JPH09504362A - 巨大分子及び細胞の分画用のマイクロリソグラフ配列 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流体培地内の遊離細胞、ウィルス、巨大分子、又は微細粒子のような個々の微細構造体を分画し且つ同時に観察するための区分装置及び方法である。該区分装置（２０）は、その内部に配置された受容器（２４）を有する基層（２２）から成っており、該受容器（２４）は、側壁（３０、３１）と、底部分（２８）とを備えている。妨害体（３８）の配列が受容器（２４）内に配置されている。透明なカバー（３６）が受容器（３８）の配列の上に位置して、受容器を覆い且つ妨害体を視覚的に観察することを可能にする。受容器内の流体培地内に電界を発生させ、微細構造体を移行させる電極（４０、４２）を受容器（２４）内に配置することが出来る。微細構造体の移行は、例えば、受容器に付与される流体力学、光学、磁力、重力の場により行わせることが出来る。妨害体配列の妨害体は、丸型ポスト、矩形バンカー又はｖ字形、或いはカップ状構造体のような各種の形状とすることが出来る。妨害体の配列は、所定の且つ再現可能なパターンにて形成し、また、再使用することが可能である。該装置を製造し且つ使用する方法もまた、請求の範囲に含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 巨大分子及び細胞の分画用のマイクロリソグラフ配列 本発明は、遊離細胞、ウィルス、巨大分子、又は微細粒子のような微細構造体 を分画する装置及び方法に関する。特に、本発明は、好ましくは、その過程中、 これらの微細構造体の各々を同時に観察する間に、液体培地中の懸濁した微細構 造体を区分する装置及び方法に関する。 遊離細胞、ウィルス、巨大分子、又は微細粒子のような微細構造体の大きさの 測定、分離及び研究は、分子生物学的において重要な研究手段である。例えば、 この分画方法は、ＤＮＡ分子に適用したとき、遺伝子の研究、及び最終的に遺伝 子のエンジニアリング方法を計画し且つ実施する上に有用である。哺乳動物の細 胞のような、より大きい微細構造体を分画することは、細胞生物学者に対し、生 物のこうした基本的な形成ブロックの機能に関する新たな研究成果を生み出す機 会を付与するものである。 巨大分子の分画に関しては、本発明の装置及び方法により、多くの種類の巨大 分子を分画することが可能であるが、以下には、その一例として、ＤＮＡ分子の 分画について説明する。 複雑な有機体における単一の細胞内のＤＮＡ分子は、その細胞、及びその細胞 が属する有機体を追試するために必要とされる全ての情報を含んでいる。ＤＮＡ 分子は、４つの異なる下部ユニットを二重ら旋状鎖に形成されたものであり、そ のユニットは、鎖に沿って遺伝子により暗号化された順序で生じる。これら４つ の二重下部ユニットは、窒素含有基、アデニン、シトシン、グアニン、チミンで ある。かかる分子の大きさは、その分子が含む基の数で判断される。自然のＤＮ Ａ分子は、長さ数キロ塩基対から長さ数百メガ塩基対の範囲に亙る。ＤＮＡ分子 の大きさは、その分子が含む遺伝子の数に略比例する。 また、ＤＮＡ分子の大きさは、その分子量、その長さ、又はその分子が含む塩 基数によって表すことも出来る。この塩基対の数が分かれば、その数をＤＮＡ分 子の分子の長さ及び分子量に変換することが可能である。小ＤＮＡ分子の大きさ を推定する一つの方法は、ゲル電気泳動法である。 このゲル電気泳動法において、テングサゲル（agarose gel）を薄層の内で拡 散させ、また、硬化させて硬い組成物にする。組成物は、水のような液体培地を 保持する微い繊維の回路網を有する。このテングサゲルの繊維は、互いに交差し 且つ相互作用して、孔の格子を形成し、この孔よりも小さい分子は、その組成物 に保持された液体内で移行する。この格子の孔の寸法は、全体として、使用され るゲルの濃度によって決まる。 ゲルが硬化した後に、ゲルの一端に穴を開けて、ＤＮＡ分子をこの穴に入れる 。次に、穴が形成された端部を反対側の端部に電源のプラス極側を入れることに より、典型的に１−10Ｖ／ｃｍの弱い電界が発生する。ＤＮＡ電気泳動法におい て、ＤＮＡを含む穴が形成された組成物の端部にて、ゲル内に電源のマイナス極 側を入れる。ＤＮＡ分子は、マイナスに帯電されているため、電界により励起さ れて、ゲルを通って移行し、組成物の他端にて、電源のマイナス極に達する。こ れは、典型的に、僅か数ｃｍ／時の速度で行われる。 これら分子の電気泳動移動度は、定量化することが出来る。一つの分子の電気 泳動移動度は、分子の速度と印加された電界の強さとの比である。自由溶液にお いて、ＤＮＡ分子の移動度は、その分子の長さ、又は印加された電界の大きさと 無関係である。しかしながら、妨害された環境においては、その妨害された環境 の構造体を別にして、分子の移動度は、その分子の長さ及び電界の強さの関数と なる。 ゲル電気泳動法に使用されるゲルは、かかる妨害された環境を形成する。ゲル 中の繊維により形成された格子構造体によりゲル内の液体培地を通じて移行する 際に分子は、妨害される。しかしながら、電界により励起されれば、分子は、格 子構造体の孔を通って移行することにより、ゲル内を移動する。より小さい分子 は、より大きい分子よりもこれらの孔をより容易に、従って、より迅速に通るこ とが出来る。このため、より小さい分子は、より大きい分子よりも所定の時間内 でゲル組成物を通って進む距離が長くなる。その結果、より小さい分子は、この 過程中でより大きい分子から分離される。このようにして、ＤＮＡ分画が行われ る。 ゲル電気泳動法は、ＤＮＡ分画のための周知で且つ頻繁に使用される方法では あるが、ゲル格子構造体における電気泳動移動度は、十分に解明されていない。 このため、この方法は、幾つかの性質上の制約がある。例えば、ゲルの格子の孔 寸法は、正確に測定したり、表現することが出来ない。このため、格子を通って 移行する分子の長さを正確に測定することは不可能である。また、長さが20メガ 塩基対よりも大きいＤＮＡ分子は、ゲル中で正確に分画することは出来ない。勿 論、かかる材料の格子の孔寸法は、より大きい分子、いわんや、より大きい粒子 、ウィルス、又は遊離細胞を分画し得るように大きくすることは出来ない。 更に、ゲルが硬化するときに形成される格子構造体を予測することは不可能で ある。格子構造体が形成される形態、又はその孔の位置、寸法又は形状が決まる 状態を予測することは出来ない。形成される格子の構造体は、その方法を実施す る毎に異なったものとなる。このため、反復可能性を調整したり、その臨界的な 科学的判断基準を設定することが出来ない。 その前のデータを予測可能に繰り返すためにゲル電気泳動法の実験を正確に再 現することは出来ない。一回の実験で形成される格子構造体は正確に設定可能で あるとしても、その構造体を再現することは出来ない。各実験は異なり、科学的 方法は著しく遅い。 また、ゲルの格子構造体は、ゲルが自然に発生するものに限られる。孔の全体 的な寸法は、ゲルの濃度を変えることにより、ある程度は制御可能であるが、孔 の位置及び全体的な格子構造体を設定したり、設計することが出来ない。特定の 目的に合うように構成した、特徴のある格子構造体をゲル中で形成することは出 来ない。 更に、形成される格子構造体は、ゲルが硬化するときの条件に依存するため、 単一組成の格子構造体であっても、必ずしも全体が均一であるとは限らない。ゲ ル電気泳動法のもう一つの欠点は、その格子構造体の孔と比較して、又は分画す べきＤＮＡ分子の大きさに対応して、比較的厚い層にしかゲルを配置出来ないこ とに起因する。このため、ＤＮＡ分子は、幾つかの重ね合わせ且つ折り重ねた層 のゲルを通って進む。個々のＤＮＡ分子は、全体の群から独立的に観察すること は出来ない。最も薄く拡散したゲルでさえも、厚過ぎて、該ゲルを通じて移動す る個々のＤＮＡ分子を空間的に追跡したり、ＤＮＡ分子の群から隔離することは 出来ない。 一回の実験で一つのゲルを使用したならば、そのゲルは汚染され、再使用する ことは出来ない。ゲルは各実験で実際に使用された材料と相互作用し、後で再使 用するためにそのゲルを洗浄することは出来ない。このため、一回使用しただけ で、ゲル層は処分しなければならない。このことは、反復可能性という科学的な 目的を更に損なうことになる。 最後に、単純なゲル電気泳動法を使用して、長さが約20キロ塩基対よりも大き いＤＮＡ分子を分画することは出来ない。この事実を解決するため、より長いＤ ＮＡ分子を分画するために、印加される電界をパルス状にすることが公知である 。しかしながら、この技術の結果、移動度が極めて低くなり、有意義な分画を達 成するためには、数日間の実験期間が必要となる。また、この技術の結果を説明 するために開発された数値的な予見は、ゲルの格子の十分に把握されていない孔 の大きさ及び分布状態に臨界的に依存する。 細胞分画に関して、細胞の可撓性は、細胞生物学者にとって関心のある構造的 な変数である。細胞の可撓性、及び細胞の可撓性に対する各種の環境の影響は、 細胞の老化過程の研究にとって重要である。しかしながら、細胞の可撓性を利用 した細胞の分画は、従来技術の装置では容易に行われていない。 例えば、各種の細胞は、各種直径の円形又は楕円形の形状をしている。これら の形状は、その下方の細胞骨格により決まることが多い。 細胞が人体内を循環するとき、細胞は、各種寸法の開口部及び通路を通らなけ ればならない場合がある。このためには、細胞の顕著な可撓性を必要とする。細 胞の老化、特別な化学的環境に対する反応及びその他の代謝性変化に起因して、 こうした開口部を通過し得ないことがある。赤血球に関しては、赤血球細胞の可 撓性が低ければ、より大きい有機体に重大な結果が生じる。癌細胞のような細胞 に関しては、可撓性が低ければ、腫瘍が成長し且つ拡がる可能性がある。 癌細胞は、一般に、細胞自体よりも大きい人体の血管内に定着し、特殊な接着 分子を通じてこうした血管に固着すると考えられている。癌細胞がこうした血管 に固着するに伴い、新たな腫瘍が成長し始める。しかしながら、新しい情報によ れば、癌細胞は移動速度が非常に速いため、このようにして血管に接着すること は出来ないことが確認されている。現在では、癌細胞が通過するには狭小過ぎる 血管内に固着したときに、細胞が新たな腫瘍を成長させ始めると考えられている 。癌細胞の可撓性は、その細胞の有害な作用を判断する上で重要である。 多くの細胞の可撓性に影響を与える三つの物理的制約がある。第一に、多くの 細胞は、変形するとき、一定の容積Ｖ及び一定の表面積Ａを保たなければならな い。第二に、細胞薄膜は、極めて可撓性であるが、面積を増大させることは出来 ない。細胞は、無理に面積を大きくしようとすれば、引き裂ける。第三に、細胞 は老化に伴い、その薄膜を失い、また、その表面対容積の比率が低下する。 例えば、両凹の赤血球細胞の最大径は約８μｍ、表面積は約140μｍ²、及び通 常の状態の容積は約95μｍ³である。成熟した赤血球細胞の場合、直径約３μｍ 以下の開口に対して、一定の容積Ｖ及び表面積Ａの制約を満足させることが出来 ない。このため、赤血球細胞がその大きさの通路を通ろうとすれば、薄膜は引き 裂ける。最小の毛管開口部は、約3.5μｍに過ぎないため、毛管床を通過する赤 血球細胞は、引き裂ける状態に望ましくない程に近い。従って、変形を制御する 物理的変数に僅かな変化が生じても、細小血管症及び有機体の顕著な窮迫を生じ る。 細胞の可撓性及び変形可能性を測定する幾つかの技術が存在する。これらは、 精密で且つ先駆的なミクロピペットによる吸引技術から、ヌクレオポアろ過（nu cleopore filtration）及び層状応力延伸（laminar stress elongation）技術が 含まれる。後者の技術は、エクタサイトメトリー（ektacytometry）と呼ばれて いる。これらの全ては極めて有効であり、赤血球細胞の変形を研究する上で優れ た最初のデータベースを提供するものであるが、その各々には、それぞれの欠点 がある。 ミクロピペットによる吸引技術は、一度に一つの細胞しか研究することが出来 ない。ヌクレオポアろ過技術は、細胞が開口部を実際に通過する間に、細胞を観 察することが出来ない。エクタサイトメトリーは、狭小な通路内で細胞を変形さ せない。 従って、本発明の第一の目的は、巨大分子、ウィルス、遊離細胞及び微細粒子 のような微細構造体を分画する、改良に係る方法及び装置を提供することである 。 本発明のもう一つの目的は、ＤＮＡ分子、蛋白及び重合体のような巨大分子の 挙動及び構造の研究を促進することである。 従って、本発明の一つの目的は、現在、かかる巨大分子の分画に適用されてい る電気泳動法技術の有効性を向上させることである。 本発明のもう一つの目的は、パルス状電界を使用せずに、長さが20メガ塩基対 以上のＤＮＡ分子の分画を可能にすることである。 本発明の更に別の目的は、妨害された環境の格子構造体が自由に設計すること が出来、また、一定の反復可能性により再現可能である、巨大分子の電気泳動法 を行うための妨害された環境を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、その孔の分布、大きさ及び形状が略一定である格 子構造体を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、その過程中、個々の巨大分子を同時に観察しつつ 、巨大分子を分画する装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、赤血球細胞、癌細胞及びＥ.コリ細胞のような遊離 細胞の構造体及びメカニズムの研究を促進することである。 本発明の更に別の目的は、生物学的マーカにより検出することが困難なその弾 性及びその他の物理的性質に従って、細胞を分画する装置を提供することである 。 特に、本発明の一つの目的は、細胞が単一列の略単一層として通路を通過する 間に、その細胞の挙動を観察する方法及び装置を提供することである。 本発明の更に別の目的は、区分中の微細構造体により汚染されない微細構造体 を区分し且つ観察するための装置を提供することである。 本発明のもう一つの目的は、電気泳動法を実施する間の巨大分子の移動度を増 すことである。 本発明の更なる目的及び利点は、以下の説明に記載されており、また、その一 部は以下の説明から明らかとなり、又は本発明の実施により認識することが可能 である。本発明の目的及び利点は、特に、請求の範囲に記載した手段及びその組 み合わせにより認識し且つ実現することが可能である。 上記の目的を達成するため、また、本明細書に従って具体化され且つ本明細書 に広く記載された本発明に従い、流体培地内の遊離細胞、ウィルス、巨大分子又 は微細粒子のような個々の微細構造体を分画し且つ同時に観察するための区分装 置が提供される。該区分装置は、微細構造体を略単一の層にて観察することを可 能にし、これにより、特定の微細構造体を全体を通じて追跡することが出来る。 本発明の教示内容を具体化する装置の一つの実施例は、その側部に設けられた深 さの浅い受容器を有する基層を備えている。該受容器は、第一及び第二の端部と 、底部分とを備えており、該底部分の両側部は、該受容器の第一及び第二の端部 の間を伸長する、対向した一対の直立側壁により画成されている。微細構造体が 該受容器の第一の端部から該受容器の第二の端部まで移行する結果、該受容器に 対する移行方向が画成される。側壁の高さが受容器の深さを画成する。この深さ は、流体培地内の微細構造体の大きさに対応し、これにより、微細構造体は、略 単一の層として受容器を通じて流体内で移行する。 本発明の一つの形態によれば、該アレーは、移行方向と交差する第一及び第二 の端部の中間にて、受容器内に配置された変位手段を更に備えている。該変位手 段は、微細構造体と相互作用し、微細構造体が流体培地内で移行方向に移行する のを部分的に妨害する。 かかる変位手段の一つの実施例において、受容器の底部から直立する妨害体配 列が提供される。この妨害体配列は、所定の且つ再現可能なパターンにて配置さ れている。これらの妨害体は、ポスト、バンカー、Ｖ字形及びカップ状構造体及 びその他の形状の構造体を備えることが出来る。好適な実施例において、該受容 器及びその内部の妨害体配列は、マイクロ・リソグラフィ技術を利用して基層の 一側部に同時に形成される。 本発明のもう一つの形態によれば、該装置は、受容器を覆うと共に、微細構造 体を変位手段のみを通じて略単一層にて移行させる、変位手段の上方に配置され た頂上手段を更に備えている。該頂上手段は、変位手段と該頂上手段との間で微 細構造体が移行するのを阻止し得るように、変位手段に固着されている。本発明 の教示内容を具体化する一つの装置の一実施例において、かかる頂上手段は、対 の直立の対向側壁の一方から対の直立の対向側壁の他方まで、基層を横断して伸 長するカバースリップを備えており、妨害体の頂部は、該カバースリップの隣接 する側部に接合した配列内にある。該カバースリップ及び基層は、同様の熱膨張 率を有することが望ましい。また、該基層及び妨害体配列は、通常の温度範囲で その内部の分画すべき微細構造体と相互作用しない材料から成ることが好ましい 。該カバースリップは、選択随意的に透明として、これにより、区分を行う間、 微細構造体を視覚的に観察し得るようにすることが可能である。このカバースリ ップの透明な形態は、以下にキャップ手段として説明する機能を実施し得る構造 体の一例である。 本発明の教示内容を具体化する装置のもう一つの形態において、該妨害体配列 は、流体培地を通じて受容器の一端から他端まで移行するように帯電した微細構 造体を励起するために使用される電界を受容器内に発生させる電力手段を備えて いる。一つの実施例において、かかる電力手段は、受容器の第一の端部に配置さ れた第一の電極と、受容器の第二の端部に配置された第二の電極とを備えること が出来る。これらの電極は、受容器の底部に配置された金属ストリップを備える ことが出来る。第一及び第二の電極の間に電源が電気的に結合される。 本発明の更に別の形態において、本発明の教示内容を具体化する装置は、妨害 体配列内で発生された電界の強さを検出する、妨害体配列内に配置されたセンサ 手段を更に備えている。該センサ手段は、所定の方法にて電界の強さを変更する ため、電力手段と電気的に結合することが選択随意的に可能である。センサ手段 の一つの実施例において、第一及び第二のセンサ電極が妨害体配列内に配置され ており、該妨害体配列内の電界を所定の強さに保つよう、制御手段が第一及び第 二の電極に結合されている。 本発明の一つの実施例において、かかる制御手段は、第一及び第二のセンサ電 極にそれぞれ結合された第一及び第二の入力端子を有する差動増幅器回路を備え ている。該差動増幅器回路は、第一及び第二のセンサ電極の間の配列内の電界の 強さに対応する出力信号を発生させる。差動増幅器の出力信号と、配列内の電界 の所定の強さを現す基準電極との差を示す制御信号を発生させ得るよう、比較器 手段が差動増幅器に結合されている。該比較器手段により発生された制御信号に 従って電界の強さを変化させるドライバ手段が比較器手段に結合されている。 また、本発明は、上述のような装置を製造する方法をも対象にするものである 。この方法において、一対の直立の対向側壁により画成された底部分を有する基 層の一側部に受容器が形成される。妨害体配列が該受容器内に組み込まれている 。 受容器を形成する段階と、配列を構成する段階とは、同時に行われることが好ま しい。このためには、妨害体配列の頂部に対応させようとする基層の領域上にフ ォトレジスト層が配置される。次に、基層を受容器の深さに等しい所定の深さま でエッチング処理する。その結果、その内部に直立の妨害体配列を有する受容器 が形成される。次に、フォトレジスト層を基層から融解させる。 最終的に、本発明の方法は、透明なカバースリップを各妨害体の頂部に固着す る段階を含む。このためには、カバースリップは、各々の頂部と接触する状態で 妨害体配列の上方に配置する。カバースリップと妨害体配列との間に電界が印加 される。 また、本発明は、個々の微細構造体の区分及び観察を同時に行う方法をも対象 とするものである。この方法において、微細構造体が流体培地内に配置され、上 述のように、装置の一端の内部に導入される。次に、微細構造体は、妨害体配列 を通じて流体内を移行するように励起され、その過程中、視覚的に観察される。 本発明の範囲内の更なる実施例は、細胞の可撓性及び細胞に対する各種の環境 の影響を研究するため、流体培地内の細胞の区分及び観察を同時に行う装置に関 するものである。該装置は、その一側部に配置された深さの浅い受容器を有する 基層と、略単一層で且つ単一の列にて細胞が受容器を通るのを許容し得るよう、 受容器内部に配置された通路手段とを備えている。本発明の一つの実施例におい て、かかる通路手段は、細胞がそこを通ることの出来る、受容器内に配置された 通路を備えている。 該装置は、細胞の移動中に消費されるエネルギ量を測定するために使用するこ とが出来る。 本発明の上記及びその他の利点並びに目的が実施時に達成される方法を理解し 易くするために、次に、単に一例としてのみ、添付図面を参照しつつ、図面の好 適な実施例について説明する。勿論、これらの図面は、本発明の典型例を示すも のに過ぎず、このため、その範囲を限定するものと見なすべきではないことを理 解すべきである。 添付図面において、 図１は、本発明の教示内容を具体化する区分装置の一実施例の斜視図、 図２は、その間の妨害体配列をより明確に示すため基層から分離した状態の透 明なカバースリップを示す、図１の装置の分解図、 図３は、線３−３で囲った部分の図２の列領域内の妨害体の拡大図、 図４は、線４−４で囲った図３の列の領域内の妨害体の更に別の拡大図、 図４Ａは、図４に示した二つの妨害体及び図４の線４Ａ−４Ａに沿ったその間 の格子孔を示す平面断面図、 図５Ａ−図５Ｆは、図１に示した区分装置のような区分装置を製造する方法の 段階を示す図、 図６は、ＤＮＡ分子が列を通って移行する状態を示す妨害体を拡大した区分装 置の平面図、 図７は、妨害体がＶ字形である本発明の教示内容を具体化する区分装置内の配 列内に使用可能な妨害体の代替的な実施例の平面図、 図８は、妨害体がカップ状の形状である本発明の教示内容を具体化する区分装 置内の配列内に使用可能な妨害体の更に別の代替的な実施例の平面図、 図９は、一対のセンサ電極が区分装置の配列内に配置された、本発明の教示内 容を具体化する区分装置の更に別の実施例の平面図、 図１０は、妨害体列内の頂部センサ電極の位置を示す、線１０−１０に沿った 図９の装置の断面平面図、 図１１は、頂部センサ電極の位置を示す、線１１−１１に沿った図９の装置の 断面平面図、 図１２は、妨害体列の外側における頂部センサ電極の位置を示す、線１２−１ ２に沿った図９の検出装置の断面平面図、 図１３は、図９に示した検出装置の実施例に示した対のセンサ電極と関係付け られたフィードバック回路の概略図的な電気系統図、 図１４は、内部に移行する細胞を有する浸透配列の一部を示す、本発明の範囲 内の別の実施例の拡大平面図、 図１５は、人体の通路を通る細胞を模擬する細胞の挙動を模擬するため、本発 明の教示内容を具体化する区分装置内の配列の代替的な実施例による妨害体を示 す拡大斜視図、 図１６は、その列を通って移行し得るよう変形し得る細胞を示すために拡大し た、図１５の型式の妨害体を利用する本発明の教示内容を具体化する一実施例の 区分装置の平面図、 図１７Ａ乃至図１７Ｅは、図１５及び図１６に示した型式の二つの隣接する妨 害体間の健康な円形の細胞の移動状況を詳細に示す図、 図１８Ａ及び図１８Ｂは、図１５及び図１６に示した型式の二つの隣接する妨 害体により形成された狭小部分を通るように変形することの出来ない不健康な細 胞の移動状態を詳細に示す図である。 本発明は、多くの種類の微細構造体の分画を容易にする方法及び装置を提供す るものである。例えば、本発明の好適な実施例は、単一分子であるような極めて 長い染色体のＤＮＡ分子が少量しかないときでも十分に分画することを可能にす るものである。本発明のその他の好適な実施例は、赤血球細胞のような遥かに大 きい巨大構造体の分画を容易にするものである。かかる適用例については、以下 に説明する。 先ず、ＤＮＡ分子の分画に関して、巨大分子の分画について特定の対象に対し て説明するが、蛋白、重合体、ウィルス、細胞及び微細粒子のようなその他の巨 大分子及び微細構造体の分画も本発明の範囲に属すると考えられることに留意す べきである。 重合体の移動度が著しく制限される複雑な環境内で長い重合体を拡散させるこ とは、挑戦すべき統計物理的な問題であり、また、生物科学にとって極めて重要 な問題である。ゲル中のＤＮＡのような帯電した重合体を長さで分画することは 、分子生物学の基本的な手段である。しかしながら、複雑な環境内の長い重合体 の長さに依存する移動度の背後にある物理的原理を定量的に理解するための主た る障害の一つは、その妨害環境、即ちゲル、の性質の特徴を十分に把握し得ない ことである。しかしながら、本発明の教示に従えば、極めて十分に特徴が把握さ れ且つ安定的に再現可能である複雑な環境を発生させることが可能である。 図１を参照すると、流体培地内の遊離細胞、巨大分子及び微細粒子のような略 単一層の微細構造体の分画及び観察を同時に行う区分装置２０が示してある。区 分装置２０は、その一側部２６に配置された深さの浅い受容器２４を有する基層 ２２から成っている。図示した実施例において、受容器２４は、基層２２の側部 ２６にて凹所を成しているが、受容器２４のような凹所部分を形成するその他の 構造体も、本発明の実施例で作用可能である。 受容器２４は、一対の直立の対向側壁３０、３１と、第一の端部３２と、第二 の端部３４とにより画成された、図２により明確に示した底部分２８を備えてい る。側壁３０、３１の高さは、受容器２４の深さを画成する。受容器２４の深さ は、区分装置２０内で区分すべき微細構造体の大きさに対応している。受容器２ ４の深さは、受容器２４の流体培地内の微細構造体が略単一層を形成し得るよう に特別に設定してある。このように、微細構造体が受容器２４を通じて流体培地 内で移行するとき、微細構造体は、略単一層にて移行する。この微細構造体の移 行方向は、区分装置２０に関して設定された矢印Ｍで示す方向である。 基層２２は、フォト・リソグラフ法により加工することの出来る任意の型式の 材料で形成することが出来る。シリコンが望ましいが、石英及びサファイヤのよ うなその他の材料も使用可能である。 本発明のある実施例の好適な特徴によれば、受容器２４の第一の端部３２及び 第二の端部３４の中間にて受容器２４を覆うと共に、微細構造体を容器２４内で 略単一層として移行させる頂上手段が設けられる。一例として且つ限定的ではな く、図１に示すように、カバースリップ３６は、基層２２内の受容器２４を横断 して対の直立の対向側壁３０の一方から上記対の直立の対向側壁３１の他方まで 伸長する。カバースリップ３６を基層２２の側部２９に結合する方法について、 以下に詳細に説明する。 本発明の一部の実施例の好適な特徴によれば、区分装置２０のような区分装置 には、受容器２４内に配置された変位手段が設けられており、該変位手段は、微 細構造体と相互作用させ、微細構造体がその移行方向に移行するのを部分的に妨 害すべく、その該当する移行方向を逆にする。 図２の分解図に示すように、本発明に従って利用可能なかかる変位手段の一つ の形態は、受容器２４の底部２８から直立する微細な妨害体３９の配列３８であ る。妨害体３９は、区分装置２０の特定の区分対象物を前進させ得るような寸法 とし且つ分離されている。妨害体３９の配列３８を形成する方法、及びかかる列 内で利用可能な妨害体の実施例の数について以下に詳細に説明する。 カバースリップ３６は、微細構造体が妨害体３９とカバースリップ３６との間 で移行しないように妨害体３９の配列３８内の頂部に固着されている。カバース リップ３６は、選択随意的に透明とすることが出来る。この形態において、カバ ースリップ３６は、上述の頂上手段の機能を果たすのみならず、受容器２４のよ うな深さの浅い受容器を覆うと共に、微細構造体が配列３８を通って移行する状 況を視覚的に観察するためのキャップ手段としての機能も果たす。カバースリッ プ３６は、任意のセラミック材料で形成することが出来る。パイレックス（pyre x）が好ましいが、例えば、石英及びサファイヤのようなその他の材料も使用可 能である。 本発明の一部の実施例の好適な特徴によれば、区分装置２０のような区分装置 には、受容器２４内の流体培地内に電界を発生させる電力手段が設けられる。該 電界は、電界の極性及び微細構造体がプラス又はマイナスに帯電されているかど うかにより、第一の端部３２から第二の端部３４に、又は第二の端部３４から第 一の端部３２の何れかに流体培地を通じて移行するように微細構造体を励起させ る。ＤＮＡ分子のようなマイナスに帯電された微細構造体は、プラス極に向けて 流れるように励起される。蛋白のようなプラスに帯電された微細構造体は、マイ ナス極に向けて流れるように励起される。 一例として且つ限定的ではなく、第一の電極４０は、図２において、受容器２ ４の第一の端部３２内に配置され、第二の電極４２は、受容器２４の第二の端部 ３４に配置されている。これら第一の電極４０及び第二の電極４２は、その各々 が受容器２４の底部２８に配置された金属ストリップを備えている。好適な実施 例において、該金属ストリップは、金で蒸着して形成されている。 第一の電極４０がマイナス極を有する一方、第二の電極４２がプラス極を有す るように、バッテリ４４、又はその他の電源が第一の電極４０と第二の電極４２ との間に電気的に結合されている。これら第一及び第二の電極４０、４２の間に 発生される電界は、直流であるが、バッテリ４４に代えて交流の電源を使用する ことも本発明の教示内容に適合するものである。 移行するように励起される微細構造体がＤＮＡである場合、受容器２４内の電 界の強さは、約0.1Ｖ／ｃｍ乃至約10Ｖ／ｃｍの範囲にある。図２の好適な実施 例において、電界の強さは約1.0Ｖ／ｃｍである。 次に、図３を参照すると、線３−３で囲った図２の部分が拡大図で示してある 。図３には、本発明による区分装置内で使用される変位手段の一例が示してある 。図示するように、配列３８は、受容器２４の底部２８から直立する複数の妨害 体３９を備えている。図３には、妨害体３９が順序通りで且つ均一なパターンに て配列３８内に配置された状態で示してあるが、互い違いの配置パターン、又は 任意の所望の所定の且つ再現可能なパターンとすることも本発明の範囲に属する 。 図４には、典型的な妨害体３９の各種の寸法が示してある。妨害体３９の高さ Ｈは、受容器２４の底部２８に対して直角の方向に測定したものである。妨害体 ３９の長さＬは、上記移行方向Ｍに対して平行な方向に測定したものである。妨 害体３９の幅Ｗは、移行方向Ｍに対して直角な方向に測定したものである。妨害 体３９の各々は、所定の分離距離Ｓ_dだけ、隣接の妨害体３９から分離されてい る。受容器２４の底部２８に対して直角に測定したときの配列３８の断面内の隣 接する妨害体３９間のスペースが、配列３８の妨害体３９により累積的に形成さ れる格子構造体の孔５４を画成する。参照し易いように、図４にかかる典型的な 孔５４は斜線で示してあるが、以下に更に詳細に説明する。これらの寸法は、区 分すべき微細構造体の種類、大きさ、配列の設計、その配列内の妨害体の種類に 依存して、所望通りに変更し且つ設計することが可能である。 例えば、孔５４を通じて移行する微細構造体が、ＤＮＡ分子、ウィルス及び細 菌細胞であるか、又は哺乳類の細胞であるかどうかにより、分離距離Ｓ_dは異な る。ＤＮＡ分子が移行する場合、その分離距離Ｓ_dは、約0.01μｍ乃至20.0μｍ の範囲内にある。ウィルス及び細菌の細胞が移行する場合、分離距離Ｓ_dは、約0 .01μｍ乃至約1.0μｍの範囲である。哺乳類の細胞が移行する場合、分離距離は 、約1.0μｍ乃至約50.0μｍの範囲内である。現在、この分離距離Ｓ_dは、分子の 中心から外れる距離である、分子の旋回半径に略等しいことが好ましい。 また、妨害体３９の配列３８を通って移行すべき構造体に依存して、長さＬも 異なる。現在の好適な実施例において、この長さは、一般に、分離距離に等しい 。高さＨに関しては、妨害体の高さは、全体として0.01μｍ乃至約20.0μｍの範 囲 内とすることが出来る。より小さい微細構造体の場合、妨害体の高さは、約0.01 μｍ乃至約0.50μｍの範囲である。より大きい巨大構造体の場合、その高さは約 1.0μｍ乃至約5.0μｍの範囲とすることが出来る。 二つの妨害体３９の断面図である図４Ａには、典型的な孔５４が平面図で示し てある。孔５４は、微細構造体がそこを通らなければならない、二つの妨害体３ ９により画成された領域を圧縮する。孔５４は、高さＨ及び妨害体間の分離距離 Ｓ_dにより画成される。孔５４の所望の寸法は、区分すべき微細構造体の大きさ を基準にして設定される。本発明の好適な実施例の重要な特徴は、配列の孔寸法 が設定出来るのみならず、その寸法が一定で且つ再現可能なことである。より安 定的なデータを得ることが可能となる。 溶液中の重合体に適合するための長さ寸法を設定する特徴的な数値は、持続的 長さであり、次式で求められる。 Ｅはヤング弾性率、 Ｉ_Aは表面の慣性モーメント Ｋ_Bはボルツマンの定数、 Ｔは絶対温度である。 約0.1Ｍ・ＮａＣｌ及びＰＨ7.6である、正常な生理学的塩分濃度及びＰＨにお けるＤＮＡの場合、Ｐは0.06μｍとなる。その配列のエッチング処理深さが略Ｐ に等しく又はそれ以下である場合、本発明の範囲内で使用される装置の場合のよ うに、重合体は、疑似二次元的環境内で移動していると見なすことが出来る。 本発明の教示内容を具体化する区分装置２０のような区分装置の一つの好適な 実施例において、基層２２には、長さ約3.0ｍｍの側部３０、３１と、長さ約3.0 ｍｍのそれぞれ第一及び第二の端部３２、３４とを有する受容器２４が設けられ る。妨害体３９の各々は、高さＨ約0.1μｍ、幅ｗ約1.0μｍ、長さＬ約1.0μｍ 、及び分離距離Ｓ_d約2.0μｍである。これらの寸法は、区分すべき構造体に依存 して異なり、妨害体３９は、妨害体３９の配列３８を通って略単一層にて微細構 造 体が移行するような妨害体３９の寸法及び分離程度とする必要があることに留意 すべきである。 本発明によるかかる装置を製造する好適な方法は、基層２２の一側部に受容器 ２４を形成する段階を含む。受容器２４は、微細構造体が受容器２４を通って流 体内で略単一層にて移行するような寸法に形成する必要がある。更なる段階は、 妨害体３９内に妨害体３９の配列３８を形成する段階を含む。妨害体３９の各々 は、頂部５６と、側部５７と、底端部５８とを備えている。妨害体３９は、受容 器２４の底部２８から所定の且つ再現可能なパターンにて直立している。一つの 好適な実施例において、妨害体配列は、複数のポストを備えている。 一例として且つ限定的ではなく、受容器内にポストを形成する状態は、図５Ａ 乃至図５Ｆに示してある。図５Ａに示すように、この形成段階は、妨害体３９の 頂部５６に対応することを目的とする基層２２の領域上に感光性のフォトレジス ト層６０を現像する段階を含む。これは、対応する半透明パターンを有するマス クを通じて基層２２を露光させることにより行われる。 光に露出されるフォトレジスト層６０の部分は、塩基性の現像溶液中で溶融性 となる一方、非露出部分は基層２２に残ったままであり、基層２２を保護する。 このように、現像溶液中で現像した後、基層２２には、マスクの半透明パターン と同一のフォトレジスト層６０のパターンが残る。図５Ｂには、光に露出させ且 つ溶液中で現像した後の、フォトレジスト層６０を有する基層２２が示してある 。 次の段階は、基層２２をエッチング処理して、フォトレジスト層６０により保 護されない基層２２の領域がエッチング処理され、これにより、受容器２４を形 成することを含む。エッチング処理した受容器２４内の直立の妨害体３９の配列 ３８は、フォトレジスト層６０で保護された基層２２の部分により形成されてい る。図５Ｃには、受容器２４及び妨害体３９を形成する状態が示してある。 図５Ｃから理解され得るように、基層２２がエッチング処理されるとき、フォ トレジスト層６０も腐食するが、その速度は遅い。図５Ｃには、受容器２４が半 分形成され、フォトレジスト層６０の一部がエッチング処理された状態が示して ある。例えば、フォトレジスト層を基層２２のエッチング速度の１／10の速度で エッチングする場合、形成される受容器の深さは、精々、フォトレジスト層の厚 さの10倍にしか過ぎない。従って、フォトレジスト層６０の厚さは、これに応じ て選択しなければならない。 エッチング処理工程は、受容器の所望の深さが得られた任意の時点で終了させ ることが出来る。図５Ｄに示すように、エッチング処理を終了したときに、一部 のフォトレジスト層６０が依然として、基層２２に残る場合がある。その場合、 次の段階は、フォトレジスト層６０を基層２２から分離させることである。この 段階の結果、図５Ｅに示すような清浄な基層２２が残る。 本発明の範囲内において、エッチング処理は、多くの種類の方法で行うことが 出来る。好適な実施例において、頭上のイオンビームを使用して、基層２２及び フォトレジスト層６０をエッチングさせ得るように、イオン・ミーリング法が使 用される。化学的腐食法のようなその他のエッチング処理方法も本発明の範囲に 属する。 次に、図５Ｆを参照すると、カバースリップ３６を基層２２に溶着する段階が 示してある。本発明の範囲内における好適な実施例にて、この段階は、カバース リップ３６を妨害体３９の配列３８上に配置し、カバースリップ３６が妨害体３ ９の各々と接触するようにする段階と、次に、カバースリップ３６との妨害体３ ９の各々との間に電界を印加する段階とを備えている。このカバースリップ３６ は、マイナス電位に保持されている。妨害体３９は、プラス電位に保持されてい る。これにより、イオンが励起されて、カバースリップ３６と妨害体３９との間 を移行させて、全ての接触領域にてカバースリップ３６と妨害体３９の各々との 結合部を形成する。この段階の過程は、電界支援の融着（field assisteｄ fusi on）と呼ばれる。 カバースリップ３６を基層２２に融着させるために使用される電圧は、約１ｋ Ｖであることが好ましいが、200Ｖ乃至約2000Ｖの範囲内とすることが出来る。 融着時間は、約400℃の温度にて約30分である。この温度は、約300℃乃至約600 ℃の範囲内とすることが出来るが、400℃が好適な温度である。本発明の範囲内 における好適な実施例において、カバークリップは、パイレックス材料から成っ ている。しかしながら、任意の透明なセラミックを使用することが可能である。 例えば、サファイア及び石英がカバースリップに使用可能な材料である。 カバースリップ３６に使用される材料は、基層２２と略等しい熱膨張率を有す ることが好ましい。さもなければ、高い融着温度のとき、カバースリップ３６及 び基層２２は、異なる速度で膨張し、その二つの部分間の密封を実現することは 困難か、又は不可能となるからである。 融着が良好に為し得たか否かの確認は、装置内に蛍光流体を注入することで行 うことが出来る。完全に融着したカバースリップは、カバースリップ３６と妨害 体３９との間でいかなる蛍光流体が通過することをも許容しない。 図６には、本発明の一つの実施例の使用例が示してある。上述したように、本 発明の装置は、帯電した巨大分子の電気泳動法に使用することが出来る。例えば 、該装置には、蛋白の電気泳動法及びＤＮＡの電気泳動法を行うために使用し、 プラス極及びマイナス極はこれに応じて調節することが出来る。図６には、ＤＮ Ａの電気泳動法が示してある。 一例として且つ非限定的に図６に示すように、ＤＮＡ分子６８は、緩衝溶液中 に投入し、また、受容器２４の第一の端部３２に設けられた装填領域６６内に投 入される。装填領域６６は、妨害体３９が全く形成されない箇所である受容器２ ４の一部分を有する。第二の端部３４に設けられた第二の装填領域６７に緩衝液 が添加される。また、第二の装填領域６７は、妨害体が全く形成されない箇所で ある、受容器２４の一部を有する。次に、この装填領域にカバーをする。 ＤＮＡ分子６８が位置決めされたならば、バッテリ４４を作動させて、電界を 発生させる。この電界は、マイナスに帯電されたＤＮＡの微細構造体を励起させ 、電界を通って第一の電極４０から受容器２４内の第二の電極４２に向けて移行 させる。 ＤＮＡ分子６８が第一の端部３２から第二の端部３４に向けて移行するとき、 その動きは、受容器２４内の直立の妨害体３９の配列３８により妨害される。妨 害体３９とＤＮＡ分子６８との間の相互作用は、図６に示してある。 図６において、ＤＮＡ分子６８は、長い矢印で示してある。これらの矢印の方 向は、ＤＮＡ分子６８の移行方向を示す。ＤＮＡ分子が妨害体３９の配列３８を 通って移行するとき、ＤＮＡ分子の大きい集団は、妨害体３９で引掛けて取り込 むことが出来る。これら引掛けて且つ取り込んだＤＮＡ分子は、６８ａとして標 識する。図６に示すように、妨害体３９がポストであるとき、ＤＮＡ分子６８は 、引掛けられた際に、妨害体３９の周りで延伸する。これらの妨害体は、大きい ＤＮＡ分子を捕獲して、それらを電界に対して保持すると考えられる。ＤＮＡ分 子６８の一部は、延伸し且つ自然に妨害体から解放される。より小さいＤＮＡ分 子は、十分なブラウン運動をするから、自然に解放される。 本発明の範囲内で、妨害体３９の配列３８が任意のパターンで設定し得ること が、本発明の重要な特徴である。配列３８は、順序立った均一な間隔の形成体を 備えることが出来、そこでは、妨害体は、均一な横列及び縦列状に配置される。 これと代替的に、配列３８は、ずらして配置した形態とし、ここで、妨害体の位 置は均一ではなく、配列の周りでかなりばらばらに配置されるようにしてもよい 。更に、配列３８は、該配列と交差する移行方向Ｍに沿ってかかる配置を混ぜ合 わせることも可能である。 この配列の設計は、所望の任意の用途に合うように設定することが可能である 。長いメガ塩基対のＤＮＡ部分の像を形成するためには、順序通りに均一に離間 した形態を使用することが可能である。ＤＮＡ分子がこの配列を通じて移行する とき、ＤＮＡ分子が引掛かる可能性が大きいこのずらし配置は、ＤＮＡ分子が動 くときのＤＮＡを弛緩させ及び引っ掛けるその働きをより直接的に試験するため に、使用することが出来る。 また、この妨害体の形状は、本発明の範囲内で変更が可能である。図７に示し たものは、受容器２４の底部２８から直立し、受容器２４の底部２８に平行に配 置された面内にＶ字形の断面を有する、Ｖ字形の妨害体７２の配列７０が示して ある。アーム７３、７４は、一端にて交差し、渦巻き部分７５及び開放端７６を 形成する。Ｖ字形受容器７２の上記Ｖ字形断面の開放端７６は、受容器２４の移 行方向Ｍと反対方向に配置されている。 各種寸法の微細構造体がＶ字形妨害体７２の配列７０を通って方向Ｍに移行し 、微細構造体が妨害され、Ｖ字形の妨害体７２の開放端７６内に取り込まれるよ うに、Ｖ字形妨害体７２の寸法を設定する。より小さいＶ字形の妨害体７２は、 小さい微細構造体を取り込む一方、より大きいＶ字形の受容器７２は、小さい及 び大きい微細構造体の双方を取り込む。 一つの配列７０内に各種寸法のＶ字形の妨害体７２を使用することが可能であ ると考えられる。例えば、より小さいＶ字形の妨害体７２は、受容器２４の第一 の端部３２に向けて配置し、より大きいＶ字形妨害体７２は、受容器２４の第二 の端部３４に向けて配置することが出来る。このようにすれば、微細構造体が第 一の端部３２から第二の端部３４に向けて移動するとき、小さい微細構造体は、 小さいＶ字形の妨害体７２内に取り込まれる一方、大きい微細構造体は、その小 さいＶ字形の妨害体７２を通過して流れる。大きい微細構造体が大きい寸法のＶ 字形の妨害体７２を通って流れるとき、その大きい微細構造体も又、取り込まれ る。次に、微細構造体は、寸法に従って分離される。 次に、図８を参照すると、本発明の範囲内の妨害体配列の代替的な実施例が示 してある。図８には、カップ状の形状の妨害体８０の配列７８が示してある。妨 害体８０は、受容器２４の底部２８に対し平行に配置された面内にカップ状の断 面を有する。 図示するように、カップ状の妨害体８０は、微細構造体の移行方向に対し略平 行である第一の脚部８２及び第二の脚部８４と、移行方向に対し略垂直な第三の 脚部８６とを備えることが出来る。これらの第一の脚部８２、第二の脚部８４及 び第三の脚部８６は、それぞれ、開放端８８を画成するように配置されており、 微細構造体がカップ状妨害体８０を通って移行するとき、微細構造体がこの開放 端内に取り込まれるようにすることが出来る。Ｖ字形の妨害体７２の場合と同様 に、配列７８内には、各種寸法のカップ状妨害体８０を所望の任意のパターンに て配置することが出来る。カップ状断面の開放端８８は、受容器２４の移行方向 Ｍに対向する位置に配置されている。 如何なる型式の配列を使用するとも、その配列が再現可能であることを認識す ることが重要である。更に、最も好適な設計が得られる迄、新たな実験毎に列に 僅かな変更を加えることにより、好適な設計は、時間の経過と共に完全なものに することが出来る。 次に、図９を参照し、且つ本発明の幾つかの実施例のもう一つの好適な特徴に よれば、区分装置１１０は、区分装置２０のような装置で構成されており、その 内部の任意の所定の第一及び第二の点の間で受容器３９の列３８のような受容器 の列内で発生される電界の強さを検出して、電界の強さを制御を可能にするセン サ手段が更に設けられている。 区分装置１１０は、図９に示してある。図１及び図２に示した区分装置２０に おけるように、区分装置１１０は、その間で発生される電界に対してマイナス極 及びプラス極として機能する、第一の電極４０及び第二の電極４２とを備えてい る。その間で図１及び図２のバッテリ４４のようなバッテリを結合させることに より、該電界は、直流とすることが出来る。しかしながら、選択的に、又は何か 反復的なパターンに従って交流である、即ち、切り替え可能な極性の電界を発生 させることは、本発明の教示内容に適合したものである。しかしながら、区分装 置１１０の場合、第一の電極４０と第二の電極４２との間に発生される電界は、 以下に更に詳細に説明するフィードバックにより変化させたドライブ電圧回路１ ４４により励起される。 第一の電極４０は、第一の端部３２にて受容器２４の底部２８に沿って配置さ れた金属ストリップを備えている。第一の電極４０は、第一の領域１２８にて基 層２２及び各種の導線にはんだ付けされている。第二の電極４２は、第二の端部 ３４にて受容器２４の底部２８に沿って配置された金属ストリップを備えている 。第二の電極４２は、第二の領域１２９にて基層２２及び各種の導線にはんだ付 けされている。好適な実施例において、金属ストリップ、第一の電極４０及び第 二の電極４２は、底部２８内部に金を蒸着させて形成されている。 その内部の所定の第一及び第二の点の間で第一の電極４０と、第二の電極４２ との間に発生された電界の強さを検出するセンサ手段が配列内に配置されている 。該センサ手段は、発生された電界の強さを制御することを可能にする。 該センサ手段は、第一の所定の点１３４にて妨害体３９の配列３８内に配置さ れた第一のセンサ電極１３０を備えている。該センサ手段は、第二の所定の点１ ３５にて妨害体３９の列３８内に配置された第二のセンサ電極１３２を更に備え ている。第一のセンサ電極１３０は、受容器２４の底部２８に沿って形成された 第一のセンサ通路１３８内で受容器２４の第一の端部３２に向けて、配列３８内 に配置されている。通路１３８内に妨害体３９は存在しない。その内部にセンサ 電極が配置された透明な領域が形成される。 本発明の一つの実施例において、センサ電極が配列内に配置される前に、該配 列３８は45°の角度で曲げられる。 図９から理解され得るように、第一及び第二のセンサ電極１３０、１３２が受 容器２４の側壁３１、カバースリップ３６を通って基層２２まで伸長している。 第一のセンサ電極１３０の位置は、図１０乃至図１２から理解することが出来る 。 図１０において、第一のセンサ電極１３０は、第一のセンサ通路１３８内で受 容器２４の底部２８に沿って配置された状態で示してある。妨害体３９は、頂部 センサ通路１３８の側部に沿って配置された状態で示してあるが、通路１３８自 体の内部にはない。カバースリップ３６は、妨害体３９に融着され且つ通路１３ ８を覆う状態で示してある。 図１１には、受容器２４の側壁３１から伸長する通路１３７が示してある。通 路１３７内に妨害体は存在しない。カバースリップ３６は、通路１３７の上方に 配置された状態で図１１に示してある。 図１２には、第一のセンサ電極１３０が基層２２にはんだ付けされ且つ以下に より詳細に説明するように第一のセンサ導線１５２に接続される箇所である第一 のセンサはんだ付け領域１４０が示してある。 第一のセンサ電極１３０のみの断面が示してあるが、第二のセンサ１３２が同 一の方法で装置１１０内に配置されていることに留意すべきである。第二のセン サ電極１３２は、妨害体３９の配列３８内で底部センサ通路１３９内に配置され ている。第二のセンサ電極１３２は、第二のセンサはんだ付け領域１４２にて基 層２２にはんだ付けされ且つ第二のセンサ導線１５４に接続されている。第二の センサ導線１５４に関しては、以下に更に詳細に説明する。 第一の電極４０は、第一の電極のはんだ付け領域１２８にて第一の電極４０に はんだ付けされた第一の電極の導線１４６により、ドライブ回路１４４に電気的 に結合されている。第二の電極４２は、第二の電極のはんだ付け領域１２９にて 第二の電極４２に接続された第一の接地部分１４８を介して接地されている。 第一及び第二のセンサ電極１３０、１３２は、フィードバッック回路１５０を 通じて互いに且つドライブ電極回路１４４に電気的に結合されている。第一のセ ンサ電極導線１５２が第一のセンサ電極１３０をフィードバック回路１５０に接 続する。第二のセンサ電極の導線１５４は、第二のセンサ電極１３２をフィード バック回路１５０に接続する。 第二の接地導線１５６は、フィードバック回路１５０を接地部分に接続する。 制御導線１５８がフィードバック回路１５０をドライブ電圧回路１４４に接続す る。 一例として図示するように、図９のフィードバック回路１５０及び図９のドラ イブ電圧回路１４４のような電圧ドライブ回路の一実施例の具体的な構造の詳細 は、図１３を参照することにより、理解することが出来る。 説明の目的のため、図１３に示すように、受容器２４には、液体培地が充填さ れており、第一の電極４０及び接地された第二の電極４２の間で供給された入力 電圧Ｖ₁が、この液体培地内で電界を形成する。 第一のセンサ電極１３０と第二のセンサ電極１３２との間にて受容器２４内で 液体培地内に発生された実際の電圧Ｖ_Aは、可変レジスタ１５９にて生じる電圧 の降下として示してある。レジスタ１５９は、配列３８内の第一及び第二の所定 の点の間の受容器２４内で液体培地内に発生される電界に対する抵抗を示す。区 分装置１１０のような区分装置が作動するとき、液体培地の組成は、多くの原因 により変化する。その結果、液体培地の電気抵抗が変化する。 実際の電圧Ｖ_Aは、二つの位置にて液体培地内で電圧が低下する量だけ、入力 電圧Ｖ₁と本来的に異なる。これら二つの位置は、第一の電極４０と第一のセン サ電極１３０との間及び第二のセンサ電極１３２と第二の電極４２との間である 。第一の電極４０と第一のセンサ電極１３０との間の受容器２４内の液体培地内 の抵抗は、レジスタ１６０ａとして示してある一方、第二のセンサ電力１３２と 第二の電極４２との間の対応する抵抗は、レジスタ１６０ｂとして示してある。 図１３には、図９に示したドライブ電圧回路１４４及びフィードバック回路１ ５０の機能を果たすことを目的とする回路要素の一例としての配置が更に示して ある。 区分装置２０の場合と同様に、区分装置１１０には、受容器２４内の液体培地 内に電界を発生させる電力手段が設けられている。かかる電力手段の一例は、図 １のバッテリ４４のようなバッテリである。 しかしながら、図９には、ドライブ電圧回路１４４の形態の電力手段の代替的 な形態が示してある。図１３により詳細に示すように、ドライブ電圧回路１４４ は、入力レジスタ１６１を通じて差動増幅器１６２のマイナスの端子に結合され た初期電圧Ｖ_oを有する。このようにして、差動増幅器１６２の出力端子に結合 された第一の電極の導線１４６に付与される電圧は、入力電圧Ｖ_oに対して逆の 極性となる。バイアスレジスタ１６３が差動増幅器１６２のマイナス入力端子と その出力端子との間で並列に結合されている。 ある実施例においては、入力電圧Ｖ_oは、バッテリで提供することが出来るが 、区分装置１１０に対してそれ自体可変である入力電圧Ｖ_oを付与することも考 えられ、この入力電圧は、差動増幅器１６２のマイナス入力端子を通じて結合さ れているため、第一の電極の導線１４６を通じて第一の電極４０に最終的に供給 される入力電圧Ｖ₁に対して逆の極性に変更可能である。 本発明の一部の実施例の好適な特徴によれば、図９に示したように区分装置１ １０のような区分装置は、配列３８の任意の所定の部分で受容器２４の液体培地 内で発生された電界の強さを検出するセンサ手段を備えている。この検出された 電界は、図１３に示した実際の電圧Ｖ_Aに対応する。図１３において、実際の電 圧Ｖ_Aが測定される配列３８の所定の部分は、第一のセンサ電極１３０に対応す る列３８内の第一の所定の点１３４と第二のセンサ電力１３２に対応するその内 部の第二の所定の点１３５との間に位置している。 本発明の教示内容を具体化する区分装置に使用される、かかるセンサ手段の機 能を果たすことの出来る回路手段の一例が、図１３に示してある。これらの要素 は、第一の所定の点１３４にて、妨害体３９の配列３８内に配置された第一のセ ンサ電極１３０と、第二の所定の点１３５にて配列３８内に配置された第二のセ ンサ電極１３２とを備えている。本発明の教示内容によるセンサ装置は、これら と組み合わせて、受容器２４内の液体培地の電界を所定の強さに保つように第一 のセンサ電極１３０及び第二のセンサ電極１３２に結合された制御手段を備えて いる。 かかる制御手段の一つの実施例の構成要素は、フィードバック回路１５０を備 える回路構成要素及びその機能的にグループ分けして図１３に示してある。フィ ードバック回路１５０は、制御導線１５８を通じて供給された制御信号を利用し 、ドライブ電圧回路１４４により第一の電極４０に供給された電圧を変化させる 働きをする。フィードバック回路１５０の構成要素について、以下に詳細に説明 するが、ドライブ電圧回路１４４の構成要素の最初の説明から、制御導線１５８ を介してドライブ電圧回路１４４に供給される制御信号の作用は、一層、良く理 解されよう。 制御導線１５８からの制御信号は、第二の入力レジスタ１６４を通じて差動増 幅器１６２のプラスの入力端子に印加される。制御導線１５８に対する制御信号 の作用は、実際の電圧Ｖ_Aを安定させる目的にて、第一の電気導線１４６におけ るドライブ電圧回路１４４の出力を変更することである。このためには、区分装 置１１０の操作者が所望の所定の基準電圧よりも実際の電圧Ｖ_Aが低いことを制 御信号が表示するとき、受容器２４内の流体培地内の電界の強さを増大させる。 これに対応して、実際の電圧が同一の所定の基準電圧よりも大きいことを制御信 号が表示するとき、制御導線１５８の信号を逆の極性にし、これにより、受容器 ２４内の液体培地の電界の強さを低下させる。このようにして、ドライブ電圧回 路１４４への制御導線１５８に供給される制御信号は、差動増幅器１６２の作用 により、初期電圧Ｖ_oの実際の作用を調節し、実際の電圧Ｖ_Aを任意の所望のレベ ルに保つ。 第一の電気導線１４６にて第一の電極４０に供給される電圧に所望の変化を生 じさせる機構として、制御導線１５８を通じてドライブ電圧回路１４４に供給さ れる制御信号を利用することが出来る。しかしながら、殆どの状況にて、微細構 造体がその内部で移行する液体培地の公知の特性は、蒸発、化学的反応及び温度 変化のような多数のファクタにより、作動時間中に変化することが予想される。 フィードバック回路１５０に関して以下に説明する回路の第一の目的は、可変 レジスタ１５９で示すような受容器２４内の液体培地の可変の性質を補正するこ とである。このようにして、実際の電圧Ｖ_Aは、所定の一定の強さに保たれる。 図１３に示すように、フィードバック回路１５０は、第一の入力端子１６７と 、第二の入力端子１６８と、出力端子１６９とを有する差動増幅器回路１６６を 備えている。第一の入力端子１６７は、第一のバッファ増幅器回路１７０を通じ て 第一のセンサ電極１３０に結合される一方、第二の入力端子１６８は、第二のバ ッファ幅器回路１７１を通じて第二のセンサ電極１３２に結合される。 第一のバッファ増幅器回路１７０は、上述の回路構成要素の間で図示した方法 で接続された差動増幅器１７２から成っている。それに対応して、第二のバッフ ァ増幅器回路１７０は、図示するように接続した差動増幅器１７３から成ってい る。第一及び第二の増幅器回路１７０、１７１の働きは、差動増幅器回路１６６ のそれぞれ第一及び第二の入力端子１６７、１６８のインピーダンス・バッファ として機能することがである。 差動増幅器回路１６６内で、第一の入力端子１６７は、入力レジスタ１６４を 通じて差動増幅器１７５のマイナスの入力端子に結合される一方、第二の入力端 子１６８は、入力レジスタ１７６を通じてそのプラスの端子に結合される。レジ スタ１７７、１７８は、差動増幅器１７５をその所望の作動子へ偏倚させるため 、図１３に示すように接続されている。図示し且つ説明した構成により、差動増 幅器回路１６６は、受容器２４内の液体培地における電界による実際の電圧Ｖ_A の強さに対応する出力信号をその出力端子１６９に発生させる。 本発明の幾つかの実施例の好適な特徴によれば、フィードバック回路１５０の ようなフィードバック回路は、出力端子１６９における出力信号と実際の電圧Ｖ_A の所定の所望の強さに関する基準電圧との差を示す制御信号を制御導線１５８ に発生させるため、差動増幅器回路１６６の出力端子１６９に結合された比較器 手段を備えている。 一例として且つ図１３に示すように、かかる基準電圧は、可変レジスタ１８１ を通じてそのプラスの入力端子に結合された基準電圧Ｖ_Rを有する差動増幅器１ ８０を備える基準電圧回路１７９により供給される。このようにして、可変レジ スタ１８１は、基準電圧回路１７９に対する出力端子１８２にて差動増幅器１８ ０の出力側に現れる基準電圧Ｖ_Rの作用を調整するために使用することが出来る 。 図１３に示した比較回路１８３は、差動増幅器回路１６６の出力端子１６９に 現れる出力信号と基準電圧回路１７９の出力端子１８２に現れる基準電圧Ｖ_Rの 部分との間に差があれば、その差を示す制御信号を制御導線１５８に発生させる ことを目的とするものである。この目的のため、比較回路１８３は、その出力端 子にて制御導線１５８に結合された差動増幅器１８４を備えている。差動増幅器 １８４のプラスの入力端子は、入力レジスタ１８５を通じて差動増幅器回路１６ ６の出力端子１６９に結合される一方、差動増幅器１８４のマイナスの入力端子 は、入力レジスタ１８６を通じて基準電圧回路１７９の出力端子１８２に結合さ れている。可変レジスタ１８７、１８８は、図示するように比較回路１８３内で 接続されて、差動増幅器１８４に所望のバイアスを行わせる。 図１３に示した回路において、差動増幅器１６２、１７２、１７３、１７５、 １８０、１８４は、一例として、アナログ・ディバィスズ（Analog Devices）か ら製品番号ＡＤ795Ｎとして入手可能である差動増幅器を備えることが出来る。 かかる装置は、電界効果のあるトランジスタ入力を利用し、また雑音特性も少な い。図示したレジスタの値は、次の通りである。 Ｒ₁＝10ｋΩ Ｒ₂＝10⁶Ω 分類装置１１０のような装置の場合、初期電圧Ｖ_oは、マイナス15Ｖである一 方、基準電圧Ｖ_Rはプラス15Ｖである。 図１４に示した回路により、受容器２４内の液体培地の性質が時間と共に変化 するにもかかわらず、第一及び第二のセンサ電極１３０、１３２の間に所望の所 定の実際的な任意の電圧を保つことが出来る。 微細構造体の移行を励起させる手段として電界について詳細に説明したが、例 えば、流体力学、磁力及び重力のようなその他の場（field）も使用することが 可能であることを認識すべきである。 次に、細胞の分画に関して、図１４乃至図１８には、例えば、人間の赤血球、 細菌細胞及び癌細胞のような細胞が、単一層及び単一列の通路を通って動く状況 を研究し易くするため、本発明の教示のもう一つの利用方法が示してある。赤血 球細胞の場合、通路は、人体の毛管、肺胞及び脾臓に見られるような通路を模擬 することが出来る。更に、本発明の装置によれば、赤血球細胞は、生物学的マー カにより検出することが困難な物理的な性質に基づいて分画することが出来る。 本発明の好適な実施例において、受容器２４内に配置された通路手段は、略単 一層及び単一列にて細胞が受容器２４を通って進むのを許容する。 本発明の範囲に属する全ての分画の配列のその他の可能な形態が図１４に示し てある。この配列１９２は、浸透配列と呼ばれており、一つの迷路としてパター ン化されている。この形態において、通路手段は、迷路内に見られるような開放 領域１９４、通路１９６及び閉鎖端部１９７を形成し得るよう各種の接続位置に て受容器２４の底部２８から直立の状態に配置された妨害体１９３を備えている 。図１４に示すように、細胞１９９は、開放領域１９４及び通路１９６を通じて 浸透配列１９２を通って移行し、閉鎖端１９７により適時、妨害される。通路１ ９６は、直線状、湾曲状又は細胞が各種形状の通路を通って移行するのを観察す るのに望ましい任意の形状で形成することが出来る。通路１９６の幅は、約1.0 μｍ乃至約10.0μｍであり、その深さは、約1.0μｍから約10.0μｍの範囲にあ る。単一の列にて移行する細胞は、１９９ａとして標識して、観察することが出 来る。 本明細書に記載した浸透とは、別個の部分を無作為に追加することにより、許 容される動作に対する経路の連結程度を増す現象を意味するものとする。浸透の 閾値にて、配列を通過する平均して一つの経路があり、その他の全ての経路は、 閉鎖端に達するようにする。本発明の上記の実施例の浸透配列１９２により、細 胞がその経路を見つけ出し得るかどうかを観察することが出来る。 本発明の範囲内において、好適な浸透り実施例にて、浸透配列１９２は、矩形 の格子上に形成されている。単一のコンピュータ・アルゴリズムが例えば、40％ 、その格子の一部分を線分で充填し、各種の開放領域１９４及び通路１９６を形 成し得るようにする。次に、不透明なマスクにコンピュータ・プログラムを実行 し、上述のマイクロ・リソグラフ法を実施する。 好適な実施例において、妨害体１９３は、長さ5.0μｍ及び幅1.0μｍのバリヤ から成っている。浸透配列１９２の所望のエッチング深さは0.35μｍである。図 １４には、かかるフォト・マイクログラフの浸透配列１９２の拡大断面図が示し てある。 浸透配列１９２の使用例の一例は、Ｅ.コリーのような細胞が配列１９２の一 端から他端まで動く動作を研究することである。一つの実験例において、Ｅ.コ リー細胞は、受容器２４の第一の端部３２に配置した一方、受容器２４の第二の 端３４には食物を配置した。次に、Ｅ.コリー細胞が、浸透配列１９２を通って 単一層にて第一の端部３２から第二の端部３４に向けて移行する状態を観察した 。Ｅ.コリー細胞が閉鎖端１９７に達したときに、Ｅ.コリー細胞自体が閉鎖端１ ９７から動いて離れるために、その方向を変更する状態も観察した。また、Ｅ. コリー細胞が第一の端部３２における開始点から第二の端部３４における食物に 至る開放経路を見つけることが可能であるか否かも観察した。 また、Ｅ.コリー細胞について実施した研究は、その他の多くの種類の細胞に も実施することが出来る。その他多くの種類の遊離した浮遊細胞がバリア及び通 路にぶつかったときに、流体懸濁液内でそれ自体の方向を変更する状態、及び各 種の通路が選択される状態を、浸透配列１９２を使用して研究することが出来る 。 上述のように、浸透配列１９２は、単一層及び単一列にて細胞が移行する状態 能が観察可能であるように形成されている。このため、観察すべき各種寸法の細 胞に対応するため、各配列１９２内の開放領域１９４及び通路１９６の寸法を必 要に応じて設定することが可能である。また、配列のパターンも所望に応じて設 定することが出来る。任意のパターンを作成し且つ再現することが可能である。 浸透配列１９２の一つの更なる重要な特徴は、浸透配列９２内で帯電した球状 ボールについて電気泳動法を行うことが出来る点である。浸透出口付近で浸透配 列内に多数の閉鎖端が存在するから、簡単なボールでもその移動度は、浸透配列 内で大きい。電界が過度に大きいと、ボールは、閉鎖端から出て印加される電界 に対して後方に拡散することが出来ない。従って、移動度は、臨界的な場の上方 で停止する。正確な寸法の蛍光ボールの拡散状況を測定すれば、その配列内の重 合体の拡散程度を研究することが可能となる。 次に、図１５を参照すると、本発明のもう一つの実施例が示してある。図１５ において、細長の矩形のバンカー２０２の形態による妨害体の配列２００が受容 器２４内に配置されている。これらのバンカー２０２は、対向する側壁２０３と 頂部２０４とを有する矩形の形状をしている。バンカー２０２は、受容器２４の 底部２８から直立している。バンカー２０２は、容器２４内で縦列及び横列内に 配置されている。細胞は、縦列を通り且つバンカー２０２の横列の間を矢印Ｍで 示した移行方向に移行する。バンカーの長手方向軸線は、移行方向Ｍと整合状態 に配置されている。通路２０６がバンカー２０２の横列の間に形成されており、 この通路を通って細胞が移行する。バンカー２０２の横列の間の分離距離Ｓ_rは 、通路２０６の寸法を示す。 バンカー２０２の寸法及び構成は変化させることができるが、本発明の範囲内 の好適な実施例においては、分離距離Ｓ_rは、細胞が通路２０６を通って略単一 層で且つ単一列にて移行するのを許容し得る寸法である。 また、各バンカー２０２の高さＨは、細胞が略単一層にてバンカー２０２を通 過するのを許容し得るように設定する必要がある。ＤＮＡを分画する装置の場合 ように、カバースリップ３６がバンカー２０２の頂部２０４に融着されて、カバ ースリップとバンカー２０２の頂部２０４との間で細胞が移行するのを防止し、 細胞が確実に略単一層にてバンカー２０２の配列２００を通って移行するように する。 バンカー２０２は、通路２０６を形成する好適な妨害体であるが、細胞が移行 し且つ観察することの出来る通路を模擬するために別の構造体を使用することも 可能である。これら代替的な構造体も本発明の範囲に属する。 図１６には、細胞を区分し且つ分画する装置２１２が示してある。一例として 且つ限定的ではなく、細胞２１４がバンカー２０２の列２００を通って移行する 状況が示してある。通路２０６を通って横列のバンカー２０２の間を細胞２１４ が移動する状態が示してある。一部の細胞は丸くなり始めて、通路２０６に合う ように変形し、通路を出たならば、その元の形状に戻る。しかしながら、ある程 度、その変形能力を失ったその他の細胞は、その形状を回復せずに、又は最初か ら奇形である。一部の細胞は、これらの狭小な通路内に取り込まれる。これは上 述のように老化、病気又はその他の生体内又は生体外の問題点が原因である。 説明のため、細胞２１４は、ディスク状の形状で示してある。細胞２１４が通 路２０６に入ると、細胞２１４は、ディスク状の形状から細長の形状に変形して 通路２０６を通じて圧搾されるようにする。細胞２１４がバンカー２０２の間、 及び通路２０６内に位置するとき、細胞２１４は、薄い細長の形状をしている。 細胞２１４がバンカー２０２の間から開放スペース内に移動すると、健康な細胞 ２１４は、その最初のディスク状の形状を回復することが観察される。健康でな い細胞は、塑性流の不足のため、その最初の形状を回復し得ないことが確認され た。本発明の装置により赤血球細胞の可撓性及び変形可能性を研究することが出 来る。 図１７Ａ乃至図１７Ｅには、一対のバンカー２０２を通って移動する個々の細 胞２１４が示してある。図１７Ａに図示するように、バンカー２０２を通過する 前、細胞２１４は、完全なディスク状の形状をしている。図１７Ｂにおいて、細 胞２１４は、通路２０６内でバンカー２０２の間に適合し得るように変形し始め るのが分かる。図１７Ｃには、通路２０６に適合し得る細長の薄い形状に変形し た細胞２１４が示してある。図１７Ｄに示すように、細胞２１４が通路２０６か ら外に動き出すと、細胞２１４は、その最初のディスク状の形状を回復し始める 。図１７Ｅに示すように、通路２０６から完全に外に出たならば、細胞２１４の 弾性により、細胞２１４は、完全にその最初のディスク状の形状を回復する。 一方、図１８Ａ及び図１８Ｂには、その弾性的性質が失われた不健康な細胞２ １６が示してある。不健康な細胞２１６は、健康な細胞の最初の円形のディスク 状の形状をしているが、その可撓性は、通路２０６内に適合するように変形し得 ない程度に低下している。細胞２１６が通路２０６を通るとき、細胞２１６は、 通路２０６に適合するよう、薄く細長の形状に変形することは出来ず、通路２０ ６の開口部に固着する。癌細胞の場合、癌細胞が固着すると、新たな腫瘍が成長 すると考えられる。本発明の教示内容により、癌細胞の活性を研究することが可 能である。 このように、本発明による装置を使用することにより、細胞の弾性及び可撓性 の研究が可能となる。更に、細胞の塑性流の不足の結果を観察し且つ研究するこ とが可能である。更に、細胞が変形し且つその形状を回復するために細胞が消費 するエネルギ量を容易に測定し且つ記録することも可能である。 本発明による装置のもう一つの重要な利点及び用途は、各種の科学的環境にお ける細胞の物理的性質を研究し且つ観察し得ることである。例えば、配列２００ のような配列を細胞が配列を通じて移行するのを許容する前に、放射線、光照射 又は鎌状現象による制限のような各種の化学的環境に露呈させることが出来る。 細胞がこれら各種の環境を経て移行するときの細胞の反応を研究することが出来 る。例えば、どの種類の化学的反応が細胞の老化の原因となり、細胞の可撓性の 機能を失わせるかを判断するための実験を設定することが出来る。癌細胞に対す る化学的影響を判断するために、その他の実験を設定し且つ実施することが可能 である。最終的に、無限の数の細胞作用を観察することが可能である。 また、データを確認し、又は実験対象に対して僅かな変更を加えるために実験 を容易に反復し得る点も有利である。このように、所望の物理的性質、即ち各種 の環境に対するその反応により細胞を区分することも可能である。細胞を区分し た後に、その細胞を分離し且つ採取することが出来る。 細胞を研究する点で、本発明による装置のもう一つの重要な利点は、対象物の 配列を再形成し且つ再現することが可能なことである。例えば、配列２００のよ うな配列は、何千回も反復可能である妨害体で形成することが出来るから、細胞 薄膜内の少量の僅かな変化でも増幅することが出来る。従って、個々の細胞が例 えば、配列２００内の通路２０６のような装置の通路を通じて移行するとき、本 発明の装置により、多数の個々の細胞を観察することが出来る。複数の細胞を同 時に観察することが可能である。 本発明による装置を通る細胞の移動度に関して、細胞は、各種の電界を使用し て、例えば、配列２００のような配列を通じて移行することが出来る。例えば、 水圧を使用して細胞を配列を通じて付勢させる、フロー血球計算法を通じて、流 体が流体力学場内の配列を流れるようにして移行されることも可能である。また 、細胞は、重力場により移動するように細胞を励起させることも出来る。これと 代替的に、電界を発生させて細胞の移動を励起させるため、磁気小球を装置に取 り付けることも出来る。更に、光学式ピンセットと呼ばれる集束した光ビームを 使用して、細胞を配列を通じて動かすことも出来る。また、細胞を励起させて移 行させる上記及びその他の手段も本発明の範囲に属し、本明細書で使用する「電 界又は同様の力の場」という表現は、「同様の力の場」に含まれるものとする。 本発明の範囲内の一実施例の一例として、該装置は、血液細胞が身体を通るこ とを要する開口部に似た受容器２４内に配置された通路手段を備えることにより 、人体内の毛管を模擬する設計とすることが出来る。化学的環境、通路の開口及 び局部的形態及び流速を精密に制御し且つ薄膜物理学の理論を適用することによ り、 細胞が複雑な環境を通る状態、細胞の老化及び細胞溶液の化学的環境が薄膜の性 質を支配するかを理解することが可能となる。 上記の実施例は、全ての点で単に一例にしか過ぎず、限定的なものではないと 解釈すべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラスバン，リン・チャールズ アメリカ合衆国ニューヨーク州14850，イ サカ，ガンダーマン・ロード 79，コーネ ル・リサーチ・ファンデーション・インコ ーポレーテッド内 【要約の続き】 囲に含まれる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体培地内の懸濁液中の微細構造体を区分する装置にして、該装置内で単 一層として存在するように微細構造体を拘束する拘束手段と、前記微細構造体を 該装置を通じて動かす作用のある電界又は同様の力の場を発生させる作用可能な 場発生手段とを備えることを特徴とする装置。 ２．請求の範囲第１項に記載の装置にして、微細構造体が装置を通って移動す るとき、該微細構造体の経路内に位置して、これにより、該微細構造体の動作の 一部を妨害する妨害体配列を備えることを特徴とする装置。 ３．請求の範囲第２項に記載の装置にして、前記妨害体が、方形、矩形、ｖ字 形、ｕ字形（又はカップ状）或いはその他の適当な断面形状であり、若しくは、 非直線状通路の開放した格子を形成する、相互に接続した細長のバンカーを備え ることを特徴とする装置。 ４．請求の範囲第２項又は第３項に記載の装置にして、前記妨害体の高さ及び 選択随意的に分離距離が、前記微細構造体の寸法に適合し、約0.01乃至50μｍの 範囲内にあることを特徴とする装置。 ５．請求の範囲第１項乃至第４項の何れかの項に記載の装置にして、該装置内 の微細構造体の視覚的な検査を可能にする透明部分を備えることを特徴とする装 置。 ６．請求の範囲第１項に記載の装置にして、流体培地中の細胞、ウィルス、巨 大分子又は微細粒子のような微細構造体を区分する電気泳動装置を備え、 該電気泳動装置が、その一側部に配置された深さの浅い受容器を有する基層を 備え、 前記受容器が、第一及び第二の端部と、前記受容器の前記第一及び第二の端部 の間を伸長する一対の直立の対向側壁により、その両側部が画成される底部とを 有し、 前記微細構造体が、前記受容器の前記第一の端部から前記受容器の前記第二の 端部まで移行することにより、前記受容器に対する移行方向が画成され、 前記受容器の前記底部に対して直角に測定したときの前記側壁の高さが、前記 受容器の深さを画成し、 該受容器の前記深さが、流体培地内の微細構造体の大きさに適合し、 これにより、前記微細構造体が流体培地内で前記受容器の前記第一の端部から 前記受容器の前記第二の端部まで移行するとき、該微細構造体が、略単一層にて 移行し、 前記第一及び第二の端部の中間にて、前記受容器内に配置された変位手段であ って、前記移行方向と交差して、前記微細構造体と相互作用し、微細構造体が流 体培地内で前記移行方向に移行するのを部分的に妨害する前記変位手段と、 前記変位手段の上方に配置された頂上手段であって、前記受容器を覆うと共に 、前記微細構造体が前記受容器内で前記変位手段のみを通って略単一層にて移行 するようにする、前記頂上手段と、 前記受容器の流体培地内に電界を発生させる電力手段とを備えることを特徴と する装置。 ７．流体培地内の遊離細胞、ウィルス、巨大分子又は微細粒子のような微細構 造体を分画する請求の範囲第１項に記載の装置にして、その一側部に配置された 深さの浅い受容器を有する基層を備え、 該受容器が、第一及び第二の端部と、前記受容器の前記第一及び第二の端部間 を伸長する一対の直立の対向側壁により、その両側部が画成される底部分とを有 し、 前記側壁の高さが、前記受容器の深さを画成し、 前記受容器の前記深さが、流体培地内の微細構造体の大きさに適合し、これに より、前記微細構造体が前記受容器の前記第一の端部から前記受容器の前記第二 の端部まで移行するとき、該微細構造体が、略単一の層にて移行し、 その前記第一の端部と前記第二の端部との中間にて前記受容器の底部から直立 する妨害体配列を備え、 該列の妨害体の各々が、所定の再現可能なパターンにて、前記配列内に配置さ れ、前記対の直立の対向側壁の一方からその他方まで前記受容器を横断して伸長 するカバースリップを備え、 該カバースリップが、前記基層と略等しい熱膨張率を有し、 前記カバースリップが、前記底部から遠方の前記妨害体の各々の端部に固着さ れ、 前記受容器の流体培地内に電界を発生させ、これにより、帯電した微細構造体 を励起して流体培地を通じて移行させる電力手段を備えることを特徴とする装置 。 ８．流体培地内の懸濁液中の微細構造体を区分する方法にして、装置内に単一 の層にて存在するように前記微細構造体を拘束する段階と、 電界又は同様の力の場を使用して、前記微細構造体を装置を通じて移動させる 段階とを備えることを特徴とする方法。 ９．請求の範囲第８項に記載の方法にして、遊離細胞、ウィルス、巨大分子又 は微小粒子のような微細構造体を電気泳動法により区分する請求の範囲第８項に 記載の方法にして、 前記微細構造体を流体培地内に配置する段階と、 第一の端部と、第二の端部と、一対の直立の対向側壁により画成された底部分 とを有する受容器であって、前記第一及び第二の端部の間にて、所定の且つ再現 可能なパターンにて配置された直立の妨害体配列を有する前記受容器内に、その 内部に微細構造体を有する流体培地を導入する段階と、を備え、 前記側壁の高さが、前記受容器の深さを画成し、 該受容器の該深さが、流体培地内の微細構造体の大きさに適合し、これにより 、前記受容器内の流体培地内の微細構造体が前記妨害体配列を通って略単一層に て移行するようにし、 前記受容器の前記第一及び第二の端部の間にて流体培地内に電界を発生させる 段階を備えることを特徴とする方法。 １０．流体培地内の懸濁液中の微細構造体を区分する装置を製造する方法にして 、前記微細構造体の経路内に妨害体配列を提供し得るように適当な基層をフォト リソグラフ法によりエッチング処理する段階を備え、 該妨害体が、電界又は同様の力の場の影響の下、前記装置を通って移動する動 きを部分的に妨害することを特徴とする方法。