CN101142023A - 用于分离或者捕获目标物质的柱结构 - Google Patents

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Abstract

一种具有与内部空间相连通的开口的结构，适合用于分离或者捕获从开口引入内部空间的物质。该结构包括具有带开口的内部空间的中空构件以及互相分离地放置在内部空间中的多个柱。该柱由包含无机氧化物的材料形成，并且在组成上不同于中空构件。

Description

用于分离或者捕获目标物质的柱结构
技术领域
本发明一般涉及一种用于分离或者捕获指定物质的结构以及其制造方法、以及使用这种结构的分离元件、捕获元件、分离装置和检测装置。
背景技术
为了分析痕量的蛋白质或者核酸，已经使用一种利用电泳或者液相色谱的装置，其代表是毛细管电泳或者毛细管液相色谱。这种装置通过利用分离基质填充内直径为100μm或者更小的玻璃毛细管而进行分析。这种使用微空间的分析已经提供了改进了的效率。基于这种情况，现在提出使用10μm或者更小量级的微空间，取代100μm量级的微空间。
为了这个目的，有一种已知的方法，其利用多孔元件，例如微孔过滤器，诸如硝酸纤维膜或者尼龙膜、纸、无纺布或者纱线作为基质，以及一种利用珠子填充反应器以便形成多孔元件的方法。这种多孔元件具有比表观表面积大很多的有效表面积，由此能够在表面上固定或者携带许多捕获的成分或者相互作用的成分。
然而，因为这种基质的结构，所以认为这种基质包括许多目标物质不能到达的封闭空间。就基质体积而言，这种空间因其不能对反应有所贡献而变成了浪费的空间，由此削弱了作为分离元件的分离能力或者作为捕获元件的效率。同样在珠子填充方法中，当待检查的溶液注入以及压入微流路径较长时间或者较大量时，珠子本身移动从而导致堵塞，或者填充的结构根据填充方法而改变并且不可良好地重复。
另一方面，生物传感器和生物芯片正在被研究作为测量设备，其利用生物物质或者生物分子的出色的生物分子识别能力，并且期望不仅在医学领域中，而且在生态学、食品等领域中广泛应用。
通常，生物传感器由捕获元件和检测元件组成，该捕获元件识别和捕获待测量的物质(下文中称为目标物质)，该检测元件检测发生的物理或者化学变化并且将其转换为可检测信号，诸如电信号或者光信号。在活有机体中存在已知的显示相互亲和性的物质组合，诸如酶-底物、抗原-抗体或者DNA-RNA，生物传感器使用在基质上固定或者携带这种组合中的任一个并将其用作捕获成分的原理，由此选择性地测定另一物质。另外检测元件还以各种类型提出，诸如氧电极、过氧化氢电极、离子电极、ISFET(离子敏感场效应晶体管)、光纤或者热敏电阻器。另外最近使用了石英振子、SAW(表面声波)元件或者等离子体共振元件，它们可以检测毫微克量级的质量变化。
最近的研究致力于显微分析***，其例如在数平方厘米玻璃或者塑料基底上集成了这种化学分析***。例如现在正在研究一种芯片，该芯片具有非常精密的、内直径为数百微米的槽，即微空间，用于将含有反应性物质的液体供应到芯片的内部。
这种微空间具有以下优点：
(1)狭窄空间可以缩短物质扩散所需时间；
(2)就试样容量而言，大比表面积允许使用界面实现迅速的化学过程；
(3)较小热容使得能够实现快速温度改变；以及
(4)分析所需的减少的样品量和能量实现了小型化的***，并且正在通过尺度减小而尝试较短时间和高精度的测量。
另外，在为便携式或者可以安装在任何地方，并且可以在短时间内进行先进分析的小型装置中，生物传感器是所期望的，实现微分析***是重要目标。尤其在捕获元件中，前述微空间的使用是重要的并且具有重要影响。预期高灵敏度和高精度的生物传感器可以如下获得：向捕获元件上施加一种微空间，该微空间能够在基质上固定或者携带高浓度的捕获成分，并且还能够实现这种捕获成分对目标物质的顺利接触和识别。
其中，研究使用设置在基板上的、作为层析柱的柱样元件。例如，Analytical Chemistry，2003，75，p6244，发表了传统填料柱被由规则多孔柱阵列构成的柱取代的情况下的理论软件分析，并且总结出由规则多孔柱阵列构成的柱实现了较小型的柱和低分离阻抗。
另外，US2004/0125266A1(对应于日本专利公开No.2004-170935)提出了一种可应用于分子过滤器、生物芯片或者光学设备的功能性基底，它是通过将有机聚合物的柱样突起定位在有机聚合物基板上而形成的。该参考文件声明，因为柱样突起由有机聚合物构成，所以功能性基底可以通过压制而成本低廉地制备出。
另外除了这种柱，日本专利申请公开No.2004-99418还公开了多孔凝胶作为分离介质的使用，其可应用于诸如核酸或者蛋白质等细胞化学物质的分析。该参考文件中所描述的发明旨在提供一种材料，该材料通过在具有大孔的凝胶骨架上覆盖与待分离的化合物相匹配的氧化层而形成。
更具体地，上述文件公开了一种多孔材料的产生方法，包括通过包括相分离的溶胶-凝胶转变制备多孔凝胶，然后向这种多孔材料中引入构成金属氧化物的前体的物质，以及通过水解-缩合反应形成覆盖的金属氧化物层。该参考文件中的发明报告获得了一种材料，其可以利用小于填料柱中的压力使溶液通过。
然而上文提及的Analytical Chemistry，2003，75，p6244仅示出了理论分析，而未包括关于多孔柱的材料和产生方法的详细具体公开内容。
另外在US2004/0125266A1中，柱样突起利用有机聚合物形成，并且在柱样突起上捕获的含有腐蚀性成分的分子可以削弱有机聚合物的稳定性。另外，其上形成有柱样突起的基板由与构成这种柱样突起的有机聚合物相同的材料形成，由此对在基板上形成柱样突起强加了限制并导致成本增加。
进一步，日本专利申请公开文件公开了一种使用多孔凝胶的分离介质，然而其不使用柱样结构，并且期望进一步改进获得较低流阻的分离介质。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有较低流阻并且能够稳定地分离或者捕获指定物质的成本低廉的结构。本发明的另一目的是使用由此获得的结构，提供一种分离元件、分离装置、捕获元件以及检测装置。本发明的又一目的是提供一种具有良好的光透射率并且可用于光学检测的分离装置和检测装置。
本发明所提供的结构具有与内部空间相连通的开口，并且适合用于分离或者捕获从该开口引入内部空间的物质；并且该结构包括具有内部空间和开口的中空构件，和彼此分离地位于内部空间中的多个柱，其中所述柱由含有无机氧化物的材料构成，并且该材料在组成上不同于中空构件。
本发明的一种分离元件，其具有与内部空间相连通的开口，适合用于分离包含在从开口引入到内部空间的试样中的目标物质，该分离元件包括上文所提及的结构和分离成分，该分离成分设置在柱表面上，能够与目标物质相互作用，以便由此从试样中分离目标物质。
本发明的一种分离装置，其适合用于分离包含在试样中的目标物质，该装置包括上文所提及的分离元件以及流体驱替(fluiddisplacement)装置，该流体驱替装置引起分离元件内部空间内的流体驱替。
本发明的一种捕获元件，其具有与内部空间相连通的开口，适合用于捕获包含在从开口引入内部空间的试样中的目标物质，该元件包括上文所提及的结构和捕获成分，该捕获成分设置在柱的表面上，能够捕获目标物质。
本发明的目标物质检测装置包括上文所提及的捕获元件以及用于检测捕获元件所捕获的目标物质的检测元件。
本发明的一种用于分离包含在试样中的目标物质的方法包括以下步骤：令试样与上文所提及的分离元件相接触；利用分离元件与目标物质的物理或者化学相互作用从试样分离出目标物质，所述相互作用发生在接触步骤中。
本发明的一种用于检测包含在试样中的目标物质的目标物质检测方法包括以下步骤：令试样与上文所提及的捕获元件相接触；检测由捕获元件捕获目标物质引发的物理或者化学变化。
一种用于制造结构的方法，该结构在具有内部空间的中空构件中设置有在内部空间中的柱，该方法包括以下步骤：制备溶解无机氧化物前体并且具有为形成柱而调整的组成的反应溶液；引入反应溶液以填充内部空间；诱发内部空间中的相分离和溶胶-凝胶转变，由此在与重力方向平行的方向上形成柱。
本发明的结构可应用于分离元件，诸如层析柱。在本发明的结构中，设置在具有内部空间的中空构件中、由含有无机氧化物的材料形成的多个柱甚至针对腐蚀性物质都可以显示稳定的分离或者捕获功能。另外因为具有内部空间的中空构件和柱由不同组成的材料形成，所以可以为具有内部空间的中空构件选择成本低廉的材料，同时保持诸如柱的强度等特性，因此该结构可以由各种材料制备。
本发明可以成本低廉地提供一种结构，其具有低流阻并能够稳定地分离或者捕获指定物质。另外本发明的结构可以用于提供分离元件、分离装置、捕获元件或者检测装置。还可以提供一种检测装置，其具有良好的光透射率，并能够应用光学方法进行目标物质的检测以及能够高灵敏度地检测。
附图说明
图1A和图1B是本发明的结构的示意性剖面视图。
图2A、2B、2C和2D是示出了具有由壁所包围着的微空间之结构例子的示意图。
图3是柱形成于部分微空间中的结构的示意性剖面视图。
图4是示出了根据实施例8的捕获元件的示意图。
图5是使用实施例8的捕获元件的装置的框图。
图6是示出了根据实施例9的捕获元件的示意图。
图7是示出了根据实施例10的捕获元件的示意图。
图8是示出了SPR传感器的光学***的示意图。
具体实施方式
本发明的结构具有与内部结构相连通的开口，并且适合用于分离或者捕获通过该开口所引入的物质；并且该结构包括具有内部空间和开口的中空构件，和互相分离地位于内部空间中的多个柱，其中所述柱由含有无机氧化物的材料形成，并且该材料在组成上不同于中空构件。
无机氧化物优选为二氧化硅，柱优选含碳。
作为由本发明的结构所分离或者捕获的对象的物质没有特别限制，但是优选地选自有机化合物和磷酸化合物。这种物质的例子包括包含在有机体中的生物物质，诸如蛋白质、核酸、糖、肽、氨基酸、维生素或者脂质，以及其相关物质，变应原、细菌、病毒以及人工合成的伪生物物质。例子还包括构成各种塑料、纤维、涂料、调色剂等的物质，诸如电镀溶液或者蚀刻溶液的水溶性试样，以及构成诸如液晶或者光敏材料的功能性材料的物质。
本发明用于分离试样中的目标物质的分离元件设置在具有上文所述结构的结构中的柱的表面上，具有能够与待分离的目标物质进行物理或者化学相互作用的成分。用于目标物质的分离装置可以通过使用至少这种分离元件和流体驱替装置而构造，其中该流体驱替装置能够在设置了多个柱的该分离元件的内部空间中进行流体驱替。这种分离装置可以进一步包括用于检测目标物质的分离状态的检测装置，并且这种检测装置优选为光学检测装置。
通过在柱的表面上提供目标物质捕获成分作为用于捕获试样中的目标物质的捕获元件，可以有利地使用具有上述结构的结构。检测装置可以通过使用至少这种捕获元件和检测部件而构造，其中该检测部件用于检测试样的目标物质在捕获元件中的捕获状态。检测部件优选为光学检测部件。更优选为利用选自以下方法中至少一种方法的检测部件：荧光方法、发光方法、光吸收方法、折射率方法、热导率方法、热透镜法、化学发光法以及等离子体共振法。
使用了分离元件的目标物质分离法至少包括以下步骤：令试样接触分离元件；利用在接触步骤中产生的分离元件与目标物质的物理或者化学相互作用分离目标物质。
另外，利用具有上文所述结构的捕获元件的目标物质检测方法至少包括以下步骤：令试样与捕获元件接触；检测由接触步骤所产生的物理或者化学变化。
另外，本发明的结构的制造方法至少包括以下步骤：在溶剂中溶解无机氧化物前体以制备反应溶液；用反应溶液填充中空构件的内部空间；诱发内部空间中的相分离和溶胶-凝胶转变，由此形成柱。无机氧化物前体优选为烃氧基金属(metal alcoxide)，更优选为烃氧基硅。
在下文中，将进一步更详细地描述本发明的优选实施方式。
本发明的结构示于图1A和图1B中。图1A和图1B中所示的结构在包括内部空间12的中空构件11中具有多个柱13。在下文中，将进一步说明该结构的组成部分。
(具有内部空间的中空构件)
本发明的结构具有中空构件21，中空构件21具有内部空间22，如图2A、2B、2C以及2D中所示，但是本发明所使用的中空构件不限制于这些形状，只要其具有内部空间和与之相连通的开口即可。然而，为了以更平行的方式形成多个柱，具有内部空间的中空构件的两个内表面优选为平行的。在图2A至图2D所示的例子中，图2A和图2B中所示的那些例子比图2C和图2D所示的那些例子更易于形成平行柱。在本发明中，可以有利地使用整个中空构件，在该元件中围绕着内部空间的壁连续地形成，但是中空构件还可以通过将上部基底附加到流通槽(flow trough)等之上、或者利用构成侧壁的间隔区连接上部基底和下部基底而形成。然而，在下文将要说明的制造方法中，至少在填充时，中空构件优选地具有一个用于引入反应溶液填充内部空间的开口。例子包括微管和玻璃毛细管，然而任何能够将反应溶液容纳在内部空间中以便在内部空间中形成柱的元件均可以没有限制地使用，并且还可以适当地选择材料和形状。另外，当在捕获元件中目标物质在被捕获元件捕获的状态下被检测的情况下，优选地使至少中空构件的一部分形成为光透射区域，用于目标物质的检测，其目的是使用光学检测。例如，整个中空构件可以利用例如玻璃的光透射材料形成，由此实现利用光学检测部件的检测。
另外，考虑到液体以实际速度流动以及生成的柱结构的均匀性，所以内部空间中优选地具有100nm-1mm的尺寸。在小于100nm的内部空间中，通过相分离而形成柱结构将是困难的，而在大于1nm的内部空间中，由于重力影响，将很难避免柱结构中的变形或者不均匀。例如，在中空构件具有圆形横截面(横截面与液体流动方向垂直)管形的情况下，其内直径优选为在上述范围内。另外在管状中空构件具有三角形或者四角形横截面的情况下，待形成的柱的最短边的长度或者纵向长度优选地在上述范围内。
(柱)
本发明的结构在上述内部空间中具有图1A和图1B中所示的多个柱13。每个柱均从中空构件11的内壁上的基底部分起在内部空间12中延伸，并且在内部空间的内壁的另一端结合。本发明的结构具有多个柱，该柱具有在两端连接到上内壁和下内壁上的结构，本发明的结构还可以包括具有以下结构的柱：其仅在一端固定在上内壁或者下内壁上而在另一端并不延伸到下内壁或者上内壁上。另外柱可以在内部空间的一部分中形成，并且即使在以下情况中本发明的效果也不会降低：如图3所示，中空构件31的内部空间包括柱33和三维网状多孔区域(三维网状结构)34。本发明中的柱的直径为100nm-1mm，并且以100nm-1mm的间隙布置。柱的高度受具有内部空间的中空构件的尺寸的影响，但是优选地在100nm-1mm范围内。柱的横截面形状通常为圆形或者椭圆形，但是也可以是其变化形状。纵向横截面形状通常为矩形或者正方形，或者是上部或者下部比中心部分宽的矩形形状，还可以是其变化形状。另外，考虑到生成方法，柱在内部空间中的体积比例为94％或者更低。然而，为了获得高比表面和低流阻，以便有利地可应用于分离元件或者捕获元件，体积比例优选地是50％或者更小，并且更优选的是10-50％。柱可以以各种布置设置，然而，为了减小流体的流阻，为规则布置，其中多个柱基本上以矩阵模式位于该布置中，如图4中所示的柱405的情况。
这种精细结构可以利用相分离和溶胶-凝胶转变形成，在无机氧化物前体经历水解/缩合反应的过程中生成。
构成柱的材料包括无机氧化物，诸如二氧化硅、氧化铝或者二氧化钛。在本发明中，构成柱的材料只要具有不同于构成具有内部空间的中空构件的材料的组成，就不被特别限制，但是考虑到耐化学性、机械强度以及便于携带下文所述的相互作用成分或者捕获成分，优选地包括二氧化硅。
在本发明中，构成柱的材料和构成具有内部空间的中空构件的材料具有不同的材料组成。具有不同的组成不仅意味着材料具有相同构成元素但是在组成上不同的情况，还意味着材料具有不同的构成元素的情况，即具有内部空间的中空构件和柱由不同的材料形成。另外针对柱形成的结构控制，形成的柱优选地包括碳如烷基。
在本发明中，如后文将在生成方法中说明的，具有内部空间的中空构件和柱由不同组成的材料形成。因此具有内部空间的中空构件能够使用成本低廉的的材料，同时能维持柱的特性例如强度。与中空构件和柱由相同材料例如有机聚合物形成的情况相比，生产的限制由此减少，因此允许提供成本低廉的结构。
下面将说明本发明的分离元件。
(分离元件)
本发明的分离元件的特征在于，在设置在所述结构中的柱的表面上具有能够与目标物质物理或者化学地相互作用的成分(下文中称为相互作用成分)。本发明的分离元件可用作，例如，用于层析的毛细管柱，在这种情况中，柱表面构成层析中的固定相。本发明的分离元件，具有以小间隙排布的多个精细柱，可以增加比表面和缩短试样中目标物质到固定相的扩散距离。另外低流阻可以改进流体供应特性。
(与目标物质相互作用的成分)
能够与目标物质物理或者化学相互作用的本发明中的目标物质分离成分可以是疏水性成分、亲水性成分、具有吸收能力的成分、或者具有离子交换能力的成分，但是不限于这些例子。通过在生成方法中提前将这种成分包含在将在下文说明的无机氧化物前体中，这种成分可以承载在柱表面上。分离成分还可以在形成柱之后、通过表面改性剂的反应被引入。例如，在使用二氧化硅作为无机氧化物的情况中，硅烷醇基暴露在表面并且可以与具有与目标物质相互作用的成分的表面改性剂例如硅烷偶联剂相反应。可以适当地选择表面改性剂以便获得期望的表面(相互作用)特性，例如，具有十八烷基的成分可以改进固定相的疏水性。另外为了较少不必要的相互作用，可以对过多的硅烷醇基施加封端(capping)处理。
下面将说明本发明的分离装置。
(分离装置)
本发明的分离装置的特征在于包括上文所述的分离元件和流体驱替装置。用于层析的普通毛细管柱在毛细管中具有三维网状结构，并且利用在物理或者化学相互作用中其表面的差别而进行物质的分离。高流动速率需要增加的压力用于流体供应，由此需要高性能泵***。由于本发明的分离元件具有二维柱结构，所以使用该分离元件的分离装置具有低流阻并且可以减小液体供应压力。另外分离装置具有高透光率，即使在使用例如UV-VIS的光学检测***的情况中，也可以实现高灵敏度的检测和低液体供应压力，同时维持分离能力。
下面将说明本发明的捕获元件。
(捕获元件)
本发明的捕获元件的特征在于，在所述结构中的柱的表面上具有用于捕获目标物质的捕获元件。本发明的捕获元件，其具有以小间隙排布的多个精细柱，具有大比表面并且可以承载大量捕获成分。另外其可以缩短试样中的目标物质到捕获成分的扩散距离，由此提高作为反应场的效率。另外其具有高透光率，由此适合于光学检测。
(捕获成分)
本发明中将使用的捕获成分是与试样中目标物质的选择有关的物质。例如，其可以是与试样中的目标物质选择性地直接反应的物质(诸如所谓的受体或者抗体分子)、涉及与目标物质的反应的物质(例如对目标物质的反应具有选择性催化作用的物质)、或者使试样中除目标物质以外的物质失活的物质。另外捕获成分还可以具有关于指示存在/不存在或者检测水平的功能，例如通过与受体所释放的物质或者剩余物质相反应而产生颜色的功能。将在本发明中使用的捕获成分没有特别限制，可以例如是酶、糖链、催化剂、抗体、抗原、核酸、基因、显色剂等，但是不限于这些例子。
下面将说明具有捕获元件的本发明的检测装置。
(检测装置)
如前所述，生物传感器通常由捕获元件和检测元件构成。检测元件检测当捕获元件识别指定的目标物质时产生的反应，并将该反应显示为光、电流、电压、质量或者热量的改变。已经提出了多种元件作为检测元件，例如氧电极、过氧化氢电极、ISFET、光纤、SAW以及热敏电阻器。本发明的检测装置的特征在于使用高效捕获元件，并且待结合的检测方法不限于这些例子。然而，具有良好透光率的本发明的捕获元件优选地与光学检测元件相结合，该光学检测元件使用至少一种光学检测方法，诸如荧光方法、发光方法、光吸收方法、折射率方法、热导率方法、热透镜方法、化学发光方法以及等离子体共振方法。在与光学检测元件相结合的情况中，光学***优选地构造为待检测的入射光和出射光基本上平行于柱结构的纵轴。
另外捕获成分可以组合使用，例如，该检测装置可以构造为复合酶传感器、抗体-酶传感器或者酶-细菌混合传感器。
用于本发明的检测装置的测量目标不一定是直接与捕获成分反应的目标物质，也可以是间接测量的物质。例如，测量可以通过检测存在于测量目标中的特定目标物质而进行。由此测量的目标不限于生物物质，并且其尺寸也不受限制。然而目标物质优选地是包含在有机体中的生物物质，如糖、糖链、蛋白质、肽、氨基酸、抗体、抗原或者假抗原、维生素、基因、核酸、变应原、细菌、病毒、其相关物质、以及人工合成的假生物物质。
下面将说明本发明的分离方法。
(分离方法)
将针对使用二氧化硅柱结构的情况说明本发明的分离方法。与用微粒三维填充的层析柱相比，包括排布的柱的二氧化硅柱结构被认为是一种具有布置在平行平板之间的圆柱体微粒的结构。然而，这种结构可以不依赖于填充方法而保持，并且分离能力由预先设计的柱的直径和间隙决定。分离通过以下模式实现：溶解在流动相溶液中的试样分子重复分布于构成固定相的柱的表面(分布模式)，如在普通液相层析中，或者试样分子根据分子量使分子扩散进柱的孔中(大小排除模式)。随着柱直径的减小，每个单位长度的理论塔板数增加，并且随着柱之间的距离的减小，层析柱的流阻降低。根据普通范第姆特公式，对于流动相的线性流动速率，理论塔板数显示最大值。因此在大约对应于该最大值的线性流动速率处，分离效率变为最大值。另外柱表面需要化学改性，其对应于待分离的分子的化学特性。
试样中的物质分离通过将包括排布的柱的二氧化硅柱结构装配为在液相层析设备中的层析柱，并且流动液体试样而进行。试样可以是，例如，包含在有机体中的生物物质，如蛋白质、核酸、糖、肽、氨基酸、维生素或者肽、其相关物质、或者人工合成假生物物质。试样还可以是各种塑料或者纤维、具有络合物组合物的涂料、调色剂、诸如电镀溶液或者蚀刻溶液的水溶性试样、或者诸如液晶或者光敏材料的功能性材料。
在下面将说明本发明的检测方法。
(检测方法)
检测通过在二氧化硅柱结构中试样溶液的出口附近制备检测窗口(非柱检测)，或者通过连接检测单元和二氧化硅柱结构中试样溶液的出口而进行。该检测可以通过下方法进行：荧光方法、发光方法、光吸收方法、折射率方法、热导率方法、热透镜方法、化学发光方法或者等离子体共振方法，但是不限于这些方法。
下面将说明本发明的结构的生成方法。
(制造方法)
图1中所示的结构可以通过以下步骤(A)至步骤(C)制备。
步骤(A)：反应溶液的制备
在该步骤中，将无机氧化物前体溶解在溶剂中而获得反应溶液。反应溶液需要调节为能够形成柱的组成。这种能够形成柱的组成可以选自表现出比通过溶胶-凝胶转变生成三维网状多孔元件的组成更缓和的溶胶-凝胶转变的组成。无机氧化物前体可以是，例如，烃氧基金属或者金属氯化物。尤其是有利地使用诸如四甲氧基硅烷或者四乙氧基硅烷的烃氧化硅、或者诸如四氯化硅的氯化硅，因为它们便于反应控制。另外为了控制后面将要说明的相分离和控制反应过程中的凝胶相的粘度，优选地使用具有烷基链的3官能或者2官能烃氧基金属，诸如甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷或者二甲氧基二甲基硅烷。另外在混合物中可以使用多种这样不同的前体。
有利地使用诸如甲醇或者乙醇的醇作为溶剂，但是只要其他溶剂能够溶解无机氧化物的原材料并且诱发后文将说明的相分离，由此形成柱，则可以使用任何其他溶剂，诸如甲酰胺、水或者其混合物。另外在水解无机氧化物前体中需要水，并且水优选地包含在溶剂中。另外为了诱发相分离，可以将诸如水溶性有机聚合物的添加剂或者表面活性剂与反应溶液相混合。另外，诸如硝酸或者盐酸的酸可以作为催化剂添加到反应溶液中。
可以适当地调整该溶剂、无机氧化物前体、添加剂、催化剂等的混合比例以便控制所形成的柱的形状，诸如直径、间隙以及密度，以及控制共存比例和三维网状多孔区域的形状。
另外为了控制反应溶液中的水解/缩合反应，优选地控制到步骤(B)期间的时间和温度。
步骤(B)：反应溶液的引入
在该步骤中，引入反应溶液以填充中空构件的内部空间。引入到内部空间可以通过将上文所述的中空构件的一端(内部空间的开口部分)浸入反应溶液中并且利用毛细管作用而轻松实现，但是还可以使用另一方法，诸如对内部空间加压或者对其减压，由此将反应溶液推进到内部空间内。用反应溶液填充的内部空间优选严密地封闭，以便避免溶剂蒸发导致的反应溶液组成的改变。该封闭可以通过对中空构件的开口部分进行密封而实现，或者通过将中空构件容纳在另一容器中并且通过严密地封闭该另一容器而实现。另外，为了防止内部空间中反应溶液的组成变化，优选地将用反应溶液填充的中空构件与剩余的反应溶液一起容纳在该容器中。
步骤(C)：相分离和溶胶-凝胶转变
该步骤诱发内部空间中的相分离和溶胶-凝胶转变，由此形成柱。通过在被适当地控制的反应溶液中维持用反应溶液填充的中空构件，无机氧化物前体引起水解/缩合反应，并且可以在该反应过程中引起相分离。与相分离平行发生的溶胶-凝胶转变可以冻结相分离的结构。在本发明中，通过选择反应溶液的组成和反应条件，而在中空构件的内部空间中形成柱形状的相分离的结构，并且该结构通过溶胶-凝胶转变而被冻结。因此，在步骤(C)中，诸如反应时间和反应温度的反应条件根据步骤(A)中反应溶液的组成而适当地决定。在该例子中，可以通过改变这种反应条件而控制形成的柱的形状，诸如直径、间隙以及密度，以及控制共存比例和三维网状多孔区域的形状。然而，反应温度在反应溶液的溶剂不凝固也不蒸发的范围内选择，该范围优选为0-100℃。
在上文所述的操作之后，可以从内部空间去除溶剂。溶剂的去除可以通过打开在步骤(B)中封闭的内部空间以蒸发溶剂而实现。在溶剂蒸发时，优选地导热以便加速溶剂蒸发。还可以以较高温度导热，由此加速缩合反应以及使柱强化。
上文所描述的步骤(A)至步骤(C)允许形成具有内部空间的结构，该结构在内部空间中具有多个柱。在本发明的结构中，因为用包含无机氧化物以及在组成上与构成具有内部空间的中空构件的材料不同的材料形成柱，所以与由同一材料诸如有机聚合物形成外部空间和柱的情况相比，本发明的结构受到较少的限制。因此，可以获得成本低廉的结构。
当用反应溶液填充的中空构件为竖直时，以与重力方向平行的方向形成柱，因此优选地考虑形成柱的方向来选择中空构件的形状和维持用反应溶液填充的中空构件的方向。另外在本发明中，中空构件在组成上没有限制，而是可以适当地选择，只要其可以在内部空间中填充反应溶液并且可以在内部空间中形成柱即可，使得中空构件和柱可以具有不同的组成以及可以给予柱较宽泛的设计自由。
分离元件或者捕获元件可以通过在由上述生制造法所制备的结构中的柱表面上固定或者承载能够与目标物质进行物理或者化学相互作用的相互作用成分或者捕获成分来制备。
在下文中，将说明这些成分的固定或者承载方法。
该相互作用成分或者捕获成分例如通过共价键合、离子键合或者吸附而固定或者承载在柱上，但是该方法并不限于此，只要这种成分可以良好地固定或者承载即可。
在使用键合方法的情况中，具有能够直接作用于柱表面的反应基的相互作用成分或者捕获成分可以直接反应形成键。或者，键可以如下形成：使能够直接作用于柱表面的交联材料进行反应，然后用该交联材料与相互作用成分或者捕获成分反应。例如，在无机氧化物是二氧化硅的情况中，相互作用成分或者捕获成分可以利用在表面上存在的硅烷醇基而被键合。还可以用硅烷醇基与诸如硅烷偶联剂的交联材料反应，以及用硅烷偶联剂与相互作用成分或者捕获成分相键合。
在使用吸附方法的情况中，可以选择相互作用成分或者捕获成分与柱材料的组合，使其具有适当的亲和性。还可以将柱表面改性一次，以便获得具有适当亲和性的表面以及固定相互作用成分或者捕获成分。
另外可以通过金属颗粒或者金属薄膜承载分离成分或者捕获成分，在使用表面等离子体共振用于检测的情况中，该方法是有利的。
在下文中，将进一步参考实施例对本发明进行描述，但是本发明不限于这些实施例，并且在能够获得等同功能的结构、分离元件、分离装置、捕获元件以及检测装置的范围内可以任意改变材料、组成、反应条件等。
(实施例1)
该实施例示出了以下情况：使用玻璃毛细管作为具有内部空间的中空构件，以及使用由甲醇、甲基三甲氧基硅烷和硝酸构成的反应溶液形成内部空间中的多个柱，由此制备结构。
首先，将1.56ml的甲醇与1.36ml的1N硝酸水溶液混合并且在用冰进行冷却的条件下搅拌。然后添加5.0ml的甲基三甲氧基硅烷并且在用冰进行冷却的条件下将该混合物搅拌5分钟，从而获得反应溶液。将该反应溶液转移到可封闭的树脂容器中，并且使玻璃毛细管的一端与反应溶液相接触，以便用反应溶液填充该毛细管。具有内部空间的毛细管高100μm、宽1mm、长50mm。然后将用反应溶液填充的毛细管浸入容纳在树脂容器中的反应溶液中，然后紧密地封闭该容器。使该封闭的容器在40℃的烘箱中静置24小时，然后打开树脂容器并且进而使其在40℃的烘箱中静置24小时。在这些操作之后，从树脂容器中取出玻璃毛细管，并且通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察横截面形状。证实多个柱在内部空间中形成，其方向平行于静置时施加在毛细管上的重力方向。
通过上文所述的操作，甲基三甲氧基硅烷产生水解/缩合反应而在玻璃毛细管中形成包含二氧化硅(silica-contaning)材料的柱，如图3所示，由此提供本发明的结构。
(实施例2)
该实施例示出了以下情况：使用玻璃毛细管作为具有内部空间的中空构件，并且使用由甲醇、甲基三甲氧基硅烷和硝酸构成的反应溶液形成内部空间中的多个柱，由此制备结构。与实施例1相比，该实施例在甲醇的量方面尤其不同。所形成的柱的结构可以通过改变溶剂的量而改变，如该实施例所示。
首先，将甲醇与1.36ml的1N硝酸水溶液混合并且在用冰进行冷却的条件下搅拌。通过将甲醇的量改变为1.49ml(溶液A)、1.56ml(溶液B)以及1.59ml(溶液C)而制备三种溶液。然后添加5.0ml的甲基三甲氧基硅烷到每个溶液中并且在用冰进行冷却的条件下将该混合物搅拌5分钟，从而获得反应溶液A、反应溶液B以及反应溶液C。将这些反应溶液中的每一个均转移到可封闭的树脂容器中，使玻璃毛细管的一端与反应溶液相接触，以便用反应溶液填充该毛细管。具有内部空间的毛细管高100μm、宽1mm、长50mm。然后将用反应溶液填充的毛细管浸入容纳在树脂容器中的反应溶液中，然后紧密地封闭该容器。使该封闭的容器在40℃的烘箱中静置24小时，然后打开树脂容器并且进而使其在40℃的烘箱中静置24小时。在这些操作之后，从树脂容器中取出玻璃毛细管，并且通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察横截面形状。证实多个柱在玻璃毛细管的内部空间中形成。
通过上文所述的操作，甲基三甲氧基硅烷引起水解/缩合反应而在玻璃毛细管中形成包含二氧化硅材料的柱，由此提供本发明的结构。
毛细管中柱的高度以反应溶液A＜B＜C的顺序增加，并且同时所形成的三维网状多孔区域以反应溶液A＞B＞C的顺序减小。在该方式中，形成的柱的结构可以通过改变溶剂量而改变。另外对于溶剂，柱的结构不仅可以通过改变溶剂量来改变，而且可以通过改变溶剂类型例如通过使用不同极性的另一溶剂，或者使用多种溶剂的混合物而改变。
(实施例3)
该实施例示出了以下情况：使用玻璃毛细管作为具有内部空间的中空构件，并且使用由甲醇、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷和硝酸构成的反应溶液形成内部空间中的多个柱，由此制备结构。该实施例使用了两种无机氧化物前体的混合物。形成的柱的结构可以通过改变无机氧化物前体的类型而改变，如该实施例所示。
首先，将0.74ml的甲醇与1.36ml的1N硝酸水溶液混合并且在用冰进行冷却的条件下搅拌。然后添加4.75ml的甲基三甲氧基硅烷和0.2791ml的乙基三甲氧基硅烷并且在用冰进行冷却的条件下将该混合物搅拌5分钟，从而获得反应溶液。将该反应溶液转移到可封闭的树脂容器中，使玻璃毛细管的一端与反应溶液相接触，以便用反应溶液填充该毛细管。具有内部空间的毛细管高100μm、宽1mm、长100mm。然后将用反应溶液填充的毛细管浸入容纳在树脂容器中的反应溶液中，然后紧密地封闭该容器。使该封闭的容器在40℃的烘箱中静置24小时，然后打开树脂容器并且进而使其在40℃的烘箱中静置24小时。在这些操作之后，从树脂容器中取出玻璃毛细管，并且通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察横截面形状。证实多个柱在玻璃毛细管的内部空间中形成。
通过上文所述的操作，甲基三甲氧基硅烷和乙基三甲氧基硅烷引起水解/缩合反应而在玻璃毛细管中形成含二氧化硅材料的柱，由此提供本发明的结构。
与实施例1相比，该实施例所提供的柱的直径和高度较大。因此在增加柱的强度方面是有利的。
在该方式中，形成的柱的结构可以通过改变无机氧化物前体的类型或者通过使用其混合物而改变。
(实施例4)
该实施例示出了以下情况：使用玻璃毛细管作为具有内部空间的中空构件，使用由甲醇、甲基三甲氧基硅烷和硝酸构成的反应溶液，从而形成内部空间中的多个柱，由此制备结构。与实施例1相比，该实施例采用了较低的反应温度。所形成的柱的结构可以通过改变反应温度而改变，如该实施例所示。
首先，将0.88ml甲醇与1.36ml的1N硝酸水溶液混合并且在用冰进行冷却的条件下搅拌。然后添加5.0ml的甲基三甲氧基硅烷并且在用冰进行冷却的条件下将该混合物搅拌5分钟，从而获得反应溶液。
将该反应溶液转移到可封闭的树脂容器中，使玻璃毛细管的一端与反应溶液相接触，以便用反应溶液填充该毛细管。具有内部空间的毛细管高100μm、宽1mm、长50mm。然后将用反应溶液填充的毛细管浸入容纳在树脂容器中的反应溶液中，然后紧密地封闭该容器。使该封闭的容器在10℃的烘箱中静置48小时，然后打开树脂容器并且进而使其在40℃的烘箱中静置24小时。在这些操作之后，从树脂容器中取出玻璃毛细管，并且通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察横截面形状。证实多个柱在玻璃毛细管的内部空间中形成。
通过上文所述的操作，甲基三甲氧基硅烷引起水解/缩合反应而在玻璃毛细管中形成含二氧化硅的材料的柱，由此提供本发明的结构。
与实施例1相比，该实施例所提供的柱的直径和高度较大。因此在增加柱的强度方面是有利的。另外因为反应在较低温度下进行，所以反应溶液显示例如由溶剂蒸发所引起的组成变化很小，由此实现稳定的结构形成。
这样，形成的柱的结构可以通过改变反应温度而改变。
(实施例5)
该实施例示出了以下情况：使用玻璃毛细管作为具有内部空间的中空构件，以及使用由甲醇、甲基三甲氧基硅烷和硝酸构成的反应溶液形成内部空间中的多个柱，由此制备结构。与实施例1相比，该实施例使用较少量的硝酸。形成的柱的结构可以通过改变作为催化剂的酸的量或者改变作为极性溶剂的水的量而改变，如该实施例中所示。
首先，将1.61ml的甲醇与1.10ml的1N硝酸水溶液混合并且在用冰进行冷却的条件下搅拌。然后添加5.0ml的甲基三甲氧基硅烷并且在用冰进行冷却的条件下将该混合物搅拌5分钟，从而获得反应溶液。将该反应溶液转移到可封闭的树脂容器中，使玻璃毛细管的一端与反应溶液相接触，以便用反应溶液填充该毛细管。具有内部空间的毛细管高100μm、宽1mm、长100mm。然后将用反应溶液填充的毛细管浸入容纳在树脂容器中的反应溶液中，然后紧密地封闭该容器。使该封闭的容器在10℃的烘箱中静置48小时，然后打开树脂容器并且进而使其在40℃的烘箱中静置24小时。在这些操作之后，从树脂容器中取出玻璃毛细管，并且通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察横截面形状。证实多个柱在玻璃毛细管的内部空间中形成。
通过上文所述的操作，甲基三甲氧基硅烷引起水解/缩合反应而在玻璃毛细管中形成包含二氧化硅的材料的柱，由此提供本发明的结构。
与实施例4相比，该实施例所提供的柱的直径较小并且每单位体积内的柱的数量较大。因此在增加结构的表面积方面该实施例是有利的。这样，形成的柱的结构可以通过改变作为催化剂的酸的量或者改变作为极性溶剂的水的量而改变。
(实施例6)
该实施例示出了通过在实施例1中所制备的结构上固定十八烷基作为与目标物质相互作用的成分而制备分离元件。
首先，实施例1中所描述的结构经历ODS(十八烷基硅烷)改性以用作反相柱(分离元件)。ODS改性通过引入包含十八烷基硅烷的甲苯溶液到所述结构中并且使其在60℃静置而实现，由此利用十八烷基对柱表面进行化学改性。溶液的引入优选地在用泵等提供的压力下进行，以及可以采用恒压条件下的连续溶液供应的方法，或者可以采用供应固定量的溶液之后放置的方法，只要足够量的十八烷基硅烷可以供应给柱表面即可。在反应之后，通过冲洗而去除结构中过量的十八烷基硅烷。另外为了使柱表面更加非极性，通过普通方法(封端)使剩余的未反应的硅烷醇基与三甲基氯硅烷反应，之后进行冲洗。
通过这些操作，获得了一种液体层析柱作为分离元件，其中固定有十八烷基作为与目标物质相互作用的成分。
(实施例7)
该实施例示出了使用在实施例6中所制备的分离元件制备分离装置，并且示出了使用该装置的蛋白质分离。
可以用各种模式进行层析，诸如离子交换层析、凝胶透渗层析、亲和层析以及反相层析。在该实施例中，使用在实施例6中所制备的分离元件作为液体层析柱。该层析柱用已脱气的溶剂平衡，并且用展开溶剂过样。本发明的分离元件具有以下特征：检测窗口可以在硅柱结构的试样溶液出口附近形成(用于柱上检测)，并且不需要通常的分级分离操作。洗脱蛋白质可以通过UV-VIS法通过检测窗口联机监测，并且当洗脱时可以回收期望的成分。
(实施例8)
该实施例示出了通过将抗肌钙蛋白抗体作为捕获成分固定在实施例1中制备的结构上而制备捕获元件。该实施例示出了为了实现与通过等离子体共振方法检测目标物质的检测元件有利结合，将金微粒承载在结构上并且将捕获成分固定在该金微粒上的情况。
首先，实施例1中所描述的结构表面进行胺化以用于承载金微粒。为此，通过将包含氨基硅烷的乙醇溶液引入该结构内，并且使其在80℃的温度维持，从而用氨基对柱表面进行化学改性。溶液的引入优选地在用泵等提供的压力下进行。在该情况中，可以在恒压条件下提供溶液，或者可以提供固定量的溶液并且然后使其维持一段时间，只要足够量的氨基硅烷可以提供给柱表面即可。在反应之后，通过冲洗去除结构中过量的氨基硅烷。另外，对于后文将描述的其他改性反应，优选地使用类似方法引入反应溶液。
然后将包含微粒大小为20-40nm的金微粒的溶液引入毛细管，从而通过与氨基相互作用获得其上固定有金微粒的柱。然后，在柱和金微粒的组合元件中，用11-巯基十一烷酸的乙醇溶液对金微粒进行表面改性，该酸具有对金有高亲和性的巯基。由此羧基暴露在金微粒表面上。在这种状态下，引入N-羟基磺基琥珀酰亚胺水溶液和1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸水溶液，由此琥珀酰亚胺基暴露在金微粒的表面上。然后键合链霉亲和素以金微粒表面。然后生物素化的抗肌钙蛋白抗体与金微粒表面反应以便固定所述抗体作为目标物质的捕获成分。
图4是本发明的检测装置的示意图，该装置包括钨灯401、准直透镜403、元件中的反应区域(毛细管流动路径)404以及分光光度计408。该实施例采用了发射白光的钨灯401，但是也可以采用激光。从钨灯401发射的光402通过准直透镜403转变成平行光束，并且进入捕获元件的反应区域404，该区域包括在基底上形成的多个柱405。金微粒406固定在柱405的表面上。入射光402经过包含柱的元件中的反应区域404，并且从反应区域404出射作为出射光407，进入分光光度计408。该元件的入口409和出口410连接到溶液供应装置，例如泵。
作为实际的测量，尝试对已知作为急性心肌梗塞的标志的肌钙蛋白-T进行检测。通过以下程序特别对抗原肌钙蛋白-T进行键合。
(1)将抗原肌钙蛋白-T的溶液通过图4中所示的入口409引入毛细管流动路径，并且该对元件保温培养5分钟；以及
(2)排出抗原溶液，并且用磷酸盐缓冲液冲洗该元件。
图5是使用捕获元件的检测装置的框图。调整捕获元件的位置使得反应区域出现在分光光度计503和光源504的光轴上。在这种状态下，分光光度计503预先检测反应前的光谱。然后启动溶液供应泵505以便从入口501对检测元件的反应区域506供应预定量的试样，由此通过使用抗原-抗体反应的抗体使金微粒捕获目标物质。在反应之后，用分光光度计503检测试样的光谱，并且与反应之前的光谱相比较。光谱之间的差别指示出由在金微粒附近捕获目标物质引起的金微粒的局部等离子体共振状态的改变。目标物质的浓度根据光谱的改变来确定，并且将其显示在显示单元507上。在图5中，溶液从出口502排出并且存储在使用后溶液储蓄器508中。
使用已知浓度的多个标准试样，预先获得光谱的改变和目标物质的浓度之间的关系。根据该关系而获得校准曲线，由此确定光谱变化和浓度之间的函数。在实际测量中，使用该函数基于光谱改变来确定目标物质的未知浓度。上文所提及的光谱的改变可以是在一个波长下的谱峰的改变，在该处光谱峰值变为最大，或者可以是谱峰形状的变化，诸如变为谱峰的半峰宽。另外还可以使用在一个或者多个波长下的光强的变化。
(实施例9)
该实施例示出了使用实施例4中所制备的捕获元件制备检测装置，该装置用于检测已知作为***癌的标志的PSA。该实施例示出了检测元件用于通过荧光方法检测目标物质的存在的有用应用。
如实施例8中所述，用氨基硅烷对柱表面进行胺化。然后通过与2％戊二醛溶液在37℃的温度下反应大约2小时而活化表面上的氨基。在用去离子水冲洗之后，引入包含抗PSA抗体的磷酸缓冲液并且在3 7℃下维持2小时，从而在柱表面上的活性基和包含在抗体中的氨基之间形成共价键，由此固定抗PSA抗体605作为捕获成分。
作为一种实际测量，尝试对已知作为***癌标志的PSA的检测。通过以下程序特异地捕获抗原PSA，同时检测光学***示于图6中。
(1)从入口610将抗原PSA的溶液引入反应区域604，并且保温5分钟；
(2)从出口611排出抗原溶液，并且用磷酸缓冲液冲洗元件；
(3)用Cy5染料荧光标记的抗PSA抗体从入口610引入反应区域604，并且保温5分钟；
(4)从出口611排出标记的抗体，并且用磷酸缓冲液冲洗元件；以及
(5)引入磷酸缓冲液以填充反应区域604。
在这些步骤之后，从激光二极管601经过准直透镜602引入激发光603到反应区域604，由此可以观察来自在柱表面上捕获的抗体的荧光。基于随荧光染料浓度而改变的荧光强度可以确定目标物质的浓度。在图6中，来自反应区域604的荧光(出射光606)通过准直透镜607、滤光器608以及光电倍增器609而被测量。
(实施例10)
该实施例示出了以下情况：在传感器基底上的金薄膜上形成柱，然后在包括柱的结构上固定抗肌钙蛋白抗体作为捕获成分，并且通过使用表面等离子体共振(SPR)传感器检测目标物质的存在。
首先，通过类似于实施例1中的方法在内部空间中制备多个柱，由此制备结构。具有内部空间的中空构件优选地具有平面部分，如图2A和图2B所示。如图7所示，通过在玻璃基底711上沉积金薄膜730(厚度为50nm)并且然后附加其面上打开的玻璃流动路径710而制备该元件。
在柱形成的步骤中，优选地使中空构件维持在以下位置上：附着金膜的面位于顶部或者底部，以便提高SPR传感器的灵敏度。在该方式中，可以获得在金薄膜上具有柱的试样流动路径。
如实施例8所述，通过将包含氨基硅烷的乙醇溶液引入该结构而对柱表面进行胺化。然后通过与2％戊二醛溶液反应(37℃，2小时)而活化表面上的氨基。在用去离子水冲洗之后，引入包含抗肌钙蛋白抗体的磷酸缓冲液并且在37℃下维持2小时，从而在柱表面上的活性基和包含在抗体中的氨基之间形成共价键，由此固定抗肌钙蛋白抗体作为捕获成分。
作为一种实际测量，尝试检测肌钙蛋白-T。通过以下程序特异地捕获抗原肌钙蛋白-T。检测光学***是Kretschmann结构的SPR测量***，如图8所示，其中示出了棱镜800、入射光(偏振光)802、反射光807、如图7所示的金薄膜730、将捕获成分固定在其表面上的柱813、以及具有内部结构的中空构件811。通过经由中空构件811通过试样，包含在试样中的目标物质850在固定有该捕获成分的柱813的表面上被捕获。
然后经由棱镜800引入入射(偏振)光802到金膜730，并且记录在反射光807中产生的暗线的角度(共振角)变化作为传感图(sensorgram)。
由去往或者来自传感器表面的分子的结合或者解离诱发的共振角的改变与所捕获的分子的分子量改变成正比，记录该共振角的改变作为传感图，以及可以通过这种变化而确定目标物质的浓度。
因为检测范围(渐失区)垂直于SPR传感器的金膜，所以该实施例的含柱结构可以有效地捕获和检测内部空间中的目标物质，由此实现灵敏度的提高。
该申请要求2005年3月18日提交的日本专利申请No.2005-079956的优先权，并在此将其并入作为参考。

Claims (18)

1.一种具有与内部空间相连通的开口的结构，其适合用于分离或者捕获从开口引入所述内部空间的物质，所述结构包括：
具有所述内部空间和所述开口的中空构件；以及
彼此分离地位于所述内部空间中的多个柱，
其中所述柱由包含无机氧化物的材料形成，并且该材料在组成上不同于所述中空构件。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述无机氧化物是二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述柱包含碳。
4.一种具有与内部空间相连通的开口的分离元件，其适合用于分离包含在从所述开口引入所述内部空间的试样中的目标物质，所述元件包括：
根据权利要求1所述的结构；以及
设置在所述柱的表面上的分离成分，该分离成分能够与所述目标物质相互作用，以便由此从所述试样分离所述目标物质。
5.一种分离装置，其适合用于分离包含在试样中的目标物质，该装置包括：
根据权利要求4所述的分离元件；以及
用于引起所述分离元件的内部空间中流体驱替的驱替装置。
6.根据权利要求5所述的分离装置，进一步包括用于检测所述目标物质的分离状态的检测部件。
7.根据权利要求6所述的分离装置，其中所述检测部件能够光学检测所述目标物质的分离状态。
8.一种捕获元件，其适合用于捕获包含在试样中的目标物质，该捕获元件包括：
根据权利要求1所述的结构；以及
设置在所述柱的表面上的捕获成分，该捕获成分能够捕获所述目标物质。
9.一种检测装置，其适合用于检测目标物质，该检测装置包括：
根据权利要求8所述的捕获元件，以及
用于检测所述捕获元件所捕获的目标物质的检测部件。
10.根据权利要求9所述的检测装置，其中所述检测部件能够光学检测到所述目标物质被捕获。
11.根据权利要求9所述的检测装置，其中所述检测部件使用至少一种从以下方法中选择的方法：荧光方法、发光方法、光吸收方法、折射率方法、热导率方法、热透镜方法、化学发光方法以及等离子体共振方法。
12.一种分离包含在试样中的目标物质的方法，该方法包括：
所述试样与根据权利要求4所述的分离元件相接触的步骤；以及
从所述试样分离所述目标物质的步骤，其利用所述目标物质与所述分离元件的物理或者化学相互作用，所述相互作用在所述接触步骤中发生。
13.根据权利要求12所述的分离目标物质的方法，其中所述目标物质选自有机化合物和磷酸化合物。
14.一种检测包含在试样中的目标物质的方法，该方法包括：
所述试样与根据权利要求8所述的捕获元件相接触的步骤；以及
检测由捕获元件捕获所述目标物质所产生的物理或者化学变化的步骤。
15.根据权利要求14所述的检测目标物质的方法，其中所述目标物质选自有机化合物和磷酸化合物。
16.一种制造结构的方法，该结构在具有内部空间的中空构件中设置有在所述内部空间中的柱，所述方法包括：
制备反应溶液的步骤，该反应溶液溶解无机氧化物前体并且具有为形成所述柱而调整的组成；
引入所述反应溶液以填充所述内部空间的步骤；以及
在所述内部空间中诱发相分离和溶胶-凝胶转变由此在与重力方向相平行的方向上形成所述柱的步骤。
17.根据权利要求16所述的制造结构的方法，其中所述无机氧化物前体是烃氧基金属。
18.根据权利要求17所述的制造结构的方法，其中所述烃氧基金属是烃氧基硅。
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