(57)【要約】【課題】比較的コンパクトでかつ定量性があり、少量のサンプルで分析可能な電気泳動用マイクロチップを提供すること。【解決手段】本発明の化学物質または生体成分を分析または定量するための電気泳動用マイクロチップは、幅２００μｍ以下および深さ１００μｍ以下のマイクロチャネルを備え、マイクロチャネルの交点を利用するサンプルロード用マイクロチャネルを有さず、そして該マイクロチャネルの両端にそれぞれ電源に接続可能な電極を備える。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学物質または生体成分を分析または定量するための電気泳動用マイクロチップであって、幅２００μｍ以下および深さ１００μｍ以下のマイクロチャネルを備え、マイクロチャネルの交点を利用するサンプルロード用マイクロチャネルを有さず、そして該マイクロチャネルの両端にそれぞれ電源に接続可能な電極を備える、マイクロチップ。
【請求項２】
さらに、２００μｍ以下の大きさの開口部を有するサンプルローディングホールを備える、請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記マイクロチャネル内に、電気泳動においてサンプルを分離し得るゲルを備える、請求項１または２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記マイクロチャネル内に、電気泳動においてサンプルを分離し得る微細構造物を備える、請求項１または２に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記マイクロチャネルおよび前記サンプルローディングホールの表面が、撥水処理されている、請求項１から４のいずれかの項に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの項に記載のマイクロチップ、電気泳動用電圧制御器、および微細構造を有する液滴吐出装置を備えた、化学物質または生体成分を分析または定量するための電気泳動装置。
【請求項７】
前記液滴吐出装置が、１０ｐＬ以下のサンプルを吐出し得るインクジェットヘッドを有する装置である、請求項６に記載の電気泳動装置。
【請求項８】
化学物質または生体成分を電気泳動により分析または定量する方法であって、
請求項１から５のいずれかの項に記載のマイクロチップのマイクロチャネルまたはサンプルローディングホールに、微細構造を有する液滴吐出装置を用いてサンプルを吐出する工程；
該吐出されたサンプルを前記マイクロチャネル中で電気泳動する工程；および
該電気泳動により分離されたサンプルを検出または定量する工程、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動用マイクロチップに関する。さらに詳しくは、微量の化学物質または生体成分を測定または定量するための電気泳動用マイクロチップ、該マイクロチップを含む電気泳動装置、および該電気泳動装置を用いて微量の化学物質または生体成分を検出または定量する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイオテクノロジー技術の目覚しい進展に伴い、微量サンプル中の目的物質を分析・測定する手法が開発されている。特に、遺伝子分野では、ヒトゲノムの解析がほぼ完了し、病気、特に遺伝的疾患の診断が、ＤＮＡの検出により行われるようになり、ＤＮＡチップの利用が増大している。
【０００３】
現在、ＤＮＡチップ、マイクロアレイ、マイクロキャピラリー電気泳動チップなどのマイクロチップ型ゲノム解析技術が急速に進歩しており、既に装置が販売されるようになってきた。電気泳動用の１本のみのチャネルを有するチップだけでなく、９６本のチャネルをアレイ化したマイクロチップ型キャピラリーアレイ電気泳動も開発されている（Shi, Y.ら、Anal. Chem., 71: 5354-5361, 1999；馬場ら、実験医学, 18:12(増刊) 1595-1601, 2000）。これは、マイクロチャネルアレイ部分を放射状に配置されており、中央部分をレーザーで回転しながらスキャンできる。
【０００４】
これらの従来のマイクロキャピラリー電気泳動において、より正確にマイクロキャピラリーにサンプルをローディングする方法が開発された（特表平１０−５０７５１６号公報）。この方法においては、複数のチャネルによる交点を作り、交点から延びる各チャネルの電位を制御することによって、チャネルの交点内に存在するサンプルのみがマイクロチャネルに送り込まれるように設計された、サンプル量調節用構造を有するチップを用いる。現在市販されているあるいは開発中のほとんどのマイクロキャピラリー電気泳動用チップは、上記サンプル量調節構造を備えている。例えば、上記の９６本のチャネルをアレイ化したマイクロチップ型キャピラリーアレイ電気泳動においても、このサンプル量調節用構造が採用されている。しかし、この構造は、サンプル毎に電位を制御するための配線および電圧制御器を必要とし、小さいサイズであるマイクロチップも、結局は大掛かりな装置となってしまう。また、サンプル量調節用構造に供給すべき多量のサンプルが必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、比較的コンパクトでかつ定量性があり、少量のサンプルで分析可能な電気泳動用マイクロチップが求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発明者らは、微細構造を有する液滴吐出装置を用いることによって、サンプル量調節用構造を有さない電気泳動用マイクロチップが利用可能となることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
本発明は、化学物質または生体成分を分析または定量するための電気泳動用マイクロチップを提供し、このマイクロチップは、幅２００μｍ以下および深さ１００μｍ以下のマイクロチャネルを備え、マイクロチャネルの交点を利用するサンプルロード用マイクロチャネルを有さず、そして該マイクロチャネルの両端にそれぞれ電源に接続可能な電極を備える。
【０００８】
好ましい実施態様では、上記マイクロチップは、さらに、２００μｍ以下の大きさの開口部を有するサンプルローディングホールを備える。
【０００９】
好ましい実施態様では、上記マイクロチャネル内に、電気泳動においてサンプルを分離し得るゲルを備える。
【００１０】
好ましい実施態様では、上記マイクロチャネル内に、電気泳動においてサンプルを分離し得る微細構造物を備える。
【００１１】
好ましい実施態様では、上記マイクロチャネルおよび上記サンプルローディングホールの表面は、撥水処理されている。
【００１２】
本発明はまた、上記のいずれかのマイクロチップ、電気泳動用電圧制御器、および微細構造を有する液滴吐出装置を備えた、化学物質または生体成分を分析または定量するための電気泳動装置を提供する。
【００１３】
好ましい実施態様では、上記液滴吐出装置は、１０ピコリットル（ｐＬ）以下のサンプルを吐出し得るインクジェットヘッドを有する装置である。
【００１４】
本発明はさらに、化学物質または生体成分を電気泳動により分析または定量する方法を提供し、この方法は、上記のいずれかのマイクロチップのマイクロチャネルまたはサンプルローディングホールに、微細構造を有する液滴吐出装置を用いてサンプルを吐出する工程；該吐出されたサンプルを前記マイクロチャネル中で電気泳動する工程；および該電気泳動により分離されたサンプルを検出または定量する工程、を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の電気泳動用マイクロチップは、化学物質または生体成分を分析または定量するための電気泳動用マイクロチップであり、従来の電気泳動用マイクロチップが有していたマイクロチャネルの交点を利用するサンプル量調節用構造がなくても、少量のサンプルを正確な量で電気泳動することができる。以下、本発明の電気泳動用マイクロチップについて説明する。
【００１６】
（本発明の電気泳動用マイクロチップの基材）
本発明の電気泳動用マイクロチップの基材は、通常電気泳動に使用される材料であれば、特に限定されず、例えば、ガラス、融解石英、結晶石英、シリカ、プラスチックなどが挙げられる。比較的高い電圧を加えることができる点で、ガラスおよび融解石英のような非伝導材料を用いることが好ましい。
【００１７】
上記マイクロチップ基材には、以下に詳細に説明するマイクロチャネルが、微細加工技術によって形成される。例えば、シンクロトロン放射光、イオンビーム、マイクロ波レーザー、フェムト秒レーザーなどを照射することによって形成され得る。あるいは、光リソグラフィーと化学的エッチングにより形成することもできる。
【００１８】
また、基材は、そのまま用いてもよいし、あるいは目的に応じて表面に種々の処理を施した後に使用してもよい。表面処理方法に特に制限はないが、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ（マイクロ波プラズマ気相合成）、イオンプレーティング、無電解メッキ法などが挙げられる。また、微細構造を有する液滴吐出装置でサンプルを吐出する際に、静電気の影響のため、微細な液滴が目的の位置に正確に配置できない場合がある。そのため、マイクロチップ基材の表面が帯電防止処理されていることが好ましい。あるいは、基材として、予め帯電防止剤が練り込まれたプラスチックなどを用いてもよい。
【００１９】
さらに、基材は、カバープレートで覆って使用してもよい。カバープレートの材料も、基材と同様に選択され得る。
【００２０】
（マイクロチャネル）
本発明の電気泳動用マイクロチップには、電気泳動によるサンプルの分離・検出のためのマイクロチャネルが設けられている。マイクロチャネルは、溝状、スリット状またはトンネル状であってもよい。マイクロチャネルの切断面の形状は、特に限定されず、目的に応じて適宜決定され、凹型、Ｕ字型、Ｖ字型などであってもよい。例えば、図１（ａ）に示すマイクロチップにおけるＡ−Ａ線での断面では、マイクロチャネルは、図２（ａ）に示すような形状であり得る。マイクロチャネルの幅は、２００μｍ以下であり、最大幅は、０．３μｍ〜２００μｍであることが好ましく、１２μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。深さは、１００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以下であり、０．３μｍ〜５０μｍであることがより好ましく、１２μｍ〜５０μｍであることがさらに好ましい。長さは、分析すべきサンプル、使用する媒体などに応じて、適宜決定され得る。マイクロチャネルの数および配置は、特に制限はないが、複数個が設けられることが好ましい。例えば、図１の（ａ）〜（ｃ）に示すような並列、縦列、放射状など、任意に配置され得る。
【００２１】
微細構造を有する液滴吐出装置からマイクロチャネルに吐出された液滴が、マイクロチャネルの内壁に表面張力によって付着し、マイクロチャネル内の電気泳動流路に到達しない場合がある。これを防止するために、マイクロチャネルの表面あるいはマイクロチップ表面は、必要に応じて撥水処理されていてもよい。撥水処理は、どのような方法で行われてもよいが、例えば、基材上に樹脂膜を形成し、その樹脂膜上に撥水性樹脂層を物理的蒸発成膜法で形成する方法が挙げれられる。このように処理された本発明のマイクロチップは、特に超微量のサンプルを、正確に配置することができる。
【００２２】
本発明の電気泳動用マイクロチップには、従来品に見られるようなマイクロチャネルの交点を利用するサンプルロード用のマイクロチャネルは設けられていない。そのため、本発明のマイクロチップは、一定面積のマイクロチップ上に多数のマイクロチャネルを形成したマイクロアレイとして提供され得る。さらに、目的に応じて、その他の用途のマイクロチャネルが設けられていてもよい。また、マイクロチャネルは、必要に応じて途中で分岐していてもよい。
【００２３】
上記電気泳動用のマイクロチャネルの内部には、電気泳動の媒体が備えられる。媒体としては、ゲル、多孔質ポリマー、水溶液、微細構造物などが挙げられる。微細構造物とは、超微細加工技術により加工された三次元構造体（馬場ら、前出）をいい、予めマイクロチャネル内に刻み込まれていてもよい。媒体は、分離・分析されるサンプルに応じて、適宜選択され得る。
【００２４】
分離・分析され得るサンプルとしては、特に限定されないが、化学物質および生体成分が挙げられ、具体的には、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、多糖、アルカロイド、色素類など、電荷を有するものが挙げられる。中性の物質であっても、イオン状態にできる媒体を選択することにより、サンプルとなり得る。本発明のマイクロチップでは、特に、ＤＮＡおよびタンパク質が好適に分析され得る。ＤＮＡおよびタンパク質分析の場合、媒体としては、好適には、ポリアクリルアミドゲル、アガロースゲルなどが用いられる。
【００２５】
（サンプルローディングホール）
本発明の電気泳動用マイクロチップ基材には、サンプルを配置するためのサンプルローディングホールが設けられていてもよい。サンプルローディングホールは、マイクロチャネルにサンプルを配置しやすくする目的で、マイクロチャネル上に設けられる。
【００２６】
設けられるサンプルローディングホールの形状、ならびに大きさおよび深さ（すなわち、凹部の体積）は特に制限はなく、サンプル量により決定すればよい。一般的には、サンプルローディングホールは、１０ｐＬを容易にホール中に吐出し得、そして吐出されたサンプルがマイクロチャネルの電気泳動の流路に達するような形状および大きさである。例えば、図１に示すマイクロチップにおいて、サンプルローディングホールを通るＢ−Ｂ断面は、図２（ｂ）に示すとおりである。すなわち、図２（ａ）に示すマイクロチャネルよりもやや大きな開口部を備え、サンプルを配置しやすい形状である。また、サンプルが、確実にマイクロチャネルの流路に到達され得る点で、サンプルローディングホールは、前述のマイクロチャネルと同様に撥水処理されていることが好ましい。開口部の形状は、例えば、円形、方形、菱型であってもよく、楕円形などであってもよい。また、カバープレートを用いる場合は、カバープレートにサンプルローディングホールの開口部と同じ形状およびサイズの貫通孔が形成されていることが好ましい。
【００２７】
（電源に接続可能な電極）
上記マイクロチャネルは、代表的にはその両端に、電源に接続可能な電極が設けられている。サンプルロードした側を陰極および他端を陽極とすることによって、通常行われる電気泳動と同様にサンプルを移動させることができる。電極の材質は、通常電極として用いられるものであれば特に限定されない。電極は、個々に電源に接続してもよいが、陰極側と陽極側との配線をそれぞれ１つにまとめて各マイクロチャネルを並列つなぎとして電源に接続してもよい。このようにすると、電源への接続も簡単であり、マイクロチップ自体も配線が単純化され、コンパクトになり得る。
【００２８】
（微細構造を有する液滴吐出装置）
本発明の電気泳動用マイクロチップに、少量のサンプルを正確な量で配置するために、微細構造を有する液滴吐出装置が用いられる。本発明において、微細構造を有する液滴吐出装置とは、１０ｐＬ以下、好ましくは４ｐＬ以下のサンプルを精度よく吐出し得る装置であればどのようなものであってもよい。例えば、Semiconductor FPD World 2001.6, 154-156に記載のようなインクジェットヘッドを有する装置が挙げられる。また、バブルジェット（登録商標）装置、マイクロポンプ、マイクロピペッターなどであってもよい。これらの装置からマイクロチャネルに吐出する液滴数を変えることによって、サンプルの量を調整することができる。
【００２９】
（サンプルの検出または定量）
電気泳動によって分離されたサンプルは、通常用いられる検出方法によって検出され得る。代表的には、ＵＶ吸収、蛍光、化学発光、屈折率変化などが測定される。本発明においては、微量のサンプルを測定するため、蛍光検出が好ましい。また、サンプルを正確な量で配置できるため、検出されたシグナルの強度を測定することによる定量も可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の電気泳動用マイクロチップは、微細構造を有する液滴吐出装置を用いて微量の目的のサンプルを基材上に正確に配置でき、目的物質の正確な測定を可能にする。例えば、１分子タンパク質の分析も可能である。特に、サンプル量調整用構造を有さないため、従来と比べてチップ上に無駄に配置されるサンプルがなく、少量のサンプル量で測定でき、コストパフォーマンスがよい。また、サンプル量調整用の電極の必要がなく、簡単な装置で測定できる。さらに、マイクロチップの構造が単純であるため、マイクロチップ上に多数のマイクロチャネルを配置できる。このように、コンパクトかつ精度の高い電気泳動用マイクロチップを容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサンプルローディングホールを有するマイクロチップの上面概念図であり、（ａ）はマイクロチャネルを並列に、（ｂ）は縦列に、そして（ｃ）は放射状に配置した場合の例を示す。
【図２】図１（ａ）に示す本発明のサンプルローディングホールを有するマイクロチップの、Ａ−Ａ線での断面図（ａ）およびＢ−Ｂ線での断面図（ｂ）である。
【図１】
2005164242.tif 000002
【図２】
2005164242.tif 000003