JP4314109B2 - Material separation element and manufacturing method thereof - Google Patents
Material separation element and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4314109B2 JP4314109B2 JP2003416553A JP2003416553A JP4314109B2 JP 4314109 B2 JP4314109 B2 JP 4314109B2 JP 2003416553 A JP2003416553 A JP 2003416553A JP 2003416553 A JP2003416553 A JP 2003416553A JP 4314109 B2 JP4314109 B2 JP 4314109B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separation
- flow path
- separation element
- substance
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、試料中の異なる物質を分離するための物質分離素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a substance separation element for separating different substances in a sample and a method for manufacturing the same.
マイクロチップにＨＰＬＣのようなクロマトグラフィーシステムを応用した技術としては以下のようなものがある。例えば、国際公開第ＷＯ９６／２０４０１号パンフレットには、基板上に多孔質からなるチャネルを形成し、これを分離カラムとして利用することを特徴とするクロマトグラフィー装置が開示されている。ここでは、多孔質からなるチャネルの形成方法は、シリコン基板上に、電解エッチングにより行うとされている。また、特開平１１−２８１６３７号公報には、シリコン基板上に多孔質シリコンからなる領域を選択的に形成するに際し、多孔度、細孔径、細孔径の分布幅、および多孔質シリコンの形状を制御した多孔質シリコン領域を形成し、これを流体分離装置に用いる方法が開示されている。より詳細には、同公報には、シリコン基板の表面部に多孔質シリコン領域を帯状に設け、この多孔質シリコン領域部分を上基板で覆蓋して流体の流路を設け、この流路の一方端に流体の流入口を設けるとともに、他端に流体の流出口を設けた流体分離装置が開示されている。この多孔質シリコン領域の表面に少なくとも単分子層のシリコン酸化膜を有する構成についても開示されている。また、その形成方法としては、シリコン基板を一部が帯状に開口したマスク層で被覆し、このマスク層の除去部分からシリコン基板の一部を陽極化成することによってシリコン基板内に多孔質シリコン領域を形成し、多孔質シリコン領域を加熱して酸化した後、この多孔質シリコン領域を上基板で覆蓋して流体の流路を形成する方法が開示されており、更に、シリコン基板内に上記のような多孔質シリコン領域を形成した後にこの領域を除去し、さらにこの除去部分に第２の多孔質シリコン領域を形成して、この第２の多孔質シリコン領域を上基板で覆蓋して流体の流路を形成する方法も開示されている。 Technologies that apply a chromatography system such as HPLC to a microchip include the following. For example, International Publication No. WO96 / 20401 pamphlet discloses a chromatography device characterized in that a porous channel is formed on a substrate and this is used as a separation column. Here, the method for forming a porous channel is performed by electrolytic etching on a silicon substrate. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-281737 discloses control of porosity, pore diameter, pore diameter distribution width, and porous silicon shape when a porous silicon region is selectively formed on a silicon substrate. A method of forming a porous silicon region and using it in a fluid separation device is disclosed. More specifically, in this publication, a porous silicon region is provided in a band shape on the surface portion of a silicon substrate, and this porous silicon region portion is covered with an upper substrate to provide a fluid flow path. A fluid separation apparatus is disclosed in which a fluid inlet is provided at one end and a fluid outlet is provided at the other end. A configuration having at least a monomolecular silicon oxide film on the surface of the porous silicon region is also disclosed. Further, as a method for forming the porous silicon region, a silicon substrate is covered with a mask layer partially opened in a band shape, and a part of the silicon substrate is anodized from the removed portion of the mask layer, thereby forming a porous silicon region in the silicon substrate. Is formed, and the porous silicon region is heated and oxidized, and then the porous silicon region is covered with an upper substrate to form a fluid flow path. After forming such a porous silicon region, this region is removed, and further, a second porous silicon region is formed in the removed portion, and the second porous silicon region is covered with the upper substrate, and the fluid is removed. A method of forming a flow path is also disclosed.
特開平６−１６９７５６号公報には、流体を通過させ、分離することのできる微小な素子であって、半導体基板の表面の１部が陽極化成されて多孔質流路が形成されてなる微小流路素子であり、多孔質流路が、流路方向に連続的につながった空洞を有する微小流路素子が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-169756 discloses a microscopic element that allows a fluid to pass through and is separated, in which a part of the surface of a semiconductor substrate is anodized to form a porous channel. A microchannel element that is a path element and has a cavity in which a porous channel is continuously connected in the channel direction is disclosed.
特開平１０−７３５９１号公報には、二枚の親水性基板と、該親水性基板に挟まれた硬化樹脂層と、該硬化樹脂層に設けられた流路とを具備する微小流路素子であって、前記硬化樹脂層が少なくとも１つの親水基を有するラジカル重合性単量体を含有する光硬化性流動樹脂組成物の硬化樹脂層であることを特徴とする微小流路素子、及び、二枚の基板と、該基板に挟まれた硬化樹脂層と、該硬化樹脂層に設けられた流路とを具備する微小流路素子であって、前記二枚の基板の硬化樹脂層側が、少なくとも１つの親水基を有するラジカル重合性単量体、イオン基を有するラジカル重合性単量体、又は親水基を有するラジカル重合性単量体及び親水基を有さないラジカル重合性単量体の混合物の何れかを含有する光硬化性流動樹脂組成物より成る硬化樹脂膜で表面コートされ、前記硬化樹脂層が、前記硬化樹脂膜と同一の光硬化性流動樹脂組成物で形成されていることを特徴とする微小流路素子が開示されている。
以上のような技術を鑑みた場合、ＨＰＬＣにおいて、基板上に形成されたマイクロチャネル中に分離層を形成した高性能な分離素子が必要であることが理解される。前述のように、効率的な分離に寄与する非常に有効な手段の一つとして、移動相として用いられる溶媒の組成を変化させた分析方法が挙げられるが、この手法は溶媒を数種類用意する必要があり、操作が煩雑になる。従って、本発明の目的は、より簡便で操作性の良好な分離素子の製造方法及び分離素子を提供することにある。 In view of the above techniques, it is understood that a high-performance separation element in which a separation layer is formed in a microchannel formed on a substrate is necessary in HPLC. As mentioned above, one of the most effective means contributing to efficient separation is an analytical method in which the composition of the solvent used as the mobile phase is changed, but this method requires the preparation of several types of solvents. The operation becomes complicated. Accordingly, an object of the present invention is to provide a separation element manufacturing method and a separation element that are simpler and have better operability.
上記のような課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究の結果本発明に至った。すなわち、本発明には以下の各態様が含まれる。
（１）２以上の異なる物質を分離するための物質分離素子であって、
基体と、該基体に設けられた流路とを有し、
該流路は、媒体と前記２以上の異なる物質とを含む試料の注入口及び排出口と、該試料に含まれる２以上の異なる物質のそれぞれに対して該流路中での異なる移動度を与える分離部と、を有し、
前記異なる物質のそれぞれの移動度に対して影響をおよぼす特性が、前記分離部内において前記試料の移動方向に沿って変化しており、
前記特性の変化が、前記分離部を構成する分離材に添加された添加剤の含有量の変化によっている
ことを特徴とする物質分離素子。
（２）前記流路中に複数の分離部を有する上記項目（１）に記載の物質分離素子。
（３）前記複数の分離部に少なくとも異なる分離特性を有するものが含まれる上記項目（２）に記載の物質分離素子。
（４）前記流路を複数有する上記項目（１）〜（３）のいずれかに記載の物質分離素子。
（５）前記分離部の移動度に対して影響をおよぼす特性が、物理的特性または化学的特性の少なくとも一方である上記項目（１）〜（４）のいずれかに記載の物質分離素子。
（６）前記添加剤がシラン化合物である上記項目（１）に記載の物質分離素子。
（７）前記異なる物質が生体物質である上記項目（１）に記載の物質分離素子。
（８）媒体と２以上の異なる物質とを含む試料中のこれらの２以上の異なる物質を互いに分離するための物質分離素子の製造方法であって、
基体に前記試料の流路となる部分を形成する工程と、
前記流路となる部分中の分離部となる部分に、分離材で充填した状態を得る工程と、
前記分離材が充填された状態の部分の前記試料の移動方向に沿って該分離材の分離特性を変化させることのできる添加剤をその付与量を変化させて付与して分離部を形成する工程と、
前記流路となる部分に前記試料の注入口と排出口を設けて流路を形成し、物質分離素子を得る工程と、
を有することを特徴とする物質分離素子の製造方法。
In order to solve the above-described problems, the present inventors have intensively studied to arrive at the present invention. That is, the present invention includes the following aspects.
(1) A material separation element for separating two or more different materials,
A substrate and a flow path provided in the substrate;
The flow path has different mobility in the flow path for each of two or more different substances contained in the sample and the inlet and outlet of the sample containing the medium and the two or more different substances. A separating part for giving,
The property that affects the mobility of each of the different substances changes along the direction of movement of the sample in the separation part ,
The substance separation element characterized in that the change in the characteristics is due to a change in the content of an additive added to the separation material constituting the separation part .
(2) The substance separation element according to item (1), wherein the flow path has a plurality of separation portions.
(3) The material separation element according to the above item (2), wherein the plurality of separation portions include those having at least different separation characteristics.
(4) The substance separation element according to any one of items (1) to (3), wherein the substance has a plurality of the flow paths.
(5) The substance separation element according to any one of the above items (1) to (4), wherein the property affecting the mobility of the separation part is at least one of physical property and chemical property.
(6) The substance separation element according to item (1) , wherein the additive is a silane compound.
(7) The substance separation element according to item (1) , wherein the different substance is a biological substance.
(8) A method of manufacturing a material separation element for separating two or more different substances in a sample containing a medium and two or more different substances from each other,
Forming a portion to be a flow path of the sample on a substrate;
A step of obtaining a state filled with a separating material in a portion to be a separation portion in a portion to be the flow path;
Step the separating member forms a separate unit by applying varying the applied amount of additives capable of changing the separation characteristics of the separation material along the moving direction of the sample portion of the state of being filled When,
Forming a flow path by providing an inlet and a discharge port for the sample in a portion to be the flow path, and obtaining a substance separation element;
A process for producing a material separation element comprising:
本発明の方法及び本発明の方法を用いて作製される物質分離素子により、より簡便で効率的な物質の分離が可能となり、微小流路を用いた分離、反応、分析等の化学、生化学的操作がより効率的に行われるようになる。 The method of the present invention and the material separation element produced by using the method of the present invention enable easier and more efficient material separation. Chemistry such as separation, reaction, and analysis using a microchannel, biochemistry Operations are performed more efficiently.
本発明の分離素子における流路は、互いに分離すべき２以上の異なる物質を含む試料のその注入口から排出口への流れが形成されるように構成され、その少なくとも一部が、これらの異なる物質ごとに移動度が異なる分離部として形成されている。なお、この移動度は、分離部において吸着や結合などで分離対象の物質の少なくとも１つが固定されて移動しなくなる場合も含まれる。更に、固定状態は、完全に固定される場合や、適当な洗浄剤や溶離剤で再び分離部から物質が離れることができる場合も含まれる。 The flow path in the separation element of the present invention is configured such that a flow of a sample containing two or more different substances to be separated from each other is formed from the inlet to the outlet, and at least a part thereof is different from these. It is formed as a separation part having different mobility for each substance. Note that this mobility includes a case where at least one of the substances to be separated is fixed and does not move by adsorption or binding in the separation unit. Furthermore, the fixed state includes the case where the substance is completely fixed, and the case where the substance can be separated from the separation part again with an appropriate cleaning agent or eluent.
試料としては、流体として流路を流れることができるもので、試料中に含まれる２以上の異なる物質を分離部において分離できる構成を有するものであればよい。流体が、液体の場合は、水や有機溶剤、あるいはこれらの混合物などの液媒体を、流体が気体の場合は、窒素ガスやヘリウム、あるいはアルゴンガスのような不活性ガスなどを、分離対象の物質の種類に応じて選択して用いることができる。また、媒体中には、分離対象として物質に応じて各種の物質を更に含有させることができる。例えば、生体物質の分離を行う場合には、緩衝液を形成できる成分などを用いることができる。 Any sample can be used as long as it can flow in the flow path as a fluid and can separate two or more different substances contained in the sample in the separation unit. When the fluid is a liquid, a liquid medium such as water, an organic solvent, or a mixture thereof is used. When the fluid is a gas, an inert gas such as nitrogen gas, helium, or argon gas is separated. It can be selected and used according to the type of substance. In addition, various substances can be further contained in the medium according to the substances to be separated. For example, when a biological material is separated, a component capable of forming a buffer solution can be used.
分離対象物質は、媒体中に溶解、混在または分散して存在させることができ、分離操作時において、液体、固体あるいは気体の状態で存在するものであることができる。 The substance to be separated can be dissolved, mixed or dispersed in the medium, and can be present in a liquid, solid or gas state during the separation operation.
分離部は、流路の少なくとも一部に形成され、分離材が流路内に充填された状態の形態として形成される。このような形態の形成には、（１）流路を構成する溝に分離材を充填する方法や（２）基体の所定部を加工して充填材が充填された状態に変化させる方法などを用いることができる。上記の（１）の方法には基体の所定部にエッチングにより溝を形成し、その溝の少なくとも一部に分離材を充填する方法などが挙げられる。上記の（２）の方法には、基体の陽極酸化し得る材料からなる所定部を、陽極酸化して酸化物が充填されたものと同じ構造を形成する方法などが挙げられる。更に、後者の方法において酸化物を基体構成材料と異なるものとする場合には、基体の所定部に流路に対応するパターンで金属などの基材と異なる材料を蒸着などの方法により付着させ、付着した材料を更に陽極酸化して酸化物として、流路にこの酸化物からなる分離材が充填された状態を得る方法などが利用できる。なお、このような基体と異なる材料から分離材を得る場合は、基体の所定部に流路となる溝をエッチングなどによって形成し、その溝の少なくとも一部に基材と異なる材料を付与して酸化物とする方法が好適に利用できる。 The separation part is formed in at least a part of the flow path, and is formed in a form in which the separation material is filled in the flow path. In order to form such a form, (1) a method of filling a groove constituting a flow path with a separating material, (2) a method of processing a predetermined portion of a base body and changing the state into a state filled with the filling material, etc. Can be used. Examples of the method (1) include a method in which a groove is formed in a predetermined portion of the substrate by etching, and at least a part of the groove is filled with a separating material. Examples of the method (2) include a method in which a predetermined portion made of a material that can be anodized on a substrate is anodized to form the same structure as that filled with an oxide. Furthermore, when the oxide is different from the base material in the latter method, a material different from the base material such as metal is attached to a predetermined portion of the base in a pattern corresponding to the flow path by a method such as vapor deposition, A method of obtaining a state in which the adhered material is further anodized to form an oxide and the flow path is filled with a separation material made of the oxide can be used. When obtaining a separating material from a material different from such a substrate, a groove serving as a flow path is formed in a predetermined portion of the substrate by etching or the like, and a material different from the substrate is applied to at least a part of the groove. A method of using an oxide can be preferably used.
更に、基体の表面上に酸化物を形成し得る金属などの材料からなる部分を流路に対応した帯状などのパターンとして形成し、このパターンを陽極酸化して分離材が充填された状態の流路を形成し、その所定部に分離材の分離特性を変化させることのできる添加剤を付与し、更にこの流路を樹脂などの適当な材料で被覆して、注入口及び排出口を有する流路とする方法も本発明の分離素子の形成に利用できる。この場合、基体としては流路となる部分以外が陽極酸化されない状態にあるものが利用される。 Further, a portion made of a material such as a metal capable of forming an oxide on the surface of the substrate is formed as a strip-like pattern corresponding to the flow path, and this pattern is anodized to flow in a state filled with a separation material. A flow path is formed, an additive capable of changing the separation characteristics of the separation material is added to the predetermined portion, and the flow path is coated with an appropriate material such as a resin to have an inlet and an outlet. A method using a path can also be used for forming the separation element of the present invention. In this case, a substrate that is not anodized except for a portion that becomes a flow path is used.
なお、基材に設けられた流路となる部分の材料を処理して充填材としての性質を持つように変化させる方法としては、上記の陽極酸化以外で同様の効果が得られる材料と処理方法の組合せも用いることができる。 In addition, as a method of changing the material of the part which becomes the flow path provided in the base material to have a property as a filler, a material and a processing method that can obtain the same effect other than the above-described anodization A combination of these can also be used.
基体には複数の流路を形成することもでき、また、１つの流路中に２以上の分離部を形成してもよい。複数の分離部を１つの流路中に形成する場合は、全ての分離部の分離特性を同じとしてもよく、少なくとも２つの分離部間で分離特性を異なるものとしてもよい。 A plurality of flow paths can be formed in the substrate, and two or more separation portions may be formed in one flow path. When a plurality of separation parts are formed in one flow path, the separation characteristics of all the separation parts may be the same, or the separation characteristics may be different between at least two separation parts.
基材は上記の流路及び分離部の形成方法に応じて選択でき、例えば、ガラス、セラミックス、金属、プラスチックなどを含む有機高分子材料などからなるものが利用できる。 A base material can be selected according to the formation method of said flow path and isolation | separation part, For example, what consists of organic polymer materials etc. which contain glass, ceramics, a metal, a plastics etc. can be utilized.
なお、基体に流路として形成した溝は、必要に応じて適当な部材の接合により覆いを形成して閉鎖してもよい。 In addition, you may close the groove | channel formed as a flow path in a base | substrate, forming a cover by joining of an appropriate member as needed.
分離部を構成する分離材としては無機材料や有機高分子材料を用いることができる。無機材料としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア及びそれらの複合体を挙げることができ、これらの１種あるいは、必要に応じてこれらの２種以上の組合せを用いることができる。更には必要な場合には磁性又は非磁性フェライト等の金属酸化物、活性炭、酸性白土、カオリナイト、ベントナイト、多孔質ガラス、シリカ−アルミナ、酸化チタン−シリカ−アルミナ、ヒドロキシアパルタイト、リン酸カルシウムゲル等の無機質担体の少なくとも１種を分離材に適宜選択して添加することができる。 An inorganic material or an organic polymer material can be used as the separating material constituting the separating portion. Examples of the inorganic material include silica, alumina, titania, zirconia, ceria, and composites thereof, and one of these or a combination of two or more of them can be used as necessary. Furthermore, if necessary, metal oxide such as magnetic or nonmagnetic ferrite, activated carbon, acid clay, kaolinite, bentonite, porous glass, silica-alumina, titanium oxide-silica-alumina, hydroxyapartite, calcium phosphate gel, etc. At least one of these inorganic carriers can be appropriately selected and added to the separating material.
有機高分子材料としては、グルテン、デンプン、キチン、タンニン−アミノヘキシルセルロース、フェノキシアセチルセルロース等の有機高分子材料を適宜選択して用いることができる。これらの１種または、必要に応じてこれらの２種以上を組み合わせて用いることができる。 As the organic polymer material, organic polymer materials such as gluten, starch, chitin, tannin-aminohexyl cellulose, phenoxyacetyl cellulose and the like can be appropriately selected and used. One of these or a combination of two or more of them can be used as necessary.
分離部を構成する材料は多孔質構造を有する材料や繊維状の材料であることが好ましい。 The material constituting the separation part is preferably a material having a porous structure or a fibrous material.
分離部における分離特性を試料の移動方向に沿って変化させるための添加剤としては、分離対象としての物質の移動度に及ぼす分離材の物理的特性及び化学的特性の少なくとも一方を変化させるものが好適に利用される。 As an additive for changing the separation characteristics in the separation part along the moving direction of the sample, there are those that change at least one of the physical characteristics and chemical characteristics of the separation material affecting the mobility of the substance as the separation target. It is preferably used.
このような添加剤としては、分離部を形成する材料の物理化学的特性を変化させることのできるシラン化合物、強酸、強塩基化合物などを挙げることができる。なお、シラン化合物は、基材表面の疎水性／親水性、極性／非極性、酸性／塩基性のような化学的性質を変化させたり、分子が微細間隔のある体積を占めることにより空間的性質を変化させたりすることができるものである。 Examples of such additives include silane compounds, strong acids, and strong base compounds that can change the physicochemical properties of the material forming the separation part. Silane compounds have spatial properties by changing the chemical properties such as hydrophobic / hydrophilic, polar / nonpolar, acidic / basic on the surface of the substrate, or by occupying a volume with finely spaced molecules. Can be changed.
また、強酸や強塩基化合物はエッチャントとして基材の微小孔の大きさを変化させ、また表面の水酸基等の官能基の露出度を変化させることのできるものである。 Further, a strong acid or a strong base compound can change the size of the micropores of the base material as an etchant, and can change the degree of exposure of functional groups such as hydroxyl groups on the surface.
また、アフィニティ分離素子として用いる場合には、ある種の化合物に特異的な結合を示す材料を基材表面に添加剤として加えることができる。ひとつの例としては、レクチン、タンパク質の一種であるコンカナバリンＡを添加して、糖類の分離を行うことが可能となる。 When used as an affinity separation element, a material exhibiting specific binding to a certain compound can be added as an additive to the substrate surface. As one example, it is possible to add lectin and concanavalin A which is a kind of protein to separate sugars.
更に、分離材の物理化学的特性を変化せしめる添加剤を添加する工程には各種の方法が利用できるが、添加剤を含む溶液をインクジェット法により付与する方法が、付与位置や付与量の精細な制御が可能であるなどの点から特に好適である。添加剤の付与に用いるインクジェット法に、各種の方式によるものを利用することができ、例えば、熱エネルギーを用いた方式、圧電素子を用いた方式、静電型方式、ソレノイド方式、エアブラシ方式を目的に応じて適宜利用することが可能である。インクジェット法により、流路内の分離材に対して、試料の移動方向に添加剤を含む溶液の付与量（例えば液滴の個数）を変化させて付与することで、添加剤の分離材中での濃度（保持量）を変化させることが容易となる。この方法によれば、試料の移動方向において添加剤の濃度が連続的（グラジエント型：例えば図２参照）に、あるいは段階的に変化する構成を得ることができる。 Furthermore, various methods can be used for the step of adding an additive that changes the physicochemical properties of the separating material, but the method of applying a solution containing the additive by the ink jet method has a fine application position and amount. This is particularly suitable from the viewpoint that control is possible. Various methods can be used for the ink jet method used for the application of the additive, for example, a method using thermal energy, a method using a piezoelectric element, an electrostatic method, a solenoid method, and an airbrush method. Depending on the situation, it can be used as appropriate. In the separation material of the additive, the amount of the solution containing the additive (for example, the number of droplets) is changed and applied to the separation material in the flow path by the inkjet method. It is easy to change the concentration (retention amount) of the liquid. According to this method, it is possible to obtain a configuration in which the additive concentration changes continuously (gradient type: see, for example, FIG. 2) or stepwise in the sample moving direction.
本発明の方法に関連する先行技術として、特開２００１−３３０５９８号公報には、多層充填剤充填カラムが開示されているが、いわゆる充填型のカラムであり、本発明のような精密な制御は困難となる場合がある。 As a prior art related to the method of the present invention, JP-A-2001-330598 discloses a multi-layer packed column, but it is a so-called packed column, and precise control as in the present invention is not possible. It can be difficult.
また本発明は、下記の実施例でも示すように、酵素に対して親和性のある官能基と疎水性の官能基とを有する酵素固定用担体、特に酵素に対して親和性のある官能基と疎水性の官能基を有するカップリング剤を結合した酵素固定化用無機質または有機質担体とすることもできる。この場合のシランカップリング剤は、酵素に対して親和性のある官能基を有する化合物、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルジメトキシシラン、及びｐ−［Ｎ−（２−アミノエチル）アミノメチル］フェネチルトリメトキシシランより選択した１種以上であり、疎水性の化合物がトリメトキシフェニルシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、トリメチルエトシキシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、及びメチルビニルジメトキシシランより選択した１種以上であり、また３−［Ｎ−アリル−Ｎ（２−アミノエチル）］アミノプロピルトリメトキシシランであり、及び酵素に対して親和性のある官能基と疎水性の官能基を共に有する化合物が３−［Ｎ−アリル−Ｎ（２−アミノエチル）］アミノプロピルトリメトキシシランという組合せが考えられる。 In addition, as shown in the following examples, the present invention also includes an enzyme immobilization carrier having a functional group having affinity for an enzyme and a hydrophobic functional group, particularly a functional group having affinity for an enzyme. It can also be an inorganic or organic carrier for enzyme immobilization, to which a coupling agent having a hydrophobic functional group is bound. The silane coupling agent in this case is a compound having a functional group having an affinity for an enzyme, such as γ-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N One or more selected from-(2-aminoethyl) -3-aminopropyldimethoxysilane and p- [N- (2-aminoethyl) aminomethyl] phenethyltrimethoxysilane, and the hydrophobic compound is trimethoxy One or more selected from phenylsilane, methyltriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, trimethylethoxysilane, trimethylmethoxysilane, methylvinyldiethoxysilane, and methylvinyldimethoxysilane, 3- [N-allyl-N ( -Aminoethyl)] aminopropyltrimethoxysilane, and a compound having both a functional group having affinity for an enzyme and a hydrophobic functional group is 3- [N-allyl-N (2-aminoethyl)]. A combination of aminopropyltrimethoxysilane is conceivable.
上記の構成の酵素固定用担体に所望とする酵素を固定することで分離部を得ることができる。 A separation part can be obtained by immobilizing a desired enzyme on the enzyme immobilization carrier having the above structure.
上記の説明では、主にＨＰＬＣの用途を示しているが、本発明の方法は、この様なガスクロマトグラフ用分離装置における液相コーティングの際も利用することができ、カラムの所定の位置に所望の量の液相を形成せしめることが可能である。 In the above description, the use of HPLC is mainly shown. However, the method of the present invention can also be used for liquid phase coating in such a gas chromatograph separation apparatus, and can be applied to a predetermined position of a column. It is possible to form an amount of liquid phase.
特開２００１−３４３３７７号公報には、表面に微細な溝を形成したシリコンからなる第１の基板と、前記溝を密封して連続した中空の流路が形成されるように接合された第２の基板からなることを特徴とするキャピラリカラムであって、微細な溝には、アルミニウムを蒸着し、アルミニウムを陽極酸化させて吸着剤としたことを特徴とするキャピラリカラムが開示されているが、この様な系にも応用することが可能である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-343377 discloses a first substrate made of silicon having fine grooves formed on the surface thereof, and a second bonded to form a continuous hollow channel by sealing the grooves. There is disclosed a capillary column characterized by comprising a substrate of the above, wherein a minute groove is formed by depositing aluminum and anodizing the aluminum into an adsorbent, It can be applied to such a system.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが本発明は以下の実施例の範囲に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the scope of the following examples.
実施例１
図１は、本発明の微小流路素子の製造工程例を示す工程図である。まず、パイレックスガラスをＮａＯＨ溶液に入れ、溶液中に２本の電極を差し込み５０Ｖの電圧を印加しながらマイナス電極をパイレックスガラスに接触させて、直径０．５ｍｍの孔を２箇所に形成し、それぞれ流入口１１、流出口１２とした。同図（Ａ）に、流体の流入口１１、流出口１２を形成した覆いとなるパイレックスガラス１０を示した。
Example 1
FIG. 1 is a process diagram showing an example of a manufacturing process of the microchannel device of the present invention. First, Pyrex glass is placed in a NaOH solution, two electrodes are inserted into the solution, a negative electrode is brought into contact with Pyrex glass while applying a voltage of 50 V, and holes with a diameter of 0.5 mm are formed in two locations, The
一方、抵抗率が０．００１〜１００Ωｃｍ程度のｐ型単結晶シリコン基板２０の表面上に、作製する流路に対応する表面部分を残してマスキングをした後、濃度２５容量（vol.）％のフッ化水素酸（ＨＦ）溶液中に浸した。溶液中のシリコン基板２０の前記マスキング面付近に白金電極を配置し、これを陰極とし、シリコン基板２０の裏面を陽極に接続した。陽極電流密度２０ｍＡ／ｃｍ2、溶液温度２５℃で、陽極化成を行い、シリコン基板表面上の長さ３ｍｍ、幅５０μｍの直線状の非マスキング部に、表面からの深さ３０μｍまで、多孔質部分を形成した。更に、８５０℃で、６０分間高温処理し、多孔質の孔径及び孔の枝を広げて連続気泡化し、多孔質領域からなる流路２１を得た。
On the other hand, on the surface of the p-type single
次に熱酸化炉を用いて１１００℃の酸素雰囲気中で酸化することにより多孔質流路の表面をニ酸化シリコンとした。 Next, the surface of the porous channel was made into silicon dioxide by oxidizing in an oxygen atmosphere at 1100 ° C. using a thermal oxidation furnace.
同図（Ｂ）に表面に多孔質流路２１を形成した表面二酸化シリコン化シリコン基板２０を示す。
FIG. 2B shows a surface silicon
次に、オクタデシルジメチルメトキシシラン（ＯＤＳ）を含むシラン化剤の１質量％水溶液を室温下で２時間攪拌し、メトキシル基を加水分解した。この溶液を、インクジェットプリンタ（吐出口径２０μｍ）を用いて吐出頻度を変化させながら前記多孔質流路（同図（Ｂ））に沿って添加した。この基板を１２０℃に加熱したオーブン中でベークすることにより反応を完了させた。
Next, a 1% by mass aqueous solution of a silanizing agent containing octadecyldimethylmethoxysilane (ODS) was stirred at room temperature for 2 hours to hydrolyze the methoxyl group. This solution was added along the porous flow path (FIG. 5B) while changing the discharge frequency using an inkjet printer (discharge
得られた多孔質流路の表面をＦＴ−ＩＲにて測定した。測定したポイントは、ＯＤＳの添加開始末端から０．３ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、及び２．７ｍｍの４点で行い、評価はシラノール基に対しては８２０〜９００ｃｍ-1に現れる吸収を、ＯＤＳに対しては１４２０−１４７０ｃｍ-1に現れるメチレンの変角振動に基づく吸収を基準とした。 The surface of the obtained porous flow path was measured by FT-IR. The measured points were measured at 4 points of 0.3 mm, 1.0 mm, 2.0 mm, and 2.7 mm from the addition start end of ODS, and the evaluation was an absorption appearing at 820 to 900 cm −1 for the silanol group. , ODS was based on the absorption based on the bending vibration of methylene appearing at 1420-1470 cm −1 .
表１に各ポイントにおける各官能基の割合を示す。いずれも最も吸収スペクトル面積の大きい部分を１００％とした場合のパーセンテージで示した。 Table 1 shows the ratio of each functional group at each point. In each case, the ratio is shown as a percentage when the portion having the largest absorption spectrum area is defined as 100%.
次に、前記パイレックスガラス１０をシリコン基板２０の流路が形成された面に、流入口及び流出口と流路とを対応させて重ねてエポキシ樹脂により接合を行った。同図（Ｃ）に作製した微小流路素子３０を示す。
Next, the
実施例２
安息香酸、サリチル酸、フェノールの１００ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７．０；ＫＨ2ＰＯ4−Ｎａ2ＨＰＯ4）混合水溶液を、実施例１において作製した微小流路素子３０の流入口１１から流入して、不図示のキャピラリーを接続して、不図示のポンプに連結した。ポンプにより、流入口１１に圧力をかけて１００ｍＭリン酸緩衝液／メタノール（７５／２５（ｖ／ｖ））を多孔質流路２１に送り込んだ。混合溶液は多孔質流路２１を通過する間に多孔質流路により分離作用を受けて流出口１２に到達した。流出口１２には不図示のキャピラリーが接続されており、流出口１２に到達した溶液はキャピラリーを通過して不図示の紫外吸収検出器（２７０ｎｍ）により同定された。
Example 2
A mixed aqueous solution of benzoic acid, salicylic acid and phenol in 100 mM phosphate buffer (pH 7.0; KH 2 PO 4 -Na 2 HPO 4 ) was introduced from the
測定の結果、安息香酸、サリチル酸、フェノールの溶離時間の差に基づいた３本の明瞭な出力信号ピークを得ることができた。 As a result of the measurement, three clear output signal peaks based on the difference in elution time of benzoic acid, salicylic acid, and phenol could be obtained.
実施例３
Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを含むシランカップリング剤の１質量％水溶液を室温下で２時間攪拌し、メトキシル基を加水分解した。この溶液を、インクジェットプリンタ（吐出口径２０μｍ）を用いて吐出頻度を変化させながら実施例１と同様の方法により得られた表面二酸化シリコン型多孔質流路に沿って添加した。この基板を１２０℃に加熱したオーブン中でベークすることにより反応を完了させた。
Example 3
A 1% by mass aqueous solution of a silane coupling agent containing N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane was stirred at room temperature for 2 hours to hydrolyze the methoxyl group. This solution was added along the surface silicon dioxide type porous channel obtained by the same method as in Example 1 while changing the discharge frequency using an ink jet printer (discharge
実施例１と同様の方法で、得られた多孔質流路の表面をＦＴ−ＩＲにて測定した。表２に各ポイントでのアミノ基由来（１６００ｃｍ-1付近）吸収ピークの割合を示す。
In the same manner as in Example 1, the surface of the obtained porous flow path was measured with FT-IR. Table 2 shows the ratio of absorption peaks derived from amino groups (around 1600 cm −1 ) at each point.
表面にアミノ基の露出した部分は、例えばＮ−マレイミドカプロイロキシスクシイミドのような化合物を介し、チオール基を有するタンパク質やペプチド、ＤＮＡといった生体分子、或いはシクロデキストリンのような光学分割が可能な化合物、更にアビジン標識された化合物に特異的に吸着しうるビオチン等、様々な相互作用に基づく吸着分離を行うことが可能な微小多孔質を作成することができる。 The exposed portion of the amino group on the surface can be optically resolved, for example, biomolecules such as proteins, peptides, DNA, or cyclodextrins having a thiol group via a compound such as N-maleimidocaproyloxysuccinimide. It is possible to create a microporous material that can perform adsorption separation based on various interactions, such as biotin that can be specifically adsorbed to a simple compound and avidin-labeled compound.
また、上記２つの実施例では、それぞれ固液分離、液液分離を例示したが、上記態様の素子は、実施例に限定されず、ガスクロマトグラフィー等の気体の分離のための液相としても利用することができる。 In the above two embodiments, solid-liquid separation and liquid-liquid separation are exemplified, but the element of the above aspect is not limited to the embodiment, and may be used as a liquid phase for gas separation such as gas chromatography. Can be used.
また、本発明にかかる多孔質流路は、従来の微小流路と組み合わせて使用することも可能である。 Moreover, the porous flow path concerning this invention can also be used in combination with the conventional micro flow path.
１０ 覆い
１１ 流入口
１２ 流出口
２０ 基板
２１ 流路
３０ 微小流路素子
10
Claims (8)
基体と、該基体に設けられた流路とを有し、
該流路は、媒体と前記２以上の異なる物質とを含む試料の注入口及び排出口と、該試料に含まれる２以上の異なる物質のそれぞれに対して該流路中での異なる移動度を与える分離部と、を有し、
前記異なる物質のそれぞれの移動度に対して影響をおよぼす特性が、前記分離部内において前記試料の移動方向に沿って変化しており、
前記特性の変化が、前記分離部を構成する分離材に添加された添加剤の含有量の変化によっている
ことを特徴とする物質分離素子。 A material separation element for separating two or more different materials,
A substrate and a flow path provided in the substrate;
The flow path has different mobility in the flow path for each of two or more different substances contained in the sample and the inlet and outlet of the sample containing the medium and the two or more different substances. A separating part for giving,
The property that affects the mobility of each of the different substances changes along the direction of movement of the sample in the separation part ,
The substance separation element , wherein the change in the characteristics is due to a change in the content of the additive added to the separation material constituting the separation part .
基体に前記試料の流路となる部分を形成する工程と、
前記流路となる部分中の分離部となる部分に、分離材で充填した状態を得る工程と、
前記分離材が充填された状態の部分の前記試料の移動方向に沿って該分離材の分離特性を変化させることのできる添加剤をその付与量を変化させて付与して分離部を形成する工程と、
前記流路となる部分に前記試料の注入口と排出口を設けて流路を形成し、物質分離素子を得る工程と、
を有することを特徴とする物質分離素子の製造方法。 A method of manufacturing a material separation element for separating two or more different substances in a sample containing a medium and two or more different substances from each other,
Forming a portion to be a flow path of the sample on a substrate;
Obtaining a state filled with a separating material in a portion to be a separation portion in a portion to be the flow path;
Step the separating member forms a separate unit by applying varying the applied amount of additives capable of changing the separation characteristics of the separation material along the moving direction of the sample portion of the state of being filled When,
Forming a flow path by providing an inlet and a discharge port for the sample in a portion to be the flow path, and obtaining a substance separation element;
A process for producing a material separation element comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003416553A JP4314109B2 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Material separation element and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003416553A JP4314109B2 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Material separation element and manufacturing method thereof |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005172753A JP2005172753A (en) | 2005-06-30 |
| JP2005172753A5 JP2005172753A5 (en) | 2006-07-27 |
| JP4314109B2 true JP4314109B2 (en) | 2009-08-12 |
Family
ID=34735719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003416553A Expired - Fee Related JP4314109B2 (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Material separation element and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4314109B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101142023B (en) * | 2005-03-18 | 2012-05-23 | 佳能株式会社 | Pillar structure for separating or capturing target substance |
| JP5173165B2 (en) * | 2006-08-14 | 2013-03-27 | 東京エレクトロン株式会社 | Chromatography column and method for producing the same |
| JP2011141271A (en) * | 2009-12-08 | 2011-07-21 | Yokogawa Electric Corp | Column for gas chromatograph, and method for manufacturing the same |
-
2003
- 2003-12-15 JP JP2003416553A patent/JP4314109B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005172753A (en) | 2005-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6279654B2 (en) | Polymer compound substrate having glass-like surface, and chip made of said polymer compound substrate | |
| Lazar et al. | Microfabricated devices: A new sample introduction approach to mass spectrometry | |
| US7976691B2 (en) | Fabrication and use of semipermeable membranes and gels for the control of electrolysis | |
| EP1393059A1 (en) | Device for analysing a chemical or biological sample, comparative analysis assembly, and related analysis method | |
| JP4681052B2 (en) | Flow cell and manufacturing method thereof | |
| US6596238B1 (en) | Coatings with cross-linked hydrophilic polymers | |
| JP4863877B2 (en) | ESI spray needle and method for manufacturing the same | |
| JP3066081B2 (en) | Method for conditioning silica surface and silicate composition | |
| Krenkova et al. | Less common applications of monoliths: V. Monolithic scaffolds modified with nanostructures for chromatographic separations and tissue engineering | |
| WO2002059591A9 (en) | Sol-gel open tubular ods columns with charged inner surface for capillary electrochromatography | |
| Yu et al. | Isoelectric focusing on microfluidic paper-based chips | |
| JP4314109B2 (en) | Material separation element and manufacturing method thereof | |
| US9482651B2 (en) | Chip produced at wafer level for liquid chromatography and method for the production thereof | |
| CA2323053C (en) | Chemical surface for control of electroosmosis by an applied external voltage field | |
| Nguyen et al. | Effects of ionic strength in the medium on sample preconcentration utilizing nano-interstices between self-assembled monolayers of gold nanoparticles | |
| Chen et al. | Lab-on-a-chip for analysis of triglycerides based on a replaceable enzyme carrier using magnetic beads | |
| Fernández‐Abedul et al. | Improving the separation in microchip electrophoresis by surface modification | |
| Wang et al. | Enhanced microchip electrophoresis of neurotransmitters on glucose oxidase modified poly (dimethylsiloxane) microfluidic devices | |
| JP2006119051A (en) | Microparticle filling type microchip | |
| CN111278549A (en) | Chemical reactor | |
| WO2022097126A1 (en) | Voltage-enhanced micro extraction of anti-aids drugs on nano-adsorbent octa decyl silica | |
| Fogarty et al. | Microchip capillary electrophoresis: application to peptide analysis | |
| Mats | Continuous and digital approaches to manipulation and detection of analytes on microfluidic devices | |
| Yoon | Proteins at aqueous interfaces: Adsorption, cohesion and microfluidic applications | |
| JP2010008384A (en) | Sample extracting vessel, and extraction-analysis method using vessel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060612 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060612 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080611 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080820 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081020 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090512 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090518 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130522 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140522 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |