JP2010540940A - 動電学的な濃縮装置及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、対象種を濃縮するにあたり、その装置及びその使用方法を提供し、かつ/または装置内の液体の流れを制御する。その方法は特に少なくとも基板の一部が、チャネルと結合しているような、少なくとも1つの硬質基板と結合している状態で、またイオン選択性膜が少なくとも基板の表面の一部に接着しており、その基板がチャネルと結合しているか、もしくは前述のチャネルの1つの一部表面に結合しているような状態で、対象種包含の液体を通過させることができるチャネルの平面アレイを構成する流体チップ含有の装置を利用する。当該装置は、チャネル内の電場を誘起させるためのシステムであり、チャネル内で界面動電流または圧力駆動流を誘導するためのシステムである。
【選択図】図1
Description
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の基板の表面の少なくとも一部に接着され、前述の複数のチャネルを結合するイオン選択性膜、または
○前述の複数のチャネルのうちの1つの表面の一部と結合するイオン選択性膜と、
○前述のチャネル内に電場を誘発するシステムと、
○前述のチャネル内に界面動電流または圧力駆動流を誘起するシステムとを含む濃縮装置を提供する。
●イオン選択性膜の近位にあるチャネル内の或る領域でイオン枯渇が生じ、かつチャネル内に空間電荷層が形成され、それにより前述の対象種にエネルギー障壁を提供するように、チャネル内に電場を誘起させるステップと、
●チャネル内で液体の流れを誘発するステップとをさらに含む。
濃縮装置が、
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように前述の流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の基板の表面の少なくとも一部に接着され、前述の複数のチャネルを結合するイオン選択性膜とを含み、
方法が、
●陰圧下で液状ポリマーを前述の基板に適用するステップであって、該ステップにおいて、前述の基板が、複数のチャネルを含む流体チップに、複数のチャネルが前記基板の表面の少なくとも一部と結合するように接続され、それにより前記ポリマーが、前述の基板の表面上に前述のポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるような、該ステップと、
●前述の液状ポリマー層が前述の基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供するステップと、
●前述の膜構造を含む前述の基板の表面の少なくとも一部と結合する複数のチャネルを含む前述の流体チップに、前述の基板を装着するステップとを含む、該方法を提供する。
濃縮装置が、
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように前述の流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の基板の表面の少なくとも一部に接着され、前述の複数のチャネルを結合するイオン選択性膜とを含み、
方法が、
●液状ポリマーを、該ポリマーが前述の基板の表面上に前述のポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるように、所望の形状、パターン、もしくはそれらの組合せで、硬質基板上にスタンピングし、それによって、前述のポリマーは、そのポリマー層を前述の基板の表面で充分時間をかけて形成するステップと、
●前述の液状ポリマー層が前述の基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供するステップと、
●前述の膜構造を含む前述の基板の表面の少なくとも一部と結合する複数のチャネルを含む前述の流体チップに、前述の基板を装着するステップとを含む、該方法を提供する。
濃縮装置が、
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように前述の流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の複数のチャネルのうちの1つの表面の一部と結合する高アスペクト比のイオン選択性膜とを含み、
方法が、
●液状ポリマーを、該ポリマーが前述の基板の表面上に前述のポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるように、前述の複数のチャネルのうちの1つの少なくとも一部に適用するステップと、
●前述の液状ポリマー層が膜構造を形成するような状態を提供するステップとを含む、該方法を提供する。
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の基板の表面の少なくとも一部に接着され、前述の複数のチャネルを結合するイオン選択性膜、または
○前述の複数のチャネルのうちの1つの表面の一部と結合するイオン選択性膜と、
○前述のチャネル内に電場を誘発するシステムと、
○前述のチャネル内に界面動電流または圧力駆動流を誘起するシステムとを含む、該濃縮装置を提供する。
濃縮装置が、
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように前述の流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の基板の表面の少なくとも一部に接着され、前述の複数のチャネルを結合するイオン選択性膜とを含み、
方法が、
●陰圧下で液状ポリマーを前述の基板に適用するステップであって、該ステップにおいて、前述の基板が、複数のチャネルを含む流体チップに、複数のチャネルが前記基板の表面の少なくとも一部と結合するように接続され、それにより前記ポリマーが、前述の基板の表面上に前述のポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるような、該ステップと、
●前述の液状ポリマー層が前述の基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供するステップと、
●前述の膜構造を含む前述の基板の表面の少なくとも一部と結合する複数のチャネルを含む前述の流体チップに、前述の基板を装着するステップとを含む、該方法を提供する。
濃縮装置が、
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように前述の流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の基板の表面の少なくとも一部に接着され、前述の複数のチャネルを結合するイオン選択性膜とを含み、
方法が、
●液状ポリマーを、該ポリマーが前述の基板の表面上に前述のポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるように、所望の形状、パターン、もしくはそれらの組合せで、硬質基板上にスタンピングし、それによって、前述のポリマーは、そのポリマー層を前述の基板の表面で充分時間をかけて形成するステップと、
●前述の液状ポリマー層が前述の基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供するステップと、
●前述の膜構造を含む前述の基板の表面の少なくとも一部と結合する複数のチャネルを含む前述の流体チップに、前述の基板を装着するステップとを含む、該方法を提供する。
濃縮装置が、
○対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
○少なくともその表面の一部が前述のチャネルと結合するように前述の流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
○前述の複数のチャネルのうちの1つの表面の一部と結合する高アスペクト比のイオン選択性膜とを含み、
方法が、
●液状ポリマーを、該ポリマーが前述の基板の表面上に前述のポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるように、前述の複数のチャネルのうちの1つの少なくとも一部に適用するステップと、
●前述の液状ポリマー層が膜構造を形成するような状態を提供するステップとを含む、該方法を提供する。
●イオン選択性膜の近位にあるチャネル内の或る領域でイオン枯渇が生じ、かつチャネル内に空間電荷層が形成され、それにより前述の対象種にエネルギー障壁を提供するように、チャネル内に電場を誘起させるステップと、
●チャネル内で液体の流れを誘発するステップとをさらに含む。
Claims (66)
- 濃縮装置であって、
対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
少なくともその表面の一部が前記チャネルと結合するように前記流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
前記基板の前記表面の少なくとも一部に接着され、前記複数のチャネルを結合するイオン選択性膜、または
前記複数のチャネルのうちの1つの表面の一部と結合するイオン選択性膜と、
前記チャネル内に電場を誘発するシステムと、
前記チャネル内に界面動電流または圧力駆動流を誘起するシステムとを含むことを特徴とする濃縮装置。 - 前記チャネル内に電場を誘発するための前記手段が、電圧源であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電圧源によって印加される前記電圧が、50mVから1500Vまでの間であることを特徴とする請求項3の装置。
- 前記電圧源が、前記マイクロチャネルの陽極側及び陰極側に等しい電圧を印加することを特徴とする請求項3の装置。
- 前記電圧源が、陰極側と比べてより大きな電圧を前記チャネルの陽極側に印加することを特徴とする請求項3の装置。
- 前記チャネルの幅が、0.1〜500μmの間であることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記チャネルの幅が、10〜200μmの間であることを特徴とする請求項6の装置。
- 前記チャネルの深さが、0.5〜200μmの間であることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記チャネルの深さが、5〜50μmの間であることを特徴とする請求項8の装置。
- 前記硬質基体が、パイレックス(登録商標)ガラス、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、石英、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、炭酸プロピレン(PC)またはアクリルを含むことを特徴とする請求項1の装置。
- 前記流体チップが、ポリジメチルシロキサンを含むことを特徴とする請求項1の装置。
- 前記イオン選択性膜が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ペルフルオロスルホン酸、ポリホスファゼン、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリ・ジルコニア・ポリエチレンイミンーポリーアクリル酸・ポリ(エチレンオキシド)−ポリ(アクリル酸)、あるいは非フッ素化炭化水素ポリマーまたは、ポリマー無機複合物を含むことを特徴とする請求項1の装置。
- 前記イオン選択性膜の幅が、50〜1000μmの間であることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記イオン選択性膜の幅が、100〜500μmの間にあることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記イオン選択性膜の深さが、100〜500μmの間にあることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記マイクロチャネルの表面に、該表面への前記対象種の吸着を減少させるかまたは促進する機能を持たせたことを特徴とする請求項1の装置。
- 前記マイクロチャネルの前記表面に、装置の操作効率を高めるかまたは下げる機能を持たせたことを特徴とする請求項1の装置。
- 前記チャネル内の電場を誘起させるための前記システムが、少なくとも1対の電極と、電源とを含むことを特徴とする請求項1の装置。
- 前記装置が、分離システム、検出システム、解析システム、あるいはそれらの組合せに結合されていることを特徴とする請求項1の装置。
- 前記装置が、質量分析計に結合されていることを特徴とする請求項1の装置。
- 液体内にある対象種を濃縮する方法であって、前記対象種を包含する液体を請求項1の装置に適用するステップを含むことを特徴とする方法。
- 前記イオン選択性膜の近位にある前記チャネル内の或る領域でイオン枯渇が生じ、かつ前記チャネル内に空間電荷層が形成され、それにより前記対象種にエネルギー障壁を提供するように、前記チャネル内に電場を誘起させるステップと、
前記チャネル内で液体の流れを誘発するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項21の方法。 - 前記流れが、電気浸透流であることを特徴とする請求項22の方法。
- 前記流れが、圧力駆動であることを特徴とする請求項22の方法。
- 前記ステップが、周期的に行なわれることを特徴とする請求項22の方法。
- 前記チャネル内に電場を誘発する前記ステップが、前記装置に電圧を印加することによって達成されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記電圧が、50mVから1500Vまでの間であることを特徴とする請求項26の方法。
- 前記チャネルの陽極及び陰極側に等しい電圧が印加されることを特徴とする請求項26の装置。
- 陰極側と比べてより大きな電圧が前記チャネルの前記陽極側に印加されることを特徴とする請求項26の方法。
- 前記チャネルの陽極側により大きな電圧を印加する前に、前記チャネル内に空間電荷層が生成されることを特徴とする請求項29の方法。
- 前記液体が、器官ホモジェネート、細胞抽出液、または血液試料を含むことを特徴とする請求項22の方法。
- 前記対象種が、タンパク質、ポリペプチド、核酸、ウィルス粒子、あるいはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項22の方法。
- 前記装置が、分離システム、検出システム、解析システムあるいはそれらの組合せに結合されていることを特徴とする請求項22の方法。
- 濃縮装置の準備方法であって、
上記濃縮装置が、
対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
少なくともその表面の一部が前記チャネルと結合するように前記流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
前記基板の前記表面の少なくとも一部に接着され、前記複数のチャネルを結合するイオン選択性膜とを含み、
上記方法が、
陰圧下で液状ポリマーを基板に適用するステップであって、該ステップにおいて、前記基板が、複数のチャネルを含む流体チップに、前記複数のチャネルが前記基板の表面の少なくとも一部と結合するように接続され、それにより前記ポリマーが、前記基板の表面上に前記ポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるような、該ステップと、
前記液状ポリマー層が前記基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供するステップと、
前記膜構造を含む前記基板の表面の少なくとも一部と結合する複数のチャネルを含む前記流体チップに、前記基板を装着するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記流体チップは、10〜200μmの間の幅を持つチャネルを含むことを特徴とする請求項34の方法。
- 前記流体チップは、5〜50μmの間の深さを持つチャネルを含むことを特徴とする請求項34の方法。
- 前記膜構造の幅が、50〜1000μmの間にあることを特徴とする請求項34の方法。
- 前記膜構造の深さが、100〜500nmの間にあることを特徴とする請求項34の方法。
- 前記膜構造の深さが、1〜50μmの間にあることを特徴とする請求項34の方法。
- 前記硬質基体が、パイレックス(登録商標)、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、石英、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、炭酸プロピレン(PC)、またはアクリルを含むことを特徴とする請求項34の方法。
- 前記流体チップが、ポリジメチルシロキサンを含むことを特徴とする請求項34の方法。
- 前記液状ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリホスファゼン、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリ・ジルコニア、ポリエチレンイミン−ポリ(アクリル酸)あるいはポリ(エチレンオキシド)−ポリ(アクリル酸)を含むことを特徴とする請求項34の方法。
- 前記液状ポリマー層が前記基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供する前記ステップが、前記基板を加熱することによって達成されることを特徴とする請求項34の方法。
- 前記流体チップに前記基板を装着する前記ステップが、プラズマ結合によることを特徴とする請求項34の方法。
- 濃縮装置の準備方法であって、
上記濃縮装置が、
対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
少なくともその表面の一部が前記チャネルと結合するように前記流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
前記基板の前記表面の少なくとも一部に接着され、前記複数のチャネルを結合するイオン選択性膜とを含み、
上記方法が、
液状ポリマーを、該ポリマーが前記基板の表面上に前記ポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるように、所望の形状、パターン、もしくはそれらの組合せで、硬質基板上にスタンピングするステップと、
前記液状ポリマー層が前記基板の表面上に膜構造を形成するような状態を提供するステップと、
前記膜構造を含む前記基板の表面の少なくとも一部と結合する複数のチャネルを含む前記流体チップに、前記基板を装着するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記膜構造の厚さが、前記液状ポリマーの粘性を高めることによって強化され得ることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記膜構造の厚さが、前記スタンピングのために疎水性スタンパーを使用することによって強化され得ることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記スタンピングが、ポリジメチルシロキサンを含むスタンパーで達成されることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記流体チップが、10〜200μmの間の幅を持つチャネルを含むことを特徴とする請求項45の方法。
- 前記流体チップが、5〜50μmの間の深さを持つチャネルを含むことを特徴とする請求項45の方法。
- 前記膜構造の幅が、50〜1000μmの間にあることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記膜構造の深さが、100〜500μmの間にあることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記膜構造の深さが、1〜50μmの間にあることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記硬質基体が、パイレックス(登録商標)、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、石英、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、炭酸プロピレン(PC)またはアクリルを含むことを特徴とする請求項51の方法。
- 前記流体チップが、ポリジメチルシロキサンを含むことを特徴とする請求項45の方法。
- 前記液状ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン、ポリホスファゼン、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリ・ジルコニア、ポリエチレンイミン−ポリ(アクリル酸)あるいはポリ(エチレンオキシド)−ポリ(アクリル酸)を含むことを特徴とする請求項45の方法。
- 前記液状ポリマー層が前記基板の表面上で膜質構造を形成するような状態を提供する前記ステップが、前記基板を加熱することによって達成されることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記流体チップに前記基板を装着する前記ステップが、プラズマ結合によることを特徴とする請求項45の方法。
- 前記スタンピング法の代わりにインクジェット法を使って、前記基板に前記ポリマーが導入されることを特徴とする請求項45の方法。
- 濃縮装置の準備方法であって、
上記濃縮装置が、
対象種を包含する液体を流すことができる平面アレイ状の複数のチャネルを含む流体チップと、
少なくともその表面の一部が前記チャネルと結合するように前記流体チップに接続されている少なくとも1つの硬質基板と、
前記複数のチャネルのうちの1つの表面の一部と結合する高アスペクト比のイオン選択性膜とを含み、
上記方法が、
液状ポリマーを、該ポリマーが前記基板の表面上に前記ポリマーの層を形成するのに十分な時間にわたって適用されるように、前記複数のチャネルのうちの1つの少なくとも一部に適用するステップと、
前記液状ポリマー層が膜構造を形成するような状態を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 前記液状ポリマーが、該液状ポリマーと一緒に、あるいはそれより前に浸透させられるような、ミクロビーズまたは高分子電解質、またはそれらの組合せを含むことを特徴とする請求項60の方法。
- 前記液状ポリマーが、イオン選択性樹脂であることを特徴とする請求項60の方法。
- 前記液状ポリマーが、液体ナフィオンであることを特徴とする請求項60の方法。
- 前記状態を提供する前記ステップが、先ず前記硬質基板の溝内にナフィオン樹脂を導入することによりナフィオン膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項60の方法。
- 前記溝が、前記所望の膜寸法で形成されることを特徴とする請求項64の方法。
- 前記状態を提供する前記ステップが、前記液状ポリマーのキャピラリー力ベースの充填を含むことを特徴とする請求項64の方法。
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