JPH05507793A - ミクロ液体構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 発　明　の　名　称 ミクロ液体構造およびその製造方法 発　明　の　分　野 本発明は、種々の用途、たとえば、電気泳動作業、毛管クロマトグラフィ、液体 分配システム等に用いることのできる改良したミクロ液体構造ならびにそれを製 造する方法に関する。

発明の背景 近年の電気泳動技術は、毛管電気泳動を開発した。普通の電気泳動法と同様に、 充填された分子は、それらの相対的な移動度に基づいて、電界内に隔離され、測 定され得る。毛管電気泳動システムは、基本的には、融解石英毛管からなり、こ れの内径は約２５〜１００ミクロンである。この融解石英毛管は、緩衝液を満た した２つの溜めを接続している。緩衝液を満たした毛管内で分離が生じ、物質は 、毛管を通る集中横方向光線によってＵＶ吸光度またはＵＶ放出蛍光によって検 出され得る。

普通のゲル電気泳動に関して、毛管システムを用いた場合、発熱の低下および改 良された冷却効果（横断面積対周囲面積の比の低下）により、電界強度がかなり 高くなり得る。これは、分離速度を高めると共に極めて高い分解能を与える。

しかしながら、延伸ガラスの毛管はいくつかの欠点を有する。なかでも、分岐し たシステムを設けることの困難、ならびに特別な表面特性を有する領域を創作す ることの困難がある。また、極めて細いガラス管を製造することも比較的離しい 。さらに、ガラス毛管は、平行チャンネル分析には不適であり、したがって、は んの少量の体積しか分離できず、分取目的のための分離は非実用的となる。

これらの欠点を克服するために、扁平な構造が開発されたが、この構造では、多 数の溝またはチャンネルが並列に作られている。代表的には、このような扁平構 造は、半導体基板、たとえばシリコン・ウェファに溝を蝕刻し、次いで蝕刻した 表面をカバー・プレートによって覆って電気泳動チャンネルを完成する。しかし ながら、このような構造は非常に高価である。さらに、用いる材料が剛性であり 、硬質であるから、蝕刻溝の頂縁とカバー・プレートとの間に適切なシールを設 けることが難しい。蝕刻基板が半導体であることがほとんどであるから、材料そ れ自体が電気泳動用途にとっては不適であり、したがって、チャンネル側壁に、 たとえば酸化あるいは成る種の他の材料による被覆によって絶縁表面層を設けな ければならない。

発明の概要 本発明の目的は、毛管電気泳動に適しており、上記の欠点を持たず、比較的安価 に製造でき、オプションとして使い捨て式の製品を可能とし、分岐した流れチャ ンネルを得ることができ、局部的な表面特性を有し、たとえば表面特性、光学特 性および電気特性に関して材料の選択に大きな自由度を与えるミクロ液体構造を 提供することにある。

本発明の別の目的は、毛管電気泳動に加えて、池の用途、たとえば、毛管クロマ トグラフィ、ミクロ反応空所を用いる作業、小型化液体連通ユニット等にも適す るミクロ液体構造を提供することにある。

本発明のまた別の目的は、いくつかの平面にチャンネルまたは空所を有し、分析 または反応のための複雑なチャンネルまたは空所幾何学形状を構築するのを可能 とする多階層構造の形をしたミクロ液体構造を提供することにある。

本発明の別の目的は、流れシステムにおいて物質を容易に検出できるミクロ液体 構造を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、上記ミクロ液体構造を製造する方法を提供すること にある。

したがって、−局面において、本発明は、形状安定材料の第１、第２のほぼ平坦 な基層と、弾性材料の中間隔離層とを包含し、この隔離層にくぼみが設けてあっ て、前記第１、第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミクロ空所またはチャ ンネル・システムを構成しているミクロ液体構造に関する。

別の局面によれば、本発明は、このようなミクロ液体構造を製造する方法であっ て、所望の隔離層幾何学形状・寸法に対応するレリーフ・パターンを持つ平坦面 を有する型を用意し、前記液体流れシステムを設け、型面に隔離層材料を塗布し て成形し、この成形をオプションとして重ねる第１基層と一緒にあるいはそれと 一体に行い、型を成形した隔離層から外し、隔離層の成形面に第２基層を塗布し てそれと共に液体流れシステムを完成し、先に行っていないならば、前記第１基 層を隔離層の反対面に取り付けることを特徴とする方法を提供する。

図面の簡単な説明 上記の目的、特徴および利点は、添付図面に関連した以下の説明および付属の請 求の範囲から明らかとなろう。

図面において。

第１図は、本発明による毛管電気泳動プレートの一実施例の平面図である。

第２図は、検出器および電気接触手段を包含する、第１図の構造の基層のうちの １つを示す平面図である。

第３図は、上方に開口した液体チャンネルを構成する隔離層を支持する、第１図 の構造の他方の基層の平面図である。

第４図は、第１図の構造の部分横断面図である。

第５図は、本発明による毛管電気泳動プレートの別の実施例である。

第６図は、第３図のものに対応する多数の基層／隔離層組立体の製造を説明する 概略図である。

第７Ａ図は、３つの重なった隔離層と中間基層とからなるサンドウィッチ構造の 概略横断面図であり、第７Ｂ図は、このサンドウィッチ構造を構成するのに用い られる１つの基層／隔離層組立体の横断面図である。

第８図は、一体の隔離層・基層を包含する構造の部分横断面図である。

第９図は、クランプ手段内に置かれた、第８図に示す構造の部分横断面図である 。

第１０図は、イオン交換ストリップを包含する基層の別の実施例の概略図である 。

第１１図は、本発明の毛管電気泳動プレートで実施される電気泳動作業の結果を 示すグラフである。

発明の詳細な説明 最も単純な形態において、本発明によるミクロ液体構造は、２つの基層からなり 、これらの基層の間には、弾性の隔離材料（基層のうちの少なくとも１つに固着 しである）が、所望の液体流れシステム、たとえば１つまたはそれ以上の空所あ るいはラビリンス状のチャンネルを形成している。

液体流れシステムを設けるために、隔離層に、その全体の厚さあるいはその一部 を貫いてくぼみを設けてもよい。第１の場合、隔離層は、各空所またはチャンネ ルの側壁および頂、底をのうちの一方を形成し、基層のうちの１つが頂、底壁の うちの他方を形成するのに対し、別の場合には、基層が頂、底壁を形成し、隔離 層が側壁を形成する。隔離層の弾性により、それぞれの基層に対する適切なシー ルを得ることができる。

その発展形において、本発明の構造は、基層によって分離された２つまたはそれ 以上の隔離層を有する「多階層」サンドウィッチ構造からなり、隣り合った隔離 層における液体流れシステムが中間の基層に設けた孔によって連絡している。こ のようにすれば、たとえば複雑な流れチャンネル・／ステムを形成することがで きる。このような多階層構造は、いくつかの基層／隔離層組立体を積み上げるこ とによって形成してもよい。

基層は、形状安定性を持っていなければならないが、ここでこの用語が、後述す るように比較的広い意味で用いていることは了解されたい。したがって、基層に ついての以下に述べる目的および要件を考慮したときに容易に明らかとなるよう に、非弾性材料ばかりでなく中位の弾性材料も考えられる。したがって、基層の 目的は、一方では、隔離層を支持すると共にチャンネル壁あるいは空所壁の一部 を構成することにあり、他方では、ＸＹ平面において構造の寸法を維持し、確保 することにある。

ここで、ＸＹ平面とは、基層の延在する平面であり、Ｚはこの平面に対して直角 の方向である。したがって、形状安定性とは、特定の用途によって左右される条 件の下でほんの少しであるが、明確に定められる寸法変化を与える材料に関連し たことである。基層表面は、中位の圧力で効果的なシールが行える良好な平滑性 を持たなければならない。このことは、たとえば基層を硬くするか、あるいは、 平坦であり、できるならば弾性のある表面に可撓性のフィルムを置くことによっ て達成され得る。基層（プレート状、シート状、薄箔状、薄膜状のいずれでもよ い）として適当な材料としては、ガラス、金属、プラスチックであり、プラスチ ックとしては、たとえばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（たとえば 、Ｍｙｌａｒ）、弗素プラスチック（たとえば、Ｂｏｓｔａｆｌｏｎ）がある。

基層における上記の孔（たとえば、サンドウィッチ用途にとって必要である）は 、高精度技術、たとえばレーザ穿孔あるいは数値制御式精密機械によって形成で きる。

上述したように、隔離層の目的は、チャンネルまたは空所の側壁を構成し、Ｚ方 向、すなわち平面に対して直角な方向に所望の弾性を与えることにある。したが って、材料は弾性でなければならない。すなわち、好ましくは、ゴムまたはエラ ストマーである。適当なタイプの材料の一例は、シリコーンゴムである。他の特 殊な例としては、ＥＰＤＭゴムおよびＨｏ５ｔａｆｌｏｎがある。基層／隔離層 組立体（後により詳しく説明する）の製造に用いられる方法に依存して、隔離層 材料は、成形材料として満足できる性質、たとえば低い粘度および形状収縮性、 効果的なシールを得るのに適した硬化要因、たとえばＵＶ光その他の放射線、温 度等の他に、適当な硬度を持たなければならない。

上記の性質により、精密な型またはダイから安価な重合材料へ正確な幾何学形状 ・寸法をきわめて精密に複写することが可能となる。このような高精度の型また はダイは、たとえば後述するように、単結晶材料に蝕刻を行うことによって有利 に作ることができる。先に述べたように、隔離層の弾性は、基層と隔離層との間 、あるいは、隣り合った隔離層の間に非常に良好なシールを得ることを可能とす る。隔離層（安定化されたとき）は、好ましくは、基層に結合され、それと共に 空所またはチャンネルを構成するときに適当な表面特性を与える表面特性、たと えば、水様溶液を伴う用途のためには疎水性−疎水性相互作用を持たなければな らない。

しかしながら、２つの基層および中間隔離層からなる本発明の基本的な構造に関 して、基層と隔離層の両方についての要件を同時に満たす材料があることは容易 に理解できよう。隔離層および基層のうちの一方または両方を同じ材料で作って もよい。この場合、隔離層と１つの基層を、後述するように、一体としてもよい 。もちろん、上述の多階層構造も、このような一体の基層／隔離層ユニットから 構成することができる。この点で使用できる材料の一例は、Ｈｏ５ｔａｆｌｏｎ である。

°　好ましくは、隔離層は、２つの基層によって囲まれた全空間を満たさないが 、それの構成するチャンネルまたは空所に充分な壁厚を与える程度には満たして いなければならない。したがって、たとえば巻き型チャンネルの場合、それを構 成している隔離層材料は、同じ巻き型を有するが、横断面積は広くなる。このよ うにして、より小さいシール面積が得られ、それによって、所与の表面圧力に適 用するのに必要な全シール力をより低くするこ層平面に対して直角の方向に作用 する力の変化に応じてポンプまたは弁の作用を構造に与えるのにも用いることが できる。上述したように、構造を圧縮してポンプ作用を得るのに必要な力が低け れば、それだけ隔離層の広がりを小さくすることができる。

前述のように、隔離層に必要なくぼみ形成は、本発明によれば、扁平な型、たと えばシートまたはプレートに隔離層を形成することによって達成される。この型 は、隔離層が持つことになっている所望の幾何学構造の負の形をしているレリー フ・パターンを設けた成形面を有する。たとえば、この型は、シリコン、石英、 セラミック、金属またはプラスチック材料（たとえば、ＰＭｌｉ＾またはＴｅｆ ｌｏｎ３）の基板に蝕刻、表面被覆、レーザ加工、電気化学蝕刻、機械加工を施 すことによって製作される。

隔離層を形成するために用いる型は、もちろん、鋳造あるいは成形によってマス ク型から作ったレプリカであり得る。

このような型を製造するのに好ましい方法は、蝕刻である。それ故、選ばれる材 料は、シリコンまたは石英のような単結晶物質、あるいは、ｍｌＶ群の物質、た とえば砒化ガリウム、すなわち、明確な表面を気相または液相で化学処理するこ とによって製造し、このような形成法に必要な圧力および温度に耐える機械的／ 熱的特性を有するような構造／組成を有する材料である。好ましい材料は単結晶 シリコンである。

表面に所望のレリーフ・パターンの蝕刻は、公知の方法、すなわち、蝕刻ストッ パ層を（通常は、酸化によって）基板に設け、感光層（フォトレジスト）を被覆 し、所望のレリーフ・パターンを構成するマスクを通して表面を露光し、露光し た領域を現像してフォトレジストを除去し、これらの領域に裸の蝕刻ストッパ層 を露出させ、残っているフォトレジスト・マスクを除去し、最後に、裸の基板表 面領域を所望の深さに蝕刻することによって行われ得る。

隔離層の成形は、種々の方法で実施できる。たとえば、一実施例において、隔離 層は、刻印、圧印、エンポッシングを伴う圧縮成形作業によって形成される。こ の場合、隔離層材料（オプションとして基層に取り付けるかあるいはそれと一体 となっている）は型面に取り付けられ、この組立体を外力によって一緒にプレス する。材料が熱可塑性である場合、その粘性は、温度の上昇につれて低下し、隔 離層に形成されたレリーフ・パターンは、温度の低下につれて固定あるいは安定 化する。隔離層を安定化する他の方法としては、たとえばＵＶ照射、触媒、熱等 による架橋結合がある。この場合、隔離層材料は、架橋性液体、たとえば、シリ コーンゴムの薄層であり、これを基層の表面に被覆する。

別の実施例において、隔離層は、射出成形法によって形成する。この場合、基層 は、型面に取り付け、基層および型を外力によって一緒にプレスする。架橋性液 体、たとえばシリコーンゴムを、次に型キャビティに押し込め、その際に、適当 な架橋手段、たとえばＵＶ光によって架橋される。あるいは、冷却によって安定 化されたときに、熱可塑性重合溶融体を注入して隔離層を形成する。

隔離層の高価または安定化が完了したとき、基層／隔離層組立体を型から取り出 す。形成した隔離層の型からの離型を容易にするために、成形作業前に、型を離 型剤、たとえば液相のフルオロテンシトあるいは気相のフルオロポリマーで処理 すると好ましい。

型からの取り出し後、第２の基層を隔離層に取り付けて所望の空所またはチャン ネル・システムを完成する。

オプションとして、この第２の基層は、後により詳しく説明するように、適当な 手段によって隔離層に共有結合あるいは別の方法で結合する。

隔離層と基層の間に最適なシールを得るためには、特定の用途に使用する時点で 、組立体を、それに圧縮力を加えることのできる平らな面の部材の間に置く。こ のようなりランプ手段は、上述したポンプ作用を組立体に行わせるのにも使用で きる。

電気泳動の目的のためには、第２基層が、その各端に接触手段、たとえば金のス トリップを備えると共に、検出手段あるいは少なくともその準備手段を備えると 有利である。この場合、この第２基層は、再使用可能であると好ましく、隔離層 を取り付けた第１基層が使い捨て式であり、第２基層から分離でき、使用後に、 第２基層に新しい基層／隔離層組立体を容易に設けることができるようにすると 好ましい。

上述したように、本発明のミクロ液体構造は、もちろん、電気泳動以外のミクロ 液体目的のために有利に設計することもできる。たとえば、毛管クロマトグラフ ィ、ミクロ反応窓所業、小型液体連通ユニット、バイオセンサ・フロー・セル等 がある。本発明による反応空所は、たとえば種々の固相合成形態、たとえば２． ３の例を上げれば、ペプチドまたはオリゴヌレオチド合成、ＰＣＲ。

ＤＮＡ−固相逐次反応のために使用できる。

第１図は、本発明による毛管電気泳動プレートを示している。これは、第１の基 層１と、第２の基層２と、これらの基層１．２の間に配置した弾性隔離層３とか らなる。隔離層３にはくぼみを付けてチャンネル４を構成している。明瞭な図示 のためにのみ、ここでは基層２は透明としである（第１．３図）。

基層１は、形状安定材料、すなわち、非弾性あるいは中位の弾性の材料、たとえ ばガラスで作ってあり、その各端部には、たとえば金フィルムからなる電極スト リップ５．６が設けである。図示のケースでは、基層１は、たとえば一対の金電 極８．９の形をした導電性検出器手段７も備えている。これらの金電極は、チャ ンネル４を横切って配置され、基層の両側で、たとえば金の接触片工０、ＩＩか ら延びている。

弾性の隔離層は、第３図に示すように、第２の基層２、たとえばポリエステル・ フィルムに取り付けである。図示ケースでは、隔離層３は、チャンネル４を形成 したラビリンス状構造である。第３図において、隔離層３は基層２の底に取り付 けてあり、したがって、チャンネル４は下向きに開いている。チャンネルの頂壁 は基層２によって構成されている。隔離層３は、たとえばシリコーンゴムで作る ことができる。

第１図に示すような毛管電気泳動プレートは、第３図の基層／隔離層組立体を基 層１に取り付けることによって形成される。隔離層３の弾性により、基層１に対 する効果的なシールを得ることができる。表面特性（その重要性については先に 説明した）に合わせることによって、基層１と隔離層３を互いに接着するのに充 分な接着性を得ることができる。しかしながら、成る種の材料の組み合わせに対 しては、にかわ付けが必要かも知れない。

成る特殊な非限定例では、第１図の電気泳動プレートを特に参照して、基層はガ ラスであり、長さ６０ｍ３幅２０ｍｍ、厚さ約Ｑ、　５ｍｍである。隔離層３は 、シリコーン、Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　６７０　（Ｇｅｎｅｒａｌ 　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）で作ってあり、ンヨア硬度９０、幅［Ｉ である。チャンネル４の長さは１００＊ｍであり、幅２５０ミクロンである。チ ャンネル深さ、すなわち、隔離層の厚さは、５０ミクロンであり、体積は１．２ ５マイクロリツトルである。電極８．９（金で作り得る）は幅５０ミクロンであ り、間隔は５０ミクロンである。基層２（ポリエステル）は１２Ｘ　４０１ｍ１ １であり、厚さは約０．２ｍｍである。

第１図に示す毛管電気泳動プレートで電気泳動分離を行うために、それを２つの 平らな面の間に置き、適切な力を加えてプレートを相互に密封サンドウィッチ状 態に保持する。チャンネル４には、一端に液滴を加え、真空によってチャンネル 内に吸引することによって電気泳動緩衝剤を滴たす。次に、サンプルを、オプシ ョンとして、ポンプのような弾性構造を使用するか、あるいは濃縮イオン交換帯 域を使用するかして、チャンネルに塗布する。

これについては後述する。第１図に点線１２．１３で示す緩衝剤浸透濾紙片をチ ャンネル４のそれぞれの端に貼り、チャンネルと接触ストリップ５．６の開を接 触させ、外部源からの電気泳動電圧を印加する。分離プロセスは検出器７によっ て監視する。

第５図は、第１図の毛管電気泳動プレートの変形を示す。この図示実施例では、 チャンネル４の各端ヲ閉ざし、代わりに、チャンネルは、隔離層を支持する上方 基層２ａに形成した孔１４．１５に開口する。下方の基層（ここでは参照符号１ ａで示しである）には接触ストリップはない。緩衝剤は、たとえば、番孔１４． １５の上方に設置した、少量の緩衝剤を満たした容器から供給され得る。外部電 圧場を印加するためにこれらの容器内に電極が浸漬しである。

隔離層３は、たとえば、チャンネル４を含むラビリンス状隔離層構造に対応する レリーフ・パターンを有する扁平な型に基層２を取り付けることによって製作す ることができる。次に、シリコーン材料を型キャビティに注入し、こうして形成 された隔離層を引き続いてＵＶ照射によりて硬化させる。型から取り出した後の 、基層２によって支持された隔離層３を第３図に示す。

たとえば、特殊な例として説明した材料および寸法について上述した隔離層３を 取り付けた複数の基層２の製造プロセスの概略が第６図に示しである。この図は 、横に並んだ７つの隔離層３に相当する成るパターンの溝１６を有する型面を説 明することを意図している。

所望の型パターンを有する型プレートは、たとえば、次のようにして製造できる 。

シリコン・プレートの表面を１１００℃でオーブン内で酸化させて充分な厚さ、 たとえば約８０００オングストロームの酸化物層を形成する。オーブン内で洗浄 し、脱水し、ヘキサメチルシランで下塗りした後、スピニングによってフォトレ ジスト層を塗布し、ベーキングによって安定化させる。所望の溝パターンに対応 するマスクをプレート表面に置いてから、非被覆部分を露光する。露光したフォ トレジスト部分は、現像溶液で除去し、酸化物層を裸にし、残っているフォトレ ジスト・マスクを硬焼きする。裸にされた酸化物を、次に、弗化水素酸／弗化ア ンモニウムで蝕刻してシリコンを露出させる（プレートの裏面は、たとえば耐久 テープによって保護されている）。

次に、フォトレジスト・マスクを適当な溶媒、たとえば、アセトンによって除去 する。次に、所望の深さを得るに充分な時間にわたって、酸化物のないシリコン 領域を水酸化ボタジウムによって蝕刻する。こうしてできた型面は所望パターン の溝１６を有する。

基層／隔離層ユニット２．３を製作するために、たとえばポリエステル（ここで は、透明なものとして示しである）のフィルムまたはンートを型面上に置く。好 ましくは、これは、離型剤で型面およびフィルムを処理した後に行う。次に、圧 力、たとえば４バールの圧縮空気を加え、ノリコーンゴム（たとえば、Ｇｅｎｅ ｒａｌ　ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙの供給するＲＴＶ　６７０）のような 架橋性液体を人口１７を通して導入し、これを液体が出口１８から現れるまで続 ける。ＵＶ光で光硬化させた後、基層シートを型から取り出し、型に取り付ける 前にまだ行っていなかったならば、個々の基層部分（各々が基層２を構成する） に切断する。参照符号２０は、第１図の濾紙８．９の緩衝剤がチャンネルから構 造内に入るのを防ぐ横方向止めストリップ（第１図には示していない）を示して いる。

第３図に示す、基層２とこれによって支持された隔離層３とからなる構造は、第 ７Ａ図に概略的に示すような多階層構造を構築するのに使用できる。第７Ａ図は 、第７Ｂ図に示す３つの重なった隔離層／基層組立体を示している。このように して、反応および分析のための非常に複雑なチャンネル幾何学形状を構成するこ とができる。

隣す合った隔離層３のチャンネルは、それぞれの基層に設けた孔によって接続し ていてもよい。チャンネルの端は、第５図の基層２ａのように閉じである。

第１．５図に示す電気泳動プレートにおいて、隔離層３を取り付けたより小さい 基層２．２ａ（使い捨てできると有利である）は、検出器手段７を備えたより大 きい基層１から容易に切り離すことができるが、新しい基層／隔離層組立体２． ３は、基層１（２つの構成要素のうちの面積の広い方）に取り付けることができ る。

上述の構造に関連して、特に第４図に関連して、隔離層３および２つの基層１． ２のうちの一方の基層は、一体であってもよい。すなわち、同じ材料から一体部 材として製作してもよい。これが第８図に概略的に示しである。第８図において 、参照符号２１は、チャンネル２２を構成する一体の基層／隔離層部材を示し、 ２３は、第２の基層を示している。

第８図に示す実施例は、たとえば、次のようにして製作できる。

所望のレリーフ・パターンを有するシリコン型プレートを、まず上述したように 、単一の隔離層についても、あるいは、好ましくは第６図におけるように複数の 隔離層についても製作する。次に、３００〜５００　ｔｔ　ｍの［１ｏｓｔａｆ ｌｏｎフイルム（Ｈｏ５ｔａｆｌｏｎは、ドイツ国のＨｏｅｃｈｓｔ　ＡＧの供 給する熱可塑性弗化エラストマーである）をシリコン型面に取り付ける。オプシ ョンとして、この前に、離型剤を塗布する。次に、滑らかなシリコン・プレート を、すなわち、何らレリーフ・パターンのないシリコン・プレートをフィルムの 上に取り付けてＨｏ５ｔａｆｌｏｎフイルムを挟み込む。次に、金の被覆をそれ ぞれのシリコン・プレートの外面に取り付ける。次いで、このサンドウィッチを プレス手段内に置き、圧力（１０〜５０ｋｇ／ｃｍ２）を加え、金被覆を電圧源 に接続してサンドウィッチを約１５０℃まで電気加熱する。それによって、Ｈｏ ５ｔａｆｌｏｎフイルムが軟化し、型面パターンがプラスチック・フィルムに刻 印あるいは圧印される。次に、電圧源を遮断し、サンドウィッチを冷却する。型 から取り外した後、基層／隔離層ユニットは、第８図に概略的に示すものに対応 する横断面を有し、隔離層が厚さ約５０μｍのチャンネルを構成する。

次に、圧印していないＨｏ５ｔａｆｌｏｎフイルム層を第２基層として取り付け て構造を完成する。このフィルムは、好ましくは、平らなシリコン・プレートの 間で上述したように熱／圧力処理されて滑らかな接触面を与えられている。次に 、オプションとして、液体連通孔（第５図に１４で示す）を穿孔する。

第９図は、クランプ部材２４．２５の間に挿入されて構成要素２１．２２．２３ 間を効果的にシールする第８図の基層／隔離層ユニット２１．２２を示している 。上方のクランプ部材２４は、チャンネルに流体を導入するための、たとえば、 第５図に関連して説明した電気泳動プレートの場合には緩衝剤を導入するための 、孔２７を通して隔離層チャンネル２２と連通ずる容器くぼみ２６を包含する。

従来の毛管電気泳動に比較して、本発明による電気泳動プレートはいくつかの利 点を有する。たとえば、毛管構造のための分岐した入口、出口を設けるのが容易 となり、これがまた、毛管チャンネル構造の一端でチャンネル部分においてサン プルの等速回転電気泳動濃縮を行ったり、留分の回収や接続電解液の交換のよう な作業を可能とする。また、分取用途も考えられる。

図面に示し、先に説明したような矩形横断面の毛管チャンネルを有する電気泳動 プレートは、さらに検出の観点から非常に有利である。普通の毛管電気泳動に比 べて、種々の検出器システムを配置するのはかなり容易となる。

その−例が上述した導電性検出器である。別の例としては、ＵＶ検出器がある。

この場合、チャンネルは、チャンネル底（図示例では、基層１またはｌａ）の１ つまたはそれ以上の「窓」、すなわちＵＶ透過部分を備えるとよい。このような 窓は、チャンネルの底を構成している透明な基層を金属化して所望の位置に透明 な開口または窓を残すことによって設けることができる。次に、ＵＶ光源で照明 することによって検出を実施する。チャンネルの入口部分に一連のこのような窓 を配置することによって、サンプル注入量を知ることができる。オプシヨンとし て、ＵＶ検出器のような検出器をチャンネルの全長にわたって配置し、それによ って、チャンネル内のサンプル物質の移動を連続的に監視することができる。別 の配置では、チャンネル底に向かって開口する複数本の光ファイバを用いて検出 器アレイに光を送り、チャンネルの全部または一部を連続的に監視することがで きる。もちろん、他のタイプの検出器も可能である。容易に理解できるように、 上述した検出原理は、電気泳動以外の用途、たとえばクロマトグラフィにとって も価値がある。

隔離層の弾性により、さらに、「サンドウィッチ」を−緒に保持する力を変える ことによって実施されるポンプ作用でナノリットルのサンプルを注入することも 可能となる。また、プレート構造により、たとえばイオン交換器の成る領域で電 気泳動チャンネル内のサンプル分子を濃縮することも可能となる。このようなイ オン交換器領域を設ける一例が第１０図に示してあり、この図は、第１．２．５ 図の基層１に相当する基層の具体例を示している。図示したように、基層２８は 、検出器電極２９．３０に加えて、イオン交換器材料の薄いストリップ３１を有 する。

たとえば、第５図の電気泳動プレートで電気泳動を実施するとき、ストリップ３ １はチャンネル４内にあり、チャンネルを通して付与される適当な緩衝剤内のサ ンプルは、まず、イオン交換器ストリップ３１内で濃縮される。その際に、電気 泳動緩衝剤が導入されてチャンネル４内の余剰のサンプルを除去する。サンプル は、次に、電気泳動ふいるどまたはそれによって発生したｐＨンフトによって脱 着される。

第１１図は、上述したように蝕刻したシリコン面について刻印を行うことによっ て製作したＨｏ５ｔａｆｌｏｎ電気泳動プレートで実施した、Ｈａｅ　ｍ　を持 つφＸ　１７４の制限ダイジェストの電気泳動において得られた電気泳動図であ る。

チャンネルの全長は５ｈｍであり、幅は２５０μｍであり、高さは５０μｍであ った。使用にあたって、プレートをクランプ手段の平坦な表面の間で、全体で約 １００Ｎの力の下に締め付けた。分離チャンネルは、非イオン洗剤で親水化し、 分離媒質として１０％線状ポリアクリルアミドを満たし、緩衝剤としてはＴｒｉ ｓ−ｂｏｒａｔｅ　（ｐＨ８，３）を用いた。

注入は、５　ｓｅｃ／　７００Ｖの界面動電であり、全電位降下は、７００Ｖで あった。検出は、２６０ｎｍのＵＶによって行った。

もちろん、本発明は、上述し、図示した特定の実施例に限定されるものではなく 、添付の請求の範囲に記載したような総括的な発明概念の範囲内で多くの修正、 変更をなし得る。

ＦＩＧ、７Ｂ ＦＩＧ、９ 公 要　約　書 ミクロ液体構造は、第１、第２のほぼ平らな形状安定性基層（１，２）と、弾性 材料の中間隔離層（３）とを包含し、前記隔離層（３）にくぼみが形成されてい て、前記第１、第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミクロ空所システムま たはチャンネル・シ支テムを構成している。

この構造は、オプションとして第１基層（２）に取り付けるかあるいはそれと一 体にした隔離層を扁平な型に対して成形することによって製造され、ミクロ空所 システムまたはチャンネル・システムは、第２基層（１）およびオプションとし て前記第１基層（２）を隔離層（３）に取り付けることによって完成する。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＳＥ　９１１００３２７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１、第２のほぼ平らな形状安定性基層（１、２）と、弾性材料の中間隔離 層（３）とを包含し、前記隔離層（３）にくぼみが形成されていて、前記第１、 第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミクロ空所システムまたはチャンネル ・システムを構成していることを特徴とするミクロ液体構造。 ２．請求項１記載のミクロ液体構造において、前記隔離層（３）の全厚みを貫い てくぼみが設けてあって、空所システムまたはチャンネル・システム（４）の側 壁を隔離層（３）によって形成し、頂壁および底壁を基層（１、２）によって形 成したことを特徴とするミクロ液体構造。 ３．請求項１または２記載のミクロ液体構造において、隔離層および少なくとも １つの基層が同じ材料で作ってあることを特徴とするミクロ液体構造。 ４．請求項３記載のミクロ液体構造において、隔離層が基層（２１）の１つと一 体であることを特徴とするミクロ液体構造。 ５．請求項１〜４のいずれか１項に記載のミクロ液体構造において、前記基層の うちの少なくとも１つが可撓性であることを特徴とするミクロ液体構造。 ６．請求項１〜５のいずれか１項に記載のミクロ液体構造において、前記基層（ １、２）のうちの少なくとも１つが剛性であることを特徴とするミクロ液体構造 。 ７．請求項１〜６のいずれか１項に記載のミクロ液体構造において、隔離層構造 （３）が基層間のスペース全体を占めておらず、この構造によって構成されるチ ャンネルまたは空所（４）の壁部材を形成していることを特徴とするミクロ液体 構造。 ８．請求項１〜７のいずれか１項に記載のミクロ液体構造において、前記構造が 毛管電気泳動のためのプレートであることを特徴とするミクロ液体構造。 ９．請求項８記載のミクロ液体構造において、基層（１、２）のうちの１つに配 置した検出器手段（７）を包含することを特徴とするミクロ液体構造。 １０．請求項１〜９のいずれか１項に記載のミクロ液体構造において、前記構造 が、基層（１、２）によって分離された少なくとも２つの隔離層（３）を包含し 、一方の隔離層のチャンネルまたは空所が、中間の基層に設けた孔によって隣の 層のチャンネルまたは空所に接続していることを特徴とするミクロ液体構造。 １１．第１、第２のほぼ平らな形状安定性基層（１、２）と、弾性材料の中間隔 離層（３）とを包含し、前記隔離層（３）にくぼみが形成されていて、前記第１ 、第２の基層のうちの少なくとも１つと共にミクロ空所システムまたはチャンネ ル・システムを構成しているミクロ液体構造を製造する方法であって、（ｉ）所 望の隔離層幾何学形状に対応するレリーフ・パターンを有する平らな型面を設け 、隔離層材料をオプションとして第１の基層（２）に取り付けるかあるいはそれ と一体に形成する段階と、（ｉｉ）前記型面に対して隔離層（３）を成形する段 階と、（ｉｉｉ）型から取り出した後に第２の基層（１）およびオプションとし て前記第１の基層（２）を隔離層（３）の両側に取り付けてチャンネルまたは空 所システム（４）を完成する段階とを包含することを特徴とする方法。 １２．請求項１１記載の方法において、ａ）所望の隔離層幾何学形状に対応する レリーフ・パターンを有する扁平な型を設ける段階と、ｂ）この型に第１基層（ ２）を取り付ける段階と、ｃ）型面と基層（２）の間に構成されたキャビティに 架橋性ポリマー液または熱可塑性ポリマー溶融体を注入する段階と、 ｄ）架橋または温度低下によって前記の注入したポリマーを安定化する段階と、 ｅ）型から基層／隔離層組立体（２、３）を取り出す段階と、 ｆ）前記組立体（２、３）の隔離層（３）に第２の基層（１）を取り付ける段階 とを包含することを特徴とする方法。 １３．請求項１１記載の方法において、ａ）所望の隔離層幾何学形状に対応する レリーフ・パターンを有する扁平な型を設ける段階と、ｂ）オプションとして第 １基層（２）によって支持されるかあるいはそれと一体となっている架橋性ある いは熱可塑性隔離層材料を型に取り付け、この組立体を、オプションとして加熱 しながら一緒にプレスする段階と、 ｃ）架橋あるいは温度低下によって形成済みの隔離層（３）を安定化する段階と 、 ｄ）型から隔離層構造を取り出す段階と、ｅ）この隔離層（３）に第２基層（１ ）およびオプションとして前記第１基層（１）に取り付ける段階とを包含するこ とを特徴とする方法。 １４．請求項１３記載の方法において、段階ｂ）、ｃ）で一体の基層／隔離層部 材が製造されることを特徴とする方法。 １５．請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法において、前記架橋が光開 始によって行われることを特徴とする方法。 １６．請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法において、型面の前記レリ ーフ・パターンが蝕刻によって作られることを特徴とする方法。 １７．請求の範囲第１６項記載の方法において、前記型が単結晶シリコンで作っ てあることを特徴とする方法。