JP4415941B2 - チップとそのチップを用いた装置およびその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料に対して所定の操作を施すチップとそのチップを用いた装置およびその使用方法に関する。

近年、試料の前処理・反応・分離・検出などの化学操作をマイクロチップ上で行うマイクロ化学分析（μ−ＴＡＳ）が急速に発展しつつある。マイクロ化学分析によれば、使用する試料が微量ですみ、環境負荷も小さく高感度な分析が可能となる。

μ−ＴＡＳをはじめとする化学分析や生化学分析に用いられるチップは、基板に形成された流路や反応槽等の流路内で試料に対して所定の操作を行うように構成されているが、流路では、試料の漏出や乾燥が生じやすいため、試料の損失や分析感度の低下を生じやすかった。

特許文献１には、溝を形成したプラスチック製の板状部材の表面にプラスチックフィルム製のシール部材を接合することにより、キャピラリー電気泳動用の微細な管が形成されたチップが記載されている。このように、流路が一部の開口を残して被覆され、開放できない構成のチップの場合、上述の乾燥や漏出に対しては有効であると考えられる。

ところが、チップに設けられた流路を被覆し、開放できない構成とすると、流路内の液体や成分に直接操作することが困難となる。このため、操作の選択肢が限定される傾向にあった。また、流路内の液体や成分をチップ上の他の領域に移動させるための操作が必要であった。

たとえば、試料中に含まれる成分の質量分析を実施するには、分離された成分を真空中あるいは大気中に露出させ、レーザービームを照射するなどして気化させる必要がある。ところが、被覆された分離用チップを用いて分離を行った場合、被覆が妨げとなるため、分離された成分を直接気化することは困難であった。このため、チップの流路内に存在する物質の質量分析を行う際には、ポンプ等の駆動手段を用いて測定対象の物質をチップ外に取り出す必要があった（非特許文献１）。

また、チップに設けられた流路が被覆されていると、流路内の試料を別の試料で置き換えたり、試料内の成分を外部から直接操作したりすることが困難であった。

特許文献２では、泳動バッファーを充填したリザーバを、剥離可能なシールで封止した電気泳動チップが提案されている。特許文献２のチップは、使用時に泳動用のリザーバや流路に泳動バッファーを隙間なく充填するという手間のかかる手順を省いて操作を迅速化することを目的としている。つまり、あらかじめ泳動用のリザーバや流路に泳動バッファーを充填してあり、さらにリザーバをシールで封止してあるチップが提供される。このチップにおいて、フィルムには、手動でその一部を基板からひき剥がすことができるよう、一部接着されていない部分が設けられている。そして、チップの使用時にリザーバを被覆しているフィルムを、この接着されていない部分からひき剥がして露出させ、リザーバを満たしている泳動バッファーをピペットにて直接除去し、泳動させたい試料液に置き換えることで試料の充填を可能にしている。
特開２００３−４７００号公報 特開２０００−３１４７１９号公報 Ｄａｒｉａ Ｐｅｔｅｒｓｏｎ、他４名、「Ａ Ｎｅｗ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ａ Ｚｅｒｏ Ｄｅａｄ Ｖｏｌｕｍｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ Ｔｉｐ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ａｑｕｅｏｕｓ Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＣＥ−ＭＳ」、Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ２００２、２００２年、第２巻、ｐ．６９１−６９３ Ｍ．Ｂａｂａ、他５名、「ＤＮＡ ｓｉｚｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｌｙ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｍａｔｒｉｘ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００３年、８３巻、ｐ．１４６８

しかし、従来のチップは、以下の点で改善を要していた。まず、チップに設けられた流路を開放状態にすることが困難であった。このため、流路内の試料を他の操作に供する場合、流路内の試料をチップ内外の所定の場所に移動させるための駆動手段が必要であった。そのため、チップを含めた装置構成が複雑であり製造コストが高くなることがあった。また、流路内の試料を移動させることにより、試料に対する処理の全工程の終了までに要する時間が長くなっていた。

また、特許文献２に記載のチップの場合、フィルムをひき剥がしてリザーバを開放する構成であるため、開放する際に、互いに接近したリザーバの場合には、リザーバ内の試料が混ざり合って汚染しあうことがあった。このため、リザーバの集積化が困難であった。

すなわち、フィルムを引きはがす際は、剥がれつつあるフィルムと基板との間に僅かな隙間が必ず生じる。この隙間による毛細管効果により、流路内の試料がフィルムと基板の界面に沿って漏れ出す。さらに熱融着や接着剤により強固に接着されたフィルムを剥がす際は、振動を生じる。この振動がもとで、流路中の溶液が飛散するため、やはり近傍の流路内の試料が混ざりあい、汚染してしまう。そのため、特に複数の流路が互いに接近している集積度の高いチップに対して流路を開放する場合には、特許文献２に記載の構成を適用するのが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、チップに形成された流路内の試料を汚染することなく、流路を開放する技術を提供することである。

本発明によれば、基板の表面に溝状に形成された流路と、前記流路を覆う除去可能な蓋と、を有することを特徴とするチップとそのチップを用いた装置およびその使用方法が提供される。

本発明において、「チップ」とは、導入された試料に対し所定の操作を行う機能が付与された基板と蓋のことをいう。試料は、流路内にあれば、流路の内容物となる。また、試料は液体あるいは溶液であってもよく、また試料中には１つ以上の成分が含まれていてもよい。また、流路の形状は、たとえばストライプ状とすることができる。本発明におけるチップは、たとえば、基板表面に流路溝が設けられ、この流路溝中に液体が流動するように構成することができる。試料は、毛細管現象等を利用して流路中を移動するようにしてもよいし、電界や圧力などの外力を付与することにより移動するようにしてもよい。試料を移動させることにより、試料に対し分離、分析等の所定の操作を施すことができる。

本発明のチップは、除去可能な蓋を有する。このため、蓋を除去する前においては、蓋が流路の上面を形成し、流路と流路外部とを区画することができる。このため、流路内の試料の蒸発や乾燥、試料の漏出、または外来物質の侵入を抑制しつつ、試料に対して所定の処理を施すことが可能となる。また、使用後においては、流路内の試料を安定的に保持しつつ、蓋を除去し、流路の上部を開放することができる。このため、開放する際に、流路内の試料が流路の外部に毛細管現象等によって漏出したり、流路内の試料が混和により汚染したりすることを抑制することができる。

なお、本明細書において、流路の「汚染」として、たとえば流路の内容物の乾燥や蒸発、試料の漏出、流路への外来物質の侵入、異なる流路内の試料に含まれる成分同士の混和、または電気泳動などにより一つの流路内で空間的に分離されていた成分同士の混和等が挙げられる。

また、流路の開放時に生じる流路内の試料の汚染には、一つの流路中の所定の範囲にとどまっていた試料が、流路中を大きく移動し、分離されていた成分同士が混和する場合、または、基板に複数の流路が設けられており、これらの流路内の試料が互いに混和する場合が考えられる。本発明のチップでは、これらの汚染を抑制することができる。本発明のチップによれば、試料を汚染せずに流路を開放することができるため、流路内の微小空間内の任意の領域に存在する試料に直接操作を加えることが可能となる。よって、迅速で確実な操作が可能となる。

また、本発明のチップにおいては、基板の表面上に溝状に形成された流路と、前記蓋が前記流路を覆う構成となっている。溝状に形成された流路を覆う蓋を設けることにより、これらの流路内の試料に対して所定の操作を安定的に施すことができる。また、蓋を基板の表面から除去する際に、流路内の試料が基板と蓋との隙間から毛細管現象により移動し、流路中で分離されていた試料中の成分が混和してしまわないようにすることができる。また、流路内の試料を流路の出口から順次他の処理場に運搬する必要がなく、流路中の所定の領域に存在する試料に対し、所定の操作を施すことができる。また、試料に対し、連続的な処理が可能となる。

本発明のチップにおいて、前記蓋は、板状部材からなってもよい。また、前記蓋を板状の蓋とすることができる。こうすることにより、流路の上部を確実に被覆することができる、試料の乾燥または漏出を抑制することができる。

本発明によれば、前記チップの使用方法であって、前記基板と前記蓋とを当接させた状態で、前記蓋の表面に垂直な方向に圧力を付与することを特徴とするチップの使用方法が提供される。この方法によれば、基板の表面に溝状に形成された流路を蓋によりさらに確実に被覆することができる。また、流路の上部を開放させる際には、圧力を解除し、容易に前記蓋を前記基板より除去することができる。なお、基板の表面に蓋を圧接する手段は、たとえばねじ、油圧装置、水圧装置、または気圧装置とすることができる。こうすることにより、基板と蓋とが密着した状態で固定することができる。

本発明のチップにおいて、前記基板と接触する前記蓋の表面が疎水性または撥水性の材料により構成されてもよい。また、本発明のチップにおいて、前記蓋の表面の前記基板と接触する部分もしくは全面が疎水性または撥水性であってもよい。また、本発明のチップにおいて、前記流路を形成する溝の壁面もしくは前記蓋の表面または前記壁面と前記蓋の前記表面との両方が疎水性または撥水性であってもよい。こうすることにより、流路内の試料が蓋の表面に移動することが抑制される。このため、蓋を除去する際の流路内の試料の汚染を確実に抑制することができる。

本発明のチップにおいて、前記基板の前記流路が形成された表面が疎水化または撥水化された構成とすることができる。こうすることにより、流路の試料が基板の表面に移動することが抑制される。このため、蓋を除去する際の流路内の試料の汚染を確実に抑制することができる。

本発明のチップにおいて、前記蓋の少なくとも一部が弾性材料により構成されてもよい。こうすることにより、蓋を基板表面にさらに確実に密着させることができる。このため、流路をさらに確実に被覆することができる。この構成において、前記弾性材料は、前記基板と密着し、粘弾性を備えていることができる。こうすれば、蓋と基板との密着性をさらに向上させることができる。

本発明のチップにおいて、前記基板は複数の前記流路を有し、前記基板または前記蓋に、混入防止剤が設けられてもよい。こうすることにより、蓋を基板から脱離させる際に、基板と蓋との間隙を流路中の水系溶媒が一の流路から毛細管現象により移動し、他の流路に混入しないようにすることができる。このため、これらの複数の流路内の試料の混和を抑制することができる。よって、流路の汚染を防止することができる。たとえば、本発明のチップにおいて、前記基板または前記蓋の表面に、前記混入防止剤を保持する溝部が設けられていてもよい。

本発明のチップにおいて、前記混入防止剤が油脂であってもよい。こうすることにより、水系の試料が流路から基板と蓋との間隙を経由して他の流路に混入しないようにすることができる。

本発明のチップにおいて、前記蓋は、前記基板の表面に吸着する吸盤部を有することができる。吸盤部を有する蓋を基板の表面に吸着させることにより、流路をさらに確実に被覆することができる。また、所望のタイミングで容易に除去することができる。

本発明のチップにおいて、前記基板と接触する前記蓋の表面に、疎水性または撥水性の接着剤が設けられてもよい。こうすることにより、さらに確実に流路を被覆することができる。

本発明のチップにおいて、前記流路の所定の位置を開口させるストリップ部を有してもよい。こうすることにより、流路内の試料の汚染をさらに確実に抑制することができる。このため、チップ中に流路を高集積で形成することが可能となる。本発明において、前記ストリップ部はテープ状とすることができる。こうすることにより、さらに容易に流路を開放することができる。また、前記ストリップ部は、前記基板に接合されていない領域を一部に有していてもよい。

また、前記ストリップ部は、前記シート中の複数の切込を外周とする領域とすることができる。また、この構成において、シートが配向性高分子の膜であって、切込が前記配向性高分子の配向方向に沿って設けられていてもよい。こうすれば、さらに容易にストリップ部を基板から剥離することができる。

本発明のチップにおいて、前記ストリップ部は、前記蓋の表面に接合された除去用フィルムを含み、前記除去用フィルムを剥離することにより前記開放部を開放するように構成されてもよい。こうすることにより、流路の所定の位置を容易に開放することができる。本発明において、前記除去用フィルムの外周の長手方向に沿って前記蓋に前記切込が設けられていてもよい。こうすることにより、さらに容易にストリップ部を基板から剥離することができる。

本発明のチップにおいて、前記ストリップ部は、前記流路の近傍において前記蓋に設けられ、前記ストリップ部は前記基板の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有する材料により構成されてもよい。こうすることにより、ストリップ部を加熱して蓋を破断させ、流路を開放することができる。また、ストリップ部の所定の位置を加熱することにより、開放される流路の位置を選択することができる。

また、本発明によれば、前記チップの使用方法であって、前記ストリップ部にレーザー光を照射することにより前記流路を開放することを特徴とするチップの使用方法が提供される。本発明によれば、レーザー光を照射することにより、基板の表面の所定の位置を選択的に加熱することができる。このため、ストリップ部を確実に加熱し、流路上部に設けられた蓋を除去することができる。

本発明のチップにおいて、前記基板または前記蓋がシリコーン樹脂により形成されてもよい。こうすることにより、基板と蓋とをさらに確実に密着させることができる。このため、流路内の試料の乾燥や漏出を確実に抑制することができる。また、蓋を除去する際に、基板または蓋の表面に流路内の試料が漏出することを抑制できる。このため、流路内の試料の汚染をさらに確実に抑制することができる。

本発明のチップにおいて、前記蓋は、シリコーン樹脂を含むシールであって、前記シールは、粘着力の低下が、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲の粘着力の最高値の２０％以内である使用温度範囲に、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲を含んでもよい。こうすることにより、前記温度範囲内においては、基板と蓋とをより一層確実に密着させることができるとともに、前記温度範囲以下においては、蓋の除去をより一層容易な構成とすることができる。

本発明のチップにおいて、前記基板または前記蓋がアクリル樹脂により形成されてもよい。こうすることにより、基板と蓋とをさらに確実に密着させることができる。このため、流路内の試料の乾燥や漏出を確実に抑制することができる。また、蓋を除去する際に、基板または蓋の表面に流路内の試料が漏出することを抑制できる。このため、流路内の試料の汚染をさらに確実に抑制することができる。

本発明のチップにおいて、前記蓋は、アクリル樹脂を含むシールであって、前記シールは、粘着力の低下が、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲の粘着力の最高値の２０％以内である使用温度範囲に、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲を含んでもよい。こうすることにより、前記温度範囲内においては、基板と蓋とをより一層確実に密着させることができるとともに、前記温度範囲以下においては、蓋の除去をより一層容易な構成とすることができる。

本発明のチップにおいて、前記基板の前記蓋との接触面または前記蓋の前記基板との接触面に導気溝が形成されてもよい。また、本発明のチップにおいて、前記基板の表面に少なくとも一部が外気に開放された導気溝を有する構成とすることができる。こうすれば、導気溝に気体を導入し、基板と蓋との界面に気体を流通させることができる。このため、蓋を気体の圧力によって基板の表面から容易に脱離させ、その際の流路内の試料の汚染を抑制することができる。また、前記蓋を前記基板に密着させるときに、空気抜きの穴として作用し、前記蓋と前期基板の間に気泡が残ることを防止することが出来る。

本発明のチップにおいて、前記基板の前記流路内の少なくとも前記蓋がある部分に、凸構造を設けたことを特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、前記蓋のたわみにより、前記流路が潰れることを防ぐことができる。また、こうすることにより、前記蓋を除去する時、またそれ以降の実験手順において、前記流路内に試料を保持することができる。

本発明のチップにおいて、流路幅方向に８０μｍ以下の間隔で１つ以上の前記凸構造が形成され、且つ流路長手方向に８０μｍ以下の間隔で１つ以上の前記凸構造が形成され、且つ前記凸構造の上面が、前記蓋と接触している構造を特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、前記蓋のたわみにより、前記流路が潰れることを確実に防ぐことができる。

本発明のチップにおいて、前記凸構造が、特に前記凸構造の中心間が２０μｍ以内の間隔であるように形成されたことを特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、前記蓋のたわみにより、前記流路が潰れることを、より確実に防ぐことができる。また、前記流路内の試料と前記凸構造との間の接触面積、ひいては摩擦抵抗を増大させることができる。このため、前記蓋を除去する時、またそれ以降の実験手順において、前記流路内に試料を保持することができる。

本発明のチップにおいて、前記凸構造が、凸構造の流路上面に垂直な面への投影面積の全周にわたる総和が、前記蓋が流路内の試料と接する表面積に対して０．５倍以上であるような構造であることを特徴とするチップであってもよい。凸構造の流路上面に垂直な面への投影面積の全周にわたる総和とは、たとえば凸構造の側面が上面に対する傾斜面あるいは垂直面である場合、その凸構造を流路上面に対して垂直な面へ投影した場合の、その投影面積を凸構造の外周に沿って積分した面積を、意味する。こうすることにより、前記蓋のたわみにより、前記流路が潰れることを、より確実に防ぐことができる。また、前記流路内の試料と前記凸構造との間の接触面積、ひいては摩擦抵抗を増大させることができる。このため、前記蓋を除去する時、またそれ以降の実験手順において、前記流路内に試料を保持することができる。

本発明のチップにおいて、前記凸構造が、流路上面の面積の０．０６％より多い面積を前記凸構造の上面の面積がしめていることを特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、前記凸構造が作製プロセスの容易な柱状構造であるときに、前記蓋のたわみにより、前記流路が潰れることを、より確実に防ぐことができる。また、前記流路内の試料と前記凸構造との間の接触面積、ひいては摩擦抵抗を増大させることができる。このため、前記蓋を除去する時、またそれ以降の実験手順において、前記流路内に試料を保持することができる。

本発明のチップにおいて、凸構造上面の面積が、凸構造底面の面積よりも大きい構造を特徴とするチップであってもよい。凸構造上面の面積が、凸構造底面の面積よりも大きい構造とは、逆テーパー形状、あるいはハンマーヘッド形状を含む。こうすることにより、前記蓋を除去する時、またそれ以降の実験手順において、前記流路内に試料を保持することができる。

本発明のチップにおいて、前記流路の側面が凹構造であることを特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、前記蓋を除去する時、またそれ以降の実験手順において、前記流路内に試料を保持することができる。

本発明のチップにおいて、前記蓋が冷却により前記基板との密着状態を失う性質を有することを特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、前記蓋を前記基板から除去するときに、前記蓋を冷却することによって、容易に蓋を除去することができる。さらに、流路と流路内の試料に前記蓋の成分が残留することで生じる汚染も防ぐことが出来る。また、冷却により、流路内の試料が凍結する場合においては、試料中の成分を分離した状態で、試料を固定することが出来る。このため、流路内の試料中の汚染を防ぎながら、容易に蓋を除去することが出来る。

本発明のチップにおいて、前記蓋は、前記流路を覆うように構成された隔壁と、前記流路内の試料と前記隔壁との間に形成された空間を満たす液体とを含んでもよい。こうすることにより、流路内の試料と蓋との間に空隙が生じないようにすることができる。このため、試料の漏出または乾燥をさらに確実に抑制することができる。

本発明のチップにおいて、前記液体の比重が前記流路内の試料の比重よりも小さくてもよい。こうすることにより、液体と試料との混和を抑制し、液体によって試料を確実に被覆することができる。

本発明のチップにおいて、前記液体の凝固点が前記流路内の試料の凝固点より低い構成とすることができる。こうすることにより、試料のみを選択的に凝固させることができる。このため、試料を固定化した状態で、液体を除去し、流路の上部を開放することが可能となる。

本発明によれば、内部に流路が形成され、表面に溝が設けられたチップであって、前記溝に沿って割断したとき、前記流路の一部が開放されるように構成されたことを特徴とするチップが提供される。

本発明のチップは、溝に沿って割断したときに流路の一部が開放されるように構成されているため、所望のタイミングでチップを割断し、流路を開放することができる。このため、流路内の試料に対して直接操作を加えることが可能となる。また、流路を開放する際の試料の汚染を抑制することができる。なお、流路を開放する位置または方向は、溝を設ける位置により適宜設計することができる。

本発明のチップにおいて、表面に流路が設けられた基板と、前記流路を覆う蓋と、を有し、前記溝が前記基板または前記蓋の少なくともいずれかに設けられてもよい。こうすることにより、切込に沿ってチップを割断し、基板の表面に形成された流路を切込側から露出させることができる。このため、微小空間を確実に開放し、試料に対して直接操作を加えることができる。また、表面に流路が設けられた基板と蓋とを別々に作製し、組み合わせて用いることができる。このため、チップの設計の自由度を高めることができる。また、チップを安定的に作製することができる。本発明において、前記切込は、たとえば前記流路が設けられた面に水平な面に設けることができる。

本発明のチップにおいて、前記蓋は、前記基板に接合されて前記流路を覆い、前記流路の形成方向に沿って、前記基板との非接触面から前記基板との接触面に向かう切込が前記非接触面に設けられ、前記切込に沿って割断したときに、前記流路が開放されるように構成されてもよい。こうすることにより、切込から蓋を割断した際にも、流路を容易に開放することができる。また、開放する際の流路の汚染を抑制することができる。

本発明のチップにおいて、前記切込が、前記流路の形成方向に沿って前記基板の底面にさらに設けられてもよい。こうすることにより、さらに小さい力で確実に基板および蓋を割断し、流路を開放することができる。

本発明において、前記流路内の試料を凍結膨張させて、前記蓋を前記切込から割断することができる。試料を凍結させることにより、外力を付与することなく、容易に流路を開放することができる。

本発明のチップにおいて、前記基板と接触する前記蓋の表面に多孔質層が設けられてもよい。こうすることにより、基板と蓋とを脱離させる際の流路内の試料の汚染を抑制する一方、基板の表面に垂直な方向に外力を付与した際には、流路の試料を多孔質層の空隙に確実に移動させ、蓋に転写することが可能となる。このため、流路内の試料を容易に流路の外部に取り出すことが可能となる。本発明のチップにおいて、基板の表面に垂直な方向に付与する外力は、たとえば電圧とすることができる。

本発明のチップにおいて、前記基板が多孔質材料により構成されてもよい。こうすることにより、基板に垂直な方向に気圧を付与し、流路内の試料を容易に蓋に移動させることができる。

本発明のチップにおいて、前記流路内の試料が凍結状態であってもよい。こうすることにより、流路内の試料中の成分の混和などの汚染を防ぐことが出来る。特に、流路内の試料に対して、分離などの処理を行い、試料中で空間的に分離されていた成分同士の混和を防ぐことが出来る。また、前記蓋を除去するときに、前記蓋と前記基板との間に生じる僅かな隙間にて試料が漏れ出すことを防ぐことが出来る。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構とを、少なくとも備えた装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料を固定する作業が容易になる。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構と、前記蓋により密閉された前記流路の内容物を含む領域を開放する機構を具備していることを特徴とする装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料を固定する作業と流路を開放する作業が容易になる。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構と、前記蓋により密閉された前記流路内の試料を含む領域を開放する機構とを有し、且つ溶媒乾燥機構を具備していることを特徴とする装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料を固定する作業、流路を開放する作業、流路内の試料を乾燥させる作業が本装置によってなされるため、作業が容易になる。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構とを有し、前記固定する機構が、前記流路内の試料の流動性を喪失させることによって固定化する機構であることを特徴とする装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料の流動性を喪失させることによって容易に固定することができ、作業が容易になる。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構とを有し、前記固定する機構が、特に前記流路中の前記溶液を凍結するチップ冷却機構である装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料を凍結させて、流路内の試料の流動性を喪失させることができる。このため、固定のための作業が容易になる。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構と、前記蓋により密閉された前記内の試料を含む領域を開放する機構とを有し、且つ溶媒乾燥機構を具備しており、前記溶媒乾燥機構が、特に密閉槽と溶媒が昇華可能な圧力まで前記密閉槽内を減圧する機構からなる装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料を固定し、流路を開放した状態で、流路内の試料の溶媒を昇華させる作業が容易になる。

本発明のチップを用いた装置において、前記チップと、前記流路内の試料を前記流路内で固定する機構と、前記蓋により密閉された前記流路内の試料を含む領域を開放する機構とを有し、且つ溶媒乾燥機構を具備しており、前記溶媒乾燥機構が、特に溶媒が蒸発可能な温度まで前記チップを加熱する機構からなることを特徴とする装置であってもよい。こうすることにより、流路内の試料を固定し、流路を開放した状態で、流路内の試料の溶媒を蒸発させる作業が容易になる。

本発明によれば、前記チップの使用方法であって、前記流路内の試料を固定化した後、前記流路を開放することを特徴とするチップの使用方法が提供される。こうすることにより、蓋を基板から脱離させる際の、微小空間の試料の運動を抑制することができる。このため、試料の汚染をさらに好適に抑制することができる。また、本発明において、基板の表面に溝状に形成された流路と、前記流路を覆う除去可能な蓋を有し、前記流路を被覆した状態で、前記流路の試料を固定化した後、前記流路を開放してもよい。

本発明のチップの使用方法において、前記流路内の試料を凍結させることにより固定化してもよい。こうすることにより、流路内の試料を容易に不動化することができる。このため、試料の汚染を容易に抑制することができる。

なお、本発明に係るチップにおいて、流路内の試料に所定の操作を加える際には、外力の付与によりその機能を果たす形態とすることもできるが、試料の流動にしたがって自動的に所定成分の移動が生じる構成とすることが好ましい。こうすれば、外部の駆動装置を用いることなくチップ自体の構成によって、試料の分離や分析等の操作を実行することができる。こうした構成は、液体を移動させる駆動力として毛細管現象等を利用することにより実現できる。

本発明によれば、前記チップの使用方法であって、前記流路を開放した後に、前記流路内の試料を自然乾燥させることを特徴とするチップの使用方法が提供される。この構成によれば、流路内の試料を汚染することなく乾燥することができるため、チップの取り扱い性が向上する。

本発明によれば、前記チップの使用方法であって、前記流路を開放した後に、前記流路内の試料を凍結乾燥させることを特徴とするチップの使用方法が提供される。この構成によれば、流路内の試料が大量である場合でも、試料を汚染することなく乾燥することができるため、チップの取り扱い性が向上する。

本発明のチップの使用方法において、基板の表面に垂直な方向に外力を付与した際には、流路内の試料を多孔質層の空隙に確実に移動させ、蓋に転写することが可能となる。こうすることにより、流路内の試料を容易に不動化することができる。このため、試料の汚染を容易に抑制することができる。また、流路内の試料を容易に流路の外部に取り出すことが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、チップに形成された流路内の試料を汚染することなく、流路を開放する技術が実現される。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

本実施形態に係るチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。 本実施形態に係るチップを固定装置に固定した状態を示す斜視図である。 図５のＢ−Ｂ’断面図である。 本実施形態に係るチップを固定装置に固定した状態を示す断面図である。 本実施形態に係るチップおよび固定装置の台を組み立てた状態を示す上面図である。 本実施形態に係るチップを固定装置に固定した様子を示す断面図である。 本実施形態に係るチップのフタの構成を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す上面図である。 図１３のＣ−Ｃ’断面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す上面図である。 図１５のＣ−Ｃ’断面図である。 図１５のＣ−Ｃ’断面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す上面図である。 図１８のＡ−Ａ’断面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップへのサンプル導入方法を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態に係るチップの使用手順を説明するための断面図である。 本実施形態のチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態のチップの構成部品を示す上面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。 本実施形態のチップの流路の構成を示す斜視図である。 本実施形態のチップの流路の構成を示す断面図である。 本実施形態のチップの流路の構成を示す平面図である。 本実施形態のチップの基板の構成を示す平面図である。 本実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。 本実施形態に係る凍結乾燥用アタッチメントの構成を示す断面図である。 実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。 本実施形態に係るチップの凍結乾燥装置を示す図である。 図４２に示した凍結乾燥装置の乾燥室とチップ台の構造を示す図である。 図４２に示した凍結乾燥装置の乾燥フィルタの構造を示す図である。 図４２に示し凍結乾燥装置のヒータユニットの構造を示す図である。 実施例に係る等電点分離後のタンパク質のフォトンカウントの結果を示す図である。 実施例に係る等電点分離および凍結乾燥後のタンパク質のフォトンカウントの結果を示す図である。 本実施形態に係るチップを用いた装置の構成を示す図である。 本実施形態に係るチップを用いた装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

本発明において、チップは流路を有し、流路は開放可能である。また、流路を開放した際の流路内の試料の汚染が抑制される構成となっている。以下、本発明のチップにおいて、流路が、基板の表面に設けられた流路溝である場合を例に説明する。基板の表面に溝が形成されている態様において、流路の用途は流路に限定されない。たとえば、流路は試料に対して所定の反応を行う反応槽や、試料中の成分の検出を行う検出槽などの液溜めであってもよいし、その他の態様であってもよい。また、溝状の流路の一部に拡張領域が設けられていてもよい。このとき、拡張領域を上記の反応槽や検出槽とし、それ以外を流路とすることもできる。

本発明のチップは、試料中の成分の分離、分析、分注、希釈等種々の操作に適用可能であるが、以下においては、特に示さない限り、チップ中の流路で試料中の成分の分離を行う場合を例に説明する。以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。また、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
本実施形態は、基板の表面に設けられた流路を被覆するフタが基板表面に装着されるチップに関する。図１〜図３は、本実施形態のチップの構成部品を示す上面図である。図４は、図１〜図３のＡ−Ａ’断面図であり、本実施形態のチップ１１２を組み立てた状態を示す図である。図５は本実施形態のチップ１１２を固定装置に固定した様子を示す斜視図であり、図６は図５のＢ−Ｂ’断面図である。図４８は、本実施の形態のチップを用いた装置の図である。図４９は、本実施の形態のチップを用いた装置の図である。以下、図１〜図６、図４８、図４９を用いて本実施形態のチップについて説明する。

図４に示すように、チップ１１２は、基板１０３およびフタ１１３を含む。フタ１１３は、樹脂層１０２および板状フタ１０１を含み、これらは接合されていてもよい。また、板状フタ１０１が樹脂であり、樹脂層１０２であってもよい。板状フタ１０１、樹脂層１０２、および基板１０３の大きさは同程度とすることができる。

図３に示すように、基板１０３に流路１０７ａおよび流路１０７ｂが形成され、これらの流路の両端には、それぞれリザーバ１０５ａおよび１０５ｂ、１０５ｃおよび１０５ｄが形成されている。ここで、流路１０７ａおよび流路１０７ｂは上述の流路に相当する。ここでは、流路１０７ａを投入用流路とし、流路１０７ｂを分離用流路とする。基板１０３の材料として、たとえば石英もしくはガラス、シリコン等の微細加工しやすい材料が好適に用いられる。

図１および図２に示すように、板状フタ１０１と樹脂層１０２には、基板１０３に設けられたリザーバ１０５ａ、リザーバ１０５ｂ、リザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄに対応する位置に、これらのそれぞれと同程度の大きさを有する穴１１５ａ、穴１１５ｂ、穴１１５ｃ、および穴１１５ｄが設けられている。これらの穴１１５ａ〜１１５ｄを介して、基板１０３上の流路１０７ａ、流路１０７ｂに泳動バッファーを導入することができる。また、電気泳動用の電極を設置する。

なお、穴１１５ａ〜穴１１５ｄの内径に等しい外径の管１１０をそれぞれの穴に設けてもよい。管１１０を設けることにより、管１１０の長さを調節して穴１１５ａ〜穴１１５ｄの深さを容易に調節することができる。たとえば、管１１０を板状フタ１０１の上面よりも突出させることにより、穴１１５ａ〜穴１１５ｄを充分深くすることができる。このため、電気泳動の際に、穴１１５ａ〜穴１１５ｄの中の液体の乾燥を抑制し、電極間に確実に電圧を印加することができる。

板状フタ１０１の材料としては、たとえば石英、ガラス、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などのアクリル樹脂、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等のシリコーン樹脂など、丈夫で平坦に加工しやすい性質の材料や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリ塩化ビニルなどのポリオレフィン、またはポリエステルなどが好適に用いられる。また、樹脂層１０２の材料としては、たとえば、ＰＤＭＳや、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ポリ塩化ビニルなどのポリオレフィン、アクリル樹脂、またはポリエステルなどが用いられる。樹脂層１０２として、多少の弾性変形を許す材料を用いることが好ましい。弾性変形を有する材料とすることにより、板状フタ１０１を基板１０３の表面に圧接させて、樹脂層１０２を基板１０３の表面に確実に密着させることができる。また、樹脂層１０２は、たとえばＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂などの撥水性、撥油性を有する材料が好適に用いられる。また、樹脂層１０２は、主な部分を他の材料とし、その表面にＰＴＦＥなどによる撥水または撥油処理を施してもよい。

チップ１１２の作製は、たとえば次のようにして行う。基板１０３に溝を形成し、流路１０７ａおよび流路１０７ｂとする。また、これらの流路に連通するリザーバ１０５ａ〜リザーバ１０５ｄを形成する。これらの形成は、基板１０３としてプラスチック材料を用いる場合、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板１０３の材料の種類に適した方法で行うことができる。流路１０７ａおよび流路１０７ｂの幅は、流路中で試料に施す操作に応じて適宜設定される。たとえば、細胞の液状分画成分（細胞質）のうち、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）の抽出を行う場合、５μｍ〜１０００μｍ、とすることができる。また、板状フタ１０１と樹脂層１０２とを接合する場合、これらの固定はたとえば接着剤を用いた接着や、熱融着等によることができる。得られたフタ１１３に、穴１１５ａ〜穴１１５ｄを形成する。

図５および図６に示したように、本実施形態のチップ１１２は、固定装置１１１に固定して用いてもよい。固定装置１１１は、押さえ板１０４、基板１０３を設置する台１０８および押さえ板１０４を押しつける圧力を調整可能なねじ１０６を有する。

固定装置１１１の材料として、アルミニウム、ステンレススチール（ＳＵＳ）、チタン等、強度の高い材料が好適に用いられる。また、固定装置１１１に適用するチップ１１２が電気泳動用チップである場合、固定装置１１１の表面をエポキシ樹脂などの絶縁性材料で被覆することができる。

固定装置１１１を用いると、チップ１１２のフタ１１３を基板１０３上に固定することができる。このとき、フタ１１３を基板１０３に押しつけて固定するため、これらを密着させ、流路１０７ａおよび流路１０７ｂを被覆した状態で安定に、流路から試料が漏れることなく固定することができる。

次に、本実施形態のチップ１１２の使用方法について説明する。まず、基板１０３上の流路１０７ａ、流路１０７ｂを被覆するために、基板１０３にリザーバ１０５ａ〜リザーバ１０５ｄの位置を合わせながらフタ１１３を載せて台１０８に設置する。次に図６に示したように、フタ１１３の一部を、押さえ板１０４で押さえ、ねじ１０６を回し下げることで、フタ１１３を基板１０３に押しつけてゆく。樹脂層１０２が多少変形し、流路１０７ａおよび流路１０７ｂがフタ１１３により隙間なく完全に被覆されるまでねじ１０６を回し下げる。こうして、基板１０３上にフタ１１３が固定される。

また、流路１０７ａおよび流路１０７ｂを開放する際は、固定装置１１１のねじ１０６を回し上げることで、フタ１１３を基板１０３に押しつける圧力を解除し、押さえ板１０４とともにフタ１１３を取り除く。基板１０３とフタ１１３との間に狭い隙間が生じた場合にも、樹脂層１０２をＰＴＦＥ系樹脂やＰＤＭＳなどの疎水性の材料とすることにより、隙間で起こる毛細管現象を抑制し、流路の内部の液体の汚染を避けることができる。

このように、本実施形態のチップ１１２を固定装置１１１と組み合わせて用いることにより、フタ１１３を基板１０３上に押しつけて固定することができる。このため、流路１０７ａおよび流路１０７ｂを確実に被覆することができる。また、フタ１１３の表面を疎液性または撥液性の材料で構成することにより、試料のフタ１１３への付着を確実に抑制することができる。たとえば、フタ１１３の表面を疎水性または撥水性とすることができる。また、フタ１１３は基板１０３上から容易に除去することが可能であるため、流路１０７ａまたは流路１０７ｂ内の試料に対し、直接アプローチすることが可能となる。

なお、フタ１１３において、板状フタ１０１と樹脂層１０２とが独立の部材であってもよい。

なお、固定装置１１１は、温度制御機能を備えていてもよい。温度制御機能としては、ペルチェなどを備えていてもよい。これにより、試料の分離において、分離性能の向上などを目的として温度制御が必要とされる場合に、固定装置１１１を用いることができる。チップ１１２を固定装置に装着し、分離に最適な温度で分離を行うことができる。

また、固定装置１１１は、流路１０７ａ、流路１０７ｂ中で試料を固定するために用いることができる。例えば、固定装置１１１が、冷却機能を持つ場合には、流路１０７ａ、流路１０７ｂ内で、試料を凍結させることができる。したがって、試料中の成分ごと、試料をその空間位置を固定することができる。

なお、流路１０７ａ、流路１０７ｂ中の試料を固定するための装置は、図４８の試料固定装置４０００であってもよい。このため、固定装置１１１を、試料を固定するために用いるときには、試料固定装置４０００でもある。また、試料固定装置４０００は、フタ１１３を固定する機構は持たず、試料を固定する機構、たとえば試料を冷却する温度調整機構または冷却機構のみをもっていてもよい。

また、図４８および図４９に示したように、固定装置１１１はチップ１１２と共に密閉槽４００７を具備していてもよい。特に、密閉槽４００７内には、試料固定装置４０００を配置していてもよく、試料固定装置４０００は、チップ１１２のみ、あるいはチップ１１２と固定装置１１１と接していてもよい。

また、図４８および図４９に示したように、チップ１１２のみ、あるいはチップ１１２と固定装置１１１は、密閉槽４００７に配置されていてもよい。特に、密閉槽４００７内には、試料固定装置４０００を配置していてもよく、試料固定装置４０００は、チップ１１２のみ、あるいはチップ１１２と固定装置１１１と接していてもよい。

また、密閉槽４００７には、真空引き用バルブ４００５があり、真空引き用バルブ４００５は、金属や樹脂製のチューブによって、真空ポンプ４００６につながっていてもよい。これにより、密閉槽４００７を真空状態にすることができる。また、密閉槽４００７には、チップ１１２の電極と通じている導線を密閉槽４００７外部に延長するコネクターがあり、このコネクターを通して外部の電源４００１から、電極へ電圧を印加することができる。

また、密閉槽４００７の外側あるいは内側に、試料中の成分の分離状態などをモニターするための測定機構４００４があってもよい。測定機構４００４の検出方法は、光学的な方法であってもよい。光学的検出としては、たとえば、あらかじめ試料中の成分に蛍光物質を結合させておき、流路１０７ａ、流路１０７ｂに沿ってレーザーを照射し、試料中の成分から発せられる蛍光を観測することによって行うことができる。このとき、たとえばＸ−Ｙ自動ステージと蛍光顕微鏡とフォトマルチプライヤーとを組み合わせた蛍光測定システムを使って、測定をおこなってもよい。蛍光顕微鏡の台として、Ｘ−Ｙ自動ステージを使用する。チップはＸ−Ｙ自動ステージのステージ上に載せ、流路１０７ａ、流路１０７ｂに蛍光顕微鏡の光学系を通じて励起光を照射する。流路１０７ａ、流路１０７ｂの蛍光測定では、蛍光顕微鏡の光学系を通じてフォトマルチプライヤーにてフォトンカウントをおこなうことができる。

また、密閉槽４００７は、基板１０３からフタ１１３を取り除くために用いられる図４９の開放機構４００２を備えていてもよい。開放機構４００２は、さらにフタ１１３を取り除くための作業を行うロボットアーム４００３を備えていてもよい。なお、開放機構は、これに限らず、真空ピンセットなどを備えていてもよい。このロボットアーム４００３を用いて、フタ１１３を固定しているねじ１０６を外し、押さえ板１０４を取り除くことができる。

なお、図４８および図４９に示した構成については、第１２の実施形態においても後述する。

図５、図６に戻り、チップ１１２に所定の流路やリザーバを設けることにより、分離、分析等所望の操作を試料と試料中の成分に施すことができる。たとえばチップ１１２を用いて電気泳動と質量分析を連続して行うことが可能である。この場合、まず、チップ１１２を固定装置１１１に装着し、流路１０７ａおよび流路１０７ｂがフタ１１３により完全に被覆された状態で、リザーバ１０５ａ〜リザーバ１０５ｄのいずれかのリザーバから泳動バッファーを導入し、流路１０７ａおよび流路１０７ｂ内に泳動バッファーを充填する。

次に、流路１０７ａのリザーバ１０５ａに、泳動する試料を導入する。次いで、白金電極をリザーバ１０５ａ〜１０５ｄに挿入する。白金電極を介してリザーバ１０５ａと１０５ｂ間に電圧を印加すると、リザーバ１０５ａ内部の試料がリザーバ１０５ｂの方向へ流れだし、流路１０７ａを満たす。この時点で、流路１０７ａと流路１０７ｂとの交点には、流路１０７ａと流路１０７ｂのそれぞれの流路幅程度の長さの辺をもった長方形状、つまり狭いバンド状になった試料が存在する状態になる。この状態で、リザーバ１０５ｃと１０５ｄとの間に電圧を印加し、流路１０７ｂ内で試料中の成分を電気泳動により分離する。

固定装置１１１に備わった温度調節機構を用いて、電気泳動による分離が終了した後、試料と泳動バッファーとを冷却し、凍結してもよい。凍結することによって、分離された試料中の成分同士の混和を防ぐことができる。この段階では、チップ１１２は冷凍されており、流路１０７ｂ中に、凍結した試料とその成分を、流路１０７ａ中に、凍結した泳動バッファーを、保持した状態である。

固定装置１１１に備わった温度調節機構により、流路内の試料と泳動バッファーとを凍結状態に保ったまま、開放機構４００２のロボットアーム４００３により、白金電極を外し、固定装置１１１のねじ１０６をゆるめ、押さえ板１０４およびフタ１１３を外し、流路１０７ａ、流路１０７ｂを開放状態にする。

引き続き、泳動後の試料中の成分について質量分析を行うが、基板１０３を冷却して試料を凍結したままでは、取り扱いが難しいため、試料中の溶媒を乾燥させることが望ましい。たとえば、凍結した試料は、そのまま固定装置１１１から離すと、温度が上昇することによって容易に融解してしまい、試料中の成分が拡散してしまう。よって、試料中の成分を分離したままで、試料中の溶媒を乾燥させる方法が必要となる。

試料がきわめて少量の場合には、基板１０３を、固定装置１１１に備わっている温度調節機能により基板１０３を加熱しただけで、汚染なく乾燥させることができる。

しかし、多くの場合、基板１０３を加熱しただけでは、凍結した試料において融解する部分と蒸発する部分ができてしまう。この状態の基板１０３上では、融解した試料部分が蒸発した試料部分の流路に流れ込む、または融解した試料部分内で混和する等の現象がおこり、分離された試料中の成分が拡散してしまう。この問題を解決するためには、凍結した試料を融解させず、その溶媒を昇華させればよい。

本実施形態においては、泳動後の試料をさらに凍結乾燥し、その溶媒を昇華させてもよい。

基板１０３のみ、あるいは基板１０３と固定装置１１１を共に密閉槽４００７（図４８、図４９）内に配置してある場合には、基板１０３を、固定装置１１１の温度調節機構、あるいは試料固定装置４０００の冷却機構により凍結したままで保つことができる。その後真空引き用バルブ４００５を開き、真空ポンプ４００６で密閉槽４００７を真空状態にすることができる。これにより、流路１０７ａ、流路１０７ｂ中の試料の溶媒を昇華させることができる。これにより、流路１０７ａ、流路１０７ｂ中の試料の溶媒を昇華させ、その試料中の成分の位置関係を保ち、成分同士で混和させることなく、乾燥させることができる。

引き続き、電気泳動によって分離された後に乾燥した試料中の成分について質量分析を行う。流路１０７ｂの内部の成分を質量分析するには、板状フタ１０１を除去した基板１０３を、密閉槽４００７内に配置されている場合は、その中から取り出して、マトリックスを添加し、乾燥させた後に、質量分析装置の真空チャンバーにセットし、レーザーが流路１０７ｂの上に照射されるよう照射部位を調節してからレーザー照射をすればよい。これにより試料に含まれていた成分の分子量を知ることができる。

なお、本実施形態において、以上の構成に加えて、さらに、板状フタ１０１を弾性体、たとえばシリコーン樹脂、ブタジエンゴムなどで構成し、得られた板状フタ１０１の基板１０３と密着する表面を、板状フタ１０１の中央付近で最も基板１０３に接近し、板状フタ１０１の辺縁部分で、基板１０３から最も離れるような形状に加工してもよい。このようにすれば、固定装置１１１の圧力を解除した際、弾性体がもとの形状に戻ろうとする力によって、フタ１１３をより円滑に除去することが可能になる。

以上の構成によれば、チップの流路を隙間なく被覆し、かつチップの流路内の溶液もしくは試料中の成分を汚染することなく、容易に開放することのできるチップとそのチップを用いた装置を得ることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態に記載のチップ１１２を固定する固定装置は、上記構成に限定されず、たとえば加圧手段を油圧プレス装置等により行うこともできる。図７は、本実施形態に係るチップを固定装置に設置した様子を示す断面図である。図８は、チップにフタを載せる前の、チップと固定装置の台とを組み立てた状態を示す上面図である。

本実施形態のチップ２１２は、固定装置２０８に設置して用いる。固定装置２０８は、チップ２１２のフタを、その上面から基板の表面に押しつけて圧接できる構成となっている。チップ２１２は、基板２０１および板状フタ２０５を有する。基板２０１には、流路２０２とリザーバ２０３が形成されている。また、板状フタ２０５には、基板２０１のリザーバ２０３部分に、それと同程度のサイズの穴２１３が設けられている。たとえばチップ２１２を用いて電気泳動を行う場合、この穴２１３を介して、基板２０１上の流路２０２に泳動バッファーを導入し、電気泳動のための電極（不図示）を設置することができる。

基板２０１の形状および材料は、たとえば第１の実施形態と同様とすることができる。板状フタ２０５の材料は、第１の実施形態で示した固定装置１１１（図５）と同様に、石英板もしくはガラス板またはアクリル樹脂板等の丈夫で平坦に加工しやすい材料を用いることができる。また、基板２０１側の板状フタ２０５表面を、ＰＴＦＥ系樹脂等を用いて撥水性、撥油性に加工することで、より効果的に漏れを防止することができる。

固定装置２０８には、たとえば卓上型のサーボプレス装置や油圧プレス装置等を用いることができる。加圧ピストン２０４には、たとえば油圧ピストン、水圧ピストン、空気圧ピストン等が好適に用いられる。

チップ１１２中の流路すなわち流路２０２の上部の被覆は以下の手順で行うことができる。すなわち、基板２０１を台２０７に載せる。そして、基板２０１の上に板状フタ２０５を載せる。ついで、板状フタ２０５を加圧ピストン２０４で押さえ、下方向に加圧することにより固定する。また逆に、この加圧ピストン２０４の圧力を解除することで基板２０１からフタを外すことにより、流路２０２の上部を開放することができる。

本実施形態においても、基板２０１と板状フタ２０５とを当接させた状態で板状フタ２０５の上面から加圧することにより、流路２０２の上部を確実に被覆することができる。このため、流路２０２中の液体の蒸発を抑制することができる。また、加圧ピストン２０４の圧力を解除することにより、板状フタ２０５を基板２０１上から容易に除去することができる。このため、処理後の流路２０２中の液体を容易に取り出すことができる。

本実施形態のチップ２１２は、第１の実施形態と同様、分離、分析等の所望の操作に適用可能である。たとえば、チップ２１２を用いて電気泳動を行う場合、以下の手順で行うことができる。まず、固定装置２０８に基板２０１、板状フタ２０５をセットし、泳動バッファーが漏れないように加圧ピストン２０４により加圧し、板状フタ２０５を基板２０１上に固定する。これにより、流路２０２上部が被覆される。次に、第１の実施の形態の場合と同様に、穴２１３部分から泳動バッファーおよび試料を導入したのち、白金電極を穴２１３からリザーバ２０３に挿入し、電気泳動を行う。これにより、試料中の成分を分離することができる。電気泳動が終了した後、電極を外し、加圧ピストン２０４の圧力を解除し、板状フタ２０５を外す。

（第３の実施形態）
本実施形態は、流路を有するチップのフタを多孔質とする態様に関する。本実施形態では、チップ中の流路内の試料を多孔質内に転写可能に構成される。以下、多孔質体への転写を電圧印加により実現する場合を例に説明する。

図９は、本実施形態のチップを固定装置に固定した様子を示す断面図である。図９において、チップ３１２は、基板３０１およびフタ３１３を含む。基板３０１には流路３０２が設けられる。基板３０１に設けられた流路３０２は、フタ３１３により被覆されている。流路３０２は、たとえば流路や液溜め等とすることができる。基板３０１の材料として、たとえば（１００）シリコン基板を用いることができる。また基板３０１には、白金、焼結炭素、等の伝導性材料を成型して用いてもよい。

フタ３１３は、押さえ板３０３の表面に多孔質層３０４が設けられた構成である。押さえ板３０３は導電性物質により構成することができる。たとえば、押さえ板３０３を、厚さ数ｍｍ程度の丈夫なステンレス、真鍮などの金属板とすることができる。

多孔質層３０４は、押さえ板３０３の下面に、ポーラスシリコンを堆積すること、またはシリカゲル粉末を塗布し焼結することで形成できる。多孔質層３０４の材料は、たとえばポーラスガラス、ポーラスシリコン等の多孔質材料とすることができる。また多孔質層３０４の厚さは、たとえば厚さ数十ｎｍ〜数百ｍｍ程度とすることができる。多孔質層３０４の材料が、ポーラスガラスのように親水性の場合、その表面にシリコーン処理などの疎水性処理を施すことで、流路３０２内の溶液が毛細管効果により多孔質層３０４中に進入することを防止することができる。また、多孔質層３０４を導電性のポーラスシリコンで形成する場合で、数ミリメートル〜数十ミリメートルと十分厚くできる場合等では、押さえ板３０３は省くことができる。チップ３１２を固定装置に設置し、フタ３１３の上面からこれを加圧することにより、流路３０２をフタ３１３で被覆することができる。

固定装置は、固定台３０６、押さえ板３０５、ねじ３０７、および電極３１０を有する。固定装置の基本構成は第１の実施形態で説明した固定装置と同様であるが、固定台３０６で、化学チップの底面が接触する部分には電極３１０が設けられており、チップ３１２を設置した際に電極３１０と押さえ板３０３との間に電圧を印加することができるように構成されている。電極３１０と押さえ板３０３との間に電源装置３０８からの電圧を印加することにより、フタ３１３の多孔質層３０４に流路３０２中の物質の転写が可能である。電圧の印加方向は、流路３０２内の物質の電荷によって異なる。物質が正の電荷を帯びている場合、電極３１０を正極に、押さえ板３０３を負極になるように電圧を印加する。また、負の電荷を帯びている場合は、上記と逆向きに電圧を印加する。

次に、試料中の成分として、ＳＤＳ処理されたタンパク質をあげる。タンパク質をＳＤＳ処理して回収する処理を例に、チップ３１２の使用方法を説明する。まず、押さえ板３０３と多孔質層３０４からなるフタ３１３を基板３０１に載せ、押さえ板３０３を固定装置の押さえ板３０５で、図９のようにはさむ。そして、ねじ３０７を回し下げることにより、押さえ板３０３を基板３０１に押しつけ、流路３０２を被覆する。この状態で、タンパク質を含む試料とＳＤＳを流路に導入し、固定装置ごとオーブンに入れ、１００℃程度の温度で１時間程度加熱処理する。これを室温に戻した後、押さえ板３０３を正極、固定装置の底板に設置された電極３１０を負極として、たとえば１０００Ｖ程度の直流電圧を３０分程度印加する。これにより、ＳＤＳが吸着して負に帯電したタンパク質が、押さえ板３０３方向へと泳動され、多孔質層３０４の内部へと転写される。最後に、ねじ３０７を回し上げて押さえ板３０５の圧力を解除し、化学チップを固定装置から外し、フタ３１３を外す。その後、フタ３１３の多孔質層３０４面に転写固定されたＳＤＳ吸着タンパク質に対して、質量分析等の所望の処理を実施する。

以上により、チップ３１２上の流路３０２を取り外し可能なフタ３１３で被覆し、流路３０２内の試料あるいは試料中の成分を多孔質体のフタ３１３に転写することで、流路３０２内の試料の汚染を防ぎつつ、流路３０２を容易に開放することのできるチップ３１２が得られる。流路３０２中の物質が多孔質体に格納されることにより、電気泳動等で流路３０２内に生じた試料中の成分の空間位置が拡散で失われることを防ぎつつ、これを回収し、さらに急速に乾燥させることができる。

なお、以上においては、転写に電圧を利用したが、本実施形態のチップ３１２を使用する際に、試料の転写に空気圧を用いることもできる。その場合、押さえ板３０３を通気性の材料、たとえば、ポーラスガラスなどとする。また、この場合、押さえ板３０３は必ずしも伝導性材料である必要はなく、固定台３０６の底面に電極３１０を設置する必要もない。基板３０１も、押さえ板３０３と同様に通気性の材料、たとえば、ポーラスガラス等で構成する。その際、基板３０１と、多孔質層３０４の表面を疎水性処理しておくことで、フタ３１３を基板３０１から除去する際の汚染を抑制することができる。

空気圧を利用して物質を転写する場合、上記において電圧を印加して転写するかわりに、流路３０２の直上に吸引ポンプにつないだ耐圧チューブの端を設置する。これにより大気が基板３０１と多孔質層３０４、押さえ板３０３を介して吸引されるのに伴って、流路３０２内の溶液あるいは物質が多孔質層３０４内へと吸引され保持される。

（第４の実施形態）
本実施形態は、基板の表面に吸着するフタを有するチップに関する。以下、図１０〜図１２を参照して本実施形態のチップについて説明する。図１０は本実施形態のフタの構造を示す平面図である。図１１は、図１０のフタが基板に吸着する前の状態を示す断面図である。図１２は、図１０のフタが基板に吸着した状態を示す断面図である。

図１１および図１２に示したように、チップ１０１２は、基板１００１とフタ１００４とを含む。基板１００１には、流路１００２およびリザーバ（不図示）が設けられている。

フタ１００４は、流路１００２を被覆するための被覆部１００５と、吸盤効果を実現するための吸盤部１００６、吸盤部１００６への通気手段としてのつまみ１００７からなる。被覆部１００５は平坦な形状をしており、吸盤部１００６は圧迫しない状態では基板１００１から浮き上がった「くぼみ」を有し、そのくぼみの近傍に、つまみ１００７が設けられている。吸盤部１００６は、流路１００２とリザーバ（不図示）以外の部分に形成されている。つまみ１００７は、被覆部１００５の縁端近傍に位置している。

被覆部１００５には、基板１００１のリザーバ（不図示）と同位置に、同等の大きさの穴１００３が形成されている。吸盤部１００６およびつまみ１００７は、ゴムやＰＤＭＳなどの材料を用いて射出成型等によって被覆部１００５と一体に成型することができる。

つぎに、チップ１０１２の使用方法について説明する。まず、基板１００１に、リザーバと穴１００３の位置が一致するようにフタ１００４を載せる（図１１）。次に、吸盤部１００６を上から押さえ、被覆部１００５を基板１００１に吸着させる（図１２）。このとき、流路１００２の上部で被覆部１００５を基板１００１に向かって押しつけながら、空気を吸盤部１００６よりも基板１００１の外周側に逃がすようにして吸盤部１００６を基板１００１の表面に吸着させるとよい。こうすれば、流路１００２の上部に被覆部１００５を密着させることができる。

被覆部１００５に開けられた穴１００３から基板１００１の流路１００２に泳動バッファーおよびサンプルを導入し、電気泳動等の処理を行う。その後、つまみ１００７を引き上げて、基板１００１とフタ１００４との間に隙間を形成する。こうすると、吸盤部１００６へ空気を導入されるため、フタ１００４を基板１００１から分離させた後、フタ１００４を除去して流路１００２を開放する。

以上においては、つまみ１００７の部分を引き上げることにより吸盤部１００６に通気したが、他の通気手段を用いることもできる。たとえば、吸盤部１００６を構成する樹脂を一部薄くしておき、フタ１００４を除去する際には、この隔膜を針等で貫通して通気させることによって、フタ１００４を基板１００１から分離できる。

本実施形態では、弾性体からなるフタ１００４にくぼみを設け吸盤として用いることにより、フタ１００４で基板１００１上の流路１００２を確実に被覆し、また開放することができる。また、フタ１００４におけるくぼみ部分の上面近傍で、基板１００１の周縁部近傍に、くぼみ部分に空気を導入する通気手段を設けることにより、さらに容易にフタを脱着することができる。このため、固定装置を用いることなく、チップの流路を被覆し、かつ容易に開放することができる。

なお、本実施形態において、吸盤部１００６のくぼみが、端が閉じた溝を要素とするパターンを成してもよい。こうすれば、くぼみ部分への空気の導入がさらに容易となる。このため、流路１００２をより容易に開閉することができる。また、以上ではつまみ突起形状の通気手段を用いたが、通気手段はフタ１００４の一部をなす貫通可能な隔膜としてもよい。こうすれば、穿刺等により隔膜を貫通させてくぼみ部分に空気を容易に導入することができる。このため、流路１００２を容易に開放することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態は、基板の流路を被覆する部分シールとシリコーン樹脂を有するチップに関する。以上の実施形態では、フタを基板から除去する際に、全面にわたって除去したが、本実施形態のチップでは、開放したい流路の近傍の部分のみで、フタを除去する。

図１３および図１４は、本実施形態に係るチップの構成を示す図である。図１３はチップの上面図であり、図１４はそのＣ−Ｃ’断面図である。

基板４０１には、流路として流路４０２とリザーバ４０３が設けられており、それらの流路はシール４０４で被覆されている。シール４０４には、基板４０１のリザーバ４０３と同位置に穴４１３が設けられており、さらに基板４０１の流路４０２の上部に位置するシール４０４上には、長方形のシール４０５が貼り付けられている。シール４０５においては、シール４０４の接着剤よりも強固な接着剤を使用する。また、その少なくとも片側には容易に剥離するきっかけとなるように、シール４０４の流路よりも長くし、一端を接着せずに遊離させた状態としておく。

シール４０４の材料として、たとえば、ポリエステル、ポリエチレン等の樹脂材料フィルムを用いることができる。また、シール４０４の材料として、高密度ポリエチレンのように一定の方向に裂けやすい性質の樹脂フィルムを用いることもできる。その場合、基板の流路４０２に沿ってシール４０４が裂ける方向に貼り付けることが好ましい。シール４０４は、たとえば接着剤で接着したり、熱融着したりすることにより、基板４０１に接合することができる。

また、フィルム状のシール４０５の材料としてシリコーン樹脂、たとえば、ＰＤＭＳ等を用いることができる。シリコーン樹脂の密着性により、基板の表面に設けられた流路を緻密に被覆することができ、さらにシリコーン樹脂の撥水性により、シール４０５を除去する際に生じる毛細管効果を抑制して、流路内の試料あるいは試料中の成分の汚染を防ぐことができる。さらにシリコーン樹脂の密着性による高い被覆効果は、基板４０１をシリコーン樹脂でつくることによっても実現できる。

本実施形態のチップを使用する場合、まず、基板４０１にシール４０４を接合する。この時、シール４０５が基板の流路４０２に重なるようにする。次に、リザーバ４０３から流路４０２に泳動バッファーおよび試料を導入する。続いて第１の実施形態と同様にして、白金電極をリザーバ４０３に挿入し、サンプルを電気泳動させ、成分を分離する。電気泳動が終了した後、必要があれば流路内の泳動バッファーおよび試料を凍結させるなどして分離後のパターンを不動化した後に、シール４０５を端から引き剥がすことによって流路４０２が開放される。

この構成により、特別な固定装置を用いることなく近傍の流路からの汚染を避けながら、チップの流路を被覆しかつ容易に開放することのできるチップが提供できる。

（第６の実施形態）
本実施形態の特徴は、フタと基板を接着した後、フタと基板の熱膨張率の違いを利用してフタを基板から剥がす点にある。図１５は本実施形態に係るチップの構成を示す上面図である。図１６および図１７は、図１５のＣ−Ｃ’断面図である。図１６は、フタにより流路が被覆された状態を示し、図１７は、被覆が除去された状態を示す。

本実施形態のチップは、基板５０１およびフタに相当する熱収縮樹脂のシールを有する。基板５０１には、流路として流路５０２とリザーバ（不図示）が設けられている。基板５０１の表面は、熱収縮樹脂シール５０４で被覆される。

熱収縮樹脂シール５０４には、基板５０１のリザーバ（不図示）と同位置に同程度のサイズの穴５０３が開けられている。熱収縮樹脂シール５０４は、図１５に図解されるように伸展しつつ、基板５０１に熱融着する。

本実施形態のチップは以下のようにして使用する。まず、熱収縮樹脂シール５０４に開けられた穴５０３から流路５０２に泳動バッファーおよび試料を導入し、電気泳動を行う。その後、流路５０２を開放する際は、開口したい流路５０２の上部よりわずかに外側の位置に、流路５０２の延在方向にそってレーザーを照射する（図１６）。その結果、進展されていた熱収縮樹脂シール５０４が収縮して破断され、図１６で示されるように流路５０２の上部が開放される。

なお、本実施形態のフタに用いられる材料は、熱収縮樹脂に限らない。たとえば、膨張率の異なる樹脂、ガラスなどからなる板状フタを用いることができる。この場合、板状フタを基板５０１にたとえばエポキシ樹脂系等の接着剤により接着することができる。また、熱融着により接着してもよい。チップ全体を加熱、あるいは冷却すると、熱膨張、収縮率の差による応力がもとで、板状フタと基板５０１の界面にずれが生じ、接着が解除されることから、板状フタを除去できる。さらに、板状フタと基板５０１の接着部分を流路の近傍に限ることで、板状フタと基板５０１の離脱に必要な応力が、より小さくできることから、さらに容易に板状フタが除去できる。

以上の構成によれば、特別な固定装置を用いることなく、チップの流路を被覆し、かつ容易に開放することのできるチップが提供できる。

（第７の実施形態）
本実施形態のチップは、流路を開放するための切込を有する。切込は、これに沿って流路を開放可能に設けられている。ここでは、基板の表面に形成された流路内の溶液を固定化し、不動化した後に、チップを割断して流路を開放する場合を例に説明する。図１８および図１９は、本実施形態に係るチップの構成を示す図である。図１８はチップの上面図であり、図１９は、図１８のＡ−Ａ’断面図である。

本実施形態のチップは、基板６０１とフタ６０５とを有する。基板６０１の基本構成には、たとえば、以上の実施形態に記載のチップに用いる基板の構成を利用することができる。たとえば、基板１０３、２０１、および３０１と同様とすることができる。基板６０１上には、流路６０２とリザーバ６０３が設けられている。本実施形態では、基板６０１と完全に接着するフタ６０５を用いる。たとえば、基板６０１がシリコンの場合には、フタをパイレックス（登録商標）ガラスとし、これを静電接合することによって、完全に接着することができるが、接着方法はこれに限られない。フタ６０５には、基板６０１のリザーバ６０３に対応する位置に、穴（不図示）が設けられている。基板６０１、フタ６０５には、それぞれ図１９のように流路６０２に沿ってダイシングソー等を用いて切込６０４および切込６０６を入れたものを使用する。

切込６０６の深さは、たとえばフタ６０５の厚さの１／４以上、好ましくは、フタ６０５の厚さの２／３以上とすることができる。こうすることにより、小さい力でフタ６０５を容易に割断することができる。また、切込６０６の深さは、たとえばフタ６０５の厚さの９／１０以下、好ましくは、５／６以下とすることができる。こうすることにより、フタ６０５の強度を確保することができる。

以上の構成で、本実施の形態の装置の動作は次のように行う。フタ６０５に開けられた穴からリザーバ６０３を介して基板の流路６０２に泳動バッファーおよびサンプルを導入し、電気泳動を行う。次に、泳動バッファーを凍らせ、外力を加えることで、基板６０１の切込６０４とフタ６０５の切込６０６に沿って割断し、流路６０２を開口させる。凍結により流路すなわち流路６０２内の試料もしくは試料中の成分は、流路６０２内に固定されることから、汚染を防ぎながら流路を開放することができる。

本実施の形態では、流路内の試料を凍結させることにより固定化したが、さらに、溶液を他の方法で凝固させることも可能である。たとえば、熱により凝固するポリマー溶液、たとえば、メチルセルロース溶液、卵白アルブミン溶液を基質とする溶液を流路に充填しておき、チップ全体を加温することで、この溶液を凝固させることにより、固定化することも可能である。

本実施形態の構成によれば、チップに設けられた流路内の溶液もしくは物質を汚染することなく、容易に開放することのできるチップが提供できる。

なお、以上においては、基板６０１とフタ６０５の両方に切込６０６が設けられた構成を示したが、本実施形態のチップにおいては、基板６０１とフタ６０５のうち少なくとも一方に切込６０６が設けられていればよい。基板６０１とフタ６０５の両方に切込６０６を形成することにより、確実にチップを割断し、流路６０２を開放することができる。また、基板６０１の表面に垂直な方向にチップを割断し、流路６０２の測面を開放する場合を例に説明したが、流路６０２の上面を開放する切込６０６を設けてもよい。

また、フタ６０５が基板６０１表面から除去できないように接合した構成としたが、基板６０１の表面からフタ６０５を除去できるようにこれらが接合されていてもよい。このようにすれば、流路６０２の開放方法として、フタ６０５の除去またはチップの割断を適宜選択することが可能となる。このため、操作に応じて流路６０２の開放面を選択することが可能となる。よって、チップの使用に際して操作の自由度を増すことができる。また、基板６０１とフタ６０５とを別々の部材として有する場合に限らず、たとえばこれらが一体に形成されていてもよい。

（第８の実施形態）
図２０〜図２７は、本実施形態に係るチップの構成を示す図である。図２０はチップの上面図、図２１および図２２はチップの構成部品の上面図である。また、図２３〜２６は、チップの使用手順を説明するための断面図である。図２７は、チップへのサンプル導入方法を模式的に示す断面図である。

本実施形態のチップにおいて、基板７０１の基本構成には、たとえば以上の実施形態に記載のチップに用いる基板の構成を利用することができる。たとえば、基板１０３、２０１、および３０１と同様とすることができる。図２１においては、基板７０１に流路７０３およびリザーバ７０２が設けられている。本実施形態では、フタとして、流路７０３中の液体よりも比重の小さい液体を用いる。また、液体のフタを基板７０１上に確実に設けるため、シール７０４と板状フタ７０５を使用する。シール７０４と板状フタ７０５のいずれについても、基板７０１のリザーバ７０２に対応する位置に、同程度の大きさ、形状の穴７２２が開けられている（図２２）。さらに板状フタ７０５の、基板７０１側の表面には、両面接着型のスペーサー７０８をその全周に貼りつけてある。

図２０および図２３〜図２６を用いて、本実施形態のチップを使用する方法について説明する。まず、基板７０１にシール７０４を貼り付けて図２０に示した状態とする。そして、リザーバ７０２より泳動バッファーを導入し、流路７０３に充填する（図２３）。次に、泳動バッファー７０７を凍結させてからシール７０４を剥がす（図２４）。続いて、基板７０１に、スペーサー７０８を接着した板状フタ７０５を貼り付けて図２５の状態にする。この段階で、流路７０３は泳動バッファー７０７で満たされるが、フタとの間に空間７０９を有する状態になる。続いて、この空間７０９を満たすようにオイル７１０を重層する（図２６）。オイル７１０は、用途に応じて０℃近傍で不凍の物質や絶縁性の物質等を適宜使い分けることができる。たとえば、オイル７１０として凝固点が−１００℃以上−２０℃以下の物質を用いてもよい。こうすれば、オイル７１０を凍結させずに、流路７０３中の液体のみを凍結させた状態とすることができる。このため、流路７０３内の試料を凍結させた状態で、流路７０３の上部をオイル７１０で確実に被覆することができる。

以上の過程を経ることにより、試料および白金電極を導入する準備が整う。本実施の形態では、試料は、サンプルあるいは生体サンプルとして説明する。泳動バッファー７０７を溶解した後に、リザーバ７０２からサンプルを導入する。図２７に示したように、サンプル７１２は、板状フタ７０５に設けられた穴７２２からピペット７１１をリザーバ７０２のひとつに挿入して充填する。このとき、重層されたオイル７１０の層を突き抜けて泳動バッファー７０７に直接注入する。次に白金電極をリザーバ７０２に挿入し、サンプルを電気泳動により成分分離する。電気泳動が終了した後、電極を外し、必要があれば流路内の泳動バッファー７０７を凍らせるなどして、分離パターンが乱れないようにしてから、スペーサー７０８と板状フタ７０５を除去させ、流路７０３を開口させる。フタとして用いた不要なオイル７１０は、窒素ガスで吹き飛ばすなどして取り除くことができる。

この構成によれば、チップの流路を隙間なく被覆し、かつチップの流路内の試料もしくは試料中の成分を汚染することなく、容易に開放することのできるチップを得ることができる。

（第９の実施形態）
本実施形態は、基板からフタを外す際に、流路中の試料が漏出したり、汚染したりするのを防止するよう構成されたチップに関する。図２８〜図３１は本実施形態に係るチップの構成を示す断面図である。以下、これらの図を用いて本実施形態のチップの使用手順についても説明する。

本実施形態のチップにおいて、基板８０１の基本構成には、たとえば以上の実施形態に記載のチップに用いる基板の構成を利用することができる。たとえば、基板１０３、２０１、および３０１と同様とすることができる。図２８においては、基板８０１上に流路８０２およびリザーバ（不図示）が設けられている。また、フタ８０６の基本構成としては以上の実施形態で述べてきたすべてのフタを適用できる。

本実施形態のチップは以下のように用いる。スタンプ台８０３に疎水性インク８０４を塗布し、乾燥させる。スタンプ台８０３には、たとえばＰＤＭＳやＰＭＭＡ等の樹脂を用いることができるが、他の物質でも構わない。疎水性インク８０４としては、油や疎水性の自己組織化単分子膜等が利用可能であるが他の疎水性物質や撥水性物質としてもよい。疎水性インク８０４は、基板８０１と化学結合し流路部分へ飛散しないという点から、自己組織化単分子膜が好適に用いられる。疎水性インク８０４を塗布する方法としては、スピンコート等があげられる。続いて、疎水性インク８０４のついたスタンプ台８０３の上に、基板８０１の流路８０２側を下にして接触させ（図２９）、その後基板８０１をスタンプ台８０３上から離す。この段階の基板８０１は、流路８０２以外のチップ上面のみに疎水性インク８０４が印刷されている状態（図３０）である。

図３１は、この疎水性インク８０４のついた基板８０１にフタ８０６をして、電気泳動が可能となった状態を示す。第１の実施形態の方法などを用いて流路８０２で試料の電気泳動を行う。その後、フタ８０６を基板８０１上から除去することができる。この構成によれば、チップの流路を被覆し、かつチップの流路内の溶液もしくは試料中の成分を汚染することなく、容易に開放することのできるチップが提供される。

（第１０の実施形態）
本実施形態は、基板からフタを外す際に、流路中の試料が漏出したり、汚染したりするのを防止するよう構成されたチップの別の態様に関する。図３２および図３３は本実施形態のチップの構成部品を示す上面図である。また、図３４は本実施形態のチップを組み立てた状態を示す図である。また、図３４は、図３２および図３３のＡ−Ａ’断面図である。

本実施形態のチップにおいて、基板９０１の基本構成には、以上の実施形態に記載のチップに用いる基板の構成を利用することができる。たとえば、基板１０３、２０１、および３０１と同様とすることができる。また、図３３に示したように、基板９０１上に２本の流路９０２がストライプ状に形成されていてもよい。流路９０２はリザーバ９０３に連通する。基板９０１には、さらに、オイル用流路９０４とそのリザーバ９０５が形成されている。オイル用流路９０４は、泳動バッファーおよびサンプル用の流路とリザーバとを取り囲むように設計されていればその形状に特に制限はない。

フタ９０６としては、第１、２の実施形態で述べてきたすべてのフタを適用できる。図３２に示したように、フタ９０６には、リザーバ９０３およびリザーバ９０５に対応する位置に、穴９１３および穴９１５が設けられている。

本実施形態のチップは以下のようにして用いる。すなわち、まず、基板９０１の上にフタ９０６をする。次に、オイル用のリザーバ９０５にオイルを導入し、オイル用流路９０４にオイルを満たす。このオイルにより、基板の表面を伝わって泳動バッファー等が漏れることを防ぐことができる。

続いて、サンプル用のリザーバに、泳動バッファーあるいは試料を導入し、電気泳動が可能となった状態が図３４である。以降、上記の実施形態と同様にして電気泳動を行う。その後、流路９０２内の試料を凍結した状態で固定装置を調節し、フタ９０６を除去する。基板９０１上に付着したオイルは、オイル用流路９０４に空気や不活性ガスなどの気体を導入することにより除去することができる。なお、オイルは、用途により、たとえば０℃で不凍の物質や絶縁性物質等を適宜選択して使い分けることができる。たとえば、オイルの凝固点が−１００℃以上−２０℃以下であってもよい。こうすれば、フタ９０６の除去を、流路９０２中の液体のみを凍結させた状態で行うことができる。

この構成によれば、チップの流路を被覆し、かつチップの流路内の溶液もしくは試料中の成分を汚染することなく、容易に開放することのできるチップが提供できる。

（第１１の実施形態）
以上の実施形態に記載のチップにおいて、基板に導気路を設けてもよい。導気路は、たとえば基板の表面に形成された導気用流路とすることができる。また、フタが液体でない場合には、フタに導気用の溝を形成しておいてもよい。以下、第１０の実施形態のチップの構成を例に説明する。この場合、オイル用流路９０４（図３３）を導気用流路とすることができる。

本実施形態では、当初はオイル用流路９０４を空にしておき、流路を用いた処理が終了した後、気体を導入する。このようにすれば、チップの使用中または使用後に、導気溝となるオイル用流路９０４に気体を導入して、容易にフタ９０６を除去することができる。このとき、たとえば、オイル用流路９０４のオイル導入口部分に、ポンプから導かれた気体を導く耐圧チューブを設置してもよい。オイル用流路９０４に導入する気体は、たとえば空気とすることができる。また、窒素またはヘリウム等の不活性ガスとしてもよい。

この構成によれば、基板の表面に形成された流路を被覆し、さらに容易に開放することのできるチップが提供できる。たとえば、以上の実施形態に記載のチップにおいて、基板をシリコンとし、板状フタをガラスとした場合、板状フタを基板の表面から除去しようとした際に、界面に存在する水の存在によって脱着が困難であることがある。このような場合にも、導気溝から気体を導入することにより、容易に板状フタを脱着させることが可能となる。

（第１２の実施形態）
第１の実施形態に記載のチップ１１２において、フタ１１３の樹脂層１０２が流路内の試料の漏出を防止する程度に疎水性であり、またフタ１１３の粘着力が高ければ、流路から試料が漏れることを抑えるための固定装置を使用しなくてもよい。

図４１は、本実施形態のチップ１１２を組み立てた状態を示す図である。図４１は、図１〜図３のＡ−Ａ’断面と同じ方向から見た図である。本実施形態においても、チップ１１２の構成部材である基板１０３、樹脂層１０２および板状フタ１０１の基本構成は第一の実施形態において前述した基本構成（図１〜図３）とすることができる。ただし、図４１においては、管１１０が板状フタ１０１上に配置されて突出し、リザーバ１０５ｄおよびリザーバ１０５ｃが板状フタ１０１の上面よりも上方に形成された構成である。図４８は、本実施の形態のチップを用いた装置の図である。図４９は、本実施の形態のチップを用いた装置の図である。

図４１に示すように、チップ１１２は、基板１０３およびフタ１１３を含む。フタ１１３は、樹脂層１０２および板状フタ１０１を含み、これらは熱融着や接着成分により、接合されていてもよい。板状フタ１０１、樹脂層１０２、および基板１０３の大きさは同程度とすることができる。

流路構造は適宜選択されるが、たとえば、図３で示される基板１０３において、直線の流路１０７ｂのみが形成され、流路の両端には、リザーバ１０５ｃおよび１０５ｄが形成された構成とする。ここで、流路１０７ｂは上述した流路に相当する。ここでは、流路１０７ｂを導入用流路かつ分離用流路とする。この構成においても、図１および図２を参照して前述したように、板状フタ１０１と樹脂層１０２には、基板１０３に設けられたリザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄに対応する位置に、これらのそれぞれと同程度の大きさを有する穴１１５ｃ、および穴１１５ｄが設けられている。これらの穴１１５ｃ、１１５ｄを介して、基板１０３上の流路１０７ｂに泳動に使用する液体を導入することができる。また、これらの穴１１５ｃ、１１５ｄを介して、電気泳動用の電極を設置する。

なお、穴１１５ｃ、穴１１５ｄの内径と同程度、あるいは幾分大きな内径の管１１０を穴１１５ｃの上に、穴が通じるように配置してもよい。管１１０のサイズは穴１１５ｃまたは穴１１５ｄの形状または大きさに応じて適宜選択される。管１１０を設けることにより、管１１０の長さを調節して穴１１５ｃ、穴１１５ｄの深さを容易に調節し、充分に深くすることができる。このため、電気泳動の際に、穴１１５ｃ、穴１１５ｄの中の液体の乾燥を抑制し、電極間に確実に電圧を印加することができる。

チップ１１２において、流路１０７ｂ中に、フタ１１３を支持する凸構造を設けてもよい。図３５は、凸構造を有する流路の構成を示す斜視図である。図３５では、基板１０３に対応する基板２００３に、流路１０７ｂに対応する凹部が設けられ、凹部の底面に凸構造２００１が設けられている。なお、図３５に示されている溝状構造２００２については、後述する。

凸構造２００１は、複数の円柱形状の突起からなる。この凸構造２００１は、フタ１１３のたわみにより、流路１０７ｂが潰れることを防ぐ効果と、フタ１１３を除去する時、またそれ以降の実験手順において、流路１０７ｂ内に試料を保持する効果を持つ。

なお、本実施の形態のチップ１１２において、流路幅方向に８０μｍ以下の間隔で１つ以上の凸構造２００１が形成され、且つ流路長手方向に８０μｍ以下の間隔で１つ以上の凸構造２００１が形成され、且つ凸構造２００１の上面が、フタ１１３と接触していてもよい。これにより、フタ１１３のたわみにより、流路１０７ｂが潰れることを確実に防ぐことができる。

なお、チップ１１２において、凸構造２００１が、特に凸構造２００１の中心間が２０μｍ以内の間隔であるように形成されていてもよい。これにより、フタ１１３のたわみにより、流路１０７ｂが潰れることを、より確実に防ぐことができる。また、流路１０７ｂ内の試料と凸構造２００１との間の接触面積、ひいては摩擦抵抗を増大させることができる。このため、フタ１１３を除去する時、またそれ以降の実験手順において、流路１０７ｂ内に試料を保持することができる。まず、フタ１１３を剥がすときに、凍結した試料が樹脂層１０２側に付着して取り去られるという問題が解決される。また、乾燥させた試料の成分を保持する効果も増加する。なお、凸構造の中心間の下限に特に制限はないが、たとえば、１μｍ以上とすることができる。

本実施形態のチップにおいて、凸構造２００１が、凸構造２００１の流路１０７ｂ上面に垂直な面への投影面積の全周にわたる総和が、フタ１１３が流路１０７ｂ内の試料と接する表面積に対して０．５倍以上であるような構造であることを特徴とするチップであってもよい。これにより、フタ１１３のたわみにより、流路１０７ｂが潰れることを、より確実に防ぐことができる。また、流路１０７ｂ内の試料と凸構造２００１との間の接触面積、ひいては摩擦抵抗を増大させることができる。このため、フタ１１３を除去する時、またそれ以降の実験手順において、流路１０７ｂ内に試料を保持することができる。まず、フタ１１３を剥がすときに、凍結した試料が樹脂層１０２側に付着して取り去られるという問題が解決される。また、乾燥させた試料の成分を保持する効果も増加する。

本実施形態のチップにおいて、凸構造２００１が、流路１０７ｂ上面の面積の０．０６％より多い面積を凸構造２００１の上面の面積がしめていることを特徴とするチップであってもよい。こうすることにより、凸構造２００１が作製プロセスの容易な柱状構造であるときに、フタ１１３のたわみにより、流路１０７ｂが潰れることを、より確実に防ぐことができる。また、流路１０７ｂ内の試料と凸構造２００１との間の接触面積、ひいては摩擦抵抗を増大させることができる。このため、フタ１１３を除去する時、またそれ以降の実験手順において、流路１０７ｂ内に試料を保持することができる。まず、フタ１１３を剥がすときに、凍結した試料が樹脂層１０２側に付着して取り去られるという問題が解決される。また、乾燥させた試料の成分を保持する効果も増加する。

本発明者は、本実施の形態の流路において、上記の凸構造を形成することにより、それぞれに記載の効果があることを、実験によって確認している。

本実施形態のチップにおいて、流路１０７ｂの側面が凹構造であることを特徴とするチップであってもよい。たとえば、流路１０７ｂの側面に所定の形状の凹部が形成された構成とすることができる。こうすることにより、フタ１１３を除去する時、またそれ以降の実験手順において、流路１０７ｂ内に試料を保持することができる。

なお、本発明者は、上記の流路１０７ｂ側面を凹構造に形成することで、流路１０７ｂ内に試料を保持する効果があることを確認している。

本実施形態のチップにおいて、フタ１１３が冷却により基板１０３との密着状態を失う性質を有するチップであってもよい。こうすることにより、フタ１１３を基板１０３から除去するときに、フタ１１３を冷却することによって、容易にフタ１１３を除去することができる。さらに、こうすることにより、流路１０７ｂと流路１０７ｂ内の試料に対する汚染も防ぐことが出来る。また、冷却により、流路１０７ｂ内の試料が凍結する場合においては、試料中の成分を分離した状態で、試料を固定することが出来る。このため、流路１０７ｂ内の試料中の汚染を防ぎながら、容易にフタ１１３を除去することが出来る。

図３および図３５を参照すると、基板１０３としてたとえば石英を素材として用いた場合、ドライエッチングにより流路１０７ｂを作製する。このときに用いるマスクに流路１０７ｂ中に凸構造２００１を形成するためのパターンをあらかじめレイアウトしておくことで、凸構造２００１を同時に形成することができる。

また、流路１０７ｂの壁面、底面あるいは凸構造２００１表面に微小な凹凸を形成させてもよい。微小な凹凸により、フタ１１３側よりも流路１０７ｂの側の表面積が大きくなり、流路１０７ｂ内に試料を保持することができる。微小な凹凸は、ポーラスアルミナにより作製してもよい。たとえば、基板１０３を石英で作製した場合には、アルミを基板１０３表面に真空蒸着したのちに、陽極酸化法によりポーラスアルミナへと酸化させ、微小な凹凸を形成してもよい。

また、流路１０７ｂ中の凸構造２００１表面と流路１０７ｂの壁面は、親水性であってもよい。親水性表面の実現方法としては、基板１０３全体にプラズマアッシング処理を行ってもよい。また、基板１０３表面または流路１０７ｂに、たとえばアクリルアミド等の親水性樹脂、光硬化性のメタクリル酸ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、光触媒である酸化チタンを含有したシリコーン樹脂もしくはアクリル樹脂などをコーティングしてもよい。この際、コーティング前にあらかじめ基板１０３表面を親水性に改質しておくことが望ましい。以上のような親水性を有する表面は、濡れ性が良くアンカー効果から強く凍結した溶液と固着するため、流路１０７ｂ内の試料をより一層確実に保持することができる。

なお、図３５においては、凸構造２００１を構成する円柱体の形状が円柱状である場合を例示したが、凸構造２００１は、フタ１１３を支持できる形状であればよく、たとえば、円錐台形状、ドーナツ形状、四角柱等の角柱状等とすることもできる。また、図３５では、凸構造２００１が複数の柱状体を有する構成を例示したが、柱状体の数に特に制限はなく、単数とすることもできるし、複数とすることもできる。

凸構造２００１は、凸構造２００１上面の面積が、凸構造２００１底面の面積よりも大きい構造であってもよい。凸構造２００１上面の面積が、凸構造２００１底面の面積よりも大きい構造とは、逆テーパー形状、あるいはハンマーヘッド形状を含む。こうすることにより、フタ１１３を除去する時、またそれ以降の実験手順において、流路１０７ｂ内に試料を保持することができる。本発明者は、凸構造２００１（図３５）により、流路１０７ｂ中に凍結した試料を確実に保持したまま、開放できることを確認した。

図３６は、本実施形態のチップの流路中の構造の他の例を示す断面図である。また、図３７は、図３６に示した構成の流路構造の平面図である。図３６および図３７では、基板１０３に対応する基板２１０３に流路１０７ｂに対応する凹部が形成され、凹部に凸構造２１０２が設けられている様子を示す。図３６に示したように、流路１０７ｂの壁面２１０１あるいは凸構造２１０２を逆メサ構造あるいは凹構造、あるいは大きな凸凹構造にしてもよい。

壁面２１０１あるいは凸構造２１０２を上記いずれかの構造に加工することにより、試料と壁面２１０１との間の接触面積、摩擦抵抗を増大させることができる。図１〜３、図４２および図３６および図３７に示した構成のチップを用いて本発明者が検討した結果、壁面２１０１あるいは凸構造２１０２を上記いずれかの構造に加工することにより、試料を流路１０７ｂ中に保持できることを確認した。なお、図３６および図３７に示した構成は、たとえば基板２１０３として石英基板を用いる場合、メタルマスクを使用してドライエッチングをおこなう際に、適当なガス混合比を選択することによりサイドエッチングを制御して実現できる。

図３５に戻り、基板２００３表面の流路１０７ｂとなる凹部の形成領域以外の領域に、空気の抜け穴用として、別の溝状構造２００２を設けてもよい。この溝状構造２００２は、流路１０７ｂ以外の領域で、基板２００３の端まで延在しており、空気が自由に出入りすることができる。フタ１１３を、基板２００３に載せるとき、両者の間に空気が入り、気泡が残りやすい。しかし、溝状構造２００２を設けることにより、気泡を完全になくすことができる。

本実施形態において、基板１０３の材料としては、たとえば石英もしくはガラス、シリコン等の微細加工しやすい材料が好適に用いられるが、樹脂材料、たとえばＰＤＭＳまたはＰＭＭＡなどを用いてもよい。

また、板状フタ１０１の材料としては、たとえば第一の実施形態にて例示した材料が挙げられる。

また、樹脂層１０２の材料としては、たとえば第一の実施形態にて例示した材料が挙げられる。本実施形態においても、樹脂層１０２として、多少の弾性変形を許す材料を用いることが好ましい。弾性変形を有する材料とすることにより、基板１０３の表面に確実に密着させることができる。また、樹脂層１０２は、粘着力を備えていてもよく、その粘着性により、基板１０３の表面に確実に密着させることができる。特に、ＰＤＭＳなどのシリコーン樹脂は自己粘着性を持つため、好適である。

特に、シートの粘着力の低下が、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲の粘着力の最高値の２０％以内である使用温度範囲に、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲を含むものが望ましい。フタ１１３が必要な段階では、上記の温度範囲で実験を行うため、フタとしての機能を十分に果たすことができる。また、フタ１１３が不必要になった段階では、上記の温度範囲以下にチップ１１２を冷却することで、樹脂層１０２を硬化させて、糊残りなく、かつ容易にフタ１１３を剥離することができる。

たとえば、シリコーン系樹脂を粘着剤として用いているシール９７９５（３Ｍ社製）は、粘着力の低下が２０％以内である度範囲に−３０〜３０℃を含む。したがって、−１５０℃で硬化し、自然に基板から剥離される。このため、糊残りなく容易に剥離することができる。

また、アクリル系樹脂を粘着剤として用いているシール５５６４Ａ（３Ｍ社製）は、粘着力の低下が２０％以内である温度範囲に−２０〜３０℃を含む。したがって、−１００℃で硬化し、自然に基板から剥離される。このため、糊残りなく容易に剥離することができる。

また、樹脂層１０２は、粘着力を備え、ＵＶ照射により硬化して剥離できるものでもよい。ＵＶ照射前には、その粘着性により、フタとしての機能を十分に果たすことができる。また、フタ１１３が不必要になった段階では、適正な波長のＵＶを必要量照射し、樹脂層１０２を硬化させて、糊残りなく容易にフタ１１３を剥離することができる。

また、板状フタ１０１と樹脂層１０２は接合されていてもよい。また、板状フタ１０１のみ、または樹脂層１０２のみでもよい。また、樹脂層１０２は、たとえばＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂などの撥水性、撥油性を有する材料が好適に用いられる。また、樹脂層１０２は、主な部分を他の材料とし、その表面にＰＴＦＥなどによる撥水または撥油処理を施してもよい。

チップ１１２の作製は、たとえば第一の実施形態に記載の方法を用いて行うことができる。基板１０３に溝を形成し、流路１０７ｂとする。基板１０３にフタ１１３を密着させる。また、流路１０７ｂに連通するリザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄを形成する。これらの形成は、基板１０３としてプラスチック材料を用いる場合、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板１０３の材料の種類に適した方法で行うことができる。流路１０７ｂの幅は、流路中で試料に施す操作に応じて適宜設定される。たとえば、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）の分画を行う場合、５μｍ〜１０ｍｍとすることができる。また、フタ１０１と樹脂層１０２とを接合する場合、これらの接合はたとえば接着剤を用いた接着や、熱融着等によることができる。得られたフタ１１３に、穴１１５ｃ、穴１１５ｄを形成する。

また、チップ１１２は、図４８および図４９を参照して前述した密閉槽４００７に配置されることで、取り扱い性をより良くすることができる。密閉槽４００７内には、試料固定装置４０００を配置しており、試料固定装置４０００は流路１０７ｂ中の試料を固定することができる。たとえば、試料固定装置４０００は、温度調整機構あるいは冷却機構を備えていてもよい。これにより、流路１０７ｂ中の試料を凍結させて、固定することができる。また、試料固定装置４０００は、チップ１１２と接していることで、より短時間かつ省力で流路１０７ｂ内の試料を固定することができる。

また、密閉槽４００７には、真空引き用バルブ４００５があり、真空引き用バルブ４００５は、金属や樹脂製のチューブによって、真空ポンプ４００６につながっていてもよい。これにより、密閉槽４００７を真空状態にすることができる。また、密閉槽４００７には、チップ１１２の電極と通じている導線を密閉槽４００７外部に延長するコネクターがあり、このコネクターを通して外部の電源４００１から、電極へ電圧を印加することができる。

また、密閉槽４００７の外側あるいは内側に、試料中の成分の分離状態などをモニターするための測定機構４００４があってもよい。測定機構４００４の検出方法は、光学的な方法であってもよい。光学的検出としては、たとえば、あらかじめ試料中の成分に蛍光物質を結合させておき、流路１０７ｂに沿ってレーザーを照射し、試料中の成分から発せられる蛍光を観測することによって行うことができる。このとき、たとえばＸ−Ｙ自動ステージと蛍光顕微鏡とフォトマルチプライヤーとを組み合わせた蛍光測定システムを使って、測定をおこなってもよい。蛍光顕微鏡の台として、Ｘ−Ｙ自動ステージを使用する。チップはＸ−Ｙ自動ステージのステージ上に載せ、流路１０７ｂに蛍光顕微鏡の光学系を通じて励起光を照射する。流路１０７ｂの蛍光測定では、測定機構４００４である蛍光顕微鏡の光学系を通じてフォトマルチプライヤーにてフォトンカウントをおこなうことができる。また、密閉槽４００７は、基板１０３からフタ１１３を取り除くために用いられる図４９の開放機構４００２を備えていてもよい。開放機構４００２は、さらにフタ１１３を取り除くための作業を行うロボットアーム４００３を備えていてもよい。なお、開放機構は、これに限らず、真空ピンセットなどを備えていてもよい。このロボットアーム４００３を用いて、フタ１１３を取り除くことができる。

次に、本実施形態のチップ１１２とチップ１１２を用いた装置の使用方法について説明する。まず、基板１０３上の流路１０７ｂを被覆するために、基板１０３にリザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄの位置を合わせながらフタ１１３を載せる。次に、リザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄをフタ１１３上に形成する。

また、逆に流路１０７ｂを開放する際は、まずチップ１１２を冷却し、流路１０７ｂ中の試料を冷凍した後にフタ１１３を除去してもよい。試料を冷凍することで、たとえば分離した試料中の成分などが拡散する前に固定させることができる。基板１０３からフタ１１３を除去する際、試料を冷凍させた後にフタ１１３を取り除くことで、試料の成分同士の混和、試料の汚染および漏出を避けることができる。

このように、本実施形態のチップ１１２では、流路１０７ｂを確実に被覆することができる。また、たとえば、フタ１１３の表面を疎液性または撥液性の材料で構成することにより、フタ１１３の表面を疎水性または撥水性とすることができ、試料のフタ１１３への付着を抑制することができる。また、流路１０７ｂ中に凸構造２００１を作製することにより、試料中の成分の拡散を抑制するとともに、凍結した試料が、フタ１１３に付着することを防止することができる。

チップ１１２に所定の流路やリザーバを設けることにより、分離、分析等所望の操作を試料中の成分に施すことができる。たとえばチップ１１２を用いて電気泳動した後、質量分析を連続して行うことが可能である。この場合、まず、チップ１１２の流路１０７ｂがフタ１１３により完全に被覆された状態で、リザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄのいずれかのリザーバから試料中の成分を含んだ泳動のための溶液を導入し、流路１０７ｂ内に充填する。

この泳動のための溶液は、用途に応じて適宜選択されるが、等電点電気泳動のための溶液であってもよい。等電点電気泳動とは、試料中の成分であるタンパク質等両性担体に固有の等電点（ｐＩ）に応じて、両性担体を分離する電気泳動の手法のひとつである。ｐＩとは、試料中の成分が持つ正電荷と負電荷がちょうど等しくなるｐＨのことを指す。試料中の成分は、自身が溶解している溶液のｐＨに応じた電荷をもっており、各々のｐＩ領域まで電気泳動する。各々のｐＩに達すると、試料中の成分の電気泳動移動度がゼロになり、電気泳動を終了する。この現象により、試料中の成分をそれぞれのｐＩごとに濃縮、分離することができる。等電点電気泳動のための溶液には、分離する試料中の成分以外に、ｐＨ勾配を形成するための両性担体（ｃａｒｒｉｅｒ ａｍｐｈｏｌｙｔｅｓ）が含まれている。流路１０７ｂ中にｐＨ勾配をつくるためには、等電点電気泳動のための溶液を流路１０７ｂに導入し、次にリザーバ１０５ｃに酸溶液、１０５ｄにアルカリ溶液を入れ、リザーバ内に配置した電極間に、電圧を印加すればよい。

本実施の形態では、試料中の成分と、成分を含んでいる泳動のための溶液を試料として説明する。流路１０７ｂ中に、試料を導入した後に、リザーバ１０５ｃ、１０５ｄにそれぞれ酸溶液、アルカリ溶液を入れ、白金電極をリザーバ１０５ｃ、１０５ｄに挿入する。この白金電極を介してリザーバ１０５ｃと１０５ｄ間に電圧を印加することができる。まず、チップ１１２に対して、このように流路１０７ｂ中に試料を導入し、リザーバ１０５ｃ、１０５ｄにそれぞれ酸溶液、アルカリ溶液を入れる。

次に、チップ１１２を、図４９の密閉槽４００７中に配置することができる。まず、チップ１１２を、図４９の密閉槽４００７中に配置した場合について、説明する。チップ１１２を、図４９の密閉槽４００７中に配置することにより、流路１０７ｂを開放するときに、密閉槽４００７内の試料固定機構４０００を用いて、試料を固定することができる。試料固定機構４０００の冷却機構により、チップ１１２を冷却し、流路１０７ｂ中の試料を冷凍した後に、フタ１１３を除去して流路１０７ｂを開放する。試料の成分を分離した後に、試料ごと冷凍することで、分離した試料の成分、たとえばタンパク質やＤＮＡなどの拡散を防ぐことができる。試料を冷凍させた後にフタ１１３を取り除くことで、試料中の成分の拡散を含めた流路の内部の成分同士の混和、また試料の汚染および漏出を避けることができる。密閉槽４００７中に配置されたチップ１１２のリザーバ１０５ｃ、１０５ｄに白金電極を挿入し、密閉槽４００７を密閉する。白金電極は、電源４００１に導線で通じており、この電源４００１を通して、電極間に電圧を印加すると、流路１０７ｂ中では、個々の試料中の成分がそれぞれのｐＩによって分離される。本実施の形態のチップにおいては、検出部１０９は、流路全体にわたる。分離された試料中の成分は、検出部１０９（図５）で、測定機構４００４による光学的な方法で検出される。光学的検出としては、たとえば、あらかじめ分子に蛍光物質を結合させておき、検出部１０９に対応する流路１０７ｂ上に、流路１０７ｂに沿ってレーザーを照射し、分子から発せられる蛍光を観測することによって行うことができる。

流路１０７ｂ中では、個々の試料中の成分がそれぞれのｐＩによって分離された結果、その成分は流路の一部分に濃縮され、流路幅の帯のような状態（バンド状態）になる。等電点電気泳動による分離が終了し、電圧の印加を止めた後、このバンド状態に濃縮された試料中の成分が拡散することを防ぐために、試料固定装置４０００を用いて、試料を固定する。試料固定装置４０００に冷却機構がある場合、チップ１１２ごと試料を急速に冷凍して固定することができる。試料中の成分は、液体中ではブラウン運動などにより容易に拡散してしまうが、固体中では拡散しないため、試料中の成分を分離した後はできるだけ早く、流路中の試料を固定化することが望ましい。

また、試料固定装置４０００による冷却機構としては、たとえば冷凍庫や液体窒素などを用いて、−２０〜−２００℃の範囲で適宜選択された温度に冷却された台、つまり冷却ステージであってもよく、その上にチップ１１２を載せてもよい。また、ペルチェの冷却ステージであってもよい。たとえば銅、アルミなど熱伝導性に優れた金属などのブロックの台による冷却ステージであってもよく、たとえば冷凍庫で、あるいは液体窒素中でこのブロック台を冷却し、ここにチップ１１２を載せる、またはブロック台をチップ１１２の上に載せることによって、効率よく冷凍することができる。また、冷却するブロック台の材料はこれに限らずステンレス鋼など加工性に優れた材料でもよい。

また、冷凍する場合に、試料が大量に存在するリザーバ１０５ｃ、または１０５ｄから凍らせると、試料が固体化するときに膨張するため、流路中の試料を押し出しつつ凍っていく。その結果、試料が移動し、分離した試料の成分が混和してしまう。しかし、本発明者がリザーバ部分を除いた形状の冷却ステージに載せて、流路１０７ｂ部分から凍らせることで、試料の移動を最小限に抑えることができた。また、このとき、流路の途中により早く凍る部分を作ることによって、試料の移動を更に抑制することができる。

たとえば、図３では流路１０７ｂの平面形状が直線状である構成を例示したが、図３８に示されるように、流路１０７ｂをメアンダ構造に作りこむこともできる。図３８は、チップ１１２の基板１０３の別の構成を示す平面図である。また、図３９は、図３８に示した基板２２０３を有するチップ２２０８の断面図である。図３８に示したチップ２２０８では、基板１０３に対応する基板２２０３に、メアンダ状の流路２２０５が形成されている。流路２２０５の両端にはそれぞれリザーバ２２０４ａおよびリザーバ２２０４ｂが設けられている。リザーバ２２０４ａおよびリザーバ２２０４ｂは、それぞれリザーバ１０５ｃおよびリザーバ１０５ｄに対応する。

また、図３９に示したように、フタ１１３に対応するフタ２２０７は、板状フタ１０１に対応する板状フタ２２０１と樹脂層１０２に対応する樹脂層２２０２とが積層された構成となっている。

図３８に示したチップでは、基板２２０３を冷却用ステージ２２０６上に載置して、図中Ａ−Ａ’側から冷凍し、徐々にＢ−Ｂ’側が凍るように、図に矢印２２０９で示した向きに冷却することができる。

メアンダ状の流路２２０５を設けることにより、試料の移動を抑え、かつ分離された試料の成分が構成するバンド状態が混和することなく、固体化できる。また、基板２２０３の底面のリザーバ２２０４ａおよびリザーバ２２０４ｂの形成領域以外の領域に、予め金属蒸着を施しておいてもよい。たとえばアルミニウムなどの熱伝導率のよい材料で、充分な膜厚、たとえば１００ｎｍ以上の膜厚の金属蒸着膜を形成することにより、アルミニウムを通して冷却される流路１０７ｂは、空気を通して冷却されるリザーバ２２０４ａおよびリザーバ２２０４ｂ部分よりも効率よく冷却される。

よって、冷却用ステージ２２０６にチップ１１２を載せるだけで、流路２２０５部分から冷却することができる。また、冷却用ステージ２２０６の流路２２０５部分を高くする、あるいは基板２２０３のリザーバ２２０４ａの形成領域が冷却用ステージ２２０６と接触しない形状にするなど、冷却用ステージ２２０６の表面に高低差をつけることによって、同様な効果が実現できる。また、熱伝導率の異なる素材を冷却用ステージに用いることにより、流路部分は低温、リザーバ部分は流路部分より高温という温度分布を持つステージを実現できる。これらの冷却用ステージ２２０６により、流路部分から冷却できる。

図４１に戻り、この段階では、チップ１１２は冷凍されており、流路１０７ｂ中に、凍結した試料を保持した状態である。流路１０７ｂ中の試料は固体化し、樹脂層１０２は硬化している。次に、図４９の開放機構４００２とロボットアーム４００３を用いて、フタ１１３を基板１０３上から除去し、流路１０７ｂを開放する。このとき、たとえば、粘着性能が高い粘着剤を樹脂層１０２として用いる場合、室温でフタ１１３を除去すると、基板１０３側に樹脂層１０２の一部が残るという問題がある。残った一部は、流路１０７ｂの汚染原因となることがある。しかし、フタ１１３を除去する前に、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲の粘着力の最高値の２０％以内である使用温度範囲以下にチップ１１２を冷却して樹脂層１０２を硬化させると、難剥離性のために生じる糊残りなしに剥がすことができる。この段階では、チップ１１２は冷却されており、フタ１１３を除去した流路１０７ｂ中に凍結した試料を保持した状態である。

引き続き、泳動後の試料中の成分について質量分析を行うが、基板１０３を凍結したままでは、取り扱いが難しいため、試料を乾燥させることが望ましい。たとえば、凍結した試料は、そのまま冷却台から離すと、温度が上昇することによって容易に融解してしまい、試料の成分が拡散してしまう。よって、試料の成分を分離したままで、試料を乾燥させる方法が必要となる。多くの場合、基板１０３を加熱しただけでは、凍結した試料が融解する部分と蒸発する部分ができてしまう。この状態の基板１０３上では、融解した部分が蒸発した流路に試料が流れ込む、または融解した部分内で混和する等の現象がおこり、分離された試料が拡散してしまう。この問題を解決するためには、凍結した試料を融解させず、昇華させればよい。

本実施形態においては、泳動後の試料をさらに凍結乾燥してもよい。このとき、チップ１１２を密閉槽４００７内に配置してあった場合には、フタ１１３を取り除かれた基板１０３を、固定装置１１１の温度調節機構、あるいは試料固定装置４０００の冷却機構により凍結したままに保ち、真空引き用バルブ４００５を開き、真空ポンプ４００６で密閉槽４００７を真空状態にすることができる。これにより、流路１０７ｂ中の試料の溶媒を昇華させることができる。これにより、流路１０７ｂ中の試料の溶媒を昇華させ、その試料中の成分の位置関係を保ち、成分同士で混和させることなく、乾燥させることができる。

さらに、凍結状態または乾燥状態の試料を基板１０３上に保持した状態で、流路１０７ｂ中の試料の質量分析を行うことができる。真空ポンプ４００６を停止し、試料が飛散しないような速度で密閉槽４００７内を大気状態へと戻す。その後、密閉槽４００７から基板１０３を取り出し、引き続き、質量分析を行うことができる。

このとき、チップ１１２を密閉槽４００７内に配置せず、分離を行った場合には、凍結乾燥用のアタッチメントに、試料が凍結状態にある基板１０３を設置し、さらに密閉容器に入れて凍結乾燥することができる。図４０は、アタッチメントの構成を示す断面図である。図４０に示したアタッチメント２３０８は、フタ２３０２と台２３０３からなり、蝶番２３０６により自由に開閉することができる。台２３０３は、基板１０３に対応する基板２３０１に空気が直接吹き付けないように設計された空気導入路２３０５を備えている。

チップ１１２中の試料を凍結乾燥する際には、予め冷却されたアタッチメント２３０８に基板２３０１を設置し、フタ２３０２を閉状態に固定するストッパー２３０７をかける。そして、アタッチメント２３０８を真空用チャンバー２３０９内に設置して密閉する。凍結乾燥の前に、アタッチメント２３０８を冷却しておくことで、真空用チャンバー２３０９が充分に真空引きされるまで、サイズが小さく熱容量の少ない基板２３０１を凍結状態に保つことができる。

アタッチメントの材質は、熱容量の大きい金属が望ましい。たとえば、ステンレス鋼などが好適である。ただし、フタ２３０２は透明な材質の方が使いやすい場合もあり、この場合はアクリル、石英等で作製してもよい。流路内の試料が凍結状態にある基板１０３を設置した後に、容器（真空用チャンバー２３０９）に入れて凍結乾燥することができる。凍結乾燥後、真空用チャンバー２３０９に空気を導入するが、このときに、アタッチメント２３０８を使用することで、試料の飛散を防止することができる。

さらに、凍結状態または乾燥状態の試料を基板２３０１上に保持した状態で、流路２２０５中の試料の質量分析を行うことができる。

本実施の形態の基板において、凍結状態または乾燥状態にある流路内の試料にマトリックス溶液を添加する。マトリックスは、適宜選択されるが、タンパク質にはシナピン酸などが好適である。添加方法は用途に応じて、インクジェットにより吹き付ける方法、ネブライザーを用いてチップに噴霧する方法などから適宜選択される。

たとえば、ネブライザーを用いてチップに噴霧する際に、マトリックス溶液の噴霧量が多く、凍結した試料が溶解し、流路１０７ｂ中の試料が拡散してしまう懸念がある場合には、あらかじめ基板１０３を冷却しておいてもよい。冷却したまま基板１０３にマトリックス溶液を噴霧することで、凍結した試料が溶解することを抑制できる。その後、上記に記載の手順で試料を昇華させてもよい。その結果、流路中の試料の拡散を抑えながら、マトリックスを添加することができる。

この段階で、基板１０３は、マトリックスと試料の混合物を保持している流路１０７ｂが剥き出しになっており、この部分に対して第１の実施形態に記載の方法を用いて質量分析を行うことにより、試料を分析することができる。

（第１３の実施形態）
第１２の実施形態に示した凍結乾燥手段は、乾燥気体と次の装置を用いて簡便に実現することもできる。

乾燥気体とは、たとえば不活性気体である液化窒素、液化ヘリウム等の気化により発生する極めて低温で乾燥した気体を指し、その圧力、流量、温度を調節して用いる。圧力と流量の調節は、通常、液化窒素ボンベ、液化ヘリウムボンベに付属の調圧弁によって実現できる。ボンベから出たばかりの乾燥気体は、もとの液化気体の沸点に近い低温を保っていることから、チップ上に展開された微量の液体を凍結させ、さらにチップを被覆しているシールをその適用温度以下にしてはがれやすくすることに利用できる。さらに該乾燥気体は、水蒸気分圧の低い極めて乾燥した状態とすることができ、チップ上の微量の液体を該乾燥気体に晒すことで、短時間のうちに乾燥させることができる。さらに、乾燥気体の温度を徐々に室温に近づけることで、チップを乾燥したまま室温条件で取り出すことができる。

以下に示す乾燥気体を利用するチップの凍結乾燥装置は、乾燥気体を用いてチップ上に展開された微量の液体試料を凍結させ、乾燥することによりチップ上に固定するために用いる。

図４２は、乾燥気体を利用するチップの凍結乾燥装置の一例を示す立面図である。図４３（ａ）および図４３（ｂ）は、それぞれ、図４２に示した凍結乾燥装置の乾燥室３０００とチップ台３００２の構造を示す平面図および立面図である。図４４（ａ）および図４４（ｂ）は、それぞれ、図４２に示した凍結乾燥装置の乾燥フィルタ３１００の構造を示す平面図および立面図である。図４５（ａ）および図４５（ｂ）は、それぞれ、図４２に示し凍結乾燥装置のヒータユニット３２００の構造を示す平面図および立面図である。

以下、乾燥気体を利用するチップの凍結乾燥装置の構造について、図４２〜図４５を参照して説明する。

図４２に示した乾燥気体を利用するチップの凍結乾燥装置は、導管３００８、導管３００８に設けられたコック３００７、導管３００８に接続されたヒータユニット３２００、ヒータユニットに接続された乾燥フィルタ３１００、乾燥フィルタに接続されたチップ室３０１０、およびチップ室３０１０内に設けられたチップ台３００２を備える。

導管３００８の端は、コック３００７を介して乾燥気体を供給するボンベ（不図示）に接続されている。導管３００８を流れてきた乾燥気体は、ヒータユニット３２００内を通過する際に温度が調整され、乾燥フィルタ３１００内を通過する際に水蒸気成分が吸収されてさらに乾燥した状態となった後、チップ室３０１０に設置されたチップ台３００２へと導かれる。

チップ台３００２へと導かれた乾燥気体は、チップ台３００２の側面に複数設けられた気体出口３００３から排出されて、チップ室３０１０の内腔である乾燥室３０００内を満たす。そして、乾燥気体は、チップ室３０１０の上部に設けられたカバー３００１に設けられた通気口３００９を介して乾燥室３０００の外へと放出される。チップ３００５は、チップ台３００２にチップホルダー３００４を介して保持されており、乾燥室３０００を満たした乾燥気体により凍結乾燥される。チップ３００５の構成は、たとえば第１２の実施形態にて前述した構成とすることができる。

カバー３００１は、ちょうつがい３００６によってチップ室３０１０と接続され、開閉可能に構成されている。カバー３００１を開けることにより、チップ室３０１０の上部からチップ３００５をチップ台３００２の上にセットしたり、取り出したりできる。チップ３００５を保持するチップ台３００２の上端は、チップ室３０１０の底面から高さＨだけ高く保持されており、気体出口３００３から吹き出す乾燥気体の噴流がチップ３００５に直接吹き出さないように構成されている。これにより、乾燥空気の吹き出しによりチップ３００５の上に展開された試料が吹き飛ばされることが抑制されるようになっている。高さＨは、気体出口３００３から噴出する乾燥気体の流量と勢いに応じてたとえば５ｃｍ〜２０ｃｍ程度とする。

導管３００８は、低温や急激な温度変化にさらされても強度劣化が少ない材料、たとえば銅やステンレス等の金属でできた管であり、その周囲は断熱材、たとえば発泡ウレタン等で被覆されてボンベ（不図示）へとつながれる。コック３００７は、導管と同じ材質からなるネジ式等のバルブを用いる。

チップ室３０１０およびカバー３００１もまた、低温条件下や温度変化による劣化が少ない金属などの材料を箱状に加工したもので、その内面および外面は、通気口３００９部分とちょうつがい３００６部分を除いて適切な厚さ（数ｍｍ〜数ｃｍ）の断熱材で覆われている。

チップ台３００２の材料は、低温や急激な温度変化に強く、しかも熱伝導性の高い材料、たとえば、銅、ニッケル、真鍮、鉄、ステンレス等の金属とする。チップ３００５を載せるチップ台３００２の上端面は、チップ３００５とチップ台３００２の接着を防ぐために薄いテフロン（登録商標）樹脂のコーティングを施すこともできる。チップホルダー３００４は、チップ台３００２の表面に鉄鋼、ステンレスなど弾性の高い材料からなる板バネの一端をネジ止め、あるいは溶接し、他端を解放状態にしてチップを挟めるようにすることなどで実現できる。

次に、図４３（ａ）および図４３（ｂ）を参照して図４２に示した凍結乾燥装置の乾燥室とチップ台の構造をさらに詳細に説明する。図４３（ａ）および図４３（ｂ）に示したように、チップ台３００２の内部には、導管３０１３に連通する空所３０１１が設けられており、その空所３０１１の一部は、複数の気体出口３００３に連通している。空所３０１１および、空所３０１１の気体出口３００３に連通する部分は、チップ台３００２の材料を、その底面からフライス盤等を利用して切削した後、底面を同じ材料からなる板を溶接、あるいはネジ止めなどで封止することにより実現できる。チップ３００５は、設置領域３０１４に設置され、その一部がチップホルダー３００４に挟まれることによりチップ台３００２上に固定される。

空所３０１１の上面からチップ台３００２の表面までの厚み３０１２は、不均一に選ばれ、最初に低温としたい部分で薄く、最後に低温としたい部分で厚く選ぶことができる。空所３０１１に流入した乾燥気体の低温が、チップ台３００２の上面に伝わる時間は、空所３０１１から表面までの厚み３０１２が薄い程短く、薄い順に冷えるので、その厚みを選ぶことでチップ３００５上の所望の場所を最初に凍結させることができる。

次に、図４４（ａ）および図４４（ｂ）を参照して図４２に示した凍結乾燥装置の乾燥フィルタの構造をさらに詳細に説明する。図４４（ａ）および図４４（ｂ）に示したように、乾燥フィルタ３１００は、ヒータユニット３２００の導管３２０５と連通する穴の開いた配気管３１０１と、その周囲に充填された乾燥剤３１０２、乾燥剤を保持する外筒３１０６、外筒３１０６内部を密閉する外筒フタ３１０４、密閉度を高めるためのパッキング３１０５、チップ台３００２と外筒３１０６の内部を連通するよう溶接された導管３１０３とからなる。

外筒フタ３１０４の内側面と、外筒３１０６の外筒フタ３１０４の内面に当たる部分にはネジが切られており、外筒フタ３１０４を回すことで外筒３１０６の内部を解放して乾燥剤３１０２を交換することができる。また、パッキング３１０５を挟んで外筒フタ３１０４を絞めることにより、外筒３１０６の内部を密閉することができる。

配気管３１０１に流入した乾燥気体は、乾燥剤３１０２の隙間を流れる間にゴミや水蒸気が除かれ、さらに乾燥した状態となって導管３１０３を介してチップ台３００２へと導かれる。

外筒３１０６、配気管３１０１、導管３１０３、外筒フタ３１０４もまた、低温条件下や急激な温度変化、圧力に耐え、さらに化学薬品に強い材料、たとえば銅、ニッケル、真鍮、ステンレスなどの金属からなる。その内面は、防食性を高めるためにテフロン（登録商標）等でコーティングを施しても良い。パッキング３１０５は、柔軟性の高い金属、たとえば、銅、アルミニウムなどを平板リング状に形成したＯ−リングとすることができる。乾燥剤３１０２は、ソーダライムあるいは、塩化カルシウム、シリカゲル等の吸湿性の高い薬剤を顆粒状に整形したものとすることができる。

次に、図４５（ａ）および図４５（ｂ）を参照して図４２に示した凍結乾燥装置のヒータユニットの構造をさらに詳細に説明する。図４５（ａ）および図４５（ｂ）に示したように、ヒータユニット３２００は、保護筒３２０１、ラセン管３２０２、ヒータ３２０３、断熱材３２０４、導管３２０５とからなる。

ラセン管３２０２は、導管３００８と連通しており、ヒータ３２０３の周囲にラセン状に巻き付けられている。ラセン管３２０２の出口は、導管３２０５と連通している。ヒータ３２０３には、電熱ヒータや、オイルヒータなどを選ぶことができ、その表面は銅などの熱伝導率の高い金属で保護されている。ラセン管３２０２は、低温条件下や温度変化に対する耐性を有し、熱伝導率の高い銅、真鍮、ニッケル、ステンレスなどの金属からなり、ヒータ３２０３によって加熱されるため、ラセン管３２０２の内部を流れるうちに加温され、所望の温度に調節される。

断熱材３２０４には、低温・高温・温度変化に強く、膨張収縮の少ない材料、たとえば珪藻土などが好適に用いられる。保護筒３２０１は、低温、高温、または温度変化に強い材料、たとえば、銅、ニッケル、鉄、ステンレスなどの金属から成り、その外壁は難燃性発泡ウレタンなどの断熱材で覆われる。

温度調節精度を高めるために、ラセン管３２０２、あるいは導管３２０５の内部にサーミスタ温度計を設けて温度モニターすることも可能である。また、さらに、温度測定結果をヒータ３２０３の出力にネガティブフィードバックをかけることにより、予め設定した温度に自動調整することなどの改善も可能である。

次に、この乾燥気体を利用する凍結乾燥装置を用いて、チップ上に展開された試料を凍結乾燥する手順について説明する。

まずカバー３００１をあけて、試料が展開されたチップ３００５をチップホルダー３００４に挟み、チップ台３００２上に固定する。次に、カバー３００１を閉めた後、コック３００７を解放してチップ台３００２を介して乾燥室３０００を乾燥気体で充填する。このとき、ヒータ３２０３は暖めない。その際、チップ台３００２の厚さの薄い部分が先に冷えるためチップの所望の部分から凍結させることができる。凍結と同時に、チップを覆っているフタ１１３の樹脂層１０２（シールフタ）の粘着力が低下してはがれてくるので、カバー３００１を短時間開き、フタ１１３（シール）を除去する。

低温の乾燥気体をさらに注入し続けると、試料中の水分が乾燥気体中に蒸散し、試料が乾燥固化する。チップの流路サイズに応じて、乾燥固化にかかる時間は異なるので、予め、適切な凍結乾燥時間を実験で決定しておく。

最後に、ヒータ３２０３を加熱してラセン管３２０２を流れる乾燥気体の温度を徐々に上昇させて、最終的に室温（〜２５℃）にする。この状態を所定の時間継続することにより、乾燥室３０００、チップ台３００２とチップの温度がほぼ室温に戻った段階で、カバー３００１を開き、試料が乾燥固化されたチップを取り出す。

このようにすれば、チップ中で分離された試料の凍結乾燥を、乾燥気体と次の装置を用いて簡便に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、それぞれの実施形態で用いた構成を任意に組み合わせることもできる。

たとえば、本発明は、以下の構成とすることもできる。
（１）流路内に流体を導入することを特徴とするチップ。
（２）流路内に溶液を導入することを特徴とするチップ。
（３）流路内にタンパク質を含んだ溶液を導入することを特徴とするチップ。
（４）（３）に記載のチップにおいて、タンパク質を電気泳動させることを特徴とするチップ。
（５）（３）に記載のチップにおいて、タンパク質を分離することを特徴とするチップ。
（６）（２）に記載のチップにおいて、電気泳動により分離することを特徴とするチップ。
（７）（２）に記載のチップにおいて、等電点電気泳動により分離することを特徴とするチップ。
（８）（２）に記載のチップにおいて、アフィニティーにより分離することを特徴とするチップ。
（９）（３）に記載のチップの使用方法において、凍結乾燥プロセスがあることを特徴とするチップ。
（１０）凍結する機構を備えた電気泳動システム。
（１１）凍結乾燥する機構を備えた電気泳動システム。
（１２）チップを搬送する機構を備えた電気泳動システム。
（１３）乾燥する機構を備えた電気泳動システム。
（１４）真空引きする機構を備えた電気泳動システム。
（１５）（３）に記載のチップにおいて、凍結状態を経ることを特徴とするチップ。
（１６）（２）に記載のチップにおいて、質量分析装置にて解析をすることを特徴としたチップ。
また、上記（１）〜（１６）の構成は、それぞれ単独で備えていてもよいし、二つ以上の複数の構成を同時に備えていてもよい。

また、本発明は、以下の構成としてもよい。
（１７）表面に微小な凹凸を持つ凸構造あるいは壁面を備えた流路構造。
（１８）親水性表面の凸構造あるいは壁面を備えた流路構造。
（１９）頂上部よりも直径の小さい部分がある凸構造を備えた流路構造。
（２０）凸構造の壁面と底面との角度、流路の壁面と底面との角度が９０度以下である。
（２１）逆メサ構造、あるいは凹構造の凸構造あるいは壁面を備えた流路構造。
（２２）基板の流路以外表面に形成される側溝構造。この溝構造は基板端まで抜けている。
（２３）シールがシリコーン系樹脂である蓋を有し、粘着力の低下が、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲の粘着力の最高値の２０％以内である使用温度範囲に、−２０〜３０℃を含むことを特徴とするシールチップ。
（２４）シールがアクリル系樹脂である蓋を有し、粘着力の低下が、−２０℃以上３０℃以下の温度範囲の粘着力の最高値の２０％以内である使用温度範囲に、−２０〜３０℃を含むことを特徴とするシールチップ。
（２５）凍結した溶液を流路中に保持したチップ。
また、上記（１７）〜（２５）の構成は、それぞれ単独で備えていてもよいし、二つ以上の複数の構成を同時に備えていてもよい。

また、本発明は、以下の構成としてもよい。
（２６）リザーバを流路部分よりも遅く凍らせる温度勾配をつくるための機構を備えたチップ冷却用ステージ。
（２７）リザーバを流路部分よりも遅く凍らせる温度勾配をつくるために熱伝導性の異なる部位を備えたチップ冷却用ステージ。
（２８）チップの底面、特にリザーバ以外の底面に金属蒸着をしてある。
（２９）メアンダ流路構造。
（３１）熱伝導率の異なる素材を用いた温度分布を持つチップ冷却用ステージ。
（３２）表面に高低差があり、チップとの接触部分がリザーバ以外の部分に限定されるチップ冷却用ステージ。
（３３）チップのリザーバ部分を除いた形状のチップ冷却用ステージ。（３２）熱容量の大きい素材を用いた、空気導入路を備えた真空凍結乾燥用アタッチメント。
また、上記（２６）〜（３３）の構成は、それぞれ単独で備えていてもよいし、二つ以上の複数の構成を同時に備えていてもよい。

本実施形態では、第１の実施形態に記載のチップ１１２および固定装置１１１（図５、図６）を作製した。基板１０３はシリコン基板とした。また、板状フタ１０１にはガラス板を用い、樹脂層１０２はポリオレフィンを用いた。押さえ板１０４および台１０８には、それぞれＳＵＳおよびアルミを用いた。基板１０３の表面の外形寸法は用途に応じて適宜選択されるが、本実施例では、縦２０ｍｍ、横７０ｍｍとした。

基板１０３には、図３に示されるように、流路１０７ｂを形成し、これと交差するように投入用流路となる流路１０７ａを形成した。流路１０７ａ、流路１０７ｂには、それぞれその両端にリザーバ１０５ａ、リザーバ１０５ｂ、リザーバ１０５ｃ、およびリザーバ１０５ｄを形成した。流路１０７ａおよび流路１０７ｂをドライエッチングにより形成した。それぞれの流路は、ともに深さ０．４〜２μｍ、幅４０〜１００μｍとした。

次に、基板１０３に、リザーバ１０５ａ〜リザーバ１０５ｄの位置を穴１１５ａ〜穴１１５ｄの位置にそれぞれ合わせつつ、樹脂層１０２を載せた。この状態で、樹脂層１０２の各リザーバ位置に内径１．８ｍｍ、外径３．０ｍｍ、高さ３．０ｍｍのガラスの管１１０をエポキシ樹脂により接着した。次に、板状フタ１０１も同様に、各リザーバに対応する穴の位置を合わせつつ載せた。その後、重ねられた基板１０３、樹脂層１０２、板状フタ１０１を固定装置１１１の台１０８の上に載せた。その後、押さえ板１０４をねじ１０６で締めて加圧した。固定装置１１１による圧力は、１０〜２０Ｎ／ｃｍ２とした。さらに、各リザーバに電極を設ける。これを用いて、流路１０７ａ、流路１０７ｂ、の両端のそれぞれに電界を印加することができる。

リザーバ１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、および１０５ｄに泳動バッファーとしてｐＨ７の１Ｍ ｔｒｉｓ−ｂｏｒａｔｅ−ＥＤＴＡ ｂｕｆｆｅｒを導入し、流路構造からの漏れがないことを確認した。板状フタ１０１と樹脂層１０２とを備えたフタ１１３と基板１０３とを、加圧装置により圧接することで、泳動バッファーの漏れを防止できることが証明された。

さらに、リザーバ１０５ｂに、試料としてＤＮＡ溶液を導入し、リザーバ１０５ｂに設置された電極間に１００Ｖの電圧を印加した。その結果、チップ１１２が高電圧に耐えられると共に、ＤＮＡが流路１０７ｂ中を電気泳動できることを以下の方法で確認した。本実施例の装置を用いて、試料の成分の電気泳動を行う方法について図５を参照して説明する。まず試料としてＤＮＡ溶液をリザーバ１０５ａに注入した。次に、リザーバ１０５ｂの方向へ試料が流れるように電圧１００Ｖを印加した。これにより、試料は流路１０７ａへと流入し、結果的に流路１０７ａの全体を満たす。この時、流路１０７ｂ上では、試料は流路１０７ａとの交点にのみ存在する。

次に、リザーバ１０５ａおよびリザーバ１０５ｂ間の電圧印加をやめ、リザーバ１０５ｃとリザーバ１０５ｄとの間に、試料がリザーバ１０５ｄの方向へ流れるように１００Ｖの電圧を５分間印加した。これにより試料は流路１０７ｂを通過した。

なお、本実施例のチップにおいて、試料中の成分は、検出部１０９に至ると、光学的な方法で検出される。光学的検出とは、たとえば、あらかじめ分子に蛍光物質を結合させておき、検出部１０９においてレーザーを照射し、分子から発せられる蛍光を観測することによって行うことができる。

次に、試料を−２０℃で１時間静置して凍らせることにより、フタ１１３を除去する際に、流路１０７ａおよび流路１０７ｂの試料が漏出しないようにした。その後、固定装置１１１のねじ１０６をゆるめて押さえ板１０４を取り外し、板状フタ１０１を基板１０３上から取り除いた。その後、基板１０３を固定した状態で、樹脂層１０２を除去した。その結果、流路１０７ａおよび流路１０７ｂは開口され、その流路構造中に試料が保持されていることを確認した。

本実施例では、フタ１１３を除去することにより流路１０７ａおよび流路１０７ｂを開放することができた。これらの流路内の試料の漏れは生じなかった。この段階で、基板１０３は、試料を保持している流路１０７ｂが剥き出しになっており、この部分に対して第１の実施形態に記載の方法を用いて質量分析を行うことにより、ＤＮＡを分析することができた。

本実施例では、実施例１と同様の方法によって基板１０３を作製した。板状フタ１０１と押さえ板１０４、ねじ１０６、台１０８および管１１０の材料も実施例１と同様にした。ただし、樹脂層１０２としては、ポリオレフィンにアクリル系の粘着剤を塗布したものを用いた。樹脂層１０２を基板１０３に載せる際に、この粘着剤面を基板１０３側に面するように載せ、同様にガラスの管１１０をエポキシ樹脂で接着した。

得られた装置を用いて、実施例１と同様にＤＮＡを電気泳動した。次に、試料を−２０℃で１時間静置して凍らせることにより、フタ１１３を除去する際に、流路内の試料が漏出しないようにした。その後、加圧装置のねじ１０６をゆるめて押さえ板１０４を取り外し、板状フタ１０１を基板１０３の上部から取り除いた。その後、基板１０３を固定した状態で、樹脂層１０２を除去した。その結果、流路１０７ａおよび流路１０７ｂは開放され、且つその流路中に試料が保持されていることを確認した。

以上のように、本実施例の装置によって、流路構造からの試料の漏れもなく、かつフタ１１３を除去することにより流路１０７ａおよび流路１０７ｂを開口することができた。この段階で、基板１０３は、試料を保持している流路１０７ｂが剥き出しになっており、この部分に対して実施例１と同様にして質量分析を行うことにより、ＤＮＡを分析することができた。

本実施形態では、第１２の実施形態に記載のチップ１１２（図４１）において、図３に示した流路形状のうち、流路１０７ｂの直線流路のみを有するチップを作製した。基板１０３は石英ガラス基板とした。板状フタ１０１にはポリオレフィンを用い、樹脂層１０２にはシリコーン樹脂を用いた。フタ１１３は、板状フタ１０１と樹脂層１０２が接合されたシートである。基板１０３の表面の外形寸法は用途に応じて適宜選択されるが、本実施例では、縦２０ｍｍ、横７０ｍｍとした。

基板１０３には、分離用流路として、図３に示された直線の流路１０７ｂを形成し、その両端にリザーバ１０５ｃ、およびリザーバ１０５ｄを形成した。流路１０７ｂはドライエッチングにより形成した。流路は、深さ１０μｍ、幅１００μｍ、長さ６０ｍｍとした。流路１０７ｂには、ピッチ１０μｍ、径４μｍでの凸構造を形成した。この凸構造により、フタ１１３のたわみを防ぐとともに、凍結した溶液を流路内に保持されることを確認した。

次に、基板１０３に、リザーバ１０５ｃ、リザーバ１０５ｄの位置を穴１１５ｃ、穴１１５ｄの位置にそれぞれ合わせつつ、フタ１１３を載せた。この状態で、フタ１１３の各リザーバ位置に内径１．８ｍｍ、外径３．０ｍｍ、高さ３．０ｍｍのガラスの管１１０をエポキシ樹脂により接着した。さらに、各リザーバに電極を設けた。これらの電極を用いて、流路１０７ｂの両端に電界を印加することができる。

こうして得られたチップを用いて、等電点電気泳動によりタンパク質を分離した。タンパク質は両性電解質であり、固有の等電点（ｐＩ）を有する。その結果、タンパク質などのサンプルはｐＨ勾配上の個々の等電点と一致するｐＨの位置まで泳動することによって分離されると同時に濃縮される。

リザーバ１０５ｃに泳動に使用する液体、つまり試料としてタンパク質が入った両性担体（ｃａｒｒｉｅｒ ａｍｐｈｏｌｙｔｅｓ）溶液を導入し、次にリザーバ１０５ｄを通して流路内を真空引きすることにより、試料を流路内全体に満たした。その後、流路構造から漏れがないことを確認した。タンパク質として用いたものは、Ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ（１μｇ／μｌ、ｐＩ７．２）とβ−ＬａｃｔｏｇｌｏｂｕｌｉｎＡ（１μｇ／μｌ、ｐＩ５．１）の２種類である。これらのタンパク質は、蛍光色素Ｃｙ３を用いて、あらかじめ染色した。

次に、リザーバ１０５ｃに０．０２Ｍ水酸化ナトリウム溶液を、リザーバ１０５ｄに０．１Ｍリン酸溶液をそれぞれ導入し、これらのリザーバのそれぞれに電極をセットして電極間に１．８ｋＶの電圧を印加した。その結果、チップ１１２に高電圧を印加しても試料が漏れることもなく、使用できることを確認した。

タンパク質は、流路１０７ｂ中を泳動して、ｐＨ勾配上の個々の等電点と一致するｐＨの位置に集まる。その結果、タンパク質は、それぞれのｐＩに応じて分離され、バンド状に濃縮された。

本実施例のチップにおいては、検出部１０９は、流路１０７ｂの全体にわたる。分離されたタンパクは、検出部１０９で、光学的な方法で検出される。光学的検出としては、たとえば、あらかじめ分子に蛍光物質を結合させておき、検出部１０９においてレーザーを照射し、分子から発せられる蛍光を観測することによって行うことができる。

本実施例では、Ｘ−Ｙ自動ステージと蛍光顕微鏡とフォトマルチプライヤーとを組み合わせた蛍光測定システムを使って、測定を行った蛍光顕微鏡の台として、Ｘ−Ｙ自動ステージを使用した。チップはＸ−Ｙ自動ステージのステージ上に載せ、検出部に蛍光顕微鏡の光学系を通じて励起光を照射する。検出部の蛍光測定では、蛍光顕微鏡の光学系を通じてフォトマルチプライヤーにてフォトンカウントを行った。

図４６は、タンパク質を等電点分離した後に、フォトンカウントを行った結果である。横軸は、流路に沿ったステージの移動距離であり、右側は酸性側で、左側はアルカリ性側のｐＩとなっている。縦軸は、フォトンカウント数である。蛍光染色されたタンパク質が濃縮されている部分は、フォトンカウント数が大きく、ピークとして観測される。図４６において、矢印Ａ、Ｂは、それぞれ、Ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ、β−ＬａｃｔｏｇｌｏｂｕｌｉｎＡのピークである。図４６より、本実施例のチップを用いて、タンパク質を等電点分離できることが分かった。

次に、分離、濃縮されたタンパク質の拡散を防ぐために、チップ１１２を急速冷却した。冷却温度は、試料やフタ１１３の種類、また用途に応じて適宜選択されるが、本実施例では、液体窒素を用いてアルミのブロック台を−１５０℃まで冷却しておき、そのブロック台を冷却ステージとして、その上にチップを載せることで急速冷却をおこなった。このとき、まず流路中の試料が固体化し、次にシートの粘着剤層が硬化した。試料を凍らせたことにより、流路１０７ｂ内の試料を漏出させずにフタ１１３を除去することができた。

その後、硬化することで剥がしやすくなった樹脂層１０２を糊残りなく、基板１０３上から取り除いた。このとき、流路内に、ピッチ１０μｍ、径４μｍで凸構造が形成されていれば、樹脂層１０２に凍結した試料が付着することもなく、流路内に保持されることを確認した。その結果、流路１０７ｂは開放され、またその流路構造中に凍結した試料が保持された状態となる。

次段階は、分離したタンパク質を保持したチップを質量分析にかけることだが、凍結したままのチップは取り扱いが非常に難しい。凍結した試料は、冷却ステージから離すと、温度が上昇することによって容易に融解してしまい、分離されたタンパク質が拡散してしまう。よって、本実施例においては、第１２の実施の形態に記載の方法で、あらかじめ−８０℃に冷却しておいたアタッチメント２３０８を使用して流路１０７ｂ中のタンパク質を凍結乾燥させた。

アタッチメント２３０８を用いて凍結乾燥した結果、基板１０３では、流路１０７ｂに試料中の成分が析出しており、分離した試料が乾燥状態で保持されていることを確認した。

図４７は、タンパク質を等電点分離した後に凍結乾燥し、フォトンカウントを行った結果である。矢印Ａおよび矢印Ｂは、それぞれ、Ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ、β−ＬａｃｔｏｇｌｏｂｕｌｉｎＡのピークである。図４６、図４７のピークＡ、Ｂは、それぞれ対応している。図４７より、分離したタンパク質のピーク同士を分離したまま、乾燥状態で流路１０７ｂ内に保持できていることを確認した。

次に、流路１０７ｂ内の乾燥状態のタンパク質に対して、マトリックス溶液（シナピン酸１０ｍｇ／ｍｌ）を添加した。添加方法は、ネブライザーを用いてチップに噴霧する方法とした。その後、基板１０３上のマトリックス溶液を自然乾燥させた。

この段階で、基板１０３は、マトリックスとタンパク質の混合物を保持している流路１０７ｂが剥き出しになっており、第１の実施形態に記載の方法を用いて質量分析を行うことにより、タンパク質を分析した。図４７の矢印Ａ、Ｂ部分に対応する流路１０７ｂ部分に対して質量分析をおこなった。矢印Ａ、Ｂ部分の質量分析結果から、それぞれ、Ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ、β−ＬａｃｔｏｇｌｏｂｕｌｉｎＡを帰属することができた。

本実施例では、フタ１１３を除去することにより、流路１０７ｂを開放することができた。これらの流路内の試料の漏れもなく、汚染は生じなかった。また、次にアタッチメント２３０８を用いて凍結乾燥を行い、分離したタンパク質のピーク同士を分離したまま、溶媒成分を昇華させることができた。この段階で、基板１０３は、タンパク質を保持している流路１０７ｂが剥き出しになっており、この部分に対してマトリックス溶液を添加し、第１の実施形態に記載の方法を用いて質量分析を行うことにより、タンパク質を分析することができた。

Claims (19)

1. 表面に、試料の流路となる溝状に形成された微小空間を有する基板と、
   前記流路を覆う除去可能な蓋と、
   前記流路の両端それぞれに設置される電極と、
   を有し、
   少なくとも前記蓋に覆われている前記流路内の底面には、前記流路の幅よりも小さな複数の凸構造が設けられ、
   前記凸構造の表面と前記流路内の底面および／または壁面には、さらに微小な凹凸が設けられており、
   前記流路内の前記凸構造の表面は親水性で、前記蓋の表面は疎水性または撥水性であるチップ。
2. 請求の範囲第１項に記載のチップにおいて、
   前記流路の幅方向に８０μｍ以下の間隔で１つ以上の前記凸構造が形成され、
   且つ前記流路の長手方向に８０μｍ以下の間隔で１つ以上の前記凸構造が形成され、
   且つ前記凸構造の上面が、前記蓋と接触している構造であることを特徴とするチップ。
3. 請求の範囲第１項または第２項に記載のチップにおいて、
   前記凸構造の中心間が２０μｍ以内の間隔で形成されたことを特徴とするチップ。
4. 請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のチップにおいて、
   前記凸構造の前記流路の上面に垂直な面への投影面積の全周にわたる総和が、前記蓋が前記流路の内容物と接する表面積に対して０．５倍以上であるように構成されたことを特徴とするチップ。
5. 請求の範囲第１項乃至第４項いずれかに記載のチップにおいて、
   前記流路の上面の面積の０．０６％より多い面積を前記凸構造の上面の面積がしめていることを特徴とするチップ。
6. 請求の範囲第１項乃至第５項いずれかに記載のチップにおいて、
   前記凸構造の上面の面積が、前記凸構造の底面の面積よりも大きい構造であることを特徴とするチップ。
7. 請求の範囲第１項乃至第６項いずれかに記載のチップと、
   前記流路の内容物を前記流路内で固定する機構と、
   前記蓋により密閉された前記流路の内容物を含む領域を開放する機構と、
   を具備していることを特徴とする装置。
8. 請求の範囲第７項に記載の装置において、溶媒乾燥機構を具備していることを特徴とする装置。
9. 請求の範囲第７項に記載の装置において、
   前記固定する機構が、前記流路の内容物の流動性を喪失させることによって固定化する機構であることを特徴とする装置。
10. 請求の範囲第９項に記載の装置において、
    流路の内容物の流動性を喪失させることによって固定化する前記機構が、前記流路中の溶液を凍結するチップ冷却機構であることを特徴とする装置。
11. 請求の範囲第８項に記載の装置において、
    前記溶媒乾燥機構が、密閉槽と、溶媒が昇華可能な圧力まで前記密閉槽内を減圧する機構と、からなることを特徴とする装置。
12. 請求の範囲第８項に記載の装置において、
    前記溶媒乾燥機構が、溶媒が蒸発可能な温度まで前記チップを加熱する機構からなることを特徴とする装置。
13. 請求の範囲第７項乃至第１２項いずれかに記載の装置の使用方法であって、
    前記流路の内容物を固定化した後、前記流路を開放することを特徴とする装置の使用方法。
14. 請求の範囲第１３項に記載の装置の使用方法において、
    前記流路の内容物を凍結させることにより固定化することを特徴とする装置の使用方法。
15. 請求の範囲第１３項に記載の装置の使用方法において、
    前記流路を開放した後に、前記流路の内容物を凍結乾燥させることを特徴とする装置の使用方法。
16. 請求の範囲第１３項に記載の装置の使用方法において、
    前記流路を開放した後に、前記流路の内容物を自然乾燥させることを特徴とする装置の使用方法。
17. 請求の範囲第８項に記載の装置の使用方法であって、
    前記流路に試料中の成分を含んだ溶液を充填する工程と、
    前記流路にて前記試料を電気泳動により分離する工程と、
    前記蓋を外すことで前記流路を開放する工程と、
    を有する装置の使用方法。
18. 請求の範囲第１７項に記載の装置の使用方法において
    前記流路を開放する工程は、前記電気泳動による分離状態を維持した状態で前記試料を前記流路内に固定した後、前記蓋を外す使用方法。
19. 請求の範囲第１７項または第１８項に記載の装置の使用方法であって、
    前記流路を開放後、前記流路の内容物を乾燥させる工程と、
    前記装置から前記乾燥後の内容物を取り出し、その後、次段階解析として試料の質量分析を行う工程と、
    を有する装置の使用方法。

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