JP2012205537A - Microfluidic device - Google Patents
Microfluidic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012205537A JP2012205537A JP2011073313A JP2011073313A JP2012205537A JP 2012205537 A JP2012205537 A JP 2012205537A JP 2011073313 A JP2011073313 A JP 2011073313A JP 2011073313 A JP2011073313 A JP 2011073313A JP 2012205537 A JP2012205537 A JP 2012205537A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- opening
- microfluidic device
- lipid bilayer
- liquid
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
本発明は、バイオテクノロジー、バイオチップ、膜タンパク質分析、創薬スクリーニング、バイオセンサーなどの分野に用いられる脂質二重膜が形成されるマイクロ流体デバイスに関する。 The present invention relates to a microfluidic device on which a lipid bilayer membrane is formed used in fields such as biotechnology, biochip, membrane protein analysis, drug discovery screening, and biosensor.
生体膜の内外で物質輸送／情報伝達に関与する膜タンパク質の機能を、１分子計測によって理解し工学的に応用するためには、単離膜タンパク質が組み込まれた人工脂質二重膜モデル実験系を構築する必要がある。しかし、かかる実験系を構築するには熟練した技術を要する。このため、構築された実験系は、再現性が良くはなく、また、構築のスループットも高くはないことがあった。 In order to understand the functions of membrane proteins involved in mass transport / information transmission in and out of biological membranes and apply them in engineering, the artificial lipid bilayer model experimental system incorporating isolated membrane proteins Need to build. However, skilled techniques are required to construct such an experimental system. For this reason, the constructed experimental system is not reproducible, and the construction throughput may not be high.
発明者らは、特開２００９−１２８２０６号公報において、ＰＤＭＳ（ポリメチルシロキサン）を用いてＭＥＭＳ技術により作製した平面脂質二重膜を有するマイクロ流体デバイス（マイクロフルイディックデバイス）を開示している。このマイクロ流体デバイスは、構築のスループット向上、小型化、分析時間の短縮化、必要な試薬の少量化、および高い再現性等を提供した。 Inventors have disclosed a microfluidic device (microfluidic device) having a planar lipid bilayer produced by MEMS technology using PDMS (polymethylsiloxane) in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-128206. This microfluidic device provided improved construction throughput, reduced size, reduced analysis time, reduced reagent requirements, and high reproducibility.
しかし、このマイクロ流体デバイスは、形成した平面脂質二重膜が短時間で破裂してしまうことがあり、安定した実験が容易ではないことがあった。 However, in this microfluidic device, the formed planar lipid bilayer membrane may rupture in a short time, and stable experiments may not be easy.
なお、マイクロ流体デバイスの作製に用いることのできるＭＥＭＳ技術としては、光リソグラフィまたはエッチング等の微細加工技術だけでなく、押印転写法等も用いることができる。 Note that as a MEMS technique that can be used for manufacturing a microfluidic device, not only a microfabrication technique such as photolithography or etching, but also a stamp transfer method or the like can be used.
本発明の実施形態は、形成した平面脂質二重膜を長時間にわたり保持できるマイクロ流体デバイスを提供することを目的とする。 An object of the embodiment of the present invention is to provide a microfluidic device capable of holding a formed planar lipid bilayer for a long time.
本発明の一態様のマイクロ流体デバイスは、送液口と、前記送液口から延設された主流路と、前記主流路の壁面に設けられ、８０ｎｍ２以上１２０μｍ２以下の面積の開口部に平面脂質二重膜が形成される複数の微少憩室と、前記主流路から延設された貯液槽と、を具備する。 The microfluidic device of one embodiment of the present invention is provided in a liquid feeding port, a main channel extending from the liquid feeding port, a wall surface of the main channel, and an opening having an area of 80 nm 2 or more and 120 μm 2 or less. A plurality of micro diverticula in which a planar lipid bilayer membrane is formed, and a liquid storage tank extended from the main channel.
本発明の一態様によれば、形成した平面脂質二重膜を長時間にわたり保持できるマイクロ流体デバイスを提供できる。 According to one embodiment of the present invention, a microfluidic device that can hold a formed planar lipid bilayer membrane for a long time can be provided.
図１は実施形態のマイクロ流体デバイスの構造を示す説明図であり、図２は流体デバイスの構造を説明するための分解図である。なお、図示の都合上、図２は上下を逆に表示している。 FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of the microfluidic device of the embodiment, and FIG. 2 is an exploded view for explaining the structure of the fluidic device. For the convenience of illustration, FIG. 2 is displayed upside down.
図１および図２に示すように、流体デバイス（以下「流体デバイス」という）１０は、送液口１２と、２本の主流路（マイクロチャネル）１３Ａ、１３Ｂと、複数の微少憩室（マイクロチャンバー）１４と、貯液槽接続部１６と、貯液槽１７と、を具備する。送液口１２から流体デバイス１０の流路に注入された液体は、主流路１３Ａ、３Ｂ／微少憩室１４、および貯液槽接続部１６を介して貯液槽１７に達する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a fluid device (hereinafter referred to as “fluid device”) 10 includes a
送液口１２からの流路は、２分岐して並列に配置された２本の主流路１３Ａ、１３Ｂに延設している。以下、主流路１３Ａ、１３Ｂのそれぞれをいうときは主流路１３という。主流路１３の壁面（側面）には、主流路１３への開口部を有する複数の微少憩室１４が設けられている。言い換えれば、主流路１３の側面に形成されている凹部を微少憩室１４という。微少憩室１４は主流路１３の相対する側面に交互に設けられており、主流路１３とともにアレイ部１５を構成している。
The flow path from the
主流路１３の側面と微少憩室１４の側面とが、主流路１３および微少憩室１４の、天面と底面との間を柱として支えている。このため、天面と底面との間隔、すなわち、流路の深さ（Ｄ）は一定に保たれている。
The side surface of the
図２に示すように、流体デバイス１０は２枚のパイレックス（登録商標）ガラスからなる平板を接合して作製されている。流路は、第１の平板２１に形成された凹部２１Ｖと第２の平板２２と、により形成されている。すなわち、第１の平板２１の凹部２１Ｖが流路の天面および２つの側面を構成し、第２の平板２２が流路の底面を構成している。
As shown in FIG. 2, the
また、流体デバイス１０の流路の壁面には、ジシラザン剤による疎水化処理が行われている。すなわち、流体デバイス１０は、流路に、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）溶液が流し込まれ、７０℃〜８０℃でベーキング処理されている。
Further, the wall surface of the flow path of the
なお、流体デバイス１０は、第１の平板２１および第２の平板２２がガラスからなるため、アレイ部１５を外部から観察できる。
In the
また、ガラスに替えてシリコンを用いて流路の凹部を形成してもよい。シリコンは光透過性を有しないが、ＭＥＭＳ技術による微細加工がガラスよりも容易である。そしてシリコン基板とガラス基板とを接合して流体デバイスを作製すると、ガラス基板側から主流路１３および微少憩室１４が、外部から観察可能である。
Further, the recess of the flow path may be formed using silicon instead of glass. Silicon does not have optical transparency, but microfabrication by MEMS technology is easier than glass. When a fluid device is manufactured by joining a silicon substrate and a glass substrate, the
さらに、流路の形の貫通部を有するシリコンの両面に、それぞれガラス基板を接合して流体デバイスを作製してもよい。この場合には流体デバイスは３枚の平板により構成される。 Further, a fluid device may be produced by bonding glass substrates to both sides of silicon having through portions in the form of flow paths. In this case, the fluid device is constituted by three flat plates.
２本の主流路１３は、貯液槽接続部１６を介して貯液槽１７に接続されている。貯液槽接続部１６は、幅が主流路１３の幅（Ｗ）の６倍以上の流路と、幅が主流路１３の幅（Ｗ）の３０倍以上まで広がる流路と、により構成されている。第１の平板２１の送液口１２には貫通孔１２Ｈがあり、貫通孔１２Ｈに接続された送液チューブ３（図３参照）を介して、流体デバイス１０の外部から流路に流体、例えば液体が供給される。一方、第１の平板２１の貯液槽１７にも貫通孔１７Ｈがあり、流体デバイス１０の流路に供給された流体は貫通孔１７Ｈを介して、外部に排出される。
The two
以上の説明のように、流体デバイス１０は、送液口１２を有する送液口構成部材１２Ｐ１、１２Ｐ２と、主流路１３を有する主流路構成部材１３Ｐ１、１３Ｐ２と、微少憩室１４を有する微少憩室構成部材１４Ｐ１、１４Ｐ２と、貯液槽接続部１６および貯液槽１７を有する貯液槽構成部材１６Ｐ１、１６Ｐ２と、からなる。流体デバイスの作製には、それぞれの前記構成部材を組み合わせてもよいが、図２に示すように、流体デバイス１０では、第１の平板２１と第２の平板２２とが、複数の前記構成部材機能を有する。
As described above, the
図３に示すように、流体デバイス１０は、アレイ部１５を外部から観察するための顕微鏡２と、送液チューブ３を介して流路に液体を供給するシリンジポンプ等のポンプ４と、供給する液体を切り替えるためのバルブ５と、温度制御装置６と、これらの動作を制御する中央演算装置７等と、ともに分析システム１を構成している。
As shown in FIG. 3, the
分析システム１では、中央演算装置７が、流路に流す液体の種類および流速を制御する。さらに、中央演算装置７は、均一流、脈流、または、不均一流のように流体の流し方を制御することができる。
In the
なお、微少憩室１４は主流路１３の側面以外の壁面、すなわち天面および底面に交互に設けられていてもよい。この場合には、主流路１３の天面または底面と、天面または底面に設けられた隣接する微少憩室１４とで画定される部分が、梁として主流路１３の両側面の間を支えるため、両側面の間隔（幅：Ｗ）を一定に保持する。
The
次に、流体デバイス１０の平面脂質二重膜の形成方法について説明する。流体デバイス１０の平面脂質二重膜形成には、第１液注入工程と、第２液注入工程と、第３液注入工程とが、途中で流路に空気が入ることなく、順に行われる。
Next, a method for forming a planar lipid bilayer of the
図４（Ａ）に示すように、第１液注入工程では、第１液である第１の水溶液Ｗ１が送液口１２から、注入され、主流路内および複数の微少憩室内が第１の水溶液Ｗ１で満たされる。なお、以下の図において矢印は溶液の流れを示している。
As shown in FIG. 4A, in the first liquid injection step, the first aqueous solution W1 as the first liquid is injected from the
ｐＨ緩衝生理食塩水等からなる第１の水溶液Ｗ１には、平面脂質二重膜の形成に影響がない各種成分を含む。例えば、後述するように、第１の水溶液Ｗ１には、平面脂質二重膜に組み込む膜タンパク質Ｐが含まれる。さらに、膜タンパク質Ｐがイオンチャンネルのように特定のイオンの輸送に関与する場合には、第１の水溶液Ｗ１は前記イオンの変動を検出するのに適した塩組成物、例えば蛍光物質Ｆを含むことが好ましい。 The first aqueous solution W1 made of pH buffered saline or the like includes various components that do not affect the formation of the planar lipid bilayer membrane. For example, as will be described later, the first aqueous solution W1 contains a membrane protein P to be incorporated into a planar lipid bilayer. Furthermore, when the membrane protein P is involved in the transport of specific ions such as ion channels, the first aqueous solution W1 contains a salt composition suitable for detecting the fluctuation of the ions, for example, the fluorescent substance F. It is preferable.
第２液注入工程では、第２液である脂質Ｌを溶解した油性溶液Ｗ２が送液口１２から注入される。すると、主流路内の第１の水溶液Ｗ１は押し流され、主流路内は油性溶液Ｗ２で置換される。
In the second liquid injection step, an oily solution W2 in which the lipid L that is the second liquid is dissolved is injected from the
油性溶液Ｗ２の脂質Ｌは、脂質二重膜形成成分であり、親水基（親水性原子団）と疎水基（疎水性原子団）とを有する。脂質Ｌとしては、例えば、リン脂質、糖脂質、コレステロール、または、その他の化合物から、形成する脂質二重膜に応じて適宜選択される。リン脂質は、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、スフィンゴミエリン等である。糖脂質は、セレブロシド、ガングリオシド等である。 The lipid L of the oily solution W2 is a lipid bilayer-forming component and has a hydrophilic group (hydrophilic atomic group) and a hydrophobic group (hydrophobic atomic group). The lipid L is appropriately selected from, for example, phospholipid, glycolipid, cholesterol, or other compounds according to the lipid bilayer to be formed. The phospholipid is phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, phosphatidylinositol, sphingomyelin and the like. The glycolipid is cerebroside, ganglioside or the like.
一方、脂質Ｌを溶解する油性溶媒は、各種の有機溶媒、例えば、ヘキサデカン、スクアレン等から選択される。 On the other hand, the oily solvent for dissolving the lipid L is selected from various organic solvents such as hexadecane and squalene.
図４（Ｂ）に示すように、第２液注入工程において、主流路内の第１の水溶液Ｗ１は、油性溶液Ｗ２で置換されるが、微少憩室内の第１の水溶液Ｗ１は残留する。このため、微少憩室１４の開口部に第１の水溶液Ｗ１と油性溶液Ｗ２との界面が形成される。すると、油性溶液Ｗ２に溶解されている脂質Ｌの一部は、界面において、親水基を第１の水溶液側に向けて配列した単分子膜状態となる。
As shown in FIG. 4B, in the second liquid injecting step, the first aqueous solution W1 in the main channel is replaced with the oily solution W2, but the first aqueous solution W1 in the minute diverticulum remains. Therefore, an interface between the first aqueous solution W1 and the oily solution W2 is formed at the opening of the
第３液注入工程では、第３液である第２の水溶液Ｗ３が送液口１２から注入される。すると、主流路内の油性溶液Ｗ２は押し流され、主流路内は第２の水溶液Ｗ３で置換される。第２の水溶液Ｗ３は第１の水溶液Ｗ１と同じｐＨ緩衝生理食塩水等である。
In the third liquid injection step, the second aqueous solution W3 that is the third liquid is injected from the
図４（Ｃ）に示すように、第３液注入工程において、主流路内の油性溶液Ｗ２が第２の水溶液Ｗ３で置換されるときに、微少憩室１４の開口部に配列していた単分子脂質膜の疎水基に、油性溶液中の脂質Ｌの疎水基が配列し、微少憩室１４の開口部を封止する脂質二重膜Ｌ２が形成される。すなわち、脂質二重膜Ｌ２は、脂質２分子がテール・ツー・テール式に疎水基どうしが向き合うように配向した構造である。
As shown in FIG. 4C, in the third liquid injection step, the single molecules arranged in the opening of the
ここで、第１液（第１の水溶液Ｗ１）として、精製膜タンパク質であるα−ヘモリシン（Ｐ）と蛍光物質であるカルセイン（Ｆ）とを含む溶液を用いた場合には、第２液注入工程において、α−ヘモリシンＰが第２液（油性溶液Ｗ２）に溶解される。そして、図５の断面模式図に示すように、第３液注入工程において、脂質Ｌが脂質二重膜Ｌ２になると、α−ヘモリシンＰは自己集合してカルセインＦが通過できる、脂質二重膜Ｌ２を貫通した微細貫通孔を有する７量体を形成する。すなわち、膜タンパク質Ｐが組み込まれた脂質二重膜Ｌ２が形成される。すると、カルセインＦが微細貫通孔を介して微少憩室１４から主流路１３に流出する。このため、脂質二重膜Ｌ２を形成するときに微少憩室内の蛍光強度を測定していると、蛍光強度の低下により膜タンパク質が組み込まれた脂質二重膜の形成を検出できる。
Here, when a solution containing α-hemolysin (P), which is a purified membrane protein, and calcein (F), which is a fluorescent substance, is used as the first solution (first aqueous solution W1), the second solution is injected. In the step, α-hemolysin P is dissolved in the second liquid (oil-based solution W2). As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5, in the third liquid injection step, when the lipid L becomes the lipid bilayer L2, α-hemolysin P self-assembles and allows the passage of calcein F. A heptamer having fine through holes penetrating L2 is formed. That is, the lipid bilayer membrane L2 in which the membrane protein P is incorporated is formed. Then, calcein F flows out from the
次に、実施形態の流体デバイス１０に脂質二重膜Ｌ２を形成し、その保持時間を測定した結果等について説明する。
Next, the result etc. which formed lipid bilayer membrane L2 in the
流体デバイス１０の脂質二重膜Ｌ２を形成には、第１液（第１の水溶液Ｗ１）として、Ｄｕｌｂｅｃｃｏリン酸緩衝生理食塩水（以下、「ＤＰＢＳ」という。インビトロジェン株式会社）にカルセイン（Ｃ０８７５−５Ｇ、シグマ アルドリッチ ジャパン株式会社）を５０μＭ添加して用いた。第２液（油性溶液Ｗ２）として、ヘキサデカンにホスファチジルコリン（ＤＰｈＰｃ、８５０３５６Ｃ、Ａｖａｎｔｉ Ｐｏｌａｒ Ｌｉｐｉｄｓ ＩＮＣ、フナコシ株式会社）を５−２０ｍｇ／ｍＬ添加して用いた。第３液（第２の水溶液Ｗ３）として、ＤＰＢＳを用いた。第１液の流速は１μＬ／分、第２液の流速は０．３−０．６μＬ／分、第３液の流速は最大０．１５μＬ／分とした。
To form the lipid bilayer membrane L2 of the
流体デバイス１０の寸法は、主流路１３が、幅（Ｗ）＝６０μｍ、深さ（Ｄ）＝８μｍであり、微少憩室１４が、開口部幅（ｗ）＝９μｍ、奥行き（ｔ）＝１９μｍ、深さ（ｄ）＝８μｍである。図６（Ａ）に示すように、開口部２０とは、主流路１３と微少憩室１４とをつなぐ流路の最小面積部分である。
The dimensions of the
ここで、比較のため、流体デバイス１０よりも、開口部２０Ａの面積、特に開口部幅が大きい、流体デバイス１０Ａを作製した。図６（Ｂ）に示すように、流体デバイス１０Ａは、微少憩室１４Ａが、開口部幅（ｗ）＝１７μｍ、奥行き（ｔ）＝１９μｍ、深さ（ｄ）＝８μｍである。
Here, for comparison, the
すなわち、流体デバイス１０の開口部面積Ｓは、７２μｍ２であり、流体デバイス１０Ａの開口部面積Ｓは、１３６μｍ２である。
That is, the opening area S of the
そして、脂質二重膜保持時間は、流体デバイス１０Ａでは、１１０分であったのに対して、流体デバイス１０では、１４７０分（２４．５時間）であった。
The lipid bilayer retention time was 110 minutes in the
微少憩室の開口部面積Ｓは脂質二重膜の形成面積である。すでに説明したように、脂質二重膜を形成後も第３液が常に流路内に流れている。このため、第３液の流れによる圧力のために、開口部面積Ｓが広い場合には、脂質二重膜が破壊され易いためと考えた。すなわち、脂質二重膜の保持時間を長くするためには、脂質二重膜の形成面積、すなわち、脂質二重膜を形成する微小憩室の開口部面積を狭く、適切に設定することが重要であることが判明した。 The opening area S of the minute diverticulum is the formation area of the lipid bilayer membrane. As already explained, the third liquid always flows in the flow channel even after the formation of the lipid bilayer membrane. For this reason, it was considered that the lipid bilayer is easily broken when the opening area S is large due to the pressure due to the flow of the third liquid. That is, in order to increase the retention time of the lipid bilayer, it is important to set the lipid bilayer formation area, that is, the opening area of the microdiverticulum that forms the lipid bilayer, to be narrow and appropriate. It turned out to be.
そして、分析に必要な脂質二重膜保持時間を得るためには、開口部面積Ｓが、１２０μｍ２以下であればよく、好ましくは、１００μｍ２以下であり、特に好ましくは８０μｍ２以下であった。開口部面積Ｓが、８０μｍ２以下では、脂質二重膜保持時間が２４時間以上であった。 In order to obtain the lipid bilayer retention time necessary for the analysis, the opening area S should be 120 μm 2 or less, preferably 100 μm 2 or less, particularly preferably 80 μm 2 or less. . When the opening area S was 80 μm 2 or less, the lipid bilayer retention time was 24 hours or more.
開口部面積Ｓの下限値は、脂質二重膜に膜タンパク質を組み込むことが可能な面積であればよい。例えば、図５の断面模式図に示した、α−ヘモリシンＰが自己集合した膜貫通細孔を有する７量体を脂質二重膜Ｌ２に組み込むために必要な、開口部面積Ｓは８０ｎｍ２以上である。 The lower limit value of the opening area S may be an area where membrane proteins can be incorporated into the lipid bilayer membrane. For example, the opening area S required for incorporating into the lipid bilayer membrane L2 a 7-mer having a transmembrane pore in which α-hemolysin P self-assembled shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5 is 80 nm 2 or more. It is.
また、図６（Ａ）に示したように、流体デバイス１０では、微少憩室１４が、開口部２０と平行な断面の面積が、開口部２０の前記面積よりも大きい形状である。言い換えれば、微少憩室１４は、入り口である開口部２０よりも奥の空間の方が断面積が大きい、いわゆる蛸壺形状である。すなわち、微少憩室１４の体積（Ｖ）が、「開口部面積（Ｓ）×奥行き（ｔ）」より大きい。微少憩室１４の体積（Ｖ）とは開口部２０よりも奥の体積である。流体デバイス１０では、開口部２０が略略矩形のため、開口部面積（Ｓ）×奥行き（ｔ）＝開口部幅（ｗ）×深さ（ｄ）×奥行き（ｔ）≦微少憩室の体積（Ｖ）、である。
As shown in FIG. 6A, in the
これに対して、図６（Ｂ）に示したように、流体デバイス１０Ａでは、微少憩室１４Ａが、開口部２０Ａと平行な断面の面積が、開口部２０Ａの前記面積と同じ、直方体形状である。すなわち、開口部面積（Ｓ）×奥行き（ｔ）＝開口部幅（ｗ）×深さ（ｄ）×奥行き（ｔ）＝微少憩室の体積（Ｖ）、である。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the
同じ開口部面積Ｓであっても、開口部と平行な断面の面積が、開口部の前記面積よりも大きい形状の微少憩室を有する流体デバイスは、略直方体の微少憩室を有する流体デバイスよりも脂質二重膜保持時間が長いことが判明した。 Even with the same opening area S, the fluid device having a minute diverticulum having a shape in which the cross-sectional area parallel to the opening is larger than the area of the opening is more lipid than the fluid device having a substantially dihedral minute diverticulum. It was found that the double membrane retention time was long.
そして、流体デバイス１０では、微少憩室１４の体積（Ｖ）が、開口部面積（Ｓ）×奥行き（ｔ）の約２倍であったが、１．５倍以上であれば効果が容易に確認でき、２倍以上であれば効果が顕著に確認できる。なお、前記倍率の上限は流体デバイスの小型化の観点からは、例えば１０倍である。
In the
脂質二重膜によって封止される微少憩室内の第１液の体積Ｖが、小さい流体デバイスは送液によって主流路１３を通過する液体の圧力が変動しても、微少憩室内の第１液Ｗ１の体積変動が小さいため、脂質二重膜が破裂しにくいものと考えた。
The fluid device in which the volume V of the first liquid in the minute diverticulum sealed by the lipid bilayer is small, even if the pressure of the liquid passing through the
また、流体デバイス１０および流体デバイス１０Ａの開口部形状は略矩形であるが、開口部形状により、脂質二重膜保持時間は変化する。例えば、流体デバイス１０と類似の構成かつ略同一の開口部面積であっても、図７（Ａ）に示す略円形形状の開口部２０Ｂの流体デバイス１０Ｂでは、脂質二重膜保持時間が大幅に増加した。また図８（Ｂ）に示す略楕円形形状の開口部２０Ｃの流体デバイス１０Ｃでも、開口部形状が略矩形の流体デバイスと比較すると、脂質二重膜保持時間が増加した。これは、送液によって主流路１３を通過する液体の圧力が変動したときに、脂質二重膜に生じる応力が均一化するためと考えられる。
Moreover, although the opening shape of the
すなわち、流体デバイスは同じ開口部面積Ｓの場合には、開口部外周長が短いほど、脂質二重膜が破裂しにくい。さらに開口部外周に鋭角〜直角の角部がない方が、脂質二重膜が破裂しにくい。このため、開口部の形状は、略円形または略楕円形であることが、より好ましい。 That is, when the fluid device has the same opening area S, the lipid bilayer membrane is less likely to burst as the outer peripheral length of the opening is shorter. Further, the lipid bilayer membrane is less likely to rupture when there is no acute angle to right angle corner on the outer periphery of the opening. For this reason, it is more preferable that the shape of the opening is substantially circular or substantially elliptical.
なお、主流路１３がＰＤＭＳからなる流体デバイスでは、脂質二重膜の溶媒成分（油性溶液）が、耐有機溶剤性のないＰＤＭＳからなる壁面から吸収されるため、脂質二重膜が破壊されてしまうことがあった。これに対して、流路の壁面が、耐有機溶剤性のあるガラスからなる流体デバイス１０は脂質二重膜の溶媒成分が壁面に吸収されることがないため、長時間、保持できる。
In the fluid device in which the
さらに、主流路１３の表面が親水性の流体デバイスでは、第２液（油性溶液）Ｗ２を注入したとき、微少憩室内だけでなく、主流路１３の側面にも第１液（第１の水溶液）Ｗ１が残留することがある。このため、続いて第３液（第２の水溶液）Ｗ１を注入しても、アレイ部１５に脂質二重膜は形成されないことがある。
Further, in a fluid device having a hydrophilic surface of the
流路の壁面を構成する材料の、水に対する接触角は、４０度以上、好ましくは６０度以上、特に好ましくは９０度以上であった。前記範囲以上であればアレイ部１５に脂質二重膜が形成可能であり、接触角が大きいほど、アレイ部１５の多くの微少憩室１４の開口部に脂質二重膜が形成された。接触角の上限は特にないが、第１液注入工程において、効率良く、微少憩室内を第１の水溶液で満たすためには１３０度以下が好ましい。
The contact angle with respect to water of the material constituting the wall surface of the flow path was 40 degrees or more, preferably 60 degrees or more, and particularly preferably 90 degrees or more. A lipid bilayer membrane can be formed in the
以上の説明のように、８０ｎｍ２以上１２０μｍ２以下の面積の開口部に平面脂質二重膜が形成される微少憩室を具備するマイクロ流体デバイスは、平面脂質二重膜を長時間にわたり保持できる。特に、耐有機溶剤性かつ疎水性の材料からなる壁面を有する主流路１３からなる本実施形態の流体デバイス１０は微少憩室１４の開口部に確実に平面脂質二重膜が形成可能である。
As described above, a microfluidic device including a micro diverticulum in which a planar lipid bilayer is formed in an opening having an area of 80 nm 2 or more and 120 μm 2 or less can hold the planar lipid bilayer for a long time. In particular, the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１…分析システム
３…送液チューブ
４…ポンプ
５…バルブ
６…温度制御装置
７…中央演算装置
１０、１０Ａ〜１０Ｃ…マイクロ流体デバイス
１２…送液口
１２Ｈ…貫通孔
１２Ｐ…送液口構成部材
１３…主流路
１３Ｐ…主流路構成部材
１４…微少憩室
１４Ｐ…微少憩室構成部材
１５…アレイ部
１６…貯液槽接続部
１６Ｐ…貯液槽構成部材
１７…貯液槽
１７Ｈ…貫通孔
２０…開口部
２１…第１の平板
２１Ｖ…凹部
２２…第２の平板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記送液口から延設された主流路と、
前記主流路の壁面に設けられ、８０ｎｍ２以上１２０μｍ２以下の面積の開口部に平面脂質二重膜が形成される複数の微少憩室と、
前記主流路から延設された貯液槽と、を具備することを特徴とするマイクロ流体デバイス。 Liquid feeding port,
A main flow path extending from the liquid feeding port;
A plurality of micro diverticulums provided on the wall surface of the main channel and having a planar lipid bilayer membrane formed in an opening having an area of 80 nm 2 or more and 120 μm 2 or less;
A microfluidic device comprising: a liquid storage tank extended from the main flow path.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011073313A JP2012205537A (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Microfluidic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011073313A JP2012205537A (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Microfluidic device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012205537A true JP2012205537A (en) | 2012-10-25 |
Family
ID=47185927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011073313A Withdrawn JP2012205537A (en) | 2011-03-29 | 2011-03-29 | Microfluidic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012205537A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015025822A1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | 国立大学法人東京大学 | High-density microchamber array and manufacturing method for same |
| JP2015080421A (en) * | 2013-10-21 | 2015-04-27 | 国立大学法人 東京大学 | Method for producing chamber cell |
| WO2020054704A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | Analyzing device |
-
2011
- 2011-03-29 JP JP2011073313A patent/JP2012205537A/en not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015025822A1 (en) * | 2013-08-21 | 2015-02-26 | 国立大学法人東京大学 | High-density microchamber array and manufacturing method for same |
| JP2015040754A (en) * | 2013-08-21 | 2015-03-02 | 国立大学法人 東京大学 | High density micro chamber array and manufacturing method of the same |
| US10471429B2 (en) | 2013-08-21 | 2019-11-12 | The University Of Tokyo | High-density microchamber array and manufacturing method thereof |
| JP2015080421A (en) * | 2013-10-21 | 2015-04-27 | 国立大学法人 東京大学 | Method for producing chamber cell |
| WO2020054704A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | Analyzing device |
| JPWO2020054704A1 (en) * | 2018-09-10 | 2021-08-30 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | Analytical device |
| JP7440915B2 (en) | 2018-09-10 | 2024-02-29 | 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所 | analysis device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Trantidou et al. | Engineering compartmentalized biomimetic micro-and nanocontainers | |
| Shum et al. | Double emulsion templated monodisperse phospholipid vesicles | |
| Lu et al. | Continuous microfluidic fabrication of synthetic asymmetric vesicles | |
| JP5614642B2 (en) | Method for forming lipid bilayer membrane and instrument therefor | |
| US9364795B2 (en) | Nano and microfluidic device for separating and concentrating particles present in a fluid | |
| US7390650B2 (en) | System and method for obtaining and maintaining high-resistance seals in patch clamp recordings | |
| JP6281834B2 (en) | High-density microchamber array and manufacturing method thereof | |
| JP2010531972A (en) | Method and device for controlled monolayer formation | |
| JP2012205537A (en) | Microfluidic device | |
| Sugiyama et al. | Perfusion chamber for observing a liposome-based cell model prepared by a water-in-oil emulsion transfer method | |
| Eto et al. | Design of sealable custom-shaped cell mimicries based on self-assembled monolayers on CYTOP polymer | |
| Chakra et al. | Continuous manipulation and characterization of colloidal beads and liposomes via diffusiophoresis in single-and double-junction microchannels | |
| US8821702B2 (en) | Devices and methods for electroosmotic transport of non-polar solvents | |
| Kang et al. | Tightly sealed 3D lipid structure monolithically generated on transparent SU-8 microwell arrays for biosensor applications | |
| JP2014030382A (en) | Microfluidic device and method for forming lipid bilayer membrane | |
| JP2012205536A (en) | Microfluidic device and method of forming lipid bilayer membrane | |
| JP6388497B2 (en) | Method for producing liposome population | |
| Robinson | Microfluidics and giant vesicles: creation, capture, and applications for biomembranes | |
| Berger et al. | Continuous suspension of lipids in oil by the selective removal of chloroform via microfluidic membrane separation | |
| JP2020137475A (en) | Liquid supply apparatus, micro device system, and liquid supply method | |
| JP2015077559A (en) | Lipid double membrane forming instrument | |
| JP2023094639A (en) | Microfluidic device, method for forming lipid double membrane | |
| Otrin | A modular platform for growth of hybrid and polymer membrane systems by vesicle fusion | |
| JP5198369B2 (en) | Current measurement device using artificial lipid bilayer membrane | |
| JP2005249739A (en) | Electroendosmotic flow cell, insulator sheet, and electroendosmotic flow cell chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140603 |