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JP2004069430A - Electrophoresis chip, method for producing the same, and method for separating substances - Google Patents

Electrophoresis chip, method for producing the same, and method for separating substances Download PDF

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JP2004069430A
JP2004069430A JP2002227602A JP2002227602A JP2004069430A JP 2004069430 A JP2004069430 A JP 2004069430A JP 2002227602 A JP2002227602 A JP 2002227602A JP 2002227602 A JP2002227602 A JP 2002227602A JP 2004069430 A JP2004069430 A JP 2004069430A
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Inventor
Kazuhiko Otake
大竹 和彦
Norio Okuyama
奥山 典生
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Mitsubishi Kagaku Iatron Inc
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Mitsubishi Kagaku Iatron Inc
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Abstract

【課題】安価で、製造が簡単な電気泳動用チップ、その製造方法、及び物質の分析方法を提供する。
【解決手段】前記電気泳動用チップは、平板状カバー部材1と平板状中間部材2と平板状ベース部材3とを含み、平板状中間部材が、細溝状貫通孔6とその両端に設けられた液溜まり部形成用貫通孔5a,5bとを有し、平板状カバー部材が、平板状中間部材に設けた前記液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成している液溜まり部形成用貫通孔4a,4bを有し、細溝状貫通孔の各開口部が平板状カバー部材及び平板状ベース部材により封鎖され、キャピラリーを形成している。前記製造方法では、平板状カバー部材と平板状中間部材と平板状ベース部材とを接合する。前記分析方法は、前記電気泳動用チップを用いる。
【選択図】 図1
An electrophoresis chip which is inexpensive and easy to manufacture, a method for manufacturing the same, and a method for analyzing a substance are provided.
The electrophoresis chip includes a plate-like cover member, a plate-like intermediate member, and a plate-like base member, and the plate-like intermediate member is provided at a narrow groove-shaped through hole and at both ends thereof. And the flat cover member forms a liquid pool portion together with the liquid pool portion forming through hole provided in the flat intermediate member. It has through-holes 4a and 4b for forming a liquid pool, and each opening of the narrow groove-like through-hole is closed by a flat cover member and a flat base member to form a capillary. In the manufacturing method, the flat cover member, the flat intermediate member, and the flat base member are joined. The analysis method uses the electrophoresis chip.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、等電点電気泳動に利用することのできる電気泳動用チップとその製造方法、そのチップを含む電気泳動用装置、及び物質の分離方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気泳動法は、分析対象物質を荷電や分子量などの差によって分離する方法で、現在では、タンパク質や核酸などの生体高分子の分離分析に広く利用されている。このうち、等電点電気泳動と呼ばれている方法は、各種の荷電物質を実効荷電が0となる方向に収斂させることによって分離し、分析する技術である。すなわち、電気収斂法であり、各種の解離基を持つ物質の混合物の場合には、それぞれ、その実効荷電が0の点まで移動して停止するので、等電点電気泳動と呼ばれている。
【0003】
等電点電気泳動においては、従来、分離用媒体にpH勾配を形成するためには、pKa値が酸性側から塩基性側へ少しずつ異なる多数の化合物の混合物を広域緩衝液として用いてきた。
【0004】
また、種々の電気泳動においては、通電によって発生する熱対流の影響を抑え、分子移動に対する抵抗を調節するために、固形化しやすい各種のゲル支持体、例えば、寒天、でんぷん、又はアクリルアミドなどを用いてきた。従来の電気泳動では泳動をしながらリアルタイムに検出(分析)を行なうことが難しかったため、ゲル支持体を用いて分析を行なうまで分離状態を維持する必要があった。
【0005】
その後、電気泳動槽として内径100μm以下のガラスキャピラリーを用いる電気泳動が開発された。この方法では、細い管状のキャピラリーを用いるので、電気泳動槽の容積に比して表面積が大きくなり、そのために、冷却効率が高まり、固形状の支持体を用いずに、自由溶液中でも、熱対流の影響を抑えることが可能となり、更に高電圧を印加することができるようになった。
【0006】
また、同一キャピラリーを繰り返し用いる必要性のため、高粘度を与えるだけのゾルを形成する添加剤が用いられるようになってきた。
【0007】
近年、マイクロチップケミストリーの発達と共に、ガラスキャピラリーに代わって、より小さく、また、電気泳動槽の設計がしやすいマイクロチップが使用され始めた。例えば、特開2001−157855号公報には、ポリマー材料[例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)]からなる平板状の基板と、その基板の一方の表面上に配置される平板状の表面板とを有する、2層構造のキャピラリーゲル電気泳動用マイクロチップが開示されている。前記基板の一方の表面には、所定形状の流路を構成する細溝が設けられており、前記表面板によって前記細溝を封止することにより、キャピラリーを形成する。また、表面板には、前記キャピラリーへ泳動用媒体及び試料を導入するための液溜まり部として、一対の貫通孔が設けられている。
【0008】
前記のガラスキャピラリーは、通常、内径25μm〜100μmで、長さ10cm以上の管状の溶融シリカキャピラリーであり、その断面形状が円形であるのに対して、前記マイクロチップでは、容易に断面形状を変更することができる。例えば、四角形(台形を含む)、三角形、円形、又は楕円形とすることができ、特には、円形よりも光路長の稼げる形状(例えば、深い長方形)にすると、測定感度の向上が可能である。
【0009】
また、ガラスキャピラリーに比べ、マイクロチップでは、流路壁面の加工がしやすい利点がある。すなわち、溶融シリカキャピラリーでは、開放面が両端しかないため、例えば、エッチングと洗浄とを繰り返す方法(特開平7−151729号公報)により、内部加工を行なっている。これに対して、マイクロチップでは、基板上に細溝を形成させる場合に、一方の面は開放されているため、レーザー加工などによって流路内部の表面加工を行なうことが容易である。
【0010】
これらの利点以外にも、マイクロチップでは、流路の長さが短いことから泳動が短時間で終了する利点を挙げることができ、複数の流路を形成したマルチキャピラリー化が容易でハイスループット化が可能である。また、溶融シリカキャピラリーは機械的強度が低く、取り扱いが難しいため、ポリイミドの保護膜でコーティングしてあるのに対して、マイクロチップでは、基板内部にキャピラリーを形成させるため取り扱いが容易である。更には、ガラスキャピラリーの場合には、繰り返して用いるために、分析ごとに洗浄操作と分離用媒体の充填とを行なう必要があるが、プラスチック製マイクロチップであれば、安価であるため、ディスポーザブルにすることもできる。
【0011】
ここで、前記特開2001−157855号公報には、前記マイクロチップは2層構造からなるため、製造コストを下げることができるとの記載がある。しかし、前記マイクロチップでは、基板の表面に、キャピラリーの形状に応じた細溝を加工する必要があるため、分離又は分析精度に最も大きな影響を与えるキャピラリー形状に関して、再現性の高いマイクロチップを製造するためには、必ずしも製造コストの点で有利ではない。更には、疎水性の高いPDMSを用いるため、プラズマ処理などの親水性化処理が必要であった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、分離の場である流路の形状に関して再現性の高いマイクロチップ(すなわち、設計どおりの正確な流路の形状及びサイズを有するマイクロチップ)でありながら、極めて安価で、製造が簡単であり、大量生産を行なうのに適しており、ディスポーザブルな電気泳動用チップを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明による、
平板状ベース部材と、その一方の表面上に設けた平板状中間部材と、その平板状中間部材において前記平板状中間部材が前記平板状ベース部材と接触する反対側の表面上に設けた平板状カバー部材とを含み、
前記平板状中間部材が、その厚さ方向に貫通する少なくとも1つの細溝状貫通孔と、前記細溝状貫通孔の両端にそれぞれ設けられ、且つ平板状中間部材の厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔とを有し、
前記平板状カバー部材が、前記平板状中間部材に設けた前記液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成している、平板状カバー部材の厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔を有し、
前記平板状中間部材に設けた前記細溝状貫通孔及び前記液溜まり部形成用貫通孔が、前記平板状ベース部材との接触によって、それぞれの一方の開口部が封止されており、
前記平板状中間部材に設けた前記細溝状貫通孔のもう一方の開口部が、前記平板状カバー部材との接触によって封止されている
ことを特徴とする、前記電気泳動用チップにより解決することができる。
また、本発明は、(1)厚さ方向に貫通する少なくとも1つの細溝状貫通孔と、前記細溝状貫通孔の両端にそれぞれ設けられ、且つ厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔とを有する平板状中間部材と、(2)前記平板状中間部材に設けた前記液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成可能な、厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔を有する平板状カバー部材と、(3)平板状ベース部材とを、
前記平板状カバー部材が、前記平板状中間部材の一方の表面と接触し、しかも、前記平板状ベース部材が、前記平板状中間部材のもう一方の表面と接触するように、接合することを特徴とする、前記電気泳動用チップの製造方法に関する。
また、本発明は、前記電気泳動用チップを含む、電気泳動用装置に関する。
更に、本発明は、前記電気泳動用チップ又は前記電気泳動用装置を用いることを特徴とする、物質の分離方法に関する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に沿って詳細に説明する。
図1は、本発明による電気泳動用チップ11の一態様を、各部材、すなわち、平板状カバー部材1、平板状中間部材2、及び平板状ベース部材3に分解して分離した状態で示す、分解斜視図である。また、図2は、図1に示す本発明による電気泳動用チップ11の一態様の断面図である。なお、本明細書では、平板状カバー部材、平板状中間部材、平板状ベース部材、及び補強用平板状部材などを総称して、平板状部材と称することがある。
【0015】
本発明の電気泳動用チップ11は、例えば、図1及び図2に示すように、三層に重ねられた平板状カバー部材1、平板状中間部材2、及び平板状ベース部材3を含む。
平板状カバー部材1には、厚さ方向に貫通した2個一対の液溜まり部形成用貫通孔4a,4bが設けられており、前記液溜まり部形成用貫通孔4a,4bの内壁には、それぞれ、電極7a,7bが設けられている。前記電極7a,7bには、更に、電気回路8a,8bが接続されている。
平板状中間部材2には、厚さ方向に貫通した2個一対の液溜まり部形成用貫通孔5a,5bと、厚さ方向に貫通し、且つ前記液溜まり部形成用貫通孔5a,5bを連結する細溝状貫通孔6とが設けられている。
【0016】
本発明の電気泳動用チップ11では、平板状カバー部材1、平板状中間部材2、及び平板状ベース部材3を三層に重ねることにより、平板状カバー部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔の一方(例えば、4a)、平板状中間部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔の一方(例えば、5a)、細溝状貫通孔6、平板状中間部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔の残る一方(例えば、5b)、及び平板状カバー部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔の残る一方(例えば、4b)からなる連続する開放(非閉鎖)空間が形成され、この空間を利用してキャピラリー電気泳動を実施する。より詳細には、細溝状貫通孔が、平板状カバー部材の一方の表面(すなわち、平板状中間部材と接触している側の表面)及び平板状ベース部材の一方の表面(すなわち、平板状中間部材と接触している側の表面)と一緒になって、流路を形成し、また、平板状カバー部材及び平板状中間部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔が、平板状ベース部材の一方の表面(すなわち、平板状中間部材と接触している側の表面)と一緒になって、液溜まり部を形成する。
【0017】
本発明の電気泳動用チップにおける平板状部材の材料としては、電気泳動後の検出方法、例えば、吸収や蛍光などにより検出することを考慮し、透明、半透明、又は、不透明の材料から適宜選択することができる。
再現性向上の観点からは、同一形状の平板状部材を容易且つ安価で製造することができる点で、型で成型可能な材料、例えば、注型可能なガラス、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂などを用いることが好ましい。絶縁性又は成形の自由度、あるいは、電気浸透流を低く抑えることができる等の理由から、樹脂材料であることがより好ましい。特に熱可塑性樹脂材料が生産性の面からも有効であり、例えば、アクリル系樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート又はポリアクリレート等)、スチレン系樹脂(例えば、ポリスチレン又はスチレンコポリマー等)、ポリカーボネート、ポリアミド系樹脂(例えば、ナイロン6又はナイロン66)、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート)、エポキシ系樹脂(例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、又はポリ塩化ビニル系樹脂が好ましい。
【0018】
中でも、透明性及び蛍光特性の面で、アクリル系樹脂又はスチレン系樹脂がより好ましく、ポリメチルメタクリレート又はポリスチレンが更に好ましい。
また、機械加工の設備が不要であり、シリコン樹脂などで鋳型を作製し、液状エポキシ樹脂を注入・硬化させることで簡単にチップを作製することができ、チップの形状や流路の配置などを決める基礎的検討がやりやすい点で、エポキシ系樹脂が好ましい。また、エポキシ系樹脂の場合には、硬化前の液状エポキシ樹脂に、例えば、顔料や蛍光物質を混合することで、可視光を透過させない平板状部材や蛍光を発する平板状部材を作製することができる点でも好ましい。
【0019】
また、本発明の電気泳動用チップは、使い捨て製品として使用されることを目的としているので、このような観点からは生分解性プラスチックであることが好ましい。生分解性プラスチックとしては、例えば、澱粉を利用したポリマー、セルロースエステル系ポリマー、脂肪族ポリエステル系ポリマー、ポリ乳酸系ポリマー、又は微生物ポリエステル(例えば、ポリヒドロキシブチレート/バリレート等)などを挙げることができる。
【0020】
本発明の電気泳動用チップでは、平板状中間部材を、光[例えば、可視光又は紫外線(UV)など]が透過しない材料から形成することができる。
例えば、分離対象物質を可視光の吸収に基づいて分析する場合には、平板状中間部材を、遮光効果を有する不透明な材料から形成することができる。また、分離対象物質をUVの吸収に基づいて分析する場合には、平板状中間部材を、UV吸収効果を有する材料(例えば、エポキシ樹脂)から形成することができる。
平板状中間部材を光が透過しない材料から形成すると、細溝状貫通孔にスリットとしての機能を持たせることができ、従って、周囲からの迷光の影響を低減させ、目的物質の検出感度を高めることができる。
【0021】
なお、2層構造からなる公知の電気泳動用マイクロチップ(例えば、特開2001−157855号公報に記載のマイクロチップ)では、このような迷光遮断効果を付与させるためには、例えば、泳動槽部分を除いて着色を施すか、あるいは、カバーを被せるなどの遮光手段が考えられるが、何れも高い精度の微細加工技術が必要とされる。一方、本発明の電気泳動用チップでは、平板状中間部材のみを、光が透過しない材料から形成することにより、容易に、迷光遮断効果を付与させることができる。すなわち、電気泳動槽(流路)及び電極槽(液溜まり部)は、平板状中間部材に貫通孔として穿設されるため、平板状中間部材にのみ遮光効果のある部材を用いることで、容易に電気泳動槽にスリットとしての機能を付与することが可能である。
【0022】
また、本発明の電気泳動用チップでは、平板状カバー部材又は平板状ベース部材のいずれか一方を、紫外線照射によって発光する物質を含有する材料から形成することができる。紫外線照射によって発光する物質としては、例えば、紫外線照射によって蛍光を放射する物質、あるいは、紫外線照射によってりん光を放射する物質を挙げることができる。
紫外線照射によって蛍光を放射する物質としては、例えば、クマリン系蛍光色素、ピリジン系蛍光色素、又はローダミン系蛍光色素を挙げることができる。
紫外線照射によってりん光を放射する物質としては、例えば、CaS:Bi(紫青色発光)、CaSrS:Bi(青色発光)、ZnS:Cu(緑色発光)、又はZnCds:Cu(黄色〜橙色発光)などを挙げることができる。また、ランタノイド金属(例えば、ユーロピウム、サマリウム、又はテルビウム等)、更には、ランタノイド金属(例えば、ユーロピウム、サマリウム、又はテルビウム等)等を賦活したアルカリ土類金属のアルミン酸塩などを挙げることができる。
【0023】
例えば、紫外線光源を平板状カバー部材側に設け、平板状カバー部材側から紫外線を照射する場合には、平板状ベース部材を、紫外線放射によって発光する物質を含有する材料から形成することにより、紫外線吸収物質を分析(検出又は測定)することができる。また、紫外線光源を平板状ベース部材側に設け、平板状ベース部材側から紫外線を照射する場合には、平板状カバー部材を、紫外線照射によって発光する物質を含有する材料から形成することにより、紫外線吸収物質を分析することができる。
【0024】
平板状部材の形状は、平板状である限り、特に限定されるものではなく、使用する電気泳動用装置に応じて適宜決定することができ、例えば、四角形(例えば、長方形又は正方形)又は円形などを挙げることができる。
平板状部材のサイズは、例えば、取り扱いのし易さ、あるいは、使用する電気泳動用装置に応じて、適宜決定することができ、例えば、正方形形状の場合には、片手で取り扱い易いように、10mm角〜150mm角程度の大きさが好ましく、10mm角〜100mm角がより好ましく、電気泳動用装置の小型化の観点からは20mm角〜50mm角が更に好ましい。
【0025】
平板状部材の内、平板状カバー部材の形状は、平板状カバー部材と平板状中間部材とを接合した場合に、平板状中間部材に設けた細溝状貫通孔の開口部を流路が形成されるように封止可能な形状である限り、特に限定されるものではなく、板状又はフィルム状等を挙げることができる。
平板状カバー部材の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、成形性又は取り扱い性の観点から、0.05mm〜5mm程度が好ましく、0.05mm〜1mmがより好ましい。
【0026】
平板状部材の内、平板状中間部材の形状は特に限定はなく、例えば、板状又はフィルム状等を挙げることができる。精確さの観点からは、ある程度の厚さを有する板状が好ましく、5〜1000μmが好ましく、5〜500μmがより好ましく、10μm〜100μmが更に好ましい。
【0027】
また、平板状部材の内、平板状ベース部材の形状も特に限定されるものではなく、例えば、板状又はフィルム状であることができる。平板状ベース部材の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、成形性又は取り扱い性の観点から、0.05mm〜5mm程度が好ましく、0.05mm〜1mmがより好ましい。
【0028】
平板状部材の成型方法としては、例えば、金型を用いて射出成形、注入成形、又はプレス成形等で成形する方法、あるいは、レーザ加工又は機械加工で成形する方法、あるいは、フィルム状に成形される方法(例えば、インフレーション成形、カレンダー成形、又はダイ押出成形等)などを挙げることができ、フィルム状に成形される方法が好ましい。板状に成形する場合には、金型を用いる方法が、寸法及び形状共に再現性の高いものが得られるために好ましい。また、レーザ加工又は機械加工が、経済的な面からは好ましい。
また、フィルム状に成形された市販の材料を、平板状ベース部材として用いることもできるし、あるいは、特に精確さを必要としない場合には、接着剤付きのフィルムを活用することもできる。
【0029】
平板状カバー部材1に形成される液溜まり部形成用貫通孔4a,4b、あるいは、平板状中間部材2に形成される液溜まり部形成用貫通孔5a,5bは、例えば、電気泳動用緩衝液及び/又は分子ふるい用ポリマー等を含有する分離用媒体や、分離対象物質を含有する試料液等の供給又は排出のための液溜まり部9a,9bであり、また、電気泳動の際に電極槽として使用される、板厚方向に貫通した形で2個以上の孔が形成されることが必要である。また、液溜まり部形成用貫通孔は、平板状カバー部材又は平板状中間部材の周縁には達しない位置に設けることが必要である。
平板状カバー部材又は平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔のサイズは、分離用媒体や試料液を注入及び排出することができる大きさであれば、特に限定されるものではないが、注入作業の観点から、内径が0.5〜10mmの範囲に設定されることが好ましく、1〜5mmであることがより好ましい。
【0030】
また、その形状も、平板状カバー部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔と、平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔とが、1つの連続する液溜まり部を形成することができ、しかも、分離用媒体や試料液を注入及び排出することができる形状である限り、特に限定されるものではないが、例えば、断面形状が一定の円柱状(楕円柱状を含む)又は角柱状、断面形状の面積が連続的に増加又は減少する円錐台(楕円錐台を含む)又は角錐台形状、あるいは、断面形状の面積が不連続的に減少及び/又は増加する柱状形状などを挙げることができる。
また、平板状カバー部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔と、平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔とについて、断面形状及びサイズを同一とすることもできるし、あるいは、1つの連続する液溜まり部を形成することができる限りにおいて、断面形状又はサイズのいずれか一方又は両方を別異とすることもできる。分離用媒体又は試料液の注入及び排出が容易となる点で、断面形状及びサイズを同一とすることが好ましい。
【0031】
平板状中間部材2に形成される細溝である細溝状貫通孔6は、例えば、分離用媒体や試料液を導入したり、分離したりするための流路となるための細溝であって、平板状中間部材2に形成される液溜まり部形成用貫通孔5a,5b同士を連結するように形成されることが必要である。なお、細溝状貫通孔は、平板状中間部材の周縁には達しない位置に設けることが必要であり、細溝状貫通孔どうしが交差することもない。
細溝状貫通孔の形状は、例えば、分析の精度又は形態により任意に設計することができ、例えば、直線状、ループ状、くの字型、若しくは複雑に折れ曲がった形状、又はこれらの組合せとすることができる。また、その断面形状も特に限定されるものではなく、例えば、三角形、四角形(例えば、長方形、台形、又は正方形)、円形、又はU字若しくはV字形状などを挙げることができる。
【0032】
細溝状貫通孔のサイズも、分離対象物質を分離することができれば、特に限定されるものではなく、任意に設計することができる。例えば、取り扱い性、成形性、又は電気泳動用装置の小型化の観点から、細溝状貫通孔の幅は、10〜2000μmであることが好ましく、20〜1000μmであることがより好ましく、30μm〜500μmであることが更に好ましい。細溝状貫通孔の深さ(すなわち、中平板の厚さ)は、5〜1000μmが好ましく、5〜500μmがより好ましく、10μm〜100μmが更に好ましい。細溝状貫通孔の長さは、5mm〜150mm程度が好ましく、より好ましくは5mm〜20mm、更に好ましくは、5〜10mmである。
なお、細溝状貫通孔及び液溜まり部形成用貫通孔の形状及びサイズによっては、細溝状貫通孔と液溜まり部形成用貫通孔とが一体となって、その境界が明確でなくなることがあり、このような態様も本発明範囲に含まれる。このような態様としては、例えば、液溜まり部形成用貫通孔の形状が角柱状であり、液溜まり部形成用貫通孔の内径と、細溝状貫通孔の幅とが一致する場合を挙げることができる。
【0033】
本発明の電気泳動用チップでは、平板状中間部材に設ける細溝状貫通孔の数は、特に限定されるものではなく、図1及び図2に示すように1個であることもできるし、図6〜図8に示すように2個以上であることもできる。細溝状貫通孔を複数設けると、複数の分離対象物質を同時に分離することが可能となる。複数の細溝状貫通孔を設ける場合には、それぞれ並列に形成され、ほぼ平行に並んでいることが、分析感度の観点から好ましい。
【0034】
また、平板状中間部材及び平板状カバー部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔の数も、平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔と、平板状カバー部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔とが同数であって、各々2個以上である限り、特に限定されるものではない。本発明の電気泳動用チップでは、平板状中間部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔の各々は、少なくとも1つの細溝状貫通孔を介して、少なくとも1つの別の平板状中間部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔と連結される。平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔及び細溝状貫通孔の組合せとしては、図1又は図6〜図8に示すように、種々の態様を挙げることができる。
【0035】
例えば、
図1に示すように、1本の細溝状貫通孔6と、その両端に連結する合計2個の液溜まり部形成用貫通孔5a,5bとの組合せ;
図6に示すように、複数(例えば、図6では3本)の細溝状貫通孔61a,61b,61cと、それらの各々について、独立して、その両端に連結する複数(例えば、図6では合計6個)の液溜まり部形成用貫通孔51a,51b,51c,51d,51e,51fとの組合せ;
図7に示すように、2個一対の液溜まり部形成用貫通孔52a,52bと、それを連結する複数(例えば、図7では3本)の細溝状貫通孔62a,62b,62cとの組合せ;
図8に示すように、複数(例えば、図8では3本)の細溝状貫通孔63a,63b,63cと、複数(例えば、図8では合計4個)の液溜まり部形成用貫通孔との組合せであって、各細溝状貫通孔の一方の端部は、同一の1個の液溜まり部形成用貫通孔53aと連結し、もう一方の端部は、それぞれ独立した別々の液溜まり部形成用貫通孔53b,53c,53dと連結する組合せ
などを挙げることができる。
【0036】
複数の異なる試料液を同時に分離する場合には、試料液の供給や排出のための液溜まり部は、試料液ごとに別々に用意されることが好ましいので、分離流路が試料の導入流路を兼ねている2本以上の細溝状貫通孔には、それぞれ両端に独立した別個の液溜まり部形成用貫通孔が連結していること[例えば、図6に示す態様]が好ましい。
【0037】
液溜まり部形成用貫通孔及び細溝状貫通孔の形成方法は、特に限定されるものではなく、それぞれ別々に形成する(この場合には、どちらを先に形成しても構わない)こともできるが、1回の成形で両者を同時に形成する手法が、工程が少なくなるため、簡便であり、好ましい。例えば、金型を用い、射出成形、注入成形、又はプレス成形を行なう工法が、生産性が高く、しかも、寸法及び形状共に再現性の高いものが得られるため、好ましい。
【0038】
平板状カバー部材1に形成される電極7a,7bは、電圧印加して電位差により、分離対象試料を細溝状貫通孔6によって形成された流路を移動させることにより、試料を分離するために使用するもので、試料液や分離用媒体の導入流路及び分離流路の両端の液溜まり部、すなわち、平板状カバー部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔の内壁、又は内壁及びその周辺に形成することができる。
なお、本発明の電気泳動用チップでは、機械的な強度(例えば、剛性)が必要な場合には、平板状カバー部材1の平板状中間部材と接触する表面とは反対側の表面、あるいは、平板状ベース部材3の平板状中間部材と接触する表面とは反対側の表面のいずれか一方に、又はその両方に、補強用の平板状部材を設けることができる。平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、平板状カバー部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔のそれぞれに対応する貫通孔(すなわち、平板状カバー部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成可能な貫通孔)を、補強用平板状部材にも設ける必要がある。また、平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、その補強用平板状部材の表面に電極を設けることができる。
【0039】
本発明の電気泳動用チップにおいては、成形性又は取り扱い性の観点から、電極を、平板状カバー部材の液溜まり部形成用貫通孔(平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、その補強用平板状部材に設けた貫通孔)の内壁及びその周辺部に形成することが好ましい。
【0040】
電極への電圧印加には、高電圧供給源(例えば、電池又はパワーサプライ等)から白金等の配線を用いて行なうことも可能であるが、操作の簡便性の観点から、平板状カバー部材(平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、その補強用平板状部材)の表面に、更に電気回路(例えば、導電線、導電性インク、又は導電ペーストなど)を形成することが好ましい。電気回路は、電極に密接するように形成されることが必要である。
なお、本発明の電気泳動用チップにおいては、平板状中間部材の細溝状貫通孔形成面に平板状カバー部材及び平板状ベース部材が接合しており、この面に回路形成すると、接合が不完全となる場合が生じ、液漏れの不具合を招き易い。従って、電気回路は、細溝状貫通孔の形成面とは反対側の平板状カバー部材の表面上に形成されることが好ましい。
【0041】
電極及び電気回路の形成方法としては、特に限定はなく、従来公知の種々の工法、例えば、メッキ工法、印刷工法、蒸着工法、又は接着等を適用することができる。平板状カバー部材(平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、その補強用平板状部材)が透明樹脂の場合には、メッキ工法では薬液に対する保護等の面で取り扱いが難しく、生産性の観点から、印刷工法又は蒸着工法が好ましい。特に、液溜まり部形成用貫通孔の内壁に形成する場合には、蒸着工法、例えば、真空蒸着、スパッタリング、又はイオンプレーティング等が好ましい。
【0042】
電極及び電気回路は、両者が一体化した形の一体化物として形成することもできる。電極及び電気回路の材質は、導電性のある材料であれば特に限定はなく、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム、カーボン、又はステンレス等を挙げることができる。
電極の材質は、電極表面部での液による腐食等で接触電気抵抗が変化すると、泳動条件に悪影響を及ぼす可能性があるため、耐食性の良い材料、例えば、金、銀、白金、カーボン、又はステンレス等が好ましい。ディスポ−ザブルの装置であることを考えれば、経済性の点からはカーボン又はステンレスなどが好ましい。
また、電気回路の材質は、価格や使い易さの観点から、銅又はアルミニウムが好ましい。平板状カバー部材が樹脂製の場合には、この樹脂と密着性のよい樹脂系のバインダーを用いた銀ペースト等が好ましい。
【0043】
電極及び電気回路の厚さは、通電に支障がなければ、特に限定されるものではないが、例えば、印刷工法の導電膜の場合には、1〜100μmが好ましく、5μm〜50μmがより好ましい。スパッタリング又はイオンプレーティングの金属膜の場合には、0.005μm〜20μmが好ましく、0.01μm〜5μmがより好ましい。ステンレス膜の接着の場合には、200μm以下の厚さであることが好ましい。
電気回路の幅は、0.1mm〜20mmが好ましく、0.5mm〜10mmがより好ましく、1〜5mmが更に好ましい。電極の幅は、1mm〜2mmであることが好ましい。
【0044】
本発明の電気泳動用チップでは、チップそれ自体に電極を設けることもできるし、あるいは、チップそれ自体に電極を設けないでおくこともできる。平板状カバー部材(平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、その補強用平板状部材)に電極を形成すると、従来の煩わしい電極接続作業をすることなく、簡単に電気泳動用チップ上の電極と配線とを接触させることができるため、好ましい。また、平板状カバー部材(平板状カバー部材側に補強用平板状部材を設ける場合には、その補強用平板状部材に設けた貫通孔)に電気回路を形成すると、配線も更に簡便化され、試料液に配線が直接触れないために分析毎の洗浄も不要となるため、より好ましい。
チップそれ自体に電極を設けない場合には、例えば、電気泳動用装置に、本発明の電気泳動用チップの液溜まり部に挿入可能な電極を設けることにより、電気泳動を実施することができる。
【0045】
本発明の電気泳動用チップは、平板状中間部材の細溝状貫通孔から形成される流路に、例えば、電気泳動用緩衝液及び/又は分子ふるい用ポリマー等を含有する分離用媒体を予め充填することができる。
分離用媒体の支持体としては、例えば、高分子ゲル、例えば、寒天、デンプン、アクリルアミド、又はアガロースなどを挙げることができる。
【0046】
また、分離用媒体は、例えば、ゾルを形成することのできる親水性高分子化合物、あるいは、高粘度を付与することのできる低分子化合物を含有することができる。
前記のゾル形成可能な親水性高分子化合物としては、例えば、直鎖状高分子(例えば、直鎖状ポリアクリルアミド、直鎖状ヒドロキシエチルセルロース、直鎖状ヒドロキシプロピルメチルセルロース、直鎖状ヒドロキシプロピルセルロース、直鎖状メチルセルロース、直鎖状ポリエチレングリコール、直鎖状ポリエチレンオキサイド、又はポリビニルアルコール)、あるいは、天然高分子(例えば、マンナン、カードラン、セルロース、又はアガロース)を挙げることができる。なお、アガロースをゾル形成可能な親水性高分子化合物として使用する場合には、ゲル化する濃度以下で使用する。
また、前記の高粘度付与可能な低分子化合物としては、例えば、尿素若しくはその誘導体、多価アルコール(例えば、グリセリンなど)、又はオリゴ糖(例えば、セロビオースなど)を挙げることができる。
【0047】
本発明による、電気泳動用チップの製造方法では、液溜まり部形成用貫通孔を有する平板状カバー部材と、細溝状貫通孔及び液溜まり部形成用貫通孔を有する平板状中間部材と、平板状ベース部材とを、この配置順序で三層に重ねた状態で接合する。これらの平板状部材を接合させる方法としては、平板状中間部材の細溝状貫通孔の開口部が、平板状カバー部材及び平板状ベース部材によって封鎖されて流路が形成され、しかも、平板状カバー部材の液溜まり部形成用貫通孔と平板状中間部材の液溜まり部形成用貫通孔とが連結され、更に平板状ベース部材によって封鎖されて液溜まり部が形成される方法であれば、特に限定はないが、例えば、機械的に対向する面を圧接させる方法、接着剤を用いる接着による方法、あるいは、平板状部材の熱融着による方法等を挙げることができる。
【0048】
平板状中間部材が薄く、弾力性を有する場合には、例えば、平板状中間部材を平板状カバー部材及び平板状ベース部材で押し付け固定するか、あるいは、平板状中間部材を変移(圧縮)させた状態で固定する等の方法により、細溝状貫通孔の周りでの密着したシールを容易に形成することができる。
接着によって平板状中間部材と平板状カバー部材とを接合させる場合には、細溝状貫通孔のサイズによっては接着剤が流れ込み、管路が消失、あるいは大きく変化する心配があり、微細な溝の適用には特に注意が必要である。
平板状中間部材は、液溜まり部形成用貫通孔と細溝状貫通孔との両方を有するので、従来公知の溝を有する部材と液溜まり孔を有する部材とを貼り合わせたマイクロチップ(例えば、特開2001−157855号公報に記載のマイクロチップ)と比較して、溝と孔との位置を合わせるなどの手間が省ける。本発明の製造方法においては、平板状中間部材と平板状カバー部材とを接合する際の位置決めはそれほど精確である必要はないので、工作が容易で、自由度の高い設計や選択が可能である。また、再現性が高く、分析精度が向上する利点を有する。
【0049】
平板状中間部材と平板状ベース部材とを熱融着により接合させる場合には、平板状ベース部材としてフィルム状のシール部材を用いることが好ましい。フィルムは、薄くすることで低い熱量で熱融着することができ、しかも、低熱量であるために細溝状貫通孔を変形させることも少ない。また、蛍光やUV吸光による検出時のノイズ低減の観点からも、フィルム状であることが好ましい。細溝状貫通孔が微細な溝の場合にも、フィルム状のシール部材が好適である。
【0050】
本発明による、電気泳動用チップの製造方法において、電気泳動用チップが電極(所望により、更に電気回路)を有する場合には、これに限定されるものではないが、例えば、次のような方法を挙げることができる。例えば、電極(所望により、更に電気回路)を取り付けた平板状カバー部材と、平板状中間部材とを接合し、それに、平板状ベース部材を接合する方法、平板状ベース部材と平板状中間部材とをまず接合し、平板状中間部材の液溜まり部形成用貫通孔にあわせて、電極(所望により、更に電気回路)を形成した平板状カバー部材を接合する方法、あるいは、平板状カバー部材、平板状中間部材、及び平板状ベース部材を接合した後に、平板状カバー部材の接合面とは反対面に電極(所望により、更に電気回路)を形成する方法などを挙げることができる。ここで、電気回路の形成は、回路保護の観点から、各平板状部材を接合し、電極を取り付けた後の最後の工程として行なうことが好ましい。
【0051】
本発明の電気泳動用装置は、本発明の電気泳動用チップを含む限り、特に限定されるものではなく、本発明の電気泳動用チップ以外にも、例えば、分離対象物質を含む試料の分離流路の両端に電位差を与えて分離対象物質を電気泳動させるために電極(所望により、更に電気回路)に電圧を印加するための手段、分離対象物質に光を照射するための手段、分離対象物質からの検出光を分析するための手段、あるいは、電気泳動用チップを位置決めする手段などを含むことができる。なお、本明細書における「分析」には、分析対象物(例えば、検出光)の量を定量的又は半定量的に決定する「測定」と、分析対象物(例えば、検出光)の存在の有無を判定する「検出」との両方が含まれる。
【0052】
本発明の電気泳動用装置の一態様を、図3に模式的に示す。図3に示す本発明の電気泳動用装置10は、本発明の電気泳動用チップ11、前記電気泳動用チップを配置するためのステージ12、前記ステージの下方に設けられた光源13、並びに前記電気泳動用チップの上方に設けられたデジタルスチルカメラ14及び接写レンズ15を含む。
【0053】
電圧を印加するための手段は、例えば、電圧を発生させるための電源(例えば、電池又はパワーサプライ等)と配線とを備える手段であり、装置を小型化する観点からは、本発明の電気泳動用装置の中に一体的に組み込まれていることが好ましい。あるいは、電源と本発明の電気泳動用装置と一体化せずに、別途、用意することもできる。
【0054】
分析対象物質に光を照射するための手段は、少なくとも光を発生するための光源を備えている限り、特に限定されるものではなく、光源から発せられる光を効率的に照射するための集光手段を更に備えていることが好ましい。なお、この部分は、通常、ディスポ−ザブルではない。しかし、本発明装置の目的を考え、大規模でないものが望ましい。
光源としての性能には特に制限はないが、例えば、水銀ランプ、QIランプ(石英−ヨウ素ランプ)、フォトダイオード、発光ダイオード(LED)、又はEL(electroluminescence)等を挙げることができる。また、レーザー光源を用いることもできる。
【0055】
集光手段も特に制限はないが、例えば、ダイクロイックミラー、光フィルタ、レンズ(例えば、対物レンズ、プリズムレンズ、又はマイクロレンズ)、又は光ファイバーなどを挙げることができ、これらを1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
集光手段としてレンズを用いる場合には、球面レンズ又は非球面レンズのどちらを用いることもできるが、焦点の合わせやすさの観点から、集光面積が小さい場合には非球面レンズが好ましく、これらレンズは集光面積に応じて1枚又は2枚以上複数重ねて用いることができる。
励起光を照射する場合には、ダイクロイックミラー又は光フィルタを用いることが好ましい。
レーザ光源を用いる場合には、複数のプリズムレンズを備えてドット状のレーザ光源を拡大して全走査線を含有するようにすることが好ましい。
【0056】
分析対象物質からの検出光を分析するための手段は、少なくとも光検出器を備えている限り、特に限定されるものではなく、測定感度の観点からは、更に集光手段を備えていることが好ましい。励起光が照射される場合には、検出する光は蛍光となる。
光検出器は、特に限定はないが、例えば、蛍光検出器、光電子倍増管(フォトマル)、CCD、又はフォトダイオード等を挙げることができる。集光手段も特に制限はないが、例えば、ダイクロイックミラー、光フィルタ、又はレンズ(例えば、球面若しくは非球面のレンズ、又はマイクロレンズ等)を挙げることができる。最も簡便に用いることのできる検出光分析手段は、例えば、市販のディジタルカメラと接写装置との組合せ、あるいは、顕微鏡とディジタルカメラとの組み合わせである。
【0057】
電気泳動用チップを位置決めする手段としては、特に制限はないが、例えば、電気泳動用チップの形状に合うように設計された位置決め用の形状(例えば、突起、凹み、穴、又はピン等)、コイル、又はバネ状物質等を挙げることができる。これらは1種類1個でも複数でも、あるいは、複数種類の手段を併設してもよく、必要に応じて用いることができる。しかし、これらは精確である必要はなく、電気泳動槽の一部に見当線を取り付けるだけでも構わない。
【0058】
本発明の電気泳動用装置は、電気泳動用チップを移動させての分析も可能なように、電気泳動用チップの移動手段を備えることもできる。また、光照射部や検出部の位置を変更可能なように、光を照射するための手段及び/又は検出光を測定するための手段に移動手段を設けることもできる。測定した検出光を分析するための解析器を装置の内部に一体化することもできるし、あるいは、外部に接続して設けることもできる。
【0059】
本発明の電気泳動用チップは、電気泳動用装置に簡便にセット位置決めされることが好ましい。電気泳動用チップは、前記の電気泳動用装置の位置決め手段に、平板状カバー部材の端面を接触することにより通常位置決めされる。電気泳動用チップを測定時に動かないよう固定するためには、電気泳動用装置側だけでなく、電気泳動用チップ側にも位置決めの手段を有していることが好ましい。この場合、電気泳動用装置の位置決め手段と電気泳動用チップの位置決め手段の形状とが一致していることが有効である。電気泳動用チップの位置決め手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、平板状カバー部材に位置決めのための突起、み、又は穴の内、いずれか1つ以上を有していることが好ましい。この突起、凹み、又は穴のサイズは任意に設計することができるが、単一の形状の場合には、例えば、内径1〜5mm程度のもの、ライン状の形状の場合には、幅1〜3mm程度のものが好ましい。
【0060】
本発明の分離方法では、本発明の電気泳動用チップ又は本発明の電気泳動用装置を用いる。本発明の分離方法を適用することのできる物質としては、電気泳動可能な物質である限り、特に限定されるものではなく、荷電性物質、あるいは、電気的に中性な物質のいずれにも適用することができる。
【0061】
前記荷電性物質としては、例えば、荷電性化合物又は荷電性粒子を挙げることができる。前記荷電性化合物としては、例えば、荷電性低分子化合物(例えば、低分子イオン、有機酸、又はアミノ酸等)、又は荷電性高分子化合物(例えば、タンパク質、核酸、又は糖等)を挙げることができる。また、前記荷電性粒子としては、例えば、生体粒子(例えば、ウイルス又は細胞等)、天然若しくは合成高分子化合物粒子(例えば、ラテックス、架橋デキストラン、又はセルロースなど)、又は無機化合物粒子[例えば、シリカゲル(あるいは、アエロジル)、金コロイド、又は顔料等]などを挙げることができる。
【0062】
電気的に中性な物質としては、例えば、アルコール又はエステルなどを挙げることができる。電気的に中性な物質を分離する方法としては、例えば、ミセル動電クロマトグラフィーを挙げることができ、泳動液にイオン性界面活性剤ミセルを添加して電気泳動することにより、電気的に中性な物質を分離することができる。
【0063】
また、本発明の分離方法によれば、タンパク質を感作したラテックスビーズの分離にも適用することが可能である。具体的には、例えば、本発明の電気泳動用チップの流路の中に、分離用媒体(例えば、分離用緩衝液、分離用高分子ゲル、及び/又は分離用電気収斂用緩衝液等)と感作ラテックスとの混合溶液を充填し、流路の両端に電圧を印加することによって、分離用媒体中で分離対象物質であるラテックスビーズを電位差で移動させて分離することができる。
【0064】
分離対象物質を含有する試料を電気泳動用チップの流路に充填する場合には、公知の充填方法に従って、例えば、分離用媒体との混合物の形で充填することもできるし、あるいは、分離用媒体を予め流路に充填した後、試料のみを単独で充填することもできる。
分離用媒体と試料との混合物を電気泳動用チップの流路に充填するためには、例えば、平板状カバー部材の液溜まり部形成用貫通孔の液溜まり部から、分離用媒体を介して、流路に導入することができる。このような導入方法としては、特に制限はないが、例えば、毛細管現象を利用する方法、注射筒等を用いる加圧注入法、あるいは、一方の液溜まり部に滴下した媒体をもう一方の液溜まり部から水流ポンプ又は真空ポンプ等を用いて減圧することによって注入する減圧注入法などを挙げることができる。流路以外に存在する余分の溶液は、例えば、微量ピペットなどで除去することができる。この際、気泡やホコリ等のその他の夾雑物が流路に入らないようにすることが重要である。
【0065】
このように、分離対象物質は、予め、分離用媒体と混合し、適当な前記導入方法によりその一定量(すなわち、流路の容量)を分離用の流路に導入することができる。この場合には、後述する、試料単独で充填する場合に比べて、導入量は非常に精確である。
【0066】
また、本発明の分離方法では、試料のみを単独で充填する場合であっても、平板状カバー部材の液溜まり部形成用貫通孔の液溜まり部に試料を満たし、一定時間電圧を印加することで、分離用の流路に試料を導入することができる。
【0067】
本発明の電気泳動用チップを用いて電気泳動分離した分離対象物質は、例えば、その光学的特性や電気化学的特性等を利用して分析(検出又は測定)することができる。例えば、核酸分子の有するUV吸収特性を利用して吸光度を測定したり、核酸分子に蛍光色素を標識して蛍光を測定することにより検出することが可能であり、DNAやRNAのような核酸断片を分離してその断片の大きさを分析することができる。
【0068】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例1】
《電気泳動用チップの作製(1)》
本発明の電気泳動用チップは、例えば、各種の細溝又は細槽などを加工形成したプラスチック(ポリスチレン製)平板に、接着剤を塗布したフィルム又は薄板を接着することにより形成することができる。本実施例では、図1及び図2に示す形状の電気泳動用チップを作製した。
具体的には、平板状中間部材に、分離用流路として、幅が200μm、深さが50μm、長さが18mmである1本の細溝状貫通孔を形成し、その両端に、内径2mmの円柱状貫通孔を形成した。平板状カバー部材には、内径2mmの円柱状貫通孔を、平板状中間部材の前記円柱状貫通孔に対応する位置に形成した。続いて、平板状中間部材上に形成した前記細溝状貫通孔を、平板状カバー部材及び平板状ベース部材で接合して封止することにより、本発明の電気泳動用チップを作製した。
【0069】
【実施例2】
《等電点電気泳動によるタンパク質溶液の分離(1)》
本実施例では、実施例1で作製した本発明の電気泳動用チップを用いて、市販の等電点標準タンパク質溶液の分離を実施した。
具体的には、0.5%ヒドロキシプロピルメチルセルロース(Sigma社製)及び5%アンフォライン(pH3.5−10;Amersham Biosciences社製)を含む泳動用緩衝液4容と保存用等電点標準タンパク質溶液(IEFスタンダード;Bio−Rad社製)1容とを混合した試料液0.5μLを、電気泳動用チップの一方の液溜まり部から滴下し、他方の液溜まり部から減圧を行ない、流路内に充填した。なお、前記の保存用等電点標準タンパク質溶液には、フィコシアニン(pI=4.45,4.65,4.75;青色)、ミオグロビン(pI=6.8,7.0;褐色)、ヘモグロビンA(pI=7.1;赤色)、ヘモグロビンC(pI=7.5;赤色)、及びシトクロムc(pI=9.6;赤色)の有色タンパク質と、β−ラクトグロブリンB(pI=5.1)、ウシ炭酸脱水素酵素(pI=6.0)、ヒト炭酸脱水素酵素(pI=6.5)、及びレンズマメレクチン(pI=7.8,8.0,8.2)の無色タンパク質とが含有されている。
【0070】
液溜まり部内に残った試料液を除き、一方の液溜まり部に陽極液として10mmol/Lリン酸水溶液を、他方の液溜まり部に陰極液として40mmol/L水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ分注し、キャピラリーの両端に444V/cmの電圧を印加して等電点電気泳動分離を行なった。分離した有色タンパク質は、デジタルスチルカメラ(RICHO RR1;リコー株式会社製)で一定時間ごとに撮影して記録した。実験後、電気泳動画像を画像解析プログラム(Scion Imageβ4.02;Scion Corporation製)を用いて解析した。
【0071】
結果を図4及び図5に示す。図4は、デジタルスチルカメラにより10秒間隔で経時的に記録した電気泳動像を示す、図面に代わる写真であり、図5は、その電気泳動像をコンピュータ処理して得られたデンシトメトリー図である。
図4及び図5において、各電気泳動像又はデンシトメトリーの左側端部は、陽極液(10mmol/Lリン酸水溶液)を満たした液溜まり部に相当し、右側端部は、陰極液(40mmol/L水酸化ナトリウム水溶液)を満たした液溜まり部に相当する。
また、図4及び図5に示す数字は、電気泳動を開始してからの経過時間を示し、その単位は、「分」及び「秒」である。例えば、数字「1:30」は、電気泳動を開始してから1分30秒が経過したことを示す。
【0072】
図4及び図5から明らかなように、2分以下の短時間で、タンパク質の分離が完了した。なお、通常のポリアクリルアミド被覆キャピラリー(内径=75μm,長さ=500mm)では、等電点への収斂に11分、更に、収束したバンドを検出器まで移動させるのに10分以上の時間を費やした。
【0073】
【実施例3】
《電気泳動用チップの作製(2)》
本発明の電気泳動用チップは、例えば、各種の細溝又は細槽などを加工形成したPMMA(ポリメチルメタクリレート)製の平板に、接着剤を塗布したフィルム又は薄板を接着することにより形成することができる。本実施例では、図1及び図2に示す形状であって、実施例1と異なる大きさの電気泳動用チップを作製した。
具体的には、平板状中間部材に、分離用流路として、幅が100μm、深さが50μm、長さが6.5mmである1本の細溝状貫通孔を形成し、その両端に、内径3.5mmの円柱状貫通孔を形成した。平板状カバー部材には、内径3.5mmの円柱状貫通孔を、平板状中間部材の前記円柱状貫通孔に対応する位置に形成した。続いて、平板状中間部材上に形成した前記細溝状貫通孔を、平板状カバー部材及び平板状ベース部材で接合して封止することにより、本発明の電気泳動用チップを作製した。
【0074】
【実施例4】
《等電点電気泳動によるタンパク質溶液の分離(2)》
実施例3で作製した本発明の電気泳動用チップを用いて、実施例2で用いたのと同じ試料液について、等電点電気泳動を実施した。なお、陽極液として5mmol/Lリン酸水溶液を、陰極液として20mmol/L水酸化ナトリウム水溶液を、それぞれ使用し、キャピラリーの両端には450V/cmの電圧を印加した。
【0075】
結果を図9及び図10に示す。なお、電気泳動像の記録及びコンピュータ処理については、実施例2と同様にして実施した。図9及び図10から明らかなように、1分以下の短時間で、タンパク質の分離が完了した。
【0076】
【発明の効果】
本発明の電気泳動用チップは、極めて安価であり、大量生産を行なうのに適しており、従って、一回のみの分析に使用しただけで廃棄する用途、すなわち、ディスポーザブルな用途に適している。
【0077】
また、本発明の電気泳動用チップによれば、3層構造を採用しているため、複雑な製造工程を採用することなく、極めて安価に、分離精度の向上を図ることができる。
例えば、平板状中間部材を、光が透過しない材料から形成することにより、細溝状貫通孔にスリットとしての機能を持たせることができ、従って、周囲からの迷光の影響を低減させ、目的物質の検出感度を高めることができる。
また、平板状中間部材の板厚を変更することで流路の深さを容易に調整することができるので、例えば、流路の幅より深い細溝を容易に形成することが可能である。このため光学検出において光路長が従来の幅広の流路より長く取ることができ、検出感度の向上が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電気泳動用チップの一態様を、平板状カバー部材、平板状中間部材、及び平板状ベース部材に分離した状態で示す、斜視図である。
【図2】図1に示す本発明による電気泳動用チップ11の一態様の断面図である。
【図3】電気泳動像を連続的に記録するための装置構成図である。
【図4】実施例2において、デジタルスチルカメラで経時的に記録した電気泳動像を示す、図面に代わる写真である。
【図5】図4に示す電気泳動像をコンピュータ処理して得られたデンシトメトリー図である。
【図6】平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔及び細溝状貫通孔の組合せを模式的に示す模式的平面図である。
【図7】平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔及び細溝状貫通孔の別の組合せを模式的に示す模式的平面図である。
【図8】平板状中間部材に設ける液溜まり部形成用貫通孔及び細溝状貫通孔の更に別の組合せを模式的に示す模式的平面図である。
【図9】実施例4において、デジタルスチルカメラで経時的に記録した電気泳動像を示す、図面に代わる写真である。
【図10】図9に示す電気泳動像をコンピュータ処理して得られたデンシトメトリー図である。
【符号の説明】
1・・・平板状カバー部材;2・・・平板状中間部材;
3・・・平板状ベース部材;4・・・液溜まり部形成用貫通孔;
5・・・液溜まり部形成用貫通孔;6・・・細溝状貫通孔;7・・・電極;
8・・・電気回路;9・・・液溜まり部;10・・・電気泳動用装置;
11・・・電気泳動用チップ;12・・・ステージ;13・・・光源;
14・・・デジタルスチルカメラ;15・・・接写レンズ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, an electrophoresis chip that can be used for isoelectric focusing and a method for producing the same, an electrophoresis apparatus including the chip, and a method for separating substances.
[0002]
[Prior art]
The electrophoresis method is a method of separating a substance to be analyzed based on differences in charge, molecular weight, and the like, and is currently widely used for separation and analysis of biopolymers such as proteins and nucleic acids. Among them, the method called isoelectric focusing is a technique of separating and analyzing various charged substances by converging in a direction where the effective charge becomes zero. That is, it is an electroconvergent method. In the case of a mixture of substances having various kinds of dissociating groups, their effective charges move to a zero point and stop, respectively, and are called isoelectric focusing electrophoresis.
[0003]
In isoelectric focusing, in order to form a pH gradient in a separation medium, a mixture of a large number of compounds having slightly different pKa values from an acidic side to a basic side has conventionally been used as a wide-area buffer.
[0004]
In various electrophoresis, in order to suppress the influence of thermal convection generated by energization and to adjust resistance to molecular movement, various gel supports that are easily solidified, for example, agar, starch, or acrylamide are used. Have been. In conventional electrophoresis, it was difficult to perform detection (analysis) in real time while performing electrophoresis. Therefore, it was necessary to maintain a separated state until analysis was performed using a gel support.
[0005]
Subsequently, electrophoresis using a glass capillary having an inner diameter of 100 μm or less as an electrophoresis tank was developed. In this method, since a thin tubular capillary is used, the surface area is increased in comparison with the volume of the electrophoresis tank, thereby increasing the cooling efficiency, and without using a solid support, thermal convection even in a free solution. Can be suppressed, and a higher voltage can be applied.
[0006]
Also, the need to repeatedly use the same capillary has led to the use of additives that form sols that only provide high viscosity.
[0007]
In recent years, with the development of microchip chemistry, glass chips have started to be used instead of glass capillaries, which are smaller and easy to design electrophoresis vessels. For example, JP-A-2001-157855 discloses a flat substrate made of a polymer material [for example, polydimethylsiloxane (PDMS)] and a flat surface plate disposed on one surface of the substrate. A microchip for capillary gel electrophoresis having a two-layer structure is disclosed. On one surface of the substrate, a narrow groove forming a flow path of a predetermined shape is provided, and the narrow groove is sealed by the surface plate to form a capillary. The surface plate is provided with a pair of through holes as a liquid reservoir for introducing the electrophoresis medium and the sample into the capillary.
[0008]
The glass capillary is usually a tubular fused silica capillary having an inner diameter of 25 μm to 100 μm and a length of 10 cm or more, and its cross-sectional shape is circular, while the microchip easily changes its cross-sectional shape. can do. For example, the shape can be a quadrangle (including trapezoid), a triangle, a circle, or an ellipse. In particular, when the shape has a longer optical path length than a circle (for example, a deep rectangle), the measurement sensitivity can be improved. .
[0009]
Further, as compared with a glass capillary, a microchip has an advantage that the wall surface of the flow path can be easily processed. That is, since the fused silica capillary has only two open ends, internal processing is performed by, for example, a method of repeating etching and cleaning (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-151729). On the other hand, in the case of a microchip, when a fine groove is formed on a substrate, one surface is open, so that it is easy to perform surface processing inside the flow channel by laser processing or the like.
[0010]
In addition to these advantages, microchips have the advantage that electrophoresis can be completed in a short time due to the short flow path length, and it is easy to make multiple capillaries with multiple flow paths and high throughput. Is possible. Fused silica capillaries have low mechanical strength and are difficult to handle, so they are coated with a polyimide protective film, whereas microchips are easy to handle because microcapillaries are formed inside the substrate. Furthermore, in the case of a glass capillary, it is necessary to perform a washing operation and a filling of a separation medium for each analysis in order to use the glass capillary repeatedly, but a plastic microchip is inexpensive and therefore disposable. You can also.
[0011]
Here, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-157855 describes that the manufacturing cost can be reduced because the microchip has a two-layer structure. However, in the microchip, since it is necessary to form a narrow groove on the surface of the substrate according to the shape of the capillary, a microchip with high reproducibility is manufactured with respect to the capillary shape that has the greatest influence on separation or analysis accuracy. This is not always advantageous in terms of manufacturing cost. Furthermore, since PDMS having high hydrophobicity is used, hydrophilic treatment such as plasma treatment is required.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a microchip having high reproducibility with respect to the shape of a flow channel as a separation field (that is, a microchip having an accurate shape and size of a flow channel as designed), but at a very low cost. Another object of the present invention is to provide a disposable electrophoresis chip which is easy to manufacture and suitable for mass production.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The problem is solved by the present invention.
A flat base member, a flat intermediate member provided on one surface thereof, and a flat plate provided on the opposite surface of the flat intermediate member where the flat intermediate member comes into contact with the flat base member Including a cover member,
The plate-shaped intermediate member is provided at at least one narrow groove-shaped through hole penetrating in the thickness direction thereof, and a liquid provided at both ends of the narrow groove-shaped through hole, and penetrating in the thickness direction of the plate-shaped intermediate member. And a through hole for forming a reservoir,
A liquid reservoir penetrating in the thickness direction of the flat cover member, wherein the flat cover member forms a liquid pool portion together with the liquid reservoir forming through hole provided in the flat intermediate member. Having a through hole for forming a part,
The narrow groove-shaped through hole and the liquid reservoir forming through hole provided in the plate-shaped intermediate member are in contact with the plate-shaped base member, one opening of each of which is sealed,
The other opening of the narrow groove-shaped through hole provided in the flat intermediate member is sealed by contact with the flat cover member.
The above problem can be solved by the above-mentioned electrophoresis chip.
The present invention also provides (1) at least one narrow groove-shaped through hole penetrating in the thickness direction, and a liquid pool portion formed at both ends of the narrow groove-shaped through hole and penetrating in the thickness direction. (2) a liquid that penetrates in the thickness direction and that can form a liquid reservoir together with the liquid reservoir forming through-hole provided in the planar intermediate member. A plate-shaped cover member having a through hole for forming a reservoir portion, and (3) a plate-shaped base member,
The flat plate-shaped cover member is in contact with one surface of the flat-shaped intermediate member, and the flat-plate base member is joined so as to be in contact with the other surface of the flat-shaped intermediate member. And a method for producing the electrophoresis chip.
The present invention also relates to an electrophoresis device including the electrophoresis chip.
Furthermore, the present invention relates to a method for separating a substance, characterized by using the electrophoresis chip or the electrophoresis apparatus.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows one embodiment of the electrophoresis chip 11 according to the present invention in a state where it is separated and separated into respective members, that is, a flat cover member 1, a flat intermediate member 2, and a flat base member 3. It is an exploded perspective view. FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the electrophoresis chip 11 according to the present invention shown in FIG. In this specification, a flat cover member, a flat intermediate member, a flat base member, a reinforcing flat member, and the like may be collectively referred to as a flat member.
[0015]
The electrophoresis chip 11 of the present invention includes, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, a flat cover member 1, a flat intermediate member 2, and a flat base member 3 stacked in three layers.
The flat cover member 1 is provided with a pair of through-holes 4a, 4b for forming a liquid reservoir portion penetrating in the thickness direction, and the inner walls of the through-holes 4a, 4b for forming the liquid reservoir portion have: Electrodes 7a and 7b are provided, respectively. Electric circuits 8a and 8b are further connected to the electrodes 7a and 7b.
The plate-like intermediate member 2 has a pair of through-holes 5a and 5b for forming a liquid reservoir portion penetrating in the thickness direction, and the through-holes 5a and 5b for penetrating in the thickness direction and forming the liquid reservoir portion. A narrow groove-shaped through hole 6 to be connected is provided.
[0016]
In the electrophoresis chip 11 of the present invention, the plate-like cover member 1, the plate-like intermediate member 2, and the plate-like base member 3 are stacked in three layers to form a through-hole for forming a liquid reservoir portion provided in the plate-like cover member. One (for example, 4a), one of the through holes for forming a liquid reservoir portion provided in the plate-like intermediate member (for example, 5a), the narrow groove-like through hole 6, and the through hole for forming a liquid reservoir portion provided in the plate-like intermediate member. A continuous open (non-closed) space consisting of one of the remaining holes (for example, 5b) and the other of the through holes for forming a liquid reservoir formed in the flat cover member (for example, 4b) is formed. Perform capillary electrophoresis using. More specifically, the narrow groove-shaped through-holes are formed on one surface of the flat cover member (that is, the surface in contact with the flat intermediate member) and one surface of the flat base member (that is, the flat plate member). Together with the intermediate member) to form a flow path, and a through hole for forming a liquid reservoir formed in the flat cover member and the flat intermediate member is formed by a flat base member. Together with one of the surfaces (i.e., the surface in contact with the flat intermediate member) to form a liquid reservoir.
[0017]
The material of the plate member in the electrophoresis chip of the present invention is appropriately selected from transparent, translucent, or opaque materials in consideration of a detection method after electrophoresis, for example, detection by absorption or fluorescence. can do.
From the viewpoint of improving reproducibility, a material that can be molded in a mold, for example, a castable glass, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin, in that a flat member having the same shape can be easily and inexpensively manufactured. It is preferable to use a resin or the like. It is more preferable to use a resin material because of its insulating property, freedom of molding, and the ability to keep the electroosmotic flow low. In particular, a thermoplastic resin material is effective from the viewpoint of productivity, for example, acrylic resin (for example, polymethyl methacrylate or polyacrylate), styrene resin (for example, polystyrene or styrene copolymer), polycarbonate, polyamide resin A resin (for example, nylon 6 or nylon 66), a polyester resin (for example, polyethylene terephthalate), an epoxy resin (for example, bisphenol A type epoxy resin), or a polyvinyl chloride resin is preferable.
[0018]
Above all, in terms of transparency and fluorescent characteristics, an acrylic resin or a styrene resin is more preferable, and polymethyl methacrylate or polystyrene is more preferable.
Also, there is no need for mechanical processing equipment.Since a mold is made of silicon resin and the like, and a liquid epoxy resin is injected and cured, chips can be easily manufactured. Epoxy resins are preferred from the standpoint of easy basic examination. In the case of an epoxy-based resin, for example, by mixing a pigment or a fluorescent substance with the liquid epoxy resin before curing, a flat member that does not transmit visible light and a flat member that emits fluorescence can be manufactured. It is also preferable in that it is possible.
[0019]
Further, since the chip for electrophoresis of the present invention is intended to be used as a disposable product, it is preferable to use a biodegradable plastic from such a viewpoint. Examples of biodegradable plastics include starch-based polymers, cellulose ester-based polymers, aliphatic polyester-based polymers, polylactic acid-based polymers, and microbial polyesters (eg, polyhydroxybutyrate / valerate). it can.
[0020]
In the electrophoresis chip of the present invention, the plate-like intermediate member can be formed from a material through which light (for example, visible light or ultraviolet (UV)) does not pass.
For example, when analyzing a substance to be separated based on absorption of visible light, the plate-shaped intermediate member can be formed from an opaque material having a light-shielding effect. In the case where a substance to be separated is analyzed based on UV absorption, the plate-shaped intermediate member can be formed from a material having a UV absorption effect (for example, epoxy resin).
When the plate-like intermediate member is formed of a material that does not transmit light, the narrow groove-shaped through-hole can have a function as a slit. Therefore, the effect of stray light from the surroundings is reduced, and the detection sensitivity of the target substance is increased. be able to.
[0021]
In a known microchip for electrophoresis having a two-layer structure (for example, a microchip described in JP-A-2001-157855), in order to impart such a stray light blocking effect, for example, a migration tank portion Other than the above, a light shielding means such as coloring or covering with a cover can be considered, but all of them require fine processing technology with high precision. On the other hand, in the electrophoresis chip of the present invention, by forming only the plate-shaped intermediate member from a material that does not transmit light, a stray light blocking effect can be easily imparted. That is, since the electrophoresis tank (flow path) and the electrode tank (liquid pool) are formed as through holes in the plate-shaped intermediate member, it is easy to use a member having a light-shielding effect only in the plate-shaped intermediate member. In addition, it is possible to impart a function as a slit to the electrophoresis tank.
[0022]
Further, in the electrophoresis chip of the present invention, one of the flat cover member and the flat base member can be formed from a material containing a substance that emits light by ultraviolet irradiation. Examples of the substance that emits light by irradiation with ultraviolet light include a substance that emits fluorescence by irradiation with ultraviolet light and a substance that emits phosphorescence by irradiation with ultraviolet light.
Examples of the substance that emits fluorescence by ultraviolet irradiation include a coumarin fluorescent dye, a pyridine fluorescent dye, and a rhodamine fluorescent dye.
Examples of the substance that emits phosphorescence by ultraviolet irradiation include CaS: Bi (purple blue light emission), CaSrS: Bi (blue light emission), ZnS: Cu (green light emission), and ZnCds: Cu (yellow to orange light emission). Can be mentioned. Further, a lanthanoid metal (eg, europium, samarium, terbium, or the like), and an alkaline earth metal aluminate activated with a lanthanoid metal (eg, europium, samarium, terbium, or the like), and the like can be given. .
[0023]
For example, in the case where an ultraviolet light source is provided on the flat cover member side and ultraviolet light is irradiated from the flat cover member side, the flat base member is formed from a material containing a substance that emits light by ultraviolet radiation. The absorbing material can be analyzed (detected or measured). Further, when the ultraviolet light source is provided on the flat base member side and the ultraviolet light is irradiated from the flat base member side, the flat cover member is formed from a material containing a substance which emits light by ultraviolet irradiation. The absorbent can be analyzed.
[0024]
The shape of the flat member is not particularly limited as long as it is flat, and can be appropriately determined depending on the electrophoresis apparatus to be used. For example, a square (for example, a rectangle or a square) or a circle Can be mentioned.
The size of the flat member is, for example, easy to handle, or, depending on the electrophoresis apparatus to be used, can be appropriately determined, for example, in the case of a square shape, so as to be easy to handle with one hand, The size is preferably about 10 mm square to 150 mm square, more preferably 10 mm square to 100 mm square, and further preferably 20 mm square to 50 mm square from the viewpoint of miniaturization of the electrophoresis apparatus.
[0025]
Among the flat members, the shape of the flat cover member is such that when the flat cover member and the flat intermediate member are joined, the flow path forms the opening of the narrow groove-shaped through hole provided in the flat intermediate member. The shape is not particularly limited as long as the shape can be sealed as described above, and examples thereof include a plate shape and a film shape.
Although the thickness of the flat cover member is not particularly limited, for example, it is preferably about 0.05 mm to 5 mm, and more preferably 0.05 mm to 1 mm, from the viewpoint of moldability or handleability.
[0026]
Among the flat members, the shape of the flat intermediate member is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape and a film shape. From the viewpoint of accuracy, a plate having a certain thickness is preferable, preferably 5 to 1000 μm, more preferably 5 to 500 μm, and still more preferably 10 μm to 100 μm.
[0027]
Further, among the flat members, the shape of the flat base member is not particularly limited, and may be, for example, a plate or a film. Although the thickness of the flat base member is not particularly limited, for example, from the viewpoint of moldability or handleability, it is preferably about 0.05 mm to 5 mm, more preferably 0.05 mm to 1 mm.
[0028]
As a molding method of the flat member, for example, a method of molding by injection molding, injection molding, or press molding using a mold, or a method of molding by laser processing or mechanical processing, or a method of forming into a film shape (For example, inflation molding, calender molding, die extrusion molding, etc.) and the like, and a method of forming a film is preferable. In the case of molding into a plate shape, a method using a mold is preferable because a material having high reproducibility in both dimensions and shape can be obtained. Further, laser processing or mechanical processing is preferable from an economic viewpoint.
In addition, a commercially available material formed into a film can be used as the flat base member, or a film with an adhesive can be used when precision is not particularly required.
[0029]
The through-holes 4a and 4b for forming a liquid pool formed in the flat cover member 1 or the through-holes 5a and 5b for forming a liquid pool formed in the flat intermediate member 2 are, for example, buffer buffers for electrophoresis. And / or liquid reservoirs 9a and 9b for supplying or discharging a separation medium containing a polymer for molecular sieving or a sample liquid containing a substance to be separated, and an electrode tank for electrophoresis. It is necessary that two or more holes are formed so as to penetrate in the plate thickness direction. Further, it is necessary to provide the through-hole for forming the liquid pool portion at a position that does not reach the periphery of the plate-shaped cover member or the plate-shaped intermediate member.
The size of the through-hole for forming the liquid reservoir portion provided in the flat cover member or the flat intermediate member is not particularly limited as long as the separation medium and the sample liquid can be injected and discharged. From the viewpoint of the injection operation, the inner diameter is preferably set in the range of 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 5 mm.
[0030]
Also, as for the shape, the through-hole for forming the liquid pool portion provided in the flat cover member and the through-hole for forming the liquid pool portion provided in the flat intermediate member can form one continuous liquid pool portion. Moreover, the shape is not particularly limited as long as it has a shape capable of injecting and discharging the separation medium and the sample solution. For example, a columnar shape (including an elliptical columnar shape) or a rectangular columnar shape having a constant cross-sectional shape may be used. A truncated cone (including an elliptical truncated cone) or a truncated pyramid in which the area of the cross-sectional shape continuously increases or decreases, or a columnar shape in which the area of the cross-sectional shape discontinuously decreases and / or increases is given. it can.
In addition, the cross-sectional shape and the size of the through-hole for forming the liquid pool portion provided in the flat cover member and the through-hole for forming the liquid pool portion provided in the flat intermediate member may be the same, or one of the through holes may be one. Either or both of the cross-sectional shape and size may be different as long as a continuous liquid reservoir can be formed. It is preferable that the cross-sectional shape and the size are the same in that the injection and the discharge of the separation medium or the sample solution are facilitated.
[0031]
The narrow groove-shaped through-hole 6 which is a narrow groove formed in the plate-shaped intermediate member 2 is, for example, a narrow groove serving as a flow path for introducing or separating a separation medium or a sample liquid. Thus, it is necessary that the through holes 5a and 5b formed in the plate-shaped intermediate member 2 are formed so as to connect the through holes 5a and 5b. The narrow groove-shaped through-holes need to be provided at positions that do not reach the periphery of the plate-shaped intermediate member, and the narrow groove-shaped through-holes do not intersect.
The shape of the narrow groove-shaped through-hole can be arbitrarily designed depending on, for example, the accuracy or form of the analysis, and may be, for example, a linear shape, a loop shape, a V shape, or a complicatedly bent shape, or a combination thereof. can do. The cross-sectional shape is not particularly limited, and may be, for example, a triangle, a quadrangle (for example, a rectangle, a trapezoid, or a square), a circle, a U-shape, or a V-shape.
[0032]
The size of the narrow groove-shaped through-hole is not particularly limited as long as the substance to be separated can be separated, and can be arbitrarily designed. For example, from the viewpoint of handleability, moldability, or miniaturization of the electrophoresis apparatus, the width of the narrow groove-shaped through-hole is preferably from 10 to 2000 μm, more preferably from 20 to 1000 μm, and from 30 μm to More preferably, it is 500 μm. The depth of the narrow groove-shaped through-hole (that is, the thickness of the middle flat plate) is preferably 5 to 1000 μm, more preferably 5 to 500 μm, and still more preferably 10 μm to 100 μm. The length of the narrow groove-shaped through-hole is preferably about 5 mm to 150 mm, more preferably 5 mm to 20 mm, and still more preferably 5 to 10 mm.
Note that, depending on the shape and size of the narrow groove-shaped through-hole and the through-hole for forming the liquid reservoir, the through-hole for forming the narrow groove and the through-hole for forming the liquid reservoir may be unified, and the boundary may not be clear. Yes, such an embodiment is also included in the scope of the present invention. As such an embodiment, for example, there is a case where the shape of the through-hole for forming the liquid pool portion is a prismatic shape, and the inner diameter of the through-hole for forming the liquid pool portion matches the width of the narrow groove-shaped through hole. Can be.
[0033]
In the electrophoresis chip of the present invention, the number of narrow groove-shaped through holes provided in the flat intermediate member is not particularly limited, and may be one as shown in FIGS. 1 and 2, As shown in FIGS. 6 to 8, the number may be two or more. When a plurality of narrow groove-shaped through holes are provided, it is possible to simultaneously separate a plurality of substances to be separated. When a plurality of narrow groove-shaped through holes are provided, it is preferable that they are formed in parallel and arranged substantially in parallel from the viewpoint of analysis sensitivity.
[0034]
Also, the number of through-holes for forming a liquid pool portion provided in the flat intermediate member and the flat cover member is different from the number of through-holes for forming the liquid pool portion provided in the flat intermediate member and the number of through-holes formed in the flat cover member. There is no particular limitation as long as the number of through-holes is the same, and each is two or more. In the electrophoresis chip of the present invention, each of the liquid reservoir forming through holes provided in the plate-shaped intermediate member is provided in at least one other plate-shaped intermediate member through at least one narrow groove-shaped through hole. Is connected to the through hole for forming the liquid reservoir. As a combination of the through-hole for forming the liquid reservoir portion and the through-hole having a narrow groove provided in the plate-like intermediate member, various modes can be given as shown in FIG. 1 or FIGS.
[0035]
For example,
As shown in FIG. 1, a combination of one narrow groove-shaped through hole 6 and two through holes 5a and 5b for forming a liquid reservoir connected to both ends thereof;
As shown in FIG. 6, a plurality of (for example, three in FIG. 6) narrow groove-shaped through-holes 61a, 61b, and 61c, and a plurality of (for example, FIG. (In total, six) through holes 51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f in combination with the liquid reservoir forming holes;
As shown in FIG. 7, two pairs of through-holes 52a and 52b for forming a liquid reservoir and a plurality of (for example, three in FIG. 7) narrow groove-like through-holes 62a, 62b and 62c connecting the through-holes are formed. combination;
As shown in FIG. 8, a plurality of (for example, three in FIG. 8) narrow groove-shaped through holes 63a, 63b, and 63c, and a plurality (for example, four in FIG. 8 in total) of through-holes for forming a liquid reservoir portion. And one end of each of the narrow groove-shaped through holes is connected to one and the same through hole 53a for forming a liquid pool portion, and the other end portion is formed of a separate liquid pool. Combination to connect with the through holes 53b, 53c, 53d for forming the part
And the like.
[0036]
When a plurality of different sample liquids are simultaneously separated, it is preferable that the liquid reservoirs for supplying and discharging the sample liquid are separately prepared for each sample liquid. It is preferable that two or more narrow groove-shaped through-holes that also serve as a liquid reservoir are formed with independent through-holes for forming a liquid reservoir portion at both ends (for example, an embodiment shown in FIG. 6).
[0037]
The method for forming the through hole for forming the liquid reservoir and the through hole having a narrow groove shape is not particularly limited, and they may be formed separately (in this case, either may be formed first). Although it is possible, a method of forming both at the same time by one molding is simple and preferable because the number of steps is reduced. For example, a method of performing injection molding, injection molding, or press molding using a metal mold is preferable because a product having high productivity and having high reproducibility in both dimensions and shape can be obtained.
[0038]
The electrodes 7a and 7b formed on the flat cover member 1 are used to separate a sample by moving a flow path formed by the narrow groove-shaped through-holes 6 by applying a voltage and moving a sample to be separated by a potential difference. The liquid reservoirs at both ends of the introduction flow path and the separation flow path of the sample liquid or the separation medium, that is, the inner wall of the through hole for forming the liquid reservoir formed in the flat cover member, or the inner wall and the vicinity thereof Can be formed.
In the electrophoresis chip of the present invention, when mechanical strength (for example, rigidity) is required, the surface of the flat cover member 1 opposite to the surface in contact with the flat intermediate member, or A reinforcing flat member can be provided on one or both surfaces of the flat base member 3 opposite to the surface in contact with the flat intermediate member. In the case where the reinforcing flat member is provided on the flat cover member side, the through holes corresponding to each of the through holes for forming the liquid pool portion provided on the flat cover member (that is, the liquid pool provided on the flat cover member). It is necessary to provide a through-hole capable of forming a liquid pool together with the through-hole for forming a portion) also in the reinforcing plate-shaped member. When the reinforcing flat member is provided on the flat cover member side, an electrode can be provided on the surface of the reinforcing flat member.
[0039]
In the electrophoresis chip of the present invention, from the viewpoint of moldability or handleability, the electrode is formed as a through hole for forming a liquid pool portion of the flat cover member (when a reinforcing flat member is provided on the flat cover member side). Is preferably formed on the inner wall of the through-hole provided in the reinforcing flat member and its peripheral portion.
[0040]
The voltage can be applied to the electrode by using a wiring of platinum or the like from a high voltage supply source (for example, a battery or a power supply), but from the viewpoint of simplicity of operation, a flat cover member ( When a reinforcing flat member is provided on the flat cover member side, an electric circuit (for example, a conductive wire, conductive ink, or conductive paste, etc.) is further formed on the surface of the reinforcing flat member. Is preferred. The electric circuit needs to be formed close to the electrodes.
In the electrophoresis chip of the present invention, the flat cover member and the flat base member are bonded to the narrow groove-shaped through-hole forming surface of the flat intermediate member. In some cases, completeness occurs, and the problem of liquid leakage is likely to occur. Therefore, it is preferable that the electric circuit is formed on the surface of the plate-shaped cover member on the side opposite to the surface on which the narrow groove-shaped through holes are formed.
[0041]
The method for forming the electrodes and the electric circuit is not particularly limited, and various conventionally known methods, for example, a plating method, a printing method, a vapor deposition method, and an adhesion method can be applied. When the flat cover member (the reinforcing flat plate member is provided on the flat cover member side) is a transparent resin, the plating method is difficult to handle in terms of protection against a chemical solution and the like. From the viewpoint of productivity, a printing method or a vapor deposition method is preferable. In particular, in the case of forming on the inner wall of the through hole for forming a liquid reservoir, a vapor deposition method, for example, vacuum vapor deposition, sputtering, or ion plating is preferable.
[0042]
The electrode and the electric circuit can also be formed as an integrated product in which both are integrated. The material of the electrode and the electric circuit is not particularly limited as long as it is a conductive material, and examples thereof include gold, silver, copper, platinum, aluminum, carbon, and stainless steel.
The material of the electrode is a material having good corrosion resistance, such as gold, silver, platinum, carbon or Stainless steel or the like is preferred. Considering that the device is a disposable device, carbon or stainless steel is preferable from the viewpoint of economy.
Further, the material of the electric circuit is preferably copper or aluminum from the viewpoint of cost and ease of use. When the flat cover member is made of resin, a silver paste or the like using a resin binder having good adhesion to the resin is preferable.
[0043]
The thicknesses of the electrodes and the electric circuit are not particularly limited as long as they do not hinder energization. For example, in the case of a conductive film formed by a printing method, the thickness is preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 μm to 50 μm. In the case of a metal film for sputtering or ion plating, the thickness is preferably 0.005 μm to 20 μm, and more preferably 0.01 μm to 5 μm. In the case of bonding a stainless steel film, the thickness is preferably 200 μm or less.
The width of the electric circuit is preferably 0.1 mm to 20 mm, more preferably 0.5 mm to 10 mm, and still more preferably 1 to 5 mm. The width of the electrode is preferably 1 mm to 2 mm.
[0044]
In the electrophoresis chip of the present invention, electrodes can be provided on the chip itself, or no electrodes can be provided on the chip itself. When electrodes are formed on the flat cover member (or when the reinforcing flat plate member is provided on the flat cover member side), the electrodes can be easily electrophoresed without performing the conventional cumbersome electrode connection work. This is preferable because the electrode on the chip for use can be brought into contact with the wiring. Further, when an electric circuit is formed in the flat cover member (in the case where a reinforcing flat member is provided on the flat cover member side, an electric circuit is formed), the wiring is further simplified, This is more preferable because the wiring does not directly touch the sample solution, so that washing for each analysis is not required.
When electrodes are not provided on the chip itself, for example, electrophoresis can be performed by providing an electrode for electrophoresis in a device for electrophoresis that can be inserted into the liquid reservoir of the chip for electrophoresis of the present invention.
[0045]
In the electrophoresis chip of the present invention, for example, a separation medium containing, for example, an electrophoresis buffer and / or a polymer for molecular sieving is preliminarily provided in a channel formed from the narrow groove-shaped through-hole of the plate-shaped intermediate member. Can be filled.
As the support for the separation medium, for example, a polymer gel such as agar, starch, acrylamide, or agarose can be used.
[0046]
Further, the separation medium may contain, for example, a hydrophilic polymer compound capable of forming a sol, or a low molecular compound capable of imparting high viscosity.
Examples of the sol-formable hydrophilic polymer compound include, for example, linear polymers (for example, linear polyacrylamide, linear hydroxyethylcellulose, linear hydroxypropylmethylcellulose, linear hydroxypropylcellulose, Examples thereof include straight-chain methylcellulose, straight-chain polyethylene glycol, straight-chain polyethylene oxide, and polyvinyl alcohol), and natural polymers (for example, mannan, curdlan, cellulose, or agarose). When agarose is used as a hydrophilic polymer compound capable of forming a sol, the agarose is used at a concentration lower than the gelling concentration.
Examples of the low-molecular compound capable of imparting high viscosity include urea or derivatives thereof, polyhydric alcohols (eg, glycerin), and oligosaccharides (eg, cellobiose).
[0047]
In the method for producing an electrophoresis chip according to the present invention, a flat cover member having a through hole for forming a liquid reservoir, a flat intermediate member having a through hole for forming a narrow groove and a through hole for forming a liquid reservoir, and a flat plate The base member is joined in this arrangement order in a state of being superposed in three layers. As a method of joining these flat members, the opening of the narrow groove-shaped through hole of the flat intermediate member is closed by the flat cover member and the flat base member to form a flow path, and In particular, if the liquid reservoir portion forming through hole of the cover member is connected to the liquid reservoir portion forming through hole of the plate-shaped intermediate member, and further closed by the plate-shaped base member to form a liquid reservoir portion, Although there is no limitation, for example, a method of press-contacting the surfaces facing each other mechanically, a method of bonding using an adhesive, a method of heat-sealing a flat member, and the like can be given.
[0048]
In the case where the flat intermediate member is thin and has elasticity, for example, the flat intermediate member is pressed and fixed by the flat cover member and the flat base member, or the flat intermediate member is displaced (compressed). A tight seal around the narrow groove-shaped through-hole can be easily formed by a method such as fixing in a state.
When joining the plate-shaped intermediate member and the plate-shaped cover member by bonding, there is a concern that the adhesive may flow in depending on the size of the narrow groove-shaped through-hole, and the conduit may be lost or greatly changed. Special care must be taken for application.
Since the plate-shaped intermediate member has both the through hole for forming a liquid reservoir portion and the through hole having a narrow groove shape, a microchip in which a conventionally known member having a groove and a member having a liquid reservoir hole are bonded together (for example, Compared with the microchip described in JP-A-2001-157855, the trouble of adjusting the position of the groove and the hole can be omitted. In the manufacturing method of the present invention, the positioning at the time of joining the plate-shaped intermediate member and the plate-shaped cover member does not need to be so precise, so that the work is easy and the design and selection with high flexibility are possible. . In addition, there is an advantage that reproducibility is high and analysis accuracy is improved.
[0049]
When the flat intermediate member and the flat base member are joined by heat fusion, it is preferable to use a film-shaped sealing member as the flat base member. The film can be heat-sealed with a small amount of heat by making it thin, and the small amount of heat hardly causes deformation of the narrow groove-shaped through-hole. Further, from the viewpoint of noise reduction at the time of detection by fluorescence or UV absorption, the film is preferably used. Even when the narrow groove-shaped through-hole is a fine groove, a film-shaped sealing member is suitable.
[0050]
In the method for producing an electrophoresis chip according to the present invention, when the electrophoresis chip has an electrode (and further, an electric circuit if desired), the present invention is not limited thereto. Can be mentioned. For example, a method in which a flat cover member to which electrodes (and further an electric circuit is attached, if necessary) are attached and a flat intermediate member, and a flat base member is bonded thereto, a flat base member and a flat intermediate member, A flat cover member formed with electrodes (and, if desired, an electric circuit) in accordance with the through-hole for forming the liquid pool portion of the flat intermediate member, or a flat cover member, a flat plate, or the like. After joining the plate-shaped intermediate member and the plate-shaped base member, a method of forming an electrode (and further, an electric circuit if desired) on the surface opposite to the joint surface of the plate-shaped cover member can be used. Here, the formation of the electric circuit is preferably performed as the last step after joining the plate members and attaching the electrodes from the viewpoint of circuit protection.
[0051]
The device for electrophoresis of the present invention is not particularly limited as long as it includes the chip for electrophoresis of the present invention.In addition to the chip for electrophoresis of the present invention, for example, the separation flow of a sample containing a substance to be separated is performed. A means for applying a voltage to an electrode (and, if desired, an electric circuit) for applying a potential difference to both ends of the path to cause the separation target substance to electrophorese, a means for irradiating the separation target substance with light, and a separation target substance Means for analyzing the detection light from the detector or means for positioning the electrophoresis chip. In this specification, “analysis” includes “measurement” for quantitatively or semi-quantitatively determining the amount of an analyte (for example, detection light) and “measurement” for determining the presence of an analyte (for example, detection light). Both "detection" for determining the presence or absence are included.
[0052]
One embodiment of the electrophoresis device of the present invention is schematically shown in FIG. An electrophoresis apparatus 10 of the present invention shown in FIG. 3 includes an electrophoresis chip 11 of the present invention, a stage 12 for arranging the electrophoresis chip, a light source 13 provided below the stage, It includes a digital still camera 14 and a close-up lens 15 provided above the migration chip.
[0053]
The means for applying a voltage is, for example, a means including a power source (for example, a battery or a power supply) for generating a voltage and a wiring. From the viewpoint of miniaturizing the apparatus, the electrophoretic device of the present invention is used. It is preferred to be integrated into the device for use. Alternatively, the power supply and the electrophoresis apparatus of the present invention may be separately prepared without being integrated.
[0054]
The means for irradiating the analysis target substance with light is not particularly limited as long as it has at least a light source for generating light, and a light condensing means for efficiently irradiating light emitted from the light source. Preferably, it further comprises means. This part is usually not disposable. However, considering the purpose of the device of the present invention, a device not large-scale is desirable.
The performance of the light source is not particularly limited, and examples thereof include a mercury lamp, a QI lamp (quartz-iodine lamp), a photodiode, a light emitting diode (LED), and an EL (electroluminescence). Further, a laser light source can also be used.
[0055]
The light collecting means is not particularly limited, and examples thereof include a dichroic mirror, an optical filter, a lens (for example, an objective lens, a prism lens, or a microlens), and an optical fiber. They can be used in combination.
When a lens is used as the light condensing means, either a spherical lens or an aspherical lens can be used.However, from the viewpoint of easy focusing, when the light condensing area is small, an aspherical lens is preferable. One or two or more lenses can be used depending on the condensing area.
When irradiating with excitation light, it is preferable to use a dichroic mirror or an optical filter.
When a laser light source is used, it is preferable to provide a plurality of prism lenses and enlarge the dot-like laser light source so as to include all scanning lines.
[0056]
The means for analyzing the detection light from the substance to be analyzed is not particularly limited as long as it has at least a photodetector.From the viewpoint of measurement sensitivity, it may further include a light condensing means. preferable. When the excitation light is applied, the light to be detected becomes fluorescent light.
The photodetector is not particularly limited, and examples thereof include a fluorescence detector, a photomultiplier (photomultiplier), a CCD, and a photodiode. There is no particular limitation on the light condensing means, but examples thereof include a dichroic mirror, an optical filter, and a lens (for example, a spherical or aspherical lens, a microlens, or the like). The detection light analyzing means which can be used most simply is, for example, a combination of a commercially available digital camera and a close-up device, or a combination of a microscope and a digital camera.
[0057]
The means for positioning the electrophoresis chip is not particularly limited. For example, a positioning shape designed to match the shape of the electrophoresis chip (for example, a protrusion, a dent, a hole, or a pin), Examples thereof include a coil and a spring-like substance. One of these may be used alone, or a plurality of them may be provided, or a plurality of kinds of means may be provided in parallel, and they can be used as needed. However, they do not need to be precise, and a register line may be attached to a part of the electrophoresis tank.
[0058]
The electrophoresis apparatus of the present invention may include a means for moving the electrophoresis chip so that the analysis can be performed by moving the electrophoresis chip. Further, a moving unit may be provided in a unit for irradiating light and / or a unit for measuring detection light so that the positions of the light irradiation unit and the detection unit can be changed. An analyzer for analyzing the measured detection light can be integrated inside the device, or can be provided connected to the outside.
[0059]
It is preferable that the chip for electrophoresis of the present invention is simply set and positioned on the apparatus for electrophoresis. The electrophoresis chip is usually positioned by bringing the end face of the flat cover member into contact with the positioning means of the electrophoresis apparatus. In order to fix the electrophoresis chip so that it does not move during measurement, it is preferable to have a positioning means not only on the electrophoresis device side but also on the electrophoresis chip side. In this case, it is effective that the shape of the positioning means of the electrophoresis apparatus matches the shape of the positioning means of the electrophoresis chip. The means for positioning the electrophoresis chip is not particularly limited. For example, the plate-like cover member has at least one of a protrusion, a hole, and a hole for positioning. Is preferred. The size of the projection, dent, or hole can be arbitrarily designed, but in the case of a single shape, for example, an inner diameter of about 1 to 5 mm, and in the case of a linear shape, a width of 1 to 1 It is preferably about 3 mm.
[0060]
In the separation method of the present invention, the electrophoresis chip of the present invention or the electrophoresis apparatus of the present invention is used. The substance to which the separation method of the present invention can be applied is not particularly limited as long as it is a substance that can be electrophoresed, and is applicable to both charged substances and electrically neutral substances. can do.
[0061]
Examples of the chargeable substance include a chargeable compound and a chargeable particle. Examples of the charged compound include a charged low-molecular compound (for example, a low-molecular ion, an organic acid, or an amino acid) or a charged high-molecular compound (for example, a protein, a nucleic acid, or a sugar). it can. Examples of the charged particles include biological particles (eg, viruses or cells), natural or synthetic polymer compound particles (eg, latex, cross-linked dextran, or cellulose, etc.), or inorganic compound particles [eg, silica gel. (Or aerosil), colloidal gold, pigments and the like].
[0062]
Examples of the electrically neutral substance include, for example, alcohols and esters. As a method for separating an electrically neutral substance, for example, micellar electrokinetic chromatography can be mentioned. By adding an ionic surfactant micelle to the electrophoresis solution and performing electrophoresis, an electrically neutral substance can be obtained. Sexual substances can be separated.
[0063]
Further, according to the separation method of the present invention, it can be applied to separation of latex beads sensitized with a protein. Specifically, for example, a separation medium (for example, a separation buffer, a separation polymer gel, and / or a separation electroconvergence buffer, etc.) is provided in the flow path of the electrophoresis chip of the present invention. And a latex bead, which is a substance to be separated, can be separated by moving a potential difference in the separation medium by filling a mixed solution of the mixture and the sensitized latex and applying a voltage to both ends of the flow path.
[0064]
When a sample containing the substance to be separated is filled in the flow path of the electrophoresis chip, according to a known filling method, for example, it can be filled in the form of a mixture with a separation medium, or can be used for separation. After the medium is filled in the channel in advance, only the sample can be filled alone.
In order to fill the mixture of the separation medium and the sample into the flow path of the electrophoresis chip, for example, from the liquid storage portion of the liquid storage portion forming through hole of the flat cover member, via the separation medium, It can be introduced into the channel. Such an introduction method is not particularly limited, but includes, for example, a method utilizing a capillary phenomenon, a pressure injection method using a syringe, or the like, or a method in which a medium dropped in one liquid reservoir portion is filled in another liquid reservoir. And a pressure reducing injection method in which the pressure is reduced by using a water flow pump or a vacuum pump from the section. Excess solution existing outside the flow path can be removed with, for example, a trace pipette. At this time, it is important to prevent other contaminants such as bubbles and dust from entering the flow path.
[0065]
As described above, the substance to be separated is mixed with the separation medium in advance, and a predetermined amount (that is, the capacity of the flow path) can be introduced into the separation flow path by an appropriate introduction method. In this case, the introduction amount is very accurate as compared with a case where the sample is filled alone, which will be described later.
[0066]
Further, in the separation method of the present invention, even when only the sample is filled alone, the sample is filled in the liquid pool portion of the through hole for forming the liquid pool portion of the flat cover member, and a voltage is applied for a predetermined time. Thus, the sample can be introduced into the separation channel.
[0067]
The substance to be separated subjected to electrophoretic separation using the electrophoresis chip of the present invention can be analyzed (detected or measured) by utilizing, for example, its optical characteristics, electrochemical characteristics, and the like. For example, nucleic acid fragments such as DNA and RNA can be detected by measuring absorbance using the UV absorption properties of nucleic acid molecules, or by labeling nucleic acid molecules with a fluorescent dye and measuring fluorescence. Can be separated and the size of the fragment analyzed.
[0068]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but these do not limit the scope of the present invention.
Embodiment 1
<< Preparation of electrophoresis chip (1) >>
The electrophoresis chip of the present invention can be formed, for example, by bonding a film or thin plate coated with an adhesive to a plastic (polystyrene) flat plate in which various narrow grooves or narrow tanks are formed. In this example, an electrophoresis chip having the shape shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured.
Specifically, one narrow groove-shaped through hole having a width of 200 μm, a depth of 50 μm, and a length of 18 mm is formed in the plate-like intermediate member as a separation channel, and the inner diameter is 2 mm at both ends. Was formed. In the flat cover member, a cylindrical through hole having an inner diameter of 2 mm was formed at a position corresponding to the cylindrical through hole of the flat intermediate member. Subsequently, the narrow groove-shaped through-hole formed on the plate-shaped intermediate member was joined and sealed with a plate-shaped cover member and a plate-shaped base member, thereby producing an electrophoresis chip of the present invention.
[0069]
Embodiment 2
<< Separation of protein solution by isoelectric focusing (1) >>
In this example, a commercially available isoelectric point standard protein solution was separated using the electrophoresis chip of the present invention prepared in Example 1.
Specifically, 4 volumes of an electrophoresis buffer containing 0.5% hydroxypropylmethylcellulose (manufactured by Sigma) and 5% ampholine (pH 3.5-10; manufactured by Amersham Biosciences) and a storage isoelectric point standard protein 0.5 μL of a sample solution mixed with 1 volume of a solution (IEF standard; manufactured by Bio-Rad) is dropped from one of the liquid pools of the electrophoresis chip, and the pressure is reduced from the other liquid pool. Inside. The above-mentioned isoelectric point standard protein solution for storage includes phycocyanin (pI = 4.45, 4.65, 4.75; blue), myoglobin (pI = 6.8, 7.0; brown), hemoglobin A (pI = 7.1; red), hemoglobin C (pI = 7.5; red), and cytochrome c (pI = 9.6; red) and β-lactoglobulin B (pI = 5. 1) Colorless proteins of bovine carbonic anhydrase (pI = 6.0), human carbonic anhydrase (pI = 6.5), and lentil lectin (pI = 7.8, 8.0, 8.2) And is contained.
[0070]
The sample liquid remaining in the liquid reservoir was removed, and a 10 mmol / L phosphoric acid aqueous solution was dispensed as an anolyte into one liquid reservoir, and a 40 mmol / L sodium hydroxide aqueous solution was dispensed as a catholyte into the other liquid reservoir. Isoelectric focusing was performed by applying a voltage of 444 V / cm to both ends of the capillary. The separated colored proteins were photographed and recorded at regular intervals by a digital still camera (RICHO RR1; manufactured by Ricoh Co., Ltd.). After the experiment, the electrophoresis image was analyzed using an image analysis program (Scion Image β4.02; manufactured by Scion Corporation).
[0071]
The results are shown in FIGS. FIG. 4 is a photograph instead of a drawing, showing electrophoretic images recorded over time at 10-second intervals by a digital still camera. FIG. 5 is a densitometric diagram obtained by computer processing of the electrophoretic image. It is.
4 and 5, the left end of each electrophoresis image or densitometry corresponds to a liquid reservoir filled with an anolyte (10 mmol / L phosphoric acid aqueous solution), and the right end is a catholyte (40 mmol). / L sodium hydroxide aqueous solution).
The numbers shown in FIGS. 4 and 5 indicate the elapsed time since the start of the electrophoresis, and the unit is “minute” and “second”. For example, the number “1:30” indicates that 1 minute and 30 seconds have elapsed since the start of electrophoresis.
[0072]
As is clear from FIGS. 4 and 5, the protein separation was completed in a short time of 2 minutes or less. In the case of a normal polyacrylamide-coated capillary (inner diameter = 75 μm, length = 500 mm), it takes 11 minutes to converge to the isoelectric point and 10 minutes or more to move the converged band to the detector. Was.
[0073]
Embodiment 3
<< Preparation of electrophoresis chip (2) >>
The chip for electrophoresis of the present invention is formed, for example, by bonding a film or thin plate coated with an adhesive to a flat plate made of PMMA (polymethyl methacrylate) in which various narrow grooves or narrow tanks are formed. Can be. In this example, an electrophoresis chip having the shape shown in FIGS. 1 and 2 and having a size different from that of Example 1 was produced.
Specifically, a single narrow groove-shaped through hole having a width of 100 μm, a depth of 50 μm, and a length of 6.5 mm is formed as a separation channel in the plate-shaped intermediate member. A cylindrical through-hole having an inner diameter of 3.5 mm was formed. A cylindrical through-hole with an inner diameter of 3.5 mm was formed in the plate-shaped cover member at a position corresponding to the cylindrical through-hole of the plate-shaped intermediate member. Subsequently, the narrow groove-shaped through-hole formed on the plate-shaped intermediate member was joined and sealed with a plate-shaped cover member and a plate-shaped base member, thereby producing an electrophoresis chip of the present invention.
[0074]
Embodiment 4
<< Separation of protein solution by isoelectric focusing (2) >>
Using the electrophoresis chip of the present invention prepared in Example 3, isoelectric focusing was performed on the same sample solution used in Example 2. A 5 mmol / L phosphoric acid aqueous solution was used as an anolyte and a 20 mmol / L sodium hydroxide aqueous solution was used as a catholyte, and a voltage of 450 V / cm was applied to both ends of the capillary.
[0075]
The results are shown in FIGS. The recording of the electrophoresis image and the computer processing were performed in the same manner as in Example 2. As is clear from FIGS. 9 and 10, the protein separation was completed in a short time of 1 minute or less.
[0076]
【The invention's effect】
The electrophoresis chip of the present invention is extremely inexpensive and is suitable for mass production. Therefore, it is suitable for use only for one-time analysis and disposal, that is, for disposable use.
[0077]
Further, according to the electrophoresis chip of the present invention, since a three-layer structure is employed, the separation accuracy can be improved at extremely low cost without employing a complicated manufacturing process.
For example, by forming the plate-like intermediate member from a material through which light does not transmit, the narrow groove-shaped through-hole can have a function as a slit, and therefore, the effect of stray light from the surroundings is reduced, and the target substance is reduced. Can be increased in detection sensitivity.
In addition, since the depth of the flow path can be easily adjusted by changing the thickness of the flat intermediate member, for example, a narrow groove deeper than the width of the flow path can be easily formed. For this reason, in optical detection, the optical path length can be made longer than the conventional wide flow path, and the detection sensitivity is expected to be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of an electrophoresis chip according to the present invention in a state where it is separated into a flat cover member, a flat intermediate member, and a flat base member.
FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the electrophoresis chip 11 according to the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of an apparatus for continuously recording an electrophoretic image.
FIG. 4 is a photograph instead of a drawing, showing an electrophoretic image recorded over time with a digital still camera in Example 2.
FIG. 5 is a densitometry diagram obtained by computer processing of the electrophoresis image shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing a combination of a through-hole for forming a liquid reservoir and a narrow groove-like through-hole provided in a flat intermediate member.
FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing another combination of a through-hole for forming a liquid reservoir and a through-hole having a narrow groove provided in a flat intermediate member.
FIG. 8 is a schematic plan view schematically showing still another combination of a through hole for forming a liquid reservoir portion and a through hole having a narrow groove provided in a flat intermediate member.
FIG. 9 is a photograph instead of a drawing, showing an electrophoretic image recorded over time by a digital still camera in Example 4.
FIG. 10 is a densitometric diagram obtained by computer processing of the electrophoretic image shown in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 ... flat cover member; 2 ... flat intermediate member;
3 ... flat base member; 4 ... through hole for forming a liquid reservoir;
5 ... through-hole for forming a liquid pool portion; 6 ... through-hole with a narrow groove; 7 ... electrode;
8: electric circuit; 9: liquid reservoir; 10: electrophoresis device;
11: electrophoresis chip; 12: stage; 13: light source;
14: Digital still camera; 15: Close-up lens.

Claims (18)

平板状ベース部材と、その一方の表面上に設けた平板状中間部材と、その平板状中間部材において前記平板状中間部材が前記平板状ベース部材と接触する反対側の表面上に設けた平板状カバー部材とを含み、
前記平板状中間部材が、その厚さ方向に貫通する少なくとも1つの細溝状貫通孔と、前記細溝状貫通孔の両端にそれぞれ設けられ、且つ平板状中間部材の厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔とを有し、
前記平板状カバー部材が、前記平板状中間部材に設けた前記液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成している、平板状カバー部材の厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔を有し、
前記平板状中間部材に設けた前記細溝状貫通孔及び前記液溜まり部形成用貫通孔が、前記平板状ベース部材との接触によって、それぞれの一方の開口部が封止されており、
前記平板状中間部材に設けた前記細溝状貫通孔のもう一方の開口部が、前記平板状カバー部材との接触によって封止されている
ことを特徴とする、前記電気泳動用チップ。
A flat base member, a flat intermediate member provided on one surface thereof, and a flat plate provided on the opposite surface of the flat intermediate member where the flat intermediate member comes into contact with the flat base member Including a cover member,
The plate-shaped intermediate member is provided at at least one narrow groove-shaped through hole penetrating in the thickness direction thereof, and a liquid provided at both ends of the narrow groove-shaped through hole, and penetrating in the thickness direction of the plate-shaped intermediate member. And a through hole for forming a reservoir,
A liquid reservoir penetrating in the thickness direction of the flat cover member, wherein the flat cover member forms a liquid pool portion together with the liquid reservoir forming through hole provided in the flat intermediate member. Having a through hole for forming a part,
The narrow groove-shaped through hole and the liquid reservoir forming through hole provided in the plate-shaped intermediate member are in contact with the plate-shaped base member, one opening of each of which is sealed,
The electrophoresis chip, wherein the other opening of the narrow groove-shaped through-hole provided in the flat intermediate member is sealed by contact with the flat cover member.
平板状カバー部材の、平板状中間部材と接触する表面とは反対側の表面上に、前記平板状カバー部材に設けた液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成する、厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔を設けた補強用平板状部材を有するか、及び/又は、平板状ベース部材の、平板状中間部材と接触する表面とは反対側の表面上に、補強用平板状部材を有する、請求項1に記載の電気泳動用チップ。On the surface of the plate-shaped cover member opposite to the surface in contact with the plate-shaped intermediate member, a liquid pool portion is formed together with the liquid reservoir portion forming through hole provided in the plate-shaped cover member, It has a reinforcing plate-shaped member provided with a through-hole for forming a liquid reservoir portion penetrating in the thickness direction, and / or on a surface of the plate-shaped base member opposite to a surface in contact with the plate-shaped intermediate member. 2. The electrophoresis chip according to claim 1, further comprising a reinforcing flat member. 平板状カバー部材に、電極を有する、請求項1に記載の電気泳動用チップ。The electrophoresis chip according to claim 1, wherein the plate-like cover member has an electrode. 平板状カバー部材の平板状中間部材と接触する表面とは反対側の表面上に設けた補強用平板状部材に、電極を有する、請求項2に記載の電気泳動用チップ。The electrophoresis chip according to claim 2, wherein the reinforcing plate member provided on the surface of the plate cover member opposite to the surface in contact with the plate intermediate member has an electrode. 平板状中間部材が、光が透過しない部材からなる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気泳動用チップ。The electrophoresis chip according to any one of claims 1 to 4, wherein the flat intermediate member is made of a member through which light does not pass. 平板状ベース部材又は平板状カバー部材のいずれか一方が、紫外線照射によって発光する物質を含有した部材からなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電気泳動用チップ。The electrophoresis chip according to any one of claims 1 to 5, wherein one of the flat base member and the flat cover member is formed of a member containing a substance that emits light when irradiated with ultraviolet light. 平板状ベース部材、平板状中間部材、又は平板状カバー部材の少なくとも1つの平板状部材の材質が、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリ塩化ビニル系樹脂である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電気泳動用チップ。The material of at least one of the flat base member, the flat intermediate member, and the flat cover member is an acrylic resin, a styrene resin, an epoxy resin, or a polyvinyl chloride resin. An electrophoresis chip according to any one of claims 1 to 6. (1)厚さ方向に貫通する少なくとも1つの細溝状貫通孔と、前記細溝状貫通孔の両端にそれぞれ設けられ、且つ厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔とを有する平板状中間部材と、(2)前記平板状中間部材に設けた前記液溜まり部形成用貫通孔と一緒になって液溜まり部を形成可能な、厚さ方向に貫通する液溜まり部形成用貫通孔を有する平板状カバー部材と、(3)平板状ベース部材とを、
前記平板状カバー部材が、前記平板状中間部材の一方の表面と接触し、しかも、前記平板状ベース部材が、前記平板状中間部材のもう一方の表面と接触するように、接合することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電気泳動用チップの製造方法。
(1) A flat plate having at least one narrow groove-shaped through hole penetrating in the thickness direction, and a liquid reservoir portion forming through hole provided at both ends of the narrow groove-shaped through hole and penetrating in the thickness direction. And (2) a through hole for forming a liquid reservoir portion, which can be formed together with the through hole for forming a liquid reservoir portion provided in the plate-like intermediate member and which penetrates in the thickness direction. And (3) a flat base member,
The flat plate-shaped cover member is in contact with one surface of the flat-shaped intermediate member, and the flat-plate base member is joined so as to be in contact with the other surface of the flat-shaped intermediate member. The method for producing an electrophoresis chip according to claim 1.
電極を、印刷、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、又は接着により形成することを特徴とする、請求項3又は4に記載の電気泳動用チップの製造方法。The method for producing an electrophoresis chip according to claim 3, wherein the electrode is formed by printing, vacuum deposition, sputtering, ion plating, or adhesion. 平板状部材の接合が、接着剤による接着、及び/又は、平板状ベース部材、平板状中間部材、又は平板状カバー部材の少なくとも1つの熱融着によりなされる、請求項8又は9に記載の製造方法。The joining of the flat members is performed by bonding with an adhesive and / or heat fusion of at least one of a flat base member, a flat intermediate member, and a flat cover member. Production method. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電気泳動用チップを含む、電気泳動用装置。An electrophoresis device, comprising the electrophoresis chip according to claim 1. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電気泳動用チップを用いることを特徴とする、物質の分離方法。A method for separating a substance, comprising using the chip for electrophoresis according to claim 1. 請求項11に記載の電気泳動用装置を用いることを特徴とする、物質の分離方法。A method for separating a substance, comprising using the electrophoresis apparatus according to claim 11. 前記物質が荷電性分子又は荷電性粒子である、請求項12又は13に記載の分離方法。14. The separation method according to claim 12, wherein the substance is a charged molecule or a charged particle. 分離用媒体の支持体として高分子ゲルを用いる、請求項12〜14のいずれ一項に記載の分離方法。The separation method according to any one of claims 12 to 14, wherein a polymer gel is used as a support for the separation medium. 分離用媒体が、ゾルを形成することのできる親水性高分子化合物、あるいは、高粘度を付与することのできる低分子化合物を含有する、請求項12〜14のいずれ一項に記載の分離方法。The separation method according to any one of claims 12 to 14, wherein the separation medium contains a hydrophilic polymer compound capable of forming a sol or a low molecular compound capable of imparting high viscosity. 親水性高分子化合物が、直鎖状ポリアクリルアミド、直鎖状ヒドロキシエチルセルロース、直鎖状ヒドロキシプロピルメチルセルロース、直鎖状ヒドロキシプロピルセルロース、直鎖状メチルセルロース、直鎖状ポリエチレングリコール、直鎖状ポリエチレンオキサイド、及びポリビニルアルコールからなる群から選んだ直鎖状高分子化合物、あるいは、マンナン、カードラン、セルロース、及びアガロースからなる群から選んだ天然高分子化合物である、請求項16に記載の分離方法。Hydrophilic polymer compound, linear polyacrylamide, linear hydroxyethyl cellulose, linear hydroxypropyl methylcellulose, linear hydroxypropyl cellulose, linear methyl cellulose, linear polyethylene glycol, linear polyethylene oxide, 17. The separation method according to claim 16, wherein the separation method is a linear polymer selected from the group consisting of polyvinyl alcohol and polyvinyl alcohol, or a natural polymer selected from the group consisting of mannan, curdlan, cellulose, and agarose. 高粘度を付与する低分子化合物が、尿素若しくはその誘導体、多価アルコール、又はオリゴ糖である、請求項16に記載の分離方法。17. The separation method according to claim 16, wherein the low molecular compound imparting high viscosity is urea or a derivative thereof, a polyhydric alcohol, or an oligosaccharide.
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