(57)【要約】【課題】線形弁結合型二次元分離装置、分離マトリクス、及び方法を提供する。【解決手段】二次元分離装置は、それぞれ第一次元と第二次元において試料量を分離するよう動作する第一、第二のモジュールを含む。弁構造により、第一分離モジュールが第二分離モジュールから制御可能に隔離される。【選択図】１Ａ
2008542727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の生体分子を二次元分離するための統合型の複数の装置を製造するための方法であって、一の第一次元と、該第一次元とは異なる一の第二次元とにおいて弁制御により前記複数の生体分子を分離するための一の弁結合を用いて二以上の分離モジュールを結合することを含む、方法。
【請求項２】
前記第一次元における前記分離は、一の電位差を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一次元における前記分離は、電気泳動を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第一次元における前記分離は、圧力を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第二次元における前記分離は、一の電位差を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第二次元における前記分離は、電気泳動を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第二次元における前記分離は、圧力を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複数の生体分子を二次元分離するための装置であって、
前記複数の生体分子を一の第一次元において分離するよう動作する一の第一モジュールと、
前記複数の生体分子を前記第一次元とは異なる一の第二次元において分離するよう動作する一の第二モジュールと、
前記第一分離モジュールを前記第二分離モジュールから制御可能に隔離するための一の構造と
を含む、装置。
【請求項９】
前記第一モジュールは、圧力を用いることにより前記第一次元における物質の流れを促進するよう構成されて、生体分子の流れを促進する、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第二モジュールは、圧力を用いることにより前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項９までのいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記第二モジュールは、一の電位差を用いることにより前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項９までのいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記第二モジュールは、電気泳動により前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項９までのいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記第一モジュールは、一の電位差を用いることにより前記第一次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記第二モジュールは、圧力を用いることにより前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項１３までのいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記第二モジュールは、一の電位差を用いることにより前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項１３までのいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記第二モジュールは、電気泳動により前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項１３までのいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記第一モジュールは、電気泳動により前記第一次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項８に記載の装置。
【請求項１８】
前記第二モジュールは、圧力を用いることにより前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項１７までのいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記第二モジュールは、一の電位差を用いることにより前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項１７までのいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記第二モジュールは、電気泳動により前記第二次元における物質の流れを促進するよう構成されている、
請求項１７までのいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記構造は、一の弁を含む、
請求項８に記載の装置。
【請求項２２】
前記構造は、一つに線形弁を含む、
請求項８に記載の装置。
【請求項２３】
前記線形弁の幅は、実質的に、その長さより小さい、
請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記線形弁の幅は、その長さの１／１０未満である、
請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記構造は、二つの弁を含む、
請求項８に記載の装置。
【請求項２６】
前記構造は、二つの線形弁を含む、
請求項８に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも二つの分離モジュールが弁結合され、該少なくとも二つの分離モジュールを制御可能に隔離するための一のシステムを用いて、複数の生体分子を二次元分離するための方法であって、
前記少なくとも二つの分離モジュールの前記弁結合に対応した一の第一次元において、前記複数の生体分子を分離することと、
前記第一次元とは異なる一の第二次元において前記複数の生体分子を分離することと
を含み、
前記第一と第二の複数の次元における前記分離は弁制御される、
方法。
【請求項２８】
前記第一と第二の複数の次元の少なくとも一つにおける前記分離は、一の電位差を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第一と第二の複数の次元の少なくとも一つにおける前記分離は、電気泳動を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記第一と第二の複数の次元の少なくとも一つにおける前記分離は、圧力を用いて生体分子の流れを促進することを含む、
請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
複数の生体分子を二次元分離するための装置であって、
一の基体と、
前記基体上に形成され、一の第一分離構成の複数の第一領域と一の第二分離構成の複数の第二領域とを含む一のマトリクス層と、
一のシール層と、
前記複数の第一領域と前記複数の第二領域との間の物質移動を調節する一の構造と
を含む、装置。
【請求項３２】
前記基体は、一の非導電性材料を含む、
請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記調節構造は、前記シール層内に形成される、
請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記調節構造は、一のＭＥＭＳ弁を含む、
請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記調節構造は、前記複数の第一領域と前記複数の第二領域との間に形成された一の細長い構造を含む、
請求項３１に記載の装置。
【請求項３６】
前記細長い構造は、一のシール構造を受け取るような形状の一の部分を含む、
請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記細長い構造は、前記シール構造が前記形状の部分に受け取られる一の第一位置と、前記シール構造と前記形状の部分との間に一のパスが形成される一の第二位置との間で前記シール構造を移動させる一の駆動部を更に含む、
請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
一の二次元生体分子分離装置のためのモジュールであって、複数の生体分子を一の第一次元において分離するための一の構造を含み、該構造は、前記複数の生体分子と接触する複数の柱状体の一のマトリクスを含む、モジュール。
【請求項３９】
前記マトリクスは、前記複数の柱状体の一の均等分布を有する、
請求項３８に記載のモジュール。
【請求項４０】
前記マトリクスは、前記複数の柱状体の一の勾配分布を有する、
請求項３８に記載のモジュール。
【請求項４１】
前記マトリクスは、該マトリクスの一端における一の密度が該マトリクスの他方端におけるよりも高い一の分布を有する、
請求項３８に記載のモジュール。
【請求項４２】
前記複数の柱状体は、前記複数の生体分子の前記分離を促進する一のコーティングされた面を有する、
請求項３８に記載のモジュール。
【請求項４３】
前記複数の柱状体は、前記複数の生体分子の前記分離を促進する一のゲル内に埋設される、
請求項３８に記載のモジュール。
【請求項４４】
前記複数の柱状体は、電気泳動により前記複数の生体分子の前記分離が促進されるように、一の電極アレイを有する、
請求項３８に記載のモジュール。
【請求項４５】
一の二次元生体分子分離装置のためのモジュールであって、該モジュールは一の第一次元において複数の生体分子を分離するための一の構造を含み、該構造は複数の物質の選択した複数の特性に接触するような形状の複数の面を有する複数のマイクロチャネルを含む、モジュール。
【請求項４６】
前記複数のマイクロチャネルは、選択した孔サイズの複数の多孔性面を有する、
請求項４５に記載のモジュール。
【請求項４７】
少なくとも二つの異なる次元において複数の生体分子を分離するための少なくとも第一と第二の複数の分離モジュールを含む一の二次元生体分子分離装置のための弁であって、該弁は、前記第一分離モジュールを前記第二分離モジュールから制御可能に分離するための一の弁構造を有する、弁。
【請求項４８】
前記弁構造は、一の線形弁を含む、
請求項４７に記載の弁。
【請求項４９】
前記線形弁の幅は、実質的にその長さより小さい、
請求項４８に記載の弁。
【請求項５０】
前記線形弁の幅は、その長さの１／１０未満である、
請求項４８に記載の弁。
【請求項５１】
前記弁構造は、二つの弁を含む、
請求項４７に記載の弁。
【請求項５２】
前記弁構造は、二つの線形弁を含む、
請求項４７に記載に弁。
【請求項５３】
前記弁構造は、一の単一弁（ｕｎｉｔａｒｙ  ｖａｌｖｅ）を含む、
請求項４７に記載の弁。
【請求項５４】
前記弁構造は、一の第一位置と一の第二位置との間を移動可能な一の細長いセグメントを有する、
請求項４７に記載の弁。
【請求項５５】
前記弁構造は、一の線形アレイに配置された複数の弁を含む、
請求項４７に記載の弁。
【請求項５６】
前記弁構造は、複数の弁の一のアレイを含む、
請求項４７に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体分子分離技術に関し、特に生体分子を弁制御により二次元分離するための装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質、核酸等の生体分子を分離してそれらを分析するための現在の技術には、当業者に知られている中でもとりわけ、ポリアクリルアミドゲル電気泳動、サイズ排除分離、親和結合、塩析沈殿、及びＨＰＬＣ分離がある（たとえば、Ｔｈｏｒｓｅｎらによる、マイクロ流体ＬＳＩ（大規模集積回路）、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．２９８、５８０乃至５８４頁、２００２年１０月１８日を参照。本明細書に参照として取り込む）。分析目的では、生体試料中のタンパク質はサイズ、表面電荷、親水性のいずれかに基づいて分離することが多い。多様なタンパク質が似通ったサイズ及び／又は親水性を有しているので、このような一次元的な分離は満足できるものでない場合が多い。
【０００３】
類似したタンパク質を識別することを目的として、二次元分離技術が用いられることがある。たとえば、まず、装置内でタンパク種をタンパク質の一つの特性（たとえば、イソエレクトロ点（ｉｓｏ‐ｅｌｅｃｔｒｏ  ｐｏｉｎｔ）、第一次元の分離）に基づいて分離し、次に別の特性（たとえば、サイズ、第二次元の分離）に基づいて再び分離する。しかし、この例における二次元分離手続きには、一般的に、少なくともいくつかの瑣末な手作業が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１Ａ−１Ｂ】図１Ａと１Ｂは、本発明の実施形態に従った線形弁結合型二次元分離装置を概略的に示す。
【０００５】
【図２Ａ−２Ｂ】図２Ａと２Ｂは、本発明の実施形態に従った柱状体／ピラーマトリクスを含む第一分離モジュールを概略的に示す。
【０００６】
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａと３Ｂは、本発明の実施形態に従った電極アレイマトリクスを含む第二次元分離モジュールを概略的に示す。
【０００７】
【図４Ａ−４Ｃ】図４Ａ乃至４Ｃは、本発明の実施形態に従った分離マトリクスとしての多孔チャネルを概略的に示す。
【０００８】
【図５Ａ】図５Ａは、最初に第一分離モジュールを第二分離モジュールから隔離するために閉じられる線形弁を含む、好適実施形態に従った二次元分離マトリクスの側面図を概略的に示す。
【０００９】
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの二次元分離マトリクスの弁が開いた状態における側面図を概略的に示す。
【００１０】
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａと５Ｂの二次元分離マトリクスの上面図を概略的に示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下は、本発明の一以上の好適実施形態と代替的実施形態についての記載である。これらの実施形態を図１Ａ乃至５Ｃを参照して記載する。生体分子を二次元分離するために有利な装置を提供する。装置には、第一、第二のモジュールが含まれており、それぞれ第一次元と第二次元において生体分子を分離するよう動作する。第一分離モジュールと第二分離モジュールとが制御可能に隔離されるような構造となっている。この構造には好ましくは弁が含まれる。弁は線形弁であってよい。好ましくは、その幅はその長さよりも実質的に小さい。線形弁の幅は、長さの１／１０未満であってよい。構造には、二以上の弁を含めてよく、それらは線形弁であってよい。
【００１２】
好適実施形態においては、通常、二以上の分離装置はストリップ状の線形弁により結合される。一般的に用いられる弁もしくは独特な円盤形状の弁を改造あるいは製造してストリップ状の線形弁としてよい。この有利な構造を用いて二以上の分離モジュールを結合してよい。
【００１３】
生体分子の二次元分離のための好適実施形態に従った装置には、基体、マトリクス層、及びシール層が含まれる。マトリクス層は基体上に形成され、第一分離構成を有する第一領域と第二分離構成を有する第二領域とが含まれる。装置には、第一領域と第二領域との間での物質の移動を調節するための構造も含まれる。
【００１４】
好適実施形態に従った二次元生体分子分離装置用のモジュールには、生体分子を分離するための構造が含まれる。構造には生体分子に接触する柱状体のマトリクスを含めてよい。構造には物質の選択した特性に接触するための形状を有した面を有するマイクロチャネル（たとえば、１０ミクロン乃至１０ｍｍ幅と１ｃｍ乃至５０ｃｍ長の寸法を有する）を含めてよい。マイクロチャネルは、孔の大きさが選択された（たとえば、１０ｎｍ乃至１００ミクロン）多孔性の面を有してよい。
【００１５】
線形弁結合型分離モジュール
少なくとも二つの異なる次元において生体分子を分離するための少なくとも第一及び第二の分離モジュールを含む二次元生体分子分離装置には、一般的に弁が設けられる。弁は、第一分離モジュールを第二分離モジュールから隔離制御するための弁構造を有する。弁は、線形弁であってよく、線形弁の幅は好ましくはその長さよりも実質的に小さく、たとえば、幅は長さの１／１０未満である。弁構造には単一の弁（ｕｎｉｔａｒｙ  ｖａｌｖｅ）を含めてよい。弁構造には線形状であってよい二つの弁を含めてよい。弁構造には二つの線形弁を含めてよい。弁構造には、第一位置と第二位置との間で移動可能な細長いセグメントを含めてもよい。弁構造には線形アレイ状に配置される弁のアレイを含めてもよい。
【００１６】
好適実施形態に従うと、線形弁は二次元分離モジュールを結合して単一装置とするために用いられる。図１Ａと１Ｂは、例示的である。線形弁２と４が示されており、これらは閉じられているときには物質を第一方向に（たとえば、図１Ａについては紙面の上から紙面の下へ、図１Ｂについては紙面から飛び出す方向へ）流し、開かれたときには第二方向に（たとえば、図１Ａと１Ｂにおいて弁２と４の左から右へ）流す。弁２と４は、図１Ｂにおいて上方へ移動させることにより開かれ、図１Ｂにおいて下方へ移動させることにより閉じられるよう示されている。閉じられたとき、物質は弁２と４との間の第一次元分離マトリクス６を流れる。開かれたとき、物質はマトリクス６のいずれかの側の第二次元分離マトリクス８を流れる。
【００１７】
線形弁２と４は、長寸法構造である。好ましくは、それらの長さはそれらの幅よりも実質的に大きい。たとえば、弁２の長さは幅の十倍超であってよい。弁２と４の開閉を制御する構造が設けられている。二つの平行な線形弁２と４は、図１Ａと１Ｂに示す装置の中央に位置する。弁２と４とが閉じられると、チャネル状分離モジュール６（第一次元分離モジュール６）が形成される。圧力変化もしくはその他の電気的あるいは機械的な手段により弁を操作してよい。たとえば、圧力により操作するためには、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシリコン）チャネルを用いてよい。電気的操作の例としては金属片を用いてよく、熱膨張（及び収縮）に基づいて弁を操作してよい。
【００１８】
使用可能な代替的方法が多数あり、たとえば、弁２と４を開くことによりチャネル形状の分離モジュールが形成されるシステム、または閉じられたときに、第一次元における流れと実質的に直交するか、もしくは少なくともそれとは異なるある一つの方向における流れを禁じる単一の弁を用いるシステムを設けること、等がある。弁の幅は、長さ方向に一定であることが好ましいが、変化させてもよい。物質を最初に第二次元分離マトリクスに流し次に第一次元に流してよいが、物質をまず二つの隣接した弁２と４との間に形成されたチャネルに集中させ、次に物質をこのチャネル６から第二次元マトリクス８へと膨張させるほうが好ましい。
【００１９】
図１Ｂを参照して、装置には好ましくは主な層が三層含まれており、それらは、基体１２、第一次元マトリクス６と第二次元マトリクス８とが含まれるマトリクス層、及び上面シール１４である。基体１２は好ましくはプラスチック、ガラス、もしくはＰＤＭＳ等の導電性でない物質から形成されている。シール層内に調節構造を形成してよく、調節構造にはＭＥＭＳ（微小電気機械システム）弁を含めてよい。調節構造には、第一領域と第二領域との間に形成された細長い構造を含めてもよく、当該細長構造にはシール構造を受け取る形状の部分と、シール構造が該形状の部分に受け取られる第一位置とシール構造と上記形状の部分との間にパスが形成される第二位置との間でシール構造を移動させる駆動部とを含めてよい。
【００２０】
マトリクスは分離媒体６と８である。マトリクスには、柱状体を均等にまたは勾配を設けて分布させてよい。たとえば、１乃至１０００ミクロン高さ、かつ０．１乃至１００ミクロン径の寸法を有する構造をシリコンにより形成して金もしくは白金等の金属により被覆してよい。マトリクスは、マトリクスの一端における密度がマトリクスの他方端における密度よりも高い分布を有してもよい。たとえば、柱状体の密度は平方ｃｍ当たり１０４乃至１０１０個まで増大させてよい。柱状体は、生体分子の分離を促進するコーティング面を有してよい。生体分子の分離を促進するゲル内に柱状体を埋設してよい。電気泳動により生体分子の分離を促進するための電極アレイを柱状体に含めてよい。
【００２１】
上面シール１４によりマトリクス空間が閉じられる。上面シールは、特に弁２と４の領域においては、好ましくは透明で可撓性である。
【００２２】
第一次元分離モジュール６の両側には、好ましくは二つの平坦な第二次元分離モジュール８がある。一実施形態においては、電極１５が第一モジュール６に平行に設けられる。第一次元における分離の後、弁２と４が開いているときに、この実施形態における分子を電気泳動により弁２と４を介して横方向に第二マトリクス８へと移動させる。
【００２３】
分離マトリクス
線形構造２と４と共にあるいは線形弁構造２と４とは独立に用いることができるマトリクス構造は数種存在する。標準的なフォトリソグラフィ技術により異なる弁構造及び／又は分離マトリクスを製造することができる。第一例を図２Ａと２Ｂに示す。線形弁２と４が再び示されており、これらは最初は閉じられており、開かれて、本例においてはチャネル６のどちらかの側の第二分離マトリクス８内に物質を流す前においては物質を第一分離マトリクス６内に隔離する。柱状体１６もしくはピラー１６のマトリクスが第一分離マトリクス６内に設置されている。
【００２４】
当該柱状体／ピラー１６の実施形態に従った分離マトリクス６及び／又は８は、好ましくは基体１２から形成される柱状体１６もしくはピラー１６を有している。図２Ａに示すマトリクスの柱状体／ピラー１６の表面をたとえば炭化水素鎖Ｃ１８のような有機ポリマーにより被覆することができる。試料中の分子は、液体クロマトグラフィもしくはその他の分離メカニズム（たとえば、電気泳動）によりマトリクス表面と表面接触させることにより分離してよい。
【００２５】
ナノ構造をゲル状マトリクスに埋設してもよい。有機ポリマーに埋設されるナノ構造（柱状体もしくはピラー１６）により分離マトリクス６及び／又は８を形成することもできる。あるいは、第一分離モジュール６近傍において密度が低くなるようにマトリクス密度に勾配を設ける。ゲル状マトリクスは、当業者に知られているゲルの中でも、アクリルアミドの線形ゲル、アクリルアミドのクロスリンクゲル、アガロースゲル、もしくは光重合により形成されるゲルであってよい。
【００２６】
バッファチャンバー２１内の電極アレイマトリクスを図３Ａと３Ｂに示す。装置には、基体絶縁層２２と、その上の導体層２４とが含まれる。金属もしくは導体をコーティングしたピラー２６のマトリクスが、絶縁・導体層と上面シール１４との間に示されている。分子分離の前に、柱状体／ピラー２６の表面を導電性の金属（銀、金）または半導体材料によりコーティングしてよい。図１Ａにおいて既に示したように、電極１５は好ましくはモジュール６と８の周縁部（第一分離モジュール６から隔離して）に設置してよい。または、図３Ｂに示すように、多くの平行導体２７を金属をコーティングした柱状体２６に接続してよい。図３Ｂの電力制御器２８と柱状体／ピラー２６との間に多数の導体が示されている。電極アレイは、その表面から分子を一掃し、及び／又はその表面へと分子を引き付けるように用いることができる。
【００２７】
図４Ａ乃至４Ｃに多孔性チャネルマトリクスを示す。ナノチャネルから形成された、多孔性壁面を有するマトリクスである。チャネル３２に沿って分子を移動させるとき、小さい分子ほど側壁のナノ孔に入り込む可能性が高く、それゆえ分離方向における移動が遅い。つまり、不規則な孔を有する側壁を備えたサブミクロン大のチャネル３２は、好ましくはガラスもしくはシリカのウェハ上に形成される。小さい分子が大きい分子よりもゆっくり移動するのは、それらがナノ孔との接触により減速する可能性が大きいからである。
【００２８】
図５Ａは、線形弁が最初は閉じて第一分離モジュールを第二分離モジュールから隔離する好適実施形態に従った二次元分離マトリクスの側面図を示す。モジュールには、第一次元分離マトリクス６を第二次元分離マトリクス８から選択的に隔離する線形弁２と４とが含まれる。ガラス、プラスチック、もしくは用いている特定の試料と分離マトリクス６及び８にとって良性であると当業者に知られている別の材料を好ましくは含んでいる一対のプレート１２と１４との間を試料マトリクスは流れる。本実施形態における物質は、それゆえプレート１２と１４との間の平面領域だけを移動するよう物理的に規制され、物質は外部環境から少なくともいくらか保護される。図５Ａの弁２と４とは、それらを閉じるために増圧されている状態が示されており、図５Ｂの弁２と４とは、それらを開くために減圧されている状態が示されている。たとえば、図５Ａの図示にしたがって弁２と４とを閉じるために大気圧を超える、たとえば１００ｐｓｉ等の圧力を弁２と４の上面に印加してよく、弁２と４とは圧力から解放されたときに（つまり、圧力が減圧されて大気圧へと戻るか、又は約１４ｐｓｉとなったときに）自動的に開くか、もしくは弁は１０ｐｓｉ以下等の大気圧未満等の減圧が印加されて開く。このプロセスを反転させてよく、弁２と４の上面において圧力を減圧して弁を開き、増圧して弁を閉じる。弁の上面と弁の下面との間の相対圧力が制御できる限りにおいて、上面もしくは下面において圧力を変化させてよい。
【００２９】
あるいは、弁２と４を機械操作してよく、たとえば、レバーを下げたり、線形弁に接続されバネが取り付けられた線形片を押し込んでよく、この線形片は、所定位置に嵌合したときに弁２と４を閉じ、バネ力により持ち上げられて容易に放出されて弁２と４を開く。
【００３０】
たとえばソレノイド型構成等の電池式もしくはプラグイン式の電気的構成を用いてよい。電流を選択的に印加して磁界を生成し、それにより弁２と４を閉じる。電流を遮断あるいは逆流させたときに、弁２と４は開く。その逆もある。ソレノイド磁石もしくは磁石（不図示）を分離モジュールの面に対して直交するように配置して線形弁２と４に取り付けてよい。本例においては、好ましくは少なくとも二つのソレノイドを用いて動作を安定させる。弁２と４を開閉するためのその他の機械的、電気的、光学的な構成やその他の構成が当業者には理解されているであろう。
【００３１】
図５Ｂにおいては、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等のエラストマー４２により上面と下面のプレート１２と１４とを離間してよいことが示されている。エラストマー４２は、弁２と４が摺動的に内部を移動する一対の線形チャネルを有する。離間幅は、試料の粘性と試料の量により、好ましくは１ミリメータの１／１０以下もしくは数ミリメータまでであってよい。異種の試料と離間を許容可能とするためには、離間を調節可能としてよく、弁２と４が十分な大きさを有している。弁２と４を形成もしくは収容するチャネルの幅はこのましくは十ミクロン乃至数ミリメータであってよい。
【００３２】
図５Ｃは、図５Ａと５Ｂの二次元分離マトリクスの上面図を概略的に示す。本図には、弁２と４及び分離マトリクス６と８が示されており、さらに試料取り込み窓４６が三つ示されている。試料取り込み窓４６の数は変えてもよい。弁２と４を閉じた状態で窓４６を介して試料が取り込まれると、試料は第一分離マトリクスに沿って広がり第一分離マトリクスのメカニズムに従った分離が生じる。圧力、電力、もしくは磁力により、ある種の状況においては重力により、それ以外では物質の特性に従って（たとえば、磁性試料ならば磁界に反応し、大容量の試料ならば単純に重力に反応する、等）試料が流れるようにしてよい。バッファ槽４８を設けてよく、これは単槽もしくは二重槽であってよく、たとえば両次元に対して一つ、あるいは各次元に一つ設けてよい。
【００３３】
試料
装置により分離することができる分子には、タンパク質、タンパク質誘導体（糖タンパク質、リンタンパク質、及びリピドタンパク質（ｌｉｐｉｄｐｒｏｔｅｉｎ））、又は核酸がある。非共有結合により形成されるタンパク質複合体もしくは核酸含有複合体を用いることもできる。
【００３４】
一例によると、ナノバーコードをプローブとする対象複合体または光学バーコードをプローブとする対象複合体を装置により分離することができる。ナノバーコードとは、一般的に組成体の大きさもしくは形状に対するシグニチャーであり、光学バーコードとは一般的に光子スペクトルに対するシグニチャーである。これらの用語を同一組成体について記載するために用いることができる。光学及びナノバーコードをプローブとする対象複合体にはＤＮＡ、タンパク質、及び／又は分子錯体がある。これらの複合体の特性を蛍光発光もしくはラマン顕微鏡法により、または走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）もしくは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定することができる。複合体をある特定の方法で選択、配置、構成すると、これらのいずれか、もしくは当業者に知られたその他の技術を用いて複合体を測定したときに独特のスペクトルもしくはその他のシグニチャーが生成される。プローブは、通常は複合体の一部であり、ＤＮＡまたは抗体を含んでよい。
【００３５】
装置により分離してよいその他の生体分子試料には、自然発生化合物、自然発生化合物と合成化合物の複合体がある。自然発生化合物の例としては、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、抗体、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）、砂糖、多糖、糖タンパク質、脂質、リピドタンパク質、代謝産物、ホルモン、ステロイド、及びビタミンがある。自然発生化合物の複合体の例には、細胞、バクテリア、ウイルス、及び上に挙げたような自然発生化合物により形成される抗原性物質がある。合成化合物の例には、上記のものを遺伝子操作したもの、あるいは化学修飾したものがあり、たとえば合成ペプチドと合成オリゴヌクレオチドがある。
【００３６】
試料
装置により分離することができる分子には、タンパク質、タンパク質誘導体（糖タンパク質、リンタンパク質、及びリピドタンパク質）、又は核酸がある。非共有結合により形成されるタンパク質複合体もしくは核酸含有複合体を用いることもできる。たとえば、ナノバーコードをプローブとする対象複合体または光学バーコードをプローブとする対象複合体を装置により分離することができる。装置により分離してよいその他の生体分子試料には、自然発生化合物、自然発生化合物と合成化合物の複合体がある。自然発生化合物の例としては、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、抗体、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）、砂糖、多糖、糖タンパク質、脂質、リピドタンパク質、代謝産物、ホルモン、ステロイド、及びビタミンがある。自然発生化合物の複合体の例には、細胞、バクテリア、ウイルス、及び上に挙げたような自然発生化合物により形成される抗原性物質がある。合成化合物の例には、上記のものを遺伝子操作したもの、あるいは化学修飾したものがあり、たとえば合成ペプチドと合成オリゴヌクレオチドがある。
【００３７】
検出
分離の後、以下の原理の一つもしくは組み合わせに基づき、及び／又は原理群に基づき、生体分子を光学的技術により検出することができる。第一に、吸収、反射、偏光、及び／又は屈折を利用してよい。第二に、蛍光発光もしくはラマン法と表面増感ラマン分光法（ＳＥＲＳ）を用いてよい。第三に、共鳴光散乱（ＲＬＳ）原理を用いてよい。第四に、格子結合表面プラズモン共鳴（ｇｒａｔｉｎｇ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＧＣＳＰＲ）を用いてよい。
【００３８】
本発明の模範図と特定の実施形態を示してきたが、本発明の範囲は記載した特定の実施形態に限定されないことが理解されよう。それゆえ、実施形態は制限的なものでなく例示的であると見做されるべきであり、当業者により、添付の請求項に記載する本発明とその構成的・機能的均等物の範囲から逸脱することなくこれらの実施形態が変更され得ることが理解されよう。たとえば、可撓性高分子膜を弁素材として用いてよく、たとえばマイクロ流体システムにおいて用いられる可撓性高分子膜、もしくはそれを変更したものを用いてよい。さらに多くの光学的検出技術を用いることができ、それらを本発明の統合型二次元分離装置と方法に適用してよい。用途としては、本発明の装置と方法を用いて臨床的用途と生物学的研究用途の装置を作成することができる。
【００３９】
好適実施形態に従う二次元分離技術により分離装置を統合して小型化することができる。当該技術により二次元分離手続きの統合と自動化が可能になる。当該技術は生体分子（たとえばタンパク質）の分離には特に有利である。当該技術により試薬が節約され、検出及び／又は診断時間が短縮される。生物学的試料を質的・量的分析のために個々の分子種に分離することが迅速かつ自動的に実行可能となったという意味において、臨床化学と生物学的研究においては多大な利益が実現される。
【００４０】
また、本明細書の好適実施形態に従って実施してよい上記の方法において、選択された編集順序に従って操作を記載した。しかし、この順序は編集上の利便性を考慮して選択され当該順序とされたのであり、特定の順序が明示された場合と当業者により特定の順序が必要であると認められる場合を除いては操作を実行するための特定の順序を示すことを意図したものでない。
【００４１】
たとえば、生体分子を二次元分離するための統合型装置を製造する、好適実施形態に従った方法には、二以上の分離モジュールを互いに結合することが含まれる。結合には、弁制御により生体分子を第一次元と第二次元において分離するための弁を結合することが含まれる。また、生体分子の二次元分離方法を提供する。この方法においては弁により結合される少なくとも二つの分離モジュールのシステムが用いられており、当該少なくとも二つの分離モジュールは制御可能に隔離される。この方法には、当該少なくとも二つの分離モジュールが弁結合されたことに対応する第一次元において生体分子を分離することが含まれる。生体分子は、第一次元とは異なる第二次元において分離され、第一及び第二次元での分離は弁制御される。好適実施形態に従った方法もしくは装置のいずれにおいても、第一または第二次元においての、またはその両方においての分離には、生体分子の流れを促進することを目的として、圧力、電位差、及び／又は電気泳動を利用することを含めてよく、または試料の寸法が適度に大きいのであれば重力を利用することを含めてよい。
【００４２】
本発明をその詳細の記載に連動させて記載したが、前出の記載は本発明を例示することを意図しており添付の請求項の範囲により定義される本発明の範囲を限定するものではないことが理解されよう。その他の側面、利点、変更が以下の請求項の範囲に含められる。
【図１ＡＢ】
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【図２ＡＢ】
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【図３ＡＢ】
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【図４ＡＢＣ】
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【図５ＡＢ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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