【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、生体関連物質や化学物質などが複数の成分として混在する試料から各成分ごとに分離したり、あるいは特定の成分を分離して分取するための試料分取装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】複数の成分が混在する試料から各成分や特定の成分を分離して分取する試料分取装置としては、
例えば特開平５−８００３２号公報に記載の「試料の調整のための、特に分析目的のための装置」が知られている。 この従来の装置は、板状の部材で形成した泳動室にポンプを用いて試料と泳動液を導入し、この試料と泳動液を泳動室内で一定の方向に流すとともに、この流れに対して垂直に電場を印加することで試料の各成分に泳動を生じさせ、この泳動により試料を各成分毎に分離し、
この分離した各成分から特定の成分を下流末端の出口で分取する構造となっている。 このような構造によると、
板状部材に機械加工あるいはエッチング加工で泳動室を形成することにより小型化を図り、これにより分取に必要な試料の微量化と分離の高速化を達成することが可能となる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし上記のような従来の装置にはいくつかの問題がある。 その一つは、泳動液中での試料の各成分の泳動を電場により生じさせるようにしていることに伴う問題である。 すなわち板状の部材に形成した構造の泳動室の場合には泳動液に印加する電場によりジュール熱が発生し、特に微量分析の場合にこのジュール熱が悪影響を与えやすくなるという問題である。 また電場を用いる場合には長時間にわたって電力を供給する必要があり、これによる電力消費量の増大という問題もある。 【０００４】他の一つは、分取作業の始めから終わりまで泳動液を流し続ける必要があることによる問題である。 すなわち泳動液には一般に電解液が用いられるが、
この電解液は例えば１ｃｃ当たり数千円と非常に高価なもので、泳動液を流し続ける必要のあることは分取作業のコストを大きく増大させる。 【０００５】本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その一つの目的は、微量分析の場合でも高精度な試料分取を可能とし、しかも電力消費量も低減できる試料分取装置を提供することにあり、他の一つの目的は、泳動液の消費量を大幅に低減できる試料分取装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明では上記一つの目的のために、複数の成分が混在する試料の各成分を泳動液中で泳動させ、この泳動により分離した前記試料の成分を分取するようになっている試料分取装置において、
一定の方向で連続的に流した前記泳動液中で前記泳動を行なわせるための試料泳動部を備えるとともに、磁場印加手段を備え、前記磁場印加手段にて前記泳動室内での泳動液の流れ方向に対して交差するように磁場を印加することにより、前記各試料成分の泳動を生じさせるようになっていることを特徴としている。 【０００７】また本発明では上記他の一つの目的のために、複数の成分が混在する試料の各成分を泳動液中で泳動させ、この泳動により分離した前記試料の成分を分取するようになっている試料分取装置において、静止的に満たされた前記泳動液中で前記泳動を行なわせるための泳動室を備えるとともに、電場印加手段と磁場印加手段を備え、前記電場印加手段にて印加する電場により前記各成分の泳動のための第１の方向の泳動力を生じさせるとともに、前記磁場印加手段にて印加する磁場により前記各成分の泳動のための、前記第１の方向の泳動力とは交差する第２の方向の泳動力を生じさせるようになっていることを特徴としている。 【０００８】 【発明の実施の形態】図１〜図３に本発明の第１の実施形態による試料分取装置の構成を示す。 図１は試料分取装置の簡略化した全体図、図２はその主要部の平面図、
そして図３の（１）〜（４）はそれぞれ図２中のＩ−Ｉ
〜ＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 まずこれらの図を参照して本実施形態による試料分取装置の構成を説明する。 その全体構成を示す図１に見られるように、試料分取装置は試料注入兼泳動液注入部１、試料泳動部２および試料分取部３を備えている。 【０００９】試料注入兼泳動液注入部１は、複数の成分が混在する試料を試料泳動部２に供給のために、試料供給ポンプ１０、試料溜め１１、試料注入流路１２および試料注入口１３を備え、また泳動液として用いられる電解液を試料泳動部２に供給のために、電解液供給ポンプ２０、電解液溜め２１、電解液注入流路２２および電解液注入口２３を備えている。 【００１０】試料泳動部２は、図３の（２）にも見られるように、それぞれ平板上の部材で形成された泳動部基板２１０を泳動部カバー２２０と下部磁石２３０とで挟み込むように構成されている。 泳動部基板２１０には矩形断面の幅広な溝が設けられており、これを泳動部カバー２２０で覆うことにより試料の泳動のための流路構造の泳動室２４０が形成されている。 【００１１】試料分取部３は、泳動室２４０で泳動することにより分離した試料の各成分を分離抽出する試料分離抽出部４、試料分離抽出部４で分離抽出された試料の各成分を回収する試料回収部５および試料分離抽出部４
と試料回収部５をつなぐ試料回収ノズル６を備えている。 試料分離抽出部４は、図３の（３）にも見られるように、それぞれ平板上の部材で形成された分離抽出部基板３１０と分離抽出部カバー３３０で構成されている。
分離抽出部基板３１０には泳動部基板２１０における溝よりも幅の狭い矩形断面の溝が複数設けられており、これを分離抽出部カバー３３０で覆うことにより、試料の各成分を分離抽出するための流路構造の分取室３２０が複数形成されており、これらの分取室３２０の流路は泳動室２４０の流路に接続するようにされている。 【００１２】次に本実施形態による試料分取装置の動作について説明する。 まず分離分取動作に先立ち、電解液供給ポンプ２０にて電解液を電解液溜め２１から電解液注入流路２２を通して電解液注入口２３より泳動室２４
０に注入し、泳動室２４０及び分取室３２０を電解液で満たしておく。 そして分離分取動作時には、試料供給ポンプ１０にて試料を試料溜め１１から試料注入流路１２
を通して試料注入口１３より泳動室２４０に連続的に注入する。 同時に、電解液の注入も連続的に行なう。 これにより試料は電解液とともに泳動室２４０を流下し、分取室３２０を経て試料回収ノズル６から試料回収部５に流出する。 【００１３】泳動室２４０の下部には磁場印加手段である下部磁石２３０があり、泳動室２４０の側がＳ極２３
１、その反対側がＮ極２３２を構成し、泳動室２４０に対し磁場を印加している。 泳動室２４０に注入された試料が上記のように電解液とともに分取室３２０側に流れていく際の電解液の速度をＶとする。 図１に示すように、下部磁石２３０による磁束密度をＢとすれば、試料中のある成分３０が速度Ｖで流れるとき、電荷Ｑをもつ成分３０に作用するローレンツ力Ｆは磁束密度Ｂと流速Ｖに垂直な方向に作用し、Ｆ＝ＱＶＢで表される。 ローレンツ力Ｆの作用により、成分３０は電解液に対して電解液の流れと垂直な方向、すなわちローレンツ力Ｆの方向に泳動する。 成分３０はこのように電解液中を泳動する際に電解液から抵抗を受け、この抵抗とローレンツ力とが釣り合う速度で泳動する。 電解液の速度Ｖ及び磁束密度Ｂは一定であるから、複数の成分が試料中に混在している場合、ローレンツ力Ｆは各成分の持つ電荷Ｑにほぼ比例する。 このため泳動速度は各成分毎に異なる。 すなわち電解液の速度Ｖと泳動速度との合速度つまり泳動室２４０を移動する各成分の速度は、成分毎に例えばＶ
１、Ｖ２のように異なる。 その結果、各成分は別々の分取室３２０に流入する。 複数の分取室３２０のそれぞれに流入した各成分は、試料回収ノズル６から電解液と一緒に、試料回収部５に各成分毎に回収される。 【００１４】以上のように本発明の第１の実施形態によれば、複数の成分が混在する試料から各成分を分離するための泳動を磁力により生じさせるようにしているので、上記従来技術のように電場を用いることによるジュール熱の問題を有効に解消することができ、したがって微量分析の場合でも高精度な分取が可能となる。 また連続的に供給する電力としては試料供給ポンプ１０と電解液供給ポンプ２０のための電力だけで済み、したがって分離分取動作中の電力消費量を低減できる。 【００１５】以上のような第１の実施形態については、
図４に示すように、その下部磁石２３０で泳動室２４０
の下面を形成するような構成とすることもでき、このようにすることで試料泳動部２を薄くすることができ、装置をより小型化できる。 また下部磁石２３０に代えて、
図５に示すような上部磁石２５０を用い、この上部磁石２５０で泳動室２４０をカバーするようにした構成とすることもできる。 この場合、上部磁石２５０は泳動室２
４０の側がＮ極２５２、その反対側がＳ極２５１となり、図１に示す向きの磁束密度Ｂを発生させる。 このような構成も試料泳動部２を薄くすることで装置の小型化に有効である。 また図１〜図３に示した例では試料注入兼泳動液注入部１と試料泳動部２、それに試料分取部３
をそれぞれ別部品としてあるが、これに代えて、例えば泳動部基板２１０と分離抽出部基板３１０を１枚のシリコン基板やガラス基板等をエッチング加工することで一体に加工し、同様に泳動部カバー２２０と分離抽出部カバー３３０も一体に加工するような構成とすることもできる。 【００１６】図６に第２の実施形態による試料分取装置の構成を示す。 本実施形態と第１の実施形態との相違は、分離分取動作時に電解液を流さずに、電解液の流れで与えられる試料の移動に対応する泳動を電場により生じさせることにある。 具体的には、試料注入兼泳動液注入部１に設けた試料溜め１４と試料分取部３に設けた回収用電極４０との間に泳動用電源４１で電圧を印加する構造が電場印加手段を構成しており、この電場印加手段で電圧を印加し、これにより上記泳動のための第１の泳動力を生じさせる。 その他の構成は第１の実施形態におけるのと基本的には同様である。 【００１７】本実施形態による試料分取装置の動作は以下の通りである。 分離分取動作に先立ち、電解液供給ポンプ２０により電解液を電解液溜め２１から電解液注入流路２２を通して電解液注入口２３より泳動室２４０に注入し、泳動室２４０から分取室３２０、それに試料回収部５までを電解液で満たしておく。 注入が終了したら電解液供給ポンプ２０を停止し、以後の分離分取動作時には電解液の注入を行なわない。 つまり分離分取動作には泳動室２４０から試料回収部５までを満たす電解液を静止状態としておく。 【００１８】分離分取動作時には、試料溜め１４と回収用電極４０との間に泳動用電源４１を用いて電場（電界）Ｅを印加した状態で試料注入口１３より試料を泳動室２４０に連続的に注入する。 そうすると試料中のある成分３０が電荷Ｑをもつとすると、この成分３０に作用する電場方向の電気力はＱＥとなり、この電気力ＱＥによる第１の泳動力を受けて成分３０は泳動室２４０内の静止した泳動液中で分取室３２０の方向に向く泳動を生じ、この泳動により分取室３２０を経て試料回収ノズル６から試料回収部５に流出するように移動する。 【００１９】泳動室２４０の下部には磁場印加手段である下部磁石２３０があり、泳動室２４０の側がＳ極２３
１、その反対側がＮ極２３２を構成し、泳動室２４０に対し磁場を印加している。 泳動室２４０に注入された試料のある成分３０が上記のようにして泳動液中を分取室３２０の側に移動して行く泳動速度をＶ、そして下部磁石２３０による磁束密度をＢとすれば、成分３０に作用する電場と磁束密度に垂直な方向のローレンツ力はＱＶ
Ｂで表され、このローレンツ力ＱＶＢにより第１の泳動力とは直交する方向の第２の泳動力が成分３０に作用する。 【００２０】したがって成分３０は、電気力ＱＥによる第１の泳動力とローレンツ力ＱＶＢによる第２の泳動力の合力Ｆを受けてその方向に最終的な泳動をなすことになる。 そして両者の比であるＥ：ＶＢが各成分毎に異なれば、各成分は異なる方向に泳動して分離する。 磁束密度Ｂと電場Ｅは一定であるから泳動方向は電気泳動速度Ｖに依存するが、成分毎に電荷Ｑが異なれば成分毎の電気泳動速度Ｖが異なることになり、したがって各成分の分離が可能となる。 その結果、各成分は別々の分取室３
２０に移動し、試料回収ノズル６から試料回収部５に各成分毎に回収される。 【００２１】以上のように本発明の第２の実施形態によれば、分離分取動作中に電解液を流す必要がなく、したがって高価な電解液の消費量を大幅に低減することができる。 【００２２】以上のような第２の実施形態については、
図７に示すように、泳動部カバー２２０に代えて上部磁石２５０で泳動部をカバーした構造とすることもできる。 この場合、上部磁石２５０の磁極は、泳動室２４０
側がＮ極２５２、その反対側がＳ極２５１となる。 このように泳動室２４０を二枚の磁石、すなわち下部磁石２
３０と上部磁石２５０で挟むことにより、泳動室２４０
にはより均一な磁束密度Ｂが印加される。 この結果、泳動室２４０内での分離のむらをより少なくすることができ、さらに高精度な分離分取が可能となる。 このような構成は第１の実施形態にも適用可能であり、そうすることで同様な効果が得られる。 【００２３】図８〜図１０に第３の実施形態による試料分取装置の構成を示す。 図８は試料分取装置の簡略化した全体図、図９はその主要部の平面図、そして図１０の（１）と（２）はそれぞれ図９中のＩ−ＩとＩＩ−ＩＩ
線に沿った断面図である。 本実施形態における試料分取装置は、磁場印加手段としてソレノイド５００を備えており、その内部に試料泳動部２と試料分取部３の試料分離抽出部４が設けられ、その外部に試料注入兼泳動液注入部１、試料回収部５、試料回収ノズル６、試料溜め１
４、電解液供給ポンプ２０、電解液溜め２１、電解液注入流路２２、回収用電極４０、泳動用電源４１およびソレノイド用電源４２が設けられた構成となっている。 【００２４】その試料泳動部２は、泳動室２４０を形成した泳動基板２１０を泳動部カバー２２０でカバーした構造になっている。 一方、試料分離抽出部４は、複数の分取室３２０を形成した分取基板３１０を分離抽出部カバー３３０でカバーした構造となっており、その複数の分取室３２０はそれぞれ試料泳動部２の泳動室２４０に接続するようにされている。 【００２５】このような第３の実施形態による試料分取装置における動作は以下の通りであり、磁束密度をソレノイド５００で発生させる点において相違するだけで、
基本的には第２の実施形態による試料分取装置におけるそれと同様である。 具体的には、分離分取動作に先立ち、電解液供給ポンプ２０により電解液を電解液溜め２
１から電解液注入流路２２を通して電解液注入口２３より泳動室２４０に注入し、泳動室２４０から分取室３２
０、それに試料回収部５までを電解液で満たしておく。
注入が終了したら電解液供給ポンプ２０を停止し、以後の分離分取動作時には電解液の注入を行なわない。 つまり分離分取動作には泳動室２４０から試料回収部５までを満たす電解液を静止状態としておく。 【００２６】分離分取動作時には、試料溜め１４と回収用電極４０との間に泳動用電源４１を用いて電圧を印加する構造の電場印加手段を用いて電場Ｅを印加した状態で試料注入口１３より試料を泳動室２４０に連続的に注入する。 そうすると試料中のある成分３０が電荷Ｑをもつとすると、この成分３０に作用する電場方向の電気力はＱＥとなり、この電気力ＱＥによる第１の泳動力を受けて成分３０は泳動室２４０内の静止した泳動液中で分取室３２０の方向に向く泳動を生じ、この泳動により分取室３２０を経て試料回収ノズル６から試料回収部５に流出するように移動する。 【００２７】また分離分取動作時には、ソレノイド用電源４２を用いてソレノイド５００に電流を流すことで泳動室内に磁束密度Ｂを印加する。 ソレノイド５００に流す電流の向きを図９に示す太い矢印の向きにすると、磁束密度Ｂは図８に示す矢印の向きで発生する。 泳動室２
４０に注入された試料のある成分３０が上記のようにして泳動液中を分取室３２０の側に移動して行く泳動速度をＶとすれば、成分３０に作用する電場と磁束密度に垂直な方向のローレンツ力はＱＶＢで表され、このローレンツ力ＱＶＢにより第１の泳動力とは直交する方向の第２の泳動力が成分３０に作用する。 【００２８】したがって成分３０は、電気力ＱＥによる第１の泳動力とローレンツ力ＱＶＢによる第２の泳動力の合力Ｆを受けてその方向に最終的な泳動をなすことになる。 そして両者の比であるＥ：ＶＢが各成分毎に異なれば、各成分は異なる方向に泳動して分離する。 磁束密度Ｂと電場Ｅは一定であるから泳動方向は電気泳動速度Ｖに依存するが、成分毎に電荷Ｑが異なれば成分毎の電気泳動速度Ｖが異なることになり、したがって各成分の分離が可能となる。 その結果、各成分は別々の分取室３
２０に移動し、試料回収ノズル６から試料回収部５に各成分毎に回収される。 【００２９】以上のように本発明の第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、分離分取動作中に電解液を流す必要がなく、したがって高価な電解液の消費量を大幅に低減することができる。 【００３０】ここで、第３の実施形態のように磁束密度をソレノイドで発生させる構成は第１の実施形態のように分離分取動作中に電解液を連続的に流す構成にも適用することができる。 すなわち第１の実施形態における下部磁石２３０などに代えてソレノイドを用いる構成も可能ということである。 【００３１】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複数の成分が混在する試料からの各成分の分離分取のための泳動を磁力により得るようにしているので、従来技術のような電場を用いることによるジュール熱の問題を有効に解消して微量分析の場合でも高精度な分取を可能とし、またそれとともに分離分取動作中の電力消費量を低減できる。 また本発明によれば、分離分取動作中に電解液を流す必要がなく、したがって高価な電解液の消費量を大幅に低減することができ、試料分取作業をより低コストで行なうことが可能となる。 【図面の簡単な説明】 【図１】第１の実施形態による試料分取装置の簡略化した全体構成図である。 【図２】図１の試料分取装置の主要部の平面図である。 【図３】図２中のＩ−Ｉ〜ＩＶ−ＩＶ線のそれぞれに沿った各断面図である。 【図４】第１の実施形態の変形例に関する図３の（２）
相当の断面図である。 【図５】第１の実施形態の他の変形例に関する図３の（２）相当の断面図である。 【図６】第２の実施形態による試料分取装置の簡略化した全体構成図である。 【図７】第２の実施形態の他の変形例による試料分取装置の簡略化した全体構成図である。 【図８】第３の実施形態による試料分取装置の簡略化した全体構成図である。 【図９】図８の試料分取装置の主要部の平面図である。 【図１０】図９中のＩ−ＩとＩＩ−ＩＩ線のそれぞれに沿った各断面図である。 【符号の説明】 １ 試料注入部 ２ 試料泳動部 ３ 試料分取部 ２３０ 下部磁石 ２４０ 泳動室 ３２０ 分取室 ２５０ 上部磁石 ５００ ソレノイド ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 功夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 4D054 FA06 FB02 FB09 FB10 |
