３０中で培養される。リザーバー７１２及び７１４を真空に維持しつつデバイス中に示された種々のリザーバーの圧力を同時に制御することによって、チャンネル領域７３０内の流れ及び滞留時間を制御する。リザーバー７１８、７２２及び７１６は高塩ゲルで充填され、それによりこれらのリザーバーからの流れによりチャンネル領域７４２、７３６及び７４６が高塩ゲルで充填される。その結果、チャンネル領域７３６、７４２及び７４６夫々からの流れにより生じるピンチングゆえに、反応混合物がチャンネル領域７３２及び７３４内に良好に規定される。この点で、リザーバー７１０及び７１２の圧力は大気圧に設定され、リザーバー７１６とリザーバー７１８の間に電位が印加される。電位の印加により、反応混合物中に含まれる様々な種が低塩領域から高塩領域に流され、図７に示されたリーディング静的流体界面７６０に沿って該材料を濃縮させる。次に、実質的に均一な電場中で、すなわちチャンネル片７４２内に含まれる実質的に均一な高塩領域中で様々な種の分離を低塩領域７３２及び７３４からの実質的なクロスフロー汚染なしに実行することによってシステムの効率を向上させるべく、リザーバー７１６とリザーバー７１８間にあった電位をリザーバー７２２とリザーバー７１８間にシフトさせる。分離した材料は分離チャンネル７４２に沿って流れ検出領域を通過するので、高度に濃縮され分離された材料が容易に検出できる。
【００５０】
適宜、本発明の方法では、望ましくない材料をデバイスの異なる領域に方向付けて検出領域から離すことにより検出感度をさらに強化する。上述したように、上記援用した共有の同時係属出願第６０／３８１３０６号（出願日２００２年５月１７日）には、流体力学的な流れと動電学的な流れとを組み合わせて用いて望ましくない材料はデバイスの異なる領域／チャンネルに向けつつ選択的に材料を抽出してデバイスの特定の領域／チャンネルに向ける選択的イオン抽出方法が記載されている。
【００５１】
図４は、本発明の向流濃縮方法を行うのに有用なチャンネル構造を概略的に示す。前記静的界面方法と同様、これらの向流方法は、所望の濃縮を達成するため、１つのチャンネル片中のサンプル材料の速度シフトに依存する。しかしこれらの方法では、速度シフトは、主として反対方向、例えば電気泳動の移動方向とは反対方向のバルク流体フローによるものである。図４Ａに示すように、主チャンネル４０２は、２つの異なる点で主チャンネル４０２と交差する２つの横チャンネル４０４、４０６を備える。この主チャンネルは、圧力供給源又はその他のバルクフローシステム、例えば電気浸透圧ポンプ、圧力又は真空ポンプ、又はマニホールド等に結合している。横チャンネルは各々、チャンネル片４０２経由でチャンネル４０４、４０６中に電場を印加するため、電極４１６、４１８経由で電力供給源に結合している。
【００５２】
図４Ｂに示すように、流体は、チャンネル４０２内を第一方向、例えばダッシュの矢印で示す方向にバルクフローさせる。次に、サンプル材料を横チャンネル４０４からチャンネル４０６に向けて実線の矢印で示すように、バルク流体フローとは反対方向にチャンネル４０２中に電気泳動的に導入する。電気泳動速度の大きさは、前述のように、バルクフローとは反対方向のバルクフローの速度の大きさを丁度打ち消すのに充分な大きさか、又はバルクフローの速度の大きさを少し越える。こうして、主チャンネル中の移動流体の電気泳動速度は、流体自体の絶対速度と同じか又は僅かに速い。
【００５３】
いったんサンプル材料がチャンネル４０２中の流動流に到着すれば、サンプル材料は、チャンネル４０２内、例えば片４０２ａで堆積する点まで遅くする。サンプル材料のバルクフロー及び電気泳動流は、サンプル材料がチャンネル片４０２ａ中に流れるが、バルクフローで掃除されないように選択する。通常、バルク流体の速度は、バルクフローの不存在下でのサンプル材料の電気泳動速度よりも僅かに遅い。これによりチャンネル片４０２ａ中でサンプル材料の蓄積が生じる。いったん所望量の濃縮が達成されれば、次に濃縮材料は、更なる処理又は分析のため、接続チャンネル、例えば片４０２ｂ又は４０２ｃ中に移動させる。サンプル材料の接続チャンネル片への移動は通常、例えばバルクフローがチャンネル片４０２ａからサンプル材料を移動させるよう電場を除去するか、或いはバルクフローの方向を切り換えることにより、電気泳動流を止めることを伴う。
【００５４】
ＩＶ．システム
本発明方法に従って本発明の装置を操作するには通常、例えば装置のチャンネル内で流体の移動及び動電力を駆動すると共に、任意に装置内で静的流体界面を維持するための別の制御エレメントを必要とする。これらのエレメントは、装置自体に組み入れることができるが、安価で柔軟性のある装置及び利用に対して関心を寄せるなら、通常、装置が脱着可能で、かつ使い捨ての部品である全体のシステムに、これらのエレメントを含むことになるはずである。特に本発明の装置は通常、圧力流動システム、例えばポンプ及び任意の切り換えマニホールドや、使用中の装置に用いる適切なインターフェースばかりでなく、電力供給源も備えた制御又はベースユニット上に脱着可能に載荷され、かつ該ユニットとインターフェースされる。このようなシステムの例は、ＵＳＰ５，９５５，０２８に記載されている。この特許は、あらゆる目的のためその全体をここに援用した。
【００５５】
制御面の他、全体のシステムは、実施中の分析の進行をモニターするための検出器も任意に備える。通常、このような検出器は、光学検出器（例えばエピフルオレセント検出器）、電気化学検出器（例えばｐＨセンサー、電導率センサー等）、及び熱センサー（例えばＩＣ熱センサー、熱電対、サーミスタ）等から選択される。これらの検出器も、システムに装置を配置した際、例えば光信号用装置の検出窓を介し、又は装置のチャンネル内に組み入れ、適切な電気接続によりシステムに連結したセンサーを介して、システムと適切にインターフェースされる。
【００５６】
特に好ましい面では、コントローラ機器の使用には、電気供給源ばかりでなく、圧力及び／又は真空供給源の両方を含み、圧力及び／又は真空供給源は全て、サンプル材料を電気泳動的に濃縮可能にすると共に、バルク流体の制御、例えば移動又は移動の減衰を可能にするように、これら圧力及び／又は真空供給を微小規模チャンネル網と操作可能に接続するための適切なインターフェースに結合している。
【実施例】
【００５７】
Ｖ．実施例
本発明を以下の非限定的実施例について更に説明する。
ガラス基板中に、１個の十字交差チャンネル網、例えば１個の流体接続点と連絡する４つのチャンネル片を設けた。これらのチャンネルは、電気浸透流を除去するか、又は実質的に減衰させるため、ポリジメチルアクリルアミド（ＰＤＭＡ）又はポリエチレングリコールで処理した。
【００５８】
これらチャンネル片の交差していない末端を装置表面にある流体リザーバーに接続した。２つの緩衝液を調製した。高電導率緩衝液は、１００ｍＭのＨＥＰＥＳ及び２００ｍＭのＮａＣｌであり、一方、低電導率緩衝液は、０．５ｍＭのＨＥＰＥＳ及び１ｍＭのＮａＣｌである。不純物及びその他の汚染物のため、これら２つの緩衝液の電導率比は、予測した２００：１でななく、約１４０：１であった。
【００５９】
検出可能な荷電サンプル材料として使用するため、２つの染料、フルオレッセンナトリウム塩及びフルオレッセン標識ポリペプチド、約５ｍＭを低電導率緩衝液中に混合した。この低電導率緩衝液を１つのリザーバー中に入れ、これをチャンネル網全体に吸い上げることにより、チャンネル網全体を低電導率緩衝液で満たした。次に、高電導率緩衝液を残りの３つのリザーバーに入れた。次に、このチップをマルチポート圧力コントローラインターフェースの中に置いた。このインターフェースは、４つの各リザーバーに加える圧力を同時に制御するものである。緩衝液のチャンネル幾何配列及び粘度を知ることにより、所要圧力を計算して、所望の流速を達成することができる（先に援用した米国仮特許出願番号６０／１８４，３９０及び６０／２１６，７９３参照）。このシステムでは、高電導率緩衝液は２つのチャンネル片を介して交差点に流し、第三のチャンネル片に流出させながら、第四チャンネルに低電導率緩衝液界面を維持するため、僅かな流れを加えた。これにより、４つのチャンネルの中、３つのチャンネルには高電導率緩衝液が存在し、第四チャンネルには低電導率緩衝液が存在し、また交差点の直ぐ近くには２つの緩衝液間の界面が生じる。同様な方法は、一層複雑なチャンネル網にも使用される。
【００６０】
４つのチャンネル片網に静的界面を調製した後、低電導率緩衝液及び複数の高電導率チャンネルの少なくとも１つに電場を印加した。この電場により、低及び高電導率緩衝液領域間の界面に視覚的に観察されるような実質的な濃縮が生じた。通常の実験では、約１００のファクターの濃度増大が観察された（記録した染料の強度から求めた）。これは流体領域間の電導率比を基準として、理論的に予測した１４０Ｘ濃度とぴったり一致する。
【００６１】
次に、印加電場を切り換えることにより、濃縮材料を分離用接続チャンネルに注入した。図５Ａは、堆積法を用いなかった場合の２つの染料材料用の電気泳動図を示す。図５Ｂは、本発明による堆積法に従って分離された同じ２つの染料を示す。これら２つの図から判るように、本発明の堆積方法に従って分離されたピークの蛍光強度は、約１００倍増大した。
【００６２】
特記しない限り、ここに示した全ての濃度値は、いったん所定成分を混合物又は溶液に添加すれば、所定成分を変化させたり或いは１つ以上の異なる材料に変形させる該成分のいかなる転化、会合、反応にも影響されない混合物又は溶液に該成分を添加した時の該成分の濃度のことをいう。
【００６３】
全ての刊行物及び特許出願は、各個別の刊行物又は特許出願が、援用されるため詳細にかつ個々に述べているのと同じ程度に、ここに援用した。本発明を明確性及び理解の目的で例示及び実施例により若干詳細に説明したが、付属の特許請求の範囲の範囲内であれば特定の変化及び改変が実施可能であることは明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１Ａ〜１Ｅは、本発明の静的界面堆積方法及びこれら方法を行うための単一装置の概略図である。
【図２】図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、本発明の静的界面濃縮方法を行うための一例の装置構造の概略図である。
【図３】本発明の静的界面濃縮方法に使用される交互チャンネル配列の概略図である。
【図４】本発明の向流濃縮方法及びこれら方法を行うための単一装置の概略図である。
【図５】図５Ａは、堆積を用いなかった場合の２種の染料材料の分離における電気泳動図である。図５Ｂは、本発明の静的界面堆積方法を用いた場合の該２種の染料のピークの電気泳動図である。
【図６】図６Ａ〜Ｄは、電場増幅堆積を用いてサンプルを濃縮するためのピンチ注入方式のデバイスを示す。
【図７】図７は、本発明の電場増幅堆積方法で使用するチャンネル構成の一態様を概略的に示す。
【図７Ａ】図７Ａは、図７のチャンネル構成の一部の分解図であり、チャンネル中の流体界面領域でのサンプル種の濃縮を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１００‥‥第一チャンネル部
１００ａ、１００ｂ‥‥第一チャンネルの一部（チャンネル片）
１０２‥‥第二チャンネル部
１０４‥‥第一流体接続点
１０６‥‥第一流体の導入方向
１０８‥‥第一流体
１１０‥‥第二流体
１１２‥‥第二流体の導入方向
１１４‥‥第一流体と第二流体との接触界面
２０２、２０４‥‥チャンネル
２０６‥‥交差点又は流体接続点
２０８‥‥静的流体界面
２１０‥‥低電導率領域
２１２‥‥高電導率領域
２１４、２１６‥‥電極
３０６‥‥流体接続点３０６又はチャンネル片
４０２‥‥主濃縮チャンネル片
４０４、４０６‥‥チャンネル片
【図１】
2007515631.tif 000002
【図２】
2007515631.tif 000003
【図３】
2007515631.tif 000004
【図４】
2007515631.tif 000005
【図５】
2007515631.tif 000006
【図６】
2007515631.tif 000007
【図７】
2007515631.tif 000008
【図７Ａ】
2007515631.tif 000009
【国際調査報告】
2007515631.tif 000010
2007515631.tif 000011
2007515631.tif 000012