专利名称：分离设备和分离方法
技术领域：
本发明涉及分离设备、分离方法以及质谱分析系统(massspectrometry system)，更具体涉及利用物质之间的特殊相互作用的分离设备。
背景技术：
亲和色谱法是一种色谱法，其中与待分离和净化的物质具有特定相互作用的物质被固定在不可溶解的载体上，以产生亲合力吸附剂，以及所得的亲合力吸附剂被装填在圆柱中，以及样品溶液中的目标物质被吸附在亲和吸附剂上，由此被分离。亲和色谱法是通过利用物质之间的特殊相互作用分离成分的方法，且特别有用于分离和净化生物衍生的材料。
但是，根据有效地分离微量样品的设计涉及填充圆柱的亲和色谱法并不总是适当的。
在此期间，积极地进行具有用于生物衍生材料的分离和分析功能的微芯片的研究与开发。在这些微芯片中，通过使用精细加工技术提供用于分离等的精细流动沟道，以允许通过将微量样品引入微芯片的分离。
在利用这种微芯片的技术中，提出了采用亲和色谱法技术的成就(专利文献1)。在这种设备中，在流动沟道中设置一个区域，该区域用具有水珠等的载体的亲和吸附剂填充，以及当包含目标成分的样品在流动沟道中流动时，在亲和吸附剂上吸附目标成分。但是，在这种结构中，与利用常规圆柱的亲和色谱法的情况类似，当亲和吸附剂的填充速率较高时，在其间没有足够的间隔布置亲合力吸附剂，以及反过来，亲和吸附剂的整个表面不能与目标物质的吸附，由此导致损坏分离效率的问题。
而且，尽管据介绍在专利文献1中描述的设备可以包括不可溶载体的沟道壁，但是在仅仅利用壁的情况下表面积较小，且因此当在其中提供足够量的亲和吸附剂时，沟道的需要长度增加。
此外，在亲和吸附剂上吸附目标物质以及此后从亲和吸附剂解吸目标物质的这种方式中，必须复原目标，以及由于此时应该使用包含较高的盐溶液浓度或有机溶剂浓度的溶液，因此当目标物质包括具有高级结构的物质如蛋白质时，产生目标物质的结构的不可逆变性或去激活等的问题。专利文献1专利申请号2002-502,597的PCT国际公开的日本译本。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种用于通过利用特殊的相互作用，有效地分离样品中的特殊物质的设备或方法。此外，本发明的另一目的是提供一种用于有效地分离和复原微量的特殊物质的较小分离设备。而且，本发明的再一目的是提供一种分离设备或分离方法，其中通过简单方法吸附之后解，吸特殊物质，由此特殊物质被复原，同时保持较高的活性。此外，本发明的又一目的是提供一种适用于生物样品的质谱分析系统。
根据本发明，提供一种分离设备，包括衬底；设置在衬底中以及用于使样品在沟道中流动的沟道；设置在沟道中以及用于分离样品中的特殊物质的分离部分；以及设置在分离部分中以及具有小于沟道宽度的精细沟道，其中在分离部分中形成吸附物质层，吸附物质有选择地吸附或粘合特殊物质。
在本发明中，“有选择地吸附或粘合”表示仅仅主体物质吸附或粘合样品中包括的探测物质及其他物质，从不吸附或粘合在其处。吸附或粘合的形式不被限制，甚至还可以采用物理相互作用或化学相互作用。此外，选择性吸附或粘合下面将适当地称为“特殊相互作用”。
根据本发明的分离设备是通过在分离部分中利用亲和色谱法原理进行样品中的特殊物质的分离的设备。由于根据本发明的分离设备配置为设有分离部分，分离部分在衬底中形成的沟道中，因此一旦包含特殊物质的样品被引入沟道，可以实现其选择性吸附或粘合在分离部分中形成的吸附物质层上。因此，通过简单操作可以实现特殊物质的分离。
此外，通过在分离部分中形成具有比沟道更窄宽度的精细沟道，增加接近分离部分的表面上的吸附物质的特殊物质的分子数目，由此可以实现提供相互作用。因此，特殊物质可以被有效地分离。
由于根据本发明的分离设备能够在微芯片上进行亲和色谱法，因此这些可以被引入μTAS中。例如，该设备可以具有一个结构，其中通过分离部分分离的样品被传递到样品干燥部分，以致分离的样品被干燥和复原，此外，分离的样品用于质谱分析等。
根据本发明，提供一种分离设备，包括衬底；设置在衬底中以及用于使样品在沟道中流动的沟道；设置在沟道中以及用于分离样品中的特殊物质的分离部分；以及设置在分离部分中的突出部分，其中在分离部分中形成吸附物质层，吸附物质有选择地吸附或粘合特殊物质。
由于根据本发明的分离设备包括在分离部分中形成的突出部分，因此可以实现接近分离部分的表面上的吸附物质的特殊物质的分子数目增加和提供相互作用。此外，通过调整突出部分的几何形状和排列，可以调整分离部分中的样品通过路径的宽度。由此，可以根据特殊物质的分子尺寸，优化分离部分的几何形状，且因此与包括用载体颗粒填充沟道的常规方法相比较可以改进其分离效率。
本发明的分离设备还可以具有一种结构，其中电极设置在分离部分和沟道中，以及该分离设备还包括在电极之间提供电压的电压施加单元。
此外，本发明的分离设备还可以具有一种结构，其中突出部分设置在分离部分中，以及电极形成在突出部分中。具有这种附加的结构，可以高效率地将用带电的特殊物质引到分离部分。此外，当在分离部分中解吸吸附或粘合到吸附物质的特殊物质时，可以控制提供到电极的电位极性，以便于解吸，以及因此可以降低流过沟道的解吸溶液中的盐浓度或有机溶剂浓度。由此，即使在采用蛋白质作为特殊物质的情况下，也可以抑制去激活和变性作用。
本发明的分离设备还可以具有一种结构，其中特殊物质和吸附物质的组合是以下的任意一种抗原和抗体；酶和衬底；酶和衬底衍生物；酶和抑制剂；糖和外源凝集素；DNA和DNA；DNA和RNA；蛋白质和核酸；金属和蛋白质以及配位体和受体。具有这种结构，可以从生物样品中分离特殊物质。此时，由于根据本发明的分离设备具有该结构，其中沟道形成在衬底中且具有适合于分离微量样品的结构，因此可以确定地进行分离。
本发明的分离设备还可以一种结构，其中通过衬底表面上的间隔基提供吸附物质。通过提供间隔基，在吸附物质和衬底之间形成优选的空间，且因此可以更高效地形成特殊物质的吸附或粘合。此外，通过提供具有亲水性分子的间隔基，用亲水性接枝链涂覆分离部分的表面，且因此可以抑制除特殊物质之外的非必要成分的非特殊吸附到分离部分表面。
根据本发明，提供一种分离方法，包括在分离设备的分离部分中，分离设备包括在衬底中设置的沟道，在沟道中设置的分离部分中，以及在分离部分中设置的精细沟道中，精细沟道具有比沟道更小的宽度，将包含吸附物质的液体引入沟道中，同时施加与吸附物质不同极性的电压到所述分离部分，以在分离部分上引起吸附作用，吸附物质能够有选择地吸附或粘合分离的目标物质；将包含分离的目标物质的样品引入沟道中，以促使选择性吸附或粘合吸附物质；以及将洗提溶液(elution solution)引入沟道中，以洗提和复原分离的目标物质，洗提溶液能够促使分离的目标物质从吸附物质洗提。
此外，根据本发明，提供一种分离方法，包括在分离设备的分离部分中，分离设备包括在衬底中设置的沟道，在沟道中设置的分离部分中，以及在分离部分中设置的精细沟道中，精细沟道具有比沟道更小的宽度，将包含吸附物质的液体引入沟道中，同时施加与吸附物质不同极性的电压到所述分离部分，以在分离部分上引起吸附作用，吸附物质能够有选择地吸附或粘合分离目标物质；将包含分离的目标物质的样品引入沟道中，以促使选择性吸附或粘合到吸附物质；以及将洗提溶液引入沟道中，以洗提和复原分离的目标物质，洗提溶液能够促使分离的目标物质从吸附物质洗提。
根据本发明的分离方法，在施加电压到分离部分的同时，进行吸附物质的吸附，样品的引入，样品中的特殊物质的洗提和复原，由此允许简单地和确定地进行特殊物质的分离，而不需要使用偶联剂将吸附物质固定到衬底。例如，当吸附物质是带负电时，通过将正电位提供到分离部分，吸附物质可以被吸附到分离部分。
根据本发明，提供一种质谱分析系统，包括根据生物样品的分子尺寸或性能分离生物样品的分离单元；进行预处理的预处理单元，预处理包括通过分离单元分离的样品的酶的浸提(enzymaticdigestion)处理；干燥预先处理样品的干燥单元；以及在干燥之后实现样品的质谱分析的质谱分析单元，其中分离单元包含前述分离设备。这里，生物样品可以是从活体、或人工合成体提取的生物样品。
这里，上述元素的任意组合，或方法和设备之间本发明的元素和/或表达式的任意相互转换也有效的作为本发明的一个方面。
如上所述，根据本发明，通过包括设置在衬底中的沟道、设置在沟道中的分离部分以及设置在分离部分中以及具有比沟道更小宽度的精细沟道，以及通过在分离部分中形成有选择地吸附或粘合特殊物质的吸附物质层，可以实现用于利用特殊相互作用高效率地分离样品中的特殊物质的分离设备或方法。此外，根据本发明，可以实现用于高效率地分离和复原微量特殊物质的更小分离设备。此外，根据本发明，可以实现用于吸附特殊物质以及此后用简单方法将其解吸和用保持较高活性的条件将其复原的分离设备或分离方法。此外，根据本发明，可以实现适用于生物样品的质谱分析系统。
从下面的说明书和附图将使本发明的上述及其他目的、特点和优点更明显，其中图1是说明根据本实施例的分离设备结构的顶视图；图2是说明图1的分离设备的分离区的结构示图；图3是说明图1的分离设备的分离部分结构的透视图；图4是用于描述图1的分离设备的表面的结构示图；图5是用于描述图1的分离设备的柱子表面的结构示图；图6是说明根据本实施例的分离设备的结构示图；图7是用于描述图6的分离设备的储液器的结构示图；图8是用于描述图7的储液器的B-B′方向的结构示图；图9是说明根据本实施例的分离设备的分离部分的结构示图；图10是说明图1的分离设备的分离部分的结构示图；
图11是说明质谱分析设备的结构的示意图；图12是说明根据本实施例的分离设备的结构示图；图13是说明图12的分离设备的干燥部分的结构示图；图14是说明根据本实施例制造分离设备的方法的工艺剖面图；图15是说明根据本实施例制造分离设备的方法的工艺剖面图；图16是说明根据本实施例制造分离设备的方法的工艺剖面图；图17是说明根据本实施例制造分离设备的方法的工艺剖面图；图18是说明分离设备的另一实例的示图；图19是说明分离设备的另一实例的示图；图20是图18所示的分离设备的样品量化试管管附近的放大视图；图21是图19所示的分离设备的详细示图；以及图22是包括本实施例的分离设备的质谱分析系统框图。
具体实施例方式
下面根据附图描述优选实施例。在所有图中，相同的数字分配给图中共同地出现的元件，且在下列说明书中不给出其详细描述。
(第一实施例)图1是说明根据本实施例的分离设备100的顶视图。在分离设备100中，在衬底101上设置沟道103，以及在沟道103的一部分中形成包括分离部分107的分离区113。此外，沟道103的两端分别与样品引入部分145和储液器147连通。
这里，可以用涂层部件涂覆沟道103的上表面。通过在沟道103的上表面设置涂层部件，抑制了液体样品的干燥。而且，当样品中的成分包括具有高级结构的物质如蛋白质时，通过使用具有亲水性表面的涂层部件，通过紧密地密封沟道103的内部，气-液界面中的成分的不可逆变性作用(irreversible denaturation)被抑制。
图2是分离设备100中的分离区113的放大视图。图2(a)是顶视图，以及图2(b)是图2(a)的A-A′方向的剖面图。在分离部分107中，在沟道103中以规则的间隔整齐地形成柱子105，以及液体流过柱子105之间的空间。由于在柱子105的表面上形成吸附物质层，如之后的图4所述，因此液体样品中的特殊成分可以被有选择地吸附或粘合到柱子105的表面上的非吸附物质。
图3是说明分离部分107中的衬底101的结构的透视图。在图3中，W是沟道103的宽度，D表示沟道103的深度，以及表示柱子105的直径，d表示柱子105的高度，p表示相邻柱子105之间的平均间隔。这些尺寸的每一个例如可以在图3所描述的范围内。此外，假如待分离的分子的直径是R，那么优选R和p、D或d满足下列条件。具有这种结构，可以使被引入分离部分107中的样品中的特殊物质A′与壁表面有效地接触，由此被分离。
P0.5R≤p≤50RD5R≤D≤50RDR≤d≤50R.
图4是用于描述衬底101的表面结构的示图。在衬底101上形成吸附物质层109。换句话说，吸附物质被固定在衬底101的表面上。
图5是用于描述吸附物质A被固定在吸附物质层109中的情况的示图，采取柱子105的表面作为例子。
在图5(a)中，低分子量物质被固定在柱子105的表面上，作为吸附物质A。当包含特殊物质A′的液体样品被引入这种柱子105中时，如图5(b)所示，液体样品中的特殊物质A′被有选择地吸附或粘合到吸附物质A，以形成络合物。由此，在分离设备100中，仅仅与吸附物质A具有特殊相互作用的特殊物质A′可以被有选择地吸附到吸附物质层109，由此与样品中的其他成分分离。
在分离设备100中，使用硅作为衬底101的物质。另外，例如，玻璃物质如石英或塑料材料等可以用来代替硅。塑料材料包括，例如热塑性树脂如硅树脂、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸脂)等和热固性树脂如环氧树脂等。由于此类物质的模制工序可以容易地进行，因此可以降低用于干燥设备的制造成本。
尽管可以通过，例如刻蚀衬底101提供预定的图形来形成柱子105，但是该制造方法不被具体地限制。而且，尽管图2的柱子105的几何形状是圆柱体，但是其几何形状不局限于伪圆柱体如圆柱、伪圆柱体等，以及可以是圆锥体如圆锥和椭圆锥体；棱柱如三棱柱和方形棱柱；或具有其他类型的截面几何形状的柱子等。
在吸附物质层109中设置的吸附物质A和特殊物质A′选自提供选择性吸附或键合的物质的组合物。如这些组合物，例如，(a)配位体和受体，(b)抗原和抗体，(c)酶和衬底、酶和衬底衍生物、或酶和抑制剂，(d)糖和外源凝集素，(e)DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)或DNA和DNA，(f)蛋白质和核酸，以及(g)金属和蛋白质，可以被使用。
在这些组合物的每一种中，一种是特殊物质，另一种是吸附物质。
在(a)的情况下，可以采用激素如类固醇、生理活性的物质如神经传递素、麻药、其他血液因子、细胞膜受体如胰岛素受体或与上述受体具有亲合力的蛋白质、糖蛋白、糖脂或低分子量物质等。
在(b)的情况下，抗原可以是低分子量物质如所谓的半抗原、或聚合物物质如蛋白质。
抗原的例子，例如，可以采用HCV抗原、肿瘤标记如CEA和PSA、艾滋病毒(HIV)、异常朊病毒和限于阿尔茨海默氏病等的蛋白质。
在(c)的情况下，例如，可以采用由流感病毒派生的神经氨酸苷酶及其抑制剂候选物；HIV病毒的逆转录酶及其抑制剂候选物；或HIV蛋白酶及其抑制剂候选物等的组合物。
在(d)的情况下，例如，可以采用N-乙酰-D-葡糖胺和麦芽外源凝集素；或伴刀豆球蛋白A(ConA)和ConA受体糖蛋白等的组合物。
在(e)的情况下，可以采用变异的DNA和用于变异的DNA的互补DNA等的组合物。
在(f)的情况下，可以采用DNA粘合蛋白和DNA等的组合物。
在(g)情况下，例如，可以采用镍和组氨酸-标记(His-tag)等的组合物。
此外，当在沟道103的上部上设置涂层部件时，该物质可以选自，例如与衬底101相同的物质。可以采用与衬底101相类似的物质，或也可以采用与此不同的物质。
接下来，将描述使用分离设备100分离特殊物质A′的方法。
回到图1，包含特殊物质A′的液体样品被注入样品引入部分145，以及通过利用毛细管效应或使用泵等按压蔓延到沟道103。液体样品的流速例如，在10nl/min至100μl/min的范围。然后，如参考图5的以上所述，在分离部分107中，仅仅与吸附物质具有特殊相互作用的特殊物质A′被有选择地吸附到吸附物质层109。未被吸附的成分被引导到具有溶剂或液体的储液器147，溶剂或液体是分散介质。
接下来，用于清洗沟道103的缓冲溶液等流过样品引入部分145，以除去除在沟道103中停留的特殊物质A′之外的成分。此时，由于特殊物质A′和吸附物质A通过其间的特殊相互作用吸附或粘合在一起，因此这些物质未被溶解。
在沟道103被清洗之后，从吸附物质A解吸特殊物质A′。至于解吸方法，可以采用例如以0.1mol/l以上至1mol/l以下的级别从样品引入部分145将NaCl溶液引入沟道103中的方法。此外，当吸附物质A和特殊物质A′分别是抗原和抗体时，也可以将与吸附物质A具有特殊相互作用和与用于粘合到特殊物质A′相比粘合到吸附物质A具有大的粘合常数的物质引入沟道103，作为竞争性抑制剂，以允许解吸特殊物质A′。解吸的特殊物质A′被引入储液器147中，由此被复原。
如上所述，由于分离设备100包括在沟道103中形成的分离部分107，因此样品可以被引入沟道103中，即使它是微量的，以分离和复原特殊物质A′。与使用圆柱的亲和色谱法相比较其操作是简单和容易的。而且，由于分离设备100是可处理的尖端，因此分离设备100不需要清洗，由此明确地进行分离。
接下来，将描述用于制造分离设备100的方法。
尽管可以通过刻蚀衬底101提供预定的图形，在衬底101上形成沟道沟槽103和柱子105，但是形成方法未被具体限制。
图15、图16和图17是工艺剖面图，示出其例子。在每个子图中，中间图是顶视图，以及右和左图是剖面图。在该方法中，通过使用用于精细加工的抗蚀剂的杯芳烃，利用电子束光刻法技术形成柱子105。下面示出了杯芳烃的分子结构的一个例子。杯芳烃用作用于电子束曝光的抗蚀剂，以及优选可以用作用于纳米加工的抗蚀剂。
在此情况下，具有(100)取向的硅衬底用于衬底101。首先，如图15(a)所示，按顺序在衬底101上形成氧化硅膜185和杯芳烃电子束负性抗蚀剂183。氧化硅膜185和杯芳烃电子束负性抗蚀剂183的薄膜厚度分别是40nm和55nm。接下来，通过使用电子束(EB)露出用于形成柱子105的区域。通过使用二甲苯进行显影，以及通过使用异丙醇进行漂洗。该工序提供杯芳烃电子束负性抗蚀剂183的图形，如图15(b)所示。
随后，在其整个表面上涂敷正性光刻胶155(图15(c))。其薄膜厚度设为1.8μm。此后，进行掩模曝光，以便露出区域沟道103，然后进行显影(图16(a))。
通过具有CF4和CHF3的气体混合物的反应离子刻蚀(RIE)刻蚀氧化硅膜185。刻蚀之后薄膜厚度设为35nm(图16b))。通过利用丙酮、醇和水的液体混合物的有机材料-清洗剥离抗蚀剂，以及此后进行氧化等离子体处理(图16(c))。随后，通过使用HBr气体的ECR刻蚀，刻蚀衬底101。刻蚀之后硅衬底的薄膜厚度设为400nm(图17(a))。随后，用缓冲的氟化酸BHF进行湿法刻蚀，以除去氧化硅膜(图17(b))。通过上述工序在衬底101上形成沟道103和柱子105。
这里，在图17(b)的制造工序之后，可以优选进行衬底101的表面的亲水性处理。通过在衬底101的表面上进行亲水性处理，可以将样品液体平稳地引入沟道103中和柱子105之间。具体，在具有由柱子105的存在提供的精细沟道的分离部分107中，优选通过对沟道的表面提供亲水性促进通过毛细现象将样品液体引入，以提供增加的分离效率。
必然地，在图17(b)的制造工序之后，在熔炉中布置衬底，以形成硅热氧化膜187(图17(c))。此时，适当地选择热处理条件，以便氧化膜的薄膜厚度是30nm。通过形成硅热氧化膜187可以解决将液体引入分离设备中的困难。此后，用涂层189进行阳极键合，然后提供密封件，以完成分离设备(图17(d))。
这里，当衬底101使用塑性材料时，可以通过适合于衬底101的材料类型的公知方法进行该处理如刻蚀，如刻蚀、使用金属模具的压模如浮雕模制、注入模制、通过轻固化等形成。
当衬底101使用塑性材料时，在衬底101的表面上提供亲水性也是优选的。通过在衬底101的表面上提供亲水性，可以在沟道103中和柱子105之间平稳地引入样品液体。具体，在具有通过柱子105呈现的精细沟道103的分离部分107中，优选通过提供亲水性到沟道表面促进毛细现象，引入样品液体，以提供增加的干燥效率。
至于用于提供亲水性的表面处理，例如，可以在沟道103的侧壁上涂敷具有亲水基的偶联剂。具有亲水基的偶联剂包括例如，具有氨基的硅烷偶联剂，以及更具体地说包括N-β(氨乙酸)γ-氨丙甲基二甲氧硅烷、N-β(氨乙酸)γ-氨丙基三甲氧硅烷，N-β(氨乙酸)γ-氨丙基四甲氧硅烷，γ-氨丙基三甲氧硅烷，γ-氨丙基三乙氧硅烷，N-苯基-γ-氨丙基三甲氧硅烷等。可以通过旋涂、溅射、浸渍、蒸气处理等涂敷这些偶联剂。
此外，可以在沟道103上进行用于防止粘结的处理，以防止样品的分子粘附在流动沟道的壁上。至于用于防止粘结的处理，例如，可以在沟道103的侧壁上涂敷具有类似于磷脂的结构的物质，磷脂构成细胞壁。通过提供这种处理，当样品包括生物成分如蛋白质等时，可以防止成分的变性，以及可以抑制沟道103中的特殊成分的非特殊吸附，由此提供增加的复原率。至于用于提供亲水性的处理和用于防止粘结的处理，例如可以使用Lipidure(注册商标，NOF公司的产品)。在此情况下，Lipidure(注册商标)溶于缓冲溶液如TBE缓冲等，以提供0.5％wt的浓度，以及用该溶液填充沟道103内部，以及照原样留下几分钟，以在沟道103的内壁上提供该处理。此后，用气枪等吹出溶液，以干燥沟道103。用于避免粘结的这种处理的其他例子可以包括，例如，在沟道103的侧壁上涂敷碳氟树脂。
然后，可以使用如物理吸附工序、共价键合工序的方法作为用于将吸附物质固定在分离部分107中的衬底101的表面上的方法。
当使用物理吸附处理时，例如，形成单层膜的吸附物质，以及在分离部分107中，形成的单层膜可以被吸附在衬底101的表面上。
此外，当采用共价粘合工序时，进行衬底101的表面改进，以在其上引入活性的官能团或活性基团，然后包含吸附物质的溶液与衬底101接触，以在衬底101的表面上提供吸附物质粘合。可以根据目的，适当地选择用于改变衬底101的表面的方法，例如，可以使用等离子体处理、通过离子束的处理、电子束处理等。此时，可以在衬底101的表面上固定间隔基分子，以在间隔基分子和吸附物质之间提供键合。之后将论述用于固定间隔基分子的方法。
此外，当使用石英型玻璃的衬底101时，可以采用偶联剂如硅烷偶联剂，以将吸附物质A化学地粘合在该表面上。当采用偶联剂时，偶联剂被涂敷在柱子105的表面上，然后包含于偶联剂中的有机官能团与吸附物质A粘合。此时，可以利用，例如，可以包括在吸附物质A中的硫醇基、氨基、羧基、醛基或羟基。当使用配位体中的羧基时，可以如下将配位体固定在衬底101上。衬底101被浸渍在具有-NH2基的硅烷偶联剂的水溶液中。硅烷偶联剂的浓度是，例如0.1％至2.0％，都包括。通过采用例如冷凝试剂如碳二亚胺方法的方法，在用硅烷偶联剂表面处理了的衬底101上固定配位体。此外，当进行固定时，根据需要也可以同时使用活化剂如N-羟基琥珀酰亚胺。配位体的羧基与硅烷偶联剂的-NH2粘合。以此方式，获得具有吸附物质层109的分离部分107，吸附物质层109是包含在其上固定的配位体的层。
此外，也可以采用用于前述生物素酰化的(biotinylating)吸附物质A的方法作为选择性的固定方法。通过将生物素酰化，抗生物素蛋白或抗生蛋白链菌素可以被固定在衬底101上，以及通过维生素H和抗生物素蛋白之间的相互作用有选择地吸附特殊物质。此时，由于抗生物素蛋白和维生素H之间的粘合常数显著地高于抗原和抗体之间的普通粘合常数，因此从吸附物质A洗提特殊物质A′，且在生物素酰化的吸附物质A没有从固定在衬底101上的抗生物素蛋白等洗提的这种条件下复原。
吸附材料与衬底101的固定密度优选可以足够大，以便特殊物质可以与吸附剂物质粘合。具有这种结构，可以抑制衬底101的表面上的样品中包括的其他物质的非特殊吸附。此外，具体，例如，如果吸附物质A是低分子物质，以及特殊物质A′是具有大结构的聚合物材料，那么可以优选选择其固定密度，以便抑制通过位阻防止特殊物质A′与吸附物质A吸附或粘合。
此外，至于用于形成吸附物质层109的方法，可以采用分子印记，以在衬底101的表面上提供能够与其上的特殊物质粘合的浇铸聚合物层，代替用于固定吸附物质的方法。分子印记是用于人工合成聚合物的方法，该聚合物可以识别目标分子，在根据一个步骤中的目标分子的特制方法中，更具体地说，通过以下工序进行该方法。首先，通过共价键合或非共价键合使功能单体与目标分子粘合作为模板，以形成模板分子-功能聚合体复合物。这里，具有两个或更多官能团的单体，包含能够与模板分子粘合的官能团和能够被聚合的官能团如乙烯烃，可以用作功能单体。接下来，将交联剂和聚合引发剂添加到包含模板分子-功能单体复合物的溶液，以在分离部分107的壁表面上引起聚合反应。然后，例如，通过利用降解如酶的浸提(digestion)，从聚合的聚合物除去模板分子。然后，在获得的聚合物中形成具有模板分子的特殊粘合地点。
这里，如上所述，当吸附物质A被化学地粘合在其处时，可以在衬底101和吸附物质A之间选择性地提供间隔基119，如图10所示。间隔基119是用于插入衬底101和吸附物质A之间的化合物，以便保持吸附物质A远离衬底101，以便在没有位阻现象的条件下，在吸附物质A上进行特殊物质A′的选择性吸附或粘合。具有这种结构，便于特殊物质A′上的吸附物质A的吸附或粘合，如图10(a)和图10(b)所示。此外，可以通过采用用于间隔基119的亲水性分子抑制衬底101表面上的非目标成分的非选择性吸附。优选间隔基119的链长较短。此外，它优选具有活性基团。这是因为用于吸附物质A的固定处理变得更简单和更容易。活性基团不被具体限制，只要官能团与吸附物质A起反应。当间隔基119没有活性基团时，通过使用浓缩剂等使间隔基119的官能团与吸附物质A粘合。例如，可以利用吸附物质A的硫醇基、氨基、羧基、醛基、羟基等。
对于间隔基119可以适当地选择亲和色谱法或SPR中采用的分子，例如，可以采用己二胺(HMDA)、乙二醇二环氧甘油醚(EGDG)、具有短链长的聚乙烯二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)或右旋糖酐或其衍生物。
此外，代替具有固定在衬底101的表面上的吸附物质A的结构，也可以采用具有模板聚合物的结构，模板聚合物层能够通过分子印记粘合与其上的特殊物质A′粘合。
(第二实施例)本实施例具有一种结构，其中第一实施例的分离设备中的分离部分107包括用隔壁分开的多个分段沟道。图9是说明根据本实施例的分离设备100的分隔区113的结构示图。图9(a)示出了顶视图，以及图9(b)示出了沿图9(a)所示的C-C′的剖面图。在分离部分153中，在沟道103中以等间隔整齐地形成间壁151，以及液体在间壁151之间流过。更具体地说，形成具有比沟道103的宽度更窄的沟道，且因此这些精细沟道变为用于分离的沟道149。由于类似于第一实施例，在用于分离的沟道149的表面上形成吸附物质层109，因此样品中的特殊物质A′可以有选择地吸附或与用于分离的沟道149中的纳米吸附物质A粘合。
可以类似于第一实施例制造图9的分离区。
(第三实施例)本实施例具有一种结构，其中在柱子105的内部设置电极，柱子设置在第一实施例描述的分离设备100中的分离部分107中，并将电位施加到电极。下面将描述在分离部分107的内部形成电极的方法的例子。图14是说明根据本实施例制造分离设备的方法的工艺剖面图。首先，制备具有用于安装电极的部分的金属模173(图14(a))。然后，将电极175安装在金属模173中(图14(b))。例如，电极175采用的材料可以是Au、Pt、Ag、Al、Cu等。然后，在金属模173上设置用于涂覆的金属模179，以固定电极175，以及用于形成衬底101的树脂177被注入到金属模173中，以进行模制(图14(c))。树脂177使用例如PMMA。
然后，从金属模173和用于涂敷的金属模179脱模模制的树脂177，以获得衬底101，衬底101具有在其中形成的沟道103(图14(d))。通过灰化除去布置在衬底101的后表面上的电极175的表面上存在的杂质，以露出电极175的金属材料。根据需要，通过在衬底101的底表面上进行汽相淀积形成金属薄膜，以形成互连181(图14(e))。如上所述，在沟道103中形成具有电极175的分离部分107，电极175作为柱子105。由此形成的电极或互连181被耦合到外部电源(未示出)，且能够施加电压。在上述制造工序之后，可以在沟道103的整个表面上形成绝缘膜。此时，绝缘膜的薄膜厚度形成，例如10nm至500nm。
这里，在分离设备100(图1)中，一旦通过其类似的方法或第四实施例描述的方法，在样品引入部分145和储液器147中形成电极，电极可以导电到待耦合到外部电源的衬底101的下表面(未示出)，由此在样品引入部分145和分离部分107之间、在分离部分107和储液器147之间以及在样品引入部分145和储液器147之间分别提供电压。
具有这种结构，可以确定地进行样品中的目标成分的分离，具有更高的效率。例如，当特殊物质A′是蛋白质以及用溶于缓冲溶液的样品进行分离时，缓冲溶液具有比该蛋白质的等电位点更低的pH，通过使用样品引入部分145作为正电极和分离部分107作为负电极施加电流，以高效率地将带正电的蛋白质引到分离部分107，由此被有选择地吸附到吸附物质层109。在除去沟道103中的其他成分之后，通过使用分离部分107作为正电极和储液器147作为负电极施加电流，以促进吸附物质层109中维持的蛋白质的洗提，并将其引导到储液器147。当吸附物质层109中维持的蛋白质被洗提时，提供交流电场，以增加蛋白质分子的迁移率，由此进一步促进洗提。
因此，为了洗提特殊物质A′和吸附物质A，可以降低沟道103中流动的洗提液中的盐浓度和有机溶剂浓度。由此，当特殊物质A′是具有高级结构的蛋白质等的物质时，可以抑制其结构的不可逆变性作用或其去激活。
此外，还可以是通过将电位提供到作为电极的柱子105，用于将吸附物质A固定在衬底101上的任意操作是不需要的情况。例如，当吸附物质A是蛋白质，以及其受体是特殊物质A′，以及在假如蛋白质是带负电的pH条件下时，如果配位体不带电或带正电，那么可以通过以下方法进行特殊物质A′的分离。
首先，吸附物质A即蛋白质的溶液被引入沟道103中。此时，由于蛋白质带负电，因此静电场作用于作为正电极的柱子105。然后，通过静电作用蛋白质被吸附到柱子105的表面。在将静电场提供到柱子105的同时，通过缓冲溶液冲洗掉沟道103中过剩的蛋白质，以及此后包括配位体的样品被引入沟道103中。然后，在蛋白质表面中吸附配位体，由此与其他成分分离。然后，类似于第一实施例，在清洗沟道103之后，在其中引入盐溶液等，以便配位体从蛋白质解吸，以及最终被复原。此时，由于在提供电场的同时配位体被洗提，因此保持蛋白质被吸附在柱子105的表面上的条件。
如上所述，通过在柱子105中形成电极，使用偶联剂固定吸附物质A的制造工序变得没有必要，由此允许进一步简化分离工序。这里，即使在蛋白质是带正电和配位体不带电或带负电的情况下，也可以通过将负电位提供到柱子105类似地分离配位体。
(第四实施例)图6是说明根据本实施例的分离设备171的结构示图。在分离设备171中，在衬底121上形成用于分离的沟道131，以及形成用于引入的沟道129和用于复原的沟道135，以便其交叉。用于引入的沟道129、用于分离的沟道131以及用于复原的沟道135分别具有在其两端形成的储液器125a和125b、123a和123b以及127a和127b。电极设置在各个储液器中，以及例如通过采用电极，电压可以被施加到用于分离的沟道131的两端。此外，在用于分离的沟道131中设置分离部分107。分离部分107的结构可以是第一至第三实施例的任意一种结构。
这里，将根据图7和图8描述设有电极的储液器结构。图7是图1中的储液器123a的附近的放大视图。此外，图8是图7中的B-B′剖面图。设有开口139的涂层137布置在衬底121上，开口139用于允许缓冲溶液注入，衬底121设有用于分离的沟道131和储液器123a上。此外，在涂层137上布置被耦合到外部电源的导电路径141。此外，如图8所示，电极板143被如此布置，以便沿储液器123a的壁表面和导电路径141跟随。电极板143和导电路径141被压缩地键合，以被电耦合。这里，其他储液器具有与上述储液器相同的结构。通过提供对衬底101的下表面提供导电，形成在各个储液器中的电极板143能够施加电压，以耦合到外部电源(未示出)。
回到图6，描述使用该设备进行样品分离的方法。首先，包括特殊物质A′的样品被注入到储液器125a或储液器125b中。当样品被注入到储液器125a中时，施加电压，以便样品沿朝向储液器125b的方向流动，以及当液体被注入到储液器125b中，施加电压，以便样品沿朝向储液器125a的方向流动。这些使样品流入用于引入的沟道129中，其结果，用于引入的整个沟道129被填充。此时，在用于分离的沟道131中，仅仅在与用于引入的沟道129的交叉点存在样品，以及形成较窄的带，该具有用于引入的沟道129的宽度数量级的宽度。
然后，储液器125a和储液器125b之间的电压施加被中止，以及在储液器123a和储液器123b之间施加电压，以便样品沿朝向储存器123b的方向流动。这些允许样品穿过用于分离的沟道131。在布置在用于分离的沟道131的分离部分107中，仅仅特殊物质A′，具体地，与吸附物质A互相作用的特殊物质A′，及其他成分排放到储液器123b。在类似于第一或第二实施例清洗用于分离的沟道131之后，储液器123a和储液器123b之间的电压施加被中止，代替，在储液器127a和储液器127b之间施加电压。然后，在存在于用于分离的沟道131和用于复原的沟道135的交叉点处的带流入用于复原的沟道135。在过去一段持续时间之后，停止储液器127a和储液器127b之间的电压施加，在储液器127a或储液器127b中复原分离带的带中包含的特殊物质A′。
通过上述过程分离特殊物质A′。由于除用于分离的沟道131之外，分离设备171包括用于引入的沟道129和用于复原的沟道135，因此不必要的成分和特殊物质A分别可以被引向不同的储液器。因此，防止储液器中剩余的不必要成分污染特殊物质A′，由此进一步增加分离效率。
此外，通过将反应剂引入储液器125a或储液器125b中，可以进行各种类型的反应如酶反应或用于探测的显色，用于将特殊物质A′引到用于复原的沟道135中。
(第五实施例)本实施例涉及有效的进行目标成分的分离、冷凝和干燥以及有效的用作用于质谱分析的衬底的分离设备，用于在质谱分析中提供干燥样品。图12是说明根据本实施例的分离设备165的结构示图。分离设备165具有基本结构，该基本结构是第三实施例中描述的分离设备100的结构。分离设备100中的衬底101分别对应于分离设备165中的衬底133，以及沟道103对应于该结构中的第一沟道157，以及具有比第一沟道157更窄宽度的第二沟道159连接到第一沟道157中。在第二沟道159的端部设置干燥部分161。在第一沟道157和第二沟道159的上表面以及样品引入部分145、储液器147的上表面上布置涂层163，以及干燥部分161形成开口。此外，类似于第三实施例，在样品引入部分145、储液器147、第一沟道157和干燥部分161的表面上提供金属膜(未示出)，由此提供用于在这些之间施加电压的结构。
此外，图13是说明分离设备165中的干燥部分161的结构示图。图13(a)是顶视图，以及图13(b)是沿图13(a)的D-D′方向的剖面图。如图13所示，在干燥部分161中包括多个柱子167。此外，在干燥部分161的底表面上布置用于促进干燥处理的加热器169。
分离设备165的操作如下。首先，从样品引入部分145注入包含特殊物质A′的液体样品，并通过利用毛细管效应或使用泵等按压蔓延到沟道157。然后，在分离部分107中，仅仅与吸附物质具有特殊相互作用的特殊物质A′被有选择地吸附到吸附物质层109。此时通过使用样品引入部分145作为正电极和分离部分107作为负电极施加电流，以促进将特殊物质A′引到分离部分107，且因此是优选的。未被吸附到吸附物质A的成分被引到具有溶剂或液体的储液器147，溶剂或液体是分散介质。
接下来，用于清洗沟道157的缓冲溶液等流过样品引入部分145，以清洗沟道，由此除去除在第一沟道157中停留的特殊物质A′之外在第一沟道157中停留的成分。此时，由于特殊物质A′和吸附物质A通过其间的特殊相互作用吸附或粘合在一起，因此这些物质未被溶解。
此后，类似于第一和第二实施例从吸附物质A解吸特殊物质A′。此时，通过使用分离部分107作为正电极和干燥部分161作为负电极施加电流，以及通过加热器169将干燥部分161加热到例如30℃至70℃的温度，以便通过第二沟道159将包含溶解的特殊物质A′的液体引到干燥部分161，以及立即在干燥部分161中干燥。在干燥部分161中提供多个柱子167，以便通过毛细现象高效率的引入第二沟道159中的液体，并迅速地进行其干燥。此外，此时，由于第二沟道159的宽度比第一沟道157的宽度更窄，因此可以高效率的将液体从第一沟道157引入第二沟道159中。
如上所述，在分离部分107中分离的特殊物质A′在干燥部分161中干燥，且最终被复原。
此外，当在干燥部分161中干燥特殊物质A′时，在其处混合用于MALDI-TOFMS(飞行质谱仪的基质-协助的激光解吸电离-时间)的基质(matrix)，以获得用于MALDI-TOFMS的样品。这里，将简要地描述本实施例中采用的质谱分析设备。图11示出了质谱分析设备的结构示意图。在图11中，在样品台上安装干燥样品。随后，在真空条件下照射具有337nm波长的氮气激光束，以干燥样品。然后，干燥样品与基质一起蒸发。样品载台用作电极，以及通过施加电压使蒸发样品在真空中飞行，以及通过包括反射体探测器、反射体和线性探测器的探测部分探测。
由此，在完全干燥分离设备165内的液体之后，在MALDI-TOFMS设备的真空槽中安装分离设备165，以及通过利用其作为样品载台可以进行MALDI-TOFMS这里，在干燥部分161的表面上形成金属膜，以提供允许被耦合到外部电源的结构，且因此它用作样品载台，通过样品载台可以施加电位。
因而，通过采用分离设备165，仅仅特殊物质A′可以与包含大量成分的样品分离，以及分离的样品被进一步干燥以及最终被复原。此外，干燥的特殊物质A′可以以包含在分离设备165内的形式呈现于MALDI-TOFMS。由此，由于可以在一体的分离设备165上进行目标成分的提取、干燥和结构分析，因此该结构也有用于蛋白质分析等。
这里，用于MALDI-TOFMS的基质可以对应于测量的目标物质适当地选择，以及可以选自例如芥子酸、α-CHCA(α-氰基-4-羟基肉桂酸)，2，5-DHB(2，5-二羟基苯甲酸)，DHBs的混合物(2，5-DHB和5-甲氧基水杨酸)、HABA(2-(4-羟苯基偶氮)苯甲酸)、3-HPA(3-羟基啶甲酸)、二羟基蒽酚、THAP(2，4，6-三羟基苯乙酮)、IAA(转-3-吲哚丙烯酸)、甲基吡啶酸、烟酸等。
(第六实施例)本实施例涉及用于进行GFP(绿荧光蛋白质)提纯的方法，通过使用anti-His-Tag(抗-组氨酸-标签)抗体，通过采用第一实施例描述的分离设备100引入His-Tag(组氨酸-标签)。
在分离设备100中，anti-His-Tag抗体被固定在分离部分107的表面上，以形式吸附物质层109。为了进行固定，可以采用，例如类似于第一实施例的方法，或与用于亲和色谱法的抗体固定相关的公知方法。
更具体地说，通过使用具有-NH2基的硅烷偶联剂进行分离部分107的表面处理。然后，间隔基被粘合到分离部分107。例如EGDE(乙二醇二环氧甘油醚)，用作间隔基。为了提供间隔基的粘合，例如大量的EGDE被添加到pH11的NaOH溶液，以及在例如30℃下搅拌。该溶液被滴落在分离部分107上，以引起反应，例如24小时。此后，通过利用在间隔基端部上存在的环氧树脂官能团固定anti-His-Tag抗体。此时，anti-His-Tag抗体的碱溶液被滴落在具有间隔基的分离部分107上，然后照原样留下滴落的部分。然后，分离部分被清洗，以获得具有固定在分离部分107上的anti-His-Tag抗体的分离设备100。
包括用埃希氏菌属大肠杆菌(Escherichia coli)表示的His-Tag GFP的萃取物被引入获得的分离设备100的样品引入部分145。然后，仅仅具有在其处添加的His-Tag的GFP与anti-His-Tag抗体有选择地互相作用，由此被吸附到吸附物质层109。在清洗沟道103之后，由于具有在其上吸附的GFP的区域发射绿光，因此分离部分107的目视观察容易呈现其确认。
类似于第一实施例，通过从吸附物质层109解吸因此分离的His-Tag-添加的GFP可以从存液器147复原His-Tag-添加的GFP。
尽管本实施例采用anti-His-Tag抗体，类似于His-Tag键合镍圆柱的情况，次氮基三乙酸等可以被固定到分离部分107。此外，本实施例的净化方法也可以应用于第二至第五实施例中描述的分离设备的结构。
(第七实施例)本实施例涉及通过采用第一实施例中描述的分离设备分离物质的方法，该物质与金属具有特殊相互作用。
如下制造这种分离设备。在图17(c)所示的制造工序之后，在衬底101的整个表面上设置抗蚀剂膜，以及形成仅仅露出用于形成分离部分107的区域的构图抗蚀剂。通过构图抗蚀剂的掩模在衬底的整个表面上形成金属膜。金属膜的材料是可以稳定的在水内的物质，例如，Pt和Au。此外，例如，通过汽相淀积，进行金属膜的形成。然后，通过使用未能溶解硅热氧化膜187但是可以溶解抗蚀剂掩模的解吸液剥离抗蚀剂，由此在分离部分107的表面上形成金属膜。
通过将包含金属键合物质的样品引入获得的分离设备100可以高效率地分离金属键合物质。
当物质与在水溶液中不稳定的金属具有特殊相互作用时，例如，旨在被分离的Fe、Cu、Ag、Al、Ni、U、Ge等，通过采用能够螯合这些离子的螯合剂、螯合的蛋白质、冠醚等，在与这些化合物螯合的条件下，将这些离子固定在分离部分107的表面上。可以通过与第一实施例类似的方法进行在此情况下的固定。此外，本实施例的分离方法也可以应用于第二至第五实施例中描述的分离设备的结构。
(第八实施例)本实施例涉及在第一实施例描述的分离设备100中，通过利用外源凝集素作为吸附物质A，分离样品中规定的糖链的方法。例如，采用伴刀豆球蛋白A(ConA)作为外源凝集素。外源凝集素是在采用单糖的情况下与甘露糖和葡萄糖具有特殊相互作用的外源凝集素，此外对于具有高甘露糖型糖链和聚糖的糖蛋白具有亲合力。
在分离设备100中，ConA被固定在分离部分107的表面上，以形式吸附物质层109。为了进行固定，例如，可以采用类似于第一实施例的制造方法，或与用于亲和色谱法的抗体的固定外源凝集素相关的公知制造方法。
更具体地说，通过使用具有-NH2基的硅烷偶联剂进行分离部分107的表面处理。然后，间隔基与分离部分107结合。例如，使用二环氧甘油醚(EGDE)作为间隔基。为了提供间隔基的粘合，例如，将大量的EGDE添加到pH11的NaOH溶液，以及例如，在30℃下搅拌。该溶液被滴落在分离部分107上，以引起反应，例如24小时。此后，通过利用在间隔基的端部上存在的环氧基固定外源凝集素。此时，例如，包含-SH基、-OH基或-MHz党的外源凝集素的碱溶液被滴落在其上提供有间隔基的分离部分107上。
通过使用获得的分离设备100，具有高甘露糖型糖链或聚糖的糖蛋白可以被容易地分离和复原，具有更高的准确度和更高的灵敏度。在外源凝集素和分离设备100的分离部分107中的衬底101的表面之间提供间隔基，促进外源凝集素和糖链之间的特殊相互作用。由此，可以更高效地进行分离。这里，本实施例的分离方法也可以应用于第二至第五实施例中描述的分离设备的结构。
上面基于实施例描述了本发明。所属领域的技术人员应该理解这些实施例仅仅是用于例示的目的，成分或工序的组合可以被改进和改变，以及这些改进是在本发明的范围和精神之内。
例如，根据本实施例的分离设备可以另外地如下构成。图18是说明通过毛细现象传送样品的分离设备类型的结构示图。通过利用毛细现象，不需要外力如电功率、压力等的施加，且因此不需要用于其驱动的激励。在图18中，在衬底550上设置的用于分离的沟道540中形成第一实施例中描述的分离部分(未示出)。在用于分离的沟道540的一端设置通风口560，以及在其另一端设置缓冲溶液入口510，用于在分离时注入缓冲溶液。除缓冲溶液入口510和通风口560外紧密地密封用于分离的沟道540。样品量化管530被连接到用于分离的沟道540的开始部分，以及在样品量化试管530的另一端设置样品入口520。
图20说明样品量化试管530的附近的放大视图。在样品量化试管530、样品保持部分503和缓冲溶液引入部分504的内部中设置亲水性吸附区。此外，在用于分离的沟道540的引入开口附近设置吸附区506。在样品量化试管530和样品保持部分503之间设置停止缝隙(haltingslit)502。停止缝隙502可以是疏水区。每个吸附区被停止缝隙505和507分开。样品保持部分503的气隙量几乎等于样品量化试管530的气隙量和停止缝隙502的气隙量的总和。停止缝隙505的宽度小于停止缝隙502的宽度。这里，样品量化试管530具有亲水性功能，且配置为用作样品引入部分。
接下来，将描述通过使用图18的设备用于分离操作的过程。首先，样品被逐渐地注入到样品入口520中，以填充(fulfill)样品量化试管530。此时，应该避免水表面膨胀。在用样品填充样品量化试管530之后，样品逐渐地透过停止缝隙502。一旦样品透过停止缝隙502到达样品保持部分503的表面，那么停止缝隙502和样品量化试管530内包含的所有样品被吸附到具有更大的毛细管效应的样品保持部分503。这里，通过适当地选择亲水性材料，每个吸附区被配置为具有不同的亲水性级别，以及样品保持部分503具有比样品量化试管530更大的毛细管效应。在样品充填到样品保持部分503中的过程中，由于停止缝隙505和507的存在，样品从不流入缓冲溶液引入部分504。
在样品被引入样品保持部分503中之后，用于分离的缓冲溶液被注入到缓冲溶液入口510中。注入的缓冲溶液被临时地填充在缓冲溶液引入部分504中，以便与样品保持部分503的界面形成线性线。当在其中进一步充填缓冲溶液时，缓冲溶液透过停止缝隙505，并流入样品保持部分503，进一步前进超过停止缝隙507朝用于分离的沟道方向，同时拖曳样品。此时，由于停止缝隙502的宽度大于停止缝隙505和507的宽度，即使缓冲溶液回流到停止缝隙502也几乎不发生样品的回流，因为样品已移动超出样品保持部分503。
用于分离的缓冲溶液通过毛细现象穿过用于分离的沟道进一步朝通风口560的方向前进，以及在该工序中样品被分离。一旦用于分离的缓冲溶液达到通风口560，那么缓冲溶液的流动被停止。在使缓冲溶液的流动停止的阶段或使缓冲溶液的移动继续的阶段测量样品分离的状态。
尽管上述实施例说明利用毛细现象的分离设备的例子，但是根据图19和图21将描述利用该现象的样品注入的其他例子。在该设备中，设置样品引入管570，代替图18中的样品量化试管530。在样品引入管570的两边界点处设置样品入口520和排出口580。
现在将描述通过使用该设备进行分离的过程。首先，样品被注入到样品入口520中，以在其中填充，直到排出口580。在该操作过程中，样品被吸附穿过引入开口509进入样品保持部分503。
此后，空气被压-注到样品入口520，以从排出口580排出样品，由此在样品引入管570的内部消除(wiping out)和干燥样品。在通过毛细现象分离的情况下，类似于上述过程，用于分离的缓冲溶液被注入。在通过电泳分离的情况下，在样品引入之前，从对应于缓冲溶液入口510的储液器或从对应于通风口560的储液器引入用于迁移的缓冲溶液。由于广泛地形成的停止缝隙505和507的存在，防止了样品流入样品保持部分。
在在样品保持部分503中完成样品的保持的阶段，将用于迁移的微量缓冲溶液进一步添加到在用于分离的沟道一端的储液器或将光振动加到样品保持部分503的外围，以使缓冲溶液继续，然后施加电压，以将其分离。
这里，图22是包括本实施例的分离设备的质谱分析系统的框图。该系统包括用于进行各个工序的单元，如图22(a)所示，用于以一定的级别除去样品1001中的外来元素的提纯1002，用于除去不必要成分1004的分离1003，分离样品的预处理1005，预处理之后样品的干燥1006，通过质谱分析的识别1007。
这里，通过上述实施例描述的分离设备进行分离工序对应于分离1003的工序，以及在微芯片1008上进行。此外，在提纯1002的工序中，使用例如用于仅仅除去巨大成分如血球的分离设备。在预处理1005中，进行分子量的上述减少，通过使用胰蛋白酶和具有基质的混合物。在干燥1006中，干燥预处理的样品，以获得用于质谱分析的干燥样品。
此外，由于根据本实施例的分离设备具有沟道，因此在一体的微芯片1008上进行从提纯1002至干燥1006的工序，如图22(b)所示。通过在微芯片1008连续地进行样品处理具有较少损耗的方法明确地进行微量成分的识别，具有较高的效率。
因而，在图22所示的样品的处理当中，可以在微芯片1008上进行适当地选择的工序或所有工序。
(例子)尽管下面将根据用于DNA和RNA的组合的例子进一步描述本发明，但是应当理解本发明不被具体地限制。
通过第一实施例描述的方法制造具有柱子105的反应设备100，柱子105形成在沟道103(图1)的表面上。衬底101由具有(100)表面作为其主表面的硅衬底构成。分离部分107设有柱子105(图2)。通过根据图15至图17描述的方法形成柱子105。这里，柱子105之间的间隔p设为约200nm。
接下来，关注硅柱子的表面，硅柱子是柱子105，通过采用偶联剂在硅柱子表面上固定用于线虫类的部分tpa-1基因(C.elegans(Caenorhabditis elegans))的抗-检测低聚核苷酸A。
A5′-SH-TCGATTTTCAAACCGTTTCC-3′(序号1)这里，抗-检测低聚核苷酸A的5′端用SH基修改。
更具体地说，在图1中，在分离部分107的表面上固定N-(2-氨乙醇)-3-氨丙三甲氧硅烷(EDA)，作为用于与抗-检测低聚核苷酸A的硫醇基结合的化合物，N-(2-氨乙醇)-3-氨丙三甲氧硅烷(EDA)是氨硅烷的一种类型。
此时，在具有1∶1混合比的浓缩HCl∶CH3OH的混合物中浸入分离部分107约30分钟，在用蒸馏水清洗之后，浸入浓缩H2SO4约30分钟。然后，在用蒸馏水清洗之后，在去离子水中进行沸腾几分钟。随后，氨硅烷如1％EDA(在1mM乙酸水溶液中)等被引入分离部分107中，以及在室温下执行反应约20分钟。这些假定EDA被固定在分离部分107的表面上。此后，用蒸馏水冲洗掉残留物，以及通过在惰性气体环境气氛下将其加热3至4分钟至约120℃，进行干燥。
随后，制备琥珀酰亚胺(succinimidyl)4-(马来酰亚胺苯)丁酸酯(SMPB)的1mM溶液作为双官能团交联剂，以及在溶于少量DMSO中之后，进行稀释。在室温下将分离部分107浸入该稀溶液中两小时，以及用稀释的溶剂清洗之后，在惰性气体环境气氛中进行干燥。
具有该操作，SMPB的酯基与EDA的氨基反应，以提供其中在分离部分107的表面上露出马来酰亚胺的条件。在这种条件下，附加地具有硫醇基的抗-检测低聚核苷酸A被引入分离部分107中。因而，在分离部分107的表面上抗-检测低聚核苷酸A的硫醇基与马来酰亚胺反应，以致抗-检测低聚核苷酸A被固定在分离部分107的表面上。(例如，Chrisey et al.，Nucleic Acids Research，1996，Vol.24，No.15，pp.3031to 3039)。这些允许将抗-检测低聚核苷酸A固定在沟道103和柱子105的表面上。
因此通过上述过程获得分离设备100。通过采用由此获得的分离设备100进行RNA的分离。
从线虫类提取的RNA与杂化溶液混合。(快速杂化缓冲液，Amersham Biosciences Corp的产品.)从样品引入部分145引入样品，以及在70℃下在潮湿条件箱中进行反应两小时，此后进行清洗用2×SSC(标准盐柠檬酸缓冲溶液)以及0.1％SDS(钠十二烷硫酸盐)在室温下15分钟；以及随后用0.2×SSC和0.1％SDS在65℃下15分钟。然后，从样品引入部分145引入DEPC(二乙基正碳酸盐)处理水，以通过在其中推动和储液器147的清洗进行包含于储液器147中的液体的去除。然后，在80℃下进行其变性，以及在通过淬火分离固定在分离部分107上的DNA和RNA之后，溶液分馏物复原到储液器147，以高浓度获得来包括源于tpa-1基因的RNA的溶液。因而，根据本例子，优选从RNA的混合物分离具有规定序列的RNA。
序列表<110>NEC公司<120>用于分离的设备和分离的方法<130>34103740<160>1<210>1<211>20<212>DNA<213>线虫(Caenorhabditis elegans)<400>1tcgattttca w aaccgtttcc 20
权利要求
1.一种分离设备，包括衬底；设置在所述衬底中以及用于使样品在所述沟道中流动的沟道；设置在所述沟道中以及用于分离所述样品中的特殊物质的分离部分；以及设置在所述分离部分中以及具有比所述沟道更小的宽度的精细沟道，其中吸附物质层形成在所述分离部分中，所述吸附物质有选择地吸附或粘合所述特殊物质。
2.一种分离设备，包括衬底；设置在所述衬底中以及用于使样品在所述沟道中流动的沟道；设置在所述沟道中以及用于分离所述样品中的特殊物质的分离部分；以及设置在所述分离部分中的突出部分，其中吸附物质层形成在所述分离部分中，所述吸附物质有选择地吸附或粘合所述特殊物质。
3.根据权利要求1或2的分离设备，其中电极设置在所述分离部分和所述沟道中，以及所述分离设备还包括在所述电极之间提供电压的电压施加单元。
4.根据权利要求1至3的任意一项的分离设备，其中突出部分设置在所述分离部分中，以及电极形成在所述突出部分中。
5.根据权利要求1至4的任意一项的分离设备，其中所述特殊物质和所述吸附物质的组合是以下任意一种抗原和抗体；酶和衬底；酶和衬底衍生物；酶和抑制剂；糖和外源凝集素；DNA和DNA；DNA和RNA；蛋白质和核酸；金属和蛋白质以及配位体和受体。
6.根据权利要求1至5的任意一项的分离设备，其中通过所述衬底的表面上的间隔设置所述吸附物质。
7.一种分离方法，包括在分离设备的分离部分中，分离设备包括在衬底中设置的沟道，分离部分设置在所述沟道中并且精细沟道设置在所述分离部分中以及具有比所述沟道更小的宽度，将包含吸附物质的液体引入所述沟道中，同时施加与所述吸附物质不同极性的电压到所述分离部分，以在所述分离部分上引起吸附，所述吸附物质能够有选择地吸附或粘合分离的目标物质；将包含所述分离的目标物质的样品引入所述沟道中，以促使选择性吸附或粘合所述吸附物质；以及将洗提溶液引入所述沟道中，以洗提和复原所述分离的目标物质，所述洗提溶液能够导致所述分离目标物质从吸附物质洗提。
8.一种分离方法，包括在分离设备的分离部分中，分离设备包括在衬底中设置的沟道，分离部分设置在所述沟道中并且突出部分设置在所述分离部分中，将包含吸附物质的液体引入沟道中，同时施加与吸附物质不同极性的电压到所述分离设备的所述分离部分，以在所述分离部分上引起吸附，所述吸附物质能够有选择地吸附或粘合分离的目标物质；将包含所述分离的目标物质的样品引入所述沟道中，以引起选择性吸附作用或粘合所述吸附物质；以及将洗提溶液引入所述沟道中，以洗提和复原所述分离目标物质，所述洗提溶液能够促使所述分离目标物质从吸附物质洗提。
9.一种质谱分析系统，包括根据生物样品的分子尺寸或性能分离生物样品的分离单元；进行预处理的预处理单元，预处理包括通过所述分离单元分离的样品的酶的浸提处理；干燥预处理样品的干燥单元；以及以及在干燥之后实现样品的质谱分析的质谱分析单元，其中所述分离单元包含根据权利要求1至6的任意一项的分离设备。
全文摘要
在衬底(101)中形成沟道(103)，以及部分沟道(103)设有分离部分(107)。在分离部分(107)中形成大量柱子，以及形成吸附物质层，具有吸附物质的吸附物质层对于特殊物质显示出特殊相互作用，吸附物质固定在其表面上。一旦样品被引入沟道(103)中，特殊物质被吸附在待与其他成分分离的吸附物质层上。在用缓冲溶液清洗沟道(103)的内部之后，通过使洗提溶液流过沟道(103)从吸附物质层解吸特殊物质，以及特殊物质被复原。
文档编号B01J20/34GK1720438SQ20038010464
公开日2006年1月11日 申请日期2003年11月28日 优先权日2002年11月29日
发明者佐野亨, 马场雅和, 饭田一浩, 川浦久雄, 井口宪幸, 服部涉, 梁谷浩子, 麻生川稔 申请人:日本电气株式会社