(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩衝液を一定の方向に流すための扁平な空隙を流路とする泳動室と、この泳動室の流路上流に設けられた緩衝液導入口と、前記泳動室に試料を注入するための試料導入口と、前記泳動室の流路下流に設けられた緩衝液排出口と、この緩衝液排出口の一部に設けられた試料の特定成分を取り出すための試料分取口と、前記泳動室内に互いに離間して設けられ、前記泳動室内の緩衝液に電界を印加するための第１の電極と第２の電極とを有し、前記泳動室内に緩衝液を流動させ試料中の特定の成分を電気泳動により分離する電気泳動装置において、前記泳動室は、その上下を第１および第２のガラス板、その周囲を前記第１および第２のガラス板に挟持されたシリコン板により隔てられた空隙として形成され、前記泳動室内の前記第１のガラス板上に、緩衝液の流れる方向に沿って前記第２のガラス板との間に空隙を有する細長い棒状の案内部材を設けたことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項２】
前記案内部材は、前記第２のガラス板と対向する部分に前記第２のガラス板に当接する突起を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動装置。
【請求項３】
前記案内部材は、前記シリコン板と同じ材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載の電気泳動装置。
【請求項４】
前記試料導入口は、前記泳動室内の前記案内部材が設けられた流路領域の上流側領域に、前記第１または第２のガラス板を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の電気泳動装置。
【請求項５】
前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記第１および第２のガラス板と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材と一体に成形された隔壁により形成されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の電気泳動装置。
【請求項６】
前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記第１および第２のガラス板と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材の下流側の端部に対向して流路方向延長線上に配置された隔壁により形成されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の電気泳動装置。
【請求項７】
緩衝液を一定の方向に流すための扁平な空隙を流路とする泳動室と、この泳動室の流路上流に設けられた緩衝液導入口と、前記泳動室に試料を注入するための試料導入口と、前記泳動室の流路下流に設けられた緩衝液排出口と、この緩衝液排出口の一部に設けられた試料の特定成分を取り出すための試料分取口と、前記泳動室内に互いに離間して設けられ、前記泳動室内の緩衝液に電界を印加するための第１の電極と第２の電極とを有し、前記泳動室内に緩衝液を流動させ試料中の特定の成分を電気泳動により分離する電気泳動装置において、前記泳動室は、凹部を上面に有する板状の本体と、少なくとも前記本体上面の前記凹部を覆う蓋とから形成され、前記泳動室内の緩衝液の流れる方向に沿って前記凹部の流床と前記蓋との間に空隙を有する棒状の案内部材を、前記流床または前記蓋に設けたことを特徴とする電気泳動装置。
【請求項８】
前記案内部材は、前記流床または前記蓋と対向する部分に、前記蓋または流床と当接する突起を有することを特徴とする請求項７に記載の電気泳動装置。
【請求項９】
前記本体はシリコン板であり、前記流床と前記案内部材は前記シリコン板を加工して形成されており、前記蓋はガラス板であることを特徴とする請求項７または８に記載の電気泳動装置。
【請求項１０】
前記試料導入口は、前記泳動室内の前記案内部材が存在している流路領域の上流側領域に、前記蓋または前記本体を貫通して設けられていることを特徴とする請求項７、８または９に記載の電気泳動装置。
【請求項１１】
前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記蓋および前記流床と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材と一体に成形された隔壁により形成されていることを特徴とする請求項７、８、９または１０に記載の電気泳動装置。
【請求項１２】
前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記蓋および前記流床と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材の下流側の端部に対向して流路方向延長線上に配置された隔壁により形成されていることを特徴とする請求項７、８、９または１０に記載の電気泳動装置。
【請求項１３】
前記泳動室の前記シリコン板は複数のパターンブロックからなり、前記パターンブロックは、第１の電極に近接しているパターンブロック同士が電気的に導通しないように互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動装置。
【請求項１４】
前記パターンブロックには、前記第１および第２の電極で発生する気泡を除去する分割流路が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の電気泳動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動を利用して液体試料の分析、及び液体試料中の特定の成分の分離、分取等に用いることができる電気泳動装置、特に小型電気泳動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気泳動は液体試料の分析、及び液体試料中の特定の成分の分離に用いられるが、近年キャピラリ電気泳動がその分離能力の高さから注目を集めている。キャピラリ電気泳動装置は、キャピラリと高電圧装置と光学的検出系等の検出器とから構成することができる。キャピラリは本電気泳動装置の心臓部であり、一般に溶融石英ガラスを中空円筒状に細長く引き延ばし、更に、その周囲をポリイミド樹脂でコーティングすることによって補強したものが用いられる。この方法の特徴は直径が１５０μ以下の細管の中で分析が行われるため、体積に比較して界面の影響の強い場での分析である。これにより、キャピラリ電気泳動は界面での電気浸透流を有効に利用した分析と言われている。
【０００３】
また、近年マイクロマシン技術の発達により、シリコン基板やガラス基板にリソグラフィー技術を用いて溝を形成して構成したキャピラリを用い、そこで電気泳動を行うことも試みられるようになっている。この技術を用いることにより自由な形状のキャピラリを形成することができ、その応用範囲が拡大することが期待されている。
【０００４】
一方、電気泳動を利用した試料の前処理システムにも、マイクロマシン技術の応用が試みられるようになってきた。特開平５−８００３２号公報にはフリーフロー電気泳動を応用した試料の前処理システムが開示されている。
【０００５】
上記前処理システムで用いられる装置は、シリコン板にエッチングあるいは機械加工によって泳動室となる凹部を設け、この泳動室に緩衝液を連続的に一定方向に流し流路とする。この泳動室内には緩衝液の流れる方向と直角に電界を印加する１対の電極が配置されている。緩衝液が流れている流路中に試料溶液を滴下すると試料溶液は緩衝液によって運ばれて行くが、電極に電圧を印加することによって緩衝液の流れと直角方向に電界が形成され、試料中の電荷を帯びた成分がその電荷量および分子の大きさに応じて移動することによって電気泳動が行われ、試料溶液中の特定の成分が分離される。
【０００６】
泳動が終了する泳動室の緩衝液の流路下流端を細分化することによって、試料溶液中の分離された成分の中から特定の成分を取り出すことができ、試料溶液の前処理を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フリーフロー電気泳動装置では扁平な空隙を泳動室として、緩衝液導入口から緩衝液を導入し、泳動室内に緩衝液を層流として流す。試料溶液は泳動室内の緩衝液が層流となった部分に微量かつ連続的に導入される。泳動室内の緩衝液の層流は安定しているとともに泳動室内に試料を導入した時の自然拡散は少なく、電界を印加したときに電気泳動によって試料が分離されるような状態が最も望ましい。
【０００８】
そこで請求項１から１２に記載の発明は、泳動室内の緩衝液の流れを層流に保つとともに試料の自然拡散を抑えることができ、安定して試料中の特定成分を分取することのできる電気泳動装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
また、最近マイクロマシン技術が発達してきたとはいえ、小型のフリーフロー電気泳動装置に用いられる泳動室の形成に必要な微細加工技術は主にシリコンに対してのもので、石英やパイレックスなどのガラス板については十分な微細加工技術が確立されているとはいえない。ガラス板は絶縁性に優れており、泳動室内に電界を印加した場合に泳動室を形成するガラス板を通して電流がリークしない利点があるが、ガラス板を加工して小型のフリーフロー電気泳動装置の泳動室に必要な微細な形状を形成するのは困難である。また泳動室を形成する各部材間の接合についても、シリコンとパイレックスガラス間では陽極接合を用いることによって、強固に且つ精密に接合を行うことができるが、ガラス同士を精密に接合するのは非常に困難である。従って、シリコンに微細加工を行い、このシリコンにパイレックスガラスを陽極接合することによって微細な構造をもつ泳動室を形成することが考えられる。
【００１０】
しかし、シリコン板を用いて泳動室を形成した場合、電気泳動を行う際に問題があることが明らかになってきた。すなわち、電気泳動をおこなう際には泳動室内の電極間に数十〜数百Ｖ／ｃｍの電圧を印加するが、シリコン板の絶縁性が十分でない為に、泳動室内の緩衝液を通してではなくシリコン板内を電流が流れてしまい、電気泳動が十分に行えないという問題があった。シリコン板に形成した泳動室内の絶縁性を高めるために、シリコン板の表面をシリコン酸化膜で覆うことが行われていたが、シリコン酸化膜では十分な絶縁性が得られなかった。
【００１１】
そこで請求項１３に記載の発明は、シリコン板を用いて泳動室を形成してもシリコン板内を電流が流れにくく、泳動室内に電気泳動に必要な泳動電流を流すことができる電気泳動装置を提供することを目的としたものである。
【００１２】
さらに、泳動室内では第１および第２の電極において気泡が発生するという問題が有る。
【００１３】
そこで、請求項１４に記載の発明は、泳動室内で発生する気泡を泳動室外へ除去することができる電気泳動装置を提供することを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の発明は、緩衝液を一定の方向に流すための扁平な空隙を流路とする泳動室と、この泳動室の流路上流に設けられた緩衝液導入口と、前記泳動室に試料を注入するための試料導入口と、前記泳動室の流路下流に設けられた緩衝液排出口と、この緩衝液排出口の一部に設けられた試料の特定成分を取り出すための試料分取口と、前記泳動室内に互いに離間して設けられ、前記泳動室内の緩衝液に電界を印加するための第１の電極と第２の電極とを有し、前記泳動室内に緩衝液を流動させ試料中の特定の成分を電気泳動により分離する電気泳動装置において、前記泳動室は、その上下を第１および第２のガラス板、その周囲を前記第１および第２のガラス板に挟持されたシリコン板により隔てられた空隙として形成され、前記泳動室内の前記第１のガラス板上に、緩衝液の流れる方向に沿って前記第２のガラス板との間に空隙を有する細長い棒状の案内部材を設けたことを特徴とする。
【００１５】
このように泳動室内に案内部材を設けることによって、泳動室内の緩衝液の流れは案内部材に沿った方向に規制され、緩衝液の層流が安定すると共に試料の自然拡散が抑えられる。また、案内部材と対向しているガラス板間には空隙があるので、この部分を通じて、試料中の電荷を帯びた成分が移動することができる。このような案内部材に沿った緩衝液の流れに試料を導入し電気泳動をおこなえば、試料の拡散が抑えられ精密な分離をおこなうことが可能となる。さらに案内部材を複数並列に設けるようにすれば、泳動室内の緩衝液の流れをより乱れの少ない層流とすることができるので、より効率の高い分離を行うことができる。
【００１６】
更に、請求項２に記載に記載の発明は、請求項１に記載の電気泳動装置において、前記案内部材は、前記第２のガラス板と対向する部分に前記第２のガラス板に当接する突起を有することを特徴とする。
【００１７】
このように案内部材に突起を設け第２のガラス板に当接することによって、泳動室を形成する第１と第２のガラス板の間隔を一定に保持することができる。ガラス板やシリコン板の平坦性や加工精度の影響を受けることなく泳動室の厚みが一定に保たれるため、緩衝液の層流が安定しより精密な分離を行うことができる。また、突起を設けることで案内部材と対向する第２のガラス板の間隔を極めて小さく保持することが可能となり、案内部材と直交する方向の試料の自然拡散を抑えることができるので、効率の高い分離が可能となる。
【００１８】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電気泳動装置において、前記案内部材は前記シリコン板と同じ材質からなることを特徴とする。シリコン板は微細加工が容易であり、また泳動室の外枠を形作るシリコン板のパターンブロックと同時に形状を加工することが出来るので、案内部材の形成を容易に行うことができる。
【００１９】
更に、請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の電気泳動装置において、前記試料導入口は、前記泳動室内の前記案内部材が設けられた流路領域の上流側領域に、前記第１または第２のガラス板を貫通して設けられていることを特徴とする。
【００２０】
このような位置に試料導入口を設けることで、泳動室内の案内部材の設けられた領域では案内部材のない部分と比較して緩衝液の流れがより安定した層流となっているので、泳動室内での試料の拡散を抑えることができ、より正確な分離ができる。
【００２１】
更に、請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３または４に記載の電気泳動装置において、前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記第１および第２のガラス板と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材と一体に成形された隔壁により形成されていることを特徴とする。
【００２２】
このように試料分取口の隔壁と案内部材の隔壁を一体に形成することで、案内部材間を流れてきた緩衝液は隔壁間の試料分取口に流れ込む。したがって、試料分取口の隔壁によっておこる緩衝液の流れの乱れを抑えることができ、電気泳動によって分離された試料を精密に分取することができる。
【００２３】
更に、請求項６記載の発明は、請求項１、２、３または４に記載の電気泳動装置において、前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記第１および第２のガラス板と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材の下流側の端部に対向して流路方向延長線上に配置された隔壁により形成されていることを特徴とする。
【００２４】
このように案内部材と隔壁を配置すると、案内部材の下流側端部と隔壁の上流側端部とが対向しているので、案内部材間を流れてきた緩衝液は流れの方向が変化することなく試料分取口に流れ込む。したがって、電気泳動によって分離された試料が混合してしまうことなく、精密に分取することができる。
【００２５】
更に、請求項７に記載の発明は、緩衝液を一定の方向に流すための扁平な空隙を流路とする泳動室と、この泳動室の流路上流に設けられた緩衝液導入口と、前記泳動室に試料を注入するための試料導入口と、前記泳動室の流路下流に設けられた緩衝液排出口と、この緩衝液排出口の一部に設けられた試料の特定成分を取り出すための試料分取口と、前記泳動室内に互いに離間して設けられ、前記泳動室内の緩衝液に電界を印加するための第１の電極と第２の電極とを有し、前記泳動室内に緩衝液を流動させ試料中の特定の成分を電気泳動により分離する電気泳動装置において、前記泳動室は、凹部を上面に有する板状の本体と、少なくとも前記本体上面の前記凹部を覆う蓋とから形成され、前記泳動室内の緩衝液の流れる方向に沿って前記凹部の流床と前記蓋との間に空隙を有する棒状の案内部材を、前記流床または前記蓋に設けたことを特徴とする。
【００２６】
このように泳動室内に案内部材を設けることによって、泳動室内の緩衝液の流れは案内部材に沿った方向に規制され、緩衝液の層流が安定すると共に試料の自然拡散が抑えられる。また、案内部材と対向している蓋間には空隙があるので、この部分を通じて、試料中の電荷を帯びた成分が移動することができる。このような案内部材に沿った緩衝液の流れに試料を導入し電気泳動をおこなえば、試料の拡散が抑えられ精密な分離をおこなうことが可能となる。さらに案内部材を複数並列に設けるようにすれば、泳動室内の緩衝液の流れをより乱れの少ない層流とすることができるので、より効率の高い分離を行うことができる。
【００２７】
更に、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電気泳動装置において、前記案内部材の前記蓋または前記流床の底部と対向する部分に設けた突起によって前記蓋または前記流床を支持することを特徴とする。
【００２８】
このように案内部材に突起を設けて蓋を支持することによって、泳動室を形成する蓋と流床の底部の間隔を一定に保持することができる。蓋や流床を設けた板の平坦性や加工精度の影響を受けることなく泳動室の厚みが一定に保たれているため、緩衝液の層流が安定し、より精密な分離を行うことができる。また、突起を設けることで案内部材と対向する蓋との間隔を極めて小さく保持することが可能となり、案内部材と直交する方向の試料の拡散を抑えることができるので、効率の高い分離が可能となる。
【００２９】
更に、請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の電気泳動装置において、前記本体はシリコン板であり、前記流床と前記案内部材は前記シリコン板を加工して形成されており、前記蓋はガラス板であることを特徴とする。
【００３０】
案内部材を形成するためには多数の微細加工をおこなう必要があるが、シリコン板は微細加工が容易であり、またシリコン板に流床となる凹部を形成するのと同時に形状を加工することが出来るので、案内部材の加工を容易に行うことができる。また、蓋がガラス板であると、陽極接合を用いることで精密且つ強固にシリコン板と蓋を接合することができる。
【００３１】
更に、請求項１０記載の発明は、請求項７、８または９に記載の電気泳動装置において、前記試料導入口は、前記泳動室内の前記案内部材が存在している流路領域の上流側領域に、前記蓋または前記本体を貫通して設けられていることを特徴とする。
【００３２】
泳動室内の案内部材の設けられた領域では、案内部材によって緩衝液の流れが規制され案内部材のない部分と比較して緩衝液の流れがより安定した層流となっている。安定した層流となった部分に試料を導入することで、泳動室内での試料の自然拡散を抑えることができ、より正確な分離ができる。
【００３３】
更に、請求項１１に記載の発明は、請求項７、８、９または１０に記載の電気泳動装置において、前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記蓋および前記流床と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材と一体に成形された隔壁により形成されていることを特徴とする。
【００３４】
このように試料分取口の隔壁と案内部材の隔壁を一体に形成することで、案内部材間を流れてきた緩衝液が隔壁間の試料分取口に流れが変わること無く流れ込む。したがって、試料分取口の隔壁によっておこる緩衝液の流れの乱れを抑えることができ、電気泳動によって分離された試料を精密に分取することができる。
【００３５】
更に、請求項１２に記載の発明は、請求項７、８、９または１０に記載の電気泳動装置において、前記試料分取口は、その上面および下面がそれぞれ前記蓋および前記流床と当接して前記緩衝液排出口を複数に分割する、前記案内部材の下流側端部に対向して流路方向延長線上に配置された隔壁により形成されていることを特徴とする。
【００３６】
案内部材の下流側端部と隔壁の上流側端部と対向しているので、案内部材間を流れてきた緩衝液は流れの方向が変化することなく試料分取口に流れ込む。したがって、電気泳動によって分離された試料が混合してしまうことなく、精密に分取することができる。
【００３７】
更に、請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の電気泳動装置において、前記泳動室の前記シリコン板は複数のパターンブロックからなり、前記パターンブロックは、第１の電極に近接しているパターンブロック同士が電気的に導通しないように互いに離間して配置されていることを特徴とする。
【００３８】
このようにして泳動室を形成すると、シリコン板はパターンブロックに分割されており、かつシリコン板は絶縁性のガラス板によって上下を挟まれているためにブロック間での電流のリークが起こりにくい。また第１の電極に近接したパターンブロックと第２の電極に近接したパターンブロックとが電気的に導通しないように配置されているので、電極間に高電圧を印加してもシリコン板のパターンブロックを通って電流が流れにくく、ほとんどの電流が泳動室内の緩衝液を通って流れるために効率よく電気泳動が行われる。
【００３９】
更に、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の電気泳動装置において、前記パターンブロックには、前記第１および第２の電極で発生する気泡を除去する分割流路が設けられていることを特徴とする。
【００４０】
このように、パターンブロックに設けられた分割流路を通じて気泡を除去することができる。
【００４１】
この分割流路は、パターンブロック同士が離間することで形成される流路である。
【００４２】
なお、分割流路は、気泡を除去する目的で使用しない場合には、接着剤等でふさぐべきである。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき詳細に説明する。
図１、図２、図３及び図４は本発明の電気泳動装置の第１の実施の形態を示したものである。図１は本実施の形態の電気泳動装置の上面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線断面図をそれぞれ示している。
【００４４】
本実施の形態の電気泳動装置はシリコン板１を下ガラス板２と上ガラス板３で挟んだ構造となっており、このシリコン板１を後述する方法により加工してシリコン板１内部に形成される空隙が泳動室４となっている。泳動室４の両端部には泳動室の内部に緩衝液を導入するための緩衝液導入口５と、泳動室４外に緩衝液を排出する緩衝液排出口６がそれぞれ設けられている。緩衝液の流れは図１の矢印に示すように図１の上部の緩衝液導入口５から下部の緩衝液排出口６の方向に流れる。
【００４５】
以下緩衝液の流れる方向にそって本実施の形態を説明する。本実施の形態の電気泳動装置では緩衝液導入口５から緩衝液の流路が始まり、流路の幅は扇状に次第に広くなり等幅の流路となる。この等幅となった流路の部分の緩衝液に電圧を印加し電気泳動を行う泳動室とする。泳動室の両側部には緩衝液の流れる方向に沿って一対の電極７ａ、７ｂが設けられている。電極７ａ、７ｂは緩衝液の流れる方向と平行に設けるのが好ましい。図３に示すように電極７ａ、７ｂは上ガラス板３を貫通した電極端子８ａ、８ｂによって泳動室の外部に設けられた電源９に接続され、電極７ａ、７ｂに電圧が印加される。
【００４６】
泳動室４の内部には案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊが下ガラス板２上に設けられている。この案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊは緩衝液の流れる方向と平行に設けられた細長い棒状のシリコンからなっており、シリコン板１ａ、１ｂと同じ材質で後述する方法により形成される。案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊと上ガラス板３との間には空隙があり、緩衝液が流れるようになっている。
【００４７】
泳動室４内の案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊの設けられた領域の緩衝液の流路上流側に上ガラス板３を貫通した試料導入口１１が設けられている。案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊの流路下流側端部はそれぞれ緩衝液排出口６に設けられた隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊに接続されている。図４に示すように隔壁１２ａ、１２ｂ・・・１２ｊは下ガラス板２と上ガラス板２にそれぞれ下端と上端が接しており、緩衝液排出口６を複数の流路に分割し、この隔壁１２ａ、１２ｂ、同様に１２ｊの間が試料分取口１３ａ、１３ｂ、・・・となっている。この隔壁１２ａ、も案内部材１０と同様に細長い棒状のシリコンからなっており、シリコン板１と同じ材質で後述する方法により形成される。  次に本実施の形態の電気泳動装置の作用について説明する。本装置においては緩衝液が緩衝液導入口５から連続して導入される。緩衝液の流路の幅が一定となった泳動室４の部分には案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊが設けられており、この領域上の上ガラス基板３に設けた試料導入口１１から試料を泳動室４内に連続的に導入する。電極７ａ、７ｂに電圧を印加することにより泳動室４内に電界が形成される。試料導入口１１から導入された試料は緩衝液の流れに従って緩衝液排出口６に向かって流れて行くが、流れの方向とほぼ直角に電界が形成されているため、試料中の成分はその電荷量と粒子の大きさによって異なる速度で泳動され、成分が分離される。分離された各成分は試料分取口１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｋに流れ込むため、試料中の特定の成分を分取することができる。
【００４８】
泳動室４内に設けられた案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊは泳動室４内の緩衝液の流れの乱れを押さえ、層流を保つ働きを持っている。従って電気泳動によって分離された試料成分が、緩衝液の乱流によって乱されることが無く、精密な分離を行うことが出来る。また、泳動室４内に導入された試料は試料導入口１１から試料分取口１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｋにまで流れて行く間に自然拡散するが、電気泳動によって精密に分取を行うには自然拡散を出来るだけ抑える必要がある。案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊは緩衝液の流れる方向に沿って設けられており、案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊの上部と上ガラス板３との間は泳動室の厚みより小さく１μm〜数十μm程度である。電気泳動によって電荷を帯びた粒子は、案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊと上ガラス板３の間の空隙を通って移動するが、案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊの上部と上ガラス板３との間隔は泳動室４の厚さよりも小さいため、試料の緩衝液の流れと直角方向の自然拡散が抑えられる。従って、試料の自然拡散を抑えた状態で、より精密に試料の分離をおこなうことができる。また、案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊと隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊは接続して形成されているので、試料分取口１３ａ、１３ｂ、・・・１３ｋで起こる隔壁１４による緩衝液の流れの乱れを抑えることができ、より精密な分取が可能となる。
【００４９】
本実施の形態では隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊと案内部材１０ａ、１０ｂ・・・１０ｊを同数としているが、必ずしも同数である必要はなく、隔壁１２ａ、１２ｂ・・・１２ｊと案内部材１０ａ、１０ｂ・・・１０ｊのどちらかを間引いても同様な効果が得られる。また本実施の形態では隔壁１２ａ、１２ｂ・・・１２ｊと案内部材１０ａ、１０ｂ・・・１０ｊが一体に形成されているが、案内部材の流路下流端と隔壁の流路上流端が微小な間隔で対向するように配置しても良い。
【００５０】
本実施の形態の電気泳動装置においてシリコン板１の形成方法は種々考えられる。たとえばパイレックスガラス板にシリコンウエハーを陽極接合し、シリコンウエハーを研磨することによって所定の厚さのシリコン板１を得ることができる。またパイレックスガラス板にＬＰＣＶＤやプラズマＣＶＤなどの装置を用いてポリシリコンやアモルファスシリコンを積層してシリコン板１とすることもできる。近年ではＣＶＤ装置の改良が進み比較的高速に成膜することができるようになっており、シリコン層を１０〜数十μmの厚さに成膜することも可能となってきている。このようにして下ガラス板２上に形成されたシリコン板１に泳動室４となる空隙や案内部材１０ａ、１０ｂ・・・１０ｊを形成するためにエッチングをおこなう。シリコン板１のエッチングの方法としては等方性、異方性のウエットエッチングやＩＣＰ型ＲＩＥを用いたドライエッチングなどの加工方法が適用可能である。案内部材１０ａ、１０ｂ・・・１０ｊはシリコン以外の材料から形成してもよいが、シリコンは微細加工に適しており、またこのように泳動室４の形成と同時に案内部材１０ａ、１０ｂ・・・１０ｊの形成を行うことで製造工程を簡略化することでできる。
【００５１】
シリコン板１のエッチング加工が終了した後、エッチングに使用したマスクパターンを除去してシリコン表面に絶縁層として酸化膜を形成し、その後、シリコン板１上に上ガラス板３を陽極接合によって接合する。一般に陽極接合は、接合するシリコン板とガラス板を４００〜５００℃に加熱して、８００〜１０００Ｖの電圧を印加して接合を行うので、下ガラス板２と上ガラス板３にはほぼ同じ熱膨張率をもつガラス板を選ぶ必要がある。従って、下ガラス板２にパイレックスガラスを用いる場合には、上ガラス板３にもパイレックガラスを用いると良い。ガラス板にはアルカリ金属を含有するガラスであれば、パイレックスガラス以外でも陽極接合は可能である。またアルカリ金属を含まないガラス板を使用する場合には、シリコン板にガラス板を直接陽極接合することが出来ないので、パイレックスガラス等のアルカリ金属を含む薄膜をシリコン板と対向する接合表面に形成してから陽極接合する必要がある。
【００５２】
また、シリコンウエハーも結晶方位、不純物の種類や濃度等で限定されることはなく、あらゆる種類のウエハーを用いることができる。ポリシリコンやアモルファスシリコンは不純物をドープして抵抗を下げて用いても良いが、ドープせずに高抵抗のまま用いても陽極接合が可能である。さらに、シリコン表面の絶縁膜として酸化膜を用いているが、この限りでなく窒化シリコン、アルミナ、五酸化タンタル等の絶縁膜も利用できるが、絶縁膜の膜厚を厚くすると陽極接合が困難になる。また、ポリシリコンやアモルファスシリコンは絶縁性が高いので絶縁膜を用いずにそのまま流路を形成することも可能である。
【００５３】
なお本実施の形態の各構成は、当然すでに触れてきた事項を含めて各種の変形、変更が可能である。
次に第１の実施の形態の第１の変形例について図５および図６を用いて説明する。この変形例の電気泳動装置の基本的な構造は第１の実施の形態と同じである。図５は図１のＣ−Ｃ断面図であり、図６は図５のＡ部分を拡大したものである。本変形例においては案内部材１１の上ガラス板３と対向する部分に高さが１μm〜数十μm程度の微小突起１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｆが設けられている。
【００５４】
泳動室４内の緩衝液の流れを層流に保つためには泳動室４の厚みを一定に保持する必要がある。しかし、一般に最も平坦性の良いガラス板でも数μm程度のそりを残しており、完全に平坦なガラス板を下ガラス板２または上ガラス板３として用いるのは困難である。従ってガラス板のそりによって、泳動室の厚さが部分的に変動してしまい緩衝液の層流が乱されるという問題がある。しかし、このように案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊの上ガラス板３と対向する部分に微小突起１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｆを設け、この上端部のみを上ガラス板３と接合することによって、下ガラス板２と上ガラス板３の間隔を一定に保つことができ、泳動室内の緩衝液の流れが安定した層流となり、精密な分離が可能となる。
【００５５】
また、案内部材１０ａ〜ｊの上部と上ガラス板３との間隔が微小突起１４ａ、１４ｂ、・・・１４ｆによって正確に保持されるために、緩衝液の流れと直角方向の試料の自然拡散が抑えられ、より精密な分取が可能となる。
【００５６】
次に第１の実施の形態の第２の変形例について図７を用いて説明する。この変形例の電気泳動装置の基本的な構造は第１の実施の形態と同じであり、上面から見た構造は図１に示した構造とほぼ同様である。図７は図１のＡ−Ａ断面を示したもので、第１の実施の形態の下ガラス板２とシリコン板１が、シリコン基板１５に置き換えられている。第１の実施の形態では下ガラス板２上にシリコン板１を形成して、このシリコン板１を微細加工して泳動室４や案内部材１０ａ〜ｊを形成していた。この変形例ではシリコン基板１５に直接エッチングなどの加工を行い、シリコン基板１７の上面に凹部を設けると同時に案内部材１０ａ、１０ｂ、・・・１０ｊを成形する。エッチング等の加工を行ったのちシリコン基板１５の上面に蓋となる上ガラス板３を接合して泳動室４を形成する。
【００５７】
次に本発明の電気泳動装置の第２の実施の形態について図８および図９を用いて説明する。本実施の形態において、第１の実施の形態と共通する構成には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００５８】
図８は図１に示した電気泳動装置の電極端子８ａ、８ｂの近傍を拡大して上方から見た図、図９は図８のＡ−Ａ線断面図である。上ガラス板３には貫通孔１６があけられている。貫通孔１６の加工方法としては超音波による加工やエキシマレーザ等のレーザによる加工が利用できる。この加工した上ガラス板３を平坦な他の基板の上に置き導電性接着剤１７を貫通孔１６の中に充填する。平坦な他の基板としてはテフロンやポリエチレン等、導電性接着剤に対して接着性のないものを用いる。導電性接着剤１７としてはエポキシ樹脂に銀やカーボンの微粉末を混入して導電性を持たせものが市販されているのでそれを利用することができる。接着剤を硬化させた後、導電性接着剤１７の平坦な端面１８に電気泳動用の電極７ａ、７ｂ を形成する。電極の材料としては白金が一般的であるが、白金は基板に対する密着性が乏しいため白金と上ガラス板３の間にクロムやチタンの薄膜を形成した後に白金薄膜を形成する。クロムやチタンは蒸着またはスパッタで形成できるが、白金は融点が高いのでスパッタで形成する。また、電極のパターニング方法はリフトオフ法やイオンミリングによるエッチングなどの方法が適用できる。
【００５９】
このようにして形成された電極７ａ、７ｂは薄膜であるが、平面的に形成されているためマイグレーションも生じにくく断線の可能性を格段に減少させることができる。また、導電性接着剤１７を覆うように電極が形成されるため電圧印加時に導電性接着剤に含まれる不純物が流出することもなく、安定した泳動が期待できる。
【００６０】
電極７ａ，７ｂとは反対側の導電性接着剤１７の端面からは直接リード線を接着して電源に導いても良いが、上で述べた方法と同様に接着剤の硬化時に、平坦なテフロン基板を乗せて端面を平坦にしてから、蒸着等により電極からの引出線を形成して電気泳動装置の端部まで引き出し、そこから電源に導いても良い。この引出線は導電性を持つものであれば良く、材質を限定するものではない。また、電気泳動用の電極として白金を示したが、化学的に安定な材料例えば金等も同様に用いることができる。導電性接着剤はガラス基板に接着性のあるものが望ましいが、樹脂の材質をエポキシに限定するものではなく、また導電性の微粉末も銀やカーボンに限定するものでもない。電気泳動用の電極も２層構造で述べたが、１層または多層構造でも可能である。同様に蒸着等で形成された電極からの引出線も１層でも多層でも良い。
【００６１】
次に本発明の電気泳動装置の第３の実施の形態について、図１０を用いて説明する。本実施の形態の電気泳動装置の構造は第１の実施の形態と基本的に同じであるが、シリコン板１が複数のパターンブロック１ａ、１ｂ、・・・１ｆに分割されている点が異なっている。よって、本実施の形態において、第１の実施の形態と共通する構成には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態ではシリコン板１をエッチングによって加工するときに、マスクパターンをパターンブロック状に分割しておく。このパターンを下ガラス板２が露出するまでエッチングすることによって、シリコン板１ａ、１ｂ、・・・１ｆの各パターンブロック間が電気的に絶縁される。電極７ａ、７ｂにそれぞれ近接しているシリコン板１ｂ、１ｅは互いに電気的に絶縁されており、上下を絶縁性の高いガラス板によって挟まれているので、シリコン板１ａ、１ｂ、・・・１ｆを通っての電極７ａ，７ｂ間の電流のリークが生じにくくなる。すなわち電極７ａ、７ｂ間に電圧を印加すると、泳動室４内を流れる緩衝液を通ってのみ電流が流れる為に良好な電気泳動が行えるようになる。
【００６３】
シリコン板１ａ、１ｂ・・・１ｆの間に設けられた分割流路１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅの内で、泳動室４への緩衝液の出入りに利用されないものは接着剤等でふさぐ必要があるが、１９ｃは緩衝液の導入口として、また分割流路１９ａ、１９ｂ、１９ｄ、１９ｅは電極７ａ、７ｂで発生する気泡を取り除くのに使用することができる。
【００６４】
次に本発明の電気泳動装置の第４の実施の形態を図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。本実施の形態において、第１の実施の形態と共通する構成には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００６５】
図１１はシリコンにパターンブロックが形成されている様子を上面から見た図である。本図においては泳動室４を形成するパターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊの外側に周囲を囲うようにシリコン板１ｇが形成されている。このシリコン板１ｇと各々のパターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊを結ぶように連結部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ ・ ・が形成され、このことにより全てのパターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊが連結されている。これらのパターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、隔壁１２ａ１２ｂ、・・・１２ｊ、シリコン板１ｇおよび連結部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ 、・・・の形成方法は、第１の実施の形態で述べた方法がそのまま適用でき、単にエッチングのためのマスクを変更すればよい。
【００６６】
図１２は図１１のＡ−Ａ線断面図を示したもので、シリコン板１をパターンブロック状にエッチング加工後、シリコン板１の一端と上ガラス板３の上部との間に電圧を印加し、陽極接合を行ったものである。この後、図１３に示すように連結部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ 、・・・をダイシングソー等で切断することにより、電気的に絶縁されたパターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆおよび隔壁１２ａ，１２ｂ、・・・１２ｊが形成される。
【００６７】
次に図１４を用いて、第４の実施の形態の電気泳動装置の製造工程を順を追って説明する。図１４は本実施の形態の電気泳動装置のＡ−Ａ線断面図を示したものである。
【００６８】
まず、図１４（ａ）に示すように下ガラス板２にシリコン板１を積層し、シリコン板１の表面にシリコン酸化膜２１を形成する。このシリコン酸化膜２１はシリコン板１を酸化してもよいしＣＶＤ装置を用いて積層しても良い。次に図１４（ｂ）に示すように酸化膜２１上にさらにフォトレジスト膜２２を形成し、通常のリソグラフィ技術でフォトレジスト膜２２をパターニングする。
ついで図１４（ｃ）に示すようにフォトレジスト膜２２をマスクにシリコン酸化膜をエッチングする。図１４（ｄ）はフォトレジスト膜２２を除去後、ＩＣＰ型ＲＩＥエッチング装置でシリコン１板をエッチングする工程である。このエッチング方法を用いた場合シリコン酸化膜２１とシリコン板１のエッチング比は１００：１なので１μmのシリコン酸化膜２１を用いれば１００μmのシリコン板をエッチングすることができる。
【００６９】
図１４（ｅ）では表面のシリコン酸化膜２１を除去し、次に図１４（ｆ）では陽極接合によりシリコン板１上に上ガラス板３を接合した図を示している。最後に図１４（ｇ）では切断によりシリコンの連結部２０を切り離す工程を示している。
【００７０】
図１４に示した一連の製作法はそれに限定されるものではなく、様々な方法を用いることができる。例えば、図１４（ｄ）に示したシリコン板１のエッチング時にフォトレジスト膜２２を残しておき、エッチング後にフォトレジスト膜２２を除去しても良い。また、シリコン板１の除去方法もＩＣＰ型ＲＩＥエッチング装置に限定することはなく、フッ酸と硝酸の混合液を用いたウエットエッチングも可能である。さらにシリコン酸化膜２１を除去しないで陽極接合することも可能である。
【００７１】
このような方法を取ることにより一度の陽極接合操作でパターンブロック状のシリコン板との接合ができるので、製作プロセスを簡略化することができる。また、隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・・１２ｊのように微細に加工された部分に陽極接合用電極を接触させて陽極接合を行うには、接合用の電極を精密に制御して接触させる必要があるが、本方法を採用することにより容易に接合を行うことができる。
【００７２】
本実施の形態において、パターンブロック状シリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ，１ｄ、１ｅ、１ｆおよび隔壁１４ａ，１４ｂ・・・１４ｊの外側に周囲を囲うようにシリコン板１ｇが形成されているが、その形状は限定されるものではない。パターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび隔壁１２ａ、１２ｂ・・・１２ｊが連結され、上で述べたように陽極接合後の切断によりパターンブロック状のシリコン板１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよび隔壁１２ａ、１２ｂ、・・・１２ｊが分離できれば、いかような形状でも良い。
【００７３】
また、本実施の形態では、連結部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、 ・ ・を下ガラス板２および上ガラス板３ごと切断した例を示したが、接合後に上ガラス板３からはみ出したシリコン板１および連結部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、 ・・・の一部または全部をエッチングにより除去をしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、第１のガラス板と第２のガラス板と、第１および第２のガラス板によって挟持されたシリコン板によって枠づけられた泳動室の、第１のガラス板上に緩衝液の流れる方向に沿って細長い棒状の案内部材を設け、この案内部材と第２のガラス基板との間に空隙を有するように配置することによって、泳動室内の緩衝液の流れを層流に保つとともに試料の自然拡散を抑えことができ、安定して試料中の特定成分を分取することができる。
【００７５】
また、請求項７に記載の発明においても、凹部からなる流床とその周囲を覆う蓋によって形成される泳動室内の緩衝液の流れを層流に保つつとともに試料の自然拡散を抑えることができ、安定して試料中の特定成分を分取することができる。
【００７６】
また、請求項１３に記載の発明によれば、上記の請求項１による発明の効果の加えて、第１の電極に近接するパターンブロックと第２の電極に近接するパターンブロックが互いに電気的に導通しないように離間しているので、シリコン板を用いて泳動室を形成してもシリコン板内を電流が流れ難く、泳動室内を流れる緩衝液のみを通って電流が流れる為に良好な電気泳動が行える。
【００７７】
更に、請求項１４に記載の発明によれば、パターンブロック化により形成される分割流路を利用して、第１の電極および第２の電極から生じる気泡を取り除くことができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電気泳動装置の上面図である。
【図２】図１に示した第１の実施の形態におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示した第１の実施の形態におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１に示した第１の実施の形態におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図５】第１の実施の形態の第１の変形例のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】第１の実施の形態の第１の変形例のＣ−Ｃ断面拡大図である。
【図７】第１の実施の形態の第2の変形例のＡ−Ａ断面拡大図である。
【図８】第２の実施の形態の電極端子の上面拡大図である。
【図９】第２の実施の形態の電極端子の断面拡大図である。
【図１０】第３の実施の形態による電気泳動装置の上面図である。
【図１１】第４の実施の形態による電気泳動装置の上面図である。
【図１２】第４の実施の形態の連結部切断前のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】第４の実施の形態の連結部切断後のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】第４の実施の形態の電気泳動装置の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ  シリコン板
２  下ガラス板
３  上ガラス板
４  泳動室
５  緩衝液導入口
６  緩衝液排出口
７ａ、７ｂ  電極
８ａ、８ｂ  電極端子
９  電源
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ  案内部材
１１  試料導入口
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ  隔壁
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ   試料分取口
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ  微小突起
１５  シリコン基板
１６  貫通口
１７  導電性接着剤
１８  端面
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ  分割流路
２０ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ  連結部
２１  シリコン酸化膜
２２  フォトレジスト膜
【図１】
0003847414.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003847414.tif 000004
【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】
0003847414.tif 000009
【図９】
0003847414.tif 000010
【図１０】
0003847414.tif 000011
【図１１】
0003847414.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003847414.tif 000014
【図１４】
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