(57)【要約】試料導入部（１０７）に、試料−担体複合体（１１９）を導入し、試料−担体複合体（１１９）を移動させ、堰き止め部（１１１）に堆積させる。所定量の試料−担体複合体（１１９）を堰き止め部（１１１）に堆積させた段階で、堰き止め部（１１１）を加熱する。所定の温度まで昇温し、試料−担体複合体（１１９）を試料（１２１）と担体（１２３）とに分解させる。そして、試料導入部（１０７）と試料回収部（１０９）との間に電圧を印加し、柱状体（１１５）間を通過させて試料（１２１）を第二の流路（１０６）中に移動させ、所定の分離、分析または回収操作を行う。
2004083823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の設けられた基材を備え、前記流路に導入された、試料および該試料を保持する担体の複合体から、前記試料を抽出するマイクロチップであって、
前記流路は、
前記複合体の導入される導入口と、
前記複合体を堰き止める堰き止め部と、
前記導入口から前記堰き止め部に至る、前記複合体の流れる導入流路と、
前記堰き止め部の下流側にあって、前記堰き止め部を介して前記導入流路に連通し、前記堰き止め部で堰き止められた前記複合体から抽出される前記試料の流れる試料流路と、
を含むことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載のマイクロチップにおいて、前記堰き止め部に堰き止められた前記複合体に対して刺激を与え、前記試料を抽出する刺激付与手段を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載のマイクロチップにおいて、前記堰き止め部は、複数の突起を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項４】
請求の範囲第２項または第３項に記載のマイクロチップにおいて、前記刺激付与手段が加熱部材であることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項５】
請求の範囲第２項または第３項に記載のマイクロチップにおいて、前記刺激付与手段が光照射部材であることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記流路は前記試料中の成分を分離するための分離部を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記流路は前記試料を分析するための分析部を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記流路は前記試料を回収するための回収部を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項９】
流路の設けられた基材を備えるマイクロチップを用い、
試料および該試料を保持する担体の複合体を前記流路に導入し、
前記複合体に刺激を与えることにより、前記複合体から前記試料を抽出することを特徴とする試料抽出方法。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載の試料抽出方法により前記複合体から前記試料を抽出した後、抽出された前記試料中の成分を前記流路の下流側で分離することを特徴とする試料分離方法。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項に記載の試料分離方法において、前記複合体を加熱して前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料分離方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１０項に記載の試料分離方法において、前記流路のｐＨを変化させて前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料分離方法。
【請求項１３】
請求の範囲第１０項に記載の試料分離方法において、前記担体の濃度を希釈して前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料分離方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１０項乃至第１３項いずれかに記載の試料分離方法において、前記複合体を前記流路中の所定の位置に堰き止めた後、前記刺激を与えることを特徴とする試料分離方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１４項に記載の試料分離方法において、前記複合体を遠隔操作により前記流路中の前記所定の位置に保持することにより、前記複合体を堰き止めることを特徴とする試料分離方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項に記載の試料分離方法において、前記遠隔操作がレーザートラップであることを特徴とする試料分離方法。
【請求項１７】
請求の範囲第９項に記載の試料抽出方法により前記複合体から前記試料を抽出した後、抽出された前記試料を前記流路の下流側で分析することを特徴とする試料分析方法。
【請求項１８】
請求の範囲第１７項に記載の試料分析方法において、前記複合体を加熱して前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料分析方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１７項に記載の試料分析方法において、前記流路のｐＨを変化させて前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料分析方法。
【請求項２０】
請求の範囲第１７項に記載の試料分析方法において、前記担体の濃度を希釈して前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料分析方法。
【請求項２１】
請求の範囲第１７項乃至第２０項いずれかに記載の試料分析方法において、前記複合体を前記流路中の所定の位置に堰き止めた後、前記刺激を与えることを特徴とする試料分析方法。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項に記載の試料分析方法において、前記複合体を遠隔操作により前記流路中の前記所定の位置に保持することにより、前記複合体を堰き止めることを特徴とする試料分析方法。
【請求項２３】
請求の範囲第２２項に記載の試料分析方法において、前記遠隔操作がレーザートラップであることを特徴とする試料分析方法。
【請求項２４】
請求の範囲第９項に記載の試料抽出方法により前記複合体から前記試料を抽出した後、抽出された前記試料を前記流路の下流側で回収することを特徴とする試料回収方法。
【請求項２５】
請求の範囲第２４項に記載の試料回収方法において、前記複合体を加熱して前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料回収方法。
【請求項２６】
請求の範囲第２４項に記載の試料回収方法において、前記流路のｐＨを変化させて前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料回収方法。
【請求項２７】
請求の範囲第２４項に記載の試料回収方法において、前記担体の濃度を希釈して前記複合体に前記刺激を与えることを特徴とする試料回収方法。
【請求項２８】
請求の範囲第２４項乃至第２７項いずれかに記載の試料回収方法において、前記複合体を前記流路中の所定の位置に堰き止めた後、前記刺激を与えることを特徴とする試料回収方法。
【請求項２９】
請求の範囲第２８項に記載の試料回収方法において、前記複合体を遠隔操作により前記流路中の前記所定の位置に保持することにより、前記複合体を堰き止めることを特徴とする試料回収方法。
【請求項３０】
請求の範囲第２９項に記載の試料回収方法において、前記遠隔操作がレーザートラップであることを特徴とする試料回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、マイクロチップならびにマイクロチップを用いる試料抽出方法、試料分離方法、試料分析方法、および試料回収方法に関する。
【背景技術】  近年、生体由来物質の分離、分析機能をチップ上に具備するマイクロチップの研究開発が活発に行われている（特許文献１）。これらのマイクロチップには、微細加工技術を用いて微細な分離用流路等が設けられており、極めて少量の試料をマイクロチップに導入し、分離、分析を行うことができるようになっている。
こうしたマイクロチップをプロテオミクス研究やゲノミクス研究に活用する技術において、電気泳動の技術を導入する試みが提案されている。タンパク質やペプチドを電気泳動により分離し、ゲルから回収して分析を行っている。マイクロチップを用いた電気泳動では、図１３（ａ）に示すように、基板３００上に投入用流路３０２および分離用流路３０４が十字型に形成される。図１３（ｂ）に示すように、まず液溜め３０６から試料を投入し、図中横方向に電界をかけて投入された試料を右方向に移動させ、次いで図１３（ｃ）に示すように、図中縦方向に電界をかけることにより、投入用流路３０２および分離用流路３０４の交差した部分の試料を分離用流路に流し、これにより移動速度の異なる成分を分離することができる。
【特許文献１】特開２００２−１３１２８０号公報
【発明の開示】
ところが、投入用流路から分離用流路に導入される試料の量が少ないと、分離の過程で目的成分を微量しか得ることができない。このため、高濃度の目的成分を得ることができず、分析を精度よく行えない場合があった。一方、投入用流路の幅を広く形成して分離用流路に導入される試料の量を多くすると、分離用流路中で流れる試料のバンド幅が広くなり、分解能が低下し、精度よい分離ができないことがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、微量の試料を簡単な操作で効率よく分離または回収する技術を提供することにある。また、本発明の別の目的は、微量の試料を効率よく分析する技術を提供することにある。
本発明によれば、流路の設けられた基材を備え、前記流路に導入された、試料および該試料を保持する担体の複合体から、前記試料を抽出するマイクロチップであって、前記流路は、前記複合体の導入される導入口と、前記複合体を堰き止める堰き止め部と、前記導入口から前記堰き止め部に至る、前記複合体の流れる導入流路と、前記堰き止め部の下流側にあって、前記堰き止め部を介して前記導入流路に連通し、前記堰き止め部で堰き止められた前記複合体から抽出される前記試料の流れる試料流路と、を備えることを特徴とするマイクロチップが提供される。
本発明において、試料の抽出とは、試料と試料を保持する担体との複合体から試料を取り出すことをいう。また、堰き止め部は、導入流路から流れてくる複合体が試料流路に移動するのを阻害し、堰き止める機能を有する。
本発明に係るマイクロチップによれば、導入流路を流れる複合体は、堰き止め部を通過することができず、堰き止め部に連通する試料流路へと移動できない。このため、導入流路に導入された複合体は、堰き止め部に堆積され、濃縮される。よって、堰き止め部における試料濃度も高くなる。試料は複合体中に保持された状態で堰き止め部に堆積するからである。
試料の分離、回収、分析を行う場合、予め試料を高濃度化しておく必要があったが、従来は高濃度化には限界があった。また、試料を分離してバンドを得る際にも、分離効率の改善の余地があった。これに対し、本発明では、堰き止め部に複合体を濃縮しておくことにより、試料を担体に保持された状態で堰き止め部に濃縮しておくことが可能となる。このため、試料を充分に濃縮した後、複合体から抽出することができる。そして、堰き止め部から試料流路へ試料を濃縮した状態で移動させることができる。したがって、試料流路において試料の分離、分析、回収等を高濃度で行うことが可能となり、効率的にこれらの操作を行うことができる。
なお、堰き止め部における複合体の堰き止め方法は、物理的な方法であってもよいし、遠隔操作による方法であってもよい。物理的に堰き止める場合、たとえば堰き止め部に導入流路と試料流路とを連通させる連通流路を有する構成とすることができる。そして、試料は連通流路を通過することができるが複合体は通過できないように構成することにより、効果的に複合体を堰き止めることができる。
また、試料を迅速に抽出することが可能であれば、複合体は刺激によって構造が完全に崩壊または分解してもよいし、その一部が崩壊、変形等する態様であってもよい。
本発明のマイクロチップにおいて、前記堰き止め部に堰き止められた前記複合体に対して刺激を与え、前記試料を抽出する刺激付与手段を備えることができる。
また、本発明において、前記複合体を前記流路中の所定の位置に堰き止めた後、前記刺激を与えてもよい。
また、本発明によれば、流路の設けられた基材を備えるマイクロチップを用い、試料および該試料を保持する担体の複合体を前記流路に導入し、前記複合体に刺激を与えることにより、前記複合体から前記試料を抽出することを特徴とする試料抽出方法が提供される。
本発明における刺激は、複合体から試料を抽出させることができる程度の大きさのものを指す。堰き止め部に堆積された複合体に所定の刺激が付与されると、複合体から試料が抽出される。堰き止め部は、導入流路と試料流路とを連通させており、複合体は堰き止め部を通過することができないが、試料は複合体よりも小さく、堰き止め部を通過することができる。このように、本発明において刺激付与手段を備えることにより、堰き止め部に堆積された複合体に刺激を与え、試料を抽出することができるため、試料の抽出をより一層好適なタイミングで確実に行うことができる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記流路は前記試料中の成分を分離するための分離部を備えることができる。
また、本発明によれば、前記試料抽出方法により前記複合体から前記試料を抽出した後、抽出された前記試料中の成分を前記流路の下流側で分離することを特徴とする試料分離方法が提供される。
こうすることにより、試料に複数の成分が含まれる場合にも、効率よく成分の分離を行うことができる。堰き止め部において試料を複合体中に保持された状態で濃縮することができるため、試料流路に濃縮したバンドとして試料を導入することができる。このため、分離効率の高い分離を行うことができる。なお、試料は一種の成分からなっていてもよいし、二種類以上の成分を含んでいてもよい。
本発明のマイクロチップにおいて、前記流路は前記試料を分析するための分析部を備えることができる。
また、本発明によれば、前記試料抽出方法により前記複合体から前記試料を抽出した後、抽出された前記試料を前記流路の下流側で分析することを特徴とする試料分析方法が提供される。
本発明によれば、試料を濃縮した状態で堰き止め部から試料流路に移動させることができるため、一定の濃度基準以上の試料の分析を行うことができる。このため、分析精度および感度を向上させることができる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記流路は前記試料を回収するための回収部を備えることができる。
また、本発明によれば、前記試料抽出方法により前記複合体から前記試料を抽出した後、抽出された前記試料を前記流路の下流側で回収することを特徴とする試料回収方法が提供される。
本発明によれば、試料を濃縮した状態で堰き止め部から試料流路に移動させることができるため、試料を高濃度で効率よく回収することができる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記堰き止め部は、複数の突起を備えることができる。
導入流路に導入された複合体のうち、最初に堰き止め部に到達したものは、突起の間隙を通過することできず、堰き止め部に堰き止められる。すると、後に堰き止め部に到達した複合体が堰き止め部に堆積されることになる。よって、堰き止め部に複数の突起を備える構成とすることにより、複合体を物理的に確実に堰き止め部にとどめておくことができる。また、突起の形状、間隔を所定の大きさに調節することにより、複合体の形状、大きさと試料の形状、大きさとに応じて最適の構成を選択することが可能となる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記刺激付与手段が加熱部材であってもよい。
また、本発明において、前記複合体を加熱して前記複合体に前記刺激を与えてもよい。
こうすることにより、所定の温度で構造が変化して試料を抽出する担体を用いて好適に試料を抽出することができる。また、試料を好適に分離または分析することができる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記刺激付与手段が光照射部材であってもよい。
光照射部材を用いて刺激を付与することにより、複合体により迅速に刺激を付与することができる。このため、光照射条件によって分解または開裂する複合体を用いて、速やかに試料の抽出と試料流路への移動を開始させることができる。
本発明において、前記流路のｐＨを変化させて前記複合体に前記刺激を与えてもよい。
こうすることにより、導入流路に塩等のｐＨを変化させる物質を導入して容易に複合体の構造を変化させ、試料を抽出することができる。また、試料を好適に分離または分析することができる。
また、本発明において、前記担体の濃度を希釈して前記複合体に前記刺激を与えてもよい。
こうすることにより、たとえば簡便な方法で試料を抽出することが可能となる。また、試料を好適に分離または分析することができる。
本発明において、前記複合体を遠隔操作により前記流路中の前記所定の位置に保持することにより、前記複合体を堰き止めてもよい。
本発明において、「遠隔操作により保持する」とは、物理的な妨害部材によって複合体を堰き止め部に堰き止めるのではなく、複合体が堰き止め部内に選択的に存在するように流路の外部から複合体に所定の操作を施すことをいう。遠隔操作により複合体を保持することにより、物理的な妨害部材を流路に設ける必要がなく、刺激付与後、担体を構成する分子等、試料以外の成分が堰き止め部にて目詰まりを起こし、試料の通過を阻害することが抑制される。
たとえば、本発明の試料分離方法において、前記遠隔操作はレーザートラップ（以下、「光ピンセット」とも呼ぶ。）であってもよい、こうすれば、堰き止め部に光を照射し、光ピンセット機能を用いて複合体を確実に保持しておくことができる。レーザートラップにより複合体を堰き止め部に保持した場合にも、保持された複合体よりも上流に存在する複合体は保持された複合体に妨害されて堰き止め部を通過することができず、複合体が堰き止め部に堆積する。このため、物理的な妨害部を設けることなく、複合体を堰き止め部に確実に堆積させることが可能となる。
また、マイクロチップ作製後、流路中の任意の位置に容易に堰き止め部を形成することができる。このため、マイクロチップの設計の自由度が拡大し、目的により一層ふさわしい構成のマイクロチップを得ることができる。刺激により試料が抽出される担体から試料をより確実に、そして速やかに抽出させ、試料の移動を開始させることができる。
以上説明したように本発明によれば、微量の試料を簡単な操作で効率よく分離または回収する技術が実現される。また、本発明によれば、微量の試料を効率よく分析する技術が実現される。
【図面の簡単な説明】  上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
図１は、一般的な分離装置を本実施形態に適用した構成を示す図である。
図２は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。
図３は、図２のマイクロチップの断面を示す図である。
図４は、図２のマイクロチップの使用方法を説明する図である。
図５は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。
図６は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。
図７は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。
図８は、図２のマイクロチップにおける試料導入部付近の拡大図である。
図９は、図８のＢ−Ｂ’方向の断面図である。
図１０は、本実施形態に係るマイクロチップの作製方法を示す工程断面図である。
図１１は、本実施形態に係るマイクロチップの作製方法を示す工程断面図である。
図１２は、本実施形態に係るマイクロチップの作製方法を示す工程断面図である。
図１３は、従来の分離装置の構成を示す上面図である。
図１４は、図５のマイクロチップの堰き止め部における堰き止め方法を説明するための図である。
図１５は、本実施形態に係るマイクロチップの堰き止め部の構成を示す上面図である。
図１６は、図１のマイクロチップに分離部や分析部を設けた場合の流路の構成を示す図である。
図１７は、図１５のマイクロチップの堰き止め部の作製方法を説明するための図である。
図１８は、図１５のマイクロチップの堰き止め部の作製方法を説明するための図である。
図１９は、実施例に係るマイクロチップの第一の流路の蛍光顕微鏡像を示す上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第一の実施形態）
本実施形態は、流路中に設けられた堰き止め部に物理的な堰き止め部材が設けられたマイクロチップに関する。図１は、本実施形態のマイクロチップを分離装置に適用した構成を示す図である。分離装置１００を構成するマイクロチップ１０１は、基板１０３上に形成された試料導入部１０７と、第一の流路１０５と、第二の流路１０６と、試料回収部１０９とを含む。第一の流路１０５中に、試料を担体に保持された複合体の状態で堰き止めておくための堰き止め部１１１を有する。また、第二の流路１０６の所定の位置に、分離領域（不図示）が設けられている。
試料は担体に保持された状態、すなわち複合体の状態で試料導入部１０７に導入され、第一の流路１０５中を移動する。担体に保持された状態では試料は堰き止め部１１１を通過することができないため、堰き止め部１１１に堆積される。そして、所定のタイミングで付与される後述の外部刺激に応答して試料が担体から放出されると、堰き止め部１１１を通過して、堰き止め部１１１の下流に設けられた第二の流路１０６中を、下流すなわち試料回収部１０９側へ移動する。堰き止め部１１１を通過した試料は第二の流路１０６にて分離、分取されたり、試料回収部１０９から回収されたりする。
分離装置１００およびマイクロチップ１０１は、図１に示した構成に限られず、どのような構成とすることもできる。マイクロチップ１０１において、試料導入部１０７および試料回収部１０９には電極１２０ａおよび電極１２０ｂがそれぞれ設けられている。電極１２０ａおよび電極１２０ｂはマイクロチップ１０１外部の電源１２２に接続される。分離装置１００は、電源制御部１２４をさらに含む。電源制御部１２４は、電極１２０ａおよび電極１２０ｂに印加する電圧の方向、電位、時間等の電圧印加パターンを制御する。
ここで、基板１０３としては、シリコン基板、石英等のガラス基板あるいはプラスチック材料により構成されたものを用いることができる。第一の流路１０５または第二の流路１０６は、このような基板１０３に溝を形成することにより設けることもできるが、たとえば疎水性の基板表面に親水性処理を施したり、親水性の基板１０３表面の第一の流路１０５または第二の流路１０６の部分の壁部に疎水性処理を施したりすること等によっても形成することができる。さらに、基板１０３としてプラスチック材料を用いる場合、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板１０３の材料の種類に適した公知の方法で第一の流路１０５または第二の流路１０６を形成することができる。
第一の流路１０５および第二の流路１０６の幅は、分離目的に応じて適宜設定される。たとえば、細胞の液状分画成分（細胞質）のうち、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）の抽出を行う場合、５μｍ〜１０００μｍとする。
なお、マイクロチップ１０１の第二の流路１０６に分析領域を設けることにより、試料の分離だけでなく分析にも用いることができる。すなわち、マイクロチップ１０１は試料の分析装置としても利用可能である。また、試料回収部１０９から試料を回収すれば、試料の回収装置としても利用可能である。
以下、マイクロチップ１０１の構成についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、試料導入部１０７または試料回収部１０９は、緩衝液等のリザーバとして用いることもできる。
図２は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。また、図３（ａ）は、図２のマイクロチップのＡ−Ａ’方向の断面図であり、図３（ｂ）は図２のマイクロチップのＢ−Ｂ’方向の断面図である。
マイクロチップ１０１において、第一の流路１０５に設けられた堰き止め部１１１には、複数の柱状体１１５を有する妨害部１１３が設けられている。また、図３（ｂ）に示したように、堰き止め部１１１は、その底面からヒーター１１７によって加熱される。なお、図２においては、一列の柱状体１１５が第一の流路１０５の延在方向に対して垂直な方向に延在しているが、妨害部１１３は複数の柱状体１１５の列を設けてもよい。
試料は、試料導入部１０７から第一の流路１０５に導入される。このとき、試料を柱状体１１５の間隙を通過できない程度の大きさの担体に保持させておくことにより、試料は担体とともに堰き止め部１１１にて所望のタイミングまで堰き止められる。そして、ヒーター１１７によって所定の温度に昇温させると、その温度がトリガーとなって試料が堰き止め部１１１を通過して第二の流路１０６に導入され、第二の流路１０６中を下流すなわち試料回収部１０９に向かって流れるようになっている。以下、加熱により分解する担体に電荷を有する試料を保持させ、試料を第二の流路１０６中に抽出する方法を例に、この過程をさらに詳細に説明する。
図４は、マイクロチップ１０１の使用方法を説明する図である。図４において、試料の抽出は、
（ｉ）通電による試料−担体複合体１１９の移動、
（ｉｉ）試料−担体複合体１１９の堰き止め部１１１への堆積、
（ｉｉｉ）試料−担体複合体１１９の移動停止、
（ｉｖ）加温による試料１２１の放出、
（ｖ）加温の停止、
（ｖｉ）試料１２１の第二の流路１０６中への移動、
のステップで行われる。（ｉ）〜（ｖｉ）のステップが終了した後、さらに試料１２１を試料導入部１０７に導入し、（ｉ）のステップから繰り返してもよい。
（ｉ）通電による試料−担体複合体１１９の移動
まず、試料導入部１０７に、試料−担体複合体１１９を導入する（図４（ａ））。そして、試料−担体複合体１１９が第一の流路１０５を試料導入部１０７から試料回収部１０９に向かって流れるように試料導入部１０７と試料回収部１０９との間に電圧を印加し、図１を用いて前述したように試料−担体複合体１１９を移動させる。
（ｉｉ）試料−担体複合体１１９の堰き止め部１１１への堆積
試料−担体複合体１１９は、堰き止め部１１１に到達すると、柱状体１１５の間を通過することができないため、堰き止め部１１１を通過することができず、柱状体１１５の近傍に堰き止められる。すると、続いて堰き止め部１１１に到達した試料−担体複合体１１９は、先に堰き止め部に到達した試料−担体複合体１１９が柱状体１１５の近傍に堰き止められているため、その堰き止められている試料−担体複合体１１９の近傍に堰き止められる。こうして、第一の流路１０５中を移動した試料−担体複合体１１９は、堰き止め部１１１に堰き止められ、堆積される（図４（ｂ））。
（ｉｉｉ）試料−担体複合体１１９の移動停止
試料導入部１０７に導入された所定量の試料−担体複合体１１９が、堰き止め部１１１に堆積した段階で、電圧の印加を停止する。
（ｉｖ）加温による試料１２１の放出
電圧の印加を停止したら、堰き止め部１１１の底部に設けられたヒーター（図４では不図示）のスイッチを入れて、加熱する。試料−担体複合体１１９が構造変化を起こす温度まで昇温された時点で、試料−担体複合体１１９は試料１２１と担体１２３とに分解する（図４（ｃ））。ここで、試料１２１を保持する担体１２３は、複数の分子の集合体として形成されていてもよいし、架橋した巨大分子であってもよい。
（ｖ）加温の停止
試料−担体複合体１１９が試料１２１と担体１２３とに分解したら、ヒーターによる加熱をやめる。
（ｖｉ）試料１２１の第二の流路１０６中への移動
放出された試料１２１が、堰き止め部１１１から試料回収部１０９に向かって流れるように、試料導入部１０７と試料回収部１０９との間に再度電圧を印加する。放出された試料１２１は、柱状体１１５の間隙を通過することが可能な大きさであるため、堰き止め部１１１を通過して第二の流路１０６中を移動する（図４（ｄ））。堰き止め部１１１より下流側に分離領域または分析領域（いずれも図４では不図示）を設けておけば、比較的大量の試料１２１について分離または分析を行うことができる。もちろん、試料回収部１０９から試料１２１を回収することもできる。
このように、マイクロチップ１０１においては、第一の流路１０５を試料−担体複合体１１９が移動し、第二の流路１０６中を、試料−担体複合体１１９から放出された試料１２１が移動する。試料−担体複合体１１９は堰き止め部１１１を通過することができないため、第二の流路１０６を移動することができない。
このため、試料−担体複合体１１９が所定量堆積するまで試料１２１を第二の流路１０６に移動させず、堰き止め部１１１に試料−担体複合体１１９として堆積させておくことができる。また、試料−担体複合体１１９から試料１２１を放出する過程は、ヒーター１１７による温度制御によって簡単に行うことができる。このため、第二の流路１０６にて分離操作を行う場合、より大量の試料１２１を濃縮させた状態で分離すなわち試料１２１の移動を開始させることができる。よって、精度よい分離が可能である。また、分析操作を行う場合にも、測定精度、感度を向上させることが可能となる。
図１６はマイクロチップ１０１に試料分離部１４９や試料分析部１５１を設けた場合の流路の構成を示す図である。図１６（ａ）では、堰き止め部１１１の下流に試料分離部１４９が設けられている。試料分離部１４９は、たとえば柱状体１１５よりも径の小さい柱状体が形成された構成とする。こうすれば、堰き止め部１１１に堆積された試料−担体複合体１１９中の試料１２１が、所定の温度になった時点で試料−担体複合体１１９から分離し、堰き止め部１１１を通過して試料分離部１４９にて分離される。
このとき、堰き止め部１１１に試料１２１が濃縮されているため、分離開始時の試料濃度を高くすることができる。そして、堰き止め部１１１にて所定量の試料−担体複合体１１９が蓄積されているため、充分な試料量を確保して、その分離を行うことができる。このように、マイクロチップ１０１では、堰き止め部１１１にて比較的多量の試料を濃縮してから試料１２１中の成分を分離することができる。このとき、試料分離部１４９にて分離された各画分の濃度も高めることができる。したがって、少量の試料についても確実に効率よく分離を行うことができる。
図１６（ｂ）は、第二の流路１０６に、試料分析部１５１を形成した例である。試料−担体複合体１１９中の試料１２１は、堰き止め部１１１に堆積されて濃縮されるため、分析も効率よく行うことができる。なお、試料分析部１５１における分析の形式に特に制限はないが、たとえば、マイクロチップ１０１の上部から所定の波長の光を試料分析部１５１に照射し、マイクロチップ１０１の底面で検出することにより、特定の吸収波長を有する物質を検出したり、定量したりすることができる。
試料−担体複合体１１９は、試料１２１を確実に保持して堰き止め部１１１まで運搬することができれば特に制限はないが、たとえば、試料１２１を内部に保持したリポソーム、デンドリマー、微粒子等とすることができる。このような担体は、たとえばＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）に用いられる材料から選択してもよい。試料−担体複合体１１９の大きさは、柱状体１１５の間隙を通過することができない大きさであれば特に制限されない。
また、柱状体１１５の間隔は、試料１２１を通過させ、上述のように試料−担体複合体１１９を通過させない大きさであれば制限されない。なお、マイクロチップ１０１では、妨害部１１３に柱状体１１５が配設された構成としたが、妨害部１１３を形成する妨害部材は柱状体１１５に限定されず、たとえば、スリット状の妨害部材を設けてもよい。また、所定の大きさ以下の粒子のみを透過させる多孔質材料としてもよい。
次に、図３に示したマイクロチップ１０１および試料−担体複合体１１９の調製方法について説明する。ここでは、試料１２１がＤＮＡであって、担体１２３がブロック共重合体であり、試料−担体複合体１１９が、ブロック共重合体により形成され試料１２１すなわちＤＮＡを内包するミセルである場合を例に説明する。
まず、マイクロチップ１０１の作製は、以下のようにして行う。基板１０３への第一の流路１０５、第二の流路１０６、試料導入部１０７、試料回収部１０９の形成は、図１を用いて前述したようにすればよい。
基板１０３上への柱状体１１５の形成は、基板１０３を所定のパターン形状にエッチング等を行うことができるが、その形成方法には特に制限はない。図１０、図１１、および図１２はその一例を示す工程断面図である。各分図において、中央が上面図であり、左右の図が断面図となっている。この方法では、微細加工用レジストのカリックスアレーンを用いた電子線リソグラフィ技術を利用して第一の流路１０５の堰き止め部１１１に設けられる柱状体１１５を形成する。カリックスアレーンの分子構造の一例を以下に示す。カリックスアレーンは電子線露光用のレジストとして用いられ、ナノ加工用のレジストとして好適に利用することができる。
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ここでは、基板１０３として面方位が（１００）のシリコン基板を用いる。まず、図１０（ａ）に示すように、基板１０３上にシリコン酸化膜１８５、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３をこの順で形成する。シリコン酸化膜１８５、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３の膜厚は、それぞれ４０ｎｍ、５５ｎｍとする。次に、電子ビーム（ＥＢ）を用い、柱状体１１５となる領域を露光する。現像はキシレンを用いて行い、イソプロピルアルコールによりリンスする。この工程により、図１０（ｂ）に示すように、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３がパターニングされる。
つづいて全面にポジフォトレジスト１３７を塗布する（図１０（ｃ））。膜厚は１．８μｍとする。その後、第一の流路１０５および第二の流路１０６となる領域が露光するようにマスク露光をし、現像を行う（図１１（ａ））。
次に、シリコン酸化膜１８５をＣＦ４、ＣＨＦ３の混合ガスを用いてＲＩＥエッチングする。エッチング後の膜厚を４０ｎｍとする（図１１（ｂ））。レジストをアセトン、アルコール、水の混合液を用いた有機洗浄により除去した後、酸化プラズマ処理をする（図１１（ｃ））。つづいて、基板１０３をＨＢｒガスを用いてＥＣＲエッチングする。エッチング後の基板１０３の段差、すなわち柱状体１１５の高さを４００ｎｍとする（図１２（ａ））。つづいてＢＨＦバッファードフッ酸でウェットエッチングを行い、シリコン酸化膜１８５を除去する（図１２（ｂ））。以上により、基板１０３上に第一の流路１０５、柱状体１１５および第二の流路１０６が形成される。
ここで、図１２（ｂ）の工程に次いで、基板１０３表面の親水化を行うことが好ましい。基板１０３表面を親水化することにより、第一の流路１０５、第二の流路１０６や堰き止め部１１１の柱状体１１５の間隙に試料−担体複合体１１９の分散液が円滑に導入される。特に、柱状体１１５により第一の流路１０５が微細化した堰き止め部１１１においては、第一の流路１０５の表面を親水化することにより、移動相の毛管現象による導入が促進され、また試料−担体複合体１１９が第一の流路１０５表面に非特異的に吸着することによって構造変化し、疎水部が露出して試料１２１を放出してしまうことが抑制されるため好ましい。
そこで、図１２（ｂ）の工程の後、基板１０３を炉に入れてシリコン熱酸化膜１８７を形成する（図１２（ｃ））。このとき、酸化膜の膜厚が３０ｎｍとなるように熱処理条件を選択する。シリコン熱酸化膜１８７を形成することにより、分離装置内に液体を導入する際の困難を解消することができる。その後、被覆１４５で静電接合を行い、シーリングしてマイクロチップ１０１を完成する（図１２（ｄ））。
なお、基板１０３にシリコンを用いる場合、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３に代えてスミレジストＮＥＢ（住友化学製）等を用いてパターニングを行うこともできる。レジストの種類を適宜選択することにより、試料−担体複合体１１９の大きさに応じて堰き止め部１１１を設計することができる。
なお、基板１０３にプラスチック材料を用いる場合、柱状体１１５は、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板１０３の材料の種類に適した公知の方法で行うことができる。
基板１０３をプラスチック材料により構成した場合、機械加工あるいはエッチング法によりマスタを製作し、このマスタを電気鋳造反転して製作した金型を用いて、射出成形または射出圧縮成形により柱状体１１５が形成された基板１０３を形成することができる。また、柱状体１１５は、金型を用いたプレス加工により形成することもできる。さらに、光硬化性樹脂を用いた光造形法により、柱状体１１５が形成された基板１０３を形成することもできる。
次に、試料導入部１０７および試料回収部１０９に電極を設ける方法について、試料導入部１０７を例に図８および図９を参照して説明する。図８は、図２のマイクロチップ１０１における試料導入部１０７付近の拡大図である。また図９は、図８のＢ−Ｂ’方向の断面図である。第一の流路１０５および試料導入部１０７が設けられた基板１０３上には、緩衝液等を注入できるようにするための開口部１３９が設けられた被覆１４５が配設される。また被覆１４５の上には、外部電源に接続することができるように電導路１４１が設けられる。
さらに図９に示されるように、電極板１４３が試料導入部１０７の壁面と電導路１４１とに沿うように配設される。電極板１４３と電導路１４１とは圧着され、電気的に接続される。なお、試料回収部１０９についても上記と同様な構造を有する。試料導入部１０７と試料回収部１０９のそれぞれに形成された電極板１４３は、基板１０３の下面等を導通させて外部電源（不図示）に接続すると、電圧が印加可能となる。
図３に戻り、以上のようにして基板１０３の加工を行った後、図３（ｂ）に示したように、堰き止め部１１１の温度を調節するためのヒーター１１７を基板１０３の底部に設ける。
なお、基板１０３の材料としてプラスチックを用いる場合にも、表面に親水化処理を施すことが好ましい。
親水性を付与するための表面処理としては、たとえば、親水基をもつカップリング剤を第一の流路１０５または第二の流路１０６の側壁に塗布することができる。親水基をもつカップリング剤としては、たとえばアミノ基を有するシランカップリング剤が挙げられ、具体的にはＮ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が例示される。これらのカップリング剤は、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、気相法等により塗布することができる。
次に、試料−担体複合体１１９について説明する。試料１２１として、核酸を用いる。核酸は、たとえばＤＮＡとする。ＤＮＡはポリアニオンであるため、担体１２３として、ポリカチオンを含む分子を用いれば、ＤＮＡを内包してミセルを形成させることができる。このミセルを試料−担体複合体１１９とすればよい。
ポリカチオンを含む分子として、ポリカチオンと刺激応答性ポリマーとのブロック共重合体を用いることができる。本実施形態においては、ヒーター１１７における加熱により試料−担体複合体１１９を開裂させるため、刺激応答性ポリマーとしては温度応答性ポリマーを用いる。
ポリカチオンとしては、たとえばアミノ基を有するポリマーを用いることができる。具体的には、たとえばポリ−Ｌ−リジン（ｐｏｌｙＬｙｓ）等が利用可能である。また、温度応答性ポリマーとしては、たとえばポリＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＰＩＰＡＡｍ）等のアルキル置換基を有するポリアクリルアミド誘導体をはじめとする、ＬＣＳＴ（下限臨界共溶温度）を有するポリマーを用いることができる。試料１２１の耐熱性等に応じて、所定のＬＣＳＴを有する構造を選択することができる。
これらのブロック共重合体は、たとえば特開平９−１６９８５０号公報に記載の方法またはＡ．Ｈａｒａｄａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｋａｔａｏｋａ，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１９９５年，２８，ｐ．５２９４−５２９９に記載の方法に準じて作製することができる。
得られたポリカチオン−温度応答性ポリマーブロック共重合体、たとえばｐｏｌｙＬｙｓ−ＰＩＰＡＡｍブロック共重合体をＣＭＣ（臨界ミセル濃度）以上の濃度となるよう所定の溶媒に溶解させる。これを試料１２１の溶液と混合し、ミセルを形成する。ミセルの形成方法として、たとえば透析法や、超音波を用いる方法を採用することもできる。
こうして得られたミセルは、試料１２１であるＤＮＡを内包し、温度応答性ポリマーを水相側に向けたミセルである。このミセルを試料−担体複合体１１９として用い、上述のようにして堰き止め部１１１に滞留させる。所定のタイミングで堰き止め部１１１を加熱すると、温度応答性ポリマーのＬＣＳＴでブロック共重合体の温度応答性領域が速やかに収縮し、ミセルの少なくとも一部が崩壊する。そこで、試料回収部１０９が陽極となるよう電界を付与することによって、ＤＮＡを堰き止め部１１１の下流に設けられた第二の流路１０６に選択的に移動させることができる。
なお、昇温した際に、担体１２３である共重合体が凝集した場合、担体１２３の堰き止め部１１１の通過がさらに効果的に抑制される。このため、試料１２１のみを選択的に第二の流路１０６へと移動させることが可能となる。この場合、試料１２１の分離や分析等を終了した後にＬＣＳＴ以下に降温することによって、水に再溶解させることができる。このとき、堰き止め部１１１にはＤＮＡが存在しないため、溶解した共重合体はミセルを形成せずに、柱状体１１５の間隙を通過する。このため、担体１２３を試料回収部１０９から回収し、再利用することができる。
また、ＤＮＡを内包するミセルをより安定的に形成させるため、ポリカチオンと温度応答性ポリマーに加え、さらに親水性ポリマーを用いた、親水性ポリマー−温度応答性ポリマー−ポリカチオンブロック共重合体を担体１２３として用いてもよい。親水性ポリマーをさらに有する分子を担体１２３とすることにより、ポリアニオンであるＤＮＡとポリカチオンの領域を内相とし、親水性ポリマーを好適に水相側に配置させることができる。
親水性ポリマーとしては、たとえばポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などのポリエチレン誘導体；プルラン、デキストラン等の多糖類；等を用いることが可能である。親水性ポリマー−温度応答性ポリマー−ポリカチオンブロックとして、具体的にはたとえばＰＥＧ−ＰＩＰＡＡｍ−ｐｏｌｙＬｙｓブロック共重合体などを挙げることができる。
以上においては、試料１２１がアニオン性である場合を例に説明したが、試料１２１がポリカチオンである場合には、担体１２３にポリカルボン酸やポリリン酸等のアニオン性の領域を設けることにより、同様にミセルを得ることができる。また、試料１２１が疎水性である場合には、担体１２３にポリスチレン等の疎水性領域を形成すればよい。
本実施形態に係るマイクロチップは、細胞を破壊して得られる液状分画の成分の、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）、低分子量成分（ステロイド、ブドウ糖、ペプチド等）など、生体由来成分をはじめとする様々な成分の分離、分析等に適用することができる。
また、本実施形態は、これらの処理に限定されず、外力を付与することにより、移動距離が異なる成分を含むどのような試料をも分離対象とすることができる。外力としては、たとえば電界を印加することにより電気泳動または電気浸透流により移動させる方法、あるいはポンプを用いて圧力を付与することにより移動させる方法等種々の方法を用いることができる。
（第二の実施形態）
本実施形態は、第一の実施形態に記載のマイクロチップ１０１（図２）において、ジスルフィド結合を有するミセルを用い、第一の流路１０５に導入される還元剤をトリガーとして試料−担体複合体１１９を崩壊させる態様に関する。本実施形態に係るマイクロチップの構成は基本的にはマイクロチップ１０１と同様であるが、堰き止め部１１１を加熱する必要がないため、ヒーター１１７は特に設けなくてよい。
試料１２１をＤＮＡ等のポリアニオンとする場合、たとえばポリチオール−ポリカチオン−親水性ポリマーのブロック共重合体を作製し、これを用いて試料１２１を内包するミセルを形成することができる。担体１２３はポリカチオン領域を有するため、ポリアニオンである試料１２１とポリイオンコンプレックスミセルを形成させることが可能である。ここでは、ポリチオールとは、側鎖に−ＳＨ基を有するモノマーユニットを有するポリマーを指す。
このようなブロック共重合体としては、たとえばＰＥＧ−ｐｏｌｙＬｙｓ−チオール基導入ｐｏｌｙＬｙｓのブロック共重合体を用い、これを還元剤存在下でポリアニオンである試料１２１と混合させた後、透析により還元剤を除去することによりミセルを形成させることができる。なお、ＰＥＧ−ｐｏｌｙＬｙｓ−チオール基導入ｐｏｌｙＬｙｓは、たとえば特開２００１−１４６５５６号公報に記載の方法に準じて作製することができる。
このようなミセルを堰き止め部１１１に滞留させた後、試料導入部１０７からＤＴＴ（ジチオトレイトール）等の還元試薬を導入すれば、ミセルを構成する担体１２３分子間に形成されていたジスルフィド結合が開裂するため、ミセルは崩壊し、試料１２１が放出される。このため、堰き止め部１１１を加熱することなく、所定のタイミングで試料１２１を放出させ、堰き止め部１１１を通過させることが可能となる。
（第三の実施形態）
本実施形態は第一の実施形態に記載のマイクロチップの堰き止め部１１１の構成が異なるものである。
図１５は、本実施形態に係るマイクロチップの堰き止め部１１１を示す上面図である。図１５において、堰き止め部１１１には複数の疎水性領域１９１が、略等間隔で規則的に配置されている。また、疎水性領域１９１以外の領域は石英等により形成された基板（不図示）表面が露出しており、親水性領域１９２となっている。このような疎水／親水パターンを形成することにより、堰き止め部１１１の疎水性が適度に制御される。そして、親水性領域１９２の上部に試料−担体複合体１１９の分散媒が選択的に存在し、疎水性領域１９１の上部は空隙となる。
この結果、疎水性領域１９１は、第一の実施形態における柱状体１１５と同様に、第一の流路１０５から堰き止め部１１１に到達した試料−担体複合体１１９を堰き止めることが可能となる。試料−担体複合体１１９は、堰き止め部１１１を通過することができずに堰き止め部１１１に堆積する。そして、加熱等所定の刺激が付与され、試料−担体複合体１１９が分解すると、試料１２１は分子サイズが試料−担体複合体１１９よりも小さいため、堰き止め部１１１の親水性領域１９２を通過することができる。
図１５の堰き止め部１１１の作製方法は、たとえば親水性の基板上に疎水性領域を形成することにより行う。図１７は、図１５の堰き止め部の形成方法を説明するための図である。初めに、図１７（ａ）のように、基板７０１上に電子ビーム露光用レジスト７０２を形成する。続いて、電子ビームを用い、電子ビーム露光用レジスト７０２を所定の形状にパターン露光する（図１７（ｂ））。こうして、未露光部７０２ａと露光部７０２ｂが形成される。そして、露光部７０２ｂを溶解除去すると、図１７（ｃ）のように所定の形状にパターニングされた開口部が形成される。その後、図１７（ｄ）に示したように、酸素プラズマアッシングを行う。なお、酸素プラズマアッシングは、サブミクロンオーダーのパターンを形成する際には必要となる。酸素プラズマアッシングを行えば、カップリング剤の付着する下地が活性化し、精密なパターン形成に適した表面が得られるからである。一方、ミクロンオーダー以上の大きなパターンを形成する場合においては必要性が少ない。
アッシング終了後、図１８（ａ）の状態となる。図中、親水性領域１９２はレジスト残さ及び汚染物が堆積して形成されたものである。この状態で、疎水性領域１９１を形成する（図１８（ｂ））。疎水性領域１９１を構成する膜の成膜法としては、たとえば気相法を用いることができる。この場合、密閉容器中に基板と疎水基を有するカップリング剤を含む液とを配置し、所定時間放置することにより膜を形成する。この方法によれば、基板表面に溶剤等が付着しないため、所望どおりの精密なパターンの処理膜を得ることができる。
他の成膜法としてスピンコート法を用いることもできる。この場合、疎水基を有するカップリング剤溶液を塗布して表面処理を行い、疎水性領域１９１を形成する。疎水基を有するカップリング剤としては、３−チオールプロピルトリエトキシシランを用いることができる。成膜方法として、ほかにディップ法等を用いることもできる。疎水性領域１９１は、親水性領域１９２の上部には堆積せず、基板７０１の露出部のみに堆積するため、図１５に示すように、多数の疎水性領域１９１が離間して形成された表面構造が得られる。基板の疎水処理は、分子中に、基板材料と吸着ないし化学結合するユニットと、疎水性装飾基を有するユニットとを併せ持つ構造の化合物を、基板表面に付着ないし結合させること等により実現される。こうした化合物として、たとえばシランカップリング剤等を用いることができる。
さらに、この疎水性処理はスタンプやインクジェットなどの印刷技術を用いて行うこともできる。スタンプによる方法では、ＰＤＭＳ樹脂を用いる。ＰＤＭＳ樹脂はシリコーンオイルを重合して樹脂化するが、樹脂化した後も分子間隙にシリコーンオイルが充填された状態となっている。そのため、ＰＤＭＳ樹脂を親水性の表面、例えば、ガラス表面に接触させると、接触した部分が強い疎水性となり水をはじく。これを利用して、流路部分に対応する位置に凹部を形成したＰＤＭＳブロックをスタンプとして、親水性の基板に接触させることにより、前記の疎水性処理による流路が簡単に製造できる。
インクジェットプリントによる方法では、粘稠性が低いタイプのシリコーンオイルをインクジェットプリントのインクとして用い、流路壁部分にシリコーンオイルが付着するようなパターンに印刷することによっても同じ効果が得られる。
（第四の実施形態）
本実施形態は、第一の実施形態に記載のマイクロチップにおいて、堰き止め部１１１における堰き止め方法が異なる構成のマイクロチップに関する。図５は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。図５（ａ）は、マイクロチップ１２５の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のマイクロチップ１２５のＣ−Ｃ’方向の断面図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）に示したように、マイクロチップ１２５においては堰き止め部１１１に物理的な妨害部材は設けられていない。図５（ｂ）に示したように、堰き止め部１１１の上部には、堰き止め部１１１にレーザー光の照射を行うための光源１２７が設けられており、レーザートラップによって、試料−担体複合体１１９を堰き止め部１１１に堆積させることができるようになっている。
レーザートラップは、２本のレーザーを物体に照射した際に生ずる光の放射圧を用いて、ピンセットで物体を捕捉するように細胞や粒子等をトラッピングする装置である。レーザーを細胞や微粒子などに集光照射すると、レーザーは媒質の違いから屈折し、光の運動量が変化する。この際粒子には、運動量と逆向きの力が生じ、その結果粒子は焦点にトラップされる。レーザトラッピングでは、非接触でナノメートルオーダ以上の粒子等のトラッピングが可能であるため、これを本実施形態のマイクロチップに適用することにより、堰き止め部１１１に物理的な妨害部１１３を設けずに、遠隔操作により試料−担体複合体１１９を堰き止め部１１１に保持しておくことが可能となる。
この様子を、図１４を用いて説明する。図１４は、図５のマイクロチップの堰き止め部１１１における堰き止め方法を説明するための図である。図１４（ａ）は、図５のマイクロチップのＣ−Ｃ’方向の断面図であり、図１４（ｂ）は、図５および図１４（ａ）のＤ−Ｄ’方向の断面図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示したように、堰き止め部１１１において、下流側に位置する試料−担体複合体１１９は、光ピンセット１４７によって堰き止め部１１１内に保持されており、上流側の試料−担体複合体１１９は、光ピンセット１４７によって捕捉された試料−担体複合体１１９によって堰き止められている。
光ピンセット１４７は、開口数の大きなレンズで集光したレーザー光によって、非接触的、非侵襲的に水中の微小物体を捕捉する。このため、試料−担体複合体１１９を、水の波長よりも大きな直径を有し、水より大きい屈折率を有する透明な粒子とすることが好ましい。
図５に戻り、光源１２７としては、たとえば波長１０６４ｎｍ、強度３５０ｍＷのＮｄ−ＹＡＧレーザーを用いることができる。また、堰き止め部１１１表面への集光は、レンズ等を用いて行い、表面における照射光強度を、たとえば５０ｍＷ〜２００ｍＷ程度とすることができる。
光ピンセット１４７によって試料−担体複合体１１９を堰き止め部１１１に滞留させる場合、たとえば、図５のマイクロチップを顕微鏡のステージ上にセットし、堰き止め部１１１の下流側に光源１２７から光を集光照射する。そして、ガルバノスキャナーミラーを動かすことで粒子を捕捉し、これを相対的に平行移動させる。このようにして、堰き止め部１１１の下流側に複数の試料−担体複合体１１９を光ピンセット１４７で保持しておき、上流側に存在する試料−担体複合体１１９がトラップされた試料−担体複合体１１９の間隙を通過することができないようにする。
マイクロチップ１２５では、堰き止め部１１１に妨害部１１３を設けずに、光により試料−担体複合体１１９をトラップするため、基板１０３の製造が容易となる。また、物理的な障壁を有しないため、試料１２１や担体１２３が妨害部１１３において目詰まりを起こすこともない。このため、加熱によって試料−担体複合体１１９から抽出された試料１２１は、試料導入部１０７と試料回収部１０９との間に電圧を付与することによって確実に第二の流路１０６中を移動することができる。
次に、堰き止め部１１１にて試料−担体複合体１１９を開裂させるトリガーは、たとえば、第一の実施形態と同様に温度とすることができる。この場合、ヒーター１１７によって堰き止め部１１１を加熱することにより、試料−担体複合体１１９を開裂させることができる。
また、光源１２７からの照射光を切替えて、堰き止め時よりも強力な光パルスを堰き止め部に与え、この刺激により試料−担体複合体１１９を開裂させてもよい。たとえば、堰き止め時より強力なＩＲレーザーを照射して堰き止め部１１１の試料−担体複合体１１９を加熱し、開裂させてもよい。この場合、ヒーター１１７は設けなくてよく、光源１２７を試料−担体複合体１１９の堰き止めと、試料１２１の抽出のいずれにも用いることができるので、装置構成を簡素化することができる。
また、試料−担体複合体１１９には、たとえば第一の実施形態と同様のものを用いることができる。
マイクロチップ１２５では、堰き止め部１１１に妨害部１１３を設けずに、光により試料−担体複合体１１９をトラップするため、基板１０３の製造が容易となる。また、物理的な障壁を有しないため、試料１２１や担体１２３が妨害部１１３において目詰まりを起こすこともない。このため、加熱によって試料−担体複合体１１９から抽出された試料１２１は、試料導入部１０７と試料回収部１０９との間に電圧を付与することによって確実に第二の流路１０６中を移動することができる。
（第五の実施形態）
本実施形態は、第一の実施形態に記載のマイクロチップ１０１（図２）において、担体１２３の濃度の希釈をトリガーとして試料−担体複合体１１９を崩壊させる態様に関する。本実施形態に係るマイクロチップの構成は基本的にはマイクロチップ１０１と同様であるが、堰き止め部１１１を加熱する必要がないため、ヒーター１１７は特に設けなくてよい。
担体１２３の種類は試料１２１の性状に応じて適宜選択される。たとえば、担体１２３を界面活性剤とすることができる。界面活性剤として、アニオン系またはカチオン系のイオン性界面活性剤を用いることができる。具体的には、たとえば、アニオン系界面活性剤は、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸塩とすることができる。たとえば、硫酸エステル塩として、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）等を用いることができる。また、スルホン酸塩として、たとえば、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを用いることができる。また、界面活性剤として、脂肪酸エステル等の非イオン性界面活性剤を用いることもできる。
所定の担体１２３を用いて試料−担体複合体１１９を作製し、これを試料導入部１０７から第一の流路１０５に導入する。試料−担体複合体１１９は、堰き止め部１１１にて堰き止められて、濃縮される。次に、担体１２３の希釈用の液体を試料導入部１０７から第一の流路１０５に導入する。希釈用の液体は、担体１２３や試料１２１の種類に応じて適宜選択されるが、たとえば緩衝液とすることができる。希釈液が第一の流路１０５の堰き止め部１１１に至ると、担体１２３が希釈される。そして、たとえば担体１２３が界面活性剤からなる場合、担体１２３の濃度が界面活性剤の臨界ミセル濃度よりも小さくなると、ミセルが崩壊し、内包されていた試料１２１が放出される。放出された試料１２１は柱状体１１５の間隙を通過することができるため、第二の流路１０６の側に試料１２１を抽出することができる。
本実施形態では、堰き止め部１１１中の担体１２３の濃度を希釈により変化させることを刺激として試料−担体複合体１１９を崩壊させる。このため、試料導入部１０７から緩衝液等の希釈液を第一の流路１０５に添加することにより、確実に試料−担体複合体１１９を崩壊させて、試料１２１を第二の流路１０６の側に抽出することができる。よって、簡便な方法で試料１２１の抽出を安定的に行うことができる。また、担体１２３の希釈を刺激とすることにより、担体１２３の材料の選択の自由度を高めることができる。
（第六の実施形態）
第一〜第五の実施形態に記載のマイクロチップにおいて、複数の流路を有する構成としてもよい。図６は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。図６に示したように、マイクロチップ１２９は、第一の流路１０５と、第二の流路１０６と、第一の流路１０５に連通する副流路１３１とを有する。副流路１３１には、リザーバ１３３が設けられており、試料の導入や回収、試薬の導入等に用いることができる。堰き止め部１１１の上部には、光源（不図示）が設けられ、第二の実施形態と同様に光ピンセット機能によって試料を滞留させることができるようになっている。
マイクロチップ１２９では、光ピンセット機能によって試料を堰き止め部１１１に滞留させるため、試料を試料導入部１０７、試料回収部１０９、またはリザーバ１３３のいずれか任意の液溜めから導入して堰き止め部１１１に導き、他の任意の液溜めから回収することができる。
（第七の実施形態）
第一〜第五の実施形態に記載のマイクロチップにおいて、複数の流路が交差する構成としてもよい。図７は、本実施形態に係るマイクロチップの構成を示す図である。図７に示したように、マイクロチップ１３８は、第一の流路１０５と副流路１３１とが交差した構成となっており、副流路１３１にはリザーバ１３３およびリザーバ１３５がそれぞれ設けられている。堰き止め部１１１の上部には、光源（不図示）が設けられ、第二の実施形態と同様に光ピンセット機能によって試料を滞留させることができるようになっている。
マイクロチップ１３８では、光ピンセット機能によって試料を堰き止め部１１１に滞留させるため、試料を試料導入部１０７、試料回収部１０９、リザーバ１３３、またはリザーバ１３５のいずれか任意の液溜めから導入して堰き止め部１１１に導き、他の任意の液溜めから回収することができる。また、たとえば堰き止め部１１１の下流に試料分析部１４９や試料分離部１５１を設ける場合に、分離や分析に用いる緩衝液や試薬等をこれらの液溜めから所望の流路に導入することができる。このため、試料１２１の分離や分析の選択の幅が広がり、種々の目的に対応する構成のマイクロチップ１３８を安定的に得ることができる。
以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
たとえば、試料−担体複合体１１９として用いる担体１２３に脂肪酸を用いてミセルを形成させてもよい。脂肪酸を用いる場合も、堰き止め部１１１をその転移温度まで加熱することによってミセルが崩壊し、試料１２１が放出される。脂肪酸としては、たとえばＣ１２〜Ｃ１４程度の分子を用いることが可能である。脂肪酸を用いることにより、たとえば疎水性タンパク質等を堰き止め部１１１に安定的に運搬することができる。
また、担体１２３として、周囲のｐＨによって崩壊するミセルや、ｐＨに応じて膨潤、収縮を行うゲル粒子等を用いてもよい。この場合、上述の実施形態に記載のマイクロチップにおいて、試料−担体複合体１１９を堰き止め部１１１に蓄積し、所定のタイミングで塩を第一の流路１０５に導入すれば、試料−担体複合体１１９は開裂し、試料１２１が堰き止め部１１１を通過する。
また、担体１２３として、光照射により構造変化を生じ、試料−担体複合体１１９から試料１２１を放出させることができる物質を用いてもよい。この場合、光源１２７から所定の波長の光を照射すればよい。このような試料として、たとえば表面にアゾベンゼンユニットを有するデンドリマー等を用いることができる。アゾベンゼンユニットは光照射だけでなくｐＨによってもシス−トランス変化するため、上述の方法によっても試料１２１を抽出することが可能となる。
【実施例】  本実施例では、第二の実施形態に記載の方法を用いてタンパク質の抽出を行った。まず、図２に示した構成のマイクロチップ１０１を作製した。ただし、本実施例では妨害部１１３の全体を堰き止め部１１１とした。堰き止め部１１１は、柱状体１１５の列を複数有する構成とした。基板１０３としてシリコン基板を用いた。図１０〜図１２を用いて第一の実施形態で説明した方法により、基板１０３に柱状体１１５としてナノピラーを形成した。柱状体１１５は電子ビーム露光によりパターン形成され、最終的なマイクロチップ１０１において、堰き止め部１１１に形成された柱状体１１５は、間隙が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下のナノピラーであった。
次に、ＳＤＳミセルにタンパク質を内包させた。タンパク質は、蛍光色素であるＣｙ３を用いて蛍光染色しておいた。これにより、蛍光顕微鏡によるタンパク質の可視化が可能となる。
タンパク質を内包するミセルを、マイクロチップ１０１の試料導入部１０７に導入した。そして、トリスホウ酸緩衝液を満たした第一の流路１０５中で電気力により堰き止め部１１１にミセルを移動させた。適切な電圧を選択することにより、妨害部１１３に相当する部位でミセルは堰き止められた。この状態の蛍光顕微鏡観察を行った。図１９は、第一の流路１０５の蛍光顕微鏡像を示す上面図である。図１９において、妨害部１１３全体が堰き止め部１１１となっている。
図１９より、ミセルに内包されたタンパク質の蛍光が第一の流路１０５にて観察された。蛍光は妨害部１１３に集中しており、ミセルの存在している部分で局所的に蛍光が観察された。一方、第二の流路（図１９では不図示）では、蛍光が観察されなかった。このため、タンパク質を内包するミセルが第一の流路１０５の妨害部１１３に堰き止められ、また、妨害部１１３にタンパク質が濃縮されていることがわかる。
次に、低濃度緩衝液を試料導入部１０７から第一の流路１０５に低速で導入し、外部刺激となるＳＤＳの希釈を行った。すると、第二の流路１０６における蛍光が観察された。蛍光は第二の流路に細いバンド状に観察された。これより、希釈により、第一の流路１０５中のＳＤＳの濃度が臨界ミセル濃度を下回り、ミセルが破壊されたことがわかる。そして、ミセルに内包されたタンパク質が柱状体１１５の間隙を通過して、第二の流路１０６に移動したことがわかる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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