(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動用マイクロ流路チップにおいて、気体透過性の材料から形成された第１の基板と、気体透過性又は気体不透過性の材料から形成された第２の基板とからなり、前記該第１の基板と第２の基板とは相互に貼り合わされており、前記該第１の基板及び第２の基板の何れか一方の貼り合わせ面側に、両端にポートを有し、一方が空気抜きポートとなる様該両端のポートを連通するサンプル送入用チャネルと、両端にポートを有する電気泳動用チャネルとを有し、前記サンプル送入用チャネルと電気泳動用チャネルとは、これらのチャネルの断面積よりも小さな断面積を有する狭小チャネルにより連通されており、前記サンプル送入用チャネルの両端のポートのうちの何れか一方にはグランド電極を挿入することができ、前記電気泳動用チャネルの両端のポートの一方にはグランド電極を他方には電圧印加電極を挿入することができることを特徴とする電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項２】
前記サンプル送入用チャネル及び電気泳動用チャネルの各チャネルの途中に突出部が形成されており、該突出部同士が前記狭小チャネルにより連通されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項３】
前記サンプル送入用チャネル及び電気泳動用チャネルの各チャネルは、通常幅のチャネルの途中に、これよりも幅の狭いチャネル部分を有し、該幅の狭いチャネル部分同士が前記狭小チャネルにより連通されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項４】
前記通常幅のチャネルと幅の狭いチャネルとの間がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項５】
前記サンプル送入用チャネルの一方の端部のポートには、通常幅のチャネルが接続されており、他方の端部ののポートには前記幅の狭いチャネルが接続されていることを特徴とする請求項３記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項６】
複数本の電気泳動用チャネルを有し、こらら全てのチャネルの一方の端部が単一のポートに接続され、他方の端部が２本のチャネルにつき１個の共用ポートに接続され、各電気泳動用チャネルには１本のサンプル送入用チャネルが狭小チャネルを介して接続され、２本のサンプル送入用チャネルにつき１個の共用空気抜き用ポートが接続されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項７】
前記気体透過性材料がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項８】
前記シリコーンゴムはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項７記載の電気泳動用マイクロ流路チップ。
【請求項９】
気体透過性の材料から形成された第１の基板と、気体透過性又は気体不透過性の材料から形成された第２の基板とからなり、前記該第１の基板と第２の基板とは相互に貼り合わされており、前記該第１の基板及び第２の基板の何れか一方の貼り合わせ面側に、両端にポートを有するサンプル送入用チャネルと、両端にポートを有する電気泳動用チャネルとを有し、前記サンプル送入用チャネルと電気泳動用チャネルとは、これらのチャネルの断面積よりも小さな断面積を有する狭小チャネルにより連通されている電気泳動用マイクロ流路チップにおける電気泳動方法であって、
(1)電気泳動用チャネルの第１のポートに電気泳動分離のための電解質ポリマー溶液を分注するステップと、
(2)前記第１のポートから圧力を加えて電解質ポリマー溶液を電気泳動用チャネル全体に満たすステップと、
(3)電気泳動用チャネルの第２のポートに電解質ポリマー溶液を分注するステップと、
(4)サンプル送入用チャネルの第１のポートにサンプル溶液を分注するステップと、
(5)該第１のポートから圧力を加えてサンプル溶液をサンプル送入用チャネル全体に満たすステップと、
(6)電気泳動用チャネルの第１のポート及び第２のポートと、サンプル送入用チャネルの第１のポート及び第２のポートの全てのポートから同時に圧力を加えることにより、狭小チャネル内に取り残された空気を気体透過性基板を介して除去し、該狭小チャネル内でサンプル溶液と電解質ポリマー溶液を突き合わせるステップと、
(7)電気泳動用チャネルの第２のポートをオープンにし、サンプル送入用チャネルの第１のポートをグランド（Ｇ）として、電気泳動用チャネルの第１のポートに電圧を印加して、狭小チャネル内のサンプル溶液を電気泳動用チャネルに移行させるステップと、
(8)サンプル溶液が電気泳動用チャネルに移行した時点で、サンプル送入用チャネルの第１のポートをオープンにし、電気泳動用チャネルの第２のポートをグランド（Ｇ）として、電気泳動用チャネルの第１のポートに電圧を印加してサンプルを電気泳動するステップとからなることを特徴とする電気泳動方法。
【請求項１０】
前記気体透過性材料がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項９記載の電気泳動方法。
【請求項１１】
前記シリコーンゴムはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項１０記載の電気泳動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流路チップに関する。更に詳細には、本発明は電気泳動用のマイクロ流路チップ及び該マイクロ流路チップを用いた電気泳動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
極微量のタンパクや核酸（例えば、ＤＮＡ）などの試料を分析する場合には、従来より電気泳動装置が使用されてきた。その代表的な装置としてスラブゲル電気泳動装置がある。電気泳動する際に、従来は試料をラジオアイソトープでラベルし、分析していたが、この方法では手間と時間がかかる難点があった。更に、放射能管理の点から常に最大限の安全性と管理が求められ、特別な施設内でなければ分析を行うことができない。このため、最近では、試料を蛍光体でラベルする方式が検討されている。
【０００３】
光を用いる方法では、蛍光ラベルしたＤＮＡ断片をゲル中を泳動させるが、泳動開始部から、１５〜２０ｃｍ下方に各泳動路毎に光励起部と光検出器を設けておき、ここを通過するＤＮＡ断片を順に計測する。例えば、配列を決定しようとするＤＮＡ鎖を鋳型として酵素反応（ダイデオキシ法）による操作で末端塩基種がわかった種々の長さのＤＮＡを複製し、これらに蛍光体を標識する。つまり、蛍光体で標識されたアデニン（Ａ）断片群，シトシン（Ｃ）断片群，グアニン（Ｇ）断片群およびチミン（Ｔ）断片群を得る。これらの断片群を混合して電気泳動用ゲルの別々の泳動レーン溝に注入し、電圧を印加する。ＤＮＡは負の電荷を持つ鎖状の重合体高分子のため、ゲル中を分子量に反比例した速度で移動する。短い（分子量の小さい）ＤＮＡ鎖ほど早く、長い（分子量の大きい）ＤＮＡ鎖ほどゆっくりと移動するので、分子量によりＤＮＡを分画できる。
【０００４】
特許文献１には、レーザで照射される電気泳動装置のゲル上のラインと光ダイオードアレイの配列方向が電気泳動装置内のＤＮＡ断片の泳動方向と直角となるように構成されたＤＮＡ塩基配列決定装置が開示されている。この装置では、一対のガラス板の間にポリアクリルアミドなどのゲル電解質を充填し、ゲル電気泳動層を形成した後、該ゲル電気泳動層の一端にＤＮＡサンプルを注入し、ゲル電気泳動層の両端をバッファ液に浸漬させながら、その両端に電圧を印加してＤＮＡサンプルを電気泳動させることによりゲル電解質層上にＤＮＡ断片を展開する。光を用いる方法では、蛍光ラベルしたＤＮＡ断片をゲル中を泳動させるが、泳動開始部から、１５〜２０ｃｍ下方に各泳動路毎に光励起部と光検出器を設けておき、ここを通過するＤＮＡ断片を順に計測する。例えば、配列を決定しようとするＤＮＡ鎖を鋳型として酵素反応（ダイデオキシ法）による操作で末端塩基種がわかった種々の長さのＤＮＡを複製し、これらに蛍光体を標識する。つまり、蛍光体で標識されたアデニン（Ａ）断片群，シトシン（Ｃ）断片群，グアニン（Ｇ）断片群およびチミン（Ｔ）断片群を得る。これらの断片群を混合して電気泳動用ゲルの別々の泳動レーン溝に注入し、電圧を印加する。ＤＮＡは負の電荷を持つ鎖状の重合体高分子のため、ゲル中を分子量に反比例した速度で移動する。短い（分子量の小さい）ＤＮＡ鎖ほど早く、長い（分子量の大きい）ＤＮＡ鎖ほどゆっくりと移動するので、分子量によりＤＮＡを分画できる。
【０００５】
しかし、このような装置では一度に多量のサンプルを取り扱うことができるという利点があるものの、ゲル内でのジュール熱による発熱が問題となるため高電圧を印加して分析することが出来なかった。このため、分析時間（泳動時間）に長時間（数十時間）を要し、ＤＮＡ診断などのような迅速な分析を必要とするような要望には答えることができなかった。
【０００６】
そこで、これに代わる装置として、特許文献２に記載されるように、２枚の基板を接合し、何れか一方の基板の接合面に電気泳動路となるべき微細流路（チャネル）を形成し、この微細流路と連通し、かつ、大気に開放されたポートを設けた「電気泳動用マイクロ流路チップ」と呼ばれる超小型の電気泳動装置が提案されている。
【０００７】
特許文献２に記載された従来の電気泳動用マイクロ流路チップは、図８に示されるように、ガラス又は合成樹脂（例えば、ポリジメチルシロキサン又はアクリル樹脂）などの透明基板１００に電気泳動分離用チャネル１０２と、この電気泳動分離用チャネル１０２と直交するサンプル導入用チャネル１０４を有する。このマイクロ流路チップは、電気泳動分離用チャネル１０２とサンプル導入用チャネル１０４が交差していることから、別名、クロスインジェクション方式チップとも呼ばれている。電気泳動分離用チャネル１０２の両端にはグランド側泳動媒体用ポート１０６と高電圧側泳動媒体用ポート１０８が配設されている。また、サンプル導入用チャネル１０４の一方の端部にはグランド側のサンプル用ポート１１０と高電圧側泳動媒体用ポート１１２が配設されている。
【０００８】
図９は図８におけるIX-IX線に沿った断面図である。図示されているように、透明基板１００を貫通するように泳動媒体用ポート１０６及び１０８が設けられ、この基板１００の下面側に、泳動媒体用ポート１０６及び１０８に連通する分離用チャネル１０２が配設されている。基板１００の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる対面基板１１４が貼り合わされている。この対面基板１１４の存在により、ポート及び溝内に泳動媒体及びＤＮＡサンプルなどを注入することができる。
【０００９】
図１０は図８に示されたマイクロ流路チップの使用方法を示す模式図である。先ず、ステップ（１）で、分離用チャネル１０２の高電圧側泳動媒体用ポート１０８に電気泳動用の分離用泳動路となるべき泳動媒体（例えば、ゲル電解質）を分注する。次いで、ステップ（２）において、このポート１０８から静かに圧力をかけて、分離用チャネル１０２及び導入用チャネル１０４に泳動媒体を充填させる。次いで、ステップ（３）において、ポート１０６とポート１１２に泳動媒体を分注する。次いで、ステップ（４）において、ポート１１０にＤＮＡサンプル（遺伝子断片）を分注する。その後、ステップ（５）において、導入用チャネル１０４のポート１１０をグランド側とし、ポート１１２を高電圧側とし、導入用チャネル１０４に電圧（例えば、３００Ｖ）を印加し、ＤＮＡサンプルをポート１１０からポート１１２に向かって泳動させる。ＤＮＡサンプルがポート１１２にまで達したことを蛍光検出装置で確認若しくは一定時間泳動した後、ポート１１０とポート１１２との間の電圧印加を停止する。次いで、ステップ（６）において、ポート１１０とポート１１２に低電圧（例えば、１３０Ｖ）を印加しながら、分離用チャネル１０２のポート１０６をグランド側とし、ポート１０８を高電圧側とし、ポート１０８に高電圧（例えば、７５０Ｖ）を印加し、チャネルの交差部１１６に存在するＤＮＡサンプル（遺伝子断片）をポート１０８に向かって泳動させる。ポート１０８に高電圧を印加して電気泳動している最中に、ポート１１０とポート１１２にも低電圧を印加し続けるのは、余分なサンプルがポート１０８方向に流れないようにするためである。分離用チャネル１０２の途中に光学測定位置１１８が存在し、この位置まで泳動された分離断片に光源（図示されていない）から励起光が照射され、断片に標識された蛍光体から発生された蛍光を受光手段（図示されていない）で受光し、分析を行う。
【００１０】
しかし、図８に示されるようなクロスインジェクション方式チップの場合、サンプルをチャネルの交差部１１６に導入するために電源が必要であるばかりか、サンプルの分離泳動のためにも電源が必要であり、電気泳動装置の電源構成が複雑かつ大型になる欠点があった。また、サンプルをポート１１０からポート１１２にまで送らなければならないので、実際にサンプルが電気泳動に使用されるチャネル交差部の容積に比べて、導入用チャネル１０４とポート１１０及びポート１１２の全体容積の方が圧倒的に大きく、大量のサンプルが使用されないまま無駄に廃棄されてしまうという欠点があった。サンプルの増幅は手間とコストのかかるＰＣＲ法により行われるが、このような手間とコストをかけて増幅した大多数のサンプルが使用されるずに廃棄されてしまうのは極めて不経済である。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−２１５５６号公報
【特許文献２】特開平１１−１８３４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、電気泳動用の電源が１個だけで済み、かつ、サンプル量の無駄を極力少なくすることができる電気泳動用マイクロ流路チップを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、電気泳動用の電源が１個だけで済み、かつ、サンプル量の無駄を極力少なくすることができる電気泳動用マイクロ流路チップを用いた電気泳動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための手段として、請求項１における発明は、電気泳動用マイクロ流路チップにおいて、気体透過性の材料から形成された第１の基板と、気体透過性又は気体不透過性の材料から形成された第２の基板とからなり、前記該第１の基板と第２の基板とは相互に貼り合わされており、前記該第１の基板及び第２の基板の何れか一方の貼り合わせ面側に、両端にポートを有し、一方が空気抜きポートとなる様該両端のポートを連通するサンプル送入用チャネルと、両端にポートを有する電気泳動用チャネルとを有し、前記サンプル送入用チャネルと電気泳動用チャネルとは、これらのチャネルの断面積よりも小さな断面積を有する狭小チャネルにより連通されており、前記サンプル送入用チャネルの両端のポートのうちの何れか一方にはグランド電極を挿入することができ、前記電気泳動用チャネルの両端のポートの一方にはグランド電極を他方には電圧印加電極を挿入することができることを特徴とする電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００１５】
この発明によれば、サンプル送入用チャネルと電気泳動用チャネルとが狭小チャネルにより連通されているため、サンプル溶液と電気泳動用分離ポリマーとを突き合わせる際、２種類の液体の挙動が狭小チャネルにより制限され、突き合わせ界面が乱されない。また、サンプル移動度が速いサンプル溶液から、遅い分離ポリマーにサンプルを移動、注入するため、サンプルが狭小チャネルの狭い範囲内に圧縮され、分離性に優れた電気泳動が可能になる。更に、狭小チャネルを介してサンプル送入用チャネルから電気泳動用チャネルへサンプルが注入されるため、従来のクロスインジェクション方式の電気泳動装置と異なり、サンプル注入のための独立電源は不要となる。すなわち、サンプル分離泳動時の戻し電圧が不要となる。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、請求項２における発明は、前記サンプル送入用チャネル及び電気泳動用チャネルの各チャネルの途中に突出部が形成されており、該突出部同士が前記狭小チャネルにより連通されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００１７】
この発明によれば、電気泳動用チャネル及びサンプル送入用チャネルを略Ｔ字形の形状に形成し、Ｔ字形の突端部同士を狭小チャネルで連通すると、狭小チャネル部分での溶液の流れの乱れが少なくなるという利点がある。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として、請求項３における発明は、前記サンプル送入用チャネル及び電気泳動用チャネルの各チャネルは、通常幅のチャネルの途中に、これよりも幅の狭いチャネル部分を有し、該幅の狭いチャネル部分同士が前記狭小チャネルにより連通されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００１９】
この発明によれば、狭小チャネルにおける溶液の流れの乱れが更に一層少なくなるという利点がある。
【００２０】
前記課題を解決するための手段として、請求項４における発明は、前記通常幅のチャネルと幅の狭いチャネルとの間がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００２１】
この発明によれば、狭小チャネルにおける溶液の流れの乱れが更に一層少なくなるという利点がある。
【００２２】
前記課題を解決するための手段として、請求項５における発明は、前記サンプル送入用チャネルの一方の端部のポートには、通常幅のチャネルが接続されており、他方の端部ののポートには前記幅の狭いチャネルが接続されていることを特徴とする請求項３記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００２３】
この発明によれば、サンプル送入用チャネルの他方の端部のポートは空気抜き用として使用されるので、通常幅のチャネルを接続する必要はない。これにより、サンプルの使用量を軽減することができる。
【００２４】
前記課題を解決するための手段として、請求項６における発明は、複数本の電気泳動用チャネルを有し、こらら全てのチャネルの一方の端部が単一のポートに接続され、他方の端部が２本のチャネルにつき１個の共用ポートに接続され、各電気泳動用チャネルには１本のサンプル送入用チャネルが狭小チャネルを介して接続され、２本のサンプル送入用チャネルにつき１個の共用空気抜き用ポートが接続されていることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００２５】
この発明によれば、複数個のサンプルを効率的に分析できる電気泳動用マイクロ流路チップが得られる。
【００２６】
前記課題を解決するための手段として、請求項７における発明は、前記気体透過性材料がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項１記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００２７】
この発明によれば、チャネルなどの微細構造の形成にも好適なシリコーンゴムを使用することにより本発明の電気泳動用マイクロ流路チップを容易に作製できる。
【００２８】
前記課題を解決するための手段として、請求項８における発明は、前記シリコーンゴムはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項７記載の電気泳動用マイクロ流路チップである。
【００２９】
この発明によれば、気体透過性のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を使用することにより本発明の電気泳動用マイクロ流路チップを容易に作製できる。
【００３０】
前記課題を解決するための手段として、請求項９における発明は、気体透過性の材料から形成された第１の基板と、気体透過性又は気体不透過性の材料から形成された第２の基板とからなり、前記該第１の基板と第２の基板とは相互に貼り合わされており、前記該第１の基板及び第２の基板の何れか一方の貼り合わせ面側に、両端にポートを有するサンプル送入用チャネルと、両端にポートを有する電気泳動用チャネルとを有し、前記サンプル送入用チャネルと電気泳動用チャネルとは、これらのチャネルの断面積よりも小さな断面積を有する狭小チャネルにより連通されている電気泳動用マイクロ流路チップにおける電気泳動方法であって、
(1)電気泳動用チャネルの第１のポートに電気泳動分離のための電解質ポリマー溶液を分注するステップと、
(2)前記第１のポートから圧力を加えて電解質ポリマー溶液を電気泳動用チャネル全体に満たすステップと、
(3)電気泳動用チャネルの第２のポートに電解質ポリマー溶液を分注するステップと、
(4)サンプル送入用チャネルの第１のポートにサンプル溶液を分注するステップと、
(5)該第１のポートから圧力を加えてサンプル溶液をサンプル送入用チャネル全体に満たすステップと、
(6)電気泳動用チャネルの第１のポート及び第２のポートと、サンプル送入用チャネルの第１のポート及び第２のポートの全てのポートから同時に圧力を加えることにより、狭小チャネル内に取り残された空気を気体透過性基板を介して除去し、該狭小チャネル内でサンプル溶液と電解質ポリマー溶液を突き合わせるステップと、
(7)電気泳動用チャネルの第２のポートをオープンにし、サンプル送入用チャネルの第１のポートをグランド（Ｇ）として、電気泳動用チャネルの第１のポートに電圧を印加して、狭小チャネル内のサンプル溶液を電気泳動用チャネルに移行させるステップと、
(8)サンプル溶液が電気泳動用チャネルに移行した時点で、サンプル送入用チャネルの第１のポートをオープンにし、電気泳動用チャネルの第２のポートをグランド（Ｇ）として、電気泳動用チャネルの第１のポートに電圧を印加してサンプルを電気泳動するステップとからなることを特徴とする電気泳動方法である。
【００３１】
この発明によれば、気体透過性材料からなる基板を使用しているので、狭小チャネル内の空気を除去することにより、狭小チャネル内でサンプル溶液と電解質ポリマー溶液とが突き合わされ、その界面が乱されない。また、サンプル移動度が速いサンプル溶液から移動度が遅い電解質分離ポリマーにサンプルを移動、注入するため、サンプルが狭い範囲内に圧縮され、分離性に優れた電気泳動が可能になる。更に、この方法によれば、泳動電圧が１種類しか必要ないので、電源構成を単純化できる。
【００３２】
前記課題を解決するための手段として、請求項１０における発明は、前記気体透過性材料がシリコーンゴムであることを特徴とする請求項９記載の電気泳動方法である。
【００３３】
この発明によれば、チャネルなどの微細構造の形成にも好適なシリコーンゴムを使用することにより本発明の電気泳動方法を効果的に実施できる。
【００３４】
前記課題を解決するための手段として、請求項１１における発明は、前記シリコーンゴムはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）であることを特徴とする請求項１０記載の電気泳動方法である。
【００３５】
この発明によれば、気体透過性のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を使用することにより本発明の電気泳動方法を最も効果的に実施できる。
【発明の効果】
【００３６】
図８に示されるような従来のクロスインジェクション方式チップに比べて本発明の電気泳動用マイクロ流路チップはつぎのような利点を有する。
（１）従来のクロスインジェクション方式チップでは、戻し電圧を必要とするため、バンドの両端の移動が遅くなる。これが分解能に影響するが、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップではそれが抑えられる。
（２）従来のクロスインジェクション方式チップでは、サンプルプラグの形状がチャネル軸に対して対称とならないためサンプルの分布が片寄り、泳動が乱れやすいが、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップではサンプルプラグの形状がチャネル軸に対して対称となるのでサンプルの分布は比較的均一であり、泳動の乱れは起きにくい。
（３）従来のクロスインジェクション方式チップでは、分離泳動時に戻し電圧が必要なため、電源及び電圧が複数種必要になり、その調整が必要であるが、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップでは基本的に一軸方向のみの電圧印加のため、単一の電源しか必要としない。その結果、電源構成が単純になる。
（４）従来のクロスインジェクション方式チップでは、電気泳動用の分離電解質ポリマー充填時に気泡を巻き込んだときに除去できなかったが、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップでは少なくとも一方の基板が気体透過性材料で形成されているため、どの場所からでも気泡の除去が可能となり、泳動再現性を得やすい。
（５）従来のクロスインジェクション方式チップでは、チップ内の温度不均衡が電気抵抗の差となるためインジェクション量に再現性が無く、また、戻し電圧とのバランスも崩れやすい。これに対して、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップでは基本的に一軸方向のみの電圧印加のため、このような問題は起きない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの好ましい実施態様について詳細に説明する。図１は本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの一実施態様の平面透視図であり、図２は図１におけるII-II線に沿った概要断面図である。図３は本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの別の実施態様の平面透視図であり、図４は本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの他の実施態様の平面透視図である。図５は図４に示された実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップにおける電気泳動方法を説明する工程図である。図６Ａは本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に別の実施態様の平面透視図である。図６Ｂは本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に他の実施態様の平面透視図である。図６Ｃは本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に別の実施態様の平面透視図である。図７Ａは本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に他の実施態様の平面透視図である。図７Ｂは本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に別の実施態様の平面透視図である。図７Ｃは本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に他の実施態様の平面透視図である。
【００３８】
図１を参照する。この電気泳動用マイクロ流路チップ１Ａは、両端にポート２，４を有する電気泳動用チャネル６と、両端にポート８，１０を有するサンプル送入用チャネル１２と、狭小チャネル１４とを有する。下記で詳細に説明するが、サンプル送入用チャネル１２に接続されるポート８及び１０のうちの何れか一方は空気抜き用ポートである。電気泳動用チャネル６及びサンプル送入用チャネル１２は略Ｌ字形の形状に形成されている。狭小チャネル１４は、電気泳動用チャネル６の屈曲端部とサンプル送入用チャネル１２の屈曲端部とを連通している。
【００３９】
図２を参照する。図１に示された電気泳動用マイクロ流路チップ１Ａは、基本的に、第１の基板１６と第２の基板１８とが貼り合わされた２層構造を有する。本発明の電気泳動用マイクロ流路チップにおいて重要なことは、第１の基板１６及び第２の基板１８の少なくとも何れか一方は気体透過性の材料から形成されていることである。下記で詳細に説明するが、サンプル送入用チャネル１２にサンプル溶液を注入すると、狭小チャネル１４があたかもバルブのように機能するのでサンプル溶液は狭小チャネル１４内には入り込めず、狭小チャネル１４内には空気が残る。この残留空気を除くために、少なくとも一方の基板は気体透過性の材料から形成されていなければならない。図示された実施態様では、電気泳動用チャネル６、サンプル送入用チャネル１２及び狭小チャネル１４は全て第１の基板１６側に配設されているが、第２の基板１８側に配設することもできる。
【００４０】
図３は本発明の別の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｂの平面透視図である。この電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｂでは、電気泳動用チャネル６及びサンプル送入用チャネル１２が略Ｔ字形の形状に形成されている。電気泳動用チャネル６及びサンプル送入用チャネル１２を略Ｔ字形の形状に形成し、突端部同士を狭小チャネル１４で連通すると、狭小チャネル１４部分での溶液の流れの乱れが少なくなるという利点がある。
【００４１】
図４Ａは本発明の他の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｃの平面透視図である。図４Ｂは図４Ａに示された電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｃの部分拡大平面透視図である。この電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｃでは、電気泳動用チャネル６及びサンプル送入用チャネル１２が略Ｔ字形の形状に形成されているが、図３の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｂと異なり、チャネルの幅が広い部分（６Ｗ又は１２Ｗ）と狭い部分（６Ｎ又は１２Ｎ）との２種類の幅を有するように形成されている。更に、幅の広い部分から幅の狭い部分への移行部分６Ｔ及び１２Ｔはテーパ状に形成されている。狭小チャネル１４は電気泳動用チャネル６及びサンプル送入用チャネル１２の狭い幅の突端部分同士を連通している。しかし、狭小チャネル１４は、電気泳動用チャネル６及びサンプル送入用チャネル１２の幅に狭い部分（６Ｎ又は１２Ｎ）よりも更に狭い幅しか有しない。これにより、狭小チャネル１４における溶液の流れの乱れは更に一層少なくなるという利点がある。ポート１０は空気抜き用のポートなので、このポート１０に接続されるサンプル送入用チャネルは細いチャネル１２Ｎで構わない。これによりサンプル溶液の使用量を節約することができる。
【００４２】
狭小チャネル１４は、電気泳動用の電解質ポリマーとサンプル溶液とが突き当たったとき、両者が自由に移動できない（例えば、一方の液体が他方の液体の下部に潜り込んだりしない）断面積又は容量であることが必要である。一例として、高さは０．００１ｍｍ〜０．０５ｍｍ、幅は０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍ、長さは０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。好ましくは、高さは０．００５ｍｍ、幅は０．０１ｍｍ、長さは０．５ｍｍ程度である。
【００４３】
電気泳動用チャネル及びサンプル送入用チャネルの幅の狭い部分６Ｎ及び１２Ｎの高さ及び幅は、狭小チャネル１４の高さ及び幅よりも大きいことが必要である。また、泳動電圧を切り換えた際、分岐部分でのサンプルの「きれ」を良くするために、幅はあまり大きくなりすぎないことが好ましい。一例として、電気泳動用チャネル６Ｎとサンプル送入用チャネル１２Ｎの高さは、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、幅は０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。好ましくは、高さは、０．０５ｍｍ〜０．０８ｍｍ、幅は０．０２ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度である。電気泳動用チャネル及びサンプル送入用チャネルの幅の狭い部分６Ｎ及び１２Ｎは高さ及び幅が同一であることもできるが、異なっていてもよい。
【００４４】
電気泳動用チャネル６及び６Ｗとサンプル送入用チャネル１２及び１２Ｗの高さは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．０８ｍｍの範囲内であり、幅は、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内である。電気泳動用チャネル及びサンプル送入用チャネル６Ｗ及び１２Ｗの部分の幅は、電気泳動用チャネル及びサンプル送入用チャネル６Ｎ及び１２Ｎの部分の幅よりも大きな値でなければならない。これによりサンプルが泳動軸に対して薄い分布となり、分解能が向上する。電気泳動用チャネル６及び６Ｗとサンプル送入用チャネル１２及び１２Ｗは高さ及び幅が同一であることもできるが、異なっていてもよい。
【００４５】
電気泳動用チャネル及びサンプル送入用チャネルの幅の広い部分６Ｗ及び１２Ｗから幅の狭い部分６Ｎ及び１２Ｎへの移行部分６Ｔ及び１２Ｔはテーパ状に形成されていることが好ましい。テーパ角は一例として、中心軸に対して１０度〜１２０度程度である。好ましくは、中心軸に対して３０度〜６０度程度である。直線的なテーパに限らず、曲率的なテーパも使用可能である。
【００４６】
電気泳動用チャネル６及び６Ｗの長さは電気泳動に必要十分な長さであればよい。また、図示されていないが、ポート４寄りの箇所で泳動されてきたサンプルを公知慣用の手段（例えば、蛍光検出器）で検出する。
【００４７】
本発明の電気泳動用マイクロ流路チップにおいて、第１の基板１６及び第２の基板１８の少なくとも何れか一方は気体透過性の材料で形成されていなければならない。本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの作製に有用な気体透過性材料は例えば、シリコーンゴム（例えば、ポリジメチルシロキサン（PDMS）など）である。その他の気体透過性材料なども使用できる。一方の基板材料にポリジメチルシロキサンを使用する場合、他方の基板材料はポリジメチルシロキサン又はガラスが好ましい。ポリジメチルシロキサン同士又はポリジメチルシロキサンとガラスは接着剤を使用しなくても相互に強固に接着することができる。この現象は一般的に、「恒久接着（パーマネント・ボンディング）」と呼ばれている。ここでいう恒久接着とは、基板を構成する成分にＳｉを含んだ基板同士の表面をある種の表面改質を行うだけで、接着剤無しで基板と基板とを相互に接着することができる性質のことであり、マイクロ流路チップにおけるチャネルなどの良好な封止性を発揮させることができる。ＰＤＭＳ基板の恒久接着では、貼り合わせ面を適宜表面改質処理した後、両方の基板の貼り合わせ面を密着して重ね合わせ、一定時間放置することで、容易に接着が行えるものである。
【００４８】
第１の基板１６又は第２の基板１８の貼り合わせ面にマイクロチャネルを形成する方法自体は当業者に周知である。例えば、フォトレジストをマスクを通して露光する光リソグラフィー法を用いて作製された鋳型にシリコーンゴムなどを注型することにより形成できる。第１の基板１６及び第２の基板１８の厚さ自体は本発明の要件ではない。一般的に、気体透過性材料からなる基板の厚さは一般的に、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であることが好ましい。気体透過性基板の厚さが０．１ｍｍ未満の場合、基板を介して狭小チャネル１４内の空気を容易に除去できるが、機械的強度が低すぎて基板としての機能を果たすことができない。一方、気体透過性基板の厚さが５ｍｍ超の場合、機械的強度は申し分ないが、狭小チャネル１４内の空気を除去するのに高い圧力を要するので好ましくない。
【００４９】
次に、図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの使用方法について説明する。チップとしては、図４Ａに示される電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｃを使用したが、その他のチップも同様に使用できる。なお、説明の便宜上、チャネルやポートのサイズは誇張されており、実際のサイズとは異なる。図５Ａを参照する。先ずステップ（１）において、電気泳動用チャネルの一方のポート４に電気泳動分離のための電解質ポリマー溶液１６を分注する。次にステップ（２）において、ポート４から圧力を加えて電解質ポリマー溶液１６を電気泳動用チャネル６Ｗ及び６Ｎの全体に注入する。電気泳動用チャネル６Ｎの端部に連接される狭小チャネル１４は電気泳動用チャネル６Ｎよりも断面積が小さいため、パッシブバルブのような機能を果たすので、電解質ポリマー溶液１６は狭小チャネル１４内には進入できない。次にステップ（３）において、他方のポート２に電解質ポリマー溶液１６を分注する。
【００５０】
図５Ｂを参照する。先ずステップ（４）において、サンプル送入用チャネルの一方のポート８にサンプル溶液１８を分注する。次にステップ（５）において、ポート８から圧力を加えてサンプル溶液１８をサンプル送入用チャネル１２Ｗ及び１２Ｎの全体に注入すると、拡大図に示されるように、狭小チャネル１４内に空気が取り残される。次にステップ（６）において、全てのポート２，４，８，１０から同時に圧力を加えることにより、狭小チャネル１４内に取り残された空気を気体透過性基板を介して除去すると、狭小チャネル１４内でサンプル溶液１８と電解質ポリマー溶液１６とが突き合わされる。
【００５１】
図５Ｃを参照する。先ずステップ（７）において、ポート８をグランド（Ｇ）として、ポート４に電圧（例えば、１００〜２００Ｖの範囲内の電圧）を印加する。この際、ポート２はオープンの状態にされている。これにより、狭小チャネル１４内のサンプル溶液１８が徐々に電解質ポリマー溶液１６内をポート４に向かって泳動し始める。次にステップ（８）において、サンプル溶液１８が電気泳動用チャネル６Ｎの分岐点を越えてポート４側のテーパ部分６Ｔ付近にまで到達した時点で、ポート８をオープンにし、ポート２をグランドに切り換えてポート４に電圧（例えば、４００〜８００Ｖの範囲内の電圧）を印加する。これによりサンプルを分離するための電気泳動が開始される。
【００５２】
図６Ａは本発明の更に別の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｄの概要平面透視図と、その部分拡大図である。この実施態様では、ポート２からポート４までの電気泳動用チャネル６が、狭小チャネル１４との接続点の箇所を屈曲点として鈍角に屈曲されている。更に、狭小チャネル１４も、電気泳動用チャネル６の細いチャネル部分６Ｎと直交しないように接続されている。狭小チャネル１４が電気泳動用チャネル６の細いチャネル部分６Ｎと直交させると、チャネルの曲がりに対してサンプルの濃度分布が影響を受ける。理想的には、全てが直線状に配置されていることである。しかし、これは実際には無理である。そこで、できるだけ直線状に近い形態にすることが好ましい。そのため、図６Ａに示される電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｄを作製することにより、チャネルの幅方向のサンプル濃度分布の偏りを軽減することができる。
【００５３】
図６Ｂは本発明の更に他の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｅの概要平面透視図と、その部分拡大図である。この実施態様では、ポート２からポート４までの電気泳動用チャネル６が直線状に形成され、狭小チャネル１４が電気泳動用チャネル６の細いチャネル部分６Ｎと直交されている。この実施態様では、前記のようにサンプルの濃度分布に偏りは出るが、分離泳動のときに電圧が均等にかかり、サンプルの挙動が安定化されるというメリットがある。
【００５４】
図６Ｃは本発明の更に別の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｆの概要平面透視図と、その部分拡大図である。図６Ｃの実施態様は、図６Ａ及び図６Ｂの各実施態様の利点を折衷させたものである。
【００５５】
ポート２から電気泳動用チャネル６の狭小チャネル１４との接続点までの距離は比較的長くとることが好ましい。電気泳動用マイクロ流路チップでは、ポート２とポート４に電極を挿入するが、電極の位置精度はあまり良くないことが一般的である。このため、電極の位置が電気泳動用チャネルの軸方向とずれたような位置に挿入された場合、チャネルの幅方向に対しての電圧のかかり方が変わってしまう。しかし、ポートの断面積、容量はチャネル部分に比べて非常に大きいため、或る程度の距離をとることで狭小チャネル１４との接続点までの電圧の偏りの影響を軽減することができる。
【００５６】
図７Ａは本発明の更に他の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｇの概要平面透視図と、その部分拡大図である。この実施態様では、８本の電気泳動用チャネルに対して、単一のポート４を共通化すると共に、１個のポート２を２本の電気泳動用チャネルで共用化し、更に、両端部の電気泳動用チャネルを除いて、内側の電気泳動用チャネルに対して、１個の空気抜き用ポート１０を共用化している。この実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｇは一度に８個のサンプルを効率的に分析するのに適する。言うまでもなく、電気泳動用チャネル６の本数は図示された８本に限定されない。
【００５７】
図７Ｂは本発明の更に他の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｈの概要平面透視図と、その部分拡大図である。この実施態様では、２本の電気泳動用チャネル６が一組となり、３組を１個のポート４で受けるようになっている。言うまでもなく、組数は４個以上でも可能である。一組の電気泳動用チャネル６はポート２と空気抜用ポート１０を共用する。
【００５８】
図７Ｃは本発明の更に他の実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップ１Ｉの概要平面透視図と、その部分拡大図である。基本的には図７Ｂの実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップと同様であるが、狭小チャネル１４と電気泳動用チャネルの細いチャネル６Ｎとの接続形態が異なる。この接続形態は図６Ａの部分拡大図に示される接続形態と略同一である。
【実施例１】
【００５９】
図４Ａ及び図４Ｂに示される形状の電気泳動用マイクロ流路チップを作製し、実際に電気泳動試験を行った。第１の基板１６及び第２の基板１８の両方ともＰＤＭＳ製であった。第１の基板の貼り合わせ面側にチャネルなどの微細構造を常用の光リソグラフィー法により形成した。ポート２，４，８，１０は第１の基板側に開設した。第１の基板１６の厚さは４ｍｍ、第２の基板１８の厚さは２ｍｍであった。ポート２，４，８，１０の内径は３ｍｍであった。電気泳動用チャネルの太い部分６Ｗの高さは０．０７ｍｍ、幅は０．１ｍｍであり、細い部分６Ｎの高さは０．０７ｍｍ、幅は０．０２ｍｍであり、サンプル送入用チャネルの太い部分１２Ｗの高さは０．０７ｍｍ、幅は０．１ｍｍであり、細い部分１２Ｎの高さは０．０７ｍｍ、幅は０．０２ｍｍであり、狭小チャネル１４の高さは０．００５ｍｍ、幅は０．０１ｍｍであった。
【００６０】
ポート４に電気泳動用の電解質ポリマーとして、ポリアクリルアミド溶液を分注した。電解質ポリマー溶液の組成は５％ポリアクリルアミド（分子量６０〜１００万）／１倍量ＴＢＥバッファであった。このポート４の開口上部を覆い、３ｋＰａの圧力を印加し、電解質ポリマー溶液をチャネルのポート２端部まで満たした。同じ電解質ポリマー溶液をポート２に分注した。次いで、ＦＡＭ、ＴＡＭＲＡ蛍光色素で標識した既知の塩基配列を有するＤＮＡ断片を有するサンプル溶液をポート８に分注した。サンプル溶液は、脱塩した後、蒸留水に溶解したものを使用した。ポート８の開口上部を覆い、３ｋＰａの圧力を印加し、サンプル溶液をチャネルのポート１０端部まで満たした。その後、全てのポートの開口上部を覆い、４ｋＰａの圧力を印加し、狭小チャネル１４内の残留空気を気体透過性のＰＤＭＳ基板を介して除去し、狭小チャネル１４内で電解質溶液とサンプル溶液を突き合わせた。
【００６１】
ポート２をオープンとし、ポート８をグランドとし、ポート４に１００Ｖの電圧を印加し、狭小チャネルを介してサンプル溶液をポート４側のチャネルテーパ部６Ｔ近傍まで泳動させ、サンプルを採取した。その後、ポート８をオープンとし、ポート２をグランドとし、ポート４に４００Ｖの電圧を印加し、採取したサンプルを電気泳動した。蛍光検出には蛍光顕微鏡を使用した。検出した蛍光信号を処理したところ、既知の塩基配列と一致した。これらの結果から、本発明のマイクロ流路チップは電気泳動用チップとして申し分なく使用できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの好ましい実施態様について具体的に説明してきたが、本発明は開示された実施態様にのみ限定されず、様々な改変を行うことができる。例えば、基板の略中央にポート４を配置し、このポート４に対して放射状に複数本の電気泳動用チャネルを円環状に配置し、合わせて所要のサンプル送入用チャネルを組み合わせて配置した電気泳動用マイクロ流路チップも本発明の電気泳動用マイクロ流路チップに含まれる。
本発明の電気泳動用マイクロ流路チップは単一の電源で電気泳動を実施できるので、その実用性及び経済性が飛躍的に向上される。その結果、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップは、医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産、警察鑑識など様々な分野で好適に有効利用することができる。特に、本発明の電気泳動用マイクロ流路チップは、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロ流路チップとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で安価に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの一実施態様の平面透視図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿った概要断面図である。
【図３】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの別の実施態様の平面透視図である。
【図４Ａ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの他の実施態様の平面透視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示された電気泳動用マイクロ流路チップの部分拡大平面透視図である。
【図５Ａ】図４に示された実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップにおける電気泳動方法を説明する工程図である。
【図５Ｂ】図４に示された実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップにおける電気泳動方法を説明する工程図である。
【図５Ｃ】図４に示された実施態様の電気泳動用マイクロ流路チップにおける電気泳動方法を説明する工程図である。
【図６Ａ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に別の実施態様の平面透視図である。
【図６Ｂ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に他の実施態様の平面透視図である。
【図６Ｃ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に別の実施態様の平面透視図である。
【図７Ａ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に他の実施態様の平面透視図である。
【図７Ｂ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に別の実施態様の平面透視図である。
【図７Ｃ】本発明の電気泳動用マイクロ流路チップの更に他の実施態様の平面透視図である。
【図８】従来の電気泳動用マイクロ流路チップの一例の概要平面図である。
【図９】図８におけるIX-IX線に沿った断面図である。
【図１０】図８に示された電気泳動用マイクロ流路チップの電気泳動チャネルへのサンプル溶液及び電解質ポリマー溶液注入操作手順を示す部分概要平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１Ａ〜１Ｉ  本発明の電気泳動用マイクロ流路チップ
２，４，８，１０  ポート
６  電気泳動用チャネル
６Ｗ  電気泳動用チャネルの通常幅部分
６Ｎ  電気泳動用チャネルの細い幅部分
６Ｔ  電気泳動用チャネルの通常幅部分から細い幅部分へ移行するテーパ部分
１２  サンプル溶液送入用チャネル
１２Ｗ  サンプル溶液送入用チャネルの通常幅部分
１２Ｎ  サンプル溶液送入用チャネルの細い幅部分
１２Ｔ  サンプル溶液送入用チャネルの通常幅部分から細い幅部分へ移行するテーパ部分
１４  狭小チャネル
１００  透明基板
１０２  電気泳動分離用チャネル
１０４  サンプル導入用チャネル
１０６  グランド側泳動媒体用ポート
１０８  高電圧側泳動媒体用ポート
１１０  サンプル用ポート
１１２  高電圧側泳動媒体用ポート
１１４  下面基板
１１６  交差部
１１８  光学測定位置
【図１】
0005052996.tif 000002
【図２】
0005052996.tif 000003
【図３】
0005052996.tif 000004
【図４Ａ】
0005052996.tif 000005
【図４Ｂ】
0005052996.tif 000006
【図６Ａ】
0005052996.tif 000007
【図６Ｂ】
0005052996.tif 000008
【図６Ｃ】
0005052996.tif 000009
【図７Ａ】
0005052996.tif 000010
【図７Ｂ】
0005052996.tif 000011
【図７Ｃ】
0005052996.tif 000012
【図８】
0005052996.tif 000013
【図９】
0005052996.tif 000014
【図１０】
0005052996.tif 000015
【図５Ａ】
0005052996.tif 000016
【図５Ｂ】
0005052996.tif 000017
【図５Ｃ】
0005052996.tif 000018