(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明板状部材の内部に流路が形成され、その透明板状部材の一表面には流路の端部に対応する位置に流路に達する穴が形成され、各端部には電極が配置された電気泳動チップにおいて、
前記流路の液が流れ込む側の端部の少なくとも１つにおいては前記流路内で前記穴から離れた位置に電極が設けられており、かつ該電極の上流側及び下流側で流路断面積が大きくなっていることを特徴とする電気泳動チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量のサンプルの分析、化学合成又は化学反応を電気泳動により行なう際に用いる電気泳動チップに関し、特に透明板状部材の内部に流路が形成され、その透明板状部材の一表面には流路の端部に対応する位置に流路に達する穴が形成された電気泳動チップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極微量のタンパク質や核酸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電気泳動装置がある。キャピラリ電気泳動装置は、内径が１００μｍ以下のガラスキャピラリ内に泳動バッファを充填し、一端側にサンプルを導入した後、両端間に高電圧を印加して分析対象物をキャピラリ内で展開させるものである。キャピラリ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などの極微量サンプルを高速、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、D. J. Harrison et al./ Science 261 (1993) 895-897 や Anal. Chim. Acta 283 (1993) 361-366に示されているように、２枚の基板を接合して形成されたキャピラリ電気泳動に用いる電気泳動チップ（マイクロチップともいう）が提案されている。その電気泳動チップの例を図１に示す。一対の透明基板（一般にはガラス、石英、樹脂など）３１，３２からなり、一方の基板３２の表面に互いに交差するサンプル流路３４と分析流路３５を形成し、他方の基板３１にはサンプル流路３４及び分析流路３５の両端に対応する位置にリザーバ３３を貫通穴として設けたものである。
【０００４】
この電気泳動チップを使用するときは、（Ｃ）に示すように、流路３４，３５が内側になるように両基板３１，３２を重ね、いずれかのリザーバ３３から緩衝液をサンプル流路３４及び分析流路３５中に注入する。その後、サンプル流路３４の一方の端のリザーバ３３にサンプルを注入した後、各リザーバ３３にそれぞれ電極を差し込んで、サンプル流路３４の両端に所定時間だけ所定の高電圧を印加し、広義の電気泳動（狭義の電気泳動と電気浸透流、以下、単に電気泳動という）によりサンプルをサンプル流路３４と分析流路３５の交差部３６に導く。次に、分析流路３５の両端に泳動のための所定の電圧を印加し、電気泳動により交差部３６に存在するサンプルを分析流路３５内に導き、分離させる。分析流路３５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。
電気泳動チップはサンプルを分離分析する以外に、化学合成や化学反応にも用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
リザーバに収容された緩衝液は、リザーバ表面で大気に接しているので、時間の経過とともに蒸発により濃縮される。その濃縮された緩衝液が電極に接触したり、サンプル流路内又は分析流路内に流れ込んだりすると、電気伝導度が変化し、流れる電流量が一定にならない。そのため、電気泳動による物質の移動度が一定にならず、分析の再現性が低下したり、期待した化学反応が起こらないことがある。
【０００６】
さらに、空気との接触により酸化しやすい緩衝液やサンプル、試薬などを用いる場合、大気中で電気泳動を行なうと空気酸化された緩衝液等が流路内に流れ込んでしまうので、空気と遮断するために窒素などの不活性雰囲気下で実験しなければならず、非常に煩雑であった。
そこで、本発明は、電気泳動チップを用いた電気泳動や化学合成において、緩衝液やサンプルの蒸発や酸化による不具合を解消することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明板状部材の内部に流路が形成され、その透明板状部材の一表面には流路の端部に対応する位置に流路に達する穴が形成され、各端部には電極が配置された電気泳動チップであって、流路の液が流れ込む側の端部の少なくとも１つにおいては流路内で上記穴から離れた位置に電極が設けられているものである。
【０００８】
リザーバから離れた流路内に電極が配置されている部分では、緩衝液がリザーバ内で大気に接触する界面から十分に離れた位置の流路の内部で電極と接触しているので、蒸発により濃縮した緩衝液が実験時間内に電極に到達することはなく、電極反応が濃縮された緩衝液の影響を受けることを防止することができる。また、大気との界面から離れ、酸化されていない緩衝液やサンプルだけを流路内に流れ込ませることができる。
【０００９】
電極付近の緩衝液は、電解によって組成に変化を生じる。組成の変化した緩衝液が流路内に存在すると、流路の電気抵抗が変化し、不具合が生じる。
そこで、本発明における電気泳動チップの流路は、液の流れ込む側の電極の上流側及び下流側で断面積が大きくなっている部分を少なくとも１つ備えている。
電極の上流側及び下流側の流路断面積を大きくすることにより、電極付近の緩衝液容量を大きくし、電解によって組成に変化の生じた緩衝液が分析時間内にサンプルの分析等が行なわれる流路に到達することを抑制することができる。流路の電気抵抗は分析等が行なわれる流路部分によって決定されるため、一部の緩衝液の組成の変化により若干の電気抵抗の変化をもたらすものの、分析等にほとんど影響を与えない。
【００１０】
【実施例】
図２は、一実施例を表す平面図である。図３（Ａ）〜（Ｅ）は、この実施例を部分的に表す断面図であり、（Ａ）は図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ’線に沿った断面図、（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ’線に沿った断面図、（Ｄ）は図２のＤ−Ｄ’線に沿ったの断面図、（Ｅ）は図２のＥ−Ｅ’線に沿ったの断面図である。
この実施例は、例えばガラスからなるベースプレート１とカバープレート３から構成され、ベースプレート１とカバープレート３は熱融着により接合されている。
【００１１】
ベースプレート１に、幅５０μｍ、深さ２０μｍ、長さが６０ｍｍの分析用流路５用の溝が形成されており、その分析用流路５用の溝の基端側には、幅１０００μｍ、深さ２０μｍ、長さが３０ｍｍのＬ字型の溝が緩衝液を収容するキャピラリリザーバ７用として接続されている。
分析用流路５に直交し、幅５０μｍ、深さ２０μｍ、長さが３０ｍｍのサンプル用流路９用の溝が形成されており、サンプル用流路９用の溝の基端側には、幅５００μｍ、深さ２０μｍ、長さが５ｍｍの溝がサンプル及び緩衝液を収容するキャピラリリザーバ１１用として形成されている。それぞれの溝は、カバープレート３で被われることにより分析用流路５、キャピラリリザーバ７，１１又はサンプル用流路９を形成している。
【００１２】
カバープレート３に接合されている側のベースプレート１の表面に、Ａｕ／Ｃｒ（クロム膜上に金膜を積層したもの）からなる配線１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがパターニングされており、それらの配線の一端は、キャピラリリザーバ７，１１、サンプル用流路９の他端側又は分析用流路５の他端側にそれぞれ導かれて電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを構成し、他端はベースプレート１の一辺に導かれて端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄをそれぞれ構成している。電極１３ａ，１３ｂは、キャピラリリザーバ７，１１の両端から離れた位置に形成されている。
【００１３】
カバープレート３には、キャピラリリザーバ７，１１、サンプル用流路９及び分析用流路５の端部に対応する位置に、直径１ｍｍの貫通穴がリザーバ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとしてそれぞれ形成されている。
カバープレート３の幅は、端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが露出するように、ベースプレート１よりも小さくなっている。これにより、それぞれの端子を電源に接続して電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに通電することが可能になる。
【００１４】
ベースプレート１及びカバープレート３として、接合に要する温度が高いパイレックスのような耐熱ガラスなどを用いる場合は、電極材料として例えばタングステンやモリブデンなどの高融点金属を用いることが好ましい。
また、ベースプレート１及びカバープレート３はプラスチック材料により作成することも可能である。
【００１５】
この電気泳動チップを用いる場合、リザーバ１５ａから緩衝液を注入して、キャピラリリザーバ７、分析用流路５、サンプル用流路９、キャピラリリザーバ１１及びリザーバ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに緩衝液を充填した後、リザーバ１５ｂにサンプルを注入する。さらに、端子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを電源に接続し、分析用流路５の適当な位置で分離成分を検出する検出器を配置しておく。
【００１６】
キャピラリリザーバ１１及びサンプル用流路９でリザーバ１５ｂからリザーバ１５ｃに向かう方向に電気泳動が起こるように、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに所定の電圧を印加し、サンプルを分析用流路５とサンプル用流路９の交差部に導く。
次に電圧の印加を切り換え、キャピラリリザーバ７及び分析用流路５でリザーバ１５ａからリザーバ１５ｄに向かう方向に電気泳動が起こるように、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに所定の電圧を印加し、分析用流路５とサンプル用流路９の交差部のサンプルを分析用流路５のリザーバ１５ｄ方向に導くとともに分析用流路５内で分離する。
その後、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに所定の電圧の印加を続け、分離成分を検出位置で検出する。
【００１７】
リザーバ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの表面付近に収容された緩衝液は、蒸発により、時間の経過とともに濃縮される。分析時に、リザーバ１５ａ，１５ｂの濃縮された緩衝液は、電気泳動によりキャピラリリザーバ７，１１にそれぞれ導かれる。しかし、電極１３ａ，１３ｂはリザーバ１５ａ，１５ｂから離れているので、分析中にその濃縮された緩衝液が電極１３ａ，１３ｂに到達することはない。その結果、濃縮された緩衝液による電気伝導度の変化を防止することができ、分析再現性を向上させることができる。
【００１８】
空気との接触により酸化しやすい緩衝液やサンプルを用いた場合、リザーバ１５ａ，１５ｂ内で変性される緩衝液やサンプルは空気との界面付近の一部であり、この実施例では、リザーバ１５ａ，１５ｂ内の変性した緩衝液が電極１３ａ，１３ｂに到達することはなく、また、リザーバ１５ｂの表面付近の変性したサンプルが分析用流路５に到達することもない。その結果、空気との接触により酸化しやすい緩衝液やサンプルを用いた場合であっても、大気中で分析を行なうことができる。
【００１９】
また、電極１３ａ，１３ｂに接触した緩衝液は電解により組成の変化を生じるが、キャピラリリザーバ７，１１により、電極１３ａ−分析用流路５間、及び電極１３ｂ−サンプル用流路９間に十分な緩衝液容量が形成されているので、組成の変化を生じた緩衝液が分析時間内に分析用流路５及びサンプル用流路９に到達することはない。組成の変化を生じた緩衝液により流路の電気抵抗の変化を生じるが、流路の電気抵抗は分析用流路５及びサンプル用流路９により決定されるので、その電気抵抗変化はわずかなものであり、分析に影響を与えることはない。
【００２０】
図４は、他の実施例を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
ベースプレート１のキャピラリリザーバ７ａの中央付近、サンプル用流路９ａの両端側の流路内及び分析用流路５の他端側の流路内に貫通孔１７がそれぞれ形成されており、それらの貫通孔１７にＰｔ線からなる電極１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが溝に先端を突出してそれぞれ差し込まれている。電極１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、例えばエポキシ系樹脂やソルダーガラスなどの充填剤が貫通孔１７に注入されてベースプレート１に固定されている。電極１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの他端は電源に接続される。
【００２１】
カバープレート３には、キャピラリリザーバ７ａ、サンプル用流路９ａ及び分析用流路５の端部に対応する位置に、リザーバ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄとして貫通穴が形成されている。
この実施例においても電極１９ａがリザーバ２１ａから離れた位置のキャピラリリザーバ７ａ内部に配置されているので、図２の実施例と同様の効果が得られる。
【００２２】
図５は、さらに他の実施例を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の〇印の拡大断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
図４の実施例と同様に、ベースプレート１に分析用流路５、キャピラリリザーバ７ａ及びサンプル用流路９ａを形成する溝が形成され、カバープレート３にリザーバ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄが形成されている。
キャピラリリザーバ７ａを形成する溝の底面の一部と各リザーバ２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの底部から流路内に渡って、Ａｕ／Ｃｒからなる帯状の電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄがリザーバ２１ａ側の端部から溝の中央付近に渡って配置されている。
【００２３】
ベースプレート1と接合された面とは反対側のカバープレート３の表面には、Ａｕ／Ｃｒからなる配線２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄがパターニングされており、その一端はリザーバ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ内壁に導かれて電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを構成し、他端は電源に接続される通電用の端子となっている。電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄに電気的に接続されている。
【００２４】
この実施例の製造工程を簡単に説明する。
ベースプレート１に分析用流路５、キャピラリリザーバ７ａ及びサンプル用流路９ａを構成する溝を形成した後、スパッタリングとフォトリソグラフィ技術により、キャピラリリザーバ７ａ、サンプル用流路９ａ及び分析用流路５を構成する溝の底部の一部に電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄを形成する。そのベースプレート１を、リザーバ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ用の貫通穴を形成したカバープレート３と融着した後、スパッタリングとフォトリソグラフィ技術により、カバープレート３の表面及びリザーバ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ内壁に、Ａｕ／Ｃｒからなる配線２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ及び電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄをパターニングする。
この実施例においても電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄがリザーバ２１ａから離れた位置のキャピラリリザーバ７ａ内部に到達して配置されているので、図２の実施例と同様の効果が得られる。
【００２５】
図２、図４及び図５の実施例は、電気泳動による分離を利用した分析技術に適用しているが、これらの実施例は電気泳動により物質の移動させて化学反応を行なわせる化学合成技術にも適用することができる。
さらに、上記実施例における数値及び形状は一例を表すものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内で種々の変更を行なうことができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の電気泳動チップでは、流路の緩衝液やサンプルが流れ込む側においては流路内部のリザーバから離れた位置に電極を設けたので、蒸発により濃縮したリザーバ表面付近の緩衝液が実験時間内に電極に到達することがなく、さらに、大気との界面から離れた緩衝液やサンプルだけが流路内に流れ込むので、緩衝液やサンプルの蒸発や酸化による不具合を解消することができる。
さらに、流路の緩衝液やサンプルが流れ込む側の電極付近に流路断面積が大きいキャピラリリザーバを設けることにより、電解によって組成に変化の生じた緩衝液が分析時間内にサンプルの分析等が行なわれる流路に到達することを抑制でき、流路の電気抵抗の変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  電気泳動チップを示す図であり、（Ａ）と（Ｂ）は電気泳動チップを構成する透明板状部材を示す平面図、（Ｃ）は電気泳動チップの正面図である。
【図２】  一実施例を表す平面図である。
【図３】  同実施例の部分的な断面をそれぞれ表す図であり、（Ａ）は図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ’線に沿った断面図、（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ’線に沿った断面図、（Ｄ）は図２のＤ−Ｄ’線に沿ったの断面図、（Ｅ）は図２のＥ−Ｅ’線に沿ったの断面図である。
【図４】  他の実施例を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【図５】  さらに他の実施例を表す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の〇印の拡大断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１      ベースプレート
３      カバープレート
５      分析用流路
７，１１      キャピラリリザーバ
９      サンプル用流路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ      配線
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ      電極
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ      端子
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ      リザーバ
【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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