JP2004212272A

JP2004212272A - Characterization method of sample, and device therefor

Info

Publication number: JP2004212272A
Application number: JP2003001065A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ueda; 康弘植田; Minoru Adachi; 稔安達; Hitoshi Watarai; 渡會　　仁
Original assignee: Cluster Technology Co Ltd
Current assignee: Cluster Technology Co Ltd
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-07
Also published as: JP4128084B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means and a method for characterizing various kinds of particles inclusively all and precisely. <P>SOLUTION: This sample characterization method includes a process for introducing a solvent flow with a laminar flow formed in a capillary, a process for generating an ununiformed electric field symmetrically with respect to the center axis of the laminar flow, a process for injecting a sample comprising a single component into the solvent flow formed with the laminar flow, a process for concentration-collecting the injected sample around the center axis of the laminar flow, a process for measuring a distance from the center axis of the sample in the time point when the sample is moved by a prescribed distance, as a displacement amount, and a process for forming the displacement amount of the sample into a spectrum as a function of high-frequency electric field frequency for generating the ununiformed electric field. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中に存在する微量な粒子を特性化または同定するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒトゲノム解析が終了し、ＤＮＡ情報に基づく診断や創薬スクリーニングのために、微量に発現したＲＮＡ、タンパク質などを網羅的に検出する手法のニーズが急増している。
【０００３】
このような手法として、抗原抗体反応を利用するアフィニティクロマトグラフィー法があり、溶液中の微量タンパク質を検出することができる。しかし、設定した抗体に反応する物質しか検出同定できないこと、および実際の操作には非常に熟練した操作者が要求されることから、タンパク質の網羅的検出に適切であるとはいえない。
【０００４】
誘電泳動特性を決定することによって、流体中の特定の種類の粒子の存在および／または相対濃度を識別する方法およびそのための装置が報告されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、多重電極アレイが収容されたチャンバ内に試料を注入し、内部の電極を同時に異なる周波数で励起している。このチャンバ内に収容された多重極アレイは、櫛状の一連の離間した電極からなり、その電極の先端部は共通設置電極の近くに配置されているため、注入された試料は各電極間の移動が自在に可能である。したがって、単一種類からなる試料がチャンバに注入され、各電極に異なる一連の誘電泳動電界が同時に形成される場合、試料液中の粒子はその誘電特性に応じた１つの電極に選好的に集結することになる。この特定周波数を異なる粒子タイプに対する特徴的周波数とし、例えば、溶媒から主要な粒子を誘電泳動により分離するために利用することができる。また、単一種に精製されている試料の均質度を検査することもできる。あるいは、注入試料が混合物の場合は、混合物中に存在するある種類の粒子に対する適切な周波数でのデータおよび粒子カウント数から、既知の粒子の混合物の相対濃度を決定することができる。しかし、これらはいずれも１周波のみによる特性化であるため、その精度に問題がある。
【０００５】
これとは別に、四重極電極による誘電泳動力とキャピラリー内の流速分布の複合効果を利用した誘電泳動法が報告されている（特許文献２参照）。誘電率、粒径などのパラメータにより、電荷を持たない粒子や表面電荷が同じである粒子を効率よくかつ簡便な手段で、検出、計測、選別、または分離できることを示している。この方法は、従来の電気泳動による粒子の分離の限界を超えること、つまり、電気泳動では不可能なサイズの粒子（例えば、４０ｋｂｐ以上のＤＮＡ）の分離、電荷がない物質の分離、あるいは表面電荷が同じ物質の検出、計測、選別、または分離を主目的としており、粒子の特性化や同定を目的としたものではない。このキャピラリーを使用して粒子の特性化を行うためには、周波数を変えた測定を繰り返し実施する必要があり、多大な手間と時間を要する。
【０００６】
【特許文献１】
特表２００１−５００２５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４２１３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、種々の粒子を網羅的におよび高精度に特性化するための手段を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、キャピラリー内に層流が形成された溶媒フローを導入する工程；該層流の中心軸に対して対称に不均一電界を発生させる工程；該層流が形成された溶媒フローに単一成分からなる試料を注入する工程；該注入した試料を該層流の中心軸に集結させる工程；該試料が所定の距離を移動した時点における該試料の該中心軸からの距離を変位量として測定する工程；および、該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する工程、を含む、試料特性化方法を提供する。
【０００９】
好適な実施態様では、上記キャピラリーは複数設けられ、それぞれのキャピラリー内の層流の中心軸に対して対称にそれぞれ異なる周波数の不均一電界が形成されている。
【００１０】
より好適な実施態様では、多重極電極により上記溶媒フローの方向に均一な電界が形成されている。
【００１１】
さらに好適な実施態様では、上記試料を注入する工程において、インクジェットデバイスが用いられる。
【００１２】
より好適な実施態様では、上記溶媒フローの導入は、溶媒入口と溶媒出口とを有する管と、溶媒溜めから溶媒を該入口まで導くように該管の入口側に設けられた導電性配線と、該出口から該溶媒を排出させるように該管の出口側に設けられた電気浸透流発生用電極とを備えた、開放型フロー形成デバイスによって行われる。
【００１３】
本発明はまた、キャピラリー；該キャピラリーに設けられ該キャピラリー内に層流を形成し得る溶媒フロー形成手段；該キャピラリーの内部または外部に設けられ、該層流の中心軸に対して対称になるように不均一電界を発生させるための不均一電界発生手段；該キャピラリー内に形成された溶媒フローに試料を注入する手段；および、該溶媒フロー中の該試料の中心軸からの距離を変位量として測定する手段を備えた、試料特性化装置を提供する。
【００１４】
好適な実施態様では、上記装置は、さらに、上記注入した試料を上記層流の中心軸に集結させる手段を備える。
【００１５】
より好適な実施態様では、上記試料は単一成分からなる試料であり、そして上記装置は、該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する手段をさらに有する。
【００１６】
さらに好適な実施態様では、上記層流に試料を注入するための手段はインクジェットデバイスである。
【００１７】
より好適な実施態様では、上記キャピラリーは複数設けられ、それぞれのキャピラリーに異なる周波数の不均一電界が形成され得る。
【００１８】
好適な実施態様では、上記不均一電界発生手段は多重極電極であり、上記溶媒フローの方向に均一な電界を形成し得る。
【００１９】
さらに好適な実施態様では、上記溶媒フロー形成手段は、溶媒入口と溶媒出口とを有する管と、溶媒溜めから溶媒を該入口まで導くように該管の入口側に設けられた導電性配線と、該出口から該溶媒を排出させるように該管の出口側に設けられた電気浸透流発生用電極とを備えた、開放型フロー形成デバイスである。
【００２０】
本発明はさらに、キャピラリー内に層流が形成された溶媒フローを導入する工程；該層流の中心軸に対して対称に不均一電界を発生させる工程；該層流が形成された溶媒フローに単一の未知物質からなる試料を注入する工程；該注入した試料を該層流の中心軸に集結させる工程；該試料が所定の距離を移動した時点における該試料の該中心軸からの距離を変位量として測定する工程；該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する工程；および、得られたスペクトルを、上記のいずれかの方法によって予め特性化された既知物質のスペクトルのデータベースと照合する工程、を含む、試料の同定方法を提供する。
【００２１】
本発明はまた、キャピラリー；該キャピラリーに設けられ該キャピラリー内に層流を形成し得る溶媒フロー形成手段；該キャピラリーの内部または外部に設けられ、該層流の中心軸に対して対称になるように不均一電界を発生させるための不均一電界発生手段；該キャピラリー内に形成された溶媒フローに単一の未知物質からなる試料を注入する手段；該溶媒フロー中の該試料の中心軸からの距離を変位量として測定する手段；該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する手段；および、得られたスペクトルを、予め特性化された既知物質のスペクトルのデータベースと照合する手段を備えた、試料同定装置を提供する。
【００２２】
例えば、多数のキャピラリーをワンチップ化し、各キャピラリーに異なる周波数の電界を形成し、各キャピラリー間の粒子の移動をなくすため、独立に溶媒のフローを作製し、かつ、試料を独立に注入することで、誘電泳動特性に基づく周波数スペクトルを一度に測定することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の試料特性化装置は、図１（ａ）の構成模式図および（ｂ）の（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図に基づいて説明すると、キャピラリー１０；該キャピラリーに設けられ該キャピラリー内に層流を形成し得る溶媒フロー形成手段；該キャピラリーの内部または外部に設けられ、該層流の中心軸に対して対称になるように不均一電界を発生させるための不均一電界発生手段５０（および３０）；該キャピラリー内に形成された溶媒フローに試料を注入する手段２０；および、該溶媒フロー中の該試料の中心軸からの距離を変位量として測定する手段４０を備える。キャピラリーが複数設けられ、そしてそれぞれのキャピラリーに異なる周波数の不均一電界が形成され得ることがより好ましい。さらに、複数のキャピラリーが１つの基板上に構成され、ワンチップ化されていることがより好ましい。
【００２４】
キャピラリー内に層流が形成された溶媒フローが導入される。溶媒フローは、どのような溶媒フロー形成手段によって導入してもよいが、電気浸透流ポンプが好ましい。特に、開放型フロー形成デバイスを用いることが好ましい。開放型フロー形成デバイスを図２に基づいて説明する。この開放型フロー形成デバイス１００は、溶媒入口１０４と溶媒出口１０６とを有する管（キャピラリー１０）と、溶媒溜めから溶媒を該入口１０４まで導くように該管の入口側に設けられた導電性配線１０２と、該出口１０６から該溶媒を排出させるように、層流の流れの上流側と下流側とで対を形成するように該管の出口側に設けられた電気浸透流発生用電極１０８とを備える。このような配線１０２と電極１０８とを備えることにより、誘電泳動サイフォン現象によって溶媒を管に導入し、そして電気浸透流現象によって管内に導入された溶媒にフローを形成させることができる。この開放型フロー形成デバイスは、脈流を発生させることなく、層流を形成し得る。
【００２５】
ここで、誘電泳動サイフォン現象とは、ある溶媒に２本の配線を差込み、この配線に交番電場を印加すると溶媒が配線間に移動する現象である。この配線を溶媒溜めから溶媒入口（キャピラリーホール）へガイドすることにより、キャピラリーに試料を注入することができる。また、溶媒にフローを形成させる駆動力として電気浸透流現象を利用する。このための流路と電圧印加のための配線は、キャピラリーの溶媒出口側に設置される。
【００２６】
電極を備えるキャピラリーヘの配線は、エッチング法により作製できる。配線の材料は、金、アルミニウム、白金などの導電性物質であり得る。キャピラリーホールと多重極電極からなるキャピラリー電極とを、単独または多数組み合せて非導電性材料に形成してチップ化した後、チップ上に金属層を蒸着させ、エッチングによって、必要な電極配線パターンを形成する。また、別の方法として、例えば、フォトレジストのような適当な材料を用いて、金属層を付着させる前に基体上にパターンマスクを形成し、次にパターンマスクを除去することによって付着金属の不要部分を除去して、基体上に直接付着した場所にのみ金属層を残す「リフト−オフ方法」によっても形成することができる。
【００２７】
例えば、銅、金、アルミニウムなどの電極材料を積層した基板上にレジストを塗布し、電極フォトマスクをレジスト上に積層する。次いで光照射してレジストを露光、現像し、電極パターン以外の部分のレジスト膜を溶解させる。この基板をエッチング液に浸漬して電極パターン面をエッチングし、残った電極パターン面上のレジストを除去する。なお、レジストは光が露光された部分を除去するポジレジストと、露光されていない部分を除去するネガレジストのいずれであってもよい。
【００２８】
キャピラリー内に導入される溶媒の導電率は、１３ｍＳ／ｃｍ（リン酸緩衝化生理食塩液の濃度に相当）以下、好ましくは１ｍＳ／ｃｍ以下である。溶媒の導電率が高いと、電圧印加に伴い溶媒中に電流が流れることによってジュール熱が発生し、溶媒が沸騰する可能性がある。したがって、通常、導電率が１０ｍＳ／ｃｍ以下、より好ましくは２００μＳ／ｃｍ以下の範囲となるように適宜調整して用いる。
【００２９】
複数のキャピラリーを備える場合、排出された溶媒（試料を含む）を再循環させないために、排出後の試料を集めるための排出溜めを設ける。多数のキャピラリーを１つの電気浸透ポンプで引くと、電気浸透ポンプから各キャピラリーまでの距離が異なるために、必然的に各キャピラリーの溶媒フロー速度がばらつく。このため、各キャピラリーには独立に配線した電気浸透ポンプを設置すべきである。
【００３０】
本発明の装置による試料の特性化は、誘電泳動現象に基づく。すなわち、試料を外部からの不均一な電界中に置くことによって試料を分極させ、その分極電荷と外部電界との相互作用を利用する。そのため、本発明の装置は、キャピラリーの内部または外部に、不均一電界発生手段として電極を備える。
【００３１】
キャピラリーホールの形状は、円形、楕円形、または多角形でもよく、その形状は特に限定されない。キャピラリーの内径は、通常、１００ｎｍ〜１ｍｍであり、好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。
【００３２】
また、キャピラリー内に設けられる電極自体の幅も、キャピラリーの内径に応じて、太くても、ワイヤーのように細くても差し支えない。負の誘電泳動力を受ける試料が集合する部位およびその上下方向に電極が存在しないような電極構造をとればよい。電極の形状は、電極間に空間的に不均一な電界を形成し得るものであればよい。電極数は、４重極に限らず、２重極や８重極でもよい。各電極の断面形状は、その電極断面の境界がラプラス方程式を満足する関数ｆ（ｘ，ｙ）で表されるように形成されていることが好ましい。例えば、４重極、６重極、および８重極の場合、それぞれ、ｆ（ｘ，ｙ）は、ａ（ｘ^２−ｙ^２）＋ｂｘｙ、ａ（ｘ^３−３ｘｙ^２）＋ｂ（ｙ^３−３ｘ^２ｙ）、およびａ（ｘ^４−６ｘ^２ｙ^２＋ｙ^４）＋ｂ（ｘ^３ｙ−ｘｙ^３）で表される。ここで、ａおよびｂは定数である。具体的には、例えば４重極の場合は、ほぼ双曲線状であることが好ましい。
【００３３】
本発明の試料特性化装置に使用される電極は、例えば、炭素や貴金属の導電性物質からなり、その構造は誘電泳動力が溶媒フローに垂直な方向に不均一電場を生じるものであればよい。また、溶媒フローの方向に均一な電界を形成し得ることが好ましい。電極の直径は分析すべき粒子に応じて異なる。通常、直径１００ｎｍ〜１ｍｍであり、好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。電極と電極との間の溝の間隔は、微細加工精度に依存し、通常５００μｍ以下０．１μｍ以上、好ましくは５０μｍ以下１μｍ以上である。各キャピラリーに配置された多重極電極の直径および間隔は、例えば、ウイルス、プリオン、タンパク質、ＤＮＡのような生物粒子種、被覆されたラテックスビーズのような化学的活性粒子などの、試料に含まれる測定対象物質に応じて変更することも可能である。電極間距離が測定対象物質のサイズに比べて著しく大きいと、十分な電界強度の不均一電界を形成することができない。
【００３４】
同一の電極構造の場合でも、発生する電界の周波数、試料（測定対象物質および媒体）の導電率や誘電率の違いによって、測定対象物質がキャピラリーを通過する時点でのキャピラリーの中心軸からの変位が異なる。そのため、試料に応じた印加周波数および電圧に応じた電極構造を決定する。あるいは、電極構造に合わせて、周波数などを変化させることによって、キャピラリーの長さで決定され得るダイナミックレンジを広げることもできる。
【００３５】
キャピラリー内に形成される電界の強度は、通常３．５ＭＶ／ｍ以下、好ましくは１．０ＭＶ／ｍ以下である。印加周波数は通常１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚ、好ましくは１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚである。本発明において形成される電界は、直流電界および交流電界のいずれでもよいが、交流電界が好ましい。電界強度を強くすると、発熱により分析が困難になる場合がある。このような可能性がある場合には、電極部分を適宜冷却するなどすればよい。
【００３６】
代表的な四重極電極の場合、印加する交流電圧は、通常２〜９０Ｖ、好ましくは２〜４０Ｖであり、そして周波数は、通常１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、好ましくは１ｋＨｚ〜１ＭＨｚである。
【００３７】
試料の注入は、後述のように試料がキャピラリーホールの中心に注入されるように行う。しかし、多少のばらつきがあるのが通常である。そこで、注入された試料を、確実にキャピラリーホールの中心に配置させるために、電極に高周波を印加して誘電泳動現象によって中心軸に集結させることが好ましい。したがって、本発明の装置は、注入した試料を該層流の中心軸に集結させる電気的保持手段をさらに備えていてもよい。この電気的保持のためには、キャピラリー全長の上部約１／４の部分を使用することが好ましい。なお、キャピラリーの長さは、通常、約１ｍｍ程度である。
【００３８】
本発明の試料特性化装置は、層流に試料を注入するための手段を備える。注入手段は、キャピラリーホールの中心に試料を注入し得るのであればどのようなものであってもよく、インクジェットデバイスが好ましい。インクジェットデバイスの吐出口は、キャピラリーホールの上部に配置され、その位置は、層流の中心に試料を注入できるように調整される。インクジェットデバイスを用いると、吐出口を溶媒に浸漬させず試料を正確に注入できるので、層流を形成した溶媒フローを乱すことがない。
【００３９】
溶媒フローに注入された試料は、フローに沿って流されながら、まず、キャピラリー中心に位置した後、所定の周波数が印加される。試料は作用する誘電泳動力の強さに応じてフローの中心から電極に向かって移動を始める。試料は、電極に吸着するのを防止するために、キャピラリーの中心から半径の約３／４までの範囲内を移動させることが好ましい。
【００４０】
本発明の試料特性化装置は、溶媒フロー中の試料の中心軸からの距離を変位量として測定する手段を備える。測定手段は、キャピラリー通過時の試料の変位を検出できるものであればよく、例えば、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ、共焦点レーザー顕微鏡、蛍光顕微鏡などが挙げられる。これらのような検出デバイスをキャピラリーが設けられているチップの下部に配置し、キャピラリー内または出口を観察する。また、通常の光学顕微鏡を用いた場合も、キャピラリー出口に焦点を合わせ、試料の焦点が合った時間における試料のキャピラリー中心からの位置を検出することが可能である。フローのばらつきに起因したばらつきを補正するために、試料中に既知の検出可能な物質を内部標準として添加してもよい。
【００４１】
これらのデバイスにより測定された変位量は、キャピラリーへの印加周波数と共にコンピュータに記憶される。コンピュータは、変位量を、不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する手段である。スペクトル化するためには、種々の周波数によるデータが必要であるため、同時に異なる周波数における変位量が測定可能な複数のキャピラリーが備えられている装置を用いること好ましい。得られたデータは、周波数依存性を示す誘電泳動スペクトルとして出力され得る。
【００４２】
複数のキャピラリーのそれぞれに印加した種々の周波数とそのキャピラリーを流れ出た試料のキャピラリーの中心軸からの変位量とを、データとしてコンピュータに取り込むことにより、試料の誘電特性を示した周波数スペクトルを得ることができる。種々の物質について取得したデータをコンピュータによって集積し、データベース化することも可能である。
【００４３】
未知物質を含む試料について誘電泳動スペクトルを測定した場合、得られたスペクトルを、コンピュータを用いてこのデータベース中の既知物質の周波数スペクトルと照合することにより、試料の同定を行うことができる。本発明の試料同定装置は、このような照合のための手段を備えている。
【００４４】
本発明の試料特性化方法は、キャピラリー内に層流が形成された溶媒フローを導入する工程；該層流の中心軸に対して対称に不均一電界を発生させる工程；該層流が形成された溶媒フローに単一成分からなる試料を注入する工程；該注入した試料を該層流の中心軸に集結させる工程；該試料が所定の距離を移動した時点における該試料の該中心軸からの距離を変位量として測定する工程；および、該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する工程を含む。好ましくは、上記の試料特性化装置を用いて行われ得る。
【００４５】
上記のように、本発明の試料特性化方法は、誘電泳動現象に基づく。すなわち、試料を外部からの不均一な電界中に置くことによって試料を分極させ、その分極電荷と外部電界との相互作用を利用する。したがって、本発明の方法は、試料の電荷有無を問わず、そして細胞などの生物粒子および無機物質の粒子を含むあらゆる粒子に対して適用することができる。
【００４６】
本発明の特性化方法を適用可能な試料は、以下に挙げる物質または粒子を単一成分として含むことが好ましい：シリカ、アルミナなどの無機金属酸化物；金、チタン、鉄、ニッケルなどの金属；シランカップリング処理などの操作によって官能基が導入された無機金属酸化物；アガロース、セルロース、不溶性デキストランなどの多糖類；ポリスチレンラテックス、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、アクロレイン−エチレングリコールジメタクリレート共重合体などのポリマー粒子；微生物（酵母、細菌、ウイルス）、細胞（赤血球、白血球、ウイルス感染細胞など）、糖、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、タンパク質（酵素など）、脂質などの生体高分子など。例えば、ラテックスビーズなどの非動物性粒子が、微生物、細胞、ウイルス、プラスミドなどの動物性物質、あるいは化学活性種によって被覆されていてもよい。生体高分子は、血清、血漿、髄液、滑液、リンパ液などの体液、または尿、糞便のような***物などの生体由来試料の処理物であってもよい。このような処理物は、好適には水や緩衝液などで適宜希釈、溶解、または懸濁されている。生体高分子には、化学的に合成されたものも包含される。
【００４７】
試料の媒体としては水が好ましいが、これに限定されるものではなく、各種の有機または無機の溶媒を使用することができる。媒体はそのまま使用してもよく、試料との関係において、密度、浸透圧、ｐＨなどを調整して使用することが好ましい。しかし、交流電場に支障がある物質の添加は好ましくない。
【００４８】
本発明の試料特性化方法においては、まず、例えば、誘電泳動サイフォン現象により、各キャピラリーに溶媒溜めから溶媒を供給し、キャピラリー内に層流を形成した溶媒フローを生じる。キャピラリーには、多重極電極によって不均一電界が発生されている。次いで、この溶媒フローの中心に試料が注入され、好ましくは電気的保持によって、溶媒フロー中心に試料が集結される。さらに層流によって流された各キャピラリー内の粒子は、周波数に応じて層流の垂直方向に力を受ける。層流による力はキャピラリー中心部ほど大きく、周辺部では小さくなる。試料がキャピラリーから出てくるときには、各周波数に応じた変位に配置される。キャピラリー出口における物質のキャピラリー中心からの変位量は、データとして、各キャピラリーの印加周波数情報と共にコンピュータに格納される。こうして、試料の特性化が行われ得る。また、この結果は、既にコンピュータにデータベースとして格納されている取得済みの既知物質の誘電泳動スペクトルと比較照合されて、試料の同定が行われ得る。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電特性による試料の網羅的特性化による網羅的検出が可能である。特に、多数のキャピラリーを１つの基板上に配置して各キャピラリーに試料を注入し、異なった周波数を印加して物質または粒子の周波数スペクトルを確定することにより、高スループットかつ高精度の特性化を行うことが可能である。さらに、キャピラリー中の溶媒に形成させた層流と誘電泳動現象とを組み合わせることにより、さらに高精度の特性化が可能となる。サンプル注入口が開放系であるため、サンプル注入のための煩雑な処理が不要であり、高スループットな分析が可能である。
【００５０】
本発明の装置は、例えば、流体中に存在する物質または粒子を同定するため、あるいは精製試料の均質度を分析するために使用され得る。また、化学的プロセス中にサンプリングされる化合物の均質性（粒度や化学的組成）も、モニターすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の構成模式図である。
【図２】本発明の開放型フロー形成デバイスの構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０：溶媒フロー形成手段および不均一電界発生手段を備えたキャピラリー
２０：試料注入手段（インクジェットデバイス）
３０：不均一電界発生電源
４０：試料位置の変位量測定手段
５０：不均一電界発生電極
１００：開放型フロー形成デバイス
１０２：導電性配線
１０４：溶媒入口
１０６：溶媒出口
１０８：電気浸透流発生用電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for characterizing or identifying trace particles present in a fluid.
[0002]
[Prior art]
The human genome analysis has been completed, and the need for comprehensive detection of minutely expressed RNAs, proteins, and the like for diagnosis and drug discovery screening based on DNA information is rapidly increasing.
[0003]
As such a technique, there is an affinity chromatography method using an antigen-antibody reaction, and a trace protein in a solution can be detected. However, since only substances that react with the set antibody can be detected and identified, and a highly skilled operator is required for the actual operation, it cannot be said that the method is suitable for exhaustive detection of proteins.
[0004]
A method and an apparatus for discriminating the presence and / or relative concentration of particles of a specific type in a fluid by determining dielectrophoretic characteristics have been reported (for example, see Patent Document 1). In this method, a sample is injected into a chamber containing a multi-electrode array, and the internal electrodes are simultaneously excited at different frequencies. The multipole array housed in this chamber consists of a series of spaced electrodes in the form of a comb, the tip of which is located near the common electrode, so that the injected sample is It can be moved freely. Therefore, when a sample of a single type is injected into the chamber and a series of different dielectrophoretic fields are simultaneously formed on each electrode, particles in the sample solution are preferentially collected on one electrode according to its dielectric characteristics. Will do. This particular frequency can be a characteristic frequency for different particle types and can be used, for example, to separate the main particles from the solvent by dielectrophoresis. Further, the homogeneity of a sample purified into a single species can also be examined. Alternatively, if the injected sample is a mixture, the relative concentration of the mixture of known particles can be determined from data and particle counts at the appropriate frequency for certain types of particles present in the mixture. However, since these are all characterizations using only one frequency, there is a problem in their accuracy.
[0005]
Apart from this, a dielectrophoresis method utilizing the combined effect of dielectrophoretic force by a quadrupole electrode and flow velocity distribution in a capillary has been reported (see Patent Document 2). It shows that particles having no charge and particles having the same surface charge can be detected, measured, sorted, or separated efficiently and simply by parameters such as the dielectric constant and the particle size. This method exceeds the limit of the conventional separation of particles by electrophoresis, that is, separation of particles (for example, DNA of 40 kbp or more) that cannot be performed by electrophoresis, separation of uncharged substances, or surface charge. Are primarily intended for the detection, measurement, sorting, or separation of the same material, not for characterizing or identifying particles. In order to characterize particles using this capillary, it is necessary to repeatedly perform measurement at different frequencies, which requires a great deal of labor and time.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 2001-500252 [Patent Document 2]
JP 2001-242136 A
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a means for exhaustively and precisely characterizing various particles.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a step of introducing a solvent flow in which a laminar flow is formed in a capillary; a step of generating a non-uniform electric field symmetrically with respect to a central axis of the laminar flow; A step of injecting a sample consisting of one component; a step of assembling the injected sample on a central axis of the laminar flow; a distance from the central axis of the sample when the sample moves a predetermined distance as a displacement amount A sample characterization method comprising the steps of: measuring; and spectrally converting the amount of displacement of the sample as a function of a high-frequency electric field frequency for generating the non-uniform electric field.
[0009]
In a preferred embodiment, a plurality of the capillaries are provided, and non-uniform electric fields having different frequencies are formed symmetrically with respect to the central axis of the laminar flow in each capillary.
[0010]
In a more preferred embodiment, the multipole electrode forms a uniform electric field in the direction of the solvent flow.
[0011]
In a further preferred embodiment, an ink jet device is used in the step of injecting the sample.
[0012]
In a more preferred embodiment, the introduction of the solvent flow includes a tube having a solvent inlet and a solvent outlet, and a conductive wire provided on an inlet side of the tube so as to guide the solvent from the solvent reservoir to the inlet. An electro-osmotic flow generating electrode provided on the outlet side of the tube to discharge the solvent from the outlet is performed by an open-type flow forming device.
[0013]
The present invention also relates to a capillary; a solvent flow forming means provided in the capillary and capable of forming a laminar flow in the capillary; provided inside or outside the capillary, so as to be symmetric with respect to a central axis of the laminar flow. Means for generating a non-uniform electric field for generating a non-uniform electric field; means for injecting a sample into a solvent flow formed in the capillary; and a distance from the central axis of the sample in the solvent flow as a displacement amount A sample characterization device is provided, comprising means for measuring.
[0014]
In a preferred embodiment, the device further comprises means for concentrating the injected sample on the central axis of the laminar flow.
[0015]
In a more preferred embodiment, the sample is a single-component sample, and the device spectrally measures the amount of displacement of the sample as a function of a high-frequency electric field frequency for generating the non-uniform electric field. Has further.
[0016]
In a further preferred embodiment, the means for injecting a sample into the laminar flow is an ink jet device.
[0017]
In a more preferred embodiment, a plurality of the capillaries are provided, and a non-uniform electric field having a different frequency can be formed in each of the capillaries.
[0018]
In a preferred embodiment, the non-uniform electric field generating means is a multipole electrode, and can form a uniform electric field in the direction of the solvent flow.
[0019]
In a further preferred embodiment, the solvent flow forming means includes a tube having a solvent inlet and a solvent outlet, and conductive wiring provided on the inlet side of the tube so as to guide the solvent from the solvent reservoir to the inlet. An electro-osmotic flow generating electrode provided on the outlet side of the tube so as to discharge the solvent from the outlet.
[0020]
The present invention further provides a step of introducing a solvent flow in which a laminar flow is formed in the capillary; a step of generating a non-uniform electric field symmetrically with respect to a central axis of the laminar flow; Injecting a sample consisting of a single unknown substance; collecting the injected sample on the central axis of the laminar flow; measuring the distance of the sample from the central axis when the sample moves a predetermined distance. Measuring the amount of displacement; converting the amount of displacement of the sample into a spectrum as a function of the frequency of a high-frequency electric field for generating the non-uniform electric field; and converting the obtained spectrum in advance by any of the methods described above. Matching the sample with a database of characterized known substance spectra.
[0021]
The present invention also relates to a capillary; a solvent flow forming means provided in the capillary and capable of forming a laminar flow in the capillary; provided inside or outside the capillary, so as to be symmetric with respect to a central axis of the laminar flow. A non-uniform electric field generating means for generating a non-uniform electric field; a means for injecting a sample consisting of a single unknown substance into a solvent flow formed in the capillary; Means for measuring the distance as a displacement; means for converting the displacement of the sample into a spectrum as a function of the frequency of a high-frequency electric field for generating the non-uniform electric field; and Provided is a sample identification device provided with a means for checking a database of a spectrum of a substance.
[0022]
For example, making many capillaries into one chip, forming electric fields of different frequencies in each capillary, eliminating the movement of particles between capillaries, independently creating solvent flows, and injecting samples independently Thus, the frequency spectrum based on the dielectrophoretic characteristics can be measured at a time.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The sample characterization apparatus according to the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. 1A and the cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1B, wherein the capillary 10 is provided in the capillary. Solvent flow forming means capable of forming a laminar flow at the inside; non-uniform electric field generating means 50 provided inside or outside the capillary for generating a non-uniform electric field so as to be symmetric with respect to the central axis of the laminar flow (And 30); means 20 for injecting a sample into a solvent flow formed in the capillary; and means 40 for measuring a distance from a central axis of the sample in the solvent flow as a displacement amount. More preferably, a plurality of capillaries are provided, and a non-uniform electric field of a different frequency can be formed in each capillary. Further, it is more preferable that a plurality of capillaries are formed on one substrate and formed into one chip.
[0024]
A laminar flow of the solvent flow is introduced into the capillary. The solvent flow may be introduced by any solvent flow forming means, but an electroosmotic pump is preferred. In particular, it is preferable to use an open type flow forming device. The open type flow forming device will be described with reference to FIG. This open type flow forming device 100 includes a tube (capillary 10) having a solvent inlet 104 and a solvent outlet 106, and a conductive wiring provided on the inlet side of the tube so as to guide the solvent from the solvent reservoir to the inlet 104. 102, an electroosmotic flow generating electrode 108 provided on the outlet side of the tube so as to form a pair between the upstream side and the downstream side of the laminar flow so as to discharge the solvent from the outlet 106. Is provided. By providing such wirings 102 and electrodes 108, a solvent can be introduced into the tube by the dielectrophoresis siphon phenomenon, and a flow can be formed in the solvent introduced into the tube by the electroosmotic flow phenomenon. The open flow forming device can form a laminar flow without generating a pulsating flow.
[0025]
Here, the dielectrophoresis siphon phenomenon is a phenomenon in which two wires are inserted into a certain solvent, and when an alternating electric field is applied to the wires, the solvent moves between the wires. By guiding the wiring from the solvent reservoir to the solvent inlet (capillary hole), a sample can be injected into the capillary. The electroosmotic flow phenomenon is used as a driving force for forming a flow in the solvent. The flow path for this and the wiring for voltage application are installed on the solvent outlet side of the capillary.
[0026]
The wiring to the capillary having the electrodes can be formed by an etching method. The material of the wiring may be a conductive substance such as gold, aluminum, and platinum. Capillary holes and capillary electrodes consisting of multipole electrodes are formed alone or in combination in a non-conductive material to form a chip.After that, a metal layer is deposited on the chip and the necessary electrode wiring pattern is formed by etching. I do. Alternatively, a pattern mask may be formed on the substrate prior to depositing the metal layer using a suitable material such as a photoresist, and then the pattern mask may be removed to eliminate the need for deposited metal. It can also be formed by a "lift-off method" in which a portion is removed and a metal layer is left only at a place directly attached on a substrate.
[0027]
For example, a resist is applied to a substrate on which an electrode material such as copper, gold, or aluminum is stacked, and an electrode photomask is stacked on the resist. Next, the resist is exposed to light and exposed and developed to dissolve the resist film in portions other than the electrode pattern. This substrate is immersed in an etching solution to etch the electrode pattern surface, and the remaining resist on the electrode pattern surface is removed. The resist may be either a positive resist that removes a portion exposed to light or a negative resist that removes a portion that is not exposed.
[0028]
The conductivity of the solvent introduced into the capillary is 13 mS / cm or less (corresponding to the concentration of the phosphate buffered saline), preferably 1 mS / cm or less. If the conductivity of the solvent is high, a current flows in the solvent with the application of a voltage, so that Joule heat is generated and the solvent may be boiled. Therefore, usually, the conductivity is appropriately adjusted so as to be in the range of 10 mS / cm or less, more preferably 200 μS / cm or less.
[0029]
When a plurality of capillaries are provided, a discharge reservoir for collecting the discharged sample is provided in order not to recirculate the discharged solvent (including the sample). When a large number of capillaries are pulled by one electroosmotic pump, the distance from the electroosmotic pump to each capillary is different, so that the solvent flow rate of each capillary inevitably varies. For this reason, each capillary should be equipped with an independently wired electroosmotic pump.
[0030]
The characterization of the sample with the device according to the invention is based on the dielectrophoretic phenomenon. That is, the sample is polarized by placing the sample in a non-uniform electric field from the outside, and the interaction between the polarization charge and the external electric field is used. Therefore, the device of the present invention includes an electrode as a non-uniform electric field generating means inside or outside the capillary.
[0031]
The shape of the capillary hole may be circular, elliptical, or polygonal, and the shape is not particularly limited. The inner diameter of the capillary is usually 100 nm to 1 mm, preferably 10 μm to 100 μm.
[0032]
Further, the width of the electrode itself provided in the capillary may be thick or thin like a wire, depending on the inner diameter of the capillary. An electrode structure may be employed in which a sample where negative dielectrophoretic force is gathered and no electrodes are present in the vertical direction. The shape of the electrodes may be any as long as a spatially non-uniform electric field can be formed between the electrodes. The number of electrodes is not limited to a quadrupole, and may be a double pole or an octupole. The cross-sectional shape of each electrode is preferably formed such that the boundary of the electrode cross-section is represented by a function f (x, y) that satisfies the Laplace equation. For example, quadrupole, a 6-pole, and 8-pole, respectively, f (x, y) ^{^{^{is, a (x 2 -y 2)}}} + bxy, a (x 3 -3xy 2) + b (y 3 - 3x ² y), and represented by ^{^{^{^{a (x 4 -6x 2 y 2}}}} + y 4) + b (x 3 y-xy 3). Here, a and b are constants. Specifically, for example, in the case of a quadrupole, it is preferable that the shape is substantially hyperbolic.
[0033]
The electrode used in the sample characterization apparatus of the present invention is made of, for example, a conductive substance such as carbon or a noble metal, and its structure may be any as long as the dielectrophoretic force generates a non-uniform electric field in a direction perpendicular to the solvent flow. . It is preferable that a uniform electric field can be formed in the direction of the solvent flow. The diameter of the electrode depends on the particles to be analyzed. Usually, the diameter is 100 nm to 1 mm, preferably 10 μm to 100 μm. The distance between the grooves between the electrodes depends on the precision of microfabrication, and is usually not more than 500 μm and not less than 0.1 μm, preferably not more than 50 μm and not less than 1 μm. The diameter and spacing of the multipole electrodes located in each capillary are included in the sample, for example, biological particle species such as viruses, prions, proteins, DNA, chemically active particles such as coated latex beads. It can be changed according to the substance to be measured. If the distance between the electrodes is significantly larger than the size of the substance to be measured, a non-uniform electric field having a sufficient electric field strength cannot be formed.
[0034]
Even in the case of the same electrode structure, the displacement from the center axis of the capillary at the time when the substance to be measured passes through the capillary depends on the frequency of the generated electric field and the difference in the conductivity and the dielectric constant of the sample (the substance and the medium). Are different. Therefore, the electrode structure according to the applied frequency and voltage according to the sample is determined. Alternatively, by changing the frequency or the like in accordance with the electrode structure, the dynamic range that can be determined by the length of the capillary can be expanded.
[0035]
The intensity of the electric field formed in the capillary is usually 3.5 MV / m or less, preferably 1.0 MV / m or less. The applied frequency is usually 100 Hz to 10 MHz, preferably 1 kHz to 10 MHz. The electric field formed in the present invention may be either a DC electric field or an AC electric field, but is preferably an AC electric field. When the electric field intensity is increased, the analysis may be difficult due to heat generation. In such a case, the electrode portion may be appropriately cooled.
[0036]
In the case of a typical quadrupole electrode, the applied AC voltage is usually 2 to 90 V, preferably 2 to 40 V, and the frequency is usually 1 kHz to 10 MHz, preferably 1 kHz to 1 MHz.
[0037]
The sample is injected so that the sample is injected into the center of the capillary hole as described later. However, there is usually some variation. Therefore, in order to ensure that the injected sample is located at the center of the capillary hole, it is preferable to apply a high frequency to the electrode and to concentrate the sample on the central axis by the dielectrophoresis phenomenon. Therefore, the apparatus of the present invention may further include an electric holding means for collecting the injected sample on the central axis of the laminar flow. For this electrical retention, it is preferable to use the upper one-fourth of the entire length of the capillary. The length of the capillary is usually about 1 mm.
[0038]
The sample characterization device of the present invention comprises means for injecting a sample into a laminar flow. The injection means may be any as long as it can inject the sample into the center of the capillary hole, and an ink jet device is preferable. The discharge port of the ink jet device is arranged above the capillary hole, and its position is adjusted so that the sample can be injected into the center of the laminar flow. When an ink jet device is used, the sample can be accurately injected without immersing the discharge port in the solvent, so that the flow of the solvent that has formed a laminar flow is not disturbed.
[0039]
The sample injected into the solvent flow is first positioned at the center of the capillary while flowing along the flow, and then a predetermined frequency is applied. The sample starts to move from the center of the flow toward the electrode according to the strength of the dielectrophoretic force acting. The sample is preferably moved within a range of about 3/4 of the radius from the center of the capillary to prevent the sample from adsorbing to the electrode.
[0040]
The sample characterization device of the present invention includes means for measuring a distance from a central axis of a sample in a solvent flow as a displacement amount. The measuring means may be any as long as it can detect the displacement of the sample when passing through the capillary, and examples thereof include a charge-coupled device (CCD) camera, a confocal laser microscope, and a fluorescence microscope. A detection device such as these is placed below the chip provided with the capillary, and the inside or exit of the capillary is observed. In addition, even when an ordinary optical microscope is used, it is possible to focus on the capillary outlet and detect the position of the sample from the center of the capillary at the time when the sample is in focus. A known detectable substance may be added to the sample as an internal standard to correct for variations due to flow variations.
[0041]
The displacement measured by these devices is stored in a computer together with the frequency applied to the capillary. A computer is a means for spectralizing the displacement as a function of the high frequency electric field frequency for generating a non-uniform electric field. In order to obtain a spectrum, data at various frequencies is required. Therefore, it is preferable to use an apparatus provided with a plurality of capillaries capable of simultaneously measuring displacements at different frequencies. The obtained data can be output as a dielectrophoretic spectrum showing frequency dependence.
[0042]
Obtaining a frequency spectrum showing the dielectric properties of the sample by loading the computer with the various frequencies applied to each of the multiple capillaries and the amount of displacement of the sample flowing from the capillary from the central axis of the capillary as data. Can be. It is also possible to accumulate data obtained for various substances by a computer and create a database.
[0043]
When a dielectrophoretic spectrum is measured on a sample containing an unknown substance, the sample can be identified by comparing the obtained spectrum with a frequency spectrum of a known substance in this database using a computer. The sample identification device of the present invention is provided with such a means for matching.
[0044]
The sample characterization method of the present invention includes a step of introducing a solvent flow in which a laminar flow is formed in a capillary; a step of generating a non-uniform electric field symmetrically with respect to a center axis of the laminar flow; Injecting a sample consisting of a single component into the solvent flow that has been collected; focusing the injected sample on a central axis of the laminar flow; moving the sample from the central axis when the sample moves a predetermined distance. Measuring the distance as a displacement; and spectrally transforming the displacement of the sample as a function of a high-frequency electric field frequency for generating the non-uniform electric field. Preferably, it can be performed using the sample characterization device described above.
[0045]
As described above, the sample characterization method of the present invention is based on the dielectrophoresis phenomenon. That is, the sample is polarized by placing the sample in a non-uniform electric field from the outside, and the interaction between the polarization charge and the external electric field is used. Therefore, the method of the present invention can be applied to any particles including biological particles such as cells and inorganic particles regardless of whether or not the sample is charged.
[0046]
Samples to which the characterization method of the present invention can be applied preferably contain the following substances or particles as a single component: inorganic metal oxides such as silica and alumina; metals such as gold, titanium, iron and nickel; Inorganic metal oxide having a functional group introduced by an operation such as silane coupling treatment; polysaccharides such as agarose, cellulose and insoluble dextran; polystyrene latex, styrene-butadiene copolymer, styrene-methacrylic acid copolymer, and acrolein- Polymer particles such as ethylene glycol dimethacrylate copolymer; microorganisms (yeast, bacteria, virus), cells (red blood cells, white blood cells, virus-infected cells, etc.), sugars, nucleic acids (DNA, RNA, etc.), proteins (enzymes, etc.), lipids Such as biopolymers. For example, non-animal particles such as latex beads may be coated with animal substances such as microorganisms, cells, viruses and plasmids, or with chemically active species. The biopolymer may be a body fluid such as serum, plasma, cerebrospinal fluid, synovial fluid, or lymph, or a processed product of a biological sample such as excrement such as urine or feces. Such a processed product is suitably diluted, dissolved, or suspended in water, a buffer, or the like. Biopolymers also include those chemically synthesized.
[0047]
The sample medium is preferably water, but is not limited thereto, and various organic or inorganic solvents can be used. The medium may be used as it is, and it is preferable to adjust the density, osmotic pressure, pH and the like in relation to the sample. However, the addition of a substance that interferes with the AC electric field is not preferred.
[0048]
In the sample characterization method of the present invention, first, a solvent is supplied to each capillary from a solvent reservoir by, for example, a dielectrophoresis siphon phenomenon to generate a solvent flow in which a laminar flow is formed in the capillaries. A non-uniform electric field is generated in the capillary by the multipole electrode. The sample is then injected into the center of the solvent flow and the sample is collected at the center of the solvent flow, preferably by electrical retention. Further, the particles in each of the capillaries swept by the laminar flow receive a force in the vertical direction of the laminar flow according to the frequency. The force due to laminar flow is larger at the center of the capillary and smaller at the periphery. When the sample comes out of the capillary, it is arranged at a displacement corresponding to each frequency. The amount of displacement of the substance at the capillary outlet from the center of the capillary is stored as data together with the applied frequency information of each capillary in the computer. Thus, characterization of the sample can be performed. The result can be compared with a dielectrophoretic spectrum of a known substance that has already been stored as a database in a computer, and the sample can be identified.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, exhaustive detection by exhaustive characterization of a sample by dielectric properties is possible. In particular, by arranging many capillaries on one substrate, injecting a sample into each capillary, and applying different frequencies to determine the frequency spectrum of a substance or particle, high-throughput and high-precision characterization is achieved. It is possible to do. Further, by combining the laminar flow formed in the solvent in the capillary with the dielectrophoresis phenomenon, it is possible to achieve further accurate characterization. Since the sample injection port is an open system, complicated processing for sample injection is unnecessary, and high-throughput analysis is possible.
[0050]
The device of the present invention can be used, for example, to identify substances or particles present in a fluid or to analyze the homogeneity of a purified sample. Also, the homogeneity (particle size and chemical composition) of the compounds sampled during the chemical process can be monitored.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of the configuration of the apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a configuration example of an open-type flow forming device of the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Capillary provided with solvent flow forming means and non-uniform electric field generating means 20: Sample injection means (inkjet device)
30: Non-uniform electric field generating power supply 40: Displacement measuring unit of sample position 50: Non-uniform electric field generating electrode 100: Open type flow forming device 102: Conductive wiring 104: Solvent inlet 106: Solvent outlet 108: For generating electroosmotic flow electrode

Claims

キャピラリー内に層流が形成された溶媒フローを導入する工程；該層流の中心軸に対して対称に不均一電界を発生させる工程；該層流が形成された溶媒フローに単一成分からなる試料を注入する工程；該注入した試料を該層流の中心軸に集結させる工程；該試料が所定の距離を移動した時点における該試料の該中心軸からの距離を変位量として測定する工程；および、該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する工程、を含む、試料特性化方法。Introducing a solvent flow in which a laminar flow is formed into the capillary; generating a non-uniform electric field symmetrically with respect to a central axis of the laminar flow; comprising a single component in the solvent flow in which the laminar flow is formed Injecting a sample; concentrating the injected sample on a central axis of the laminar flow; measuring a distance of the sample from the central axis as a displacement when the sample moves a predetermined distance; And a step of converting the amount of displacement of the sample into a spectrum as a function of a high-frequency electric field frequency for generating the non-uniform electric field.

前記キャピラリーが複数設けられ、それぞれのキャピラリー内の層流の中心軸に対して対称にそれぞれ異なる周波数の不均一電界が形成されている、請求項１に記載の方法。The method according to claim 1, wherein a plurality of the capillaries are provided, and a non-uniform electric field having a different frequency is formed symmetrically with respect to a central axis of the laminar flow in each capillary.

多重極電極により前記溶媒フローの方向に均一な電界が形成されている、請求項１または２に記載の方法。The method according to claim 1 or 2, wherein a uniform electric field is formed in the direction of the solvent flow by a multipole electrode.

前記試料を注入する工程において、インクジェットデバイスが用いられる、請求項１から３のいずれかの項に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the step of injecting the sample uses an inkjet device.

前記溶媒フローの導入が、溶媒入口と溶媒出口とを有する管と、溶媒溜めから溶媒を該入口まで導くように該管の入口側に設けられた導電性配線と、該出口から該溶媒を排出させるように該管の出口側に設けられた電気浸透流発生用電極とを備えた、開放型フロー形成デバイスによって行われる、請求項１から４のいずれかの項に記載の方法。The introduction of the solvent flow includes a tube having a solvent inlet and a solvent outlet, a conductive wiring provided on the inlet side of the tube so as to guide the solvent from the solvent reservoir to the inlet, and discharging the solvent from the outlet. 5. The method according to any of the preceding claims, wherein the method is performed by an open flow forming device with an electroosmotic flow generating electrode provided at the outlet side of the tube to cause the flow to occur.

キャピラリー；該キャピラリーに設けられ該キャピラリー内に層流を形成し得る溶媒フロー形成手段；該キャピラリーの内部または外部に設けられ、該層流の中心軸に対して対称になるように不均一電界を発生させるための不均一電界発生手段；該キャピラリー内に形成された溶媒フローに試料を注入する手段；および、該溶媒フロー中の該試料の中心軸からの距離を変位量として測定する手段を備えた、試料特性化装置。A capillary; a solvent flow forming means provided in the capillary and capable of forming a laminar flow in the capillary; a non-uniform electric field provided inside or outside the capillary so as to be symmetric with respect to a central axis of the laminar flow. Means for generating a non-uniform electric field for generating; means for injecting a sample into a solvent flow formed in the capillary; and means for measuring a distance from a central axis of the sample in the solvent flow as a displacement amount. Also, a sample characterization device.

さらに、前記注入した試料を前記層流の中心軸に集結させる手段を備える、請求項６に記載の装置。7. The apparatus according to claim 6, further comprising means for collecting the injected sample on a central axis of the laminar flow.

前記試料が単一成分からなる試料であり、そして該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する手段をさらに有する、請求項６または７に記載の装置。The sample according to claim 6, wherein the sample is a single-component sample, and further comprising: a unit configured to spectrum a displacement amount of the sample as a function of a high-frequency electric field frequency for generating the non-uniform electric field. Equipment.

前記層流に試料を注入するための手段がインクジェットデバイスである、請求項６から８のいずれかの項に記載の装置。9. Apparatus according to any of claims 6 to 8, wherein the means for injecting a sample into the laminar flow is an inkjet device.

前記キャピラリーが複数設けられ、それぞれのキャピラリーに異なる周波数の不均一電界が発生され得る、請求項６から９のいずれかの項に記載の装置。The device according to any one of claims 6 to 9, wherein a plurality of the capillaries are provided, and a non-uniform electric field having a different frequency can be generated in each of the capillaries.

前記不均一電界発生手段が多重極電極であり、前記溶媒フローの方向に均一な電界を形成し得る、請求項６から１０のいずれかの項に記載の装置。The apparatus according to any one of claims 6 to 10, wherein the non-uniform electric field generating means is a multipole electrode, and can form a uniform electric field in the direction of the solvent flow.

前記溶媒フロー形成手段が、溶媒入口と溶媒出口とを有する管と、溶媒溜めから溶媒を該入口まで導くように該管の入口側に設けられた導電性配線と、該出口から該溶媒を排出させるように該管の出口側に設けられた電気浸透流発生用電極とを備えた、開放型フロー形成デバイスである、請求項６から１１のいずれかの項に記載の装置。A pipe having a solvent inlet and a solvent outlet, a conductive wiring provided on an inlet side of the pipe so as to guide the solvent from the solvent reservoir to the inlet, and discharging the solvent from the outlet. 12. The apparatus according to any one of claims 6 to 11, wherein the apparatus is an open-type flow forming device, comprising an electrode for generating electroosmotic flow provided on the outlet side of the tube to cause the flow to occur.

キャピラリー内に層流が形成された溶媒フローを導入する工程；該層流の中心軸に対して対称に不均一電界を発生させる工程；該層流が形成された溶媒フローに単一の未知物質からなる試料を注入する工程；該注入した試料を該層流の中心軸に集結させる工程；該試料が所定の距離を移動した時点における該試料の該中心軸からの距離を変位量として測定する工程；該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する工程；および、得られたスペクトルを、請求項１から５のいずれかの項に記載の方法によって予め特性化された既知物質のスペクトルのデータベースと照合する工程、を含む、試料の同定方法。Introducing a solvent flow in which a laminar flow is formed into the capillary; generating a non-uniform electric field symmetrically with respect to a central axis of the laminar flow; a single unknown substance in the solvent flow in which the laminar flow is formed Injecting a sample consisting of: focusing the injected sample on the central axis of the laminar flow; measuring the distance of the sample from the central axis when the sample moves a predetermined distance as a displacement amount The method according to any one of claims 1 to 5, wherein: a step of converting the amount of displacement of the sample into a spectrum as a function of a high-frequency electric field frequency for generating the non-uniform electric field; Matching to a database of spectra of known substances previously characterized by the method.

キャピラリー；該キャピラリーに設けられ該キャピラリー内に層流を形成し得る溶媒フロー形成手段；該キャピラリーの内部または外部に設けられ、該層流の中心軸に対して対称になるように不均一電界を発生させるための不均一電界発生手段；該キャピラリー内に形成された溶媒フローに単一の未知物質からなる試料を注入する手段；該溶媒フロー中の該試料の中心軸からの距離を変位量として測定する手段；該試料の変位量を、該不均一電界を発生させるための高周波電界周波数の関数としてスペクトル化する手段；および、得られたスペクトルを、予め特性化された既知物質のスペクトルのデータベースと照合する手段を備えた、試料同定装置。A capillary; a solvent flow forming means provided in the capillary and capable of forming a laminar flow in the capillary; a non-uniform electric field provided inside or outside the capillary so as to be symmetric with respect to a central axis of the laminar flow. Means for generating a non-uniform electric field for generating; means for injecting a sample consisting of a single unknown substance into a solvent flow formed in the capillary; displacement from the center axis of the sample in the solvent flow as a displacement amount Means for measuring; means for converting the amount of displacement of the sample into a spectrum as a function of the frequency of a high-frequency electric field for generating the non-uniform electric field; and a database of spectra of known substances, which are obtained by pre-characterizing the obtained spectrum. A sample identification device, comprising: means for comparing with a sample.