(57)【要約】  本発明は、電気泳動チップであって、（ａ）上記電気泳動チップの要素を支持するよう設計された非導電性基材；（ｂ）上記電気泳動チップを介して電流を導通するための電極構造であって、上記非導電性基材上に印刷され、対極と、少なくとも１つの作用電極とを含み、各電極が、非導電性基材上に印刷された導電性低抵抗インク層と、上記導電性低抵抗インク層の上部に印刷され、導電性低抵抗インク層を完全に、または部分的に覆うカーボンインク層とを含む、電極構造；（ｃ）上記電極構造の上部に配置され、上記電極構造を覆っている誘電性インク絶縁体層であって、上記誘電性インク絶縁体層が対極上に少なくとも１つの開口部と、上記少なくとも１つの作用電極上に少なくとも１つの開口部とを有し、それによって少なくとも１つのアドレス可能位置を形成する、誘電性インク絶縁体層；ならびに（ｄ）上記少なくとも１つのアドレス可能位置上にスポット配置され、上記少なくとも１つのアドレス可能位置を覆っているマトリックスを捕捉し、それによって少なくとも１つのミクロゲル領域を作成する分子を含む電気泳動チップを開示する。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動チップであって、
（ａ）前記電気泳動チップの要素を支持するよう設計された非導電性基材；
（ｂ）前記電気泳動チップを介して電流を導通するための電極構造であって、前記非導電性基材上に印刷され、対極と、少なくとも１つの作用電極とを含み、各電極が、
（１）非導電性基材上に印刷された導電性低抵抗インク層と、
（２）前記導電性低抵抗インク層の上部に印刷されたカーボンインク層と
を含む、電極構造；
（ｃ）前記電極構造の上部に配置され、覆っている誘電性インク絶縁体層であって、前記誘電性インク絶縁体層が対極上に少なくとも１つの開口部と、前記少なくとも１つの作用電極上に少なくとも１つの開口部とを有し、それによって少なくとも１つのアドレス可能位置を形成する、誘電性インク絶縁体層；ならびに
（ｄ）前記少なくとも１つのアドレス可能位置上にスポット配置され、前記少なくとも１つのアドレス可能位置を覆っているマトリックスを捕捉し、それによって少なくとも１つのミクロゲル領域を作成する分子
を含む電気泳動チップ。
【請求項２】
前記電極構造が単一の作用電極と、前記単一の作用電極上に複数の開口部とを含む、請求項１に記載の電気泳動チップ。
【請求項３】
前記開口部のすべてが前記対極から等しい距離に配置されており、それによって前記単一の作用電極上に複数のアドレス可能位置を形成する、請求項２に記載の電気泳動チップ。
【請求項４】
前記電極構造が少なくとも２つの作用電極と、前記作用電極のそれぞれの上に１つの開口部とを含む、請求項１に記載の電気泳動チップ。
【請求項５】
前記開口部のそれぞれが対極から等しい距離に配置されており、それによって複数のアドレス可能位置を形成する、請求項４に記載の電気泳動チップ。
【請求項６】
前記少なくとも２つの作用電極が接続領域を介して接触線に電気的に接続される、請求項４または５に記載の電気泳動チップ。
【請求項７】
前記接続領域のそれぞれが各作用電極の間に、および各作用電極を架橋する非導電性基材上に印刷された抵抗器層と、接触線とを含む、請求項６に記載の電気泳動チップ。
【請求項８】
前記抵抗器層のシート抵抗が０．０５〜１×１０７Ω／平方／ｍｉｌの範囲である、請求項７に記載の電気泳動チップ。
【請求項９】
前記抵抗器層が天然樹脂または合成ポリマー添加剤を含む、請求項７に記載の電気泳動チップ。
【請求項１０】
前記合成ポリマー添加剤がアクリル樹脂、アルキド樹脂、セルロース樹脂、ゴム変性樹脂、ケトン樹脂、スチレン無水マレイン酸樹脂、ポリエステル樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、炭化水素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フマル樹脂、非イソシアネートポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、テフロン樹脂またはナフィオン樹脂である、請求項９に記載の電気泳動チップ。
【請求項１１】
電気泳動チップに電圧を印加すると、前記アドレス可能位置のそれぞれがほぼ等しく均一な電流を受ける、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１２】
前記マトリックスが、隣接するミクロゲル領域が互いに直接接触しないように少なくとも２つのミクロゲル領域を作成する、請求項２〜１１のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１３】
前記マトリックスが前記アドレス可能位置で分子を捕捉する、または蓄積することができる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１４】
前記電気泳動チップに電圧を印加すると、前記少なくとも１つのミクロゲル領域が分子の電気泳動輸送を促進することができる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１５】
前記マトリックスが多孔質ポリマー構造、薄膜形成格子、光形成可能なタンパク質性混合物などのタンパク質性混合物、半透性固体薄膜、または付着層を形成することができる化学官能基で機能を持たせられたガス透過膜を含む、請求項１３または１４に記載の電気泳動チップ。
【請求項１６】
前記マトリックスが少なくとも１つの分離層をさらに含む、請求項１５に記載の電気泳動チップ。
【請求項１７】
前記マトリックスに付着した、もしくは前記マトリックス内に埋め込まれた、またはアドレス可能位置で前記少なくとも１つの作用電極のカーボンインク層に付着した捕捉分子をさらに含み、前記捕捉分子が標的分子に結合することができる、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１８】
前記分離層が標的分子を結合することができる捕捉分子を付着するための付着層である、請求項１６に記載の電気泳動チップ。
【請求項１９】
前記付着層が前記標的分子の直接結合のため、または前記捕捉分子を結合するための官能基または化学部分を含む、請求項１８に記載の電気泳動チップ。
【請求項２０】
前記付着層がストレプトアビジン化学部分を含有し、前記捕捉分子がビオチン化分子である、請求項１８または１９に記載の電気泳動チップ。
【請求項２１】
前記分離層が超分子ポリマーを含む、請求項１６に記載の電気泳動チップ。
【請求項２２】
前記超分子ポリマーがカリックスアレーンである、請求項２２に記載の電気泳動チップ。
【請求項２３】
前記分離層が標的分子を結合することができる透過層である、請求項１６に記載の電気泳動チップ。
【請求項２４】
前記透過層が前記標的分子を結合することができる捕捉分子を結合するための部位を含み、それによって前記標的分子の蓄積層として作用する、請求項２３に記載の電気泳動チップ。
【請求項２５】
前記捕捉分子が前記標的分子の特定分子認識基に対して特異的である、請求項１７〜２４のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項２６】
前記標的分子のそれぞれが荷電高分子、タンパク質、酵素、ペプチド、受容体、アプタマー、抗体、抗原、核酸、ｓｓＤＮＡ、ｓｓＲＮＡ、ｄｓＤＮＡ、ｄｓＲＮＡ、ヒトもしくは動物ゲノムＤＮＡ、オリゴヌクレオチド、微生物から収集されたＤＮＡもしくはＲＮＡは、細胞、分子集合体、ミセル、ベシクル、エキソソーム（例えばＤＮＡナノボール）、またはナノ材料（例えばカーボンナノチューブまたはナノ粒子）である、請求項１７〜２５のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのミクロゲル領域の直径が１ｎｍ〜１ｃｍの範囲であり、および前記少なくとも１つのミクロゲル領域の高さが１ｎｍ〜１ｍｍの範囲である、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項２８】
前記カーボンインク層が水素発生のために−０．０７Ｖ未満の過電圧を有する、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項２９】
前記カーボンインク層が亜鉛、鉄、ニッケル、パラジウム、鉛または水銀から選択される金属の粒子をさらに含む、請求項２８に記載の電気泳動チップ。
【請求項３０】
前記カーボンインク層が酸素発生のために＋０．７７Ｖを超える過電圧を有する、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項３１】
前記カーボンインク層がチタン、パラジウム、または金、その酸化物、または上述したものの組み合わせから選択される金属の粒子をさらに含む、請求項３０に記載の電気泳動チップ。
【請求項３２】
前記対極上の前記開口部が前記対極上にアドレス可能位置を形成する、請求項１〜３１のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項３３】
非導電性基材の底部側に印刷された高導電性インクヒーター層をさらに含む、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項３４】
前記非導電性基材が孔を含み、それを通って前記高導電性インクヒーター層が非導電性基材の上部に達する、請求項３３に記載の電気泳動チップ。
【請求項３５】
前記高導電性インクヒーター層が電極構造と接触していなく、非導電性基材によって電極構造から分離される、請求項３３に記載の電気泳動チップ。
【請求項３６】
非導電性基材の上部に印刷され、電極構造と接触していない高導電性インクヒーター層をさらに含む、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項３７】
前記導電性低抵抗インク層が銀インク層である、請求項１〜３６のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項３８】
前記電気泳動チップの上部に配置された誘電性基材もしくは接着された穿孔基材の厚い絶縁性層と、前記誘電性基材もしくは接着された穿孔基材を覆うカバーとをさらに含み、前記誘電性基材もしくは接着された穿孔基材が機能性流体チャンバーもしくはチャネルを含む、請求項１〜３７のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項３９】
請求項１〜３８のいずれか１項に記載の電気泳動チップ、流体流入孔と流出孔、流体ドライバ、および読み取り装置を含む電気泳動装置。
【請求項４０】
溶液中の少なくとも１種の分析対象の電気泳動蓄積および検出の方法であって、（ｉ）前記溶液を請求項１〜３８のいずれか１項に記載の電気泳動チップ、または請求項３９に記載の電気泳動装置に加えるステップと、（ｉｉ）電気泳動チップに電圧を印加し、それによって前記少なくとも１つのアドレス可能位置で前記少なくとも１種の分析対象の分子を蓄積するステップと、（ｉｉｉ）前記溶液から前記少なくとも１種の分析対象の遊離（結合していない）分子を除去するステップと、（ｉｖ）前記少なくとも１つのアドレス可能位置で前記少なくとも１種の分析対象の蓄積分子が存在することを検出するステップとを含む、方法。
【請求項４１】
前記電気泳動チップの高導電性インクヒーター層を用いて、前記溶液を加熱するステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記溶液を加熱することが前記方法のいずれか１ステップの前に、後に、または同時に行われる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記電圧が２〜３０００Ｖの範囲である、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記電圧が５〜５００Ｖの範囲である、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記溶液から前記遊離分析対象分子を除去するステップが異なる塩分含有量を有する洗浄緩衝液を加えること、電気泳動装置に逆極性を印加すること、または前記溶液を加熱することによって行われる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記分析対象の結合を検出するステップが光学的方法、電気化学方法、またはラジオアイソトープ法によって行われる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
電圧が上記方法のいずれか１つのステップにおいて電気泳動チップに印加され、それによって分析対象分子の非特異的結合を減少させる、または前記方法のステップを向上させる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
極性の反転による反復法で、または種々の持続時間によるＤＣもしくはＡＣモードで電圧が印加される、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
方形波、正弦波、または三角波を含む、交直重畳法を用いて電圧が印加される、請求項４７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電気泳動チップと使用方法に関し、より詳しくは、カーボンアレイ電極を含む電気泳動チップと、分析対象の電気泳動蓄積、分離、および／または検出とに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動法は、関心の荷電分子または粒子を移動または輸送するために、一般的にゲル内もしくは溶液内に配置された対向する２つの電極間に印加された比較的高い電界を利用する方法である。
等しいが、逆帯電した電極間に印加された電界の電界強度Ｅは、以下の式で算出することができる：
Ｅ＝Ｖ／ｄ
式中ｄ（メートル単位で）は、電極間の分離を表し、Ｖ（ボルト単位で）は、電極間にわたり印加された電位差を表す。したがって、上記の電界強度の式により、電位差が一定に保たれている場合、電極間の距離が小さいほど、電界は強くなる。
【０００３】
電界は一般的に５〜２０Ｖ／ｃｍ、最高５ｋＶ／ｃｍの範囲である。直流（ＤＣ）または交流（ＡＣ）の電流場は、分析対象の蓄積、分離および／または検出のために適用されることができる。特に、ゲル電気泳動法は生体分子の分離、精製、または分析、特に生体分子のサイズ、もしくは濃度について広く使われている。種々の電気泳動方法によって輸送され、分析される荷電物の例としては、核酸およびタンパク質が挙げられるが、細胞、および微粒子、ナノ粒子も包含される。
【０００４】
印刷インクに基づいている電極材料を基材上に印刷することにより、電極を生成し、その特性を制御する比較的低コストの方法を提供する。電気泳動用途用の電極アレイ装置は、一般的に使用されていない。印刷電極は、これまでに、溶液中の分析対象を検出するための種々の電気化学方法を用いて、多くの異なる電気分析装置および流体チップで使用されている。これらの電気化学方法は、一般的に酸化還元型反応に基づいており、該反応では分析対象分子が電極表面で酸化または還元され、電極を流れる電流が測定され、溶液中の分析対象の濃度に比例する。このように、電流が分析対象の濃度の関数として測定される電気化学的手法において、作用（検出）電極は、電気活性が高い白金またはカーボンインクなどの材料で作られる必要があり、特定の分析対象の酸化または還元を促進させることができることを意味する。これは、電気分析用途または電気化学的用途が、高電流が電極上に生じることを可能にし、分析対象の特定の酸化／還元反応を促進する表面特性を有する電極材料を必要とするからである。
【０００５】
ほとんどの電気化学分析方法と本来かなり異なる、ゲル電気泳動法は、何十年にもわたって、バイオテクノロジー、分子生物学、生化学、物理化学、医学、薬学、獣医学、ナノテクノロジー、および他の分野で広く使用されてきた。ＤＮＡ／ＲＮＡまたはタンパク質などの特に大きな生体分子における分子は、輸送媒体（ゲルまたは溶液）を介して効率的に輸送され、およびゲルマトリックス内で分離され、または濃縮されるためには高電界を適用する必要がある。したがって、それらの輸送には強い電界（特にゲルマトリックスを介して）が必要とされる。
【０００６】
電界は２本の電極、すなわち、陽極（正に帯電した）と陰極（負に帯電した）の間で印加され、電極は、制御された多孔度で調製され、ゲルマトリックに面する別々の緩衝液リザーバー内に配置される。分析対象分子の試料はゲルに挿入されるか、またはピペットで移され、分子は異なる電気泳動移動度によってゲルマトリックスを通過する時間内に分離される。分子の電気泳動移動度は、電荷、サイズ、および分子の形状だけでなく、ゲルマトリックスの物理化学的性質、例えば、ゲルマトリックスの粘度、誘電率、ｐＨ値、塩組成、および細孔径にも依存する。電気泳動装置およびそのカートリッジは多数の設計が知られており、例えば使い捨てカートリッジ内に埋め込まれたプレキャストゲルが挙げられる。カートリッジは一般的に、比較的高価な白金線電極またはカーボンベースのロッド電極に基づいて作製される。
【０００７】
“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｃｒｅｅｎ−ｐｒｉｎｔｅｄ  ａｎｄ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｐａｓｔｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ”  ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ５３  （１０），  ２００８，  ｐａｇｅｓ  ３６３５−３６４２においてＦａｎｊｕｌ  Ｂｏｌａｄｏら（２００８）は、従来のカーボンペースト電極と市販の前処理されていないスクリーン印刷カーボン電極との電気活性をいくつかの酸化還元対について比較している。これに関連して、電気泳動用の電極の電気活性は、電気化学分析用の電極の電気活性と異なることを述べておく必要がある。これは、電極材料の固有特性によって決定される。特に、金属表面または金属化表面は、溶液中の酸化還元分子または分析対象分子と、金属電極表面との間を電子が容易に移動することを可能にする。加えて、電気分析目的のために、電極材料は、材料マトリックス自体内で、比較的高い電子伝導性と輸送を示さなければならない。
【０００８】
金属はその伝導帯内に高濃度の自由電子を有するので、高い電子輸送を示す。逆に、半導体は伝導帯内に高濃度の自由電子を有することはできない。したがって、半導体は、ドープされる、または熱的にもしくは光学的に励起されるまで、通常、強い電流を生成しない。しかし電気泳動において電子輸送は高すぎる電流を必要としないことがあるので、印刷ペースト中の半導体添加剤は電気泳動プロセスを効率的に促進することができる。
【０００９】
ケイ素およびゲルマニウムなどの半導体は別として、多くの金属酸化物（二酸化チタン、酸化インジウム、酸化鉄、酸化ニッケルなど）ならびに金属硫化物、テルル化物およびセレン化物（硫化カドミウムとテルル化カドミウムなど）は、半導体特性を示す。したがって、これらの材料から調製された印刷ペーストへの半導体材料および添加剤は、電極／電解液界面でより高い抵抗を示す。これは、電極／電解液界面で高い電圧を生じさせ、およびこれらの高電圧で電気泳動プロセスをより効率的にする。ゲルマトリックスを介する大分子の電気泳動輸送は印加される高電界下で円滑に進行するからである。次いで、インクベースの電極材料の抵抗は、インク配合物中に絶縁性添加剤および／または半導体添加剤をさらに含有するインク混合物を調製することによって容易に修正することができる。
【００１０】
電極表面での水の加水分解は、一般的に電気泳動のプロセス中に生じる。これは、電極で電流を妨害し得る強いバブリングをもたらし、それによって分析対象の分離または蓄積を防止し、電気泳動アレイ上で光信号を不明瞭にする。金属に加えて半導体または絶縁性材料を用いることによって電極で水の電気化学的な加水分解と、バブリングを抑制することができる。そのような複合材料は、水加水分解よりも別の電気化学反応を容易にする。Ｓｉｅｂｅｒｔ  （１９６３）は、“Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  １１０  （１），  １９６３，  ｐａｇｅｓ  ６５−７２において、アノードを製造するためにチタン金属またはチタン含有添加剤（本来半導体である）を使用することを提案しており、電極表面でのチタンの酸化および二酸化チタンの形成は水加水分解とバブリングを効果的に阻害する。本発明者らは、米国特許第７，１３４，５４２号に記載のように、緩衝電解液と、緩衝電解液への添加剤として還元剤（例えばα−チオグリセロール）と共に用いて陽電位で酸素発生を抑制できることも示した。
【００１１】
米国特許第６，３０３，０１５号は、カソードとして使用されるパラジウムまたはニッケル複合材料含有アモルファス金属ガラス電極を記載する。ここでは、水素が金属によって直ちに吸収され、金属水素化物を形成するので、水素発生が電極表面で抑制される。その結果、Ｓｅａｒｓｏｎ（１９９１）よる“Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｎｔｒｙ  ｉｎ  Ｐａｌｌａｄｉｕｍ  ａｔ  Ｈｉｇｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｄｅｎｓｉｔｙ”，  Ａｃｔａ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａ  ｅｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ，  ３９  （１１），  １９９１，  ｐａｇｅｓ  ２５１９−２５２５に記載のように、水加水分解は金属格子内での電気化学的な水素化物形成によって克服される。電極表面に生じ、電極で水分解を抑制する、阻害する、または替えることができる他の種類の反応としては、カーボンインク内炭素の一酸化炭素、または他の酸化生成物への酸化を挙げることができる。
【００１２】
電気化学検出のおけるスクリーン印刷電極の使用は、一般に米国特許第６，８７８，２５５号、およびＪ．  Ｗａｎｇ，  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第２Ａ版，  Ｗｉｌｅｙ，  ＶＨＣ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ２０００に記載されている。欧州特許第０３５２１３８号は、種々の分析対象の電気化学検出（主にグルコース感知）用のその表面が高導電性で、高電気活性である帯型スクリーン印刷電極および／またはチップにおけるインク構造の使用を記載している。米国特許第７，２９７，２４８号および米国特許第８，２６８，６０４号は、グルコースの電気化学検出を可能にするために、グルコース酸化酵素などの酵素を反応触媒として電極表面内に埋め込むのに役立ち得る金属含有インクを開示する。米国特許第７，４７９，２１１号は、グルコース、コレステロール、トリグリセリド、ラクタート、およびビリルビンの電気化学検出のために、プラスチック非導電性表面で金属導体のレーザーアブレーションを用いて電極を作成する、印刷バイオセンサーの製作方法に関する。米国特許第８，１０５，４７７号は、核酸の電気化学検出のためにカーボンインクをベースにした電極の使用を示している。欧州特許第２１４７３０５号は、それらの抵抗器値に基づいて種々の抵抗を示し、測定装置への帯状バイオセンサーを挿入するイベントを識別することができる、グルコース帯状バイオセンサーにおける抵抗性カーボンインクの使用に関する。
【００１３】
多くの電気化学装置が構造の高導電性および電気活性を示す上記スクリーン印刷カーボンインクに基づく電極を使用して設計されてきたが、スクリーン印刷電極を利用する電気泳動装置は広く知られていない。米国特許第８，２６８，０１８号は、携帯型装置の一部として皮膚からのイオン導入薬物送達を制御するためのカーボンスクリーン印刷電極の使用を記述する。米国特許第６，８７８，２５５号および“Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  Ｃｈｉｐｓ  ｗｉｔｈ  Ｔｈｉｃｋ−Ｆｉｌｍ  Ａｍｐｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ：  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｄｒａｚｉｎｅ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ”  ，  Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｓｉｓ  １２  （９），  ２０００，  ｐａｇｅｓ  ６９１−６９４においてＷａｎｇら（２０００）は、マイクロスケールのキャピラリー電気泳動に関する電気泳動用途のために、スクリーン印刷方法を用いて製造することができる厚膜電極の使用を開示する。しかし、従来技術で開示された電気泳動装置には、電極構造内にエレクトロニクス要素を埋め込むこと、および誘電泳動プロセスの向上のための電流および／または電圧の制御を達成するよう電極組成またはそれらの層状特性を修正することを教示するものはない。
【００１４】
一般的な電気泳動装置において、分離および蓄積プロセスは、外部電源から印加される定電流を用いて、ゲルを介して行われる。ゲル抵抗を克服するために、約５０〜２００Ｖの比較的高い電圧が必要とされる。特に白金電極がその高い電気活性のために用いられる場合、緩衝液中に置かれる電極は、一般的に、低い全体抵抗を示す。各電極は、電源へのそれ自身のワイヤおよび接点を有する。しかし、そのような従来の電極は、同じ緩衝液中でそれらの抵抗を制御可能に増加させることができない。抵抗を増加させることにより、同じ定電流のために作用電極と対極の間に全電圧を増加させることが可能になる。その結果、分子輸送ははるかに高い電界で、だが、従来の電極と比較すると、同じ電流でゲルを介して行われることが可能になる。
【００１５】
したがって、印刷インクの層状構造および幾何学的形状を有し、かつエレクトロニクス要素を組み込む電極に基づく電気泳動装置が長きにわたり必要とされている。そのような装置は電気泳動プロセスをかなり向上させることができ、種々の電気泳動プロセスおよび誘電泳動プロセスを利用する流体チップおよび装置に低コストプラットフォームを提供することができる。
【発明の概要】
【００１６】
一態様において、本発明は、電気泳動チップであって、
（ａ）上記電気泳動チップの要素を支持するよう設計された非導電性基材；
（ｂ）上記電気泳動チップを介しての電流を導通するための電極構造であって、上記非導電性基材上に印刷され、対極と少なくとも１つの作用電極とを含み、各電極が、
（１）非導電性基材上に印刷された導電性低抵抗インク層と、
（２）上記導電性低抵抗インク層の上部に印刷され、導電性低抵抗インク層を完全に、または部分的に覆うカーボンインク層と
を含む、電極構造；
（ｃ）上記電極構造の上部に配置され、覆っている誘電性インク絶縁体層であって、上記誘電性インク絶縁体層が対極上に少なくとも１つの開口部と、上記少なくとも１つの作用電極上に少なくとも１つの開口部とを有し、それによって少なくとも１つのアドレス可能位置を形成する、誘電性インク絶縁体層、ならびに
（ｄ）上記少なくとも１つのアドレス可能位置上にスポット配置され、上記少なくとも１つのアドレス可能位置を覆っているマトリックスを捕捉し、それによって少なくとも１つのミクロゲル領域を作成する分子
を含む電気泳動チップを提供する。
【００１７】
特定の実施形態において、本明細書に開示される電気泳動チップは、単一の作用電極と、上記単一の作用電極の上に複数の開口部とを含む。特定のそのような実施形態は、上記開口部の各々が対極から等しい距離に配置されており、それによって上記単一の作用電極上に複数のアドレス可能位置を形成するものである。
【００１８】
他の実施形態において、本明細書に開示される電気泳動チップは、少なくとも２つの作用電極と、上記作用電極のそれぞれの上に１つの開口部とを含む。特定のそのような実施形態は、上記開口部の各々が対極から等しい距離に配置されており、それによって複数のアドレス可能位置を形成するものである。そのような電気泳動チップは、上記少なくとも２つの作用電極が接続領域を介して接触線に電気的に接続されるように構成されることができる。
【００１９】
別の態様において、本発明は上記に定義される電気泳動チップ、流体流入孔と流出孔、流体ドライバ、および読み取り装置を含む電気泳動装置を提供する。
【００２０】
さらなる態様において、本発明は、溶液中の少なくとも１つの分析対象の電気泳動蓄積および検出の方法に関し、（ｉ）上記溶液を上記に定義される電気泳動チップまたは電気泳動装置に加えるステップと、（ｉｉ）上記電気泳動チップに電圧を印加し、それによって上記少なくとも１つのアドレス可能位置で上記少なくとも１つの分析対象の分子を蓄積するステップと、（ｉｉｉ）上記溶液から上記少なくとも１つの分析対象の遊離（結合していない）分子を除去するステップと、（ｉｖ）上記少なくとも１つのアドレス可能位置で、上記少なくとも１つの分析対象の蓄積分子の存在を検出するステップとを含む。
【００２１】
開示される実施形態は、添付図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解され、認識されることになる。本明細書に組み入れられ、記載される図面は模式的であり、本開示の範囲を限定するものではない。図面において、一部の要素の大きさは、誇張されていることもあり、したがって図解目的で縮尺するよう描かれていない。寸法および相対寸法は、本開示の実施への実際の縮小に必ずしも対応していない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】本発明の電気泳動チップ、低抵抗インク層２３およびカーボンインク層２４の電極構造の分解立体図を示す。これらは非導電性基材１０に印刷されている。
【図１ｂ】非導電性基材１０に印刷された２つのインク層２３および２４の拡大を模式的に示す。
【図２】以下の要素を含む本発明の電気泳動チップを模式的に示す：１０−非導電性基材、１１−流入孔、印刷された貫通孔、１１’−流出孔、印刷された貫通孔、１２−共通接触線、１３−対極、１４−作用電極アレイの作用電極、１５−作用電極アレイ、２４−カーボンインク層。
【図３ａ】以下のさらなる要素を含む本発明の電気泳動チップを模式的に示す：１６−誘電性インク絶縁体層、１７−作用電極上にアドレス可能位置１９を形成する作用電極上の開口部、１８−溶液に曝露される対極の一部を残して対極と整列配置される、１つの大きめの開口部。
【図３ｂ】以下のさらなる要素を含む本発明の電気泳動チップを模式的に示す：１６−誘電性インク絶縁体層、１７−作用電極上にアドレス可能位置１９を形成する作用電極上の開口部、１８−溶液に曝露される対極の一部を残して対極と整列配置される、１つの大きめの開口部。
【図３ｃ】以下のさらなる要素を含む本発明の電気泳動チップを模式的に示す：１６−誘電性インク絶縁体層、１７−作用電極上にアドレス可能位置１９を形成する作用電極上の開口部、１８−溶液に曝露される対極の一部を残して対極と整列配置される、１つの大きめの開口部。
【図４】本出願の電気泳動チップの作用電極アレイの拡大を模式的に示す。作用電極アレイは、個々の作用電極１４と、すべての作用電極１４を１つのアレイに接続する共通接触線１２とからなる。個々の作用電極１４が接触線１２に接続される領域２７は、接続領域と定義される。
【図５】個々の作用電極１４と、作用電極アレイ内の共通接触線１２との間に印刷されている抵抗器（Ｒ）層２５を含む、本出願の電気泳動チップ構成の拡大を模式的に示す。
【図６ａ】本出願の電気泳動チップの構成を模式的に示す。厚い誘電層２０が電気泳動チップの外縁部にフレームとして印刷されており、続いてその上に透明シート２１を設置し、それによって試験流体を電極構造に送達するための流体チャンバーまたはチャネル２２を作成する。
【図６ｂ】本出願の電気泳動チップの構成を模式的に示す。厚い誘電層２０が電気泳動チップの外縁部にフレームとして印刷されており、続いてその上に透明シート２１を設置し、それによって試験流体を電極構造に送達するための流体チャンバーまたはチャネル２２を作成する。
【図７ａ】非導電性基材１０の底部に印刷された高導電性インクヒーター層２８を含む、本出願の電気泳動チップを模式的に示す。この構成では、非導電性基材１０は、貫通孔２９を含み、それを通って高導電性インクヒーター層２８が非導電性基材１０の上部側に印刷されたその接点１２’に達する。
【図７ｂ】非導電性基材１０の底部に印刷された高導電性インクヒーター層２８を含む、本出願の電気泳動チップを模式的に示す。この構成では、非導電性基材１０は、貫通孔２９を含み、それを通って高導電性インクヒーター層２８が非導電性基材１０の上部側に印刷されたその接点１２’に達する。
【図７ｃ】非導電性基材１０の上部に印刷された高導電性インクヒーター層２８を含む、本出願の電気泳動チップを模式的に示す。この図に示すチップの他の要素は、以下の通りである：１１−流入孔、印刷された貫通孔、１１’−流出孔、印刷された貫通孔、１３−対極、１４−作用電極。
【図８ａ】前の図に示した本出願の電気泳動チップの立体図を模式的に示す。各作用電極は、その上部にスポット配置した単一ミクロゲル３４で覆われている。
【図８ｂ】前の図に示した本出願の電気泳動チップの立体図を模式的に示す。各作用電極は、その上部にスポット配置した単一ミクロゲル３４で覆われている。
【図９】従来技術のゲル電気泳動装置（図９ａ）と、バルクゲル層３６を有する従来技術の電気泳動チップ（図９ｂ）と、ミクロゲルのマトリックス（３４）を有する本出願の電気泳動チップ（図９ｃ）との比較を模式的に示す。
【図１０ａ】対極１３および作用電極１４のアレイが単一平面に位置し、電極上にバルクゲル層３６を有する従来技術の電気泳動チップの立体図を模式的に示す。この図は、電圧がチップに印加されると、形成される電界線３１に沿ってバルクゲル層３６を通って対極１３から作用電極１４のアレイへの分析対象分子３０の電気泳動輸送を例示する。
【図１０ｂ】対極１３および作用電極１４のアレイが単一平面に位置し、電極上にスポット配置されたミクロゲル３４を有する、本出願の電気泳動チップの立体図を模式的にしめす。この図は、電圧がチップに印加されると、形成される電界線３１に沿って対極１３からミクロゲル３４がスポット配置された作用電極１４のアレイへの分析対象分子３０および３２の電気泳動輸送を例示する。
【図１１ａ】液体媒体または溶液媒体３５、およびバルクゲル層３６をそれぞれ通る標的分子３０の電気泳動輸送を模式的に示す。
【図１１ｂ】液体媒体または溶液媒体３５、およびバルクゲル層３６をそれぞれ通る標的分子３０の電気泳動輸送を模式的に示す。
【図１２ａ】図９ｂおよび１０ａに示した従来技術の電気泳動チップの作用電極１４（電極上にバルクゲル３６を有する）の立体図を模式的に示す。
【図１２ｂ】図９ｃおよび図１０ｂに示した本出願の電気泳動チップの作用電極１４（電極上にスポット設置したミクロゲル３４を有する）の立体図を模式的に示す。
【図１２ｃ】図１２ａに対応し、図９ｂおよび１０ａに示した従来技術の電気泳動チップの作用電極１４（電極上に堆積したバルクゲル層３６を有する）の側面図を模式的に示す。
【図１２ｄ】図１２ｂに対応し、図９ｃおよび図１０ｂに示した本出願の電気泳動チップの作用電極１４（電極上にスポット設置したミクロゲル３４を有する）の側面図を模式的に示す。
【図１３ａ】図９ｂ、１０ａ、１２ａおよび１２ｃに対応し、対極１３からバルクゲル層３６を通って作用電極１４への分析対象分子３０の電気泳動輸送を模式的に示す。電圧がチップに印加されると、形成される電界線３１に沿って分子３０は輸送される。
【図１３ｂ】図９ｃ、１０ｂ、１２ｂおよび１２ｄに対応し、対極１３からミクロゲル３４がスポット配置された作用電極１４への分析対象分子３０および３２の電気泳動輸送を模式的に示す。電圧がチップに印加されると、形成される電界線３１に沿ってこれらの分子は輸送される。
【図１４】本出願の層状カーボンインク電極および電気泳動チップの調製の結果を抵抗器層２５の均一性に関して示す。均一性は構造中の各電極の再現できる抵抗値をもたらす。図２および６に示したものと同じ幾何学的形状を有する３種の層状カーボンインク組成物を印刷し、試験した。
【図１５】本出願の電気泳動チップの調製で使用した、誘電性インク、カーボンインク、銀インク、および基材を含む代表的な印刷チップ材料の自己蛍光についてのデータを要約する。
【図１６】統計値と、電極アレイの電極を覆うヒドロゲル内に埋め込まれた特異的な相補的プローブを用いての５５−ｂｐＤＮＡ標的配列の電気泳動蓄積、その配列の検出について取得した定量的蛍光データと、各電極スポットの蛍光画像とを示す。
【図１７】本出願の電気泳動チップ上でＰＣＲ増幅されたＤＮＡ  ＭＳ２ウイルス標的の電気泳動蓄積および検出についての蛍光データを示す。
【図１８ａ】図１８ａ〜１８ｂは本出願の電気泳動チップ上での特異的ＤＮＡ配列の蓄積および検出のアッセイの例を示す。図１８ａは森林型熱帯リーシュマニア対他のリーシュマニア亜型（いくつかの種類のスナバエで一般に見られる）についての検出および認識のアッセイを示す。
【図１８ｂ】図１８ａ〜１８ｂは本出願の電気泳動チップ上での特異的ＤＮＡ配列の蓄積および検出のアッセイの例を示す。図１８ｂは市中肺炎アッセイのための３連アッセイの一部としてレジオネラ肺炎についての検出および認識のアッセイを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の説明では、本発明の種々の態様を述べる。説明目的のために、特定の構成および詳細は、本発明の完全な理解を提供するために記載する。しかし、本明細書に示した特定の詳細がなくても、本明細書が実施され得ることは当業者にも明らかになろう。さらに、本発明を不明瞭にしないために、周知の特徴は省略または単純化されることもあり得る。以下の種々の実施形態の詳細な説明において、その一部を形成し、本発明が実施され得る特定の実施形態を例示するために示している添付の図面を参照している。他の実施形態を利用することができ、本発明の範囲から逸脱することなく構造変化がなされ得ることを理解されたい。
【００２４】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態だけを記述するためのものであり、本発明を限定することを目的としない。特許請求の範囲で用いられる用語「含んでいる」および「含む」とは、その後に収載される手段に限定されると解釈すべきではなく、他の要素またはステップを除外しない。これらの用語は、記述される特徴、整数、ステップおよび／または言及される成分の存在を明示すると解釈する必要があるが、１または複数の他の特徴、整数、ステップもしくは成分、またはその群の存在および／または追加を妨げない。したがって、表現「ｘおよびｚを含む装置」の範囲は、成分ｘおよびｚだけからなる装置に限定すべきではない。さらに、表現「ステップｘおよびｚを含む方法」の範囲は、これらのステップだけからなる方法に限定すべきではない。
【００２５】
本明細書で用いる場合、用語「約」または「およそ」とは、当技術分野で通常の許容範囲内として、例えば、平均値の２標準偏差内として理解される。一実施形態において、用語「約」または「およそ」とは、それが使用されている数の記載された数値の１０％以内、好ましくは記載された数値の５％以内を意味する。例えば、用語「約」または「およそ」は、記述された値の１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％、または０．０１％以内と直ちに理解されることができる。他の実施形態において、用語「約」または「およそ」は、例えば、用いられる実験技術によって、変化のより高い許容度を意味することができる。所定値の上記変化は、当業者によって理解され、本発明の文脈内である。一例示として、「約１〜約５」の数値の範囲は、約１〜約５の明確に記載された値だけを含むだけでなく、個々の値および表示範囲内の部分範囲も含むと解釈されるべきである。したがって、この数値範囲において、２、３、および４などの個々の値、例えば１〜３、２〜４、および３〜５の部分範囲、ならびに１、２、３、４、５、または６が個別に含まれる。これと同じ原則が最小または最大として１数値だけを記載する範囲に適用される。文脈から別段明らかでない限り、本明細書に示されるすべての数値は「約」または「およそ」という用語によって修飾される。「実質的に」、「大体」、「最高〜まで」などの他の同様の用語は、それが絶対形でないように、用語または値を修飾すると解釈されるものとする。そのような用語は、状況によって定義され、およびそれらの用語として修飾する用語は当業者によって理解される。これは、少なくとも、値を測定するのに用いられる所与の実験、技術または器械について予想される実験誤差、技術誤差、および器械誤差の程度を含む。
【００２６】
本明細書で用いる場合、用語「および／または」とは、関連する収載項目の１または複数の任意の組み合わせを含む。
【００２７】
別段の定めがない限り、本明細書で用いる全ての用語（技術用語および科学用語を含めて）は、本発明が属している技術分野の当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義されているような用語は、本明細書および当技術分野と関連して、その意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明白に定義されてない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されるべきではないとさらに理解されるであろう。周知の機能または構成は、簡潔さおよび／または明瞭さのために詳述しない場合がある。
【００２８】
当然のことながら、ある要素が別の要素の「上」にある、別の要素に「付着している」、「接続している」、「結合する」、「接触する」などを指すとき、それは、他の要素の上に直接ある、他の要素に付着している、接続している、結合する、もしくは他の要素に接触する、または介在する要素も存在し得る。対照的に、ある要素が、例えば、別の要素の「直接、上にある」、別の要素に「直接付着している」、「直接接続している」、「直接結合する」、または「直接接触している」などを指すとき、介在要素は存在しない。別の機構に「隣接して」配置されている構造または機構への参照は、隣接する機構に重なる部分、またはその下にある部分を有し得ることも当業者には理解されよう。
【００２９】
一態様において、本発明は、電気泳動チップであって、
（ａ）上記電気泳動チップの要素を支持するよう設計された非導電性基材；
（ｂ）上記電気泳動チップを介しての電流を導通するための電極構造であって、上記非導電性基材上に印刷され、対極と少なくとも１つの作用電極とを含み、各電極が、
（１）非導電性基材上に印刷された導電性低抵抗インク層と、
（２）上記導電性低抵抗インク層の上部に印刷され、導電性低抵抗インク層を完全に、または部分的に覆うカーボンインク層と
を含む、電極構造；
（ｃ）上記電極構造の上部に配置され、上記電極構造を覆っている誘電性インク絶縁体層であって、上記誘電性インク絶縁体層が対極上に少なくとも１つの開口部と、上記少なくとも１つの作用電極上に少なくとも１つの開口部とを有し、それによって少なくとも１つのアドレス可能位置を形成する、誘電性インク絶縁体層；ならびに
（ｄ）上記少なくとも１つのアドレス可能位置上にスポット配置され、上記少なくとも１つのアドレス可能位置を覆っているマトリックスを捕捉し、それによって少なくとも１つのミクロゲル領域を作成する分子
を含む電気泳動チップを提供する。
【００３０】
本発明の「電気泳動チップ」は、基材に印刷された電子回路または一組の電子回路であり、電気泳動のために使用される。現在一般に使用されているゲルベースの電位泳動装置は、二電極系のみと、分子の分離のための単一モノリシックゲルとを使用している。そのような装置において、バルクゲルは作用電極上に堆積され、そこで分析対象の蓄積が生じるが、一方、対極はゲルで被覆されない。対照的に、本明細書に開示される電気泳動チップで使用され、「分子捕捉マトリックス」とも呼ばれるゲルは、各作用電極上に、より具体的には上記作用電極上に形成されるアドレス可能位置のそれぞれにスポット配置され、各スポットは「ミクロゲル」または「ミクロゲル領域」と呼ばれる。現在知られている電気泳動のチップと対照的に、電極上にスポット設置されたミクロゲルは結合されず、現在知られているゲル電気泳動装置のように、モノリシックブロックを形成しない。
【００３１】
特定の実施形態において、本発明の電気泳動チップは、単一の作用電極と、上記単一の作用電極の上に複数の開口部とを含む。特定のそのような実施形態において、上記開口部のそれぞれは、対極から等しい距離に配置されており、それによって上記単一の作用電極上に複数のアドレス可能位置を形成する。
【００３２】
他の実施形態において、本発明の電気泳動チップは、少なくとも２つ、すなわち２つ以上の作用電極、および上記作用電極のそれぞれの上に開口部を１つ含む。特定のそのような実施形態において、上記開口部のそれぞれは、対極から等しい距離に配置されており、それによって複数のアドレス可能位置を形成する。そのような電気泳動チップは、上記少なくとも２つの作用電極が接続領域を介して接触線に電気的に接続されるように構成されることができる。特定のそのような実施形態において、それぞれの接続領域は、上記少なくとも２つの作用電極で電気的に接続し、上記接触線は、上記作用電極のそれぞれと、上記接触線の間に、および各作用電極と上記接触線を架橋する非導電性基材上に印刷された抵抗器層を含む。特定のそのような実施形態において、抵抗器層のシート抵抗は０．０５〜１×１０７Ω／平方／ｍｉｌの範囲である。他のそのような実施形態において、抵抗器層は、天然樹脂または合成ポリマー添加剤を含む。
【００３３】
合成ポリマー添加剤の例としては、アクリル樹脂、アルキド樹脂、セルロース樹脂、ゴム変性樹脂、ケトン樹脂、スチレン無水マレイン酸樹脂、ポリエステル樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、炭化水素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フマル樹脂、非イソシアネートポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、テフロン樹脂またはナフィオン樹脂が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
特定の実施形態において、本発明の電気泳動チップは、複数のアドレス可能位置を有する。そのような電気泳動チップは、上記に定義される実施形態のいずれか１つにより、単一作用電極と、複数の開口部（任意選択で、上記単一作用電極の上に対極から等しい距離に配置される）とを含むか、または少なくとも２つの作用電極と、上記作用電極それぞれの上に１つの開口部（開口部のそれぞれは任意選択で対極から等しい距離に配置される）とを含むいずれかである。特定のそのような実施形態において、複数のアドレス可能位置は対極から等しい距離に配置されており、電気泳動チップに電圧を印加すると、形成されるアドレス可能位置のそれぞれは、したがってほぼ等しく均一な電流を受ける。
【００３５】
以下に詳述するように、本明細書で用いる場合、語句「等しく均一な電流」とは、各作用電極が各アドレス可能位置で同じ電流密度でほぼ等しい電流を受け、それが各電極の表面に均一に分布されることを意味する。
【００３６】
特定の実施形態において、本発明の電気泳動のチップは複数のアドレス可能位置を有しており、電気泳動チップに電圧が印加されると、アドレス可能位置でほぼ等しく均一な電流を受け、上記マトリックスが少なくとも２つのミクロゲル領域を作成するので、隣接するミクロゲル領域は互いに直接接触しない。
【００３７】
一部の実施形態において、本発明は、上記実施形態のいずれか１つに定義される電気泳動チップを提供し、上記マトリックスは上記アドレス可能位置で分子を捕捉する、または蓄積することができる。他の実施形態において、本発明は、上記実施形態のいずれか１つに定義される電気誘導チップを提供し、上記電気泳動チップに電圧を印加すると、上記少なくとも１つのミクロゲル領域は分子の電気泳動輸送を促進することができる。特定の具体的なそのような実施形態において、上記マトリックスは、多孔質ポリマー構造、薄膜形成格子、光形成可能なタンパク質性混合物などのタンパク質性混合物、半透性固体薄膜、または付着層を形成することができる化学官能基で機能を持たせられたガス透過膜を含む。さらに特定のそのような実施形態において、上記マトリックスは少なくとも１つの分離層をさらに含む。
【００３８】
一部の実施形態において、本発明は上記実施形態のいずれか１つに定義される電気泳動チップを提供し、上記マトリックスに付着した、もしくは上記マトリックス内に埋め込まれた、またはアドレス可能位置で上記少なくとも１つの作用電極のカーボンインク層に付着した捕捉分子をさらに含み、上記捕捉分子が分析対象、すなわち標的分子に結合することができる。
【００３９】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、上記マトリックスは少なくとも１つの分離層をさらに含む。
【００４０】
特定の具体的なそのような実施形態において、上記分離層は、標的分子を結合することができる捕捉分子を付着するための付着層であり、例えば、付着層は、上記標的分子の直接結合のため、または上記捕捉分子を結合するための官能基または化学部分を含み、したがって上記標的分子を間接的に結合する。特定のそのような付着層は、ストレプトアビジン化学部分を含有することができ、上記捕捉分子がビオチン化分子である。
【００４１】
他の特定のそのような実施形態において、上記分離層は超分子ポリマーを含む。これは、その単量体単位が、方向性および可逆性が高い非共有結合相互作用（例えば水素結合、π−π相互作用、金属配位、およびホスト−ゲスト相互作用）によって維持されているポリマーである。超分子ポリマーの例としては、頭部と尾部でのバルビツール酸官能基化による二価ポリ（イソブチレン）（ＰＩＢ）、鎖畳み込みポリイミドとピレニル末端キャップ鎖、超分子シクロデキストリンベースのポリマー、ロタキサン、ウレイド−ピリミジノン四重錯体、フェロセン−β−シクロデキストリンベースの錯体、金属超分子両親媒性ブロックコポリマー、ならびにモノ−、ビス−およびトリス−カテコール−Ｆｅ３＋などの配位錯体を含有するｐＨ制御自己修復超分子ポリマーが挙げられるがこれらに限定されない。特定の具体的なそのような実施形態において、超分子ポリマーはカリックスアレーンである。
【００４２】
さらに他の特定のそのような実施形態において、上記分離層は標的分子を結合することができる透過層である。そのような透過層は、上記標的分子を結合することができる捕捉分子を結合するための部位を含むことができ、それによって上記標的分子の蓄積層として作用する。
【００４３】
本明細書で用いる場合、用語「捕捉分子」とは、共有結合または非共有結合のいずれかによって標的分子または分析対象を捕捉することができる分子を指す。本発明によれば、特定の捕捉分子は、上記標的分子の特定分子認識基に対して特異的なものである。
【００４４】
本明細書で用いる場合、用語「分析対象」、「分析対象分子」、「標的」および「標的分子」とは、完全に同等物であり、同じ意味で用いられ、その（生）化学構造が同定され、および／またはその（生）化学的特性、（生物）物理学的特性および／またはスペクトル特性が測定される分子または化合物を明らかにする。標的分子の例としては、荷電高分子、およびミクロ実体とナノ実体、例えば、タンパク質、酵素、ｓｓＤＮＡ、ｓｓＲＮＡ、ｄｓＤＮＡ、ｄｓＲＮＡ、受容体、アプタマー、抗体、抗原、異なる細胞、ヒトもしくは動物ゲノムＤＮＡ、または細菌とウイルスを含む微生物から収集されたＤＮＡ／ＲＮＡ、ミセル、ベシクル、エキソソーム、ＤＮＡナノボールなどの分子集合体、ならびにカーボンナノチューブもしくはナノ粒子などのナノ材料が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４５】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、電極寸法および電気泳動適用方法に応じて、上記少なくとも１つのミクロゲル領域の直径が１ｎｍ〜１ｃｍの範囲であり、および上記少なくとも１つのミクロゲル領域の高さが１ｎｍ〜１ｍｍの範囲である。ミクロゲル領域の直径は、好ましくは５０〜５００ミクロンの範囲であり、ミクロゲル領域の高さは好ましくは５〜５００ミクロンの範囲である。
【００４６】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、上記カーボンインク層が水素発生のために−０．０７Ｖ未満の過電圧を有する。特定のそのような実施形態において、上記カーボンインク層は、亜鉛、鉄、ニッケル、パラジウム、鉛または水銀など金属の粒子をさらに含む。
【００４７】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、上記カーボンインク層が酸素発生のために＋０．７７Ｖを超える過電圧を有する。特定のそのような実施形態において、上記カーボンインク層は、チタン、パラジウム、または金、上記金属の酸化物、またはそれらの組み合わせなど金属の粒子をさらに含む。
【００４８】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、対極上の上記少なくとも１つの開口部が対極上にアドレス可能位置を形成する。
【００４９】
上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップは、非導電性基材の底部側に印刷された高導電性インクヒーター層をさらに含み、例えば、上記非導電性基材は孔を含み、それを通って上記高導電性インクヒーター層が非導電性基材の上部に達する、または上記高導電性インクヒーター層は電極構造と接触していなく、非導電性基材によって電極層から分離される。あるいは、上記電気泳動チップは、非導電性基材の上部に印刷され、電極構造と接触していない高導電性インクヒーター層をさらに含み得る。
【００５０】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、上記導電性低抵抗インク層が銀インク層である。
【００５１】
特定の実施形態において、本発明は、上記に定義される実施形態のいずれか１つによる電気泳動チップを提供し、上記電気泳動チップの上部に配置された誘電性基材もしくは接着された穿孔基材の厚い絶縁性層と、上記誘電性基材もしくは接着された穿孔基材を覆うカバーとをさらに含み、上記誘電性基材もしくは接着された穿孔基材が機能性流体チャンバーもしくはチャネルを含む。
【００５２】
別の態様において、本発明は、上記実施形態のいずれか１つに定義される、電気泳動チップ、流体流入孔と流出孔、流体ドライバ、および読み取り装置を含む電気泳動装置を提供する。
【００５３】
さらなる態様において、本発明は、溶液中の少なくとも１種の分析対象の電気泳動蓄積および検出の方法に関し、（ｉ）上記溶液を上記実施形態のいずれか１つに定義される電気泳動チップ、または上記に定義される電気泳動装置のいずれかに加えるステップと、（ｉｉ）電気泳動チップに電圧を印加し、それによって上記少なくとも１つのアドレス可能位置で上記少なくとも１種の分析対象の分子を蓄積するステップと、（ｉｉｉ）上記溶液から上記少なくとも１種の分析対象の遊離（結合していない）分子を除去するステップと、（ｉｖ）上記少なくとも１つのアドレス可能位置で上記少なくとも１種の分析対象の蓄積分子が存在することを検出するステップとを含む。
【００５４】
特定の実施形態において、本発明の方法は、電気泳動チップの高導電性インクヒーター層を用いて、溶液を加熱するステップをさらに含む。溶液を加熱することは、上記方法のいずれか１ステップの前に、後に、または同時に行なうことができる。
【００５５】
特定の実施形態において、上記方法のステップ（ｉｉ）において、電気泳動チップに印加される電圧は、２〜３０００Ｖの範囲である。特定の実施形態において、印加される電圧は、５〜５００Ｖの範囲、好ましくは５〜５０Ｖの範囲である。
【００５６】
特定の実施形態において、溶液から遊離分析対象分子を除去するステップ（ステップ（ｉｉｉ））は、異なる塩分含有量を有する洗浄緩衝液を加えること、電気泳動装置に逆極性を印加すること、または上記溶液を加熱することによって行われる。
【００５７】
特定の実施形態において、分析対象の結合を検出するステップ（ステップ（ｉｖ））は、光学的方法、電気化学方法、またはラジオアイソトープ法によって行われる。
【００５８】
特定の実施形態において、電圧は、上記方法のいずれか１つのステップにおいて電気泳動チップに印加され、それによって分析対象分子の非特異的結合を減少させる、または上記方法のステップを向上させる。一部の特定のそのような実施形態において、電圧は、極性の反転による反復法で、または種々の持続時間によるＤＣもしくはＡＣモードで印加される。他の特定のそのような実施形態において、電圧は、方形波、正弦波、または三角波を含む、交直重畳法を用いて印加される。
【００５９】
図１ａおよび１ｂは、本発明の電気泳動チップの電極構造の分解立体図と拡大図を示す。電極構造は導電性低抵抗インク層２３およびカーボンインク層２４を含み、導電性低抵抗インク層２３は、直接チップの非導電性基材１０に印刷され、カーボンインク層２４は導電性低抵抗インク層２３の上部に印刷され、それによって最終的な電極構造を作成する。カーボンインク層２４は電極構造の抵抗を定め、それによって誘電泳動プロセスで印加される電圧および電界を定める。
【００６０】
図２に模式的に示すように、本発明の電気泳動チップの代表的な電極構造は、作用電極１４のアレイ１５、１アレイ１５内のすべての作用電極１４を接続する共通接触線１２、および対極１３を含む。以下に詳述するように、基材１０は、流体溶液がチップに入り、出て行くための流入孔１１および流出孔１１’を有する。図２に示す電極構成は、電気泳動輸送の著しい向上と制御を提供する。これは、アレイ内の電極の対称的な幾何学配置によって達成され、それによって作用電極のそれぞれで等しく均一な電流が得られる。
【００６１】
本発明の電気泳動チップは、いくつかの制限に取り組んでおり、いくつかの問題を解決することを目標とし、以下に記述するように、現在知られている電気泳動チップの特徴を記述する。
【００６２】
本発明によって解決される第１の問題は、電気泳動用途で使用されるアレイ内の各作用電極で等しい電流を達成する方法と、アレイ内の各作用電極の表面でこの電流の均一分布を確実にする方法とである。用語「等しい」とは、アンペアで測定される電流に関し、単位時間あたり各作用電極に流れる等量の電荷を有する定常電流とする。用語「均一の」とは、所定の電極面の電流分布に関する。均一の電流分布は、電極質の指標の１つであるように思われる。作用電極の表面上の均一な電流分布は、電極の形状および寸法、ならびに電極の材料によって決定される。均一な電流分布は、放電中変化することなく、測定をかなり単純化する。上記のように、本明細書で用いる場合、用語「等しく均一な電流」とは、各アドレス可能位置で各作用電極が同じ電流密度でほぼ等しい電流を受け、それは電極面に均一に分布されることを意味する。等しい電流は、それぞれの作用電極で受け、上記電極のそれぞれの表面での上記電流の均一分布は、実際にはチップの制御不可能な操作を可能にする。
【００６３】
導電性低抵抗インク層の存在、および回路内の最小電圧降下によって、電子は、本発明の電気泳動チップの各作用電極にほぼ等しく送られ、結果として、各作用電極に印加される電流はほぼ等しくなる。各作用電極で等しい電流を達成するために、これらの電極は対極に関して空間的に対称に配置されるべきであり、それらのアドレス可能位置は対極に関して等しく間隔をあけるべきである。加えて、電流の均一分布を達成するために、電極は同一の材料から作成され、同一の、空間的な幾何学的形状および厚さなどの形状および寸法を有するべきである。等しい電流は、作業電極と対極との間の電解質溶液の抵抗によっても決定される。
【００６４】
上記の電極アレイの構成は、アレイの各作用電極に対して別々の接点を必要とせず、すべての作用電極は単一の接触線だけを使用して接続することができる。このように、本発明の電気泳動チップにおいて、作用電極アレイの比較的低い抵抗および高導電性パターンは、アレイ内の各作用電極への等しく均一な電流の流れをもたらす。上記のように、これは、導電性低抵抗インク層内の全接触線に沿って電圧降下が非常に低いことを意味する。それは、同じ抵抗下でオームの法則に従って接触線を介して各電極にわたる電流に有意差をもたらさない。
【００６５】
電極構造の幾何学的設計により、対極と、同じ幾何学的関係で対極に曝されるそれぞれの作用電極との間の均一な電界分布が確実になる。この幾何学的設計より、作用電極と対極との間で、ならびに作用電極および対極の上に、水平に、均一な「スローイングパワー」としても知られている、均一な電界を溶液中で確立することが可能になる。
【００６６】
図１ａ、１ｂおよび２は、全作用電極アレイおよび対極が同じ平面にある模式的配置を示すが、従来の配置では作用電極が最も大きな表面積で対極と直接向き合う。これらの図で示す電極の幾何学的形状または空間配置は、代表的なものであり、限定すると意図されてはならない。当業者は、平面以外で、依然として作用電極と対極との間に均一な「スローイングパワー」をもたらす、幾何学的構成に達することができる。例えば、電極の幾何学的または空間的配置は、矩形、三角、円形、螺旋状、インターコイル状、フラクタルなどであり得る。特定の実施形態において、電極は平面形状を有する。すべての作用電極は同じ幾何学的形状を有するので、均一の電流分布が達成される。ほぼ同じ電流を導通するために、アレイ内のすべての作用電極は、対極から同じ距離（「電極ギャップ」と定義される）で対称的に配置される。
【００６７】
本発明によって解決される第２の問題は、電極表面での効率的な電気泳動輸送を提供する方法である。本明細書に示すように、これは、電解質溶液に曝される表面で高い抵抗を示すように設計された電極の層状構造を作成する（導電性低抵抗インク層の上にカーボンインク層を印刷する）ことによって解決される。従来の電気泳動のチップでは、電極表面は高導電性であり、高い電気抵抗を示さない。したがって、そのようなチップは、それらの表面で生じる電気化学反応から予想されるものよりも高い電圧を生じさせない。対照的に、本発明の層状構造の電気泳動チップは、より高い電界下だが、各電極で均一に分析対象の電気泳動蓄積および／または分離ができ、それによってより効果的な電気泳動プロセスを可能にする。
【００６８】
加えて、本発明の電気泳動のチップは、異なる抵抗率のインクの印刷を用いて、層状インク印刷がアレイ内の各電極への等しい電流分布と、ならびに電気泳動プロセスを向上させ、加速させるように各電極で印加される電界の向上とを確実にするような方法で作成されている。
【００６９】
図３ａ〜３ｃは、誘電性インク絶縁体層１６をさらに含む、本発明の電気泳動チップを模式的に示す。低抵抗インク層およびカーボンインク層を含む電極構造が非導電性基材上に印刷された後に、誘電性インク絶縁体層１６は、電極構造を覆う同じ基材上に印刷されるので、電極構造表面の大部分を溶液から絶縁する。誘電性インク絶縁体層１６は、作用電極アレイの個々の作用電極とそれぞれ整列配置された、いくつかの開口部１７と、対極と整列配置された１つの大きめの開口部１８とを有し、それによってアドレス可能位置１９を作成し、そこで各作用電極と、対極の一部とが溶液に曝される。したがって、「アドレス可能位置」は、電極表面の誘電性絶縁体層内の特定の開口部によって定められ、そこで電極またはその一部は溶液に曝される。作用電極はアドレス可能位置１９からアドレス指定可能であり、そこで電極は試験溶液に曝されることになり、共通の対極（または少なくともその一部）は開口部１８からアドレス指定可能である。
【００７０】
導電性低抵抗インク層は、外部電源から電気泳動チップの全電極構造を通じて電流を誘電層１６内の開口部１７に向けて輸送し、アドレス可能位置１９を形成するよう設計されている。そこで、電流は、垂直上方にカーボンインク層に流入し、通過する。カーボンインク層は導電性インク層よりも高い抵抗を有し、アドレス可能位置１９で試験溶液に曝される電極表面で高い電圧を発生させるよう設計されている。これにより、電流はすべてのアドレス可能位置１９にほぼ同時に（単一のカーボンベースのインク層が使用されている状況と比較して）達し、直接、またはゲルを介してのいずれかで溶液に接触し、媒体中の電気泳動プロセスを促進させ、さらに経路に沿って電圧降下を限定することが可能になる。したがって、導電性低抵抗インク層を通って各アドレス可能位置にもたらされる電流は、ほぼ等しい（この層に沿った電圧降下が最小であるので）。
【００７１】
それぞれの作用電極で受けた時間単位あたりの電流が制御され（すなわち、確定される）、本明細書に開示される電気泳動チップにおけるように、電極の特定の幾何学的形状、形態、および材料を用いて一定になるとき、電気泳動輸送はこの電流に正比例し、それによって、多くの電気化学用途および電気分析用途において有効であるファラデーの法則に近似する。ファラデーの法則は、印加電界の下、分子および他の荷電種の定量輸送を説明し、電流が輸送された荷電種の量に比例すると推論する。電気泳動中、大きな分子または荷電物、例えば、微粒子とナノ粒子は溶液中のイオンと同時に電流によって輸送されるので、それらの輸送は電気泳動移動度によって定められ、ゲルマトリックスによって妨げられ得る。溶液中では、大きな分子の輸送は、イオン輸送よりはるかに遅く、効率的な電気泳動のために高電界をかなり必要とする。
【００７２】
非導電性基材１０は、プラスチック、ゴム、二酸化ケイ素の非導電性層によるケイ素、ガラス、セラミック、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、またはオーバーレイ構造の大量生産と寸法制御に好適ないずれの平面状の非導電性基材を含む、単一成分もしくは多成分に基づく種々の材料から作成されることができる。好適な熱可塑性プラスチック樹脂としては、アセタール樹脂、アクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、セルロース樹脂（例えばエチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、硝酸セルロース、塩素化ポリエーテル）；ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン；スチレン混合物（例えばアクリロニトリルスチレンコポリマー、およびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリカーボネート）、ならびにビニルポリマーとコポリマー（例えば酢酸ビニル、ビニルアルコール、ビニルブチラール、塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸コポリマー、塩化ビニリデンとビニルホルマール）を挙げることができる。好適な熱硬化性樹脂としては、アルキルフタレート、フラン、メラミンホルムアルデヒド、ポリアクリル酸エステル、フェノールホルムアルデヒドとフェノールフルフラル・コポリマー、単体またはブタジエンアクリロニトリル・コポリマーとの化合物、またはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、シリコーン、尿素ホルムアルデヒド、エポキシ樹脂、ポリイミド、アルキル樹脂、フタル酸グリセリン樹脂とポリエステル類が挙げられる。
【００７３】
本発明の電気泳動のチップは「スクリーン印刷」でありえ、印刷インクはステンシルを用いて、基材（スクリーン）の表面に直接適用され、印刷される電子回路の最終的なパターンを定める。非印刷領域が遮断され、スクリーンがステンシルとして役立つように、このパターンは、スクリーンに露光転写される。ステンシルは、スクリーンを遮断することによってインクを通さない領域をあらかじめ規定する。非遮断領域を通過して基材に達するようにインクをスクリーンにこすりつける。印刷される電子回路ごとに、別々のステンシルを調製し、このプロセスを繰り返す。あるいは、電気泳動チップは、３Ｄ印刷、ジェットインクによる印刷、または任意の他の好適な印刷手法を用いて印刷されてもよい。
【００７４】
本発明の電気泳動チップは、任意選択の基準電極をさらに含んでもよい。上記電気泳動チップを電子分析装置としても使用する場合、そのような基準電極は役立ち得る。その場合、層状のインク電極構造は、電極の電気泳動特徴と電気活性電気分析特徴を組み合わせることができる。電気泳動チップが別の電気泳動チップまたはそのアレイを有する別のチャンバーに接続される場合、前者のチップは、電気分析用途または電気化学センシングを促進するインクを有する、センシングチップとして役立つ。基準電極は、電極表面で分析対象を検出するために利用されるほとんどの電気化学技術で一般的に使用されている。
したがって、基準電極は、電気泳動チップの不可欠な部分として、例えば、銀含有インク／塩化銀含有インクなどの基準電極の材料を含有するインクを用いて、構築されることができ、または本発明の電気泳動チップを含む、およびそれに接続される電気泳動装置内に配置されることができる。
【００７５】
導電性低抵抗インク層２３は、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、黄銅、鉄、スズ、プラチナおよび鉛などの低抵抗率を示す金属元素を含むインクから作成することができる。高抵抗カーボンインク層２４は、実際に、添加剤、例えば、カーボンインク層の導電性を著しく低下させる絶縁性充填剤（例えば、テフロン様粒子もしくはポリマー粒子）、半導性酸化チタン粒子など、水素発生および酸素発生のために高い過電圧を有する金属粒子、ならびに酸素発生／水素発生を最小にすることができる他の関連材料をさらに含み得るカーボンインクペーストから作成される。酸素発生および／または水素発生のために高い過電圧を示す材料は、溶液中の電極で水電解を最小限にし、それによって水バブリングを最小限にする。あるいは、水電解以外の電気化学反応を誘発することができる材料は、アノードで使用される二酸化チタン、またはカソードに使用される水素化パラジウムなどをカーボンインク層で用いることができるがこれらに限定されない。
【００７６】
特定の実施形態において、カーボンインク層は、本質的に、水素発生および酸素発生のために高い過電圧で炭素および金属粒子からなる。このように、電気泳動用途のためのインク配合物の調製で使用される材料は、（ｉ）水電解の間、酸素発生／水素発生を抑制する触媒的に不十分な金属または酸化物（混合金属もしくはその酸化物、酸化ニッケル／水酸化物などの酸化物、または水酸化物の組み合わせ）；（ｉｉ）ガスを除去する／吸収することができる金属（例えば、水素のためのパラジウムおよびニッケル）；（ｉｉｉ）水電解の開始のために高電圧を必要とする半導体金属または半導体特性を示す金属粒子；（ｉｖ）水加水分解以外の反応を促進する材料から選択される。
【００７７】
説明全体を通して用いた用語「過電圧」とは、活性化過電圧、反応過電圧または濃度過電圧（バブリング過電圧を含む）を指す。用語「非導電性」とは、必ずしも、酸素発生および水素発生のための高過電圧と解釈するべきではないことに留意されたい。本出願は、水溶液から所望の分析種が蓄積される間、この発生を最小限にすることを意図する。水溶液が電気分解されるときはいつでも、電極の材料の過電圧を超えると、酸素および水素のバブリングが発生する。パラジウムおよびニッケルなどの金属、ならびにジルコニウム、銅、アルミニウムおよびニッケル基合金の組み合わせなどの金属ガラスは、吸着し、大量の水素を発生させることはなく、したがって水素発生を修正する、または最小限に抑えることができる。
【００７８】
あるいは、酸素発生以外の反応を開始することができる金属、例えばチタン（高い正電圧が印加されると、チタン金属表面に厚い酸化チタン（半導体）の層を形成することができる）は、インク配合物に用いることができる。換言すれば、カーボンインクにチタンを混合すると、電気泳動蓄積または他の誘電性用途の間、酸素発生もしくは水素発生のさらなる制御および最小化をもたらすことができる。このように、特定の実施形態において、カーボンインク層は、炭素と、水銀、プラチナ、パラジウム、ニッケルまたはチタンから選択される金属とを含む。
【００７９】
図４は、本発明の電気泳動チップの作用電極アレイの拡大を示す。作用電極アレイは、個々の作用電極１４と、すべての作用電極を１つのアレイに接続する共通接触線１２とを含む。個々の作用電極１４は「作用領域」と定義され、一方個々の作用電極が接触線１２に接続される領域は、各特定の作用電極１４のための「接続領域」２７と定義される。このように、作用電極アレイの導電性低抵抗インク層２３は、少なくとも１つの作業域と、少なくとも１つの接続領域２７を形成する所定のパターンで印刷される。
【００８０】
特定の実施形態において、作用電極アレイ内の個々の作用電極は、作業領域と接続領域との間に、カーボンインク層などの高抵抗インク層を含む。この層は、カーボンイク層のそれよりも高い抵抗を有し、実際に電気抵抗器として作用する。したがって、この高抵抗インク層は、「抵抗器層」として本明細書に定義される。図５は、本発明の電気泳動チップのそのような構成の拡大を示し、該チップはそれぞれ個々の作用電極（作用領域）１４と、作用電極アレイ内のその接続領域２７との間に印刷された抵抗器カーボンインク層（または「抵抗器層」）２５を含む。抵抗器層２５は、基材１０の上に印刷されており、既知または所望の値の埋め込み抵抗器として作用し、電気泳動チップ上の電圧をかなり上げながら、アドレス可能位置１９で定電流を維持する。さらなる実施形態において、作用電極１４の導電性低抵抗インク層２３は、少なくとも１つの作用領域と、少なくとも１つの接続領域２７とを形成する所定のパターンで印刷されており、抵抗器層２５は作用電極１４のそれぞれを接続領域２７に架橋している。
【００８１】
特定の実施形態において、抵抗器層２５は、カーボンインク層２４のそれよりも最高１０倍高いシート抵抗率を有する。上述のように、抵抗器層２５のシート抵抗は、例えば、０．０５〜１×１０７Ω／平方／ｍｉｌの範囲、より具体的には５０〜５００Ω／平方／ｍｉｌの範囲であり得る。一部の実施形態において、抵抗器層の使用のため、電気泳動チップに印加されることができる電圧は、２〜５００Ｖであり得る。本発明の電気泳動チップにそのような比較的高い電圧を印加することで、輸送、アドレス可能位置での蓄積が迅速になり、分析対象の分離が向上する。
【００８２】
抵抗器層２５は、高いシート抵抗を示すインク、ＤｕＰｏｎｔタイプのカーボンインク（例えばＤｕＰｏｎｔ  ５０６７およびＤｕＰｏｎｔ  ＢＱ２２１）など、またはより高い抵抗率を示す新規の混合インクから調製されることができる。そのようなカーボンインクの抵抗は、電極の幾何学的形状にも依存する。したがって、その長さを増加させる（例えば電極の実際的な幾何学形状に応じて、数ミリメートルまで）ことによって、またはその厚みを増加させる（例えば、０．１〜０．５ｍｍの範囲で）ことによって抵抗器値をさらに調整することになる。
【００８３】
本発明の電気泳動チップは、上記電気泳動チップの上部に配置された誘電性基材の厚い絶縁性層、または接着された穿孔基材と、上記誘電性基材または接着された穿孔基材を覆うカバーとをさらに含み、上記誘電性基材または接着された穿孔基材は、機能性流体チャンバーもしくはチャネルを含む。
【００８４】
図６ａ〜６ｂは、本発明の電気泳動チップの構成を示し、該構成は電気泳動チップの上部に配置された誘電性の厚い絶縁性層またはもしくは接着された穿孔基材（誘電層）２０の厚い絶縁性層をさらに含む。厚い誘電層２０は、電気泳動チップの外縁部にフレームとして印刷されており、続いてその上に透明シート２１を設置し、それによって試験流体を電極構造に送達するための流体もしくはミクロ流体のチャンバーまたはチャネル２２を作成する。実際に、誘電層２０は、流体チャンバーまたはチャネル２２の境界を形成する。試験される液溶体は、流入孔１１を通って流体チャンバーまたはチャネル２２に入って、流出孔１１’（図２に示す）を通って流体チャンバーを出る。流体チャンバーまたはチャネル２２の上部に配置された透明なシート２１は、カバーとして役立ち、光信号（蛍光、発光など）を測定する、または流体チャンバーまたはチャネル２２内で任意の光学イメージングを行うことが可能になる。
【００８５】
本明細書に開示する電気泳動チップの電極構造は、３種の構成で製造することができる。初めに、低抵抗インク線（導電線、例えば、銀インク線）を非導電性基材上に配置する。第１の構成において、上記に開示するのと同じ抵抗のカーボンインクペーストを導電線の上部に印刷する。第２の構成において、さらに高い抵抗と、電極表面で側面の電気活性反応を防止する（それによって酸素発生と水素発生を最小限にする）、上記の任意選択の添加剤とを有する新規のカーボンインク層は、すべての導電線を覆う。それぞれ個々の作用電極（作用領域）と、接触線（接続領域）との間の空間だけを充填し、低抵抗インクが下にない抵抗器カーボンインクは、低抵抗インクの上部に印刷されたカーボンインクと同様であり得る。この特定の場合は、カーボンインク層は実際に抵抗器インクおよび誘電層の両方として役立つので、２つのカーボンインク層だけが必要とされる。第３の構成において、既存のカーボンインク層の上部に印刷される追加（第３）のカーボンインク層は抵抗器インクとして用いられるが、しかしこれは第３の層として誘電性インク（絶縁体）を配置するのと同じである。
【００８６】
本発明の電気泳動チップの通常の操作中、一定の電荷を有する分析対象分子は、作用電極上のアドレス可能位置に引きつけられる。一部の実施形態において、対極上の少なくとも１つの開口部は、さらにアドレス可能位置を形成することができる。対極の負電荷は、作用電極の正電荷と反対なので、対極のアドレス可能位置は、それらの分析対象分子（本来分離される予定であった）と比較して、反対の電荷を有する分析対象分子を引きつけることになる。したがって、対極の同じアドレス可能位置を用いても、第１の分析対象と比較して、反対の電荷を有する少なくとももう１つの分析対象を引きつけることができ、それによって単一の電気泳動チップを用いて少なくとも２つの異なる分析対象を分離し、試験することを可能にする。あるいは、対極のアドレス可能位置は、印加電圧の極性を逆転させることによって活性させることができ、作用電極は対極になり、逆もまた同様になる。一部の実施形態において、極性逆転を用いて、作用電極上に蓄積した分析対象、および／または蓄積ミクロゲル層内の特異的プローブに非特異的に結合した分析対象を電子的に洗浄する。
【００８７】
一部の実施形態において、図７ａ〜７ｂに示すように、非導電性基材は、非導電性基材の底部側に印刷された高導電性インクヒーター層をさらに含む。この構成の場合、非導電性基材は、印刷された貫通孔２９を含み、それを通って上記高導電性インクヒーター層２８が非導電性基材の上部側に印刷されたその接点１２’に達する。換言すれば、印刷された貫通孔２９を用いて、ヒーター層の電気接点１２’を非導電性基材の上部側にもたらす。これにより、ヒーター層２８は単純な様式で非導電性基材の上部側から電源に接触することが可能になり、チップの底部からの追加の電気接点が不要となる。
【００８８】
高導電性インクヒーター層２８は、チップと、ヒーター線が蛇行して位置する全非導電性基材にわたりチップの反対側に位置する流体チャンバーとの加温を行う。これにより、非特異的に結合したほとんどの分析対象を除去することに役立ち、それによって暗雑音を減少させ、本出願の電気泳動法の特異性と感度を向上させる。特定の実施形態において、ヒーター層２８は、導電層２３またはカーボンインク層２４と接触していない、すなわち、それらから非導電性基材によって分離されており、それらと電気的な関連がない。
【００８９】
ヒーター層２８が活性化されると、試験溶液の温度が上昇し、それによって溶液中の分析対象のアドレス可能位置１９への輸送、または温度に基づく非特異的分析対象（例えば、ＤＮＡ検出プロセスにおける非特異的に結合したＤＮＡ）の除去の向上が可能になる。
【００９０】
一部の実施形態において、ヒーター層２８は、銀ベースのインクから調製されることができる。ヒーター層は、電極構造の導電性低抵抗インク層のそれと同一または類似の物理的特性を有するインクからも調製することができる。ヒーター層２８は、厚膜または薄膜のいずれかの形状であってよい。厚膜は、蒸着プロセルによって塗布されることが多い薄膜から区別されるように一般的に印刷される。その極度に薄い断面およびヒーター材料の性質のために、薄膜ヒーター素子は高い電気抵抗を有する。ヒーター層は、以下の代表的な材料から作成されることができる：正温度係数セラミック、セラミック金属（サーメット）などのセラミック、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）（高誘電能力を有するフレキシブルで軽量の有機ポリイミドポリマー薄膜）などのポリマー、およびシリコーンゴム。セラミック系ペーストの他に、ポリマー系もヒーター素子の製作に適用することができ、基材選択に関して高い自由度を可能にする。印刷された厚膜ポリマーヒーターは、ヒータートラックとして作用する印刷された低抵抗の銀充填ポリマーまたは炭素充填ポリマーを含む。銀および炭素などの導電性粒子は、ポリマー結合剤内で懸濁される。
【００９１】
一部の実施形態において、他の種類の加温は、例えば外部ヒーター（オイル、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）ヒーターなど）をヒーター層２８の代わりに、またはヒーター層と共に用いることができる。別の実施形態では、貫通孔２９を用いて、多層構造を有する電気泳動チップを製造する、すなわち、非導電性基材上だけに印刷するのではなく、例えば絶縁層もしくは誘電層によって互いに分離されている２、３層以上を印刷することで、製造する。この場合、各特定の印刷層はそのような貫通孔を通って次の層に移動される、または曝される。このように、例えば、ヒーター層は４層構造の３番目の層に埋め込まれてもよく、この場合ヒーター層の接点は貫通孔を介して上部面にもたらされる。その場合、カーボン電極アレイは、例えば、電気泳動の目的で、任意選択で、マトリックスで覆われた第１の層に配置されることができる。次いで、第２の層には、電子的目的でカーボンベースの電極が存在し、一方、第４の層には種々のセンサおよび／または制御アレイが配置されてもよい。
【００９２】
代替構成を図７ｃに示す。この場合、高導電性インクヒーター層２８は、非導電性基材１０の上部に印刷されており、電極構造と接触していない。
【００９３】
図８ａ〜８ｂに示すように、分子捕捉マトリックスは、マトリックス上に隣接するスポットが互いに直接接触しないように、アドレス可能位置１９上だけにスポット配置される。本明細書では「ミクロゲル領域」と定義する、マトリックススポットのこの構成によって、電極の全表面を覆うゲルのバルクもしくはモノリシックブロックを有する現在知られている電気泳動装置と比較すると、分析対象分子を電極にはるかに迅速に輸送されることができる。この構成はゲル−溶液−ゲル（ＧＳＧ）の界面を含むので、ゲル電気泳動におけるように、分子の水平移動が促進されると、複数の蓄積スポットまたはゾーンが可能になる。この構成の長所を以下に要約する。
【００９４】
上述のように、このマトリックスは種々の材料、例えば、多孔質ポリマー構造、薄膜形成格子、光形成可能なタンパク質性混合物などのタンパク質性混合物、半透性固体薄膜、付着層、コーティングなどを形成するために化学官能基で機能を持たせられたガス透過膜から作成することができる。アドレス可能位置は、例えば、表面への物理吸収、官能基および／または架橋剤と支持薄膜を介する表面への共有結合によって、種々の分析対象を結合することができる。これは、下でさらに詳述する。
【００９５】
従来技術で知られているゲルベースの電気泳動装置は、分子の分離のためのバルクゲル層を有する電極系だけを使用する。これらの電気泳動装置は、図９ａ、９ｂおよび１０ａに模式的に示し、図９ｃおよび１０ｂに示す本発明の電気泳動チップと比較する。現在知られているゲル電気泳動装置と対照的に、本明細書に開示する電気泳動チップは、少なくとも１つのアドレス可能位置にスポット設置され、それを覆う分子捕捉マトリックスを有し、それによって少なくとも１つのミクロゲル領域を作成する。
【００９６】
図９ａ〜９ｃは、電極上にバルクゲル装置３６を有する現在知られているゲルベースの電気泳動装置（図９ａ〜９ｂを参照されたい）、および電極のアレイ上にミクロゲル３４の分子捕捉マトリックス（図９ｃを参照されたい）を有する本発明の電気泳動チップを模式的に比較する。図９ｃに示すように、ミクロゲル３４は、アレイの各作用電極１４上にスポト配置され、そこで分析対象の蓄積が生じるが、一方、対極１３はゲルに被覆されていない。この幾何学的形状は現在知られているチップのそれとかなり異なり、対極と作用電極との間のかなり良好な分析対象の捕集および輸送を可能にする。分析対象分子は、図９ａ〜９ｃおよび１０ａ〜１０ｂに示すように、一旦電圧が装置に印加されると形成される線３１に沿って輸送される。以下に記述するように、これらの線は、現在知られている装置および本発明の電気泳動のチップにおいて異なる。
【００９７】
図９ａおよび９ｂに示すように、現在知られている電気泳動装置において、電極アレイ全体は、モノリシック層を形成するバルクヒドロゲル３６で覆われており、そこで分析対象輸送がかなり減速される。対照的に、本発明の電気泳動チップ（図８ａ〜８ｂ、および図９ｃを参照されたい）において、ミクロゲルは各作用電極上に直接スポット配置され、電極表面だけを覆い、およびミクロゲルの厚みのために溶液中に隆起する。それは一般的には５〜５００μｍ、より好ましくは３０〜１５０μｍである。本発明の電気泳動チップで用いられているミクロゲルは、標準ゲル電気泳動および現在知られている電気泳動装置におけるように、結合されず、モノリシックブロックを形成しない。その結果、図９ｃに示す本発明の電気泳動チップの電極の間の試験溶液３７は、局在電界下にあり、したがって電極間（および特にそれらの表面で）の分析対象分子は、図９ａおよび９ｂに示す現在知られている電気泳動装置におけるように、ゲルよりもむしろ溶液中を移動する。溶液を介する輸送はゲルを介するよりもはるかに迅速なので、本発明の電気泳動チップにおける全体的な捕集はより効率的である。図９ｃに示す試験溶液３７は、一般的に０．１〜１．ｍｍの厚さである。
【００９８】
本発明の電気泳動チップの電極は、好ましくは単一の水平面に配置される。その結果、電界線３１（図９ｃを参照されたい）は、試験溶液３７を通過してミクロゲル３４に入る。換言すれば、分析対象分子を蓄積する作用電極１４で電界線３１は、対極およびアレイ内の各作用電極上の全溶液体積から延びて、作用電極に向かう。このようにて、アレイ内の各作用電極は、均一で高い電界（層状の電極構造のため）に曝されており、したがってアレイ内のそれぞれの作用電極上の溶液体積からの捕集は同一である。
【００９９】
図１０ａおよび１０ｂは、現在知られている電気泳動の装置および本明細書に開示する電気泳動チップの立体図を例示する。図１０ａに示す電極上のバルクゲル層を有する既知の構成を、図１０ｂに示すアレイの作用電極上に配置したミクロゲルを有する本発明の電気泳動チップと比較する。ゲルを介して電極まで異なる距離での同じ分析対象分子３０および３２の輸送を行う。図１０ｂに示す分子３０および３２は、電界に反応するようになり、本発明の電気泳動チップの作用電極１４の方へ、電界線３１に沿って引きつけられる。
【０１００】
この点において、太文字の矢印は分析対象分子の移動および／または輸送を実際に示すことに留意する必要がある。そのため、図１０ａ〜１０ｂに示す線３１は、電界線、これらの電界線の位置および形状の組み合わせを模式的に表す。しかし、これらの線の方向および長さは、分析対象分子の輸送だけに関する。したがって、図１０ａにおいて、分析対象分子の輸送がかなり遅い、または効率的でない、ゲルを通るこれらの矢印は短い。これは、液体媒体３５および多孔質ゲルマトリックス３６、それぞれを介しての分子３０の電気泳動輸送を模式的に例示する図（ｌｌａ−ｌｌｂ）で説明する。多孔質ゲルマトリックス３６は、液体中の輸送と比較すると、輸送を妨げる。図１１ｂは、ゲルマトリックスを通る分子のゆっくりした、長い蛇行する経路を例示するが、一方図１１ａは液体媒体または溶液媒体を通る一直線前方の簡単で迅速な輸送を示す。
【０１０１】
現在知られている電気泳動装置または本明細書に開示する電気泳動チップに電圧が印加されると、図１０ａ〜１０ｂに示すように、線３１で示す電界が対極１３と、各作用電極１４との間に形成される。分析対象分子３０および３２（例えば、核酸）は、作用電極１４の方へ線３１に沿って引きつけられる。これらの分析対象分子３０および３２が負に帯電した場合、作用電極１４は作用電極表面で分子３０および３２を蓄積するために正に帯電されなければならない。一般に、電界の方向は、正電荷上で発揮される力の方向である。したがって、線３１の矢印は、プラスからマイナスを指す。
【０１０２】
本発明の電気泳動チップにおいて、作用電極または抵抗器層２５（図５に示す）を印刷するために用いられるカーボンインクの層状構造および抵抗特性のため、対極１３と作用電極１４との間で比較的高い電圧を達成することが可能になる。この達成される電圧が高くなればなるほど、分子輸送が迅速になり、ミクロゲルマトリックス内の分析対象分子３０または３２の蓄積プロセスがより効率的になる。本明細書に開示する電気泳動チップにおいて分析対象分子の浸透および捕捉は、現在知られている電気泳動装置におけるように、ゲル構造全体を通して生じることはないが、印加される電圧の持続時間によって、ミクロゲルの表面近く、潜在的にミクロゲル領域の１０％〜５０％の深さで生じる。
【０１０３】
印加電圧は別として、本発明の電気泳動チップを制御するパラメータとしては、電極の幾何学的形状、スポット配置または堆積されたミクロゲルの幾何学的形状、対極１３と、作用電極１４との間のスペーシングｄ、および作用電極間のスペーシングｗが挙げられる。輸送される分析対象分子の方向および局所速度を示す線の長さおよび矢印の大きさは、電極からの位置または距離と、それを通って分析対象が移動する媒体とに依存する。
【０１０４】
図１２ａおよび１２ｃ（図９ｂおよび１０ａに対応する）は、電極にわたり広がるバルクゲル層３６を有する電気泳動装置における作用電極の立体図と側面図を示す。図１２ｂおよび１２ｄ（図９ｃおよび１０ｂに対応する）は、作用電極上にミクロゲル小球３４を有する、本発明の電気泳動チップにおける作用電極の立体図と側面図を示す。これらの２対の図は、２つの電気泳動チップ間のバルク溶液３７中の分析対象の電気泳動蓄積の効率を比較するのに役立つ。比較は、分析対象の対応する捕集領域４６（現在知られている装置において）および４７（本明細書に開示する電気泳動チップにおいて）を模式的に示すことによって行う。
【０１０５】
試験溶液３７に関して本明細書で用いる場合、用語「バルク溶液」とは、一般に全試験溶液を指し、電極表面近傍での少量の試験溶液とそれを区別する。バルク溶液３７が本発明の電気泳動チップに関連した流体チャネル２２（図６ｂを参照されたい）内の電極の上に分析対象分子の液体「層」を形成すると仮定すると、この溶液層の厚さは、流動チャネルの高さ３８である。これは、単に流体チャネルがバルク溶液３７で完全に充填された薄いシートまたはフレームでできているからである。同じ流体チャネルの高さ３８は、比較の理由から現在知られている電気泳動装置について仮定する。用語「捕集領域」は、バルク溶液と、分析対象分子が捕集されるその溶液の部分とを区別するために、本明細書で用いる。図１２ａ〜１２ｄに示すように、バルクゲルを有する電気泳動装置における捕集領域４６は、本明細書に開示するミクロゲルを有する電気泳動チップにおける捕集領域４７と極めて異なり、以下に詳述するように、完全に異なる電気泳動蓄積効率になる。
【０１０６】
図１２ａおよび１２ｃに示すバルクゲル構成において、分析対象分子が捕集されるゲルマトリックス３６の表面積を円形の平面の４４（電極が丸形の場合）によって、模式的に示す。本発明の電気泳動チップにおいて、ミクロゲル小球の表面積を半球状の表面４５によって図１２ｂおよび１２ｄに模式的に示す。表面捕集領域の円形の形状の理由は、以下に説明する。このように、図１２ａおよび１２ｃに示すバルクゲルチップの構成において、分析対象分子は平らなバルクゲルの表面、例えば、その表面４４からゲルの厚みの約１０％以内に蓄積されるのに対して、ミクロゲル構成において、蓄積は実際にはスポット設置されたゲル小球３４の半球表面４５、例えば、その表面からゲルの厚みの約１０％の同じ深さ内に生じる。
【０１０７】
図１２ａ〜１２ｄに示すように、分析対象分子が捕集されるバルク溶液の実体積は、捕集領域４６および４７に関し、これはバルクゲルまたはミクロゲルの幾何学的形状と体積によって決まる。図１２ｂおよび１２ｄに図示するミクロゲル構成において、バルク溶液３７は、作用電極１４（四方からそれを囲む）を全体的に「包み」、捕集はミクロゲル小球の半球表面４５に生じる。対照的に、図１２ａおよび１２ｃに示すバルクゲル構成において、バルク溶液３７からの捕集は、作用電極にわたり広がるゲル層の上の領域のだけに生じる。したがって、ミクロゲル構成における捕集領域４７は、バルクゲル構成における捕集領域４６よりもはるかに大きい。この所見は、図１２ａ〜１２ｄに示すこれらの捕集領域の目視比較によってさらに明確になる。図１２ａおよび１２ｃに示すバルクゲル構成において、バルクゲル３６は、層として電極を覆っている。その場合、電圧印加後に形成される電界は、ゲル３６を介して丸形電極からまっすぐに作用し、バーチャルカラムを形成し、それによりゲル／溶液界面でのみゲル層の円形表面４４に捕集がもたらされる。対照的に、図１２ｂおよび１２ｄに示すミクロゲル構成において、捕集領域４７は、実際に電極とミクロゲル半球を囲んで、したがって電界の影響下ではるかに大きな領域を表す。
【０１０８】
したがって、図１０ｂに示す電極直径、スペーシングｄ、および電極間ｗ、ならびにゲル幾何学的形状だけに基づく流体チャネルの同じ高さ３８と共に、本発明の電気泳動チップは現在知られている電気泳動チップよりも２倍の量の試験分析対象を蓄積することができる。例えば、バルクゲル構成において、捕集が生じる円形の表面積４４は、πｒ２（ｒは電極半径である）に等しく、一方、ミクロゲル構成において、捕集が生じる半球表面４５は２πｒ２に等しい。したがって、同じ半径の丸形の電極のために、領域４５は領域４４の２倍の大きさである。体積を比べると、同じ結果が得られる。これは、幾何学的形状だけに基づき、すべての他のパラメータは同一にして、バルクゲル構成と比較すると、ミクロゲル構成上での分析対象分子の蓄積がかなり大きいことを明確に示している。
【０１０９】
ナノメートルのミクロゲル領域を有するナノメートル電極の用途は、電気泳動的に制御される、または駆動されるナノ要素の自己集合において有用であり得る。また、スポット配置されたミクロゲルを有する本発明の電気泳動チップは、分析対象分子の垂直半径方向の電気泳動移動、および複数のミクロゲルにおけるそれら分子の下方蓄積のため、バルクゲル電気泳動装置よりも優れている。
【０１１０】
図１３ａおよび１３ｂは、現在知られている電気泳動装置（図１３ａ）の側面図を本発明の電気泳動チップ（図１３ｂ）のそれと比較する。両構成は、単一平面に位置する（負）対極１３と、作用電極１４のアレイとを有する。各作用電極は、同じ直径４１を有する。図１３ａに示すように電極上にバルクゲル層を有する既知の構成を、図１３ｂに示すように作用電極上に配置されたミクロゲルを有する本発明の電気泳動チップと比較する。電気泳動輸送の効率および分析対象分子の蓄積を比較することができるように、流体チャネルの高さ３８は、両構成では同一であると想定する。各作用電極の上で、分析対象分子３０（例えば、負に帯電した分析対象分子）の輸送は、バルク溶液３７から正に帯電した作用電極１４に向かって生じる。上述のように、各作用電極１４の上のバルク溶液３７の体積は、作用電極および流体チャネルの高さ３８の直径と寸法によって決定することができる。
【０１１１】
図１３ａに示す構成においてバルクゲル層の厚さ３９は、流体チャネルの高さ３８のかなりの部分を示し得るので、この場合、捕集領域４６の体積は以下のパラメータの数学的積として決定されることができる：
ゲル層３６の上の溶液バルク層３７の厚さ４２、
有効電界が電極の周りに形成される流体チャネルの幅４０、
電極が円形または非円形電極の他のいかなる寸法を有することを条件として、電極直径４１。
【０１１２】
図１３ｂに示すミクロゲルベースの構成の場合、分析対象が捕集され、作用電極１４で蓄積される捕集領域４７の体積は、以下のパラメータの数学的積として決定されることができる：
流体チャネルの高さ３８、
流体チャネルの幅４０、および
電極が円形または非円形電極の他のいかなる寸法を有することを条件として、電極直径４１。
次いで、小さいがミクロゲル小球（または半球状のカラム）の体積を上で算出される体積から引き算し、分析対象が捕集され、作用電極で蓄積される捕集領域４７の実体積を得る。
【０１１３】
したがって、幾何学的形状だけの比較に基づいて、分析対象が作用電極上に蓄積される、分析対象溶液の体積は、本発明の電気泳動チップにおいてより大きい。ミクロゲルカラムの高さ４３に相当する高さ３８を有する薄い流体チャネルは、作用電極１４で分析対象の効率の高い捕集をもたらすことができる。これは、電界がより強く、電極への距離がより近い（電極表面の近傍または直接、対極１３と作用電極１４との間で）と分子輸送はより迅速になるという周知の事実によって実証されている。分析対象分子３０の捕集およびそれらの輸送は、大部分の試験溶液３７から各作用電極１４に向かって生じる。したがって、電極の近く、または電極間で見いだされる分析対象分子３２（図１３ｂを参照されたい）は、以下に記述するように、分析対象分子３０よりもはるかに速い速度で輸送され、捕集される。
【０１１４】
電気泳動の平面内アレイチップの上述の従来技術の設計は、極めて薄いバルクゲル層（約５〜１０μｍ）に基づいている。従来技術の設計傾向は、蛍光レポーターを含み非特異的に結合した分子を簡単に除去（洗浄）するために、さらに薄いゲル層を作成することである。上記の分析に基づいて、そのようなチップの流体チャネルの推奨される厚さまたは高さは、約２０〜５０μｍでなければならない。しかし、この極度に小さいチャネルのサイズは、極めて小さい流体チャネルを介する流体輸送に関して非常に深刻な問題を引き起こすことがあり、流体装置を介して分析対象溶液を輸送するためには非常に高い圧力を必要とすることがあり得る。そのような高圧はバルクゲルの安定性に影響を及ぼすことがあり、チップからバルクゲルを除去する可能性がある。対照的に、本発明の電気泳動チップにおいてスポット配置されるミクロゲルは、極めて少量であるが、バルクゲルと比較して厚く（電極の直径よりも大きい、約５〜５００μｍの小球の厚さである）、したがって流体チャネルに突出し、そこで分析対象粒子を効率的に捕捉する。
【０１１５】
上述のように、分析対象分子の輸送は、ゲルマトリックスを介するよりも液体を介するほうが迅速であり、ゲルマトリックスにおいて、輸送は孔によって妨害され、孔径によって決まる。分子が大きけば大きいほど、電気泳動ゲルマトリックスを介するその輸送が遅くなることは周知である。上述のように、バルクゲル構成の場合、分析対象分子は、電極上のバルクゲル層の円形平面の表面４４でのみ捕集される。図１３ａ〜１３ｂに示すように、流体チャネルの高さ３８が両構成で一定であると想定すると、分析対象分子がそこから引き離され、ゲルおよび作用電極に向かって輸送される試験溶液の体積は、ミクロゲル構成の場合よりもバルクゲル層構成の場合、はるかに小さい（図１３ａおよび１３ｂにおいて、それぞれ体積４６と４７を比較する）。流体チャネルの高さ３８が非常に小さくなるように、例えば、作用電極１４の直径の２倍を選択すると、上記で説明したように、溶液体積４７と４６の比率は、約４：１になる。これがさらに示すことは、本発明の電気泳動チップのミクロゲル構成において、各電極の上で対処される試験溶液の体積がバルクゲル層構成におけるそれと比較すると、少なくとも４倍大きくなり得ることである。もちろん、各電極の上で対処される溶液の体積、または分析対象分子が各作用電極に向かって引き離される溶液の体積に基づいて分析対象分子の蓄積を直接比較するために、すべての幾何学的形状および電気パラメータは両構成の場合同一にする必要がある。
【０１１６】
図１３ａ〜１３ｂは、溶液から分析対象の電気泳動蓄積を参照しながら、本明細書に開示する電気泳動チップの別の利点を示す。図１３ａは、従来技術のバルクゲル層構成において線３１と、分析対象分子３０の輸送とを矢印で示す。これらの矢印は、効率的な輸送および蓄積が主に垂直下方に、またはただ領域から電極の上に直接、およびそのバルクゲルマトリックス３６に生じることを示す。上記のように、電界を表している矢印３１の長さは、分析対象分子の局所輸送速度を示す。バルクゲルにおいて、これらの矢印はかなり短くなり、分析対象分子３０の輸送の妨害を示している。特に、図１３ａに示すバルクゲル構成において、これらの矢印３１は、直接的に対極１３および作用電極１４の間で非常に短くなり、非効率的な輸送またはその不足さえ示している。そのような場合、輸送の距離が非常に短いと、最も強い電界は電極の間のスペーシングだけによって決定される。その結果、ゲルで覆われている領域には溶液が存在しないので、電極の側面からの水平および下方への輸送は可能ではない。
【０１１７】
これに対して、図１３ｂに示すミクロゲル構成において、その領域、すなわち作用電極の側面から、および電極平面の近傍の分析対象分子の輸送は、周囲の電界が強いため、はるかに迅速である。この領域からの蓄積は、電極またはゲルマトリクスの垂直上方の溶液からよりもはるかに迅速でかつ効率的である。実際に、実輸送は液体を介してのみ生じるので、分析対象分子はこの領域の上の大部分の溶液から引き離され、急速に補充する。したがって、ミクロゲルマトリクス３４は、小球径が電極の直径よりも若干大きくなるように、スポット配置される。これは、電極の直径よりも１０％〜３０％大きい範囲であり得る。スポット配置された半球状ゲル小球の厚さは、電極直径のほぼ２〜３倍までにすべきである。したがって、電極の側面のミクロゲルの厚さは、電極の上よりも約２〜３倍小さく、したがって、電極の側面からの電界ははるかに強い。対照的に、バルクゲル層構成において、上部（電極の上）からの蓄積は、ゲルの厚みに等しい距離から生じるが、しかしその距離での電界は比較的弱くなり、輸送はかなり減少する。
【０１１８】
一部の実施形態において、電極構造の上、および本発明の電気泳動チップのミクロゲルの上の分析対象分子は、蛍光技術を用いて検出されることができる。蛍光検出は、チップの上から垂直に行うことができ、蓄積された分析対象分子は、捕捉された分析対象分子に付着する蛍光標識されたレポーター用いて可視化される。蛍光検出がすべてのシグナルをゲルマトリックスに統合することは周知である。本発明の電気泳動チップを用いる分析対象の蓄積は、大きな表面積、すなわち半球表面だが、バルクゲル層構成における電極とほぼ同じ半径の半球表面で生じるので、本発明の電気泳動チップからの蛍光シグナルは、バルクゲルからのそれよりもはるかに高い。したがって、本明細書に開示する電気泳動チップから測定される蛍光は、以下により増強されることができる：
１）バルクゲル層構成と比較してミクロゲルの表面積が大きい；
２）各作用電極上で対処され、それからの分析対象が作用電極の方に引きつけられる分析対象溶液の体積が大きい；および
３）ミクロゲル領域において、強力な電界および分析対象分子のより効率的な輸送、特に側面からと、最強の電界に囲まれた電極面の近傍での輸送。
【０１１９】
ミクロゲル小球は、手動で、またはコンタクトピンスポッティングもしくは噴霧器スポッティングなどのロボット化スポッターを用いて、あるいはゲルおよび／またはマトリックス（約１０〜２００ｎＬの範囲で体積を有する）を堆積させるための他の同様の方法を用いて、スポット配置させてもよい。別の実施形態において、ミクロゲルは、試験分析対象溶液中に突出し、流体チャネルの高さ３８に接近し、それによって蓄積の効率を上げる、高い円柱の形状で形成されてもよい。円柱形または同様の幾何学形状を有し、分析対象の捕集を向上させるゲルマトリックスは、微小成形法を用いて達成することができる。この実施形態において流体チャネルの厚さは、５×ｄ（電極間、または電極からの距離の５倍）を超えてはならない。
【０１２０】
さらなる実施形態において、異なる基材上に印刷された複数のアレイを有する複数の基材は、両面電気泳動アレイ、すなわち垂直に積み重ねた電極構造を有し、対応する異なるチャンバーまたは流体セルにおいて異なる標的分析対象の電気泳動蓄積または分離のための流体チャネルを介して接続させることが可能な複数のチャンバーを形成することができる。特定の実施形態において、試験溶液中に突出したミクロゲルを有する２つの互いに反対を向く電気泳動チップをサンドイッチ状電気泳動装置構成で組み合わせて、両電気泳動チップ上で分析対象の輸送、捕集および蓄積を向上させることができる。両チップ上の分析対象分子は、電気化学的に、または、分光学的に検出することができる。
【０１２１】
さらに他の実施形態において、本発明の電気泳動チップは、カーボンインクで基材上に印刷された円柱形を有し、試験溶液中に突出している高い立体的電極を含み得る。このような場合、ミクロゲルはそれらの形状に従って、立体的電極の表面を被覆することができる。そのような構成の長所は、ミクロゲルが各電極の周りを均一に広がり、電極表面全体での高い捕集効率が可能になることである。この構成は、さらに流体チャネルを通して電界分布を最適化することができ、それにより立体的電極の形状およびサイズを調節することによって試験溶液からの分析対象分子の蓄積を向上させる。
【０１２２】
本発明の電気泳動のチップは、電気泳動アレイの電極上に蓄積される分析対象の検出のための分析後方法と組み合わせて使用することができる。これらの分析後の方法は、種々の蛍光法、ラマン散乱、または特定の標識分析対象に特異的なシグナルの検出のための表面プラズモン共鳴に基づく方法などの分光法であり得る。しかし、電気化学検出を含む他の分析後の手法も、本発明の方法と組み合わせることができる。
【０１２３】
実施例
実施例１：抵抗率の異なるカーボンインク層で作成されたアレイ上での電界の制御および増加
導電層２３、カーボンインク層２４、および異なるシート抵抗率の抵抗器層２５を図２および６に示すような幾何学的形状および配置で堆積した。電気泳動蓄積および分析対象のアドレッシング（例えば、ＤＮＡをアレイ上に）で用いる低塩濃度の緩衝電解液、５０ｍＭヒスチジンをそれぞれ別々の実験において、電極を覆う液体の幾何学的形状が各実験で一定に保たれるように、４つの作用電極と、それらの間の対極との上に分配した。電極−電解液の界面で、使用する材料、その組成および抵抗、または過電圧による電極抵抗率によって生じる層状カーボンインク構造をこの電流が通過するために必要とされる電圧を決定するために、定電流電源を使用して電極接点で０．５ｍＡの定電流を印加した。電極表面での電極反応がすべての実験で同じあったので、電圧は主に電極組成と構造で決定した。この実施例で使用した基本的なインクは、ＤｕＰｏｎｔ  （ＵＳＡ），  Ｈｅｎｋｅｌ  （ＵＳＡ）またはＣＭＩ  （Ｃｒｅａｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．，  ＵＳＡ）から購入した。
【０１２４】
【表１】
2020515817.tif 000003
【０１２５】
表１は、異なる組成および／または層状のカーボンインク電極構造から生じる電界の制御を明らかに示している。アレイ上の溶液を介して電流を一定に保ち、および電極と加えられた電解液との間の幾何学的形状を同じように保つため、電流を通すのに必要とされる電圧を約５倍増加させた。したがって、印加した電圧を電極間の距離で割って得られる電界も、５倍増加することになる。金属電極はそのように高い電界をもたらすことなく、我々の実験は、白金電極を同様の幾何学的配置で使用した場合、同じ電解液を用いて作用電極と対極との間で約２．６Ｖの電圧が生じることを示した。したがって、水加水分解は、優位な反応であるように思われる。しかし、カーボンインク電極上では、それはさらに抑制される。したがって、本出願の電気泳動チップによる電気泳動プロセスの実行と、白金電極を使用する従来の電気泳動装置による電気泳動プロセスの実行との間の主な差異は、金属電極と比較して、瞬時電気泳動装置による電気泳動プロセスがかなり増加（５倍）した電界で制御され、行われたことである。
【０１２６】
上述のように、イオン性および荷電分析対象の輸送に関して、溶液中の荷電種の総輸送は、溶液を流れる全電流に相当する。しかし、径が小さいイオンは、大分子よりも容易にかつ迅速に移動し、したがって分析対象の輸送よりもはるかに多く全電流に寄与する。印加される高電圧の条件下で、大分子の輸送は加速され、分子は、その輸送を著しく妨害するゲルマトリックス中のみならず、溶液中も迅速に移動する。本出願に開示するように、分子は各作用電極上にスポット配置されたヒドロゲル中に蓄積されることができる。したがって、溶液およびゲルの両方を介する輸送は向上する。
【０１２７】
電圧および／または電界は、電極アレイ構造におけるインク組成、幾何学的形状および配置などのインクの特性を組み合わせることによって、または同じ配合物中に異なる抵抗率のインクを組み合わせる（例えば、ＤｕＰｏｎｔ  ７０８２カーボンインクと、銀系インクＤｕＰｏｎｔ  ５０２８および誘電性インクＤｕＰｏｎｔ  ３５７１）ことによってのいずれかで変化させることができる。加えて、これは、正確に決定したシート抵抗率により一部のカスタムメイドの混合物を調製し、所望の制御された電界値を達成することによって行われることができる。
【０１２８】
実施例２．制御された抵抗構造を有する電極アレイの調製
電極アレイを、図２および６に示す設計によって調製した。特に、抵抗器層２５は、各電極が他の電極と比較して、抵抗が増加するように、改変インクを使用して印刷した。装置をうまく製造するには、各電極の抵抗特性が再現できることを実証すること、その方法が電極アレイで分析対象の電気泳動輸送と蓄積との再現性および定量的可能性を満たすことが重要である。その目的のために、電極アレイを調製した後に乾燥状態で抵抗を測定した。
【０１２９】
図１４は、本出願の層状カーボンインク電極および電気泳動チップの調製の結果を抵抗器層２５の均一性に関して示す。均一性は構造中の各電極の再現できる抵抗値をもたらす。図２および６に示すのと同じ幾何学的形状を有する３種のカーボンインク層状構造を印刷し、試験した。工業用マルチメーター（例えばＦｌｕｋｅ８７）を用いて抵抗を測定し、電極線の先頭に接点を作成し、カーボンインク電極表面に接触させた。
【０１３０】
５Ωと５００Ωの抵抗を有する電極アレイは、表１の実験１および２に示したものと同様の電極インク組成を有した。１，５００Ωの抵抗を有する電極アレイは、表１に示した実験３と同様の設計であったが、しかし使用したインクは、約１００，０００Ω／平方／ｍｉｌのシート抵抗を示すよう改変した。シート抵抗値は、金属導体と同様にその幾何学的形状によって、すなわち、その表面積（幅×奥行）および層の厚みによって規定されるというだけの理由から、測定されるシート抵抗が抵抗器層２５のシート抵抗率に対応しないことに留意されたい。測定中の電流は定電流である。実験は、導電層２３を流れる電流の均一分布を示す。
【０１３１】
この実験は、作用電極の層状インク経路に沿って約５Ω、５００Ω、および１，５００Ωの抵抗を示す本出願の電気泳動電極の調製を目標とした。図１４は、これらの３構成を使用して得られたデータを示す。各電極アレイで試験した５０本の電極の抵抗での標準誤差は、各作用電極近くのスクリーン印刷電極チップ構造に位置する抵抗インク５Ωの場合は７．９％、５００Ωの場合は４．４％、１，５００Ωの場合は１２．１％であった。得られた結果は、試験した本出願のスクリーン印刷電極チップについての抵抗測定の再現性が良好であることを示す。
【０１３２】
実施例３．印刷カーボンインクベースの電気泳動チップの光学特性の試験
本出願の電気泳動チップは、分析対象の光学検出および同定と検出を使用することできる。本実施例において、電気泳動後測定される電極アレイ上での捕捉、蓄積および蛍光シグナルを向上させるために、ロボット化スポッティングを使用して各電極上にポリアクリルアミド系ミクロゲルをスポット配置する。
【０１３３】
したがって、バックグラウンド蛍光を最小限にするために、印刷インク（および基材を含む電気泳動チップのすべての成分）は、黒色（いつも可能ではないが）にすることが好ましく、望ましい。特に、誘電性インクに基づく本出願の電極構造の成分は、黒色カーボンベースのインクよりも高い自己蛍光を示す傾向がある。
【０１３４】
図１５は、本出願のスクリーン印刷電極チップの調製で使用した、誘電性インク、カーボンインク、銀インク、および基材を含む代表的な印刷チップ材料の自己蛍光についてのデータを要約する。このデータは、カメラ用のフィルターおよび赤色ＬＥＤ照射を含むＭＤｘ  ＤＮＡ検出システム内の携帯型蛍光記録計を使用して取得した。赤色蛍光発光が観察され、測定した。
【０１３５】
図１５のデータは、いずれのインクのそれよりも約８倍高い発光強度と共に極めて高い自己蛍光を示した基材の一例を示す。データは、調製され、かなり満足のいく低い蛍光バックグラウンド（ＰＥ７３０３ポリエステル基材を除いて）を示した様々な材料（例えば誘電性インク、カーボンインク、および導電性銀インク）の代表的なものである。
【０１３６】
実施例４．電極アレイ上でのＤＮＡ分子の電気泳動蓄積および特異的ＤＮＡ配列の蛍光検出
分析対象分子（例えば、ＤＮＡおよびＲＮＡの配列などの大きな荷電生体分子、またはタンパク質）は、本出願の電極アレイの各電極の上部にスポット配置したミクロゲル内に埋め込んだ、特定の捕捉プローブオリゴヌクレオチドを使用して電極アレイ上に蓄積させ、検出することができる。３５ｂｐのビオチン化捕捉プローブを５ｂｐのＤＮＡ標的と相補的になるように設計した。Ｃｙ５、蛍光標識した赤色レポーターは、標的の相補的配列を有し、そのため、アレイゲル上に特異的に捕捉された場合、蛍光分光法を用いて標的を検出することが可能である。非相補的捕捉プローブを同様に調製し、特定のプローブだけに結合する標的の特異性の制御として役立つ位置に宛てた。
【０１３７】
実験はスクリーン印刷電極アレイチップを用いて行い、その構成および組成は表１の実験２（他の構成は同様の肯定的な結果を示した）に記述する。３０ｎＬの（ビス）アクリルアミドヒドロゲルを各電極上にスポット配置し、紫外線曝露下で１０秒間硬化させた。電極アレイを５０ｍＭのヒスチジンで洗浄し、乾燥させて、実験で使用した。ビオチン化捕捉プローブ（１μＭで）を各ゲル上に約１００〜２００ｎＬ堆積させ、ヒドロゲル内に１５分間拡散させることによってさらに堆積させた。本出願の電気泳動チップを組み立て、続いて標的ＤＮＡ溶液を装置の流体セル（約２００μＬ）に導入した。この実験では、ＤＮＡ標的の濃度域は、０．１〜１００ｎＭであった。
【０１３８】
標的分析対象を０．８ｍＡの定電流で２分間対処した。非特異的に結合した標的分子を低塩濃度リン酸緩衝液（５０ｍＭのリン酸緩衝液、ｐＨ  ７）で、３回洗浄した。次いで、細い赤色フィルターを取り付けた赤色ＬＥＤを用いて電極アレイを２秒間（露出時間）照射し、続いてＣｙ５色素の発光に対応する細い発光フィルターを有するカメラで検出した。取得した蛍光強度データは、Ｉｍａｇｅ  Ｊソフトウェアを使用して分析した。
【０１３９】
図１６は、統計値と、電極アレイの電極を覆うヒドロゲル内に埋め込まれた特異的な相補的プローブを用いることで５５−ｂｐＤＮＡ標的配列の電気泳動蓄積、その配列の検出について取得した定量的蛍光データと、各電極スポットの蛍光画像とを示す。取得したデータの統計評価は、蛍光強度において約１５％の標準誤差を示す。これは蛍光強度の測定において極めて良好な統計値と思われる。したがって、電極アレイ、抵抗器インク、および電気泳動チップ全体のための層状インク構造の調製、ならびに本出願のチップのアッセイ性能は再現性が高いと思われる。
【０１４０】
実施例５．電気泳動チップ上でのＤＮＡ分子の蓄積およびＭＳ２ウイルスの特異的検出
特異的ＤＮＡ認識配列をＭＳ２ウイルスの保存領域内で設計した。ＭＳ２  ｃ−ＤＮＡへのＲＮＡ転写からなるアッセイを、ＰＣＲ反応を用いてＭＳ２標的を増幅させることで行った。捕捉プローブをＭＳ２  ＤＮＡ標的に特異的になるように設計した。本試験により、本出願の電気泳動チップの製造プロセスの再現性が証明された。
【０１４１】
図１７は、本明細書に開示する電気泳動チップ上でＰＣＲ増幅されたＤＮＡ  ＭＳ２ウイルス標的の電気泳動蓄積および検出についての蛍光データを示す。特異的検出（青色棒）（すなわち特異的プローブで捕捉された標的）対非特異的プローブ（赤色棒）で得られた蛍光強度に関する統計データ（特異的標識／非特異的標識の比）をいくつかのアッセイ（それぞれ、同じ手順に従って調製した新しいチップ上で繰り返した）で示す。各チップおよび一連のチップに対して５０スポットでの蛍光測定で得られた標準誤差は約１０％であった。これは、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ診断のための本出願の電気泳動チップの調製および操作の再現性が優れていることを明確に示している。
【０１４２】
実施例６．種々のＤＮＡ配列の蓄積および検出
本実施例における実験は、表１（他の構成は、類似の肯定的な結果を示した）の実験２に記載する電極アレイチップ構成および組成で行った。図１８ａおよび１８ｂは、本出願の電気泳動チップ上で順調に開発され、試験された特異的ＤＮＡ配列の蓄積と検出アッセイの例を示す。図１８ａは、森林型熱帯リーシュマニア対他のリーシュマニア亜型（いくつかの種類のスナバエで一般に見られる）についての特異的ＤＮＡ検出および認識アッセイの例を示す。図１８ｂは、市中肺炎アッセイのための３連アッセイの一部としてレジオネラ肺炎の特異的ＤＮＡ同定を示す。
【０１４３】
本出願のいくつかの特徴を本明細書で例示し、説明したが、多くの修正、置換、変更、および均等物は当業者には明らかになろう。したがって、添付の特許請求項が本出願の真の趣旨に入る修正および変更をすべて包含することを意図すると理解すべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ−８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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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１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年11月11日(2019.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動チップであって、
（ａ）前記電気泳動チップの要素を支持するよう設計された非導電性基材；
（ｂ）前記電気泳動チップを介して電流を導通するための電極構造であって、前記非導電性基材上に印刷され、対極と、少なくとも１つの作用電極とを含み、各電極が、
（１）非導電性基材上に印刷された導電性低抵抗インク層と、
（２）前記導電性低抵抗インク層の上部に印刷されたカーボンインク層と
を含む、電極構造；
（ｃ）前記電極構造の上部に配置され、覆っている誘電性インク絶縁体層であって、前記誘電性インク絶縁体層が対極上に少なくとも１つの開口部と、前記少なくとも１つの作用電極上に少なくとも１つの開口部とを有し、それによって少なくとも１つのアドレス可能位置を形成する、誘電性インク絶縁体層；ならびに
（ｄ）前記少なくとも１つのアドレス可能位置上にスポット配置され、前記少なくとも１つのアドレス可能位置を覆っているマトリックスを捕捉し、それによって少なくとも１つのミクロゲル領域を作成する分子
を含む電気泳動チップ。
【請求項２】
電気泳動チップに電圧を印加すると、前記アドレス可能位置のそれぞれがほぼ等しく均一な電流を受ける、請求項１に記載の電気泳動チップ。
【請求項３】
前記マトリックスが、隣接するミクロゲル領域が互いに直接接触しないように少なくとも２つのミクロゲル領域を作成する、請求項１および２のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項４】
前記マトリックスが前記アドレス可能位置で分子を捕捉する、または蓄積することができる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項５】
前記電気泳動チップに電圧を印加すると、前記少なくとも１つのミクロゲル領域が分子の電気泳動輸送を促進することができる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項６】
前記マトリックスが多孔質ポリマー構造、薄膜形成格子、光形成可能なタンパク質性混合物などのタンパク質性混合物、半透性固体薄膜、または付着層を形成することができる化学官能基で機能を持たせられたガス透過膜を含む、請求項４または５に記載の電気泳動チップ。
【請求項７】
前記マトリックスが少なくとも１つの分離層をさらに含む、請求項６に記載の電気泳動チップ。
【請求項８】
前記マトリックスに付着した、もしくは前記マトリックス内に埋め込まれた、またはアドレス可能位置で前記少なくとも１つの作用電極のカーボンインク層に付着した捕捉分子をさらに含み、前記捕捉分子が標的分子に結合することができる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項９】
前記分離層が標的分子を結合することができる捕捉分子を付着するための付着層である、請求項７に記載の電気泳動チップ。
【請求項１０】
前記付着層が前記標的分子の直接結合のため、または前記捕捉分子を結合するための官能基または化学部分を含む、請求項９に記載の電気泳動チップ。
【請求項１１】
非導電性基材の底部側に印刷された高導電性インクヒーター層をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１２】
非導電性基材の上部に印刷され、電極構造と接触していない高導電性インクヒーター層をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１３】
前記電気泳動チップの上部に配置された誘電性基材もしくは接着された穿孔基材の厚い絶縁性層と、前記誘電性基材もしくは接着された穿孔基材を覆うカバーとをさらに含み、前記誘電性基材もしくは接着された穿孔基材が機能性流体チャンバーもしくはチャネルを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気泳動チップ、流体流入孔と流出孔、流体ドライバ、および読み取り装置を含む電気泳動装置。
【請求項１５】
溶液中の少なくとも１種の分析対象の電気泳動蓄積および検出の方法であって、（ｉ）前記溶液を請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気泳動チップ、または請求項１４に記載の電気泳動装置に加えるステップと、（ｉｉ）電気泳動チップに電圧を印加し、それによって前記少なくとも１つのアドレス可能位置で前記少なくとも１種の分析対象の分子を蓄積するステップと、（ｉｉｉ）前記溶液から前記少なくとも１種の分析対象の遊離（結合していない）分子を除去するステップと、（ｉｖ）前記少なくとも１つのアドレス可能位置で前記少なくとも１種の分析対象の蓄積分子が存在することを検出するステップとを含む、方法。
【国際調査報告】
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