WO2005124332A1 - 電気泳動チップおよび電気泳動装置、ならびに電気泳動方法 - Google Patents

Abstract

　電気泳動チップ１１１のチャネル１０７に保液部１０８を設ける。また、電気泳動チップ１１１を内部に保持し、調湿液１１７を収容することにより電気泳動チップ１１１の温度を調整する機構を備えた電気泳動槽１１８を用いて電気泳動を行う。  

Description

明 細 書

電気泳動チップおよび電気泳動装置、ならびに電気泳動方法

技術分野

[0001] 本発明は、電気泳動チップおよびそれを用いた電気泳動装置、ならびに電気泳動 方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、マイクロエレクトローメカ-カルシステム（MEMS)技術の発展により、マイクロ 流体チップ内に作製したチャネルを用いて試料溶液に含まれるタンパク質や DNAを 電気泳動によって分離し、チップとオンラインで接続したエレクトロスプレーイオンィ匕 質量分析装置 (ESI— MS)を用いて分離したサンプルを分析するシステムの開発が 盛んに行われている。し力しながらタンパク質の同定において同じく代表的なマトリツ タス支援レーザー脱離イオン化質量分析装置 (MALDI— MS)とオンラインで接続 できるチップ、あるいはインターフェースの開発はあまり行われていない。これは MA LDI— MSの場合には、サンプルが乾燥しマトリックスと一緒に結晶化していることが 前提であり、一方でチップ内では液状のサンプルを扱っているため、乾燥工程を連 続的に取り扱うことが難しいためである。このような状況を打開するために、非特許文 献 1に、サンプル分離工程と MALDI— MSによる分析工程を分け、かつインターフ エースを揃えることによりオンライン接続に準ずる利便性を持ったシステムが記載され ている。

[0003] 非特許文献 1には、チップ内に作製された、シールされていない、すなわちチヤネ ル上面を開放構造とした溝状のチャネルを用いてマトリックスを含んだサンプルを分 離し、チャネル内の溶媒を乾燥、分離後のサンプルを結晶化してチャネル上に固定 化し、そのチャネルをレーザーでスキャンすることにより、分離したサンプルをレーザ 一脱離イオン化し、 MALDI MSで質量分析する方法が記載されて ヽる。

[0004] 非特許文献 1に開示の技術によれば、チャネルのサイズは、各々深さが 250 μ mま たは 200 /ζ πι、幅力 ^250 /ζ πιまたは 150 /z mとなって!/ヽる。これは、通常直径 100 m以下である ESI— MS接続チップのチャネルと比較して大き!/、。 ( 特許文献 l) Jun Liu, Ken Tseng, Ben Garcia, Carlito B. Lebrilla, Eric M ukerjee, Scott Collins, and Rosemary Smith, "Electrophoresis Separation in Open Microchannels. A Methode for Coupling Electrophoresis with MALDI— MS, "Analytical Chemistry, Vol. 73(2001), No. 9, pp.2147— 2151

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ここで、 MALDI— MSは ESI— MSと比較して感度力 mol〜pmol程度と高いこと が知られている。このため、 MALDI— MSに供する試料の調製には、本来、上述し た非特許文献 1の構成のように断面積の大き!/、チャネルを必要とはしな!/、。

[0006] ところが、このチップでチャネルの断面積を小さくした場合、普通の室内では、また は非特許文献 1記載の水冷による温度管理だけでは、チャネル内の溶媒が容易に 乾燥してしまうため、安定して試料溶液をチャネルに導入することができなカゝつた。特 に、 MALDI— MSに適用する場合、レーザ一径は 100 m程度であり、チャネルの 幅をこのレーザ一径未満にすると、有効なレーザーの照射面積が減少し、効率が低 下する懸念があった。

[0007] また、チャネルの断面積を小さくするために、チャネルの深さをより浅くすることが考 えられる。この場合、チャネルの幅は確保される。ところが、チャネルの深さを浅くする と、チャネルの体積と比較した溶媒の蒸発する表面積が増大してしまう。また、チヤネ ルの深さを浅くすると、液体を重力のみでチャネル内に保持することは難しくなり、容 易にチャネル外にあふれ出る懸念があった。また、試料溶液のボリュームを一定にし た状態で、分離能を向上させるためにチャネルを長くした場合にも、溶媒の蒸発する 表面積が増大してしまい、チャネル内に溶液を保持しておくことが困難であった。

[0008] また、上述した非特許文献 1に記載されて 、るように、ジュール熱を原因とする液体 サンプルの昇温により、サンプルが蒸発することがあった。また、液体への電極のコン タクトを安定ィ匕させるという点でも改善の余地があった。

[0009] このように、 MALDI— MSに適用される試料の分離を電気泳動にて行う場合、微 量の試料に対応するためにチャネルを小型化しょうとすると、安定的な分離に反する 要因となる。このため、電気泳動による微量の試料中の成分の分離と MALDI— TO FMSによる分析との両立は、上述した従来の方法によっては対応できておらず、従 来の方法とは異なる対応が求められる。

[0010] 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、微量の試料の電気 泳動を安定的に行う技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明の電気泳動チップは、

基板と、該基板の表面に設けられた試料泳動用のチャネルとを有し、

前記チャネルは、その上部が開放された開放部と、その底部に多数の突起部が規 則的に配置さている保液部と、を有し、

前記保液部が、電気泳動槽内での電気泳動操作時にも解放状態が維持されて ヽ る開放部内、またはその近傍に設けられている

ことを特徴とする。

[0012] 本発明の電気泳動装置は、上記構成の電気泳動チップが収容される電気泳動槽 と、前記電気泳動槽内の湿度を調整する調湿手段と、を備えることを特徴とする。

[0013] 本発明の電気泳動方法は、

上記構成の電気泳動装置を用いた試料の電気泳動方法であって、

前記電気泳動装置の有する電気泳動槽内に前記電気泳動チップを配置する工程 と、

前記調湿手段により前記電気泳動槽の内部の湿度を調整する工程と、 試料を前記チャネルに導入する工程と、

前記チャネルに電圧を印加して前記試料の電気泳動を行う工程と、

を有することを特徴とする。

発明の効果

[0014] 以上説明したように本発明によれば、チャネルに規則的な凹凸構造力もなる保液 部が設けられた電気泳動チップと調湿手段とを有する電気泳動装置を用いることに より、微量の試料の電気泳動を安定的に行う技術が実現される。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]実施形態 1に係るの電気泳動チップの構成を模式的に示す平面図である。

[図 2]図 1の A— A'断面図である。

圆 3]実施形態 1に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す断面図である。

〇

[図 4]実施形態 1に係る電気泳動装置の電気泳動槽の湿度変化を示す図である。

[図 5]実施例 1に係る電気泳動チップの上面像を示す図である。

[図 6]実施例 1に係る電気泳動チップのチャネルの構成を模式的に示す断面図であ る。

[図 7]実施例 1に係る電気泳動チップのチャネルの走査型電子顕微鏡像を示す上面 図である。

[図 8]実施例 1に係る電気泳動チップのチャネルの走査型電子顕微鏡像を示す斜視 図である。

[図 9]実施例 1に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す断面図である。

[図 10]実施形態 2に係る電気泳動チップを示す図である。

圆 11]実施形態 2に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す断面図である。 符号の説明

電気泳動テツプ

101 基板

102 第一の凹凸構造

103 親液性膜

104 平坦部

105 第二の凹凸構造

106 疎液性膜

107 チャネル

108 保液部

109 疎液部

110 電 5¾泳 装]^

111 電気泳動チップ

112 支持台

113 冷却加熱機構 114 支持板

115 温度センサ

116 温度調節装置

117 調湿液

118 電気泳動槽

119 冷却加熱機構

120 支持台

121 温度センサ

122 温度調節装置

123 断熱容器

124 内蓋

125 外蓋

126 キヤビラリ

127 電極

128 電源

129 フッ素榭脂膜

130 ねじ

131 ファン

132 熱伝導性ゲルシート

140 電気泳動テツプ

141 チャネル

142 リザーバ

143 リザーバ

144 ボトノレネック

145 ボトノレネック

146 リザーバ

147 チタン薄膜

148 金薄膜 150 電気泳動装置

161 貫通孔

162 調湿液槽

163 チップ設置槽

201、 202 蒸気圧調整のために設けられたチャネル

203、 204 揮発性の溶媒を保持しておくためのリザーバ

205、 206 電極液を保持しておくためのリザーバ

207、 208 塩橋

209、 210 試料を含む溶液導入部分

211 ガラス蓋

212 液冷用冷却板

213 冷却液循環用パイプ穴

214 パッキン

215 排気口

216 ガス導入口

発明を実施するための最良の形態

[0017] 本発明にかかる電気泳動チップは、基板と、該基板の表面に設けられた試料泳動 用のチャネルとを有し、チャネルはその底部に多数の突起部が規則的に配置さてい る保液部を有する。このチャネルは、電気泳動チップが電気泳動装置に設置されて 電気泳動を行う際に、その上面が開放された開放部を有する構造を採る。

[0018] 本発明の電気泳動チップでは、チャネル内の底部から突出する多数の突起が規則 的に配置された第一の凹凸構造力もなる保液部が設けられている。第一の凹凸構造 を設けることにより、チャネルの表面が平坦面である場合よりも液体保持力を高くする こと、すなわち見かけの親液性を高めることができる。このため、試料を含む液体を保 液部に安定的に保持することができる。また、このチップでは、第一の凹凸構造の表 面を通じて電気泳動チップとチャネルに導入された液体とが熱交換する構成となって いる。このため、本発明の電気泳動チップは、電気泳動時のジュール熱を原因とする チャネル中の試料を含む液体の昇温を緩和することができ、電気泳動を安定的に行 うことができる。前記第一凹凸構造は、親液性の表面を有する構成とすることができる

[0019] 本発明にお 、て、チャネルは基板表面から凹んだ底部及び側面を含む構造を有し 、その上面は、その少なくとも一部が、電気泳動装置内での電気泳動を行う際に開 放された状態となる構造を有する。例えば、後述するキヤビラリ（図 3参照)やリザーバ (図 11参照)を設置した際にも、チャネル上部が開放された開放部を有するようにチ ップを形成する。なお、このチェネルの開放部を部分的に設ける場合には、カバーな どによりチャネル上面を部分的に覆うことで開放部を部分的に形成することができる。 すなわち、チャネルの上面の一部または全面が開放部であってもよい。チャネルに 保液部が設けられているため、チャネルが開放部を有している場合にも、チャネル中 に確実に試料を含む液体を保持することが可能である。このため、安定的な電気泳 動が可能な構成となって 、る。

[0020] また、保液部は、チャネルに供給される試料を含む液体を受ける受容部（図 3にお けるキヤビラリの先端が配置される部分や、図 11におけるリザーバが配置された部分 )内、またはその近傍に設けられていることが好ましい。このような位置に保液部を設 けることで、供給された試料を含む液体を速やかにチャネル内に分配保持可能とな る。また、受容部を泳動用の通路部分よりも広くい領域を保液部として設け、保液部 の周囲を凹凸を設けない平端部として形成する構成も好ましい。例えば、図 5のリザ ーバ 146及び図 11のリザーバ 205、 208の配置位置（チャネル端部）にこの広く形成 した保液部を設け、その周囲 (チャネル端部力も通路中央方向へ保液部を有する場 合は、その部分を除く）を平坦部として形成することで、試料を含む液体のチャネル 内への供給をスムーズに行なうことが可能となる。

[0021] チャネルは基板表面に形成された溝として設けてもよい。チャネルの底部全面を保 液部としてもよい。

[0022] また、本発明において、チャネルは、保液部となる規則的に配置された凹凸構造を 有する構成であるため、単に基板の表面を粗面化するだけでは得ることができな 、。 この点については後述する。ここで規則的に配置された凹凸構造とは、凹凸構造の 形状、配置等が規則性を持って形成されており、ランダムな構造ではないことを意味 する。

[0023] チャネル内の電気泳動に用いる領域全体、例えばチャネル内のほぼ全面を第一凹 凸構造を有する保液部とすることができる。例えば、起点力 終点に向けて線状に伸 びるチャネルを用いた場合には、チャネルの一端の近傍力も他端の近傍にわたって 保液部を設けることができる。

[0024] 保液部が占める面積に対する前記保液部の表面積の比 αと、保液部と同じ表面状 態の平坦面に対する試料を含む液体の接触角 Θとの積 a cos Θが、

I cos θ I 1

を満たすように保液部を形成することが好ま ヽ。この式を満たすように形成された保 液部を用いることにより、試料を含む液体が液滴に分割されることなく保液部を一様 に満たすことが可能となる。よって、試料を含む液体をチャネル内に安定的に保持さ せることができる。なお、本発明において、平坦面は第一の凹凸構造と同一材料から 形成することができる。

[0025] 本発明の電気泳動チップにお!、て、前記保液部は、略同一形状を有する複数の錐 台形の柱状体が前記チャネルの延在方向に沿って規則的に配置された列が互いに 平行に複数配置された構成を有してもよい。こうすれば、簡素な構成で保液部の表 面積を平坦面である場合に比べて充分に大きくすることができる。また、第一の凹凸 構造を、エッチング技術ゃェンボッシング技術を用いた製造に適した構成とすること ができる。

[0026] なお、本発明において、複数の錘台形が略同一形状を有するとは、凹凸構造形成 時の加工精度も勘案し、保液部に確実に液体が保持され、特定の場所から液体が 漏出してしまうことがな 、程度に柱状体の形状の同一性が保たれて 、ることを 、う。

[0027] 本発明の電気泳動チップにおいて、前記柱状体の高さと前記チャネルの深さとが、 略等しい (等しい場合を含む)構成とすることができる。こうすることにより、ドライエッチ ング等の技術を用いてチャネル形成と同時に第一の凹凸構造を得ることが可能な構 成とすることができる。また、本発明において、チャネル形成と同時に第一の凹凸構 造を得ることが可能な程度であれば、柱状体の高さとチャネルの深さとが若干異なつ ていてもよい。 [0028] 本発明の電気泳動チップにおいて、前記第一の凹凸構造の底面または側面の少 なくとも一部が前記柱状体の上面よりも親液ィ匕されていてもよい。こうすることにより、 試料を含む液体を親液化された領域に確実に保持し、閉じこめ効果を高めることが できる。よって、試料を含む液体の保液部力もの漏れ出しを確実に抑制することがで きる。また、たとえば基板の表面が疎液性である場合、第一の凹凸構造の少なくとも 底面と側面の一部を親液性とすることにより、試料を含む液体の保持が可能となる。

[0029] 本発明の電気泳動チップにお!、て、前記柱状体の上面と、側面の少なくとも一部と 、が前記第一の凹凸構造の底面よりも疎液化されていてもよい。こうすることにより、 第一の凹凸構造の底面と側面の一部が選択的に親液化された構成とすることができ る。そのため、試料を含む液体の閉じ込め効果を高め、チャネル外への漏れ出しを 抑制できる。特に開放部におけるチャネルの上面力もの試料を含む液体の漏れ出し を抑制することができる。また、この構造は、たとえば親液性の基板上に疎液性膜を 形成した後、疎液性膜と基板を、例えば、レジスト膜を用いたドライエッチング法など のエッチング法を用いた種々の加工方法により一括でカ卩ェして、第一の凹凸構造を 形成することで容易に作製できる。これにより、柱状体の上面は疎液性膜で疎液性に なり、側面の上側は疎液性膜の断面に当たるため疎液性に、また、底面と側面下側 は親液性基板により親液性とすることができる。

[0030] 本発明の電気泳動チップにお!、て、チャネル底面の保液部の外側に、保液部に隣 接して、多数の突起が底部力 突出する第二の凹凸構造力 なる疎液部が設けられ た構成とすることができる。こうすることにより、チャネル内に第二の凹凸構造力もなる 疎液部を設けることにより、保液部に液体をさらに確実に閉じこめることができる。この ため、試料を含む液体をチャネル内にさらに安定的に保持することができる。また、 かかる構成は、製造容易性に優れた構成となっている。たとえば、溝状のチャネル内 に形成した凹凸構造を形成し、凹凸構造の表面が疎液性であればその一部の領域 を親液性コーティングすることによって得ることができる。また、凹凸構造の表面が親 液性であれば、その一部の領域を疎液性コーティングすることにより得ることができる

[0031] 本発明の電気泳動チップにおいて、前記保液部に隣接した位置に平坦面を有して もよい。保液部を取り囲む位置に平坦面を配置してもよい。こうすることにより、凹凸構 造を有しな 、平坦面にお!、ては液体が液滴となるために広がらな 、構成とすることが できる。このため、液体を保水部にさらに確実に保持し、また、液体が万一第一の凹 凸構造の外側に漏れ出した場合にも、平坦部において堰きとめられる。また、第一の 凹凸構造は平坦部よりも親水化されているため、液体を第一の凹凸部分の側に戻す ことが可能となる。このため、試料を含む液体をチャネル内に確実に保持し、チヤネ ル外への漏れ出しを抑制することができる。

[0032] 本発明の電気泳動チップにおいて、前記平坦面の外周を取り囲む位置に第二の 凹凸構造力もなる疎液部を有する構成とすることができる。こうすることにより、平坦部 の外側に試料を含む液体が漏出した場合にも、平坦部よりも疎液ィ匕された表面を有 する疎液部にぉ ヽて試料を含む液体を確実にせき止めることができる。保液部に先 に述べた平坦部を介してこの疎液部を配置していもよい。好ましくは、保液部、平坦 部、および疎液部がチャネルの中央力も側方に向力つてこの順に設けられた構成と することができる。こうすれば、微細加工技術を用いて安定的に製造可能な構成とす ることができる。たとえば、電気泳動チップの表面にコーティングを施すことによりチヤ ネルを形成する場合、平坦部を目合わせマ—ジンとすることができる。

[0033] 本発明の電気泳動チップにお!、て、湿度調節機能を有する電気泳動槽中で用い られる構成とすることができる。こうすること〖こより、チャネルに導入された液体の蒸発 をより一層確実に抑制することができる。

[0034] 本発明によれば、前記電気泳動チップが収容される電気泳動槽と、前記電気泳動 槽の内部の湿度を調整する調湿手段と、を備えることを特徴とする電気泳動装置が 提供される。

[0035] 本発明の電気泳動装置には、チャネル上面の少なくとも一部に開放部を有する状 態で電気泳動チップが設置される。また、本発明の電気泳動装置には、調湿手段が 備えられている。このため、電気泳動チップを電気泳動槽内に設置し、その電気泳動 槽内の試料を含む液体の溶媒かそれに準じる液体の湿度を飽和蒸気圧以下で充分 高くすることにより、電気泳動時のチャネル内の溶媒の蒸発を抑制することができる。

[0036] 本発明の電気泳動装置において、前記調湿手段が、前記電気泳動槽の内部に設 けられ、調湿液を収容する調湿液槽を有する構成とすることができる。また、本発明 において、前記調湿液は、試料を含む液体中に含まれる溶媒またはそれに準ずる液 体とすることができる。こうすることにより、調湿液の飽和蒸気で電気泳動槽内を満た すことが可能となる。このため、チャネル上面の少なくとも一部が開放部であるにも拘 らず、開放部近傍の雰囲気の湿度を充分に確保することができる。よって、電気泳動 時のチャネル内の液体の蒸発を抑制することができる。

[0037] 本発明の電気泳動装置において、前記電気泳動チップの温度および前記調湿液 槽の温度を調整する温度調整手段を備えてもよい。これにより、調湿液槽から生じる 調湿液の飽和蒸気圧とチップ上のチャネルに保持されている液体の飽和蒸気圧とを 個別に調整できる。また、電気泳動時のジュール熱を原因とする試料を含む液体の 昇温を抑制できる。

[0038] 本発明の電気泳動装置において、前記チャネルへの試料を含む液体の供給のた めのキヤビラリを配置することができる。このキヤビラリとしては、前記チャネルに電圧 を印加するための電極を挿入し得る構造を有するものが好ましい。この場合、キヤピ ラリの試料供給端が電気泳動チップのチャネルの所定箇所に配置できるように電気 泳動装置を構成する。キヤビラリを設けることにより、電気泳動槽内を密閉した状態、 あるいは、ほぼ密閉した状態で、試料を含む液体や電極液をチャネルに導入できる 。また、電極液がチャネルに接触した状態でキヤビラリ内にも電極液を保持させること により、キヤビラリに電極を挿入するだけで電極の液体へのコンタクトを安定的に確保 することができる。また、試料を含む液体を、チャネルに接触した状態にあるキヤビラリ 内にも保持することにより、試料のチャネル内への充填時に、チャネル内の試料を含 む液体の表面を一定に保持することができる。

[0039] 本発明によれば、上記構成の電気泳動装置を用いた試料の電気泳動方法であつ て、前記電気泳動装置の有する電気泳動槽内に前記電気泳動チップを配置するェ 程と、

前記調湿手段により前記電気泳動槽の内部の湿度を調整する工程と、 試料を前記チャネルに導入する工程と、

前記チャネルに電圧を印加して前記試料の電気泳動を行う工程と、 を有することを特徴とする電気泳動方法が提供される。

[0040] チャネル内への試料の供給及び電圧の印加は、上記の構成を有するキヤビラリを 用いて行うことができる。

[0041] 本発明の電気泳動方法には、試料の電気泳動を行った後、前記調湿手段により前 記電気泳動槽の内部の湿度を調節し、前記試料を乾燥させる工程を追加することが できる。

[0042] 本発明の電気泳動方法では、前記温度調節手段により前記電気泳動チップの温 度を前記調湿液槽の温度以上に保持しながら試料の電気泳動を行ってもよい。

[0043] 本発明の電気泳動方法では、電気泳動チップのチャネルの深さを浅くした場合に も、チャネルに導入された液体の蒸発を抑制し、安定した電気泳動を行うことができ る。

[0044] 本発明の電気泳動方法では、試料の電気泳動を行った後、前記調湿液槽の温度 を低下させて、前記試料を乾燥してもよい。

[0045] 本発明の電気泳動方法では、試料の電気泳動を行った後、前記電気泳動チップ の温度を前記調湿液槽の温度以上としつつ、前記電気泳動チップおよび前記調湿 液槽の温度を低下させて、前記試料を含む液体を凍結させてもょ ヽ。

[0046] 本発明の電気泳動方法では、前記試料を凍結させた後、前記調湿液槽の温度をさ らに低下させて、前記試料を凍結乾燥してもよい。

[0047] 本発明の電気泳動方法によれば、電気泳動後、簡便な方法でチャネル上で凍結ま たは乾燥した試料を得ることができる。このため、たとえば MALDI— MS等の質量分 祈に供するのに好適な試料を確実に得ることができる。

[0048] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図 面において、共通する構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

(実施の形態 1)

図 1は、実施形態 1に係る電気泳動チップの構成を模式的に示す平面図である。ま た、図 2は、図 1の A—A'断面図である。図 1および図 2に示した電気泳動チップ 111 は、基板 101と、基板 101の表面に設けられ、試料を含む液体を保持するチャネル 1 07を有し、チャネル 107の上面全面が開放された構成となっている。また、チャネル 107の一端力も他端にわたって規則的な第一の凹凸構造 102からなる保液部 108 が設けられている。

[0049] 基板 101は、たとえば石英ガラスとすることができる。また、テフロン (登録商標）等 の榭脂基板を用いてもよい。また、表面に酸化膜を形成して親水化するとともに電気 絶縁性を確保したシリコン基板等も用いることができる。

[0050] チャネル 107は、チャネルの流路方向に直交する断面における中央部から側部に 向かって保液部 108、平坦部 104および疎液部 109を有する。すなわち保液部 108 、平坦部 104およびチャネル 107は、この順に外側に向かって設けられている。

[0051] 保液部 108は、第一の凹凸構造 102からなり、試料を含む液体を保持するように構 成されている。保液部 108の表面は、表面コーティング膜である親液性膜 103により 被覆されている。ここで、試料を含む液体は、電気泳動対象物質としての試料と、所 定の液媒体を含む。試料は、泳動可能な状態であれば、液体中で、溶解状態、分散 状態などの種々の状態で存在できる。液媒体としては、水、または水を含む液媒体を 挙げることができる。媒体が、水、または水を主体とする液体である場合は、上述の親 液性膜として、親水性膜が用いられる。電気泳動により所望の試料の分離を行なう場 合は、 2種以上の試料の混合物が泳動対象となる。また、単一試料の泳動距離を求 める場合は、単一試料が泳動対象となる。親水性膜としては、非架橋ポリアクリルアミ ドの膜などが利用できるが、これに限定されない。具体例としては、基板との接着用 にシランカップリング剤（3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)を用い、接着剤を 塗布した基板表面に、アクリルアミド、重合剤としての過硫酸アンモ-ゥム、重合促進 剤として TEMED (テトラメチルエチレンジァミン）を含む親水性膜形成用の重合性組 成物を塗布して重合させて親水性膜を形成した。

[0052] 保液部 108は、基板 101の表面に設けられた規則的な第一の凹凸構造 102からな る。第一の凹凸構造 102は、略同一形状を有する複数の錐台形の柱状体がチヤネ ル 107の延在方向に沿って配置された列が互いに平行に複数配置された構成とす ることができる。たとえば、第一の凹凸構造 102は、基板 101に四角柱状の柱状体が 複数設けられて規則的な凹凸構造をなす構成とすることができる。これらの柱状体は 同じ向きで格子配置される。ここで、複数の錘台形が略同一形状を有するとは、凹凸 構造形成時の加工精度も勘案し、保液部 108の特定の領域から液体が漏出すること なく液体が保持される程度の同一性を有する形状であることをいう。また、柱状体の 形状は、たとえば、角錐台形、円錐台形、楕円錐台形等とすることができる。また、角 錐の角部が Rカ卩ェされることで、滑らかな曲面を形成していてもよい。

[0053] 図 2においては、柱状体の高さと前記チャネルの深さとが等しい構成となっている。

これにより、チャネル 107と保液部 108の同時成形が可能であり、製造容易性が確保 されている。

[0054] 保液部 108の表面積は、保液部 108の形成領域の面積よりも大きい。また、保液部 108は、その外周に設けられた疎液性膜 106を有する領域よりも親液化されている。 このため、チャネル 107は、製造容易性および製造安定性にすぐれた簡素な構成で ありつつ、保液部 108を選択的に親液ィ匕し、保液部 108に確実に液体を保持するこ とができる構成となって 、る。試料を含む液体が液媒体として水または水を主体とす る液体を含む場合は、疎液膜として、疎水性膜が用いられる。疎水膜の形成には、 種々の公知あるいは市販の材料を用いることができる。具体例としては、アモルファス フッ素榭脂 (旭硝子株式会社、商品名 CYTOP)を、スピンコート法で成膜した膜を使 用した。

[0055] ここで、保液部 108が形成された領域の面積に対する当該保液部 108の第一の凹 凸構造 102の表面積の比を制御することにより、保液部 108における親液ィ匕程度を 制御可能である。この比を大きくすることにより、保液部 108をより一層親液ィ匕すること ができる。このため、保液部 108に選択的に液体を保持させることができる。さらに、 第一の凹凸構造 102の規則的な配置として、例えば保液部 108の中心に向って表 面積比が大きくなるように配置すれば、なお一層、保液部 108の外側に液体が溢れ 出す可能性を低く出来る。なお、表面積の比は、ゥエンゼルの式すなわち下記（1) 式におけるラフネスファクターひであり、表面が平坦な場合と比較して、凹凸構造を 有する表面の面積が何倍になつたかを表す因子である。

cos Θ r = a cos θ ( 1)

但し、この上記式（1)は I a cos Q I 《1の条件下で成立する式である。

[0056] なお、上記式（1)において、 Θは、保液部 108の表面と同じ表面状態の材料力もな る平坦面に置かれた所定の液体の液滴の接触角である。また、 0 rは、第一の凹凸 構造 102からなる保液部 108に置かれた当該液滴の接触角である。親液性とは接触 角が 0度以上 90度未満の状態を指し、疎液性とは接触角が 90度より大きく 180度以 下である状態を指す。

[0057] 保液部 108において、たとえば第一の凹凸構造 102の段差の大きさを充分に大き くして、平坦面と比較した表面積の増加率を高めるのがよい。こうすれば、保液部 10 8に確実に液体を保持しておくことができる。

また、上述の (Xおよび Θ 1S 下記式（2)を満たす構成とすることができる。 I a cos Q I > 1 (2)

ひ cos Θの絶対値が 1を超える構成とすることにより、超親液性または超疎液性とす ることが可能であり、所定の液体に対して親液性の基板 101の表面に設けられた保 液部 108において、 _a cos 0 > 1とすることにより、保液部 108を超親液性とすること ができる。このため、第一の凹凸構造 102からなる保液部 108に液体を確実に保持 しておくことができる。また、試料を含む液体は液滴を形成せず、試料を含む液体が チャネル 107に一様に満たされる。

[0058] 平坦部 104は、保液部 108の外周を取り囲み、保液部 108の両側面を挟むよう〖こ 設けられている。平坦部 104は、第一の凹凸構造 102と異なり、凹凸構造の形成によ る表面積が増加した構成ではな 、ため、保液部 108よりも親液性が低 、領域である。 また、平坦部 104の表面において、保液部 108の側は親液性膜 103により被覆され ており、疎液部 109の側は疎液性膜 106により被覆されている。このため、保液部 10 8に試料を含む液体を確実に保持し、親液性膜 103が設けられた領域の外側に試料 を含む液体が漏出することを抑制できる。

[0059] また、疎液部 109は、平坦部 104の外周を取り囲み、平坦部 104の両側を挟むよう に設けられている。疎液部 109は、第二の凹凸構造 105からなり、試料を含む液体と の親和性の低い領域である。疎液部 109の表面は、表面コーティング膜である疎液 性膜 106により被覆されている。

[0060] なお、疎液部 109についても、上記式（1)または上記式（2)が適用可能であり、第 二の凹凸構造 105の表面積を制御することにより、疎液ィ匕の程度を調節することがで きる。また、 I a cos Q I > 1とすることにより、疎液部 109の超疎液ィ匕が可能である。

[0061] 次に、電気泳動チップ 111の製造方法を説明する。電気泳動チップ 111は、基板 1 01の微細加工の際に使用されるリソグラフィー技術とエッチング技術で同時に凹凸 構造を形成することにより得ることができる。ただし、保液部 108は、液体を保持でき る条件を満たす特殊な第一の凹凸構造 102を有するため、このような凹凸構造を基 板 101上に形成する必要がある。このため、単に基板 101の表面を粗面化したり、基 板 101上に複数の柱状体を設けたりするだけではこのような構造を得ることが困難で ある。

[0062] 保液部 108において、柱状体を表面積の大きい形状とし、これを保液部 108の領 域内に密に配設することにより、保液部 108の表面積を増加させて充分に親液化す ることができる。具体的には、柱状体の構成および配置をたとえば以下のようにするこ とができる。柱状体の幅は、たとえば、 0. 01 μ m以上 50 μ m以下とすることができる 。また、柱状体底面の間隙幅は 0. 01 μ m以上 50 m以下とすることができる。

[0063] なお、装置内に電気泳動可能な状態で設置した際に、電気泳動チップ 111のチヤ ネル 107の上面は少なくとも一部が開放されていればよい。保液部 108は、少なくと も開放された領域の近傍に形成されていればよい。少なくとも開放部内、またはその 近傍に保液部 108を設けることにより、開放部からの液体の蒸発を抑制することがで きる。

[0064] また、電気泳動チップ 111にお 、て、保液部 108の底面及び Zまたは側面の少な くとも一部を第一の凹凸構造 102の上面すなわち柱状体の上面よりも親液ィ匕してもよ い。また、電気泳動チップ 111において、第一の凹凸構造 102の上面すなわち柱状 体の上面または側面の少なくとも一部を第一の凹凸構造 102の底面よりも疎液ィ匕し てもよい。これにより、保液部 108の上面からの液体が溢れ出す可能性をさらに確実 に抑制することができる。

[0065] 次に、電気泳動チップ 111が適用される電気泳動装置の構成を説明する。電気泳 動チップ 111は、湿度調節機能を有する電気泳動槽中で好適に用いられる。図 3は 、実施形態 1に係る電気泳動装置の構成を模式的に示す断面図である。

[0066] 図 3に示した電気泳動装置 110は、図 1および図 2に示した電気泳動チップ 111と、 電気泳動チップ 111を収容する電気泳動槽 118と、電気泳動槽 118内の湿度を調 節する調湿手段を有する。図 3においては、電気泳動槽 118内に、調湿手段として、 調湿液 117を収容する調湿液槽 162が設けられて 、る。

[0067] 図 1および図 2に示した電気泳動チップ 111は、電気泳動槽 118の内部に配置され る。電気泳動チップ 111は支持台 112上に配置され、支持台 112は冷却加熱機構 1 13を介して支持板 114に支持される。

[0068] 温度調節装置 116は、電気泳動チップ 111の温度を調節する。冷却加熱機構 113 は、温度センサ 115により検出される電気泳動チップ 111の温度に基づき、温度調 節装置 116により、その出力が調節される。

[0069] 支持板 114は、冷却加熱機構 113およびその上部に設けられる電気泳動チップ 1 11の保持部材であるとともに、電気泳動槽 118を上下に二室に区画している。支持 板 114の上部は前述した電気泳動チップ 111が設置されるチップ設置槽 163となつ ている。また、支持板 114の下部は調湿液槽 162になっており、調湿液 117が収容さ れている。調湿液 117は、たとえば試料を含む液体中に含まれる液媒体とする。また は、それに準ずる液体とする。

[0070] また、支持板 114には、貫通孔 161が設けられており、チップ設置槽 163は調湿液 槽 162に連通している。貫通孔 161が設けられているため、調湿液槽 162とチップ設 置槽 163との間で雰囲気中の気体が移動可能である。このため、調湿液槽 162で生 成される飽和蒸気を電気泳動チップ 111上に移動させることができる。

[0071] 調湿液槽 162は、冷却加熱機構 119を介して支持台 120上に設置される。温度調 節装置 122は、調湿液槽 162の温度を調節する。冷却加熱機構 119は、温度センサ 121により検出される調湿液槽 162の温度に基づき、温度調節装置 122によりその 出力を調節される。

[0072] 電気泳動槽 118の外側面は、断熱容器 123により被覆されており、外気から断熱さ れている。また、電気泳動槽 118の上面に、内蓋 124および外蓋 125がこの順に設 置される。電気泳動槽 118は、これらの蓋〖こより密閉される。内蓋 124および外蓋 12 5の材料は、たとえばガラス等、透明で使用温度に対する耐性を有する材料とするこ とができる。こうすれば、電気泳動を確実に行うとともに、電気泳動チップ 111上の試 料を含む液体の様子を上方から観察することができる。ここで、蓋が二重になってい る理由は、内蓋 124と外蓋 125の間に隙間を設けることにより、断熱効果を高めるた めである。これにより、蓋が結露して曇るようなことを防止できる。

[0073] キヤビラリ 126は、内蓋 124および外蓋 125を貫通して電気泳動チップ 111上に設 置されている。図 3に示した電気泳動装置 110では、チャネルの両端近傍の上部に キヤビラリ 126の下端が位置するように、内蓋 124および外蓋 125に貫通孔が設けら れている。キヤビラリ 126は、電気泳動チップ 111に設けられたチャネルに接続し、キ ャビラリ 126を通して、試料を含む液体や電極液をチャネルに導入できる。また、試 料を含む液体を、チャネルに接触した状態のキヤビラリ 126内にも保持することにより 、チャネル 107内の液面を一定に保持することができる。また、電極液のチャネル内 への供給時に、電極液がチャネルに接触した状態でキヤビラリ 126内に電極液を保 持させることにより、キヤビラリ 126に電極 127を挿入するだけで電極 127の液体への 接触を安定的に確保させることができる。電極 127は、キヤビラリ 126中に挿入され、 電源 128に接続される。

[0074] 次に、図 1および図 2に示した電気泳動チップ 111を用いた電気泳動装置 110の 使用方法を説明する。

[0075] まず、電気泳動チップ 111を電気泳動装置 110の支持台 112の上に配置する。そ して、温度調節装置 116および温度調節装置 122を調節して、電気泳動チップ 111 の温度を電気泳動時の温度に設定する。また、調湿液槽 162の温度が電気泳動チ ップ 111の温度よりも低くなるように調節するとよい。これにより、チップ上に余分に溶 媒が結露することを抑制できる。この際、電気泳動チップ 111と調湿液槽 162との温 度差を 2°C以下にとどめるのがよい。こうすれば、電気泳動チップ 111上の試料を含 む液体からの液媒体蒸発を確実に抑制することができる。

[0076] また、調湿液槽 162を用いてチップ設置槽 163の湿度を調節する。図 4は、チップ 設置槽 163中の湿度変化を示す図である。図 4において、横軸は調湿液槽 162の温 度である。また、縦軸は、調湿液槽 162の温度と電気泳動チップ 111の温度との温度 差である。調湿液槽 162の湿度の値はグラフ中に％で示した。図 4より、調湿液槽 16 2の湿度および温度を調節することにより、調湿液槽 162と電気泳動チップ 111との 温度差を調節し、電気泳動チップ 111を所定の温度とすることができることがわかる。 通常、電気泳動は 0°C以上 10°C以下の温度で実施される。たとえば、調湿液槽 162 と電気泳動チップ 111との温度差が 2°C以下とする場合、チップ設置槽 163内の湿 度を 90%以上とすることができる。

[0077] 電気泳動チップ 111の温度が安定した段階で、目的に応じて適宜キヤビラリ 126か ら試料を含む液体を電気泳動チップ 111のチャネルに導入する。このとき、電気泳動 チップ 111のチャネルには保液部 108が形成されて ヽるため、試料を含む液体が速 やかにチャネルに導入されて、保液部 108に保持される。このように、保液部 108が 設けられた電気泳動チップ 111にキヤビラリ 126を接続することにより、簡便な方法で 微量の試料を含む液体をチャネル 107に確実に導入し、チャネルの所定の領域を一 様に満たすことができる。そして、キヤビラリ 126に電極液を導入する。電極液は、目 的に応じて選択できる。タンパク質などの生体物質の場合は、生体物質の電気泳動 に通常使用されて 、る電解液としての緩衝液が用いられる。

[0078] その後、キヤビラリ 126に電極 127を挿入し、電極 127を電源 128に接続する。電 源 128を入れて二本の電極 127間に電圧を印加し、電気泳動を行う。このとき、電気 泳動チップ 111の温度を調湿液槽 162の温度以上に保持しながら電気泳動するとよ い。これにより、電気泳動チップ 111に導入された試料の電気泳動を安定的に行うこ とがでさる。

[0079] 電気泳動終了後、電気泳動チップ 111の温度を所定の温度に保持した状態で、温 度調節装置 122を調節して調湿液槽 162の温度を低下させる。そして、調湿液槽 16 2の中に収容されている調湿液 117を凍結させる。その後、温度調節装置 116を調 節して電気泳動チップ 111の温度も低下させ、チャネル上で移動した試料を含む液 体も凍結させる。この凍結処理により、チャネル内で泳動した試料の位置をチャネル 内で固定することができる。また、調湿液槽 162の温度を電気泳動チップ 111よりも 先に低下させることにより、電気泳動チップ 111の表面に結露が生じることを防止でき る。このチャネル内で泳動した試料の位置をチャネル内で固定する際に、保液部 10 8内が複数の規則的な柱状構造の配列力 構成されていることにより、凍結時にチヤ ネル内で泳動した試料の位置が動きにくいという副次的効果もある。また、単純に液 体状態から加熱乾燥した場合にもチャネル内で泳動した試料の位置が動きにくいと いう副次的効果もある。さらに、液体状態であっても、拡散が抑制されるためにチヤネ ル内で泳動した試料の位置が動きにくいという副次的効果がある。

[0080] そして、調湿液槽 162の温度を電気泳動チップ 111の温度より低く保つことにより、 チャネル内の試料を凍結乾燥する。乾燥速度が遅い場合には、後述するように。電 気泳動槽 118の内部を真空排気してもよい。試料が乾燥したら、冷却を停止し、電気 泳動チップ 111の温度をたとえば 20°C程度の室温まで戻す。そして、電気泳動チッ プ 111を電気泳動槽 118から取り出す。

[0081] 以上の方法により、図 3に示した電気泳動装置 110を用いた電気泳動および泳動 後の試料の乾燥が行われる。その後、この電気泳動チップ 111を質量分析装置のホ ルダに設置し、 MALDI— MSで分析してもよい。チップ上の所定の位置に成分が固 定されているため、チップごと質量分析に適用することができる。このとき、イオンィ匕を 支援するマトリックスは、予め試料を含む液体中に添加しておいてもよい。また、試料 の乾燥後にマトリックスをチャネル上に噴霧することにより添カ卩してもよい。

[0082] このように、図 3に示した電気泳動装置 110に図 1に記載の電気泳動チップ 111を 適用することにより、たとえば MALDI— MS等の質量分析に供する試料の精製を確 実に行うことができる。電気泳動チップ 111には保液部 108が設けられており、また、 調湿液槽 162内が調湿されて ヽるため、チャネル 107に導入された試料が微量の場 合にもその乾燥を抑制し、確実に成分の分離を行うことができる。また、チャネル 107 の深さを浅くした場合、試料を含む液体中の液溶媒の蒸発が顕著となるが、図 1およ び図 2に示した電気泳動チップ 111を用いることにより、チャネル 107内に安定的に 試料を含む液体を保持することができる。また、電気泳動チップ 111および図 3に示 した電気泳動装置 110を用 ヽて電気泳動を行うことにより、試料を含む液体力ゝらの液 媒体の蒸発をより一層確実に抑制することができる。

[0083] また、電気泳動装置 110は、簡素な構成でジュール熱を原因とする試料を含む液 体の昇温を確実に緩和する構成となっている。また、電極 127の液体へのコンタクト を安定的に行う構成となっている。

[0084] また、冷却加熱機構 113および冷却加熱機構 119を用いて電気泳動チップ 111お よび調湿液槽 162の温度制御を行うことにより、電気泳動を安定的に行うとともに、電 気泳動による分離の後、チャネル 107上に分離された試料を保持した状態で試料の 凍結および乾燥が可能である。このため、 MALDI-MSによる分析に好適な試料を確 実に調製することができる。

[0085] なお、図 3に示した電気泳動装置 110において、電気泳動槽 118を減圧可能に構 成し、真空ポンプ等の減圧装置に接続してもよい。こうすれば、チャネル内の試料を 凍結乾燥する際に、常圧では乾燥速度が遅い場合にも、速やかに乾燥させることが できる。また、電気泳動槽 118内の雰囲気を交換できるようにしても良い。例えば、等 電点電気泳動を電気泳動チップ 111で行うと、液中に空気中の二酸化炭素等が溶 け込んで、チャネルに形成された水素イオン濃度勾配を不安定にすることがある。こ のような場合には電気泳動槽 118内の雰囲気を十分に不活性な高純度の窒素ガス 等で置換することにより、泳動条件を安定させることが出来る。

[0086] また、図 1および図 2に示した電気泳動チップ 111において、保液部 108は、略同 一形状を有する複数の錐台形の柱状体がチャネル 107の延在方向に沿って配置さ れた列が互いに平行に複数配置された構成を有し、列の延在方向におけるチャネル 107の単位長さあたりの保液部 108の断面輪郭の長さ力 延在方向と非平行な他の 方向におけるチャネル 107の単位長さあたりの保液部 108の断面輪郭の長さよりも大 きい構成とすることができる。他の方向は、たとえば、延在方向に垂直な方向とするこ とができる。また、たとえば保液部 108の断面が櫛歯型である場合、断面輪郭は櫛歯 形状となる。

また、電気泳動チップ 111において、第一の凹凸構造 102は、複数の柱状体が巿 松格子状等の斜格子状に配置されている構成とすることができる。また、チャネル 10

7の延在方向に垂直な方向に直線状の溝ができな 、ように構成されて 、てもよ 、。こ うすれば、配置された直線に沿って大きく親液性が変化することがなくなる。また、保 液部 108からチャネル 107の側方への液体の漏出がより一層確実に抑制された構成 とすることができる。

[0087] (実施の形態 2)

本実施形態 2では、図 10に模式的に示す電気泳動チップと図 11に模式的に示す 電気泳動槽を用いて、タンパク質の等電点電気泳動を行った。本実施形態 2におい ては、実施形態 1と、チップ上に蒸気圧調整用リザーバを配置したこと、電気泳動槽 内のペルチェ素子の廃熱を液冷により処理したこと、及びチップ上に配置したリザー バ下部に pH固定ィ匕ポリアクリルアミドゲルを含浸させた濾紙を接着して用いたことが 特に異なる。

[0088] 図 10は電気泳動チップのレイアウトを示す上面図である。チップ上には 3本のチヤ ネル 107と 201、及び 202が配置されている。このうち、 107は電気泳動を行うチャネル であり、 201と 202は蒸気圧調整のために設けられたチャネルである。この 201と 202の チャネルの端には、揮発性の溶媒を保持しておくためのリザーノ 203と 204が配置さ れている。リザーノ 203と 204の底は貫通しており、溶媒を入れると、その溶媒は 201と 202のチャネルに流れ込むようになつている。即ち、この 201と 202のチャネルは面積を 広げて溶媒蒸気を発生させやすくするために形成されている。一方、チャネル 107の 両端にはリザーノ 205と 206が配置されており、電極液を保持できるようになつている。 このリザーノ 205と 206の底面には破線で描 、たように濾紙 207と 208が接着されて ヽ る。この濾紙によりチャネル 107に電極液が流入するのを抑制できる。なお、等電点電 気泳動の際に水素イオン濃度勾配の形成を安定ィ匕させるために、濾紙 207と 208には 予め所望の _PH固定ィ匕ポリアクリルアミドゲルを含浸させておくことが望ましい。そのリ ザーノ 205と 206よりチャネル 107側に少し広いチャネル部分 209と 210が形成されてい る。これはタンパク質を含む溶液サンプルをチャネル 107中に導入するために設けら れている。ここにピペットゃデイスペンサ等を用いてサンプルを滴下することにより、チ ャネル 107にサンプル溶液が導入される。なお、この 209と 210はチャネル 107の両端 に設けられている力 片側一方のみでも良いし、さらにチャネル中に多数設けても良 い。両端に設けると、一端にのみサンプル導入部分を設けた場合より早くなるという 効果がある。

実施例

[0089] (実施例 1)

本実施例では、図 5および図 6に示した電気泳動チップ 140を図 9に示した電気泳 動装置に電気泳動チップ 111として用い、タンパク質の等電点電気泳動を行った。 電気泳動は、流路長約 60mmに対して印加電圧 3.5kV、泳動時間 10分間の条件で行 つた。タンパク質としては、ラクトグロブリンまたはミオグロビンを用いた。電極液として は、ベックマン'コールター社の等電点分離キット付属の cIEFゲルとアンフォライトを 用いた。蛍光マーカとしては、シグマアルドリッチ社の蛍光 IEFマーカを数種類混合し たものを使用した。なお、後述する実施例 2でもこの条件を使用した。なお、これらの 条件は、試料の種類に応じて選択することができる。

[0090] 図 5は、電気泳動チップ 140の上面像を示す図である。図 5に示した電気泳動チッ プ 140には、約 25cmの長さのチャネル 141がメアンダ状に配置されている。蛇行し た形状のチャネル 141の両端には電極液を溜めるリザーバ 142およびリザーバ 143 が設けられている。リザーバ 142は、ボトルネック 144を介してチャネル 141に接続さ れている。また、リザーバ 143は、ボトルネック 145を介してチャネル 141に接続され ている。ボトルネック 144およびボトルネック 145を設けることにより、リザーノ 142およ びリザーバ 143のそれぞれについて、導入された電極液のチャネル 141への拡散を 抑制することができる。また、チャネル 141の途中には、チャネル 141に連通し、試料 を含む液体をチャネル 141に導入するためのリザーバ 146が設けられている。試料 を含む液体として、本実施例ではタンパク質の溶液を用いる。

[0091] 図 6は、図 5に示した電気泳動チップ 140のチャネル 141の構成を模式的に示す断 面図である。図 6の断面は、チャネル 141の延在方向に垂直な断面を示す。図 6に示 した断面構成は、基本的には図 2に示した断面構成と同様である力 基板 101の上 面を疎水化して疎液部 109として用いた点が異なる。また、本実施例では、基板 101 として、電気絶縁性の石英ガラス基板を用いた。また、本実施例では、タンパク質が 等電点電気泳動で移動する様子を蛍光顕微鏡で観察するため、基板 101の裏面か らの蛍光も利用する。このため、基板 101の裏面に接着力を高めるためのチタン薄膜 147を介して金薄膜 148を裏面に形成した。

[0092] チャネル 141の形成領域の内側に、第一の凹凸構造 102からなる保液部 108、平 坦部 104および疎液部 109をチャネル 141の中央から外側に向かってこの順に形成 した。第一の凹凸構造 102および平坦部 104は、基板 101をドライエッチングするこ とにより形成した。そして、第一の凹凸構造 102の表面および平坦部 104における第 一の凹凸構造 102の側の表面に親液性膜 103としてポリアクリルアミド膜を形成した 。また、平坦部 104の疎液部 109側の表面および疎液部 109となる平坦部 104外周 の基板 101表面に疎液性膜 106としてフッ素榭脂膜を形成した。第一の凹凸構造 1 02は、高さ 4 m、図 6に示したチャネル 141の断面における幅 2. 5 m、ギャップ 2 . 5 μ mとした。

[0093] 図 7および図 8は、得られた電気泳動チップ 140のチャネル 141の走査型電子顕微 鏡（SEM)像を示す図である。図 7は、チャネル 141の上面図であり、図 8は、図 7中 に四角で囲まれた領域を拡大した斜視図である。図 7および図 8に示したように、チヤ ネル 141の延在方向におけるチャネル 141の単位長さあたりの第一の凹凸構造 102 の稜線の長さすなわち断面輪郭の長さがチャネル 141の延在方向に垂直な方向に おけるチャネル 141の単位長さあたりの第一の凹凸構造 102の断面輪郭の長さよりも 大きい構成とした。

[0094] また、チャネル 141の短手方向に隣接する二つの柱状体の間の領域力 一直線上 に形成されず、ジグザグ状に配置されるように、柱状体を巿松格子状に配置した。こ のように、チャネル 141の延在方向には第一の凹凸構造 102の断面輪郭の長さを長 くし、また、複数の柱状体を斜格子状に配置することにより、サンプル溶液がチャネル 141にスムーズに導入され、かつチャネル 141の側面から漏れ出ることがなかった。 このチップを図 9に示す電気泳動槽に設置した。

[0095] 図 9は、本実施例で用いた電気泳動装置の構成を模式的に示す断面図である。図 9に示した電気泳動装置 150の基本構成は、図 3に示した電気泳動装置 110と同様 としたが、チップ設置槽 163の側方の外周を囲むように調湿液槽 162を設けた。電気 泳動装置 150において、電気泳動チップ 111として図 5〜図 8に示した電気泳動チッ プ 140を用いた。また、支持台 112および電気泳動槽 118の材料はアルミニウムとし た。また、支持台 112および電気泳動槽 118の表面の一部をフッ素榭脂膜 129で被 覆し、汚れを防止した。

[0096] また、支持台 112の上に熱伝導性ゲルシート 132を設け、熱伝導性ゲルシート 132 の上に電気泳動チップ 111を設置した。熱伝導性ゲルシート 132を設けることにより、 良好な熱伝導特性を保持した状態で電気泳動チップ 111が支持される構成とするこ とができる。また、断熱容器 123はフッ素榭脂製とした。

[0097] 内蓋 124、外蓋 125、およびキヤビラリ 126の材料は石英ガラスとした。これにより、 電気泳動チップ 111の観察が容易になって 、る。温度センサ 121および温度センサ 115には、白金測温抵抗体を用いた。また、冷却加熱機構 113および冷却加熱機構 119としてペルチェ素子を用いた。調湿液 117としては、純水を用いた。

[0098] 断熱容器 123に外周を覆われた電気泳動槽 118を、冷却加熱機構 119であるべ ルチェ素子力もの排熱を引き受けるアルミニウム製の支持台 120上にねじ 130で固 定した。ねじ 130はすべて断熱性に優れる榭脂製とした。支持台 120には、放熱のた めにフィンが形成されている。さらに、フィンの上にファン 131を取りつけた。なお、本 実施例では、フィンとファン 131による空冷を用いた力 水冷等他の放熱方法を用い ることちでさる。

[0099] 本実施例では、こうして得られた電気泳動装置 150を蛍光顕微鏡に取りつけ、タン パク質の等電点電気泳動を行うとともに、その様子を観察した。

[0100] 温度調節装置 116を用いて、電気泳動チップ 140すなわち図 9における電気泳動 チップ 111の温度を 10°Cに調節した。また、温度調節装置 122を用いて調湿液槽 1 62の温度を 9. 8°Cとした。温度が安定した後、まず、ベックマン'コールター社製キヤ ビラリ等電点電気泳動（cIEF)キットに含まれる cIEFゲルおよびアンフォライト、質量 分析時にタンパク質のイオンィ匕を支援するマトリックス、ならびに共有結合性の蛍光 色素で標識したラクトグロブリンを混合した水溶液をサンプル溶液としてキヤビラリ 12 6を通してタンパク質溶液導入用のリザーバ 146からチャネル 141に導入した。

[0101] チャネル 141がー様にタンパク質溶液で満たされた後、キヤビラリ 126を通してァノ ード用電極液および力ソード用電極液をそれぞれリザーバ 142および 103に導入し た。その後、キヤビラリ 126に白金電極を挿入し、電源 128より約 10kVの電圧を電極 127に印加した。通電力も 4分後にタンパク質の蛍光スポットを蛍光顕微鏡で観察し た。チャネル 141の所定の領域に、タンパク質のスポットが確認された。

[0102] その後、本実施例では、まず調湿液槽 162の調湿液 117すなわち純水を凍結させ た。その後、電気泳動チップ 140上のタンパク質溶液を凍結させた。そして、内蓋 12 4および外蓋 125を取り去り、電気泳動チップ 140を加熱した。すると、チャネル 141 上のスポットが崩れることなぐタンパク質溶液の溶媒が蒸発し、乾燥した。このように 保液部に柱状体があると、凍結時、あるいは乾燥時に液の移動が抑制できるため、 分離したスポットが乱れることなく凍結、あるいは乾燥が可能となる。以上により、本実 施例では電気泳動チップ 140上で電気泳動により分離した乾燥サンプルが得られた 。得られたサンプルは、チャネル 141上に保持された状態でイオンィ匕促進剤を噴霧 法により添加した後、 MALDI— MSにより分析することができた。

(実施例 2)

図 10に示す電気泳動チップを図 11に示す通り、電気泳動槽に設置して測定した。 リザーバ 203, 204, 205, 206は電気泳動槽中に不図示の固定板を設け固定して いる。電極 127の固定方法はいろいろある力 例えばガラス蓋 211を通してリザーバ 2 06中に挿入される。なお、リザーノ 205の場合も同様である。チップ 111は熱伝導性ゲ ルシート 132を介して支持台 112に固定される。等電点電気泳動する際には電極間に 数 kV掛カるため、支持台 112は、例えばシエイパルゃシエイパル Mのような窒化アルミ といった、電気絶縁性の良い熱伝導性セラミックスで作製することが望ましい。その支 持台の下に温度センサを設置する。チップ温度を精度良く測定するためには、温度 センサ 115はチップ 111下部といったチップに成るべく近い場所に設置した方が良い 力 一方で高電圧印加時にリークした際に温度センサ 115が壊れることを防ぐために は、電気絶縁性の良い支持台 112の下部に設置した方が良い。支持台 112の下には 、チップ 111と湿度調整用リザーノ 203と 204の温度を調整するための冷却過熱機構と なるペルチェ素子 113が配置される。ペルチェ素子 113は冷却加熱能力さえ十分なら ば、小型のもので力まわない。チップの加熱冷却に関する面内均一性は支持台 112 を良熱伝導性の材料とすることで確保する。ペルチヱ素子 113の廃熱処理のために 液冷用冷却板 212が配置される。液冷用冷却板 212中には冷却液循環用のパイプ穴 213が貫通しており、その中をチラ一力 送り込まれる冷却液が循環して、廃熱を処 理することが出来る。従って、液冷用冷却板 212の材料としては例えばアルミや銅の ような熱の良導体が好ましいし、耐食性を向上させるにはアルミ表面を参加処理した りすると良い。冷却液としては水やナイブライン等を用いることが出来る。この液冷用 冷却板 212とペルチェ素子 113の間、またはペルチェ素子 113と支持台 112の間の接 触面には熱伝導グリス等の表面粗さを補って熱接触を良くするためのペースト等が 塗布されることが望ましい。これら全体は図示の通り、ノ ッキン 214を挟んで断熱容器 123とガラス蓋 211で覆われる。これにより、断熱容器内部 123内部に密閉空間が形成 される。なお、断熱容器 123の材料としては例えば熱伝導性の悪ぐ電気絶縁性の良 好で、耐薬品性にも優れるテフロン等の材料が望ましい。この断熱容器内を排気した り、ガス置換するために、排気口 215とガス導入口 216を設けることが望ましい。なお、 この排気口 215とガス導入口 216の断熱容器 123外側出口直近にバルブが設けられる ことが望ましい。これは成るべく断熱容器外側と熱絶縁を保ち、密閉空間内の蒸気圧 を精度良く制御するためである。

次にこの電気泳動チップと電気泳動槽の使用方法を説明する。まず、図 11の通り、 電気泳動チップ 111は電気泳動槽内に設置される。次にチラ一から冷却液をパイプ 穴 213を通して循環させ冷却板 212を所望の温度とする。次にペルチェ素子 113を温 度調節器に接続して動作を開始し、温度センサ 115の温度を所望の温度とする。チッ プ温度を所望の温度、例えば等電点電気泳動を行う際に一般的な 10°Cとしたところ で、まず湿度調整用リザーノ 203と 204に溶媒のみを入れ、チャネル 201と 202に広が らせて蒸発させて、電気泳動槽内の湿度を高くする。この実施形態 2の場合、溶媒蒸 気を供給するチャネル 201と 202がチップ上にあるため、例えばチップに結露しな！ヽで 且つ成るべく高い湿度を実現するといつたようには湿度を精度良く制御できない。し カゝしながら、汚れやすぐ手入れの煩雑な溶媒蒸気供給源をチップ上に配置して消 耗品とすることにより、使用方法が容易になるというメリットがある。さらに蓋をした後に 液を出し入れすることが無いため、真空排気のための密閉構造を容易に形成できる 。密閉構造を形成した後は例えばガス導入口 216から不活性ガスを流し、排気口 215 力 排気することにより、密閉層内部のガスを置換できる。これにより、空気中の二酸 化炭素ガスが溶液に溶け込んで水素イオン濃度勾配形成に悪影響を及ぼすことを 抑制できる。この際、チャネル 201と 202からの溶媒の蒸発速度より十分ゆっくりガス置 換することで、湿度変化することなくガス置換することが出来る。十分湿度の高くなつ た状態で、まず、等電点分離するペプチドやポリペプチド、あるいはタンパク質等の 両性担体を含み、実施例 1と同じく cIEFゲルおよびアンフォライトを含む溶液をチッ プ上の 209と 210からピペットで滴下して導入する。滴下後、超親水性のチャネル 107 は速やかに液が満たされ、さらに乾燥していた pH固定ィ匕ポリアクリルアミドゲルの含 浸された濾紙 207と 208は溶媒を含んで塩橋として動作できる状態となる。この状態で リザーノ 205と 206に各々酸かアルカリの電極液を導入する。濾紙 207と 208により、チ ャネル 107に電極液が流れ込むのを抑制できる。さらに電解液の微妙な pHの再現性 の無さを補完して、 pH固定ィ匕ゲルの効果によりチャネル両端の水素イオン濃度が再 現性良く実現できるため、電圧印加時に形成される水素イオン濃度勾配を安定化さ せることが出来る。溶液導入後、ガラス蓋 211を設置し容器 123内を密閉すると共に、 白金電極 127をリザーバ 206に差し込む。なお、不図示のリザーバ 205にも片方の電 極が同じく挿入される。電極間に高電圧を酸側正極、アルカリ側負極にして印加して 水素イオン濃度勾配を形成し、かつ両性担体を分離する。その後、ペルチヱ素子 113 を使用して分離後の溶液を凍結させても良いし、あるいは加熱して溶媒を蒸発させ 乾燥させても良い。加熱乾燥時にチャネル 107内に柱状体があると、液の移動が抑 制され、分離後の両性担体のパターンを乱すことなく乾燥できる。また凍結した場合 は、真空排気して凍結乾燥することにより、同じく分離後の両性担体のパターンを乱 すことなく乾燥できる。その後イオンィ匕促進剤を噴霧したりデイスペンサにより適宜添 加し、質量分析装置で両性担体を検出できる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、該基板の表面に設けられた試料泳動用のチャネルとを有し、

前記チャネルは、その上部が開放された開放部と、その底部に多数の突起部が規 則的に配置さている保液部と、を有し、

前記保液部が、電気泳動槽内での電気泳動操作時にも解放状態が維持されて 、 る開放部内、またはその近傍に設けられている

ことを特徴とする電気泳動チップ。

[2] 請求項 1に記載の電気泳動チップにぉ 、て、前記チャネルの一端の近傍力 他端 の近傍にわたって前記保液部が設けられている電気泳動チップ。

[3] 請求項 1または 2に記載の電気泳動チップにおいて、前記保液部が占める面積に 対する前記保液部の表面積の比 OCと、前記チャネル底面の平坦面に対する試料を 含む液体の接触角 Θとの積 a cos Θが、

I cos θ I 1

を満たすように前記保液部が構成されて！、る電気泳動チップ。

[4] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載の電気泳動チップにおいて、前記保液部は、略 同一形状を有する複数の錐台形の柱状体が前記チャネルの延在方向に沿って規則 的に配置された列の複数が、互いに平行に配置された構成を有する電気泳動チップ

[5] 請求項 4に記載の電気泳動チップにおいて、前記柱状体の高さと前記チャネルの 深さとが略等 、電気泳動チップ。

[6] 請求項 4または 5に記載の電気泳動チップにおいて、前記保液部の底面または側 面の少なくとも一部が前記柱状体の上面よりも親液ィ匕されている電気泳動チップ。

[7] 請求項 4乃至 6の 、ずれかに記載の電気泳動チップにお!、て、前記柱状体の上面 または側面の少なくとも一部が前記保液部の底面よりも疎液ィ匕されている電気泳動 チップ。

[8] 請求項 1乃至 7の 、ずれかに記載の電気泳動チップにお!、て、前記チャネル底部 の前記保液部に隣接して、多数の突起を有する疎液部が設けられて!/ヽる電気泳動 チップ。

[9] 請求項 3乃至 7の ヽずれかに記載の電気泳動チップにお!、て、前記保液部の外周 を取り囲む平坦面を有する電気泳動チップ。

[10] 請求項 8に記載の電気泳動チップにおいて、前記疎液部が平坦面を介して前記保 液部に隣接して 、る電気泳動チップ。

[11] 請求項 1乃至 10のいずれかに記載の電気泳動チップにおいて、湿度調節機能を 有する電気泳動槽中で用いられることを特徴とする電気泳動チップ。

[12] 請求項 1乃至 11のいずれかに記載の電気泳動チップが収容される電気泳動槽と、 前記電気泳動槽内の湿度を調整する調湿手段と、

を備えることを特徴とする電気泳動装置。

[13] 請求項 12に記載の電気泳動装置にぉ 、て、前記調湿手段が、前記電気泳動槽の 内部に設けられ、調湿液を収容する調湿液槽を有する電気泳動装置。

[14] 請求項 13に記載の電気泳動装置において、前記電気泳動チップの温度および前 記調湿液槽の温度を調整する温度調整手段を備える電気泳動装置。

[15] 請求項 12乃至 14のいずれかに記載の電気泳動装置において、前記チャネルへの 試料の供給のためのキヤビラリを有し、該キヤビラリが前記チャネルに電圧を印加す るための電極を挿入し得る構造を有する電気泳動装置。

[16] 請求項 12〜15のいずれかに記載の電気泳動装置を用いた試料の電気泳動方法 であって、

前記電気泳動装置の有する電気泳動槽内に前記電気泳動チップを配置する工程 と、

前記調湿手段により前記電気泳動槽の内部の湿度を調整する工程と、 試料を前記チャネルに導入する工程と、

前記チャネルに電圧を印加して前記試料の電気泳動を行う工程と、

を有することを特徴とする電気泳動方法。

[17] 前記試料の前記チャネルへの導入が、請求項 15に記載のキヤビラリにより行なわ れ、前記チャネルへの電圧印加が該チャネルに挿入した電極を介して行なわれる請 求項 16に記載の電気泳動方法。

[18] 請求項 16または 17に記載の電気泳動方法であって、 電気泳動を行った後、前記調湿手段により前記電気泳動槽の内部の湿度を調節し 、前記チャネル内の試料を乾燥させる電気泳動方法。

[19] 請求項 16乃至 18のいずれかに記載の電気泳動方法であって、

前記温度調節手段により前記電気泳動チップの温度を前記調湿液槽の温度以上 に保持しながら電気泳動を行う電気泳動方法。

[20] 請求項 16乃至 19のいずれかに記載の電気泳動装置の使用方法であって、前記 電気泳動を行った後、前記調湿液槽の温度を低下させて、前記試料を乾燥させる電 気泳動方法。

[21] 請求項 16乃至 20のいずれかに記載の電気泳動方法であって、

前記電気泳動を行った後、前記電気泳動チップの温度を前記調湿液槽の温度以 上としつつ、前記電気泳動チップおよび前記調湿液槽の温度を低下させて、前記試 料を凍結させる電気泳動装方法。

[22] 請求項 21に記載の電気泳動装置の使用方法において、前記試料を凍結させた後

、前記調湿液槽の温度をさらに低下させて、前記試料を凍結乾燥する電気泳動方法