マイクロカラムアレイシステム及びマイクロチャネル粒子構造体
【課題】 マイクロカラムを用い分析する上で、装置のコンパクト性を確保しながら、試料に適した名マイクロカラムの分離モードを迅速に選択できるようにする。
【解決手段】 マイクロカラムアレイチップ１は、分離モードが互いに異なる複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄが列設されてなる分離ユニット１０を備え、更に、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄに送液する送液ユニット２０と、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄの入口に、分離対象物群を含む試料を注入する注入ユニット３０と、分離ユニット１０で分離された分離対象物を検出する検出ユニット４０とを備え、１枚のチップで、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができるようになっている。 マイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄを形成する際には、充填剤を分散させたスラリーをチャネルに滴下させチャネル内の壁面に粒子を配置して空洞残存配置とすることが好ましい。
【解決手段】 マイクロカラムアレイチップ１は、分離モードが互いに異なる複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄが列設されてなる分離ユニット１０を備え、更に、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄに送液する送液ユニット２０と、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄの入口に、分離対象物群を含む試料を注入する注入ユニット３０と、分離ユニット１０で分離された分離対象物を検出する検出ユニット４０とを備え、１枚のチップで、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができるようになっている。 マイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄを形成する際には、充填剤を分散させたスラリーをチャネルに滴下させチャネル内の壁面に粒子を配置して空洞残存配置とすることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を搭載したマイクロチャネル構造体に関し、主に液相分析用のＨＰＬＣ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば生体細胞中に含まれる極微量の核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、中低分子化合物などの分析、プロテオーム解析を行なうのに、従前からマイクロスケールのビーズを、ステンレス製あるいはガラス製,樹脂製のカラムに充填して物質の分析が行われてきた。このような分離システムは、異種たんぱく質や塩基配列の異なるＤＮＡを一度に分析するのに適しているが、一般的に、寸法が小さいほど性能が向上し、分析速度、分析感度を上げることができるし、分析費用も低減されることから、近年、マイクロ分析システムが急速に進歩している。
【０００３】
このような背景の下に、キャピラリー電気泳動装置やマイクロカラムからなるＨＰＬＣ装置も用いられている。
例えば、表面に互いに交差する泳動用キャピラリー溝を形成した基材と、その溝に対応する位置に貫通孔を設けた基材とを重ねた電気泳動用チップや、数百μｍの直径を有するガラスキャピラリー内に分離マトリックスを充填したマイクロカラム液体クロマトグラフィー（μＨＰＬＣ）を用いて分析が行なわれている。
【０００４】
μＨＰＬＣ用のカラムとしては、マイクロカラム管に分離ビーズを充填したもの、あるいはフューズドシリカの内面を高機能分子からなる配位子によってリガンド修飾したものが用いられている。
更に、このようなカラムのマイクロ化とμＴＡＳ（ＭＩＣＲＯ ＴＯＴＡＬ ＡＮＡＬＩＴＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ）の技術とを融合し、接続の問題を解決し得る技術として、下記特許文献１〜３に記載されるように、クレジットカードサイズもしくはＡ５サイズのチップ基板上に、レーザーなどでエッチングを施したりフォトリソ法によって、チップ基板上に流路や液体アクセスポートを作成するとともに、流路にクロマト分離に用いられる種々の充填材を充填したＨＰＬＣチップがある。
【０００５】
このようなＨＰＬＣチップを用いれば、カラムへのインジェクションと分離と検出器への注入もしくは検出自体を、一枚のチップ上で実施でき、DNA、RNA、タンパク質などの分析を高速に行なうことができる。また、これまで複数のモジュールで行なっていた試料の調製や分離を１チップ上で行なうことも可能となり、接続のためのバルブやチューブの数を大幅に削減できる。また、作業効率も大きく改善できる。
【特許文献１】ＵＳ６，４８１，６４８号公報
【特許文献２】特公表９−５０８７０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３１１００８号公報
【特許文献４】特開２００１−２０８７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、試料を分析する場合に、分析のスピードを速める上で、適切な分析条件を早く把握することが重要であるが、上記のようなマイクロカラムを用いて試料を分析する場合においても、最適な分離モードを迅速に把握することが望まれ、そのための手法も研究されている。
例えば、上記特許文献４に示されるように、バイオ、食品、医薬分野における成分分析において、同一溶離液を複数のカラムに順次送液し、当該カラムによって分離された溶質の分離挙動を観察し、その結果をもとに、最適なカラムを選定すると言うジェネリックアプローチが用いられており、これによって、分離条件検討の工程を格段に効率化・短縮化できると考えられる。
【０００７】
ここで、上記のマイクロカラムが形成されたチップにおいても、このチップを複数枚積層して、各チップに溶離液を切り替え供給するスイッチング機構を設けることによって、ジェネリックアプローチに適用することは可能と考えられるが、構成がかなり煩雑になってしまう。また、複数のチップが空間に占める体積が大きくなるので、コンパクト性にかける。
【０００８】
また、充填材を流路に充填したマイクロカラムチップにおいては、流体を流通させる際の圧力損失が大きくなるため、駆動圧力を高くする必要がある。そして、それによって接続箇所での液漏れが問題となる。マイクロHPLCを作製する上で、最大の課題は、圧力と分離能をいかにバランスさせるかにある。ビーズをマイクロチャネルに充填すると、分離能を向上させられるが、圧力が上昇してしまい、システム全体の設計を難しくする。そこで、圧力をあまり高くしないで分離能を向上させる方法が望まれるのだが、いまだこのような手法は見出されておらず、大粒子径（５μｍ、７μｍ）のビーズを用いて便宜的に対応しているのが実情である。そして、このような課題は、流体をビーズ表面のリガンドと接触させて検出・反応・分離する様々なツールに共通する課題であると考えられ、分離カラムに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、マイクロカラムを用いて分析などを行なう上で、装置のコンパクト性を確保しながら、試料に適したマイクロカラムのモードを迅速に選択できるようにすることを第一の目的とし、圧力と分離のバランスを図ることができる新規かつ斬新な微粒子をアッセンブルしたマイクロチャネル構造体を提供すること第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第一目的を達成するために、本発明にかかるマイクロカラムアレイシステムには、複数のカラムが列設されたカラムユニットと、複数のカラムに送液する送液手段と、複数のカラムに検出対象物を注入する注入手段と、カラムユニットを経由した検出対象物を検出する検出手段とを設けることとした。
ここで、送液手段に、複数のカラムの中から選択されたものに対して送液する送液選択機構を設けてもよい。
【００１１】
また、送液手段において、複数のカラムに分配する分岐流路を設けてもよい。
この場合、分岐流路の前段または当該分岐流路に検出対象物を注入する注入口を設けることによって注入手段を実現することもできる。
複数のカラムにおいて、基板に形成された複数のチャネルの内壁面に微粒子を層状に配置して構成することが好ましい。
【００１２】
すなわち、複数のカラムにおいて、空洞部を残して微粒子が充填された中空カラム領域を設け、当該空洞部は、中空カラム領域の入口から出口まで連通していることが好ましい。
このように層状に微粒子を配置するには、当該微粒子を含む液をチャネルに充填し、液を乾燥させることによって配置すればよい。
【００１３】
検出手段において、検出対象物に光を照射することによって検出する場合、基板として、検出手段が対象物に照射する光を透過させる光透過性のものを用いることが好ましい。
上記本発明のマイクロカラムアレイシステムにおいて、注入手段が、複数のカラムに、互いに異なる検出対象物を注入し、検出手段が、各カラムを経由した分離対象物を個別に検出するようにしてもよい。
【００１４】
あるいは、カラムユニットに列設された複数のカラムにおいて、検出対象物群に対して作用するモードを互いに異ならせてもよい。すなわち、カラムユニットに列設された複数のカラムが液クロ分離カラムの場合、その分離モードを互いに異ならせてもよい。
ここで、[分離モードが異なる]というのは、複数の分離カラムに共通の溶離液を流したときに、分離カラムの間で分離挙動が互いに異なることを意味している。
【００１５】
上記第二目的を達成するため、本発明は、液体が流通するマイクロチャネル内に、液体と相互作用する微粒子が配されてなるマイクロチャネル粒子構造体 において、
微粒子をマイクロチャネルの内面上に層状に配し、当該マイクロチャネル内における微粒子からなる層の上に液体が流通する空洞部を形成することとした。
上記微粒子として、液に分離対象物群を含ませて流通させるときに、当該分離対象物群を分離する機能を有する分離用微粒子を用いることによって液クロ用のマイクロチャネル粒子構造体とすることができる。
【００１６】
また、上記マイクロチャネル粒子構造体を、複数列設させることによってマイクロカラムアレイチップを構成することも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明のマイクロカラムアレイシステムによれば、ユニットに複数のカラムが列設されているので、この複数のカラムに送液手段で送液するとともに、注入手段で検出対象物を注入することによって、複数のカラムの各々で検出対象物に作用を及ぼし、その後、検出対象物を検出することができる。
従って、１つのチップでパラレル分析やジェネリックアプローチを行なうことができる。
【００１８】
例えば、注入手段が、複数のカラムに、互いに異なる検出対象物を注入し、検出手段が、各カラムを経由した分離対象物を個別に検出するようにすれば、複数種類の検出対象物をパラレル分析できる。すなわち、装置のコンパクト性を保ちながら、迅速に複数種類の検出対象物を分析できる。
あるいは、カラムユニットに列設された複数のカラムにおいて、検出対象物群に対して作用するモードを互いに異ならせておけば、複数モードでパラレル分析できる。例えば、カラムユニットに列設された複数のカラムが液クロ分離カラムの場合、その分離モードを互いに異ならせておけば、複数の分離モードでパラレル分析できる。従って、装置のコンパクト性を保ちながら、試料に適したモードを迅速に選定することができる。
【００１９】
それによって、創薬、タンパク質の研究などを迅速に行なうのに寄与する。
また、送液手段に、複数の分離カラムの中から選択されたものに対して送液する送液選択機構を設けることによって、選択した分離カラムに対して、溶離液を順次ないしパラレルに送液して試料を分離し、各分離カラムで分離された分離対象物を検出手段で順次ないしパラレルに検出することができる。
【００２０】
この場合、検出手段において、複数のカラムに対して個別に検出器を設けなくても、１つの検出器で複数のカラムに対する検出を行なうことができる。
また、送液選択機構を設けることで、複数のカラムに対して互いに種類の異なる溶離液を送ることも容易にできる。
また、送液手段において、複数のカラムに分岐する流路を設ければ、複数のカラムに一括して液を供給できる。
【００２１】
この場合、分岐する流路の前段に検出対象物を注入する注入口を設けることによって、複数の流路に一括して検出対象物を注入する注入手段を実現できる。
検出手段において、検出対象物に光を照射することによって検出する場合、基板として、検出手段が対象物に照射する光を透過させる光透過性のものを用いれば、検出対象物を光学的に検出するのが容易である。
【００２２】
次に、液体が流通するマイクロチャネル内に、液体と相互作用する微粒子が配されてなるマイクロチャネル粒子構造体 において、微粒子をマイクロチャネルの内面上に層状に配し、当該マイクロチャネル内における微粒子からなる層の上に液体が流通する空洞部を形成すれば、マイクロチャネルの入口から出口まで連通する液通路が形成される。従って、カラムに液を流通させるときの圧力損失が低減される。よって、低い駆動圧力で流体を送液することができるので、接続箇所での液漏れを防ぐことができる。
【００２３】
特に、液クロ用のマイクロチャネルの場合、送液が高圧でなされるので、上記微粒子として、液に分離対象物群を含ませて流通させるときに当該分離対象物群を分離する機能を有する分離用微粒子を用いて液クロ用のマイクロチャネル粒子構造体を構成することによって、駆動圧力を大幅に低減できる。、
また、上記マイクロチャネル粒子構造体を、複数列設されることによってマイクロカラムアレイチップを構成すれば、上述したように、１つのチップでパラレル分析やジェネリックアプローチを行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態にかかるマイクロカラムアレイシステムの基本構成を示す図である。
このマイクロカラムアレイチップ１は、高速液体クロマトグラフィ (ＨＰＬＣ) 用のチップであって、固定相としての充填剤を充填したマイクロカラムに、移動相としての溶離液を流通させながら、溶離液に溶解した試料をマイクロカラムで分離して検出するものである。
【００２５】
このマイクロカラムアレイチップ１は、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄが列設されてなる分離ユニット１０を備え、更に、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄに送液する送液ユニット２０と、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄの入口に、分離対象物群を含む試料を注入する注入ユニット３０と、分離ユニット１０で分離された分離対象物を検出する検出ユニット４０とを備えている。
【００２６】
（分離ユニット１０）
図１に示すように、分離ユニット１０においては、基板１が用いられており、その基板１に複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄが列設されている。
基板１に複数のマイクロカラムを列設する形態としては、、第１に、基板１に対して複数の通路を形成し、その各通路に各種分離剤を配設することによって複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄを形成する形態がある。また第２に、基板１上に、マイクロチューブに充填剤が充填されたマイクロカラムを配列する形態がある。
【００２７】
なお、マイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄを配列するのに、必ずしも基板１の上に配列する必要はなく、下記実施例２で例示するように、各マイクロカラムの両端だけ支持して架橋した状態で配列してもよい。
マイクロカラムの分離剤と分離モード：
一般にＨＰＬＣには、ＮＰＬＣ（順相クロマトグラフィ）とＲＰＬＣ（逆相クロマトグラフィ）があるが、本実施形態のマイクロカラムアレイシステムは、ＮＰＬＣ及びＲＰＬＣのいずれに対しても適用できる。
【００２８】
ＮＰＬＣの場合は、分離剤としてシリカゲル、ポリアミン、カーボンナノチューブ（ＣＮ）などが使われ、溶離液として無極性溶媒であるn-ヘキサンなどが用いられる。一方、ＲＰＬＣの場合は、分離剤として、シリカゲルにＣ18（オクタデシル基、ODS）をはじめ、Ｃ8，Ｃ４，Ｃｌ，Ｐｈなどをリガンド修飾させた化学結合充填剤が用いられ、溶離液としては、極性溶媒である水やアセトニトリル (ＡＣＮ) などが用いられる。なお、リガンド修飾するのに用いるリガンドは、既存の有機高分子から分離対象物によって合わせて選択することができる。
【００２９】
また、サイズ排除クロマトグラフィ(ＳＥＣ)、ゲル浸透クロマトグラフィー （ＧＰＣ） 、ゲル濾過クロマトグラフィー （ＧＦＣ） 、イオン交換クロマトグラフィー、キラルクロマトグラフィーなど、ＨＰＬＣ用カラムに用いられている各種分離剤は、本発明で用いることができる。
このような分離剤を溝内あるいはチューブ内に配設する形態としては、空間内に全体的に充填剤を充填する形態の他に、通路空間内の一部に分離剤を配設してもよい。
【００３０】
具体的には下記（１）〜（３）のような形態を適用できる。
（１）シリカベースの充填材を分散させたスラリーをマイクロチャネル内に密に充填／粉体を乾式方法により密に充填する充填型。
（２）充填剤を分散させたスラリーをチャネルに滴下させチャネル内の壁面に粒子を配置する空洞残存配置型。この空洞残存配置型では、マイクロチャネルの入口から出口に連通した空隙が残るので、圧力損失が低く且つ分離能が高い。
【００３１】
（３）二重細孔構造型（特許文献３に開示されているように、２重細孔構造のシリカゲルを流路溝内に形成する）。
上記（１）の形態では一般的に、ポアサイズの大きい充填材を用いなければ圧力損失が大きくなるので、分離カラムを低圧力で高分解能を実現するのが難しい。ただし、メソポーラスシリカ（メソスケールで規則的な配列のポアを持つ多孔性シリカ微粒子）を充填剤を用いれば、大粒径で比表面積が大きいため、低圧力で高分解能を実現することが可能である。
【００３２】
一方、上記（２），（３）の形態によれば、圧力損失が低く且つ分離能の高いカラムを実現できる。
本発明において、分離ユニット１０は、その複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・の分離モードが同一でもよいし、互いに分離モードが異なっていてもよい。
ここで、マイクロカラムどうしの分離モードが異なるというのは、配設されている分離剤の種類が互いに異なっているか、あるいは、分離剤の種類は同じであっても、カーボン率、細孔径あるいは表面積などが異なっており、それによって、各マイクロカラムに同じ溶離液を流したときに、互いに異なる分離挙動を示すということである。例えば、同じＣ18充填剤を充填したとしても、当該充填剤のカーボン率、細孔径あるいは比表面積などが異なれば、分離モードが異なることになる。
【００３３】
あるいは、フューズドシリカの内面をリガンド修飾したマイクロカラムの場合、配位子の種類や処理方法が異なることによって、分離モードが異なることになる。
（送液ユニット２０，注入ユニット３０）
送液ユニット２０は、図１に示すように、溶離液を圧送する溶液ポンプ（マイクロシリンジポンプ）２５と、当該ポンプ２５から各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・の入口にかけて配管系（主配管２１及び枝配管２２Ａ〜２２Ｄ）とから構成される。
【００３４】
この配管系は、マイクロチューブや分岐管を組み合わせて構成することもできるが、上記の基板１に溝流路を刻むことによって枝配管２２Ａ〜２２Ｄを形成することもできる。そして基板１上に溝流路を形成する場合、その溝流路にマイクロポンプを設置することによって、溶液ポンプ２５と配管系を含めた送液ユニット２０全体を基板１上に設けることも可能である。
【００３５】
基板１上へのマイクロポンプ設置は、例えば、プリンタヘッドにおいて公知技術となっている圧電素子を用いたマイクロポンプの技術を適用することによって実施することができる。
このような送液ユニット２０によって、溶液ポンプ２５から送出される溶離液は、枝配管２２Ａ〜２２Ｄから各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に分配供給されるが、溶液ポンプ２５の代わりに、例えば、各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに個別にマイクロポンプを設置することによって、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に溶離液を供給するようにしてもよい。
【００３６】
注入ユニット３０は、分離ユニット１０の各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に、試料を注入するものであって、分離ユニット１０の各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・の入口部分に、マイクロピペットなどで試料を注入する注入口を設けることによって実現できるが、送液ユニット２０の配管系に試料を注入するインジェクト機構を設けることによっても実現できる。
【００３７】
このインジェクト機構には、市販のインジェクタバルブを用いてもよいが、図２は、送液ユニット２０の配管系に試料を注入するインジェクト機構の一例を示す図である。
当図に示す例では、送液ユニット２０の主配管２１と、枝配管２２Ａ〜２２Ｄとの間に、溶液バッファ３１Ａ及びサンプルバッファ３１Ｂを含むバッファ３１が介挿されている。
【００３８】
そして、溶液ポンプ２５から送出される溶液は、主配管２１から溶液バッファ３１Ａ及びサンプルバッファ３１Ｂを経由して枝配管２２Ａ〜２２Ｄに分流するようになっている。
また、サンプルバッファ３１Ｂには、注入される試料を一時的に保持する保持剤が充填されており、マイクロシリンジなどを用いて、サンプルバッファ３１Ｂ内に微量の試料を注入すると、注入された試料は、保持剤で一時保持されるが、サンプルバッファ３１Ｂ内の溶液に溶解されて、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に分配される。
【００３９】
以上の送液ユニット２０，注入ユニット３０によって、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に並行して溶離液を流して試料を分離することができるが、次に説明するように、送液ユニット２０において、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に対して、選択的に送液する送液選択機構を設ければ、マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に順次送液して、順次試料を分離することもできる。
【００４０】
（送液選択機構）
図３は、上記図２に示した送液ユニット２０に送液選択機構を設けた例であって、送液ユニット２０の各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに、電磁弁２３Ａ〜２３Ｄが介挿されている。
そして、この電磁弁２３Ａ〜２３Ｄを開閉制御することによって、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から選択したものだけに、送液できるとともに試料を注入することもできる。
【００４１】
従って、このような送液選択機構を設けることによって、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に対して、順次、溶液並びに試料を送り込んで分離することができる。また、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・ごとに、送り込む溶離液の種類を変えたり送液圧力を変えたりすることも可能である。
なお、電磁弁を介挿させる代わりに、各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに柔軟性のあるマイクロチューブを用いて、それらのマイクロチューブを選択的にクリップなどで締め付けて閉塞させることによっても、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に選択的に送液することが可能である。
【００４２】
あるいは、枝配管２２Ａ〜２２Ｄを、充填剤などで選択的に閉塞させることによっても、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に選択的に送液することが可能である。
また、上記のように各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに個別にマイクロポンプを設置する場合は、このマイクロポンプを個別に駆動制御することによって、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に選択的に送液することができる。
【００４３】
（検出ユニット４０）
検出ユニット４０は、分離ユニット１０の各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・で分離された分離対象物を検出するもので、その検出方式としては、紫外線吸光、赤外線吸光、蛍光発光スペクトル（ＣｄＳｅ）、ラマン分光（ＳＥＲＳ）、マススペクトル（ＭＳ）、ＳＰＳ検出、熱レンズ顕微鏡など様々な検出系を適用することができる。
【００４４】
紫外線吸光や赤外線吸光による検出を行なう場合、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液を流通させるフローセルと、当該フローセルにＵＶ光やＩＲ光を照射する発光素子と、フローセルを通過した光を受光する受光素子を設けることによって、リアルタイムで分離対象物の光学的特性を検出することができる。
蛍光発光スペクトル（ＣｄＳｅ）による検出を行なう場合、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液をサンプリングし、必要に応じて光学的タグを付する処理を行なう。そしてサンプリングした溶液に光照射し、そのときの分離対象物の光学的特性を検出する。あるいは、光学的タグの凝集・沈降が防止された安定化した状態で収納する収容ポートを設け、当該収納ポートに分離対象物が流入してタグと結合させ、その後段に、発光素子と受光素子を設けることによって、分離対象物の光学的特性をリアルタイムで分離対象物の光学的特性を検出することができる。
【００４５】
ラマン分光（ＳＥＲＳ）、マススペクトル（ＭＳ）による検出を行なう場合、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液を、順次あるいはパラレルにサンプリングして、必要に応じて前処理して各分析機器で分析する。
上記の送液ユニット２０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に並行して溶離液を流して試料を分離する場合には、検出ユニット４０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・ごとに個別に分離対象物を検出するための検出機構を並列に設けて、各マイクロカラムからの分離対象物を並行して検出する。あるいは、検出ユニット４０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液をサンプリングして分析する。
【００４６】
一方、上記の送液ユニット２０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に順次、溶離液を流して試料を分離する場合には、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・からの分離対象物が検出ユニット４０に順次送り込まれるので、検出ユニット４０において、共通の検出機構を１つ設ければ、各マイクロカラムからの分離対象物を検出することができる。
【００４７】
なお、上記のように分離ユニットの後段に設けた検出ユニットで検出する以外に、分離対象物が分離ユニット上にあるときに、紫外線を照射して紫外線吸光を検出したり、分離対象物に蛍光タグをつけ蛍光発光させて検出するようにしてもよい。
あるいは、検出セルをチップ上に作りこむこともでき、チップ上で、パラレルあるいは順次検出することもできる。
【００４８】
以上のように検出ユニット４０で検出された結果は、モニタ装置、印刷機などに出力されて表示される。あるいは、データ転送機器を経由して転送される。
以上の構成のマイクロカラムアレイシステムにおいて、注入ユニット３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各マイクロカラム１１１の分離モードに従って分離され、検出ユニット４０で検出される。
【００４９】
従って、１つのマイクロカラムアレイチップ１を用いて、同一モードのカラムの場合には、多サンプルをパラレルに検出することができ、分離モードが異なるカラムとする場合には、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができ、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。すなわち、前者の場合には、医薬、創薬などの現場でのスクリーニング工程、天然物化学などの新規化合物探索の工程を迅速化・効率化できるという実用的な利点が生み、後者の場合には、１チップでジェネリックアプローチを実施することができるという利点を生み出す。
【００５０】
以下、本発明にかかるマイクロカラムアレイシステムの実施例を述べる。以下では、互いにモードが異なる複数のカラムを列設し、パラレル検出するシステムについて説明するが、本システムにおいて、複数のカラムを同一モードとし、多種のサンプルを当該複数のカラムでパラレルに分離して検出することも同様に実施可能であり、本発明には、かかる実施態様も含まれる。
〔実施例１〕
図４は、実施例１にかかるマイクロカラムアレイシステムの分解斜視図である。
【００５１】
当図に示すように、マイクロカラムアレイシステムは、分離用の複数のマイクロカラム１１がアレイ状に併設された分離ブロック１１０と、各マイクロカラム１１１に溶離液を供給する送液インターフェースブロック１２０と、各マイクロカラム１１１で分離された分離対象物を検出する検出インターフェースブロック１４０とからなるマイクロカラムアレイチップ１を備えている。
【００５２】
図４では各ブロック１１０，１２０、１４０が切り離されて示されているが、これらは一つのチップ基板１００をベースにして一体形成されており、チップ基板１００の表面にカバープレート１０５貼り合わせられている。各ブロック１１０，１２０、１４０においては、チップ基板１００の表面に流路溝（１１１，１２１，１３１）が刻設され、当該溝の開口部をカバープレート１０５が覆うことによって、内部流路が形成されている。
【００５３】
チップ基板１００およびカバープレート１０５は、耐有機溶剤性、耐酸性、耐アルカリ性の材料からなる板である。この材料の例としては、ガラス、セラミック、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン），ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン）、アクリル樹脂といったプラスチックが挙げられる。
分離ブロック１１０は、基板中央部１０１に、溝幅及び深さが１０〜２００μｍ程度で溝加工が施され、上述した分離用の充填剤が各溝に充填されることによって、複数のマイクロカラム１１１がストライプ状に形成された構成である。
【００５４】
より詳しくは、各マイクロカラム１１１には、幅が広く形成された分離領域１１１ａと前処理領域１１１ｂとが設けられ、分離領域１１１ａに分離用充填剤が充填されている。ただし、各マイクロカラム１１１に充填されている充填剤の種類が、互いに異なっていることによって、この複数のマイクロカラム１１１は分離モードが互いに異なっている。
一方、前処理領域１１１ｂには、前処理用の充填剤が充填されている。この前処理用の充填剤は、たとえば、試料中の不純物をフィルター除去するための充填剤、あるいは、試料を濃縮するための充填剤である。
【００５５】
ここで、分離領域１１１ａを空洞残存配置型に形成する方法について説明する。
図９は、空洞残存配置型に形成した分離領域１１１ａの横断面図である。
当図に示すように、分離領域１１１ａにおいては、壁面上に分離用充填剤の微粒子１５２が層状に充填され、微粒子が充填されない空洞部１５３が残っている。この空洞部１５３は分離領域１１１ａの入口から出口まで連通している。
【００５６】
このような微粒子１５２の配置構造を「空洞残存配置型」という。
上記のように分離領域１１１ａを空洞残存配置型に形成するには、例えば、シリカベースの充填剤微粒子を含む液滴を、分離領域１１１ａの溝内に塗布し乾燥させることによって溝の壁面上に微粒子を配すれば、溝１５０の内部に空洞部１５３を残すことができる。
このような空洞残存配置型構造により、従来のようにチャネル内に充填剤を密に充填する場合と比べると、圧力損失を低減することが可能となる。また、溝１５０の幅及び深さが１０〜１００μ程度と小さいので、溝１５０内に空洞部１５３があっても良好な分離能が得られる。
【００５７】
なお、空洞残存配置型については後で詳述する。
送液インターフェースブロック１２０においては、チップ基板１００の前部１０２に、上記各マイクロカラム１１１に連通するよう分岐した流路溝１２２が形成され、各分岐流路溝２１の入口側は凹部１２３に集合している。また、カバープレート１０５の前端には、上記凹部１２３と連通する接続部１２４が設けられ、この接続部１２４にポンプ（図４では不図示）から溶液を供給する送液チューブ１２１が接続されている。
【００５８】
上記の送液チューブ１２１には、試料を注入する注入ユニット１３０が設けられている。この注入ユニット１３０は、上述した注入ユニット３０で説明したとおりのものであって、注入ユニット１３０で注入された試料は、送液チューブ１２１から各流路溝１２２に分配されて、各マイクロカラム１１に導入されるようになっている。
なお、注入ユニット１３０を設ける代わりに、マイクロピペットなどで各流路溝１２２に直接的に試料を注入する注入口を、カバープレート１０５に設けてもよい。
【００５９】
また、送液インターフェースブロック１２０において、複数の流路溝１２２の中から選択したものに対して、充填剤を埋め込んで閉塞することによって、残りの流路溝１２２だけに選択的に溶液および試料を供給することもできる。このような方法でも、複数のマイクロカラム１１に対して、選択的に溶液および試料を供給することができる。
検出インターフェースブロック１４０においては、チップ基板１００の後部１０３に、上記各マイクロカラム１１１と連通する流路溝１４１が形成され、各流路溝１４１の出口側は凹部１４２に集合している。また、カバープレート１０５の後端には、上記凹部１４２と連通する接続部１４４が設けられ、この接続部１４４に排出チューブ１４３が接続されている。
【００６０】
これによって、上記の各流路溝１４１には、各マイクロカラム１１１で分離された分離対象物を含む溶液が流通して排出チューブ１４３から排出されるが、検出インターフェースブロック１４０においては、各流路溝４１を流通する溶液の紫外線吸光度を測定するため、チップ基板１００及びカバープレート１０５に石英板などのＵＶ光透過性基材を用い、チップ基板１００の後部１０３およびカバープレート１０５を挟んで、紫外線アレイ発光素子１４５と受光アレイ素子１４６とが装着されている。
【００６１】
図５は、紫外線吸光測定機構を含む検出インターフェースブロック１４０の断面図である。
当図に示すように、各流路溝１４１の位置に合わせて、紫外線アレイ発光素子１４５には複数のＵＶ発光素子（ＬＥＤ）１４５ａが配列され、受光アレイ素子１４６には複数のＵＶ受光素子（フォトトランジスタ）１４６ａが配列されており、各ＵＶ発光素子１４５ａから発せられたＵＶ光は、流路溝１４１内を通過してＵＶ受光素子１４６ａに入射される。
【００６２】
ＵＶ受光素子１４６ａでは、このＵＶ受光量を検出することによって、各流路溝１４１を流れる溶液の紫外線吸光度を測定する。
なお、流路溝１４１の底面に酸化チタン膜をコートするなどして、ＵＶ発光素子１４５ａからのＵＶ光が反射されやすい構造とし、ＵＶ受光素子１４６ａをＵＶ発光素子１４５ａと同じくカバープレート１０５上に設けて反射光を受光できるようにしてもよい。この場合は、チップ基板１００がＵＶ光透過性でなくても、各流路溝１４１を流れる溶液の紫外線吸光度を測定することができる。
【００６３】
本実施例のマイクロカラムアレイシステムによれば、注入ユニット１３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各マイクロカラム１１１に分配され、各マイクロカラム１１１の分離モードに従って分離され、検出インターフェースブロック１４０で並列的に検出される。
このように、１枚のチップを用いて、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができるので、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。
【００６４】
なお、上記のマイクロカラムアレイチップ１を複数枚積層させて、複数のマイクロカラムが縦方向と横方法に二次元的に配列された積層ブロックを形成して、並行して試料の分離及び検出を行なうようにすることもできる。
このように積層ブロックを形成する際に、複数枚の分離ユニットに含まれる全てのマイクロカラム１１１について、分離モードを互いに異ならせて設定しておくこともできる。従って、複数枚積層したチップを用いて、きわめて多数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができ、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムをきわめて迅速に選択することができる。
【００６５】
あるいは、同じ仕様のマイクロカラムアレイチップ１（チップ内で複数のマイクロカラム１１どうしの分離モードが互いに異なる）を複数枚準備し、チップごとに閉塞する流路溝１２２を変えた上で、積層ブロックを形成してもよい。
〔実施例２〕
図６は、実施例２にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成図である。
【００６６】
このマイクロカラムアレイシステムは、分離ユニット２１０、送液インターフェースユニット２２０、注入ユニット２３０、検出ユニット２４０から構成されている。
分離ユニット２１０は、支持フレーム２００上に、マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅが配列されて構成されている。各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅは、ステンレスチューブ内に充填剤が充填され当該充填剤層の両端がフィルタで押さえられて構成されている。
【００６７】
ここで、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅは、充填されている充填剤の種類が異なることによって、あるいは充填される形態が異なることによって、分離モードが互いに異なっている。
各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの入口側端部は、支持フレーム２００上に固定されたコネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅに接続され、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの出口側端部は、支持フレーム２００上に固定されたコネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅに接続されている。
【００６８】
上記コネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅは、ヒューズドシリカで形成されたマイクロチューブ２２１Ａ〜２２１Ｅを介して送液インターフェースユニット２２０に連結され、コネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅはマイクロチューブ２４１Ａ〜２４１Ｅを介して検出ユニット２４０に連結されている。
送液インターフェースユニット２２０の前段に、注入ユニット２３０が接続されている。この注入ユニット２３０は、市販のインジェクタバルブであって、ポンプ（不図示）から供給される溶液に試料を注入する。そして、送液インターフェースユニット２２０は、注入ユニット２３０から送られてくる溶液をマイクロチューブ２２１Ａ〜２２１Ｅに分配する。
【００６９】
検出ユニット２４０は、各マイクロチューブ２４１Ａ〜２４１Ｅから送られてくる溶液を流通させる複数のフローセルを備え、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅで分離された分離対象物の紫外線吸光度を測定する。
本実施例のマイクロカラムアレイシステムによれば、上記実施例１と同様、注入ユニット２３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅに分配され、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの分離モードに従って分離され、検出ユニット２４０で並列的に検出される。従って、１枚のチップを用いて、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができるので、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。
【００７０】
なお、上記のような分離ユニット２１０を複数枚積層させてマイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅを複数段に配列することによって、複数のマイクロカラムが流路に垂直な面に沿って縦方向と横方法に二次元的に配列された分離ブロックを形成し、その分離ブロックを、送液インターフェースユニット２２０及び検出ユニット２４０に連結してもよい。この場合、複数枚の分離ユニットに含まれる全てのマイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅについて、分離モードを互いに異ならせることができるので、複数枚積層したチップを用いて、きわめて多数の分離モードのマイクロカラムで並行して試料を分離し検出することができる。従って、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムをきわめて迅速に選択することができる。
【００７１】
また、マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅとして、ヒューズドシリカで形成されたキャピラリカラムを用いてもよい。キャピラリカラムでは、カラムの内壁面をリガンド修飾する配位子の種類や処理方法が異なることによって、各キャピラリーカラムの分離モードが互いに異なったものになる。
また、キャピラリカラムは軽量なので、支持フレーム２００がなくても、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの両端を架橋した状態で列設することができる。例えば、コネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅを送液インターフェースユニット２２０に直接取り付け、コネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅを検出ユニット２４０に直接取り付けて、コネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅとコネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅにまたがるように複数のキャピラリカラムを配設すればよい。
【００７２】
〔実施例３〕
図７は、実施例３にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成を示す斜視図である。
このマイクロカラムアレイシステムは、複数の分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3がマトリックス状に配列された分離ユニット３１０、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に溶離液を供給する送液インターフェースユニット３２０、送液インターフェースユニット３２０の前段で試料を注入する注入ユニット３３０、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3で分離された分離対象物を検出する検出インターフェースユニット３４０から構成されている。
【００７３】
図８は、図７に示す分離ユニット３１０、送液インターフェースユニット３２０、検出インターフェースユニット３４０を、分離カラム３１１Ａ2〜３１１Ｅ2に沿って切断した断面を示す図である。
図７，８に示すように、分離ユニット３１０は、送液インターフェースユニット３２０と検出インターフェースユニット３４０とで挟み込まれ、その状態でこれらのユニット３１０，３２０，３４０が貼り合わせられて１ブロックにまとめられている。
【００７４】
分離ユニット３１０は、複数の貫通孔が開設されたカラム支持基板３００に、ナノ粒子分離剤が充填されることによって複数の分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3が形成された構成である。
このような各分離カラムはナノ粒子分離剤が充填されることによって形成されているので、カラム長が極めて短くても良好な分離能を得ることができる。
【００７５】
分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3は、各々が円筒形状であって、カラム支持基板３００の厚み方向に溶離液が流通するようになっており、カラム支持基板３００の面に沿ってマトリックス状（縦方向及び横方向に二次元的）に配列されている。
ここで、各分離カラム３１１Ａ〜２１１Ｅは、分離モードが互いに異なっている。具体的には、充填されているナノ粒子分離剤の種類が異なることによって、あるいはナノ粒子分離剤の種類が同じでも粒径が異なったり充填される形態が異なることによって、分離モードが互いに異なっている。
【００７６】
これによって、１チップの分離ユニット３１０に、分離モードが互いに異なる複数の分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3がマトリックス状に配列された構成となっている。
なお、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3において、ナノ粒子分離剤が充填された充填層は、その入口側がフリット層３１２Ａ〜３１２Ｅで、出口側はフリット層３１３Ａ〜３１３Ｅで覆われることによって、ナノ粒子分離剤の充填層が貫通孔内に安定して保持されている。
【００７７】
送液インターフェースユニット３２０には、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に連通するよう分岐する流路３２２Ａ〜３２２Ｅが形成され、各流路３２２Ａ〜３２２Ｅの入口側は接続口３２３に集合している。
この接続口３２３に、上記注入ユニット３３０からの送液チューブ３２１が接続されている。
【００７８】
この注入ユニット３３０は、上述した注入ユニット３０で説明したとおりのもので、注入ユニット３３０で注入された試料は、送液チューブ３２１から各流路３２２Ａ〜３２２Ｅに分配されて、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に導入されるようになっている。
検出インターフェースユニット３４０には、上記各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3と連通する流路３４１Ａ1〜３４１Ｅ1、３４１Ａ2〜３４１Ｅ2、３４１Ａ3〜３４１Ｅ3が形成され、各流路３４１Ａ1〜３４１Ｅ1、３４１Ａ2〜３４１Ｅ2、３４１Ａ3〜３４１Ｅ3の出口側は、紫外線吸光度などを測定する検出器（不図示）に接続されている。
【００７９】
本実施例のマイクロカラムアレイシステムによれば、上記実施例１と同様、注入ユニット３３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に分配され、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3の分離モードに従って分離され、検出インターフェースユニット３４０から並列的に検出器に流れ込んで検出される。
【００８０】
そして、分離ユニット３１０、送液インターフェースユニット３２０、検出インターフェースユニット３４０が1ブロックにまとめられており、１つのブロックを用いて、複数の分離モードの分離カラムで試料を分離し検出することができるので、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。
また上記のようにカラム長が極めて短くても良好な分離能が得られるので、分析に必要な溶離液量が少なくて済み、分析時間も短くて済む。
【００８１】
〔分離対象物と、マイクロカラムに使用する分離充填剤及び溶離液の具体例〕
できれば、ジェネリックアプローチを行なう分離対象物と、マイクロカラムに使用する分離充填剤及び溶離液の具体例を補充願います。
〔空洞残存配置型についての詳細〕
図９及び図１０に示す例では、分離領域１１１ａにおける溝１５０の壁面１５１上に、分離用充填剤の微粒子１５２が配列されて微粒子層が形成されている。
【００８２】
そして、分離領域１１１ａにおける微粒子１５２が配列されていない空間が空洞部１５３となっている。この空洞部１５３は分離領域１１１ａの入口から出口まで連通している。
ここで、分離領域１１１ａを空洞残存配置型に形成する製造方法についてその一例を説明する。
【００８３】
シリカベースの充填剤微粒子１５２が液体（たとえば水，アルコール）に分散されてなる分散液を、分離領域１１１ａの溝１５０内に充填する。このとき、溝１５０内に含まれる充填剤微粒子１５２の嵩体積が、溝１５０の容積に対して十分小さくなるように、且つ充填剤微粒子１５２が壁面１５１をカバーできるように、分散液に含まれる充填剤微粒子１５２の濃度を設定しておく。
【００８４】
分散液を溝１５０に充填する方法としては、分散液を微細ノズルから吐出させながら溝１５０に沿って走査する方法が挙げられる。
このようにして溝１５０に分散液をした後、充填された分散液を乾燥させると、液量が少なくなるにつれて分散液中の充填剤微粒子１５２が壁面１５１上に引き寄せられ壁面１５１上に層状に配置される。それに伴い、溝１５０内の中央部分は空洞部１５３として残る。
【００８５】
また、壁面１５１上に配置された微粒子１５２は、壁面１５１に対して強く吸着するので、使用時においても空洞残存配置型が安定して維持されるし、壁面１５１と微粒子１５２とを化学的に結合させる結合剤を用いる必要もない。
このようにして分離領域１１１ａにおいて空洞残存配置型で微粒子１５２を配置すると、空洞部１５０内は液がスムースに流通できるので、分離領域１１１ａ内全体に微粒子１５２を充填する場合と比べて、液が分離領域１１１ａを流通するときの圧力損失が大幅に低減される。そして圧力損失が低減すると、送液ポンプの駆動圧力を低くしても十分に液の流通がなされる。
【００８６】
微粒子１５２を分離領域１１１ａ内に密に充填した場合、送液ポンプの駆動圧力を高圧にする必要があり、１００気圧程度の高圧になることもある。駆動圧力が高圧の場合、接続部１２４のような接続箇所において液漏れを防ぐために高度なシール技術が必要となるが、空洞残存配置型では上記のように送液駆動圧力を低くできるので、接続部分での液漏れを防ぐことが容易である。
【００８７】
ところで、空洞部１５３内を流通する液の中に、配列されている微粒子１５２から遠い位置を流通する量が多いと分解能が損なわれるが、空洞部１５０が微粒子１５２からなる層で囲まれており、特に、図９、１０に示す例では、カバープレート１０５表面の溝に対向する部分にも微粒子１５２が配設されており、空洞部１５３の全周が微粒子１５２からなる層で囲まれている。
【００８８】
従って、空洞部１５０内のいずれの場所も、微粒子１５２の層から近い位置にあるので、空洞部１５０を流通する溶液に対する分解能が大きく損なわれることがない。
更に図１０に示す例では、カバープレート１０５にも、基板中央部１０１の溝１５０と対向する溝１５４が形成され、溝１５４の壁面１５５上に微粒子１５２が配置されている。このように溝１５０と溝１５４を対向させて、両溝１５０，１５４の内壁面に微粒子１５２を配置すれば、図９の場合と比べて、溝１５０の深さが小さくても空洞部１５３の大きさを確保できる。
【００８９】
本実施例において、壁面および微粒子同士は、流体の流れに抵抗して姿勢を安定させるために、互いに化学結合させる手法をとることが考えられる。微粒子の層が単層の場合には、壁面と微粒子との吸着力ないし物理的な拘束力だけでも姿勢を安定化させる効果はある程度期待できるが、複数層の粒子層を、壁面と微粒子との吸着力ないし物理的な拘束力だけでは保持することは難しいと考えられるので、そういう意味でも化学結合で固定する方がより安定的な固定が実現できる。このように化学結合させる場合でも、焼成温度よりも低温であり、１００℃前後で処理できるので、局所的な加熱であれば、チップ基板１００の材料としてＰＥＥＫなどのプラスチックを用いることもできる。
【００９０】
微粒子１５２の配置形態についての考察：
図９，図１０に示した例では、微粒子１５２の層が２層積層して形成されているが、微粒子層は１層だけ形成してもよいし、３層以上積層形成してもよい。
また図９，図１０に示した例では、微粒子１５２が壁面１５１上の全体に均一的に配置されているが、側面上よりも底面上に多く偏在させてもよいし、逆に底面上よりも側面上に多く偏在させてもよい。あるいは、微粒子１５２を底面上だけあるいは側面上だけに配置してもよい。
【００９１】
ただし、空洞部１５３において、微粒子１５２の層から大きく離れた箇所がないようにすることが分解能を確保する上で好ましい。
従って、溝１５０の深さが小さい場合は、底面上だけに微粒子１５２を配置してもよいが、深さが大きい場合（例えば１００μｍ以上の場合）は、側面上にも微粒子１５２を配置し、カバープレート１０５の面上にも微粒子１５２を配置するのが好ましい。一方、溝１５０の幅が小さい場合は、側面上だけに微粒子１５２を配してもよいが、溝１５０の幅が大きい場合は、底面上にも微粒子１５２を配置するのが好ましい。
い。
【００９２】
なお、上記のように分離用微粒子１５２を空洞残存配置型で溝に配置することによる効果は、チップ上の複数の溝１５０の分離モードが互いに異なるか否かに関わらず得られるものであるし、チップ上に溝１５０が一本だけ形成されている場合にも得られる。
例えば、 複数の溝１５０に対して、同一の微粒子１５２を空洞残存配置型で配設することによって複数のマイクロカラムを並設し、各マイクロカラムに別々の試料を流して並行して分離することもできるが、そのような場合でも、微粒子１５２を空洞残存配置型で配置することで、送液駆動圧力を低くできるので、接続部分での液漏れを防ぐことが容易である。
【００９３】
〔ＨＰＬＣ以外への適用〕
以上、マイクロカラムアレイチップをＨＰＬＣに適用する形態について説明したが、本発明のマイクロカラムアレイチップは、センサやリアクタといった用途にも適用できる。
センサに適用する例としては、チップ基板１００と同様の溝を形成した基板を準備し、味覚成分を吸着する物質を微粒子に吸着させておいて、その微粒子を溝の壁面上に配列することによって、味覚センサチップとする。そして、溝に試料液を流通させて、その味覚を検出する。
【００９４】
このセンサの場合も、１つのチップに複数の溝を並設し、各溝に、互いに種類の異なるセンサ微粒子を配設することによって、１枚のマイクロチップを用いて複数の検知モードで味覚を検知することができる。
リアクタに適用する例としては、チップ基板１００と同様の溝を形成した基板を準備し、微粒子に反応触媒を吸着させておいて、その微粒子を溝の壁面上に配列することによって、リアクタチップとする。そして、各溝にガスを流通させることによって触媒反応させる。
【００９５】
このリアクタの場合も、１つのチップに複数本の溝を並設し、各溝に、互いに種類の異なる触媒微粒子を配設することによって、１枚のマイクロチップを用いて複数の反応モードで反応させたり、複数種類のガスを並行して触媒反応させることも可能である。
また、このようにセンサやリアクタに適用する場合においても、センサ微粒子や触媒微粒子を空洞残存型で配置してチップを構成すれば、溝を流通させる液やガスの圧力損失を低減できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、液相分析用のＨＰＬＣ分野に広く適用でき、センサやリアクタにも適用できる。特に、バイオ、食品、医薬分野への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態にかかるマイクロカラムアレイシステムの基本構成を示す図である。
【図２】マイクロカラムアレイの送液ユニットにおいて、送液ユニットの配管系に試料を注入するインジェクト機構を示す図である。
【図３】図２に示した送液ユニットに送液選択機構を設けた例を示す図である。
【図４】実施例１にかかるマイクロカラムアレイシステムの分解斜視図である。
【図５】実施例１にかかる紫外線吸光測定機構を含む検出インターフェースブロックの断面図である。
【図６】実施例２にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成図である。
【図７】実施例３にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成を示す斜視図である。
【図８】図７に示すマイクロカラムアレイシステムの断面を示す図である。
【図９】空洞残存配置型に形成した分離領域の横断面図である。
【図１０】空洞残存配置型に形成した分離領域の横断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ マイクロカラムアレイチップ
１０ 分離ユニット
１１Ａ〜１１Ｄ マイクロカラム
２０ 送液ユニット
２１ 分岐流路溝
２１ 主配管
２２ 枝配管
２３ 電磁弁
２５ 溶液ポンプ
３０ 注入ユニット
３１ 溶液バッファ
３１ サンプルバッファ
３１ バッファ
４０ 検出ユニット
４１ 流路溝
１００ チップ基板
１０５ カバープレート
１１０ 分離ブロック
１１１ マイクロカラム
１１１ａ 分離領域
１１１ｂ 前処理領域
１２０ 送液インターフェースブロック
１２１ 送液チューブ
１２２ 流路溝
１４０ 検出インターフェースブロック
１４１ 流路溝
２００ 支持フレーム
２１０ 分離ユニット
２１１ マイクロカラム
２２０ 送液インターフェースユニット
２３０ 注入ユニット
２４０ 検出ユニット
３００ カラム支持基板
３１０ 分離ユニット
３１１ 分離カラム
３２０ 送液インターフェースユニット
３３０ 注入ユニット
３４０ 検出インターフェースユニット
３４１ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子を搭載したマイクロチャネル構造体に関し、主に液相分析用のＨＰＬＣ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば生体細胞中に含まれる極微量の核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、中低分子化合物などの分析、プロテオーム解析を行なうのに、従前からマイクロスケールのビーズを、ステンレス製あるいはガラス製,樹脂製のカラムに充填して物質の分析が行われてきた。このような分離システムは、異種たんぱく質や塩基配列の異なるＤＮＡを一度に分析するのに適しているが、一般的に、寸法が小さいほど性能が向上し、分析速度、分析感度を上げることができるし、分析費用も低減されることから、近年、マイクロ分析システムが急速に進歩している。
【０００３】
このような背景の下に、キャピラリー電気泳動装置やマイクロカラムからなるＨＰＬＣ装置も用いられている。
例えば、表面に互いに交差する泳動用キャピラリー溝を形成した基材と、その溝に対応する位置に貫通孔を設けた基材とを重ねた電気泳動用チップや、数百μｍの直径を有するガラスキャピラリー内に分離マトリックスを充填したマイクロカラム液体クロマトグラフィー（μＨＰＬＣ）を用いて分析が行なわれている。
【０００４】
μＨＰＬＣ用のカラムとしては、マイクロカラム管に分離ビーズを充填したもの、あるいはフューズドシリカの内面を高機能分子からなる配位子によってリガンド修飾したものが用いられている。
更に、このようなカラムのマイクロ化とμＴＡＳ（ＭＩＣＲＯ ＴＯＴＡＬ ＡＮＡＬＩＴＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ）の技術とを融合し、接続の問題を解決し得る技術として、下記特許文献１〜３に記載されるように、クレジットカードサイズもしくはＡ５サイズのチップ基板上に、レーザーなどでエッチングを施したりフォトリソ法によって、チップ基板上に流路や液体アクセスポートを作成するとともに、流路にクロマト分離に用いられる種々の充填材を充填したＨＰＬＣチップがある。
【０００５】
このようなＨＰＬＣチップを用いれば、カラムへのインジェクションと分離と検出器への注入もしくは検出自体を、一枚のチップ上で実施でき、DNA、RNA、タンパク質などの分析を高速に行なうことができる。また、これまで複数のモジュールで行なっていた試料の調製や分離を１チップ上で行なうことも可能となり、接続のためのバルブやチューブの数を大幅に削減できる。また、作業効率も大きく改善できる。
【特許文献１】ＵＳ６，４８１，６４８号公報
【特許文献２】特公表９−５０８７０６号公報
【特許文献３】特開２００２−３１１００８号公報
【特許文献４】特開２００１−２０８７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、試料を分析する場合に、分析のスピードを速める上で、適切な分析条件を早く把握することが重要であるが、上記のようなマイクロカラムを用いて試料を分析する場合においても、最適な分離モードを迅速に把握することが望まれ、そのための手法も研究されている。
例えば、上記特許文献４に示されるように、バイオ、食品、医薬分野における成分分析において、同一溶離液を複数のカラムに順次送液し、当該カラムによって分離された溶質の分離挙動を観察し、その結果をもとに、最適なカラムを選定すると言うジェネリックアプローチが用いられており、これによって、分離条件検討の工程を格段に効率化・短縮化できると考えられる。
【０００７】
ここで、上記のマイクロカラムが形成されたチップにおいても、このチップを複数枚積層して、各チップに溶離液を切り替え供給するスイッチング機構を設けることによって、ジェネリックアプローチに適用することは可能と考えられるが、構成がかなり煩雑になってしまう。また、複数のチップが空間に占める体積が大きくなるので、コンパクト性にかける。
【０００８】
また、充填材を流路に充填したマイクロカラムチップにおいては、流体を流通させる際の圧力損失が大きくなるため、駆動圧力を高くする必要がある。そして、それによって接続箇所での液漏れが問題となる。マイクロHPLCを作製する上で、最大の課題は、圧力と分離能をいかにバランスさせるかにある。ビーズをマイクロチャネルに充填すると、分離能を向上させられるが、圧力が上昇してしまい、システム全体の設計を難しくする。そこで、圧力をあまり高くしないで分離能を向上させる方法が望まれるのだが、いまだこのような手法は見出されておらず、大粒子径（５μｍ、７μｍ）のビーズを用いて便宜的に対応しているのが実情である。そして、このような課題は、流体をビーズ表面のリガンドと接触させて検出・反応・分離する様々なツールに共通する課題であると考えられ、分離カラムに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、マイクロカラムを用いて分析などを行なう上で、装置のコンパクト性を確保しながら、試料に適したマイクロカラムのモードを迅速に選択できるようにすることを第一の目的とし、圧力と分離のバランスを図ることができる新規かつ斬新な微粒子をアッセンブルしたマイクロチャネル構造体を提供すること第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第一目的を達成するために、本発明にかかるマイクロカラムアレイシステムには、複数のカラムが列設されたカラムユニットと、複数のカラムに送液する送液手段と、複数のカラムに検出対象物を注入する注入手段と、カラムユニットを経由した検出対象物を検出する検出手段とを設けることとした。
ここで、送液手段に、複数のカラムの中から選択されたものに対して送液する送液選択機構を設けてもよい。
【００１１】
また、送液手段において、複数のカラムに分配する分岐流路を設けてもよい。
この場合、分岐流路の前段または当該分岐流路に検出対象物を注入する注入口を設けることによって注入手段を実現することもできる。
複数のカラムにおいて、基板に形成された複数のチャネルの内壁面に微粒子を層状に配置して構成することが好ましい。
【００１２】
すなわち、複数のカラムにおいて、空洞部を残して微粒子が充填された中空カラム領域を設け、当該空洞部は、中空カラム領域の入口から出口まで連通していることが好ましい。
このように層状に微粒子を配置するには、当該微粒子を含む液をチャネルに充填し、液を乾燥させることによって配置すればよい。
【００１３】
検出手段において、検出対象物に光を照射することによって検出する場合、基板として、検出手段が対象物に照射する光を透過させる光透過性のものを用いることが好ましい。
上記本発明のマイクロカラムアレイシステムにおいて、注入手段が、複数のカラムに、互いに異なる検出対象物を注入し、検出手段が、各カラムを経由した分離対象物を個別に検出するようにしてもよい。
【００１４】
あるいは、カラムユニットに列設された複数のカラムにおいて、検出対象物群に対して作用するモードを互いに異ならせてもよい。すなわち、カラムユニットに列設された複数のカラムが液クロ分離カラムの場合、その分離モードを互いに異ならせてもよい。
ここで、[分離モードが異なる]というのは、複数の分離カラムに共通の溶離液を流したときに、分離カラムの間で分離挙動が互いに異なることを意味している。
【００１５】
上記第二目的を達成するため、本発明は、液体が流通するマイクロチャネル内に、液体と相互作用する微粒子が配されてなるマイクロチャネル粒子構造体 において、
微粒子をマイクロチャネルの内面上に層状に配し、当該マイクロチャネル内における微粒子からなる層の上に液体が流通する空洞部を形成することとした。
上記微粒子として、液に分離対象物群を含ませて流通させるときに、当該分離対象物群を分離する機能を有する分離用微粒子を用いることによって液クロ用のマイクロチャネル粒子構造体とすることができる。
【００１６】
また、上記マイクロチャネル粒子構造体を、複数列設させることによってマイクロカラムアレイチップを構成することも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明のマイクロカラムアレイシステムによれば、ユニットに複数のカラムが列設されているので、この複数のカラムに送液手段で送液するとともに、注入手段で検出対象物を注入することによって、複数のカラムの各々で検出対象物に作用を及ぼし、その後、検出対象物を検出することができる。
従って、１つのチップでパラレル分析やジェネリックアプローチを行なうことができる。
【００１８】
例えば、注入手段が、複数のカラムに、互いに異なる検出対象物を注入し、検出手段が、各カラムを経由した分離対象物を個別に検出するようにすれば、複数種類の検出対象物をパラレル分析できる。すなわち、装置のコンパクト性を保ちながら、迅速に複数種類の検出対象物を分析できる。
あるいは、カラムユニットに列設された複数のカラムにおいて、検出対象物群に対して作用するモードを互いに異ならせておけば、複数モードでパラレル分析できる。例えば、カラムユニットに列設された複数のカラムが液クロ分離カラムの場合、その分離モードを互いに異ならせておけば、複数の分離モードでパラレル分析できる。従って、装置のコンパクト性を保ちながら、試料に適したモードを迅速に選定することができる。
【００１９】
それによって、創薬、タンパク質の研究などを迅速に行なうのに寄与する。
また、送液手段に、複数の分離カラムの中から選択されたものに対して送液する送液選択機構を設けることによって、選択した分離カラムに対して、溶離液を順次ないしパラレルに送液して試料を分離し、各分離カラムで分離された分離対象物を検出手段で順次ないしパラレルに検出することができる。
【００２０】
この場合、検出手段において、複数のカラムに対して個別に検出器を設けなくても、１つの検出器で複数のカラムに対する検出を行なうことができる。
また、送液選択機構を設けることで、複数のカラムに対して互いに種類の異なる溶離液を送ることも容易にできる。
また、送液手段において、複数のカラムに分岐する流路を設ければ、複数のカラムに一括して液を供給できる。
【００２１】
この場合、分岐する流路の前段に検出対象物を注入する注入口を設けることによって、複数の流路に一括して検出対象物を注入する注入手段を実現できる。
検出手段において、検出対象物に光を照射することによって検出する場合、基板として、検出手段が対象物に照射する光を透過させる光透過性のものを用いれば、検出対象物を光学的に検出するのが容易である。
【００２２】
次に、液体が流通するマイクロチャネル内に、液体と相互作用する微粒子が配されてなるマイクロチャネル粒子構造体 において、微粒子をマイクロチャネルの内面上に層状に配し、当該マイクロチャネル内における微粒子からなる層の上に液体が流通する空洞部を形成すれば、マイクロチャネルの入口から出口まで連通する液通路が形成される。従って、カラムに液を流通させるときの圧力損失が低減される。よって、低い駆動圧力で流体を送液することができるので、接続箇所での液漏れを防ぐことができる。
【００２３】
特に、液クロ用のマイクロチャネルの場合、送液が高圧でなされるので、上記微粒子として、液に分離対象物群を含ませて流通させるときに当該分離対象物群を分離する機能を有する分離用微粒子を用いて液クロ用のマイクロチャネル粒子構造体を構成することによって、駆動圧力を大幅に低減できる。、
また、上記マイクロチャネル粒子構造体を、複数列設されることによってマイクロカラムアレイチップを構成すれば、上述したように、１つのチップでパラレル分析やジェネリックアプローチを行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態にかかるマイクロカラムアレイシステムの基本構成を示す図である。
このマイクロカラムアレイチップ１は、高速液体クロマトグラフィ (ＨＰＬＣ) 用のチップであって、固定相としての充填剤を充填したマイクロカラムに、移動相としての溶離液を流通させながら、溶離液に溶解した試料をマイクロカラムで分離して検出するものである。
【００２５】
このマイクロカラムアレイチップ１は、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄが列設されてなる分離ユニット１０を備え、更に、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄに送液する送液ユニット２０と、複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄの入口に、分離対象物群を含む試料を注入する注入ユニット３０と、分離ユニット１０で分離された分離対象物を検出する検出ユニット４０とを備えている。
【００２６】
（分離ユニット１０）
図１に示すように、分離ユニット１０においては、基板１が用いられており、その基板１に複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄが列設されている。
基板１に複数のマイクロカラムを列設する形態としては、、第１に、基板１に対して複数の通路を形成し、その各通路に各種分離剤を配設することによって複数のマイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄを形成する形態がある。また第２に、基板１上に、マイクロチューブに充填剤が充填されたマイクロカラムを配列する形態がある。
【００２７】
なお、マイクロカラム１１Ａ〜１１Ｄを配列するのに、必ずしも基板１の上に配列する必要はなく、下記実施例２で例示するように、各マイクロカラムの両端だけ支持して架橋した状態で配列してもよい。
マイクロカラムの分離剤と分離モード：
一般にＨＰＬＣには、ＮＰＬＣ（順相クロマトグラフィ）とＲＰＬＣ（逆相クロマトグラフィ）があるが、本実施形態のマイクロカラムアレイシステムは、ＮＰＬＣ及びＲＰＬＣのいずれに対しても適用できる。
【００２８】
ＮＰＬＣの場合は、分離剤としてシリカゲル、ポリアミン、カーボンナノチューブ（ＣＮ）などが使われ、溶離液として無極性溶媒であるn-ヘキサンなどが用いられる。一方、ＲＰＬＣの場合は、分離剤として、シリカゲルにＣ18（オクタデシル基、ODS）をはじめ、Ｃ8，Ｃ４，Ｃｌ，Ｐｈなどをリガンド修飾させた化学結合充填剤が用いられ、溶離液としては、極性溶媒である水やアセトニトリル (ＡＣＮ) などが用いられる。なお、リガンド修飾するのに用いるリガンドは、既存の有機高分子から分離対象物によって合わせて選択することができる。
【００２９】
また、サイズ排除クロマトグラフィ(ＳＥＣ)、ゲル浸透クロマトグラフィー （ＧＰＣ） 、ゲル濾過クロマトグラフィー （ＧＦＣ） 、イオン交換クロマトグラフィー、キラルクロマトグラフィーなど、ＨＰＬＣ用カラムに用いられている各種分離剤は、本発明で用いることができる。
このような分離剤を溝内あるいはチューブ内に配設する形態としては、空間内に全体的に充填剤を充填する形態の他に、通路空間内の一部に分離剤を配設してもよい。
【００３０】
具体的には下記（１）〜（３）のような形態を適用できる。
（１）シリカベースの充填材を分散させたスラリーをマイクロチャネル内に密に充填／粉体を乾式方法により密に充填する充填型。
（２）充填剤を分散させたスラリーをチャネルに滴下させチャネル内の壁面に粒子を配置する空洞残存配置型。この空洞残存配置型では、マイクロチャネルの入口から出口に連通した空隙が残るので、圧力損失が低く且つ分離能が高い。
【００３１】
（３）二重細孔構造型（特許文献３に開示されているように、２重細孔構造のシリカゲルを流路溝内に形成する）。
上記（１）の形態では一般的に、ポアサイズの大きい充填材を用いなければ圧力損失が大きくなるので、分離カラムを低圧力で高分解能を実現するのが難しい。ただし、メソポーラスシリカ（メソスケールで規則的な配列のポアを持つ多孔性シリカ微粒子）を充填剤を用いれば、大粒径で比表面積が大きいため、低圧力で高分解能を実現することが可能である。
【００３２】
一方、上記（２），（３）の形態によれば、圧力損失が低く且つ分離能の高いカラムを実現できる。
本発明において、分離ユニット１０は、その複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・の分離モードが同一でもよいし、互いに分離モードが異なっていてもよい。
ここで、マイクロカラムどうしの分離モードが異なるというのは、配設されている分離剤の種類が互いに異なっているか、あるいは、分離剤の種類は同じであっても、カーボン率、細孔径あるいは表面積などが異なっており、それによって、各マイクロカラムに同じ溶離液を流したときに、互いに異なる分離挙動を示すということである。例えば、同じＣ18充填剤を充填したとしても、当該充填剤のカーボン率、細孔径あるいは比表面積などが異なれば、分離モードが異なることになる。
【００３３】
あるいは、フューズドシリカの内面をリガンド修飾したマイクロカラムの場合、配位子の種類や処理方法が異なることによって、分離モードが異なることになる。
（送液ユニット２０，注入ユニット３０）
送液ユニット２０は、図１に示すように、溶離液を圧送する溶液ポンプ（マイクロシリンジポンプ）２５と、当該ポンプ２５から各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・の入口にかけて配管系（主配管２１及び枝配管２２Ａ〜２２Ｄ）とから構成される。
【００３４】
この配管系は、マイクロチューブや分岐管を組み合わせて構成することもできるが、上記の基板１に溝流路を刻むことによって枝配管２２Ａ〜２２Ｄを形成することもできる。そして基板１上に溝流路を形成する場合、その溝流路にマイクロポンプを設置することによって、溶液ポンプ２５と配管系を含めた送液ユニット２０全体を基板１上に設けることも可能である。
【００３５】
基板１上へのマイクロポンプ設置は、例えば、プリンタヘッドにおいて公知技術となっている圧電素子を用いたマイクロポンプの技術を適用することによって実施することができる。
このような送液ユニット２０によって、溶液ポンプ２５から送出される溶離液は、枝配管２２Ａ〜２２Ｄから各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に分配供給されるが、溶液ポンプ２５の代わりに、例えば、各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに個別にマイクロポンプを設置することによって、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に溶離液を供給するようにしてもよい。
【００３６】
注入ユニット３０は、分離ユニット１０の各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に、試料を注入するものであって、分離ユニット１０の各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・の入口部分に、マイクロピペットなどで試料を注入する注入口を設けることによって実現できるが、送液ユニット２０の配管系に試料を注入するインジェクト機構を設けることによっても実現できる。
【００３７】
このインジェクト機構には、市販のインジェクタバルブを用いてもよいが、図２は、送液ユニット２０の配管系に試料を注入するインジェクト機構の一例を示す図である。
当図に示す例では、送液ユニット２０の主配管２１と、枝配管２２Ａ〜２２Ｄとの間に、溶液バッファ３１Ａ及びサンプルバッファ３１Ｂを含むバッファ３１が介挿されている。
【００３８】
そして、溶液ポンプ２５から送出される溶液は、主配管２１から溶液バッファ３１Ａ及びサンプルバッファ３１Ｂを経由して枝配管２２Ａ〜２２Ｄに分流するようになっている。
また、サンプルバッファ３１Ｂには、注入される試料を一時的に保持する保持剤が充填されており、マイクロシリンジなどを用いて、サンプルバッファ３１Ｂ内に微量の試料を注入すると、注入された試料は、保持剤で一時保持されるが、サンプルバッファ３１Ｂ内の溶液に溶解されて、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に分配される。
【００３９】
以上の送液ユニット２０，注入ユニット３０によって、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に並行して溶離液を流して試料を分離することができるが、次に説明するように、送液ユニット２０において、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に対して、選択的に送液する送液選択機構を設ければ、マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に順次送液して、順次試料を分離することもできる。
【００４０】
（送液選択機構）
図３は、上記図２に示した送液ユニット２０に送液選択機構を設けた例であって、送液ユニット２０の各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに、電磁弁２３Ａ〜２３Ｄが介挿されている。
そして、この電磁弁２３Ａ〜２３Ｄを開閉制御することによって、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から選択したものだけに、送液できるとともに試料を注入することもできる。
【００４１】
従って、このような送液選択機構を設けることによって、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に対して、順次、溶液並びに試料を送り込んで分離することができる。また、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・ごとに、送り込む溶離液の種類を変えたり送液圧力を変えたりすることも可能である。
なお、電磁弁を介挿させる代わりに、各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに柔軟性のあるマイクロチューブを用いて、それらのマイクロチューブを選択的にクリップなどで締め付けて閉塞させることによっても、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に選択的に送液することが可能である。
【００４２】
あるいは、枝配管２２Ａ〜２２Ｄを、充填剤などで選択的に閉塞させることによっても、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に選択的に送液することが可能である。
また、上記のように各枝配管２２Ａ〜２２Ｄに個別にマイクロポンプを設置する場合は、このマイクロポンプを個別に駆動制御することによって、複数のマイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に選択的に送液することができる。
【００４３】
（検出ユニット４０）
検出ユニット４０は、分離ユニット１０の各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・で分離された分離対象物を検出するもので、その検出方式としては、紫外線吸光、赤外線吸光、蛍光発光スペクトル（ＣｄＳｅ）、ラマン分光（ＳＥＲＳ）、マススペクトル（ＭＳ）、ＳＰＳ検出、熱レンズ顕微鏡など様々な検出系を適用することができる。
【００４４】
紫外線吸光や赤外線吸光による検出を行なう場合、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液を流通させるフローセルと、当該フローセルにＵＶ光やＩＲ光を照射する発光素子と、フローセルを通過した光を受光する受光素子を設けることによって、リアルタイムで分離対象物の光学的特性を検出することができる。
蛍光発光スペクトル（ＣｄＳｅ）による検出を行なう場合、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液をサンプリングし、必要に応じて光学的タグを付する処理を行なう。そしてサンプリングした溶液に光照射し、そのときの分離対象物の光学的特性を検出する。あるいは、光学的タグの凝集・沈降が防止された安定化した状態で収納する収容ポートを設け、当該収納ポートに分離対象物が流入してタグと結合させ、その後段に、発光素子と受光素子を設けることによって、分離対象物の光学的特性をリアルタイムで分離対象物の光学的特性を検出することができる。
【００４５】
ラマン分光（ＳＥＲＳ）、マススペクトル（ＭＳ）による検出を行なう場合、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液を、順次あるいはパラレルにサンプリングして、必要に応じて前処理して各分析機器で分析する。
上記の送液ユニット２０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に並行して溶離液を流して試料を分離する場合には、検出ユニット４０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・ごとに個別に分離対象物を検出するための検出機構を並列に設けて、各マイクロカラムからの分離対象物を並行して検出する。あるいは、検出ユニット４０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・から排出される溶液をサンプリングして分析する。
【００４６】
一方、上記の送液ユニット２０において、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・に順次、溶離液を流して試料を分離する場合には、各マイクロカラム１１Ａ，１１Ｂ，・・・からの分離対象物が検出ユニット４０に順次送り込まれるので、検出ユニット４０において、共通の検出機構を１つ設ければ、各マイクロカラムからの分離対象物を検出することができる。
【００４７】
なお、上記のように分離ユニットの後段に設けた検出ユニットで検出する以外に、分離対象物が分離ユニット上にあるときに、紫外線を照射して紫外線吸光を検出したり、分離対象物に蛍光タグをつけ蛍光発光させて検出するようにしてもよい。
あるいは、検出セルをチップ上に作りこむこともでき、チップ上で、パラレルあるいは順次検出することもできる。
【００４８】
以上のように検出ユニット４０で検出された結果は、モニタ装置、印刷機などに出力されて表示される。あるいは、データ転送機器を経由して転送される。
以上の構成のマイクロカラムアレイシステムにおいて、注入ユニット３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各マイクロカラム１１１の分離モードに従って分離され、検出ユニット４０で検出される。
【００４９】
従って、１つのマイクロカラムアレイチップ１を用いて、同一モードのカラムの場合には、多サンプルをパラレルに検出することができ、分離モードが異なるカラムとする場合には、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができ、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。すなわち、前者の場合には、医薬、創薬などの現場でのスクリーニング工程、天然物化学などの新規化合物探索の工程を迅速化・効率化できるという実用的な利点が生み、後者の場合には、１チップでジェネリックアプローチを実施することができるという利点を生み出す。
【００５０】
以下、本発明にかかるマイクロカラムアレイシステムの実施例を述べる。以下では、互いにモードが異なる複数のカラムを列設し、パラレル検出するシステムについて説明するが、本システムにおいて、複数のカラムを同一モードとし、多種のサンプルを当該複数のカラムでパラレルに分離して検出することも同様に実施可能であり、本発明には、かかる実施態様も含まれる。
〔実施例１〕
図４は、実施例１にかかるマイクロカラムアレイシステムの分解斜視図である。
【００５１】
当図に示すように、マイクロカラムアレイシステムは、分離用の複数のマイクロカラム１１がアレイ状に併設された分離ブロック１１０と、各マイクロカラム１１１に溶離液を供給する送液インターフェースブロック１２０と、各マイクロカラム１１１で分離された分離対象物を検出する検出インターフェースブロック１４０とからなるマイクロカラムアレイチップ１を備えている。
【００５２】
図４では各ブロック１１０，１２０、１４０が切り離されて示されているが、これらは一つのチップ基板１００をベースにして一体形成されており、チップ基板１００の表面にカバープレート１０５貼り合わせられている。各ブロック１１０，１２０、１４０においては、チップ基板１００の表面に流路溝（１１１，１２１，１３１）が刻設され、当該溝の開口部をカバープレート１０５が覆うことによって、内部流路が形成されている。
【００５３】
チップ基板１００およびカバープレート１０５は、耐有機溶剤性、耐酸性、耐アルカリ性の材料からなる板である。この材料の例としては、ガラス、セラミック、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン），ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン）、アクリル樹脂といったプラスチックが挙げられる。
分離ブロック１１０は、基板中央部１０１に、溝幅及び深さが１０〜２００μｍ程度で溝加工が施され、上述した分離用の充填剤が各溝に充填されることによって、複数のマイクロカラム１１１がストライプ状に形成された構成である。
【００５４】
より詳しくは、各マイクロカラム１１１には、幅が広く形成された分離領域１１１ａと前処理領域１１１ｂとが設けられ、分離領域１１１ａに分離用充填剤が充填されている。ただし、各マイクロカラム１１１に充填されている充填剤の種類が、互いに異なっていることによって、この複数のマイクロカラム１１１は分離モードが互いに異なっている。
一方、前処理領域１１１ｂには、前処理用の充填剤が充填されている。この前処理用の充填剤は、たとえば、試料中の不純物をフィルター除去するための充填剤、あるいは、試料を濃縮するための充填剤である。
【００５５】
ここで、分離領域１１１ａを空洞残存配置型に形成する方法について説明する。
図９は、空洞残存配置型に形成した分離領域１１１ａの横断面図である。
当図に示すように、分離領域１１１ａにおいては、壁面上に分離用充填剤の微粒子１５２が層状に充填され、微粒子が充填されない空洞部１５３が残っている。この空洞部１５３は分離領域１１１ａの入口から出口まで連通している。
【００５６】
このような微粒子１５２の配置構造を「空洞残存配置型」という。
上記のように分離領域１１１ａを空洞残存配置型に形成するには、例えば、シリカベースの充填剤微粒子を含む液滴を、分離領域１１１ａの溝内に塗布し乾燥させることによって溝の壁面上に微粒子を配すれば、溝１５０の内部に空洞部１５３を残すことができる。
このような空洞残存配置型構造により、従来のようにチャネル内に充填剤を密に充填する場合と比べると、圧力損失を低減することが可能となる。また、溝１５０の幅及び深さが１０〜１００μ程度と小さいので、溝１５０内に空洞部１５３があっても良好な分離能が得られる。
【００５７】
なお、空洞残存配置型については後で詳述する。
送液インターフェースブロック１２０においては、チップ基板１００の前部１０２に、上記各マイクロカラム１１１に連通するよう分岐した流路溝１２２が形成され、各分岐流路溝２１の入口側は凹部１２３に集合している。また、カバープレート１０５の前端には、上記凹部１２３と連通する接続部１２４が設けられ、この接続部１２４にポンプ（図４では不図示）から溶液を供給する送液チューブ１２１が接続されている。
【００５８】
上記の送液チューブ１２１には、試料を注入する注入ユニット１３０が設けられている。この注入ユニット１３０は、上述した注入ユニット３０で説明したとおりのものであって、注入ユニット１３０で注入された試料は、送液チューブ１２１から各流路溝１２２に分配されて、各マイクロカラム１１に導入されるようになっている。
なお、注入ユニット１３０を設ける代わりに、マイクロピペットなどで各流路溝１２２に直接的に試料を注入する注入口を、カバープレート１０５に設けてもよい。
【００５９】
また、送液インターフェースブロック１２０において、複数の流路溝１２２の中から選択したものに対して、充填剤を埋め込んで閉塞することによって、残りの流路溝１２２だけに選択的に溶液および試料を供給することもできる。このような方法でも、複数のマイクロカラム１１に対して、選択的に溶液および試料を供給することができる。
検出インターフェースブロック１４０においては、チップ基板１００の後部１０３に、上記各マイクロカラム１１１と連通する流路溝１４１が形成され、各流路溝１４１の出口側は凹部１４２に集合している。また、カバープレート１０５の後端には、上記凹部１４２と連通する接続部１４４が設けられ、この接続部１４４に排出チューブ１４３が接続されている。
【００６０】
これによって、上記の各流路溝１４１には、各マイクロカラム１１１で分離された分離対象物を含む溶液が流通して排出チューブ１４３から排出されるが、検出インターフェースブロック１４０においては、各流路溝４１を流通する溶液の紫外線吸光度を測定するため、チップ基板１００及びカバープレート１０５に石英板などのＵＶ光透過性基材を用い、チップ基板１００の後部１０３およびカバープレート１０５を挟んで、紫外線アレイ発光素子１４５と受光アレイ素子１４６とが装着されている。
【００６１】
図５は、紫外線吸光測定機構を含む検出インターフェースブロック１４０の断面図である。
当図に示すように、各流路溝１４１の位置に合わせて、紫外線アレイ発光素子１４５には複数のＵＶ発光素子（ＬＥＤ）１４５ａが配列され、受光アレイ素子１４６には複数のＵＶ受光素子（フォトトランジスタ）１４６ａが配列されており、各ＵＶ発光素子１４５ａから発せられたＵＶ光は、流路溝１４１内を通過してＵＶ受光素子１４６ａに入射される。
【００６２】
ＵＶ受光素子１４６ａでは、このＵＶ受光量を検出することによって、各流路溝１４１を流れる溶液の紫外線吸光度を測定する。
なお、流路溝１４１の底面に酸化チタン膜をコートするなどして、ＵＶ発光素子１４５ａからのＵＶ光が反射されやすい構造とし、ＵＶ受光素子１４６ａをＵＶ発光素子１４５ａと同じくカバープレート１０５上に設けて反射光を受光できるようにしてもよい。この場合は、チップ基板１００がＵＶ光透過性でなくても、各流路溝１４１を流れる溶液の紫外線吸光度を測定することができる。
【００６３】
本実施例のマイクロカラムアレイシステムによれば、注入ユニット１３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各マイクロカラム１１１に分配され、各マイクロカラム１１１の分離モードに従って分離され、検出インターフェースブロック１４０で並列的に検出される。
このように、１枚のチップを用いて、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができるので、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。
【００６４】
なお、上記のマイクロカラムアレイチップ１を複数枚積層させて、複数のマイクロカラムが縦方向と横方法に二次元的に配列された積層ブロックを形成して、並行して試料の分離及び検出を行なうようにすることもできる。
このように積層ブロックを形成する際に、複数枚の分離ユニットに含まれる全てのマイクロカラム１１１について、分離モードを互いに異ならせて設定しておくこともできる。従って、複数枚積層したチップを用いて、きわめて多数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができ、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムをきわめて迅速に選択することができる。
【００６５】
あるいは、同じ仕様のマイクロカラムアレイチップ１（チップ内で複数のマイクロカラム１１どうしの分離モードが互いに異なる）を複数枚準備し、チップごとに閉塞する流路溝１２２を変えた上で、積層ブロックを形成してもよい。
〔実施例２〕
図６は、実施例２にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成図である。
【００６６】
このマイクロカラムアレイシステムは、分離ユニット２１０、送液インターフェースユニット２２０、注入ユニット２３０、検出ユニット２４０から構成されている。
分離ユニット２１０は、支持フレーム２００上に、マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅが配列されて構成されている。各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅは、ステンレスチューブ内に充填剤が充填され当該充填剤層の両端がフィルタで押さえられて構成されている。
【００６７】
ここで、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅは、充填されている充填剤の種類が異なることによって、あるいは充填される形態が異なることによって、分離モードが互いに異なっている。
各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの入口側端部は、支持フレーム２００上に固定されたコネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅに接続され、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの出口側端部は、支持フレーム２００上に固定されたコネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅに接続されている。
【００６８】
上記コネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅは、ヒューズドシリカで形成されたマイクロチューブ２２１Ａ〜２２１Ｅを介して送液インターフェースユニット２２０に連結され、コネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅはマイクロチューブ２４１Ａ〜２４１Ｅを介して検出ユニット２４０に連結されている。
送液インターフェースユニット２２０の前段に、注入ユニット２３０が接続されている。この注入ユニット２３０は、市販のインジェクタバルブであって、ポンプ（不図示）から供給される溶液に試料を注入する。そして、送液インターフェースユニット２２０は、注入ユニット２３０から送られてくる溶液をマイクロチューブ２２１Ａ〜２２１Ｅに分配する。
【００６９】
検出ユニット２４０は、各マイクロチューブ２４１Ａ〜２４１Ｅから送られてくる溶液を流通させる複数のフローセルを備え、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅで分離された分離対象物の紫外線吸光度を測定する。
本実施例のマイクロカラムアレイシステムによれば、上記実施例１と同様、注入ユニット２３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅに分配され、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの分離モードに従って分離され、検出ユニット２４０で並列的に検出される。従って、１枚のチップを用いて、複数の分離モードのマイクロカラムで試料を分離し検出することができるので、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。
【００７０】
なお、上記のような分離ユニット２１０を複数枚積層させてマイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅを複数段に配列することによって、複数のマイクロカラムが流路に垂直な面に沿って縦方向と横方法に二次元的に配列された分離ブロックを形成し、その分離ブロックを、送液インターフェースユニット２２０及び検出ユニット２４０に連結してもよい。この場合、複数枚の分離ユニットに含まれる全てのマイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅについて、分離モードを互いに異ならせることができるので、複数枚積層したチップを用いて、きわめて多数の分離モードのマイクロカラムで並行して試料を分離し検出することができる。従って、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムをきわめて迅速に選択することができる。
【００７１】
また、マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅとして、ヒューズドシリカで形成されたキャピラリカラムを用いてもよい。キャピラリカラムでは、カラムの内壁面をリガンド修飾する配位子の種類や処理方法が異なることによって、各キャピラリーカラムの分離モードが互いに異なったものになる。
また、キャピラリカラムは軽量なので、支持フレーム２００がなくても、各マイクロカラム２１１Ａ〜２１１Ｅの両端を架橋した状態で列設することができる。例えば、コネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅを送液インターフェースユニット２２０に直接取り付け、コネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅを検出ユニット２４０に直接取り付けて、コネクタ２１２Ａ〜２１２Ｅとコネクタ２１３Ａ〜２１３Ｅにまたがるように複数のキャピラリカラムを配設すればよい。
【００７２】
〔実施例３〕
図７は、実施例３にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成を示す斜視図である。
このマイクロカラムアレイシステムは、複数の分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3がマトリックス状に配列された分離ユニット３１０、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に溶離液を供給する送液インターフェースユニット３２０、送液インターフェースユニット３２０の前段で試料を注入する注入ユニット３３０、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3で分離された分離対象物を検出する検出インターフェースユニット３４０から構成されている。
【００７３】
図８は、図７に示す分離ユニット３１０、送液インターフェースユニット３２０、検出インターフェースユニット３４０を、分離カラム３１１Ａ2〜３１１Ｅ2に沿って切断した断面を示す図である。
図７，８に示すように、分離ユニット３１０は、送液インターフェースユニット３２０と検出インターフェースユニット３４０とで挟み込まれ、その状態でこれらのユニット３１０，３２０，３４０が貼り合わせられて１ブロックにまとめられている。
【００７４】
分離ユニット３１０は、複数の貫通孔が開設されたカラム支持基板３００に、ナノ粒子分離剤が充填されることによって複数の分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3が形成された構成である。
このような各分離カラムはナノ粒子分離剤が充填されることによって形成されているので、カラム長が極めて短くても良好な分離能を得ることができる。
【００７５】
分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3は、各々が円筒形状であって、カラム支持基板３００の厚み方向に溶離液が流通するようになっており、カラム支持基板３００の面に沿ってマトリックス状（縦方向及び横方向に二次元的）に配列されている。
ここで、各分離カラム３１１Ａ〜２１１Ｅは、分離モードが互いに異なっている。具体的には、充填されているナノ粒子分離剤の種類が異なることによって、あるいはナノ粒子分離剤の種類が同じでも粒径が異なったり充填される形態が異なることによって、分離モードが互いに異なっている。
【００７６】
これによって、１チップの分離ユニット３１０に、分離モードが互いに異なる複数の分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3がマトリックス状に配列された構成となっている。
なお、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3において、ナノ粒子分離剤が充填された充填層は、その入口側がフリット層３１２Ａ〜３１２Ｅで、出口側はフリット層３１３Ａ〜３１３Ｅで覆われることによって、ナノ粒子分離剤の充填層が貫通孔内に安定して保持されている。
【００７７】
送液インターフェースユニット３２０には、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に連通するよう分岐する流路３２２Ａ〜３２２Ｅが形成され、各流路３２２Ａ〜３２２Ｅの入口側は接続口３２３に集合している。
この接続口３２３に、上記注入ユニット３３０からの送液チューブ３２１が接続されている。
【００７８】
この注入ユニット３３０は、上述した注入ユニット３０で説明したとおりのもので、注入ユニット３３０で注入された試料は、送液チューブ３２１から各流路３２２Ａ〜３２２Ｅに分配されて、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に導入されるようになっている。
検出インターフェースユニット３４０には、上記各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3と連通する流路３４１Ａ1〜３４１Ｅ1、３４１Ａ2〜３４１Ｅ2、３４１Ａ3〜３４１Ｅ3が形成され、各流路３４１Ａ1〜３４１Ｅ1、３４１Ａ2〜３４１Ｅ2、３４１Ａ3〜３４１Ｅ3の出口側は、紫外線吸光度などを測定する検出器（不図示）に接続されている。
【００７９】
本実施例のマイクロカラムアレイシステムによれば、上記実施例１と同様、注入ユニット３３０に注入される試料中に含まれる分離対象物は、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3に分配され、各分離カラム３１１Ａ1〜３１１Ｅ1、３１１Ａ2〜３１１Ｅ2、３１１Ａ3〜３１１Ｅ3の分離モードに従って分離され、検出インターフェースユニット３４０から並列的に検出器に流れ込んで検出される。
【００８０】
そして、分離ユニット３１０、送液インターフェースユニット３２０、検出インターフェースユニット３４０が1ブロックにまとめられており、１つのブロックを用いて、複数の分離モードの分離カラムで試料を分離し検出することができるので、得られた検出結果に基づいて、最適な分離モードのマイクロカラムを迅速に選択することができる。
また上記のようにカラム長が極めて短くても良好な分離能が得られるので、分析に必要な溶離液量が少なくて済み、分析時間も短くて済む。
【００８１】
〔分離対象物と、マイクロカラムに使用する分離充填剤及び溶離液の具体例〕
できれば、ジェネリックアプローチを行なう分離対象物と、マイクロカラムに使用する分離充填剤及び溶離液の具体例を補充願います。
〔空洞残存配置型についての詳細〕
図９及び図１０に示す例では、分離領域１１１ａにおける溝１５０の壁面１５１上に、分離用充填剤の微粒子１５２が配列されて微粒子層が形成されている。
【００８２】
そして、分離領域１１１ａにおける微粒子１５２が配列されていない空間が空洞部１５３となっている。この空洞部１５３は分離領域１１１ａの入口から出口まで連通している。
ここで、分離領域１１１ａを空洞残存配置型に形成する製造方法についてその一例を説明する。
【００８３】
シリカベースの充填剤微粒子１５２が液体（たとえば水，アルコール）に分散されてなる分散液を、分離領域１１１ａの溝１５０内に充填する。このとき、溝１５０内に含まれる充填剤微粒子１５２の嵩体積が、溝１５０の容積に対して十分小さくなるように、且つ充填剤微粒子１５２が壁面１５１をカバーできるように、分散液に含まれる充填剤微粒子１５２の濃度を設定しておく。
【００８４】
分散液を溝１５０に充填する方法としては、分散液を微細ノズルから吐出させながら溝１５０に沿って走査する方法が挙げられる。
このようにして溝１５０に分散液をした後、充填された分散液を乾燥させると、液量が少なくなるにつれて分散液中の充填剤微粒子１５２が壁面１５１上に引き寄せられ壁面１５１上に層状に配置される。それに伴い、溝１５０内の中央部分は空洞部１５３として残る。
【００８５】
また、壁面１５１上に配置された微粒子１５２は、壁面１５１に対して強く吸着するので、使用時においても空洞残存配置型が安定して維持されるし、壁面１５１と微粒子１５２とを化学的に結合させる結合剤を用いる必要もない。
このようにして分離領域１１１ａにおいて空洞残存配置型で微粒子１５２を配置すると、空洞部１５０内は液がスムースに流通できるので、分離領域１１１ａ内全体に微粒子１５２を充填する場合と比べて、液が分離領域１１１ａを流通するときの圧力損失が大幅に低減される。そして圧力損失が低減すると、送液ポンプの駆動圧力を低くしても十分に液の流通がなされる。
【００８６】
微粒子１５２を分離領域１１１ａ内に密に充填した場合、送液ポンプの駆動圧力を高圧にする必要があり、１００気圧程度の高圧になることもある。駆動圧力が高圧の場合、接続部１２４のような接続箇所において液漏れを防ぐために高度なシール技術が必要となるが、空洞残存配置型では上記のように送液駆動圧力を低くできるので、接続部分での液漏れを防ぐことが容易である。
【００８７】
ところで、空洞部１５３内を流通する液の中に、配列されている微粒子１５２から遠い位置を流通する量が多いと分解能が損なわれるが、空洞部１５０が微粒子１５２からなる層で囲まれており、特に、図９、１０に示す例では、カバープレート１０５表面の溝に対向する部分にも微粒子１５２が配設されており、空洞部１５３の全周が微粒子１５２からなる層で囲まれている。
【００８８】
従って、空洞部１５０内のいずれの場所も、微粒子１５２の層から近い位置にあるので、空洞部１５０を流通する溶液に対する分解能が大きく損なわれることがない。
更に図１０に示す例では、カバープレート１０５にも、基板中央部１０１の溝１５０と対向する溝１５４が形成され、溝１５４の壁面１５５上に微粒子１５２が配置されている。このように溝１５０と溝１５４を対向させて、両溝１５０，１５４の内壁面に微粒子１５２を配置すれば、図９の場合と比べて、溝１５０の深さが小さくても空洞部１５３の大きさを確保できる。
【００８９】
本実施例において、壁面および微粒子同士は、流体の流れに抵抗して姿勢を安定させるために、互いに化学結合させる手法をとることが考えられる。微粒子の層が単層の場合には、壁面と微粒子との吸着力ないし物理的な拘束力だけでも姿勢を安定化させる効果はある程度期待できるが、複数層の粒子層を、壁面と微粒子との吸着力ないし物理的な拘束力だけでは保持することは難しいと考えられるので、そういう意味でも化学結合で固定する方がより安定的な固定が実現できる。このように化学結合させる場合でも、焼成温度よりも低温であり、１００℃前後で処理できるので、局所的な加熱であれば、チップ基板１００の材料としてＰＥＥＫなどのプラスチックを用いることもできる。
【００９０】
微粒子１５２の配置形態についての考察：
図９，図１０に示した例では、微粒子１５２の層が２層積層して形成されているが、微粒子層は１層だけ形成してもよいし、３層以上積層形成してもよい。
また図９，図１０に示した例では、微粒子１５２が壁面１５１上の全体に均一的に配置されているが、側面上よりも底面上に多く偏在させてもよいし、逆に底面上よりも側面上に多く偏在させてもよい。あるいは、微粒子１５２を底面上だけあるいは側面上だけに配置してもよい。
【００９１】
ただし、空洞部１５３において、微粒子１５２の層から大きく離れた箇所がないようにすることが分解能を確保する上で好ましい。
従って、溝１５０の深さが小さい場合は、底面上だけに微粒子１５２を配置してもよいが、深さが大きい場合（例えば１００μｍ以上の場合）は、側面上にも微粒子１５２を配置し、カバープレート１０５の面上にも微粒子１５２を配置するのが好ましい。一方、溝１５０の幅が小さい場合は、側面上だけに微粒子１５２を配してもよいが、溝１５０の幅が大きい場合は、底面上にも微粒子１５２を配置するのが好ましい。
い。
【００９２】
なお、上記のように分離用微粒子１５２を空洞残存配置型で溝に配置することによる効果は、チップ上の複数の溝１５０の分離モードが互いに異なるか否かに関わらず得られるものであるし、チップ上に溝１５０が一本だけ形成されている場合にも得られる。
例えば、 複数の溝１５０に対して、同一の微粒子１５２を空洞残存配置型で配設することによって複数のマイクロカラムを並設し、各マイクロカラムに別々の試料を流して並行して分離することもできるが、そのような場合でも、微粒子１５２を空洞残存配置型で配置することで、送液駆動圧力を低くできるので、接続部分での液漏れを防ぐことが容易である。
【００９３】
〔ＨＰＬＣ以外への適用〕
以上、マイクロカラムアレイチップをＨＰＬＣに適用する形態について説明したが、本発明のマイクロカラムアレイチップは、センサやリアクタといった用途にも適用できる。
センサに適用する例としては、チップ基板１００と同様の溝を形成した基板を準備し、味覚成分を吸着する物質を微粒子に吸着させておいて、その微粒子を溝の壁面上に配列することによって、味覚センサチップとする。そして、溝に試料液を流通させて、その味覚を検出する。
【００９４】
このセンサの場合も、１つのチップに複数の溝を並設し、各溝に、互いに種類の異なるセンサ微粒子を配設することによって、１枚のマイクロチップを用いて複数の検知モードで味覚を検知することができる。
リアクタに適用する例としては、チップ基板１００と同様の溝を形成した基板を準備し、微粒子に反応触媒を吸着させておいて、その微粒子を溝の壁面上に配列することによって、リアクタチップとする。そして、各溝にガスを流通させることによって触媒反応させる。
【００９５】
このリアクタの場合も、１つのチップに複数本の溝を並設し、各溝に、互いに種類の異なる触媒微粒子を配設することによって、１枚のマイクロチップを用いて複数の反応モードで反応させたり、複数種類のガスを並行して触媒反応させることも可能である。
また、このようにセンサやリアクタに適用する場合においても、センサ微粒子や触媒微粒子を空洞残存型で配置してチップを構成すれば、溝を流通させる液やガスの圧力損失を低減できるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、液相分析用のＨＰＬＣ分野に広く適用でき、センサやリアクタにも適用できる。特に、バイオ、食品、医薬分野への適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態にかかるマイクロカラムアレイシステムの基本構成を示す図である。
【図２】マイクロカラムアレイの送液ユニットにおいて、送液ユニットの配管系に試料を注入するインジェクト機構を示す図である。
【図３】図２に示した送液ユニットに送液選択機構を設けた例を示す図である。
【図４】実施例１にかかるマイクロカラムアレイシステムの分解斜視図である。
【図５】実施例１にかかる紫外線吸光測定機構を含む検出インターフェースブロックの断面図である。
【図６】実施例２にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成図である。
【図７】実施例３にかかるマイクロカラムアレイシステムの構成を示す斜視図である。
【図８】図７に示すマイクロカラムアレイシステムの断面を示す図である。
【図９】空洞残存配置型に形成した分離領域の横断面図である。
【図１０】空洞残存配置型に形成した分離領域の横断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ マイクロカラムアレイチップ
１０ 分離ユニット
１１Ａ〜１１Ｄ マイクロカラム
２０ 送液ユニット
２１ 分岐流路溝
２１ 主配管
２２ 枝配管
２３ 電磁弁
２５ 溶液ポンプ
３０ 注入ユニット
３１ 溶液バッファ
３１ サンプルバッファ
３１ バッファ
４０ 検出ユニット
４１ 流路溝
１００ チップ基板
１０５ カバープレート
１１０ 分離ブロック
１１１ マイクロカラム
１１１ａ 分離領域
１１１ｂ 前処理領域
１２０ 送液インターフェースブロック
１２１ 送液チューブ
１２２ 流路溝
１４０ 検出インターフェースブロック
１４１ 流路溝
２００ 支持フレーム
２１０ 分離ユニット
２１１ マイクロカラム
２２０ 送液インターフェースユニット
２３０ 注入ユニット
２４０ 検出ユニット
３００ カラム支持基板
３１０ 分離ユニット
３１１ 分離カラム
３２０ 送液インターフェースユニット
３３０ 注入ユニット
３４０ 検出インターフェースユニット
３４１ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカラムが列設されたカラムユニットと、
前記複数のカラムに送液する送液手段と、
前記複数のカラムに検出対象物を注入する注入手段と、
前記カラムユニットを経由した検出対象物を検出する検出手段とを備えることを特徴とするマイクロカラムアレイシステム。
【請求項２】
前記送液手段は、
前記複数のカラムの中から選択されたものに対して送液する送液選択機構を備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項３】
前記送液手段は、前記複数のカラムに分配する分岐流路を備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項４】
前記注入手段は、
前記分岐流路の前段または当該分岐流路に検出対象物を注入する注入口を供えることを特徴とする請求項３記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項５】
前記複数のカラムは、
基板に形成された複数のチャネルの内壁面に微粒子が層状に配置されて構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項６】
前記複数のカラムは、
空洞部を残して微粒子が充填された中空カラム領域を備えており、
前記空洞部は、前記中空カラム領域の入口から出口まで連通していることを特徴とする請求項５記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項７】
前記層状に配置された微粒子は、
当該微粒子を含む液を前記チャネルに充填し、液を乾燥させることによって配置されたものである請求項５または６記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項８】
前記検出手段は、
検出対象物に光を照射することによって検出し、
前記基板は、
前記検出手段が対象物に照射する光を透過させる光透過性であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載のマイクロカラムアレイチップ。
【請求項９】
前記注入手段は、
前記複数のカラムに、互いに異なる検出対象物を注入し、
前記検出手段は、
前記各カラムを経由した分離対象物を個別に検出する請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項１０】
前記カラムユニットに列設された複数のカラムは、
検出対象物群に対して作用するモードが互いに異なることを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項１１】
前記カラムユニットに列設された複数のカラムは、液クロ分離カラムであって、
分離モードが互いに異なることを特徴とする請求項１０記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項１２】
液体が流通するマイクロチャネル内に、前記液体と相互作用する微粒子が配されてなるマイクロチャネル粒子構造体 であって、
前記微粒子は、前記マイクロチャネルの内面上に層状に配され、
当該マイクロチャネル内における前記微粒子からなる層の上に液体が流通する空洞部が形成されていることを特徴とするマイクロチャネル粒子構造体。
【請求項１３】
前記微粒子は、
前記液に分離対象物群を含ませて流通させるときに、当該分離対象物群を分離する機能を有する分離用微粒子であることを特徴とする請求項１２記載のマイクロチャネル粒子構造体。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載のマイクロチャネル粒子構造体が、複数列設されてなるマイクロカラムアレイチップ。
【請求項１】
複数のカラムが列設されたカラムユニットと、
前記複数のカラムに送液する送液手段と、
前記複数のカラムに検出対象物を注入する注入手段と、
前記カラムユニットを経由した検出対象物を検出する検出手段とを備えることを特徴とするマイクロカラムアレイシステム。
【請求項２】
前記送液手段は、
前記複数のカラムの中から選択されたものに対して送液する送液選択機構を備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項３】
前記送液手段は、前記複数のカラムに分配する分岐流路を備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項４】
前記注入手段は、
前記分岐流路の前段または当該分岐流路に検出対象物を注入する注入口を供えることを特徴とする請求項３記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項５】
前記複数のカラムは、
基板に形成された複数のチャネルの内壁面に微粒子が層状に配置されて構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項６】
前記複数のカラムは、
空洞部を残して微粒子が充填された中空カラム領域を備えており、
前記空洞部は、前記中空カラム領域の入口から出口まで連通していることを特徴とする請求項５記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項７】
前記層状に配置された微粒子は、
当該微粒子を含む液を前記チャネルに充填し、液を乾燥させることによって配置されたものである請求項５または６記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項８】
前記検出手段は、
検出対象物に光を照射することによって検出し、
前記基板は、
前記検出手段が対象物に照射する光を透過させる光透過性であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載のマイクロカラムアレイチップ。
【請求項９】
前記注入手段は、
前記複数のカラムに、互いに異なる検出対象物を注入し、
前記検出手段は、
前記各カラムを経由した分離対象物を個別に検出する請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項１０】
前記カラムユニットに列設された複数のカラムは、
検出対象物群に対して作用するモードが互いに異なることを特徴とする請求項１〜９のいずれか記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項１１】
前記カラムユニットに列設された複数のカラムは、液クロ分離カラムであって、
分離モードが互いに異なることを特徴とする請求項１０記載のマイクロカラムアレイシステム。
【請求項１２】
液体が流通するマイクロチャネル内に、前記液体と相互作用する微粒子が配されてなるマイクロチャネル粒子構造体 であって、
前記微粒子は、前記マイクロチャネルの内面上に層状に配され、
当該マイクロチャネル内における前記微粒子からなる層の上に液体が流通する空洞部が形成されていることを特徴とするマイクロチャネル粒子構造体。
【請求項１３】
前記微粒子は、
前記液に分離対象物群を含ませて流通させるときに、当該分離対象物群を分離する機能を有する分離用微粒子であることを特徴とする請求項１２記載のマイクロチャネル粒子構造体。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載のマイクロチャネル粒子構造体が、複数列設されてなるマイクロカラムアレイチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
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【図６】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２９２６３６（Ｐ２００６−２９２６３６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１６１９０（Ｐ２００５−１１６１９０）
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（３９００２４４４２）株式会社ワイエムシィ (22)
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（３９００２４４４２）株式会社ワイエムシィ (22)
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