(57)【要約】【課題】接合界面にある薄膜中をリーク電流が流れることによる不具合が発生するのを抑える。【解決手段】ガラス基板１には注入流路４、分離流路５、及び各リザーバ３と流路４，５間の電流経路を高抵抗化させるための溝１５が形成され、ガラス基板２にはリザーバ３用の貫通穴が形成され、両基板１，２が接合されて電気泳動デバイスを構成している。溝１５はリザーバ３の周囲と流路４，５に沿うように形成されていることによりＳｉ薄膜１３をパターン化しており、電極が配置されるリザーバ３から流路４又は５への電流経路を細くしたり、リザーバ３と流路４又は５との間を分断したりしており、これにより、リザーバ３と流路４又は５との間の電流経路が高抵抗化されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に分離流路を含む流路が形成されるように２枚の基板が接合され、各流路の端部にリザーバが形成されており、前記流路及びリザーバに泳動バッファが充填され、前記リザーバを介して流路に電圧が印加されて前記分離流路への試料導入と分離流路での試料成分の分離がなされる電気泳動デバイスにおいて、
前記両基板の接合界面に導電性を持った薄膜が存在しており、かつ前記薄膜には少なくとも高電圧が印加される部分ではリザーバと流路間のその薄膜の電気抵抗を高めるための加工が施されていることを特徴とする電気泳動デバイス。
【請求項２】
前記加工が施された前記薄膜は、各リザーバから流路への電流経路が細くなるように溝によりパターン化が施されたものである請求項１に記載の電気泳動デバイス。
【請求項３】
前記加工が施された前記薄膜は、各リザーバと流路間が分断されるように溝によりパターン化が施されたものである請求項１に記載の電気泳動デバイス。
【請求項４】
前記溝は前記流路と同じ深さをもっている請求項２又は３に記載の電気泳動デバイス。
【請求項５】
前記薄膜は遮光膜である請求項１から４のいずれかに記載の電気泳動デバイス。
【請求項６】
前記薄膜はシリコン薄膜である請求項５に記載の電気泳動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動により分析を行うことを目的とした電気泳動デバイスに関し、特に極微量の試料を高速かつ高分離で分析することができ、マイクロチップとも称される電気泳動デバイスに関するものである。
このような電気泳動デバイスは、生化学、分子生物学、臨床、例えばＤＮＡ（デオキシリボ核酸）や蛋白質の解析分野などで利用されている。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のＤＮＡや蛋白質などを分析する場合には、従来から電気泳動法が用いられており、その装置化技術の例としてキャピラリー電気泳動装置がある。キャピラリー電気泳動装置は、内径が１００μｍ以下のガラスキャピラリー内に泳動バッファを充填し、一端側に試料を導入した後、両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャピラリー内で展開させるものである。キャピラリー内は容積に対して表面積が大きい、すなわち冷却効率が高いことから、高電圧の印加が可能となり、ＤＮＡなどの極微量試料を高速、かつ高分解能にて分析することができる。
【０００３】
近年、取扱いが煩雑なガラスキャピラリーに代わって、分析の高速化、装置の小型化が期待できる形態として、２枚の基板を接合して形成された電気泳動デバイスが提案されている（非特許文献１参照。）。
【０００４】
その電気泳動デバイスの例を図４に示す。一対の透明基板１，２からなり、一方の基板２の表面には、（Ｂ）に示されるように互いに交差する注入流路４と分離流路５を形成し、他方の基板１には、（Ａ）に示されるように注入流路４及び分離流路５の両端に対応する位置にリザーバ３を貫通穴として設け、それらの基板１，２を（Ｃ）に示されるように重ねて接合したものである。
このような従来の電気泳動デバイスは、試料導入は互いに交差する注入流路４と分離流路５とからなるクロスインジェクターデザインの流路を用いることを基本としている。
【０００５】
この電気泳動デバイスを使用するときは、いずれかのリザーバ３から泳動バッファを注入流路４及び分離流路５中に注入する。その後、注入流路４の一方の端のリザーバ３に試料を約１〜２μｌ（マイクロリットル）注入した後、各リザーバ３にそれぞれ電極を差し込むか、又は予め各リザーバ３に形成された電極を用いて、電気泳動的に注入流路４に試料を均一にかつ交差部６で分離流路５側に広がらないように電圧を複数箇所印加しながら所定の電圧を印加し、試料を注入流路４と分離流路５の交差部６に導く。
【０００６】
次に、印加電圧を分離流路５に切り替え、かつ注入流路４にも交差部６から逆方向に試料が移動するよう電圧を印加して、交差部６の試料のみを分離流路５に導入し、電気泳動分離を行なう。分離流路５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、分離成分の検出を行なう。
【０００７】
このような電気泳動デバイスを用いた分析は、従来のキャビラリー電気泳動分析と比較して、高速分析が可能、溶媒消費量が極めて少ない、必要とするサンプルが極微量、装置の小型化が可能などの利点を有する。これらの特徴は、上記した分析化学の分野において従来の分析装置では実現が困難であった現場（オンサイトやベッドサイド）分析を可能とするものとして、またＤＮＡ分析などの分野に対しては高速分析の視点からスクリーニングに有利なものとして有望視されている。
【０００８】
上述した電気泳動デバイスでは、一般に光学的な検出法が採用されることが多く、この際に迷光を防ぐ目的で光学スリットを設けることによりＳ／Ｎ比を改善することができる。
【０００９】
本発明者らは、効率的に光学スリットを形成する方法として、２枚の基板の接合界面に遮光性をもつ薄膜を介在させ、それを光学スリットとして利用する方法を提案している（特許文献１参照。）。
その光学スリットの遮光膜に当たった光はその遮光膜によって遮られて検出器に入射しなくなり、検出感度が向上する。
【００１０】
【非特許文献１】
Ｄ．  Ｊ．  Ｈａｒｒｉｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２６１  （１９９３）  ｐｐ．  ８９５−８９７
【特許文献１】
特開２０００−１２１５４７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述した電気泳動デバイスでは、試料の導入及び分離に２本の交差した流路、４つの電極により溶液の流れをコントロールする方法が多く採用されているが、電気泳動では各電極に高電圧を印加するために、例えば試料の導入時に印加した電圧により接合界面の薄膜中を微小なリーク電流が流れ、分離流路中に気泡が発生する等の不具合が起こる場合がある。
【００１２】
本発明は、電気泳動デバイスの接合界面に遮光などの目的で薄膜が設けられている場合に、その薄膜中をリーク電流が流れることによる不具合が発生するのを抑えることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気泳動デバイスは、内部に分離流路を含む流路が形成されるように２枚の基板が接合され、各流路の端部にリザーバが形成されており、前記流路及びリザーバに泳動バッファが充填され、前記リザーバを介して流路に電圧が印加されて前記分離流路への試料導入と分離流路での試料成分の分離がなされる電気泳動デバイスにおいて、前記両基板の接合界面に導電性を持った薄膜が存在しており、かつ前記薄膜には少なくとも高電圧が印加される部分ではリザーバと流路間のその薄膜の電気抵抗を高めるための加工が施されていることを特徴とするものである。
【００１４】
接合界面に存在する薄膜の抵抗率は、その材料及び成膜方法、熱処理等によって変化する。しかしながら、条件を最適化しても必ずしも十分な抵抗値が得られるとは限らない。そのため、本発明は界面に存在する薄膜を加工することによって目的とする部分の電流経路を高抵抗化したものである。
【００１５】
電気泳動デバイスでは、一般に注入流路と分離流路と呼ばれる２本の交差した流路を用い、注入流路の一端にあるリザーバ（試料導入口）に入れた試料を、電圧（あるいは電気浸透流）をコントロールして、分離流路との交点付近に存在するプラグのみを切り分けて分離流路に導入する。実際には、注入流路及び分離流路の両端にある電極に印加する電圧を切り替えることによって、流路中の電位勾配を変化させるわけであるが、各電極に印加された電圧に伴う電流が、流路以外に接合界面に存在する薄膜にも一定量以上の電流が流れた場合には、その電子が流路に到達した場所で流路中の液体と電子の授受が起こり、結果として気泡発生等の不具合が起こる。本発明により、流路デザインに合わせて、電極から流路への電流経路を細くしたり、分断したりする加工により、電流経路を高抵抗化したので、気泡発生等の不具合を抑えることができる。
【００１６】
その加工は、微細加工技術を利用し、例えば流路加工と同時に実施することも可能である。その場合には作製工程を複雑化させることなく目的とする特性を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
基板の素材としては、石英ガラスやパイレックス（登録商標）などのガラス板の他、樹脂板も使用することができる。
接合界面に存在する薄膜は遮光膜とすることができる。遮光膜としては、Ｓｉ（シリコン）薄膜のほか、Ｃｒ（クロム）などの金属薄膜など、測定光に対し、吸収係数の大きい膜であれば使用することができる。
【００１８】
また、接合界面に存在するその薄膜は、基板に流路を形成する際の微細加工技術において、基板をエッチングする際のマスクとして使用できるように、そのエッチングに対して基板との間に大きな選択比をもつものであれば、なお好都合である。
【００１９】
図１に一実施例の電気泳動デバイスを示す。図２は図１のＡ−Ａ’線位置での断面図である。
基板１、２はガラス基板、例えば石英ガラス基板である。ガラス基板１の片面には、液体試料用流路として用いる微小な流路４，５（注入流路４と分離流路５）、及び各リザーバ（電極）３と流路４，５間の電流経路を高抵抗化させるための溝１５がエッチングにより形成されている。ガラス基板２には、例えばサンドプラスト加工のような方法で貫通穴が形成されており、これが試料や泳動バッファを入れるリザーバ（▲１▼〜▲４▼）３となる。このリザーバ３が電圧を印加するための電極部にあたる。この２枚のガラス基板１，２を例えばフッ酸接合法等の方法で接合することによって、本発明の電気泳動デバイスを実現することができる。
【００２０】
注入流路４と分離流路５は互いに交差するように形成され、両流路４、５の両端にリザーバ（▲１▼〜▲４▼）３が配置されている。流路４，５は、幅が数１００μｍ以下、例えば１０〜２００μｍ、深さが数１００μｍ以下、例えば２〜９０μｍである。注入流路４は長さが数ｍｍ〜数十ｍｍ、分離流路５は長さが１０〜１００ｍｍである。
【００２１】
ガラス基板１のエッチングは、Ｓｉ薄膜１３をマスクに形成されており、エッチングマスクのＳｉ薄膜１３が光学スリットとして残されている。
【００２２】
電流経路を高抵抗化させるための溝１５は、リザーバ３の周囲と流路４，５に沿うように形成されていることによりＳｉ薄膜１３をパターン化しており、電極が配置されるリザーバ３から流路４又は５への電流経路を細くしたり、リザーバ３と流路４又は５との間を分断したりしている。これにより、リザーバ３と流路４又は５との間の電流経路が高抵抗化されている。
【００２３】
この電気泳動デバイスを使用するとき、いずれかのリザーバ３から泳動バッファを注入流路４及び分離流路５中に注入、１つのリザーバ、例えば、リザーバ▲３▼に試料を約１〜２μｌ（マイクロリットル）注入した後、電気泳動的に注入流路４に試料を均一にかつ交差部で分離流路５側に広がらないように各リザーバ３により所定の電圧を印加し、試料をリザーバ▲２▼の方向に移動させ、注入流路４と分離流路５の交差部に導く。その後、適当なタイミングで印加電圧を分離流路５に切り替え、かつ注入流路４にも交差部から逆方向に試料が移動するよう電圧を印加して、交差部の試料のみを分離流路５に導入し、電気泳動分離を行なう。
【００２４】
分離流路５の適当な位置に検出器を配置しておくことにより、分離成分の検出を行なう。分離ピークの検出は種々の方法で行なうことができる。例えば、検出位置における光学的な蛍光検出、ＵＶ（紫外線）吸収検出、化学発光検出、作用電極と検出電極を設けた電気化学検出、あるいは分離流路末端から工レクトロスプレイ法によりイオン化して質量分析計で検出するなどの方法がある。
【００２５】
ここで、試料導入及び電気泳動分離のために、例えばリザーバ▲３▼に高電圧を印加した場合、高抵抗化用の溝１５がないときは分離流路５のリザーバ▲３▼の近くの部分（図１で直下の部分）に気泡が発生するおそれがあるが、本実施例のシリコン薄膜１３のパターンでは、リザーバ▲３▼を囲むように形成された溝５のために、この部分の電流経路の抵抗が、例えば１０倍以上に増加させられているために、気泡発生を抑制することができる。
【００２６】
次に、この実施例の電気泳動デバイスを作製する方法を図３により説明する。ここでは、溝１５及び流路４，５をまとめて溝８と表現する。
（ａ）まず、ガラス基板１を洗浄した後、薄膜形成装置、例えばスパッタ成膜装置にて遮光膜を兼ねるエッチング保護膜としてＳｉ薄膜１３を３０００Åの厚さに成膜し、さらにその上にエッチング保護膜をパターニングするたのフォトレジスト１６として、例えばＡＺ４６２０を３０００ｒｐｍの回転速度で４０秒間スピンコートする。この時、レジスト１６の厚さは、約７μｍとなる。使用するフォトレジストの材質や厚みは特に限定されるものではなく、後のエッチング工程に耐える材質や厚みであればよい。また、エッチング保護膜の材料及び厚さも特に限定されるものではなく、後の基板エッチング工程に耐える材質及び厚みであればよい。ここでは実施例に合わせてＳｉ薄膜を使用している。
【００２７】
（ｂ）次に、フォトマスク７を用いてフォトレジスト１６を露光し、その後、現像する。フォトレジスト１６の露光は、一般に半導体製造に用いられているアライナを用いて行うことができる。現像液は用いるフォトレジストを現像するために使用できるものであれば特に限定されるものではない。
【００２８】
（ｃ）次に、ＳＦ６ガス中での高周波プラズマを用いたドライエッチングにより、Ｓｉ薄膜１３をパターニングする。ここでもエッチングガスは特に限定されるものではなく、Ｓｉが問題なくエッチングされるガスであればよい。
【００２９】
（ｄ）パターニングされたＳｉ薄膜１３及びフォトレジスト１６をマスクとして、基板１を例えば４６％フッ酸水溶液にてエッチングして、溝８を形成する。ここでも基板１のエッチング液は特に限定されるものではなく、石英ガラスがエッチングできる溶液であればよい。
【００３０】
（ｅ）フォトレジスト１６を除去した後、Ｓｉ薄膜１３の表面を酸化して、Ｓｉ膜の表面にシリコン酸化膜４ａを形成する。
【００３１】
（ｆ）一方、ガラス基板２に対しては、（ｆ）に示されるように、例えばサンドブラスト法などの加工方法により、リザーバ３用の貫通孔を形成しておく。
【００３２】
（ｇ）最後に、溝８及びシリコン薄膜１３を形成したガラス基板１と、貫通孔３を形成したガラス基板２を重ね合わせ、例えば１％のフッ酸水溶液を界面に介在させ、必要に応じて１ＭＰａ程度の加重を印加しつつ、室温で２４時間放棄することにより、ガラス基板１と２を接合させて図１に示される実施例の電気泳動デバイスを形成する。なお、工程（ｄ）におけるガラス基板１のエッチングをドライエッチングで行ってもよい。
【００３３】
上記実施例に上げた材料及び作成方法は一例であり、本発明の材料・加工方法を限定するものではない。
また、実施例では溝１５は基板までエッチングされているが、薄膜１３を除去するのみでも同等の効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電気泳動デバイスによれば、分離用流路を含む流路が形成されている基板の接合界面に導電性を持った薄膜が存在しており、かつその薄膜には各リザーバと流路間のその薄膜の電気抵抗を高めるための加工が施されているので、基板界面で各リザーバと流路間に存在する薄膜の電気抵抗を大幅に増加させることが可能であり、試料注入及び分析時の気泡発生等の問題を回避することができる。
また、その加工は薄膜に溝を設けたりパターン化する程度の簡単な加工ですむ。特に、分離用流路を含む流路と同時に形成するようにすれば、作製工程を増加することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の電気泳動デバイスを示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線位置での断面図である。
【図３】同実施例の電気泳動デバイスを製作する方法を概略的に示す工程断面図である。
【図４】従来の電気泳動デバイスを示す図であり、（Ａ）は一方の基板の平面図、（Ｂ）は他方の基板の平面図、（Ｃ）は両基板を重ねて接合した状態での側面図である。
【符号の説明】
１，２      ガラス基板
３      リザーバ
４      注入流路
５      分離流路
１３      Ｓｉ薄膜
１５      高抵抗化のための溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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