专利名称：分离装置、分离方法和质谱分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及分离装置、分离方法和质谱分析设备，用于从包含在样本中的多个成分中分离出特定成分。
背景技术：
在蛋白质学科和基因学科的现有研究领域中，蛋白质、缩氨酸或诸如DNA等核酸片段在由电泳进行分离并且从凝胶体回收后，对其进行分析。在使用微芯片的电泳中，如图22(a)所示，导入通道302和分离通道304以十字形在衬底300上形成。首先，如图22(b)所示，通过在图的横向上施加电场，从流体贮存器306导入样本，以使其向图中的右侧移动，并且然后，如图22(c)所示，通过在图的纵向上施加电场，使其流入分离通道，这成功地分离了在迁移范围上不同的成分。
专利文献1日本未决专利公开No.2002-131280。

发明内容
不过，将少量样本从导入通道导入到分离通道仅产生了少量目标成分。不能获取高浓度的目标成分导致了分析准确度下降的问题。另一方面，加宽导入通道以增加被导入到分离通道的样本量，扩大了流经分离沟道的样本带，降低了分辨率，并且只会导致分离不准确。处理高浓度的样本，虽然导入通道仍很窄，但也会导致样本自身的聚合，降低分辨率，并且不能执行满意的分离。
本发明是在考虑了上述情况之后进行设计的，并且其一个目的是提供一种能够以简单操作来有效分离样本的技术。本发明的另一目的是提供在集中之后能够准确分离样本并且同时对其进行回收的技术。
根据本发明，提供的分离装置包括通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道；置于通道中的一个或两个或更多止回阀，用于抑制被分离成分的回流；由止回阀隔开的多个隔间；以及外力施加单元，用于将外力施加到被分离成分，以使它们移动通过通道，其中外力施加单元具有交替执行通过在沿着通道的前进方向上将外力施加到被分离成分的第一外力施加模式和通过在与沿着通道的前进方向相反的方向上将外力施加到被分离成分的第二外力施加模式的功能，从而将被分离成分分馏到隔间的任一个中。
该结构允许被分离成分分别以它们的特定速度移动通过通道，并且防止当执行第一外力施加模式时通过一个隔间的成分在当执行第二外力施加模式时回流到位于通道的前进方向的相反侧上的隔间中，以便可以根据它们特定的迁移范围将各个被分离成分分离到隔间的任一个中。这里各个被分离成分的迁移范围是根据各个成分的属性、外力的幅度和外力的施加时间确定的。这可以分离和集中被分离成分。这里需要指出的是，在通道的前进方向上施加外力指的是施加了使样本在各个隔间中在通道的前进方向上移动的外力。这里还需要指出的是，在与通道的前进方向相反的方向上施加外力指的是施加了使样本在各个隔间中在与通道的前进方向相反的方向上移动的外力。
在本发明的分离装置中，形成的通道能够以直线形状进行延伸。
由于外力的施加方向只限于一个方向和其相反方向，因此可以对结构进行简化。如果将各个成分分离到各个隔间，并且在单一方向上施加外力，则分离到各个隔间中的样本可以在通道的下游侧上顺序地被回收。
在本发明的分离装置中，形成的止回阀可以阻止流经每一个止回阀并且向通道的下游侧移动的至少一部分被分离成分的回流。
这里止回阀本身在优选情况下是由对样本中的被分离成分电气无效的材料构成的。止回阀通常可以由以窄到能够防止被分离成分穿过的间距来放置的多个柱形结构组成。用于构成止回阀的材料只要如以上讲述的对样本中的被分离成分无电气影响，则可以为任何材料，并且通常为导电部件。如果止回阀能够起到阀门的作用，则止回阀在此就是足够成功的，并且可以形成为各种结构和几何形状。即使移动到通道下游侧的隔间的成分应该回流到上游侧的隔间中，重复执行第一外力施加模式和第二外力施加模式也可以使得各个成分根据它们的特定迁移范围以几何级数的方式向位于下游侧的隔间移动，以便可以最终将各个成分分离到各个隔间中，并且对它们进行集中。
在本发明的分离装置中，外力施加单元可以包括位于通道两端的多个电极，并且可以具有通过改变施加到电极之间的电压方向来执行第一外力施加模式和第二外力施加模式的功能。这里电极并不限于位于通道两端上的电极，但是只要允许样本在各个隔间之内在通道的前进方向和相反方向上移动，就可以具有任意结构。
根据本发明，提供的分离装置包括通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道；拦截单元，用于拦截在通道的样本前进方向上移动通过通道的被分离成分；由相邻的拦截单元隔开的多个隔间；以及外力施加单元，用于将外力施加到被分离成分，以允许它们移动通过通道，其中构造的外力施加单元顺序地在各个隔间的通道中的样本前进方向上对成分执行在外力上不同的多个外力施加模式，并且具有顺序地执行多个外力施加模式的功能，以将被分离成分分馏到隔间的任一个中。
根据该结构，在其中执行引起在通道的样本前进方向上的正外力的外力施加模式的隔间中，被分离成分根据隔间的长度以它们特定的速度在通道的样本前进方向上移动，并且在其中执行引起在通道的样本前进方向上的负外力的外力施加模式的隔间中，被分离成分在与通道的样本前进方向相反的方向上移动。由于通过下一个模式可以使经过拦截单元的成分移动到下一个隔间，因此通过顺序地重复多个外力施加模式，可以根据它们特定的迁移范围将各个成分分离到隔间的任一个中。这可以分离和集中被分离成分。
在本发明的分离装置中，构成的外力施加单元施加外力，以基本均衡施加到每一个隔间中的被分离成分的外力幅度。
这里，基本均衡外力幅度指的是施加外力，从而本来应该以相同速度移动的被分离成分能够以相同的速度在所有隔间中流动。在通过在位于各个隔间的两端的电极上施加电压来施加外力的示例情况下，构造的外力施加单元考虑各个隔间的长度，来设定施加到各个电极的电势。这里电极并不限于位于各个隔间的两端上的电极，只要电极使得样本在各个隔间内在通道的前进方向和相反方向上移动，则电极可以具有任意结构。
在本发明的分离装置中，外力施加模式可以是诸如施加外力，从而表示正外力分量的隔间和表示负外力分量的隔间沿着通道的样本前进方向交替出现。
由于当施加下一个模式时，穿过拦截单元的成分移到下一个隔间，并且移动通过隔间，因此通过顺序地重复多个外力施加模式，可以根据它们特定的迁移范围而将各个成分分离到隔间的任一个中。这可以分离和集中被分离成分。
在本发明的分离装置中，通道可以具有弯曲的几何形状，并且通道的弯曲部分可以构成拦截单元。
由于当施加下一个模式时，到达弯曲部分的成分移到下一个隔间，并且移动通过隔间，因此通过顺序地重复多个外力施加模式，可以根据它们特定的迁移范围而将各个成分分离到隔间的任一个中。这可以分离和集中被分离成分。
在本发明的分离装置中，弯曲部分基本上形成直角。
对于这一结构，当施加下一个模式时，到达弯曲部分的几乎所有成分移到下一个隔间，并且移动通过隔间，因此即使减少外力施加模式的重复次数，也可以有效地分离和集中各个被分离成分。
本发明的分离装置可以进一步包括回收单元，用于回收从拦截单元分馏到各个隔间的被分离成分，其中外力施加单元也可以在每一个回收单元和拦截单元之间施加外力，以使样本在样本分馏期间向拦截单元移动，并且使样本在样本回收期间向回收单元移动。
该结构可以在不让被分离到各隔间的被分离成分向位于通道下游的回收目的地移动情况下，从位于各个隔间的拦截单元回收各个被分离成分。
在本发明的分离装置中，构造沿着通道的样本前进方向放置的多个隔间，从而使位于通道的更下游侧上的隔间具有较长的长度。
在该结构中，具有较大迁移速度的任意成分到达通道的较远部分，这使得可以根据它们的特定迁移范围来将成分分离到隔间的任一个中，并且将它们集中在隔间内。
在本发明的分离装置中，构造沿着通道的样本前进方向放置的多个隔间，从而使位于通道的更下游侧上的隔间在各个外力施加模式中被施加的外力较小。
对于该结构，具有较大迁移速度的成分可以在通道的前进方向上走得更远，并且在前进方向更远的位置处，各个成分从一个隔间移到下一个隔间的距离较短，因此就能够以更为准确的方式来执行分离。
在本发明的分离装置中，根据由外力施加导致的迁移范围可以将各个被分离成分分馏到隔间的任一个中。
本发明的分离装置可以进一步包括位于通道的下游侧的回收单元，并且外力施加单元可以被构造成在各个施加模式中逐渐延长外力施加时间，从而可以顺序地从回收单元获取被分离成分的部分。
在本发明的分离装置中，外力施加单元可以被构造成执行专用于回收的外力施加模式，其中在通道的前进方向上施加的外力比在各个外力施加模式中的持续时间长，并且可以被构造成通过执行专用于回收的外力施加模式，来从位于通道下游侧的最远处的隔间回收被分离成分。如果在专用于回收的外力施加模式中的外力施加时间被调整为外力的施加时间乘以通过由位于通道下游侧的最远处的隔间长度除以恰好位于其上游的隔间的长度来计算出的值，则可以将位于上游侧的隔间中的成分导入到专用于回收的通道中。如果外力的施加时间被调整为不比上述时间长的时间，则在位于上游侧上的隔间中所包含的成分中只有那些具有较高速度的成分可以被导入专用于回收的通道。这可以从位于通道下游侧的隔间中所包含的成分中分离出具有高迁移速度的成分和不具有如此高迁移速度的成分，从而能够以集中和准确的分离方式对各个成分进行回收。
根据本发明，通过使用上述分离装置的任一个对样本中的成分进行分离的方法包括将样本导入通道的步骤；执行任一个外力施加模式的第一步骤，以使样本在一个隔间内朝着通道的下游侧流动；执行任一个外力施加模式的第二步骤，以使样本在一个隔间内朝着通道的上游侧流动；其中顺序地重复这些步骤。
在本发明的分离方法中，在第一步骤的外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间可以保持恒定。
在本发明的分离方法中，在第一步骤的外力施加模式中和在第二步骤的外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间可以保持恒定。
在本发明的分离方法中，在第二步骤的外力施加模式中施加外力的持续时间被调整为基本等于或长于在第一步骤的外力施加模式中施加外力的持续时间。
在本发明的分离方法中，可以重复执行第一步骤和第二步骤，以执行再次导入样本的步骤，并且进一步重复类似的步骤。
在本发明的分离方法中，在第一步骤的外力施加模式中和在第二步骤的外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间保持恒定的情况下，可以重复执行第一步骤和第二步骤，并且此后在至少第一步骤的外力施加模式中外力施加持续时间延长的情况下，可以重复类似的过程。
本发明的分离方法可以进一步包括执行专用于回收的外力施加模式的步骤，其中对样本施加外力，以使样本向通道的下游侧移动，持续时间要长于第一步骤的外力施加模式中的外力施加持续时间。
根据本发明，提供的分离装置包括样本移动通过的通道，其具有主通道和从主通道分支出来的子通道；以及外力施加单元，用于将外力施加到被分离成分，以使它们移动通过通道，其中外力施加单元被构造成顺序地执行在相对于通道的外力施加方向上不同的多个外力施加模式，并且被构造成通过执行多个外力施加模式来将被分离成分分馏到子通道的任一个中。
该结构允许被分离成分以各个特定速度穿过通道，并且在外力施加方向上不同的外力施加模式的执行成功地将成分分离到子通道的任一个中。这可以分离和集中被分离成分。
在本发明的分离装置中，主通道可以具有样本导入端口；子通道被构造成当外力施加单元施加外力到样本导入端口时使被分离成分导入其中，并且当外力施加单元在远离样本导入端口的方向上施加外力时使被分离成分向主通道移动。
在该结构中，穿过主通道的成分当朝着样本导入端口的方向回流时被分离到子通道中，从而可以根据它们的特定迁移范围将各个成分导入子通道中。
在本发明的分离装置中，主通道可以具有样本导入端口；并且每一个子通道的长度几乎可以等于子通道从主通道分支出来的点到样本导入端口的那一部分主通道的长度。
当允许分离到子通道中的成分流到子通道的终端时，将新样本导入到样本导入端口，并且允许样本同时从样本导入端口和从子通道的终端部分移动，该结构可以使以相同迁移速度迁移的成分在主通道的分支点上汇合，并且能够以集中的方式回收样本。
在本发明的分离装置中，主通道可以具有样本导入端口；并且每一个通道的长度长于子通道从主通道分支出来的点到样本导入端口的那一部分主通道的长度。
该结构使一旦分离到子通道中的成分保持在子通道中，而不从子通道泄漏，并且结果可以使子通道中的各个成分集中。
本发明的分离装置可以进一步包括止回阀，它位于上游侧上和子通道从主通道分支出来的点的附近。
当样本离开样本导入端口，经过带有子通道的分支点，并且以相反方向进行回流时，该结构在抑制成分朝着样本导入的方向回流的情况下，成功地使较大量的成分流入子通道，并且有效地分离和集中成分。
在上述分离装置中，也可以在主通道的下游侧提供分子量分离区，用于根据它们的分子量来分离各个成分。这能够以准确的方式来分离出各个成分。
在本发明的分离装置中，根据由外力施加导致的迁移范围，可以分别将各个被分离成分分馏到隔间的任一个中。
根据本发明，通过使用上述分离装置的任一个对样本中的成分进行分离的分离方法包括将样本导入通道的步骤；在主通道中执行任一个外力施加模式的第一步骤，以使样本向通道的下游侧移动；在主通道中执行任一个外力施加模式的第二步骤，以使样本向通道的上游侧移动；其中顺序地重复这些步骤。
在本发明的分离方法中，在第一步骤的外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间可以保持恒定。
在本发明的分离方法中，可以将在第二步骤的外力施加模式中施加外力的持续时间调整为基本等于或长于在第一步骤的外力施加模式中施加外力的持续时间。
在本发明的分离方法中，可以重复执行第一步骤和第二步骤，以执行再次导入样本的步骤，并且进一步重复类似的步骤。
根据本发明，提供的分离方法所使用的分离装置包括通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道，为该通道提供的多个隔间；以及外力施加单元，用于将外力施加到被分离成分，以使它们移动通过通道，其中顺序地在远离样本导入位置的方向上和靠近通道上的位置的方向上重复施加外力，从而将被分离成分分馏到隔间的任一个中。
在本发明的分离方法中，根据由外力施加导致的迁移范围，可以分别将被分离成分分馏到隔间的任一个中。
根据本发明，提供的系统包括外力切换控制单元，用于执行上述的任一个分离方法。
根据本发明，提供的质谱分析系统包括分离单元，用于根据分子尺寸或属性来分离生物样本；预处理单元，用于对由分离单元分离的样本进行包括酶解处理在内的预处理；烘干处理，用于对经过酶解处理的样本进行烘干；以及质谱分析单元，用于对经过烘干的样本进行质谱分析，其中分离单元包括上述分离装置中的任一个。这里生物样本可以是从生物体中提取的或者可以是合成的。
根据本发明，提供的质谱分析系统包括预处理单元，用于根据分子尺寸或属性对生物样本进行分离，并且对样本进行用于酶解处理的预处理；单元，用于对经过预处理的样本进行酶解处理；烘干单元，用于对经过酶解处理的样本进行烘干；以及质谱分析单元，用于对经过烘干的样本进行质量分析，其中预处理单元包括上述微芯片中的任一个。


从结合附图的优选实施例的如下描述中，可以更明显地看到本发明的上述和其他目的、优点和特征。
图1是示出了根据本发明实施例的分离装置的结构的图。
图2是说明了使用图1所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图3是说明了使用根据本发明实施例的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图4是示出了图1所示的分离装置的另一例子的图。
图5是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图6是说明了使用图5所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图7是说明了使用图5所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图8是说明了使用图5所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图9是示出了图5所示的分离装置的修改例子的图。
图10是示出了根据本发明实施例的分离装置的回收单元的图。
图11是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图12是说明了使用图11所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图13是说明了使用图11所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图14是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图15是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图16是说明了使用图15所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图17是说明了使用图15所示的分离装置对样本成分进行分离的操作的图。
图18是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图19是详细示出了关口部件的结构的图。
图20是示出了制造电极的工艺步骤的图。
图21为俯视图，示出了根据实施例的分离装置。
图22为俯视图，示出了现有分离装置的结构。
图23为示意图，示出了质谱分析装置的结构。
图24为框图，示出了包括有根据本发明实施例的分离装置的质谱分析系统。
图25是示出了施加到通道的电压的施加模式的图。
图26是示出了施加到通道的电压的施加模式的图。
图27是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图28是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
图29是俯视图，示出了根据本发明实施例的分离装置的结构。
具体实施例方式
本发明的分离装置可应用于包括有细胞和其他成分；通过破坏细胞而获取的成分中的固体成分(细胞膜的片段、线粒体、内质网)和液体碎片(细胞质)；以及包含在液体碎片中的成分中的高分子量成分(DNA、RNA、蛋白质、糖链)和低分子量成分(类固醇、葡萄糖、缩氨酸等)在内的各种成分的分离和集中。
本发明的目的不仅是针对这些处理，而是针对所包含的成分在施加外力的情况下可能显示出不同迁移范围的任何样本。通常通过使用施加电场以影响电泳或电渗透的方法，或者通过使用泵施加压力来导致迁移的方法来施加外力。
下面参照附图来讲述本发明的实施例。
图18是示出了配备有一般分离装置的本实施例的结构的图。分离装置100包括样本导入部分104、分离通道(或分离流体过道)112，以及样本回收部分106，所有这些都形成于衬底101上。本发明的分离装置可以具有任意构造，并不限于图18所示的结构。在本实施例中，样本导入部分104和样本回收部分106分别具有电极120a和电极120b。电极120a和电极120b被连接到位于衬底101外部的电源122。分离装置100进一步包括电源控制单元124。电源控制单元124控制施加到电极120a和电极120b的电压施加模式，包括电压方向、电势、时间等。
衬底101可以为硅衬底、由诸如石英等制造的玻璃衬底，或者由塑性材料构成的衬底。分离通道112可以通过在这类衬底101上形成凹槽来提供，但是也可以通过例如对疏水衬底进行亲水处理或者通过对疏水衬底的表面上的分离通道的壁部进行亲水处理来形成。对于使用塑性材料来制成衬底101的情况，分离通道112可以通过适于构成衬底101的材料的任何已知方法来形成，其例子包括蚀刻、诸如压花(embossing)等使用硬模的压力成形、喷射模塑和光固化形成。
根据分离的目的可以适当地调整分离通道112的宽度。在如下的示例处理中(i)对细胞和其他成分进行分离和集中；(ii)从通过破坏细胞而获取的成分中分离和集中固体成分(细胞膜的片段、线粒体、内质网)和液体碎片(细胞质)；以及(iii)从包含在液体碎片中的成分中分离和集中高分子量成分(DNA、RNA、蛋白质、糖链)和低分子量成分(类固醇、葡萄糖、缩氨酸等)，将宽度调整到对于情况(i)1μm～10μm；对于情况(ii)100nm～1μm；以及对于情况(iii)1nm～100nm。
(第一实施例)图1是示出了根据本发明第一实施例的分离装置的一部分的图。
分离装置100具有由多个隔间200、202、204和206隔开的分离通道112。样本被导入隔间200中，在图中向右顺序地流经隔间202、隔间204和隔间206，并且被回收。隔间200、202、204和206分别具有长度d1、d2、d3和d4。形成各个隔间200～206，使得较靠近回收目的地的隔间具有较长的长度。也就是说，长度d1＜长度d2＜长度d3＜长度d4。隔间200的入口和隔间200～206的每一个相邻隔间之间的边界具有设置在那里的关口部件208、210、212和214，由此样本可以流向回收目的地(在图中向右)，却禁止流向样本导入部分(在图中向左)。关口部件208～214可以由具有导电性的任意材料构成，其详细讲述见后。虽然没有图示，但是分离通道112具有位于其样本导入侧和回收侧的电极，以通过图18所示的电源控制单元124来控制电压应用模式。
下面参考图2来讲述被导入包含有多个成分的样本的如此形成的分离通道112的操作。
首先，如图2(a)所示，包含有三种成分f、m和s的样本被导入隔间200中，并且施加电压以使样本向图中的右侧流动。这使得各个成分f、m和s以它们特定的速度向右移动。这里假设成分f流动最快，成分m流动第二快，并且成分m流动最慢。
在持续施加电压到预定时间后，具有最快迁移速度的成分f和具有中等迁移速度的成分m流到隔间202中，如图2(b)所示，但是具有最慢迁移速度的成分s停留在隔间200中并且仅在隔间200内流动。之后，对施加电压的方向进行反向，并且调整电压以使样本向左流动。
这使得成分f和成分m在隔间202内朝着关口部件210的方向移动，并且使得成分s在隔间200内朝着关口部件208的方向移动。由于关口部件208和关口部件210位于每一个相邻隔间之间，因此成分f和成分m被关口部件210拦截，并且成分s被关口部件208拦截，如图2(c)所示。
在这种情况下，再次对电压施加的方向进行反向，并且施加电压以使样本向图中的右侧流动。在持续施加电压到预定时间后，如图2(d)所示，具有最快迁移速度的成分f流动到隔间204，但是具有中等迁移速度的成分m停留在隔间202中并且仅在隔间202中流动。具有最慢迁移速度的成分s停留在隔间200中并且仅在隔间200内流动。然后，再次对施加电压的方向进行反向，并且施加电压以使样本向图中的左侧流动。
在这种情况下，如图2(e)所示，各个成分f、m和s再次被分别位于隔间204、隔间202和隔间200在图中的左手侧上的关口部件212、210和208拦截。
再次对电压施加的方向进行反向，以使样本向图中的右侧流动，之后重复电压施加的方向的交替反向。在该过程中，使得样本朝着回收目的地流动的电压优选情况下对于每一次施加都是持续时间恒定的。虽然对于每一次施加，在其上施加电压以使样本朝着样本导入部分流动的持续时间不必总是保持不变，但是优选情况下将持续时间调整到足以使包含在各个隔间中的样本到达位于这些隔间的左手侧上的关口部件。
在该结构中，迁移范围小于d1的任意成分在电压施加预定的持续时间下仍停留在隔间200内，并且不能流到下一个隔间202。类似地，迁移范围小于d2的任意成分在电压施加预定的持续时间下仍停留在隔间202内，迁移范围小于d3的任意成分在电压施加预定的持续时间下仍停留在隔间204内，并且迁移范围小于d4的任意成分在电压施加预定的持续时间下仍停留在隔间206内。由于形成各个隔间200～206，从而较靠近右手侧的隔间具有较长的长度，因此通常情况下可以使迁移范围不小于d1且小于d2的任意成分在电压施加预定的持续时间下仍停留在隔间202内。
当如图2(e)所示对被导入到隔间200中的样本中的成分f、m和s进行分离时，再次将下一批样本导入隔间200中，并且重复类似的处理，最初被导入的样本中的各个成分根据它们特定的迁移范围仍可以停留在各个隔间内，并且可以将其与下一批样本中的相同成分集中在一起，从而能够以集中的方式对各个成分进行分离。
如上所述，通过为分离通道112提供多个隔间200～206从而较靠近回收目的地的隔间具有较长的长度，并且通过交替重复朝着回收目的地和朝着样本导入部分的迁移，样本中的成分根据它们的特定迁移范围被分离到隔间200～206中的任一个中，并且逐渐对其进行分馏。
当施加电压以使样本朝着回收目的地流动时，延长电压施加的持续时间会导致各个成分的向右的迁移范围的增加。当稍微增加电压施加的持续时间时，例如在停留在隔间206中的成分中只有具有最大迁移速度的成分才从隔间206中洗提出来。这可以使得在被分馏到隔间206的成分中只有具有最大迁移速度的成分才被回收。接下来，当在稍微延长电压施加的持续时间的情况下重复类似的电压施加循环时，各个隔间具有在其中分馏的成分，该成分在电压施加时间内至少迁移与位于左手侧上的隔间长度相对应的距离。再次延长电压施加的持续时间会导致例如在停留在隔间206中的成分中将具有最大迁移速度的成分从隔间206中洗提出来。重复这些过程能够以集中和准确的方式分离和回收各个成分。
下面段落将讲述关口部件208～214的结构。由于关口部件208～214具有相同的结构，因此只示出了关口部件210的结构。如图19所示，本实施例的关口部件210是由多个柱125构成。这里柱125指的是具有圆柱形或椭圆柱形的几何形状的小柱结构。这里多个柱125以足以窄到防止样本中的任何目标成分穿过其中的间距来放置。由于载有样本的诸如缓冲液等流体可以穿过位于柱125之间的缝隙，因此关口部件210可以制成导电的，并且这允许穿过分离通道112的样本在不受关口部件210电气影响等的情况下穿过其中。
虽然以对位于分离通道112的各个隔间之间的关口部件进行了以上描述，但也可以将分离通道112构造成不具有关口部件，或者构造成具有在其开口部分上加宽的关口部件。在这种情况下，形成的各个隔间的入口部分与分离通道112的其他区域相比被缩窄并且可以阻止至少一部分样本流向样本导入部分就完全足够了。
图3是示出了这种分离通道112的一部分的图。隔间200和隔间202如图所示。在该结构中，用于隔开各个隔间的壁部分形成于各个隔间200和202的入口处。这使得各个隔间200和202的入口部分在宽度上比分离通道112的其他区域窄。这里优选情况下形成的壁部分使得当允许样本流向样本导入端口(在图中向左)而不是流向回收目的地(在图中向右)时，流经其中的样本的比率变大。
下面来讲述其中包含有多个成分f和m的样本被导入图3所示的分离通道112的隔间200中的示例情况的操作。当样本被导入隔间200，并且施加电压以使样本向右流动时，具有较大迁移速度的成分f移动到靠近隔间202的中心，并且具有较小迁移速度的成分m停留在隔间200中。以下讲述只是针对用于解释的成分。当施加电压以使样本向左流动时，保持停留在隔间202中的一部分成分f回流到位于左侧的隔间200，但是迁移受到位于隔间200和隔间202之间的壁部分的阻碍，从而部分成分f仍停留在隔间200中和壁部分的附近。
接下来，对电压施加的方向进行反向以使样本向图中的右侧流动。在该过程中，成分f中已回流到隔间200的任何部分在回流之前返回到前面的位置(靠近隔间202的中心)。成分f中已停留在隔间202的壁部分附近的任何部分移动到隔间202的前面，或者移动到位于图中向右的下一个隔间。当再次对电压施加的方向进行反向以使样本向左流动时，已流到靠近隔间202中心的成分f中的部分回流到隔间202，并且剩余部分停留在位于隔间200和隔间202之间的壁部分附近。如上所述，重复切换电压施加的方向的循环成功地指数减小了朝向位于图中左手侧上的最初隔间的回流比率，并且各个隔间根据它们的长度使成分在其中聚集。
由于在分离通道112中对各个成分进行聚集和集中之后可以对其进行回收，因此本实施例可以获取用于分析的样本并且提高分析的精度。
如图4所示，还可以构造在每一个相邻隔间之间具有多个关口的分离过道。在这种情况下，多个关口部件208～214在垂直于样本流动方向的方向上平行放置。这能够以快速和准确的方式来分离较大量的样本。
(第二实施例)图27为俯视图，示出了根据本发明第二实施例的分离装置100的结构。在该实施例中，分离通道112具有多个分配通道216、分配通道218和分配通道220。这里样本被导入分配通道216，流经分配通道218和分配通道220，并且被回收。形成分配通道216、分配通道218和分配通道220，从而使较靠近回收目的地的分配通道具有较长的长度。也就是说，分配通道220是最长的，分配通道218第二长，而分配通道216是最短的。形成的分配通道216和分配通道218在分支点274处是弯曲的，并且形成的分配通道218和分配通道220在分支点276处是弯曲的。这里形成的分配通道216和分配通道218基本上相互平行。
止回阀230位于分配通道216和分配通道218之间，并且止回阀232位于分配通道218和分配通道220之间。构造的止回阀230可以阻止一旦到达分支点274的成分再次回流到分配通道216。类似地，构造的止回阀232可以阻止一旦到达分支点276的成分再次回流到分配通道218。由于当成分处于分支点274和分支点276时可以减小向样本导入部分278回流的成分的比率，因此该结构能够以准确和有效的方式成功地分离样本中的成分。
止回阀230和止回阀232通常可以由第一实施例中所讲述的柱125构成。还可以通过对亲水的分离通道112进行疏水处理来形成止回阀230和止回阀232。疏水处理可以采用通常通过旋涂、喷雾、浸渍或气相处理，使用诸如硅烷耦合剂或硅氮烷(例如六甲基硅氮烷)等硅烷化合物来在分离通道112的表面上形成疏水膜的技术。作为硅烷耦合剂，可以使用诸如硫醇类等具有疏水基的物质。
还可以通过诸如冲压和墨水喷射印刷等印刷技术来执行疏水处理。冲压采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)树脂。PDMS树脂是通过使硅树脂油聚合获取的，并且甚至在树脂形成之后保留填在其分子缝隙中的硅树脂油。由于在接触部分上显示出强疏水性，因此使PDMS树脂与分离通道112的表面相接触会引起水排斥。通过有效利用这一点，疏水止回阀230和止回阀232可以通过与用作印记的在与止回阀230和止回阀232相对应的位置上具有形成于其上的凹陷处的PSMA块相接触来形成。在墨水喷射处理中，使用硅树脂油作为用于墨水喷射印刷的墨水在形成疏水止回阀230和止回阀232方面是成功的。由于经过疏水处理的区域不允许流体穿过其中，因此阻止了样本流动。通过使止回阀230在与分配通道218的边界处逐渐变细，从而收窄分配通道216在接近分配通道218的方向上的宽度，这可以以相对容易的方式将样本从分配通道216移动到分配通道218，并且防止样本在相反方向上流动。
在图中，在分离装置100的衬底101的上侧和下侧上，提供了第一电极281a和第二电极281b。通过将电压施加的方向切换到电极281a和电极281b，可以在各分配通道216、218和220内在上侧方向或下侧方向上移动样本中的成分。另外在本实施例中，与参照图18讲述的第一实施例类似，第一电极281a和第二电极281b被连接到电源和电源控制单元，施加到第一电极281a和第二电极281b的电压模式是通过电源控制单元来控制的。这里分离装置100的衬底可以具有形成于其上的侧壁101a，除了分配通道216、分配通道218和分配通道220所形成的区域之外的其他区域可以具有例如在第一实施例中所讲述的形成于其上的柱125。柱125以窄到足以防止样本中的任何被分离成分穿过其中的间距来放置。结构并不限于具有分布于其中的柱125的结构，也可以为其中分离通道112是由过滤器等隔开的结构，其中只要构造的分离通道112可以避免被分离成分从中泄漏、可以允许缓冲液等流经其中、并且可以允许电流在其中传导，则任意结构都是可以的。当在这种状态下衬底101的表面被填满缓冲液等时，则在图中在各个分配通道216、分配通道218和分配通道220内，在第一电极281a和第二电极281b之间的电压施加可以使样本在上侧方向和下侧方向上迁移。
在本实施例中，分离装置100可如图5所示构造。在这种情况下，电极282、电极284、电极286和电极288位于各个分配通道216、218和220的两端上。通过切换施加到各个电极284～288的电压方向，可以在图中在各个分配通道216、218和220之内使样本中的成分在上侧方向或下侧方向上移动。另外在这种情况下，各个电极284～288被连接到电源和电源控制单元，并且施加到各个电极284～288的电压模式是由电源控制单元控制的。电源控制单元进行控制，以均衡施加到每一个分配通道216～220的电压。电场强度取决于电极之间的电势和电极之间的距离，从而在具有长度不同的分配通道216、218和220的本实施例的分离装置100的示例情况下，电源控制单元施加电压以使分配通道216、218和220具有不同的电势值。本实施例讲述了其中各个分配通道216～220长度不同的情况，但是即使各个分配通道216～220的长度保持恒定，通过施加电压以使出现在各个分配通道上的电压值不同，图5所示的结构也可以得到类似的效果。
电极282～288通常可以通过下述工艺来形成。
图20是示出了制造电极282的工艺步骤的图。其他电极284～288可以以此工艺类似地形成。
首先，制备具有用于电极282的附加部分的硬模173(图20(a))。接下来，在硬模173中放置电极282(图20(b))。构成电极282的材料的例子包括Au、Pt、Ag、Al、Cu等。然后将盖硬模179置于硬模173上，以固定电极282，形成衬底101的树脂177被注入到硬模173中并且被压模(图20(c))。这里适用的树脂177为例如PMMA。
如此形成的树脂177从硬模173和盖硬模179中释放出来，从而可以得到具有形成于其上的分离通道112的衬底101(图20(d))。通过灰化来去除电极282d的表面上的杂质，从而在衬底101的背面上暴露出电极282。接下来，通过蒸发等在衬底101的背面上形成金属膜，从而形成布线181(图20(e))。这样，可以将电极282提供给选择通道112。如此形成的电极282或布线181被设计成连接到外部电源(图中未显示)，从而可以施加电压。
接下来，通过参考如图5所示构造出的分离装置100，参照图6至图8来讲述当样本被导入到分离通道112中时所进行的操作。对如图27所示构造出的分离装置100也进行相同的操作。
首先，如图6(a)所示，包含有三种成分f、m和s的样本被导入分配通道216中，并且施加电压以使样本在图中向上(由箭头所示的方向)流动。这使得各个成分f、m和s以它们特定的速度在图中向上移动。这里假设成分f流动最快，成分m流动第二快，成分s流动最慢。
在电压施加预定的持续时间之后，具有最快迁移速度的成分f和具有第二快迁移速度的成分m移动到分支点274。这里，在成分f移动长于分配通道218的距离期间，在保持持续时间恒定的情况下施加电压。此时成分s仍流经分配通道216。
之后，对电压施加的方向进行反向，并且施加电压以使样本在图中向下流动。这使得成分f和m在图中在分配通道218之内向下移动，并且使成分s在图中在分配通道216之内向下移动。在电压施加预定的持续时间后，成分f到达分支点276，如图6(c)所示。此时成分m仍在通过分配通道218的迁移中。成分s回流经过分配通道216，并且流到样本导入部分278。
在这种状态下，再次对电压施加的方向进行反向，并且施加电压以使样本向上流动。在电压施加预定的持续时间后，具有最大迁移速度的成分f移动通过分配通道220，如图6(d)所示。此时成分m回流经过分配通道218，以到达分支点274。成分s回流经过分配通道216。在这种状态下，再次对电压施加的方向进行反向，并且施加电压以使样本向下流动。然后成分f移动到分支点276，如图7(a)所示，并且成分m在分配通道218之内向下移动。此时成分s再次到达分配通道216的样本导入部分278。
接下来，如图7(b)所示，将新一批样本导入分配通道216，并且施加电压以使样本向上流动。在电压施加预定的持续时间之后，对成分进行分离，如图7(c)所示。接下来，再次对电压施加的方向进行反向，从而使样本向下流动。在电压施加预定的持续时间后，如图7(d)所示，最初被导入的样本中的成分f和后来被导入的样本中的成分f移动到分支点276，成分m在分配通道218的半路上聚集，并且成分s在分配通道216的终端部分上聚集。
之后重复类似的过程。在该处理中，在电压施加预定的持续时间的条件下迁移范围小于分配通道216的长度的任何成分永远保留在分配通道216中，并且不能移到下一个分配通道218。类似地，在电压施加预定的持续时间的条件下迁移范围小于分配通道218的长度的任何成分永远在分配通道218中保留不动，并且在电压施加预定的持续时间的条件下迁移范围小于分配通道220的长度的任何成分永远在分配通道220中保留不动。
通过重复如上所述的其中施加电压到预定的持续时间以使样本在图中交替向上和向下移动的处理循环，包含在样本中的多种成分可以根据它们特定的迁移范围被分离到各个分配通道中。由于各个成分可以根据它们的特定迁移范围被分离到各个分配通道中，因此通过在需要时添加样本到样本导入部分278和执行处理循环，能够以集中的方式来分离各个成分。这会导致如图8所示的状态，其中成分s在分配通道216中聚集和集中，成分m在分配通道218中聚集和集中，并且成分f在分配通道220中聚集和集中。
图25是示出了在该实施例中通过电源控制单元施加到各个分配通道216～220的施加电压的模式的图。虽然在上述实施例中已经讲述了包含有三个分配通道的分离通道112，但是也可以提供数目更多的分配通道。下面段落将讲述除了具有分配通道216、分配通道218和分配通道220之外还具有与分配通道220相邻的额外分配通道X的示例情况。在图中，“+”表示使样本在分离通道112的前进方向(接近回收单元的方向)上迁移的电压施加，并且“-”表示使样本在相反方向上迁移的电压施加。
如图所示，电流控制单元首先执行模式1，其中将“+”电压施加到分配通道216和分配通道218，并且将“-”电压施加到分配通道218和分配通道X。接下来，电源控制单元执行模式2，其中将“-”电压施加到分配通道216和分配通道218，并且将“+”电压施加到分配通道218和分配通道X。之后，电源控制单元重复相同的处理。
图9是示出了图5所示的分离装置100的修改例子。如图5所示的分离装置100具有提供给分离通道112的止回阀230和止回阀232，但是省略它们的结构也是可行的。
在该结构中，例如，如果施加电压使得当成分处于分支点274时样本向下流动，则处于分支点274上的成分流入分配通道218，但是同时也流入分配通道216中。不过，顺序地从样本导入部分278添加样本和重复电压施加循环允许具有相同迁移速率的成分在相同的分配通道内相互结合，从而能够以集中的方式分离出各个成分。
这里优选情况下形成的各个分配通道216～220使得到达分支点274和分支点276的成分的较大比率被导向接近回收终端的方向。即使电压施加循环的次数减少，这也可以准确分离出成分。
通过逐渐延长电压施加的持续时间，将由本实施例的分离装置100分离的各个成分顺序地从分离通道112的终端部分284取出，但是也可以将成分从分支点274和分支点276取出。图10是示出了其中样本回收单元位于分支点274和分支点276的例子的图。分离装置100包括位于分支点274的回收用通道223、位于分支点276的回收用通道225、样本导入部分222、样本回收单元224、样本回收单元226和样本回收单元228。样本导入部分222、分支点274、分支点276、样本回收单元228、样本回收单元224和样本回收单元226分别具有提供给它们的电极292a、电极292b、电极292c、电极292d、电极292e和电极292f。
下面段落将讲述使用如此构造的分离装置100来对成分进行分离和回收的方法。这里将针对其中对诸如DNA等负电物质进行分离的示例情况进行说明。
首先，将样本导入样本导入部分222，并且施加电压使得电极292b的电势高于电极292a和电极292c的电势，并且使得电极292d的电势高于电极292c的电势。这使得样本在图中向上流动。这里电极292e和电极292f分别设定为比电极292b和电极292c的电势低。这使得导入到样本导入部分222的样本流向分支点274，其中具有大迁移速度的任何成分到达分支点274。由于此时电极292b的电势设定得比电极292e的电势高，因此如果成分带负电，则可以防止已到达分支点274的成分流入回收用通道223。
接下来，施加电压以使电极292b的电势低于电极292a和电极292c的电势，并且使电极292d的电势低于电极292c的电势。这里电极292e和电极292f分别设定为比电极292b和电极292c低。这使得停留在分配通道218中的成分移动到分配通道218，其中具有较大迁移速度的任何成分到达分支点276。由于此时电极292c的电势设定得比电极292f的电势高，因此如果成分带负电，则可以防止已到达分支点276的成分流入回收用通道223。
通过重复如上所述的电压施加循环，各个成分根据它们的特定迁移范围，在分支点274和276的任一个中聚集。当成分从分支点274或276回收时，施加电压以使电极292e和电极292f的电势分别高于电极292b和电极292c的电势。这可以回收停留在分支点274的成分，并且已停留在分支点276的成分可以分别回收到样本回收单元224和样本回收单元226。
(第三实施例)图28为俯视图，示出了根据本发明第三实施例的分离装置100的结构。在本实施例中，分离通道112包括主通道236、分配通道238、分配通道240、分配通道242、样本导入部分234和样本回收单元244。这里，分配通道238形成为具有长度L3，分配通道240形成为具有长度L2，并且分配通道242形成为具有长度L1。分配通道238在离样本导入部分234 L3远的分支点246处从主通道236分支出来，分配通道240在离样本导入部分234L2远的分支点248处从主通道236分支出来，并且分配通道242在离样本导入部分234L1远的分支点250处从主通道236分支出来。另外，形成的分配通道238、分配通道240和分配通道242与主通道236形成预定的角度，并且形成的分配通道238、分配通道240和分配通道242相互平行。
在分离装置100的衬底101的下侧和上侧上，分别提供了第一电极291a和第二电极291b。通过切换施加到第一电极291a和第二电极291b的电压方向，可以使样本中的成分在主通道236、分配通道238、分配通道240和分配通道242之内在图中的上侧方向或下侧方向移动。另外在本实施例中，与参考图18讲述的第一实施例类似，第一电极291a和第二电极291b被连接到电源和电源控制单元，并且施加到第一电极291a和第二电极291b的电压模式是由电源控制单元来控制的。另外在这种情况下，与第二实施例中所讲述的类似，衬底101具有形成于其上的侧壁101a，并且除了通道112所形成的区域之外的部分具有例如形成于其上的柱125，其构造为防止任何被分离的成分穿过其中。当在这种状态下衬底101的表面被填充缓冲液等时，第一电极291a和第二电极291b之间的电压施加可以使样本在图中在通道112之内向上和向下迁移。
在本实施例中，分离装置100的构造还可以如图11所示。在该结构中，分配通道238至分配通道242中的每一个具有位于其两端的电极290。虽然在图中没有显示，但还可以将电极提供给样本导入部分234和样本回收单元244。另外在这种情况下，各个电极290以及提供给样本导入部分234和样本回收单元244的电极被连接到电源和电源控制单元，并且施加到各个电极的电压模式是由电源控制单元来控制的。电源控制单元进行控制，以均衡施加到主通道236、分配通道238、分配通道240和分配通道242的电压。
接下来，通过参考如图11所示构造的分离装置100，下面参照图12和图13来讲述当样本被导入分离通道112中时所进行的操作。对如图28所示构造的分离装置100也进行相同的操作。
首先，如图12(a)所示，包含有三种成分f、m和s的样本被导入样本导入部分234中。接下来，施加电压以使样本在图中向上(由箭头所示的方向)流动。这使得各个成分f、m和s以它们特定的速度在图中向上移动。这里假设成分f流动最快，成分m流动第二快，成分s流动最慢。
如图12(b)所示，在电压施加持续预定时间之后，各个成分f、m和s被分离。接下来，对电压施加的方向进行反向，并且施加电压以使样本在图中向下流动。这使得各个成分f、m和s在主通道236之内从样本回收单元244到样本导入部分234的方向移动。当成分经过分支点250时，从分支点250(图11)来看处于样本回收单元244侧上的成分f以一定程度的速率移动到分配通道242中。同时，当成分经过分支点248时，处于分支点250和分支点248(图11)之间的成分m以一定程度的速率移动到分配通道240中。类似地，当成分经过分支点246时，处于分支点248和分支点246(图11)之间的成分s以一定程度的速率移动到分配通道238中。如图12(c)所示，施加电压以使样本向下流动会导致成分f、成分m和成分s分别迁移到分配通道242、分配通道240和分配通道238的终端部分，并且这些成分的一部分回流到样本导入部分234。在该过程中，每一次使样本向下流动的电压施加的持续时间都设定得比使样本向上流动的电压施加的持续时间长，从而当使样本在图中向下流动时，处于通道中的物质可以到达并且停留在电极290的附近。
接下来，如图13(a)所示，添加样本到样本导入部分234，并且施加电压以使样本在图中向上(由箭头所指示的方向)流动。在该方向上所施加的电压持续预定时间后，再次对电压施加的方向进行反向，并且施加电压持续到预定时间。如图13(b)所示，重复这些过程会导致移到分配通道238、分配通道240和分配通道242的终端部分的各个成分的量逐步增加。
当之后进一步施加电压以使样本在图中向上流动时，诸如已停留在分配通道238、分配通道240和分配通道242的终端部分处的成分和诸如已停留在样本导入部分234中的成分等具有相同迁移范围的任何成分分别在分支点246、分支点248和分支点250上汇合和聚集，如图13(c)所示。在保持这种状态的情况下施加电压成功地顺序地从样本回收单元244中提取如此聚集的各个成分。在本实施例中，从以上讲述可以清楚看出，通过将从主通道中分支出来的各个分配通道的长度调整为等于从样本导入部分到相应的分支点的部分的长度，可以回收在新近从样本导入部分添加的样本中的成分和已预先被分离到各个分配通道的成分。如上所述，本实施例的分离装置100成功地以集中的方式分离出样本中的成分。
这里需要指出的是，虽然没有示出，但是该装置可以构造成从分配通道238、分配通道240和分配通道242的终端部分收集各个成分。
(第四实施例)图14为俯视图，示出了根据本发明第四实施例的分离装置100的结构。另外在本实施例中，与参考图11讲述的第三实施例类似，分离通道112包括主通道236、分配通道238、分配通道240、分配通道242、样本导入部分234和样本回收单元244。在本实施例中，分配通道238在离样本导入部分234L3远的分支点246上从主通道236分支出来，分配通道240在离样本导入部分234L2远的分支点248上从主通道236分支出来，并且分配通道242在离样本导入部分234L1远的分支点250上从主通道236分支出来。分配通道238形成的长度为L6，分配通道240形成的长度为L5，并且分配通道242形成的长度为L4。在本实施例中，形成的分配通道238比从样本导入部分234到分支点246的距离长，形成的分配通道240比从样本导入部分234到分支点248的距离长，并且形成的分配通道242比从样本导入部分234到分支点250的距离长。这意味着L6＞L3，L5＞L2，并且L4＞L1。
与第三实施例中所讲述的类似，从如此构造的分离通道112的样本导入部分234导入包含有多个成分的样本，并且重复电压施加循环。在该过程中，每一次使样本向下流动的电压施加的持续时间都设定得比使样本向上流动的电压施加的持续时间长。这使得分别流到分配通道238、分配通道240和分配通道242的样本到达分配通道238、分配通道240和分配通道242的终端部分，但甚至然后施加电压以使样本向上流动时，也决不会使它们分别到达分支点246、分支点248和分支点250。这成功地阻止了一旦流入分配通道238、分配通道240和分配通道242的样本回流到样本导入部分234。
另外在本实施例中，通过施加电压以使样本向上流动，在成分移动到分配通道238、分配通道240和分配通道242之后，可以顺序地从样本回收单元244中取出所聚集的各个成分。如上所述，根据本实施例的分离装置100成功地以集中的方式分离出样本中的成分。虽然在图中没有示出，但也可以构造从分配通道238、分配通道240和分配通道242的终端部分回收各个成分的装置。
另外在本实施例中，在图中，当然也可以如在参考图28所讲述的第三实施例中的衬底101的上侧和下侧上提供电极291a和291b。
(第五实施例)图29为俯视图，示出了根据本发明第五实施例的分离装置100的结构。本实施例的分离装置100具有分离通道112、样本导入部分252和样本回收单元272。分离通道112具有多个分配通道254、258、262、266和270。分离通道112包括用于连接分配通道254和分配通道258的连接通道256、用于连接分配通道258和分配通道262的连接通道260、用于连接分配通道262和分配通道266的连接通道264、以及用于连接分配通道266和分配通道270的连接通道268。形成分配通道254、258、262、266和270，使得较靠近样本回收单元272的分配通道具有较长的长度。这意味着分配通道254的长度＜分配通道258的长度＜分配通道262的长度＜分配通道266的长度＜分配通道270的长度。
在图中，在分离装置100的衬底101的下侧和上侧上以及左侧和右侧上，分别提供了第一电极290a、第二电极290b、第三电极290c和第四电极290d。通过切换施加到第一电极290a和第二电极290b的电压方向，可以在图中在通道112之内使样本中的成分在上方向或下方向移动。通过将电压alto施加到第三电极290c和第四电极290d，可以在图中使样本中的成分在通道112之内向右移动。另外在本实施例中，与参考图18的第一实施例所讲述的类似，各个电极290a～290d被连接到电源和电源控制单元，并且施加到各个电极290a～290d的电压模式是由电源控制单元来控制的。另外在这种情况下，与第二实施例所讲述的类似，衬底101具有形成于其上的侧壁101a，并且除了形成通道112的区域之外的其他部分具有例如形成于其上的柱125，其构造可以防止任何被分离成分穿过其中。当在这种状态下衬底101的表面被填满缓冲液等时，第一电极290a和第二电极290b之间以及第三电极290c和第四电极290d之间的电压施加可以使样本在图中在通道112之内向上，向下和向右迁移。
在本实施例中，分离装置100的构造还可以如图15所示。在该结构中，将电极提供给分配通道254、连接通道256、分配通道258、连接通道260、分配通道262、连接通道264、分配通道266、连接通道268、分配通道270分别被连接的每一个弯曲部分。虽然在图中没有示出，但是也将电极提供给样本导入部分252和样本回收单元272。另外在这种情况下，各个电极290以及提供给样本导入部分252和样本回收单元272的电极被连接到电源和电源控制单元，施加到各个电极的电压模式是由电源控制单元来控制的。电源控制单元进行控制，以均衡施加到分配通道254、258、262、266和270中的每一个的电压。
接下来，通过参考如图15所示构造的分离装置100，下面参照图16来讲述当样本被导入分离通道112中时所进行的操作。对如图29所示构造的分离装置100也进行相同的操作。
首先，如图16(a)所示，包含有三种成分f、m和s的样本被导入样本导入部分252中，并且施加电压以使样本在图中向下(由箭头所示的方向)流动。这使得各个成分f、m和s以它们特定的速度在图中向下移动。这里假设成分f流动最快，成分m流动第二快，成分s流动最慢。
在电压施加持续预定时间之后，具有较大迁移速度的成分f和m移动到位于分配通道254和连接通道256之间的边界处，如图16(b)所示。此时成分s仍在通过分配通道254的迁移中。
之后，改变电压施加的方向，并且调整电压以使样本在图中向右流动。这使得成分f和m在连接通道256之内向右移动，并且到达位于连接通道256和分配通道258之间的边界处。另一方面，成分s没有移动。
接下来，再次改变电压施加的方向，并且调整电压以使样本在图中向上流动。这使得成分f和m穿过分配通道258朝着连接通道260移动，如图16(c)所示。另一方面，成分s穿过分配通道254朝着样本导入部分252移动。
一旦成分f到达位于分配通道258和连接通道260之间的边界处时，再次改变电压施加的方向，并且调整电压以使样本在图中向右流动。这使得成分f移动到位于连接通道260和分配通道262之间的边界处，如图16(d)所示。此时成分m和成分s没有移动。
接下来，再次改变电压施加的方向，并且调整电压以使样本在图中向下流动。这使得成分f向下流动经过分配通道262，成分m向下流动经过分配通道258，成分s向下流动经过分配通道254。当下一个样本被导入样本导入部分252时，各个成分以它们特定的迁移速度在图中向下移动穿过分配通道254。结果，各个成分被分离出来，如图17(a)所示。之后通过重复类似的电压施加循环，各个成分根据它们的迁移范围在预定时段内聚集在分配通道的任一个中，如图17b所示。
图26是示出了电压施加的模式的图，在本实施例中该电压是通过电源控制单元施加到分配通道254、连接通道256、分配通道258和连接通道260。在图中，“+”表示使样本在分离通道112的前进方向(接近样本回收单元272的方向)上迁移的电压施加，而“-”表示使样本在相反方向上迁移的电压施加。不引起样本迁移的电压施加用“0”来表示。
如图所示，电流控制单元首先执行模式“1”，其中将“+”电压施加到分配通道254，将“-”电压施加到分配通道258，同时使连接通道256和连接通道260保持在“0”上。接下来，电源控制单元执行模式2，其中将“+”电压施加到连接通道256和连接通道260，同时使分配通道254和分配通道258保持在“0”上。之后，电流控制单元执行模式3，其中将“+”电压施加到分配通道258，将“-”电压施加到分配通道254，同时使连接通道256和连接通道260保持在“0”上。之后，电源控制单元重复类似过程。
在本实施例中，到达各个分配通道终端部分的所有成分移动到下一个分配通道，而不引起成分回流，从而即使电压施加循环的次数减小，也可以有效分离和集中各个成分。
还可以构造如图21所示的分离装置100。分离通道112具有样本导入部分298和样本回收单元296。另外在该结构中，电极294位于分离通道112的每一个弯曲部分上，施加电压以使样本在图中向下移动，并且然后施加电压以使样本在图中顺序地向右、向上、向左等方向移动。另外在该结构中，由弯曲部分分开的各个分配通道具有不同的长度，从而样本中的成分以它们特定的迁移速度移动通过分离通道112，并且根据它们的迁移范围以集中的方式将其分馏到分配通道的任一个中。
上述实施例中所讲述的分离装置100适用于用于MALDI-TOFMS测量的预分离。下面段落来讲述用于蛋白质MALDI-TOFMS的样本分离和测量。
对于MALDI-TOFMS测量，有必要将被测量的蛋白质的分子尺寸减小到约1000Da那样小。
对于其中被测量的蛋白质具有在其分子中结合有二硫化物的第一示例情况，在诸如包含有诸如DTT(二硫苏糖醇)等还原剂的乙腈等溶剂中还原蛋白质。这使得可以在下一级中有效进行分解反应。在还原之后，优选情况下通常通过烷化来保护硫醇组，以防止它们被再次氧化。
接下来，使用诸如胰岛素等蛋白酶，对如此还原的蛋白质分子进行的分子尺寸还原处理。由于在诸如磷酸盐缓冲液等缓冲溶液中进行分子尺寸还原，因此在反应后，进行胰岛素的去除和脱盐。然后将蛋白质分子与用于MALDI-TOFMS的基体(matrix)混合在一起，并对其烘干。
根据被测量的物质可以来适当地选择用于MALDI-TOFMS的基体，并且其例子包括芥子酸、α-CHCA(α-氰基-4-羟基肉桂酸)，2，5-DHB(2，5-二羟基苯甲酸)，2，5-DHB和DHBs(5-甲氧基水杨酸)、HABA(2-(4-羟基偶氮苯)苯甲酸)、3-HPA(3-羟基吡啶羧酸)、蒽三酚(dithranol)、THAP(2，4，6-三羟基苯乙酮)、IAA(反式-3-吲哚乙酸酸)、吡啶甲酸、烟碱酸等。
本实施例中的分离装置100可以形成于衬底上，也可以在衬底的下游侧上预制造预处理设备和干燥器等，从而可以将衬底直接装在MALDI-TOFMS装置上。这可以在单个衬底上执行目标特定成分的分离、预处理、烘干和结构分析。
将烘干的样本装到MALDI-TOFMS装置，施加电压，并且例如辐射337nm氮激光束，从而进行MALDI-TOFMS。
下面段落将简述本实施例中所使用的质谱分析装置。图23为示意图，示出了质谱分析装置的结构。在图23中，烘干的样本位于样本台上。然后在真空中对经过烘干的样本辐射波长为337nm的氮气激光。经过烘干的样本与基体一起蒸发。样本台被构造成电极，并且在电压施加的情况下，所蒸发的样本在真空中漂动，并且由包括有反射器探测器、反射器和线性探测器的探测单元进行检测。
图24为包括有本实施例的分离装置的质谱分析系统的框图。该系统包括对样本1001执行各个净化步骤1002，用于去除杂质到一定程度；执行分离1003，用于去除多余成分1004；执行所分离样本的预处理1005；并且在预处理后进行烘干1006。在随后阶段中，实施基于质谱分析的识别1007。这些步骤是在单个微芯片1008上进行的。
这里，本实施例的反应堆设备与分离步骤1003相对应。
如上所述，通过在单个微芯片1008上顺序地处理样本，本实施例的处理流程可以仅以少量损失来有效和准确识别微量成分。
本发明是根据实施例来讲述的。本领域的技术人员很容易理解，这些实施例只是示例实施例，可以以其各个组成部分和各个处理过程的任何组合进行各种修改，并且这种修改也是在本发明的范围之内。
例如，上述实施例讲述了其中各个隔间或者各个分配通道在长度上不同，但是也可以在保持各个隔间或各个分配通道的长度不变的情况下通过改变施加到各个隔间或分配通道的外力幅度来获取与本实施例所得到的效果相类似的效果。在这种情况下，优选情况下减小施加到位于较靠近回收目的地的通道上的部分的外力幅度。
如上所述，本发明可以通过简单操作来实现进行有效分离的分离装置。本发明能够以集中的形式来准确分离和回收样本。
权利要求
1.一种分离装置，包括通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道；置于所述通道中的一个、或两个、或更多个止回阀，用于抑制所述被分离成分的回流；由所述止回阀隔开的多个隔间；以及外力施加单元，用于将外力施加到所述被分离成分，以使它们移动通过所述通道，其中所述外力施加单元具有交替执行通过在沿着所述通道的前进方向上将外力施加到所述被分离成分的第一外力施加模式和通过在与沿着所述通道的前进方向相反的方向上将外力施加到所述被分离成分的第二外力施加模式的功能，从而将所述被分离成分分馏到所述隔间的任一个中。
2.如权利要求1所述的分离装置，其中形成的所述通道以直线形状延伸。
3.如权利要求1或2所述的分离装置，其中形成的所述止回阀阻止流经每一个所述止回阀并且向所述通道的下游侧移动的至少一部分所述被分离成分的回流。
4.如权利要求1～3中的任一个所述的分离装置，其中所述外力施加单元包括位于所述通道两端的多个电极，并且具有通过改变施加到所述电极之间的电压的方向来执行所述第一外力施加模式和所述第二外力施加模式的功能。
5.一种分离装置，包括通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道；拦截单元，用于拦截在所述通道的样本前进方向上移动通过所述通道的所述被分离成分；多个隔间，由相邻的所述拦截单元隔开；以及外力施加单元，用于将外力施加到所述被分离成分，以允许它们移动通过所述通道，其中所述外力施加单元具有顺序地在各个隔间中的通道中的样本前进方向上执行外力分量不同的多个外力施加模式的功能，以将所述被分离成分分馏到所述隔间的任一个中。
6.如权利要求5所述的分离装置，其中构造的所述外力施加单元施加外力，以基本均衡施加到每一个所述隔间中的所述被分离成分的外力的大小。
7.如权利要求5或6所述的分离装置，其中所述外力施加模式是诸如施加外力，从而表示正外力分量的隔间和表示负外力分量的隔间沿着所述通道的样本前进方向交替出现。
8.如权利要求5～7中的任一个所述的分离装置，其中所述通道具有弯曲的几何形状，并且所述通道的弯曲部分构成所述拦截单元。
9.如权利要求8所述的分离装置，其中所述弯曲部分基本上形成直角。
10.如权利要求5～9中的任一个所述的分离装置，进一步包括回收单元，用于回收从所述拦截单元分馏到所述各个隔间的所述被分离成分，其中所述外力施加单元还在每一个所述回收单元和所述拦截单元之间施加外力，以使所述样本在所述样本分馏期间向所述拦截单元移动，并且使所述样本在所述样本回收期间向所述回收单元移动。
11.如权利要求1～10中的任一个所述的分离装置，其中构造沿着所述通道的样本前进方向放置的所述多个隔间，从而使位于所述通道的更下游侧上的隔间具有较长的长度。
12.如权利要求1～11中的任一个所述的分离装置，其中构造沿着所述通道的样本前进方向放置的所述多个隔间，从而使位于所述通道的更下游侧上的隔间在所述各个外力施加模式中被施加较小的外力。
13.如权利要求1～12中的任一个所述的分离装置，其中根据由施加所述外力导致的迁移范围将所述被分离成分分馏到所述隔间的任一个中。
14.如权利要求1～13中的任一个所述的分离装置，进一步包括位于所述通道的下游侧上的回收单元，其中所述外力施加单元被构造成在所述各个施加模式中逐渐延长外力施加时间，从而顺序从所述回收单元获取所述被分离成分的部分。
15.如权利要求1～14中的任一个所述的分离装置，其中所述外力施加单元被构造成执行专用于回收的外力施加模式，其中在所述通道的前进方向上施加的外力比在所述各个外力施加模式中的持续时间长，并且被构造成通过执行专用于回收的所述外力施加模式，来从位于通道下游侧的最远处的隔间回收所述被分离成分。
16.一种分离装置，包括通道，它具有主通道和从所述主通道分支出来的子通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道；以及外力施加单元，用于施加外力到所述被分离成分，以使它们移动通过所述通道，其中所述外力施加单元被构造成顺序地执行在相对于所述通道的外力施加方向上不同的多个外力施加模式，并且所述装置被构造成通过执行所述多个外力施加模式来将所述被分离成分分馏到所述子通道的任一个中。
17.如权利要求16所述的分离装置，其中所述主通道具有样本导入端口；并且所述子通道被构造成当所述外力施加单元向样本导入端口施加外力时，具有导入其中的所述被分离成分，并且当所述外力施加单元在远离所述样本导入端口的方向上施加外力时，使所述被分离成分向所述主通道移动。
18.如权利要求16或17所述的分离装置，其中所述主通道具有样本导入端口；并且每一个所述子通道的长度几乎等于所述子通道从所述主通道分支出来的点到所述样本导入端口的那一部分所述主通道的长度。
19.如权利要求16～18中的任一个所述的分离装置，其中所述主通道具有样本导入端口；并且每一个所述通道的长度长于所述子通道从所述主通道分支出来的点到所述样本导入端口的那一部分所述主通道的长度。
20.如权利要求16～19中的任一个所述的分离装置，进一步包括止回阀，它位于上游侧上并位于所述子通道从所述主通道分支出来的点的附近。
21.一种使用分离装置的分离方法，该分离装置包括通道，包含有被分离成分的样本移动通过该通道；为所述通道提供的多个隔间；以及外力施加单元，用于将外力施加到所述被分离成分，以使它们移动通过所述通道，其中顺序地在远离样本导入位置的方向上和接近所述通道上的位置的方向上重复施加所述外力，从而将所述被分离成分分馏到所述隔间的任一个中。
22.如权利要求21所述的分离方法，其中根据由施加所述外力导致的迁移范围将所述被分离成分分馏到所述隔间的任一个中。
23.一种通过使用如权利要求1～15中的任一个所述的分离装置对样本中的成分进行分离的分离方法，包括将所述样本导入所述通道中的步骤；执行所述外力施加模式中的任一个的第一步骤，以使所述样本在一个隔间内朝着所述通道的下游侧移动；执行所述外力施加模式中的任一个的第二步骤，以使所述样本在一个隔间内朝着所述通道的上游侧移动；其中顺序地重复这些步骤。
24.如权利要求23所述的分离方法，其中在所述第一步骤的所述外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间保持恒定。
25.如权利要求23所述的分离方法，其中在所述第一步骤的所述外力施加模式中和在所述第二步骤的所述外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间保持恒定。
26.如权利要求23～25中的任一个所述的分离方法，其中在第二步骤的所述外力施加模式中，施加外力的持续时间被调整为基本等于或长于在第一步骤的所述外力施加模式中施加外力的持续时间。
27.如权利要求23～26中的任一个所述的分离方法，重复执行所述第一步骤和所述第二步骤，然后再次执行导入所述样本的步骤，并且进一步重复这些步骤。
28.如权利要求23～27中的任一个所述的分离方法，其中在所述第一步骤的所述外力施加模式中和在所述第二步骤的所述外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间保持恒定的情况下，重复执行所述第一步骤和所述第二步骤，并且在至少所述第一步骤的所述外力施加模式中外力施加的持续时间延长的情况下，重复类似的过程。
29.如权利要求23～28中的任一个所述的分离方法，进一步包括执行专用于回收的外力施加模式的步骤，其中对所述样本施加外力，以使样本向所述通道的下游侧移动，持续时间长于在所述第一步骤的所述外力施加模式中的外力施加的持续时间。
30.一种通过使用如权利要求16～20中的任一个所述的分离装置对样本中的成分进行分离的分离方法，包括将所述样本导入所述通道的步骤；在所述主通道中执行所述外力施加模式中的任一个的第一步骤，以使所述样本向所述通道的下游侧移动；在所述主通道中执行所述外力施加模式中的任一个的第二步骤，以使所述样本向所述通道的上游侧移动；其中顺序地重复这些步骤。
31.如权利要求30所述的分离方法，其中在所述第一步骤的所述外力施加模式中，对于每一次执行，施加外力的持续时间保持恒定。
32.如权利要求30或31所述的分离方法，其中在第二步骤的所述外力施加模式中施加外力的持续时间被调整为基本等于或长于在第一步骤的所述外力施加模式中施加外力的持续时间。
33.如权利要求30～32中的任一个所述的分离方法，重复执行所述第一步骤和所述第二步骤，然后再次执行导入所述样本的步骤，并且进一步重复这些步骤。
34.一种系统，它包括用于执行如权利要求21～33中的任一个所述的方法的外力切换控制单元。
35.一种质谱分析系统，包括预处理单元，用于根据分子尺寸或属性对生物样本进行分离，并且对所述样本进行用于酶解处理的预处理；单元，用于对由预处理单元进行过预处理的所述样本进行酶解处理；烘干单元，用于对经过酶解处理的样本进行烘干；以及质谱分析单元，用于对经过烘干的样本进行质谱分析，其中所述预处理单元包括如权利要求1～20中的任一个所述的微芯片。
全文摘要
以高浓度和准确的方式将各个成分从包含有被分离成分的样本中分离出来。分离装置(100)包括通道(112)，包含有被分离成分的样本移动通过该通道(112)；关口部件(208～214)，用于将分离通道(112)分隔成多个隔间(200～206)。分离装置(100)进一步包括外力施加单元，图中未示出，用于将外力施加到被分离成分以使它们流经通道。外力施加单元被构造成交替重复执行通过在沿着通道的前进方向上来施加外力的第一外力施加模式和通过在与沿着通道的前进方向相反的方向上来施加外力的第二外力施加模式。这可以将被分离成分分馏到隔间的任一个中。
文档编号G01N30/72GK1720439SQ20038010461
公开日2006年1月11日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年11月29日
发明者麻生川稔, 马场雅和, 川浦久雄, 佐野亨, 饭田一浩, 井口宪幸, 染谷浩子, 服部涉 申请人:日本电气株式会社