JP6183776B2

JP6183776B2 - Electrophoresis chip

Info

Publication number: JP6183776B2
Application number: JP2013063766A
Authority: JP
Inventors: 秀樹 ▲桑▼島; 明渋江; 宏輝川村
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014190719A

Description

本発明は、電気泳動液中のターゲット数を計測する電気泳動チップに関する。 The present invention relates to an electrophoresis chip for measuring the number of targets in an electrophoresis solution.

電気泳動は、ＤＮＡ／ＲＮＡ、タンパク質などの生体高分子を分析・分取する際に広く用いられ、近年、さまざまな分野への応用が期待されている。同時に、このマイクロ流路技術には、一段と高い分離能と分析精度が求められている。 Electrophoresis is widely used when analyzing and separating biopolymers such as DNA / RNA and proteins, and in recent years, application to various fields is expected. At the same time, this microchannel technology is required to have higher resolution and analysis accuracy.

こうした電気泳動に用いられる試料溶液の濃縮方法や電気泳動チップとして、たとえば、特許文献１ないし特許文献３の技術が知られている。 As a method for concentrating a sample solution and an electrophoresis chip used for such electrophoresis, for example, techniques of Patent Documents 1 to 3 are known.

特許文献１に開示された技術においては、導入部から投入された微粒子分散液が、重力により下降し、微小幅の流路の微小移動部に達する。このとき、電源に接続された電極から発生する電界により、微粒子は回収部側に移動した後、そのまま回収部に回収され、所定の濃縮比で微粒子が濃縮される。 In the technology disclosed in Patent Document 1, the fine particle dispersion charged from the introduction part descends due to gravity and reaches the minute moving part of the minute width channel. At this time, due to the electric field generated from the electrode connected to the power source, the fine particles move to the collecting portion side, and then are collected as they are in the collecting portion, and the fine particles are concentrated at a predetermined concentration ratio.

特許文献２に開示された技術においては、電気泳動チップの流路の内壁面が、電解液に触れると正または負に帯電し、これによって生じる電気浸透流が測定対象物を電気泳動させ、この測定対象物を特異的結合物質として捕捉している。 In the technique disclosed in Patent Document 2, the inner wall surface of the flow path of the electrophoresis chip is positively or negatively charged when touching the electrolytic solution, and the electroosmotic flow generated thereby causes the measurement object to be electrophoresed. The measurement object is captured as a specific binding substance.

特許文献３の開示された技術においては、電気泳動チップの導入槽と回収槽との間に電位差を生じさせ、キャピラリーを通過する試料溶液を連続的に分析することを可能にしている。 In the technique disclosed in Patent Document 3, a potential difference is generated between the introduction tank and the collection tank of the electrophoresis chip, and the sample solution passing through the capillary can be continuously analyzed.

特開２００６−２０５０９２号公報JP 2006-205092 A 特開２０１２−１９４０１５号公報JP 2012-194015 A 国際公開２００８／１３６４６５号公報International Publication No. 2008/136465

一般的にキャピラリー電気泳動とは次のような現象をいう。まず、キャピラリー内を緩衝液で満たし、続いて正極あるいは負極側から試料溶液を投入した後、キャピラリーに電圧を印可すると電位差が生じ、試料溶液の各成分は電気泳動による移動速度と電気浸透による移動速度のベクトルの和をもって、正に荷電した成分は負極側に移動し、負に荷電した成分は正極側に移動する。この現象を利用して、電圧印加から検出までの時間、吸光スペクトル、等により、各成分の定性・定量が行われる。 In general, capillary electrophoresis refers to the following phenomenon. First, the capillary is filled with a buffer solution, then a sample solution is introduced from the positive or negative electrode side, and then a potential difference occurs when a voltage is applied to the capillary. The components of the sample solution move by electrophoresis and move by electroosmosis. With the sum of the velocity vectors, the positively charged component moves to the negative electrode side, and the negatively charged component moves to the positive electrode side. Using this phenomenon, each component is qualitatively and quantitatively determined by the time from voltage application to detection, the absorption spectrum, and the like.

しかしながら、特許文献１ないし特許文献３に開示される濃縮方法や電気泳動チップでは、電圧を印加し電位差を生じさせる際、キャピラリーの近傍に生じる外部電界の影響を何ら考慮していないため、試料溶液濃度や各成分の移動速度が変化し、分析の精度が劣る場合があった。 However, the concentration method and the electrophoresis chip disclosed in Patent Documents 1 to 3 do not consider the influence of an external electric field generated in the vicinity of the capillary when applying a voltage to generate a potential difference. In some cases, the concentration and the moving speed of each component changed, resulting in poor analysis accuracy.

そこで、本発明は、濃縮されたターゲットを均一にキャピラリーに分布させ、その単位体積当たりのターゲットの数を正確に計測することが可能な電気泳動チップを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrophoresis chip capable of uniformly distributing concentrated targets in capillaries and accurately measuring the number of targets per unit volume.

上記の目的を達成するため、本発明の電気泳動チップは、基板に、第一の電極を有する第一のリザーバーと、第二の電極を有する第二のリザーバーと、を設け、前記基板の下面には、マイクロ流体チップを配置し、前記マイクロ流体チップに設けられたキャピラリーの底部はターゲット捕獲層で形成され、前記キャピラリーは、前記第一のリザーバーと前記第二のリザーバーとを連通し、前記キャピラリーに対して平行な面となるように形成された導電体膜が、絶縁膜を介して、前記ターゲット捕獲層に対向して配置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an electrophoresis chip of the present invention is provided with a first reservoir having a first electrode and a second reservoir having a second electrode on a substrate, and a lower surface of the substrate. Includes a microfluidic chip, a bottom of a capillary provided on the microfluidic chip is formed of a target capturing layer, and the capillary communicates the first reservoir and the second reservoir, A conductor film formed so as to be a plane parallel to the capillaries is arranged to face the target trapping layer with an insulating film interposed therebetween.

この構成によって、直接電極から生じる電場に起因する外部電界をキャンセルし、電気泳動液に導通する電流に起因する内部電界を一定に保つことができる。これにより、ターゲットを均一にキャピラリー内に濃縮分布させることができ、ターゲットの数を正確に計測することが可能になる。 With this configuration, the external electric field caused by the electric field directly generated from the electrode can be canceled, and the internal electric field caused by the current conducted to the electrophoretic liquid can be kept constant. Thereby, the target can be uniformly concentrated and distributed in the capillary, and the number of targets can be accurately measured.

また、本発明の電気泳動チップは、前記第一のリザーバーもしくは前記第二のリザーバーのいずれか一方のリザーバーは、他方のリザーバーを泳動するターゲットの移動方向に沿って、垂直方向の断面積が一定であることが望ましい。この構成により、第一もしくは第二のリザーバーの中での電界が一定となるばかりでなく、ターゲットの体積移動速度も一定となり、よりターゲットの濃縮率を安定化させることが可能となる。 In the electrophoresis chip of the present invention, either one of the first reservoir and the second reservoir has a constant vertical cross-sectional area along the moving direction of the target that migrates in the other reservoir. It is desirable that With this configuration, not only the electric field in the first or second reservoir becomes constant, but also the volume movement speed of the target becomes constant, and the concentration rate of the target can be further stabilized.

また、本発明の電気泳動チップは、前記第一のリザーバーは、仕切りフィルターによって第一領域と第二領域とに分割され、前記第二領域は前記第一の電極を含み、前記第一領域を泳動するターゲットの移動方向に沿って、前記第一領域の垂直方向の断面積が、増大することが望ましい。この構成により、第一の電極に負とし第二の電極を正とする電圧を印加したときに、これらの電極から生じる電場に起因する外部電界を利用して、第一のリザーバー内の電気泳動液の濃縮率を大きくすることができる。 In the electrophoresis chip of the present invention, the first reservoir is divided into a first region and a second region by a partition filter, the second region includes the first electrode, and the first region is It is desirable that the vertical sectional area of the first region increases along the moving direction of the target to be migrated. With this configuration, when a voltage with a negative voltage applied to the first electrode and a positive voltage applied to the second electrode is applied, the electrophoresis in the first reservoir is performed using an external electric field caused by the electric field generated from these electrodes. The concentration rate of the liquid can be increased.

また、上記の導電体膜は、前記導電体膜は、酸化亜鉛透明導電膜または酸化インジウム透明導電膜であることが望ましい。これらの膜構成であれば、膜の電気抵抗が小さくできるため、ターゲットの移動が滑らかになり、分散性が一段と向上する。 Moreover, as for said conductor film, it is desirable that the said conductor film is a zinc oxide transparent conductive film or an indium oxide transparent conductive film. With these film configurations, the electric resistance of the film can be reduced, so that the movement of the target becomes smooth and the dispersibility is further improved.

また、本発明の電気泳動チップは、絶縁体がＳｉＯ２膜であることが望ましい。この構成により、電気泳動液との絶縁がより確実になり、さらにはターゲット捕獲層を形成しやすくなる。 In the electrophoresis chip of the present invention, it is desirable that the insulator is a SiO2 film. With this configuration, the insulation from the electrophoretic liquid is more sure and the target capturing layer can be easily formed.

また、前記導電体膜を第一の検出電極とし、前記第一の検出電極の一方の面に誘電体と第二の検出電極とが順次積層されていることが望ましい。この構成により、ターゲットの濃縮率を安定化させ、ターゲットの質量の検出精度を向上させることができる。 Further, it is desirable that the conductive film is a first detection electrode, and a dielectric and a second detection electrode are sequentially laminated on one surface of the first detection electrode. With this configuration, the concentration rate of the target can be stabilized and the detection accuracy of the target mass can be improved.

本発明によれば、濃縮されたターゲットを均一にキャピラリーに分布させ、その単位体積当たりのターゲットの数を正確に計測することが可能な電気泳動チップを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrophoresis chip which can distribute the concentrated target uniformly to a capillary and can measure the number of the targets per unit volume correctly can be provided.

本発明に係る実施の形態１の斜視図The perspective view of Embodiment 1 which concerns on this invention 実施の形態１の分解図Exploded view of Embodiment 1 実施の形態１の平面図Plan view of Embodiment 1 図３のＩＶ−ＩＶ断面図IV-IV sectional view of FIG. 実施の形態１における第一の電気泳動液１８および第二の電気泳動液１９の配置図Arrangement of first electrophoretic liquid 18 and second electrophoretic liquid 19 in the first embodiment 電気泳動の動作を表す説明図Explanatory drawing showing operation of electrophoresis 磁気ビーズの表面にターゲットを吸着させた状態を表すイメージ図An image showing the target adsorbed on the surface of the magnetic beads ターゲット捕獲層上に固定されたターゲットおよび磁気ビーズを表すイメージ図Image diagram showing target and magnetic beads immobilized on target capture layer 電気泳動に作用する内部電界の説明図Illustration of internal electric field acting on electrophoresis 電気泳動に作用する外部電界の説明図Explanatory diagram of external electric field acting on electrophoresis 導電体がない場合の外部電界の分布を示す図Diagram showing the distribution of the external electric field when there is no conductor 実施の形態１における外部電界の分布を示す図The figure which shows distribution of the external electric field in Embodiment 1 本発明に係る実施の形態２の斜視図The perspective view of Embodiment 2 which concerns on this invention 実施の形態２の外観平面図External appearance plan view of Embodiment 2 実施の形態２における外部電界の分布を示す図The figure which shows distribution of the external electric field in Embodiment 2 実施の形態３における水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）センサーの断面図Sectional drawing of the crystal oscillator microbalance (QCM) sensor in Embodiment 3. 水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）センサーをマイクロ流体チップ４の下面に配置したときの断面図Sectional view when a quartz crystal microbalance (QCM) sensor is arranged on the lower surface of the microfluidic chip 4 実施の形態３の平面図Plan view of Embodiment 3 水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）センサーで計測する手法についての説明図Explanatory drawing about the method of measuring with a crystal oscillator microbalance (QCM) sensor

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１９を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電気泳動チップ１００の斜視図である。
図２は、実施の形態１に係る電気泳動チップ１００の分解図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of the electrophoresis chip 100 according to the first embodiment.
FIG. 2 is an exploded view of the electrophoresis chip 100 according to the first embodiment.

図１、２を参照しながら、実施の形態１の電気泳動チップ１００を説明する。 The electrophoresis chip 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

電気泳動チップ１００は、第一のリザーバー１と第二のリザーバー２とが、透明な材料からなる基板３を貫くように設けられ、第一および第二のリザーバーの底部を形成するように、基板３の下側にキャピラリー１０が形成されたＰＤＭＳ製（正式名称：ジメチルポリシロキサン）のマイクロ流体チップ４が取り付けられている。また、マイクロ流体チップ４の下部にはターゲットを検出する検出装置５が設けられている。第一のリザーバー１に設けられた第一の電極6に電源３１の負極が接続され、第二のリザーバー２に設けられた第二の電極７に電源３１の正極が接続されている。また、基板３の上方にはキャピラリー１０に導かれたターゲットを光学的に計測するために設けられた光学的検出装置３０が設けられている。 The electrophoresis chip 100 is provided so that the first reservoir 1 and the second reservoir 2 penetrate the substrate 3 made of a transparent material, and form the bottoms of the first and second reservoirs. A microfluidic chip 4 made of PDMS (official name: dimethylpolysiloxane) having a capillary 10 formed on the lower side of 3 is attached. A detection device 5 for detecting a target is provided below the microfluidic chip 4. The negative electrode of the power supply 31 is connected to the first electrode 6 provided in the first reservoir 1, and the positive electrode of the power supply 31 is connected to the second electrode 7 provided in the second reservoir 2. Further, an optical detection device 30 provided for optically measuring the target led to the capillary 10 is provided above the substrate 3.

第一のリザーバー１および第二のリザーバー２は、電気泳動液の蒸発を防ぐため、透明な樹脂性のカバー１１で覆われ、第三のチューブ１２がこのカバー１１を通過して第一のリザーバー１には接続され、第四のチューブ１３がこのカバー１１を通過して第二のリザーバー１３に接続されている。 The first reservoir 1 and the second reservoir 2 are covered with a transparent resin cover 11 to prevent the electrophoresis solution from evaporating, and the third tube 12 passes through the cover 11 to pass through the first reservoir. 1 and the fourth tube 13 passes through the cover 11 and is connected to the second reservoir 13.

マイクロ流体チップ４は、折れ曲がった溝状のキャピラリー１０が切り抜かれ、その両端部、１０ａ、１０ｂは、円形に切り抜かれている。第一のチューブ８は、カバー１１に設けられた開口部８ｂおよび基板３に設けられた貫通穴８ａを貫き、キャピラリー１０の一方の端部１０ａに接続されている。同様に、第二のチューブ９は、開口部９ａおよび貫通孔９ｂを貫き、キャピラリー１０の他方の端部１０ｂに接続されている。 The microfluidic chip 4 has a grooved capillary 10 cut out, and both ends 10a and 10b are cut out in a circle. The first tube 8 passes through an opening 8 b provided in the cover 11 and a through hole 8 a provided in the substrate 3, and is connected to one end 10 a of the capillary 10. Similarly, the second tube 9 passes through the opening 9a and the through hole 9b and is connected to the other end 10b of the capillary 10.

検出装置５は、ベース５ａと、ベース５ａの上面に形成された導電体膜５ｂと、この導電体膜５ｂ上に形成されたＳｉＯ２膜のような絶縁膜５ｃと、さらにこのＳｉＯ２膜上の、ＤＮＡを捕獲する分子を整列させ固定化するためのターゲット捕獲層５ｄとからなっている。ターゲット捕獲層５ｄは、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンまたはニトロセルロースのような物質から形成され、最も好ましくは、化学的に改変されたポリフッ化ビニリデンの複合ターゲット捕獲層である。絶縁膜５ｃは、その表面にターゲット捕獲層５ｄを形成できる絶縁膜であればＳｉＯ２膜以外の絶縁膜であっても構わないが、ＳｉＯ２膜であれば、電気泳動液との絶縁がより確実になり、ターゲット捕獲層を形成しやすくなる。 The detection device 5 includes a base 5a, a conductor film 5b formed on the upper surface of the base 5a, an insulating film 5c such as a SiO2 film formed on the conductor film 5b, and further on the SiO2 film, It comprises a target capture layer 5d for aligning and immobilizing molecules that capture DNA. The target capture layer 5d is formed from a material such as polyvinylidene fluoride, nylon or nitrocellulose, and is most preferably a chemically modified polyvinylidene fluoride composite target capture layer. The insulating film 5c may be an insulating film other than the SiO2 film as long as the target capturing layer 5d can be formed on the surface thereof. However, if the insulating film 5c is an SiO2 film, the insulating film 5c can be more reliably insulated from the electrophoretic liquid. This makes it easier to form the target trapping layer.

続いて、図３を用い実施の形態１における第一および第二のリザーバーについて詳しく説明する。 Next, the first and second reservoirs in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.

第一のリザーバー１の底には、キャピラリー１０に通じる縦孔１５が形成されている。同様に、第二のリザーバー２の底には、キャピラリー１０に通じる縦孔１４が形成されている。第一のリザーバー１の断面部は、Ｘ方向に対して断面積が一定であることが望ましい。第一の電極６は接地され、第二の電極７に正の電圧が印加された場合、第一のリザーバー１付近の外部電界Ｅ´は、第二の電極７から離れているので、電界分布がほぼ均一となり電気泳動の速度は一定となる。第一のリザーバー１の断面積が一定であると、ターゲットの体積移動速度も一定となる。 A vertical hole 15 communicating with the capillary 10 is formed at the bottom of the first reservoir 1. Similarly, a vertical hole 14 communicating with the capillary 10 is formed at the bottom of the second reservoir 2. The cross section of the first reservoir 1 desirably has a constant cross sectional area with respect to the X direction. When the first electrode 6 is grounded and a positive voltage is applied to the second electrode 7, the external electric field E ′ in the vicinity of the first reservoir 1 is away from the second electrode 7. Becomes almost uniform and the electrophoresis speed is constant. When the cross-sectional area of the first reservoir 1 is constant, the volume movement speed of the target is also constant.

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.

縦孔１４とキャピラリー１０の間には、第二のフィルター１７が配置されている。第二のフィルター１７は電気泳動液のみが通過できターゲットは通過できない程度の細かいフィルターである。フィルターは、ミリポア社製のシュアベント（登録商標）のような市販品を、ターゲットの大きさに応じて、０．０００１μｍから１００μｍの孔サイズのフィルターを使い分ければよい。 A second filter 17 is disposed between the vertical hole 14 and the capillary 10. The second filter 17 is a fine filter that allows only the electrophoresis solution to pass but not the target. The filter may be a commercially available product such as Surevent (registered trademark) manufactured by Millipore, and a filter having a pore size of 0.0001 μm to 100 μm may be used depending on the size of the target.

一方、縦孔１５とキャピラリー１０の間には、第一のフィルター１６が配置されている。この第一のフィルター１６は、第二のフィルター１７に比較して粗いフィルターとなっており微小なターゲットは通過可能となっている。第一のフィルターと同様にミリポア社製のシュアベント（登録商標）をターゲットの大きさに応じて使い分ければよい。 On the other hand, a first filter 16 is disposed between the vertical hole 15 and the capillary 10. The first filter 16 is a coarser filter than the second filter 17, and a minute target can pass therethrough. As with the first filter, Surevent (registered trademark) manufactured by Millipore may be used depending on the size of the target.

続いて、図５から図１２を用い実施の形態１における動作をより詳細に説明する。 Next, the operation in the first embodiment will be described in more detail with reference to FIGS.

図５は実施の形態１における第一の電気泳動液１８および第二の電気泳動液１９の配置を示した図であり、第二の電極７に正の電圧が加えられたときに、ターゲット２０が第一のリザーバー１から第二のリザーバー２に向かってキャピラリー１０の中を矢印の方向に沿って移動することを示した概略図である。 FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the first electrophoretic liquid 18 and the second electrophoretic liquid 19 in the first embodiment, and when a positive voltage is applied to the second electrode 7, the target 20. FIG. 4 is a schematic view showing that the inside of the capillary 10 moves in the direction of the arrow from the first reservoir 1 toward the second reservoir 2.

ここで、図６を用いキャピラリー１０内に流れる電流ｉによる内部電界Ｅによってターゲット２０が移動させられる電気泳動速度について説明する。 Here, the electrophoresis speed at which the target 20 is moved by the internal electric field E caused by the current i flowing in the capillary 10 will be described with reference to FIG.

実施の形態１の電気泳動チップを用いたターゲット２０の移送において、以下の値は、式（１）から式（５）の関係を満足する。
Ｅ：内部電界
ｉ：電流
Ｓ：キャピラリーの断面積
Ｌ：キャピラリーの長さ
Ｖ：印加電圧
ρ：電気泳動液の比抵抗（Ωｃｍ）
Ｒ：電気抵抗（Ω）
Ｕ：移動速度
Ｗ：体積移動速度
μ：電気泳動速度の比例定数
ｍ：機械的流路損失
γ：ターゲットの濃縮率 In the transfer of the target 20 using the electrophoresis chip of the first embodiment, the following values satisfy the relations of the expressions (1) to (5).
E: Internal electric field i: Current S: Capillary cross-sectional area L: Capillary length V: Applied voltage ρ: Specific resistance of electrophoretic liquid (Ωcm)
R: Electric resistance (Ω)
U: Movement speed W: Volume movement speed μ: Proportional constant of electrophoresis speed
m: Mechanical flow path loss
γ: Target concentration rate

キャピラリーの長さをＬ、キャピラリーの断面積をＳ、比抵抗ρの電気泳動液の電気抵抗をＲ、としたとき、式（１）の関係を満たす。
Ｒ＝ρ・Ｌ／Ｓ・・・（１） When the length of the capillary is L, the cross-sectional area of the capillary is S, and the electric resistance of the electrophoretic liquid having a specific resistance ρ is R, the relationship of the formula (1) is satisfied.
R = ρ · L / S (1)

印加電圧をＶ、電気泳動液に流れる電流をｉ、この電流ｉによって生じる内部電界をＥとしたとき、式（２）の関係を満たす。
Ｅ＝Ｖ／Ｌ＝ｉ・Ｒ／Ｌ＝ｉ・ρ・Ｌ／Ｓ・Ｌ＝ｉ・ρ／Ｓ・・・（２） When the applied voltage is V, the current flowing through the electrophoretic liquid is i, and the internal electric field generated by this current i is E, the relationship of Equation (2) is satisfied.
E = V / L = i.R / L = i.rho.L / S.L = i.rho. / S (2)

ターゲット２０が移動する速度をＵ、内部電界をＥ、μは電気泳動速度の比例定数をμ、機械的流路損失をｍとしたとき、式（３）の関係を満たす。
Ｕ＝μ・ｍ・Ｅ＝ｍ・ｉ／Ｓ・ρ ・・・（３） When the moving speed of the target 20 is U, the internal electric field is E, μ is the proportionality constant of the electrophoresis speed is μ, and the mechanical flow path loss is m, the relationship of Expression (3) is satisfied.
U = μ · m · E = m · i / S · ρ (3)

ここでターゲット２０移動速度Ｕとキャピラリー断面積Ｓの積は、単位時間当たりのターゲット２０の体積移動速度Ｗとなるから、この体積移動速度Ｗは、式（４）で表される。
Ｗ＝Ｕ・Ｓ＝μ・ｍ・ｉ・ρ ・・・（４） Here, since the product of the target 20 moving speed U and the capillary cross-sectional area S is the volume moving speed W of the target 20 per unit time, the volume moving speed W is expressed by Expression (4).
W = U · S = μ · m · i · ρ (4)

つまり、式（４）において、体積移動速度Ｗは、電流ｉと電気泳動液の比抵抗ρで表され、キャピラリーの断面積Ｓには関与しないことが分かる。言い換えれば、キャピラリー断面積Ｓが変化しても単位時間当たりのターゲット２０の体積移動速度Ｗは変わらないことを示している。 That is, in the equation (4), the volume movement speed W is expressed by the current i and the specific resistance ρ of the electrophoretic liquid, and is not related to the cross-sectional area S of the capillary. In other words, even if the capillary sectional area S changes, the volume movement speed W of the target 20 per unit time does not change.

なお、電気泳動の場合、機械的流路損失ｍは圧力による流体移動と異なりキャピラリー側面の摩擦抵抗の影響は受けにくいと考えられる。したがって、電気泳動によるターゲット２０の濃縮率γは、第一のリザーバー１内での単位時間当たりの体積移動速度をＷ１、比抵抗をρ１とし、キャピラリー内での単位時間当たりの体積移動速度をＷ２、比抵抗をρ２としたとき、式（５）で表される。
γ＝Ｗ１／Ｗ２＝ρ１／ρ２・・・（５） In the case of electrophoresis, the mechanical flow path loss m is unlikely to be affected by frictional resistance on the side surface of the capillary unlike fluid movement due to pressure. Therefore, the concentration rate γ of the target 20 by electrophoresis is such that the volume movement speed per unit time in the first reservoir 1 is W1, the specific resistance is ρ1, and the volume movement speed per unit time in the capillary is W2. When the specific resistance is ρ2, it is expressed by equation (5).
γ = W1 / W2 = ρ1 / ρ2 (5)

図５、６の他に、図７、８を用い、電気泳動におけるターゲット２０の数の計測方法について、説明を続ける。第一の電気泳動液１８は、図７に示すように、表面にターゲット２０を吸着させた第一の磁気ビーズ２１を含んでいる。ターゲット２０はたとえば、ＤＮＡの断片あるいはタンパク質などである。この第一の磁気ビーズ２１の大きさは直径数μｍ程度である。 7 and 8 in addition to FIGS. 5 and 6, the description of the method for measuring the number of targets 20 in electrophoresis will be continued. As shown in FIG. 7, the first electrophoretic liquid 18 includes first magnetic beads 21 having a target 20 adsorbed on the surface thereof. The target 20 is, for example, a DNA fragment or a protein. The size of the first magnetic bead 21 is about several μm in diameter.

第一のリザーバー１には、電気泳動液に電界を与える第一の電極６が配置され、第一の電気泳動液１８が第三のチューブ１２から第一のリザーバー１に投入される。同様に、第二のリザーバー２には第二の電極７が配置され、第二の電気泳動液１９が、第四のチューブ１３から第二のリザーバー２に投入される。つまり、第一のリザーバー１が第一の電気泳動液１８で満たされたとき、すでに、第二のリザーバー２およびキャピラリー１０は第二の電気泳動液１９で満たされている。 In the first reservoir 1, a first electrode 6 that applies an electric field to the electrophoretic solution is disposed, and a first electrophoretic solution 18 is charged into the first reservoir 1 from the third tube 12. Similarly, the second electrode 7 is disposed in the second reservoir 2, and the second electrophoretic liquid 19 is charged into the second reservoir 2 from the fourth tube 13. That is, when the first reservoir 1 is filled with the first electrophoresis solution 18, the second reservoir 2 and the capillary 10 are already filled with the second electrophoresis solution 19.

第一の電極６を接地したうえで負極とし、第二の電極７を正極として電圧を加えると、ターゲット２０は負電荷となる。続いて、第一の電気泳動液１８に、第一の磁気ビーズ２１からターゲット２０を分離する酵素が加えられると、ターゲット２０は第一のリザーバー１の中で磁気ビーズ２１から分離される。分離後、ターゲット２０は第一のリザーバー１の中で分散し一定の濃縮率を保っている。 When a voltage is applied with the first electrode 6 grounded and the negative electrode and the second electrode 7 the positive electrode, the target 20 becomes negatively charged. Subsequently, when an enzyme that separates the target 20 from the first magnetic beads 21 is added to the first electrophoresis solution 18, the target 20 is separated from the magnetic beads 21 in the first reservoir 1. After the separation, the target 20 is dispersed in the first reservoir 1 and maintains a constant concentration rate.

ターゲット２０は負電荷となるため、電気泳動によって第一のリザーバー１から第二のリザーバーに移送され始め、キャピラリー１０に導かれる。 Since the target 20 has a negative charge, it starts to be transferred from the first reservoir 1 to the second reservoir by electrophoresis and is guided to the capillary 10.

このとき、第一のリザーバー１からキャピラリー１０に至る経路の途中に設けられた第一のフィルター１６によって第一の磁気ビーズ２１は通過できずに遮断される。そのため、ターゲット２０のみがキャピラリー１０内に導かれ、第一の磁気ビーズ２１はキャピラリー１０内に侵入できずに第二のチューブ９から排出されることになる。 At this time, the first magnetic beads 21 are blocked without passing through the first filter 16 provided in the middle of the path from the first reservoir 1 to the capillary 10. Therefore, only the target 20 is guided into the capillary 10, and the first magnetic beads 21 are not allowed to enter the capillary 10 and are discharged from the second tube 9.

キャピラリー１０内に導かれたターゲット２０は、縦孔１４とキャピラリー１０との間の、第二のフィルター１７を通過できずに遮断され、第二のリザーバー２には侵入できない。よって、キャピラリー１０内に止まったターゲット２０は、均一に分散した状態で所定の時間放置される。やがて、ターゲット２０が沈降し始め、ターゲット捕獲層５ｄ上に付着し固定される。 The target 20 introduced into the capillary 10 is blocked without passing through the second filter 17 between the vertical hole 14 and the capillary 10 and cannot enter the second reservoir 2. Therefore, the target 20 stopped in the capillary 10 is left for a predetermined time in a uniformly dispersed state. Eventually, the target 20 begins to settle and adheres and is fixed on the target trapping layer 5d.

十分な時間が経過した後、第一のチューブ８から第二の磁気ビーズ２２をキャピラリー１０内に投入し、既にターゲット捕獲層５ｄ上に固定されたターゲット２０と反応させる。そうすると、図８に示すように、第一の磁気ビーズ２１に換わり、一つの第二の磁気ビーズ２２に対し、一つのターゲット２０が吸着する。なお、電気泳動は、先頭のターゲット２０が第二のフィルター１７に到達した後、所定の時間が経過した時点で終了する。 After a sufficient time has elapsed, the second magnetic beads 22 are put into the capillary 10 from the first tube 8 and reacted with the target 20 already fixed on the target capturing layer 5d. Then, as shown in FIG. 8, instead of the first magnetic beads 21, one target 20 is adsorbed to one second magnetic bead 22. The electrophoresis ends when a predetermined time elapses after the head target 20 reaches the second filter 17.

次に、光学検出装置３０で観察できる視野範囲にある第二の磁気ビーズ２２を確認する。一つの第二の磁気ビーズ２２に対し、一つのターゲット２０が対応することになるから、キャピラリー１０内の所定の面積あたりの第二の磁気ビーズ２２の数を計測すれば、単位面積あたりのターゲット２０の数に換算することができる。 Next, the second magnetic beads 22 in the visual field range that can be observed with the optical detection device 30 are confirmed. Since one target 20 corresponds to one second magnetic bead 22, if the number of second magnetic beads 22 per predetermined area in the capillary 10 is measured, the target per unit area It can be converted into a number of 20.

なお、第二の電気泳動液１９の塩濃度は第一の電気泳動液１８の塩濃度よりも濃くしてあり、その結果、第二の電気泳動液１９よりも第一の電気泳動液１８の方が、比抵抗が高くなっている。 Note that the salt concentration of the second electrophoresis solution 19 is higher than the salt concentration of the first electrophoresis solution 18, and as a result, the first electrophoresis solution 18 has a salt concentration higher than that of the second electrophoresis solution 19. The specific resistance is higher.

このように、第一のリザーバー１からキャピラリー１０に電気泳動させるとき、第一の電気泳動液１８の比抵抗ρが第二の電気泳動液１９の比抵抗ρよりも高いため、式（４）に従って、第一のサーバー１内でのターゲット２０の体積移動速度Ｗ１は大きく、キャピラリー１０内での単位時間当たりのターゲット２０の体積移動速度Ｗ２は小さくなる。よって、本来、第一のサーバー１からキャピラリー１０に移送されたターゲット２０は、比抵抗ρに比例した分、均一にキャピラリー内で濃縮されることになる。 Thus, when electrophoresis is performed from the first reservoir 1 to the capillary 10, the specific resistance ρ of the first electrophoretic liquid 18 is higher than the specific resistance ρ of the second electrophoretic liquid 19. Accordingly, the volume movement speed W1 of the target 20 in the first server 1 is large, and the volume movement speed W2 of the target 20 per unit time in the capillary 10 is small. Therefore, the target 20 originally transferred from the first server 1 to the capillary 10 is uniformly concentrated in the capillary by an amount proportional to the specific resistance ρ.

ところで、先に説明したとおり、ターゲット２０に作用する電界には、電流ｉによる内部電界Ｅと、電極から直接伝わる外部電界Ｅ´の二つがある。 By the way, as described above, there are two electric fields acting on the target 20, that is, the internal electric field E due to the current i and the external electric field E ′ directly transmitted from the electrode.

ここで、図９および図１０を用い、内部電界Ｅと外部電界Ｅ´について説明する。 Here, the internal electric field E and the external electric field E ′ will be described with reference to FIGS. 9 and 10.

図９は、模式化したキャピラリー１０の両端に電極６ａ、７ａを設けた図である。電極６ａと７ａとの間に式（２）で表される電流ｉが流れると、この電流ｉに比例する内部電界Ｅが生じ、この内部電界Ｅは一定の値となる。 FIG. 9 is a diagram in which electrodes 6 a and 7 a are provided at both ends of the capillary 10 schematically illustrated. When the current i represented by the formula (2) flows between the electrodes 6a and 7a, an internal electric field E proportional to the current i is generated, and the internal electric field E becomes a constant value.

一方、図１０は、図９におけるキャピラリー１０の両端に設けられた電極６ａ、７ａから外部に発せられる外部電界Ｅ´を表した図である。この外部電界Ｅ´はキャピラリー１０の中を電気泳動する方向に対して均一に分布せず、距離の２乗に反比例して分布する。当然ながら、電極７ａ付近（＋Ｖ）の外部電界Ｅ´は大きく、電極６ａ（Ｇ）付近の外部電界Ｅ´は小さくなる。そうすると、キャピラリー１０内で外部電界Ｅ´の影響を受けることになり、体積移動速度Ｗは変化してしまうことになる。 On the other hand, FIG. 10 is a diagram showing an external electric field E ′ emitted to the outside from the electrodes 6a and 7a provided at both ends of the capillary 10 in FIG. The external electric field E ′ is not uniformly distributed in the direction of electrophoresis in the capillary 10 but is distributed in inverse proportion to the square of the distance. Naturally, the external electric field E ′ near the electrode 7a (+ V) is large, and the external electric field E ′ near the electrode 6a (G) is small. If it does so, it will receive to the influence of the external electric field E 'within the capillary 10, and the volume moving speed W will change.

この外部電界Ｅ´の影響を回避するため、キャピラリー１０に平行にかつ絶縁膜５ｃを介して導電体膜５ｂを設けることにより、外部電界Ｅ´をキャンセルし、導電体膜５ｂ近傍の電圧変化を抑えることができる。 In order to avoid the influence of the external electric field E ′, the external electric field E ′ is canceled by providing the conductor film 5b in parallel with the capillary 10 and through the insulating film 5c, and the voltage change near the conductor film 5b Can be suppressed.

これによりキャピラリー１０に流れる電流ｉによる内部電界Ｅのみが作用し、電気泳動を安定化させることができる。なお、導電体膜５ｂとキャピラリー１０の距離に当たる絶縁膜５ｃの厚みが薄くなると、キャピラリー１０内での電気抵抗が上昇し電流ｉが小さくなるが、式（５）に示すように濃縮率γには影響しない。 As a result, only the internal electric field E caused by the current i flowing through the capillary 10 acts, and the electrophoresis can be stabilized. Note that when the thickness of the insulating film 5c corresponding to the distance between the conductor film 5b and the capillary 10 is reduced, the electrical resistance in the capillary 10 is increased and the current i is reduced. However, as shown in the equation (5), the concentration rate γ is increased. Has no effect.

以上の原理に従い、実施の形態１における導電体膜５ｂの効果についてさらに説明する。 Based on the above principle, the effect of the conductor film 5b in the first embodiment will be further described.

図１１は、導電体膜５ｂがない場合の外部電界Ｅ´の分布を示す計算結果である。キャピラリー１０内での外部電界Ｅ´の分布は、３０００Ｖ／ｍから６０００Ｖ／ｍにまでおよび、かなりの差があることが分かる。これは、キャピラリー１０内での外部電界Ｅ´の変化が大きいことを示している。言い換えると、キャピラリー１０内の位置によって、ターゲット２０の濃縮率が大きく変化することを意味している。 FIG. 11 is a calculation result showing the distribution of the external electric field E ′ when there is no conductor film 5b. It can be seen that the distribution of the external electric field E ′ in the capillary 10 varies considerably from 3000 V / m to 6000 V / m. This indicates that the change in the external electric field E ′ in the capillary 10 is large. In other words, it means that the concentration rate of the target 20 varies greatly depending on the position in the capillary 10.

一方、図１２は、導電体膜５ｂがある場合を示した図である。導電体膜５ｂがあるとき、キャピラリー１０内での外部電界Ｅ´の変動の幅は抑えられ、外部電界Ｅ´の影響を殆ど受けていないことが分かる。言い換えると、キャピラリー１０内でのターゲット２０の濃縮率がほぼ一定していることを意味している。 On the other hand, FIG. 12 is a diagram showing a case where the conductor film 5b is present. When the conductor film 5b is present, it can be seen that the fluctuation range of the external electric field E ′ in the capillary 10 is suppressed and is hardly affected by the external electric field E ′. In other words, it means that the concentration rate of the target 20 in the capillary 10 is substantially constant.

なお、図１１並びに図１２のいずれにおいても、第一のリザーバー１内での外部電界Ｅ´の変化は少なく抑えられている。これは第二の電極７から第一のリザーバー１が離れているためである。 11 and FIG. 12, the change in the external electric field E ′ in the first reservoir 1 is suppressed to a small extent. This is because the first reservoir 1 is separated from the second electrode 7.

以上のように実施の形態１によれば、キャピラリー１０と平行に導電体膜５ｂを設けることにより、電源３１から生じる電位による外部電界Ｅ´をキャンセルできる。また、キャピラリー１０内に分布する電界がほぼ一定となるおかげで、ターゲット２０の濃縮率および移動速度はほぼ一定となる。特に、導電体膜５ｂが、酸化亜鉛透明導電膜または酸化インジウム透明導電膜であれば、電気抵抗をより小さくできるため、ターゲット２０の移動が滑らかになり、分散性も向上する。これにより、キャピラリー１０内に、ターゲット２０を一層均一に濃縮分布させることができる。その結果、ターゲットの数を正確に計測することが容易になるばかりでなく、キャピラリー１０内の外部電界Ｅ´の影響を抑えることができ、濃縮効率の低下を防ぐことができる。 As described above, according to the first embodiment, the external electric field E ′ due to the potential generated from the power supply 31 can be canceled by providing the conductor film 5 b in parallel with the capillary 10. Further, the concentration rate and the moving speed of the target 20 are substantially constant because the electric field distributed in the capillary 10 is substantially constant. In particular, if the conductor film 5b is a zinc oxide transparent conductive film or an indium oxide transparent conductive film, the electric resistance can be further reduced, so that the movement of the target 20 becomes smooth and the dispersibility is improved. Thereby, the target 20 can be more uniformly concentrated and distributed in the capillary 10. As a result, it is not only easy to accurately measure the number of targets, but also the influence of the external electric field E ′ in the capillary 10 can be suppressed, and a reduction in concentration efficiency can be prevented.

実施の形態１では、ターゲットの濃縮率は、式（５）よりキャピラリー内の電気泳動液の比抵抗と第一のリザーバー内の電気泳動液の比抵抗によってのみ決定される。しかし、キャピラリー内の電気泳動液はターゲットがターゲット捕獲層に付着する性質にも関係しており選択の自由度は大きくない。実施の形態２では、さらに大きな濃縮率を得ることができる。 In the first embodiment, the concentration ratio of the target is determined only by the specific resistance of the electrophoretic liquid in the capillary and the specific resistance of the electrophoretic liquid in the first reservoir from the equation (5). However, the electrophoretic solution in the capillary is also related to the property that the target adheres to the target capture layer, and the degree of freedom in selection is not great. In the second embodiment, a larger concentration rate can be obtained.

（実施の形態２）
図１３は本発明に係る実施の形態２の電気泳動チップの斜視図である。 (Embodiment 2)
FIG. 13 is a perspective view of the electrophoresis chip according to the second embodiment of the present invention.

図１４は本発明に係る実施の形態２の電気泳動チップの平面図である。 FIG. 14 is a plan view of the electrophoresis chip according to the second embodiment of the present invention.

図１３において、第一のリザーバー１は仕切りフィルター２３によって、第一領域１ａと第二領域１ｂに分割されている。第二領域１ｂは第一の電極６を含む。なお、この仕切りフィルター２３は、第二のフィルター１７と同じく、電気泳動液のみが通過可能でターゲット２０は遮断されるフィルターである。第一のリザーバーの電気泳動液１８は、第一領域１ａと第二領域１ｂの双方に存在している。第一領域１ａと第二領域１ｂを合わせた第一のリザーバー１のＹ軸で切った面の断面積は一定であり、第一領域１ａの断面積は電気泳動する方向（−Ｘ方向）に向かって増加するように設置される。その他の構成は、実施の形態１と何ら変わらない。 In FIG. 13, the first reservoir 1 is divided into a first region 1 a and a second region 1 b by a partition filter 23. The second region 1 b includes the first electrode 6. The partition filter 23 is a filter that allows only the electrophoretic liquid to pass therethrough and blocks the target 20, as with the second filter 17. The electrophoretic solution 18 of the first reservoir exists in both the first region 1a and the second region 1b. The cross-sectional area of the first reservoir 1 cut by the Y-axis of the first region 1a and the second region 1b is constant, and the cross-sectional area of the first region 1a is in the direction of electrophoresis (−X direction). It is installed so as to increase. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成された電気泳動チップについて、その動作を説明する。 The operation of the electrophoresis chip configured as described above will be described.

実施の形態１と同様にＤＮＡの断片あるいはタンパク質などのターゲット２０をあらかじめ表面に吸着させた第一の磁気ビーズ２１を第三のチューブ１２から第一領域１ａに投入する。なお、第二領域１ｂには、第一の電気泳動液１８のみが投入される。 As in the first embodiment, first magnetic beads 21 having a target 20 such as a DNA fragment or protein adsorbed on the surface in advance are introduced from the third tube 12 into the first region 1a. In addition, only the 1st electrophoresis solution 18 is thrown into the 2nd area | region 1b.

その後、第一の電気泳動液１８に第一の磁気ビーズ２１からターゲット２０を分離する酵素が加えられる。この時点でターゲット２０は第一のリザーバー１の第一領域１ａ中で分散し一定の濃縮率を保っている。 Thereafter, an enzyme that separates the target 20 from the first magnetic beads 21 is added to the first electrophoresis solution 18. At this point, the target 20 is dispersed in the first region 1a of the first reservoir 1 and maintains a constant concentration rate.

実施の形態１と同様に、電気泳動によって第一のリザーバー１の第一領域１ａからターゲット２０を移送させる。このとき第二の電極７を接地したうえで正極とし、第一の電極６を負極として電圧を加える。ターゲット２０は、負電荷となっており第一のリザーバー１からキャピラリー１０に向かって移送される。ここで途中に設けられた第一のフィルター１６によって第一の磁気ビーズ２１は遮断され、キャピラリー１０にはターゲット２０のみが移動できることになる。それ以降のプロセスは実施の形態１と同様である。 As in the first embodiment, the target 20 is transferred from the first region 1a of the first reservoir 1 by electrophoresis. At this time, the voltage is applied with the second electrode 7 grounded and the positive electrode and the first electrode 6 the negative electrode. The target 20 has a negative charge and is transferred from the first reservoir 1 toward the capillary 10. Here, the first magnetic beads 21 are blocked by the first filter 16 provided in the middle, and only the target 20 can move to the capillary 10. The subsequent processes are the same as those in the first embodiment.

次に、図１５を基に仕切りフィルター２３の配置について説明する。 Next, the arrangement of the partition filter 23 will be described with reference to FIG.

図１５（ａ）は、キャピラリー１０および第一のリザーバー１内での外部電界Ｅ´の分布を示す。キャピラリー１０での外部電界Ｅ´は、導電体５ｂがキャピラリー１０の下側に配置されているので、ほぼ一定の値となっている。一方、第一のリザーバー１での外部電界Ｅ´は、第一の電極６を負極として電圧が印加されている影響で大きく変化している。 FIG. 15A shows the distribution of the external electric field E ′ in the capillary 10 and the first reservoir 1. The external electric field E ′ at the capillary 10 has a substantially constant value because the conductor 5 b is disposed below the capillary 10. On the other hand, the external electric field E ′ in the first reservoir 1 changes greatly due to the influence of voltage being applied with the first electrode 6 as a negative electrode.

図１５（ｂ）は、電気泳動液内を導通する電流ｉにより生じる内部電界Ｅを示す。キャピラリー１０内および第一のリザーバー１内の内部電界Ｅは、ほぼ一定の値となる。 FIG. 15B shows an internal electric field E generated by a current i that is conducted through the electrophoresis solution. The internal electric field E in the capillary 10 and the first reservoir 1 has a substantially constant value.

図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の外部電界Ｅ´と図１５（ｂ）の内部電界Ｅの和（以下、トータル電界）を示したものである。第一のリザーバー１内でのターゲット２０の移動速度を一定に保つためには、第一のリザーバー１の内部電界Ｅと外部電界Ｅ´とを合計したトータル電界と反比例するように第一領域１ａの断面積を調整する必要がある。そのため、図１３、図１４に示すように仕切りフィルター２３を設け、第一領域の断面積を電気泳動する方向に対して断面積を徐々に増加させる。この断面積の変化率は、トータル電界の変化と第一領域の断面積の変化が反比例するよう設定する。 FIG. 15C shows the sum of the external electric field E ′ in FIG. 15A and the internal electric field E in FIG. 15B (hereinafter referred to as a total electric field). In order to keep the moving speed of the target 20 in the first reservoir 1 constant, the first region 1a is inversely proportional to the total electric field obtained by summing the internal electric field E and the external electric field E ′ of the first reservoir 1. It is necessary to adjust the cross-sectional area. Therefore, a partition filter 23 is provided as shown in FIGS. 13 and 14, and the cross-sectional area of the first region is gradually increased with respect to the direction of electrophoresis. The change rate of the cross-sectional area is set so that the change of the total electric field and the change of the cross-sectional area of the first region are inversely proportional.

以上のように、実施の形態２では、第一のリザーバー１を、仕切りフィルター２３によって第一領域１ａと第二領域１ｂとに分割し、第一領域１ａを泳動するターゲット２０の移動方向に向って、第一領域１ａの垂直方向の断面積を増大させる。
As described above, in the second embodiment, the first reservoir 1 is divided into the first region 1a and the second region 1b by the partition filter 23, and the first reservoir 1 faces the moving direction of the target 20 that migrates in the first region 1a. Thus, the vertical sectional area of the first region 1a is increased.

このようにすることによって、外部電界Ｅ´を積極的に利用して第一のリザーバー１内での体積移動速度を一定に高めることができる。つまり、ターゲットの濃縮度を式（５）で示す濃縮率γより大きく設定することができると同時に、電気泳動液の比抵抗値以上に濃縮率を設定でき、少ないターゲットであっても第二の磁気ビーズ２２の計測が容易となる。 By doing so, it is possible to increase the volume movement speed in the first reservoir 1 constantly by actively using the external electric field E ′. That is, the concentration of the target can be set to be larger than the concentration rate γ represented by the equation (5), and at the same time, the concentration rate can be set to be higher than the specific resistance value of the electrophoresis solution. Measurement of the magnetic beads 22 becomes easy.

（実施の形態３）
図１６は、せん断方向に共振して微小な質量を検出する水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）センサー２７の断面を示した図である。ＱＣＭセンサー２７は、電極に物質が付着するとその質量に相当する周波数が低下する現象を利用している。誘電体である薄い水晶プレート２４の一方の面には第一の検出電極２５が、他方の面には第二の検出電極２６が形成されている。 (Embodiment 3)
FIG. 16 is a diagram showing a cross section of a crystal oscillator microbalance (QCM) sensor 27 that resonates in the shear direction and detects a minute mass. The QCM sensor 27 utilizes the phenomenon that the frequency corresponding to the mass decreases when a substance adheres to the electrode. A first detection electrode 25 is formed on one surface of a thin quartz plate 24 that is a dielectric, and a second detection electrode 26 is formed on the other surface.

第一の検出電極２５とターゲット捕獲層５ｄとの間には絶縁カバー２８が位置している。第二の検出電極２６にはＱＣＭセンサー２７を共振させる周波数の電圧を印加する。なお、第一の検出電極２５は絶縁カバー２８で覆われているため、電気泳動液と直接接触することはない。これは、ターゲット２０をキャピラリー１０内に導く電気泳動の際、第一の検出電極面２５で生じる気泡を発生させないようにするためである。 An insulating cover 28 is located between the first detection electrode 25 and the target trapping layer 5d. A voltage having a frequency that causes the QCM sensor 27 to resonate is applied to the second detection electrode 26. Since the first detection electrode 25 is covered with the insulating cover 28, it does not come into direct contact with the electrophoresis solution. This is to prevent bubbles generated on the first detection electrode surface 25 from being generated during electrophoresis for guiding the target 20 into the capillary 10.

図１７は、ＱＣＭセンサー２７をマイクロ流体チップ４の下面に配置した図である。また、図１８は、電気泳動装置を上面から見た図でありマイクロ流体チップに形成されたキャピラリー２９は、キャピラリーの中央部２９ａで幅が拡げられている。この中央部２９ａに対応した位置に第一の検出電極２５が位置している。なお、キャピラリーの中央部２９ａの幅が広がっても、式（４）により体積移動速度は変わらない。実施の形態１および実施の形態２と異なる点は、導電体膜５ｂをＱＣＭセンサー２７の第一の検出電極２５として用いている点である。 FIG. 17 is a diagram in which the QCM sensor 27 is arranged on the lower surface of the microfluidic chip 4. FIG. 18 is a top view of the electrophoresis apparatus. The capillary 29 formed on the microfluidic chip is widened at the center 29a of the capillary. The first detection electrode 25 is located at a position corresponding to the central portion 29a. Even if the width of the central portion 29a of the capillary is increased, the volume movement speed is not changed according to the equation (4). The difference from the first embodiment and the second embodiment is that the conductor film 5 b is used as the first detection electrode 25 of the QCM sensor 27.

以上のように構成された電気泳動チップについて、以下その動作を説明する。実施の形態２と同様に、ＤＮＡの断片あるいはタンパク質などの検出すべきターゲット２０をあらかじめ表面に吸着させた第一の磁気ビーズ２１を第三のチューブ１２から領域１ａに投入する。なお、第二領域１ｂには、第一の電気泳動液１８のみが投入される。その後、第一の電気泳動液１８に第一の磁気ビーズ２１からターゲット２０を分離する酵素が加えられる。 The operation of the electrophoresis chip configured as described above will be described below. As in the second embodiment, the first magnetic beads 21 having the target 20 to be detected, such as DNA fragments or proteins, adsorbed on the surface in advance are introduced from the third tube 12 into the region 1a. In addition, only the 1st electrophoresis solution 18 is thrown into the 2nd area | region 1b. Thereafter, an enzyme that separates the target 20 from the first magnetic beads 21 is added to the first electrophoresis solution 18.

この時点でターゲット２０は第一のリザーバー１の第一領域１ａ中で分散し、一定の濃縮率を保っている。次に実施の形態２と同様に、第二の電極７を接地したうえで正極とし、第一の電極６を負極として電圧を加える。ターゲット２０は、負電荷となっており第一のリザーバー１からキャピラリー２９に向かって移送される。このとき、第一の検出電極２５は電気泳動でターゲット２０をキャピラリー２９に導くときは浮遊電極であって、第二の電極７と同様に接地されている。したがって、ターゲット２０は第一の検出電極２５の位置まで電気泳動で移送されるが、第一の検出電極２５が設置されている領域では、実施の形態１と同様に外部電界E´を遮断しているので、ターゲット２０の移動速度が一定となる。したがって、第一のリザーバー１０の第一領域１ａ内のターゲット２０は、キャピラリーの中央部２９ａで一定に濃縮される。すなわち、すべてのターゲット２０は第一の検出電極２５の上面の絶縁カバー２８上に形成されたターゲット捕獲層５ｄに均一に付着する。 At this point, the target 20 is dispersed in the first region 1a of the first reservoir 1 and maintains a constant concentration rate. Next, as in the second embodiment, the second electrode 7 is grounded and then used as a positive electrode, and the first electrode 6 is used as a negative electrode and a voltage is applied. The target 20 has a negative charge and is transferred from the first reservoir 1 toward the capillary 29. At this time, the first detection electrode 25 is a floating electrode when the target 20 is guided to the capillary 29 by electrophoresis, and is grounded similarly to the second electrode 7. Therefore, the target 20 is electrophoretically transferred to the position of the first detection electrode 25, but in the region where the first detection electrode 25 is installed, the external electric field E 'is cut off as in the first embodiment. Therefore, the moving speed of the target 20 is constant. Therefore, the target 20 in the first region 1a of the first reservoir 10 is uniformly concentrated in the central portion 29a of the capillary. That is, all the targets 20 are uniformly attached to the target trapping layer 5d formed on the insulating cover 28 on the upper surface of the first detection electrode 25.

その後、実施の形態１と同様に、第一のチューブ８から第二の磁気ビーズ２２をキャピラリー２９に投入し、先にターゲット捕獲層５ｄ上に固定されたターゲット２０と反応させ、一つのターゲット２０に対して一つの第二の磁気ビーズ２２を対応させる。 Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, the second magnetic beads 22 are introduced from the first tube 8 into the capillary 29 and reacted with the target 20 previously fixed on the target capturing layer 5d. One second magnetic bead 22 is made to correspond to each other.

次に、図１９を用いて第二の磁気ビーズ２２の質量をＱＣＭセンサー２７で計測する手法について説明する。先ず、ターゲット２０を供給する前に、第二の検出電極２６にＱＣＭの固有振動数に近い周波数で電圧を加える。このときの状況を図１９（ａ）に示す。この時は振動数ω０でせん断方向に振動する。 Next, a method of measuring the mass of the second magnetic bead 22 with the QCM sensor 27 will be described with reference to FIG. First, before supplying the target 20, a voltage is applied to the second detection electrode 26 at a frequency close to the natural frequency of the QCM. The situation at this time is shown in FIG. At this time, it vibrates in the shear direction at the frequency ω0.

図１９（ｂ）はターゲット捕獲層５ｄ上に固定された一つのターゲット２０に対して一つの第二の磁気ビーズ２２を対応させた状態を示している。このとき、第一の検出電極２５側には第二の磁気ビーズ２２による質量増加のため、振動数ω０よりも低い周波数ωでせん断方向に振動する。図１９（ｃ）に模式的に示したとおり、このω０からωを差し引いたδωが第二の磁気ビーズ２２の増加量に比例する。よって、あらかじめ測定された質量増加量と周波数変化δωとの相関から付着した第二の磁気ビーズ２２の数に換算することができ、元のターゲットの数を計測することができる。 FIG. 19B shows a state in which one second magnetic bead 22 is made to correspond to one target 20 fixed on the target trapping layer 5d. At this time, the first detection electrode 25 vibrates in the shear direction at a frequency ω lower than the frequency ω0 due to the increase in mass due to the second magnetic beads 22. As schematically shown in FIG. 19 (c), δω obtained by subtracting ω from ω0 is proportional to the increase amount of the second magnetic beads 22. Therefore, the number of second magnetic beads 22 attached can be converted from the correlation between the mass increase amount measured in advance and the frequency change δω, and the number of original targets can be measured.

以上のように本実施の形態によれば、第一の検出電極２５を接地することによりターゲット２０を第一の検出電極２５上に集積することができ、より正確なターゲット数の計測が可能になる。このように、ＱＣＭセンサーの第一の検出電極２５を、導電体膜５ｂの役割を持たせることで、効率的にターゲット２０を第一の検出電極２５に集積させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the target 20 can be integrated on the first detection electrode 25 by grounding the first detection electrode 25, and the number of targets can be measured more accurately. Become. Thus, the target 20 can be efficiently integrated on the first detection electrode 25 by giving the first detection electrode 25 of the QCM sensor the role of the conductor film 5b.

以上のとおり、検出装置の一例としてＱＣＭセンサーを示したが、第二の磁気ビーズの質量を検出するために、圧電センサーを用いてもよい。 As described above, the QCM sensor is shown as an example of the detection device, but a piezoelectric sensor may be used to detect the mass of the second magnetic bead.

なお、実施の形態１ないし３において、基板３の下方側に絶縁膜５Ｃを介して導電体膜５ｂを形成しているが、これらの膜を基板３の上方側に形成しても同等な効果が得られる。その場合は、基板３の下面に位置するマイクロ流体チップ４のキャピラリー１０の底部１０ｃを形成するようにターゲット捕獲層５ｄのみを設け、基板３の上面に絶縁膜５Ｃを形成し、さらにその上面にキャピラリー１０と平行になるように導電体膜５ｂを形成すればよい。 In the first to third embodiments, the conductor film 5b is formed on the lower side of the substrate 3 via the insulating film 5C. However, the same effect can be obtained even if these films are formed on the upper side of the substrate 3. Is obtained. In that case, only the target capturing layer 5d is provided so as to form the bottom 10c of the capillary 10 of the microfluidic chip 4 located on the lower surface of the substrate 3, and the insulating film 5C is formed on the upper surface of the substrate 3, and further on the upper surface thereof. The conductor film 5b may be formed so as to be parallel to the capillary 10.

１第一のリザーバー
１ａ第一の領域
１ｂ第二の領域
２第二のリザーバー
３基板
４マイクロ流体チップ
５検出装置
５ａベース
５ｂ導電体膜
５ｃ絶縁膜
５ｄターゲット捕獲層
６第一の電極
７第二の電極
８第一のチューブ
８ａ貫通孔
８ｂ開口部
９第二のチューブ
９ａ貫通孔
９ｂ開口部
１０，２９キャピラリー
１０ａキャピラリーの端部
１０ｂキャピラリーの端部
１０ｃキャピラリーの底部
１１カバー
１２第三のチューブ
１３第四のチューブ
１４，１５縦孔
１６第一のフィルター
１７第二のフィルター
１８第一の電気泳動液
１９第二の電気泳動液
２０ターゲット
２１第一の磁気ビーズ
２２第二の磁気ビーズ
２３仕切りフィルター
２４誘電体（水晶プレート）
２５第一の検出電極
２６第二の検出電極
２７ＱＣＭセンサー
２８絶縁カバー
２９ａキャピラリー中央部
３０光学的検出装置
３１電源
１００電気泳動チップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st reservoir | reserver 1a 1st area | region 1b 2nd area | region 2 2nd reservoir | reserver 3 Substrate 4 Microfluidic chip
5 Detection device 5a Base 5b Conductor film 5c Insulating film 5d Target capture layer 6 First electrode 7 Second electrode 8 First tube 8a Through hole 8b Opening 9 Second tube 9a Through hole 9b Opening 10, 29 Capillary 10a Capillary end 10b Capillary end 10c Capillary bottom 11 Cover 12 Third tube 13 Fourth tube 14, 15 Vertical hole 16 First filter 17 Second filter 18 First electrophoresis solution 19 Second Electrophoretic Solution 20 Target 21 First Magnetic Bead 22 Second Magnetic Bead 23 Partition Filter 24 Dielectric (Crystal Plate)
25 First detection electrode 26 Second detection electrode 27 QCM sensor 28 Insulating cover 29a Capillary central portion 30 Optical detection device 31 Power supply 100 Electrophoresis chip

Claims

基板に、第一の電極を有する第一のリザーバーと、第二の電極を有する第二のリザーバーと、を設け、
前記基板の下面には、マイクロ流体チップを配置し、
前記マイクロ流体チップに設けられたキャピラリーの底部はターゲット捕獲層で形成され、
前記キャピラリーは、前記第一のリザーバーと前記第二のリザーバーとを連通し、
前記キャピラリーに対して平行な面となるように形成された導電体膜が、絶縁膜を介して、前記ターゲット捕獲層に対向して配置されていることを特徴とする電気泳動チップ。 A substrate is provided with a first reservoir having a first electrode and a second reservoir having a second electrode,
A microfluidic chip is disposed on the lower surface of the substrate,
The bottom of the capillary provided in the microfluidic chip is formed with a target capture layer,
The capillary communicates the first reservoir and the second reservoir,
An electrophoretic chip, wherein a conductive film formed so as to be parallel to the capillary is disposed to face the target capturing layer with an insulating film interposed therebetween.

前記第一のリザーバーもしくは前記第二のリザーバーのいずれか一方のリザーバーは、他方のリザーバーを泳動するターゲットの移動方向に沿って、垂直方向の断面積が一定であることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動チップ。 2. The vertical cross-sectional area of either one of the first reservoir and the second reservoir is constant along a moving direction of a target that migrates in the other reservoir. The electrophoresis chip according to 1.

前記第一のリザーバーは、仕切りフィルターによって第一領域と第二領域とに分割され、前記第二領域は前記第一の電極を含み、前記第一領域を泳動するターゲットの移動方向に沿って、前記第一領域の垂直方向の断面積が、増大することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動チップ。 The first reservoir is divided into a first region and a second region by a partition filter, the second region includes the first electrode, and along a moving direction of a target that migrates in the first region , The electrophoresis chip according to claim 1, wherein a vertical sectional area of the first region is increased.

前記導電体膜は、酸化亜鉛透明導電膜または酸化インジウム透明導電膜であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。 The electrophoresis chip according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductor film is a zinc oxide transparent conductive film or an indium oxide transparent conductive film.

前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。 The electrophoresis chip according to claim 1, wherein the insulating film is a SiO 2 film.

前記導電体膜を第一の検出電極とし、前記第一の検出電極の一方の面に誘電体と第二の検出電極とが順次積層されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電気泳動チップ。
6. The method according to claim 1, wherein the conductive film is used as a first detection electrode, and a dielectric and a second detection electrode are sequentially laminated on one surface of the first detection electrode. The electrophoresis chip according to claim 1.